Giới thiệu về công nghệ miết và sản phẩm miết
Miết là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, giúp tạo hình các chi tiết rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng Quá trình này diễn ra dưới tác dụng của lực công tác, làm biến dạng dẻo cục bộ theo quỹ đạo dao.
Công nghệ miết ép tạo hình đã xuất hiện từ nhiều thế kỷ trước, khi những người thợ thủ công sử dụng thiết bị thô sơ để tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ từ kim loại mỏng Các sản phẩm tròn xoay như nồi và bình hoa được chế tác dễ dàng từ vàng, bạc, đồng, với sự sáng tạo nghệ thuật từ người thợ kim hoàn mà không cần nhiều khuôn mẫu Đến thế kỷ 19, công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi trong sản xuất đồ dân dụng và công nghiệp, với sự xuất hiện của các vật liệu mới như hợp kim nhôm, thép và các hợp kim bền cao.
Công nghệ miết ép hiện nay được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như hóa dầu, chế tạo máy và hàng dân dụng Sản phẩm từ công nghệ này rất đa dạng, bao gồm các chi tiết nhỏ chỉ vài milimet cho đến các đáy bình áp suất có đường kính 3-4 mét, với hình dạng từ tròn xoay đến rất phức tạp Công nghệ miết ép cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất, hàng không vũ trụ và quốc phòng, mang lại nhiều loại sản phẩm phong phú về hình dáng, kích thước và vật liệu.
Công nghệ miết có đặc điểm là tạo ra biến dạng cục bộ từng phần của sản phẩm, do đó công suất yêu cầu cho thiết bị miết thấp hơn nhiều so với các thiết bị chế tạo khác sử dụng phương pháp biến dạng Miết cũng được áp dụng hiệu quả trong sản xuất đơn chiếc với quy mô vừa và nhỏ, vì việc chế tạo khuôn dập vuốt tốn thời gian và không mang lại hiệu quả kinh tế cao khi sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp Một ví dụ điển hình là Máy miết vạn năng, có khả năng thực hiện nhiều nguyên công khác nhau.
- Miết chi tiết dạng rỗng dạng tròn xoay (biến mỏng và không biến mỏng)
- Làm phẳng bề mặt chi tiết
- Miết cổ hẹp của các phôi trụ rỗng
Cắt và cuốn mép ống thành mỏng với độ bền cao chịu áp lực lớn được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không, quân sự và chế tạo thiết bị thủy lực Để ống có khả năng chịu áp lực cao, vật liệu cần được chế tạo với tổ chức phù hợp và độ bền cấu trúc lớn, với thớ kim loại hình thành theo chiều xoắn hướng tiếp tuyến của ống Phương pháp miết ép cho phép sản xuất ống đạt yêu cầu này với chi phí hợp lý Nhờ vào kết cấu bền và nhẹ, ống được sử dụng nhiều trong chế tạo các chi tiết quan trọng cho tên lửa, máy bay và vũ khí, thay thế cho các vật liệu hợp kim đặc biệt và công nghệ phức tạp.
Một số thông số công nghệ miết
1.2.1 Tốc độ miết phù hợp với loại vật liệu, sản phẩm
Bảng 1 1: Bảng Tốc độ miết
Vật liệu Tốc độ (vòng /phút)
Khi miết mỏng, trị số mực biến dạng cho phép cho thép cacbon thấp và thép không gỉ là 75%, trong khi đối với việc chế tạo các chi tiết bán cầu, mức này không được vượt quá 50% Giới hạn đường kính tương đối của sản phẩm miết được xác định trong khoảng dmin/D = 0.2-0.3.
+ dmin là đường kính sản phẩm
+ D là đường kính phôi Đối với các sản phẩm dạng trụ, kính thược tương đối có thể dmin/D = (0.6/0.8) hoặc chiều dày tương đối: 0.5 < S/D100 < 2.5
1.2.2 Yêu cầu vật liệu gia công bằng miết:
Miết là phương pháp gia công kim loại dựa trên khả năng biến dạng dẻo, do đó yêu cầu chất lượng cao đối với phôi và vật liệu gia công Độ ổn định và chất lượng sản phẩm trong quá trình tạo hình phụ thuộc vào chất lượng phôi Sự hiện diện của gỉ sét và vết xước trên bề mặt phôi có thể làm giảm khả năng biến dạng, dẫn đến các khuyết tật trên bề mặt sản phẩm sau khi miết.
Các phôi tròn cần được xử lý để loại bỏ vết nứt, ba via và vết xước Độ đảo của phôi khi quay so với trục miết không được vượt quá 0.3 - 0.5mm Nếu độ đảo vượt quá giới hạn quy định, cần thực hiện khử trượt trong quá trình miết.
Vật liệu của phôi đã miết phải đáp ứng không chỉ mục đích và điều kiện làm việc của chi tiết chế tạo, mà còn cần thỏa mãn các yêu cầu công nghệ liên quan đến tính chất và khả năng biến dạng của chúng.
Sự thích hợp của vật liệu để miết dép phụ thuộc vào cơ tính của nó, bao gồm giới hạn chảy và giới hạn bền Tính dẻo của vật liệu được xác định bởi độ giãn dày tương đối và độ thắt tỉ đối Vật liệu có độ giản tương đối lớn cho phép gia công bằng miết ép hiệu quả hơn, trong khi độ cứng cao có thể gây khó khăn trong quá trình này Đối với thép tấm sử dụng trong miết sâu, tỷ lệ giữa giới hạn chảy và đồ bền cần đạt 0.65 Thêm vào đó, tính nhạy của thép với sự hóa già cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình miết.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3.1 Các công trình nghiên cứu khoa khọc
Phương pháp gia công kim loại tấm đang ngày càng thu hút sự quan tâm của ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ như một giải pháp thay thế cho quá trình dập truyền thống Phương pháp này giúp tiết kiệm chi phí và cho phép sản xuất nguyên mẫu kim loại tấm mà không cần khuôn dập đắt đỏ Do đó, nhiều nghiên cứu khoa học đã được thực hiện để phát triển công nghệ này.
Mục tiêu nghiên cứu là tối ưu hóa các lực (Fz, Fr, Ft) trong quá trình tạo hình gia tăng đơn điểm và phân tích ảnh hưởng của các biến quá trình đến các lực này Nghiên cứu đã đi sâu vào ảnh hưởng của các thông số quá trình như đường kính dao, độ dày tấm, tốc độ bàn máy, tốc độ trục chính và bước xuống dao đối với lực tạo hình, sử dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi để thu thập và phân tích dữ liệu một cách chi tiết.
Kết quả nghiên cứu cho thấy độ dày tấm và độ sâu (z-depth) là hai thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến lực dọc trục trung bình và lực dọc trục đỉnh Trong đó, độ dày tấm được xác định là yếu tố chính tác động đến lực tạo hình.
- HongyuWei, Laishui Zhou, Behzad Heidarshenas [5]
Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng Springback trong quá trình tạo hình kim loại tấm thông qua biến dạng gia tăng (SIF) Nghiên cứu sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp mô phỏng FEM kết hợp với các thí nghiệm thực tế, nhằm so sánh và phân tích kết quả giữa hai phương pháp này.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu ứng springback trong vùng biến dạng chính rất nhỏ và không ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác tạo hình của phôi Điều này có nghĩa là độ chính xác tạo hình chủ yếu không phụ thuộc vào hiệu ứng springback Thêm vào đó, khi góc tạo hình (α) của phôi tăng lên, hiện tượng springback sẽ giảm đi Hơn nữa, giữa góc hình thành và hiệu ứng springback tồn tại một mối quan hệ tuyến tính.
- Erika Salem1a, Jaekwang Shin1b, Maya Nath1a, Mihaela Banu1b*[26]
Mục tiêu nghiên cứu của công trình này là phân tích ảnh hưởng của đường biên dạng dụng cụ đến khả năng tạo hình và biến mỏng cục bộ của các tấm AA7075-O trong quá trình tạo hình gia tăng đơn điểm Nghiên cứu được thực hiện thông qua các phương pháp mô phỏng và thí nghiệm.
