ĐỒ ÁN THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC RĂNG M10

Phần I

Phân tích chi tiết gia công

1.1/ Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết.

    Chi tiết trục răng là chi tiết dạng trục . Được sử dụng rộng rãi trong nghành chế tạo máy.

    Trục răng là loại trục, trên đó có bánh răng liền trục, nó có nhiệm vụ truyền chuyển động quay hoặc truyền mô men xoắn bằng cách ăn khớp với một bánh răng  khác có cùng mô đun với băng liền trục này.

    Bề mặt gia công cơ bản cần gia công là bề mặt tròn xoay. Ngoài ra, ta còn phải gia công bánh răng liền trục bằng phương pháp phù hợp với yêu cầu kỹ thuật được đề ra.

    Trục răng được sử dụng rất rộng rãi, nó thường là trục đầu vào ( trục I ) của hộp giảm tốc vì bánh răng trên trục đầu vào thường nhỏ do mô men xoắn cần truyền nhỏ.

     Những bề mặt làm việc của chi tiết:

    - Bề mặt răng của bánh răng liền trục.

    - Hai đoạn trục có đường kính:  dùng lắp ổ lăn.

    - Đoạn trục có đường kính :  có then, dùng lắp bánh răng hoặc bánh đai để nhận mô men xoắn từ bánh răng lắp trên trục khác ăn khớp  với nó hoặc nhận chuyển động quay từ động cơ thông qua bộ truyền đai.

    - Đoạn trục có đường kính:   dùng lắp bạc để chặn bánh răng hoặc bánh đai được lắp trên đoạn trục  theo phương chiều trục.

    - Hai lỗ lắp bulông ở đầu trục dùng để lắp mặt bích để chặn ổ theo phương chiều trục.

    Các kích thước đường kính của các đoạn trục , ,  cần phải được qui định dung sai một cách chặt chẽ vì đây là các bề mặt lắp ghép. Ngoài

ra, ta còn phải gia công đạt độ nhám bề mặt theo yêu cầu của chi tiết.    

    Những điều kiện kỹ thuật cơ bản của chi tiết:

    - Kích thước đường kính các cổ lắp ghép yêu cầu cấp chính xác 7 ¸10

         ( tra phụ lục VIII- [1] trang 302 thì: T = 35 ¸ 140 ( mm ).

    - Độ chính xác về hình dáng hình học như độ côn, độ ô van của các cổ trục nằm trong giới hạn 0,25 ¸ 0,5 dung sai đường kính cổ trục.

    - Bảo đảm dung sai chiều dài mỗi bậc trục trong khoảng 0,05 ¸ 0,2 ( mm ).

    - Độ đảo cổ trục lắp ghép không quá 0,01 ¸ 0,03 ( mm ).

    - Độ không song song của rãnh then đối với tâm trục không vượt quá 0,01 mm trên chiều dài.

    - Độ nhám của các cổ trục lắp ghép đạt R_a = 1,25 ¸ 1,16, của các mặt đầu R_z = 40 ¸ 20, của các bề mặt không lắp ghép R_z = 80 ¸ 40.

    Về tính chất cơ lý của bề mặt trục:

    - Bánh răng đạt độ cứng 45 ¸ 50 HRC.

    - Phần khác đạt độ cứng 230 ¸ 320 HB.

    Chi tiết được chế tạo bằng vật liệu thép 45, có thành phần hoá học như trong bảng. ( Bảng 1- [ 2 ] ).

C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
0,4 ¸ 0,5	0,17 ¸ 0,37	0,5 ¸ 0,8	0,045	0,045	0,30	0,30

    Khi trục răng được dùng làm trục đầu vào của Hộp giảm tốc hoặc trục đầu vào trong Hộp tốc độ của máy công cụ thì tải trọng nhỏ, điều kiện làm việc không nặng nhọc nên chế tạo bằng thép 45 là phù hợp.

    Ưu điểm:

    - Có tính công nghệ cao như dễ tạo hình ( đúc, rèn, dập ), dễ nhiệt luyện, dễ gia công cơ, do đó giảm khối lượng lao động.

    - Hạ giá thành sản phẩm.

    - Rẻ tiền, dễ kiếm.

