THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT THÂN GÁ DAO BK ĐH 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 ngành 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.

   Môn học công nghệ chế tạo máy có vị trí quan trọng trong chương trình 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 ...

  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 không thể thiếu được của sinh viên chuyên ngành chế tạo máy khi kết thúc môn học.

   Sau một thời gian tìm hiểu và với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy Hoàng Văn Thạnh, đến nay em đã hoàn thành đồ án môn học công nghệ chế tạo máy trong  quá trình thiết kế và tính toán tất nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, 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 .

 

Phần I: Phân tích chi tiết gia công

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

    Dựa vào bản vẽ chi tiết ta thấy thân dao là chi tiết dạng hộp.

    Thân dao là chi tiết quan trọng trong các máy công cụ cơ khí. Thân dao

làm nhiệm vụ trung gian trong việc gá đặt dao lên bàn xe dao. Thân dao còn làm nhiệm vụ phân bố lực lên cán dao đều và tránh làm hỏng cán dao, tăng tuổi thọ cho dao cắt, tăng độ cứng vững của dao khi gia công.

  Trên thân dao có nhiều mặt phải gia công với độ chính xác khác nhau và cũng có nhiều bề mặt không phải gia công.  Bề mặt làm việc chủ yếu là lỗ trụ vuông 12x12, lỗ trụ tròn ỉ18 dùng để lắp thân dao. Bề mặt phẳng ngoài để gá lắp thân dao lên máy CNC.

 Cần gia công mặt phẳng cạnh chính xác để làm chuẩn tinh gia công. Đảm bảo kích thước từ tâm lỗ vuông đến mặt phẳng trên cùng là 13,5, đến cạnh bên là 10,5.

Chi tiết làm việc trong điều kiện rung động và tải trọng thay đổi.

Vật liệu sử dụng là thép C45, là loại thép có thành phần hóa học chứa 0,45%C. Đây là loại thép Cacbon trung bình, cơ tính tổng hợp chịu kéo nén tốt. Giới hạn bền của thép: Ơ­_b= 640 - 760 N/mm², giới hạn chảy của thép: Ơ_c= 360 N/mm². Khối lượng riêng của thép: 7852KG/m³.

1.2- Phân tích  những yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công và định ra phương pháp gia công tinh lần cuối.

 Từ bản vẽ chi tiết ta thấy :

Chi tiết thân dao là một trong những chi tiết dạng hộp, có những bề  mặt chính ở đây là bề mặt lỗ trụ vuông 12x12, lỗ trụ tròn ỉ18, các bề mặt ngoài của hộp và các lỗ ren. Những yêu cầu cần đặt ra với chi tiết là:

+ Các lỗ chính của chi tiết gia công yêu cầu với độ chính xác: với lỗ trụ vuông 12x12 và lỗ trụ tròn ỉ18 là cấp 9,với các độ nhám tương ưng là:R_a=2,5. Ta lựa chọn phương pháp gia công tinh lần cuối là chuốt lỗ vuông và tiện tinh lỗ trụ tròn.

+ Đảm bảo độ đồng tâm giữa các lỗ vuông với lỗ tròn nhỏ hơn 0,02/100mm.

+ Đảm bảo độ không song song giữa lỗ vuông với mặt bên ngoài nhỏ hơn 0,2/100mm.

+ Trên chi tiết còn có 3 lỗ ren với yêu cầu độ chính xác không cao, đảm bảo kích thước tương quan giữa các bề mặt là được.

+ Kiểm tra độ không song song giữa lỗ trụ vuông và mặt trượt A.

 

1.3- Các biện pháp công nghệ đạt độ chính xác và yêu cầu kỹ thuật.

    

   Để đảm bảo độ song song của lỗ vuông và bề mặt trượt A thì ta gia công tinh bề mặt trượt A để làm chuẩn tinh gia công. Dùng mặt vừa gia công làm chuẩn để gia công mặt đáy.Gia công 2 lỗ ỉ 8,5 tại vị trí lỗ ren M10 để làm lỗ định vị gia công các bề mặt tiếp theo. Các nguyên công tiếp theo định vị vào bề mặt tinh đã gia công và 2 lỗ ỉ 8,5.

 

1.4 - Đánh giá tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết

   Thân dao có đủ độ cứng vững để khi gia công không bị biến dạng có thể dùng chế độ cắt cao , đạt năng suất cao.

