Chế tạo hệ thống tự động hóa xử lý cổ rót và làm sạch ba-via biên dạng 3D chi tiết đúc

Các sản phẩm có khả năng đáp ứng đa dạng yêu cầu của các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất và gia công cơ khí, hướng tới xây dựng hệ thống tự động cắt - mài sản phẩm đúc cho những dây chuyền tự động hóa sản xuất với số lượng sản phẩm cực lớn.

Đúc và gia công cơ khí là những nền tảng quan trọng trong sản xuất công nghiệp, hỗ trợ cho các ngành công nghiệp khác như ngành cơ khí (khối lượng vật đúc chiếm đến 90%, giá thành chiếm 20-25%), ngành nhựa (vật đúc chiếm trên 95% khối lượng cũng như giá trị sản phẩm)... Một công đoạn quan trọng trong quá trình sản xuất đúc là làm sạch/hoàn thiện vật đúc, do các công nghệ đúc nói chung thường tạo ra sản phẩm có chi tiết dư cần xử lý sau đúc như: lượng dư mặt phân khuôn (ba-via), đậu ngót, rãnh dẫn vật liệu… Công đoạn xử lý lượng dư sau đúc gồm các thao tác chính như: đập/cắt bỏ chi tiết thừa (đường rót, đậu ngót…), mài ba via, làm sạch bề mặt (bắn cát, bắn đá, rung...); và hiện nay ở trong nước chủ yếu được thực hiện một cách thủ công, có năng suất không cao cũng như chất lượng không đồng đều.

Hiện nhu cầu thị trường cho sản phẩm ngành công nghiệp đúc là rất lớn, sản phẩm đúc sản xuất trong nước chỉ mới thoả mãn được một phần nhu cầu thiết yếu thị trường nội địa, đa số phải nhập ngoại dưới dạng phụ tùng lắp ráp đồng bộ. Mặt khác, do ở Việt Nam chưa có đơn vị nào chuyên sản xuất dây chuyền đúc và thiết bị phụ trợ cho ngành đúc nên Việt Nam đều phải nhập thiết bị của nước ngoài (thời gian giao hàng khá lâu, chi phí chuyển giao công nghệ và hướng dẫn sử dụng cao, việc bảo trì sửa chữa, thay thế phức tạp và tốn kém). Hầu như chưa có công trình nghiên cứu trong nước nào thực hiện về tự động hoá khâu xử lý phần dư thừa, ba-via cho sản phẩm đúc.

Trước nhu cầu rất lớn của thị trường, kỹ sư Nguyễn Thanh Liêm và cộng sự tại Công ty TNHH dịch vụ kỹ thuật thương mại Nhất Tinh đã thực hiện nhiệm vụ “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống xử lý cổ rót và làm sạch ba-via biên dạng 3D chi tiết đúc” nhằm xây dựng hệ thống tự động trong công đoạn xử lý lượng dư sau đúc (cắt ba via, mài, làm sạch bề mặt,...), phục vụ nhu cầu cấp thiết về nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm cho ngành gia công cơ khí. 

Sản phẩm được thiết kế phục vụ nhu cầu cấp thiết về nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm cho ngành gia công cơ khí

Theo đó, nhóm nghiên cứu đã triển khai nghiên cứu thiết kế toàn diện, từ khâu phân tích công nghệ đến tính toán tổng thể, tính toán chi tiết từ đó thiết kế phần cứng điều khiển, lập trình phần mềm chuyên dụng (CAM chuyên biệt, điều khiển CNC và robot), gia công và lắp ráp cơ khí chính xác. Đây là tiền đề để tiến tới thực hiện chế tạo thành công trung tâm gia công CNC 5 trục. Đồng thời, triển khai nghiên cứu thiết kế và gia công hoàn thiện một số sản phẩm gồm: máy cưa lọng tiêu chuẩn kết hợp bàn máy di chuyển phôi CNC 2.5D; máy cưa lọng tiêu chuẩn kết hợp tay máy robot di chuyển phôi; máy mài CNC gồm 3 trục tịnh tiến XYZ; đầu mài tự lựa đa phương; đầu mài tự lựa đơn phương với cơ cấu xoay phương tự lựa.

Thiết kế hệ thống điều khiển

Kỹ sư Nguyễn Thanh Liêm, chủ nhiệm triển khai nhiệm vụ khoa học công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM tổ chức  nghiệm thu, cho biết "công nghệ xử lý cổ rót và làm sạch ba-via biên dạng 3D chi tiết đúc thuộc các lĩnh vực công nghệ như công nghệ CNC, công nghệ robot; phần mềm CAM, thiết bị cắt - mài chuyên dụng". 