1.2/ Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết.

    Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết ta nhận thấy rằng kết cấu của chi tiết đã phù hợp, không đơn giản hoá kết cấu được nữa. Việc làm bánh răng liền trục là hoàn tòan đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Trong trường hợp này không thể thay thế bằng kết cấu lắp vì khoảng cách từ đáy rãnh răng đến mặt ngoài của trục nhỏ hơn 2,5.m (25 mm ) nên không thể dùng mối ghép then.

    Vật liệu làm bằng thép 45 có nhiều ưu điểm như đã nêu, thuận lợi cho việc gia công bằng các loại dụng cụ cắt tiêu chuẩn.

    - Bánh răng có thể gia công trên máy cắt dây tuy nhiên năng suất không cao và giá thành sản phẩm cao hơn so với phương pháp gia công cổ điển. Ta áp dụng phương pháp gia công cổ điển để gia công bánh răng.

    - Chi tiết có tính công nghệ trong kết cấu:

    + Trục có hình dáng thuôn nhỏ về hai đầu, thuận tiện cho việc lắp các chi tiết khác lên đó.

    + Có rãnh để thoát dao.

    + Có các cạnh vát để tránh gây tập trung ứng suất ở các bề mặt chuyển tiếp, các đoạn trục có đường kính khác nhau.

    + Các vát mép thuận tiện cho việc lắp ghép vận chuyển.

    + Các chi tiết lắp trên trục đều được định vị theo phương chiều trục, rãnh then hở nên việc gia công được dễ dàng.

    + Dung sai kích thước đều nằm trong phạm vi mà có thể chế tạo được bằng các phương pháp thông thường .

    + Bánh răng có góc nghiêng đường răng nhỏ ( ^o ), thuận lợi cho việc cắt hết chiều rộng răng và gia công được bằng các phương pháp thông thường ( ví  dụ như phay ) và cho năng suất cao.

    + Chuẩn: bề mặt chuẩn là hai lỗ tâm đảm bảo đủ độ cứng vững cho chi tiết gia công .

   

    + Phôi dược chế tạo đơn giản: đúc, rèn, dập.

    Tuy nhiên chi tiết có hai lỗ lệch tâm dùng để bắt bu lông nên việc gia công chưa được thuận lợi như việc gia công lỗ chính tâm.

    + Vật liệu: thép 45 và với kết cấu như bản vẽ thì nhiệt luyện dễ dàng.

Phần II

Xác định dạng sản xuất.

2.1/ Tính thể tích của chi tiết.          

    Ta coi chi tiết có hình dáng đơn giản như sau:

 

 Áp dụng công thức tính thể tích hình trụ: V =  (mm³).

    Ta có bảng tính toán như sau:

STT	d (mm)	h (mm)	Vi (mm3)
1	90	60	381510	V = 7843795,36 (mm3) = 7,844 (dm3).
2	100	20	157000
3	212	59	2081581,36
4	148	128	2200913,92
5	128	32	411566,08
6	120	65	734760
7	115	144	1494954
8	90	60	381510

2.2/Tính trọng lượng của chi tiết.

Gọi trọng lượng của chi tiết là Q₁, ta có:

                                     (kg).

    Trong đó  là trọng lượng riêng của vật liệu.

    đối với thép thì =7,852 (kg/dm³).

    Vậy Q₁ = 7,844.7,852 = 61,591 (kg).

2.3/Xác định dạng sản xuất.  

    Tra bảng 2- [2]: Ta xác định được dạng sản xuất hàng khối.

Phần III

Xác định phương pháp chế tạo phôi.

3.1/Chọn phôi.

    Nghiên cứu bản vẽ chi tiết ta nhận thấy:

    - Chi tiết thuộc họ trục nên kết cấu đơn giản .

    - Vật liệu là thép 45 có tính công nghệ cao, dễ gia công, dễ kiếm, dễ chế tạo phôi.

    - Kích thước lớn nhất là , không quá lớn.

    - Cơ tính yêu cầu đối với chi tiết là 45 ¸ 50 HRC ( cho bánh răng ) là cao nhất, còn các phần khác là 230 ¸ 320 HB (các đoạn trục và cổ trục ) là trung bình. Không có yêu cầu gì đặc biệt.       

