CANADA – Thực hiện các biện pháp được liệt kê bên dưới, nhằm giảm thiểu sự cố hỏng hóc của dụng cụ gia công.

Máy phay Kennametal Mill 4-12KT đang trong quá trình cắt

Việc tối ưu hóa hình dạng mảnh dao, cấu hình của lưỡi cắt, vật liệu và lớp phủ sẽ giúp cải thiện độ mài mòn của mảnh dao, vì nó phù hợp hơn với ứng dụng và ít có khả năng bị hỏng hóc ngoài ý muốn.

Hiện tượng hao mòn mảnh dao là không thể tránh khỏi, nhưng tác động của nó lại rất sâu rộng. Mặc dù chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí sản xuất, nhưng việc bảo dưỡng mảnh dao đúng cách giúp đảm bảo năng suất, an toàn và hiệu quả kinh tế của quy trình gia công.

Vấn đề đặt ra cần biết khi nào hiệu suất của mảnh dao giảm xuống, dẫn đến nguy cơ hỏng hóc có thể gây hỏng phôi, dụng cụ hoặc gây thương tích cho công nhân.

Trong sản xuất ngành hàng không vũ trụ, giá thành của các chi tiết gia công có thể vượt con số 100.000 đô la, việc sử dụng một mảnh dao 6 đô la vượt quá giới hạn an toàn của nó sẽ có thể gặp nhiều rủi ro. Ngay cả trong các hoạt động sản xuất các thành phần chi phí thấp, việc sử dụng quá nhiều mảnh dao có thể dẫn đến hư hỏng máy móc, gây nguy hiểm cho sự an toàn và tăng chi phí.

Hiểu được tình trạng hao mòn của dao phay và áp dụng sáu biện pháp tốt nhất có thể tối ưu hóa tuổi thọ của dụng cụ, cải thiện hiệu quả và đảm bảo tính an toàn.

1. Xác định mục tiêu ứng dụng
Không phải tất cả các dự án đều được tạo ra như nhau, không phải tất cả các nhà máy sản xuất đều có cùng nhu cầu sản xuất và không phải tất cả khách hàng đều muốn cùng một chất lượng sản phẩm.

Điều quan trọng là cần bắt đầu bằng việc hiểu các mục tiêu. Có nên tập trung vào tính bảo mật và ổn định của hiệu suất không? Hay mức năng suất cao là quan trọng nhất? Đối với bất kỳ quá trình tối ưu hóa nào, có thể có một khoản đầu tư đáng kể về thời gian mà khối lượng sản xuất và giá trị thành phần có thể không đảm bảo.

Ông Brian MacNeil, chuyên gia sản phẩm phay và ứng dụng tại Công ty Sandvik Coromant, tại thành phố Mississauga (thuộc bang Ontario, Canada), đã nói rằng: “Nếu đã có biên độ mỏng, Quý vị sẽ không muốn dành thời gian cần thiết để tối ưu hóa nó. Điều này đặc biệt đúng nếu đó là một bộ phận không mong đợi sẽ thấy lại. Nếu đó là một công việc lặp lại, thì việc tối ưu hóa có thể giúp tăng lợi nhuận cao hơn trong các công việc sắp tới, nhưng điều đó phụ thuộc vào biên độ”.

Đôi khi cần phải có sự thỏa hiệp khi nói đến việc vận hành hiệu quả và đảm bảo chất lượng. Ông Brian đã trích dẫn một khách hàng ngành hàng không vũ trụ ở thành phố Quebec (Canada) đã dành một tuần theo dõi lưỡi cắt của mảnh dao, để hiểu khi nào nên giảm tốc độ và cấp liệu, nhằm đảm bảo an toàn trong thời gian hoạt động. Ý tưởng là đối với những khách hàng chạy gia công hết công suất, họ cần hiểu được độ mòn trên mảnh dao của dụng cụ cắt – điều chỉnh thông số cắt để cải thiện nó – làm cho quy trình gia công trở nên an toàn.

