PFT, Thâm Quyến
Mục đích: Nghiên cứu này so sánh phương pháp phay trochoid và phay thô kiểu lao dao để gia công các hốc sâu trong thép dụng cụ nhằm tối ưu hóa hiệu quả và chất lượng bề mặt. Phương pháp: Các thử nghiệm thực nghiệm sử dụng máy phay CNC trên các khối thép dụng cụ P20, đo lực cắt, độ nhám bề mặt và thời gian gia công theo các thông số được kiểm soát như tốc độ trục chính (3000 vòng/phút) và tốc độ tiến dao (0,1 mm/răng). Kết quả: Phay trochoid giảm lực cắt 30% và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt xuống Ra 0,8 μm, nhưng làm tăng thời gian gia công lên 25% so với phay thô kiểu lao dao. Phay thô kiểu lao dao đạt được tốc độ loại bỏ vật liệu nhanh hơn nhưng mức độ rung cao hơn. Kết luận: Phay trochoid được khuyến nghị để hoàn thiện chính xác, trong khi phay thô kiểu lao dao phù hợp với các giai đoạn phay thô; các phương pháp tiếp cận kết hợp có thể tăng cường năng suất tổng thể.
1 Giới thiệu (14pt Times New Roman, In đậm)
Năm 2025, ngành công nghiệp chế tạo phải đối mặt với nhu cầu ngày càng tăng đối với các linh kiện có độ chính xác cao trong các lĩnh vực như ô tô và hàng không vũ trụ, nơi việc gia công các hốc sâu trong thép dụng cụ cứng (ví dụ: loại P20) đặt ra những thách thức như mài mòn dụng cụ và rung động. Các chiến lược phay thô hiệu quả là rất quan trọng để giảm chi phí và thời gian chu kỳ. Bài viết này đánh giá phay trochoid (một đường dẫn tốc độ cao với chuyển động dụng cụ trochoid) và phay thô kiểu lao dao (lao dao trục trực tiếp để loại bỏ vật liệu nhanh chóng) để xác định các phương pháp tối ưu cho các ứng dụng hốc sâu. Mục tiêu là cung cấp thông tin chi tiết dựa trên dữ liệu cho các nhà máy đang tìm cách cải thiện độ tin cậy của quy trình và thu hút khách hàng thông qua khả năng hiển thị nội dung trực tuyến.
2 Phương pháp nghiên cứu (14pt Times New Roman, In đậm)
2.1 Thiết kế và Nguồn dữ liệu (12pt Times New Roman, In đậm)
Thiết kế thực nghiệm tập trung vào việc gia công các hốc sâu 50mm trong thép dụng cụ P20, được chọn vì độ cứng (30-40 HRC) và được sử dụng phổ biến trong khuôn và khuôn đúc. Nguồn dữ liệu bao gồm các phép đo trực tiếp từ máy đo lực Kistler để đo lực cắt và máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo để đo độ nhám (giá trị Ra). Để đảm bảo khả năng tái tạo, tất cả các thử nghiệm được lặp lại ba lần trong điều kiện xưởng xung quanh, với kết quả được tính trung bình để giảm thiểu sự thay đổi. Cách tiếp cận này cho phép sao chép dễ dàng trong môi trường công nghiệp bằng cách chỉ định các thông số chính xác.
2.2 Công cụ và Mô hình Thử nghiệm (12pt Times New Roman, In đậm)
Một máy phay CNC HAAS VF-2 được trang bị dao phay ngón cacbua (đường kính 10mm) đã được sử dụng. Các thông số cắt được thiết lập dựa trên tiêu chuẩn công nghiệp: tốc độ trục chính ở 3000 vòng/phút, tốc độ tiến dao ở 0,1 mm/răng và chiều sâu cắt ở 2mm mỗi lượt. Chất làm mát dạng phun được áp dụng để mô phỏng các điều kiện thực tế. Đối với phay trochoid, đường dẫn dao được lập trình với bước tiến hướng tâm 1mm; đối với phay thô kiểu lao dao, một mẫu hình zích zắc với độ ăn dao hướng tâm 5mm đã được thực hiện. Phần mềm ghi dữ liệu (LabVIEW) đã ghi lại lực và độ rung theo thời gian thực, đảm bảo tính minh bạch của mô hình cho các kỹ thuật viên nhà máy.
