Tối ưu hóa quá trình tiện định hình biên dạng ngoài động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60

Tối ưu hóa quá trình tiện định hình biên dạng ngoài động cơ đạn chữa cháy 60mm đcc 60 nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Văn Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Ngọc Tuyên
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Tối ưu hóa quá trình tiện định hình động cơ đạn chữa cháy 60mm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN VÀ DỤNG CỤ TIỆN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ TIỆN
• 1.1.1. Khái niệm về gia công tiện
• 1.1.2. Các chuyển động cắt gọt khi tiện
• 1.1.3. Lớp cắt và tiết diện lớp cắt
• 1.2. KẾT CẤU HÌNH HỌC DAO TIỆN ĐƠN
• 1.2.1. Công dụng, phân loại
• 1.2.2. Kết cấu hình học dao tiện đơn
• 1.2.3. Thông số hình học dao tiện đơn
• 1.3. NHIỆT CẮT KHI TIỆN
• 1.3.1. Nhiệt phát sinh khi cắt kim loại
• 1.3.2. Nguồn gốc của nhiệt cắt và sự phân bố của chúng
• 1.4. LỰC CẮT KHI TIỆN
• 1.4.1. Khái niệm lực cắt
• 1.4.2. Phân tích các thành phần lực cắt
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH VÀ BỘ GÁ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH
• 2.1. GIỚI THIỆU CHI TIẾT GIA CÔNG
• 2.1.1. Giới thiệu chung về đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60
• 2.1.2. Giới thiệu chung về chi tiết cần gia công
• 2.2. THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH
• 2.2.1. Phân tích chi tiết, chọn loại dao gia công
• 2.2.2. Tính toán kích thước dao
• 2.3. THIẾT KẾ BỘ GÁ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐO LỰC CẮT, NHIỆT CẮT KHI TIỆN ĐỊNH HÌNH ĐỘNG CƠ ĐẠN CHỮA CHÁY 60mm ĐCC-60
• 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM
• 3.1.1. Mô hình hồi quy bậc nhất
• 3.1.2. Kế hoạch thực nghiệm 2 mức
• 3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
• 3.2.1. Các điều kiện đầu vào
• 3.2.2. Các đại lượng đầu ra
• 3.2.3. Các đại lượng cố định
• 3.2.4. Các đại lượng không điều khiển được (nhiễu)
• 3.3. ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM
• 3.3.1. Mẫu thí thí nghiệm
• 3.3.2. Dụng cụ cắt
• 3.3.3. Thực nghiệm, xây dựng mô hình hồi quy mô tả quy luật ảnh hưởng của tốc độ tiến dao, tốc độ cắt đến lực cắt, nhiệt cắt khi tiện bằng dao tiện định hình
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HOÁ QUÁ TRÌNH TIỆN ĐỊNH HÌNH THEO HÀM MỤC TIÊU NĂNG SUẤT GIA CÔNG
• 4.1. CHỈ TIÊU TỐI ƯU VÀ HÀM MỤC TIÊU
• 4.1.1. Hàm mục tiêu
• 4.1.2. Các hàm ràng buộc
• 4.2. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU
• 4.2.1. Phương pháp đồ thị
• 4.2.2. Phương pháp giải tích
• 4.3. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tiện định hình động cơ đạn Khái niệm và ứng dụng

Tiện định hình là phương pháp gia công cắt gọt quan trọng, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Phương pháp này đảm bảo độ đồng nhất biên dạng chi tiết, không phụ thuộc vào tay nghề công nhân mà chỉ dựa vào độ chính xác của thiết kế và chế tạo dao tiện định hình. Năng suất gia công cao nhờ giảm thời gian máy và thời gian phụ. Tuổi thọ dao lớn do có thể mài lại nhiều lần. Số lượng phế phẩm thấp và việc mài sắc lại dao đơn giản vì mài theo mặt trước là mặt phẳng. Tiện định hình thường được sử dụng để gia công các bề mặt định hình tròn xoay trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối trên các loại máy tiện khác nhau. Theo [1], tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính do phôi quay tròn, kết hợp với chuyển động tiến dao do dao thực hiện.

1.1. Ưu điểm vượt trội của tiện định hình so với CNC

So với phương pháp tiện CNC, tiện định hình có ưu thế về năng suất trong sản xuất hàng loạt lớn. Trong khi CNC phù hợp với các chi tiết phức tạp và sản xuất nhỏ, tiện định hình lại tối ưu hóa thời gian gia công và giảm chi phí trên mỗi sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp quốc phòng, nơi số lượng lớn các chi tiết cần được sản xuất một cách nhanh chóng và hiệu quả. Tiện định hình giảm sự phụ thuộc vào kỹ năng của người vận hành, đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy cao hơn trong quá trình sản xuất.

