Tổng quan nghiên cứu

Máy tiện vạn năng cỡ trung, đặc biệt là máy tiện T630-1 do Việt Nam sản xuất, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp quốc phòng, phục vụ chế tạo và sửa chữa các chi tiết đạn pháo hải quân. Hiện tại, nhà máy Z113 đang sử dụng 5 máy tiện T630-1 trong tổng số 85 máy tiện, tuy nhiên, sau nhiều năm vận hành, các máy này gặp phải hiện tượng mòn đường dẫn hướng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công và chất lượng sản phẩm. Mòn băng máy dẫn hướng là nguyên nhân chính gây sai số hình học chi tiết gia công như côn, tang trống, yên ngựa, làm giảm hiệu quả sản xuất và tăng chi phí bảo trì.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát biểu đồ phân bố áp suất và hàm φ(x) dựa trên lượng mòn đường dẫn hướng của máy tiện T630-1 trong điều kiện sản xuất công nghiệp quốc phòng, từ đó dự báo thời gian sử dụng còn lại và đề xuất phương án bảo trì phù hợp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các máy tiện T630-1 tại Nhà máy Z113, với dữ liệu thu thập trong điều kiện vận hành thực tế. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác gia công, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa kế hoạch bảo dưỡng, góp phần phát triển công nghiệp quốc phòng bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về ma sát và mòn, tập trung vào:

  • Lý thuyết ma sát mòn: Phân loại ma sát (trượt, lăn, xoay, hỗn hợp), các dạng ma sát theo điều kiện bề mặt (khô, bôi trơn giới hạn, ướt), và các đại lượng đặc trưng như hệ số ma sát, cường độ mòn.
  • Mòn khớp ma sát: Quá trình phá hủy bề mặt vật liệu do ma sát, quy luật mòn tuyến tính theo thời gian và quãng đường ma sát, mối quan hệ giữa áp suất pháp tuyến và tốc độ mòn.
  • Phân bố áp suất và hàm φ(x): Mô hình biểu diễn sự phân bố áp suất trên bề mặt đường dẫn hướng và hàm φ(x) mô tả quãng đường ma sát chung, làm cơ sở tính toán lượng mòn tại từng vị trí trên băng máy.
  • Ảnh hưởng mòn đến độ chính xác máy tiện: Mòn đường dẫn hướng làm tăng khe hở, gây sai lệch hình học chi tiết gia công và giảm chất lượng bề mặt.

Các khái niệm chính bao gồm: lượng mòn U, cường độ mòn I, lượng mòn giới hạn Umax, biểu đồ phân bố áp suất P(x), hàm phân bố quãng đường ma sát M(x), và các tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 7011-1:2007, TCVN 7012:2002.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu mòn đường dẫn hướng từ 3 máy tiện T630-1 tại Nhà máy Z113, đo đạc độ mòn bề mặt trượt và đường dẫn hướng theo tiêu chuẩn TCVN 7011-1:2007.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn máy tiện đã sử dụng lâu năm, đại diện cho điều kiện vận hành thực tế trong sản xuất quốc phòng.
  • Phân tích dữ liệu: Xây dựng biểu đồ phân bố áp suất P(x) và hàm φ(x) dựa trên kết quả đo mòn, áp dụng công thức tính mòn tuyến tính và tích phân cận để mô phỏng phân bố mòn dọc theo chiều dài băng máy.
  • Timeline nghiên cứu: Quá trình thu thập và phân tích dữ liệu diễn ra trong năm 2022-2023, với các bước kiểm tra hình học, đo mòn, lập biểu đồ và dự báo tuổi thọ máy.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn trong bảo trì và nâng cao hiệu suất máy tiện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân bố áp suất và lượng mòn không đều: Biểu đồ áp suất P(x) trên đường dẫn hướng máy tiện T630-1 cho thấy áp suất phân bố không đồng đều, tập trung nhiều tại các vị trí bàn xe dao di chuyển nhiều. Lượng mòn U(x) tương ứng có dạng phức tạp, không tuyến tính, phản ánh đặc điểm vận hành đa dạng của máy trong sản xuất quốc phòng.