Nghiên cứu cho thấy mô phỏng có khả năng dự đoán chính xác sự biến mỏng trong quá trình hình thành SPIF của hình nón cụt Khi bắt đầu quá trình tạo hình, vùng uốn cong trải qua sự giảm độ dày liên tục, tiếp theo là vùng biến mỏng, và cuối cùng là vùng ổn định với độ dày không thay đổi.
- Tyler J Grimm, Ihab Ragai, and John T Roth* [27]
Mục tiêu của nghiên cứu này là khám phá việc sử dụng các biên dạng dụng cụ khác nhau nhằm tạo hình vật liệu tấm theo nhiều hướng với tốc độ trục chính cao thông qua phương pháp thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu đạt được: Cải thiện độ chính xác biên dạng, cải thiện tỷ lệ tạo hình, cải thiện khả năng tạo hình
- Bagudancha,*, G Centenob, C Vallellanob, M.L Garcia-Romeu [7]
Mục tiêu của nghiên cứu là khảo sát các lực tạo hình gia tăng đơn điểm (SPIF) khi thay đổi góc biên dạng dưới các điều kiện uốn khác nhau thông qua phương pháp thực nghiệm.
Nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng đường kính dao và độ sâu miết sẽ làm tăng lực tạo hình, trong khi tốc độ trục chính cao lại giảm lực tạo hình do ma sát giữa dao và phôi, dẫn đến tăng nhiệt độ Sự biến đổi của lực tạo hình phụ thuộc vào các điều kiện uốn và có thể được sử dụng như một chỉ báo để xác định thời điểm tấm gần bị gãy, từ đó có thể thực hiện các biện pháp khắc phục nhằm ngăn ngừa lỗi.
1.3.2 Các thiết bị công nghệ miết
Hiện nay, các quốc gia phát triển như Nga, Đức, Anh, Pháp, Mỹ và Nhật Bản đã đạt được nhiều thành tựu trong việc áp dụng công nghệ miết để chế tạo các chi tiết tròn xoay nhẹ, chịu tải cao và hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt với hệ số an toàn cao Các máy miết hiện đại, được điều khiển bằng chương trình số và có công suất lớn, được sử dụng để sản xuất các chi tiết bền bỉ như đáy nồi hơi, bình chứa khí hóa lỏng và bình áp lực Đối với các máy có công suất trung bình, người ta cũng đã chế tạo được các chi tiết rỗng tròn xoay mỏng với hình dạng phức tạp Ngoài ra, các máy miết chuyên dụng được thiết kế để sản xuất các loại sản phẩm cụ thể với kiểu dáng và kích thước phù hợp.
- Máy PS 60SS: công suất 65 kW, miết được chi tiết có đường kính tới 1600mm, chiều dày vật liệu 12mm
- Máy PS-90: công suất 90kW, miết được chi tiết đường kính tới 1600mm, chiều dày vật liệu 15mm
- Máy PS-110SS: công suất 110kW, miết được chi tiết đường kính tới 2100mm, chiều dày vật liệu 18mm
Hình 1 1: Máy miết nằm ngang
- Máy VDM 4000E: công suất 160kW, miết được chi tiết đường kính tới 4m, chiều dày vật liệu 30mm
- Máy VDM 6000E: công suất 250kW, miết được chi tiết đường kính tới 6m, chiều dày vật liệu 30mm
Nghiên cứu trong nước
1.4.1 Các công trình nghiên cứu khoa khọc
Trong bối cảnh hội nhập và phát triển công nghệ hiện nay, phương pháp gia công kim loại tấm bằng công nghệ miết đã được áp dụng rộng rãi trong sản xuất, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và linh hoạt trong quy trình sản xuất Công nghệ này không chỉ được sử dụng trong các lĩnh vực dân dụng và công nghiệp, mà còn trong hàng không và quốc phòng Đồng thời, nhiều đề tài và công trình nghiên cứu trong nước đã được thực hiện nhằm khai thác các ưu điểm nổi bật của công nghệ miết.
- PGS.TS Phạm Sơn Minh, Nghiên cứu về công nghệ miết ISF
Trần Việt Thắng đã trình bày một báo cáo khoa học về nghiên cứu công nghệ miết ép, nhằm phục vụ cho việc chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt và khả năng chịu áp lực cao trong sản xuất vũ khí Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm vũ khí.
Bùi Anh Phi đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khả năng biến dạng của vật liệu kim loại tấm trong quá trình gia công bằng phương pháp tạo hình gia tăng SPIF ở nhiệt độ cao Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quy trình gia công, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất sản xuất Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng sẽ giúp cải thiện tính chất cơ học của vật liệu và mở rộng ứng dụng trong ngành công nghiệp.
- Ứng dụng công nghệ miết trong chế tạo bình khí công nghiệp
1.4.2 Các thiết bị công nghệ miết
Hiện nay, số lượng cơ sở sản xuất máy miết chuyên dụng trong nước còn hạn chế, khiến cho các thiết bị máy miết không biến mỏng chủ yếu phải được nhập khẩu từ nước ngoài.
+ Các cơ sở áp dụng công nghệ miết chế tạo các mặt hàng dân dụng:
- Công ty Sắt tráng men Hải Phòng
- Công ty Kim Khí Thăng Long
- Các công ty sản xuất đồ hộp bao bì
- Các công ty sản xuất phụ tùng ô tô, xe máy
+ Các cơ sở áp dụng công nghệ miết không biến mỏng chế tạo các mặt hàng công nghiệp:
- Công ty thiết bị áp lực: các máy miết đáy nồi hơi
- Công ty LiLaMa: máy vê chỏm cầu PPM-600Tx6 đường kính tới 5m vật liệu dày 35 mm
Tính cấp thiết đề tài
Việc áp dụng công nghệ miết tại Việt Nam vẫn còn hạn chế và thiếu nghiên cứu chuyên sâu Công nghệ miết mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác, với sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đồ gia dụng, thiết bị công nghiệp, và các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao trong ngành hàng không và vũ trụ Do đó, nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ miết trong giai đoạn hiện nay là rất cần thiết.
Nghiên cứu các phương pháp gia công nhằm tối ưu hóa tính dẻo và cơ chế hóa bền vật liệu đang được chú trọng, đặc biệt là công nghệ miết, được xem là công nghệ tiên tiến có khả năng thay thế và bổ sung cho công nghệ dập vuốt Đề tài “Ảnh hưởng của thông số miết CNC đến độ biến mỏng của chi tiết dạng phễu” là một lĩnh vực mới mẻ và đầy tiềm năng tại Việt Nam.
Tính cấp thiết của đề tài là xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng biến mỏng của vật liệu nhôm tấm A1050 qua phương pháp thực nghiệm Nghiên cứu này mở ra một phương pháp gia công mới với chi phí thấp và thời gian ngắn, phù hợp cho sản xuất đơn chiếc và chế tạo sản phẩm mẫu thử nghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đối với lĩnh vực Khoa học và Công nghệ có liên quan:
Góp phần vào sự phát triển công nghệ tạo hình kim loại tấm tại Việt Nam, việc làm chủ phương pháp biến dạng cục bô liên tục (Incremental Sheet Forming - ISF) sẽ giúp doanh nghiệp giảm chi phí đầu tư thiết bị Phương pháp này phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam, cho phép sử dụng các máy CNC ba trục phổ biến hiện nay trong sản xuất sản phẩm tạo hình, từ đó nâng cao tính linh hoạt và khả năng cạnh tranh cho doanh nghiệp.
- Đối với Trường ĐH SPKT Tp.HCM
Công nghệ miết phục đã đóng góp quan trọng cho nghiên cứu và đào tạo ở cả bậc Đại Học và sau Đại Học, tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ ISF trong tương lai.
