THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT DẠNG TRỤC ĐH BÁCH KHOA

Phần 1

PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM

1. Tìm hiểu chức năng làm việc của chi tiết:

Chi tiết dạng trục bậc có tên gọi là trục gá dao, dùng để gá đặt dao và thực hiện nhiệm vụ truyền chuyển động quay, momen xoắn cho nên chịu nhiều biến dạng phức tạp như xoắn, uốn, kéo, nén.

Các bề mặt làm việc của chi tiết:

+       Bề mặt Ø40 có độ nhám R_a = 1,25 để đặt ổ đỡ trên đó.

+       Bề mặt côn có độ nhám R_a = 1,25 để gá đặt các chi tiết khác trên đó.

+       Bề mặt Ø24 chiều dài l = 8 mm có độ nhám Ra = 1,25 để đặt ổ đỡ trên đó.

+       Bề mặt Ø30 có 3 rãnh then để lắp mayơ truyền mômen xoắn.

+       Vai trục Ø80 có độ nhám R_a = 1,25 trên đó có 6 lỗ ren M8.

+       Ngoài ra còn có ren để ghép các chi tiết khác trên các đoạn trục Ø24, Ø45.

2. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết:

Độ không đồng tâm giữa mặt côn và các mặt trụ Ø30, Ø40 ≤ 0,02 mm

Độ không vuông góc giữa vai trục với mặt trụ Ø40 ≤ 0,03/100 mm

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

Dung sai chiều dài mỗi bậc trục khoảng 0,05÷0,2 mm

Do đó ta có thể chọn thép C45 để chế tạo trục này.

                 Bảng 1: Thành phần hóa học của thép C45

3. Nghiên cứu kết cấu cho chi tiết gia công.

Trục có chiều dài khá lớn l = 490 mm , với kết cấu như hình vẽ ta có thể gia công các bề mặt trụ bằng dao tiện thường

Đoạn vai trục có đường kính thay đổi đột ngột trên chiều dài ngắn,hình dạng chi tiết khá phức tạp vì vậy ta dùng phôi dập sẽ đảm bảo chỉ tiêu tiết kiệm vật liệu.

Gia công các đoạn ren trên trục ta có thể dung tiện ren, bàn ren

Gia công rãnh then bằng dao phay ngón có mặt đầu cắt được sẽ tăng năng suất gia công. Lúc đó trục được định vị trên khối V hoặc lỗ tâm.

Gia công đoạn côn yêu cầu độ chính xác cao.

Kích thước đường kính các cổ trục giảm dần về hai đầu đảm bảo tính công nghệ.

Phần 2

ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT

Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm : N= 500 (CT/năm)

Trọng lượng của chi tiết được áp dụng theo CT:

                                                    Q= V.γ     (kG)                                 

Với vật liệu là thép có γ = 7,852 kG/dm        

Thể tích của chi tiết tính theo phần mềm Pro-E được:

V = 5.401x10­⁵ (mm) = 0,5401 (dm)  

Hình 1:  Thể tích của chi tiết tính theo phần mềm Pro-E

Vậy trọng lượng của chi tiết :

                                      Q = 7,852. 0.5401 = 4.24 (kG)

Tra bảng 2 ( Sách Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy ) ta xác định được dạng sản xuất của chi tiết thuộc dạng: sản xuất hàng loạt vừa.

 ................................

III. Tính sai số cho phép của đồ gá.

     Chi tiết được định vị 5 bậc tự do, sai số của đồ gá ảnh hưởng đến sai số của kích thước gia công nhưng phần lớn nó ảnh hưởng đến sai số vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt chuẩn.

a.Sai số chuẩn

Kích thước H có gốc kích thước là mặt phẳng đối xứng của khối V hay là điểm O

Sai số chuẩn của kích thước H là lượng dịch chuyển của gốc kích thước OO’ chiếu lên phương Ox :

     ε_c(H) = ch (OO’)/Ox = OO’.cos90 = 0

b.Sai số kẹp chặt e_k

Do lực kẹp gây ra sai số kẹp chặt được xác định bằng công thức:

ε_k = C.P^0.5 = 1.3693^0.5

e_k = 0.06(mm)

C = (750/σ_b)ⁿ = (750/750)ⁿ= 1: hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công

P lực kẹp.      

c.Sai số mòn gây ra

   Do đồ gá bị gây ra sai số mòn được tính theo công thức:

e_m = b.(mm) chọn b=0,5

                         e_m = 0,5. = 35(mm).

d.Sai số điều chỉnh e_dc.

