Tối ưu hóa phay rãnh inox 304 trên MANUSsim

Gia công phay rãnh Inox 304 thường gặp khó khăn do nhiệt tích tụ và biến cứng bề mặt, dẫn đến mòn dao nhanh nếu thiếu bước xử lý lực cắt chuyên sâu. Bài viết này, SDE Tech sẽ phân tích quy trình tối ưu hóa phay rãnh inox 304 bằng phần mềm MANUSsim, giúp kiểm soát động học máy và khắc phục triệt để các hạn chế của chương trình CAM tiêu chuẩn.

1. Phân tích hiện trạng quy trình phay rãnh thông thường

Để đánh giá hiệu quả của việc tối ưu hóa, chúng ta xét một kịch bản gia công tiêu chuẩn thường gặp tại các nhà máy cơ khí.

• Dụng cụ cắt: Dao phay ngón Carbide 4 lưỡi cắt (4-flute Endmill).
• Vật liệu: Inox 304.
• Thông số cắt lập trình (CAM): Tốc độ trục chính (S) = 2500 RPM; Bước tiến (F) = 400 mm/min.

Các vấn đề kỹ thuật phát sinh: Trong môi trường CAM thông thường, các thông số S và F thường được giữ cố định trong suốt đường chạy dao. Thực tế gia công cho thấy ba vấn đề chính:

• Sốc lực tại điểm tiếp xúc (Entry Shock): Khi dao bắt đầu ăn vào phôi, lực cắt tăng đột ngột từ 0 lên giá trị cực đại, gây ra va đập cơ học lên lưỡi cắt.
• Biến thiên lực cắt không kiểm soát: Tại các vị trí góc cua hoặc khi thay đổi hướng cắt, góc ôm của dao thay đổi làm lực cắt biến thiên, gây mòn dao không đều.
• Nhiệt tích tụ: Do Inox 304 dẫn nhiệt kém, nhiệt lượng sinh ra không thoát được qua phoi mà tập trung vào lưỡi cắt, gây quá nhiệt và phá hủy lớp phủ.

Dưới đây là 4 bước tối ưu hóa cụ thể được thực hiện trên nền tảng MANUSsim để giải quyết các vấn đề trên.

2. Ổn định lực cắt tại điểm vào dao

Giai đoạn dao bắt đầu tiếp xúc với phôi (Entry) là thời điểm nhạy cảm nhất của quá trình gia công. Theo nguyên lý cắt gọt, sự thay đổi trạng thái đột ngột từ chạy không tải sang cắt có tải sẽ tạo ra xung lực lớn.

Phân tích từ MANUSsim: Thuật toán của MANUSsim ghi nhận tại thời điểm lưỡi dao chạm thành Inox, lực hướng tâm (Radial Force) tăng vọt. Với Inox 304, độ cứng vững của vật liệu khiến xung lực này có thể gây mẻ vi thể (micro-chipping) ở góc lưỡi cắt ngay trong giây đầu tiên.

• Giải pháp tối ưu: MANUSsim tự động can thiệp vào mã G-code, thực hiện điều chỉnh bước tiến tại vùng tiếp cận:
• Hành động: Giám sát khoảng cách an toàn (thường là 2mm đầu tiên khi tiếp xúc phôi).
• Điều chỉnh: Tự động giảm bước tiến (F) từ 400 mm/min xuống 200 mm/min (tương đương 50% tải trọng).
• Kết quả: Việc giảm tốc độ nạp dao giúp quá trình gia tăng lực cắt diễn ra tuyến tính, triệt tiêu hiện tượng va đập (shock). Lưỡi dao xâm nhập vào vật liệu ổn định trước khi tăng tốc trở lại thông số chuẩn.

3. Điều chỉnh bước tiến dựa trên độ dày phôi thực tế

Một trong những nguyên nhân chính gây hỏng dao khi gia công Inox 304 là hiện tượng trượt dao gây biến cứng bề mặt. Điều này xảy ra khi chiều dày phoi (Chip Thickness) quá mỏng, lực cắt không đủ để thắng giới hạn chảy của vật liệu, dẫn đến lưỡi dao trượt trên bề mặt thay vì cắt.

Phân tích từ MANUSsim: Trong các đường chạy dao nội suy cung tròn hoặc góc hẹp, phần mềm CAM thường giữ nguyên bước tiến F. Tuy nhiên, hình học của quá trình cắt làm chiều dày phoi thực tế tại các điểm này giảm đi đáng kể.

