tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật tối ưu chế độ cắt khi phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng ứng dụng phay thô lòng khuôn ép nhựa y8a

Trên thế giới, đã có những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả khiphay bằng máy phay CNC: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hìnhhọc của dao và các thông số chế độ cắt trong gia công tinh b

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệpkhuôn mẫu đóng vai trò rất to lớn trong nhiều lĩnh vực: Dược phẩm,thực phẩm, ngành nhựa [1],[2],[5] Việc nâng cao năng suất chấtlượng khi chế tạo khuôn là rất cần thiết Để nâng cao năng suất, chấtlượng trong chế tạo khuôn ép, cần phải sử dụng các máy móc, trangthiết bị công nghệ hiện đại, tiên tiến, nhất là các máy công cụ điềukhiển số CNC Các máy móc, trang thiết bị hiện đại rất đắt tiền, vìvậy để đảm bảo sử dụng hiệu quả các máy móc, thiết bị này thì việcgia công phải được thực hiện bằng chế độ cắt tối ưu Các nghiên cứutrước đó đã chỉ ra nhiều lợi ích do tối ưu hóa chế độ cắt khi phaykhuôn đem lại[7,8,9]

Trên thế giới, đã có những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả khiphay bằng máy phay CNC: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hìnhhọc của dao và các thông số chế độ cắt trong gia công tinh bằng phayngón[12], lượng chạy dao tối ưu cho phay bề mặt bằng dao phay đầucầu điều khiển bằng logic mờ[13], nghiên cứu ảnh hưởng của chiềusâu cắt, lượng chạy dao, đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phayđầu cầu trên vật liệu nhôm[10], tuy nhiên chưa có nghiên cứu nhằmtối ưu chế độ cắt khi phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng

Qua nghiên cứu thực tế, quá trình gia công khuôn ép khay nhựa vớivật liệu là Y8A, được gia công trên máy phay DM-55V bằng daophay ngón hợp kim cứng tại công ty cơ khí Cường Phát với chế độ cắtđược chọn theo kinh nghiệm (S = 255 mm/ph, V = 125 m/ph; t = 2mm), vẫn có thể nâng cao được năng suất, và giảm được thời gian giacông và chi phí gia công nếu được áp dụng chế độ cắt tính toán tốthơn Tác giả muốn tính toán để có chế độ cắt hợp lý hơn – tối ưunhằm giúp giảm thời gian gia công, nâng cao được năng suất tronggia công khuôn Việc nghiên cứu áp dụng chế độ cắt tối ưu ứng dụng

gia công khuôn ép khay nhựa, vật liệu Y8A, trên máy phay DM -55Vbằng dao phay ngón hợp kim cứng tại công ty cơ khí Cường Phát là

có ý nghĩa khoa học, thực tiễn cao Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài

nghiên cứu luận văn thạc sĩ: Tối ưu chế độ cắt khi phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng - Ứng dụng phay thô lòng khuôn ép nhựa Y8A.

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

2.1 Ý nghĩa khoa học:

Đóng góp vào việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt cho phương pháp

phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng nhằm giảm thời gian, chi phí

gia công khuôn

2.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Đề tài giúp cho việc xác định chế độ cắt khi phay để phay thô lòngkhuôn ép nhựa Y8A trên máy phay DM-55V bằng dao phay ngón hợpkim cứng tại công ty cơ khí Cường Phát được hợp lý hơn, nâng caohiệu quả khai thác và sử dụng máy

Đạt được năng suất cao mà vẫn đảm bảo được độ chính xác yêu cầukhi gia công phay thô lòng khuôn ép nhựa Y8A trên máy phay DM-55V bằng dao phay ngón hợp kim cứng nhằm giảm thời gian, chi phígia công khuôn, đem lại hiệu quả kinh tế thực tiễn cho nhà máy

Chương 1:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT

KHI PHAY VÀ PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN

1.1 Lý thuyết chung về tối ưu hóa chế độ cắt

Công việc đầu tiên của bài toán tối ưu hóa là xây dựng hàm mục tiêu.Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu quá trình cắt gọt mô tả quan hệ giữachỉ tiêu tối ưu với các thông số cần tối ưu

Chỉ tiêu tối ưu(còn gọi là mục tiêu tối ưu) phải là các chỉ tiêu kinh tếđược xây dựng trên cơ sở giá thành và thời gian gia công, thườngđược chọn với các đại lượng sau:

