Nghiên cứu công suất cắt và năng suất khi phay rãnh thép C45 trên máy TUM20VS

Khám phá ảnh hưởng của các thông số gia công đến công suất phay rãnh thép C45. Bài viết phân tích sâu để tối ưu hóa quá trình phay.

• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Cơ Điện và Công Trình
• Đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật đến công suất cắt và năng suất khi phay rãnh thép C45 bằng dao phay ngón trên máy phay TUM20VS
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện về phay rãnh thép C45 trên máy TUM20VS

Ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò nền tảng trong nền kinh tế quốc dân, có những đóng góp quan trọng vào sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Trong đó, gia công cắt gọt kim loại là phương pháp tạo hình chi tiết máy phổ biến nhất, đặc biệt khi yêu cầu độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Phay là một trong những phương pháp gia công cho năng suất cao, chiếm khoảng 20% tổng khối lượng gia công kim loại. Để khai thác hiệu quả các thiết bị hiện đại như máy phay TUM20VS, việc nghiên cứu và xác định các thông số công nghệ tối ưu là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào quá trình phay rãnh thép C45 bằng dao phay ngón, một hoạt động phổ biến trong sản xuất. Mục tiêu chính là làm rõ sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến hai chỉ tiêu quan trọng: công suất cắt và năng suất. Việc hiểu rõ mối quan hệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng máy móc, tiết kiệm năng lượng mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra, giảm giá thành gia công. Nghiên cứu sử dụng phương pháp luận khoa học, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, để xây dựng mô hình toán học và xác định chế độ cắt hợp lý, góp phần vào việc sử dụng hiệu quả các thiết bị nhập khẩu trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam. Đây là hướng đi phù hợp, giải quyết bài toán thực tiễn mà nhiều doanh nghiệp cơ khí đang đối mặt.

1.1. Tầm quan trọng của gia công cắt gọt trong ngành cơ khí

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, ngành cơ khí Việt Nam đã có những bước tiến vượt bậc, từ việc chỉ đáp ứng 8-10% nhu cầu trong nước vào đầu thập niên 90, đến nay con số này đã đạt 40%. Gia công cắt gọt là xương sống của ngành, là quy trình không thể thiếu để sản xuất các chi tiết máy từ đa dạng vật liệu. Để đạt được năng suất cao, chất lượng tốt và giá thành cạnh tranh, việc nắm vững các quy luật cơ bản của quá trình cắt là yêu cầu bắt buộc. Điều này cho phép các kỹ sư điều khiển hiện tượng xảy ra trong vùng cắt và lựa chọn chế độ cắt tối ưu. Việc nghiên cứu sâu về quá trình phay, một phương pháp gia công năng suất cao, trở thành một nhiệm vụ cấp thiết để nâng cao năng lực sản xuất nội địa.

1.2. Giới thiệu máy phay vạn năng TUM20VS và ứng dụng

Máy phay vạn năng TUM20VS, do hãng Toongchi (Đài Loan) sản xuất, là một thiết bị phổ biến trong các xưởng cơ khí chính xác. Máy có kết cấu vững chắc, với công suất động cơ 2 HP và tốc độ đầu phay linh hoạt từ 80 đến 3000 vòng/phút, chia làm 8 cấp. Kích thước bàn máy 190 x 660 mm cùng hành trình các trục X, Y, Z lần lượt là 710-850 mm, 315 mm và 410 mm cho phép gia công nhiều loại chi tiết khác nhau. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên chuyển động quay của trục chính (mang dao cụ) và chuyển động tịnh tiến của bàn máy (gá phôi). Việc nghiên cứu trên máy phay TUM20VS mang lại giá trị thực tiễn cao, vì các kết quả có thể áp dụng trực tiếp để cải thiện hiệu quả vận hành tại các cơ sở sản xuất đang sử dụng loại máy này.

