Phương pháp gia công điện hóa dựa trên nguyên lý hòa tan anốt là phương pháp gia công phổ biến hiện nay ở các nước phát triển. Với các ưu điểm độ bóng bề mặt rãnh xoắn khi gia công điện hóa cao hơn 2 cấp so với gia công cơ khí. Độ chính xác các kích thước của rãnh theo toàn bộ chiều dài nòng cao hơn so với gia công cơ khí.
Hóa học & Mơi trường NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIA CƠNG RÃNH XOẮN NỊNG SÚNG PHÁO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ ĐIỆN HĨA Nguyễn Văn Điển1*, Nguyễn Quang Mạnh1, Nguyễn Văn Hậu2 Tóm tắt: Phương pháp gia cơng điện hóa dựa ngun lý hịa tan anốt phương pháp gia công phổ biến nước phát triển Với ưu điểm độ bóng bề mặt rãnh xoắn gia cơng điện hóa cao cấp so với gia cơng khí Độ xác kích thước rãnh theo tồn chiều dài nịng cao so với gia cơng khí Giá thành chế tạo dầu Catốt rẻ chế tạo dầu dao gia cơng khí đến 10 lần Năng suất cao nhiều lần so với gia cơng khí Tuy nhiên, phương pháp địi hỏi phải tính tốn hiệu chỉnh thơng số công nghệ phức tạp việc chế tạo dụng cụ Catốt địi hỏi độ xác cao Sau nghiên cứu vấn đề công nghệ gia công phương pháp điện hóa, chúng tơi tiến hành xây dựng thành hệ thống gia cơng điện hóa ứng dụng cơng nghệ tự động hóa, cài đặt thơng số tùy theo loại nịng khác Từ khóa: Điện hóa; Rãnh xoắn; Gia công; Công nghệ 4.0 ĐẶT VẤN ĐỀ Nòng pháo chi tiết đặc thù quan trọng nay, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ thống pháo Việc nghiên cứu cơng nghệ chế tạo nịng đảm bảo chất lượng suất cao cần thiết Hiện nay, việc gia cơng rãnh xoắn nịng súng pháo nhà máy quốc phịng chủ yếu sử dụng cơng nghệ tống cắt gọt khí, cơng nghệ rèn rãnh xoắn súng cỡ nhỏ đầu tư áp dụng Đối với việc gia cơng rãnh xoắn nịng súng-pháo có chiều sâu rãnh xoắn >0,3mm nhà máy quốc phịng sử dụng cơng nghệ cắt gọt khílà cơng nghệ cổ điển có nhược điểm suất thấp độ xác theo suốt chiều dài rãnh xoắn khơng cao Phương pháp gia cơng điện hóa dựa nguyên lý hòa tan anốt phương pháp gia công phổ biến nước phát triển Ưu điểm phương pháp gia công rãnh xoắn nịng pháo điện hóa: - Độ bóng bề mặt rãnh xoắn gia cơng điện hóa cao cấp so với gia cơng khí; - Độ xác kích thước rãnh theo tồn chiều dài nịng cao so với gia cơng khí; - Giá thành chế tạo dầu Catốt rẻ chế tạo dầu dao gia cơng khí đến 10 lần; - Năng suất cao nhiều lần so với gia cơng khí Tuy nhiên, phương pháp địi hỏi phải tính tốn hiệu chỉnh thơng số công nghệ phức tạp việc chế tạo dụng cụ Catốt địi hỏi độ xác cao Việc nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ để gia cơng rãnh xoắn nòng súng pháo thiết thực ĐẶC ĐIỂM GIA CƠNG RÃNH XOẮN NỊNG SÚNG PHÁO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA Rãnh xoắn nịng có ảnh hưởng lớn đến đặc tính chiến kỹ thuật, đến tầm bắn, độ xác độ chụm nịng pháo Vì vậy, gia cơng rãnh xoắn nguyên công quan trọng việc gia công nịng Việc gia cơng rãnh xoắn nịng phương pháp điện hóa có số đặc điểm thiết kế cơng nghệ là: - Nịng thường có tỉ lệ chiều dài so với đường kính lỗ lớn, đó, việc đảm bảo độ sai lệch kích thước rãnh xoắn suốt chiều dài nòng dung sai cho phép khó khăn; - Trong gia cơng rãnh xoắn khe hở điện cực nhỏ nên việc bơm dung dịch qua khe hở cần tính tốn kích thước Catốt phải có độ xác cao; 60 N V Điển, N Q Mạnh, N V Hậu, “Nghiên cứu thiết kế … sử dụng công nghệ điện hóa ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ - Tổ chức thép làm nịng trước gia