   Là sai số sinh ra trong quá trình lắp ráp và điều chỉnh đồ gá.Sai số điều chỉnh phụ thuộc vào khả năng điều chỉnh và dụng cụ được dùng để điều chỉnh khi lắp ráp.Trong thực tế khi tính toán đồ gá ta có thể lấy e_dc = 5¸10 (mm) ,lấy e_dc = 8(mm)

e.Sai số chế tạo cho phép của đồ gá [e_ct]

   Sai số này cần xác định khi thiết kế đồ gá. Do đó số các sai số phân bố theo quy luật chuẩn và phương của chúng khó xác định nên ta dùng công thức sau để tính.

         e_ct =

Với sai số gá đặt cho phép e_gd = (1/2 ¸1/5).d, lấy [e_gd] =1/3.d = 0.07 (mm)

       [e_ct] = = 0.0033 (mm)

Phần 3

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI

Muốn chế tạo một chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, ta phải xác định kích thước phôi và chọn phôi hợp lý.Vật liệu phôi và phương pháp tạo phôi có ảnh hưởng lớn đến lượng dư gia công , quy trình công nghệ do đó ảnh hưởng trực tiếp đến yêu cầu kỹ thuật, và hiệu quả kinh tế. Vật liệu chế tạo trục đòi hỏi có cơ tính cao, ít tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện được, dễ gia công, cơ tính đồng đều.

1. Xét phôi thanh:

Chi tiết gia công có đường kính thay đổi kích thước đột ngột và có sự chênh lệch lớn nên khi gia công sẽ cắt bỏ lượng dư lớn điều này không đảm bảo chỉ tiêu tiết kiệm vật liệu, đồng thời tốn thời gian gia công do đó năng suất gia công sẽ giảm.Vì vậy phôi thanh sẽ không đạt yêu cầu.

2 .Xét phôi rèn:

+       Rèn tự do : Với đầu tư thấp trang thiết bị đơn giản nhưng độ chính xác phụ thuộc vào tay nghề người công nhân thời gian gia công lâu phù hợp với sản xuất loạt nhỏ đơn chiếc.

-Ưu điểm : Có tính tương đối tốt, tổ chức kim loại bền chặt, chịu uốn chịu xoắn tốt.

   - Nhược điểm : năng xuất không cao, tiêu hao nhiều năng lượng, vật liệu, hiệu quả thấp, điều kiện lao động cực nhọc, hay bị biến cứng lớp bề mặt, lượng dư lớn.

+       Phôi rèn khuôn : Phôi có độ chính xác cao hơn phôi rèn tự do, lượng dư gia công nhỏ, độ bóng cao, năng xuất cao hơn, giảm phế phẩm và độ chính xác phôi cao phù hợp với sản xuất lớn nhưng chế tạo khuôn phức tạp thiết bị đòi hỏi vốn lớn.

   - Rèn trong khuôn kín : Thường áp dụng cho vật rèn có hình dáng phức tạp

   - Rèn trong khuôn hở : Sản phẩm thường rèn từ phôi cán cho độ bóng và độ chính xác cao.

Với chi tiết dạng trục thì phương pháp rèn sẽ không khả thi. Vì vậy phôi rèn sẽ không đạt yêu cầu.

3. Xét phôi đúc:

Với phôi đúc sẽ sinh nhiều khuyết tật như rổ khí, xỉ…Phôi sẽ tập trung úng suất dư lớn, trong khi chi tiết làm việc trong môi trường va đập lớn sẽ không đảm bảo điều kiện làm việc của chi tiết.Mặc khác việc đúc thép sẽ gặp rất nhiều khó khăn về tính khả thi. Vì vậy phôi đúc sẽ không đạt yêu cầu.

4. Xét phôi dập:

Dựa vào các yêu cầu kỹ thuật trên, phôi dập có khả năng chế tạo được những chi tiết có hình dáng phức tạp, dễ cơ khí hóa, tự động hóa, do đó phôi sẽ có hình dáng gần giống chi cơ uốn dọc theo chi tiết nên chi tiết có cơ tính cao hơn đối với các phương pháp khác tiết cần gia công. Với phôi dập hiện tượng xuất hiện ứng xuất dư gần như không, về cơ tính thì tạo ra các thớ.

Trước khi thực hiện quá trình dập nóng kim loại ta phải làm sạch kim loại, chọn chế độ nhiệt luyện và thiết bị nung nóng.

