DAI HOC BACH KHOA TP HCM
TIEU LUAN LY THUYET GIA CONG KIM LOAI
NANG CAO
GVHD: PGS.TS TRAN DOAN SON NHOM THUC HIEN:
TRAN THAI NGUYEN - MSHV: 91104003 TRAN HOANG PHONG - MSHV:1140395 QUANG NHUT TRUNG - MSHV:11040404 NGUYEN HOANG VU_ - MSHV:10040431
TPHCM, Ngày 26 tháng 10 năm 201 1
Trang 2NỘI DUNG Phan 1: Qui trinh ché tao dung cu phu IL Giới thiệu về dụng cụ cắt có lớp phủ 1 Giới thiệu 2 Cấu tạo 3 Một số dụng cụ phủ điển hình II Các loại lớp phủ dụng cụ
HI Qui trình chế tạo dụng cụ phủ
Trang 3I Giới thiệu về dụng cụ cắt có lớp phủ: 1 Giới thiệu: Sự phát triển về khoa hoc và công nghệ kết hợp với việc cạnh tranh kinh tế đã đặt ra những yêu cầu cao trong việc lựa chọn dụng cụ cắt Đề thỏa mãn nhu cầu đó người ta tiến hành tìm kiếm những dụng cụ vật liệu mới bằng cách thử nghiệm rất nhiều vật liệu khác nhau Những vật liệu ( ak À 1, Thép cacbon 13 Carblde phủ(GC)
J 2 Thép cao tốc (HSS) 14 Kim cương đa tỉnh thể
3 hợp kim cúng 15, Cu ble boron nitride (CBN)
' 4, Thép cao tốc tiên tiến 16 Carblde phủ đa lớp 5 Carblde dùng cho gang 17, Carblde phủ đùng cho khoan 6 Carblde dùng cho gang thép 18, Carbide phủ dùng cho phay
7 Mai dao carbide thiéu két 19 Carblde phủ dùng cho thép không gỉ
8, Gốm (CC) 20 Coronlte (N) 9, Kim cương tổng hợp 21 Gốm kim loại tiên tiến 10, Carbide thiêu kết tiên tiến 22, Carbide phủ dùng cho cắt ren
3 11 Gốm kim loại 23 Carblde phủ thế hệ mỏi
12, Carbide thiéu kết có nhu cấu 9 17 1Ð 1112 13 1014 1510xs 8 78 | 16 (181820 2y 22 23 —— —————— LỊ 7 : Jt mm Uy |Ên n n n n ñ n n n n U U Ư U Ư Ư U U Ụ Ư 1800 1910 1920 1930 1940 1980 1960 1970 1980 1990 Hình 1 Sự phát triển các thế hệ dụng cụ cắt
dụng cụ cắt mới đã được phát minh ra trong quá trình thí nghiệm là kết quá nỗ lực lien tục
của hang nghìn thợ lành nghề, của các nhà sang chế, các nhà công nghệ, các kỹ sư ; sự
phát triển ấy được ví như quá trình tiến hóa trong sinh học
Từ biểu đồ ta thấy, việc gia công một chỉ tiết vào năm 1900 mắt quá nhiều thời gian so
với bây giờ Nguyên nhân là do việc cải tiến vật liệu dụng cụ là nhân tô góp phần tạo nên hiệu quả và năng suât
Một trong những đột phá trong sự phát triển dụng cụ cắt vào cuối những năm 1960, việc phát triển ra cacbide thiêu kết với một lớp phủ rất mỏng cacbua Lớp cacbua titanium với d6 day vai micromet nhưng nó làm thay đổi đặc tính của dụng cụ cắt so với vật liệu không phủ thì nó tăng lên đáng kể, tăng tốc độ cắt lẫn tuổi thọ của dụng cụ
Trong những năm gần đây, công nghệ phủ được sử dụng rộng rãi cho các dụng cụ như:
khoan, ta rô, phay trong gia công thép và gang Vật liệu phủ chính là carbide titanium
(TiC), titanium nitride (TiN), Oxyt nhém (A1203), Titanium cacbide nitride (TiNC) 1a cac
Trang 42 Cấu tạo: Lớp phủ 1 / Lop phil 2 Lớp phủ 3 Lop phủ 4 Vật liệu nền BED aes ‘
Hinh 1, Manh hop kim cé nhieu lop phu Hinh 2 Manh hop kim co 2 lop phủ