Triển khai công nghệ có chi phí phù hợp với điều kiện Việt Nam sẽ góp phần nâng cao sản xuất và đáp ứng nhu cầu thị trường hiện tại Kết quả nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích cho ngành sản xuất mà còn tạo ra sản phẩm phục vụ nhu cầu tiêu dùng.
Đề tài này giới thiệu một phương pháp hiện đại với nhiều ưu điểm, bao gồm thời gian sản xuất ngắn nhờ không cần chế tạo bộ khuôn cho sản lượng nhỏ và tiết kiệm chi phí thiết bị Đặc biệt, phương pháp này cho phép thay đổi trực tiếp kích thước và biên dạng của chi tiết cần gia công.
Chương trình này thông qua 9 công, cho thấy phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn thiết kế thử nghiệm sản phẩm mới với chi phí thấp và thời gian chuẩn bị ngắn Nó cũng rất phù hợp cho các sản phẩm đơn chiếc.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu về công nghệ tạo hình kim loại tấm bằng biến dạng cục bộ liên tục nhằm phục vụ việc tạo mẫu sản phẩm Phương pháp này cho phép tạo hình tấm kim loại hoặc phi kim mà không cần sử dụng các bộ khuôn phức tạp, giúp giảm chi phí đáng kể trong quá trình sản xuất Đặc biệt, công nghệ này rất phù hợp với các yêu cầu thiết kế thử nghiệm chi tiết cho sản phẩm mẫu.
Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu và khảo sát tác động của các thông số khác nhau đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt là độ biến mỏng thành của sản phẩm.
Hình 1 4: Chi tiết sản phẩm hình phễu
Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu vật liệu nhôm tấm A1050, một loại vật liệu phổ biến tại Việt Nam Do hạn chế về thiết bị và thời gian, nội dung sẽ chỉ xem xét ảnh hưởng của các thông số miết CNC đến độ biến mỏng của chi tiết hình phểu trên nhôm tấm A1050.
Khảo sát biến dạng kim loại trong vùng dẻo là quá trình quan trọng trong tạo hình kim loại Trong giai đoạn này, kim loại đã vượt qua vùng đàn hồi nhưng chưa đạt đến ngưỡng phá hủy, cho phép nó biến dạng mà không bị hư hỏng.
Phương pháp nghiên cứu và sản phẩm dự kiến
+ Tìm hiểu và nghiên cứu các công nghệ miết tạo hình
+ Sưu tầm tài liệu phục phục vụ nghiên cứu trong nước và nước ngoài
+ Các phần mềm phục vụ nghiên cứu đề tài: Solidworks, Autocad, Creo, Minitab…
+ Tiến hành thực nghiệm trên máy CNC Makino
+ Phân tích và tổng hợp, tối ưu hóa thông số bằng phương pháp Taguchi và ANOVA
+ Kết luận kết quả nghiên cứu
- Các sản phẩm dự kiến
+ Sản phẩm miết hình nón cụt
+ Viết bài báo về đề tài nghiên cứu đã thực hiện
+ Ngôn ngữ trình bày Tiếng Việt
Kế hoạch thực hiện
TT Nội dung công việc Thời gian thực hiện Ghi chú
Thời gian bắt đầu thực hiện
CÔNG TÁC CHUẨN BỊ NHẬN ĐỀ TÀI THỜI GIAN 24 NGÀY(22/3/2019 – 25/4/2019 )
1 Gặp Thầy hướng dẫn, thảo luận hướng nghiên cứu đề tài
2 Nghiên cứu tài liệu về các công nghệ miết phục vụ thực hiện đề tài
25/3/2019 19/4/2019 Tìm hiểu đề tài liệu trong nước, nước ngoài
3 Gặp Thầy trao đổi làm rõ mục tiêu và định hướng nghiên cứu của đề tài được giao
4 Họp nhóm cùng SV về các nội dung cần triển khai thực hiện và phân công nhiệm vụ
23/4/2019 24/4/2019 Phân công nhiệm vụ thực hiện
5 Gặp thầy hướng dẫn 25/4/2019 25/4/2019 Báo cáo
LẬP K/H CHUẨN BỊ CHO THỰC NGHIỆM THỜI GIAN 25 NGÀY (26/4/2019 – 30/5/2019)
1 Thảo luận với Thầy hướng dẫn, nhằm xây dựng bảng thông số
26/4/2019 29/4/2019 Theo bảng trực giao Taguchi
2 Dự trù kinh phí cho thực nghiệm
29/4/2019 29/4/2019 Các hạng mục cần thực hiện
3 Chọn máy phay CNC để thực nghiệm
29/4/2019 2/5/2019 Thuê máy bên ngoài thực hiện
4 Thiết kế đồ gá và gia công đồ gá
3/5/2019 8/5/2019 Sử dụng vật liệu nhôm định hình
5 Thiết kế các dao miết và gia công
9/5/2019 14/9/2019 Theo yêu cầu bản vẽ
6 Mua vật tư nhôm tấm
A1050 và các vật tư phụ
7 Mua các dụng đo phục vụ thực nghiệm
Lập trình và đổ chương trình máy
9 Lắp đồ gá lên máy phay CNC và chạy thử nghiệm các mẫu
10 Gặp thầy hướng dẫn 30/5/2019 30/5/2019 Báo cáo tiến độ thực hiện
TRIỂN KHAI THỰC NGHIÊM THỜI GIAN 60 NGÀY (3/6/2019 – 23/8/2019)
1 Miết 27 trường hợp theo bảng thông số
3/6/2019 16/7/2019 Thực hiện tuần tự theo bảng đã lập
2 Đánh dấu sản phẩm 17/7/2019 18/7/2019 Tránh nhằm lẫn, khi cắt dây
3 Cắt sản phẩm 17/7/2019 25/7/2019 Tránh làm biến dạng sản phẩm
4 Sắp xếp sản phẩm và vệ sinh sản phẩm
26/7/2019 26/7/2019 Phân loại sản phẩm theo nhóm chiều dày
5 Lập bảng ghi số liệu và đo chiều dày miết
27/7/2019 1/8/2019 Báo cáo kết quả thực hiện
6 Vẽ biểu đồ theo số liệu thu thập
8 Chỉnh sửa,viết báo cáo 9/8/2019 16/8/2019 Chuẩn bị báo cáo chuyên đề
9 Làm PowerPoint 17/8/2019 22/8/2019 Báo cáo chuyên đề
11 Báo cáo chuyên đề 25/8/2019 25/18/2019 Hoàn thành
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (28/8/2019 – 28/2/2020)
1 Phân tích số liệu và vẽ biểu đồ
2 Gặp thầy hướng dẫn 11/10/2019 11/10/2019 Báo cáo
4 Gặp thầy hướng dẫn 24/11/2019 24/11/2019 Báo cáo
5 Chỉnh sửa bản thuyết minh, viết báo
6 Gặp thầy hướng dẫn 17/2/2020 17/2/2020 Báo cáo
7 Chỉnh sửa bản thuyết minh
8 Upload bài theo quy định
9 Làm PowerPoint 25/4/2020 25/5/2020 Chuẩn bị cho báo cáo LV
Mô tả quá trình tạo hình
Quá trình tạo hình tấm cục bộ liên tục dựa trên nguyên tắc gia công theo lớp, trong đó mô hình được chia thành các lát cắt ngang Đường chạy dao được điều khiển số dựa trên đường viền của các lát cắt này Dụng cụ tạo hình bán cầu đơn di chuyển dọc theo đường chạy dao được điều khiển NC, bắt đầu bằng cách tiếp xúc với tấm và vẽ đường viền trên mặt cắt ngang Sau đó, dụng cụ thực hiện bước xuống để vẽ đường viền tiếp theo và tiếp tục cho đến khi hoàn tất nguyên công Mã NC được soạn thảo bằng phần mềm tích hợp CAD-CAM-CNC.
