Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết dưỡng so dao ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Lời nói đầu

Công nghệ chế tạo máy là một ngành then chốt, nó đóng vai trò quyết định trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Nhiệm vụ của công nghệ chế tạo máy là chế tạo ra các sản phẩm cơ khí cho mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân, việc phát triển ngành công nghệ chế tạo máy đang là mối quan tâm đặc biệt của Đảng và Nhà nước ta.

Phát triển ngành công nghệ chế tạo máy phải được tiến hành đồng thời với việc phát triển nguồn nhân lực và đầu tư các trang bị hiện đại. Việc phát triển nguồn nhân lực là nhiệm vụ trọng tâm của các trường đại học. Hiện nay trong các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kĩ sư cơ khí và cán bộ kĩ thuật cơ khí được đào tạo ra phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất thực tế…

Môn học công nghệ chế tạo máy là môn học then chốt, quan trọng trong chương tŕnh đào tạo kĩ sư và cán bộ kĩ thuật về thiết kế, chế tạo các loại máy và các thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, điện lực...vv. Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế, trong chương trình đào tạo , đồ án môn học công nghệ chế tạo máy là môn học tất yếu không thể thiếu được của sinh viên chuyên ngành chế tạo máy .

Toàn bộ thuyết minh được gói gọn trong ba phần chính như sau:

Phần 1 : Xác định dạng sản xuất và tạo phôi.

Phần II : Thiết kế quy trình công nghệ.

Phần III: Tính toán thiết kế đồ gá cho nguyên công phay mặt đáy.

Trong đồ án này em được  giao nhiệm vụ lập quy trình công nghệ, thiết kế đồ gá cho chi tiết Dưỡng So Dao. Nó có công dụng chính là so dao trước khi cắt gọt, đây là một chi tiết khá phổ biến thường dùng trong đồ gá máy phay. Trong đồ án này em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu liên quan, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế và tính toán chắc rằng sẽ có những sai sót do thiếu thực tế, kinh nghiệm thiết kế chưa có, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn để lần thiết kế sau và trong thực tế sau này được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn Thầy Hoàng Văn Thạnh đã hướng dẫn nhiệt tình trong suốt thời gian qua. Cảm ơn các thầy giáo bộ môn, cùng sự góp ý của các bạn trong lớp những người luôn theo sát đọc bản vẽ, thảo luận đồ án.

 

PHẦN I:

XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT VÀ TẠO PHÔI.

 

1.1   Phân tích yêu cầu kỹ thuật và kết cấu cho chi tiết gia công.

              1.1.1              Kết cấu chi tiết gia công.

 

-         Chi tiết cử so dao có kết cấu như hình bên dưới, là một chi tiết dạng hộp, công dụng của nó là dùng để xác định vị trí tương đối giữa dao so với đồ gá và bàn máy để cắt được chi tiết có kích thước quy định. Chi tiết thường được sủ dụng trên máy phay.

-      Kết cấu chi tiết bào gồm hai lỗ thông suốt một lỗ Ø15mm và một lỗ bậc có đường kính Ø15mm và Ø20mm, trên chi tiết có rãnh then sâu 5 mm, ở mặt trên có vát mép xung quanh  kích thước 3 mm x 45⁰, mặt dưới đáy có xẻ rãnh sâu 2mm, rộng 15 mm. Từ kết cấu trên ta thấy việc gia công, thoát dao, gá đặt, thoát phoi khả năng gia công đồng thời trên các máy nhiều trục chính tương đối thuận lợi.

  1.1.2  Yêu cầu kỹ thuật.

 

Chi tiết cần có một số yêu cầu sau đây:

-         Chi tiết phải có đủ độ cứng vững để khi gia công không bị biến dạng.

-         Các bề mặt chọn làm chuẩn phải cho phép thực hiện nguyên công và khi thực hiện xong các bề mặt đó làm chuẩn và thực hiện được gá đặt nhanh chóng và dễ dàng, bề mặt gia công thuận tiện cho việc sửa dao, thay dao và thoát dao dễ dàng.

-         Bề mặt làm việc tiếp xúc nhiều phải đạt được độ chính xác cao và chịu mài mòn tốt, độ cứng (58¸62)HRC và chiều dày lớp thấm tôi tối thiểu từ (0,8¸1,2)mm, cần đạt được độ bóng  đặt cấp 7¸8 hay Ra = (0,63¸1,25).

-         Các bề mặt không làm việc chỉ cần gia công thô là đủ.

-         Các lỗ kẹp chặt và định vị là các lỗ tiêu chuẩn, lỗ định vị phải được gia công chính xác đạt được cấp chính xác H7.

-         Độ không song song của bề mặt đối diện không vượt quá 0,008/100 mm.