• Giải pháp tối ưu: MANUSsim tính toán liên tục độ dày phoi tại từng vị trí của đường chạy dao.
• Hành động: Tại các phân đoạn dao ăn ít vật liệu (chiều dày phoi dưới ngưỡng tối ưu), phần mềm tự động tăng nhẹ bước tiến (F).
• Mục đích: Đảm bảo chiều dày phoi luôn đạt mức tối thiểu để duy trì cơ chế cắt gọt (shearing), giúp lưỡi cắt luôn “ngập” trong vật liệu mới.
• Kết quả: Ngăn chặn hiện tượng biến cứng bề mặt phôi Inox 304. Dữ liệu thực tế cho thấy giải pháp này giúp kéo dài tuổi thọ dao từ 30-40% nhờ loại bỏ ma sát trượt sinh nhiệt vô ích.

4. Triệt tiêu rung động cộng hưởng bằng biểu đồ ổn định

Rung động tự kích (Chatter) là yếu tố giới hạn năng suất và chất lượng bề mặt trong gia công CNC. Đối với vật liệu dai như Inox 304, rung động xuất hiện khi tần số kích thích của quá trình cắt trùng với tần số dao động riêng của hệ thống máy – dao – đồ gá.

Phân tích từ MANUSsim: Dựa trên mô đun phân tích động học máy, MANUSsim quét dải tần số làm việc và xác định tốc độ trục chính 2500 RPM (như cài đặt ban đầu) nằm gần vùng đỉnh của biểu đồ rung động (unstable zone).

• Giải pháp tối ưu: Phần mềm đề xuất điều chỉnh tốc độ trục chính dựa trên biểu đồ thùy ổn định (Stability Lobes):
• Điều chỉnh: Thay đổi tốc độ quay sang 2650 RPM hoặc giảm xuống 2350 RPM.
• Cơ sở kỹ thuật: Việc dịch chuyển RPM giúp tần số cắt rơi vào “vùng ổn định” (stable pocket), nơi biên độ rung động là thấp nhất.
• Kết quả: Máy vận hành êm ái, lực cắt ổn định. Bề mặt chi tiết sau gia công đạt độ bóng cao, không xuất hiện các vết rung sọc đặc trưng, giảm thiểu chi phí cho công đoạn nguội hoặc đánh bóng.

5. Kiểm soát nhiệt lượng và bảo vệ lớp phủ dao để tối ưu hóa phay rãnh inox 304

Nhiệt độ vùng cắt là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ lớp phủ (coating) của dao cụ. Khi phay rãnh Inox 304, dao bị bao bọc bởi phôi, khả năng thoát nhiệt hạn chế dẫn đến hiện tượng sốc nhiệt hoặc cháy lớp phủ.

Phân tích từ MANUSsim: MANUSsim tích hợp mô hình tính toán nhiệt lượng sinh ra dựa trên công suất cắt và đặc tính vật liệu. Phần mềm phát hiện các khu vực mà dao phải cắt liên tục trong vùng hẹp với nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép.

• Giải pháp tối ưu: Dựa trên bản đồ nhiệt mô phỏng, MANUSsim đưa ra các phương án can thiệp kỹ thuật:
• Phương án 1: Chèn các khoảng nghỉ ngắn (micro-pauses) hoặc đường chạy dao không cắt (air cut) để lưỡi dao có thời gian tản nhiệt ra môi trường/dung dịch làm mát.
• Phương án 2: Điều chỉnh Vector chiếu của đường chạy dao để thay đổi điểm tiếp xúc liên tục trên me cắt, giúp phân bố nhiệt đều hơn.
• Kết quả: Hạn chế hiện tượng quá nhiệt cục bộ, bảo vệ tính toàn vẹn của lớp phủ dao, duy trì độ sắc bén trong thời gian dài hơn.

Ứng dụng MANUSsim trong tối ưu hóa phay rãnh inox 304 giúp doanh nghiệp chuyển đổi sang gia công dựa trên dữ liệu, triệt tiêu rung động và gia tăng đáng kể tuổi thọ dao cụ. Liên hệ ngay với SDE Tech để được tư vấn giải pháp chuyên sâu, giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh. Email: sales@sde.vn Hotline/Zalo: 085 256 2615 – 0909 107 719.