1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp
khuôn mẫu đóng vai trò rất to lớn trong nhiều lĩnh vực: Dược phẩm,
thực phẩm, ngành nhựa [1],[2],[5]. Việc nâng cao năng suất chất
lượng khi chế tạo khuôn là rất cần thiết. Để nâng cao năng suất, chất
lượng trong chế tạo khuôn ép, cần phải sử dụng các máy móc, trang
thiết bị công nghệ hiện đại, tiên tiến, nhất là các máy công cụ điều
khiển số CNC. Các máy móc, trang thiết bị hiện đại rất đắt tiền, vì
vậy để đảm bảo sử dụng hiệu quả các máy móc, thiết bị này thì việc
gia công phải được thực hiện bằng chế độ cắt tối ưu. Các nghiên cứu
trước đó đã chỉ ra nhiều lợi ích do tối ưu hóa chế độ cắt khi phay
khuôn đem lại[7,8,9].
Trên thế giới, đã có những nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả khi
phay bằng máy phay CNC: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình
học của dao và các thông số chế độ cắt trong gia công tinh bằng phay
ngón[12], lượng chạy dao tối ưu cho phay bề mặt bằng dao phay đầu
cầu điều khiển bằng logic mờ[13], nghiên cứu ảnh hưởng của chiều
sâu cắt, lượng chạy dao, đến nhám bề mặt khi phay bằng dao phay
đầu cầu trên vật liệu nhôm[10], tuy nhiên chưa có nghiên cứu nhằm
tối ưu chế độ cắt khi phay bằng dao phay ngón hợp kim cứng.
Qua nghiên cứu thực tế, quá trình gia công khuôn ép khay nhựa với
vật liệu là Y8A, được gia công trên máy phay DM-55V bằng dao
phay ngón hợp kim cứng tại công ty cơ khí Cường Phát với chế độ cắt
được chọn theo kinh nghiệm (S = 255 mm/ph, V = 125 m/ph; t = 2
mm), vẫn có thể nâng cao được năng suất, và giảm được thời gian
gia công và chi phí gia công nếu được áp dụng chế độ cắt tính
toán tốt hơn. Tác giả muốn tính toán để có chế độ cắt hợp lý hơn
– tối ưu nhằm giúp giảm thời gian gia công, nâng cao được năng
suất trong gia công khuôn. Việc nghiên cứu áp dụng chế độ cắt tối
-1-
ưu ứng dụng gia công khuôn ép khay nhựa, vật liệu Y8A, trên

pháp gia công mới, vật liệu gia công mới, vật liệu dụng cụ mới và
công nghệ bôi trơn tối thiểu. Trước tình hình đó, để đáp ứng và phát
huy tối đa hiệu quả của các tiến bộ kỹ thuật đó thì trong gia công cắt
gọt phải áp dụng bài toán tối ưu hóa mà cụ thể là tối ưu hóa chế độ
cắt. Do đó, tối ưu hóa chế độ cắt trong gia công cắt gọt là tất yếu và
khách quan.
Công việc đầu tiên của bài toán tối ưu hóa là xây dựng hàm mục tiêu.
Hàm mục tiêu khi thiết kế tối ưu quá trình cắt gọt mô tả quan hệ giữa
chỉ tiêu tối ưu với các thông số cần tối ưu.
Chỉ tiêu tối ưu(còn gọi là mục tiêu tối ưu) phải là các chỉ tiêu kinh tế
được xây dựng trên cơ sở giá thành và thời gian gia công, thường
được chọn với các đại lượng sau:
- Chi phí gia công tính cho một đơn vị sản phẩm → thấp nhất.
- Thời gian gia công cho một chi tiết → thấp nhất.
- Tỷ lệ giữa chi phí gia công và thời gian gia công → thấp nhất.
- Số lượng sản phẩm cho một đơn vị thời gian → Cao nhất.
- Tiền lãi → Cao nhất.
- Độ chính xác đạt được → Cao nhất.
- Độ bóng bề mặt đạt được → Cao nhất.
-3-
Tối ưu hóa chế độ cắt về thực chất là tìm giá trị các thông số
của chế độ cắt (S,V,t) trên cơ sở đạt được mục tiêu tối ưu cực trị thỏa
mãn các hệ ràng buộc về kinh tế - kỹ thuật khi gia công cắt gọt.
1.1.2. Hàm mục tiêu- chỉ tiêu tối ưu
Y = F(x
i
) (1.1)
Trong đó :
Y : Là chỉ tiêu tối ưu( Các đại lượng ra)
x

