Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực gia công cơ khí, rung động trong quá trình cắt gọt là một vấn đề phổ biến và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt là độ bóng và độ nhám bề mặt chi tiết. Theo ước tính, rung động không chỉ làm giảm độ chính xác hình học mà còn gây hao mòn dụng cụ cắt, giảm năng suất và tăng chi phí sản xuất. Đặc biệt, trong gia công phay, việc sử dụng cán dao giảm chấn đã được xem là giải pháp hiệu quả để hạn chế rung động, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt gia công.

Luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp giảm rung bằng cơ cấu công xôn cho cán dao phay, nhằm cải thiện độ bóng bề mặt chi tiết gia công trên vật liệu thép C45. Mục tiêu cụ thể là thiết kế, chế tạo và thực nghiệm cán dao phay giảm chấn, khảo sát ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt và chiều dài thanh công xôn đến độ bóng bề mặt, đồng thời so sánh với cán dao thông thường. Nghiên cứu được thực hiện trên máy phay CNC MVC955 tại Việt Nam trong năm 2020, với việc đo độ nhám bề mặt bằng máy Mitutoyo SJ-210.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng bề mặt gia công, giảm rung động, tăng năng suất bóc tách kim loại và giảm chi phí sản xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy sử dụng cán dao giảm chấn giúp đạt độ bóng cấp 9 với trị số độ nhám Ra trung bình 0,2834 µm, cải thiện rõ rệt so với cán dao thường chỉ đạt cấp 8. Qua đó, luận văn góp phần bổ sung kiến thức về công nghệ giảm rung trong gia công phay, đặc biệt trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cắt gọt kim loại: Bao gồm các chuyển động cơ bản trong gia công (chuyển động chính, chuyển động chạy dao, chuyển động phụ), chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) và ảnh hưởng của các yếu tố này đến chất lượng bề mặt gia công.

  • Lý thuyết công nghệ phay: Phân tích các loại dao phay, đặc biệt là dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng, khả năng công nghệ phay và các phương pháp phay thuận, phay nghịch ảnh hưởng đến độ bóng bề mặt.

  • Lý thuyết về độ nhám và độ bóng bề mặt: Sử dụng các chỉ tiêu đánh giá như Ra (sai lệch trung bình số học) và Rz (chiều cao trung bình của profile theo 10 điểm), cùng với các tiêu chuẩn TCVN 2511-78 để phân loại cấp độ nhám và độ bóng.

  • Lý thuyết rung động trong gia công: Phân loại rung động thành rung động cưỡng bức, rung động riêng và rung động tự kích thích; nguyên nhân và ảnh hưởng của rung động đến chất lượng gia công; các biện pháp giảm rung động liên quan đến cấu trúc máy, dụng cụ và quá trình cắt.

  • Mô hình giảm rung bằng cơ cấu công xôn: Cấu tạo cán dao giảm chấn tích hợp hệ thống giảm chấn gồm đối trọng gắn với thanh công xôn và dung dịch giảm chấn có độ nhớt đặc biệt, giúp hấp thu năng lượng rung động, làm giảm biên độ dao động và ngăn chặn cộng hưởng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuyên ngành, các bài báo khoa học trong và ngoài nước, các luận văn liên quan về rung động và cán dao giảm chấn; dữ liệu thực nghiệm thu thập từ quá trình gia công trên máy phay CNC MVC955.

  • Thiết kế và chế tạo: Cán dao phay giảm chấn được thiết kế với cơ cấu công xôn tích hợp hệ giảm chấn, sử dụng dầu nhớt có độ nhớt được kiểm soát để tăng hiệu quả giảm rung.

  • Thí nghiệm: Gia công trên vật liệu thép C45 với dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng APMT1604PDET-M2 VP15TF. Thí nghiệm được thực hiện với các biến số gồm chiều dài thanh công xôn (từ 30 mm đến 90 mm), loại dung dịch giảm chấn (nhớt loại 1, nhớt loại 2, dầu), và các thông số chế độ cắt (vòng quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt).

  • Phương pháp phân tích: Đo độ nhám bề mặt Ra bằng máy đo Mitutoyo SJ-210, tổng hợp số liệu, lập bảng kết quả và biểu đồ so sánh độ nhám giữa cán dao giảm chấn và cán dao thường. Phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố đến độ bóng bề mặt, đánh giá hiệu quả giảm rung.