1.3. Đặc tính vật liệu thép C45 trong gia công cơ khí

Thép C45 là loại thép carbon trung bình, không hợp kim, được sử dụng rộng rãi để chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọng vừa và nhỏ như trục, bánh răng, bulông, và các chi tiết cần độ bền và độ cứng vừa phải. Với thành phần carbon khoảng 0.45%, thép C45 có cơ tính tốt, dễ dàng nhiệt luyện để đạt được độ cứng mong muốn. Tuy nhiên, tính chất cơ lý của vật liệu này cũng đặt ra những thách thức trong quá trình gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, và độ mòn của dụng cụ. Do đó, việc lựa chọn thép C45 làm đối tượng nghiên cứu giúp xây dựng một bộ thông số cắt chuẩn, làm cơ sở tham khảo cho việc gia công loại vật liệu phổ biến này, hướng tới mục tiêu tối ưu hóa năng suất và giảm chi phí sản xuất.

II. Các yếu tố cốt lõi ảnh hưởng công suất cắt khi phay rãnh

Việc tối ưu hóa quá trình phay đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất gia công. Hai chỉ tiêu quan trọng nhất là năng suất và công suất cắt. Năng suất thể hiện tốc độ loại bỏ vật liệu, trong khi công suất cắt phản ánh năng lượng tiêu thụ trong quá trình. Việc giảm công suất cắt không chỉ giúp tiết kiệm chi phí năng lượng mà còn giảm tải cho máy, kéo dài tuổi thọ thiết bị và dụng cụ cắt. Công suất cắt phụ thuộc vào nhiều thông số, bao gồm các yếu tố thuộc về máy (độ cứng vững, công suất động cơ), dao cụ (vật liệu, hình dáng hình học, số lưỡi cắt), vật liệu phôi và đặc biệt là chế độ cắt. Trong số đó, ba thông số công nghệ có thể điều khiển trực tiếp và có ảnh hưởng lớn nhất là tốc độ cắt (v), chiều sâu cắt (t), và lượng chạy dao (Sz). Mối quan hệ giữa các thông số này và công suất cắt không phải lúc nào cũng tuyến tính, đòi hỏi phải có các nghiên cứu thực nghiệm để xác định quy luật chính xác. Thách thức đặt ra là tìm được một tổ hợp thông số cân bằng, vừa đảm bảo năng suất cao, vừa giữ công suất cắt ở mức hợp lý mà vẫn đạt yêu cầu về chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước.

2.1. Phân tích các thông số công nghệ chính trong quá trình phay

Ba thông số công nghệ cốt lõi điều khiển quá trình phay bao gồm: Tốc độ cắt (v), là vận tốc dài của điểm ngoài cùng trên lưỡi cắt so với phôi; Chiều sâu cắt (t), là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và chưa gia công; và Lượng chạy dao răng (Sz), là quãng đường dịch chuyển của phôi khi dao quay được một góc tương ứng với một răng cắt. Mỗi thông số này đều có tác động riêng biệt đến lực cắt và công suất cắt. Tăng chiều sâu cắt và lượng chạy dao sẽ làm tăng tiết diện lớp cắt, dẫn đến tăng lực cắt và công suất tiêu thụ một cách rõ rệt. Tăng tốc độ cắt cũng làm tăng công suất theo lý thuyết, nhưng đồng thời có thể gây ra các hiện tượng phức tạp khác như thay đổi nhiệt độ vùng cắt và cơ chế mài mòn dao.

2.2. Mối liên hệ giữa chế độ cắt và chất lượng bề mặt gia công

Bên cạnh công suất cắt và năng suất, chế độ cắt còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu trước đây của Phạm Văn Khiêm trên máy phay FA3AU và Đỗ Thị Làn trên trung tâm gia công VMC-85S đã chỉ ra rằng việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý có thể cải thiện đáng kể độ nhám bề mặt và độ chính xác kích thước. Lượng chạy dao quá lớn có thể để lại vết dao rõ rệt, làm tăng độ nhám. Tốc độ cắt không phù hợp có thể gây ra lẹo dao hoặc rung động, ảnh hưởng xấu đến bề mặt chi tiết. Do đó, bài toán tối ưu không chỉ là tìm giá trị công suất nhỏ nhất, mà còn phải nằm trong một miền giá trị ràng buộc bởi các yêu cầu kỹ thuật về chất lượng, tạo ra một bài toán tối ưu đa mục tiêu phức tạp.