- Chi phí gia công tính cho một đơn vị sản phẩm → thấp nhất

- Thời gian gia công cho một chi tiết → thấp nhất

- Tỷ lệ giữa chi phí gia công và thời gian gia công → thấp nhất

- Số lượng sản phẩm cho một đơn vị thời gian → Cao nhất

- Tiền lãi → Cao nhất

- Độ chính xác đạt được → Cao nhất

- Độ bóng bề mặt đạt được → Cao nhất

Tối ưu hóa chế độ cắt về thực chất là tìm giá trị các thông sốcủa chế độ cắt (S,V,t) trên cơ sở đạt được mục tiêu tối ưu cực trị thỏamãn các hệ ràng buộc về kinh tế - kỹ thuật khi gia công cắt gọt.

1.1.2 Hàm mục tiêu- chỉ tiêu tối ưu

Trong đó :

Y : Là chỉ tiêu tối ưu( Các đại lượng ra)

xi : Các thông số cần tối ưu( Các đại lượng vào)

Giới hạn về nghiên cứu:

Các đại lượng vào: Bộ thông số chế độ cắt S,V, t

Các đại lượng ra (mục tiêu tối ưu), các chỉ tiêu về kinh tế như:

+ Năng suất → max ( Hay thời gian gia công là nhỏ nhất)+ Giá thành → min

+ Lợi nhuận → max

Các chỉ tiêu về kỹ thuật như: Độ chính xác, chất lượng bề mặt,.v.v Khi xây dựng các hàm mục tiêu và ràng buộc cần chú ý các điểm sau:

- Các hàm đó phải phù hợp với phương pháp gia công cắt gọt cụ thể

mà ta nghiên cứu

- Các hàm đó phải đơn giản, thuận cho việc giải bài toán tối ưu trênmáy tính

1.1.3 Giới hạn và hệ ràng buộc

1.1.4 Các phương pháp tối ưu chế độ cắt

1.1.5 Phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường biên khả dĩ

1.2 Tối ưu hóa quá trình cắt khi phay và tối ưu hóa chế độ cắt khi phay

1.2.1 Mô hình hoá quá trình cắt khi phay

1.2.2 Xác định thời gian gia công cơ bản của máy khi phay

1.2.3 Hàm chi phí gia công K khi phay

1.2.4 Chế độ cắt tối ưu khi phay

1.2.5 Chế độ cắt khi phay bằng dao phay ngón

1.2.6 Phương hướng tối ưu chế độ cắt khi phay trên máy phay CNC

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI PHAY

THÔ LÒNG KHUÔN ÉP TRÊN MÁY CNC DM - 55V 2.1 Giới thiệu về máy CNC DM - 55V

2.1.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CNC DM - 55V và khuôn ép khay nhựa

Hình 2.1: Máy phay CNC DM - 55V

Máy phay CNC DM - 55V với hệ điều hành Fanuc là máy phay CNC

của Hàn Quốc, có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật của máy CNC DM - 55V

Bàn máy (rộng x dài) 400 x 900 mm

Kích thước chi tiết lớn nhất với chiều dài

dao

500 x 400 x 300 mmKhoảng cách mặt trục chính từ bàn 100 mm

Lực kẹp dao 1200 N

Dịch chuyển nhanh - trục x,y,z 25 m/ph

Tổng công suất đầu vào 45kVA

b)Nửa khuôn dưới Hình 2.5: Khuôn khay nhựa

phần được khảo sát

Hình2.6: Bản vẽ nửa khuôn dưới.

Phần khuôn khảo sát là 1 phần của khoang bên phải nửa khuôn dưới

(không tính phần rãnh rộng của đáy) được tính toán với kích thước:

Dài : 105 mm; Rộng: 65 mm; Sâu: 52 mm

Quá trình gia công chia làm 3 bước (thô, bán tinh và tinh):

Hình 2.7: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công khi phay lòng khuôn ở

bước gia công thô và gia công tinh.

h

Btinh=65mmBbtinh=62mmBthô= 60mm

Zbán tinh =1mm

Zthô=50mm

Ztinh

=1mm

Ta có tổng lượng dư gia công thô và tinh là:

h= Zthô + Zbtinh+Ztinh

Từ công thức tính thời gian gia công cơ bản:

Trong đó:

o là thời gian gia công cơ bản của máy khi phay

Vdọc là tốc độ dịch chuyển dọc của bàn máy(mm/ph)

b1

Dao

r

a1 d

n là số vòng quay của trục chính (vòng/phút)

Sz là bước tiến răng(mm/răng)

S: lượng chạy dao vòng (mm/vòng)

