Trong quá trình gia công tạo hình khuôn mẫu hiện đại, cùng với việc các ngành như cơ khí–điện tử, ô tô và thiết bị gia dụng ngày càng đặt ra những yêu cầu cao hơn về tính thẩm mỹ và chức năng của các sản phẩm mới, các chi tiết ngày càng phức tạp đã làm cho bề mặt khuôn trở nên ngày càng phức tạp, đồng thời tỷ lệ các bề mặt cong tự do không ngừng tăng lên, từ đó đặt ra những yêu cầu cao hơn đối với công nghệ gia công khuôn. Do cấu trúc của khuôn mẫu rất phức tạp và yêu cầu về độ chính xác cao, các đặc trưng bề mặt cũng như vật liệu tại các vị trí khác nhau có sự chênh lệch lớn, vì vậy các loại dao phay dùng cho khuôn cũng khác nhau; bài viết này sẽ giới thiệu sơ lược một số trường hợp gia công điển hình bằng dao phay khuôn.

(1) Dao phay ăn dao lớn dòng XMR01 của Zhuzhou Diamond

(1) Các lĩnh vực ứng dụng. Dao phay với lượng chạy dao lớn được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo khuôn mẫu, với hiệu suất gia công cao hơn so với các loại dao phay định hình; trong đó, các loại dao sử dụng mảnh dao hình tứ giác chủ yếu dùng để phay mặt phẳng, còn các loại dao sử dụng mảnh dao kiểu chữ W thường được dùng cho phay rãnh và phay lòng khuôn.

(2) Đặc điểm của dao cắt

1) Hiệu suất cắt gọt cao: góc lệch chính nhỏ của lưỡi dao giúp giảm lực hướng kính phát sinh trong quá trình cắt, từ đó giảm tối đa rung động của dụng cụ cắt và tăng đáng kể tốc độ tiến dao.

2) Trong hầu hết các ứng dụng, sản phẩm có thể thay thế các lưỡi dao hình tròn truyền thống; so với lưỡi dao hình tròn, nó có góc nghiêng chính nhỏ hơn và lưỡi làm nhẵn rộng hơn, nhờ đó có thể loại bỏ lượng dư của phôi một cách hiệu quả cao.

3) Khi gia công mặt nghiêng và gia công theo đường xoắn ốc, cần giảm tốc độ ăn dao; khi khoan, lượng ăn dao dọc trục nên được đặt dưới 0,2 mm/vòng; trong trường hợp có phoi dài bắn ra, phải chú ý đảm bảo an toàn; khi gia công khoét theo đường xoắn ốc, lượng ăn sâu mỗi vòng không được vượt quá giá trị ăn sâu tối đa ap; lưỡi cắt kiểu S còn có thể dùng để gia công phay chèn (xem Hình 4-93).

Hình 4-93 Gia công trên mặt nghiêng và gia công theo đường xoắn

4) Lưỡi dao có hai loại: hình chữ Z và hình chữ S; các kiểu kết nối lắp đặt gồm kết nối cán thẳng và kết nối dạng ống có chốt đầu.

(3) Giải thích các đặc điểm của loạt dao phay XMR01. Đặc điểm nổi bật của các dụng cụ cắt với lượng ăn dao lớn là phân bổ lực cắt chính theo phương trục, qua đó giảm đáng kể thành phần lực cắt theo phương kính, từ đó nâng cao khả năng chống va đập của dao; ngoài ra, cấu trúc này còn giúp giảm rung hiệu quả trong các ứng dụng phay với độ vươn lớn (xem Hình 4-94).

Hình 4-94 Dao phay dòng XMR01

a) Bản vẽ lắp ráp dao phay b) Lưỡi cắt c) Sơ đồ gia công

(4) Các trường hợp ứng dụng tiêu biểu của dòng dao XMR01 (gia công khuôn mẫu)

1) Tên khách hàng: Một nhà máy chế tạo khuôn mẫu trong nước.

2) Tên chi tiết: Khuôn âm.

3) Vật liệu gia công: thép 45.