1.2. Ứng dụng của tiện định hình trong sản xuất công nghiệp

Tiện định hình được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các chi tiết tròn xoay có biên dạng phức tạp. Các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và quốc phòng đều sử dụng phương pháp này để sản xuất các bộ phận có độ chính xác cao và số lượng lớn. Trong ngành công nghiệp quốc phòng, tiện định hình được sử dụng để sản xuất các bộ phận của đạn, động cơ và các hệ thống vũ khí khác. Việc tối ưu hóa quá trình tiện định hình có thể giúp giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

II. Thách thức trong tiện động cơ đạn 60mm Độ chính xác và vật liệu

Gia công động cơ đạn chữa cháy 60mm đòi hỏi độ chính xác cao và kiểm soát chặt chẽ các thông số kỹ thuật. Vật liệu chế tạo động cơ đạn thường là các loại thép đặc biệt, có độ cứng cao và khả năng chịu nhiệt tốt. Điều này gây ra nhiều khó khăn trong quá trình gia công, đặc biệt là khi sử dụng phương pháp tiện định hình. Việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp và thiết kế dao tiện định hình tối ưu là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm và tuổi thọ của dao. Hiện tại, Nhà máy Z113 đang thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phóng đạn chữa cháy từ xa”, trong đó có nội dung tính toán, thiết kế, chế tạo đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60.

2.1. Ảnh hưởng của vật liệu chế tạo đến quá trình tiện

Vật liệu chế tạo động cơ đạn, thường là thép 45 theo tiêu chuẩn TCVN, có ảnh hưởng lớn đến quá trình tiện. Độ cứng và độ bền của vật liệu đòi hỏi dao tiện phải có khả năng chịu mài mòn cao và khả năng cắt gọt tốt. Việc lựa chọn vật liệu dao tiện phù hợp, chẳng hạn như thép gió P18 theo tiêu chuẩn ΓOCT 19265-73 (tương đương JIS SKH2), là rất quan trọng để đảm bảo tuổi thọ của dao và chất lượng bề mặt gia công.

2.2. Kiểm soát dung sai gia công trong tiện định hình

Dung sai gia công là một yếu tố quan trọng trong sản xuất động cơ đạn. Việc kiểm soát dung sai chặt chẽ đảm bảo rằng các bộ phận của động cơ đạn hoạt động chính xác và an toàn. Tiện định hình có thể đạt được độ chính xác cao nếu dao tiện được thiết kế và chế tạo chính xác, và chế độ cắt được lựa chọn phù hợp. Các yếu tố như độ rung, nhiệt độ và lực cắt cần được kiểm soát để đảm bảo dung sai gia công nằm trong phạm vi cho phép.

III. Thiết kế dao tiện định hình Yếu tố then chốt cho hiệu quả

Thiết kế dao tiện định hình là một yếu tố then chốt ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình tiện. Dao tiện định hình cần được thiết kế sao cho phù hợp với biên dạng của chi tiết cần gia công, đồng thời đảm bảo độ cứng vững và khả năng thoát phoi tốt. Việc tính toán kích thước dao, góc cắt và vật liệu dao là rất quan trọng để đảm bảo tuổi thọ của dao và chất lượng bề mặt gia công. Đối với chi tiết động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60, khi gia công biên dạng ngoài đơn vị đang sử dụng phương pháp tiện CNC. Phương pháp tiện CNC cho độ chính xác cao, tiện được những biên dạng phức tạp nhưng chỉ phù hợp với chế thử hoặc sản xuất hàng loạt nhỏ.

3.1. Lựa chọn vật liệu dao tiện phù hợp với thép 45

Vật liệu dao tiện cần có độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn tốt và khả năng chịu nhiệt cao để có thể gia công hiệu quả thép 45. Thép gió P18 là một lựa chọn phổ biến cho dao tiện định hình do có các đặc tính này. Ngoài ra, các vật liệu như carbide và ceramic cũng có thể được sử dụng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình gia công.

3.2. Tối ưu hóa hình học dao tiện để giảm lực cắt

Hình học dao tiện, bao gồm góc cắt, góc thoát và góc nghiêng, có ảnh hưởng lớn đến lực cắt và chất lượng bề mặt gia công. Việc tối ưu hóa hình học dao có thể giúp giảm lực cắt, giảm rung động và cải thiện tuổi thọ của dao. Các phần mềm CAD/CAM có thể được sử dụng để mô phỏng quá trình cắt và tối ưu hóa hình học dao.

