Công nghệ vừa nghiệm thu trong nước
Hệ thống là thành quả của đề tài “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị tôi cục bộ bề mặt phức tạp dùng cho công nghiệp khuôn mẫu”, do nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Ứng dụng tiến bộ KH&CN TP.HCM thực hiện, vừa được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu trong năm 2018.
ThS. Nguyễn Vinh Dự (chủ nhiệm đề tài) cho biết, đây là công nghệ mới, được nghiên cứu hoàn toàn trong nước. Sản phẩm mẫu “cần gạt cho khuôn dập tấm” đã “kiểm chứng” tính khả thi và hiệu quả ứng dụng của thiết bị tôi cục bộ do đề tài chế tạo.
Trong sản xuất công nghiệp, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tôi cảm ứng (tôi cục bộ) bề mặt nhằm nâng cao cơ tính vật liệu của các chi tiết máy. Đa phần các ứng dụng tập trung vào tôi cảm ứng bề mặt chi tiết trục và các chi tiết yêu cầu độ mài mòn khi làm việc (như bánh răng, cơ cấu cam,...) mà chưa đề cập đến tôi cảm ứng cho các bề mặt cong phức tạp.
Hiện nay, với các chi tiết có bề mặt phức tạp và chịu lực cao, một số giải pháp được nghiên cứu nhằm làm giảm chi phí cho quá trình gia công khuôn bằng cách thay thế vật liệu có cơ tính gần giống, hoặc sử dụng thép thường gia công khuôn rồi tiến hành tôi để tăng độ cứng. Tuy nhiên, do mục đích sử dụng đặc thù, chỉ thép SKD11 đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, trong khi các vật liệu tương đương chưa thể thay thế được. Phương pháp tôi khuôn sau gia công có thể làm tăng độ cứng nhưng dẫn đến bề mặt khuôn thiếu chính xác và không đạt độ nhám do ảnh hưởng biến dạng trong quá trình gia nhiệt.
Phương pháp tôi cảm ứng điều khiển CNC được nghiên cứu trong đề tài này nhằm khắc phục các hạn chế xảy ra do biến dạng lòng khuôn, đồng thời vẫn tạo ra độ cứng đáp ứng yêu cầu cho khuôn. Ngoài ra, việc tôi và làm cứng lớp bề mặt sẽ giúp khuôn tránh được các hư hỏng nứt gãy do bị giòn vì chỉ có lớp ngoài cứng trong khi bên trong vẫn đạt độ dẻo dai làm việc cần thiết.
Hệ thống thiết bị tôi cục bộ được nghiên cứu chế tạo gồm hệ thống CNC (sử dụng chuyển động của các trục vitme để di chuyển đồ gá đưa chi tiết vào vị trí thích hợp để thực hiện quá trình tôi); hệ thống tôi (thùng tôi nguồn và cuộn coin); bộ điều khiển. Trong đó, thiết bị tôi cục bộ cho bề mặt phức tạp có cấu tạo gồm nhiều chi tiết như: thanh nhôm, thanh dẫn, bạc dẫn, bánh xe, bàn máy, bàn phím, chân máy, cửa PC, cửa tủ điện, thanh đỡ, gá bàn phím,…Nguồn của hệ thống được đặt bên dưới máy, tạo thành một khối nhằm tăng tính linh hoạt của sản phẩm khi di chuyển. Hệ thống điều khiển (PC) đặt trong hộp, kết nối với màn hình hiển thị được gắn trên bàn máy giúp quá trình điều khiển và quan sát được thuận tiện hơn.
Khi hoạt động (khởi động máy), dòng điện di chuyển trên cuộn coin làm xuất hiện từ trường biến thiên. Nếu đặt trong từ trường này một chi tiết kim loại hay hợp kim, do sự biến thiên của từ trường sẽ sinh ra một suất điện động cảm ứng và trong kim loại sẽ xuất hiện một dòng điện có cùng tần số. Khi dùng dòng điện có tần số rất cao (hàng ngàn đến chục ngàn Hz) thì dòng điện trong vật kim loại cũng sẽ có tần số cao tương ứng, do đó phát sinh nhiệt và kim loại được nung nóng. Dòng điện cảm ứng xuất hiện và phân bố lớn nhất ở bề mặt lớp kim loại nên sinh nhiệt lớn nhất ở phần bên ngoài của chi tiết và giảm dần vào phía trong. Vì thế, phương pháp này rất thích hợp cho những chi tiết cần tôi bề mặt. Trong quá trình tôi, bên trong máy tôi cũng phát sinh một nhiệt lượng tương đối lớn, nên máy được thiết kế đường nước chạy bên trong máy qua cuộn dây rỗng để giảm nhiệt độ của máy; đồng thời trang bị thêm đường nước phía trên để làm nguội chi tiết ngay sau khi tôi, giúp tăng năng suất cũng như tối ưu hóa quá trình sản xuất. Nước sau khi phun chảy xuống sẽ được đưa về bể chứa, tạo nên vòng tuần hoàn cho hệ thống làm nguội.