4) Phương thức làm mát: kiểu khô.

5) Phương pháp gia công: Gia công thô theo đường đồng mức.

6) Dụng cụ cắt: XMR01-063-A22-WP08-04, lưỡi dao: WPGT080615ZSR, mã hiệu lưỡi dao: YBM351.

7) Dụng cụ cắt ban đầu: TXP08-63-22 (một thương hiệu nước ngoài), lưỡi cắt ban đầu: RB7025/XPKT08T516TR.

8) Các thông số cắt: vc = 800 vòng/phút, ap = 1,2 mm, vf = 4000 mm/phút.

9) Kết quả thử nghiệm: dao cắt gia công trong 180 phút, RB7025 gia công trong 157 phút; hiệu năng cắt gọt vượt trội so với dao nhập khẩu của thương hiệu này.

(5) Các trường hợp ứng dụng tiêu biểu của dòng dao XMR01 (gia công thép rèn)

1) Tên khách hàng: Một công ty cơ khí trọng điểm trong nước.

2) Tên chi tiết: Khuôn tấm bảo vệ bình xăng ô tô.

3) Vật liệu gia công: Thép rèn 55.

4) Phương pháp làm nguội: cắt khô.

5) Phương pháp gia công: Phay mặt phẳng; gia công bằng nội suy xoắn ốc.

6) Đường kính lỗ khoan trước: φ45mm, đường kính cắt: 115mm, chiều sâu gia công tổng: 60mm.

7) Dụng cụ cắt: XMR01-063-A22-WP08-04, lưỡi dao: WPGT080615ZSR, ký hiệu lưỡi dao: YBG212.

8) Dụng cụ cắt ban đầu: FCP05 X65.080AN-1 (thương hiệu nước ngoài), mã hiệu lưỡi dao: LC280TT (thương hiệu nước ngoài).

9) Các thông số cắt: n = 610 vòng/phút, vc = 120 m/phút, ap = 2 mm, vf = 1500–2000 mm/phút.

10) Hiệu quả gia công: Phay mặt: dao cắt thể hiện hiệu năng tốt trong quá trình gia công thử, mảnh dao lắp trên dao có độ mài mòn thấp, không xảy ra hiện tượng vỡ lưỡi cắt, đồng thời có độ cứng và độ dẻo dai cao; phay theo đường xoắn ốc: thể hiện hiệu năng khá tốt trong quá trình gia công thử, đặc biệt nổi bật khi gia công theo đường xoắn ốc, mảnh dao mài mòn đều, độ cứng và độ dẻo dai cao.

11) Trong các quá trình phay mặt và phay với chuyển động nội suy xoắn ốc, dao XMR được thử nghiệm cho hiệu năng tổng thể vượt trội so với các loại dao nhập khẩu của thương hiệu này.

(2) Dao phay khuôn đầu cầu gia công tinh của Oushi

Ousiji đã nghiên cứu và phát triển dao phay đầu cầu gia công tinh kiểu có thể thay đổi mảnh cắt PFB (xem Hình 4-95), nhằm đáp ứng các yêu cầu gia công ngày càng cao trong ngành chế tạo khuôn mẫu. PFB cung cấp ba loại thân dao khác nhau để lựa chọn, bao gồm thân dao bằng thép, thân dao bằng hợp kim cứng loại cán ngắn và thân dao bằng hợp kim cứng loại cán dài, với kích thước đường kính cán từ φ8 đến φ32 mm.

Hình 4-95 Dao phay đầu cầu PFB

Đồng thời, vật liệu của lưỡi dao cũng có bốn loại để lựa chọn; khách hàng có thể căn cứ vào điều kiện gia công và vật liệu gia công cụ thể để chọn loại thân dao và lưỡi dao phù hợp nhất, như được trình bày trong Bảng 4-22 và Bảng 4-23.

