Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành cơ khí đóng vai trò then chốt trong phát triển kinh tế, việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là mục tiêu quan trọng của các doanh nghiệp sản xuất. Theo ước tính, đồ gá chiếm khoảng 20% giá thành sản phẩm trong quá trình gia công cơ khí, do đó việc thiết kế và sử dụng đồ gá hợp lý có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sản xuất. Đồ gá tổ hợp, với tính linh hoạt và khả năng tái sử dụng cao, được xem là giải pháp tối ưu nhằm khắc phục những hạn chế của đồ gá chuyên dùng và đồ gá vạn năng, đặc biệt trong sản xuất vừa và nhỏ.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế chi tiết thân đồ gá tổ hợp, một thành phần quyết định tính công nghệ và hiệu quả của hệ thống đồ gá. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong gia công cắt gọt trên máy phay vạn năng và máy phay CNC tại các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. Mục tiêu cụ thể là phân tích, thiết kế và chế tạo các chi tiết thân đồ gá tổ hợp nhằm nâng cao tính linh hoạt, độ bền và khả năng tháo lắp nhanh chóng, từ đó rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất và giảm chi phí đầu tư.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc thúc đẩy ứng dụng đồ gá tổ hợp tại Việt Nam, góp phần nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm cơ khí, đồng thời hỗ trợ các doanh nghiệp vừa và nhỏ tiếp cận công nghệ hiện đại với chi phí hợp lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Nguyên tắc định vị 6 điểm: Khống chế 6 bậc tự do của chi tiết trong không gian 3 chiều (3 chuyển động tịnh tiến và 3 chuyển động quay) để đảm bảo vị trí chính xác khi gia công.
  • Phân loại đồ gá: Đồ gá vạn năng, đồ gá chuyên dùng và đồ gá tổ hợp, trong đó đồ gá tổ hợp là sự kết hợp giữa tính linh hoạt của đồ gá vạn năng và hiệu quả của đồ gá chuyên dùng.
  • Các thành phần đồ gá tổ hợp: Thân đồ gá, chi tiết định vị, chi tiết kẹp chặt và chi tiết hỗ trợ, mỗi thành phần có vai trò và yêu cầu kỹ thuật riêng biệt.
  • Tiêu chuẩn hóa chi tiết kẹp: Các chi tiết kẹp được thiết kế với giới hạn lực kẹp, phương lực kẹp và phương pháp tháo lắp tiêu chuẩn nhằm đảm bảo tính linh hoạt và hiệu quả trong sử dụng.
  • Thiết kế thân đồ gá tổ hợp: Tập trung vào các dạng thân phổ biến như tấm đế dạng lỗ theo mạng lưới, tấm đế vuông pallet, tấm dạng chữ L, tấm block và tấm dạng windown, với yêu cầu về độ cứng vững, nhẹ, dễ gia công và khả năng lắp ghép linh hoạt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích và thiết kế chi tiết dựa trên các bước sau:

  • Thu thập dữ liệu: Tham khảo tài liệu chuyên ngành về đồ gá, tiêu chuẩn kỹ thuật và các sản phẩm đồ gá tổ hợp hiện có trên thị trường.
  • Phân tích kỹ thuật: Đánh giá các thông số cơ bản như sai số, lực kẹp, vị trí lắp ghép và tính công nghệ của các chi tiết đồ gá.
  • Thiết kế chi tiết: Sử dụng phần mềm CAD để thiết kế các chi tiết thân đồ gá tổ hợp phù hợp với yêu cầu gia công trên máy phay CNC.
  • Chế tạo mô hình: Gia công các chi tiết trên máy CNC bằng vật liệu thép CT3, kiểm tra và hiệu chỉnh thiết kế dựa trên thực tế sử dụng.
  • Thời gian nghiên cứu: Thực hiện trong năm 2020 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tập trung vào các chi tiết thân đồ gá tổ hợp phục vụ gia công cắt gọt.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các chi tiết thân đồ gá tổ hợp tiêu chuẩn và mô hình thiết kế mới, lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên tính khả thi và ứng dụng thực tế trong sản xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế và chế tạo thành công các chi tiết thân đồ gá tổ hợp: Bao gồm tấm dạng windown, tấm dạng chữ L và tấm phẳng dạng lỗ, sử dụng thép CT3, gia công trên máy CNC với độ chính xác cao. Các chi tiết này đáp ứng yêu cầu về độ cứng vững và khả năng tháo lắp nhanh chóng.

