CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng dụng cụ cắt trên thế giới. Hiện nay, các nước trên thế giới có xu hướng hội nhập, liên kết và thông thương với nhau. Trong thời đại của nền kinh tế thị trường mang tính chất toàn cầu hóa, thời đại của khoa học kỹ thuật.
thì lĩnh vực cơ khí đóng vai trò then chốt, nền tảng cho tiến bộ khoa học của thế giới như hiện nay. Các nghiên cứu trong lĩnh vực cơ khí có các bước tiến mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu xã hội. Riêng trong lĩnh vực gia công cơ khí yêu cầu tăng năng suất, tăng độ chính xác và chất lượng bề mặt ngày càng cao. Nhiều biện pháp đã được áp dụng để cải tiến quá trình gia công.
Khi đề cập đến chất lượng gia công, không thể không đề cập đến độ bóng bề mặt mặt chi tiết và độ nhám là chỉ tiêu để đánh giá điều này. Một trong số những đối tượng được nghiên cứu để giải quyết vấn đề này là dụng cụ cắt. Đã có rất nhiều công ty nghiên cứu và chế tạo dụng cụ cắt nổi tiếng trên thế giới (hình 1. Điển hình là Công ty Kennametal, một công ty về dụng cụ cắt hàng đầu của Mỹ chuyên cung cấp các dụng cụ cắt cho hoạt động gia công cơ khí trong nước và các nước Châu Âu.
Còn ở thị trường Châu Á, Mitsubishi lại là một trong những nhà sản xuất dụng cụ cắt hàng đầu của Nhật. 7 Luan van Hình 1. Đặc biệt trong các công ty về dụng cụ cắt, Công ty Sandvik (Thụy Điển) đã tiên phong trong việc nghiên cứu và chế tạo cán dao giảm chấn, giảm rung động trong quá trình gia công khi cán dao gá dài nhằm cải thiện được chế độ cắt (hình 1. Những nghiên cứu của Sandvik mang tính chất tham khảo vì thí nghiệm hầu như được thực hiện trên các loại vật liệu tiêu chuẩn và trong điều kiện gia công khá hoàn hảo, nên những kết quả nhận được khá lý tưởng.4: Dao tiện giảm chấn [1].
8 Luan van (a) (b) (c) Hình 1.5: Dao phay giảm chấn [1].6: Dao doa giảm chấn [1]. Nhiều nhà khoa học đã chứng minh và tìm ra được nhiều phương án để giảm rung động trong quá trình cắt gọt. Bài báo “Improving performance of CBN cutting tools by increasing their damping properties” của L. Osadchii, năm 2012 [2]: Trong đề tài nghiên cứu nhóm tác giả tập trung thiết kế kết cấu dụng cụ cắt cải tiến bằng cách tích hợp các chi tiết đặc biệt với chức năng giảm chấn nhằm mục đích cải thiện độ ổn định dụng cụ cắt do dao động trong quá trình gia công.
Trên cơ sở đó, đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng của cơ cấu giảm chấn đến biên độ dao động dụng cụ cắt, tuổi thọ dụng cụ cắt vật liệu CBN và chất lượng độ nhám bề mặt sau gia công. Nhóm tác giả dựa trên các kết quả thí nghiệm giảm chấn tham khảo như sử dụng chi tiết giảm rung động, mạ phủ lớp vật liệu đặc biệt lên lưỡi cắt hoặc sử dụng cán dao với vật liệu giảm chấn đặc biệt. Từ đó các tác giả đưa ra mô hình cơ cấu giảm chấn như hình 1.7, với các chi tiết chế tạo từ vật liêu giảm chấn đặc biệt. Cấu tạo chính của cơ cấu gồm mảnh dao vuông CBN (1) được gá đặt và kẹp chặt giữa hai chi tiết giảm chấn (2) bằng cơ cấu gá dao (4).