Bảng 4-22 Hiệu suất của lưỡi dao

Bảng 4-23 Hiệu quả gia công cụ thể của PFB

(3) Dao phay với tốc độ ăn dao nhanh cho các loại núi

Khi sử dụng phương pháp phay với tốc độ ăn dao nhanh, góc lệch chính của dao cắt có giá trị nhỏ, lực tác động theo phương hướng kính của dao phay là tương đối nhỏ, trong khi lực theo phương trục lại lớn hơn; do đó, nguy cơ rung động trong quá trình gia công thấp hơn và quá trình gia công diễn ra ổn định. Đặc biệt khi độ vươn của dao dài, nhờ giảm được rung động nên có thể áp dụng các thông số cắt tương đối cao. Dao dùng cho gia công với tốc độ ăn dao nhanh có góc lệch chính nhỏ và chiều sâu ăn dao không lớn, nhưng phần lưỡi cắt tham gia vào quá trình cắt lại dài hơn, vì vậy độ bền của lưỡi cắt cũng cao hơn. Phương pháp gia công này có lượng ăn dao trên mỗi răng lớn và tốc độ chạy dao nhanh; điều này giúp hạn chế hiện tượng hóa cứng bề mặt gia công cũng như giảm sự tích tụ kéo dài của nhiệt cắt trên thân dao; do đó, phương pháp này rất thích hợp để gia công các vật liệu khó gia công như hợp kim chịu nhiệt cao.

1. Dao phay bước tiến nhanh toàn bộ thân cứng Jabro – dòng dao hoàn hảo dành cho gia công các chi tiết nhỏ và các hốc nhỏ (xem Hình 4-96). JHF980 thích hợp để gia công thép, thép không gỉ, gang và siêu hợp kim. JHF180 thích hợp để gia công thép đã tôi cứng.

Hình 4-96 Dao phay bước tiến nhanh toàn bộ cứng của Jabro

2. Dao phay Minimaster “Tiểu Ma Vương” với tốc độ tiến dao nhanh, trong phạm vi đường kính φ8–φ12 mm, dao phay đứng nguyên khối của Jabro có độ cứng cao hơn; do đó, nên lựa chọn loại dao này cho các ứng dụng có lượng ăn dao lưng nhỏ.

Minimaster – Tiểu Ma Vương (xem Hình 4-97) – mang lại tính linh hoạt cao; mỗi đường kính đều có các kiểu thân dao khác nhau, cho phép lựa chọn chiều dài dao tối ưu phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

Hình 4-97 Dao phay cấp tiến nhanh Minimaster Tiểu Ma Vương

3. Dao phay ăn dao nhanh dòng R217/220.21 hình tam giác lồi, thuộc dòng đế gắn mảnh cắt cố định, bao gồm thân dao dạng thanh và thân dao phay đứng kiểu đĩa. Phù hợp cho các ứng dụng như phay mặt phẳng, phay rãnh khuôn, phay theo đường cong xoắn ốc và phay chèn.

R220.21: Thân dao phay đứng kiểu đĩa cắt.

R217.21: Các loại dạng thanh dao.

Lưỡi cắt 218.19: bao gồm 4 quy cách khác nhau, có thể đáp ứng phạm vi đường kính từ φ16 đến φ208 mm. Sự lựa chọn phong phú về hình dạng rãnh cắt và cấp độ vật liệu giúp phù hợp với mọi loại vật liệu (xem Hình 4-98).

Hình 4-98 Dao phay ăn nhanh dòng tam giác lồi R217/220.21

4. Dòng cấp tiến nhanh hình vuông SC12, mảnh dao SCET120630T: độ dày 6,35 mm. Loại mảnh dao này có bán kính cong của mũi dao là 3,0 mm. Chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng gia công thô tải nặng ở điều kiện làm việc ổn định. Phù hợp cho các nguyên công phay khi dụng cụ cắt được bố trí theo phương nằm ngang so với chi tiết gia công (xem Hình 4-99).