  2. Ưu điểm của thân đồ gá dạng lỗ theo mạng lưới: Cung cấp nhiều vị trí lắp đặt chi tiết định vị và kẹp chặt, đảm bảo độ chính xác vị trí với sai số lỗ đa năng trong khoảng ±0.0008 inch, giúp tăng tính linh hoạt và khả năng tái sử dụng đồ gá.

  3. Hạn chế của thân đồ gá dạng tấm vuông pallet và rãnh T: Mặc dù có không gian lắp đặt rộng và độ bền cao, nhưng việc chế tạo phức tạp, chi phí cao và khó sửa chữa khi hư hỏng. Rãnh T có ít vị trí lắp đặt và dễ bị rung động gây di chuyển chi tiết.

  4. Vấn đề về định vị và kẹp chặt: Một số chi tiết định vị còn phụ thuộc nhiều vào khoảng cách lỗ trên thân đồ gá, đặc biệt là định vị trụ trong. Cơ cấu kẹp nhanh còn hạn chế do phụ thuộc vào vị trí lỗ lắp ghép, chưa đáp ứng tốt các kích thước chiều cao khác nhau của chi tiết.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy thân đồ gá dạng lỗ theo mạng lưới là giải pháp tối ưu cho đồ gá tổ hợp, nhờ khả năng cung cấp nhiều vị trí lắp đặt chính xác và dễ dàng sửa chữa khi hư hỏng. So với các dạng thân khác như tấm vuông pallet hay rãnh T, dạng lỗ mạng lưới có ưu thế vượt trội về độ chính xác và tính linh hoạt.

Tuy nhiên, việc thiết kế chi tiết định vị và kẹp chặt vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt trong việc đảm bảo lực kẹp phù hợp và khả năng điều chỉnh chiều cao. Điều này phù hợp với nhận định trong các nghiên cứu gần đây về tầm quan trọng của cơ cấu điều chỉnh trong đồ gá tổ hợp nhằm nâng cao hiệu quả gá đặt.

Việc sử dụng vật liệu thép CT3 cho các chi tiết thân đồ gá đảm bảo độ bền và khả năng gia công, đồng thời giảm trọng lượng so với gang đúc truyền thống, phù hợp với yêu cầu thao tác và tháo lắp nhanh chóng trong sản xuất hiện đại.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh số lượng vị trí lắp đặt, sai số vị trí và thời gian tháo lắp giữa các dạng thân đồ gá, cũng như bảng thống kê lực kẹp và phạm vi điều chỉnh của các chi tiết kẹp tiêu chuẩn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển cơ cấu điều chỉnh đa chiều cho chi tiết kẹp: Thiết kế các cơ cấu kẹp có khả năng điều chỉnh chiều cao và phương lực kẹp linh hoạt nhằm đáp ứng đa dạng kích thước chi tiết gia công, nâng cao hiệu quả gá đặt. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do nhóm kỹ thuật cơ khí và nhà sản xuất chi tiết kẹp đảm nhiệm.

  2. Nghiên cứu thiết kế chi tiết kết hợp chức năng định vị và kẹp chặt: Tích hợp hai chức năng này trong một chi tiết nhằm giảm số lượng chi tiết, đơn giản hóa kết cấu đồ gá và tăng tính ổn định khi gia công. Khuyến nghị triển khai trong giai đoạn tiếp theo của dự án nghiên cứu.

  3. Tăng cường tính linh hoạt của thân đồ gá tổ hợp: Thiết kế các dạng thân hỗ trợ lắp đặt đa dạng, có thể kết hợp nhiều tấm phụ và tấm chính để mở rộng không gian gá đặt, phù hợp với nhiều loại chi tiết và máy công cụ khác nhau. Thời gian thực hiện 1 năm, phối hợp với nhà máy sản xuất đồ gá.