  • Cỡ mẫu: Thí nghiệm được thực hiện trên 8 mẫu với các điều kiện khác nhau, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 8/2018 đến tháng 5/2020, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, thiết kế chế tạo, thực nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của cán dao giảm chấn đến độ bóng bề mặt: Sử dụng cán dao giảm chấn giúp đạt độ bóng cấp 9 với trị số độ nhám Ra trung bình 0,2834 µm, trong khi cán dao thường chỉ đạt cấp 8 với Ra cao hơn khoảng 0,4 µm. Điều này chứng tỏ hiệu quả giảm rung rõ rệt khi sử dụng cán dao giảm chấn.

  2. Ảnh hưởng của chiều dài thanh công xôn: Khi chiều dài thanh công xôn tăng từ 30 mm đến 90 mm, độ nhám bề mặt tăng lên đáng kể đối với cán dao thường, trong khi cán dao giảm chấn duy trì độ nhám thấp hơn khoảng 20-30%. Ví dụ, với chiều dài 90 mm, độ nhám Ra của cán dao giảm chấn thấp hơn cán dao thường khoảng 0,1 µm.

  3. Ảnh hưởng của loại dung dịch giảm chấn: Dung dịch nhớt loại 1 (25W-60) và nhớt loại 2 (15W-40) có chỉ số độ nhớt khác nhau ảnh hưởng đến khả năng giảm rung. Nhớt loại 1 cho kết quả độ nhám thấp hơn khoảng 10-15% so với nhớt loại 2 và dầu thông thường, cho thấy độ nhớt cao hơn giúp tăng hiệu quả giảm rung.

  4. Tăng năng suất gia công: Việc sử dụng cán dao giảm chấn cho phép tăng các thông số chế độ cắt (vòng quay, lượng chạy dao) mà vẫn đảm bảo độ bóng bề mặt và an toàn, từ đó nâng cao năng suất bóc tách kim loại và giảm chi phí sản xuất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc cải thiện độ bóng bề mặt khi sử dụng cán dao giảm chấn là do hệ thống giảm chấn hấp thu năng lượng rung động, làm giảm biên độ dao động và ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng trong quá trình gia công. Điều này phù hợp với lý thuyết rung động tự kích thích và rung động cưỡng bức trong gia công cắt gọt.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này tương đồng với báo cáo của một số nghiên cứu quốc tế về hiệu quả của các dụng cụ giảm rung trong gia công phay và tiện. Tuy nhiên, nghiên cứu này có đóng góp mới khi áp dụng và thử nghiệm thực tế trên vật liệu thép C45 tại Việt Nam, đồng thời khảo sát chi tiết ảnh hưởng của chiều dài thanh công xôn và loại dung dịch giảm chấn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ nhám Ra theo chiều dài thanh công xôn và loại dung dịch, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của cán dao giảm chấn. Bảng so sánh kết quả thí nghiệm cũng làm nổi bật sự khác biệt giữa cán dao giảm chấn và cán dao thường.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm gia công, giảm thiểu rung động và tăng hiệu quả sản xuất trong ngành cơ khí chế tạo máy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi cán dao giảm chấn trong gia công phay: Các doanh nghiệp sản xuất cơ khí nên đầu tư và sử dụng cán dao giảm chấn để nâng cao chất lượng bề mặt và tăng năng suất, đặc biệt trong các công đoạn gia công tinh yêu cầu độ bóng cao. Thời gian áp dụng: trong vòng 1 năm; chủ thể thực hiện: phòng kỹ thuật và sản xuất.

  2. Tối ưu chiều dài thanh công xôn: Khuyến nghị lựa chọn chiều dài thanh công xôn phù hợp, ưu tiên sử dụng chiều dài ngắn hoặc vừa phải kết hợp với cán dao giảm chấn để giảm rung động tối đa. Thời gian thực hiện: ngay trong các kế hoạch gia công; chủ thể: kỹ sư thiết kế và vận hành máy.

  3. Sử dụng dung dịch giảm chấn có độ nhớt phù hợp: Lựa chọn dung dịch nhớt có chỉ số độ nhớt cao như nhớt loại 1 (25W-60) để tăng hiệu quả giảm rung, đồng thời kiểm soát nhiệt độ và điều kiện làm việc của dung dịch. Thời gian áp dụng: liên tục trong quá trình gia công; chủ thể: bộ phận bảo trì và vận hành.