Ông Darryl Latoski, Giám đốc sản phẩm phay tại Công ty ISCAR Tools, tại thành phố Oakville (thuộc bang Ontario, Canada), đã nói rằng: “Đối với một bộ phận sản xuất chạy ngày này qua ngày khác, việc xác định cách thức hoạt động của một mảnh dao hoặc công cụ sẽ dễ dàng hơn nhiều. Ví dụ, trong ngành công nghiệp ô tô, họ có thể thiết lập một công cụ mà nếu mọi việc diễn ra tốt đẹp, công cụ đó sẽ sản xuất một số lượng bộ phận cụ thể. Về phía xưởng gia công, điều này có thể khó khăn hơn và yêu cầu một công nhân có tay nghề cao để hiểu được tuổi thọ của mảnh dao và các nguy cơ gây mài mòn”.

Biết về các biến số ảnh hưởng đến sự mài mòn của mảnh dao, sẽ cung cấp thông tin chi tiết hơn về vòng đời tiềm năng của nó. Ví dụ, mảnh dao có thể hoạt động lâu hơn khi cắt nhôm, vì nó là vật liệu mềm hơn so với gang, thép hoặc titan.

Máy phay Sandvik Coromant Coromill MR80 trong quá trình cắt

Một trong những sai lầm lớn nhất mà các nhà máy mắc phải là không dành thời gian đào tạo công nhân để hiểu rõ hơn về quá trình hao mòn. Có nhiều cách khác nhau để mảnh dao mòn và các chế độ hỏng khác nhau của dụng cụ cắt. Cung cấp tài liệu tham khảo như biểu đồ và đồ họa cùng với việc thảo luận về các vấn đề giảm thiểu có thể giúp ích rất nhiều.

Đối với các mô hình sản xuất lights-out operation (1), điều quan trọng là phải có quy trình an toàn và hiểu rõ những gì đang diễn ra ở những lưỡi cắt. Nếu không có điều này, sẽ có nguy cơ gặp phải sự cố nghiêm trọng dẫn đến thời gian ngừng hoạt động dài và có khả năng gây hư hỏng cho phôi, máy móc và dụng cụ.
(1) Lights-out operation (hay lights-out manufacturing): là mô hình sản xuất hoàn toàn tự động, nơi toàn bộ dây chuyền được vận hành bởi máy móc, robot và hệ thống điều khiển mà không cần sự hiện diện liên tục của con người, cho phép nhà máy hoạt động trong điều kiện không có ánh sáng (không cần đèn, điều hòa,…), thường là 24/7.

2. Chọn mảnh dao thích hợp
Mỗi ứng dụng có những đặc điểm khác nhau cần được chú ý. Kỳ vọng về năng suất cao mà không có hình dạng và cấp độ mảnh dao sẽ khiến mảnh dao hoạt động vượt quá khả năng của chúng, dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng.

Nhiều nhà máy đang có xu hướng giảm hàng tồn kho và lựa chọn các công cụ thông dụng để cắt nhiều loại vật liệu và ứng dụng hơn. Một lớp phủ và một hình dạng không phải lúc nào cũng đủ.

Tối ưu hóa thường bao gồm việc đưa vào các mảnh dao cứng hơn và chất lượng cao hơn có thể xử lý tốc độ tăng lên. Điều quan trọng là phải lập trình theo cách mà mảnh dao được bảo vệ và vẫn có thể đạt được năng suất cao. Nếu phay vật liệu không phù hợp, có thể làm hỏng mảnh dao có độ cứng tốt nhưng dễ gãy.

Ông Luke Pollock, Giám đốc sản phẩm phay toàn cầu cấp cao tại Công ty Kennametal, ở thành phố Latrobe (thuộc bang Pennsylvania, Mỹ), đã nói rằng: “Các mảnh dao có nhiều hình dạng khác nhau và điều đó sẽ ảnh hưởng đến góc cào, kích thước mài hoặc lưỡi cắt trên mảnh dao, và các yếu tố như độ sắc nét, mài mịn, thậm chí là vùng T-Land (2). Các cấp độ của mảnh dao thường bao gồm chất liệu hoặc vật liệu cơ bản, và một số loại lớp phủ. Tất cả các tính năng này kết hợp để làm cho mảnh dao phù hợp với một vật liệu gia công hoặc một loại gia công, cho dù là gia công thô hay hoàn thiện, hơn là gia công tổng hợp.”
(2) T-Land: Giữa mặt cào và đường cắt là vùng T-land. Trên các công cụ bằng vật liệu PCBN và gốm, hình dạng vùng T-land thích hợp có thể tạo ra kết quả khác biệt. Sử dụng các mảnh dao được làm từ những vật liệu cắt đó nhưng kết hợp với hình dạng vùng T-land không phù hợp sẽ phá hủy công cụ chỉ trong vài giây.

Việc tối ưu hóa hình dạng mảnh dao, cấu hình của lưỡi cắt, vật liệu và lớp phủ sẽ giúp cải thiện độ mài mòn của mảnh dao, vì nó phù hợp hơn với ứng dụng và ít hỏng hóc bất ngờ.

Ví dụ, việc lựa chọn mảnh dao có độ cứng cao hơn cho vật liệu mài mòn sẽ giúp dụng cụ bền hơn khi cắt.

Ông Darryl Latoski đã nói rằng: “Đối với vật liệu có tính mài mòn, hãy sử dụng lưỡi cắt được gia cố để chịu được tác động và độ mài mòn của phôi tốt hơn. Nếu đó là vết cắt hoàn thiện hoặc vật liệu mềm hơn, hãy sử dụng cạnh cắt bén hơn hoặc dạng hình học sắc bén hơn”.

Lớp phủ cũng ảnh hưởng đến tốc độ hao mòn của mảnh dao.

Ví dụ, lớp phủ lắng đọng hơi hóa học (CVD – chemical vapour deposition) (3) cho phép chạy mảnh dao ở tốc độ cao hơn và hiệu quả hơn trong môi trường sản xuất.
(3) Lắng đọng hơi hóa học: là phương pháp lắng đọng chân không, được sử dụng để sản xuất vật liệu rắn với chất lượng cao và hiệu suất cao.

Hình ảnh mảnh dao đã mòn

Lý tưởng nhất là độ mòn sẽ lan đều và liên tục cho đến khi đạt đến một mức độ nhất định và không thể sử dụng được nữa. Hình 1 (từ bên trái), cho thấy độ mòn ở sườn, rất phổ biến. Hình 2, cho thấy độ mòn khía, làm cho độ hoàn thiện bề mặt kém và có nguy cơ gãy cạnh. Hình 3, cho thấy các vết nứt nhỏ ở cạnh cắt, làm cho độ hoàn thiện bề mặt kém và độ mòn cạnh quá mức. Hình 4, cho thấy lưỡi cắt chính không nằm trong vết cắt bị hư hỏng do đập phoi.

Lớp phủ lắng đọng hơi vật lý (PVD – physical vapour deposition) thường phù hợp với tốc độ bề mặt thấp, cho các ứng dụng hoàn thiện và hợp kim chịu nhiệt độ cao.

3. Duy trì cố định các bộ phận
Việc cố định các thiết bị là quan trọng. Các bộ phận không cứng, các bộ phận treo lơ lửng hoặc các bộ phận cần với tới, có thể gây ra tiếng kêu và rung ở lưỡi cắt.

Ông Luke Pollock đã nói rằng: “Rung động và tiếng kêu có thể gây hại cho lưỡi cắt của mảnh dao. Nó có thể gây ra tình trạng mẻ lưỡi dao, gãy hoặc hiện tượng hỏng hóc khác. Đảm bảo rằng bộ phận được cố định càng chắc chắc càng tốt và theo hướng gia công. Nếu đang nạp theo hướng Z, và đảm bảo rằng đồ gá chắc chắn theo hướng đó. Nếu đang nạp theo hướng X và Y, hãy đảm bảo được kẹp chặt cho các hướng cắt đó”.

Việc cố định các bộ phận giúp giảm tiếng kêu và độ rung, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ và giảm nguy cơ hỏng hóc.

4. Cung cấp tài liệu đào tạo và huấn luyện
Đào tạo là điều cần thiết để giúp công nhân hiểu rõ hơn về tình trạng hao mòn của lưỡi dao, đặc biệt là khi nhiều nhân viên giàu kinh nghiệm nghỉ hưu.

Biểu đồ trực quan có thể chứng minh đặc điểm hao mòn và được trưng bày tại xưởng. Nhưng theo ông Brian MacNeil, cần phải nỗ lực nhiều hơn nữa.

Ông Brian đã nói rằng: “Tuy nhiên, điều này không chỉ đơn thuần là lập biểu đồ. Hãy dành thời gian chia sẻ với công nhân chính xác những gì có trên biểu đồ và các biện pháp khắc phục cơ bản đối với đặc điểm hao mòn của mảnh dao. Có những hành động khắc phục sự cố cho từng đặc điểm mà công nhân cần biết. Một khoản đầu tư nhỏ vào đào tạo có thể giúp người lao động xác định tốt hơn các vấn đề về hao mòn và chính xác những gì đang xảy ra ở trục chính và điều chỉnh cho phù hợp”.

Khi nói đến các vấn đề hao mòn bất thường, cần có cuộc thảo luận chuyên sâu về cách giảm thiểu tốt hơn mọi vấn đề giữa người lập trình và công nhân.

Một công nhân được đào tạo thường có thể nghe thấy âm thanh bất thường khi có vấn đề về mòn dao tiện. Tùy thuộc vào vật liệu, công nhân nên lắng nghe tiếng máy gia công trên một bộ phận và đánh giá tình hình. Độ rung cũng có thể chỉ ra vấn đề về hao mòn.

Ông Brian chia sẻ: “Một công nhân giỏi sẽ nghe thấy tiếng máy từ xa và biết rằng có điều gì đó đã thay đổi. Nhiều khi có thể nghe thấy khi mảnh dao bị mất một góc nào đó. Nhưng điều đó phụ thuộc vào kinh nghiệm và đào tạo. Bằng cách đầu tư vào máy móc, họ cũng đầu tư vào con người. Đó là một con đường hai chiều có lợi cho tất cả”

5. Theo dõi tình trạng mòn của mảnh dao 

Ông Brian MacNeil đã nói rằng: “Sai lầm phổ biến nhất là không dành thời gian để hiểu quá trình hao mòn”.

Có nhiều cách khác nhau khiến lưỡi dao bị mòn và nhiều tình trạng hỏng hóc khác nhau của dụng cụ cắt.

Trong điều kiện lý tưởng, độ mòn của mảnh dao sẽ diễn ra đều đặn và liên tục cho đến một mức độ nhất định và không thể sử dụng được nữa.

Ví dụ, hiện tượng mòn cạnh, sự hỏng hóc tự nhiên của lưỡi cắt, rất phổ biến.

Hãy dành thời gian theo dõi mảnh dao bằng cách dừng lại ở một số khoảng thời gian nhất định để lưu ý khuynh hướng dụng cụ bị mòn theo thời gian. Điều này có thể giúp xác định số lượng bộ phận hoặc khoảng thời gian an toàn mà mảnh dao nên được sử dụng trước khi cần thay thế.

Ông Luke Pollock chia sẻ: “Ví dụ, nếu một nhà máy xác định được rằng có thể gia công 100 chi tiết từ một mảnh dao, họ có thể thiết lập công cụ để thay đổi dao tiện sau khi hoàn thành một số lượng sản phẩm nhất định. Đối với các chi tiết đắt tiền hơn, biên độ an toàn đó sẽ rộng hơn, chẳng hạn như ở mốc 65 sản phẩm, để giảm nguy cơ loại bỏ sản phẩm lỗi. Những nhà máy khác có thể đạt con số đến 90 sản phẩm”.