-         Độ không vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ Ø15 mm , Ø20mm không vượt quá 0,03/100 mm.

-         Độ không song song giữa hai đường tâm lỗ Ø15mm ,Ø20mm không vượt quá 0,05/Toàn bộ chi tiết.

-         Yêu cầu độ cứng vững cao nên vật liệu ta sử dụng là thép 40X (Tiêu chuẩn Nga) hay 40Cr (TCVN).Đây là loại thép hợp kim hóa tốt,được sử dụng rất phổ biến, được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao, để có cơ tính cao nhất thép phải qua nhiệt luyện hóa tốt tôi và ram cao, thành phần hóa học như bảngdưới đây.

 

Thành phần hóa học (%)
C	Si	Mn	Cr	Ni
0,36 ÷ 0,44	< 0,4	< 0,8	0,8 ÷ 1	< 0,3

                           Bảng thành phần  hóa học thép 40Cr

1.2               Định dạng sản xuất.

      Để xác định dạng sản xuất ta dựa vào trọng lượng của chi tiết và sản lượng chi tiết hàng năm. Ta lần lượt xác định như sau:

-         Sản lượng chi tiết hàng năm được xác định theo công thức :

                                      

      Trong đó:

N - Số chi tiết được sản xuất trong một năm.

N₁ - Số sản phẩm được giao N₁ = 1200 chiếc/năm.

m - Số chi tiết trong một sản phẩm, (m =1).

b - Số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ ( lấyb = 5%).

a - Tính đến tỷ lệ % phế phẩm (a = 4%).

                        (chi tiết/năm)

-         Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức.

                                     Q = g.V (Kg).

 Trong đó:

      + Khối lượng riêng của thép là : g = 7,852 kG/dm³.

      + Thể tích của chi tiết được xác định theo kích thước hình học hoặc với chi tiết phức tạp ta có thể sử dụng các phần mềm tính toán, ở đây sử dụng phần mềm

 

      ProEngineerWildfile 5.0. Sau khi vẽ chi tiết trong phần mềm xong, Từ cửa sổ Mass properties ta có được :

 

V = 6,854.10⁴mm³ = 0,06854 dm³.

à.

            Sau khi có N và Q tiến hành tra bảng 2-[1]:

                          

                        

                             Cách xác định dạng sản xuất:

Dạng	Q1 – trọng lượng chi tiết
	>200 kG	4 200kG	<4kG
	Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc)
Đơn chiếc sản xuất Hàng loạt nhỏ Hàng loạt vừa Hàng loạt lớn Hàng khối	< 5    10- 55 100- 300 300 – 1000          > 1000	< 10 10 - 200 200 - 500 500 – 1000 > 5000	< 100 100 - 500 500 - 5000 5000 - 50000 > 50000

 

           Do đó ta có được dạng sản xuất là hàng loạt vừa.

1.3Phương pháp chế tạo phôi.

 

-   Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phôi ta sẽ căn cứ vào hình dạng, kích thước chi tiết, điều kiện làm việc của chi tiết, dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất cũng như cơ sở vật chất sẵn có của cơ sở.

-   Chi tiết trên có dạng hình hộp, kích thước nhỏ, yêu cầu về mặt kỹ thuật cao, độ cứng cao, do đó vật liệu ta chọn sẽ là thép 40Cr mặt khác dạng sản xuất là hàng loạt vừa nên ta sẽ chọn phôi dập là  hợp lý.

-   Phôi dập có độ chính xác về hình dạng, kích thước chất lượng bề mặt cũng như cơ tính cao. Phôi biến dạng triệt để do đó chế tạo được các chi tiết có độ chính xác cao.

-   Thiết kế khuôn dập:

• Tài liệu ban đầu: dựa vào bản vẽ chi tiết.
• Thiết kế lòng khuôn: Vật liệu chế tạo chi tiết là thép 40X có độ co ngót đến 1,5% mặt khác chi tiết dập dạng hộp khá đơn giản. Ta sẽ bố trí mặt phân khuôn ngay giữa chi tiết, rãnh dưới chi tiết được thiết kế dập ở lòng khuôn trên.
• Chiều dày thành khuôn được xác định theo công thức và biểu đồ trong sổ tay rèn dập, Chiều dày này không được nhỏ hơn 10 mm ,ở đây ta chọn chiều dày S = 12 mm.
• Kích thước chiều dài, chiều rộng khối khuôn căn cứ vào số lượng lòng khuôn để xác định.
• Chiều cao khe hở h của rãnh ba via được xác định theo công thức:

 

trong đó : F là tiết diện vật dập trên mặt phân khuôn. Ta có h = 3 mm.

• Kết cấu sơ bộ khuôn dập như hình bên.

 

1-     Khuôn trên

2-     Rãnh ba via.

3-     Lòng khuôn.

4-     Khuôn dưới.