III. Phương pháp xác định lực cắt và công suất cắt khi phay ngón

Để phân tích và tối ưu hóa quá trình phay, việc xây dựng một cơ sở lý luận vững chắc về lực và công suất là bước đầu tiên. Trong quá trình phay bằng dao phay ngón, mỗi lưỡi cắt khi tiếp xúc với phôi sẽ sinh ra một lực cản gọi là lực cắt. Lực này có thể được phân tích thành ba thành phần chính: lực tiếp tuyến (Pz), lực hướng kính (Py), và lực dọc trục (Po). Trong đó, lực tiếp tuyến Pz là thành phần quan trọng nhất vì nó thực hiện công cắt chính và quyết định đến mô-men xoắn trên trục chính cũng như công suất cắt của máy. Lực Pz phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cơ tính của vật liệu phôi, thông số hình học của dao, và đặc biệt là các thông số của chế độ cắt (t, Sz, B). Dựa trên các nghiên cứu lý thuyết cắt gọt, có thể xây dựng công thức thực nghiệm để tính toán lực Pz. Từ đó, công suất cắt (Nc), tức là công suất cần thiết để thắng lực cản Pz, có thể được xác định. Việc mô hình hóa chính xác các đại lượng này cho phép dự đoán được năng lượng tiêu thụ và lựa chọn chế độ vận hành phù hợp cho máy phay TUM20VS khi gia công thép C45.

3.1. Xây dựng mô hình toán học để tính toán lực cắt tiếp tuyến Pz

Lực cắt tiếp tuyến Pz có thể được xác định thông qua công thức thực nghiệm có dạng: Pz = Cp * t^Xp * Sz^Yp * B * D^qp * z. Trong công thức này, Cp là hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công và điều kiện cắt; t, Sz, B, D, z lần lượt là chiều sâu cắt, lượng chạy dao răng, chiều rộng phay, đường kính dao và số răng của dao. Các số mũ Xp, Yp, qp thể hiện mức độ ảnh hưởng của từng thông số đến lực cắt. Việc xác định chính xác các hệ số và số mũ này thông qua thực nghiệm là nhiệm vụ cốt lõi, giúp xây dựng một mô hình toán học tin cậy để dự báo lực cắt trong các điều kiện gia công khác nhau trên vật liệu thép C45.

3.2. Công thức tính công suất cắt Nc và các yếu tố liên quan

Công suất cắt Nc được tính toán trực tiếp từ lực cắt Pz và tốc độ cắt v theo công thức: Nc = (Pz * v) / (60 * 102 * η). Trong đó, η là hiệu suất của máy. Công thức này cho thấy một cách rõ ràng rằng công suất cắt tỷ lệ thuận với cả lực cắt và tốc độ cắt. Do đó, bất kỳ sự thay đổi nào trong chế độ cắt (t, Sz) làm tăng lực Pz, hoặc việc tăng tốc độ cắt v, đều sẽ dẫn đến sự gia tăng công suất tiêu thụ. Tổng công suất yêu cầu của động cơ máy phay (Nd) còn phải tính đến công suất chạy dao và hệ số quá tải, thường được tính bằng Nd ≈ 1.15 * Nc / η. Hiểu rõ công thức này là chìa khóa để kiểm soát năng lượng tiêu thụ khi phay.

