Đồ án thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trục răng - IUH

Tổng hợp mẫu báo cáo đồ án 2 chi tiết và chuẩn chỉnh. Tài liệu hướng dẫn phương pháp nghiên cứu, cấu trúc nội dung và cách trình bày đồ án hoàn chỉnh.

• Tác giả: Trương Viết Lãm
• Người hướng dẫn: Nguyễn Minh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế quy trình gia công chi tiết trục răng
• Loại tài liệu: Báo cáo đồ án
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về báo cáo đồ án 2 trong công nghệ chế tạo máy

Báo cáo đồ án 2 là tài liệu tổng kết nghiên cứu thiết kế quy trình gia công chi tiết trục răng. Đồ án tập trung vào phân tích yêu cầu kỹ thuật, lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công phù hợp. Mục tiêu là đảm bảo độ chính xác, hiệu suất và tuổi thọ của chi tiết. Nội dung bao gồm phân tích chi tiết, tính toán chế độ cắt và tính toán kinh tế. Đồ án áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, giúp sinh viên rèn kỹ năng thiết kế công nghệ chế tạo máy.

1.1. Mục đích và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết trục răng

Chi tiết trục răng phải đáp ứng độ chính xác cao về hình dạng và kích thước. Yêu cầu bao gồm dung sai hình học IT8, độ nhám bề mặt Ra ≤ 1.6 µm và chịu được lực truyền động lớn. Vật liệu thường chọn là thép cacbon hoặc thép hợp kim. Đảm bảo độ chính xác này quyết định hiệu suất và tuổi thọ của máy móc sử dụng chi tiết.

1.2. Vai trò của báo cáo trong quá trình học tập và ứng dụng

Báo cáo đồ án 2 là cơ hội để sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thiết kế quy trình gia công thực tế. Nội dung bao gồm phân tích chi tiết, tính toán chế độ cắt và tính toán kinh tế. Quá trình này rèn kỹ năng tư duy logic, giải quyết vấn đề và sử dụng phần mềm CAD/CAM. Kết quả giúp nâng cao khả năng thiết kế công nghệ chế tạo máy cho các dự án thực tế.

II. Phân tích vấn đề và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết trục răng

Chi tiết trục răng gặp nhiều thách thức trong quá trình gia công. Độ chính xác cao đòi hỏi lựa chọn phương pháp gia công phù hợp. Vấn đề chính bao gồm chọn vật liệu, tính toán lượng dư gia công và kiểm soát sai số. Phân tích kỹ thuật phải đảm bảo độ bền và độ chính xác của chi tiết. Sai số gia công quá lớn sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất truyền động và tuổi thọ của máy móc.

2.1. Yêu cầu kỹ thuật về dung sai và độ nhám bề mặt

Dung sai hình học IT8 cho phép sai số tối đa 0.018 mm sau khi gia công tinh. Độ nhám bề mặt Ra ≤ 1.6 µm đảm bảo tính trơn tru và giảm ma sát. Yêu cầu này đòi hỏi sử dụng phương pháp gia công tinh như phay tinh hoặc mài. Sai số vượt quá giới hạn sẽ làm giảm hiệu suất truyền động và tăng nguy cơ hư hỏng.

2.2. Phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến quá trình gia công

Vật liệu thép cacbon hoặc thép hợp kim ảnh hưởng đến quá trình gia công. Thép cacbon có độ cứng cao nhưng dễ biến dạng. Thép hợp kim có độ bền tốt hơn nhưng đòi hỏi chế độ cắt phù hợp. Lựa chọn vật liệu phải cân nhắc giữa độ bền, khả năng gia công và chi phí. Sai lầm trong chọn vật liệu sẽ dẫn đến sai số gia công và tăng chi phí sản xuất.

