Tùy thuộc vào mục đích sử dụng của sản phẩm cuối cùng, quá trình cắt gọt kim loại có thể tạo ra các chi tiết cơ khí nhỏ, hoặc để sản xuất các bộ phận lớn hơn, chẳng hạn như các khung máy
TỔNG QUAN
Khái niệm
Công nghệ cắt gọt kim loại là một phương pháp gia công phổ biến trong ngành chế tạo cơ khí, sử dụng các công cụ để loại bỏ các chi tiết từ vật liệu kim loại tấm hoặc thanh lớn Phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất kim loại, giúp tạo ra các sản phẩm chính xác và chất lượng cao.
Quá trình cắt gọt kim loại thường sử dụng máy cắt CNC laser và các công cụ như tiện, mài, mũi khoan, và dao phay để tạo ra hình dạng và kích thước khác nhau trên bề mặt kim loại Tùy vào mục đích sử dụng của sản phẩm, quá trình này có thể sản xuất các chi tiết cơ khí nhỏ hoặc các bộ phận lớn như khung máy móc công nghiệp và cấu trúc nhà xưởng.
Các phương pháp cắt gọt kim loại thông dụng
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt kim loại chủ yếu được áp dụng cho các chi tiết có dạng tròn xoay, cho phép sản xuất các sản phẩm kim loại phức tạp và chính xác mà gia công truyền thống không thể thực hiện Quá trình này chuyên dùng để tạo ra các vết cắt bên ngoài trên sản phẩm kim loại.
Hình 1.1 Hình ảnh minh họa phương pháp tiện
Tốc độ cắt nhanh Độ chính xác tốt
2 Ít tốn thời gian hơn
Hoạt động trên kim loại và hợp kim
Không yêu cầu tay nghề cao
Chỉ hoạt động trên các bộ phận dạng trụ tròn hoặc hình tròn xoay;
Dụng cụ thường xuyên bị mài mòn
Gia công tiện là phương pháp quan trọng trong sản xuất các chi tiết máy móc, bao gồm thiết bị y tế, máy bay và tàu thủy Phương pháp này còn được áp dụng rộng rãi trong việc chế tạo các bộ phận động cơ, trục, rãnh và côn, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong ngành công nghiệp.
Phay là quá trình sử dụng thiết bị và dụng cụ cắt quay để loại bỏ vật liệu khỏi phôi gia công tĩnh, cho phép sử dụng nhiều loại công cụ khác nhau nhằm đạt được kết quả mong muốn Phương pháp này thường được áp dụng để gia công các bề mặt phẳng và cong có cấu trúc phức tạp, sử dụng dao cắt với chuyển động vuông góc so với trục của máy.
Hình 1.2 Hình ảnh minh họa phương pháp phay
*Ưu điểm: Độ chính xác cao
Quá trình cắt nhanh hơn
3 Ứng dụng trong các loại vật liệu khác nhau
Yêu cầu nhân viên có trình độ cao
Phay là một phương pháp gia công kim loại đa dạng, thường được ứng dụng trong sản xuất linh kiện cho nhiều sản phẩm như máy móc, thiết bị y tế, ô tô, máy bay và tàu thủy Xu hướng công nghệ cắt gọt kim loại này ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các sản phẩm khác, bao gồm đường viền bề mặt, thiết bị nha khoa và các bộ phận phòng thủ.
Mài là quá trình sử dụng bánh xe mài mòn để loại bỏ vật liệu khỏi phôi, nhằm làm mịn bề mặt các chi tiết kim loại Phương pháp cắt gọt kim loại này không chỉ giúp tạo ra bề mặt hoàn thiện tuyệt đối mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động và thẩm mỹ của sản phẩm.
Hình 1.3 Hình ảnh minh họa phương pháp mài cà
Bề mặt hoàn thiện tốt Ít phế phẩm hơn
Chỉ hoạt động để làm mịn bề mặt và các cạnh
Gia công mài bóng có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực như sản xuất linh kiện máy móc, ô tô, thiết bị y tế, thiết bị điện tử và nhiều sản phẩm khác.
