Phương pháp gia công “Mẫu siêu âm” trên máy CNC 5 trục DMU 85

Nội dung text: Phương pháp gia công “Mẫu siêu âm” trên máy CNC 5 trục DMU 85

1. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG “MẪU SIÊU ÂM” TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC DMU 85 THE MANUFACTURING PROCESS OF “ULTRASONIC SAMPLE” BY CNC-5 AXIES DMU 85 Nguyễn Ngọc Phương (1), Trần Văn Diễn(1) (1) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, quá trình gia công cho chi tiết “Mẫu siêu âm” bằng máy CNC 5 trục DMU 85 đã được nghiên cứu. Sau đó, quá trình cắt thử và kiểm tra kích thước bằng sóng siêu âm cũng được tiến hành. Nghiên cứu cho thấy với máy CNC 5 trục DMU 85, phương pháp và quy trình công nghệ gia công cần được điều chỉnh cho phù hợp với từng loại bề mặt. Ngoài ra, sự hỗ trợ của các phần mềm thiết kế và phần mềm gia công cũng góp phần lơn nhằm giúp quá trình gia công đạt yêu cầu. Từ khóa: gia công CNC, máy CNC 5 trục, mẫu siêu âm, tối ưu hóa, bề mặt phức tạp. ABSTRACT In this research, the cutting process for the “Ultrasonic sample” by CNC- 5 axies machine was establishes. After that, the product was cutted and tested by the dimension. With the CNC – 5 axies DMU 85, this result shows that the manufaturing process has to be modified by each surface type. In addition, the assistance of CAD and CAM software is an important element for reachinh the accurancy. Keywords: CNC manufacturing, CNC-5axies, ultrasinic sample, optimization, complicated surface I. GIỚI THIỆU Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học – công nghệ, đặc biệt
2. trong lĩnh vực điều khiển số và tin học, đã cho phép các nhà chế tạo máy nói chung và chế tạo máy công cụ nói riêng thiết kế ra các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn. Máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất. Sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng, giảm thời gian gia công, nâng cao độ chính xác và đạt hiểu quả kinh tế đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất. Chính vì vậy ngành cơ khí chế tạo phát triển rất mạnh trên thế giới cũng như trong nước ta hiện nay với hàng loạt các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước [1 - 5]. Tuy nhiên, để sử dụng hiệu quả và khai thác triệt để các máy công cụ CNC trong gia công chế tạo là vấn đề cấp thiết mà nhiều doanh nghiệp mong muốn các nhà khoa học, đội ngũ kỹ thuật cùng tham gia giải quyết. Đây cũng là vấn đề còn tồn tại và đang được đặt ra với Xí Nghiệp Liên Doanh Việt Nga VIETSOVPETRO là cần phải nắm chắc các công nghệ mới, hiểu rõ các thiết bị cũng như tính năng vượt trội của thiết bị, thông thạo các phần mềm ứng dụng để thiết kế và triển khai gia công chế tạo Để đáp ứng nhu cầu của sản xuất, tăng khả năng tự chủ trong gia công chế tạo và sửa chữa thiết bị, đặc biệt là các chi tiết có bề mặt phức tạp, hạn chế mua sắm các phụ tùng thiết bị đắt tiền từ nước ngoài, nhằm thỏa mãn các yêu cầu ngày càng cao của khách hàng về chất lượng phục vụ, giá thành cũng như tiến độ. Một trong những tồn tại trước đây là đối với các chi tiết mang tính đặc thù của nghành dầu khí và thường sản phẩm cơ khí có các bề mặt phức tạp Xí nghiệp Liên doanh Việt Nga VIETSOVPETRO phải nhập từ nước ngoài về với giá thành rất cao, ngoài ra còn bị vướng mắc bởi các các thủ tục mua sắm dẫn đến không tự chủ được tiến độ của dự án. Để chấm dứt tình trạng như vậy, lãnh đạo công ty đã quyết tâm đầu tư các thiết bị máy móc hiện đại để tự chủ trong công việc chế tạo gia công cơ khí. Và trong những năm gần đây liên tục nhập về các máy công cụ hiện đại như máy tiện CNC CTX400, CTX410, máy phay CNC DMU60 và đặc biệt là trung tâm gia công CNC 5 trục DMU 85. Một trong những sản phẩm có tính đặc thù trong nghành dầu khí và có độ phức tạp cao đó là sản phẩm “Mẫu siêu âm” [6, 7]. Sản phẩm này có giá trị và ý nghĩa rất lớn trong
3. việc kiểm tra và phát hiện các khuyết tật mối hàn trong quá trình hàn lắp ráp và rải ống ngầm dưới biển cho dự án dẫn khí từ Biển Đông vào các nhà máy chế biến khí trong bờ ở Việt Nam. Với ý nghĩa thực tiễn và tính cấp bách như trên, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đề tài nghiên cứu “Phương pháp gia công mẫu siêu âm trên máy CNC 5 trục DMU 85” với chi tiết được đặt ra là “Mẫu siêu âm”. II. TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC DMU 85 VÀ “MẪU SIÊU ÂM” 2.1. Trung tâm gia công CNC 5 trục DMU 85 Trung tâm gia công DMU-85 là một trong những trung tâm gia công hiện đại, do hãng DMG MORI chế tạo, sử dụng phần mềm TNC, được chế tạo theo công nghệ cao và thỏa mãn được tất cả các tiêu chuẩn về chất lượng và đặc tính kỹ thuật cũng như các tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Trung tâm gia công DMU-85 có thể thỏa mãn được các yêu cầu gia công cũng như vận hành một cách chính xác an toàn và hiệu quả. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam những năm gần đây xuất hiện nhiều trung tâm gia công CNC với chức năng khác nhau. Với trung tâm gia công DMU-85 có các chức năng chính sau: - Phay: Phay mặt phẳng; phay rãnh cong; phay rãnh bậc; phay bề mặt phức tạp. - Khoan và doa: Khoan; doa lỗ; taro ren; khoan và doa theo tọa độ. 2.2. Mẫu siêu âm Trong lĩnh vực dầu khí có rất nhiều sản phẩm đặc thù, trong đó có những sản phẩm kết cấu lớn được thiết kế và chế tạo lắp ráp bằng vô số các đường hàn liên kết với nhau, các sản phẩm điển hình như chân đế giàn khoan ngoài biển, chân đế giàn DK cho bộ quốc phòng, hay các sản phẩm bình áp lực và đặc biệt là hệ thống đường ống Nam Côn Sơn để dẫn khí về bờ cung cấp năng lượng cho quốc gia.
4. Hình 1. Hình dạng và kích thước chi tiết “Mẫu siêu âm” Để đảm bảo các sản phẩm đã thực hiện đạt yêu cầu chất lượng và tuân thủ các tiêu chuẩn áp dụng thì các sản phẩm phải được kiểm tra bằng phương pháp không phá hủy NDT (Non- Destructive Testing). Phương pháp kiểm tra NDT đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm. NDT cũng có thể được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chế tạo một sản phẩm. Với những yêu cầu như trên, chi tiết “Mẫu siêu âm” có hình dáng và kích thước như Hình 1. Ngoài ra, sản phẩm này còn có những đặc điểm chế tạo như sau: - Phôi gia công là một phần của ống được sử dụng cho việc rải ống ngầm dẫn khí về bờ. - Các kính thước được tạo trên bề mặt cong phía trong và phía ngoài của ống.
5. - Các lỗ được chế tạo nghiêng với đường sinh của ống các góc 20°, 25°, 45°. - Các rãnh trên bề mặt cong phía trong và phía ngoài có chiều sâu cố định trên suốt chiều dài. - Các kích thước đối xứng qua đường tâm của phôi. - Lỗ nghiêng có đường kính nhỏ D = 1,5 mm, D = 2,4 mm, chiều sâu lớn nhất L=37,4 mm và tất cả các lỗ đều là đáy bằng. - Rãnh nghiêng có góc vát 60°. Với các đặc điểm trên thì việc chế tạo trên máy vạn năng không thể thực hiện được. Vì vậy việc gia công chế tạo mẫu siêu âm trên máy CNC 5 trục là cần thiết III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT “MẪU SIÊU ÂM” 3.1. Định vị và kẹp chặt chi tiết. Chi tiết “Mẫu siêu âm” được gia công với phôi có kích thước đường kính D = 273 mm, chiều dày t = 18.3 mm, chiều cao H = 230 mm. Dựa vào bản vẽ thiết kế và hình dạng phôi, để thực hiện gia công trên máy CNC sử dụng phương pháp hai lần gá đặt (xem Hình 3). 3.2. Trình tự gia công. - Bước 1: Định vị theo mặt B như Hình 2.a, gia công các kích thước tại các mặt cắt được trình bày ở Bảng 1. - Nguyên công 1: Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên D = 2 mm. Tại các mặt cắt: A-A, C-C, D-D, E-E, F-F, G-G, G1-G1, sử dụng dao có đường kính D = 2 mm. Đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm, phay đạt thước tại mặt cắt I-I. - Nguyên công 2: Khoan, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm Tại các mặt cắt: A-A, C-C, D-D, E-E, G-G, G1-G1 khoan để lượng dư cho nguyên công sau 0,7-1 mm, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm.
6. - Nguyên công 3: Khoan lỗ đáy bằng cắt phần lượng dư gia công của nguyên công trước cho các mặt cắt A-A, C-C, D-D, E-E, G-G, G1-G1, sử dụng mũi khoan đáy bằng D = 2,4 mm. - Nguyên công 4: Phay mở lỗ K-K, L-L, sử dụng dao phay D = 1,5 mm - Nguyên công 5: Khoan lỗ D = 1,5 mm tại mặt cắt K-K, L-L - Nguyên công 6: Khoan lỗ đáy bằng D = 1,5 mm tại mặt cắt K-K, L-L - Bước 2: Định vị theo mặt A (xem hình 4.3.b) gia công các kích thước tại các mặt cắt được trình bày ở bảng 4.2 và 4.3. - Nguyên công 1: Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên D = 2 mm. Tại các mặt cắt: Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, sử dụng dao có đường kính D = 2 mm. Đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm, phay đạt thước tại mặt cắt Q-Q. - Nguyên công 2: Khoan, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm Tại các mặt cắt: Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, khoan để lượng dư cho nguyên công sau 0,7-1 mm, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm. - Nguyên công 3: Khoan lỗ đáy bằng cắt phần lượng dư gia công của nguyên công trước cho các mặt cắt Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, sử dụng mũi khoan đáy bằng D = 2,4 mm. - Nguyên công 4: Phay mở lỗ O-O, N-N, sử dụng dao phay D = 1,5 mm. - Nguyên công 5: Khoan lỗ D = 1,5 mm tại mặt cắt O-O, N-N. - Nguyên công 6: Khoan lỗ đáy bằng D = 1,5 mm tại mặt cắt O-O, N-N. IV. PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KÍCH THƯỚC “MẪU SIÊU ÂM” BẰNG SÓNG SIÊU ÂM
7. Phương pháp kiểm tra siêu âm được trình bày ở Hình 3 là phương pháp sử dụng kiểm tra siêu âm bằng tay, trong thực tế thực tế sử dụng sử dụng thiết bị siêu âm tự động hai đầu dò đặt tại hai vị trí đối xứng có liên kết với màn hình máy tính để lưu trữ và xử lý dữ liệu. Chọn thiết bị siêu âm, chọn đầu dò và chất tiếp âm, tiến hành cài đặt máy và các thông số hiển thị trên màn hình với các đầu dò phù hợp với góc độ của các lỗ để kiểm tra, ví dụ với góc của lỗ là 25° thì dùng đầu dò siêu âm có góc 65°để dò quét. Dịch chuyển đầu dò trong phạm vi dò quét các tín hiệu nhận được sẽ phản hồi trên màn hình hiển thị của thiết bị cho các kết quả. Ghi nhận lại các kiết qủa trên mặt cắt C-C, di chuyển đầu dò sang vị trí như đã đánh dấu trên mặt cắt X-X. So sánh các kích thước tại hai mặt cắt để kiểm tra tính đối xứng. Tương tự với các kích thước khác, lấy dấu và dịch chuyển dầu dò, ghi nhận các kết quả vào bảng, so sánh và đánh giá các kích thước gia công. a-Định vị theo mặt B b-Định vị theo mặt A Hình 2. Phương pháp định vị và kẹp chặt