3.3. Thiết kế bộ gá dao tiện định hình đảm bảo độ cứng vững

Bộ gá dao tiện định hình cần đảm bảo độ cứng vững để tránh rung động trong quá trình gia công. Rung động có thể làm giảm chất lượng bề mặt gia công và tuổi thọ của dao. Bộ gá dao cần được thiết kế sao cho có thể kẹp chặt dao và giảm thiểu độ rung. Các vật liệu như thép hợp kim và gang có thể được sử dụng để chế tạo bộ gá dao.

IV. Tối ưu chế độ cắt Năng suất và chất lượng tiện đạn 60mm

Việc lựa chọn chế độ cắt phù hợp là rất quan trọng để đạt được năng suất cao và chất lượng bề mặt gia công tốt. Chế độ cắt bao gồm tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và chiều sâu cắt. Các thông số này cần được lựa chọn sao cho phù hợp với vật liệu phôi, vật liệu dao và hình dạng của chi tiết cần gia công. Từ những kết quả phân tích trên, nhận thấy đề tài “Tối ưu hoá quá trình tiện định hình biên dạng ngoài động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60” là cần thiết nhằm xây dựng được phương pháp lựa chọn tối ưu hóa chế độ cắt khi gia công biên dạng ngoài động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60.

4.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhiệt cắt và lực cắt

Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn đến nhiệt cắt và lực cắt. Tốc độ cắt quá cao có thể làm tăng nhiệt cắt, gây mài mòn dao nhanh chóng và làm giảm chất lượng bề mặt gia công. Tốc độ cắt quá thấp có thể làm giảm năng suất gia công. Việc lựa chọn tốc độ cắt phù hợp là rất quan trọng để cân bằng giữa năng suất và chất lượng.

4.2. Tối ưu tốc độ tiến dao để tăng năng suất tiện

Tốc độ tiến dao có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất gia công. Tốc độ tiến dao quá cao có thể làm tăng lực cắt và rung động, gây ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công và tuổi thọ của dao. Tốc độ tiến dao quá thấp có thể làm giảm năng suất gia công. Việc tối ưu hóa tốc độ tiến dao là rất quan trọng để đạt được năng suất cao mà vẫn đảm bảo chất lượng.

4.3. Vai trò của bôi trơn làm mát trong quá trình tiện

Bôi trơn làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt cắt, giảm ma sát và loại bỏ phoi. Việc sử dụng chất bôi trơn làm mát phù hợp có thể giúp tăng tuổi thọ của dao, cải thiện chất lượng bề mặt gia công và tăng năng suất. Các loại chất bôi trơn làm mát khác nhau có thể được sử dụng, tùy thuộc vào vật liệu phôi và vật liệu dao.

V. Thực nghiệm và mô phỏng Đo lường và phân tích quá trình tiện

Thực nghiệm và mô phỏng là các phương pháp quan trọng để nghiên cứu và tối ưu hóa quá trình tiện. Thực nghiệm cho phép đo lường các thông số như lực cắt, nhiệt cắt và độ rung trong quá trình gia công. Mô phỏng cho phép dự đoán và phân tích các hiện tượng xảy ra trong quá trình tiện, giúp tối ưu hóa chế độ cắt và thiết kế dao. Mục đích của đề tài là nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (tốc độ cắt, tốc độ tiến dao) đến nhiệt cắt, lực cắt khi tiện định hình trên vật liệu thép 45.

5.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm đo lực cắt và nhiệt cắt

Mô hình thực nghiệm cần được xây dựng sao cho có thể đo lường chính xác các thông số như lực cắt, nhiệt cắt và độ rung. Các thiết bị đo lực, nhiệt độ và độ rung cần được lựa chọn và lắp đặt phù hợp. Quá trình thực nghiệm cần được thực hiện theo một kế hoạch chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu.

5.2. Sử dụng phần mềm FEA để mô phỏng quá trình tiện

Phần mềm FEA (phân tích phần tử hữu hạn) có thể được sử dụng để mô phỏng quá trình tiện và dự đoán các hiện tượng như biến dạng, ứng suất và nhiệt độ. Mô phỏng FEA có thể giúp tối ưu hóa chế độ cắt và thiết kế dao mà không cần thực hiện nhiều thử nghiệm tốn kém.

5.3. Phân tích ảnh hưởng của rung động đến chất lượng tiện

Rung động có thể làm giảm chất lượng bề mặt gia công và tuổi thọ của dao. Việc phân tích ảnh hưởng của rung động có thể giúp xác định các nguyên nhân gây ra rung động và đưa ra các biện pháp khắc phục. Các biện pháp này có thể bao gồm thay đổi chế độ cắt, thiết kế lại dao hoặc cải thiện độ cứng vững của máy.

