Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp chế tạo chi tiết động cơ điện ngày càng phát triển, việc nâng cao năng suất sản xuất đóng vai trò then chốt để tăng sức cạnh tranh và giảm chi phí sản xuất. Theo ước tính, năng suất chế tạo chi tiết động cơ điện tại một số nhà máy hiện nay còn thấp do quy trình gia công chưa tối ưu, đặc biệt trong công nghệ dập tấm và sử dụng khuôn dập liên tục. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào thiết kế hệ thống khuôn liên tục nhằm nâng cao năng suất chế tạo chi tiết roto và stato của động cơ điện, hai bộ phận quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của động cơ.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là thiết kế và tính toán hệ thống khuôn dập liên tục phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của chi tiết roto và stato, đồng thời tối ưu hóa quy trình công nghệ để giảm thời gian chu trình và tăng số lượng sản phẩm đạt chất lượng cao. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi công nghệ dập tấm tại các nhà máy chế tạo động cơ điện ở Việt Nam, với dữ liệu thu thập từ năm 2015 đến 2017. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số năng suất như giảm thời gian gia công trung bình từ khoảng 40 giây xuống còn 25 giây, đồng thời tăng tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu lên trên 95%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết công nghệ dập tấm và lý thuyết thiết kế khuôn dập liên tục. Lý thuyết công nghệ dập tấm tập trung vào các nguyên công như đột lỗ, uốn, vuốt, tóp miệng và miết, nhằm mô tả quá trình biến dạng vật liệu và các lực tác dụng trong quá trình gia công. Lý thuyết thiết kế khuôn dập liên tục đề cập đến cấu trúc khuôn, bố trí chày và cối, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền và độ chính xác của khuôn.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Nguyên công dập liên tục: chuỗi các bước gia công liên tiếp trên cùng một hệ thống khuôn để tạo hình chi tiết.
  • Chi tiết roto và stato: các bộ phận chính của động cơ điện, có cấu tạo phức tạp với nhiều rãnh và lỗ gài dây quấn.
  • Lực cắt và phân bố ứng suất: các thông số kỹ thuật quan trọng trong thiết kế khuôn để đảm bảo chất lượng sản phẩm và tuổi thọ khuôn.
  • Layout sản phẩm: bố trí các chi tiết và nguyên công trên khuôn nhằm tối ưu hóa không gian và thời gian gia công.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các bản vẽ kỹ thuật, mô hình 3D của chi tiết roto và stato, cùng các số liệu thực nghiệm về lực cắt, thời gian chu trình và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu tại nhà máy. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm khoảng 268 sản phẩm được gia công thử nghiệm trên hệ thống khuôn thiết kế mới.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Tính toán lực cắt và ứng suất dựa trên công thức kỹ thuật và số liệu vật liệu (thép cuộn silic 2212, lực cắt tối đa khoảng 160 tấn).
  • Mô phỏng bố trí layout khuôn để đánh giá hiệu quả sử dụng không gian và giảm thiểu thời gian chuyển đổi nguyên công.
  • Thử nghiệm thực tế trên máy ép thủy lực 160 tấn để kiểm tra độ chính xác và năng suất của hệ thống khuôn.
  • So sánh kết quả với quy trình dập tấm truyền thống để đánh giá mức độ cải tiến.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 01 năm 2016 đến tháng 12 năm 2016, bao gồm các giai đoạn thiết kế, tính toán, gia công thử và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế khuôn dập liên tục tối ưu
    Hệ thống khuôn được thiết kế với bố trí chày và cối hợp lý, giảm khoảng cách giữa các nguyên công, giúp giảm thời gian chu trình từ khoảng 40 giây xuống còn 25 giây, tương đương giảm 37,5%. Sản phẩm sau dập có tỷ lệ đạt yêu cầu trên 95%, tăng 15% so với phương pháp truyền thống.

  2. Lực cắt và ứng suất phân bố hợp lý
    Tính toán lực cắt tối đa khoảng 160 tấn, ứng suất tối đa trên mép cắt đạt khoảng 350 N/mm², đảm bảo không vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu thép cuộn silic 2212. Phân bố ứng suất đồng đều giúp giảm thiểu hiện tượng nứt và biến dạng mép cắt, nâng cao chất lượng sản phẩm.

  3. Tăng hiệu quả sử dụng vật liệu phôi
    Layout sản phẩm và bố trí phôi cuộn được tối ưu, giảm lượng phế liệu khoảng 10% so với phương pháp cắt rời. Kích thước phôi chuẩn 0,5mm x 1219mm, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và giảm chi phí nguyên liệu.

  4. Giảm chi phí bảo trì và thời gian dừng máy
    Thiết kế khuôn với các chi tiết dễ dàng tháo lắp và bảo trì, giúp giảm thời gian dừng máy trung bình từ 3 giờ xuống còn 1,5 giờ mỗi tháng, tăng thời gian hoạt động liên tục của dây chuyền.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc nâng cao năng suất là do thiết kế khuôn liên tục cho phép thực hiện nhiều nguyên công trên cùng một hệ thống, giảm thiểu thời gian chuyển đổi và thao tác thủ công. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này phù hợp với xu hướng tự động hóa và tích hợp công nghệ trong sản xuất cơ khí chính xác.

Biểu đồ phân bố lực cắt và ứng suất mép cắt có thể được trình bày để minh họa sự đồng đều và an toàn của thiết kế khuôn. Bảng so sánh thời gian chu trình và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu giữa phương pháp truyền thống và khuôn liên tục cũng giúp làm rõ hiệu quả cải tiến.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc tăng năng suất mà còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và bảo trì, từ đó tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trong ngành chế tạo động cơ điện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng hệ thống khuôn dập liên tục trong sản xuất đại trà
    Động tác: Áp dụng thiết kế khuôn đã được tối ưu vào dây chuyền sản xuất chính.
    Mục tiêu: Tăng năng suất lên ít nhất 30% trong vòng 6 tháng.
    Chủ thể: Ban kỹ thuật và sản xuất nhà máy chế tạo động cơ điện.

  2. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì khuôn mới
    Động tác: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành và bảo trì khuôn dập liên tục.
    Mục tiêu: Giảm thời gian dừng máy do lỗi vận hành xuống dưới 1 giờ/tháng.
    Chủ thể: Phòng nhân sự phối hợp với phòng kỹ thuật.

  3. Nâng cấp máy ép thủy lực và thiết bị hỗ trợ
    Động tác: Đầu tư nâng cấp máy ép thủy lực lên công suất phù hợp với lực cắt tối đa 160 tấn và trang bị hệ thống tự động hóa.
    Mục tiêu: Đảm bảo vận hành ổn định, giảm hao mòn khuôn.
    Chủ thể: Ban quản lý đầu tư và kỹ thuật.

  4. Tối ưu hóa quy trình chuẩn bị phôi và layout sản phẩm
    Động tác: Rà soát và điều chỉnh kích thước phôi, bố trí layout để giảm phế liệu thêm 5-7%.
    Mục tiêu: Giảm chi phí nguyên liệu và tăng hiệu quả sử dụng vật liệu.
    Chủ thể: Phòng công nghệ và quản lý chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế khuôn và công nghệ chế tạo
    Lợi ích: Nắm bắt phương pháp thiết kế khuôn dập liên tục tối ưu, áp dụng vào thực tế sản xuất.
    Use case: Thiết kế khuôn cho các chi tiết động cơ điện hoặc chi tiết kim loại phức tạp.

  2. Quản lý sản xuất trong ngành cơ khí chính xác
    Lợi ích: Hiểu rõ các giải pháp nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.
    Use case: Lập kế hoạch cải tiến dây chuyền sản xuất, đầu tư thiết bị mới.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí
    Lợi ích: Tham khảo các mô hình tính toán lực cắt, ứng suất và quy trình công nghệ dập tấm.
    Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu liên quan đến công nghệ tạo hình kim loại.

  4. Doanh nghiệp sản xuất động cơ điện và linh kiện liên quan
    Lợi ích: Áp dụng công nghệ khuôn dập liên tục để nâng cao chất lượng và năng suất sản phẩm.
    Use case: Cải tiến quy trình sản xuất, tăng sức cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống khuôn dập liên tục có ưu điểm gì so với khuôn truyền thống?
    Hệ thống khuôn dập liên tục cho phép thực hiện nhiều nguyên công trên cùng một khuôn, giảm thời gian chuyển đổi và thao tác thủ công, từ đó tăng năng suất lên khoảng 30-40% và cải thiện chất lượng sản phẩm nhờ phân bố lực cắt đồng đều.

  2. Làm thế nào để tính toán lực cắt và ứng suất trong thiết kế khuôn?
    Lực cắt được tính dựa trên chu vi mép cắt và độ dày vật liệu, ứng suất tối đa không vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu. Công thức kỹ thuật và số liệu vật liệu như thép cuộn silic 2212 được sử dụng để đảm bảo an toàn và độ bền khuôn.

  3. Tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu sau khi áp dụng khuôn dập liên tục là bao nhiêu?
    Tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu được nâng lên trên 95%, tăng khoảng 15% so với phương pháp dập tấm truyền thống, nhờ thiết kế khuôn tối ưu và kiểm soát lực cắt chính xác.

  4. Có thể áp dụng công nghệ này cho các chi tiết khác ngoài roto và stato không?
    Có thể, công nghệ khuôn dập liên tục phù hợp với nhiều loại chi tiết kim loại có hình dạng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao, như chi tiết vỏ ô tô, máy kéo, và các linh kiện cơ khí khác.

  5. Thời gian bảo trì và thay thế khuôn được cải thiện như thế nào?
    Thiết kế khuôn với các chi tiết dễ tháo lắp giúp giảm thời gian bảo trì từ 3 giờ xuống còn 1,5 giờ mỗi tháng, tăng thời gian hoạt động liên tục của dây chuyền và giảm chi phí vận hành.

Kết luận

  • Thiết kế hệ thống khuôn dập liên tục đã nâng cao năng suất chế tạo chi tiết roto và stato động cơ điện, giảm thời gian chu trình khoảng 37,5%.
  • Lực cắt và ứng suất được tính toán chính xác, đảm bảo độ bền khuôn và chất lượng sản phẩm với tỷ lệ đạt yêu cầu trên 95%.
  • Bố trí layout sản phẩm và phôi tối ưu giúp giảm phế liệu khoảng 10%, tiết kiệm nguyên liệu và chi phí sản xuất.
  • Giảm thời gian bảo trì và dừng máy góp phần nâng cao hiệu quả vận hành dây chuyền sản xuất.
  • Đề xuất triển khai áp dụng đại trà, đào tạo nhân viên và nâng cấp thiết bị để phát huy tối đa hiệu quả nghiên cứu.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô lớn trong 6 tháng tới, đồng thời theo dõi và đánh giá hiệu quả để điều chỉnh thiết kế khuôn phù hợp hơn.

Các nhà quản lý và kỹ sư trong ngành chế tạo động cơ điện nên nghiên cứu và áp dụng công nghệ khuôn dập liên tục để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, góp phần phát triển ngành công nghiệp cơ khí Việt Nam.