Hình 2 1: Mô hình của quá trình tạo hình kim loại tấm cục bộ liên tục
Trong quá trình tạo hình tấm, các cạnh dư được cố định bằng dụng cụ giữ tấm đặc biệt trong mặt phẳng nằm ngang Có hai phương pháp chính để tạo hình cục bộ liên tục: tạo hình không có vật đỡ (hình 2.2) và tạo hình với vật đỡ (hình 2.3), tương ứng được gọi là tạo hình lõm và hình lồi Mặc dù tạo hình lồi thường mang lại kết quả tốt hơn, nhưng nó cũng phức tạp hơn so với phương pháp còn lại.
Hình 2 2: Tạo hình không vật đỡ
Ưu nhược điểm của phương pháp tạo hình
Chi tiết có thể được tạo hình và sửa chữa trực tiếp từ phần mềm CAD bằng công cụ tối thiểu, cho phép thực hiện tạo mẫu nhanh và sản xuất loạt nhỏ.
- Quá trình biến dạng không cần khuôn Tuy nhiên nó cần có tấm đỡ phía dưới để tạo sự chuyển góc rõ ràng tại mặt tấm kim loại
- Thay đổi kích thước chi tiết nhanh chóng và dễ dàng, tạo khả năng linh hoạt cao Tạo mẫu nhanh dễ dàng
- Vùng biến dạng dẻo nhỏ và sự gia tăng của quá trình góp phần làm tăng khả năng biến dạng, giúp tấm kim loại dễ tạo hình hơn
- Máy phay CNC truyền thống có thể thực hiện được quá trình này
- Chất lượng bề mặt có thể thay đổi được theo yêu cầu
- Quá trình biến dạng không gây tiếng ồn
- Giới hạn biến dạng cao hơn các phương pháp biến dạng dùng khuôn khác vì khi biến dạng, vật liệu dưới tấm không bị đùn lại trong lòng khuôn
- Hạn chế chính là thời gian tạo hình dài hơn nhiều so với những phương pháp tương đương như dập sâu
- Kích thước chi tiết bị giới hạn bởi kích thước máy CNC
- Giới hạn trong sản suất nhỏ, đơn chiếc
- Quá trình tạo hình phải trải qua nhiều bước
- Xuất hiện biến dạng đàn hồi
Chất lượng bề mặt không cao, phụ thuộc vào nhiều yếu tố
- Không biến dạng được các chi tiết có dạng côn ngược
Đường biểu diễn giới hạn biến dạng truyền thống không đủ khả năng dự đoán khuyết tật và sự phá hủy của chi tiết trong công nghệ này Do đó, cần xây dựng một đường biểu diễn mới để có thể dự đoán chính xác các khuyết tật đặc trưng cho phương pháp này.
- Khả năng biến dạng cao nhưng góc giới hạn biến dạng lại thấp (tùy thuộc vào vật liệu tấm, bước tiến Z, đường kính dụng cụ, số vòng quay…)
- Độ chính xác của biên dạng chưa cao
Trong quá trình biến dạng đòi hỏi phải có một lượng lớn chất bôi trơn để làm giảm ma sát và nhiệt sinh ra.
Giới thiệu máy tạo hình và dụng cụ tạo hình
Gia công biến dạng cục bộ liên tục khác với gia công cắt gọt ở mức độ lực tác dụng lên dụng cụ, trong đó lực nhấn theo phương z trong gia công tạo hình lớn hơn so với lực cắt theo phương x và y trong gia công cắt gọt Sự khác biệt này xuất phát từ bản chất của hai quá trình: biến dạng dẻo và cắt gọt kim loại Để thực hiện quỹ đạo di chuyển của dụng cụ tạo hình và tạo ra sản phẩm mong muốn, hiện nay đã có nhiều máy chuyên dụng phát triển theo công nghệ tiên tiến phục vụ cho gia công tạo hình.
Hình 2 4: Máy tạo hình bằng Robot
Ngoài các thiết bị chuyên dụng cho tạo hình, tất cả các máy CNC 3 trục đều có thể được sử dụng để thực hiện Yêu cầu cần thiết bao gồm tốc độ cao, không gian làm việc lớn và độ cứng vững đủ Dưới đây là danh sách các máy có thể sử dụng trong quá trình gia công ISF, và hầu hết trong số chúng cũng có thể áp dụng cho các quy trình gia công khác, tức là máy vạn năng.
Hình 2 5: Máy phay CNC 2.3.2 Dụng cụ tạo hình
Vật liệu làm dụng cụ tạo hình độ cứng càng tốt để tránh mòn và biến dạng dụng cụ
Để chế tạo dụng cụ tạo hình phù hợp, cần lựa chọn vật liệu dựa trên khả năng của từng loại dụng cụ Đầu dụng cụ thường được làm từ hợp kim carbide hoặc phủ lớp chống ma sát như TiN, CrN, DLC để đảm bảo độ cứng và khả năng chống mài mòn khi xử lý các vật liệu cứng như thép và inox Ngoài ra, thép gió hoặc thép cứng như Vanadisr23, sản xuất bởi Uddeholm, cũng là lựa chọn phổ biến cho dụng cụ cắt và tạo hình Để giảm ma sát giữa sản phẩm và dụng cụ, có thể thiết kế đầu dụng cụ dưới dạng khớp cầu với viên bi lăn, giúp chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn Kích thước và đường kính dụng cụ tạo hình phụ thuộc vào hình dáng và kích thước sản phẩm; dụng cụ có đường kính lớn giúp gia công nhanh và đạt độ bóng cao, nhưng có thể làm giảm độ chính xác và góc giới hạn biến dạng Đường kính tối thiểu của dụng cụ nên là 6mm, với bán kính tối thiểu 3mm, tuy nhiên thực nghiệm khuyến cáo rằng bán kính nên là 5mm.
Báo cáo trình bày thí nghiệm và thực nghiệm sản phẩm bằng công nghệ ISF, sử dụng các dụng cụ có đường kính từ 3-10 mm Vật liệu chế tạo là thép dụng cụ đã qua quá trình tôi và đánh bóng Các dụng cụ được tiện trên máy tiện, kết hợp với đồ gá chuyên biệt để đảm bảo biên dạng hình cầu của đầu dụng cụ Yêu cầu độ cứng đạt được cho dụng cụ là 65HRC.
Ngoài ra khi thiết kế để chế tạo dụng cụ tạo hình cần chú ý hai cỡ của dụng cụ là
Đối với các dụng cụ tạo hình có đường kính nhỏ hơn 10 mm hoặc từ 10-16 mm, cần thiết phải có độ côn từ cán đến đầu dụng cụ với góc từ 10-15 độ Điều này nhằm đảm bảo rằng trong quá trình gia công, dụng cụ không chạm vào bề mặt dốc của sản phẩm.
Giới thiệu về đồ gá
2.4.1 Mục đích sử dụng đồ gá trong công nghệ ISF Để nâng cao độ chính xác của chi tiết gia công kim loại dạng tấm với nhu cầu tăng năng suất sản phấm và chất lượng, thì việc sử dụng đồ gá để gá lắp vật làm (tấm kim loại), gá lắp dao, gá lắp dụng cụ kiểm tra, thì người ta gọi chung là đồ gá
2.5.2 Các bộ phận sơ bộ của đồ gá
- Bộ phận định vị: Có nhiệm vụ xác định vị trí của chi tiết gia công trên máy so với dao miết
- Bộ phận kẹp chặt: Có nhiệm vụ giữ chặt chi tiết tấm kim loại trong quá trình gia công
- Bộ phận dẫn hướng: Dẫn hướng cho dao miết trong quá trình thực hiện miết tấm
- Một số chi tiết phụ: Dùng để tháo nhanh sản phẩm, tăng độ cứng vững của đồ gá (bát kẹp, ốc bulong, lồng đền, má kẹp…)
- Thân đồ gá: Để lắp ráp các chi tiết của đồ gá cho hoàn thiện.
Phân loại đồ gá
2.5.1 Tạo hình cục bộ liên tục đơn điểm (SPIF)
Trong quá trình tạo hình cục bộ liên tục đơn điểm, không sử dụng vật đỡ và dụng cụ tạo hình tiếp xúc trực tiếp với tấm Quá trình này được thực hiện nhờ sự di chuyển của dụng cụ, được điều khiển bởi máy tính.