2.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy CNC DM - 55V và
khuôn ép khay nhựa
Hình 2.1: Máy phay CNC DM - 55V
Máy phay CNC DM - 55V với hệ điều hành Fanuc là máy phay CNC
của Hàn Quốc, có thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 2.2: Bảng thông số kỹ thuật của máy CNC DM - 55V
Bàn máy (rộng x dài) 400 x 900 mm
Chạy dao dọc bàn 450 mm
Chạy dao đầu ngang 400 mm
Chạy dao đứng 500 mm
Trọng tải bàn tối đa 450 kg
Kích thước chi tiết lớn nhất với chiều dài
dao
500 x 400 x 300 mm
Khoảng cách mặt trục chính từ bàn 100 mm
Công suất (KW) 7,5 ÷ 17
Lực kẹp dao 1200 N
Tốc độ trục chính 12000 v/ph
-5-
Dịch chuyển nhanh - trục x,y,z 25 m/ph
Tổng công suất đầu vào 45kVA
Đài dao - số dao 12
Dao dài nhất 200 mm
Đường kính dao max 80 mm
Thời gian thay dao 8 giây
KT máy 355x420x350 cm
K.lượng 13000 kg
2.1.2. Quá trình tạo một chương trình gia công trên máy CNC
DM - 55V
2.2 - Xây dựng bài toán tối ưu chế độ cắt khi phay thô lòng khuôn

thô
=50mm
Z
tinh

=1mm
Ta có tổng lượng dư gia công thô và tinh là:
h= Z
thô
+ Z
btinh
+Z
tinh
.
Ta có h= 52mm.
Khối vật liệu cần phay bỏ ở bước gia công thô có kích thước
Dài : 100 mm; Rộng: 60 mm; Sâu: 50 mm

Hình2.8: Tiết diện mặt cắt ngang cần gia công thô của khuôn khảo
sát
Với chiều sâu cắt gia công thô là 2 mm thì để cắt hết phần khảo sát
chiều sâu h=50 mm, ta phải chạy dao 25 lần cắt 25 lớp. Mỗi lớp cắt
hết t=2mm lại gồm nhiều đường cắt chu vi từ ngoài tiến vào tâm của
tiết diện phần khảo sát.
Từ công thức tính thời gian gia công cơ bản:
τ
o
=
doc
V

V
dọc
là tốc độ dịch chuyển dọc của bàn máy(mm/ph).
-8-
b
1
Dao
r
a
1
d
n là số vòng quay của trục chính (vòng/phút)
S
z
là bước tiến răng(mm/răng)
S: lượng chạy dao vòng (mm/vòng)
V là tốc độ cắt (m/phút)
D: Đường kính dao (mm).
L là đoạn đường dao dịch chuyển (mm), phụ thuộc vào kích thước
dao, phôi và vị trí tương quan giữa dao và phôi. Nếu ở bước gia công
có n
c
lần cắt thì L là tổng của đoạn đường các lần cắt đó: L=
∑
=
c
n
i
i
L

1
+b
1
) = 2.((d
1
- D/2-D/2)+ (r
1
- D/2 - D/2))
= 2.((100-12/2-12/2)+ (60-12/2-12/2)) = 272 (mm)
Và tổng đoạn đường dao phải dịch chuyển trong lần cắt này
là : L
1
(mm).
Vì trường hợp này là phay lòng khuôn, thành phần l
vq
= 0. Ta
lấy tương đối : l
tới1
+ l
bx1
= 6 (mm)
Vậy L
1
= 278(mm)
Quá trình tiếp tục cắt tiếp hết chu vi các vòng trong, ở chu vi
vòng trong thứ 3, vì D = r = 12 mm, nên l
3
= a = 40 mm, ta có bảng
sau:
-9-

.
π
=
VS
DL
.

