Luận văn thạc sĩ hay nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay tum20vs

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay tum20vs.

• Tác giả: Cao Thế Bình
• Người hướng dẫn: Ts. Trịnh Hữu Trọng
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay TUM20VS
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới
• 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Nghiên cứu lý thuyết
• 2.5. Nghiên cứu thực nghiệm
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.7. Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm
• 2.8. Thí nghiệm thăm dò
• 2.9. Thực nghiệm đơn yếu tố
• 2.10. Thực nghiệm đa yếu tố
• 2.11. Xác định các giá trị hợp lý
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
• 3.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phay vạn năng TUM20VS
• 3.2. Nguyên lý hoạt động
• 3.3. Lực cắt và công suất cắt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa
• 3.4. Cấu tạo của dao phay đĩa
• 3.5. Lực cắt và công suất cắt khi phay
• 3.6. Những nhân tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi phay
• 3.7. Những nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay
• 3.8. Độ nhám bề mặt gia công
• 3.9. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công
• 3.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Chuẩn bị thí nghiệm
• 4.2. Chọn mục tiêu nghiên cứu
• 4.3. Chọn tham số điều khiển
• 4.4. Kết quả thí nghiệm thăm dò
• 4.5. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
• 4.6. Ảnh hưởng của các yếu tố đến chi phí năng lượng riêng
• 4.7. Ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhám bề mặt gia công
• 4.8. Kết quả nghiên cứu đa yếu tố
• 4.9. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào
• 4.10. Thành lập ma trận thí nghiệm
• 4.11. Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra
• 4.12. Các trị số công nghệ hợp lý khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS
• KẾT LUẬN - KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của thông số đến chi phí năng lượng

Nghiên cứu về chi phí năng lượng trong gia công là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí. Việc hiểu rõ các thông số ảnh hưởng đến chi phí này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất. Đặc biệt, độ nhám bề mặt khi phay cũng là một yếu tố không thể bỏ qua, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố chính và cách chúng tác động đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt.

1.1. Các thông số gia công ảnh hưởng đến chi phí năng lượng

Các thông số như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt có ảnh hưởng lớn đến chi phí năng lượng riêng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể giảm thiểu chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

1.2. Độ nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng

Độ nhám bề mặt gia công là một chỉ tiêu quan trọng trong sản xuất. Các yếu tố như loại dao phay, tốc độ cắt và chế độ bôi trơn đều có thể làm thay đổi độ nhám bề mặt khi phay. Việc hiểu rõ mối quan hệ này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu chi phí năng lượng

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về chi phí năng lượng trong gia công, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Việc xác định chính xác các thông số ảnh hưởng đến chi phí và độ nhám bề mặt là một nhiệm vụ phức tạp. Các yếu tố như vật liệu gia công và điều kiện làm việc cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Thách thức trong việc tối ưu hóa chi phí năng lượng

Một trong những thách thức lớn nhất là làm sao để tối ưu hóa chi phí năng lượng mà không làm giảm chất lượng sản phẩm. Việc này đòi hỏi phải có các phương pháp nghiên cứu và thí nghiệm chính xác.

2.2. Vấn đề độ nhám bề mặt trong gia công

Độ nhám bề mặt không chỉ ảnh hưởng đến thẩm mỹ mà còn đến khả năng chịu lực của sản phẩm. Việc kiểm soát độ nhám trong quá trình phay là một vấn đề cần được giải quyết triệt để.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng đến chi phí năng lượng

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp thực nghiệm để xác định ảnh hưởng của các thông số đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện trên máy phay TUM20VS với dao phay đĩa, nhằm thu thập dữ liệu chính xác.

3.1. Thiết kế thí nghiệm và phương pháp thực hiện

Thiết kế thí nghiệm sẽ bao gồm việc xác định các thông số như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Các thông số này sẽ được điều chỉnh để đánh giá ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt.

3.2. Phân tích dữ liệu và kết quả thí nghiệm

Sau khi thực hiện thí nghiệm, dữ liệu sẽ được phân tích để xác định mối quan hệ giữa các thông số và kết quả. Việc này sẽ giúp đưa ra các khuyến nghị cho quy trình gia công hiệu quả hơn.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số gia công có thể giảm thiểu chi phí năng lượng mà vẫn đảm bảo độ nhám bề mặt đạt yêu cầu. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong ngành cơ khí chế tạo máy.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất thực tế

Các kết quả từ nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện quy trình sản xuất, từ đó giảm thiểu chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc này sẽ giúp các doanh nghiệp cạnh tranh hơn trên thị trường.

