Các Chiến lược Chính để Ngăn Chặn Rung Động trong Gia Công Chế Tạo

Hãy tưởng tượng bạn đang thực hiện một thao tác gia công kim loại chính xác để tạo ra một bộ phận hoàn hảo. Giữa tiếng ồn của máy, một tiếng rít khó chịu xuất hiện—dụng cụ nhảy múa trên phôi, để lại một bề mặt thô ráp và làm hỏng vật liệu. Kịch bản gây khó chịu này đại diện cho cơn ác mộng về rung động, đặc biệt là rung động trong các hoạt động cắt. Bài viết này xem xét các hiện tượng rung động trong gia công và cung cấp các chiến lược thực tế để giảm thiểu tác động của nó đến hiệu quả và chất lượng.

Rung động—sự dao động cơ học xung quanh một vị trí cân bằng—thường không mong muốn trong gia công do các tác động bất lợi của nó:

• Mài mòn dụng cụ tăng tốc: Rung động nhanh chóng làm suy giảm các cạnh cắt, gây ra sứt mẻ và nứt, làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của dụng cụ.
• Suy giảm chất lượng bề mặt: Các mẫu và dấu không đều xuất hiện trên phôi, vượt quá dung sai độ nhám.
• Tỷ lệ phế liệu tăng lên: Rung động nghiêm trọng dẫn đến sai số về kích thước và các khuyết tật bề mặt, làm tăng chi phí sản xuất.
• Chi phí vận hành cao hơn: Thay thế dụng cụ sớm, các bộ phận phế liệu và sửa chữa làm tăng chi phí.
• Thiếu hiệu quả năng lượng: Rung động lãng phí năng lượng, làm giảm hiệu quả gia công.

Rung động biểu hiện ở hai dạng chính:

• Rung động tự do: Xảy ra khi một hệ thống dao động ở tần số tự nhiên của nó sau một nhiễu loạn ban đầu (ví dụ: một tấm kim loại bị đánh vào cộng hưởng cho đến khi năng lượng tiêu tan).
• Rung động cưỡng bức: Kết quả từ kích thích tuần hoàn hoặc ngẫu nhiên bên ngoài (ví dụ: rung động máy giặt trong chu kỳ quay không cân bằng).

Gia công chủ yếu liên quan đến rung động cưỡng bức do lực cắt, chuyển động của bộ phận máy hoặc nhiễu môi trường.

Cộng hưởng xảy ra khi tần số kích thích tiếp cận tần số tự nhiên của hệ thống, làm tăng biên độ một cách đáng kể. Trong gia công, cộng hưởng giữa các biến thể lực cắt và tần số tự nhiên của dụng cụ/phôi gây ra rung động nghiêm trọng, có khả năng dẫn đến:

• Gãy dụng cụ
• Phôi bị loại bỏ
• Hư hỏng máy công cụ

Do đó, việc chủ động tránh cộng hưởng là điều cần thiết.

Rung động—một dao động tự duy trì—phát sinh từ các tương tác động lực học giữa lực cắt và hệ thống dụng cụ-máy-phôi. Đặc trưng bởi tiếng ồn cao và rung động mạnh, nó làm tăng tốc độ mài mòn dụng cụ và làm giảm độ hoàn thiện bề mặt. Việc tạo ra phức tạp của nó liên quan đến:

• Động lực học lực cắt
• Hình học dụng cụ
• Tính chất vật liệu phôi
• Đặc điểm cấu trúc máy

Các yếu tố quyết định rung động chính trong gia công bao gồm:

• Độ cứng của máy: Máy có độ cứng thấp rung động quá mức, đặc biệt là trong các hoạt động tốc độ cao hoặc cắt nặng.
• Độ cứng của dụng cụ: Các dụng cụ mảnh hoặc nhô ra dễ bị rung động.
• Tính ổn định của phôi: Các bộ phận thành mỏng hoặc đúc hẫng dễ bị rung động.
• Thông số cắt: Tốc độ, tốc độ nạp và chiều sâu cắt ảnh hưởng đến độ lớn/tần số lực.
• Hình học dụng cụ: Góc nghiêng, góc thoát, góc nghiêng và bán kính mũi ảnh hưởng đến độ ổn định của quá trình.
• Vật liệu phôi: Vật liệu dễ uốn thúc đẩy rung động.
• Ứng dụng chất làm mát: Bôi trơn thích hợp làm giảm ma sát và nhiệt độ.

• Chọn máy có độ cứng cao cho các hoạt động đòi hỏi
• Tối ưu hóa vị trí máy trên nền móng vững chắc
• Bảo trì các bộ phận quan trọng (trục chính, đường dẫn hướng, vít)

• Sử dụng các dụng cụ ngắn, chắc chắn khi có thể
• Giảm thiểu phần nhô ra của dụng cụ
• Sử dụng các giá đỡ có độ cứng cao (loại thủy lực/nhiệt)
• Chọn vật liệu dụng cụ có mô đun cao (ví dụ: cacbua so với HSS)

• Thêm giá đỡ (đồ gá, khối đỡ)
• Tối ưu hóa việc kẹp (nhiều điểm, mâm cặp chân không)
• Làm đầy các cấu trúc rỗng (nhựa, cát)

• Giảm tốc độ cắt/tốc độ nạp/chiều sâu cắt
• Thực hiện cắt gián đoạn (dụng cụ cắt phoi)

• Chọn góc nghiêng/thoát/nghiêng thích hợp
• Chọn bán kính mũi tối ưu

• Sử dụng chất làm mát để giảm nhiệt độ/ma sát
• Sử dụng chất bôi trơn để giảm thiểu ma sát dụng cụ-phôi
• Chọn các phương pháp phân phối thích hợp (ví dụ: làm mát áp suất cao)

• Thay đổi hướng cắt
• Lắp đặt bộ giảm chấn
• Tiến hành phân tích rung động

• Sử dụng dao cắt bước thô để giảm diện tích tiếp xúc
• Giảm thiểu phần nhô ra của dao cắt
• Chọn chèn nghiêng dương
• Sử dụng các loại cacbua phủ mỏng
• Tăng tốc độ nạp trên mỗi răng trong khi giảm RPM
• Giảm chiều sâu cắt dọc trục/hướng tâm
• Sử dụng giá đỡ dụng cụ cứng (ví dụ: giá đỡ chuôi côn)
• Dao cắt trung tâm bằng cách mài leo

• Tối đa hóa độ cứng của dụng cụ với phần nhô ra tối thiểu
• Chọn bán kính mũi nhỏ (dưới chiều sâu cắt khi có thể)
• Sử dụng các cạnh cắt sắc nét với khả năng kiểm soát phoi thích hợp
• Chọn các loại cacbua cứng cho hình dạng tinh tế
• Duy trì tốc độ nạp vượt quá 25% bán kính mũi
• Tránh các dải tốc độ trục chính không ổn định

• Đánh giá tỷ lệ nhô ra; xem xét các dụng cụ lớn hơn/côn/mô-đun
• Sử dụng giá đỡ dụng cụ cao cấp (ví dụ: Seco-Capto)
• Đặt các cạnh cắt ở độ cao trung tâm
• Chọn hình dạng dương với bán kính nhỏ
• Thực hiện theo các khuyến nghị tiện để lựa chọn chèn

Rung động gia công đặt ra những thách thức phức tạp, nhưng việc hiểu các cơ chế của nó và thực hiện các giải pháp được nhắm mục tiêu cho phép các nhà sản xuất đạt được kết quả vượt trội. Bằng cách giải quyết các yếu tố máy móc, dụng cụ và quy trình, người vận hành có thể nâng cao đáng kể năng suất và chất lượng bộ phận.