  4. Xây dựng bộ catalog mô hình đồ gá tổ hợp: Tạo tài liệu hướng dẫn chi tiết về các mô hình đồ gá tổ hợp tiêu chuẩn, phục vụ giảng dạy và ứng dụng thực tế trong các cơ sở đào tạo và sản xuất. Đây là công cụ hỗ trợ quan trọng cho việc phổ biến và nâng cao nhận thức về đồ gá tổ hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật cơ khí: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế đồ gá tổ hợp, giúp nâng cao kỹ năng thiết kế và ứng dụng trong thực tế sản xuất.

  2. Kỹ sư thiết kế và kỹ thuật viên sản xuất: Tham khảo để áp dụng các giải pháp thiết kế thân đồ gá tổ hợp, cải tiến quy trình gá đặt, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.

  3. Doanh nghiệp sản xuất cơ khí vừa và nhỏ: Hướng dẫn lựa chọn và thiết kế đồ gá tổ hợp phù hợp với quy mô sản xuất, giảm chi phí đầu tư và thời gian chuẩn bị sản xuất.

  4. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo máy: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để phát triển các sản phẩm đồ gá tổ hợp mới, nâng cao tính cạnh tranh và đổi mới công nghệ trong ngành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Đồ gá tổ hợp là gì và có ưu điểm gì so với đồ gá chuyên dùng và đồ gá vạn năng?
    Đồ gá tổ hợp là hệ thống đồ gá được lắp ghép từ các chi tiết tiêu chuẩn, kết hợp ưu điểm của đồ gá chuyên dùng và đồ gá vạn năng. Nó linh hoạt, dễ tháo lắp, tiết kiệm chi phí và phù hợp với sản xuất vừa và nhỏ.

  2. Nguyên tắc định vị 6 điểm trong đồ gá tổ hợp được áp dụng như thế nào?
    Nguyên tắc này khống chế 6 bậc tự do của chi tiết trong không gian 3 chiều để đảm bảo vị trí chính xác khi gia công, tránh sai số và biến dạng chi tiết.

  3. Vật liệu nào thường được sử dụng cho thân đồ gá tổ hợp và tại sao?
    Thép CT3 và hợp kim nhôm thường được sử dụng vì có độ bền cao, nhẹ, dễ gia công và lắp đặt, phù hợp với yêu cầu thao tác nhanh và độ chính xác cao trong sản xuất.

  4. Làm thế nào để lựa chọn dạng thân đồ gá phù hợp cho sản xuất?
    Cần cân nhắc số lượng vị trí lắp đặt, độ chính xác, khả năng sửa chữa và chi phí chế tạo. Thân dạng lỗ theo mạng lưới thường ưu việt về độ chính xác và linh hoạt, trong khi thân dạng rãnh T bền nhưng hạn chế vị trí lắp.

  5. Các cơ cấu kẹp trong đồ gá tổ hợp có thể điều chỉnh như thế nào để phù hợp với nhiều chi tiết?
    Cơ cấu kẹp cần có khả năng điều chỉnh chiều cao và phương lực kẹp, sử dụng các mỏ kẹp điều chỉnh hoặc cơ cấu kẹp cam để thích ứng với kích thước và hình dạng chi tiết khác nhau, nâng cao hiệu quả gá đặt.

Kết luận

  • Hoàn thành thiết kế và chế tạo thành công các chi tiết thân đồ gá tổ hợp dạng windown, chữ L và tấm phẳng dạng lỗ, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và công nghệ.
  • Thân đồ gá dạng lỗ theo mạng lưới cung cấp nhiều vị trí lắp đặt chính xác, tăng tính linh hoạt và khả năng sửa chữa dễ dàng.
  • Cơ cấu định vị và kẹp chặt còn hạn chế về khả năng điều chỉnh và phụ thuộc vào vị trí lỗ, cần nghiên cứu cải tiến thêm.
  • Vật liệu thép CT3 được sử dụng hiệu quả cho thân đồ gá, đảm bảo độ bền và dễ gia công.
  • Đề xuất phát triển cơ cấu điều chỉnh đa chiều, tích hợp chức năng định vị-kẹp, tăng tính linh hoạt thân đồ gá và xây dựng bộ catalog phục vụ giảng dạy và ứng dụng thực tế.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu cải tiến cơ cấu kẹp và định vị, đồng thời mở rộng ứng dụng đồ gá tổ hợp trong các quy trình sản xuất đa dạng. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm hợp tác phát triển để nâng cao hiệu quả sản xuất cơ khí tại Việt Nam.