Một gia tốc kế (3) được lắp đặt ngay đầu cán dao có nhiệm đo gia tốc rung động của dao tiện trong quá trình gia công. Trong quá trình thí nghiệm, nhóm tác giả tiến hành cắt gọt với các chế độ cắt khác nhau trên 9 Luan van vật liệu có độ cứng lên đến 60 – 62 HRC và tiến hành đo gia tốc rung động cho các trường hợp này. Kết quả cho thấy việc sử dụng cơ cấu giảm chấn dao tiện giúp tăng độ ổn định cũng như khử độ rung động dụng cụ đáng kể trong quá trình gia công. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp làm giảm lực thành phần Py và Pz trên cán dao tiện.
Khi tăng tốc độ cắt thì nhiệt độ vùng cắt tăng và chi tiết nóng lên dẫn đến độ rung động giảm theo. Ngược lại nếu tăng tốc độ tiến dao thì dẫn đến lực cắt sẽ lớn làm tăng biên độ dao động dao cắt. Việc sử dụng vật liệu TiNi chế tạo chi tiết giảm chấn giúp làm giảm biên độ rung động và tăng tuổi thọ dụng cụ đặc biệt trong các trường hợp tiện vật liệu cứng như 5KhGSA, KhVG và U8. Ngoài ra vật liệu TiNi chế tạo chi tiết giảm chấn còn giúp làm giảm giá trị độ nhám bề mặt Ra lên đến 35 – 45%.
Tóm lại việc sử dụng cơ cấu giảm chấn có khả năng sử dụng thích hợp cho quá trình gia công các vật liệu có độ cứng trên 60 HRC với tốc độ cắt lớn hơn 2 m/s. 1 – insert cắt CBN; 2 – tấm đỡ giảm chấn; 3 – gia tốc kế; 4 – mỏ kẹp chặt Hình 1.7: Cơ cấu giảm chấn dao tiện với tấm đỡ Năm 2012, bài báo “Effect of magneto rheological damper on tool vibration during” của P. Sam Paul [3] đã cho thấy kết quả làm giảm rung động của cán dao giảm chấn khi sử dụng dòng lưu biến điện từ (MR) khi tiện thép AISI 4340 với độ cứng 46HRC so với cán dao thường (Hình 1. 10 Luan van Hình 1.8: Sơ đồ lực cắt chính và lực giảm chấn của cơ cấu MR Ba năm sau, P.
Sam Paul lại có công trình nghiên cứu khác - “Effect of nanoparticles on the performance of magnetorheological fluid damper during hard turning process” năm 2015 [4]. Ở công trình lần này, tác giả làm giảm nhiệt độ và tăng độ nhớt của dòng MR bằng cách cho thêm các hạt nano với thành phần là aluminium oxide (0.1% ) và titanium oxide (0.2%), kết quả làm tăng khả năng cắt gọt (Hình 1. 11 Luan van Hình 1.9: Sơ đồ cơ cấu giảm chấn MR. Một công trình nghiên cứu khác, “Development of designs of damping cutting tools” của nhóm tác giả V.
Novikov được công nhân năm 2016 [5]. Trong đề tài nhóm tác giả tập trung nghiên cứu thiết kế và đề xuất cơ cấu giảm chấn nhằm kiểm soát độ ổn định dụng cụ cắt trong quá trình cắt gọt và cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Cơ sở lý thuyết và mô hình thực nghiệm dụng cụ cắt dựa vào việc xác định sự thay đổi không theo quy luật của cấu trúc tế vi bề mặt sản phẩm. Nhóm tác giả chế tạo mô hình cơ cấu giảm chấn dao tiện gồm hai nửa chi tiết bạc lót (4) và (5) lắp ghép với nhau.