Sự cải tiến về sự liên kết giữa các lớp phủ và vật liệu nền khác nhau đã đưa đến một thé
hệ mới của cacbide thiêu kết phủ Chúng là một, hai, ba thậm chí nhiều lơp hơn, mỗi lớp
phủ có một tính chất và công dụng nhất định 3 Một số dụng cụ phủ điển hình
- Manh hop kim dao tiện phủ nhôm — oxit (AI203) có 2 lớp phủ + lớp phủ trên cùng là nhôm — A12O3
+ Lớp phủ trung gian là Titan —
Cacbide — Nitride (TiCN) , , Al:O: đánh bóng + Lớp cuôi cùng là Cacbide thiêu kêt
- Manh hop kim dao tién phu Al:O; nhôm - oxit AlI2O3 có 3 lớp phủ TICN
Trang 5II Các loại lớp phủ dụng cụ: ` S coat - Lép phi TiN (Titanium nitride): cho các ứng dụng phổ thông Phù hợp với các ứng dụng: - Cat thép
- Đột dập và tạo hình (khi làm các chất liệu có độ cứng thấp)
- Khuôn thôi nhựa
- Ống bơm của bơm phun diesel - Thiết bị y tế
s*.C coat— Lớp phủ T¡CN (Titanium carbon nitride): chống mài mòn trong những điều kiện gia công thô
Lớp phủ T¡CN được phân loại bởi tính bền cao và độ cứng cực độ Các dụng cụ được phủ đều mang tính bền mòn vượt trội Hệ số ma sát thấp bảo vệ chống lại sự hàn nguội TICN không được đề
xuất cho những ứng dụng ở nhiệt độ cao do nhiệt độ vận hành cực đại tương đối thấp Việc gia công ren và một số ứng dụng trong
phay là sự phù hợp nhất
Phù hợp với các ứng dụng:
- Phay (có dung dịch làm mát, tốc độ cắt trung bình)
- Taro cắt ren, ép ren
- Đột, đục lỗ với tính cơ học cao
- Tạo hình với hợp kim sat va thép mangan
- Khuôn thổi nhựa (dung dịch tan chảy có chất mài mòn hoặc hàm lượng sợi thuỷ tỉnh cao) ` A coat — Lép phi TiAIN (Titanium aluminium nitride) :
Chống nhiệt và sự mài mòn
Mối quan hệ tối ưu hóa giữa ứng suất nén và độ cứng của lớp phủ v
Trang 6dụng cụ gia công cắt gọt Sự chống ăn mòn hóa chất và cách nhiệt cho phép cắt khô và cải thiện về độ bền uốn Độ rắn cao của lớp phủ đơn này mang đến sự bảo vệ vượt trội chống
lại sự mài mòn và sự ăn mòn Phù hợp với các ứng dụng:
- Những dụng cụ hợp kim cứng và thép gió làm việc ở nhiệt độ cao (Khoan, tiện, cắt khô,
gia công tốc độ cao)
Khuôn phun ép nhựa (khuôn với bề mặt có kết cấu, sự gia công kim loại nóng chảy với
cốt sợi thủy tỉnh)
- Các chỉ tiết động cơ đốt cháy
s* Lớp phủ Super-ATM : tối ưu hóa cho gia công tốc độ cao và vật liệu cứng
Độ cứng, khả năng chống oxy hóa và sự ổn định nhiệt của lớp phủ Super-A là tối ưu hóa
cho các ứng dụng trong gia công cơ khí tốc độ cao và vật liệu cứng Thậm chí khi làm với những chất liệu cứng và độ bền cao, lớp phủ mang đến sự bảo vệ chống lại sự đính và mài mòn trên nhiều dải tốc độ cắt Đặc tính ma sát thấp làm giảm lực cắt hiệu quả
Phù hợp với các ứng dụng:
- Gia công vật liệu khó (hợp kim titan, inconel)
- Độ cứng gia công > 52 HRC
- Gia công tốc độ cao
- Dao phay ngón hợp kim cứng
* Lớp phủ Nano-ATM: Lớp phủ vi mô chịu nhiệt và chống ăn mòn
Lớp phủ PVD mới nhất của Guhring là Nano-A Nó là lớp phủ đa lớp kết hop TiAIN va
AITiN trong cấu trúc một lớp vi mô mang tính chống ăn mòn và cứng hơn Do đó lớp phủ