IV. Bí quyết quy hoạch thực nghiệm tối ưu phay rãnh thép C45

Để xác định mối quan hệ phức tạp giữa các thông số công nghệ và các chỉ tiêu đầu ra như công suất cắt và năng suất, phương pháp quy hoạch thực nghiệm được xem là công cụ hiệu quả và khoa học. Thay vì phương pháp thử-sai truyền thống, quy hoạch thực nghiệm cho phép khảo sát đồng thời ảnh hưởng của nhiều yếu tố và cả sự tương tác giữa chúng với số lượng thí nghiệm tối thiểu. Quy trình được thực hiện một cách bài bản, bắt đầu bằng các thí nghiệm thăm dò để xác định quy luật phân bố của dữ liệu và số lần lặp cần thiết cho mỗi thí nghiệm, đảm bảo độ tin cậy thống kê. Tiếp theo, thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành để xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của từng thông số riêng lẻ. Cuối cùng, thực nghiệm đa yếu tố theo một ma trận được thiết kế sẵn (ví dụ: kế hoạch trung tâm hợp thành) được triển khai để xây dựng mô hình hồi quy toán học hoàn chỉnh. Mô hình này không chỉ mô tả bề mặt đáp ứng mà còn cho phép tìm ra điểm tối ưu cho quá trình phay rãnh thép C45 trên máy phay TUM20VS.

4.1. Thiết lập thí nghiệm Máy móc dụng cụ và phôi thép

Công tác chuẩn bị thí nghiệm được tiến hành cẩn thận để đảm bảo tính chính xác. Thiết bị chính bao gồm máy phay TUM20VS và máy đo tiêu hao công suất điện FLUKE 41B. Dụng cụ cắt được sử dụng là dao phay ngón 10HSS có đường kính 10 mm. Vật liệu phôi là thép C45 dạng thanh tròn có đường kính 28,15 mm và chiều dài 300 mm. Các thông số như tốc độ cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao được điều chỉnh và kiểm soát chặt chẽ trong suốt quá trình thực nghiệm. Dữ liệu về công suất tiêu thụ được ghi lại bằng phần mềm chuyên dụng, đảm bảo độ khách quan và chính xác.

4.2. Quy trình thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố

Nghiên cứu được triển khai theo hai giai đoạn. Giai đoạn một là thực nghiệm đơn yếu tố: lần lượt thay đổi một thông số (ví dụ: tốc độ cắt v) qua các mức khác nhau trong khi giữ cố định các thông số còn lại. Mục đích là để xem xét quy luật ảnh hưởng riêng lẻ của từng yếu tố. Giai đoạn hai là thực nghiệm đa yếu tố, nơi các thông số được thay đổi đồng thời theo một ma trận quy hoạch. Phương pháp này giúp phát hiện sự tương tác giữa các yếu tố, ví dụ như ảnh hưởng của tốc độ cắt có thể thay đổi tùy thuộc vào chiều sâu cắt đang được sử dụng. Đây là bước quan trọng để xây dựng một mô hình dự báo toàn diện và chính xác.

4.3. Phân tích phương sai và kiểm định mô hình hồi quy

Sau khi thu thập dữ liệu, các công cụ thống kê được sử dụng để phân tích kết quả. Phân tích phương sai (ANOVA) với kiểm định Fisher (F-test) được dùng để xác định xem sự ảnh hưởng của các thông số có ý nghĩa thống kê hay không. Tính đồng nhất của phương sai được kiểm tra bằng tiêu chuẩn Kohren để đảm bảo sự ổn định của thí nghiệm. Các hệ số trong phương trình hồi quy được kiểm định ý nghĩa bằng tiêu chuẩn Student (t-test). Cuối cùng, mức độ phù hợp của toàn bộ mô hình toán học được đánh giá để chắc chắn rằng nó có khả năng dự báo chính xác công suất cắt trong thực tế sản xuất.

V. Phân tích kết quả ảnh hưởng thông số đến công suất cắt

Kết quả từ các thí nghiệm được xử lý và phân tích để rút ra những quy luật quan trọng, làm cơ sở cho việc lựa chọn chế độ cắt tối ưu. Các thí nghiệm thăm dò ban đầu đã xác nhận rằng dữ liệu thu được tuân theo quy luật phân bố chuẩn, cho phép áp dụng các phương pháp phân tích thống kê. Số lần lặp lại cho mỗi thí nghiệm được xác định là 3 để đảm bảo độ tin cậy. Các thí nghiệm đơn yếu tố sau đó đã làm rõ mức độ ảnh hưởng của từng thông số công nghệ đến công suất cắt. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự tương quan mạnh mẽ giữa các thông số đầu vào (tốc độ cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao) và công suất tiêu thụ của máy phay TUM20VS. Các mô hình hồi quy đơn yếu tố và đa yếu tố đã được xây dựng, thể hiện mối quan hệ này dưới dạng các phương trình toán học. Những phương trình này là công cụ mạnh mẽ để dự báo và tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt trong thực tiễn, đặc biệt là khi phay rãnh thép C45.