4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế

Đánh giá hiệu quả kinh tế từ việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa sẽ giúp các doanh nghiệp nhận thấy lợi ích rõ rệt từ việc cải tiến quy trình gia công.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng các thông số gia công có ảnh hưởng lớn đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp gia công hiệu quả hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển công nghệ mới và cải tiến quy trình gia công để tối ưu hóa hơn nữa chi phí và chất lượng sản phẩm.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành cơ khí

Nghiên cứu về chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt không chỉ có ý nghĩa trong sản xuất mà còn góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành cơ khí Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gia công kim loại bằng phương pháp cắt gọt hiện chiếm khoảng 30% tổng khối lượng công việc trong ngành cơ khí chế tạo máy. Trong bối cảnh công nghiệp hóa gắn liền với mục tiêu sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, việc tối ưu hóa chế độ cắt để vừa đảm bảo năng suất, vừa kiểm soát chất lượng bề mặt là một yêu cầu cấp thiết. Tại Việt Nam, theo định hướng từ Chiến lược phát triển ngành cơ khí, các dòng máy công cụ nhập khẩu như máy phay vạn năng TUM20VS đang được khai thác phổ biến tại hàng trăm cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ. Tuy nhiên, việc vận hành phần lớn vẫn dựa vào kinh nghiệm cảm tính, dẫn đến mức tiêu hao điện năng tăng cao từ 15% đến 25% so với định mức tiêu chuẩn.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ cốt lõi—bao gồm góc mài của dao và lượng chạy dao—đến chi phí năng lượng riêng ($N_r$, đơn vị $kWh/m^3$) cùng độ nhám bề mặt gia công ($R_a$, đơn vị $\mu m$) khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa. Phạm vi thực nghiệm được triển khai trên vật liệu thép C8 tiêu chuẩn kết hợp dao phay đĩa bằng thép hợp kim 9XC đạt độ cứng 62–64 HRC trên máy TUM20VS tại Trung tâm thực hành Đại học Lâm nghiệp và Trường Cao đẳng Nghề LILAMA Ninh Bình. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học giúp doanh nghiệp cơ khí thiết lập chế độ cắt tối ưu, giảm thiểu tiêu hao năng lượng và đảm bảo độ chính xác bề mặt gia công.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Quá trình nghiên cứu dựa trên sự tích hợp giữa lý thuyết cắt gọt kim loại cổ điển và mô hình tối ưu hóa thực nghiệm hiện đại:

• Lý thuyết lực cắt và tiêu hao công suất: Quá trình phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa chịu tác động của hệ lực không gian gồm lực vòng ($P_z$), lực hướng kính ($P_y$), lực nằm ngang ($P_H$) và lực thẳng đứng ($P_V$). Chi phí năng lượng riêng $N_r$ ($kWh/m^3$) được xác định bằng tỷ số giữa điện năng tiêu thụ thực tế $W$ ($kWh$) trên thể tích phoi kim loại bóc tách $M$ ($m^3$) trong thời gian $T$, gắn liền với công suất động cơ máy $N_d$ ($kW$) và hiệu suất truyền động $\eta \approx 0,75 - 0,85$.
• Lý thuyết hình thành vi hình học bề mặt: Độ nhám bề mặt $R_a$ ($\mu m$) biểu thị sai lệch profin trung bình cộng, chịu ảnh hưởng bởi dấu vết hình học của lưỡi cắt, lượng chạy dao răng ($S_z$), biến dạng đàn hồi - dẻo của lớp kim loại bề mặt và hiện tượng rung động tự kích thích của hệ thống Công nghệ - Máy - Dao - Đồ gá - Chi tiết.
• Mô hình toán học hồi quy bậc hai: Mối quan hệ tương quan phi tuyến giữa các thông số vào và ra được mô tả qua phương trình hồi quy đa biến dạng: $$Y = b_0 + \sum_{i=1}^{k} b_i x_i + \sum_{i=1}^{k} b_{ii} x_i^2 + \sum_{i < j} b_{ij} x_i x_j$$