T¡AIN có nhiệt độ oxy hóa xấp xỉ 1,650oF và độ rắn được tăng lên 3,800 (HV 0.05) Cấu
trúc lớp vi mô của nano-A tạo ra sự lựa chọn tốt hơn cho những ứng dụng thông thường của ALTiN, như là thép và vật liệu có độ cứng lớn hơn 45HRC Mặt khác kết quả thử nghiệm cũng chỉ ra rằng Nano-A cũng là lớp phủ tốt nhất cho
Trang 7- Dụng cụ cắt hợp kim cứng sử dụng cho thép hợp kim, thép không rỉ, vật liệu hang không vũ trụ (khoan, phay, tiện)
* F coat —- Lép pha FIREX® : chịu nhiệt và chống mài
mòn nhiều lớp
FIREX là lớp phủ đa lớp, lớp phủ này cung cấp khả năng chống
va chạm của lớp phủ TiCN cộng với khả năng chống nhiệt của lớp
phủ T¡AIN Lớp phủ vạn năng này đã được phát triển ban đầu cho
gia công khô nhưng sau đó đã trở thành lớp phủ chống nhiệt phố
biến nhất FIREX là sự kết hợp đa lớp của lớp phủ TïN và TiAIN nó cung cấp sự ổn định
về nhiệt và sự chống mài mòn ở cả nhiệt độ cao và những ứng dụng không phát sinh nhiệt lớn Phù hợp với các ứng dụng: - Dụng cụ cắt hợp kim cứng và thép gió cô ban (khoan, phay, tiện) - Chày đột dập - Chỉ tiết chịu mòn
- Dao phay lăn răng, dao chuốt
s* Lớp phủ Nano-FIREX® : Thế hệ mới nhất của FIREX
Lớp phủ FIREX là lớp phủ PVD cứng có sự kết hợp tính chịu mòn và chống nhiệt của
T¡AIN với khả năng của lớp phủ thông dung van nang TiN, tat ca trong một cấu trúc đa lớp
TiAIN trong cấu trúc gia tăng nhiệt độ oxy hóa (nhiệt độ mà lớp phủ kết hợp với oxy trong
không khí và bị phá vỡ), hay nhiệt độ vận hành lên tới 1,470oE Nhiệt độ này cao hơn nhiều
so với TICN - có nhiệt độ oxy hóa 840oF Đặc tính khác của lớp phủ TiAIN là ở nhiệt độ
cao lớp phủ sẽ có độ cứng bề mặt sắp xi 3,300 (HV 0.05), gấp hơn 3 lần độ cứng của TiCN Cấu trúc đa lớp két hop TiAIN voi TiN cải thiện khả năng chịu mài mòn và va đập mà sẽ
không có ở những lớp phủ một lớp hay lớp phủ đơn tiêu chuẩn
Lớp phủ Nano-FIREX® của Guhring có thành phần TiAIN/TiN giống như lớp FIREX
Trang 8hợp hơn với cùng một độ dày phủ so với lớp FIREX ban đầu Điều này làm tăng các đặc
tính bảo vệ, đặc biệt trong các ứng dụng có va đập là chủ yếu Phù hợp với các ứng dụng:
- Dụng cụ cắt hợp kim cứng và thép gió cô ban (khoan, phay, tiện) - Chày đột dập
- Chỉ tiết chịu mòn
- Dao phay lăn răng, dao chuốt
* M-coat— Lớp phủ MolyGlide® ( trên nền MoS 2) : Giảm sự bám dính chất liệu
Lớp phủ MolyGilide, với hệ số ma sát thấp, đặc tinh trot cao, được
triển khai chủ yếu giảm bớt tính bám dính (mài mòn, bán dính, hàn
lạnh) và cũng có thể chịu được gia công thiếu sự bôi trơn hoặc chạy
khô.Nó chủ yếu chống được hiện tượng bề mặt mỏi (ăn mòn điểm) à « và sự ô xi hóa tribo (sự ăn mòn ma sát) thường được gọi là like” teflon- Phù hợp với các ứng dụng:
- Đột đập và tạo hình (ít chất bôi trơn hoặc làm việc khô) - Phun ép nhựa (chạy khô các dụng cụ chuyển động)
- Banh răng, vòng bi có mức độ áp lực bề mặt cao