1.2.4 Phương pháp cắt dây EDM (Electric Discharge Machining)
Gia công phóng điện là phương pháp làm nóng chảy kim loại thông qua hồ quang điện, trong đó một điện cực được đưa gần phôi mà không tiếp xúc trực tiếp Phôi trở thành một điện cực khác, và khi có hiệu điện thế, phóng điện xảy ra giữa hai điện cực, tạo ra nhiệt độ cao làm tan chảy vật liệu Phương pháp này sử dụng một sợi dây mỏng để cắt và tách vật liệu kim loại bằng cách áp dụng điện xung, cho phép cắt các chi tiết chính xác.
Hình 1.4 Hình ảnh minh họa phương pháp cắt dây
Khả năng tạo vết cắt phi tuyến tính Độ chính xác cao
Làm việc với vật liệu cứng
Tiêu thụ điện năng cực cao
Chỉ hoạt động đối với vật liệu dẫn điện
Hình thành vùng ảnh hưởng nhiệt
Phương pháp cắt dây EDM được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các linh kiện chất lượng cao, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất linh kiện quang học, điện tử, chế tạo đồng hồ và các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao.
Công nghệ CAD CAM CNC
Công nghệ CAD (Computer-Aided Design) là yếu tố thiết yếu trong hệ thống CAD CAM CNC, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và phát triển sản phẩm CAD giúp kỹ sư và nhà thiết kế tạo ra các mô hình 2D và 3D chính xác trên máy tính, thay thế cho phương pháp truyền thống bằng bút và giấy.
Sử dụng CAD, kỹ sư có thể tạo ra mô hình chi tiết và chính xác của sản phẩm, từ những chi tiết nhỏ nhất đến toàn bộ cấu trúc Điều này không chỉ giúp hình dung rõ ràng hơn về sản phẩm mà còn cho phép thử nghiệm các tính năng và tùy chọn khác nhau một cách ảo trước khi tiến hành sản xuất.
CAD cung cấp công cụ tự động hóa thiết kế, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất Từ việc tạo kiểu sản phẩm đến xác định vật liệu và thông số kỹ thuật, tất cả đều được thực hiện trên một nền tảng duy nhất Điều này không chỉ giảm thiểu sai sót trong quy trình mà còn tăng tính tùy chỉnh cho sản phẩm.
Hình 1.5 Hình ảnh minh họa CAD 2.1.2 Khái niệm về CAM:
Công nghệ CAM (Computer-Aided Manufacturing) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống CAD CAM CNC, hỗ trợ các nhà sản xuất trong việc tạo ra sản phẩm chất lượng cao với hiệu suất tối ưu.
Mục tiêu chính của CAM là tối ưu hóa và tự động hóa quy trình sản xuất, giúp máy móc thực hiện các tác vụ một cách tự động và chính xác dựa trên mã số lập trình Việc này không chỉ loại bỏ sai sót do con người mà còn nâng cao tính chính xác trong quy trình sản xuất.
Công nghệ CAM không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn mang lại sự linh hoạt đáng kể Khi có thay đổi trong thiết kế hoặc yêu cầu sản xuất, CAM có khả năng tự động điều chỉnh mã số và quy trình mà không cần phải thay đổi toàn bộ lập trình Điều này không chỉ giúp tăng khả năng tùy chỉnh mà còn tiết kiệm thời gian và giảm thiểu lãng phí trong sản xuất.
Hình 1.6 Hình ảnh minh họa CAM 2.1.3 Khái niệm về CNC:
Công nghệ CNC (Điều khiển số bằng máy tính) là nền tảng quan trọng của hệ thống CAD CAM CNC, đảm nhiệm việc điều khiển các máy móc trong quy trình sản xuất Sự kết hợp giữa máy móc và tính toán máy tính trong CNC giúp tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao và tính đồng nhất.