cơng rãnh xoắn phải có yêu cầu nghiêm ngặt: hạt mịn đều; - Các mép rãnh xoắn dễ bị vê tròn nên cần biện pháp đảm bảo mép đạt yêu cầu vẽ thiết kế Để đảm bảo độ xác gia cơng cần có hệ thống hiệu chỉnh thông số công nghệ cường độ dòng điện I, hiệu điện V, tốc độ tịnh tiến Catốt v, tốc độ quay Catốt w Sau nghiên cứu vấn đề công nghệ gia cơng phương pháp điện hóa, chúng tơi chọn phương án gia cơng rãnh xoắn nịng súng-pháo cỡ nhỏ Trên sở nghiên cứu lý thuyết tính tốn sơ tham khảo thực tiễn nước nhóm nghiên cứu đưa q trình cắt rãnh xoắn tham số đảm bảo điều kiện làm việc ổn định cần sử dụng là: - Dòng điện khe điện cực; - Điện catốt anốt; - Nhiệt độ dung dịch đầu vào đầu khe hở điện cực; - Tốc độ chảy dung dịch khe hở điện cực; - Áp suất bơm dung dịch; - Độ côn phần làm việc catốt điện cực Từ xây dựng mơ hình tốn học tính tốn tham số cơng nghệ gia cơng rãnh xoắn PHƯƠNG PHÁP CƠNG NGHỆ GIA CƠNG ĐIỆN HĨA Sau xem xét kỹ vẽ nòng Viện nghiên cứu thiết kế xem xét khả thiết bị chế tạo trang bị công nghệ nhóm đề tài chọn phương án cơng nghệ: Phương pháp Catốt di động: tịnh tiến quay đồng thời, sản phẩm đứng yên Dung dịch bơm vào ngược với chiều tịnh tiến Catốt 3.1 Tính tốn tham số thử nghiệm Kích thước khe hở điện cực xác định việc áp dụng phương trình sau: ao EU (a k )k S cos (1) Trong đó: - Hiệu suất dịng điện; E- Đương lượng điện hóa thể tích, g/A.min; U- Điện áp, V; a, k – Điện phản ứng điện cực: (a- k) = (1,5 2,5)V; k – Độ dẫn điện chất cách ly, 1/m; S – Vận tốc dịch chuyển catot; mm/min; - Góc xoắn; 0; Với dung dịch điện ly muối NaCl nồng độ 20% Vật liệu thử nghiệm thép C45 ta tính được: a0=0,39 mm Sự thay đổi khoảng cách điện cực mặt phẳng sở df trong khoảng thời gian dt tính theo cơng thức: a = a0 + E I dt/df - X tan Alf (2) Trong đó: Alf – Độ bề mặt tạo hình, , Alf = ; 0 X – Chiều dài bề mặt tạo hình, mm Thay giá trị vào phương trình (2), sau tích phân ta được: a = a02 0.72t (3) Đồ thị thay đổi khoảng cách điện cực mô tả theo hình 1: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số 72, 04 - 2021 61 Hóa học & Mơi trường a(mm) t(min) Hình Đồ thị thay đổi khoảng cách điện cực theo thời gian Chiều sâu rãnh xoắn cần gia công theo thiết kế pháo A0-18 mm 0,45 mm, vào phương trình đồ thị hình ta tính thời gian cần thiết để gia công rãnh t = 0.8 phút; Chiều dài phần catot tính là: l = 0,80 x 10 = mm 3.2 Sơ đồ gia công Hệ thống truyền chuyển động tịnh tiến chuyển động quay động servo gắn hộp số điều khiển tốc độ độ xác cao Trên sở đó, hệ thống điều khiển q trình ăn mịn điện hóa gia cơng rãnh xoắn nịng pháo xây dựng theo sơ đồ sau: Hệ thống pha dung dịch Hệ thống ổn định nhiệt độ dung dịch Máy tính điều khiển RS485 Hệ thống điều khiển dòng điện ăn mòn Hệ thống điều khiển chuyển động ca tốt Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển trình ăn mịn điện hóa Trong đó: Hệ thống pha dung dịch: sử dụng cân định lượng, bơm khuấy thiết bị phụ trợ nhằm mục đích tạo hỗn hợp dung dịch theo yêu cầu toán đầu vào; Hệ thống ổn định nhiệt độ dung dịch: sử dụng hệ thống làm lạnh, nóng nước; bơm nước vào để ổn định nhiệt độ Hệ thống có sử dụng sensor đo nhiệt độ; Hệ thống điều khiển dòng điện ăn mòn: sử dụng van bán dẫn công suất, thiết bị biến đổi điện áp AC/DC sensor đo dòng điện, điện áp để ổn định dòng điện; Hệ thống điều khiển chuyển động ca tốt: sử dụng động servo có điều khiển tốc độ để ổn định tốc độ dịch chuyển ca tốt độ xác cao để đảm bảo độ sâu ăn mòn 62 N V Điển, N Q Mạnh, N V Hậu, “Nghiên cứu thiết kế … sử dụng cơng nghệ điện hóa ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ rãnh xoắn Hệ thống vít me trượt để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng; Máy tính: dùng để tính tốn tham số theo yêu cầu toán đầu vào để tính tham số cho hệ thống chấp hành trình làm việc; thống kê, lưu số liệu phiên làm việc Các thông số mật độ dòng điện, điện thế, tốc độ dịch chuyển catot cài đặt theo loại nòng súng pháo khác nhau, nhóm nghiên cứu đưa sơ đồ nguyên lý sau: - + Hình Sơ đồ Hệ thống tự động gia cơng điện hóa rãnh xoắn Nịng súng pháo 1-Dung dịch điện hóa; 2-Đầu nối dung dịch; 3-Nòng AO-18; 4-Catot điện cực; 5-Nguồn điện; 6- Tiếp điểm dương; 7-Buồng chứa dung dịch; 8-Gối đỡ; 9-Cán catot; 10-Tiếp điểm âm; 11-Động secvo quay;12-Hộp giảm tốc; 13-Động secvo tịnh tiến; 14-Trục Vitme; 15-Máy bơm nước Quá trình hoạt động thiết bị sau: - Lắp nòng vào đồ gá kẹp chặt; - Lắp đai dây dẫn điện vào nòng kẹp chặt; - Lắp catốt vị trí chuẩn bị làm việc; - Tiến hành bật chạy hệ thống gia công điện hóa Các thơng số mật độ dịng điện, điện thế, tốc độ dịch chuyển catot cài đặt theo loại nòng súng pháo khác theo bảng thị đây: Thơng số dịng điện Thời gian bơm dung dịch Thời gian bơm chạy gia công xong Tốc độ dịch chuyển catot Tổng thời gian gia công Trên sở nghiên cứu chọn thông số công nghệ để gia cơng rãnh xoắn nịng pháo AO-18 30mm là: Mật độ dòng điện: Ia= 14,9A/cm2; Điện thế: U= 1221,5V; Áp suất dung dịch: P=6at; Nhiệt độ dung dịch: T0=30370C; Tốc độ dịch chuyển Catốt: 15mm/phút, tổng thời gian điện hóa 2,5 Các thơng số nòng pháo 30mm yêu cầu kỹ thuật bản: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 63 Hóa học & Mơi trường Cỡ nịng: Chiều dài nịng: Chiều dài phần có rãnh xoắn nòng: Số rãnh xoắn: Bước xoắn: Độ rộng rãnh (âm tuyến): Độ sâu rãnh: 30mm; 1492mm; 1460mm; 16; 715±10mm; 3,5mm; 0,45mm Hình ảnh lỗ Nịng A0-18 sau gia cơng điện hóa u cầu kỹ thuật chế tạo nịng: Phơi nịng trước gia cơng điện hóa phải tiến hành kiểm tra vết nứt máy dò từ lực Thân nịng pháo khơng phép có vết nứt Sau gia công rãnh xoắn xong phải dùng thước hình để kiểm tra độ ơvan lịng nịng tồn chiều dài phần có khương tuyến Cứ cách 100mm kiểm tra vị trí Ở vị trí phải kiểm tra 16 rãnh Độ van cho phép không 0,05mm Kết nghiên cứu ứng dụng thành cơng nịng nịng pháo AO-18 nhóm nghiên cứu tiếp tục thay đổi thông số catot áp dụng gia cơng: * Nịng súng phóng lựu M79 sau: Mật độ dòng điện: Ia= 14,9A/cm2; Điện thế: U= 1521,5V; Áp suất dung dịch: P=6at; Nhiệt độ dung dịch: T0=30370C; Catot tĩnh, thời gian điện hóa: 103 giây Cỡ nòng: 40mm; Chiều dài nòng: 356mm; Chiều dài phần có rãnh xoắn nịng: 305,5mm; Số rãnh xoắn: 6; Bước xoắn: 1200±5mm; Độ rộng rãnh (dương tuyến): 6,4mm; Độ sâu rãnh: 0,25mm * Nịng súng phóng lựu Nòng AGS-17: Mật độ dòng điện: Ia= 14,9A/cm2; Điện thế: U= 1221,5V; Áp suất dung dịch: P=6at; Nhiệt độ dung dịch: T0=30370C; Tốc độ dịch chuyển Catốt: 15,5mm/phút, tổng thời gian điện hóa 30 phút; Cỡ nịng: 30mm; Chiều dài nịng: 300mm; Chiều dài phần có rãnh xoắn nòng: 278mm; Số rãnh xoắn: 16; Bước xoắn: 750±10mm; Độ rộng rãnh (âm tuyến): 4mm; Độ sâu rãnh: 0,45mm Kết nghiên cứu ứng dụng thành công cơng nghệ gia cơng điện hóa nịng nịng pháo AO-18 nòng M79, nòng AGS-17 kiểm tra tĩnh độ ơvan lịng nịng tồn chiều dài phần có khương tuyến, kích thước