Bộ điều khiển của máy là phần mềm Mach3 CNC được tích hợp sẵn bên trong máy. Hệ điều hành này giúp điều khiển máy tôi CNC cục bộ một cách chính xác, dễ dàng và an toàn. Nhờ hệ thống điều khiển đơn giản, hệ thống hoạt động tự động hoàn toàn, quá trình tôi được thực hiện nhanh nhờ nguyên lý cảm ứng từ tạo thành một chu trình tôi có tính tối ưu hóa cao, giúp giảm thời gian, gia tăng hiệu suất làm việc.
Khả năng ứng dụng rộng rãi
Theo ThS. Nguyễn Vinh Dự, đề tài này có khả năng ứng dụng rộng rãi, không những trong ngành công nghiệp khuôn mẫu, mà còn trong quá trình xử lý bề mặt các chi tiết cơ khí khác, với ưu điểm nổi trội là: sử dụng nguồn năng lượng vừa phải (dù cần tôi bề mặt lớn); khả năng khống chế vùng gia nhiệt khá tốt, nếu cuộn dây tôi được thiết kế hợp lý; giảm cong vênh sản phẩm và giữ được độ dẻo cho vật liệu (do vùng ảnh hưởng nhiệt được khống chế tốt).
Theo Hiệp hội Khuôn mẫu Việt Nam (VPA), nhu cầu khuôn và các sản phẩm từ khuôn trên toàn thế giới đang tăng mạnh, đặc biệt là các thị trường mạnh về lĩnh vực lắp ráp sản phẩm. Dự kiến với nhóm thị trường này, Việt Nam sẽ đạt chỉ tiêu 100 triệu USD xuất khẩu sản phẩm khuôn mẫu mỗi năm. Tuy nhiên, để nắm bắt được cơ hội này, ngành khuôn mẫu trong nước cần cải tiến công nghệ tốt hơn nữa nhằm cạnh tranh với các công ty từ Ấn Độ và Trung Quốc. Trong quy hoạch đến năm 2020, ngành khuôn mẫu đã tính đến việc chuyển dịch cơ cấu nhóm sản phẩm theo hướng giảm tỷ trọng các sản phẩm gia dụng, tăng tỷ trọng nhóm sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao nhằm tăng lợi nhuận và giảm áp lực cạnh tranh. Do đó, ứng dụng kết quả của đề tài này sẽ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm chi tiết khuôn, tăng giá trị sản phẩm và khả năng cạnh tranh của các công ty cơ khí Việt Nam.
Kết quả nghiên cứu đã sẵn sàng chuyển giao trọn gói nhằm tích hợp vào dây chuyền gia công khuôn hiện có của các công ty cơ khí chính xác, cơ khí khuôn mẫu (ví dụ như khuôn phun ép nhựa, khuôn dập kim loại tấm,...). Ứng dụng thiết bị chế tạo trong nước, chi phí về vật tư (thép làm khuôn, thiết bị cắt gọt,…) và thời gian chế tạo khuôn sẽ được giảm đáng kể. Đồng thời, giá cả thấp hơn thiết bị nhập từ nước ngoài và quá trình bảo hành được thực hiện tốt hơn.
Hiện nhóm nghiên cứu đã tiến hành đăng ký bảo hộ tại Cục Sở hữu trí tuệ về giải pháp hữu ích “Thiết bị tôi cục bộ cho các chi tiết có bề mặt phức tạp trong ngành khuôn mẫu” và triển khai liên kết với doanh nghiệp (Công ty TNHH TMDC Miền Nam, quận 9, TP.HCM) để thực hiện các bước hoàn thiện sản phẩm. Thời gian tới, nhóm sẽ tiến hành chuyển giao kết quả cho các công ty cơ khí trong nước; liên kết với các doanh nghiệp khuôn mẫu để chế tạo thiết bị tôi cục bộ theo nhu cầu của từng công ty hoặc từng quy trình đặc thù của sản phẩm.
Khi được đưa vào sử dụng rộng rãi, hệ thống sẽ được hoàn thiện, tích hợp thêm thiết bị giám sát quá trình tôi và ứng dụng IoT vào việc giám sát nhằm tăng chất lượng, giảm thời gian tôi và giảm tiêu hao năng lượng.
Vân Nguyễn (CESTI)