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch trung tâm hợp thành (Central Composite Design - CCD) bậc 2 với 2 yếu tố ảnh hưởng ($k = 2$):

• Quy mô và thiết kế mẫu thử: Quá trình thực nghiệm gồm 9 điểm thí nghiệm độc lập (4 điểm nhân, 4 điểm sao và 1 điểm tâm), mỗi điểm thực hiện lặp lại $m = 3$ lần, tổng cộng thu thập 27 tập số liệu đo lường nhằm triệt tiêu sai số ngẫu nhiên dưới mức 5%.
• Phương pháp chọn mẫu và phân bố thực nghiệm: Sử dụng công thức kinh nghiệm Brooks & Carruther ($a = 5 \lg m$) để chia tổ ghép nhóm dữ liệu thăm dò, kết hợp phép kiểm định $\chi^2$ với mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$ nhằm xác định tính phân bố chuẩn của dữ liệu trước khi bước vào thực nghiệm chính thức.
• Phương pháp phân tích và xử lý thống kê: Sử dụng tiêu chuẩn Cochran/Kohren ($G_{tt} < G_b$) để kiểm tra tính đồng nhất của phương sai tái hiện, kiểm định ý nghĩa các hệ số hồi quy qua chuẩn Student ($t$), và đánh giá tính tương thích của mô hình toán học bằng chuẩn Fisher ($F_{tt} < F_b$). Mô hình chỉ được chấp nhận khi hệ số xác định $R^2 \ge 0,75$. Dữ liệu được tính toán và xử lý tự động qua phần mềm chuyên dụng OPT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Tương quan phi tuyến của chi phí năng lượng riêng: Chi phí năng lượng riêng $N_r$ biến thiên mạnh theo góc mài và lượng chạy dao. Khi tăng góc mài từ $10^\circ$ lên $18^\circ$, lực cắt đơn vị giảm làm $N_r$ giảm trung bình 18,7%; tuy nhiên khi góc mài vượt quá $22^\circ$, độ bền góc chêm dao giảm gây mòn nhanh, khiến $N_r$ tăng ngược trở lại khoảng 12,3%.
• Quy luật biến thiên của độ nhám bề mặt: Lượng chạy dao $S_z$ đóng vai trò chủ đạo đối với độ nhám $R_a$. Khi tăng lượng chạy dao từ 0,08 mm/răng lên 0,24 mm/răng, chiều cao nhấp nhô tế vi tăng lên rõ rệt, khiến giá trị $R_a$ tăng từ cấp nhẵn bóng $\nabla 6$ ($R_a \approx 2,5,\mu m$) lên cấp $\nabla 4$ ($R_a \approx 6,3,\mu m$), tương đương mức tăng độ nhám hơn 150%.
• Độ tương thích cao của mô hình thực nghiệm: Phương trình hồi quy bậc 2 cho cả hai hàm mục tiêu $N_r$ và $R_a$ đều thỏa mãn chuẩn kiểm định Fisher ($F_{tt} < F_b$ ở bậc tự do $\gamma_1 = 3, \gamma_2 = 18$), với hệ số đơn định $R^2$ lần lượt đạt 0,84 và 0,89, chứng minh sai số dự báo thực tế dưới 4,8%.
• Xác lập miền thông số công nghệ tối ưu: Bằng phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu với hàm trọng lượng kết hợp nhân tử Lagrange, nghiên cứu đã tìm ra vùng thông số vận hành lý tưởng giúp giảm 21,5% điện năng tiêu thụ trong khi vẫn giữ độ nhám $R_a$ ổn định dưới ngưỡng $3,2,\mu m$.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm phản ánh trung thực bản chất cơ học của quá trình tạo phoi. Khi biểu diễn mối quan hệ giữa các biến số trên đồ thị bề mặt 3D và bảng ma trận thực nghiệm, vùng cực tiểu của chi phí năng lượng riêng xuất hiện ở giao điểm của góc mài hợp lý (khoảng $16^\circ - 18^\circ$) và lượng chạy dao trung bình (0,12 - 0,16 mm/răng). Ở chế độ này, ma sát giữa mặt trước dao với dòng phoi trượt được giải phóng tối đa, hạn chế hiện tượng tích nhiệt cục bộ trên bề mặt thép C8.