- Thành phần chính xác, chủ yếu động cơ đốt trong
- Hệ thống mà không cần bôi trơn (làm sạch phòng công nghệ)
- Công nghệ chất lỏng
Trang 9II Qui trình chế tạo dụng cụ phủ:
(Insert Manufacturing
Trang 13
Bước 4: Với insert gồm hay CBN, phái mài sửa lưỡi để tăng cứng Insert Edge Reinforcement R +l* y Honed edge T-Land | ¬ả Carbide Ceramic Cermet Some ceramic > +1“ \ oe \ K-Land eer S-Land R ¬ẩ Ceramic for CBN Some ceramic roll turning
Bước 5: Với 1 số kiểu insert, phải vê tròn phan lưỡi cắt để tăng cứng
Insert Edge Rounding
Trang 14
Bước 6: Phủ insert, với nhiều lớp phủ khác nhau Insert Coating #4 Có hai phương pháp phủ là PVD & CVD 1 Phủ PVD là gì?
Phương pháp bay hơi lắng đọng vật lý (PVD) là một thuật ngữ dùng để diễn tả một tập hợp các
quá trình phủ một lớp màng mỏng được thực hiện dưới điều kiện chân không (107 đến 10 Torr)
Các quá trình này bao gồm sự phát ra các ion dương của nhiều kim loại khác nhau Các ion kim
loại này tác động với các ion của khí gas tạo ra các hỗn hợp khác nhau Kết quá là tạo ra mối liên
kết cơ học giữa lớp màng phủ với nền
2 Phủ CVD là gì?
Phương pháp bay hơi lắng đọng hóa học (CVD) là tạo ra một lớp màng mỏng nhờ liên kết dưới dạng khuếch tán, là kết quả của phản ứng giữa các pha khí với bề mặt được nung nóng
San phim cudi cùng được tạo ra là một lớp màng phủ cứng và chịu mài mòn có liên kết rất mạnh
với vật liệu nền CVD nhiều khi cúng được gọi là phương pháp phủ nóng, bởi các quá trình được
thực hiện ở nhiệt độ 1900°F
Với lý do đó, các quá trình xử lý nhiệt chân không, phủ bề mặt cũng được phát triển cho các
phần tử làm bằng thép dụng cụ
3 Tại sao phải sử dụng phủ PVD và/ hoặc CVD
Chưa quan tâm tới các ứng dụng cụ thé, ly do chính để sử dụng PVD và/hoặc CVD hết sức đơn
Trang 15Bài toán tiết kiệm chỉ phí được xác định dễ dàng như sau:
Giảm thời gian gia công, thời gian thay dụng cụ + Tăng tốc độ gia công = Tiết kiệm 4 Phú PVD & VCD nâng cao tuổi thọ và hiệu suất dung cu
Mặc dù mỗi phương pháp phủ khác nhau có những đặc tính khác nhau, để đánh giá hiệu quả đối với mỗi ứng dụng riêng thì có 2 đặc trưng chính được chọn làm cơ sở, đó là: Độ cứng và Ma sát Vật liệu Thép dụng | HSS Hợp kim | PVD & 1 ng IVD Độ cứng (HRC) | 58 - 62 62 - 65 70 - 76 >80
So với dụng cụ có nền không phủ thì việc phủ có hệ số ma sát nhỏ hơn nhiều Đối với các dung cụ tạo hình biến dạng, hệ số ma sát thấp cũng có nghĩa là sẽ làm giảm áp lực tác dụng Trong ứng dụng các dụng cụ cắt, giảm hệ số ma sát sẽ làm giảm sự phát sinh nhiệt trong quá trình gia công, do đó làm chậm quá trình phá hủy lưỡi cắt Còn trong các ứng dụng có ma sát trượt, lớp phủ có xu
hướng làm giảm sự bám dính của vật liệu cho phép quá trình di chuyên tương đối ít bị hạn chế hơn
5 Mức độ nâng cao tuổi thọ dụng cụ sau khi phủ PVD & CVD
Theo các đánh giá sơ bộ, tuổi thọ dụng cụ khi phủ thường gấp từ 2 -3 lần so với khi không phủ Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ứng dung cu thé còn cho thấy tuôi thọ có thế tăng gap 10 lan
6 Độ dày trung bình lớp phủ
Dộ dày trung bình lớp phủ PVD là 2 - 5mm và của CVD là 5 - 10mm
7 Nhiệt độ quá trình phủ
Nhiệt độ quá trình phủ PVD 1a tir 200 - 750°F
Con nhiét d6 cho qua trinh phu CVD 1a 1900°F, vi vậy một số thép dụng cụ sẽ bị tôi trong quá
trình phủ
Sau khi phủ sẽ phải xử lý nhiệt chân không cho các thép dụng cu dé dat được độ cứng yêu cầu 8 Các vật liệu phù hợp cho phủ PVD & CVD
Thép gió (HSS), hợp kim cứng, và nhiều thép dụng cụ khác có thể được sử dụng để phủ cả PVD va CVD
9 Thoi gian phi PVD va CVD
Chu kì phủ trung bình của PVD là từ 3 - 5 ngày, và từ 5 - 7 ngày đối với CVD Với một số loại
Trang 19Phan 2: TINH KINH TE KHI TIEN MAT TRU NGOAI
2.1 Chon lượng chạy dao
Trong gia công tỉnh, việc chọn lượng chạy dao phù hợp sẽ cho một bề mặt được chấp nhận Trong trường hợp này việc chọn dựa theo người thiết kế đưa ra những yêu cầu đặc biệt
đối với bề mặt sau khi gia công
Trong kế hoạch gia công thô, việc chọn lượng chạy thích hợp là cần thiết trước tiên để
xem xét những ảnh hưởng của tốc độ cắt và lượng lượng chạy dao dựa vào tuổi thọ của dụng cụ cắt
Nếu thay đổi tốc độ cắt thì không ảnh hưởng đến thông số hình học của quá trình gia
công, cũng không ảnh hưởng đến việc tiêu thụ năng lượng mà nó ảnh hưởng đến nhiệt cắt sinh ra trên dao.Vì thế việc thay đổi giá trị vận tốc cắt hoặc lượng chạy dao sẽ ảnh hưởng đến nhiệt
cắt của dao
Tuy nhiên, việc tăng lượng chạy dao sẽ không ảnh hưởng đến tốc độ trượt tương đối tại
bề mặt làm mòn của dao, ngược lại tốc độ trượt sẽ thay đổi theo tỉ lệ với vận tốc cat Vi sự mòn dao là kết quả của nhiệt cắt và vận tốc trượt tương đối Sự mòn dao gia tăng nếu tăng vận tốc cắt và sẽ dẫn đến kết quả là tuổi thọ của đao giảm so với việc gia tăng lượng chạy dao
Nhìn chung, trong gia công thô chỉ phí sản xuất tăng để trả cho việc tăng lượng chạy dao hơn là trả cho việc gia tăng tốc độ cắt, do việc tăng lượng chạy dao sẽ làm tăng lực cắt trong khi việc tăng tốc độ cắt thì không Vì vậy tồn tại một giới hạn trong việc gia tăng lượng chạy dao và phụ thuộc vào khả năng chịu đựng lực cắt lớn nhất của dụng cụ cắt trên máy công cụ Một nguyên tắc đưa ra việc chọn những điều kiện cắt tối ưu trong gia công thô là lượng chạy dao
luôn được đặt tại giá tri lớn nhất có thẻ
2.2 Chọn tốc độ cắt
Hai tiêu chí khác biệt có thể được dùng trong việc chọn vận tốc cắt cho một qui trình gia
công là: chỉ phí sản xuất nhỏ nhất và thời gian sản xuất nhỏ nhất Việc chọn tốc độ cắt tốt nhất sẽ cho giá thành nhỏ nhất
Xem xét quá trình gia cơng tiện trụ ngồi Trong trường hợp này, thời gian tiêu tốn cho
người vận hành và máy trong một lô sản xuất có N; chỉ tiết có thể được chia thành ba loại:
1 Thời gian không sản xuất Not trong dé t, thoi gian mắt đi để đặt chỉ tiết lên và lấy chỉ tiết xuống và quay chỉnh đao đề bắt đầu cắt