   Các bề mặt làm chuẩn có đủ diện tích nhất định để cho phép thực hiện nhiều nguyên công khi dùng bề mặt đó làm chuẩn và đảm bảo thực hiện quá trình gá đặt nhanh .

  Chi tiết thân dao được chế tạo bằng phương pháp dâp nóng. Kết cấu tương đối đơn giản, tuy nhiên quá trình gia công lỗ vuông và tròn cần bước gia công chuẩn bị ban đầu, chuẩn bị dao chuốt vuông hợp lý.

Phần II: Xác định dạng sản xuất

 2.1 - Khái niệm dạng sản xuất.

   Dạng sản xuất là một khái niệm kinh tế kĩ thuật tổng hợp nó phản ánh mối quan hệ qua lại giữa các đặc trưng về công nghệ và các hình thức tổ choc để chế tạo ra các sản phẩm đảm bảo chất lượng và đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.

2.2 - ý nghĩa của việc xác định dạng sản xuất

  Xác định dạng sản xuất có ý nghĩa to lớn trong việc thiết kế quả trình công nghệ vì nếu biết được các điều kiện cho phép về vốn đầu tư, trang thiết bị kĩ thuật cần thiết, nhân lực… để tổ chức sản xuất.

2.3- Cách xác định dạng sản xuất

     Có nhiều quan điểm để xác định dạng sản xuất nhưng thông thường người ta căn cứ vào sản lượng hàng năm và khối lượng chi tiết gia công để xác định:

   Theo công thức 1.2[8] có:

                                     N = N₁.m (1+)

Trong đó

          N- Số chi tiết được sản xuất trong một năm

          N₁- Số sản phẩm được sản xuất trong một năm (6000 chiếc/năm)

          m- Số chi tiết trong một sản phẩm

          a- Phế phẩm trong xưởng rèn dập a =(3-:-6) %

          b- Số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ  b =(5-:-7)%

    Vậy  N = 6000.1(1 +) =6600 (chi tiết /năm)

Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức

                               Q₁ = V.g      (kg)

Trong đó

          Q₁- Trọng lượng chi tiết

          g  - Trọng lượng riêng của vật liệu    g_thép = 7852(Kg/m³)

          V - Thể tích của chi tiết: với V = 0,000292454(m³)

                                      Q₁ = V.g = 0,000292454 x 7852 = 2,296(kg)    

         Dựa vào  N & Q₁ bảng 2 [1] ta có dạng sản xuất là dạng sản xuất hàng loạt lớn.

Phần III: Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

3.1- Các phương pháp chế tạo phôi

   Với chi tiết dạng hộp có rất nhiều phương án chế tạo phôi: phôi đúc, phôi hàn, phôi dập, cán…

    1- Phôi đúc: có đúc trong khuôn cát, đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực.

   - ưu điểm của phương pháp đúc là:

+ chủng loại vật liệu đa dạng, khối lượng vật đúc lớn

+ có thể đúc được các chi tiết có hình dáng kết câu phức tạp mà các phương pháp khác khó chế tạo.

+ có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong 1 vật đúc hoặc có thể tạo ra cơ tính khác nhau giữa các bề mặt chi tiết

+ giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì đầu tư ban đầu ít, tính chất sản xuất linh hoạt.

+ có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

   - nhược điểm :

+ Tiêu tốn kim loại lớn do cháy hao khi nấu luyện

+ Tỉ lệ phế phẩm khá ca, chất lượng vật đúc khó ổn định

+ Độ bang bề mặt chưa cao, độ chính xác kích thước thấp

+ Chi tiết hộp đúc ra thường nguội không đều, gây ra biến dạng nhiệt và ứng suất dư .

    2- Phôi hàn: được chế tạo từ thép tấm rồi hàn lại với nhau. Loại phôi này được dùng trong sản xuất đơn chiếc.

     - ưu điểm:

 Sử dụng phôi hàn sẽ rút ngắn thời gian chuẩn bị phôi, đạt hiệu quả kinh tế cao.

     - nhược điểm:

 Phôi hàn thường gặp khó khăn trong vấn đề khử ứng suất dư.

    3- Phôi dập:

  -   Ưu điểm:

   Phương pháp này đạt cơ tính tốt và năng suất cao.

