CHLB ĐỨC – Công ty Mapal phát triển các dụng cụ gia công kim loại chuyên dụng để giải quyết những yêu cầu phức tạp về dung sai và vật liệu đối với các bộ phận khung gầm ô tô bằng nhôm rèn (forged aluminum) (*) tích hợp nhiều chức năng. (*) Nhôm rèn: là nhôm hoặc hợp kim nhôm được tạo hình bằng lực ép hoặc lực đập, thường sau khi nung nóng đến nhiệt độ thích hợp nhưng vẫn ở trạng thái rắn. Quá trình rèn làm biến đổi cấu trúc hạt, giúp chi tiết có độ bền cơ học và khả năng chịu lực cao.
Công ty Mapal đã giới thiệu một loạt các dụng cụ phay bằng kim cương đa tinh thể (PCD – polycrystalline diamond) (1) và dụng cụ cắt sử dụng mảnh dao thay thế, được thiết kế để sản xuất hàng loạt giá đỡ bánh xe và ngõng trục (steering knuckle) (2) với sản lượng lớn. Các giải pháp gia công này hướng đến chuỗi cung ứng ô tô, đặc biệt nhằm đáp ứng quá trình chuyển đổi sang các mô-đun chức năng bằng nhôm có khối lượng nhẹ và mức độ tích hợp cao trên dòng xe du lịch. (1) Steering knuckle: còn được gọi là ‘cùm bánh’, là chi tiết đỡ moay-ơ bánh xe, liên kết với hệ thống treo và cơ cấu lái, giúp định vị bánh xe và cho phép bánh xe chuyển hướng. (2) Polycrystalline diamond: là vật liệu siêu cứng được tạo thành bằng cách liên kết nhiều hạt kim cương tổng hợp dưới áp suất và nhiệt độ cao, thường có chất kết dính kim loại. Nhờ độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, PCD được dùng làm phần cắt của dao phay, mũi khoan và các dụng cụ gia công, đặc biệt khi gia công nhôm, kim loại màu và vật liệu composite, giúp duy trì độ chính xác, chất lượng bề mặt và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.
Chuyển đổi vật liệu trong sản xuất khung gầm ô tô Giá đỡ bánh xe và ngõng trục được phát triển từ các chi tiết kết cấu thụ động thành những mô-đun chức năng phức tạp, tích hợp các vị trí lắp cùm phanh, moay-ơ bánh xe, hệ thống chống bó cứng phanh (ABS – anti-lock braking systems) và cảm biến phục vụ lái xe tự động. Để đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về hiệu suất và kết cấu nhẹ do xu hướng điện hóa phương tiện thúc đẩy, các nhà sản xuất ô tô đang chuyển từ gang và nhôm đúc áp lực sang nhôm rèn. Nhôm rèn chịu được lực cơ học cao hơn nhưng có hàm lượng silic thấp hơn. Thành phần vật liệu này khiến việc bẻ phoi trong quá trình gia công trở nên phức tạp hơn và làm tăng khả năng vật liệu bám dính vào dao cắt.
Cơ chế dụng cụ bảo đảm độ chính xác của lỗ ổ trục chính Lỗ ổ trục chính cần bóc tách một lượng vật liệu, thường bắt đầu từ biên dạng đã được đột lỗ sơ bộ hoặc đúc thô. Để đạt dung sai IT6 theo yêu cầu, giai đoạn gia công sơ bộ sử dụng các dụng cụ phay theo quỹ đạo tròn và phay PCD. Dao phay OptiMill-Diamond-SPM sử dụng hình học cắt có góc trước dương lớn và các rãnh chứa phoi được tối ưu hóa để giảm lực cắt đến 15% so với các dụng cụ phay PCD thông thường. Đối với giai đoạn gia công bán tinh, dụng cụ doa chính xác sử dụng hệ thống EasyAdjust. Cơ cấu này tích hợp trực tiếp độ côn của dao cắt phụ vào cụm gá mảnh dao, cho phép công nhân điều chỉnh đường kính ở kích thước micromet mà không cần hiệu chỉnh lại độ côn.
Kiểm soát độ võng của dụng cụ và biến dạng nhiệt Vị trí liên kết với tay đòn hệ thống treo đóng vai trò là giao diện cơ khí chính giữa ngõng trục và khung gầm. Việc gia công các vị trí liên kết này thường cần dụng cụ có chiều dài nhô ra đến 300 mm. Với chiều dài này, chuyển động tiếp cận của trục chính có thể tạo ra mô-men gây nghiêng, khiến dụng cụ bị võng và ảnh hưởng đến độ chính xác. Ngoài ra, tốc độ chạy dao cao và chuyển động ăn dao theo đường xoắn ốc sinh ra lượng nhiệt cao; khi kết hợp với phương pháp bôi trơn lượng tối thiểu, nhiệt có thể gây biến dạng cho chi tiết. Để chống lại các lực vật lý này, các dao phay PCD chuyên dụng có cách bố trí dao cắt được tính toán riêng nhằm triệt tiêu rung động của dụng cụ trong quá trình doa lỗ bu lông nghiêng.
Tích hợp vào môi trường sản xuất tự động Để duy trì độ chính xác vị trí và loại bỏ sai số do chuyển chi tiết giữa các vị trí gia công, ngõng trục chủ yếu được gia công trong một lần gá kẹp trên máy CNC nhiều trục. Bằng cách triển khai giải pháp trọn gói bao gồm thiết kế quy trình, đồ gá kẹp tùy chỉnh và hình học dụng cụ được thiết kế theo yêu cầu, các hệ thống này có thể duy trì sản lượng hơn 500.000 chi tiết mỗi năm, đồng thời đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về hình dạng và chất lượng bề mặt.
Trong lĩnh vực gia công ô tô với sản lượng lớn, dụng cụ gia công ngõng trục bằng nhôm rèn cạnh tranh trực tiếp với các hệ thống phay PCD và phay sử dụng mảnh dao thay thế của những nhà sản xuất như công ty Sandvik Coromant và công ty Walter Tools. Việc so sánh thường tập trung vào tốc độ bóc tách vật liệu, tuổi thọ dụng cụ và khả năng duy trì dung sai IT6 hoặc chặt chẽ hơn trong các đợt sản xuất liên tục kéo dài. Trong khi dòng máy phay CoroMill Century của công ty Sandvik sử dụng thân dao bằng nhôm nhẹ cùng các mảnh dao tốc độ cao để giảm thiểu lực ly tâm ở tốc độ quay cao, thiết kế của công ty Mapal chú trọng vào cơ cấu gá EasyAdjust nhằm giảm thời gian dừng máy khi thiết lập gia công tinh chính xác. Xu hướng chuyển đổi rộng khắp ngành sang nhôm rèn có hàm lượng silic thấp buộc tất cả các nhà sản xuất dụng cụ lớn phải ưu tiên các vật liệu PCD chuyên dụng và góc trước dương lớn để ngăn ngừa sự hình thành lẹo dao (built-up edge) (*), là nguyên nhân chính gây suy giảm chất lượng bề mặt trong gia công khung gầm tự động. (*) Built-up edge: là hiện tượng vật liệu của chi tiết gia công bám dính và tích tụ thành lớp hoặc khối trên lưỡi cắt trong quá trình cắt gọt. Lớp vật liệu này làm thay đổi hình dạng lưỡi cắt và có thể bong ra, khiến bề mặt gia công bị xước, tăng độ nhám và giảm độ chính xác về kích thước.
Để xem các tin bài khác về “Dụng cụ phay”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Metalworking International