So sánh với các nghiên cứu tương tự trong nước về phay mặt phẳng gang cầu hoặc phay thép tôi 65T sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu (MQL), công trình này cho thấy ngay cả khi gia công cắt khô truyền thống trên máy vạn năng TUM20VS, việc căn chỉnh chính xác thông số hình học dao phay đĩa 9XC có thể đem lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng tương đương 70–80% so với việc đầu tư các hệ thống làm mát đắt tiền. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc tối ưu hóa chế độ công nghệ tại nguồn cho các xưởng gia công vừa và nhỏ.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa quy trình mài dao và cài đặt thông số tại xưởng: Doanh nghiệp gia công cơ khí cần ban hành sổ tay thông số kỹ thuật chuẩn cho máy phay TUM20VS, cố định góc mài dao phay đĩa 9XC ở khoảng $16^\circ - 18^\circ$ và dải chạy dao 0,12–0,15 mm/răng nhằm cắt giảm ngay 18% đến 22% hao phí điện năng trên từng ca làm việc, thực hiện trong vòng 1 tháng.
• Số hóa bảng tra chế độ cắt cho thợ máy: Ban kỹ thuật nhà xưởng cần chuyển giao công thức toán học thực nghiệm thành các bảng tra cứu nhanh hoặc phần mềm di động đơn giản, giúp công nhân đứng máy dễ dàng lựa chọn bước tiến dao phù hợp theo yêu cầu cấp độ nhám ($R_a \le 3,2,\mu m$ hoặc $R_a \le 6,3,\mu m$) trong thời hạn 3 tháng.
• Trang bị thiết bị đo kiểm lực cắt và độ nhám bề mặt: Các cơ sở đào tạo và xí nghiệp chế tạo nên đầu tư máy đo độ nhám cầm tay kỹ thuật số và đồng hồ đo công suất tức thời tại trục chính để kiểm soát sai số dung tích cắt trong phạm vi $\pm 5%$, hoàn thành trong quý tiếp theo.
• Mở rộng nghiên cứu sang vật liệu mới và bôi trơn cải tiến: Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành cần phối hợp triển khai mở rộng mô hình quy hoạch thực nghiệm trên các loại thép hợp kim đặc thù, thép không gỉ và ứng dụng bôi trơn làm nguội tối thiểu (MQL) với lộ trình từ 12 đến 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư công nghệ và Quản đốc xưởng cơ khí: Nắm vững phương pháp tính toán công suất cắt, lực cắt thực tế và quy luật hao phí năng lượng riêng để tối ưu hóa chi phí sản xuất, hạ giá thành gia công đơn hàng.
• Giảng viên, Nghiên cứu sinh và Học viên cao học: Sử dụng tài liệu như một hình mẫu nghiên cứu ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố bậc hai, xử lý thống kê nâng cao (Cochran, Student, Fisher) và tối ưu hóa hàm mục tiêu kỹ thuật.
• Chủ doanh nghiệp và Cơ sở sản xuất cơ khí vừa và nhỏ: Tiếp cận các giải pháp tiết kiệm điện năng thiết thực mà không cần tốn chi phí thay mới dàn máy phay vạn năng TUM20VS đang hoạt động.
• Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí và Cơ điện tử: Tham khảo cấu trúc luận văn chuẩn mực, phương pháp thực hiện đồ án tốt nghiệp liên quan đến máy công cụ, dao cắt và tối ưu hóa chế độ gia công cắt gọt.

Câu hỏi thường gặp

Chi phí năng lượng riêng ($N_r$) trong gia công phay là gì và có ý nghĩa như thế nào? Chi phí năng lượng riêng ($N_r$, tính bằng $kWh/m^3$) là lượng điện năng tiêu thụ cần thiết để hớt bỏ một đơn vị thể tích phoi kim loại. Chỉ số này phản ánh trực tiếp hiệu suất năng lượng của máy cắt, giúp doanh nghiệp đánh giá chính xác giá thành gia công và mức độ thân thiện môi trường của quy trình sản xuất.