 

 

PHẦN II:

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

 

2.1    Phân tích chuẩn và lập trình tự gia công.

 

-   Để thực hiện gia công phôi thành sản phẩm có nhiều phương án công nghệ khác nhau, ta tìm phương án nào đạt được yêu cầu kỹ thuật cũng như độ chính xác cần thiết cũng như sự thuận lợi khi gia công.

-   Với khối lượng chi tiết và sản lượng  hàng năm như trên, dạng sản xuất là hàng loạt vừa do đó chúng ta sẽ phân tán nguyên công, quy trình công nghệ được chia ra các nguyên công đơn giản có thời gian gia công như nhau hoặc là bội số của nhau. Mỗi máy thực hiện một nguyên công nhất định và đồ gá sử dụng là đồ gá chuyên dùng.

-   Đối với chi tiết Dưỡng So Dao là chi tiết dạng hộp ta chọn mặt phẳng bên làm chuẩn thô định vị để gia công mặt đáy. Sau đó lấy mặt phẳng đáy vừa gia công xong làm chuẩn tinh định vị để gia công các nguyên công tiếp theo. Chuẩn định vị sẽ là mặt đáy và hai lỗ Ø15mm.

-  
Trình tự gia công như sau:

 

 

-         Nguyên công 1 : phay đáy phay  

              rãnh ở đáy.

-         Nguyên công 2 : phay mặt trên.

-         Nguyên công 3 : khoan, doa     

             lỗ  bậc f15, f20.

-         Nguyên công 4 : phay rãnh trên.

-         Nguyên công 5 : phay hai mặt                    

             bên.

-         Nguyên công 6 : phay 2 mặt bên   

             còn lại.

-         Nguyên công 7 : phay vát cạnh

              mặt đầu.

-         Nguyên công 8 : nhiệt luyện.

-          Nguyên công 9: kiểm tra.

 

 

                    1.1.3        Nguyên công 1: Phay mặt đáy .

Trong  nguyên công này ta sẽ thực hiện hai bước phay tinh và phay thô.

1-Sơ đồ định vị và kẹp chặt:

 Định vị: Chi tiết được định vị 5 bậc tự do:trong đó 3 chốt tỳ nhám ở mặt dưới hạn chế 3 bậc tự do, hai chốt tỳ cầu ở mặt bên hạn chế 2 bậc tự do. Chi tiết được kẹp chặt từ phải qua bằng cơ cấu ren vít.

2-Chọn máy: Máy phay đứng vạn năng 6H12.

-         Công suất truyền dẫn chính: 1,7 Kw

-         Bàn máy cỡ số 1 kích thước : 320 x 1250 mm.

-         Số cấp tốc độ : 18 cấp gồm : 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.

-         Số cấp chạy dao: 18 cấp

-         Lượng chạy dao dọc: S_d = 23,5 ÷1180 mm/phút.

-         Lượng chạy dao ngang: S_n = 23,5 ÷1180 mm/phút.

            3-Chọn dao:

            Ta sử dụng dao phay mặt đầu bằng thép gió, đường kính dao D = 50mm, số răng Z=12 răng, chiều dài dao L = 36 mm.

           Ta sử dụng dao phay rãnh bằng thép gió, đường kính dao D = 15mm, số răng Z=8,chiều dài dao L = 18 mm.

            4-Tra lượng dư:

Tra bảng 3-17 [2] ta có lượng dư phôi dập là 2 mm, vùng dung sai từ 0,7 ÷ 3,4 đến 1,6 ÷ 11 mm.

Lượng dư cho phay tinh là 0,5 mm.

Lượng dư cho phay thô là  1,5 mm.

            5-Chế độ cắt:

            Bước 1 : Phay thô – R_a = 6,3 ÷ 12,5 .

-         Chiều sâu cắt: t = 1,5 mm.

-         Lượng chạy dao : S_z = 0,04 ÷ 0,06 mm / Răng. Tra bảng 5-134 [2] ta chọn :

S_z = 0.05 mm/Răng.

-         Tốc độ cắt : Tra bảng 5-121 [2] ta chọn: V=52 m/Phút.

-         Số vòng quay trục chính:

      331m/phút.

-         Chọn theo máy n = 374,6 vòng/phút ta tính được:

58,8m/phút.

-         Lượng chạy dao tính theo phút:

S_p = S_z . n = 0,05 .12 . 374,6 = 225 mm/phút.

         Chọn theo máy: S_p = 237 mm/phút.

-         Công suất cắt yêu cầu: Tra bảng 5-123 [2] ta có: P = 1,7 Kw.

Bước 2 : Phay thô – Ra = 2,5.

-         Chiều sâu cắt: t=0.05 mm.