V là tốc độ cắt (m/phút)

D: Đường kính dao (mm)

L là đoạn đường dao dịch chuyển (mm), phụ thuộc vào kích thướcdao, phôi và vị trí tương quan giữa dao và phôi Nếu ở bước gia công

có nc lần cắt thì L là tổng của đoạn đường các lần cắt đó: L=

Ta có: Li = li + ltớii + lquái + lbxi (mm);

Trong đó:

li : Chiều dài phôi ở lần cắt thứ i(mm)

ltớii : Đoạn đường dự trữ trước khi dao tiếp xúc phôi ở lần cắt i(mm);

lquái : Đoạn đường vượt quá phôi ở lần cắt thứ i(mm)

lbxi : Đoạn đường bổ xung khi phay ở lần cắt thứ i(mm)[4]

Đoạn đường dao di chuyển cắt hết chu vi ngoài cùng 1 lớp chiều sâucắt t = 2 mm là:

Bảng 2.9: Kích thước phần tiết diện khảo sát

và chiều dài các đoạn đường dao dịch chuyển

2.2.3 Thuật toán tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa

Sử dụng phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường biên khả dĩ đểgiải bài toán tối ưu, lưu đồ thuật toán như sau:

(2.12) (2.13) (2.14) (2.15) (2.16)

+ ks: Bước nhảy theo lượng chạy dao ở bước gia công tính toán

+ kv: Bước nhảy theo vận tốc cắt ở bước gia công tính toán

+Si: Lượng chạy dao ở bước gia công tính toán, m/ph

+ Vi: tốc độ cắt bước gia công tính toán, m/ph

+ Ni: Công suất cắt ở bước gia công tính toán, kW

+ [Nc]: Công suất cắt cho phép của máy phay, kW

+ Mi(Si,Vi): Điểm thỏa mãn điều kiện rằng buộc bài toán tối ưu

2.3 Kết quả giải bài toán lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay thô lòng khuôn ép nhựa

Lòng khuôn ép khay nhựa được chế tạo bằng vật liệu thép Y8A Cácyêu cầu kỹ thuật và thông số được thể hiện ở bản vẽ chi tiết lòng khuônhình 2.11

Hình 2.11: Bản vẽ chi tiết khuôn

* Tối ưu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép phần khảo sát ở

bước gia công thô:

Lượng dư gia công ở bước gia công thô như hình 2.5 sau

Zbán tinh =1mm

Zthô=50mm

Ztinh =1mm

Btinh=65mmBbtinh=62mmBthô= 60mm

h=52mm

t

100

Zthô=50mm

Hình 2.12: Sơ đồ lượng dư gia công khi gia công

lòng khuôn phần khảo sát ở bước gia công thô

Bài toán tối ưu của bước gia công thô là:

M0(V1,S1)

(2.12)(2.13)(2.14)(2.15)(2.16)

Hình 2.13: Mặt phẳng lưới S-V

Bảng 2.14: Kết quả tổng hợp giá trị Ni tương ứng với các giá trị Si,Vi

Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ ở bước gia công thô được trìnhbày ở hình 2.15:

Hình 2.15: Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ V1.S1

CHƯƠNG III

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM PHAY KHUÔN VỚI CHẾ ĐỘ CẮT

TỐI ƯU 3.1 - Các bước cập nhật thông số chế độ cắt.

Tạo chương trình gia công khuôn ép khay nhựa trên máy DM – 55V theo các bước đã mô tả ở phần trên

Từ kết quả tính toán tối ưu chế độ cắt ở trên ta tiến hành nhập cácthống số chế độ cắt như hình 3.3:

Hình 3.3: Nhập thông số gia công ở bước gia công thô

Hình 3.5 : Tiến hành phay khuôn

Hình3.6: Khuôn ép khay nhựa hoàn thiện

3.2 Đánh giá hiệu quả của chế độ cắt tối ưu

Sau khi nhập đầy đủ thông số ta tiến hành gia công và tính thời giangia công cơ bản khi phay thô 1 lớp cắt phần khảo sát với giá trị S,Vtheo công thức:

Ta có: Li = li + ltớii + lquái + lbxi (mm);

Ở trên ta đã xác định được đoạn đường Li dịch chuyển theo bảng :

Với giá trị tối ưu (S,V) = (625.5;151.03), thời gian gia công

cơ bản phay thô phần khuôn khảo sát là 5,0478271 phút giảm9,9126284 (phút) so với trước khi áp dụng các giá trị này Kết quảđem lại hiệu quả cao hơn, góp phần làm thời gian gia công khuôngiảm, năng suất tăng