Cán dao tiện (3) sẽ được lắp bên trong chi tiết (6) được chế tạo từ vật liệu đặc biệt cho chức năng giảm chấn. Cuối cùng là mảnh dao tiện hợp kim (1) được lắp trên cán dao và được cố định bằng cơ cấu đồ gá (2) như hình 1. Chi tiết giảm chấn (6) có nhiệm vụ cách ly cán dao tiện khỏi cơ cấu đồ gá trên máy tiện nhằm giảm biên độ dao động trong quá trình gia công. Kết quả thí nghiệm cho thấy chất lượng bề mặt gia công được cải thiện rõ rệt và giá trị độ nhám bề mặt Ra giảm đến 20 – 40% khi gia công tiện có sử dụng cơ cấu giảm chấn.
Độ dao động cán dao tiện được khảo sát bằng thiết bị chuyển đổi rung động cơ thành tín hiệu số với chức năng đo gia tốc dao động cho thấy cơ cấu giảm chấn giúp làm giảm dao động lên đến 30% so với các giá trị trung 12 Luan van bình khi gia công trên các dao tiện thông thường. Trên cơ sở kết quả thực nghiệm nhóm tác giả khẳng định cơ cấu giảm chấn được sử dụng giúp giảm độ dao động cán dao cũng như giảm va đập trong quá trình gia công tiện.10: Dụng cụ cắt giảm chấn. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng dụng cụ cắt trong nước. Nền công nghiệp phát triển đi đôi với việc phát triển thiết bị, thiết bị phát triển thì quá trình sản xuất, dụng cụ cắt phải phát triển.
Chình vì vậy, cần phải có các biện pháp cải tiến để tăng năng suất, giảm giá thành và nâng chất lượng chi tiết gia công. Ngày nay, thiết bị sử dụng gia công cắt gọt phát triển mạnh mẽ, cụ thể là thiết bị điều khiển chương trình số, các hệ thống tự động. Do thiết bị phát triển kéo theo dụng cụ cắt phát triển, máy gia công và dụng cụ cắt có tương quan mật thiết với nhau. Trong khi đó tại Việt Nam dụng cụ cắt chỉ có vài cơ sở chế tạo như: công ty cổ phần dụng cụ số 1, công ty Vạn Xuân, công ty TNHH dụng cụ An Mi… Chủ yếu, nước ta nhập khẩu và ứng dụng các nghiên cứu có sẵn vào sản xuất.
Dụng cụ cắt trong nước 13 Luan van còn nhiều hạn chế về năng suất và đặc biệt chưa có dụng cụ cắt chú trọng đến rung động trong quá trình gia công như dụng cụ cắt giảm rung động. Việc sản xuất dụng cụ cắt trong nước (hình 1.12) không thể cạnh tranh với các sản phẩm của các nước trên thế giới và trong khu vực. Phần lớn các công ty nhập dụng cụ cắt với giá thành cao và phụ thuộc nhà sản xuất. Yêu cầu hiện nay, nước ta cần nghiên cứu công nghệ dụng cụ cắt trên thế giới để áp dụng vào tình hình sản xuất trong nước, chủ động sản xuất dụng cụ cắt có tính năng cắt gọt tốt và giá thành thấp.
Ngành cơ khí chế tạo có 3 hướng phát triển: phát triển về máy gia công, phát triển về công nghệ và phát triển về dụng cụ cắt. Dựa vào tình hình thực tế trong nước, phát triển và ứng dụng dụng cụ cắt là phù hợp và cấp thiết.11: Dao tiện trong nước. Độ nhám bề mặt nói lên tính chất của quá trình gia công và tính chất làm việc của chi tiết. Trong nước cũng có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công như: - Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ bóng bề mặt trong quá trình phay mặt phẳng” của Nguyễn Văn Toàn – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM – Năm 2016 [6]: Tác giả đã thực nghiệm sử dụng cán dao phay giảm chấn với các chế độ cắt khác nhau cho từng loại vật liệu cụ thể, từ đó tìm được chế độ cắt 14 Luan van tối ưu nhất.
Tuy nhiên, trong điều kiện cắt gọt khác thì cán dao giảm chấn chưa ưu việt hơn so với cán dao thường bởi vì cơ cấu giảm chấn chưa thay đổi linh hoạt được.