5.1. Kết quả ảnh hưởng của tốc độ cắt v đến công suất cắt

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ cắt (v) được tiến hành với 5 mức từ 1000 đến 3000 m/p, trong khi giữ nguyên lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Kết quả kiểm định Fisher cho thấy giá trị F tính toán (Ftt = 20.27) lớn hơn nhiều so với giá trị tra bảng (Fb = 4.10), khẳng định rằng ảnh hưởng của tốc độ cắt đến công suất cắt là rất đáng kể. Phân tích sâu hơn cho thấy khi tốc độ cắt tăng, công suất tiêu thụ cũng tăng theo một quy luật gần như tuyến tính. Điều này hoàn toàn phù hợp với cơ sở lý thuyết, vì công suất cắt (Nc) tỷ lệ thuận với tốc độ cắt (v). Một phương trình hồi quy đã được xây dựng để mô tả mối quan hệ này, cho phép dự báo chính xác năng lượng tiêu thụ ở các tốc độ cắt khác nhau.

5.2. Đánh giá tác động của chiều sâu cắt t và lượng chạy dao Sz

Tương tự như tốc độ cắt, các thí nghiệm đơn yếu tố cho chiều sâu cắt (t) và lượng chạy dao (Sz) cũng được thực hiện. Kết quả cho thấy cả hai thông số này đều có ảnh hưởng mạnh mẽ đến công suất cắt. Việc tăng chiều sâu cắt hoặc lượng chạy dao làm tăng diện tích tiết diện của lớp vật liệu bị loại bỏ trong một đơn vị thời gian. Điều này trực tiếp làm tăng lực cắt và do đó làm tăng công suất yêu cầu. Mức độ ảnh hưởng của các thông số này được định lượng thông qua các mô hình hồi quy. Những kết quả này cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các kỹ sư để đưa ra quyết định khi thiết lập chế độ cắt cho dao phay ngón trên thép C45, cân bằng giữa năng suất và hiệu quả năng lượng.

VI. Ứng dụng kết quả tối ưu năng suất phay và hướng đi mới

Giá trị cốt lõi của nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc mô tả các quy luật khoa học mà còn nằm ở khả năng ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Các mô hình toán học thu được từ quy hoạch thực nghiệm là công cụ mạnh mẽ để giải quyết bài toán tối ưu hóa trong gia công cắt gọt. Dựa trên các phương trình hồi quy, người vận hành có thể dự báo trước công suất cắt và năng suất tương ứng với một bộ thông số chế độ cắt bất kỳ. Điều này cho phép lựa chọn một tổ hợp thông số (v, t, Sz) phù hợp nhất với mục tiêu cụ thể, chẳng hạn như: tối thiểu hóa công suất tiêu thụ để tiết kiệm chi phí, hoặc tối đa hóa năng suất khi cần đẩy nhanh tiến độ sản xuất, hoặc tìm ra điểm cân bằng giữa cả hai yếu tố trong khi vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt. Việc áp dụng các kết quả này giúp khai thác tối đa hiệu năng của máy phay TUM20VS, nâng cao năng lực cạnh tranh cho các doanh nghiệp cơ khí. Hướng nghiên cứu này cũng mở ra nhiều triển vọng phát triển trong tương lai, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công các vật liệu tiên tiến và gia công tốc độ cao.