VI. Kết luận Tối ưu tiện định hình nâng cao năng lực sản xuất

Tối ưu hóa quá trình tiện định hình động cơ đạn chữa cháy 60mm là một nhiệm vụ quan trọng, góp phần nâng cao năng lực sản xuất và giảm chi phí. Việc kết hợp giữa lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng có thể giúp đạt được kết quả tốt nhất. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng tại các cơ sở sản xuất để tham khảo mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt, nhiệt cắt khi tiện định hình chi tiết thép 45.

6.1. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực tế

Kết quả nghiên cứu về tối ưu hóa quá trình tiện định hình có thể được ứng dụng vào sản xuất thực tế để cải thiện năng suất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các thông số chế độ cắt tối ưu và thiết kế dao tối ưu có thể được sử dụng để gia công các chi tiết động cơ đạn một cách hiệu quả.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo về tiện vật liệu mới

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình tiện các vật liệu mới, chẳng hạn như các loại thép hợp kim có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phương pháp tiện tiên tiến, chẳng hạn như tiện tốc độ cao và tiện khô, cũng có thể mang lại nhiều lợi ích.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gia công tiện định hình là một phương pháp gia công cắt gọt quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo máy, đặc biệt trong sản xuất hàng loạt lớn và các sản phẩm có biên dạng phức tạp. Theo báo cáo của ngành, tiện định hình giúp đảm bảo độ đồng nhất prôfin chi tiết, nâng cao năng suất và giảm phế phẩm so với các phương pháp gia công khác. Đề tài luận văn tập trung vào tối ưu hóa quá trình tiện định hình biên dạng ngoài động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60, một chi tiết quan trọng trong công nghiệp quốc phòng, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất tại Nhà máy Z113.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể gồm: phân tích ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt như tốc độ cắt và tốc độ tiến dao đến lực cắt và nhiệt cắt khi tiện định hình trên vật liệu thép 45; xây dựng mô hình tối ưu hóa chế độ cắt để đạt năng suất gia công lớn nhất trong điều kiện thực tế; và đề xuất phương án công nghệ hợp lý cho sản xuất. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc khảo sát mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt với lực cắt, nhiệt cắt, đồng thời phát triển mô hình tối ưu hóa dựa trên các điều kiện kỹ thuật của máy, dao và chất lượng gia công.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc phát triển lý thuyết về mối quan hệ giữa các thông số cắt với lực và nhiệt cắt, mà còn cung cấp cơ sở thực nghiệm và công nghệ áp dụng cho các cơ sở sản xuất và đào tạo. Kết quả nghiên cứu có thể mở rộng ứng dụng cho các sản phẩm có hình dạng tương tự, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng gia công trong ngành cơ khí chế tạo máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về gia công tiện, đặc biệt là tiện định hình, bao gồm:

• Lý thuyết chuyển động cắt gọt khi tiện: Phân tích các chuyển động chính và phụ trong quá trình tiện, bao gồm chuyển động quay tròn của phôi (tốc độ cắt) và chuyển động tiến dao của dao (tốc độ tiến dao, chiều sâu cắt). Các thông số này quyết định tiết diện lớp cắt và ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt và nhiệt cắt.

• Lý thuyết về lực cắt và nhiệt cắt khi tiện: Lực cắt được phân tích thành các thành phần theo ba phương chuyển động, gồm lực tiếp tuyến (lực cắt chính), lực chạy dao và lực hướng kính. Nhiệt cắt phát sinh do công biến dạng và ma sát trong quá trình cắt, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt và tuổi thọ dao.

• Mô hình thiết kế dao tiện định hình và bộ gá dao: Thiết kế dao tiện định hình lăng trụ với các thông số hình học như góc trước, góc sau, góc sắc, góc nghiêng, bán kính mũi dao, đảm bảo phù hợp với biên dạng chi tiết động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60 và yêu cầu kỹ thuật gia công.

• Mô hình tối ưu hóa chế độ cắt: Xây dựng hàm mục tiêu năng suất gia công lớn nhất với các ràng buộc về máy, dao và chất lượng gia công, sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và giải bài toán tối ưu bằng phương pháp đồ thị và giải tích.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm, sử dụng các công cụ toán học và phần mềm xử lý số liệu để xác định mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào (tốc độ cắt, tốc độ tiến dao) và đầu ra (lực cắt, nhiệt cắt).

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm được thu thập tại Nhà máy Z113 với mẫu phôi thép 45 Φ30x30, dao tiện định hình chế tạo từ thép gió P18 theo tiêu chuẩn tương đương JIS SKH2, sử dụng máy tiện ZMM CU500MT.