III. Giải pháp và phương pháp thiết kế quy trình gia công chi tiết

Quy trình gia công chi tiết trục răng bao gồm nhiều bước từ tiện thô đến phay tinh. Bước đầu tiên là tiện thô để loại bỏ phần lớn lượng dư. Sau đó là tiện tinh và phay tinh để đạt độ chính xác yêu cầu. Chế độ cắt phải được tính toán kỹ lưỡng để tối ưu thời gian và chất lượng. Sử dụng máy tiện renvit và dao phay phù hợp giúp giảm sai số và tăng hiệu suất.

3.1. Các bước chính trong quy trình gia công chi tiết trục răng

Quy trình bắt đầu với tiện thô bề mặt trụ, sau đó là tiện tinh và phay tinh. Mỗi bước phải đảm bảo lượng dư gia công phù hợp. Sai số sau mỗi bước được kiểm soát bằng dụng cụ đo chính xác. Quá trình kết thúc với kiểm tra cuối cùng để xác nhận độ chính xác và độ nhám bề mặt. Sử dụng máy tiện renvit và dao phay chất lượng cao giúp giảm sai số và tăng hiệu suất gia công.

3.2. Tính toán chế độ cắt và chọn dụng cụ gia công

Chế độ cắt bao gồm tốc độ cắt, lượng tiến và độ sâu cắt. Tốc độ cắt được chọn dựa trên vật liệu và loại máy. Lượng tiến và độ sâu cắt phải phù hợp với khả năng của máy và dao. Sử dụng dao phay có góc mài phù hợp giúp giảm ma sát và tăng tuổi thọ dao. Sai lầm trong chọn chế độ cắt sẽ dẫn đến sai số gia công và giảm hiệu suất.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của báo cáo đồ án

Báo cáo đồ án 2 cung cấp kiến thức thiết kế quy trình gia công chi tiết trục răng. Kết quả nghiên cứu giúp sinh viên hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và phương pháp gia công. Ứng dụng thực tế bao gồm thiết kế quy trình gia công, tính toán chế độ cắt và tính toán kinh tế. Kết quả này có thể áp dụng vào các dự án thực tế trong ngành công nghiệp cơ khí. Báo cáo cũng rèn kỹ năng tư duy logic và giải quyết vấn đề cho sinh viên.

4.1. Kết quả nghiên cứu và đóng góp cho ngành công nghiệp

Nghiên cứu thiết kế quy trình gia công chi tiết trục răng mang lại kiến thức về chọn vật liệu, phương pháp gia công và kiểm soát sai số. Kết quả giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất sản xuất. Ứng dụng thực tế bao gồm thiết kế quy trình gia công cho các chi tiết truyền động trong máy móc công nghiệp. Báo cáo cũng cung cấp cơ sở cho việc cải tiến quy trình gia công trong tương lai.

4.2. Khả năng áp dụng và phát triển trong công nghệ chế tạo máy

Kiến thức từ báo cáo có thể áp dụng vào thiết kế quy trình gia công cho các chi tiết khác trong ngành cơ khí. Sinh viên có thể phát triển kỹ năng thiết kế công nghệ chế tạo máy và cải tiến quy trình gia công. Ứng dụng thực tế bao gồm sử dụng phần mềm CAD/CAM để thiết kế và kiểm soát quy trình gia công. Kết quả nghiên cứu cũng hỗ trợ trong việc đào tạo và nâng cao chất lượng nguồn nhân lực cho ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI: I. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG: 1. Tính năng và công dụng của chi tiết - Trục răng là một loại trục quay có răng được gia công dọc theo chiều trục ( là sự kết hợp giữa trục và bánh răng). - Nó có thể coi như là banh răng trụ dài ( thường là trục then hoa, trục răng thẳng, trục răng nghiêng,…) - Trục này vừa làm nhiệm vụ dẫn động (truyền mô-men xoắn), vừa định tâm, ghép nối với các chi tiết quay khác.

- Chi tiết thuộc dạng chi tiết trục là các bộ phận có hình dạng tròn xoay, thường được sử dụng trong các máy móc và thiết bị để truyền động hoặc công suất. Chọn vật liệu: Do trục răng làm việc trong môi trường bôi trơn, ăn khớp với thanh răng, bánh răng làm việc với vận tốc cao, mô men xoắn lớn, chịu va đập… Vì vậy, ở đây ta sử dụng vật liệu là thép C45 để chế tạo chi tiết bánh răng liền trục. Vật liệu chi tiết là thép C45 có tính chất cơ bản như sau: Thành phần hóa học của thép C45: C(%) Si(%) Mn(%) P(%) S(%) Cr(%) Ni(%) Cu(%) 0.30 Cơ tính của thép C45: Độ bền Giới Modun Modun Tỷ lệ độc Độ Độ bền đứt Độ giãn kéo hạn đàn cắt dai va tương đối chảy hồi (E) đập MPa MPa GPa MPa Ft.30 50 360-610 16-20 Nhóm 2 Trang 5 Thiết Kế Công Nghệ Chế Tạo Máy GVHD: Nguyễn Minh Tuấn 3. Điều kiện làm việc 3.

Phân tích chức năng Trong quá trình làm việc, trục và bánh răng chịu nhiều dạng tải trọng khác nhau. Lực tác dụng chính lên răng là lực tiếp tuyến để truyền mô-men xoắn, lực hướng tâm ép các bánh răng vào nhau và lực dọc trục phát sinh do đặc tính của răng nghiêng. Các lực này tạo ra ứng suất uốn và xoắn lớn trên thân trục, đặc biệt tại các vị trí thay đổi tiết diện như chỗ bậc trục, rãnh then hoa và ren, nơi dễ tập trung ứng suất. Ngoài ra, do bề mặt răng thường xuyên ăn khớp và trượt với bánh răng đối diện, chi tiết còn chịu mài mòn và có nguy cơ pitting (rỗ mỏi mặt răng).

Điều kiện làm việc Điều kiện làm việc của trục răng là tương đối khắc nghiệt. Chi tiết vừa phải đảm bảo độ bền mỏi khi chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ, vừa phải có độ cứng bề mặt đủ cao để chống mài mòn. Bên cạnh đó, độ chính xác chế tạo và lắp ghép rất quan trọng, vì sai số sẽ gây ra va đập khi ăn khớp, làm giảm tuổi thọ của bánh răng. Ứng dụng Về ứng dụng, loại trục có bánh răng nghiêng thường được dùng trong hộp số ô tô, hộp giảm tốc và các cơ cấu truyền động công nghiệp.

Trong những hệ thống này, chi tiết đóng vai trò quan trọng trong việc truyền công suất, thay đổi tốc độ và hướng chuyển động. Để đảm bảo làm việc lâu dài, trục thường được chế tạo bằng thép hợp kim tôi và ram, sau đó thấm than hoặc tôi bề mặt để đạt độ cứng cao ở răng và then hoa, trong khi vẫn duy trì độ dai của lõi. Như vậy, chi tiết trục răng có bánh răng nghiêng làm việc trong điều kiện tải trọng phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao và phải được chế tạo từ vật liệu có tính cơ lý tốt cùng với các biện pháp nhiệt luyện thích hợp nhằm đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy trong quá trình vận hành. Phân tích tính công nghệ của chi tiết 4.

Chức năng làm việc của chi tiết Chi tiết là trục răng có bánh răng nghiêng liền khối, dùng trong hộp số hoặc cơ cấu truyền động. Nó đảm nhiệm: − Truyền mô men xoắn giữa các trục thông qua cặp bánh răng nghiêng. − Định vị và truyền chuyển động quay nhờ then hoa. − Liên kết chặt với các chi tiết khác bằng ren ngoài và đai ốc hãm.

− Chịu tải trọng phức tạp: mô men xoắn, uốn, xoắn, mài mòn răng. Do điều kiện làm việc khắc nghiệt nên chi tiết yêu cầu độ bền mỏi, độ cứng mặt răng, độ chính xác lắp ghép rất cao. Nhóm 2 Trang 6 Thiết Kế Công Nghệ Chế Tạo Máy GVHD: Nguyễn Minh Tuấn 4. Đặc điểm hình dáng – kết cấu − Kết cấu đối xứng tròn xoay, thuận lợi khi gia công trên máy tiện, mài.

− Có nhiều bậc trục đường kính khác nhau, giúp định vị ổ lăn, bánh răng, vòng chặn. − Bánh răng nghiêng được chế tạo liền với trục, kết cấu cứng vững, nhưng gây khó khăn khi hỏng răng (phải thay toàn bộ trục). − Then hoa đảm bảo truyền mô men tới chi tiết ghép ngoài (ly hợp, bánh răng dịch chuyển). Gia công then hoa tương đối phức tạp.

− Ren ngoài bố trí ở đầu trục để siết chặt đai ốc, cố định chi tiết lắp ghép. − Có rãnh thoát dao, vát mép → tạo điều kiện công nghệ khi tiện và lắp ráp. Khả năng gia công 5. Gia công chuẩn bị − Tiện thô các bậc trục.

− Khoan, doa lỗ chuẩn nếu có. Gia công bán tinh – tinh − Tiện chính xác các bậc trục, tiện ren ngoài. − Phay hoặc chuốt then hoa. − Phay lăn răng nghiêng.

Nhiệt luyện − Tôi cải thiện toàn bộ chi tiết. − Tôi cảm ứng hoặc thấm cacbon + ram thấp mặt răng. Gia công tinh sau nhiệt luyện − Mài các cổ trục lắp ổ lăn. − Mài ren chính xác.

Kiểm tra kỹ thuật − Độ đồng tâm giữa bánh răng và cổ trục. − Độ chính xác bước răng, biên dạng răng. − Kích thước then hoa, ren. Nhóm 2 Trang 7 Thiết Kế Công Nghệ Chế Tạo Máy GVHD: Nguyễn Minh Tuấn 6.

Phân tích việc chọn phôi Dựa vào vật liệu của chi tiết: Thép C45 và đặc điểm các phương pháp tạo phôi, chọn phương pháp rèn trong khuôn vì: - Độ chính xác và chất lượng cao: Rèn trong khuôn cho phép tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp và kích thước chính xác, phù hợp với đặc tính của thép C45 sau khi gia công nhiệt. - Tăng cường tính cơ học: Quá trình rèn giúp cải thiện độ bền, độ cứng và độ dai của thép C45 nhờ định hướng tinh thể kim loại trong quá trình đúc. - Hiệu quả sản xuất hàng loạt: Phương pháp này phù hợp với sản xuất số lượng lớn, tận dụng được khả năng định hình đồng đều của khuôn, giảm thiểu hao phí vật liệu. - Phù hợp với đặc tính thép C45: Thép C45 có khả năng rèn tốt ở nhiệt độ cao (850°C - 1200°C) và phản ứng tốt với xử lý nhiệt sau rèn, giúp tối ưu hóa tính chất cơ học.

Phương pháp chế tạo phôi Các phương pháp để chế tạo phôi: 7.1 Phương pháp đúc: Phương pháp đúc là là quá trình nấu chảy kim loại và rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dáng kích thước theo yêu cầu của vật cần đúc. Trong ngành cơ khí, trọng phôi đúc chiếm tới 70%. - Ưu: Có thể nung chảy tất cả kim loại, đúc được các chi tiết từ nhỏ đến rất lớn, từ đơn giản đến phức tạp, điều chỉnh được thành phần hóa học bên trong, chi phí chế tạo phôi thấp, có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa. - Nhược: Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi; có nhiều khuyết tật làm tỷ lệ phế phẩm có khi khá cao; kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc đòi hỏi thiết bị hiện đại.

Ở đây, ta sử dụng vật liệu là thép C45 có tính đúc khó vì độ chảy loãng thấp, dễ bị đông đặc, độ co ngót lớn, bề mặt chi tiết dễ bị cong vênh. Do vậy ta thấy sử dụng phương pháp này là không hợp lý.2 Phương pháp hàn: Phương pháp hàn là quá trình ghép nối các chi tiết thành một khối không thể tháo rời bằng cách nung nóng vật liệu đến trạng thái chảy hoặc dẻo để chúng sau khi kết tinh hoặc khuếch tán vào nhau tạo thành mối nối. Do chi tiết bánh răng liền trục của ta được chế tạo từ cùng một vật liệu nên phương pháp này là không hợp lý 7.3 Phương pháp cán: Phương pháp cán là phương pháp chế tạo phôi bằng cách cho phôi đi qua khe hở của hai trục quay ngược chiều nhau làm phôi biến dạng dẻo ở khe hở. Nhóm 2 Trang 8 Thiết Kế Công Nghệ Chế Tạo Máy GVHD: Nguyễn Minh Tuấn - Ưu: Giúp nâng cao cơ tính, thích hợp các chi tiết dạng tấm, dạng thanh, dạng ống,… với năng suất cao.

- Nhược: không gia công được vật liệu giòn, làm cho các hạt phân tử không liên kết được với nhau do đó làm trục dễ bị hỏng trong quá trình truyền động và trong gia công. Do vật liệu là thép C45 nên ta có thể sử dụng phương pháp này để chế tạo phôi. Nhưng vì chi tiết là dạng trục bậc mà phương pháp này chỉ phù hợp cho các chi tiết dạng tấm, trục dài. Do vậy phương pháp này không hợp lý.4 Phương pháp rèn trong khuôn Phương pháp rèn trong khuôn là phương pháp sử dụng khuôn để định hình phôi bằng cách gia nhiệt và ép trong khuôn đã chuẩn bị.

Phương pháp này phù hợp với sản xuất thép C45, trong đó thành phần hóa học chiếm khoảng 70%. - Ưu: Có thể tạo ra các chi tiết chính xác, tăng cường độ bền và độ dai của thép C45, kiểm soát tốt chất lượng bề mặt sản phẩm, dễ sản xuất hàng loạt. - Nhược: Tốn thời gian gia nhiệt ban đầu, chi phí khuôn ban đầu cao, đòi hỏi kỹ thuật cao để tránh biến dạng hoặc nứt trong quá trình rèn. Kết luận: Với vật liệu của chi tiết đã cho, dạng sản xuất và yếu tố kinh tế, chọn phương pháp chế tạo rèn trong khuôn.

Phương pháp rèn trong khuôn được chọn nhờ khả năng tạo ra sản phẩm có độ chính xác cao, tăng cường độ bền và độ dai của thép C45, đồng thời phù hợp với sản xuất hàng loạt. Dù chi phí khuôn ban đầu và thời gian gia nhiệt ban đầu cao, ưu điểm về chất lượng bề mặt, hiệu quả kinh tế trong sản xuất số lượng lớn, cùng với tính tương thích của thép C45 với nhiệt độ rèn (850°C - 1200°C) và xử lý nhiệt sau đó, làm cho phương pháp này là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ tin cậy cao. Nhóm 2 Trang 9 Thiết Kế Công Nghệ Chế Tạo Máy GVHD: Nguyễn Minh Tuấn CHƯƠNG II: LẬP QUY TRÌNH GIA CÔNG CÔNG NGHỆ Hình 1: bản vẽ lồng phôi Hình 2: Bản vẽ chi tiết Nhóm 2 Trang 10 Thiết Kế Công Nghệ Chế Tạo Máy GVHD: Nguyễn Minh Tuấn Hình 3: Bản vẽ đánh số 2.