2 Tổng thời gian gia công Nuim trong đó tm là thời gian gia công cho một chi tiết
Trang 20Nếu M là tổng chỉ phí cho người vận hành và máy (gọi chung là chỉ phí phải trả), Thì chỉ phí
tổng cộng là
M(Npti + Notm + Nites) (1)
Để tính chỉ phí này, phải cộng thêm vào chỉ phí mua các dụng cụ đã str dung N,C, trong đó N số lượng dao sử dụng C, là giá của mỗi dao Chỉ phí sản xuất trung bình cho mỗi chỉ tiết
có thể viết:
C,, = Mt, +Mt,, TM a Ne (2)
b b
Dai lượng đầu tiên trong công thức này là chỉ phí không sản xuất, không thay đổi cho quá trình gia công đặc biệt Đại lượng thứ hai là chi phí gia công, chi phí này giảm khi gia tăng tốc độ cắt với lượng chạy dao không đổi Các đại lượng cuối là những chi phí về dụng cụ,
chúng sẽ tăng khi gia tăng tốc độ cắt
Để tính toán số đao dùng trong một loạt gia công các chỉ tiết, điều cần thiết là phải biết mối quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi bền của đao Biểu đồ Taylor”s đã chỉ ra mối quan hệ này núÏ > Ta có: Trongđó v: tốc độ cắt t: tuổi bền đao ": hằng số
t„: tuổi bền đao tương ứng với một tốc độ cắt v,
Giá trị t, được tìm thấy bởi kinh nghiệm của việc gia công hoặc từ bảng kê đã thiết lập Hệ số n phụ thuộc vào vật liệu làm dao
Đối với thép gió: n= 0.125
Trang 21Đối với vật liệu ceramic (gốm sứ): 0.5 < ø < 0.7
rat (2) v (4)
Cần chú ý rằng theo truyền thống phương trình tuổi bền dao của Taylor được áp dụng trong đơn vị đo Anh từ phương trình
Tuổi bền t cuả dao:
vt" =C (5)
Trong đó v được tinh bằng feet/phút, t được tính bằng phút, và C là tốc độ cắt cho 1 phút tuổi bền dao, đơn vị đo là feet/phút Từ phương trình (3) ta được v„ (1minÌ rắn) ° Suy ra Imin )’ Co (=| @
Trang 22flà lượng ăn dao
Mối quan hệ giữa chỉ phí sản xuất và tốc độ cắt dựa vào sự thay thế các biểu thức (8) và (9) vào biểu thức (2): K C„ =Mi, + MKY” + Sin, (Mt + C, yore (10) ror Dé tim téc d6 cat v, cho chi phi nhỏ nhất vou " Me] 1-n Mt, +C, (11)
Công thức (11) chỉ ra rằng tốc độ tối ưu là độc lập với cỡ lô sản xuất và liên quan đến
thời gian không sản xuất
Để tốc độ cắt cho chỉ phí sản xuất lớn nhất (thời gian sản xuất nhỏ nhất) tính toán tương
tự đã trình bày như trên
Trong trường hợp này, điểm đặc trưng của biểu thức (2) đưa ra thời gian sản xuất trung bình cho một chỉ tiết là: N, te =t Hy tay tụ (12) Thay thế các biểu thức (8), (8) vào (12) ta được tốc độ cắt v„ cho thời gian sản xuất nhỏ nhất nữ = ae 13 “ tat | (13) 2.3 Tuổi thọ dụng cụ cắt dé chỉ phí thấp nhất và thời gian sản xuất nhé nhat
Trong viêc thực hiện phân tích các qui trình gia công nếu chọn các biểu thức thích hợp sẽ cho tuổi bền dụng cụ tối ưu cho chi phí thấp nhất t, va tuổi bền dụng cụ tối ưu cho thời gian sản
xuất nhỏ nhất tp
te tuổi bền của dụng cụ cho chi phí thấp nhất
Trang 23Từ các biểu thức (11), (13), (4) biến đổi ta được:
1—n C
=—" 142 14
t, n Ga (14)
= q5)
Trong thực tế hệ số (1-n)/n = 7 cho thép gió, 3 cho thép hợp kim, 1 cho vật liệu ceramic với các
Trang 24Từ các biểu thức trên, để tính toán ta phải biết trước thời gian thay dao ty, chi phí mua
dụng cụ cắt Cụ, chỉ phí máy và người vận hành M và tốc độ cắt v, ứng với tuổi bền t, của một dao riêng biệt
2.4 Sự ước tính các hệ số cần thiết để xác định các điều kiện tốt nhất
Chi phí máy móc và chi phi cho người vận hành bao gồm định mức phải trả cho người vận hành kết hợp thêm chỉ phí phụ cho công việc và định mức hao mòn của máy công cụ kết
hợp thêm chỉ phí phụ khi sử dụng nó Và công thức được áp dụng trong hầu hết các trường hợp la:
M = Wo + (phan trăm chi phi phụ của người vận hành/100)Wo
+M, + (phần trăm chỉ phí phụ của máy/100)M, (23)
Trong đó
Wo: dinh mức tiền lương của người vận hành
M¿ định mức hao mòn của máy công cụ
Phần trăm chỉ phí phụ của người vận hành có thể từ 100% đến 300%
Chỉ phí phụ của máy bao gồm chỉ phí cho công suất tiêu thụ, chỉ phí bảo dưỡng máy
móc, và có khả năng sẽ có chỉ phí chuẩn độ lại máy Chu kỳ có thể là 2 đến 10 năm tùy thuộc
vào loại máy Định mức hao mòn của máy được tính bởi:
M, = chỉ phí máy ban đầu/(số giờ làm việc trong một năm* thời gian khấu hao) (25)
Phương pháp được sử dụng để dự đoán chỉ phí của dụng cụ sẽ phụ thuộc vào loại dụng cụ sử
dụng Đối với các dụng cụ có thể mài lại ta có thể dự đoán chi phí cho một cạnh sắc của dao:
C, = chỉ phí mài + giá của dụng cụ/số lần trung bình có thể mài lại (26)
Đối với dụng cụ có sử dụng miếng ghép chỉ dung một lần thì C được tính theo phương trình: C, = giá của miếng ghép/số cạnh cắt trung bình trên mỗi miếng ghép
+ giá của thân dao/số cạnh cắt sử dụng trong tuổi thọ của đao (27) Thời gian thay dao tạ đối với dụng cụ có sử dụng miếng ghép là:
tạ = thời gian quay mặt dao* (số cạnh cắt trung bình trên một miếng ghép — 1)/ số cạnh cắt
Trang 25Ví dụ về tỉnh kinh tế trong gia công tiện mặt trụ ngoài
Có một xưởng nhận gia công thô một lô lớn các trục thép được tiện thô với đường
kính chỉ tiết đ„=30mnvà chiều đài được tiện là ¡,=100mm với lượng ăn đao là
ƒ=0,15mm Một dao cắt bằng dao phủ Titan được dùng và các hằng số thích hợp trong
biểu thức Taylor cho cho tuổi bền cùng những điều kiện đã thuê mướn là như sau: n =
0,25, v; = 6,09 m/s khi t, = 60s (C = 1200 ft/min) Chi phi ban đầu của máy là 150000000 VND và được khấu hao trên 6 năm Tiền lương của công nhân sẽ được giả thuyết là 4,2
triệu đồng/tháng (Wạ= 7 VND/s), và chi phí phụ cho người vận hành và máy là 150% Thời gian thay dao và cài đặt trên máy là 300s, chi phí cho việc mài dao là 15000 VND
Giá ban đầu của dao là 350000 VND, và trung bình nó có thê được mài lại 8 lần, thời
gian thay dao tc, = 350s Cuối cùng, thời gian không sản xuất cho mỗi chỉ tiết là ¡, =150s 1 Định mức cho máy và cho người vận hành M:
Nếu máy được dùng 8 giờ/ ngày, 5 ngày/ tuần, và 50 tuần/ năm, thời gian làm việc mỗi năm sẽ là 7,2 Ms (7 x 10° s) Chỉ phí khấu hao của máy áp dụng công thức (25) là: M,= 150000000 =3,4722VND/s 7,2.10°.6 Vì vậy chi phí cho người vận hành và máy áp dụng công thức (24): M=7+ 150, +3,4722+ 150 3 4900 = 26,18VND /s 100 100 2 Chi phi để cung cấp một lưỡi cắt sắc nhọn C;: áp dụng công thức (26) 350000 Œ, =15000+ =58750VND
3.Tuôi bền của dao t, và tốc độ cat v dé cho chí phí nhỏ nhất và tuổi bền t„ và tốc
độ cắt vụ để thời gian sản xuất là nhỏ nhất Vì vậy từ công thức (20) tuổi bền của dụng cụ
Trang 26v„=vw| “| = s0 sa) =1,772m/s aa P 350
Tùy thuộc vào các điều kiện đưa ra hoặc là các tính kinh tế của sự vận hành hoặc
là thời gian sản xuất thì được ưu tiên, nhìn chung phải được xem xét với bất kỳ tốc độ cắt nào giữa v, va v, sé đưa đến tính hiệu quả trong gia công Vì đa số các máy công cụ được
sản xuất với sự chọn lựa có giới hạn các vận tốc trục chính, một tốc độ trục chính sẽ
được chọn cho một tốc độ cắt trong phạm vi này, có lẽ hầu hết tốc độ của trục chính đã chọn sẽ cho một tốc độ cắt gần với tốc độ cắt cho chỉ phí nhỏ nhất
4 Điều thật sự quan tam dé tinh toán chỉ phí cho một chỉ tiết và thời gian sản xuất tương ứng với hai tiêu chí là chi phí nhỏ nhất và thời gian sản xuất nhỏ nhất
a) Tinh toán chỉ phí nhỏ nhất theo v,
Thời gian tiêu tốn ít nhất để gia công một chỉ tiết z„ được cho bới công thức (9): ¿— 4,4, _ z.30.10 3.100.107
„ v ƒ 0,436.0,15.102 =1445 = 2,4 phút
2594
** =18 chi tiét, va ti sé 144
Khi tuổi bền dao là 1, = 2594s, mdi dao sé gia cong
N/Np = 1/18 Vi vay, chi phi cho mỗi chỉ tiết là: + Chỉ phí không sản xuất: M 1, =26,18.150 = 4020VND + Chi phí gia công: M z„ =26,18.144=3859VND + Chi phí dao cắt a (Mt,,+C,)= a (26,18.350 + 58750) = 3773VND b Do đó chỉ phi tổng cộng: C„„ =11373VND Thời gian sản xuất được tính theo công thức (6.12) Vì vậy thời gian cho mỗi chỉ tiết là:
+ Thời gian không sản xuất : t, =150s
+ Thời gian gia công: t„ =144s
+ Thời giant thay dao: Nhấn = ¡g250 =19,44s
b
Do đó thời gian sản xuất tổng cộng là: t„„ =313s=5.2 phút
b Tính thời gian sản xuất nhỏ nhất theo vp
Thời gian tiêu tốn ít nhất để gia công một chỉ tiết z„ được cho bới công thức (9):
¿ 44,1, _ 230.107.100.107 H =—=35s =0,6 phút
Trang 27Khi tuổi bền dao là z„ =350s, mỗi dao sẽ gia công = =10chi tiét, va ti sé N/Ny =
1/10 Vi vay, chi phí cho mỗi chỉ tiết là:
+ Chi phí không sản xuất: M t, =26,18.150 = 4020VND
+ Chi phí gia công: M t,, = 26.18.35 =916VND + Chỉ phí dao cắt a (Mt, +C,)= m (26.18.350 + 58750) =6791VND b Do đó chỉ phí tổng cộng: C,, =11772VND Thời gian sản xuất được tính theo công thức (6.12) Vi vậy thời gian cho mỗi chi tiết là:
+ Thời gian không sản xuất : t, =150s
+ Thời gian gia công: t„ =35s
+ Thời giant thay dao: ate = 53 = 35s
b
Do đó thời gian sản xuất tổng cộng là: 1,, = 220s =3.7 phút
Nhận xét: dựa vào ví dụ trên ta có thể thấy rằng tốc độ cắt tăng thì thời gian gia