Tại sao luận văn lựa chọn dao phay đĩa thép hợp kim 9XC trên phôi thép C8? Thép C8 và thép hợp kim dụng cụ 9XC (độ cứng 62–64 HRC) là hai vật liệu rất thông dụng tại các xưởng cơ khí Việt Nam. Việc nghiên cứu trên cặp vật liệu tiêu chuẩn này đảm bảo tính phổ quát cao, giúp kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất mà không gặp rào cản kỹ thuật.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành bậc 2 có ưu điểm gì? Phương pháp này cho phép thiết lập mô hình tương quan phi tuyến bậc 2 với số lượng thí nghiệm tối thiểu ($N = 9$ thay vì hàng chục điểm như phương pháp truyền thống). Nhờ đó, nghiên cứu vừa tiết kiệm 60% thời gian và vật tư thực nghiệm, vừa đánh giá chính xác tương tác phức tạp giữa các yếu tố.

Làm cách nào giải quyết mâu thuẫn giữa việc giảm tiêu hao năng lượng và đảm bảo độ bóng bề mặt? Nghiên cứu sử dụng phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu bằng hàm trọng lượng và nhân tử Lagrange. Thuật toán này giúp xác lập điểm cân bằng công nghệ, nơi chi phí năng lượng riêng $N_r$ đạt cực tiểu trong khi độ nhám bề mặt $R_a$ vẫn được khống chế dưới giới hạn kỹ thuật cho phép.

Kết quả từ máy TUM20VS có thể chuyển giao cho các dòng máy phay khác không? Có thể chuyển giao phương pháp luận và mô hình toán học tổng quát. Đối với các dòng máy phay khác có cùng dải công suất từ 3,0 kW đến 5,5 kW, kỹ sư chỉ cần hiệu chỉnh hệ số ma trận thực nghiệm dựa trên tốc độ vòng quay và độ cứng vững thực tế của máy.

Kết luận

• Xác định rõ ràng quy luật ảnh hưởng tương hỗ phi tuyến giữa góc mài dao và lượng chạy dao tới chi phí năng lượng riêng ($N_r$) và độ nhám ($R_a$) khi phay mặt phẳng trên máy TUM20VS.
• Thiết lập thành công hệ phương trình hồi quy bậc 2 có độ tin cậy thống kê cao với hệ số tương quan $R^2 \ge 0,84$ và sai số dưới 5%.
• Đề xuất bộ thông số công nghệ cắt gọt hợp lý giúp giảm hơn 20% điện năng tiêu thụ mà vẫn đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết thép C8.
• Cung cấp cẩm nang thực hành quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu chuẩn xác cho các nghiên cứu chuyên ngành cơ khí chế tạo máy.
• Định hình lộ trình nghiên cứu mở rộng ứng dụng gia công cao tốc và công nghệ bôi trơn tối thiểu trong giai đoạn 2024–2026. Hãy áp dụng ngay các chế độ cắt tối ưu này vào dây chuyền sản xuất để nâng cao hiệu quả kinh tế và năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp của bạn!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí.Chiếc máy phay giản đơn đầu tiên của loài người được cha cố người Bỉ tên là Ferdinan Ferbist làm việc ở cung vua Khang Hy chế tạo để gia công vành quay bằng đồng của kính thiên văn theo lệnh của vua vào năm1668 (hình 1.Nguyên lý làm việc của máy như sau: Vành quay sau khi đúc xong được đặt lên mặt đá phẳng,ở phía trên tì lên mặt vành quay là một dao phay làm bằng kim loại,con dao này được bắt chặt vào đầu thanh gỗ,người ta đặt lên phía trên thanh gỗ những quả nặng để tạo ra lực đẩy dao,nhờ ngựa kéo, dao chạy trên mặt vành quay theo vòng tròn. Máy phay do Ferdinan Ferbist phát minh Cho đến nay, hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất.Trong số các nước đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ nói chung và máy phay nói riêng phải kể đến các LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ,Cộng hòa liên bang Đức,Nhật bản,Thụy Sỹ, Italy. Mỹ là nước có nhiều nhà máy sản xuất máy công cụ nhất thế giới với trên 1200đơn vị,hàng năm, sản xuất được trên 273 nghìn máy công cụ.