Có nhiều phương pháp làm sạch bề mặt kim loại như:thổi sạch bàng ngọn lửa (có thể nung nóng hoặc không nung nóng). Làm sạch bằng đá mài hay bằng ngọn lửa.

Dập nóng thực hiện trên máy dập hoặc máy ép,trong khuôn kín hoặc khuôn hở. Để nâng cao độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt chi tiết người ta dùng khuôn dập bán chịu nhiệt nhờ đó hạn chế được việc tạo vẩy.

Phôi sau khi chế tạo xong chất lượng bề mặt tương đối xấu , hình dáng hình học có nhiều sai lệch như méo, ôvan, côn… Nếu ta đưa phôi sau khi chế tạo xong vào gia công chi tiết ngay thì sai số in dập của phôi lên chi tiết gia công sẽ lớn, phải gia công nhiều lần mới đảm bảo yêu cầu của chi tiết. Vì vậy ta phải gia công chuẩn bị phôi bao gồm: làm sạch, nắn thẳng phôi, gia công phá.

           Hình 2: Bản vẽ lòng phôi của chi tiết

Phần 4

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT

1.Phân tích và chọn lựa chuẩn gia công

Khi chọn chuẩn để gia công, ta phải xác định chuẩn cho nguyên công đầu tiên và chuẩn cho nguyên công tiếp theo.

Thông thường, chuẩn dùng cho nguyên công đầu tiên là chuẩn thô, còn chuẩn dùng cho các nguyên công tiếp theo là chuẩn tinh.

Mục đích của việc chọn chuẩn là để đảm bảo:

Chất lượng chi tiết trong quá trình gia công.

Nâng cao năng suất và giảm giá thành.

a. Một số nguyên tắc chọn chuẩn thô:

Chuẩn thô thường được dùng ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công cơ. Việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, có ảnh hưởng đến các nguyên công tiếp theo và độ chính xác gia công của chi tiết.

Hai yêu cầu khi chọn chuẩn thô :

Đảm bảo phân bố đủ lượng dư cho các bề mặt gia công.

Đảm bảo chính xác vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công với các bề mặt sắp gia công.

• Dựa vào các yêu cầu trên người ta đưa ra 5 nguyên tắc khi chọn chuẩn thô:

Nếu trên chi tiết gia công có một bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt đó làm chuẩn thô.

Nếu trên chi tiết có nhiều bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt nào không gia công có yêu cầu độ chính xác về vị trí tương quan cao nhất với các bề mặt gia công để làm chuẩn thô.

Nếu trên chi tiết gia công có tất cả các bề mặt đều phải gia công thì nên chọn bề mặt nào ứng với bề mặt gia công mà trên đó đòi hỏi phân bố lượng dư đều và nhỏ nhất để làm chuẩn thô.

Nếu trên chi tiết có rất nhiều bề mặt có đủ điều kiện để làm chuẩn thô thì ta nên chọn bề mặt nào bằng phẳng nhất để làm chuẩn thô, khi đó việc gá đặt sẽ đơn giản và dễ dàng hơn.

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

• Phương án chọn chuẩn thô:

Chọn bề mặt không gia công có Ø24, chiều dài l = 40mm và bề mặt Ø45 chiều dài l = 37mm là chuẩn thô. Tại 2 vị trí này ta dụng 2 khối V ngắn hạn chế 4 bậc tự do, và sử dụng 1 chốt tỳ khống chế thêm 1 bậc tự do dọc trục.

Ưu điểm: Độ cứng vững cao, chi tiết được gá đặt nhanh chóng.

Nhược điểm: Do định vị trên hai khối V nên có thể gây ra sai số gá đặt, lực kẹp lớn gây biến dạng cho chi tiết gia công. Ngoài ra gá đặt lâu vì hai cổ trục không cùng kích thước.

b. Một số nguyên tắc chọn chuẩn tinh:

Chọn chuẩn tinh phải đảm bảo chất lượng của chi tiết sau khi gia công

Khi chọn chuẩn tinh người ta đưa ra 5 nguyên tắc sau:

Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính, khi đó chi tiết lúc gia công sẽ có vị trí tương tự lúc làm việc. Vấn đề này rất quan trọng khi gia công tinh.

Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng gốc kích thước để sai số chọn chuẩn bằng 0.

Chọn chuẩn sao cho khi gia công chi tiết không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp. Mặt chuẩn phải đủ diện tích định vị.

Cố gắng chọn chuẩn thống nhất, tức là trong nhiều lần cũng chỉ dùng một chuẩn để thực hiện các nguyên công của cả quá trình công nghệ, vì khi thay đổi chuẩn sẽ sinh ra sai số tích lũy ở những lần gá sau.

Phương án chọn chuẩn tinh:

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 phải dùng chuẩn tinh thống nhất.

Chuẩn tinh thống nhất là hai lỗ tâm ở hai đầu trục. Khi dùng hai lỗ tâm làm chuẩn có thể gia công tất cả các mặt ngoài, phay rãnh then trên trục. Mặt khác sẽ không có sai số chuẩn cho kích thước đường kính nhưng sẽ có sai số chuẩn cho kích thước hướng trục nếu mũi tâm trái là mũi tâm cứng. Để khắc phục sai số này, ta thay mũi tâm cứng bên phải bằng mũi tâm tùy động.

Khi dùng hai mũi tâm làm chuẩn thì phải dùng tốc để truyền mômen xoắn.

Để đảm bảo độ cứng vững của chi tiết trong quá trình gia công thì phải dùng thêm luynét và cần gia công cổ đỡ.

c. Xác định trình tự công nghệ

• Gia công chuẩn bị: làm sạch phôi, khỏa hai mặt đầu, khoan tâm.
• Gia công trước nhiệt luyện:

Gia công cổ đỡ để bắt luynét.

Tiện thô và bán tinh các mặt trụ.

Tiện tinh các mặt trụ.

Gia công mặt định hình, rãnh then, ren trên trục.

• Gia công nhiệt luyện.
• Nắn thẳng sau khi nhiệt luyện để khắc phục biến dạng.
• Gia công tinh sau nhiệt luyện.

1. Nguyên công 1: Phay hai mặt đầu, gia công 2 lỗ tâm
2. Sơ đồ gá đặt

Chi tiết gia công được định vị trên hai khối V ngắn định vị 4 bậc tự do , ngoài ra để chống sự dịch chuyển theo chiều dọc trục ta dùng một chốt định vị bậc tự do thứ 5

2. Chọn máy

Ta chọn máy gia công là máy phay và khoan tâm có kí hiệu là MP-71M có các thông số

-         Đường kính gia công là 25 – 125 mm

-         Chiều dài chi tiết gia công là 200-500mm

-         Giới hạn chạy dao của dao phay là 6

-         Giới hạn số vòng quay của dao phay là 125- 712 (vòng/phut)

-         Số cấp tốc độ của dao khoan là 6

-         Giới hạn số vòng quay của dao khoan là 20-300 (vòng/phút)

-         Công suất động cơ phay -khoan là 7.5 – 2.2 KW

3. Chọn dao

+ Bước 1 : Dao phay mặt đầu thép gió có: D = 40 mm, L = 2 mm, d = 16 mm, Z = 10; theo bảng 4-92/ 339, [1].

+ Bước 2 : Mũi khoan thép gió có d = 3mm, D = 7 mm, L = 7 mm

4. Trang bị công nghệ

Chi tiết được định vị trên 2 khối V ngắn định vị 4 bậc tự do và một chốt tì điều chỉnh định vị một bậc tự do.

5. Chế độ cắt cho các bước

+ Xét cho bước 1: phay mặt đầu : Kích thước cần đạt được 490 mm

Ta có chiều sâu cắt : t = 2 mm

Lượng chạy dao răng: S_z = 0,13 mm/răng, (theo bảng 5.119, trang 108, [2])

Lượng chạy dao vòng S = S_z .Z = 0,13.10 = 1,3 mm/vòng

Tốc độ cắt V_b­ = 43 m/ph, (Tra bảng 5.120, trang 109, [2]).

Các hệ số điều chỉnh:

k = 0,8 : Hệ số phụ thuộc chất lượng vật liệu gia công ( bảng 5-1, 5-2: [2]).

k = 0,8 : hệ số phụ thuộc tình trạng bề mặt phôi ( bảng 5-5 : [2] )

k_uv= 1 : Hệ số phụ thuộc vật liệu dụng cụ cắt (bảng 5-6: [2] ).

Tốc độ tính toán: V_t = V_b. k . k . k_uv= 43. 0,8. 0,8. 1 = 27,52 m/ph

Số vòng quay của trục chính theo tính toán:

n_t == 365,18 vòng/phút