6.1. Xác định bộ thông số cắt tối ưu cho máy phay TUM20VS

Sử dụng các mô hình hồi quy đa yếu tố, bài toán tối ưu được giải quyết bằng các phương pháp toán học như phương pháp nhân tử Lagrange hoặc phương pháp tối ưu hóa tổng quát. Mục tiêu là tìm ra bộ thông số (v, t, Sz) sao cho hàm mục tiêu (ví dụ: công suất cắt Nc) đạt giá trị nhỏ nhất, trong khi các hàm điều kiện (ví dụ: năng suất Ns và độ nhám bề mặt Ra) vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Kết quả của bài toán này là một bộ chế độ cắt hợp lý, được khuyến nghị áp dụng khi phay rãnh thép C45 bằng dao phay ngón trên máy phay TUM20VS, giúp sử dụng hiệu quả thiết bị và nâng cao hiệu quả kinh tế.

6.2. Triển vọng nghiên cứu tương lai trong gia công tốc độ cao

Nghiên cứu này là một nền tảng vững chắc, có thể được mở rộng và phát triển theo nhiều hướng. Một hướng đi tiềm năng là áp dụng phương pháp luận tương tự để nghiên cứu quá trình phay các vật liệu khó gia công hơn như thép hợp kim đã qua tôi cứng, hợp kim titan, hay inox, những vật liệu ngày càng phổ biến trong công nghiệp hiện đại. Một hướng khác là tập trung vào lĩnh vực gia công tốc độ cao (High-Speed Machining), nơi các quy luật cắt gọt có thể thay đổi. Ngoài ra, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp bôi trơn làm nguội tiên tiến, như bôi trơn tối thiểu (MQL), đến công suất cắt và tuổi bền của dao cũng là một lĩnh vực đầy hứa hẹn, góp phần thúc đẩy công nghệ gia công cơ khí chính xác tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành chế tạo máy nói riêng và ngành cơ khí nói chung giữ một vai trò rất lớn trong nền kinh tế quốc dân, là một trong những ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế, củng cố an ninh, quốc phòng của đất nƣớc. Trong những năm qua, ngành Cơ khí đã có những đóng góp quan trọng cho nền kinh tế của nƣớc ta. Hàng năm, Ngành đã sản xuất trên 500 danh mục sản phẩm với tổng khối lƣợng hàng trăm ngàn tấn, đáp ứng nhu cầu cho các ngành kinh tế quốc dân. Báo cáo tại Hội nghị đánh giá chiến lƣợc phát triển ngành Cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020, cũng cho thấy, nếu nhƣ vào những năm đầu của thập kỷ 90 thế kỷ trƣớc, ngành Cơ khí mới chỉ đáp ứng đƣợc khoảng 8-10% nhu cầu trong nƣớc, thì đến những năm gần đây, con số này đã đạt 40%, tốc độ tăng trƣởng bình quân đạt 40%/năm.

Theo báo cáo của Hiệp hội Doanh nghiệp Cơ khí Việt Nam, hiện nay cả nƣớc có khoảng 53.000 cơ sở sản xuất cơ khí, thu hút trên 500.000 lao động, chiếm gần 12% lao động công nghiệp. Phần lớn các chi tiết máy từ nhiều loại vật liệu khác nhau đều đƣợc tạo hình bằng các phƣơng pháp gia công cơ là gia công bằng cắt gọt, đặc biệt trong những trƣờng hợp khi cần có chi tiết với độ chính xác cao và độ nhám bề mặt thấp. Để phƣơng pháp gia công cơ đạt năng suất cao, giá thành hạ và chất lƣợng đạt yêu cầu cần phải biết những quy luật cơ bản của quá trình cắt gọt, trên cơ sở đó có thể điều khiển đƣợc những hiện tƣợng xảy ra trong vùng cắt và lựa chọn đƣợc thông số công nghệ tối ƣu. Phay là một phƣơng pháp gia công phổ biến, là một phần quan trọng trong qui trình công nghệ gia công kim loại, đồng thời cũng là một trong những phƣơng pháp gia công cho năng suất cao.