Hình 2 6: Chi tiết trong quá trình tạo hình đơn điểm 2.5.2 Tạo hình cục bộ liên tục hai điểm (TPIF)
Trong quá trình tạo hình tấm kim loại, có hai điểm tiếp xúc quan trọng: giữa tấm và dụng cụ tạo hình, và giữa tấm và vật đỡ Vật nâng đỡ được đặt dưới tấm, trong khi tấm kim loại được tạo hình sẽ đè lên vật này Dụng cụ tạo hình sẽ di chuyển và trượt trên bề mặt tấm, từ đó ấn và miết tấm kim loại thành hình dạng mong muốn.
Khi sản phẩm có bề mặt phẳng yêu cầu độ chính xác cao, vật đỡ bên dưới hình dáng sản phẩm cần phải được thiết kế tương ứng với độ phức tạp của sản phẩm đó.
Hình 2 7: Chi tiết trong quá trình tạo hình hai điểm
Để thiết kế sản phẩm cho quá trình sản xuất bằng phương pháp biến dạng cục bộ liên tục, cần xác định rõ sản phẩm nào phù hợp với phương pháp đơn điểm (SPIF) và sản phẩm nào phù hợp với phương pháp hai điểm (TPIF).
Lý thuyết phân tích Taguchi và ANOVA
Phương pháp Taguchi, do Genichi Taguchi phát triển, là một phương pháp thống kê nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm Gần đây, phương pháp này đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật, công nghệ sinh học, tiếp thị và quảng cáo Các nhà thống kê chuyên nghiệp đánh giá cao những mục tiêu và cải tiến mà phương pháp Taguchi mang lại, đặc biệt trong nghiên cứu thiết kế thí nghiệm.
Taguchi quy định 3 mục tiêu:
- Bình thường - tốt hơn b) Đóng góp của Taguchi
- Cô lập và loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến tính biến đổi chất lượng của sản phẩm
Giảm thiểu tổn thất doanh thu cho các nhà sản xuất là một mục tiêu quan trọng Phương pháp Taguchi giới thiệu khái niệm về mảng trực giao, giúp xác định các ảnh hưởng gián tiếp và kiểm soát chi phí hiệu quả Áp dụng các quy tắc của Taguchi trong sản xuất sẽ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lỗi.
Taguchi xác định rằng để nâng cao chất lượng sản phẩm, việc loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng là cần thiết, đặc biệt trong hai giai đoạn quan trọng: thiết kế sản phẩm và quy trình sản xuất Ông đã phát triển một chiến lược kỹ thuật chất lượng nhằm áp dụng hiệu quả cho cả hai giai đoạn này.
Quá trình có 3 giai đoạn:
- Thiết kế dung sai d) Thiết kế thí nghiệm của Taguchi
* Khái niệm thiết kế thí nghiệm (DOE)
Thiết kế thí nghiệm (DOE) là một công cụ mạnh mẽ cho phép kiểm soát nhiều yếu tố đầu vào nhằm xác định ảnh hưởng đến các yếu tố đầu ra mong muốn Bằng cách sử dụng DOE, người nghiên cứu có thể phát hiện các tương tác quan trọng giữa các yếu tố, điều này thường bị bỏ qua khi chỉ thử nghiệm từng yếu tố một DOE rất hữu ích khi khảo sát nhiều yếu tố đầu vào có thể ảnh hưởng đến một hoặc nhiều yếu tố đầu ra.
Bước 1 : Xác định các định tính chất lượng của sản phẩm và các thông số thiết kế quan trọng cho sản phẩm hay quy trình:
Trước khi bắt đầu thí nghiệm, việc hiểu biết về sản phẩm hoặc quy trình được nghiên cứu là rất quan trọng để xác định các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả Danh sách các yếu tố đầu vào cho thí nghiệm thường được tổng hợp từ ý kiến của tất cả những người tham gia dự án.
Bước 2 : Lựa chọn thông số cho từng cấp độ:
Khi xác định các biến độc lập, số cấp độ cho mỗi biến cũng cần được lựa chọn, tùy thuộc vào các tham số hiệu suất bị ảnh hưởng Nếu tham số hiệu suất là hàm tuyến tính của biến độc lập, số cấp độ sẽ là 2 Ngược lại, nếu có mối quan hệ không tuyến tính, số cấp độ có thể lên đến 3, 4 hoặc nhiều hơn, tùy thuộc vào bậc của mối quan hệ Mỗi thông số không nhất thiết phải có cùng số cấp độ, và việc lựa chọn số cấp độ cho mỗi thông số phụ thuộc vào quyết định của người nghiên cứu Số lượng cấp độ càng nhiều cho từng thông số thì độ tin cậy của thí nghiệm càng cao.
Bước 3 : Lựa chọn thí nghiệm mảng trực giao Orthogonal Arrays
Việc lựa chọn mảng trực giao (Orthogonal Arrays) phụ thuộc vào số lượng và cấp độ của từng thông số Để thực hiện lựa chọn này, chúng ta cần tham khảo bảng hướng dẫn cụ thể.
Bảng 2 1: Bảng lựa chọn mảng trực giao Orthogonal Arrays
Bước 4 : Xác định hàm mục tiêu để tối ưu
Để tối ưu hóa các đặc tính chất lượng mà nhà sản xuất quan tâm, việc tính toán các tỷ lệ S/N là rất cần thiết.
- Đối với trường hợp giữ nguyên chất lượng mà nhà sản xuất quan tâm, định nghĩa về các tỷ lệ S/N nên được tính toán:
- Đối với trường hợp giảm thiểu các đặc tính chất lượng mà nhà sản xuất quan tâm, định nghĩa về các tỷ lệ S/N nên được tính toán:
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N) là một chỉ số quan trọng đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố, bao gồm cả yếu tố nội tại và ngoại lai, đến kết quả Nó cho phép đo lường mức độ tác động của các yếu tố này một cách hiệu quả.
23 n : là tổng số thử nghiệm cần thực hiện
𝑦 𝑖 : là giá trị đo của thử nghiệm thứ i u : là số lần thử
𝑌̅: là giá trị trung bình của thí nghiệm
S : là tổng phương sai của giá trị thử nghiệm
Bước 5 : Tiến hành thí nghiệm
Khi lựa chọn mảng trực giao, các thí nghiệm được thực hiện dựa trên sự kết hợp của các cấp độ khác nhau Kết quả của từng thí nghiệm được ghi chép để phân tích mức độ ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng mong muốn.
Bước 6 : Phân tích dữ liệu và dự đoán mức tối ưu hiệu suất
Dựa vào hàm mục tiêu để tính tỉ lệ Signal-to-Noise (S/N), chúng ta có thể phân tích và tách các nhân tố ở các mức độ khác nhau, sau đó tổng hợp kết quả vào bảng phản hồi tỉ lệ S/N.
Bước 7 : Phân tích phương sai ANOVA
Phân tích phương sai ANOVA là một phương pháp thống kê quan trọng, tập trung vào việc đánh giá sự khác biệt giữa các nhóm thông qua việc phân tích phương sai thay vì chỉ dựa vào số trung bình Phương pháp này giúp xác định xem có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nhóm dữ liệu hay không.
- SS (Sum of Square): Tổng bình phương sai
- Df : Bậc tự do của các yếu tố
- MS (Mean of Square): Bình phương trung bình
- P (%): Phần trăm đóng góp của các yếu tố
Bước 8: Xác nhận thử nghiệm
Tiến hành so sánh kết quả giá trị thí nghiệm với dự đoán ban đầu.
ANOVA, viết tắt của phân tích phương sai, là một tập hợp các mô hình thống kê và quy trình ước lượng được sử dụng để phân tích sự khác biệt giữa các phương sai nhóm trong một mẫu Kỹ thuật này, được phát triển bởi nhà thống kê Ronald Fisher, cho phép so sánh số trung bình của ít nhất ba nhóm khác nhau ANOVA phân chia phương sai của một quan sát thành các thành phần khác nhau để xác định nguồn gốc của sự biến thiên.