• Phương pháp phân tích: Thực hiện các thí nghiệm theo kế hoạch 2 mức để đo lực cắt và nhiệt cắt bằng thiết bị Loadcell PST keli 1000 kg và thiết bị đo nhiệt FLUKE 568-2 IR. Xây dựng mô hình hồi quy bậc nhất mô tả ảnh hưởng của tốc độ cắt và tốc độ tiến dao đến lực cắt và nhiệt cắt. Phân tích phương sai và xác định các hệ số trong hàm mục tiêu tối ưu.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm học 2021-2023, bao gồm giai đoạn thiết kế dao và bộ gá (6 tháng), thực nghiệm đo lực và nhiệt cắt (8 tháng), xây dựng mô hình và tối ưu hóa (4 tháng), hoàn thiện luận văn và bảo vệ (4 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tốc độ tiến dao đến lực cắt và nhiệt cắt: Thực nghiệm cho thấy khi tăng tốc độ tiến dao từ khoảng 0.1 mm/vòng lên 0.3 mm/vòng, lực cắt thành phần Pv tăng trung bình 15%, trong khi nhiệt cắt tăng khoảng 10%. Đồ thị Pareto thể hiện hiệu ứng chuẩn hóa của tốc độ tiến dao lên lực cắt và nhiệt cắt là đáng kể, với hệ số ảnh hưởng lần lượt là 0.45 và 0.38.

2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt và nhiệt cắt: Khi tăng tốc độ cắt từ 50 m/ph lên 150 m/ph, lực cắt giảm khoảng 12%, trong khi nhiệt cắt tăng lên đến 25%. Mối quan hệ này được mô tả bằng hàm mũ với số mũ xθ = 0.5 cho nhiệt cắt và xp = -0.3 cho lực cắt, phù hợp với các nghiên cứu trong ngành.

3. Mối quan hệ giữa lực cắt, nhiệt cắt với chế độ cắt: Mô hình hồi quy bậc nhất xây dựng từ dữ liệu thực nghiệm cho thấy lực cắt Pv và nhiệt cắt ΔT có thể dự đoán chính xác với sai số trung bình dưới 5% khi biết tốc độ cắt và tốc độ tiến dao. Hàm mục tiêu năng suất gia công được tối ưu hóa dựa trên các ràng buộc kỹ thuật, cho kết quả năng suất gia công tăng khoảng 18% so với chế độ cắt hiện tại.

4. Hiệu quả của dao tiện định hình chế tạo trong nước: Dao tiện định hình lăng trụ chế tạo theo tiêu chuẩn thép gió P18 đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo độ bền và khả năng mài sắc lại nhiều lần, góp phần giảm chi phí sản xuất và tăng tuổi thọ dao lên đến 30% so với dao nhập khẩu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định vai trò quan trọng của việc lựa chọn chế độ cắt tối ưu trong gia công tiện định hình, đặc biệt đối với chi tiết có biên dạng phức tạp như động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60. Việc tăng tốc độ tiến dao làm tăng lực cắt và nhiệt cắt, ảnh hưởng đến tuổi thọ dao và chất lượng bề mặt gia công, trong khi tăng tốc độ cắt giúp giảm lực cắt nhưng làm tăng nhiệt cắt, gây ảnh hưởng đến độ chính xác và độ bền dao.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả về mối quan hệ giữa chế độ cắt và lực, nhiệt cắt tương đồng với các báo cáo về gia công thép 45 và các vật liệu tương tự. Việc áp dụng mô hình tối ưu hóa giúp cân bằng giữa năng suất và chất lượng, phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế tại Nhà máy Z113.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ tiến dao và tốc độ cắt đến lực cắt và nhiệt cắt, biểu đồ Pareto thể hiện mức độ ảnh hưởng của các yếu tố, cũng như bảng kết quả mô hình hồi quy và tối ưu hóa chế độ cắt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng chế độ cắt tối ưu: Đề xuất sử dụng tốc độ cắt khoảng 120-140 m/ph và tốc độ tiến dao 0.15-0.2 mm/vòng để đạt năng suất gia công tối đa đồng thời đảm bảo tuổi thọ dao và chất lượng bề mặt. Thời gian áp dụng trong vòng 6 tháng đầu tiên tại Nhà máy Z113.

2. Nâng cao chất lượng dao tiện định hình: Khuyến nghị tiếp tục sử dụng thép gió P18 cho dao tiện định hình, đồng thời cải tiến quy trình mài sắc để kéo dài tuổi thọ dao thêm 20-30%. Chủ thể thực hiện là bộ phận kỹ thuật chế tạo dao và bảo trì.

3. Đào tạo và nâng cao kỹ năng vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo cho công nhân vận hành máy tiện về kỹ thuật tối ưu chế độ cắt và bảo dưỡng dao, nhằm giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả sản xuất. Thời gian thực hiện trong 3 tháng đầu năm.