Gia công các chi tiết trên máy tiện, máy phay chiếm khoảng 20% khối lƣợng gia công kim loại bằng cắt gọt, chính vì vậy, ở nƣớc ta trong những năm gần đây đã nhập khẩu và đƣa vào sử dụng nhiều loại máy phay khác nhau. Để sử dụng hiệu quả các thiết bị nhập nội cần thiết có những nghiên cứu về tính năng, tác dụng và các thông số kỹ thuật của 1 thiết bị, xác định đƣợc chế độ làm việc hợp lý nhằm nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc chất lƣợng sản phẩm theo yêu cầu. Thực hiện ý tƣởng nêu trên và đƣợc sự đồng ý của khoa Cơ Điện và Công Trình Trƣờng Đại học Lâm nghiệp tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp: "Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật đến công suất cắt và năng suất khi phay rãnh thép C45 bằng dao phay ngón trên máy phay TUM20VS". 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.

Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại trên thế giới. Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại đƣợc dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí. Chiếc máy phay giản đơn đầu tiên của loài ngƣời đƣợc một cha cố ngƣời 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 năm 1668 (hình 1. Nguyên lý làm việc của máy nhƣ sau: Vành quay sau khi đúc xong đƣợc đặt lên mặt đá phẳng, ở phía trên tì lên mặt vành quay là một dao phay làm bằng kim loại,con dao này đƣợc bắt chặt vào đầu thanh gỗ,ngƣời 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 đƣợc chế tạo và đƣa vào sản xuất. Trong số các nƣớc phát triển,nƣớc Anh là một trong những nƣớc công nghiệp đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ. Ở Anh có khoảng hơn 200 hãng chế tạo máy công cụ với công suất khoảng 60000 sản phẩm trong một năm gồm các loại máy sau: Máy tiện chiếm khoảng 38,2%, máy phay chiếm khoảng 11,3%, máy mài chiếm 3 khoảng 15,6%, máy CNC chiếm khoáng 9,5%. Một số hãng có sản phẩm đƣợc xuất khẩu sang nhiều nƣớc khác nhau trên thế giới nhƣ hãng Colchester sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu: MF-70, FF 500 CNC, FF 500 MICRO (hình 1.2) có kích thƣớc bàn máy 310 x 100mm, công suất 400 w, tốc độ quay của trục dao 180 ÷2500 v/phút, VMC 850L/S, VM1020L/S, VMC 1300S, VMC 500L, VMC 610L/S (hình 1.3) có các thông số kỹ thuật cơ bản nhƣ hành trình bàn theo trục X 610mm theo trục Y 460 mm, theo trục Z 460mm; công suất 11 kw; tốc độ trục chính từ 6000÷12000 v/phút.

Hãng Axminster đã sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu ZX 2M2, ZX 25M2,ZX30M,SIEG X2, SIEG X3,SIEG SX2,SIEG SX4.Hãng DUGARD cho ra đời các loại máy phay với các mã hiệu: PC-460,EAGLE N 210 Y, EAGLE SMV 600, EAGLE 1000 có công suất 7,5 kw, tốc độ quay 8000 v/phút, hành trình bàn máy theo trục X 1020 mm, theo trục Y 510 mm, theo trục Z 510 mm; hệ điều hành Siemen.Máy phay FF500 MICRO 4 Hình 1.Máy phay Colchester 610 L/S Hình 1.Máy phay EAGLE 1000 Mỹ là nƣớc có nhiều nhà máy sản xuất máy công cụ nhiều nhất thế giới với trên 1200 đơn vị, hàng năm, sản xuất đƣợc trên 273 nghìn máy công cụ. Máy công cụ do Mỹ sản xuất đƣợc các nƣớc châu Âu rất ƣa chuộng vì tính năng của nó hiện đại và bền cho nên khoảng 40% sản phẩm máy của Mỹ đƣợc xuất khẩu sang châu Âu. Nhiều hãng sản xuất máy công cụ nổi tiếng thế 5 giới nhƣ 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 1.5), KTM-VKF, KTM-4VKF,TW-32QI-ANILAM3300, TW-32MV- FANUC, TW-32TRH.

Các loại máy phay khác nhƣ: BMT1500S (hình 1.6), BMT2000HU, BMT 2500UM, BMT7000V. có công suất trục chính từ 2- 7HP, máy phay giƣờng BM460T, BM56T có công suất trục chính (7 - 7,5) HP, tốc độ quay của trục chính 60-4500 v/p. Máy phay KTM-3VKF 6 Hình1.Máy phay mã hiệuTAC510 Cộng hòa liên bang Đức là một trong những nƣớc công nghiệp phát triển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ. Nƣớc Đức có khoảng 433 hãng sản xuất máy, trung bình xuất xƣởng 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 lƣợng tốt.

