tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG ARM DOOR LINK trên máy trung tâm gia công CNC makino s33 đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất

Xuất phát từ đòi hỏi thực tế đó, em mạnh dạn chọn đề tài “Tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC Makino S33 đảm bảo thời

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Phú Hoa Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thái Hòa

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phú Hoa, Phó Viện

TrưởngViện Nghiên cứu phát triển Công nghệ cao về Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, thầy hướng dẫn và định hướng đề tài, sự hướng dẫntận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình làm luận văn

Tôi bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo trong Khoa sau đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình học và viết luận văn

Xin trân thành cảm ơn các đồng chí lãnh đạo công ty TNHH Nippo

Mechatronics Việt Nam Khu công nghiệp Nội Bài-Sóc Sơn Hà Nội đã ủng hộ về tinh thần và tạo điều kiện cho tôi về thời gian để tôi có thể hoàn thành bản luận văn của mình

Tôi xin cảm ơn ban quản đốc phân xưởng gia công khuôn mẫu của công ty, đồng chí Linh Ngọc Hải- trưởng phòng gia công khuôn mẫu vè sự tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi tiến hành thí nghiệm tại phòng gia công khuôn

Tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn các bạn đồng nghiệp và gia đình đã ủng hộ động viên tôi trong quá trình làm luận văn

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự dóng gopd ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, vật liệu nhựa đang dần thay thế các vật liệu truyền thống khác như sắt,

nhôm, gỗ để trở thành vật liệu phổ biến và chuyên dụng trong tất cả các nghành từcông nghiệp nhẹ đến công nghiệp nặng và công nghiệp hàng không vũ trụ Có đượcnhững bước phát triẻn đó là do nó có nhiều tính năng và ưu điểm vượt trội so vớicác vật liệu khác như khả năng dễ tạo hình, dễ gia công, nhẹ,vật liệu dễ kiếm, có độbền và dẻo dai, chống được các va đập, chịu được ăn mòn về hoá học hay ôxi hoá

do môi trường, có khả năng cách điện, cách nhiệt vv và đặc biệt là có khả năng táichế, tái sử dụng được nhiều lần [17] Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nghành giacông ép nhựa cũng không ngừng phát triển và hiện nay đang là một trong nhữngnghành công nghiệp tiềm năng Trong khoảng gần 10 năm trở lại đây, sự chuyểngiao công nghệ, kỹ thuật tiên tiến từ các công ty, tập đoàn nước ngoài vào nước tangày càng mạnh mẽ và không ngừng gia tăng càng làm tăng thêm tốc độ phát triểncủa lĩnh vực gia công ép nhựa của nước ta

Để đáp ứng được yêu cầu của nghành ép nhựa thì công việc gia công khuôn mẫu

ép nhựa cũng luôn luôn phát triển nhằm chế tạo ra các khuôn ép nhựa đảm bảo yêucầu kỹ thuật với giá thành rẻ nhất Muốn đảm bảo được vấn đề đó thì việc gia côngkhuôn (nhất là gia công lòng khuôn) phải được thực hiện với chế độ cắt tối ưu [2]

Xuất phát từ đòi hỏi thực tế đó, em mạnh dạn chọn đề tài “Tối ưu chế độ cắt

khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC Makino S33 đảm bảo thời gian gia công nhỏ nhất” để

nghiên cứu Chi tiết CRG-ARM-DOOR-LINK là một chi tiết có chức năng như lẫyđóng mở cửa của phần thân máy in laser của hãng Canon được gia công bằngphương pháp ép nhựa trên khuôn đúc CRG-ARM-DOOR-LINK Khuôn đúc CRG-ARM-DOOR-LINK được gia công và chế tạo tại trung tâm gia công khuôn củacông ty liên doanh với Nhật Bản là công ty TNHH Nippo Mechatronics Việt Nam

(Khu công nghiệp Nội Bài) Khuôn này có 4 khoang (cavity) để đúc ra 4 sản phẩmgiống nhau trong cùng một lần đúc Việc gia công 4 phần khoang (hay lòng khuôn)

là như nhau và chủ yếu được thực hiện phay trên máy trung tâm gia công (20 đầudao) CNC MAKINO S33của hãng Makino Nhật Bản [16] Hiên nay quá trình giacông phay với chế độ cắt chưa được tối ưu Việc nghiên cứu tối ưu chế độ cắt khiphay lòng khuôn là một bài toán có tính khả thi nhằm giảm thời gian gia công, giảmchi phí gia công sẽ đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Mục đích, đối tượng nghiên cứu của đề tài là tối ưu chế độ cắt của phươngpháp gia công phay trên trung tâm gia công CNC MAKINO S33với phạm vi là bộ

2 thông số (S, V) nhằm đạt mục tiêu là thời gian gia công nhỏ nhất

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Góp phần phát triển lý thuyết tối ưu hóa chế độ cắt, ứng dụng tối ưu hóa chế

độ cắt khi phay trên máy phay điều khiển số để gia công sản phẩm có bề mặt phứctạp

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu được ứng dụng trực tiếp vào trong việc gia công khuônmẫu để ép ra chi tiết CRG-ARM-DOOR-LINK và các chi tiết thuộc họ ARMDOOR có hình dáng kết cấu tương tự của công ty TNHH Nippo Mechatronics đemlại hiệu quả kinh tế - thực tiễn cho công ty

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp cả phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tại phòng giacông khuôn mẫu của công ty Nippo

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

MACHINE TRAVERSE RATES

TABLE/PALLET

SPINDLE HEAD 12,000 rpm (standard)

Spindle Oil Cooling System Jacket cooling

SPINDLE HEAD 20,000 rpm (optional)

Spindle Oil Cooling System Core cooling

Hình1.1: Máy trung tâm gia công Makino S33

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT VÀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM- DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC MAKINO S33 2.1 Lý thuyết chung về tối ưu hoá chế độ cắt:

2.1.1: Các vấn đề chung:

Một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh

tế - kỹ thuật của quá trình chế tạo cơ khí là chế độ cắt phải tối ưu

Tối ưu hóa chế độ cắt là đòi hỏi tất yếu, khách quan của nền sản xuất cơ khíhiện đại, bởi vì:

- Các thiết bị, máy móc càng hiện đại thì có khả năng tự động hóa càng cao

và đắt tiền Việc sử dụng máy móc đắt tiền chỉ có thể đạt được hiệu quả cao khi chế

độ cắt phải tối ưu

- Trong cơ chế kinh tế thị trường, sản phẩm cơ khí đòi hỏi giá thành chế tạophải rẻ nhất trên cơ sở chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu đề ra Giá thành chế tạo sảnphẩm chỉ có thể là nhỏ nhất khi được chế tạo bằng chế độ cắt tối ưu

Tối ưu hóa chế độ cắt thực hiện bằng hai hình thức sau:

- Tối ưu hóa tĩnh là phương pháp xác định các thông số chế độ cắt tối ưutrước khi quá trình cắt gọt diễn ra, thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán họcgiữa mục tiêu tối ưu với hệ thống giới hạn và các mặt kỹ thuật, chất lượng, tổ chứcnhà máy Tối ưu hóa trước quá trình cắt gọt dựa trên mô hình tĩnh của quá trình cắt.Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không chú ý tới động lực học của quátrình, nghĩa là không chú ý tới những đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổitheo thời gian Điều này có thể khắc phục phần nào khi có sự điều chỉnh lại trongthực tế

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

Phương pháp tối ưu này được bắt nguồn từ mục tiêu tối ưu cần đạt là chi phígia công là nhỏ nhất hoặc thời gian gia công là nhanh nhất Vì vậy mà chiều sâu cắt,

lượng chạy dao và vận tốc cắt của mỗi lần chạy dao phải được tối ưu hóa trên cơ sở

là tăng chiều sâu cắt, lượng chạy dao trong điều kiện công suất máy, dụng cụ cắt vàtrình độ công nhân có thể cho phép đảm bảo được

Ta cũng tiến hành xây dựng tối ưu chế độ cắt cho phương pháp tiện, trên cơ

sở đó phát triển xây dựng tối ưu chế độ cắt cho các phương pháp khác

Chi phí gia công một lần chuyển dao khi tiện được tính như sau:

t t

A

(2.55)Với

At- Hằng số tính toán;

bt, ct, dt- Các hệ số nói lên ảnh hưởng vận tốc cắt, chiều sâu cắt lượng chạydao tới tuổi bền dụng cụ cắt

t, S, V- Chiều sâu cắt lượng chạy dao và vận tốc cắt

Lượng kim loại cắt bỏ có thể tính như sau:

W = t2.t.S.V (2.56)

Mục tiêu tối ưu chi phí gia công cần xem xét từ công thức này Từ phươngtrình (2.54), (2.55), (2.56), chi phí gia công có thể tính được là:

t

t t

d t

c b

S A

t V y t x V S t

x C

.)