8. Bảng 1: Thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt G- Mặt cắt A-A C-C D-D E-E F-F G1-G1 I-I K-K L-L G D 2 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2 1,5 1,5 18, 11, L 18.3 34,7 31 24,5 5,6 1,6 12,1 5 2 9 Góc (°) 90 25 25 25 25 25 25 25 45 45 Mặt định vị B B B B B B B B B B Hình 3. Phương pháp kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm Giá trị tại mặt cắt Giá trị tại mặt cắt C-C X-X Chuẩn bị dò quét Hình 4. Kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm
9. Kết quả hiển thị trên màn hình thiết bị siêu âm (Hình 4) là phản hồi xung lớn nhất khi gặp đáp bằng của lỗ tại mắt C-C, giá trị phản hồi cho kích thước Da= 14,64 mm là giá trị chiều sâu tính từ bề mặt ngoài của mẫu tới vị trí tâm lỗ tại đáy bằng của mặt cắt C-C. So với giá trị 14,7 mm tại mặt cắt C-C (xem hình 4.23) ta nhận thấy sai lệch kích thước là 0,06 mm nằm trong giới hạn dung sai cho phép. Tiếp tục chuyển đầu dò sang vị trí khác để kiểm tra kích thước tại mặt cắt X-X, cho giá trị hiển thị Da=14,73 mm. Giá trị này đạt yêu cầu. V. KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, quá trình gia công cho chi tiết “Mẫu siêu âm” bằng máy CNC 5 trục DMU 85 đã được trình bày. sau đó, quá trình cắt thử và kiểm tra kích thước bằng sóng siêu âm cũng được tiến hành. các kết luận sau được rút ra: - Qua quá trình nghiên cứu, phương pháp và quy trình công nghệ gia công đã được rút ra với sự hợp lý và phù hợp cho ý nghĩa thực tiễn cao. - Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy tính ứng dụng của các phần mềm thiết kế và gia công khi triển khai trên máy 5 trục đối với các chi tiết có bề mặt phức tạp mang lại hiệu quả khá tốt. Qua đó, tạo cơ sở tiền đề để công ty tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất nhằm nâng cao chất lượng đối với các chi tiết có bề mặt phức tạp, nâng cao chất lượng dịch vụ trong lĩnh vực dầu khí. Từ đó có thể chủ động hoàn toàn trong lĩnh vực gia công cơ khí. - Quá trình nghiên cứu và ứng dụng đã kết hợp chặt chẽ với quy trình sản xuất hiện hành tại Xí nghiệp Cơ điện để từng bước đánh giá tính phù hợp của quy trình gia công chi tiết có bề mặt phức tạp bằng các thiết bị và quy trình trước đó của Xí nghiệp Cơ điện là phù hợp với yêu cầu kỹ thuật
10. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Budak E, Tunç LT, Alan S, Özgüven HN. Prediction of workpiece dynamics and its effects on chatter stability in milling. CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2012;61(1):339-342. [2] Meshreki M, Attia H, Kövecses Jz. Development of a new model for the varying dynamics of flexible pocket-structures during machining. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2011;133(4):041002. [3] Qatu MS. Effect of inplane edge constraints on natural frequencies of simply supported doubly curved shallow shells. Thin-Walled Structures. 2011;49(7):797-803. [4] Atlar S, Budak E, Özgüven HN. Modeling part dynamics and chatter stability in machining considering material removal. 1st Int Conf on Process Machine Interactions; 2008; Hannover. [5] Seguy S, Campa FJ, Lopez de Lacalle LN, Arnaud L, Dessein G, Aramendi G. Toolpath dependent stability lobes for the milling of thin walled parts. International Journal of Machining and Machinability of Materials. 2008;4(4):377-392. [6] Thévenot V, Arnaud L, Dessein G, Cazenave Larroche G. Influence of material removal on the dynamic behavior of thin-walled structures in peripheral milling. Machining Science and Technology. 2006;10(3):275- 287. [7] Leissa AW, Lee JK, Wang AJ. Rotating blade vibration analysis using shells. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1982;104(2):296-302. [8] SolidCam, SolidCam 2014 modules overview part and recording, 2014, 106 trang.
11. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