THỤY ĐIỂN – Ông Barry Cahoon – chuyên gia giải pháp sản phẩm tại công ty Sandvik Coromant, doanh nghiệp hàng đầu về giải pháp cắt gọt kim loại và sản xuất, chia sẻ những hướng dẫn chuyên sâu giúp các nhà máy gia công với độ ổn định, chính xác và tự tin cao hơn.
Trong bất kỳ quy trình cắt gọt nào, rung động (vibration) là một hiện tượng tự nhiên. Tuy nhiên, nếu không được kiểm soát hiệu quả, nó sẽ trở thành rào cản lớn đối với năng suất và chất lượng sản phẩm.
Trong nguyên lý phay, rung động đẩy nhanh quá trình mài mòn các bộ phận của máy móc, dẫn đến chi phí sửa chữa tốn kém, giảm tuổi thọ thiết bị và gây ra tình trạng dừng máy ngoài kế hoạch. Bên cạnh đó, tiếng ồn phát sinh còn ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường làm việc của công nhân.
Đối với các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối như hàng không vũ trụ, dầu khí, thiết bị y tế và sản xuất ô tô, hệ quả của rung động đặc biệt nghiêm trọng. Bề mặt gia công kém hoặc những sai lệch kích thước nhỏ nhất cũng có thể khiến chi tiết không đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe, hoặc nguy hiểm hơn là gây ra lỗi hỏng trong quá trình vận hành thực tế.
Do đó, quản lý rung động là yếu tố then chốt để duy trì chất lượng chi tiết và đảm bảo hiệu quả kinh tế. Bước đầu tiên trong việc phòng ngừa là hiểu rõ nguyên nhân gây ra nó.
Hiểu về các loại rung động trong gia công Rung động thường bắt nguồn từ sự mất ổn định trong thiết lập máy móc gia công. Độ vươn dao (overhang) quá dài, chi tiết có thành mỏng, hệ thống gá đặt kém hoặc phôi không được kẹp chặt sẽ làm giảm độ cứng vững của hệ thống, từ đó dẫn đến các dạng rung động khác nhau:
1. Rung động tự do (natural/ free vibration): xảy ra khi một bộ phận bị xê dịch và dao động mà không có ngoại lực duy trì (ví dụ: sau khi bị dịch chuyển trong lúc gá đặt). Dù ít gây hại trực tiếp, nó có thể cản trở quá trình cắt khi tương tác với các lực khác.
2. Rung động cưỡng bức (forced vibration): phổ biến hơn, xuất hiện do các tác động thường xuyên như: dụng cụ mất cân bằng, máy bị lệch tâm hoặc tải trọng cắt biến thiên. Điều này tạo ra các dao động lặp lại, làm gián đoạn sự tiếp xúc của dao và làm giảm độ bóng bề mặt.
3. Rung động tự kích hoạt (chatter): đây là vấn đề nan giải nhất. Hiện tượng này xảy ra khi sự biến thiên của lực cắt phản hồi ngược lại hệ thống và khuếch đại sau mỗi lượt dao, dẫn đến dao động tần số cao. Dấu hiệu nhận biết là tiếng rít đặc trưng và các vết gợn sóng trên bề mặt. Rung động tự kích hoạt làm giảm độ chính xác, giảm tuổi thọ dao và khiến việc duy trì dung sai chặt chẽ trở nên bất khả thi.
Ba chiến lược chính nhằm ổn định quy trình phay Để kiểm soát rung động và khai thác hiệu suất ổn định, các nhà máy gia công cần tập trung vào ba chiến lược trọng tâm:
1. Tối thiểu hóa độ vươn dao (tool overhang) Đây là cách hiệu quả nhất để tăng độ cứng vững. Dao càng vươn dài khỏi bầu kẹp, độ cứng càng giảm, khiến các lực cắt nhỏ nhất cũng có thể bị khuếch đại thành các dao động gây hại. Trong trường hợp bắt buộc phải sử dụng độ vươn dài (như phay hốc sâu trong ngành hàng không), các dụng cụ giảm chấn như Silent tools của công ty Sandvik Coromant là lựa chọn tối ưu. Dòng sản phẩm này tích hợp cơ chế giảm chấn nội tại để hấp thụ rung động ngay tại nguồn, giúp duy trì sự ổn định và cải thiện chất lượng bề mặt.
2. Tối ưu hóa thông số cắt (cutting data) Tốc độ tiến dao, chiều sâu cắt hoặc tốc độ trục chính quá cao trong một thiết lập thiếu ổn định sẽ gây ra cộng hưởng rung động. Việc điều chỉnh linh hoạt các thông số này cùng với góc tiếp xúc của dao có thể giảm thiểu đáng kể độ rung mà không làm giảm năng suất. Các chiến lược gia công thích ứng (adaptive machining) (*) cũng giúp dao tiếp xúc mượt mà hơn, đặc biệt khi xử lý thành mỏng hoặc biên dạng phức tạp. (*) Adaptive machining: là phương pháp trong đó máy CNC tự điều chỉnh các thông số cắt theo thời gian thực dựa trên lực cắt, rung động và điều kiện thực tế của phôi. Nhờ khả năng này, quá trình gia công trở nên ổn định hơn, giảm nguy cơ do rung động gây ra, tối ưu thời gian và nâng cao độ chính xác.
3. Lựa chọn dạng hình học của dụng cụ cắt phù hợp Những dụng cụ được thiết kế để tạo ra lực cắt thấp và có sự tiếp xúc lưỡi cắt ổn định sẽ ít gây ra rung động hơn. Ví dụ, dòng dao CoroMill MH20 được thiết kế chuyên biệt cho phay vai động và phay hốc. Với kết cấu mảnh dao và hốc dao vững chắc, dòng dao phay này giúp giảm độ võng của dụng cụ, đồng thời đảm bảo tảng tuổi thọ của dao phay và chất lượng sản phẩm đồng nhất.
Kết luận Kiểm soát rung động không đơn thuần là một giải pháp đơn lẻ mà đòi hỏi một cái nhìn tổng thể hệ thống. Từ việc giảm độ vươn dao đến lựa chọn dụng cụ và tinh chỉnh điều kiện cắt, mọi yếu tố đều góp phần tạo nên một môi trường sản xuất ổn định và hiệu quả.
Để xem các tin bài khác về “Cắt gọt kim loại”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Machinery
