Nguyên Tắc Cơ Bản Kiểm Soát Phoi Khi Gia Công Cơ Khí Chính Xác

Hầu hết tất cả ứng dụng gia công cơ khí chính xác phổ biến hiện nay đều phát sinh ra phoi vật liệu. Vì vậy nắm được việc kiểm soát thoát phoi là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quy trình sản xuất, từ tuổi thọ dao cụ cắt gọt đến chất lượng sản phẩm sau khi gia công

Các vấn đề kiểm soát chip thường ảnh hưởng đến các vấn đề khác như giảm tuổi thọ công cụ, thời gian gia công tăng và bề mặt chi tiết hoàn thiện kém, đồng thời tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn lao động.  Hiểu được nguyên tác thoát chip có thể giúp các xưởng kiểm soát chip của mình, dẫn đến tuổi thọ công cụ dài hơn và năng suất tốt hơn.

Tại Hội nghị kỹ thuật quốc gia của Hiệp hội các sản phẩm gia công chính xác (PMPA), Edwin Tonne, chuyên gia đào tạo và kỹ thuật tại Horn USA Inc., và Rob Somma, kỹ sư công cụ của Somma Tool Co. Inc., đã cung cấp một cái nhìn sâu sắc về những cách tốt nhất để quan sát, đánh giá chip và đưa ra các chiến lược sáng tạo cho các đề xuất tốt nhất trong việc quản lý thoát phoi.

Ngày nay, trong môi trường làm việc đỏi hỏi tiêu chuẩn cao, những xưởng gia công cơ khí đều hiểu việc quản lý, kiểm soát chi phí sản xuất là điều bắt buộc. Vì vậy nếu bạn có thể kéo dài tuổi thọ của các dụng cụ cắt gọt kim loại bạn có thể giảm bớt một phần chi phí.

1. Kiểm soát nhiệt độ khi gia công

Nhiệt độ trong quá trình gia công được tạo ra bởi tốc độ dụng cụ cắt đang cắt tiếp xúc với phôi kim loại. Tốc độ có mối tương quan trực tiếp đến tuổi thọ công cụ, khi tốc độ tăng, tuổi thọ của công cụ giảm xuống và điều này đúng với bất kỳ vật liệu và lưỡi cắt nào

2. Vệ sinh lưỡi cắt

Về cơ bản có nghĩa là loại bỏ vật liệu khỏi dụng cụ cắt sau quá trình gia công, đóng một vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt vì nó giảm thiểu khả năng sứt mẻ cạnh, có thể dẫn đến hỏng dụng cụ. Các nhà sản xuất dụng cụ cắt sử dụng các phương pháp khác nhau để vệ sinh lưỡi cắt như dùng bàn chải để vệ sinh, quét sạch phoi.

3. Kiểm soát việc thoát phoi

Kiểm soát dòng phoi thoát ra trong quá trình gia công sẽ giảm thiểu hư hỏng cho công cụ. Một cách đơn giản để kiểm soát việc thoát phoi là nghiên cứu, thiết kế hệ thống làm mát trực tiếp trên công cụ. Các tia nước làm mát hoạt động trực tiếp trên khu vực cắt, vòi phun hình phễu tạo ra một tia nước làm mát làm giảm tích tụ phoi.

Quan sát đặc tính phoi thoát ra

Nhiệt luôn được sinh ra trong quá trình gia công nhưng nhiệt độ chỉ thoát được qua vài nơi như môi trường xung quanh, phôi vật liệu, dao cụ cắt và phoi. Đối với vật liệu thép thiết lập sử dụng tốc độ cắt tối ưu, gia công không sử dụng tưới nguội sẽ dẫn đến khoảng 75% nhiệt sinh ra dồn vào chip, 10% trong phôi và 15% truyền đến lưỡi cắt. Hợp kim chịu nhiệt sẽ ít sinh ra nhiệt hơn, nhưng chỉ cần 25% lương nhiệt sinh ra dồn vào chip thoát sẽ giúp dao cụ tăng tuổi thọ.

Phoi thoát ra cũng có thể cung cấp một tầm nhìn cho người vận hành khi tầm nhìn, quan sát bị che bởi dung dịch tưới nguội. Khi quan sát hình dạng chip bị bẻ, hình dáng chip chấp nhận được là 6s và 9s chứ không thể đánh giá chip bẻ đúng hoặc sai. Những hình dạng này thường cho thấy con chip đang được bẻ đúng chiều hoặc các vùng khác không gây ra thiệt hại cho các góc cắt. Hình dạng phoi 6s và 9s thể hiện đường thoát chip không quá nhỏ. Nếu đường thoát chip quá nhỏ, đặc biệt là trong các hợp kim sinh nhiệt như vật liệu titan và niken, áp suất cực cao sẽ sinh nhiệt nhiều hơn

Bề mặt hoàn thiện của chip cũng có đánh giá được quá trình gia công. Nếu phoi có bavia, răng cưa thường cho thấy một quá trình không ổn định.

Cuối cùng, màu sắc của phoi cũng có ý nghĩa. Đối với thép nhóm ISO P, phoi màu xanh tím thường sẽ biểu thị tốc độ cắt thể hiện phần lớn nhiệt được truyền vào chip. Đối với các vật liệu có ít sinh nhiệt, sự khác biệt lớn về màu sắc có thể có nghĩa là tốc độ quá cao. Phoi thoát ra là một phần quan trọng giúp đánh giá chất lượng của quá trình gia công

Chipbreakers

Phoi dài và phoi dây phản ánh quá trình bẻ phoi không tốt, vì vậy mục tiêu trong bất kỳ thiết kế dao cụ là phá vỡ chip bằng cách thay đổi đường dẫn / cuộn tròn của nó. Hiệu quả nhất thường là sử dụng chipbreaker tích hợp sẵn trên mặt cắt dao cụ. Trong một số trường hợp, cán dao có thể được sử dụng làm chipbreaker

High-Pressure Coolant

Tưới nguội áp suất cao là giải pháp kiểm soát chip hiệu quả cao. Nhưng lại tốn chi phí khá nhiều vào đầu tư hệ thống và bảo trì thiết bị, tuy nhiên ó mang lại rất nhiều lợi ích với tuổi thọ công cụ được cải thiện và ổn định.

Để đạt hiệu quả tối đa, tưới nguội cần phải đặt càng gần vùng gia công cắt càng tốt. Một mảnh insert có thiết kế lỗ tưới nguội trong giúp tưới trực tiếp trên vùng cắt. 

Quan sát, đánh giá quá trình gia công

Cuối cùng, thay đổi quy trình và lập trình có thể được áp dụng trong lúc gia công, thường sẽ tiêu tốn chi phí vừa phải vì sự tham gia của nhiều yếu tố vận hành khi gia công. Nhưng mang lại lợi ích thông qua cải thiện tuổi thọ và sự ổn định của công cụ.

Công cụ căn chỉnh là một nơi tốt để bắt đầu. Chiều cao tâm rất quan trọng đối với việc điều khiển thoát chip, bởi vì nếu góc cắt dao cụ không được tính toán chính xác, chipbreaker sẽ không bẻ phoi tốt nhất và gây mài mòn insert. Phía trên tâm gây ra ma sát và rung động, và bên dưới tâm gây ra rung động và tăng vùng cắt. Việc kiểm tra bộ phân căn chỉnh máy nên được kiểm tra liên tục và thường xuyên vì sự cố máy và các vấn đề bảo trì dẫn đến sai lệch thường không được báo cáo. (Tool alignment is a good place to start. Center height is critical for chip control, because if the cutting tool edge is not positioned correctly, the chipbreaker may not provide optimal results and excessive tool wear will become an issue. Above center causes friction and vibration, and below center causes vibration and increased shearing zone. Machine alignment should be inspected regularly and frequently, because machine crashes and maintenance issues that lead to misalignment often go unreported.)

Độ ổn định của dạo là yếu tố rất quan trọng, trong quá trình gia công, độ ăn dao sẽ ảnh hưởng đến việc kiểm soát phoi. Nếu insert không ổn định và bị đẩy ra ở mỗi vòng quay, điều khiển chip thoát sẽ khó khăn. Dao cụ module (tháo lắp) có thể giảm độ lệch bằng cách rút ngắn chiều dài tổng thể từ đầu rơvone đến góc cắt. (Tooling with high stability is important, making use of a highly rigid setup. If the insert rolls when indexing, the cutting height, and thus the chip control, can be affected. There should be as much material as possible under the cutting edge. If the insert is pushing off at each revolution, chip control will be difficult. Modular tooling can reduce deflection by shortening the overall length from the tool turret to the cutting edge.)

Đối với hầu hết tất cả các insert tiêu chuẩn ISO, độ sâu cắt (DOC) rất quan trọng đối với việc điều khiển chip. Theo nguyên tắc thông thường, độ sâu tối thiểu bằng 2/3 kích thước bán kính. Để có kết quả tốt nhất, độ sâu phải từ 1 đến 2 mm (0,039 inch đến 0,079 inch) qua bán kính. Một quan niệm sai lầm phổ biến là độ sâu càng lớn thì tuổi thọ công cụ càng kém. Thực tế là khi điều chỉnh bước tiến dao, tốc độ cắt hoặc DOC thì DOC có ảnh hưởng ít nhất đến tuổi thọ công cụ. Vì lý do này, việc tăng DOC nên là hành động đầu tiên cần thực hiện khi kiểm soát chip kém. (For almost all ISO turning inserts, depth of cut (DOC) is critical to chip control. As a common rule of thumb, the depth should be at least 2/3 of the radius size. For the best results, the depth should be 1 to 2 mm (0.039 inch to 0.079 inch) past the radius. One common misconception is that the larger the depth, the poorer the tool life. The fact is that when adjusting feed, cutting speed or DOC, it is DOC that has the least effect on tool life. For this reason, increasing the depth of cut should be the first action to take when poor chip control is present.)

Bước tiến dao cũng rất quan trọng để kiểm soát chip chính xác. Nếu bước tiến dao quá thấp có thể khiến phoi bám trên lưỡi cắt làm ảnh hưởng quá trình thoát phoi như ý muốn. Mặt khác, nếu bước tiến dao quá cao, phoi có thể bị nén quá mức, điều này có thể dẫn đến áp suất cao và vỡ công cụ.

Tốc độ cắt cũng đóng một vai trò trong kiểm soát chip nhưng ảnh hưởng thấp hơn bước tiến dao. Khi các yếu tố khác thay đổi áp dụng lên quá trình vận hành không thành công thì yếu tố tốc độ cắt nên được sử dụng. Tốc độ cắt quá thấp có thể gây bất lợi cho việc kiểm soát chip. Sử dụng tốc độ cắt quá cao có thể làm biến dạng lưỡi cắt và thay đổi hoàn toàn quá trình điều khiển chip.

Khi các tùy chọn khác không thành công, các thay đổi lập trình vẫn có thể hỗ trợ kiểm soát chip. Đối với ứng dụng chích rãnh, tốc độ cắt có thể được kết hợp. Chẳng hạn, dao chích rãnh cắt phôi độ sâu 0,015 inch. Ở mỗi lần cắt, dao chích rãnh được giảm phân nửa bước tiến dao và chuyển sang độ sâu tiếp theo.