   Căn cứ vào các điểm đã phân tích ở trên ta lựa chọn phôi dập nóng để chế tạo chi tiết.

3.2/Chọn phương pháp chế tạo phôi.

    Ta dùng phương pháp dập nóng để chế tạo phôi vì có các ưu điểm như sau:

    - Phương pháp dập phôi phù hợp với dạng sản xuất hàng khối.

    - Tạo ra phôi có hình dạng gần giống hình dạng của chi tiết .

    - Phương pháp dập phôi cho phép nâng cao hệ số sử dụng kim loại lên 25 ¸ 50%, giảm độ không đều cácbít xuống 2 ¸ 3 cấp, giảm lượng dư gia công và nâng cao cơ tính của chi tiết, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với những bề mặt làm việc của chi tiết như bánh răng và chỗ lắp ghép.

    - Với chi tiết thuộc họ trục, vật liệu là thép 45 và với cơ tính yêu cầu như trên thì phương pháp dập phôi là thích hợp nhất.

    Ta sử dụngthép tròn cán nóng để dập phôi. Theo bảng 1-27 [3], thép tròn cán nóng có đường kính lớn nhất là 250 (mm) lớn hơn đường kính lớn nhất của phôi, thoả mãn cho phương pháp dập phôi.

    Vị trí của phôi trong khuôn dập nóng:

Tra bảng VII-34 [3], ta lấy:

- Góc nghiêng của mặt vát chặn : 20^o.

- Tra bảng XIII- 24 [4], góc nghiêng (độ dốc khuôn) ở các đoạn trục là 5^o và 7^o.

    - Tham khảo chú thích 1: “ Nếu trên 1 vật rèn, ở các chỗ khác nhau cần các độ dốc khuôn khác nhau, cần thống nhất chúng lại và lấy trị số lớn hơn”.

    Vậy ta lấy độ dốc khuôn là 7^o.

Phần IV.

Thiết kế quá trình công nghệ gia công chi tiết.

4.1/ Chuẩn định vị và cách gá đặt cho mỗi nguyên công.

  Đối với chi tiết dạng trục yêu cầu về độ đồng tâm giữa các cổ trục là rất quan trọng. Để đảm bảo yêu cầu này, khi gia công trục ta cần phải dùng chuẩn tinh thống nhất, hoặc gia công trên một lần gá, hoặc gia công một đầu sau đó dùng đầu đã gia công làm chuẩn tinh để gia công đầu còn lại. Ngoài ra ta có thể dùng chuẩn phối hợp cả mặt ngoài và lỗ tâm.

  - chọn chuẩn là việc làm rất quan trọng trong quá trình thiế kế công trình công nghệ, chuẩn nhằm xác định vị trí của chi tiết gia công so với quỹ đạo chuyển động của dao.

  - chuẩn là tập hợp những bề mặt, đường, điểm khác.

4.1.3/ Những lời khuyên khi chọn chuẩn:

   - Khi chọn chuẩn phải xuất phát từ nguyên tắc 6 điểm để khống chế hết số bậc tự do cần thiết của chi tiết một cách hợp lí nhất. Trong một số trường hợp tránh thừa định vị tuyệt đối tránh siêu định vị và thiếu định vị.

  - chọn chuẩn sao cho không bị lực cắt lực kẹp làm biến dạng chi tiết gia công quá nhiều. đồng thời lực kẹp phải nhỏ để dảm sức lao động.

  - Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản, sử dụng thuận tiện, thích hợp với loại hình sản xuất.

4.1.3/ Chọn chuẩn tinh:

   Những yêu cầu khi chọn chuẩn tin:                                                                      - Đảm bảo phân bố lượng dư đủ cho các bề mặt gia công.    

- Đảm bảo độ chính xác và vị trí tương quan giữa các bề mặt gia công với nhau.

4.1.4/ những lời khuyên khi chọn chuẩn tinh:

  - Chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính.

  - Chọn chuẩn tinh sao cho tính trùng chuẩn là cao nhất nhằm giảm sai số tích luỹ do quá trình gia công.