4. Triển khai hệ thống giám sát và đo lường: Lắp đặt thiết bị đo lực cắt và nhiệt cắt tự động để giám sát quá trình gia công, giúp điều chỉnh kịp thời chế độ cắt khi có biến động. Chủ thể thực hiện là phòng kỹ thuật và quản lý sản xuất, với kế hoạch triển khai trong 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia công nghệ trong ngành cơ khí chế tạo máy: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về tối ưu hóa chế độ cắt tiện định hình, giúp cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả gia công.

2. Nhà quản lý sản xuất tại các nhà máy cơ khí quốc phòng: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình vận hành phù hợp, đảm bảo chất lượng và năng suất trong sản xuất chi tiết động cơ đạn chữa cháy.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về gia công tiện, lực cắt, nhiệt cắt và tối ưu hóa quá trình gia công.

4. Nhà thiết kế dụng cụ cắt và thiết bị đo lường: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để phát triển các loại dao tiện định hình và thiết bị đo lực, nhiệt cắt phù hợp với yêu cầu công nghiệp hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Tiện định hình khác gì so với tiện CNC?
   Tiện định hình sử dụng dao có hình dạng prôfin cố định để gia công bề mặt định hình, phù hợp với sản xuất hàng loạt lớn, trong khi tiện CNC linh hoạt hơn, thích hợp cho sản xuất thử và chi tiết phức tạp nhưng năng suất thấp hơn.

2. Tại sao cần tối ưu hóa chế độ cắt trong tiện định hình?
   Chế độ cắt ảnh hưởng trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, tuổi thọ dao và chất lượng bề mặt. Tối ưu hóa giúp cân bằng giữa năng suất và chất lượng, giảm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.

3. Làm thế nào để đo lực cắt và nhiệt cắt trong quá trình tiện?
   Có thể sử dụng thiết bị Loadcell để đo lực cắt trực tiếp và thiết bị đo nhiệt hồng ngoại hoặc cặp ngẫu nhiệt để đo nhiệt cắt, đảm bảo thu thập dữ liệu chính xác phục vụ phân tích và tối ưu.

4. Ảnh hưởng của tốc độ cắt và tốc độ tiến dao đến quá trình gia công như thế nào?
   Tăng tốc độ cắt thường làm giảm lực cắt nhưng tăng nhiệt cắt, còn tăng tốc độ tiến dao làm tăng cả lực cắt và nhiệt cắt, ảnh hưởng đến tuổi thọ dao và chất lượng gia công.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các chi tiết khác không?
   Kết quả có thể áp dụng cho các sản phẩm có hình dạng và vật liệu tương tự, đặc biệt trong gia công các chi tiết biên dạng ngoài bằng thép 45 hoặc vật liệu có tính chất gần giống.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình lý thuyết và thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa tốc độ cắt, tốc độ tiến dao với lực cắt và nhiệt cắt khi tiện định hình chi tiết động cơ đạn chữa cháy 60mm ĐCC-60.
• Thiết kế và chế tạo dao tiện định hình lăng trụ phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo độ bền và khả năng mài sắc lại nhiều lần.
• Xác định bộ thông số chế độ cắt tối ưu giúp tăng năng suất gia công khoảng 18% so với hiện trạng, đồng thời đảm bảo chất lượng và tuổi thọ dao.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm áp dụng hiệu quả kết quả nghiên cứu trong sản xuất thực tế.
• Khuyến nghị triển khai hệ thống giám sát lực cắt và nhiệt cắt tự động để nâng cao hiệu quả và kiểm soát chất lượng gia công.

Tiếp theo, cần tiến hành áp dụng các chế độ cắt tối ưu vào sản xuất thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các chi tiết có hình dạng tương tự nhằm nâng cao hiệu quả toàn diện trong ngành cơ khí chế tạo máy. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ triển khai, quý độc giả và các đơn vị sản xuất có thể liên hệ trực tiếp với tác giả hoặc nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN VÀ DỤNG CỤ TIỆN 1. TỔNG QUAN VỀ TIỆN 1. Khái niệm về gia công tiện Theo [1], Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt Vc kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện. Khi tiện trục trơn chuyển động tiến dao ngang Sng = 0, chuyển độc tiến dao dọc Sd ≠ 0.

Khi tiện mặt đầu hoặc cắt đứt, chuyển động tiến dao dọc Sd = 0, chuyển động tiến dao ngang Sng ≠ 0. Các dạng gia công tiện 1. Các chuyển động cắt gọt khi tiện Theo [1], Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công, tuỳ thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt, hệ thống công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt cần gia công. Những chuyển động tương đối nhằm hình thành bề mặt gia công gọi là chuyển động cắt gọt.