Hệ thống bao gồm những máy công cụ (gia công cơ khí) điều khiển CNC và robot, ứng dụng trong công nghiệp gia công đúc, được tự động hóa với mục tiêu tăng năng suất và chất lượng, giá thành hợp lý, góp phần phát triển công nghiệp phụ trợ, đóng góp thiết thực trong việc thúc đẩy chuỗi cung ứng nội địa làm chủ công nghệ để cạnh tranh và thay thế các nhà cung ứng nước ngoài. 

Kỹ sư Nguyễn Thanh Liêm cho biết, do làm chủ công nghệ từ thiết kế đến gia công chế tạo nên các sản phẩm từ nhiệm vụ có khả năng đáp ứng đa dạng yêu cầu của các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất và gia công cơ khí. Hệ thống CNC cắt - mài phôi sản phẩm đúc có thể đáp ứng được cho những dây chuyền tự động hóa sản xuất với số lượng sản phẩm cực lớn (mass production).

Nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học công nghệ tại công ty Nhất Tinh khẳng định, đã sẵn sàng cung ứng mô hình dây chuyền sản xuất tích hợp tự động hóa toàn diện (phù hợp với kiểu sản xuất hàng loạt, sản xuất liên tục, khối lượng sản xuất lớn hoặc những công việc có tính chất lặp lại và nhu cầu ổn định) ứng dụng hoàn thiện sản phẩm đúc, điển hình là dây chuyền sản xuất lốc xe máy đúc áp lực, dây chuyền sản xuất khung máy may đúc áp lực… 

Các sản phẩm hướng tới xây dựng hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất

Máy cưa lọng tiêu chuẩn kết hợp bàn máy di chuyển phôi CNC 2.5D và Máy cưa lọng tiêu chuẩn kết hợp tay máy robot di chuyển phôi của nhiệm vụ có khả năng cắt được vật liệu kim loại, biên dạng lõm đến 270 độ, trong khi các máy cưa lọng tiêu chuẩn và bàn máy 2D kèm theo cơ cấu xoay lưỡi cưa có trên thị trường chỉ cắt vật liệu phi kim, góc cắt chỉ đến 180 độ. 

Máy mài CNC gồm 3 trục tịnh tiến XYZ đã được tối ưu cấu hình bàn máy để phù hợp với ứng dụng mài ba-via kim loại chưa có sản phẩm tương tự trên thị trường (các đơn vị khác sử dụng robot 6 bậc tự do mang đầu mài). Nhóm nghiên cứu cũng phát triển các loại đầu mài tự lựa đa phương và đầu mài tự lựa đơn phương có khả năng đồng bộ phương tự lựa với phương di chuyển đầu mài có giá thành thấp, dễ dàng tích hợp vào máy mài CNC 3 trục hoặc tay máy robot.

Cấu hình bộ điều khiển trung tâm cho máy mài và các đầu mài tự lựa

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM tổ chức hồi đầu năm 2022, đại diện công ty Nhất Tinh nhấn mạnh, các sản phẩm của nhiệm vụ khi được thương mại hóa sẽ có nhiều ưu điểm như có chức năng và thông số kỹ thuật tương đương hệ thống nhập ngoại, giá thành thấp hơn hẳn sản phẩm nhập ngoại, có chế độ bảo hành trong nước, có cơ hội để các doanh nghiệp, cơ sở gia công cơ khí thử nghiệm - tìm hiểu trước. Các sản phẩm cũng có thể được theo dõi và điều chỉnh để hoàn thiện hơn theo từng quy trình sản xuất cụ thể, qua đó vừa đem lại hiệu quả kinh tế vừa góp phần tự động hoá sản xuất cho các doanh nghiệp, cơ sở gia công cơ khí. Không chỉ thế, doanh nghiệp ứng dụng các sản phẩm cũng dễ có điều kiện cải tiến công nghệ, cải thiện môi trường làm việc, nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp phụ trợ cho ngành đúc kim loại.

Đề xuất với Sở KH&CN TP.HCM về hướng phát triển tiếp theo trong thời gian tới, đại diện công ty Nhất Tinh mong muốn tiếp tục nhận được sự hỗ trợ từ các đơn vị của Thành phố để thực hiện giai đoạn 2 của nhiệm vụ là “Tích hợp các sản phẩm của nhiệm vụ thành dây chuyền tự động toàn diện”, nhằm hoàn thiện giải pháp tự động hóa, tối ưu hóa dây chuyền máy tự động và các thiết bị phụ trợ, tiến tới chuyển giao công nghệ và cung ứng thiết bị cho doanh nghiệp, cơ sở gia công cơ khí có nhu cầu.