Điều quan trọng là không sử dụng mảnh dao vượt quá khả năng của nó, điều này có thể dẫn đến gãy, nứt và hư hỏng. Việc theo dõi sẽ giúp phát hiện ra sự mài mòn của mảnh dao trước khi nó đạt đến giới hạn, cho phép công nhân thay đổi dụng cụ hoặc lưỡi cắt.

Ông Darryl Latoski chia sẻ: “Nghiên cứu năng lực của nhà máy khi trải qua quy trình phê duyệt bộ phận sản xuất (PPAP – production part approval process) sẽ giúp xác định độ mòn của mảnh dao và tuổi thọ công cụ có thể dự đoán được. Cần xem xét độ mòn khi đang phát triển một quy trình, xem xét mảnh dao, xem nó bị mòn như thế nào và tùy thuộc vào các yếu tố mòn khác nhau, hãy điều chỉnh cho phù hợp”.

6. Khám phá lợi ích từ những công nghệ mới nhất
Với nhiều công nghệ đa dạng hiện có, bao gồm các tùy chọn có thể giúp giảm độ mài mòn của lưỡi dao và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ, cần đảm bảo máy móc của nhà máy có thể thích ứng với công nghệ này.

Giám sát tải trọng trục chính, dừng máy khi một công cụ đặt quá nhiều tải trọng lên trục chính. Một số máy cũng có thể sử dụng một công cụ tương tự.

Ông Brian MacNeil đã nói rằng: “Nhưng điều đó cần sự đầu tư vào một bộ thay đổi công cụ lớn hơn. Đây là lý do tại sao việc suy nghĩ trước khi đầu tư vào thiết bị mới là rất quan trọng. Nếu nhà máy đang cắt hợp kim gốc niken cao, titan hoặc hợp kim inconel; chất làm mát thể tích lớn, áp suất cao là điều bắt buộc. Nếu cắt thép, thì không khí là lựa chọn tốt hơn. Biết được những gì nhà máy đang đầu tư sẽ giúp tận dụng tối đa tuổi thọ của công cụ cắt”.

Có thể thêm các công cụ tiên tiến vào máy móc để kiểm soát, phản hồi thời gian thực và đo lường những thay đổi về mã lực, lực cắt và áp suất dụng cụ.

Ông Luke Pollock đã nói rằng: “Tất cả chúng đều được thiết kế để cung cấp cho máy móc thông tin phản hồi về những gì đang diễn ra ở lưỡi cắt. Nó có thể thực hiện một số việc đơn giản như cảnh báo công nhân về việc máy đã đạt đến giới hạn hoặc tối ưu hóa tốc độ và nguồn cấp dữ liệu theo thời gian thực”.

Đồng hồ đo tải, dù là kỹ thuật số hay tương tự, sẽ cung cấp chỉ báo trực quan về lượng tải đang được đặt trên trục chính hoặc trục cụ thể trên máy. Chúng cũng có thể cảnh báo công nhân nếu có điều gì đó không ổn với mảnh dao.

Ông Darryl Latoski chia sẻ: “Nếu không được cảnh báo về lỗi tải, có thể công nhân sẽ chạy các mảnh dao đến khi hỏng, điều này không chỉ dẫn đến mảnh dao bị hỏng mà còn làm hỏng thân dao cắt và các bộ phận khác trên máy. Độ hoàn thiện bề mặt có thể bị ảnh hưởng bởi độ mòn của mảnh dao và không phải lúc nào cũng có thể nhận biết độ mòn của mảnh dao bằng mắt. Kết quả hoàn thiện bề mặt được phân tích thống kê để xác định các thông số, nhằm đảm bảo rằng công nhân hiểu quy trình và có thể tạo ra bao nhiêu sản phẩm bằng một mảnh dao duy nhất, trước khi độ hoàn thiện bề mặt bị ảnh hưởng. Nhiều công nghệ hoạt động cùng với các mảnh dao và máy tiện, để tự động điều chỉnh hoặc dừng máy nếu mảnh dao bắt đầu bị mòn”.

Để xem các tin bài khác về “Mảnh dao”, hãy nhấn vào đây.

Nguồn: Canadian Metalworking