Hình 4-99 Dòng cấp tiến nhanh hình vuông SC12

5. Dòng dao phay ăn nhanh HF2 và HF4 với mảnh dao dạng L là dòng công cụ đường kính nhỏ, ăn nhanh cao mới, được thiết kế nhằm mang lại năng suất siêu cao cho các máy CNC hiện đại. Tiết diện ngang và độ dày lớn của mảnh dao giúp tăng cường độ bền; đường cong vòng ngoài giúp ngăn ngừa hiện tượng mẻ vi mô ở mép cắt. Thiết kế “cân bằng động tốt” giữa thân dao và mảnh dao đảm bảo việc thoát phoi diễn ra trơn tru trong quá trình phay theo hình dạng lòng khuôn, đặc biệt khi sử dụng các chuôi dao có độ vươn dài. Mảnh dao hai mặt loại LO cung cấp hiệu quả gia công và tính kinh tế cao hơn. Đồng thời, sản phẩm còn có các kích thước theo hệ inch tương ứng, cùng với đầy đủ các cấp vật liệu và kiểu rãnh mảnh dao, giúp đáp ứng phạm vi vật liệu rộng bao gồm thép tôi cứng, thép không gỉ và hợp kim chịu nhiệt (xem Hình 4-100).

Hình 4-100 Dao phay cấp tiến nhanh dòng HF2, HF4

6. Dòng dao tam giác lồi hai mặt HF6 được thiết kế với 6 mép cắt hiệu dụng, ba kiểu hình rãnh là ME13, M15 và MD17, kết hợp với các loại vật liệu mảnh dao khác nhau, phù hợp để gia công các loại vật liệu phôi khác nhau (xem Hình 4-101).

Hình 4-101: Dòng tam giác lồi hai mặt HF6

7. Dao phay mặt hai mặt King Fast Feed thuộc dòng ON09 với 16 lưỡi cắt hiệu dụng; nhờ thiết kế độc đáo của ổ giữ dao, sản phẩm đạt độ chính xác cao theo phương trục và phương kính; mang lại tuổi thọ dao dài hơn và dễ dự đoán; sử dụng cùng loại mảnh dao R220.48-ON09 như trên thân dao phay mặt hai mặt King (thuộc phạm vi dòng dao phay mặt hai mặt King), với 16 lưỡi cắt hiệu dụng, giúp tối ưu hóa tính kinh tế; đồng thời giảm lượng tồn kho mảnh dao (do sử dụng cùng loại mảnh dao với thân dao phay mặt hai mặt King); thân dao được phủ lớp mạ niken, giúp tăng tuổi thọ thân dao (xem Hình 4-102).

Hình 4-102 Dòng ON09

a) Bản vẽ lắp ráp cục bộ của dao phay b) Bản vẽ lắp ráp của dao phay

(4) Dao phay Taikelo

1. Dao phay ăn dao lớn DoFeed

(1) Giới thiệu sản phẩm. Dao phay ăn dao lớn DoFeed (xem Hình 4-103) kể từ khi ra mắt đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khuôn mẫu, hàng không – vũ trụ, phát điện, v.v., phù hợp cho gia công thô hiệu quả cao đối với các vật liệu như thép, thép không gỉ, gang, hợp kim titan, hợp kim nền niken và thép tôi, bao gồm phay mặt, phay rãnh, phay khoang hình, phay dốc, phay chèn và phay xoắn ốc.

Hình 4-103 Dao phay ăn dao lớn DoFeed

(2) Đặc điểm sản phẩm. Thiết kế 4 mảnh dao với bốn lưỡi cắt mang tính kinh tế cao; thân dao được thiết kế có các lỗ làm mát nhằm đảm bảo quá trình thoát phoi diễn ra trơn tru; cấu trúc hình học với lực cản thấp giúp đảm bảo gia công không rung; dao phay EXN03 thích hợp cho gia công hiệu quả trên các máy công cụ công suất nhỏ đến trung bình, trong khi dao phay EXN06 phù hợp cho gia công hiệu quả trên các máy công cụ công suất trung bình đến lớn; đồng thời, 4 loại vật liệu chế tạo mảnh dao đáp ứng nhu cầu gia công đối với nhiều loại vật liệu khác nhau.

(3) Các ví dụ ứng dụng

1) Tên chi tiết gia công: Chi tiết kết cấu hàng không (xem Hình 4-104).

Hình 4-104 Các chi tiết kết cấu hàng không

2) Vật liệu chi tiết gia công: hợp kim titan.

3) Ứng dụng: Phay lòng khuôn.

4) Máy công cụ: Trung tâm gia công MC, đầu kẹp lực mạnh BT50.

5) Dung dịch cắt gọt: hòa tan trong nước.

6) Thân dao: EXN03R025M25.0-05, Lưỡi dao: LNMU06X5ZER-ML AH725.

7) Các thông số cắt: vc = 40 m/phút, fz = 0,7 mm/răng, vf = 1790 mm/phút, ap = 0,5 mm.

8) Hiệu quả cắt gọt: Hiệu suất gia công cao gấp 3,3 lần so với dao cụ cũ.

 

2. Dao phay định hình khuôn mẫu độ chính xác cao BallFinishNose của Taikelo

(1) Giới thiệu sản phẩm. Dao phay khuôn dạng có thể thay đổi mảnh cắt với độ chính xác cao BallFinishNose (xem Hình 4-105) được thiết kế với cơ cấu khóa độc đáo và hệ thống dẫn nguội hoàn toàn mới, nhờ đó trở thành loại dao được khuyến nghị sử dụng trong ngành gia công khuôn mẫu. Thiết kế hình dạng định vị mảnh cắt không đối xứng giúp đảm bảo khả năng khóa chặt chắc chắn; cơ cấu này góp phần đạt được độ chính xác bề mặt tốt cũng như tuổi thọ dao dài và ổn định.

Hình 4-105 Dao phay khuôn kiểu có thể đổi mảnh, độ chính xác cao, đầu tròn BallFinish

(2) Đặc điểm sản phẩm

1) Lưỡi dao kiểu không đối xứng giúp nâng cao độ chính xác định vị lặp lại của dao có thể đảo được, đồng thời đảm bảo rung lắc tối thiểu và độ chính xác cao.

2) Hai dòng dao phay: dao phay đầu cầu và dao phay góc tròn, đều có thể đáp ứng nhu cầu gia công trong ngành chế tạo khuôn mẫu.

3) Các mảnh dao có đầu cầu độ chính xác cao có thể được sử dụng trong gia công 3D độ chính xác cao.

4) Trên lưỡi dao có ba hướng dẫn lưu chất cắt, giúp cung cấp đầy đủ dung dịch làm mát cho mép cắt.

(3) Các ví dụ ứng dụng

1) Tên chi tiết gia công: Khuôn chi tiết ô tô (xem Hình 4-106).

Hình 4-106 Khuôn chi tiết ô tô

2) Vật liệu chi tiết gia công: SKD11 (60HRC).

3) Ứng dụng: Gia công theo hình dạng.

4) Máy công cụ: Trung tâm gia công ngang, đầu kẹp dao BT50.

5) Dung dịch cắt gọt: làm mát bên trong.

6) Thân dao: EBFM20S20C220, lưỡi dao: ZFBM200R00-MJ AH710.

7) Các thông số cắt: vc = 283 m/phút, fz = 0,39 mm/răng, ap = 0,15 mm.

8) Hiệu quả gia công: Tuổi thọ của dao cắt tăng 1,3 lần.

 

(5) Dao phay đá tên lửa

Dao phay tốc độ cao, còn gọi là dao phay ăn dao lớn, hoạt động dựa trên thiết kế hình dạng của các răng ở đầu dao nhằm giảm lực cắt hướng kính và tăng lực cắt theo phương trục của dao. Nhờ đặc tính chịu nén cao của hợp kim cứng, phương pháp này giúp loại bỏ nhanh lượng dư gia công; do đó, so với dao phay thông thường, dao phay tốc độ cao có khả năng vượt khẩu lớn hơn và lượng cắt trên mỗi răng cũng lớn hơn.

1. Dao phay nhanh loại đầu dao có thể thay thế

(1) Giới thiệu sản phẩm. Dao phay đứng loại có thể thay đầu dao (xem Hình 4-107) là một trong những hướng phát triển của dao phay hợp kim cứng; nhiều công ty chế tạo dao hàng đầu thế giới đều đã tung ra các sản phẩm tương tự. Do đặc điểm của dao phay tốc độ cao, nó ít nhạy cảm hơn đối với chiều sâu gia công so với dao phay thông thường, vì vậy có thể gia công các rãnh hoặc bề mặt có độ vươn lớn. Các kích thước tiêu chuẩn: φ8 mm, φ10 mm, φ12 mm, φ16 mm, φ20 mm và φ25 mm.

Hình 4-107 Dao phay nhanh loại đầu dao thay thế được

a) Dao phay và đầu dao b) Chuỗi sản phẩm dao phay

(2) Đặc điểm sản phẩm

1) Hiệu suất sản xuất cao, lượng ăn dao có thể đạt từ 1 đến 1,6 mm/vòng.

2) Sử dụng cơ cấu định vị dạng nón ngắn kết hợp ren hình chữ T, giúp kết nối chắc chắn, độ chính xác định vị cao, độ đồng trục ≤ 0,015 mm.

3) Thân dao có thể sử dụng với nhiều loại đầu dao.

4) Chi phí thấp, sau khi mòn chỉ cần thay đầu dao là được.

5) Độ sâu gia công tối đa có thể đạt trên 6 lần đường kính.

(3) Các ví dụ ứng dụng

1) Chi tiết: Bánh công tác toàn bộ với bề mặt không cong tự do (xem Hình 4-108).

Hình 4-108 Rôto cánh toàn bộ của bề mặt không gian tự do

a) Phôi bánh công tác b) Hình ảnh hiện trường gia công

2) Vật liệu chi tiết: FV520B.

3) Kích thước chi tiết: Dao phay nhanh φ16mm dùng để phay thô rãnh dẫn dòng của bánh công tác.

4) Các thông số gia công: vc = 100 m/phút, ap = 1 mm, ae = 16 mm, f = 1,6 mm/vòng.

5) Tuổi thọ gia công: Gia công liên tục trong 90 phút.

2. Dao phay nhanh bằng hợp kim cứng toàn phần YESTOOLS

(1) Giới thiệu sản phẩm. Sản phẩm sử dụng thanh hợp kim cứng với hạt siêu mịn nhập khẩu từ châu Âu, kết hợp với lớp phủ PVD cấp nano phù hợp, cùng với quy trình sản xuất được kiểm soát nghiêm ngặt và các bước xử lý sau khi gia công lưỡi cắt một cách chặt chẽ, đã làm giảm đáng kể khả năng bị vỡ, mẻ ở mép cắt, qua đó cho phép thực hiện gia công với tốc độ quay cao và lượng ăn dao lớn (xem Hình 4-109).

Hình 4-109 Dao phay nhanh bằng hợp kim cứng nguyên khối

a) Dao phay b) Hình chiếu từ trên xuống của dao phay

(2) Đặc điểm sản phẩm

1) Hiệu suất sản xuất cao.

2) Độ cứng cao, thiết kế với đường kính lõi lớn.

3) Thiết kế giảm rung bằng cách phân bố khoảng cách răng không đều, cho phép gia công ổn định với độ vươn lớn và tốc độ ăn dao cao.

4) Lớp phủ TiAlN cao cấp, kết hợp giữa độ chống mài mòn cao, hệ số ma sát thấp và độ bám dính cao.

(3) Các ví dụ ứng dụng

1) Chi tiết gia công: Một sản phẩm quân sự.

2) Chất liệu chi tiết: 42CrMo, tôi luyện và ram ở độ cứng 280–300 HBW.

3) Thông số dụng cụ cắt: φ10mm, chiều sâu gia công 50mm.

4) Các thông số gia công: vc = 180 m/phút, ap = 0,8 mm, ae = 10 mm, f = 1 mm/vòng.

5) Tuổi thọ gia công: 325 m.