Để đáp ứng yêu cầu này hãng Hermle đã cho ra đời các loại máy phay với mã hiệu nhƣ: 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 1.7) 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 7 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 1.8) có các thông số kỹ thuật chính nhƣ đƣờng kính dao phay mặt dầu 32 mm, đƣờng 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 8 Hình1.Máy phay mã hiệu UFM 80 DIGI Trong số các nƣớc đang phát triển thì Trung Quốc là nƣớc đứng đầu về chế tạo máy với hơn 600 xí nghiệp đang hoạt động.Trong số đó, 40% là xí nghiệp sản xuất máy cắt kim loại còn lại là xí nghiệp sản xuất máy gia công kim loại. Mặc dù hàng năm ngành chế tạo máy của Trung Quốc có tốc độ phát triển tƣơng đối nhanh khoảng 28% nhƣng từ năm 2002 Trung Quốc là nƣớc nhập khẩu máy lớn nhất thế giới gần 20% sản phẩm chế tạo máy của thế giới.Trung Quốc nhập khẩu máy chủ yếu từ các nƣớc tƣ bản nhƣ Mỹ, Nhật, Tây Đức, Ý, Hàn Quốc, Đài Loan. Năm 2010 Chính phủ Trung Quốc đã lập kế hoạch phát triển ngành chế tạo máy, theo đó tiến hành xây dựng các xí nghiệp chế tạo máy với qui mô lớn đƣợc đầu tƣ công nghệ hiện đại, có khả năng cạnh tranh trên thị trƣờng quốc tế và đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ trong nƣớc về các loại máy và thiết bị công nghiệp. Một số hãng chế tạo máy hàng đầu Trung Quốc nhƣ BeijingNorth Hong, ChangChun CNC, China Czechoslovakia, China Qiqihar, Jinan Huili, Qinghai No.1, Shandong Lunan, 9 Dalian, Anhui chizou household.

đã có sản phẩm xuất khẩu đến nhiều nƣớc trên thế giới trong đó có các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣ Mỹ, Canada, Anh, Pháp, Đức, TâyBanNha. Các loại máy phay của hãng Dalian nhƣ: TX6216E, TX6113 TX 6216 (hình 1.9); máy phay tháp: XW6032 có công suất trục chính là 4KW, máy phay X6333A có công suất trục chính 3,75 KW, MW5032, XK6325B, PTDM20, M4 Verticlevàmáy phay giƣờng XL7036, BM360, BM400, BM4 của hãng Centre có công suất trục chính 3,5-5,5kW, số vòng quay 30÷3500 v/p. Hãng Anhui chizou household sản xuất các loại máy phay vạn năng với các mã hiệu: X6036A, X6036B, X6325Z, X6350C, X5032, X5040, X1545, X6140 có kích thƣớc bàn máy1600x400mm;tốc độ quay của trục dao 30÷1500 v/p, công suất động cơ 11KW; các loại máy phay CNC của hãng có các mã hiệu: VMC550,VMC420L, VMC330L, XK7124, XK7124A, XK7125 (hình 1.10) có các thông số kỹ thuật chính nhƣ hành trình bàn máy theo các trục x: 535mm, trục y: 320mm, trục z: 375mm; tốc độ quay: 4000v/p; công suất động cơ chính: 2,2KW; công suất động cơ bơm chất làm mát: 370w; hệ điều hành Gsk simen802s. Máy phay TX 6216 10 Hình 1.

Máy phay XK7125 Tình hình sản xuất và sử dụng máy phay ở một số nƣớc nêu ở trên cho thấy rằng. Gia công các chi tiết máy bằng phƣơng pháp phay là phƣơng pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau đƣợc chế tạo và đƣa vào sản xuất, đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nƣớc khác nhau trên thế giới.