Máy công cụ do Mỹ sản xuất được các nước châu Âu ưa chuộng vì nó hiện đại và bền cho nên khoảng 40% sản phẩm máy của Mỹ được xuất khẩu sang châu Âu.Nhiều hãng sản xuất máy công cụ nổi tiếng thế giới như Gridley, Kliben, Kent. với các loại sản phẩm khác nhau,hãng Kent cho ra đời các loại máy phay mã hiệu: KTM-3, KTM-3VS, KTM-3VKF (hình 1.2), KTM-VKF, KTM-4VKF,TW-32QI-ANILAM3300, TW-32MV-FANUC, TW- 32TRH.Các loại máy phay khác như: BMT1500S (hình 1.3), BMT2000HU, BMT 2500UM, BMT7000V. có công suất trục chính từ 2-7HP, máy phay giường BM460T, BM56T có công suất trục chính 7 - 7,5 HP, tốc độ quay của trục chính 60-4500 v/p. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Máy phay KTM-3VKF LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Máy phay mã hiệuTAC510 Cộng hòa liên bang Đức là một trong những nước công nghiệp phát triển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ. Nước Đức có khoảng 433 hãng sản xuất máy,trung bình xuất xưởng khoảng 206 nghìn sản phẩm trong một năm bao gồm máy mài,máy doa chiếm 20,1%,máy tiện CNC chiếm 16,2%,máy phay chiếm 13,8%, máy tiện chiếm 12,35%.Ngay từ những năm đầu của thế kỷ XIX, sản xuất công nghiệp ở Cộng hòa liên bang Đức phát triển nhu cầu máy móc để cơ giới hóa các quá trình sản xuất rất lớn đòi hỏi ngành chế tạo máy phải có các loại máy công cụ có năng suất cao, chất lượng tốt.Để dáp ứng yêu cầu này hãng Hermle đã cho ra đời các loại máy phay với mã hiệu như: UVF-1000,UVF-1001, UVF-1200H,UVF-802, UVF-902H,UVF-902, UVF-1001CNC,U-740, hãng Optimum có các sản phẩm máy phay với các mã hiệu: OPTI F100, OPTI F100TC, BF30, BF30 VARIO,BF46, BF20 (hình 1.4) LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 có các đặc tính kỹ thuật cơ bản hành trình bàn theo trục Y:175mm, theo trục X:280mm, theo trục Z:120mm,tốc độ trục chính từ 30÷3000 v/p, công suất động cơ:850w,hãng Elumatec Gmh sản xuất các loại máy phay với mã hiệu: KF178, AS70/03,AF221, AF 222,AF 223,hãng Apple Gmh sản xuất các loại máy phay với mã hiệu: FM 50S DIGI,BSM 150,BFM4PG, UFM100 DIGI, UFM80DIGI (hình 1.5) có các thông số kỹ thuật chính như đường kính dao phay mặt dầu 32 mm, đường kính dao phay ngón 100mm,tốc độ quay trục chính 115÷1750 v/p,hành trình bàn theo trục Y:1120mm, hành trình bàn theo trục X:1200mm, hành trình bàn theo trục Z:2060 mm, công suất động cơ:1,5 kw.Máy phay mã hiệu BF-20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Máy phay mã hiệu UFM 80 DIGI Nhật Bản, nước công nghiệp phát triển đứng thứ hai thế giới sau Mỹ về sản xuất máy công cụ với hơn 270 hãng sản xuất cho ra đời khoảng 257 nghìn máy công cụ trong một năm. Một số hãng sản xuất máy công cụ có sản phẩm máy phay xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới nhưZhizuokavới sản phẩm là máy phay mã hiệu NHQ-G, SV-50D, VHR-SD, AN-SRN.,Takeda Kikai với sản phẩm máy phay mã hiệu TK-VS2N, TKUS2N, HDS430N, BXR1000BCD.Hãng Okuma là một trong những hãng sản xuất máy công cụ lớn ở Nhật Bản cho ra đời máy phay với mã hiệu: MX-55VB,MX-55VR,MX- 40HA, MX-500H, MU-500, MX-60HB, M-4VA, STM-2V(hình 1.6) có các thông số kỹ thuật cơ bản hành trình theo trục X:710mm, theo trục Y:300mm, theo trục Z:410mm, tốc độ trục chính 60÷1800 v/p,công suất động cơ chính 3,7Kw. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Máy phay mã hiệu STM-2V Từ những phân tích ở trên,cho thấy rằng:Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất,đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới.Cùng với việc chế tạo máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện,nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm trong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển. Các nghiên cứu tập trung vào các hướng chủ yếu sau: +Nghiên cứu nâng cao năng suất khi sử dụng máy phay được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 10 Trong công trình [16], các tác giả V.G Nhetrepaev đã khảo sát quá trình hình thành phoi khi phay rãnh chữ T và xây dựng được các mô hình toán học để khảo sát quá trình phoi lấp đầy không gian giữa các răng cắt của dao phay; Sự chuyển dịch phoi dọc mặt cắt trước của các răng cắt dưới tác dụng của lực quán tính và lực thủy động. Sự dịch chuyển của các phoi kim loại dọc mạch cắt dưới tác dụng lực thủy động học; Quá trình lắp đầy phoi trong không gian của mạch cắt; Xác định lực cần thiết tác dụng lên khối phoi vật liệu vụn được tạo thành trong không gian của mạch cắt.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chỉ sau 2 đến 5 vòng quay của trục dao không gian giữa các răng cắt đã được phoi lấp đầy. Kết quả khảo nghiệm cho phép khẳng định rằng: Khi gia công thép và gang ở chế độ tiêu chuẩn có từ 30 ÷ 100% trường hợp không có khả năng tự thoát phoi được nhờ lực quán tính mà muốn quá trình thoát phoi được thuận lợi cần thiết phải có thêm lực tác dụng. Trong quá trình gia công, phoi thép cũng nhanh chóng được lấp đầy rãnh cắt; chỉ sau 10 ÷ 30 mm chiều dài mạch cắt. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng: Sự tách phoi ra khỏi không gian giữa 2 răng cắt (hầu răng) và phoi cắt ra khỏi không gian của mạch cắt cho phép tăng năng suất lên 2 lần mà vẫn đảm bảo được độ nhám theo tiêu chuẩn.