W

A

S t V y t x V S t

1W

t b c b S b

t t A

C

/ ) (

/ ) ( /

có thể giảm chi phí gia công bằng cách tăng chiều sâu cắt t

Từ phương trình (2.59), giá trị tối ưu của tuổi bền T để chi phí gia công nhỏnhất có thể được tính như sau:

Từ các công thức biến đổi này cho phép ta xây dựng phương pháp tính toántối ưu các thông số chế độ cắt khi tiện thô như sau:

Hình 2.1: Miền các giá trị S-V

V

S(mm/ph) Smax

Smin Vmin

Vmax

Vopt

Sopt

Trên cơ sở điều kiện gia công của một máy công cụ với một dụng cụ cắt nào

đó ta xây dựng một mặt phẳng V-S Vấn đề ở đây là ta xác định điểm tối ưu trongmặt phẳng V-S cho phép trên Để thực hiện ta chia mặt phẳng V-S ra thành lưới20*20 như hình 2.1 Nó được phân ra hai miền, miền các điểm không khả dĩ do cácyếu tố ràng buộc và miền khả dĩ, chúng được ngăn bởi một đường cong như hình2.1

Những điểm mà chi phí gia công nhỏ nhất luôn nằm trên đường phân giớigiữa miền khả dĩ và không khả dĩ Bởi vậy mà không cần xem xét hết các điểm nằmtrong mặt phẳng V-S

Quá trình xác định Vopt, Sopt được bắt đầu từ điểm O và các bước sau:

1 Điểm lưới (Si, Vj) là điểm có toạ độ (Smin, Vmax) sẽ được kiểm tra vớicác ràng buộc về công suất cắt cho phép, nếu nó không khả dĩ như điểm 1 ở hình2.2 thì vận tốc cắt sẽ giảm xuống điểm 2 và lại được kiểm tra với các ràng buộc

2 Nếu là điểm khả dĩ thì ta tiép tục tăng lượng chạy dao S theo bước nhảycủa lưới và tiếp tục kiểm tra đièu kiẹn dàng buộc.Những điểm khả dĩ đó dùng đểxác định Vopt và Sopt ở công thức (2.61) sẽ đảm bảo chi phí gia công nhỏ nhất hoặcnăng suất gia công lớn nhất

3 Giá trị vận tốc cắt tối ưu tính ở bước 2 được kiểm tra với các ràng buộc vềvận tốc cắt Nếu có thỏa mãn khả dĩ thì đó là vận tốc cắt tối ưu Nếu không thì điểmlưới đó sẽ trở thành không khả dĩ

Smin Vmin

Vmax

Vopt

S(mm/ph) Smax

Sopt

2.2 Cơ sở lý thuyết tối ưu chế độ cắt khi phay phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33:

2.2.1 Chế độ cắt khi khi phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm ARM-DOOR-LINK:

CRG-Đặc điểm gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm

CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 với sơ đồ như hình 2.3.

Hình 2.3: Sơ đồ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33.

CRG-Chương 3

XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY LÒNG KHUÔN ÉP NHỰA SẢN PHẨM CRG-ARM-DOOR-LINK TRÊN MÁY TRUNGTÂM GIA CÔNG CNC MAKINO

3.1 Xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33.

Từ nội dung Chương 2, mục 2.2.2 đã xác định bài toán tối ưu chế độ cắt khi

phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm

gia công CNC MAKINO S33 Là tối ưu chế độ cắt (V,S) đảm bảo thời gian giacông τm nhỏ nhất

Quá trình gia công phay lòng khuôn CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy

trung tâm gia công CNC MAKINO S33 lập trình sẵn chia làm 2 bước (thô và tinh)như hình 3.1

Hình 3.1: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công khi phay lòng khuôn ở bước gia công thô và gia công tinh.

Trong đó:

Bước gia công thô: Ở bước gia công thô với lượng dư gia công Z1 được tiếnhành với một số lần chạy dao gia công có cùng chiều sâu cắt t1, vận tốc cắt ndao1.

Bước gia công này được lặp lại với nc số lần chạy dao

Bước gia công tinh: Ở bước gia công tinh với lượng dư gia công Z2 được tiếnhành với một lần chạy dao gia công có chiều sâu cắt t2, vận tốc cắt ndao2

Bước gia công này được lặp lại với nc số lần chạy dao

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

h = Z1 + Z2 (3.1)

Trong đó:

+ h: Chiều sâu lòng khuôn thì h = 5.4mm

Ta tiến hành xây dựng mô hình toán học bài toán tối ưu chế độ cắt khi giacông lòng khuôn lòng khuôn tại công ty TNHH Nippo Mechatronics trung tâm giacông CNC MAKINO S33 như sau:

3.2 Ứng dụng tối ưu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK.

Lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK được chế tạo bằng vật liệu:Thép hợp kim STAVAX [3] có thành phần hóa học chính như sau:

Các yêu cầu kỹ thuật và thông số được thể hiện ở bản vẽ chi tiết lòng khuôn hình 3.3

Hình 3.3: Bản vẽ khuôn CRG Arm Door Link

Quá trình gia công rãnh lòng khuôn được chia làm ba bước với lượng dư giacông cụ thể là: Z1=0,5mm; Z2=0,25mm như hình 3.4

Hình 3.4: Sơ đồ phân bố lượng dư gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK.

Ta tiến hành tính toán cụ thể như sau:

3.2.1 Tối ưu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK ở bước gia công thô:

Lượng dư gia công ở bước gia công thô như hình 3.5 sau

M

0 (V

1 ,S

1 )

- Bước 1: Điểm lưới 1 có tọa độ (75, 376,8) sẽ được kiểm tra với ràng buộc

công suất cắt gọt cho phép của máy [Nc]

Ta biết công suất cắt N1 được tính theo công thức:

N1 = ( W)

102.60

B S t Cpz

w q

u

x 10

(KG) (3.24)Trong đó:

Cpz: Hệ số xét đến điều kiện làm việc nhất định đến lực cắt, tra theo bảng(5-41) [7], CPz=101

+ ti: Chiều sâu cắt ở bước cần gia công, mm: khoảng cách từ mặt chưa giacông đến mặt đã gia công

+ B: Chiều rộng rãnh cắt do dao tạo thành ở bước cần gia công , B=6(mm)

+ Vi: Tốc độ cắt ở bước cần gia công, (m/ph)

+ x, u,q,w: Chỉ số mũ xét đến ảnh hưởng của chiều sâu cắt, bề rộng dao vàvận tốc đến lực cắt

20000 6

6 5 , 0 101 10

8 376 75 42 1 102 60

1

P z

(kW) (3.26)Thay giá trị tọa độ điểm lưới (75, 376,8) vào công thức (3.26), được:

- Bước 2: Lúc này điểm lưới được lấy tăng theo lượng chạy dao có giá trị

S = Si+ks (với ks = 44,25m/ph) như điểm 2 trong hình 3.7 và phương phápnày quay về bước 1

+ Xét điểm lưới 2: Có S = Si+ks = 75+44,25 = 119,25m/ph

Gọi điểm lưới 2 có tọa độ (119,25, 376,8) Điểm lưới 2 sẽ được kiểm tra vớiràng buộc công suất cắt gọt cho phép của máy [Nc] Thay giá trị tọa độ điểm lưới(119,25, 376,8) vào công thức (3.26) được:

Nl(2)= 10,426

102.60

8.376.25,119.42.1102.60

1

P z

(kW)Kiểm tra với rằng buộc về công suất cắt gọt cho phép của máy [Nc]:

Ta thấy: Nl(2) = 10,426 (kW) < [Nc] = 16,67 (kW)

Tương tự, điểm lưới 2 thỏa mãn rằng buộc về công suất cắt gọt cho phép củamáy [Nc] Vậy điểm lưới 2 có tọa độ (119.25, 376.8) là điểm khả dĩ Đánh dấu điểmlưới 2

Tương tự như trên, ta xét các điểm lưới khác:

+ Xét điểm lưới 3: Có tọa độ (163.5, 376.8):

102.60

8.376.5,163.42.1102.60

8.376.5,163.42.1102.60

Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ ở bước gia công thô được triìn bày ở

Bảng 3.1: Các giá trị (V 1 ,S 1 ) thỏa mãn ràng buộc bài toán tối ưu chế độ cắt khi gia phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy trung tâm gia công CNC MAKINO S33 ở bước gia công thô.

Theo (3.17), hàm mục tiêu của bải toán tối ưu là V1.S1->max để thời gian

gia công phay lòng khuôn ép nhựa sản phẩm CRG-ARM-DOOR-LINK trên máy

trung tâm gia công CNC MAKINO S33ở bước gia công thô là nhỏ nhất Từ bảng3.1 ta thất (S1,V1) = (783,90.8) có S1*V1 =71096 là max nhất thỏa mãn (3.17)

Vậy giá trị tối ưu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn lòng khuôn trên máy phayMAKINO S33ở bước gia công thô là: (Vl,Sl) = (783,90.8) (3.27)

Chương 4 KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết quả ứng dụng thực tiễn: