TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới
Máy phay là một trong những thiết bị gia công kim loại phổ biến trong ngành cơ khí Chiếc máy phay giản đơn đầu tiên được chế tạo bởi Ferdinan Ferbist vào năm 1668 theo lệnh của vua Khang Hy, nhằm gia công vành quay bằng đồng cho kính thiên văn Nguyên lý hoạt động của máy phay là đặt vành quay đã đúc lên mặt đá phẳng, sau đó sử dụng một dao phay kim loại gắn chặt vào đầu thanh gỗ Để tạo lực đẩy cho dao, người ta đặt những quả nặng lên thanh gỗ và sử dụng ngựa kéo để dao di chuyển theo vòng tròn trên bề mặt vành quay.
Hình 1.1 Máy phay do Ferdinan Ferbist phát minh
Cho đến nay, hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất Các nước đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ, đặc biệt là máy phay, bao gồm Mỹ, Cộng hòa Liên bang Đức, Nhật Bản, Thụy Sỹ và Italy.
Mỹ là quốc gia dẫn đầu thế giới về sản xuất máy công cụ với hơn 1200 nhà máy, hàng năm sản xuất trên 273 nghìn máy Sản phẩm máy công cụ của Mỹ được ưa chuộng tại châu Âu nhờ vào tính hiện đại và độ bền, với khoảng 40% sản phẩm được xuất khẩu sang khu vực này Nhiều thương hiệu nổi tiếng như Gridley, Kliben và Kent cung cấp các loại máy khác nhau, trong đó hãng Kent nổi bật với các dòng máy phay như KTM-3, KTM-3VS, KTM-3VKF và KTM-VKF.
KTM-4VKF,TW-32QI-ANILAM3300, TW-32MV-FANUC, TW-
Các loại máy phay như BMT1500S, BMT2000HU, BMT2500UM và BMT7000V có công suất trục chính từ 2-7HP Máy phay giường BM460T và BM56T có công suất trục chính từ 7 đến 7,5 HP, với tốc độ quay của trục chính từ 60 đến 4500 vòng/phút.
Hình 1.2 Máy phay KTM-3VKF luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hình1.3.Máy phay mã hiệuTAC510
Cộng hòa liên bang Đức là một trong những quốc gia hàng đầu trong ngành công nghiệp máy công cụ, với khoảng 433 hãng sản xuất và trung bình xuất xưởng 206 nghìn sản phẩm mỗi năm Các loại máy như máy mài và máy doa chiếm 20,1%, máy tiện CNC 16,2%, và máy phay 13,8% Từ những năm đầu thế kỷ XIX, nhu cầu về máy móc để cơ giới hóa sản xuất đã thúc đẩy ngành chế tạo máy phát triển mạnh mẽ, yêu cầu các loại máy công cụ có năng suất cao và chất lượng tốt Hãng Hermle đã cho ra mắt nhiều loại máy phay như UVF-1000 và UVF-902H, trong khi hãng Optimum cung cấp các sản phẩm như OPTI F100 và BF30 VARIO Hãng Elumatec Gmh sản xuất máy phay với mã hiệu KF178 và hãng Apple Gmh cung cấp các loại máy như FM 50S DIGI, với các thông số kỹ thuật nổi bật như tốc độ trục chính từ 30 đến 3000 v/p và công suất động cơ lên đến 1,5 kW.
Hình1.4.Máy phay mã hiệu BF-20 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hình1.5.Máy phay mã hiệu UFM 80 DIGI
Nhật Bản là quốc gia đứng thứ hai thế giới về sản xuất máy công cụ, với hơn 270 hãng sản xuất và khoảng 257 nghìn máy được sản xuất mỗi năm Một số hãng nổi bật như Zhizuoka và Takeda Kikai xuất khẩu máy phay đến nhiều quốc gia, với các sản phẩm như máy phay mã hiệu NHQ-G, SV-50D, TK-VS2N, và HDS430N Hãng Okuma, một trong những nhà sản xuất lớn tại Nhật Bản, cung cấp các máy phay như MX-55VB, MX-55VR, và MX-500H, với thông số kỹ thuật đáng chú ý như hành trình trục X 710mm, trục Y 300mm, trục Z 410mm, tốc độ trục chính từ 60 đến 1800 vòng/phút, và công suất động cơ chính 3,7 kW.