  2. Mòn băng máy ảnh hưởng đến độ chính xác gia công: Đo đạc thực nghiệm cho thấy độ mòn trung bình của bề mặt trượt dao động trong khoảng 0,02-0,05 mm sau nhiều năm sử dụng, vượt quá giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn kỹ thuật (0,02 mm/1000 mm). Điều này dẫn đến sai số hình học chi tiết gia công tăng lên khoảng 15-20%, đặc biệt ở các chi tiết có hình dạng phức tạp như côn và tang trống.

  3. Dự báo thời gian sử dụng còn lại: Dựa trên tốc độ mòn trung bình và lượng mòn giới hạn Umax, thời gian sử dụng còn lại của máy tiện T630-1 được ước tính khoảng 2-3 năm nếu không thực hiện mài sửa băng máy. Việc bảo trì định kỳ có thể kéo dài tuổi thọ máy thêm 5 năm hoặc hơn.

  4. Ảnh hưởng của mòn đến chất lượng sản phẩm: Mòn đường dẫn hướng làm tăng khe hở giữa băng máy và bàn xe dao, gây rung động và giảm độ cứng vững của dao cắt, làm tăng độ nhám bề mặt chi tiết gia công lên 10-15% so với ban đầu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu trong ngành về ảnh hưởng của mòn đường dẫn hướng đến độ chính xác máy công cụ. Sự phân bố áp suất không đều và hàm φ(x) phức tạp phản ánh đặc thù vận hành đa dạng của máy tiện trong môi trường sản xuất quốc phòng, nơi gia công nhiều loại chi tiết khác nhau với quãng đường trượt biến đổi. Biểu đồ mòn và áp suất có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong và bảng số liệu đo đạc, giúp trực quan hóa mức độ mòn tại từng vị trí.

So với các máy tiện cùng loại trên thị trường, máy T630-1 có hệ số mòn k tương đối cao do vật liệu và công nghệ chế tạo chưa tối ưu, đồng thời điều kiện bôi trơn và bảo dưỡng chưa được thực hiện thường xuyên. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng các biện pháp bảo trì và nâng cấp vật liệu để giảm tốc độ mòn.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc dự báo tuổi thọ máy dựa trên biểu đồ phân bố áp suất và hàm φ(x) là phương pháp hiệu quả, giúp nhà máy lập kế hoạch bảo dưỡng chính xác, giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí sửa chữa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thực hiện mài sửa băng máy định kỳ: Áp dụng quy trình mài sửa băng máy theo chu kỳ 1-2 năm nhằm duy trì độ chính xác đường dẫn hướng, giảm sai số gia công và kéo dài tuổi thọ máy tiện T630-1. Nhà máy Z113 cần xây dựng lịch bảo trì chi tiết dựa trên kết quả dự báo mòn.

  2. Nâng cấp vật liệu băng máy: Sử dụng vật liệu có tính chống mòn cao hơn cho băng máy và bàn xe dao, giảm hệ số mòn k, từ đó giảm tốc độ mòn trung bình xuống dưới 0,01 mm/năm. Bộ phận kỹ thuật và nhà cung cấp vật liệu cần phối hợp nghiên cứu và thử nghiệm.

  3. Cải thiện hệ thống bôi trơn: Tăng cường kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống bôi trơn để đảm bảo lớp dầu bôi trơn luôn ổn định, giảm ma sát và mòn bề mặt. Thực hiện đào tạo nhân viên vận hành về kỹ thuật bôi trơn đúng cách.

  4. Mở rộng nghiên cứu cho các loại máy tiện khác: Tiến hành khảo sát và áp dụng phương pháp nghiên cứu biểu đồ phân bố áp suất và hàm φ(x) cho các máy tiện vạn năng hạng trung khác như C620, CW6263C, CU500MT, CA6140, CAK-3665ni và các máy tiện CNC để nâng cao hiệu quả sử dụng toàn bộ thiết bị trong nhà máy.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư bảo trì và vận hành máy công cụ: Nắm bắt được nguyên lý mòn và cách dự báo tuổi thọ máy, từ đó lập kế hoạch bảo dưỡng hiệu quả, giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí sửa chữa.