  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về giảm rung: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ thuật viên và công nhân về nguyên lý, lợi ích và cách sử dụng cán dao giảm chấn, cũng như các biện pháp giảm rung khác nhằm tối ưu hóa quy trình gia công. Thời gian: 6 tháng; chủ thể: phòng đào tạo và quản lý sản xuất.

  5. Nghiên cứu tiếp tục và phát triển công nghệ giảm rung: Khuyến khích các cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp phát triển các loại cán dao giảm chấn mới, tích hợp công nghệ hiện đại như cảm biến rung và điều khiển tự động để nâng cao hiệu quả giảm rung. Thời gian: 2-3 năm; chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và chuyên gia trong ngành cơ khí chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về giảm rung trong gia công phay, giúp họ cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về lý thuyết rung động, công nghệ phay và phương pháp giảm rung, hỗ trợ cho các đề tài nghiên cứu và luận văn liên quan.

  3. Doanh nghiệp sản xuất cơ khí và gia công chi tiết máy: Các nhà quản lý và kỹ thuật viên có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa thiết bị, nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.

  4. Nhà cung cấp và phát triển dụng cụ cắt gọt: Thông tin về cấu tạo, nguyên lý và hiệu quả của cán dao giảm chấn giúp họ cải tiến sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường về công cụ giảm rung hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cán dao giảm chấn là gì và hoạt động như thế nào?
    Cán dao giảm chấn là dụng cụ phay tích hợp hệ thống giảm rung bên trong, sử dụng cơ cấu công xôn và dung dịch nhớt để hấp thu năng lượng rung động, làm giảm biên độ dao động trong quá trình gia công, từ đó cải thiện độ bóng bề mặt.

  2. Sử dụng cán dao giảm chấn có ảnh hưởng đến năng suất gia công không?
    Có, cán dao giảm chấn cho phép tăng các thông số chế độ cắt như tốc độ vòng quay và lượng chạy dao mà vẫn đảm bảo độ bóng và an toàn, giúp tăng năng suất bóc tách kim loại và giảm chi phí sản xuất.

  3. Chiều dài thanh công xôn ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả giảm rung?
    Chiều dài thanh công xôn càng lớn thì rung động càng dễ phát sinh, làm giảm chất lượng bề mặt. Sử dụng cán dao giảm chấn giúp giảm rung hiệu quả ngay cả khi chiều dài công xôn tăng, duy trì độ nhám thấp hơn khoảng 20-30% so với cán dao thường.

  4. Loại dung dịch giảm chấn nào phù hợp nhất?
    Dung dịch nhớt có độ nhớt cao như nhớt loại 1 (25W-60) được khuyến nghị vì khả năng hấp thu rung động tốt hơn, giúp giảm độ nhám bề mặt hiệu quả hơn so với nhớt loại 2 hoặc dầu thông thường.

  5. Có những hạn chế nào khi sử dụng cán dao giảm chấn?
    Nhược điểm bao gồm chi phí chế tạo cao hơn, thời gian chế tạo lâu hơn và hiệu quả giảm rung phụ thuộc vào chế độ cắt phù hợp. Ngoài ra, cần chú ý không kẹp lên phần giảm chấn của cán dao để tránh hư hỏng.

Kết luận

  • Cán dao giảm chấn giúp giảm rung động hiệu quả, nâng cao độ bóng bề mặt chi tiết gia công, đạt độ nhám Ra trung bình 0,2834 µm, tương đương cấp độ bóng 9.
  • Chiều dài thanh công xôn và loại dung dịch giảm chấn là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả giảm rung và chất lượng bề mặt.
  • Sử dụng cán dao giảm chấn cho phép tăng các thông số chế độ cắt, nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.
  • Nghiên cứu bổ sung kiến thức về công nghệ giảm rung trong gia công phay tại Việt Nam, có giá trị thực tiễn cao cho ngành cơ khí chế tạo máy.
  • Đề xuất áp dụng rộng rãi cán dao giảm chấn, tối ưu chiều dài công xôn, lựa chọn dung dịch phù hợp và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Next steps: Triển khai áp dụng giải pháp trong sản xuất thực tế, tiếp tục nghiên cứu cải tiến công nghệ giảm rung và phát triển các loại cán dao giảm chấn thế hệ mới.

Call to action: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu trong ngành cơ khí nên quan tâm và đầu tư vào công nghệ giảm rung để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.