Hình 1.6 Máy phay mã hiệu STM-2V
Gia công chi tiết máy bằng phương pháp phay là một trong những phương pháp phổ biến, dẫn đến sự phát triển đa dạng các loại máy phay phục vụ cho ngành chế tạo máy trên toàn cầu Nghiên cứu và cải tiến chất lượng máy phay, cũng như quy trình sử dụng, đã được chú trọng trong nhiều công trình nghiên cứu tại Nga và các quốc gia có nền công nghiệp phát triển Các nghiên cứu này tập trung vào những hướng chính nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong gia công.
Nghiên cứu về việc nâng cao năng suất sử dụng máy phay đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Các nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả sản xuất mà còn đóng góp vào việc phát triển công nghệ chế tạo.
Trong nghiên cứu của V.A.N Gnhitkô và V.G Nhetrepaev, các tác giả đã khảo sát quá trình hình thành phoi trong phay rãnh chữ T Họ cũng đã phát triển các mô hình toán học để phân tích quá trình phoi lấp đầy không gian giữa các răng cắt của dao phay.
Sự chuyển dịch của phoi dọc mặt cắt trước của các răng cắt chịu tác động của lực quán tính và lực thủy động Quá trình này bao gồm sự dịch chuyển của các phoi kim loại dọc theo mạch cắt dưới ảnh hưởng của lực thủy động học, cũng như quá trình lắp đầy phoi trong không gian của mạch cắt Đồng thời, cần xác định lực cần thiết để tác động lên khối phoi vật liệu vụn được hình thành trong không gian của mạch cắt.
Nghiên cứu cho thấy chỉ sau 2 đến 5 vòng quay của trục dao không gian, các răng cắt đã bị phoi lấp đầy Kết quả khảo nghiệm khẳng định rằng trong quá trình gia công thép và gang ở chế độ tiêu chuẩn, có từ 30 ÷ 100% trường hợp không thể tự thoát phoi nhờ lực quán tính, do đó cần thêm lực tác dụng để quá trình thoát phoi diễn ra thuận lợi Ngoài ra, phoi thép cũng nhanh chóng lấp đầy rãnh cắt chỉ sau 10 ÷ 30 mm chiều dài mạch cắt.
Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy việc tách phoi ra khỏi không gian giữa hai răng cắt và phoi cắt ra khỏi mạch cắt có thể tăng năng suất lên gấp 2 lần mà vẫn đảm bảo độ nhám theo tiêu chuẩn.
Việc sử dụng các phương pháp chủ động để đẩy phoi ra khỏi không gian giữa các răng cắt, kết hợp với dòng nước làm mát có áp lực, giúp tăng tuổi bền của dao cắt nhiều lần so với việc làm mát thông thường mà không có sự hỗ trợ đẩy phoi.
Trong nghiên cứu của Lobanov.A.A, quá trình phay thép có độ cứng lớn hơn 45HRC đã được khảo sát, bao gồm việc đo nhiệt độ ở vùng cắt gọt và kiểm tra cấu trúc tinh thể cũng như độ cứng của phoi thép Tác giả đã đề xuất phương pháp chọn chế độ cắt gọt phù hợp cho việc phay thép qua tôi cứng, đồng thời xác định yêu cầu kỹ thuật cho máy phay sử dụng trong gia công các hợp kim cứng Việc áp dụng phương pháp phay kim loại ở trạng thái tôi cứng không chỉ nâng cao năng suất mà còn giảm độ nhám và chi phí gia công cho các chi tiết máy.
Trong những năm gần đây, việc sử dụng chi tiết máy từ vật liệu khó gia công như hợp chất titan đã thu hút sự chú ý toàn cầu Hợp chất titan nổi bật với nhiều ưu điểm so với các kim loại khác như sắt, niken, manhê và nhôm Tuy nhiên, gia công hợp chất titan gặp khó khăn do tính chất cơ lý của nó, dẫn đến mòn dụng cụ và giảm năng suất cũng như chất lượng bề mặt Nghiên cứu của tác giả Kirukhin D.E đã phát triển mô hình toán học để phân tích ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng cụ trong phay hợp kim titan tốc độ cao Từ kết quả nghiên cứu, tác giả khuyến nghị áp dụng phương pháp phay tốc độ cao để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trên các máy phay có độ cứng vững cao.
Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nước
Từ thập kỷ 70, ngành cơ khí chế tạo tại Việt Nam đã nhận được sự đầu tư đáng kể, với sự ra đời của một số nhà máy như nhà máy Công cụ số 1.
Cơ khí Hà Nội và Cơ khí Cẩm Phả đã chế tạo máy phay vạn năng P623 và P613 Tuy nhiên, do chất lượng không cao và độ bền kém, những máy này chưa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, từ thập kỷ 70, Việt Nam đã nhập khẩu nhiều máy phay từ các nước xã hội chủ nghĩa trước đây dưới dạng viện trợ không hoàn lại.
Hiện nay, nhiều công ty sản xuất tại Việt Nam sử dụng máy phay nhập khẩu từ các quốc gia khác nhau, đặc biệt là từ các nước phát triển Các hãng máy công cụ Nhật Bản như Moriseiki và Okuma đã cung cấp nhiều loại máy phay với các mã hiệu khác nhau Moriseiki có các mẫu máy như NV5000, M-300, M-300L, MV-40A, MV-40B, MV-40E, MV80A, MV45, với thông số kỹ thuật như hành trình bàn máy theo trục X 600 mm, Y 410 mm, Z 510 mm, tốc độ trục chính 8000 v/p và công suất động cơ chính 5,5 kW Hãng Okuma cũng cung cấp các sản phẩm máy phay như MX55VB, MX55VR, MX40HA, MX500H, MU500, MX60HB.
Hình 1.7 Máy phay mã hiệu MV-65
Máy phay Arsenal (Bungari) với các mã FU 251M, FU 321M, FU 301, FU 361, FU 401, FV 251M, FV 321M, FV 301, FV 361, FV 401 có kích thước mặt bàn 400mm x 1600mm và hành trình bàn máy theo trục X 1250mm, Y 360mm, Z 480mm Tốc độ quay của trục chính từ 45 đến 2000 vòng/phút với công suất động cơ 4kW Máy có khả năng thực hiện nhiều nguyên công phay khác nhau bằng các loại dao phay đĩa, dao phay mặt đầu và các loại dao phay khác, cho phép phay mặt phẳng, phay rãnh, phay bánh răng, và doa lỗ trên các chi tiết làm từ gang, thép, kim loại màu và chất dẻo.
Hình 1.8.Máy phay mã hiệu FV 401
Trong gần một thập kỷ qua, ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam đã bước vào giai đoạn phát triển mới, tập trung vào cơ khí chính xác và tự động hóa sản xuất Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, Việt Nam đã nhập khẩu máy công cụ điều khiển bằng kỹ thuật số từ nhiều quốc gia, bao gồm Đức với các hãng Hermle và Apple Gmh; Nhật Bản với Enshu và Moriseki; Hàn Quốc với Nam Sun và Samsung; Đài Loan với Full Mark và Shanxi; cùng với Trung Quốc với Dennver và Tengzhou.
Năm 2004, công ty Cơ điện tử Bách Khoa đã chế tạo thành công máy phay CNC VMC65, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp Việt Nam Máy có hành trình bàn theo trục X là 650mm và trục Y là một trong những thông số kỹ thuật nổi bật.
400mm, theo trục Z 480 mm;tốc độ trục chính 10000v/p; công suất động cơ 7,5kw;bộ điều khiển Mitsu M64
Công ty vừa chế tạo thành công máy phay CNC cao tốc và đã chuyển giao sản phẩm này cho Trung tâm Nghiên cứu chuyển giao công nghệ và phân tích thuộc Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội.