π
;
Ở trên ta đã kết luận: xét với chiều sâu cắt t không đổi, để τ
o
→min thì
mẫu số S
i
.V
i
phải đạt max.
Nếu tích số S
i
.V
i
là max và tối ưu thì thời gian gia công cũng sẽ tối
ưu nhỏ nhất
Hàm mục tiêu: S
i
V
i
=> max
2.2.2. Xây dựng hệ ràng buộc
Xác định ràng buộc về vận tốc cắt, lượng chạy dao, công suất cắt

N
VP
N
phmV
phmV
phmmS
phmmS
-10-
(2.12)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
(2.16)
2.2.3. Thuật toán tối ưu chế độ cắt khi phay lòng khuôn ép nhựa
Sử dụng phương pháp tối ưu chế độ cắt theo đường biên khả dĩ để
giải bài toán tối ưu, lưu đồ thuật toán như sau:

Hình 2.10: Sơ đồ thuật toán
-11-
Trong đó:
+ S
max
: Lượng chạy dao lớn nhất ở bước gia công tính toán, mm/ph
+S
min
: Lượng chạy dao nhỏ nhất ở bước gia công tính toán, mm/ph
+ V
max
: Tốc độ cắt lớn nhất ở bước gia công tính toán, m/ph
+ V

2.3. Kết quả giải bài toán lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay thô
lòng khuôn ép nhựa
Lòng khuôn ép khay nhựa được chế tạo bằng vật liệu thép Y8A. Các
yêu cầu kỹ thuật và thông số được thể hiện ở bản vẽ chi tiết lòng khuôn
hình 2.11.
-12-
Hình 2.11: Bản vẽ chi tiết khuôn
* Tối ưu chế độ cắt khi gia công lòng khuôn ép phần khảo sát ở
bước gia công thô:
Lượng dư gia công ở bước gia công thô như hình 2.5 sau
-13-
Z
bán tinh
=1mm
Z
thô
=50mm
Z
tinh
=1mm
Btinh=65mm
Bbtinh=62mm
Bthô= 60mm
h=52mm
t
Hình 2.12: Sơ đồ lượng dư gia công khi gia công
lòng khuôn phần khảo sát ở bước gia công thô
Bài toán tối ưu của bước gia công thô là:
Hàm mục tiêu:S
1

i
i
i
N
VP
N
phmV
phmV
phmmS
phmmS
Ta thiết lập được mặt phẳng lưới S
1
-V
1
như sau:
- S
1min
= 360 (mm/ph); S
1max
= 950 (mm/ph)
- V
1min
= 148,11 (m/ph); V
1max
= 167,52 (m/ph)
-14-
100
Zthô=50mm
(2.12)
(2.13)

7 537 167.52 89958 15.53
8 566.5 167.52 94900 16.165
9 566.5 166.55 94351 16.072
10 566.5 165.58 93801 15.978
11 566.5 164.61 93252 15.884
12 566.5 163.64 92702 15.791
13 566.5 162.67 92153 15.697
14 596 162.67 96951 16.306
15 596 161.7 96373 16.209
16 596 160.73 95795 16.112
17 596 159.76 95217 16.015
18 596 158.79 94639 15.917
19 596 157.82 94061 15.82
20 596 156.85 93483 15.723
21 625.5 156.85 98110 16.303
22 625.5 155.88 97503 16.202
23 625.5 154.91 96896 16.101
24 625.5 153.94 96289 16.001
25 625.5 152.97 95683 15.9
26 625.5 152 95076 15.799
27 625.5 151.03 94469 15.698
28 655 151.03 98925 16.25
29 655 150.06 98289 16.146
30 655 149.09 97654 16.041
31 655 148.12 97019 15.937
-16-
Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ ở bước gia công thô được trình
bày ở hình 2.15:
Hình 2.15: Quá trình xác định tập các điểm khả dĩ V
1

ZSn
L
z

=
ZS
D
V
L
z

.
π
=
VS
DL
.