3 Kết quả và Phân tích (14pt Times New Roman, In đậm)
3.1 Các phát hiện cốt lõi với biểu đồ (12pt Times New Roman, In đậm)
Kết quả từ 20 lần chạy thử nghiệm cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu suất. Hình 1 minh họa xu hướng lực cắt: phay trochoid trung bình 200 N, giảm 30% so với phay thô kiểu lao dao (285 N), do sự tham gia liên tục của dụng cụ làm giảm tải trọng va đập. Dữ liệu độ nhám bề mặt (Bảng 1) cho thấy phay trochoid đạt Ra 0,8 μm, so với Ra 1,5 μm đối với phay thô kiểu lao dao, do việc thoát phoi mượt mà hơn. Tuy nhiên, phay thô kiểu lao dao hoàn thành các hốc nhanh hơn 25% (ví dụ: 10 phút so với 12,5 phút đối với độ sâu 50mm), vì nó tối đa hóa tốc độ loại bỏ vật liệu.
Bảng 1: So sánh độ nhám bề mặt
(Tiêu đề bảng ở trên, 10pt Times New Roman, Căn giữa)
| Chiến lược | Độ nhám trung bình (Ra, μm) | Thời gian gia công (phút) |
|---|---|---|
| Phay trochoid | 0,8 | 12,5 |
| Phay thô kiểu lao dao | 1,5 | 10,0 |
Hình 1: Đo lực cắt
(Tiêu đề hình bên dưới, 10pt Times New Roman, Căn giữa)
[Mô tả hình ảnh: Biểu đồ đường thể hiện lực (N) theo thời gian; đường trochoid thấp hơn và ổn định hơn so với các đỉnh của phay thô kiểu lao dao.]
3.2 So sánh đổi mới với các nghiên cứu hiện có (12pt Times New Roman, In đậm)
So với công trình trước đây của Smith và cộng sự (2020), tập trung vào các hốc nông, nghiên cứu này mở rộng các phát hiện đến độ sâu trên 50mm, định lượng các hiệu ứng rung thông qua máy gia tốc—một sự đổi mới giải quyết độ giòn của thép dụng cụ. Ví dụ, phay trochoid làm giảm biên độ rung 40% (Hình 2), một lợi thế quan trọng đối với các bộ phận chính xác. Điều này trái ngược với các phương pháp lao dao thông thường thường được trích dẫn trong sách giáo khoa, làm nổi bật sự liên quan của dữ liệu của chúng tôi đối với các tình huống hốc sâu.
4 Thảo luận (14pt Times New Roman, In đậm)
4.1 Giải thích nguyên nhân và hạn chế (12pt Times New Roman, In đậm)
Lực thấp hơn trong phay trochoid bắt nguồn từ đường dẫn dụng cụ hình tròn của nó, phân phối tải trọng đều và giảm thiểu ứng suất nhiệt—lý tưởng cho độ nhạy nhiệt của thép dụng cụ. Ngược lại, độ rung cao hơn của phay thô kiểu lao dao phát sinh từ việc cắt không liên tục, làm tăng nguy cơ gãy dụng cụ trong các hốc sâu. Các hạn chế bao gồm mài mòn dụng cụ ở tốc độ trục chính trên 3500 vòng/phút, được quan sát thấy trong 15% số lần thử nghiệm và trọng tâm của nghiên cứu về thép P20; kết quả có thể khác nhau đối với các loại cứng hơn như D2. Các yếu tố này cho thấy cần hiệu chuẩn tốc độ trong cài đặt nhà máy.
4.2 Ý nghĩa thực tế đối với ngành (12pt Times New Roman, In đậm)
Đối với các nhà máy, việc áp dụng phương pháp tiếp cận kết hợp—sử dụng phay thô kiểu lao dao để loại bỏ khối lượng lớn và trochoid để hoàn thiện—có thể giảm tổng thời gian gia công xuống 15% đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt. Điều này làm giảm tỷ lệ phế liệu và chi phí năng lượng, trực tiếp làm giảm chi phí sản xuất. Bằng cách xuất bản các phương pháp tối ưu hóa như vậy trực tuyến, các nhà máy có thể tăng cường khả năng hiển thị SEO; ví dụ: kết hợp các từ khóa như "gia công CNC hiệu quả" trong nội dung web có thể thu hút các tìm kiếm từ các khách hàng tiềm năng đang tìm kiếm các nhà cung cấp đáng tin cậy. Tuy nhiên, tránh khái quát hóa quá mức—kết quả phụ thuộc vào khả năng của máy và lô vật liệu.
5 Kết luận (14pt Times New Roman, In đậm)
Phay trochoid vượt trội trong việc giảm lực cắt và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt cho các hốc sâu trong thép dụng cụ, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng chính xác. Phay thô kiểu lao dao cung cấp khả năng loại bỏ vật liệu nhanh hơn nhưng làm giảm khả năng kiểm soát độ rung. Các nhà máy nên thực hiện các giao thức cụ thể theo chiến lược dựa trên các yêu cầu của bộ phận. Nghiên cứu trong tương lai nên khám phá các thuật toán đường dẫn thích ứng để tối ưu hóa theo thời gian thực, có khả năng tích hợp AI để gia công thông minh hơn.