-         Nhược điểm:

   Chỉ áp dụng được với chi tiết hộp nhỏ có hình thù không phức tạp

 3.2- Chọn phương pháp chế tạo phôi

  Căn cứ vào dạng sản xuất là hàng loạt lớn, quy mô sản xuất lớn. Căn cứ vào các ưu nhược điểm của phương pháp dập. Ta chọn phương pháp chế tạo phôi là dập nóng.   

   Kết cấu của chi tiết không phức tạp nhưng vật liệu của chi tiết là thép cacbon  nên ta dùng phương pháp dập, do bề mặt không làm việc cần chính xác và ứng với sản xuất hàng loạt lớn nên ta chọn phương pháp dập nóng là hợp lý nhất.

  Với phương pháp dập nóng ta cú thể thu ðýợc chi tiết cú ðộ nhỏm bề mặt, ðộ chớnh xỏc phự hợp, cừ tớnh tốt, nóng suất cao, lại dễ cừ khớ hoỏ, tự ðộng hoỏ. Ta chọn phýừng phỏp chế tạo phụi là dập núng trờn mỏy dập ðứng, ðýợc dập trong khuụn kim loại.

Phần IV: Thiết kế quy trình công nghệ

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

 

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

4.3.9. Nguyên công 9: Taro 2 lỗ ren M10.

Định vị: Chi tiết hạn chế 6 bậc tự do: Mặt đáy hạn chế 3 bậc tự do bằng 2 phiến tỳ, các mặt bên hạn chế 3 bậc tự do bằng các chốt tỳ.

Kẹp chặt: Chi tiết được kẹp chặt bằng cơ cấu kẹp chặt cơ khí, lực kẹp cùng chiều với hướng taro.

Chọn máy: Chọn máy khoan K125.

Chọn dao:

                Tra bảng 4-136 trang 422 (STCNCTM tập 1).

     Chọn dao taro có các thông số như sau:d=10;p=1,5;L=80;l=24;d₁=8.

Tra chế độ cắt.

-   Lượng chạy dao: S= 1.5 mm/vg

-   Chiều sâu cắt: Chiều sâu cắt t=0,75mm.

-   Tốc độ cắt:Tra bảng 5-188 trang 171 STCNCTM tập 2 ta có:

                       Vận tốc cắt v=10 m/ph.

-   Tính công suất cắt:

         ==0,74 (KW), trong đó:

        =10.0.027.5^1,4.0,8^1,5. 1,0=1,84(N.m).

Tra bảng 5-50 trang 43 STCNCTM tập 2 ta có:=1,0

Tra bảng 5-51 trang 43 STCNCTM tập 2 ta có:=0,027; y=1,5; q=1,4.

         n=   ==318,3 vg/ph.

Chọn số vòng quay của máy là n=392 vg/ph.

 Bảng Thông Số:  

MÁY	Bước	t (mm)	V (m/ph)	S (mm/vg)	N (vg/ph)	Nc (KW)
K125	Taro	0,75	10	1,5	392	0,74

Thời gian nguyên công :

 T_tc = T₀ + T_p + T_pv + T_tn     (Thiết kế đồ án CNCTM, trang 58)

 T_o- Thời gian cơ bản.

 T_p- Thời gian phụ (10% T₀).

 T_pv- Thời gian phục vụ chỗ làm việc (11% T₀).

 T_tn - Thời gian nghỉ tự nhiên của công nhân (5% T₀).

       T₀ = 

L- Chiều dài bề mặt gia công (mm).

L₁- Chiều dài ăn dao (mm).

 L = 7,5 mm

 L₁ =  (1÷3).bước ren = (1÷3).1,5=1,5÷ 4,5→chọn L₁ =3 mm.

 S = 1,5 mm/vòng

 n = 392 vòng/phút

ðT₀ = =0,018 phút

Tổng thời gian nguyên công là:

T_tc = (1 + 0,1 + 0,11 + 0,05).0,018.2 = 0,0454 phút.

 

4.3.10. Nguyên công 10: Nguyên công kiểm tra.

Kiểm tra độ không song song giữa lỗ 12x12 và mặt trượt A.

Chi tiết được đặt lên bàn máp, mặt A tiếp xúc với mặt bàn máp. Lắp trục kiểm vào lỗ 12x12. Dùng đồng hồ so đo giá trị tại 2 vị trí ở 2 đầu trục kiểm. Lấy kết quả đo tính toán để kiểm tra độ không song song.

Phần V: Thiết kế đồ gá cho nguyên công gia công lỗ Ø18.

 5.1. Phân tích sơ đồ gá đặt.

Đồ gá tiện được dùng trên máy tiện để xác định vị trí tương quan giữa phôi và dụng cụ cắt đồng thời kẹp chặt phôi để gia công lỗ. Đồ gá tiện thường hạn chế cả 6 bậc tự do của chi tiết để xác định đúng lỗ tâm của chi tiết gia công.

      +Định vị: Chi tiết hạn chế 6 bậc tự do: Mặt trên hạn chế 3 bậc tự do bằng 2 phiến tỳ,1 lỗ định vị 2 bậc tự do bằng 1 chốt trụ ngắn và lỗ còn lại định vị bậc tự do thứ 6 bằng chốt trám.

       + Kẹp chặt: Chi tiết được kẹp chặt bằng cơ cấu kẹp cơ khí kiểu kẹp gián tiếp qua đòn kẹp. Sử dụng cơ cấu kẹp bằng bulong- đai ốc.

 5.2. Lực cắt khi tiện.

   + Lực cắt :Theo STCNCTM tập 2 trang 15 và 16 ta có:

P_z,y,x = 10.C_P. t^x .S^y. Vⁿ.k_p (N).

Trong đó:

- Các hệ số C_P và các số mũ x,y,n tra bảng 5-23 trang 18 STCNCTM tập 2:

 P_z : C_P=204 ; x=1;y=0,75;n=-0,15.

 P_y : C_P=125 ; x=0,9 ;y=0,6;n=-0,3.

 P_x : C_P=67 ; x=1;y=0,5;n=-0,4.

- k_p =K_MP.k.k. k.k.k_rp.

 Tra bảng 5-9 trang 9 STCNCTM tập 2 ta có:

               =0,846

 Tra bảng 5-22 trang 17, STCNCTM tập 2 ta có:

      P_z : k=0,89 ; k=1,0; k=1,0 ; krp=0,87.

      P_y : k=0,5 ; k=1,0; k=1,25 ; krp=0,66.

      P_x : k=1,17 ; k=1,0; k=0,85 ; krp=1,0.

Vậy: P_z=10.204.2,3¹.0,2^0,75.111,9^-0,15.0,846.0,89.1.1.1.0,87=453 (N).

         P_y=10.125.2,3^0,9.0,2^0,6.111,9^-0,3.0,846.0,5.1.1.1,25.0,66=85,4 (N).

         P_x=10.67.2,3¹.0,2^0,5.111,9^-0,4.0,846.1,17.1.1.0,85.1,0=87,8 (N).

   +  Mô men xoắn :

    M_x = P_z .r =453.9=4077 (N.mm)=4,077 (N.m).

 

 5.3. Xác định lực kẹp chặt.

Các lực tác dụng lên chi tiết khi tiện:

 

-Phương trình cân bằng momen: W.f₁.OB +W.f₂.OD= K.M_c

                                                                          _→  W.f₁.OB+W.f₂.OD = K.P_z.OC

                                   _{→ = =} 2591,16 (N).

Hệ số an toàn có tính đến khả năng làm tăng lực cắt trong quá trình gia công . 

      Hệ số an toàn K được tính như sau:    K = K₀.K₂.K₃.K₄.K₅.K₆

    Ở đây: K₀ - hệ số an toàn cho tất cả các trường hợp  K₀ = 1,5

              K₂ - hệ số tăng lực cắt khi dao mòn  K₂ = 1,1

              K₃ - hệ số tăng lực cắt lực cắt khi gia công gián đoạn  K₃=1,2

              K₄ - hệ số tính đến sai số khi kẹp chặt(kẹp chặt bằng tay) K₄=1,3

              K₅ - hệ số tính đến mức thuận lợi của cơ cấu kẹp bằng tay K₅=1

              K₆ - hệ số tính đến mômen quay của chi tiết K₆=1,0

          à  K =1,5.1,1.1,2.1,3.1.1,0 = 2,574

   f₁: hệ số ma sát giữa mỏ kẹp và chi tiết :  f₁= 0,15

     f₂: hệ số ma sát giữa phiến tỳ và chi tiết : f₂ = 0,15

-Phương trình cân bằng chống trượt dọc:

                                                  W.f₁+W.f₂ = K.P_x

                              _{→ = =} 753 (N).

Vậy W= 2591,16  N

5.4. Tính toán nguồn sinh lực:

Ta có : Q.a = W.b

è Q =  =  = 6909,76 N = 690,976 KG

Đường kính ren trung bình của blông kẹp chặt được xác định theo công thức sau : ( chọn σ = 8 KG/mm² ) .

  d  C. = 1,4. = 13.01 mm.

Ta chọn  đường kính bulông theo tiêu chuẩn d=16 mm

Lực xiết đai ốc (dùng cờ lê l=190) P=100 N (bảng 8.51 STCNCTM2)

 

5.5 Tính khối lượng phần đối trọng

         Trong phương pháp tiện cần đặc biệt quan tâm đến độ ổn định khi quay của cơ cấu và chi tiết gia công.

Trong đồ gá tiện chi tiết dạng hộp hiện tại, các thành phần của đồ gá như: mâm quay, chốt côn lỗ tâm và kể cả chi tiết gia công đã tự động đồng tâm khi gia công. Các chi tiết như bulong M14, phần tròn xoay của đĩa cũng cân đối. Cần phải xem xét đến khối lượng phần nhô ra của đĩa quay, 2 phiến tì, đòn kẹp. Như thế, khi chế tạo đồ gá cần có thêm khối lượng phần đối trọng hợp lý.

Khối lượng tính toán cho các phần không cân đối:

-         Phần nhô ra của đĩa quay: thép CT3

V₁=145.15.40=87000 mm³

Bán kính quay: r₁=38,5-15/2=31 mm

-         Phiến tỳ: thép 20Cr

V₂= 14.40.10=5600 mm³

Bán kính quay: r₂=38,5-15-10/2= 18,5 mm

-         Đòn kẹp: thép C45

V₃=80.25.8-16.8.30=12160 mm³

Bán kính quay: r₃= 13,5+2+8/2=19,5 mm

phương trình cần bằng momen quay:

    V.90. δ₁= V₁.δ₁.r₁ + 2.V₂. δ₂.r₂ – V₃. δ₃ .r₃

                  = 87000.7850.31+2.5600.7852. 18,5- 12160.7852.19,5

        V      = 29634,14 mm³

    Chiều cao cần thiết của phần đối trọng D50:

       H=29634,14/ (3,14.25²)= 15,1 mm

 

5.6.Tính sai số chế tạo cho phép của đồ gá.

        Theo sách Thiết kế đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy (công thức 62) trang 93

ta có công thức xác định sai số chế tạo như sau:

        [Ô_ct] = ,

 Trong đó:

      - Sai số gá đặt.

       - Sai số chuẩn

       - Sai số chế tạo đồ gá

       - Sai số kẹp chặt đồ gá

       - Sai số điều chỉnh đồ gá

       - Sai số do mòn

Kích thước l = 30 có dung sai là 0.25 mm

è= σ = =0.167

 = 0 (chuẩn định vị trùng với gốc kích thước)

= 0.05 mm (theo bảng 24 chương 4,sách hướng dẫn thiết kế đồ án CNCTM)  

 Ô_m = b.= 0,2. = 20(mm) = 0,02 (mm)

 Vậy sai số chế tạo được tính như sau:

  Ô_ct =  (mm)                

                                      TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- Ninh Đức Tốn; Trần Xuân Việt; Nguyễn Đắc Lộc; Trần Xuân Việt. Sổ tay CNCTM I&II. NXB KH&KT

2- GS.TS Trần Văn Địch. Hướng dẫn thiết kế đồ án CNCTM. NXB KH_KT

3- GS.TS Trần Văn Địch. Công nghệ chế tạo máy . NXB KH_KT

4- Châu Mạnh Lực; Phạm Văn Song. Trang bị công nghệ và cấp phôi tự động. Trường ĐHBK_ĐHĐN.

5- Th.s Lưu Đức Bình. Công nghệ chế tạo máy 1&2

6- Nguyễn Quốc Việt; Trần Thế Tranh. Cơ sở cắt gọt kim loại.Khoa cơ khí ĐHBK_ĐHĐN.

7- GS.TS Trần Văn Địch. Atlas đồ gá. NXB KH_KT

8- GS.TS Trần Văn Địch; PGS.TS Lê Văn Tiến; PGS.TS Trần Xuân Việt. Đồ gá cơ khí và tự động hóa.  NXB KH_KT.