âm tuyến bắn nghiệm thu đặt yêu cầu chất lượng đặt KẾT LUẬN Nhóm nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ 4.0 vào việc gia công rãnh xoắn loại nịng súng pháo cơng nghệ điện hóa với độ xác cao Điều khiển động servo gắn hộp số điều khiển tốc độ độ Hệ thống vít me trượt để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng Hệ thống cấp dung dịch điện hóa tự động, kiểm tra nồng độ dung dịch giới hạn cho phép Nhóm nghiên cứu tiếp tục triển khai ứng dụng công nghệ gia cơng điện hóa vào gia cơng khoan lỗ sâu, ứng dụng cho chi tiết có lỗ chiều dài 2m đến 5m, 64 N V Điển, N Q Mạnh, N V Hậu, “Nghiên cứu thiết kế … sử dụng cơng nghệ điện hóa ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ mà cơng nghệ cắt gọt khí cơng nghệ cổ điển có nhược điểm suất thấp độ xác khơng cao TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Hồng Ngun Khơi, Báo cáo kết đề tài cấp Viện: “Hồn thiện cơng nghệ gia cơng điện hóa rãnh xoắn nịng súng AGS-17 phương pháp điện hóa”, Viện Vũ khí, 2003 2 Học Viện Kỹ Thuật quân sự, “Ngun lý thiết kế vũ khí có nịng”, Hà Nội, 2003 3 В.П Смеленцев, “технология Электрохимической обработки внутренних поверхностей”, Москва, 1978 4 В.П Любимоб, “Приспособление для Электрофизической и Электрохимической обработки”, Москва, 1988 5 Б.А Голобачёв, “Электрохимичекая обработка деталей сложной формы”, Москва, 1969 6 Д.Л Мороз, “Электрохимическая обработка металлов”, Москва,1969 7 Л.Я Либоь, “Установки подачи Электролита при Электрохимической обработке”, Москва, 1981 ABSTRACT MACHINERY USING EC TECHNOLOGY FOR PROCESSING THE RIFLE OF DIFFERENT TYPES OF BARREL SUCH The electrochemical (EC) method based on the principle of anode solubility is a common machining method in developed countries The moonth of rifle surface using EC machining is two levels higher than that of mechanical one The accuracy of the rifles dimensions in the whole barrel length is higher as well The cost of making cathode is to 10 times cheaper than mechanical cutting tools Its productivity is much higher than mechanical processing, too However, this method requies complex calculation and technological parameters adjustment and the cathode requires high accuracy in making We then have built an EC processing system using automation technology which can adjust the parameters for different types of barrels Keywords: Electrochemical; Rifle; Technology 4.0; Machining Nhận ngày 13 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 03 tháng 12 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 12 tháng năm 2021 Địa chỉ: 1Viện Vũ khí/Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng; Bộ mơn Qn võ thuật/Học viện Cảnh sát nhân dân * Email: cokhipt@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 65 ... cầu chất lượng đặt KẾT LUẬN Nhóm nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ 4.0 vào việc gia công rãnh xoắn loại nịng súng pháo cơng nghệ điện hóa với độ xác cao Điều khiển động servo gắn hộp số... Q Mạnh, N V Hậu, ? ?Nghiên cứu thiết kế … sử dụng cơng nghệ điện hóa ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ rãnh xoắn Hệ thống vít me trượt để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng; Máy... Thời gian bơm chạy gia công xong Tốc độ dịch chuyển catot Tổng thời gian gia công Trên sở nghiên cứu chọn thông số công nghệ để gia cơng rãnh xoắn nịng pháo AO-18 30mm là: Mật độ dòng điện: