Ý tưởng thiết kế

Toàn bộ mũi khoan bằng hợp kim cứng có tính giòn và giá thành cao; so với loại này, mũi khoan bằng thép tốc độ cao có độ dẻo dai tốt hơn và giá cũng rẻ hơn, nhưng khi chiều dài của mũi quá lớn thì khó bảo đảm được chất lượng gia công; mũi khoan đổi mảnh có tỷ lệ hiệu quả–giá cả khá tốt, song sau khi gia công khoan vẫn phải tiến hành các bước gia công doa hoặc doa lỗ tiếp theo; còn mũi khoan hợp kim cứng hàn thì khi bị mài mòn lại cần phải hàn lại. Vì vậy, tại sao không chế tạo một đỉnh mũi khoan hoặc mũi cắt bằng hợp kim cứng liền khối trên thân dao bằng thép, để đồng thời tận dụng được ưu thế của lưỡi cắt bằng hợp kim cứng và thân dao bằng thép? Đó chính là ý tưởng thiết kế của mũi khoan có đỉnh mũi thay thế được.

Loại mũi khoan có cấu trúc ghép này không chỉ kết hợp được độ chính xác và tốc độ cắt của mũi khoan hợp kim cứng với ưu điểm giá thành thấp của thân dao bằng thép, mà còn loại bỏ được hai công đoạn vừa tốn thời gian lại tốn kém: thay thế và lắp đặt mũi khoan, cũng như mài lại phần lưỡi cắt của mũi khoan. Loại mũi khoan này, trong khi đạt được độ chính xác tương đương với mũi khoan hợp kim cứng kiểu hàn, còn có thể nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất. Phần đỉnh răng bằng hợp kim cứng nguyên khối được thiết kế theo dạng hình học tự định tâm, phù hợp với các ứng dụng gia công đòi hỏi độ chính xác kích thước cao, giúp người dùng đáp ứng được các dung sai đường kính lỗ khá nghiêm ngặt.

Ưu điểm chính

(1) Thay đổi nhanh chóng

Theo ông Choi Man-sik, Giám đốc Sản phẩm Dụng cụ Khoan của Công ty YESTOOL Hàn Quốc, việc rút ngắn chu kỳ sản xuất và tiết kiệm chi phí sản xuất chính là những ưu điểm nổi bật của mũi khoan có đầu khoan thay thế được. Kể từ khi loại mũi khoan này được phát triển cách đây 12 năm, nó đã liên tục cạnh tranh với các loại mũi khoan thép tốc độ cao và mũi khoan hợp kim cứng hàn, trong đó đặc tính không cần mài lại và phủ lại lớp phủ mới chính là ưu điểm nổi trội nhất. Trên thực tế, hiệu suất làm việc của mũi khoan có đầu khoan thay thế được cao đến mức thậm chí có thể sánh ngang với mũi khoan hợp kim cứng nguyên khối; đồng thời, so với mũi khoan hợp kim cứng nguyên khối, thân mũi khoan bằng thép của nó lại có giá thành thấp hơn rất nhiều.
Việc tiết kiệm thời gian ở đây có nghĩa là khi thay đổi mũi khoan, không cần phải tháo thân dao ra khỏi mâm kẹp mũi khoan; chỉ cần tháo mũi khoan cũ ra khỏi thân dao rồi lắp mũi khoan mới vào là xong. Nếu người vận hành muốn tăng kích thước đường kính lỗ, chỉ cần thay thế đầu dao mà không cần tháo thân dao ra khỏi máy. Một thân dao có thể tương thích với nhiều loại mũi khoan có các thông số kích thước khác nhau. Có nhiều phương thức liên kết giữa mũi khoan và thân dao: Công ty YESTOOL sử dụng hai vít xuyên qua mũi khoan để nối chặt nó với thân dao; Công ty Sandvik Coromant dùng một chốt kéo có ren vặn vào đáy của răng cưa, qua đó siết chặt răng cưa một cách an toàn và tin cậy lên thân dao; còn các công ty ISCAR và Ingersoll đều áp dụng cấu trúc then để khóa và cố định răng cưa xoay tròn trên thân dao.

Ông Thôi Vạn Giá cho biết, việc thay thế một chiếc mũ răng chỉ mất vỏn vẹn 20 giây, và sau khi thay xong cũng không cần thực hiện bất kỳ điều chỉnh nào. Tất nhiên, phải dùng khí nén để làm sạch bề mặt tiếp xúc nhằm tránh làm hư hại thân dao.

Ông Mike Gadzinski, Giám đốc Đào tạo của công ty ISCAR, ước tính rằng việc thay thế một mảnh răng cắt chỉ mất khoảng 30 giây, trong khi việc thay thế một dao nguyên khối lại tốn tới 10 phút. Ông cho biết ngành công nghiệp ô tô thực sự rất hoan nghênh công nghệ này, vì việc rút ngắn thời gian ngừng máy là vô cùng quan trọng đối với họ.

(2) Tiết kiệm chi phí

Các nhà sản xuất mũi khoan có mảnh cắt thay thế thường tự hào về chi phí thấp của loại dụng cụ này. Bởi vì trong mũi khoan có mảnh cắt thay thế, chỉ phần mảnh cắt được chế tạo từ hợp kim cứng, còn thân dao thì làm bằng thép; do đó, giá thành của nó rẻ hơn nhiều so với mũi khoan toàn hợp kim cứng. Mặc dù giá của mũi khoan có mảnh cắt thay thế cao hơn so với mũi khoan thép tốc độ cao, nhưng hiệu năng cắt gọt của nó lại vượt trội hơn rất nhiều. Hơn nữa, vì một thân dao có thể lắp ghép với nhiều loại mảnh cắt có kích thước và thông số kỹ thuật khác nhau, nên người dùng chỉ cần mua một số lượng ít thân dao là đủ.

Ông Thôi Vạn Giá cho biết, việc sử dụng mũi khoan dạng mảnh cắt có thể thay thế để gia công khoan có chi phí thấp nhất, song tỷ lệ loại bỏ kim loại của nó lại không thể sánh kịp với các mũi khoan thuộc dòng KRUZ-K có đầu răng cưa thay thế, và sau khi khoan hầu như luôn phải tiến hành thêm các bước doa hoặc taro tinh. Trong khi đó, một trong những đặc điểm nổi bật của mũi khoan có đầu răng cưa thay thế chính là không cần thực hiện các công đoạn phụ. Khi dùng mũi khoan toàn bộ bằng hợp kim cứng để khoan, tuy trên máy công cụ chỉ có thể lắp duy nhất một mũi, nhưng trong kho thì lại cần đến một mũi dự phòng, một mũi khác đang ở vị trí mài tái chế, một mũi vừa được tháo ra khỏi máy, còn một mũi khác thì đang trên đường chuyển đến vị trí gia công… Tổng cộng số lượng các mũi này không hề ít. Ngược lại, khi sử dụng mũi khoan có mũi khoan thay thế, ta chỉ cần để sẵn một vài mũi trong ngăn kéo; khi mũi này bị mòn thì thay ngay bằng một mũi mới.

Theo quan điểm của ông Thôi Vạn Giá, một thân dao, tùy theo nhu cầu ứng dụng thực tế, có thể thay thế ít nhất từ 15 đến 20 lần mảnh răng mới. Nếu áp dụng các kỹ thuật gá lắp và làm mát đúng cách (công ty YESTOOL khuyến nghị sử dụng phương pháp làm mát bên trong), khi gia công các chi tiết bằng thép, mỗi mảnh răng có thể duy trì thời gian cắt liên tục khoảng 120 phút.

Những quan điểm khác nhau

Ông Dan Murphy, Giám đốc Bán hàng Khu vực của Công ty Bán hàng REM, cho rằng mũi khoan có đầu cắt thay thế được là một loại dụng cụ bù đắp rất hiệu quả. Ông khuyến nghị khi gia công các lỗ lớn nên sử dụng mũi khoan có thể đổi mảnh, còn khi gia công các lỗ nhỏ thì dùng mũi khoan nguyên khối bằng hợp kim cứng. Đối với những đường kính lỗ nằm giữa hai mức này, nếu quy trình gia công diễn ra với số lượng lớn, ông có thể lựa chọn mũi khoan nguyên khối bằng hợp kim cứng có thể mài lại hoặc mũi khoan hàn. Tuy nhiên, đối với việc gia công các lỗ có kích thước trung bình, ông Dan Murphy nhận định rằng mũi khoan có đầu cắt thay thế được không đòi hỏi khoản đầu tư lớn mà vẫn cung cấp được nhiều chức năng đa dạng. Người sử dụng không cần lo lắng về quy trình mài lại; khi cần đạt hiệu năng vượt trội so với dao thép tốc độ cao, nhưng khối lượng gia công lại chưa đủ để áp dụng mũi khoan nguyên khối hoặc mũi khoan hàn bằng hợp kim cứng, thì mũi khoan có đầu cắt thay thế chính là giải pháp hoàn hảo để lấp đầy khoảng trống đó. Ngoài ra, ông Dan Murphy cũng sẵn sàng ứng dụng mũi khoan có đầu cắt thay thế được trên các máy CNC kiểu Thụy Sĩ, nơi yêu cầu độ chính xác cao về kích thước lỗ gia công, vì loại mũi khoan này cho phép thay thế đầu cắt nhiều lần theo nhu cầu, qua đó rút ngắn thời gian dừng máy.

Tuy nhiên, với tư cách là nhà cung cấp máy mài mũi khoan CNC, hệ thống kiểm tra và thiết bị cho người dùng, ông Kirk Gordon của Công ty Kỹ thuật Gordon lại đưa ra một quan điểm khác về mũi khoan có thể thay thế mảnh cắt. Theo ông, mũi khoan bằng hợp kim cứng đòi hỏi độ cứng vững rất cao trong quá trình khoan, trong khi thân dao bằng thép lại thiếu độ cứng vững—điều này giống như việc lắp một động cơ công suất lớn vào một chiếc xe hơi bình dân. Mũi khoan hiệu năng cao cần được hỗ trợ bởi một thân dao có độ bền và độ cứng vững cao, đồng thời phải đảm bảo sự định tâm và truyền lực chính xác. Ông Gordon cũng bày tỏ nghi ngờ trước những lời quảng cáo rằng mũi khoan có thể thay thế mảnh cắt sẽ giúp tiết kiệm chi phí gia công. Ông đồng ý rằng về mặt lý thuyết, việc sử dụng loại mũi khoan này có thể giảm chi phí, nhưng theo ông, so với các dụng cụ bằng hợp kim cứng nguyên khối có thể mài lại, chi phí thực tế trên mỗi lưỡi cắt khi dùng mũi khoan có thể thay thế mảnh cắt lại có thể cao hơn. Ông còn cho rằng mũi khoan có thể thay thế mảnh cắt không hoàn toàn hiệu quả như mũi khoan bằng hợp kim cứng nguyên khối; chẳng hạn, trong một số trường hợp, chỉ một sai lệch nhỏ về kích thước hình học cũng có thể làm ảnh hưởng đến hiệu năng của dụng cụ. Ngoài ra, ông cũng lưu ý rằng các loại mũi khoan có thể thay thế mảnh cắt tiêu chuẩn thường không phù hợp để khoan các lỗ có đường kính nhỏ hơn 1/4 inch (6,35 mm), do đó giới hạn phạm vi ứng dụng của chúng.

Kirk Gordon cho rằng, xét một cách tổng thể, so với các mũi khoan bằng hợp kim cứng nguyên khối, mũi khoan có đầu răng thay thế dường như không mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Ông Gordon đã liệt kê các chi phí liên quan đến việc mua mũi khoan có đầu răng thay thế, chi phí thay thế thân dao cũ, chi phí thay thế (thay vì mài lại) đầu răng, cũng như những tổn thất phát sinh do giảm tốc độ quay và suy giảm độ chính xác (bao gồm độ lệch vị trí của lỗ, độ thẳng, độ tròn và độ chính xác về kích thước). Theo quan điểm của ông, ứng dụng tối ưu nhất của mũi khoan có đầu răng thay thế là dành cho người mới bắt đầu. Những người này có thể chưa đủ kỹ năng để thay thế toàn bộ thân dao, nhưng lại có thể thay thế riêng đầu răng. Dù vậy, người vận hành vẫn cần giữ cho phần đầu trước của thân dao luôn sạch sẽ và thường xuyên theo dõi tình trạng mài mòn hoặc hư hỏng của nó.

Ông Murphy của công ty bán hàng REM không đồng ý với kết luận này. Ông cho rằng vấn đề chính nằm ở việc con người thường ngại vứt bỏ đồ đạc và cũng không thích tìm hiểu những điều mới mẻ. Việc mua các mũi khoan đắt tiền hơn để xóa bỏ nỗi lo là một cách giải quyết mang tính tiêu cực; thay vào đó, người vận hành có thể nhập chương trình macro sử dụng mũi khoan có đầu răng thay thế vào chương trình gia công CNC của máy, sau khi đã thay đầu răng đúng số lần quy định thì mới thải bỏ thân mũi. Theo ông, mũi khoan có đầu răng thay thế phù hợp hơn để gia công các lỗ có chiều sâu bằng 3–5 lần đường kính, trong khi mũi khoan nguyên khối bằng hợp kim cứng lại thích hợp hơn cho việc khoan lỗ sâu. Mũi khoan có đầu răng thay thế không phải là “thuốc chữa bách bệnh”, mà đối tượng gia công chủ yếu của nó là các vật liệu tương đối mềm, sản xuất với số lượng vừa và nhỏ, cùng các lỗ có độ sâu tương đối nông; trong những trường hợp như vậy, mũi khoan có đầu răng thay thế có thể phát huy hiệu quả rất tốt. Ngoài ra, nếu một nhóm chi tiết có nhiều kích thước lỗ khác nhau, việc sử dụng mũi khoan có đầu răng thay thế sẽ giúp thân mũi bao quát được phạm vi kích thước phù hợp, do đó chỉ cần thay đầu mũi là đủ. Mũi khoan nguyên khối bằng hợp kim cứng lại thích hợp hơn để gia công các vật liệu cứng hơn, các lỗ sâu, cũng như phục vụ sản xuất chuyên nghiệp với số lượng lớn; còn mũi khoan thép tốc độ cao thì phù hợp cho mục đích sử dụng một lần hoặc gia công các chi tiết mẫu.