  - Cố gắng chọn chuẩn tinh thống nhất cho nhiều lần gá đặt nếu thực hiện được lời khuyên này thì các nguyên công sử dụng chuẩn thống nhất  đồ gá hoàn toàn giống nhau sẽ làm giảm chủng loại đồ gá,giảm tính toán thiết kế đồ gá do đó hạ giá thành.

  - Chọn chuẩn định vị trùng với gốc kích thước để sai số chọn chuẩn bằng không.

  - Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản, thuận tiện khi sử dụng.

4.1.5/ Các phương án khi chọn chuẩn tinh.

 a/ Phương án 1: Căn cứ vào các lời khuyên khi chọn chuẩn tinh, ta chọn chuẩn tinh là hai lỗ tâm côn ở hai đầu trục.

    Ưu điểm:

    - Không gian gia công rộng.

    - Có thể hoàn thành gia công thô và tinh hầu hết các bề mặt của chi tiết, đây là chuẩn tinh thống nhất.

    - Có thể gia công được tất cả các mặt ngoài.

    - Khi dùng hai lỗ tâm làm chuẩn và định vị trên hai mũi tâm để gia công mặt ngoài thì không có sai số chuẩn cho các kích thước đường kính các cổ trục vì khi đó chuẩn định vị trùng chuẩn đo lường.

    - Gá đặt nhanh và sơ đồ gá đặt đơn giản.

    Nhược điểm:

    - Có sai số chuẩn theo phương chiều trục nếu mũi tâm bên trái là mũi tâm cứng khi gia công trục bậc theo phương pháp chỉnh sẵn dao.

    - Độ cứng vững kém, phải truyền lực bằng tốc kẹp.

    Sơ đồ định vị chi tiết trục răng trên hai mũi tâm:

b/ Phương án 2: Chọn chuẩn tinh là mặt trụ  khống chế 2 bậc tự do, vai trục khống chế 1 bậc tự do kết hợp lỗ tâm khống chế 2 bậc tự do. Theo phương án này, dùng một đầu trục làm chuẩn thô, gia công đầu kia. Dùng đầu trục đã gia công kết hợp với lỗ tâm để làm chuẩn tinh gia công các đoạn trục khác.

    Ưu điểm:

    - Độ cứng vững cao, tính vạn năng cao, lực kẹp lớn, gá đặt đơn giản.

    - Gia công được tất cả các mặt ngoài.

    Nhược điểm:

    - Dùng chuẩn tinh theo phương án này không phải là chuẩn tinh thống nhất.

    - Không gian gia công hẹp hơn so với phương án dùng chuẩn tinh là hai lỗ tâm côn.

    - Độ chính xác đồng tâm thấp. Gá đặt tuy đơn giản nhưng năng suất không cao.

    Sơ đồ định vị chi tiết trục răng theo phương án hai:

c/ Phương án 3: Dùng chuẩn định vị là mặt trụ ngoài của chi tiết gia công.

    Biện pháp thực hiện: Cặp trên mâm cặp 3 chấu, ống kẹp, mâm cặp tự kẹp.

    Ưu điểm:

    - Có tính vạn năng cao .

    - Có lực kẹp lớn.

    - Gá đặt đơn giản.

    - Nếu sử dụng phương án cặp trên mâm cặp 3 chấu thì hai đầu trục phải thuận tiện cho việc cặp sâu. Kết cấu trục của ta không cho phép cặp sâu (vì chiều dài cổ trục nhỏ hơn đường kính), ta không dùng phương án này.

    - Nếu định vị trên mâm cặp 4 chấu không tự định tâm thì thời gian gá đặt lớn nên năng suất thấp.

    - Định vị trên ống kẹp thì nhược diểm là trục răng này không cặp sâu được nên ta không dùng phương án này.

    Kết luận về chọn chuẩn tinh: Chọn chuẩn tinh là hai lỗ tâm  ở hai đầu trục, đây là chuẩn tinh thống nhất.

 4.2.1/ Chọn chuẩn thô:        

    Chuẩn thô thường được dùng ở nguyên công đầu tiên của quá trình gia công cơ chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trìng công nghệ.

 4.2.2/ Những yêu cầu khi chọn chuẩn thô:

   Phân phối đủ lượng dư cho quá trình gia công, đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt sắp gia công và bề mặt không bị gia công.

 4.2.3/ Lời khuyên khi chọn chuẩn thô:

   Nếu chi tiết gia cxông có một bề mặt không gia công thì chọn bề mặt đó làm chuẩn thô vì như vậy sẽ làm cho sự thay đổi vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công là nhỏ nhất.

  - Nếu có một số bề mặt không gia công thì ta chọn bề mặt không gia công nào có yêu cầu về độ chính xác và vị trí tương quan cao nhất đối với các bề mặt gia công làm chuẩn thô.

  - Trong các bề mặt phải gia công chọn bề mặt nào có lượng dư nhỏ nhất làm chuẩn thô.

  - Cố gắng chọn bề mặt làm chuẩn thô tương đối bằng phẳng không có mép rèn dập hoặc quá gồ gề.

  - Chuẩn thô nên dùng một lần trong cả quá trình gia công.

    Ưu điểm:

    - Lượng dư nhỏ và phân bố đều.

    - Bề mặt trơn tru, không có ba via.

    - Yêu cầu cơ tính cao nhất.

    - Có đường kính bằng nhau, định vị trên khối V dễ dàng.

    - Khoảng cách xa nhau nên độ cứng vững khi định vị trên khối V cao.

    Sơ đồ định vị phôi trên khối V:

    Phần V                                          Tra lượng dư

   Tiến hành tra lượng dư cho các bề mặt.            

    Theo bảng VII- 38[3], ta tra lượng dư cho các bề mặt của vật dập nóng như sau.

Khối lượng chi tiết: 61,591(kg)

Dập trên máy búa

Chi tiết thuộc họ trục (tiết diện tròn)

Tham khảo chú thích: “đối với các bề mặt gia công tinh xác hơn cần thêm vào các số liệu trong bảng: Khi độ nhẵn cấp 4¸6...0,3¸0,5(mm). Khi độ nhẵn cấp 7 hoặc cao hơn...0,5¸0,8(mm)”.

    Vậy các đoạn trục có lượng dư như sau:

 

 

Kích thước đường kính(mm)	Trị số lượng dư theo 2 phía(mm)
f90	3,4
f100	3,1
f115	3,1
f120	3,4
f128	3,2
f148	3,2
f212	3,3

 

    Lượng dư theo phương dọc trục:

Chiều dài đoạn trục (mm).	Trị số lượng dư theo phía (mm).
60	2,6
10	2,6
124	2,7
65	2,6
32	2,6
128	2,7
59	2,6

 

Phần VI.

Tra chế độ cắt.

6.1/Nguyên công I:

*Bước khoả mặt đầu:

   t=1,3

-Lượng chạy dao S:

Dùng dao phay mặt đầu răng chắp D =100 (mm); Z = 8.

Ta bảng X-40[4]: S_z = 0,09¸0,18 (mm).

Vậy: S_v = Sz.Z = 0,18.8 = 1,44 (mm/vg).

Tra bảng 25[2]: n_d =125¸712 (vg/ph).

Vậy S_phtính = S_v.n_d =1,44.125 =180 (mm/ph).

Tra trên máy MP73M, S_phb = 20¸400 (mm/ph) vô cấp.

Vậy ta chọn: S_ph = 180 (mm/ph).

-Tra bảng 5-96[7]thì V_b =38 (m/ph).

Tra bảng5-97[7] thì k=1,15.

Vậy V_tính=38.1,15 = 43,7 (m/ph).

Vậy n_tính =   = = 139,17 (v/ph).

Tra trên máy MP73M: n_m = 125 (v/ph).

Vậy V_­thực =  =  = 39,25 (m/ph).

-Thời gian cơ bản:Tra bảng 31[2]: T_o =  (phút).

L=90 + 3,4 =93,4(mm).

L₁ = +2 =  + 2 = 13,32 (mm).

L₂ = 2 (mm).

Vậy T_o =   =0,6 (ph).

* Bước khoan tâm:

Tra bảng X -  31 [4] thì S_v = 0.08 ¸ 0.10 (mm/vg).