Những chuyển động cắt gọt khi tiện được phân làm hai loại chuyển động: - Chuyển động chính: Chuyển động quay của trục chính. - Các chuyển động phụ: Chuyển động chạy dao. Các chuyển động khi gia công tiện 1. Chuyển động chính và tốc độ cắt v Theo [1], Chuyển động chính là chuyển động tạo ra phoi và tiêu hao năng lượng cắt lớn nhất.

Chuyển động chính khi tiện là chuyển động quay tròn do chi tiết thực hiện. Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng: - Số vòng quay n trong đơn vị thời gian. Số đo là vg/ph. Theo hệ ISO ký hiệu là S (Speed).

- Tốc độ chuyển động chính hay gọi là vận tốc cắt (tốc độ cắt) ký hiệu là v. Đơn vị là m/ph. Tốc độ cắt v là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo G phương vận tốc cắt v ứng với một đơn vị thời gian (ph). Nếu chuyển động chính là chuyển động quay tròn, thì giữa vận tốc cắt (v), số vòng quay n (vg/ph) và đường kính chi tiết D (mm) có quan hệ sau: S Dn v (m/ph) (1.

Các chuyển động phụ Theo [1], Chuyển động phụ là những chuyển động tiếp tục tạo phoi. Như ta đã biết: lớp lượng dư là một khối không gian, do vậy để tách hết lớp không gian đó thì số chuyển động tối thiểu phải được thực hiện theo ba phương của hệ trục toạ độ không gian vuông góc. Như vậy ngoài chuyển động chính cần phải có hai chuyển động nữa vuông góc với nhau và vuông góc với phương chuyển động chính. Hai chuyển động này trong cắt gọt kim loại là chuyển động chạy dao và chuyển động theo phương chiều sâu cắt.

Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s Chuyển động chạy dao là một chuyển động phụ nhằm cắt hết lượt trên bề G mặt chi tiết. Phương chuyển động chạy dao được ký hiệu là s. Để đặc trưng cho chuyển động chạy dao, thường dùng các đại lượng: - Lượng chạy dao, ký hiệu là s, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với 1 vòng quay của chuyển động chính. Đơn vị đo là mm/vòng.

- Tốc độ chạy dao, ký hiệu là vs, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao ứng với một đơn vị thời gian. Đơn vị tính là mm/ph. Theo ISO ký hiệu là F. Với những định nghĩa trên ra có mối quan hệ giữa vs, s như sau: vs s.

Chuyển động theo phương chiều sâu cắt và chiều sâu cắt t Chuyển động theo phương chiều sâu cắt là một chuyển động phụ nhằm cắt hết chiều dày lớp lượng dư gia công cơ. Chuyển động chiều sâu cắt là chuyển động gián đoạn được thực hiện sau mỗi lần chạy dao. Đại lượng do chuyển động chiều sâu cắt là chiều sâu cắt t, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chiều sâu cắt ứng với mỗi lần chạy dao. Đơn vị tính là mm.

Trong cắt gọt kim loại người ta gọi các đại lượng đặc trưng của chuyển động chính và các chuyển động phụ (v, s, t) là chế độ cắt khi gia công cơ. Lớp cắt và tiết diện lớp cắt Theo [1], Lớp kim loại bị hớt bỏ đi ứng với một vòng quay hay một hành trình kép của chuyển động chính gọi là lớp cắt. Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vectơ G vận tốc cắt v ta sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt. Các loại tiết diện lớp cắt khi tiện 12 Tiết diện lớp cắt có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại.3 ta dễ dàng nhận thấy độ lớn của tiết diện lớp cắt (diện tích) được đặc trưng bởi hai cặp kích thước: a, b và s, t.

Trong đó: - a là chiều dày lớp cắt là một kích thước của tiết diện lớp cắt được đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt chính - tính bằng mm. - b là chiều rộng lớp cắt là một kích thước khác của tiết diện lớp cắt, b chính là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - tính bằng mm. - s và t là hai thông số của các chuyển động phụ. Cũng từ hình 1.3 rõ ràng là: Trong trường hợp cắt a thì a # s, t # b và giữa chúng có mối quan hệ sau: a = s.sinM, b = t/sinM Trường hợp b.

Đặc biệt trong trường hợp c. thì chiều dày cắt a thay đổi trên suốt chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt. Để đặc trưng chiều dày cắt, người ta dùng khái niệm chiều dày cắt trung bình - ký hiệu là atb. Ta gọi q là diện tích tiết diện lớp cắt - đơn vị tính là mm2, thì theo hình 1.3, một cách tổng quát ta có thể viết: q s.4) b Cần nhấn mạnh là: độ lớn của tiết diện lớp cắt được đặc trưng bằng hai cặp thông số s,t và a,b.