Nhờ sử dụng nhưng pháp chủ động đẩy phoi ra khỏi không gian giữa các răng cắt và trong mạch cắt dòng nước làm mát có áp lực mà tuổi bền của dao tăng lên nhiều lần so với trường hợp làm mát dao cắt khi gia công mà không đẩy phoi… LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 11 Trong công trình [19], tác giả Lobanov.A đã nghiên cứu quá trình phay thép tôi có độ cứng lớn hơn 45HRC. Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã khảo sát nhiệt ở vùng cắt gọt, xác định nhiệt độ; kiểm tra cấu tạo tinh thể và độ cứng của phoi thép và đưa ra phương pháp chọn chế độ cắt gọt, khi phay thep qua tôi cứng; Xác định yêu cầu kỹ thuật của máy phay sử dụng để phay các hợp kim cứng. Sử dụng phương pháp phay kim loại ở trạng thái tôi cứng mà đề tài đề xuất góp phần nâng cao năng suất, giảm độ nhám, giảm chi phí gia công của các chi tiết máy. Trong một vài năm gần đây,việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu khó gia công từ hợp chất của những chất không gỉ, chịu được axít, chịu nhiệt…được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới.Trong số các hợp chất được sử dụng rộng rãi có hợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chất của các kim loại như sắt,niken, manhê, nhôm và các kim loại khác.Tuy nhiên, khi gia công các chi tiết làm bằng hợp chất của titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lý của nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặt gia công.

Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao.Trong công trình [22], tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng được mô hình toán thể hiện được sự ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng cụ trong đó có mòn đặc trưng cho phương pháp phay hợp kim titan tốc độ cao. Từ những kết quả nghiên cứu thu được tác giả đã khuyến cáo áp dụng phương pháp phay độ cao tốc để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia công các chi tiết làm từ hợp kim titan trên các máy phay có độ cứng vững cao. Trong công trình [25], tác giả Ruđina.A đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công bề mặt của các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quá LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 trình cắt hợp lý. Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắt hợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Trong công trình nghiên cứu [28],tác giả Poliakova.V đã nghiên cứu khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắt gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau. Xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt. Xác định được chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực hiện nghiệm phi tuyến.

Với hàm mục tiêu là giá thành sản phẩm. +Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình phay các vật liệu khác nhau là vấ đề mang tính thời sự cũng được quan tâm nghiên cứu Trong công trình [20], tác giả Gilaev.V, xây dựng được lý thuyết mới miêu tả quá trình phay thực hiện bởi lưỡi phay cùng lúc thực hiện chuyển động quay và chuyển động dọc trục quay.