3 Kết quả cụ thể là xác định được các thông số chế độ cắt tối

ưu khi gia công lòng khuôn ép nhựa : Các giá trị tối ưu (S,V) ở cácbước gia công thô là:

(S,V) = (625.5;151.03)

4 Hiệu quả của tối ưu hóa chế độ cắt phần khuôn khảo sát:Với giá trị tối ưu (S,V) = (625.5;151.03), thời gian gia công phay thôphần khuôn khảo sát là 5,0478271 phút giảm 9,9126284 (phút) so vớitrước khi áp dụng các giá trị này Kết quả đem lại hiệu quả cao hơn,góp phần làm thời gian gia công khuôn giảm, năng suất tăng

5 Hiệu quả tổng thể là đã giảm thời gian gia công khuôn là 30% vàgiải quyết được bài toán năng suất chế tạo khuôn

3.3.2 Kiến nghị:

Do điều kiện về thời gian và các điều kiện khác mà kết quảcủa đề tài mới đạt được tối ưu chế độ cắt (S,V) đảm bảo thời gian giacông cơ bản phần khảo sát là nhỏ nhất Do vậy sẽ còn nhiều vấn đề

còn bỏ ngỏ cần tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, đó là vấn đềtối ưu thông số hình học dụng cụ cắt, mòn dụng cụ, tính toán hiệu quảkinh tế, vấn đề nhiệt cắt, lực cắt, rung động… trong gia công lòngkhuôn ép nhựa vật liệu thép Y8A và các vật liệu khác, gia công vớidao cắt bằng vật liệu khác.

Bên cạnh đó quá trình tối ưu hóa chế độ cắt gia công lòngkhuôn ép nhựa cần kết hợp so sánh với kết quả khi tính bằng cácphương pháp khác ví dụ như phương pháp tối ưu hóa theo bề mặt chỉtiêu, phương pháp quy hoạch thực nghiệm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt:

[1] Tóm lược đề tài khoa học, 01C-01/03-2006-2(2008), Thực trạngngành sản xuất khuôn mẫu tại Việt Nam và hướng phát triển.[2] Vũ Hoài Ân (1997), Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, Hà Nội.[3] Nguyễn Đăng Bình, Nguyễn Phú Hoa(2008), Tự động hóa thiết

kế quy trình công nghệ(Tập 1) – NXB Khoa học Kỹ Thuật.[4] Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hóa quá trình gia công cắtgọt, Nhà xuất bản giáo dục

[5] Lê Công Dưỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ Thuật.[6] Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân việt(2003), Sổ tay công nghệ chế tạo máy 1,2 NXB Khoa học và

Kỹ Thuật, hà Nội

[7] Trịnh Mạnh Hà(2009), Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Lựa chọn chế

độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD - TiN sửdụng phay khuôn ép đúc áp lực SKD61, Trường ĐH Kỹ thuậtCông nghiệp- Thái Nguyên

[8] Cao Đông Phong(2009), Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Nghiên cứu

và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng đối với gangcầu bằng dao phay mặt đầu có bôi trơn tối thiểu, Đại học Kỹthuật Công nghiệp- Thái Nguyên

[9] Dương Xuân Trường(2009), Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyênngành công nghệ chế tạo máy,Tối ưu hóa chế độ cắt khi phayvật liệu SKD 61 bằng mảnh dao phủ PVD – TiAIN, Trường ĐH

Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên

Tiếng Anh:

[10] Dimitrios Vakondios, Panagiotis Kyratsis, Suleyman Yaldiz ,Aristomenis Antoniadis(2009), “Influence of milling strategy onthe surface roughness in ball end milling of the aluminum alloyAl7075-T6”

[11] Gunter Mennig, Klaus Stoeckert (1998), Mold – Makinghandbook Hanser Publications, Munich

[12] John D Kechagias - Christos K Ziogas, Menelaos

K Pappas, Ioannis E Ntziatzias(2008), “ParameterOptimization during Finish End Milling of Al Alloy

5083 using Robust Design”

[13] Njiri J.G, Ikua B.W and Nyakoe G.N(2009), “Feedrateoptimization for ball-end milling of sculptured surfaces usingfuzzy logic controller”

[14] Ph.A Barơbasôp, người dịch: Trần Văn Địch, Kỹ thuật phay,NXB “MIR” Maxcơva – NXB Công nhân kỹ thuật Hà Nội.[15] Operation’s manual for machining DM - 55V