- Phương sai giữa các nhóm (between groups)
- Phương sai nội nhóm (within group)
Phân tích phương sai (ANOVA) là một công cụ mạnh mẽ giúp so sánh các số trung bình và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm mục tiêu Bằng cách đo lường độ phân tán tương đối của các quan sát so với số trung bình, ANOVA cho phép xác định tầm quan trọng và mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố Các bước trong phân tích phương sai bao gồm xác định giả thuyết, thu thập dữ liệu, tính toán phương sai và kiểm tra các giả thuyết để rút ra kết luận chính xác.
+ Bước 1: Tính tổng bình phương các yếu tố:
SS i = ∑ 𝑛 𝑖=1 (𝑦 𝑖 − 𝑦 )^2 Với n là số thí nghiệm
+ Bước 2: Tính hệ số xác định R 2
Hệ số xác định R² (Coefficient of determination) là một chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ phù hợp của các mô hình thể hiện mối quan hệ tương quan tuyến tính Hệ số này được tính bằng bình phương của hệ số tương quan, và được biểu thị dưới dạng phần trăm (%).
Giá trị R2 thường được tính bằng % và cách đánh giá mối liên hệ từ hệ số xác định như sau:
Bảng 2 2: Giá trị mức độ tương quang
Giá trị Mức độ tương quan
R 2 ≤ 10% Tương quan ở mức thấp 10% ≤ R 2 ≤ 25% Tương quan mức trung bình 25% ≤ R 2 ≤50% Tương quan khá chặt chẽ 50% ≤ R 2 ≤80% Tương quan chặt chẽ
+Bước 3: Tính bậc tự do của thực nghiệm và bậc tự do các yếu tố:
Df: (Degree of freedom): Bậc tự do của các yếu tố
Máy gia công và dụng cụ tạo hình
3.1.1 Chọn máy gia công thực nghiệm Để phục vụ cho việc nghiên cứu thực nghiệm tạo hình chóp cụt trên tấm nhôm A1050 Trong đề tài nghiên cứu này, các thực nghiệm được thực hiện trên máy CNC 3 trục vì rất phổ biến hiện nay trên thị trường Việt Nam Tuy nhiên, việc lựa chọn phải đáp ứng các yêu cầu như: Tốc độ cao và không gian làm việc lớn và đủ độ cứng vững là những yêu cầu cần thiết có thể dùng trong quá trình gia công tạo hình cho nghiên cứu đề tài này Chúng ta nên chọn máy phay CNC đứng để phù hợp cho quá trình gia công trong công nghệ miết CNC Vì thuận tiện cho quá trình giám sát máy gia công Thông qua phân tích chọn máy loại máy Maikino đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra và tính hiệu quả kính tế trong thực tế
Thông số kỷ thuật máy phay MAKINO KVJP- 55:
Country of origin Japan - Year: 1991
Hình 3 1: Máy phay đứng điều khiển bằng chương trình số (Makino)
Vật liệu SKD61 được sử dụng để chế tạo dụng cụ tạo hình nhờ vào khả năng gia công dễ dàng Sau khi gia công bằng máy tiện CNC, dụng cụ sẽ được tôi cứng để nâng cao tính năng Thành phần hóa học của SKD61 bao gồm: C 0,40%, Si 1,0%, Cr 5,3%, Mo 1,4%, V 1,0% Đây là loại thép hợp kim Crôm Molybden Vanadium có khả năng chống mài mòn và độ dai cao khi gia công nóng Vật liệu này còn có khả năng truyền nhiệt tốt, không bị nứt ở nhiệt độ cao, kích thước ổn định sau khi nhiệt luyện và đạt độ cứng tối thiểu 54 HRC sau quá trình này.
Hình 3 2: Hình các dụng tạo hình
Phôi tấm và lập bảng thông số công nghệ thực nghiệm
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phôi nhôm tấm A 1050 với ba độ dày khác nhau là 0.5mm, 0.8mm và 1mm Loại vật liệu này được chọn vì tính phổ biến và ứng dụng rộng rãi của nó trong đời sống và ngành công nghiệp.
Bảng 3 1: Kích cỡ ký hiệu loại vật liệu được sử dụng trong thực nghiệm
STT Tên vật liệu Ký hiệu Kích thước (mm) Độ dày (mm)
Thành phần cơ tính vật liệu nhôm tấm A 1050 [Phụ lục 1]
3.2.2 Bảng thông số công nghệ thực nghiệm
Bảng 3 2: Bảng số liệu triển khai thực nghiệm
(Vận tốc xoay dao) ỉ tool (mm)
Đồ gá thực nghiệm [Phụ lục 2]
Đồ gá được sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng cục bộ đơn điểm, dựa trên đồ gá có sẵn từ Đề Tài Tốt Nghiệp của Khóa K15.
Hình 3 4: Đồ gá được lắp trên máy phay đứng thực nghiệm
Chất bôi trơn trong quá trình miết tạo hình
Các thí nghiệm với nhiều loại vật liệu và đặc tính ma sát khác nhau đã dẫn đến việc sử dụng các loại chất bôi trơn đa dạng.
Trong thí nghiệm với vật liệu nhôm A1050, hỗn hợp bôi trơn được tạo thành từ nhớt xe máy và mỡ bôi trơn với tỷ lệ 2:1 Để đảm bảo khả năng bôi trơn tối ưu, cần trộn đều hỗn hợp cho đến khi mỡ hoàn toàn hòa tan vào nhớt.
Chương trình NC cho quá trình miết CNC
3.5.1 Giới thiệu phần mềm gia công
Chương trình NC được thiết lập qua modul Manufacturing trong Creo 4.0, cho ra đường chạy dao bậc thang Khi chọn gốc tọa độ ở mặt trên của chi tiết, dao sẽ tiến xuống một khoảng Δz khi bắt đầu gia công Việc chuyển đổi đường chạy dao này sang dạng xoắn ốc bằng HeToPaC sẽ tạo ra đường chạy dao xoắn ốc với điểm đầu có tọa độ z = -Δz, điều này không thuận lợi cho quá trình gia công SPIF.
Để thiết lập đường chạy dao trong Creo 4.0, điểm đầu của dụng cụ cần nằm ở mặt trên chi tiết trong đường xoắn ốc, với đường bậc thang có vòng đầu tiên cũng ở mặt trên chi tiết Cần thiết lập chu trình phay Manual Cycle với quỹ đạo là đường tròn có đường kính bằng với đường kính vòng đầu tiên trong chu trình phay Profile Đường chạy dao sẽ được nối lại từ hai đường chạy dao đã thiết lập trước đó, như thể hiện trong hình 3.6, cho thấy đường bậc thang và đường xoắn ốc sau khi đã hoàn chỉnh.
Hình 3 6: Đường chạy dao bậc thang
3.5.2 Quá trình lập trình trên Creo 4.0
*Thiết kế mẫu gia công
Sản phẩm thí nghiệm có hình dạng lõm tương tự như vật mẫu, do đó, cần thiết kế mô hình với dạng lõm phù hợp kích thước của sản phẩm để tiến hành thí nghiệm hiệu quả.
Hình 3 7: Vẽ Model có hình dạng lõm được thiết kế giống với mẫu thí nghiệm
*Thông số gia công Đường chạy dụng cụ chạy theo biên dạng của phần lõm trên mẫu gia công, nên sử dụng lệnh: Cut Line Milling
Hình 3 8: Lệnh dùng trong lập trình gia công
Dụng cụ miết có đầu hình cầu tương tự như dao phay đầu cầu, do đó cần chọn lựa tương tự Hình dạng đầu dụng cụ Ball Mill sẽ phụ thuộc vào mẫu thí nghiệm, có thể chọn các kích thước ỉ6, ỉ8 hoặc ỉ10.
Lệnh dùng trong lập trình gia công
Hình 3 9: Chọn loại dao cho gia công miết
Dựa trên bảng quy hoạch thực nghiệm cho việc nhập Cut Feed và Step Over, quá trình thí nghiệm chỉ thực hiện đường chạy dao bậc thang, do đó loại Scan Type được chọn là Type 0.3.
Hình 3 10: Thiết lập các thông số gia công đầu vào
* Mô phỏng quá trình gia công
Kiểm tra lại, để khắc phục và sửa chữa
Hình 3 11: Mô phỏng đường chạy dao
Do thực hiện trên máy phay đứng CNC Makino cần chỉnh sửa lại đầu vào của code để tương thích với hệ điều hành trên máy
Hình 3 12 : G-code cho gia công miết
Thông số trên máy gia công
Dựa theo bảng quy hoạch thực nghiệm, chọn mẫu thí nghiệm để nhập thông số và chọn code tiến hành thực hiện
Hình 3 13: Màn hình hiển thị gia công của máy phay Makino
Hình 3 14: Đang miết sản phẩm
Kiểm tra lại sản phẩm đạt được khi thực hiện xong thí nghiệm với quá trình mô phỏng
Hình 3 15: Một số sản phẩm sau khi miết
Chọn phương pháp đo
Bài viết trình bày chi tiết thực nghiệm về hình chóp cụt với mặt cong, nhằm đo độ dày thành sau khi miết Phương pháp đo được áp dụng dựa theo Tiêu Chuẩn Quốc Gia TVCN 6145: 2007 và ISO 3126: 2005.
Chọn Dụng cụ đo
Hình dạng sản phẩm cong không cho phép sử dụng thước đo độ dày thông thường; do đó, cần sử dụng thước chuyên dụng để đo độ dày bề mặt cong Thước Panme đầu cầu là lựa chọn lý tưởng để thực hiện phép đo chính xác cho loại hình dạng này.
Hình 4 1: Panme điện tử Mitutoyo dùng thực hiện đo sản phẩm
Hình 4 2: Thước đo góc và thước cặp Mitutoyo
Xử lý mẫu sản phẩm phục vụ đo số liệu
Trong thực nghiệm, cần kiểm tra độ dày sản phẩm sau khi miết, nhưng do sản phẩm có hình dạng cong đặc biệt, việc đo đạc không thể thực hiện theo cách thông thường Do đó, cần phải cắt đôi sản phẩm để đo chiều dày biến mỏng Hiện nay, có nhiều phương pháp gia công để cắt sản phẩm, nhưng để đảm bảo độ chính xác và tránh biến dạng do lực cắt, phương pháp cắt dây được lựa chọn nhằm đáp ứng các yêu cầu này.
Hình 4 3: Máy cắt dây thực hiện cắt sản phẩm
4.3.1 Tiến hành gá đặt và ghi thông số
Trước khi cắt, tiến hành đánh số lên từng mẫu sản phẩm để tránh trường hợp không nhận diện được sản phẩm sau khi cắt
Hình 4 4: Gá và kẹp chặt sản phẩm lên bàn máy cắt dây
Hình 4 5: Nhập thông số cho máy cắt dây 4.3.2 Các mẫu sản phẩm sau khi cắt
Sau khi cắt dây xong, mỗi sản phẩm được phân làm đôi.
Phương pháp chia điểm đo và lập bảng thu thập số liệu
4.4.1 Phương pháp chia đểm đo mẫu
Sản phẩm có hình dạng chóp cụt, do đó biên dạng của nó gần như giống nhau, chỉ cần đo một mặt sau của sản phẩm Tiến hành chia nhỏ mặt cắt thành từng điểm để đo và thu thập số liệu, như thể hiện trong hình 4.7.
Hình 4 7: Hình chia điểm tiến hành đo trên CAD 4.4.2 Lập bảng thu thập số liệu đo
Lập bảng trên Excel để ghi các kết quả đo
Bảng 4 1:Bảng mẫu ghi số liệu đo
BẢNG ĐO ĐỘ DÀY SAU KHI MIẾT Điểm Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Trung bình
Thực hiện phép đo và phân tích
4.5.1 Yêu cầu trong quá trình khi thực hiện phép đo
Khi thực hiện đo lường, cần ghi lại kết quả vào bảng số liệu để đảm bảo độ chính xác Đặc biệt, đầu đo phải được giữ vuông góc với bề mặt cong cần đo.
Hình 4 8: Thực hiện phép đo trên mẩu 4.5.2 Kết quả đo số liệu và biểu đồ hai mươi bảy trường hợp [phụ lục 4]
4.5.3 Phân tích số liệu và biểu đồ
- Từ những kết quả số liệu đo trong 27 trường hợp thực nghiệm có bốn trường hợp:
+ Ba mẫu sản phẩm hoàn thành không có mẫu lỗi
+ Hai mẫu sản phẩm hoàn thành, một mẫu sản phẩm bị lỗi
+ Một sản phẩm hoàn thành, hai mẫu sản phẩm bị lỗi
+ Ba mẫu sản phẩm đều bị lỗi
- Từ kết quả phân tích số liệu và biểu đồ ta phân hai dạng biểu đồ a) Dạng biểu đồ 1
+ Ba mẫu sản phẩm hoàn thành không có mẫu lỗi được thể hiện (Bảng số liệu và Biểu đồ kết quả O0012)
Biểu đồ 4 1: Biểu đồ Ba mẫu sản phẩm hoàn thành không có mẫu lỗi
+ Hai mẩu sản phẩm hoàn thành, một mẩu sản phẩm bị lỗi được thể hiện (Bảng số liệu và Biểu đồ kết quả O0014)
Biểu đồ 4 1: Biểu đồ hai mẩu sản phẩm hoàn thành, một mẩu sản phẩm bị lỗi
+ Một sản phẩm hoàn thành, hai mẩu sản phẩm bị lỗi được thể hiện (Bảng số liệu và Biểu đồ kết quả O0011)
Biểu đồ 4 2: Biểu đồ một sản phẩm hoàn thành, hai mẩu sản phẩm bị lỗi b) Biểu đồ dạng 2
+Ba mẩu sản phẩm đều bị lỗi được thể hiện (Bảng số liệu và Biểu đồ kết quả O0002)
Biểu đồ 4 4: biểu đồ ba mẩu sản phẩm đều bị lỗi 4.5.5 Nhận xét biểu đồ:
Dựa trên kết quả từ thực nghiệm, các số liệu được thể hiện qua biểu đồ giúp người đọc có cái nhìn tổng quát và phân biệt rõ ràng các trường hợp xảy ra trong quá trình nghiên cứu.
- Nhận dạng các vùng ảnh hưởng trong trong quá trình miết như: vùng ít bị biến dạng, vùng bị uống cong, vùng biến mỏng
- So sánh độ biến mỏng trên các vùng khác nhau được thể hiện thông qua các số liệu biểu đồ
Theo số liệu từ biểu đồ, các phép đo cho thấy ba vùng riêng biệt trên thành sau khi miết Khi bắt đầu tạo hình hình nón, vùng uốn cong giảm độ dày liên tục, tiếp theo là vùng biến mỏng quá mức Cuối cùng, vùng trạng thái ổn định với độ dày không đổi được thể hiện qua Biểu đồ 4.5.
Hình 4 9: Mô hình thể hiện các vùng bị biến dạng
Biểu đồ 4.5: Phân các vùng trên biểu đồ
Phương pháp Taguchi
4.6.1 Lựa chọn các yếu tố kiểm soát
Các yếu tố kiểm soát là những thông số đầu vào quan trọng ảnh hưởng đến độ dày của sản phẩm sau khi miết Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định sáu yếu tố kiểm soát chính.
+ Độ dày ban đầu (mm),
+ Vận tốc bàn máy (mm/phút)
+ Vận tốc quay trục chính (vòng/phút)
+ Đường kính đầu miết (mm)
+ Góc alpha (độ) đã được xem xét trong 3 cấp độ
Bảng 4 2: Các yếu tố kiểm soát và mức độ của tham số quá trình
STT Ký hiệu Yếu tố Mức độ
1 A Độ dày ban đầu (mm) 0.5 0.8 1
2 B Vận tốc bàn máy (mm/phút) 400 600 800
4 D Vận tốc quay trục chính
5 E Đường kính đầu miết (mm) 6 8 10
4.6.2 Lựa chọn thí nghiệm mảng trực giao Orthogonal Arrays
Phương pháp Taguchi đề xuất sử dụng mảng trực giao L27 cho 9 yếu tố ở 3 cấp độ, dẫn đến 27 thí nghiệm Tuy nhiên, sau khi phân tích, chỉ còn 6 yếu tố có ảnh hưởng đến mô hình Do đó, mảng trực giao L27 được chọn là phù hợp nhất cho các điều kiện nghiên cứu hiện tại Tiêu chuẩn của mảng trực giao L27 đã được xác định rõ ràng.
Hàm mục tiêu nghiên cứu này: là độ dày sản phẩm sau khi miết lớn nhất Nên tỉ lệ S/N tốt hơn được chọn hàm mục Taguchi dưới dạng:
Trong đó: n: là số lượng thí nghiệm lặp lại cho mỗi tổ hợp các yếu tố kiểm soát yi: là độ dày sản phẩm trung bình sau 3 lần đo
Ta có tỉ lệ S/N được tính như sau:
Bảng 4 4: Bảng các thông số và tỷ lệ S/N
Run A B C D E F Độ dày trung bình của sản phẩm sau khi miết (mm)
Kết quả và phân tích
Độ dày của sản phẩm sau khi miết ba lần đã được đo lường cho từng thí nghiệm Bảng 4.3 minh họa ảnh hưởng của các thông số đầu vào, dựa trên L27 (3 6) OA, đến độ dày của sản phẩm sau khi miết.
Kết quả đo cho thấy độ dày trung bình cao nhất của sản phẩm sau khi miết đạt 0.7846 mm (thử nghiệm 23), tăng khoảng 159.6% so với giá trị ban đầu 0.303 mm (thử nghiệm 1) Sự cải thiện này khẳng định rằng các thông số đầu vào được lựa chọn đã có tác động tích cực đến độ dày sản phẩm Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện độ dày sản phẩm sau khi miết thông qua phương pháp Taguchi.
Bảng 4 5: Bảng tính tỉ lệ S/N trung bình cho độ dày của sản phẩm sau khi miết
Parameter Level 1 Level 2 Level 3 Delta () Rank
: Được tính bằng sự chênh lệch lớn nhất của mỗi thông số
Rank: Sự sắp xếp mức độ ảnh hưởng tới độ dày của sản phẩm sau khi miết
52 a) Phân tích vẽ biểu đồ bằng phần mềm Excel, về mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến độ dày của sản phẩm sau khi miết
Bảng 4 6: Bảng phân số liệu từ Bảng 4.4
Biểu đồ 4 6: Biểu đồ mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến độ dày của sản phẩm
53 b) Phân tích vẽ biểu đồ bằng phần mềm Minitab về mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến độ dày của sản phẩm sau khi miết
Biểu đồ 4 7: Biểu đồ Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến độ dày của sản phẩm
C) Kết quả và thảo luận
Giá trị trung bình của tỷ lệ S/N cho từng yếu tố kiểm soát được trình bày trong hai trường giá trị và mức độ ảnh hưởng, cho thấy kết quả đồng nhất.
- Qua biểu đồ thấy rỏ sự ảnh hưởng của từng tham số đến độ dày của sản phẩm chi tiết hình chóp cụt sau khi miết
- Ảnh hưởng của các yếu tố kiểm soát đến tỷ lệ S/N và với các mức tương ứng của chúng được thể hiện trong (Biểu đồ 4.6) và (Biểu đồ 4.7)
Tỉ lệ trung bình S/N cao hơn cho thấy các đặc tính chất lượng được cải thiện, với độ dày sau khi miết cao hơn Mức độ tối ưu của các yếu tố kiểm soát đạt được là A3B2C3D3E1F1.
Phân tích ANOVA cho độ dày của sản phẩm sau khi miết
Phần mềm Minitab được sử dụng để phân tích ANOVA nhằm tách biệt các hiệu ứng từ các yếu tố kiểm soát khác nhau Các hiệu ứng này thể hiện đóng góp của từng yếu tố trong quá trình thực nghiệm, liên quan đến các đặc tính chất lượng Kết quả của phân tích ANOVA được trình bày trong Bảng 4.8.
Symbol Source DF Adj SS Adj MS F- value
A Độ dày ban đầu (mm) 2 440.789 220.395 96.76 0.000000006
D Vận tốc quay trục chính (vòng/phút)
Từ bảng kết quả ANOVA ở trên, ta thấy giá trị P-value của các yếu tố A, F, E và
C nhỏ hơn 0.05 cho thấy các tham số này có ảnh hưởng đáng kể đến độ dày của sản phẩm sau khi miết Yếu tố A (độ dày ban đầu, mm) được xác định là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến độ dày cuối cùng, nhờ vào giá trị P-Value nhỏ nhất.
Lựa chọn thông số tối ưu
Để đạt được độ dày tối ưu nhất cho sản phẩm, cần chọn giá trị lớn nhất từ Biểu đồ 7 của từng thông số Hàm mục tiêu chỉ ra rằng giá trị lớn nhất là lựa chọn tốt nhất Theo biểu đồ, các yếu tố kiểm soát tối ưu được xác định là A3B2C3D3E1F.
Bảng 4 9: Bảng thông số tối ưu cho độ dày của sản phẩm sau khi miết
Thông số Đơn vị Giá trị Độ dày ban đầu mm 1
Vận tốc bàn máy mm/phút 600
Vận tốc quay trục chính vòng/phút 900 Đường kính đầu miết mm 6
Kiểm chứng bộ thông sô tối ưu
Thí nghiệm kiểm chứng là bước cuối cùng trong phương pháp Taguchi để đánh giá chất lượng Theo Bảng 4.5, các giá trị tối ưu là A3B2C3D3E1F1, được sử dụng làm tham số dự đoán tỉ số S/N trong thí nghiệm kiểm chứng Mô hình kiểm tra cho thấy tổng hiệu ứng là kết quả từ nhiều yếu tố, tính bằng tổng của tất cả các hiệu ứng riêng lẻ Do tất cả các yếu tố đều ảnh hưởng đáng kể đến tỉ số S/N, việc dự đoán có thể được thực hiện theo công thức: φdự đoán = ζ + ( A3- ζ )+( B2-ζ )+( C3-ζ )+( D3-ζ )+( E1-ζ )+( F1- ζ ).
Giá trị trung bình S/N được tính bằng ζ = -7.3864, như thể hiện trong Bảng 4.5 Công thức dự đoán φdự đoán = ζ + (A3 - ζ) + (B2 - ζ) + (C3 - ζ) + (D3 - ζ) + (E1 - ζ) + (F1 - ζ) dẫn đến φdự đoán = 2.2950 (dB) Giá trị này gần với giá trị tối ưu hóa -2.1141 (dB), cho thấy các thí nghiệm đã được thực hiện phù hợp để dự đoán giá trị của phương pháp tối ưu.
Giá trị trung bình của độ dày sau khi miết cho các thí nghiệm ban đầu A1B1C1D1E1F1 là 0.3024 mm, trong khi sự kết hợp tối ưu A3B2C3D3E1F1 đạt 0.7846 mm Sự gia tăng khoảng 159.6% so với sự kết hợp ban đầu chứng tỏ rằng việc lựa chọn các yếu tố có tính cải thiện cao là rất hiệu quả.
Bảng 4 10: Giá trị trung bình của độ dày sản phẩm sau khi miết
Cấp độ Độ dày của sản phẩm sau khi miết (mm)
Hình 4 10: Hình sản phẩm theo giá trị tối ưu