Máy phay CNC cao tốc là thiết bị điều khiển số hiện đại với tốc độ phay lên đến 24.000 vòng/phút và tốc độ dịch chuyển khoảng 30m/phút, yêu cầu kết cấu vững chãi và kiểm soát tự động tốt Chỉ có gần 10% trong số hơn 100 công ty sản xuất máy tại Đài Loan đủ năng lực chế tạo loại máy này Sản phẩm của BKMech có cấu hình tương đương với máy SD543 của hãng Sister (Đài Loan) Lợi ích của máy phay CNC cao tốc bao gồm giảm thời gian gia công từ 20 đến 40% so với gia công phay thông thường, đồng thời mang lại độ chính xác và chất lượng bề mặt cao Máy thường được sử dụng cho các sản phẩm phức tạp như chi tiết có chiều sâu gia công lớn và vật liệu cứng Việc chế tạo thành công máy phay CNC cao tốc sẽ giúp Việt Nam phát triển công nghệ chế tạo cao cấp và nâng cao chất lượng ngành công nghiệp cơ khí chế tạo máy, đồng thời cải thiện các ngành công nghiệp phụ trợ như khuôn mẫu, nhựa, đúc và chế tạo máy.
Hình 1.9 Máy phay BKMECH VMC 65
Mặc dù nghiên cứu về máy phay và quá trình phay kim loại đã được đề cập trong chiến lược phát triển ngành cơ khí, nhưng do nhiều nguyên nhân khác nhau, lĩnh vực này chưa nhận được sự đầu tư đầy đủ Hiện tại, nghiên cứu chủ yếu được thực hiện tại một số trung tâm lớn như Viện Cơ khí thuộc trường Đại học Bách khoa.
Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tập trung vào việc xác định chế độ làm việc tối ưu cho máy phay trong các điều kiện làm việc khác nhau, được thể hiện qua một số công trình nghiên cứu.
Trong nghiên cứu của Đỗ Thị Làn, độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC-85S đã được nâng cao Tác giả đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy và đề xuất các biện pháp công nghệ để cải thiện kết quả Việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM và CNC trong thiết kế gia công cơ khí chính xác cũng được nhấn mạnh.
Trong nghiên cứu của Đặng Nguyệt Minh [8], tác giả đã xác định chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu với gang cầu và bôi trơn tối thiểu Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về phay, bao gồm lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, và lý thuyết bôi trơn làm nguội tối thiểu Tác giả đã xây dựng mối quan hệ giữa độ mòn dao, độ nhám bề mặt, và tuổi thọ của dao với thời gian cắt khi thay đổi áp suất trong quá trình gia công bôi trơn tối thiểu.
Trong nghiên cứu của Ngô Đức Hạnh, tác giả đã phân tích đặc tính rung động tự kích thích và tác động của bước tiến dao đến sự gia tăng rung động trong quá trình cắt kim loại bằng máy tính Nghiên cứu đã xác định các đại lượng đặc trưng của rung động tự kích thích và làm rõ ảnh hưởng của bước tiến dao Kết quả này không chỉ bổ sung cho lý thuyết rung động trong kỹ thuật mà còn cung cấp cơ sở cho việc phát triển các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu tác động của rung động tự kích thích, từ đó đảm bảo an toàn cho hệ thống gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong nghiên cứu của Đỗ Như Hoàng, tác giả đã phân tích ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu đến mòn dao và độ nhám bề mặt khi phay phẳng thép 65T đã tôi Nghiên cứu tập trung vào cơ chế mòn dao trong điều kiện cắt khô và bôi trơn làm nguội tối thiểu, đồng thời xem xét tác động của dung dịch làm nguội đến độ nhám bề mặt chi tiết.
Trong nghiên cứu của Bùi Đức Hùng, tác giả đã phân tích ảnh hưởng của chế độ cắt và góc nghiêng bề mặt gia công đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn thép R12 MOV qua tôi Nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ giữa chế độ cắt và góc nghiêng của phôi, cho thấy rằng khi cắt thép hợp kim C12MOV đạt độ cứng 40-45HRC, các yếu tố như tốc độ cắt, góc nghiêng phôi θ, chiều sâu cắt t=0,5mm và lượng chạy dao s=0,2mm/răng đều ảnh hưởng đến tuổi bền của dao phay.