-         Lượng chạy dao: S₀ = 0,5÷0,23 – theo bảng 5-119 [2]. Chọn S₀ = 0,36 mm/vòng ta suy ra được: S_z = 0,03 mm/răng.

-         Tra bảng 5-121 [2] ta có được: V= 58 m/phút.

-         Số vòng quay trục chính:

m/phút.

-         Chọn theo máy n = 374,6 vòng/phút ta tính được.

m/phút.

-         Lượng chạy dao tính theo phút:

S_p = S_z .z. n = 0,03 .12 . 374,6 = 134,8 mm/phút.

Chọn theo máy S_p = 148,3 mm/phút.

-         Công suất cắt yêu cầu: Tra bảng 5-123 [2] ta có : P = 1,7 Kw.

            Bảng chế độ cắt :

 

Bước	T(mm)	S(mm/phút)	V(m/phút)	N(vòng/phút)	N(kw)
Phay thô	1,5	237	58,8	347,6	1,7
Phay tinh	0,5	148,3	58,8	374,6	1,7

 

  6-Tính thời gian cơ bản cho từng bước nguyên công.

• Bước phay thô :

      Theo bảng 31 [1] thì thời gian cơ bản khi phay bằng dao phay mặt đầu được tính theo công thức sau :

  (phút).

Trong đó: 

-         L =115 mm : chiều dài bề mặt cần gia công.

-         L₁ : chiều dài ăn dao. Được tính theo công thức :  L₁= + ( 0,5÷3) mm.

Với D = 50 mm, t = 1,5 ta có: L₁=+( 0,5÷3) = (9 ÷11,5) mm. Chọn L₁ = 10 mm.

-         L₂ = 5 mm: chiều dài thoát dao.

-         S_p = 237 mm/phút.

 

 

                      Vậy :

0,55 (phút).

• Bước phay tinh :

Hoàn toàn tương tự như phay thô ta cũng có : L =115 mm,

L₁ =+( 0,5÷3) = (2,5 ÷8) mm, chọn L₁= 6 mm, L₂ = 5 mm,

 S_p = 148 mm/phút. Do đó ta cũng có :

0,85 (phút).

• Toàn bộ nguyên công :

Công thức tính thời gian cho toàn bước gia công (Trang 58 [1]) :

                        T_tc = T_c + T_p + T_pv + T_tn

      Trong đó :

-         T_tc : thời gian cơ bản của nguyên công.

_-          T_p : Thời gian phụ, T_p = 10%. T_c

-         T_pv: thời gian phục vụ chỗ làm việc: T_pv= 11 % .T_c.

-         T_tn: thời gian nghỉ tự nhiên của công nhân: T_tn= 11 % .T_c.

      Vậy ta được :    T_tc = T_c + 10%. T_c + 11 % .T_c + 11 % .T_c = 1,26 . T_c

                              = 1,26 . (0,55+0,58) = 1,76 (phút).

 

                    1.1.4        Nguyên công 2: Phay mặt trên.

Trong  nguyên công này ta sẽ thực hiện hai bước phay tinh và phay thô.

1-Sơ đồ định vị và kẹp chặt :

.......................

-              Lực cần tác động vào tay quay để có lực kẹp là:

                  QL= W.[.tan(ψ + φ_qd)+ µ.R.]

Trong đó:

• Bán kính trung bình của ren bằng: r_tb = d/2 =8mm.
• Góc nâng của ren là: ψ=3⁰ :
• Góc ma sat quy đổi: φ_qd =6⁰34^’ :
• Bán kính trục vít: R =10 mm :
• Chiều dài tay quay: L= 14.d = 14.16 = 224 mm
• Góc côn:  = 120⁰ và µ =0,1 

-              Thay số tính đươc:

                             Q = 12,7 kG

-              Mômen vặn tay quay sẽ là :

M =Q.r_tb= 12700 . 0,008 = 101,6 Nm.

 

2.1  Tính toán sức bền của chi tiết trục vít và sai số gá đặt cho chi tiết.

 

-              Kiểm tra độ bền kéo của trục vít:

W_{cho phép} = 0,5 d².[]_k

Trong đó []_k là sức bền kéo cho phép của vật liệu làm trục vít

[]_k = 800kG/cm².

W_{cho phép} = 0,5.1,6².800=10240 N

WW_{cho phép}  suy ra trục vít thỏa mãn độ bền kéo.

-              Tính sai số gá đặt cho kích thước gia công được tính theo công thức:

Trong đó:

ε_gđ_ sai số gá đặt.

ε_c_ sai số chuẩn.

ε_ct_ sai số chế tạo.

ε_k_ sai số kẹp chặt.

ε_m_ sai số mòn của đồ gá.

ε_ck_ sai số điều chỉnh của đồ gá

Tra bảng 7.3 trang 36 [6] ta có sai số gá đặt ε_gđ = 150 μm.