Máy CNC sử dụng mã G-code, một chuỗi lệnh điều khiển được tạo ra từ dữ liệu thiết kế CAD và CAM Mã G-code giúp máy CNC thực hiện chính xác các tác vụ như cắt, khoan và mài, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt đúng thiết kế và chất lượng mong muốn.
Sự tự động hóa của CNC đã cải thiện hiệu quả quy trình sản xuất, giảm thiểu sự phụ thuộc vào con người và sai sót Máy CNC có khả năng hoạt động liên tục 24/7, đảm bảo sản xuất diễn ra không ngừng nghỉ và nâng cao năng suất.
Hình 1.7 Hình ảnh minh họa CNC
2.2.1 Chức năng và ứng dụng của CAD
Trong thiết kế sản phẩm, phần mềm CAD cho phép kỹ sư tạo ra các mô hình chi tiết và chính xác, giúp họ hiểu rõ cấu trúc và tính năng của sản phẩm Điều này rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình thiết kế trước khi chuyển sang giai đoạn sản xuất.
Tối ưu hóa quy trình thiết kế bằng CAD thông qua việc tích hợp các công cụ tự động hóa giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên CAD hỗ trợ từ việc tạo kiểu đến xác định vật liệu và thông số kỹ thuật, mang lại nhiều lợi ích cho quy trình thiết kế.
Tăng hiệu suất thiết kế: Sử dụng CAD, nhóm thiết kế có khả năng làm việc đồng thời trên cùng một dự án, từ xa và hiệu quả hơn
CAD giúp giảm thời gian và sai sót trong quy trình thiết kế bằng cách cho phép tạo ra các mô hình ảo, từ đó phát hiện và khắc phục lỗi trước khi tiến hành sản xuất thực tế.
2.2.2 Chức năng và ứng dụng của CAM
Lập trình gia công tự động thông qua CAM chuyển đổi mô hình thiết kế từ CAD thành mã máy, giúp điều khiển các máy công cụ CNC trong quá trình gia công Phương pháp này không chỉ giảm thiểu sai sót do con người mà còn nâng cao hiệu suất làm việc.
Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Tự động hóa quy trình sản xuất giúp tối ưu hóa tài nguyên và giảm thời gian sản xuất
2.2.3 Chức năng và ứng dụng của CNC Ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp
Máy CNC đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực sản xuất, từ cơ khí, ô tô, điện tử cho đến ngành y học.
Nhu cầu về sản suất và gia công hoàng loạt
3.1 Khái niệm sản xuất hàng loạt:
Quá trình sản xuất của doanh nghiệp có thể được phân loại thành nhiều loại hình khác nhau dựa trên các tiêu chí như số lượng và đặc điểm sản phẩm, cấu trúc sản phẩm, tính chất của quy trình sản xuất, cũng như mức độ tự chủ trong sản xuất của doanh nghiệp.
Sản xuất hàng loạt là một hình thức sản xuất quan trọng, được phân loại dựa trên số lượng sản phẩm và tính chất lặp lại của quy trình sản xuất.
Sản xuất hàng loạt là loại hình trung gian giữa sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng khối Cụ thể như sau:
Sản xuất đơn chiếc là hình thức sản xuất phổ biến trong các doanh nghiệp, nơi có nhiều chủng loại sản phẩm nhưng số lượng sản xuất cho mỗi loại lại rất hạn chế.
Quá trình sản xuất không lặp lại, thường được tiến hành một lần Thường mỗi loại sản phẩm người ta chỉ sản xuất một chiếc hoặc vài chiếc
Sản xuất hàng khối là phương thức sản xuất phổ biến trong các doanh nghiệp, nơi mà số lượng chủng loại sản phẩm ít nhưng khối lượng sản xuất hàng năm rất lớn.
Quá trình sản xuất ổn định, ít khi có sự thay đổi về kết cấu sản phẩm và yêu cầu kĩ thuật gia công sản phẩm
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Công nghệ cắt gọt kim loại là một phương pháp gia công phổ biến trong ngành chế tạo cơ khí, sử dụng các công cụ để loại bỏ các chi tiết từ vật liệu kim loại tấm hoặc thanh lớn Quá trình này giúp tạo ra các sản phẩm kim loại chính xác và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao.
Quá trình cắt gọt kim loại thường sử dụng máy cắt CNC lazer và các công cụ như máy tiện, máy phay, máy khoan, máy cưa và máy mài để tạo ra hình dạng và kích thước khác nhau Tùy thuộc vào mục đích sản phẩm, quá trình này có thể tạo ra chi tiết cơ khí nhỏ hoặc các bộ phận lớn như khung máy móc công nghiệp Việc lựa chọn máy công cụ phù hợp với từng loại vật liệu và công việc cụ thể là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong gia công Ngoài kim loại, các công cụ cắt gọt cũng có thể được sử dụng cho nhựa và gỗ.
1.1.1 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công cắt gọt so với những phương pháp gia công khác
Gia công cắt gọt là một kỹ thuật phổ biến trong ngành gia công kim loại, mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm Ưu điểm của phương pháp này bao gồm khả năng tạo ra sản phẩm có độ chính xác cao và bề mặt hoàn thiện tốt Tuy nhiên, nhược điểm của gia công cắt gọt là chi phí cao và thời gian gia công lâu hơn so với một số phương pháp khác Việc hiểu rõ những ưu và nhược điểm này sẽ giúp các nhà sản xuất lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất cho nhu cầu của họ.
- Gia công cắt gọt có thể tạo ra các chi tiết với độ chính xác cao khi sử dụng các công cụ cắt gọt chính xác
Phương pháp gia công này thường được áp dụng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như các bộ phận của máy bay và ô tô.
- Gia công cắt gọt có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu kim loại khác nhau
- Gia công cắt gọt có thể tạo ra các bề mặt chi tiết không đồng đều hoặc bị xước nếu sử dụng không đúng cách
- Quá trình gia công cắt gọt thường tốn thời gian và chi phí cao hơn so với các phương pháp gia công khác
Gia công cắt gọt yêu cầu kỹ thuật cao và kinh nghiệm dày dạn của người thợ, nhằm đảm bảo chất lượng tối ưu cho chi tiết sản phẩm.
Gia công cắt gọt có những ưu điểm và nhược điểm riêng so với các phương pháp gia công khác Khi được áp dụng đúng cách và kết hợp với các phương pháp gia công bổ sung, phương pháp này có thể mang lại hiệu quả cao và chất lượng sản phẩm tốt.
Trong công nghiệp hiện nay, có nhiều kỹ thuật cắt gọt được sử dụng phổ biến như sau:
1 Máy tiện: là phương pháp cắt gọt bằng cách đặt vật liệu kim loại trên trục quay và cho dao cắt chạm vào bề mặt để tạo ra các chi tiết có hình dáng và kích thước mong muốn
2 Máy phay: là phương pháp cắt gọt bằng cách đặt vật liệu kim loại vào bàn phay và sử dụng dao phay để tạo ra các chi tiết có hình dáng và kích thước mong muốn
3 Máy khoan: là phương pháp cắt gọt bằng cách đưa dao khoan chạm vào bề mặt vật liệu kim loại để tạo ra các lỗ hay ống đúc
4 Máy cưa: là phương pháp cắt gọt bằng cách đặt vật liệu kim loại trên bàn cưa và sử dụng lưỡi cưa để cắt thành các chi tiết với kích thước và hình dáng mong muốn
5 Máy mài: là phương pháp cắt gọt bằng cách đưa vật liệu kim loại vào mặt xem và sử dụng đá mài để loại bỏ các lớp kim loại dư thừa và tạo ra các chi tiết với độ mịn và chính xác Tất cả các phương pháp trên đều là kỹ thuật cắt gọt phổ biến được sử dụng trong công nghiệp để tạo ra các chi tiết có hình dáng, kích thước và độ chính xác mong muốn Các bước thực hiện gia công cắt gọt để đảm bảo độ chính xác và chất lượng chi tiết sản phẩm như sau:
1 Lựa chọn phôi kim loại đúng kích thước và chất lượng cần thiết cho sản phẩm
2 Lựa chọn và chuẩn bị công cụ cắt gọt phù hợp với sản phẩm, bao gồm máy tiện, máy phay, máy khoan, máy cưa và máy mài
3 Điều chỉnh máy móc và công cụ đúng cách, bao gồm độ sắc của dao cắt, tốc độ quay và áp lực cắt
4 Xác định vị trí cắt và đưa phôi vào máy móc cắt gọt đảm bảo an toàn trước khi thực hiện cắt
5 Thực hiện cắt gọt theo thiết kế và độ chính xác yêu cầu cho sản phẩm
6 Kiểm tra kết quả sau khi gia công để đảm bảo độ chính xác và chất lượng của sản phẩm đáp ứng yêu cầu cần thiết Qua việc tuân thủ các bước trên, việc thực hiện gia công cắt gọt sẽ đảm bảo độ chính xác và chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng tính an toàn cho quá trình sản xuất
2.Các phương pháp cắt gọt kim loại truyền thống
Tiện là một phương pháp gia công kim loại hiệu quả, trong đó quá trình cắt gọt được thực hiện nhờ sự kết hợp giữa chuyển động xoay tròn của phôi và chuyển động tịnh tiến của dao Chuyển động chính tạo ra lực cắt, trong khi dao di chuyển theo cả hai hướng: tiến dọc (Sd) và ngang (Sng), giúp tối ưu hóa quá trình gia công và nâng cao độ chính xác.
Khi thực hiện tiện trục trơn, chuyển động tiến dao ngang (Sng) bằng 0, trong khi chuyển động tiến dao dọc (Sd) có giá trị khác 0 Ngược lại, trong trường hợp tiện mặt đầu hoặc cắt đứt, Sd sẽ bằng 0 và Sng sẽ khác 0 Điều này cho thấy việc hiểu rõ các loại chuyển động tiến dao là rất quan trọng để thực hiện quy trình tiện hiệu quả nhất.
Hình 2.1 Hình ảnh minh họa gia công tiện
Tiện là một phương pháp cắt gọt kim loại phổ biến trong gia công cơ khí, chiếm từ 25 đến 35% tổng số nguyên công tại các xưởng gia công cơ khí toàn cầu.
*Đặc điểm của phương pháp tiện
Tiện là một phương pháp gia công cơ khí có phôi, tương tự như phay, và dựa trên hai chuyển động chính: chuyển động quay tròn của phôi và chuyển động tịnh tiến của lưỡi cắt.
THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG -QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.Phân tích chi tiết gia công
Hình 3.1 Hình ảnh hình chiếu trục đo chi tiết
Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết
1.2 Bề mặt cần phải gia công
Vật liệu của chi tiết
Chi tiết được làm bằng vật liệu nhôm
Giới hạn bền kéo : 75 N/mm 2
Giới hạn chảy : 20N/mm 2 Độ giãn: 18
Tính chất hóa, lý đáp ứng chức năng phục vụ công nghệ chế tạo
Chế tạo phôi bằng phương pháp đúc, cưa, phay, doa, khoan
2.Xác định dạng sản xuất
Sản lượng chi tiết cần chế tạo
Số lượng chi tiết cần gia công trong một năm được tính theo công thức
N: là số chi tiết sản xuất thực tế trong một năm
N1: Là số chi tiết theo kế hoạch năm, chọn 5000 sản phẩm α : là số % phế phẩm (1-3) chọn 2 β : là số chi tiết tạo thêm để dự trữ (2-5) chọn 4
100) = 5300 sản phẩm Khối lượng chi tiết
Khối lượng chi tiết được tính theo công thức
Q: là khối lượng chi tiết (kg) V: là thể tích chi tiết (dm 3 )
𝛄: khối lượng riêng của vật liệu Khối lượng của chi tiết
Thể tích của chi tiết
Bảng 1 :Bảng tra dạng sản xuất
Dạng sản xuất Trọng lượng chi tiết Q
>200kg 4 – 200kg