π
; (2.2)
Với:
L: là đoạn đường dao dịch chuyển (mm), nếu ở bước gia công có m
lần cắt thì L là tổng của đoạn đường các lần cắt đó: L=
∑
=
c
n
i
i
L

(625.5;151.03) là:
τ
o-1
=
03,151.5,625
12.14,3.278
= 0,1109325 (phút)
Kết quả tính thời gian gia công cơ bản khi gia công với S, V tối ưu
TG Tổng 0,2019131
Tổng thời gian gia công cơ bản khi phay thô hết 25 lớp cắt
phần khảo sát với (S, V) = (625.5;151.03) là:
T
o1
= 25* 0,2019131 = 5,0478271 (phút)
Kết quả tính thời gian gia công cơ bản khi gia công với S,V hiện tại
Tổng 0.598418
Tổng thời gian gia công cơ bản khi phay thô hết 25 lớp cắt
phần khảo sát với (S, V) = (255, 125) là:
T
o1ht
= 25* 0,598418 = 14,96046 (phút)
Với giá trị tối ưu (S,V) = (625.5;151.03), thời gian gia công
cơ bản phay thô phần khuôn khảo sát là 5,0478271 phút giảm
9,9126284 (phút) so với trước khi áp dụng các giá trị này. Kết quả
đem lại hiệu quả cao hơn, góp phần làm thời gian gia công khuôn
giảm, năng suất tăng.
-20-
3.3. Kết luận và kiến nghị:
3.3.1. Kết luận.
Từ các nội dung nghiên cứu, luận văn đã có các kết quả đóng

khuôn ép nhựa cần kết hợp so sánh với kết quả khi tính bằng các
phương pháp khác ví dụ như phương pháp tối ưu hóa theo bề mặt chỉ
tiêu, phương pháp quy hoạch thực nghiệm
-22-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt:
[1]. Tóm lược đề tài khoa học, 01C-01/03-2006-2(2008), Thực trạng
ngành sản xuất khuôn mẫu tại Việt Nam và hướng phát triển.
[2]. Vũ Hoài Ân (1997), Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Đăng Bình, Nguyễn Phú Hoa(2008), Tự động hóa thiết
kế quy trình công nghệ(Tập 1) – NXB Khoa học Kỹ Thuật.
[4]. Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hóa quá trình gia công cắt
gọt, Nhà xuất bản giáo dục.
[5]. Lê Công Dưỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ Thuật.
[6]. Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân việt
(2003), Sổ tay công nghệ chế tạo máy 1,2. NXB Khoa học và
Kỹ Thuật, hà Nội.
[7]. Trịnh Mạnh Hà(2009), Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Lựa chọn chế
độ cắt nhằm tăng tuổi bền của dao phay ngón phủ PVD - TiN sử
dụng phay khuôn ép đúc áp lực SKD61, Trường ĐH Kỹ thuật
Công nghiệp- Thái Nguyên.
[8]. Cao Đông Phong(2009), Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Nghiên cứu
và lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng đối với gang
cầu bằng dao phay mặt đầu có bôi trơn tối thiểu, Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp- Thái Nguyên.
[9]. Dương Xuân Trường(2009), Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên
ngành công nghệ chế tạo máy,Tối ưu hóa chế độ cắt khi phay
vật liệu SKD 61 bằng mảnh dao phủ PVD – TiAIN, Trường ĐH
Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên.
-23-