  2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành công nghiệp quốc phòng: Hiểu rõ ảnh hưởng của mòn máy tiện đến chất lượng sản phẩm, giúp điều phối sản xuất và đầu tư thiết bị phù hợp, nâng cao năng suất và độ chính xác gia công.

  3. Chuyên gia nghiên cứu và phát triển vật liệu: Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển vật liệu chống mòn cao cho các bộ phận máy công cụ, góp phần nâng cao tuổi thọ và hiệu suất thiết bị.

  4. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật cơ khí: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết ma sát mòn, phương pháp đo đạc và phân tích mòn trong máy công cụ, hỗ trợ học tập và nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao mòn đường dẫn hướng lại ảnh hưởng lớn đến độ chính xác máy tiện?
    Mòn đường dẫn hướng làm tăng khe hở giữa băng máy và bàn xe dao, gây sai lệch vị trí dao cắt, làm biến dạng hình học chi tiết gia công và giảm chất lượng bề mặt. Ví dụ, mòn lõm giữa băng máy làm đường kính chi tiết lớn hơn ở phần giữa so với đầu.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để đo lượng mòn đường dẫn hướng?
    Sử dụng phương pháp đo hình học theo tiêu chuẩn TCVN 7011-1:2007, đo độ thẳng, độ song song và độ phẳng bằng thước thẳng, đồng hồ so và nivô chính xác, kết hợp phân tích biểu đồ phân bố áp suất và hàm φ(x).

  3. Làm thế nào để dự báo thời gian sử dụng còn lại của máy tiện?
    Dựa trên tốc độ mòn trung bình đo được và lượng mòn giới hạn Umax, tính toán thời gian còn lại trước khi máy vượt quá giới hạn cho phép, từ đó lập kế hoạch mài sửa hoặc thay thế.

  4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại máy tiện khác không?
    Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh hệ số mòn và biểu đồ phân bố áp suất phù hợp với đặc điểm kỹ thuật và điều kiện vận hành của từng loại máy tiện khác nhau, đặc biệt là máy tiện CNC.

  5. Giải pháp nào giúp giảm tốc độ mòn đường dẫn hướng hiệu quả nhất?
    Kết hợp mài sửa định kỳ, nâng cấp vật liệu băng máy, cải thiện hệ thống bôi trơn và đào tạo nhân viên vận hành đúng kỹ thuật sẽ giảm đáng kể tốc độ mòn và duy trì độ chính xác máy.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công biểu đồ phân bố áp suất P(x) và hàm φ(x) dựa trên lượng mòn đường dẫn hướng máy tiện T630-1 trong điều kiện sản xuất quốc phòng, cung cấp công cụ dự báo tuổi thọ máy chính xác.
  • Mòn đường dẫn hướng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công và chất lượng sản phẩm, với sai số hình học chi tiết gia công tăng lên đến 20% khi mòn vượt giới hạn cho phép.
  • Thời gian sử dụng còn lại của máy tiện T630-1 được ước tính khoảng 2-3 năm nếu không bảo trì, có thể kéo dài thêm 5 năm khi thực hiện mài sửa định kỳ và cải tiến vật liệu.
  • Đề xuất các giải pháp bảo trì, nâng cấp vật liệu và mở rộng nghiên cứu cho các loại máy tiện khác nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và phát triển công nghiệp quốc phòng.
  • Khuyến khích các nhà quản lý, kỹ sư và chuyên gia nghiên cứu áp dụng kết quả để tối ưu hóa vận hành và bảo dưỡng máy công cụ, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Nhà máy Z113 và các đơn vị liên quan nên triển khai ngay kế hoạch mài sửa băng máy định kỳ, đồng thời phối hợp nghiên cứu nâng cấp vật liệu và mở rộng ứng dụng phương pháp nghiên cứu cho các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất.