Luận văn: Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến năng lượng & độ nhám khi phay rãnh

Luận văn phân tích ảnh hưởng của các thông số đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt khi phay rãnh, tìm ra chế độ cắt tối ưu nhất.

• Tác giả: Quyền Đình Biên
• Người hướng dẫn: Ts. Trịnh Hữu Trọng
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá NLN
• Đề tài: Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám khi phay rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, gia công cơ khí chính xác không chỉ đòi hỏi chất lượng sản phẩm cao mà còn phải đảm bảo hiệu quả sản xuất và tính bền vững. Một trong những thách thức lớn nhất là làm thế nào để cân bằng hai mục tiêu thường mâu thuẫn: giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và đạt được độ nhám bề mặt Ra ở mức tối thiểu. Quá trình phay rãnh, một nguyên công phổ biến, là một ví dụ điển hình cho bài toán này. Việc lựa chọn các thông số công nghệ phay không phù hợp có thể dẫn đến lãng phí năng lượng đáng kể, đồng thời làm giảm chất lượng bề mặt chi tiết gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí gia công và tuổi thọ sản phẩm. Nghiên cứu của Quyền Đình Biên (2012) trên máy phay CNC đa năng TUM20VS đã chỉ ra mối quan hệ chặt chẽ giữa các thông số đầu vào như tốc độ cắt, lượng chạy dao và hai chỉ tiêu đầu ra quan trọng là chi phí năng lượng riêng và độ nhám. Hiểu rõ mối quan hệ này là chìa khóa để xây dựng một chế độ cắt tối ưu, không chỉ nâng cao chất lượng mà còn thúc đẩy gia công bền vững. Bài viết này sẽ phân tích sâu các yếu tố ảnh hưởng, đề xuất các phương pháp tiếp cận và trình bày kết quả nghiên cứu thực tiễn nhằm cung cấp một cái nhìn toàn diện về vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu trong gia công phay rãnh, giúp các doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh và giảm tác động đến môi trường.

1.1. Tầm quan trọng của gia công bền vững trong sản xuất hiện đại

Khái niệm gia công bền vững ngày càng trở thành một yêu cầu cấp thiết, vượt ra ngoài khuôn khổ bảo vệ môi trường. Nó bao hàm ba trụ cột chính: kinh tế, xã hội và môi trường. Về mặt kinh tế, việc tối ưu hóa quy trình để giảm tiêu thụ năng lượng và vật liệu giúp cắt giảm đáng kể chi phí gia công, từ đó nâng cao lợi nhuận. Về môi trường, giảm tiêu thụ điện năng đồng nghĩa với việc giảm phát thải khí nhà kính, hạn chế sử dụng tài nguyên không tái tạo. Về mặt xã hội, một môi trường làm việc an toàn hơn, ít chất thải và tiếng ồn hơn sẽ cải thiện sức khỏe và tinh thần của người lao động. Trong ngành cơ khí, việc áp dụng các nguyên tắc này đòi hỏi phải xem xét lại toàn bộ chu trình sản xuất, từ việc lựa chọn vật liệu phôi đến việc xác định chế độ cắt tối ưu và quản lý chất thải. Các sáng kiến như sử dụng dung dịch trơn nguội sinh học hoặc gia công khô khi có thể đều là những bước đi quan trọng hướng tới một nền sản xuất xanh và hiệu quả hơn.

1.2. Mối quan hệ giữa chi phí năng lượng và chất lượng bề mặt

Chi phí năng lượng và chất lượng bề mặt là hai yếu tố có mối quan hệ phức tạp và thường nghịch biến trong gia công cắt gọt. Thông thường, để đạt được độ nhám bề mặt Ra thấp, người vận hành có xu hướng giảm lượng chạy dao và tăng tốc độ cắt. Tuy nhiên, việc tăng tốc độ cắt thường dẫn đến sự gia tăng của lực cắt khi phay và nhiệt cắt, gây ra hiện tượng mòn dao nhanh hơn và làm tăng tiêu thụ năng lượng của máy. Ngược lại, việc tăng lượng chạy dao để tăng năng suất và giảm thời gian gia công (giảm năng lượng tổng) lại có thể làm tăng độ nhám bề mặt. Bài toán đặt ra là tìm ra một điểm cân bằng, một vùng thông số công nghệ mà ở đó cả hai mục tiêu đều đạt được giá trị chấp nhận được. Đây chính là bản chất của tối ưu hóa đa mục tiêu, đòi hỏi các phương pháp nghiên cứu khoa học như quy hoạch thực nghiệm để xác định vùng làm việc hiệu quả nhất, đảm bảo cả về hiệu suất năng lượng và chất lượng sản phẩm.

II. Thách thức trong việc tối ưu hóa chi phí và độ nhám khi phay

Việc đồng thời tối ưu hóa chi phí gia công và chất lượng bề mặt khi phay rãnh là một bài toán phức tạp do sự tương tác của nhiều yếu tố. Thách thức chính nằm ở việc xác định một chế độ cắt tối ưu có thể thỏa mãn đồng thời các ràng buộc kỹ thuật và kinh tế. Các yếu tố như đặc tính của vật liệu phôi (ví dụ thép C45), hình dạng và vật liệu của dụng cụ cắt (dao phay ngón, dao phay đĩa), và tình trạng của máy phay CNC đều có ảnh hưởng lớn. Khi tăng tốc độ cắt để cải thiện độ bóng, nhiệt lượng sinh ra trong vùng cắt tăng cao, làm gia tăng tốc độ mòn dao và có thể gây ra biến cứng bề mặt, ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ học của chi tiết. Mặt khác, lực cắt khi phay cũng là một yếu tố quan trọng; lực cắt quá lớn không chỉ làm tăng tiêu thụ năng lượng mà còn gây ra rung động, dẫn đến sai lệch kích thước và làm tăng độ nhám bề mặt Ra. Việc sử dụng dung dịch trơn nguội có thể giảm nhiệt và ma sát, nhưng lại làm tăng chi phí vận hành và xử lý chất thải. Do đó, việc tìm ra lời giải tối ưu đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về bản chất quá trình cắt gọt và áp dụng các phương pháp phân tích khoa học, như phương pháp Taguchi hay quy hoạch thực nghiệm, để mô hình hóa và dự đoán kết quả.

2.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng

Tiêu thụ năng lượng trong quá trình phay không chỉ phụ thuộc vào công suất định mức của động cơ mà còn bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các thông số công nghệ phay. Các yếu tố chính bao gồm: tốc độ cắt (v), lượng chạy dao (s), và chiều sâu cắt (t). Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến công suất cắt và do đó là năng lượng tiêu thụ. Lượng chạy dao và chiều sâu cắt quyết định đến thể tích vật liệu được bóc tách trong một đơn vị thời gian, ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt khi phay. Ngoài ra, tình trạng mòn dao cũng là một yếu tố quan trọng; một lưỡi dao bị mòn sẽ làm tăng ma sát và lực cắt, dẫn đến việc máy phải tiêu thụ nhiều năng lượng hơn để thực hiện cùng một công việc. Đặc tính của vật liệu phôi và việc sử dụng dung dịch trơn nguội cũng góp phần thay đổi hiệu suất năng lượng của quá trình.

2.2. Các nguyên nhân chính gây ra độ nhám bề mặt Ra cao

Độ nhám bề mặt Ra là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng của bề mặt chi tiết gia công. Các nguyên nhân gây ra độ nhám cao rất đa dạng. Về mặt hình học, quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt (dao phay ngón hoặc đĩa) và lượng chạy dao là yếu tố quyết định. Lượng chạy dao càng lớn, các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt càng cách xa nhau, làm tăng giá trị Ra. Về mặt vật lý, các hiện tượng như lẹo dao (BUE), biến dạng dẻo của lớp bề mặt, và rung động của hệ thống công nghệ (máy - dao - chi tiết) là những nguyên nhân chính. Rung động, đặc biệt là rung động tự kích, có thể tạo ra các vết hằn không đều trên bề mặt. Tốc độ cắt quá thấp có thể gây ra hiện tượng lẹo dao, trong khi tốc độ quá cao có thể gây ra mòn dao nhanh và rung động. Lựa chọn dung dịch trơn nguội không phù hợp cũng có thể làm giảm hiệu quả bôi trơn và làm mát, góp phần làm tăng độ nhám.

III. Cách xác định chế độ cắt tối ưu để giảm chi phí năng lượng

Xác định chế độ cắt tối ưu để giảm chi phí năng lượng là một bước đi chiến lược hướng tới gia công bền vững và nâng cao hiệu quả sản xuất. Mục tiêu không phải là giảm công suất cắt một cách tuyệt đối, mà là tối ưu hóa chỉ số "chi phí năng lượng riêng" (Nr), tức là năng lượng cần thiết để loại bỏ một đơn vị thể tích vật liệu. Theo luận văn của Quyền Đình Biên (2012), việc phân tích thực nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố là phương pháp hiệu quả để xây dựng mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ phay (tốc độ cắt, lượng chạy dao) và chi phí năng lượng riêng. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tồn tại một vùng giá trị tối ưu của tốc độ cắt và lượng chạy dao mà tại đó, chi phí năng lượng riêng đạt giá trị nhỏ nhất. Việc vận hành máy phay CNC trong vùng thông số này cho phép đạt được hiệu suất năng lượng cao nhất. Cụ thể, khi tăng tốc độ cắt hoặc lượng chạy dao đến một ngưỡng nhất định, chi phí năng lượng riêng có xu hướng giảm, nhưng nếu vượt qua ngưỡng đó, các yếu tố như mòn dao và ma sát tăng lên sẽ làm chi phí năng lượng riêng tăng trở lại. Do đó, việc áp dụng các phương pháp quy hoạch thực nghiệm để khảo sát và tìm ra điểm cực tiểu này là vô cùng quan trọng để giảm chi phí gia công liên quan đến điện năng.

3.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến hiệu suất năng lượng quá trình phay

Tốc độ cắt (v) là một trong những thông số có ảnh hưởng phức tạp nhất đến hiệu suất năng lượng. Đồ thị thực nghiệm trong nghiên cứu của Quyền Đình Biên cho thấy mối quan hệ phi tuyến giữa tốc độ cắt và chi phí năng lượng riêng. Khi tốc độ cắt tăng từ mức thấp, quá trình cắt gọt trở nên hiệu quả hơn, phoi thoát dễ dàng hơn, làm giảm lực cắt khi phay và do đó giảm năng lượng tiêu thụ trên một đơn vị vật liệu. Tuy nhiên, khi tốc độ cắt vượt qua một giá trị tối ưu, nhiệt cắt tăng cao, gây ra mòn dao nhanh chóng. Lưỡi dao mòn làm tăng ma sát và đòi hỏi công suất cắt lớn hơn, dẫn đến chi phí năng lượng riêng tăng lên. Do đó, không phải lúc nào tăng tốc độ cắt cũng đồng nghĩa với việc gia công nhanh hơn và tiết kiệm hơn. Việc xác định chính xác khoảng tốc độ cắt tối ưu cho từng cặp vật liệu phôi - dụng cụ cắt là yếu tố then chốt để tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng.

3.2. Vai trò của lượng chạy dao trong việc tối ưu hóa năng lượng

Lượng chạy dao (s) có vai trò trực tiếp trong việc xác định năng suất và hiệu suất năng lượng. Tương tự như tốc độ cắt, ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng cũng có dạng đường cong parabol. Khi tăng lượng chạy dao từ giá trị nhỏ, thời gian gia công giảm xuống đáng kể trong khi lực cắt khi phay tăng không quá lớn, dẫn đến tổng năng lượng tiêu thụ cho một chi tiết giảm, và chi phí năng lượng riêng cũng giảm. Điều này giúp cải thiện hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, nếu lượng chạy dao quá lớn, nó sẽ làm tăng đột ngột lực cắt, gây rung động mạnh và có thể dẫn đến quá tải động cơ, làm tăng vọt tiêu thụ năng lượng. Do đó, cần lựa chọn một giá trị lượng chạy dao hợp lý, đủ lớn để đảm bảo năng suất nhưng không vượt quá giới hạn chịu tải của hệ thống công nghệ, nhằm cân bằng giữa tốc độ sản xuất và hiệu quả sử dụng năng lượng.

IV. Phương pháp giảm độ nhám bề mặt Ra khi phay rãnh hiệu quả

Để đạt được độ nhám bề mặt Ra thấp trong gia công cơ khí chính xác, việc lựa chọn các thông số công nghệ phay đóng vai trò quyết định. Đây là mục tiêu cốt lõi để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết gia công. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng lượng chạy dao là yếu tố có ảnh hưởng mang tính hình học rõ rệt nhất đến độ nhám. Giảm lượng chạy dao sẽ làm cho các đỉnh nhấp nhô do quỹ đạo của lưỡi cắt để lại gần nhau hơn, từ đó cải thiện độ bóng bề mặt. Tốc độ cắt cũng có ảnh hưởng quan trọng nhưng phức tạp hơn; việc tăng tốc độ cắt đến một mức độ phù hợp thường giúp giảm hiện tượng lẹo dao và cải thiện độ nhám, nhưng nếu quá cao có thể gây rung động và làm xấu bề mặt. Bên cạnh chế độ cắt, chất lượng của dụng cụ cắt là không thể bỏ qua. Một dao phay ngón hoặc dao đĩa sắc bén, có lớp phủ chống mài mòn tốt sẽ tạo ra bề mặt tốt hơn và giảm lực cắt khi phay. Việc sử dụng hiệu quả dung dịch trơn nguội cũng rất cần thiết. Dung dịch này không chỉ làm mát, giảm nhiệt cắt mà còn có tác dụng bôi trơn, giảm ma sát giữa dao và phoi, ngăn ngừa lẹo dao và giúp phoi thoát dễ dàng, tất cả đều góp phần tạo ra một bề mặt gia công láng mịn hơn.

4.1. Mối liên hệ giữa thông số cắt và chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt chi tiết gia công là kết quả trực tiếp của sự tương tác giữa dụng cụ cắt và vật liệu phôi dưới tác động của các thông số công nghệ phay. Luận văn của Quyền Đình Biên (2012) đã xây dựng mô hình toán học cho thấy lượng chạy dao (s) có ảnh hưởng tuyến tính và mạnh mẽ nhất đến độ nhám bề mặt Ra. Khi lượng chạy dao tăng, độ nhám tăng một cách rõ rệt. Tốc độ cắt (v) lại có ảnh hưởng phi tuyến, tồn tại một giá trị tốc độ cắt tối ưu mà tại đó độ nhám bề mặt đạt giá trị nhỏ nhất. Điều này có thể được giải thích là do ở tốc độ thấp, hiện tượng lẹo dao dễ xảy ra, trong khi ở tốc độ quá cao, rung động và mòn dao gia tăng. Việc hiểu rõ các mối quan hệ này cho phép người lập trình CNC và vận hành máy lựa chọn được một chế độ cắt tối ưu để đạt được chất lượng bề mặt mong muốn.

4.2. Lựa chọn dung dịch trơn nguội và điều kiện gia công lý tưởng

Ngoài chế độ cắt, các yếu tố khác trong điều kiện gia công cũng ảnh hưởng lớn đến độ nhám. Dung dịch trơn nguội (MQL) đóng vai trò kép: làm mát và bôi trơn. Việc lựa chọn đúng loại dung dịch, nồng độ và phương pháp tưới (ví dụ tưới tràn, phun sương) có thể giảm đáng kể ma sát, ngăn ngừa phoi hàn dính vào lưỡi cắt và cải thiện chất lượng bề mặt. Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là một yếu tố nền tảng. Một máy phay CNC có độ cứng vững cao, đồ gá chắc chắn sẽ giảm thiểu rung động, một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra độ nhám cao và sai lệch hình học. Cuối cùng, tình trạng của dao cắt phải được theo dõi chặt chẽ. Hiện tượng mòn dao không chỉ làm tăng lực cắt mà còn làm thay đổi hình dạng hình học của lưỡi cắt, trực tiếp ảnh hưởng đến bề mặt được tạo ra. Việc thay dao định kỳ hoặc sử dụng các hệ thống giám sát mòn dao tự động là cần thiết để duy trì chất lượng gia công ổn định.

V. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu khi phay rãnh

Nghiên cứu của Quyền Đình Biên (2012) về "Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay rãnh" đã cung cấp một phương pháp luận khoa học và kết quả cụ thể cho bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu. Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố trên máy phay CNC đa năng TUM20VS với vật liệu phôi là thép C45 và dụng cụ là dao phay đĩa. Mục tiêu là xây dựng các mô hình toán học hồi quy mô tả sự phụ thuộc của chi phí năng lượng riêng (Nr) và độ nhám bề mặt Ra vào hai thông số đầu vào chính là tốc độ cắt (v) và lượng chạy dao (s). Các mô hình này sau khi được kiểm tra tính tương thích bằng tiêu chuẩn Fisher đã cho thấy độ tin cậy cao, cho phép dự đoán chính xác kết quả đầu ra. Dựa trên các mô hình toán học này, nghiên cứu đã giải bài toán tối ưu hóa để tìm ra bộ thông số công nghệ phay hợp lý. Kết quả không chỉ là một con số duy nhất mà là một vùng thông số, nơi mà người vận hành có thể lựa chọn một điểm làm việc phù hợp tùy theo ưu tiên: hoặc là tối thiểu hóa tiêu thụ năng lượng, hoặc là đạt độ nhám bề mặt tốt nhất, hoặc là một sự dung hòa giữa cả hai, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.

5.1. Xây dựng mô hình toán học từ thực nghiệm trên máy TUM20VS

Để giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu, bước đầu tiên và quan trọng nhất là lượng hóa mối quan hệ giữa các yếu tố. Nghiên cứu đã áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm bậc hai, cụ thể là kế hoạch trung tâm hợp thành, để thu thập dữ liệu. Từ ma trận thí nghiệm, các giá trị về chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt Ra được đo lường chính xác. Sử dụng phần mềm phân tích thống kê, các hệ số của phương trình hồi quy bậc hai đã được xác định. Các mô hình toán học này có dạng hàm số của tốc độ cắt và lượng chạy dao, bao gồm cả các số hạng tương tác giữa chúng. Việc kiểm tra ý nghĩa của các hệ số hồi quy bằng tiêu chuẩn Student và kiểm tra tính tương thích của toàn bộ mô hình bằng tiêu chuẩn Fisher đảm bảo rằng các phương trình này phản ánh đúng bản chất vật lý của quá trình cắt, tạo cơ sở vững chắc cho bước tối ưu hóa tiếp theo.

5.2. Các thông số công nghệ hợp lý được đề xuất từ nghiên cứu

Từ các mô hình toán học đã được xác lập, bài toán tìm chế độ cắt tối ưu được giải quyết bằng các phương pháp tối ưu hóa như hàm trọng lượng hoặc đặt ràng buộc. Nghiên cứu đã xác định được vùng thông số hợp lý cho quá trình phay rãnh thép C45 trên máy TUM20VS. Ví dụ, kết quả có thể chỉ ra rằng để đạt chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất, nên vận hành ở một tốc độ cắt và lượng chạy dao cụ thể (ví dụ, v = X m/phút, s = Y mm/răng). Tương tự, để đạt độ nhám bề mặt Ra nhỏ nhất, cần một bộ thông số khác (ví dụ, v = X' m/phút, s = Y' mm/răng). Quan trọng hơn, nghiên cứu cung cấp một giải pháp thỏa hiệp, một bộ thông số cân bằng giữa hai mục tiêu, giúp các nhà sản xuất có thể đưa ra quyết định dựa trên yêu cầu cụ thể của từng đơn hàng, từ đó tối ưu hóa toàn diện cả về chất lượng và chi phí gia công.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí. Máy phay được chế tạo từ thế kỷ XVII nhưng mãi tới nửa sau của thế kỷ XIX mới được sử dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp tiên tiến.Cho đến nay, hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất. Ở các nước công nghiệp phát triển như Cộng hòa liên bang Đức,Mỹ, Nhật.

đã nghiên cứu, chế tạo rất nhiều loại máy phay khác nhau để phục vụ gia công cơ khí.ỞCộng hòa liên bang Đức, có hơn 450 hãng sản xuất máy công cụ, sản xuất được trên 200000 thiết bị trong một năm, là một trong những nước xuất khẩu máy công cụ hàng đầu thế thế giới với cơ cấu sản phẩm: Máy mài chiếm20,1%, máy tiện tự động 16,2%, máy tiện thường 12,3%.Một số hãng nổi tiếng như: HERMLE đã sản xuất các loại máy phay với mã hiệu UWF 700,UWF800,UWF801,UWF802-M,UWF900,UWF1000- CNC,UWF1200-CNCcó công suất trục chính từ 2÷2,2 kw.1) Hãng DECKEL với các loại máy phay FP1, FP2, FP3(hình1.2) có công suất trục chính 2-5HP; máy phay giường Bernardo BFM 180, BFM200, BFM240(hình 1. có công suất trục chính 7,5KW. Trong số các nước công nghiệp phát triển thì Italy là một trong những nước xuất khẩu máy công cụ hàng đầu thế giới. Kim ngạch xuất khẩu máy của Italy chiếm khoảng 6% tổng giá trị xuất khẩu máy công cụ của thế giới.

Italy có khoảng 450 hãng sản xuất máy công cụ với tổng công suất 59 nghìn 4 máy trong một năm. Trong cơ cấu sản phẩm có 26% là máy khoan, 14% là máy tiện, 7,5% là máy mài, 4,1% là máy phay. Một số hãng sản xuất máy công cụ nổi tiếng như Gruppo Parpac chế tạo các loại máy phay với các mã hiệu FB 125CNC, GMC 350, FS350, ML90, ML 100, ML120 (hình 1.4) có một số thông số chính: hành trình bàn máy theo các trục X 4000÷30000 mm, Y 2500÷4000mm, Z 1250÷1500mm; tốc độ trục dao10÷3000v/p; công suất động cơ 37 Kw. Hãng Juarísti có các loại máy phay CNC như: TX1D, TX3D,TX1D có công suất động cơ 37kW, hành trình bàn máy theo trục X 4000mm, Y 2000mm, Z 2050mm.

Hãng Accuway sản xuất ra các máy phay với các mã hiệu như: UT 300, UT 300L, UT300LM. Hãng Bireton có các sản phẩm như máy phay CNC Matrix 800/2T, CTX/V, NC-700. Máy phay UWF-1200 CNC 5 Hình 1. Máy phay tháp DECKEL FP1 Hình 1.

Máy phay giường BFM200 6 Hình 1. Máy phay ML120 Trong số các nước đang phát triển thì Trung Quốc là nước 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 tương đối nhanh khoảng 28% nhưng từ năm 2002 Trung Quốc là nước 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 nước tư bản như 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 được đầu tư công nghệ hiện đại, có khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế và đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước về các loại máy và thiết bị công nghiệp.Một số hãng chế tạo máy hàng đầu Trung Quốc như BeijingNorth Hong,ChangChun CNC, China Czechoslovakia, China Qiqihar,Jinan Huili,Qinghai No.1,Shandong Lunan, Dalian,Anhui chizou household.

đã có sản phẩm xuất khẩu đến nhiều nước 7 trên thế giới trong đó có các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Canada, Anh, Pháp, Đức,TâyBanNha.Các loại máy phay của hãng Dalian như:TX6216E, TX6113 TX6216 (hình 1.5);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 giường XL7036, BM360, BM400, BM4của 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 thước bàn máy1600x400mm;tốc độ quay của trục dao 30÷1500v/p, công suất động cơ 11Kw; các loại máy phay CNC của hãng có các mã hiệu: VMC550,VMC420L,VMC330L,XK7124,XK7124A,XK7125(hình 1.7) có các thông số kỹ thuật chính như hành trìnhbàn 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 hànhGsk simen802s. Máy phay TX 6216 8 Hình 1. Máy phay XK7125 Tình hình sản xuất và sử dụng máy phay ở một số nước nêu ở trên cho thấy rằng: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất,đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới.Cùng với việc chế tạo máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện,nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm trong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển. Các nghiên cứu tập trung vào các hướng chủ yếu sau: + Hướng thứ nhất: Nghiên cứu nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm khi sử dụng máy phay.

Trong công trình [15], các tác giảA.G Nhetrepaev đã khảo sát quá trình hình thành phoi khi phay rãnh chữ T và xây dựng được các mô hình toán học để khảo sát quá trình phoi lấp đầy không gian giữa các răng cắt của dao phay; 9 Sự chuyển dịch phoi dọc mặt cắt trước của các răng cắt dưới tác dụng của lực quán tính và lực thủy động. Sự dịch chuyển của các phoi kim loại dọc mạch cắt dưới tác dụng lực thủy động học; Quá trình lắp đầy phoi trong không gian của mạch cắt; Xác định lực cần thiết tác dụng lên khối phoi vật liệu vụn được tạo thành trong không gian của mạch cắt. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chỉ sau 2 đến 5 vòng quay của trục dao không gian giữa các răng cắt đã được phoi lấp đầy. Kết quả khảo nghiệm cho phép khẳng định rằng: Khi gia công thép và gang ở chế độ tiêu chuẩn có từ 30÷100% trường hợp không có khả năng tự thoát phoi được nhờ lực quán tính mà muốn quá trình thoát phoi được thuận lợi cần thiết phải có thêm lực tác dụng.

Trong quá trình gia công, phoi thép cũng nhanh chóng được lấp đầy rãnh cắt; chỉ sau 10÷30 mm chiều dài mạch cắt. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng: Nếu chủ động đẩy phoi ra khỏi không gian giữa 2 răng cắt (hầu răng) và phoi cắt ra khỏi không gian của mạch cắt cho phép tăng năng suất lên 2 lần lần nhờ tăng lượng chạy dao từ 100mm/p lên 200 mm/p mà vẫn đảm bảo được yêu cầu chất lượng bề mặt của rãnh và tuổi bền của dao phay tăng 3lần so với phương pháp bôi trơn làm mát thông thường và tăng 6 lần so với trường hợp không sử dụng chất làm mát. Trong công trình [21], tác giả Lobanov.A đã nghiên cứu quá trình phay thép tôi có độ cứng lớn hơn 45HRC. Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã khảo sát nhiệt ở vùng cắt gọt, xác định nhiệt độ; kiểm tra cấu tạo tinh thể và độ cứng của phoi thép và đưa ra phương pháp chọn chế độ cắt gọt, khi phay thep qua tôi cứng; Xác định yêu cầu kỹ thuật của máy phay sử dụng để phay các hợp kim cứng.

Sử dụng phương pháp phay kim loại ở trạng thái tôi cứng mà đề tài đề xuất góp phần nâng cao năng suất, giảm độ nhám, giảm chi phí gia công của các chi tiết máy. 10 Trong công trình [22], tác giả Ruđina. A đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công bề mặt của các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quá trình cắt hợp lý. Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắt hợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Trong công trình nghiên cứu [25], Tác giả Poliakova.V đã nghiên cứu khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắt gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau. Xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt. Xác định được chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực hiện nghiệm phi tuyến.

Với hàm mục tiêu là giá thành sản phẩm. Trong công trình [27],tác giả Haxan – Al – Đabac đã nghiên cứu nâng cao chất lượng gia công nhờ chế tạo và sử dụng đầu măng danh khoan phay. Bằng lý thuyết đã khảo sát đặc tính đầu măng danh khoan phay và đề xuất cấu tạo của đầu măng danh với mục tiêu nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công. Tiến hành nghiên cứu trạng thái biến dạng và ảnh hưởng của tốc độ quay đến lực kẹp của đầu măng danh.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Khi phay với tốc độ từ 6000 đến 12000 vòng/phút lực ly tâm không ảnh hưởng đến lực kẹp. Khi sử dụng đầu măng danh khoan phay độ nhám bề mặt chi tiết giảm 6÷10% so với đầu măng danh bình thường và chất lượng gia công tăng lên rõ rệt. Trong công trình [20], tác giả Kirukhin.E cho rằng: Trong một vài năm gần đây,việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu khó gia công từ hợp chất của những chất không gỉ, chịu được axít, chịu nhiệt…được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới.Trong số các hợp chất được sử dụng rộng rãi có hợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chất của các kim loại 11 như sắt,niken, manhê, nhôm và các kim loại khác.Tuy nhiên, khi gia công các chi tiết làm bằng hợp chất của titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lý của nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao.Trong công trình đã xây dựng được mô hình toán thể hiện được sự ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng cụ trong đó có mòn đặc trưng cho phương pháp phay hợp kim titan tốc độ cao.