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.