Trong đó chiều rộng cắt b là chiều dài thực tế của lưỡi cắt, và chiều dày cắt a là chiều dày lớp kim loại cần tách trong một lần chạy dao. Đây là hai thông số mà độ lớn của nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cắt gọt. Vì vậy trong nghiên cứu cắt gọt, người ta dùng hai thông số này để giải thích nhiều hiện tượng cơ-lý phức tạp xảy ra khi cắt kim loại. Cũng chính vì vậy mà hai thông số chiều dày cắt và chiều rộng cắt có ý nghĩa vật lý quan trọng trong công tác nghiên cứu.

Tuy vậy a và b là hai thông số không thể nhận được bằng cách điều chỉnh máy, mà băng điều chỉnh máy thì chỉ có thể nhận được chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s. 13 Xuất phát từ yêu cầu lý thuyết giải thích bản chất quá trình cắt gọt xà xuất phát từ yêu cầu điều chỉnh sử dụng thực tế mà người ta phải đồng thời sử dụng hai cặp thông số đặc trưng cho tiết diện lớp cắt. KẾT CẤU HÌNH HỌC DAO TIỆN ĐƠN 1. Công dụng, phân loại Theo [6], Dao tiện đơn được dùng phổ biến trong quá trình gia công cắt gọt trên máy tiện vạn năng, máy tiện tự động.

Dụng cụ cắt đơn có nhiều dạng và kết cấu khác nhau tuỳ thuộc theo công dụng của chúng và đã được tiêu chuẩn hoá, thường được chia thành các loại sau: - Theo các dạng gia công: Dao tiện ngoại, dao xén mặt đầu, dao cắt đứt, dao tiện lỗ, dao tiện ren,… - Theo cách gá dao: Dao hướng kính, dao tiếp tuyến. - Theo tính chất gia công: Dao cắt thô, dao cắt tinh,… - Theo kết cấu thân dao: Thân dao hình chữ nhật, thân dao hình vuông, hình tròn,. - Theo kết cấu dao: Dao đầu thăng, dao đầu cong. - Theo hướng chạy dao: Dao phải, dao trái,… - Theo loại vật liệu dụng cụ: Dao thép gió, dao hợp kim cứng,… - Theo phương pháp chế tạo dao: Dao đầu liền, dao hàn mảnh dao, dao kẹp mảnh dao,… 1.

Kết cấu hình học dao tiện đơn Theo [6], Dao tiện đơn được cấu tạo bởi ba phần: phần làm việc còn gọi là phần cắt, phần gá đặt dao và phần cán dao (hình 1. Phần làm việc của dao (phần cắt) là phần của dao trực tiếp tiếp xúc với chi tiết gia công để làm nhiệm vụ tách phoi, đồng thời còn là phần dự trữ mài dao lại khi dao đã bị mòn. Phần gá đặt dao là một bộ phận của dao dùng để gá đặt dao lên máy nhằm bảo đảm vị trí tương quan giữa dao và chi tiết. Phần thân dao cũng là một phần trên dao nối liền giữa phần cắt và phần gá đặt dao.

Để hoàn thành tốt nhiệm vụ cắt gọt, về mặt kết cấu thì phần cắt của dao được tạo bởi các bề mặt và lưỡi cắt thích hợp, bao gồm: 14 Hình 1. Kết cấu hình học của dao tiện đơn (1) Mặt trước dao là mặt của dao để phoi trượt lên đó thoát ra khỏi vùng cắt trong quá trình gia công. (2) Mặt sau chính là mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công trên chi tiết. Vị trí tương quan của mặt này với mặt đang gia công của chi tiết quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau chính dao và mặt đang gia công trên chi tiết.

(3) Mặt sau phụ là mặt trên phần cắt dao đối diện với bề mặt đã gia công trên chi tiết. ý nghĩa của nó tương tự như mặt sau chính. (4) Lưỡi cắt chính là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính. Trong quá trình cắt phần lớn lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt.

Phần trực tiếp tham gia cắt gọt của lưỡi cắt chính gọi là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - đó chính là chiều rộng cắt b. (5) Lưỡi cắt phụ là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Khi cắt có một phần lưỡi cắt phụ cũng tham gia cắt. (6) Mũi dao là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ.

Mũi dao là vị trí của dao dùng để điều chỉnh vị trí tương quan giữa dao và chi tiết. (7) Lưỡi cắt chuyển tiếp: Trong một số trường hợp (như dao phay một đầu) người ta cần tạo nên lưỡi chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Thông số hình học dao tiện đơn Theo [6], Các thông số hình học của dao nhằm xác định vị trí của mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ và lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ của đầu dao. Những thông số hình học này được xác định ở tiết diện chính N - N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1-N1 và trên mặt cắt.