Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam, đặc biệt sau khi hội nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO), ngành cơ khí chế tạo máy giữ vai trò nền tảng trong việc phát triển hạ tầng kỹ thuật công nghiệp. Để hạn chế sự phụ thuộc vào máy móc thiết bị nhập khẩu, giảm thiểu chi phí chế tạo và nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm cơ khí trong nước, yêu cầu thiết kế quy trình công nghệ gia công đạt độ chính xác cao và tối ưu hóa tính kinh tế là nhiệm vụ kỹ thuật cấp thiết.

Đề tài "Thiết kế quy trình công nghệ gia công tay kẹp" do sinh viên Lê Công Lập thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Phan Thanh Vũ tại Bộ môn Công nghệ Chế tạo Máy, Khoa Cơ khí Máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (học kỳ 2, năm học 2021-2022, thời gian thực hiện từ 28/02/2022 đến 27/05/2022) tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ công nghệ sau:

  1. Nghiên cứu chức năng làm việc, phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết tay kẹp (chi tiết dạng càng, vật liệu gang xám GX 15-32).
  2. Xác định sản lượng hàng năm ($N_0 = 80.000$ chiếc/năm) và tính toán dạng sản xuất cơ khí.
  3. Phân tích, lựa chọn phương pháp tạo phôi (phôi đúc trong khuôn cát mẫu gỗ, cấp chính xác II) và tra lượng dư gia công cơ cho các bề mặt.
  4. Lập tiến trình công nghệ, xây dựng hai phương án thứ tự nguyên công, so sánh ưu nhược điểm để chọn phương án tối ưu.
  5. Thiết kế chi tiết từng nguyên công: xác định sơ đồ định vị, cơ cấu kẹp chặt, lựa chọn thiết bị gia công, kết cấu dụng cụ cắt; tính toán và tra cứu chế độ cắt ($t, s, v, n$), kiểm tra công suất cắt và tính thời gian gia công cơ bản.
  6. Tính toán giải tích lượng dư và chế độ cắt cho nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$.
  7. Thiết kế đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$ trên máy khoan đứng 2H135: xác định sơ đồ nguyên lý, tính lực kẹp cần thiết, tính sai số chế tạo cho phép và lập yêu cầu kỹ thuật đồ gá.

Đối tượng nghiên cứu là chi tiết cơ khí tay kẹp dạng càng, khối lượng 1,128 kg. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phạm vi tính toán thiết kế công nghệ chế tạo cơ khí cắt gọt trên hệ thống máy công cụ vạn năng và thiết kế trang bị công nghệ chuyên dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng các nguyên lý công nghệ chế tạo máy kinh điển kết hợp với công cụ mô hình hóa kỹ thuật:

  • Khung lý thuyết và công thức tính toán:

    • Công thức xác định sản lượng chi tiết hàng năm: $$N = N_0 \cdot \left(1 + \frac{\alpha + \beta}{100}\right)$$ Trong đó $N_0 = 80.000$ sản phẩm/năm, tỷ lệ phế phẩm đúc $\alpha = 5%$, tỷ lệ dự trữ $\beta = 5%$.
    • Tiêu chuẩn phân loại dạng sản xuất dựa trên sản lượng hàng năm $N$ và trọng lượng chi tiết $Q_1$.
    • Lý thuyết chuẩn công nghệ: Áp dụng nguyên tắc chọn chuẩn tinh thống nhất bao gồm mặt phẳng đáy B khống chế 3 bậc tự do kết hợp hai lỗ vuông góc với mặt phẳng đáy (lỗ $\varnothing 24$ và lỗ $\varnothing 18$) để khống chế các bậc tự do còn lại.
    • Công thức động học cắt gọt: Vận tốc cắt tính toán $V_t = V_b \cdot K_1 \cdot K_2 \cdot K_3 \cdot K_4 \cdot K_5 \cdot K_6$; số vòng quay trục chính $n_t = \frac{1000 \cdot V_t}{\pi D}$; chuỗi công bội số vòng quay máy công cụ $\varphi = \sqrt[m-1]{\frac{n_{max}}{n_{min}}}$; thời gian gia công cơ bản $T_0 = \frac{L + L_1 + L_2}{S_{ph}}$ và thời gian từng chiếc $T_{tc} = T_0 + 26% T_0$.
    • Phương trình cân bằng mô-men kẹp chặt và sai số chế tạo đồ gá $[\varepsilon_{ct}]$.

  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:

    • Phương pháp mô hình hóa hình học và khối lượng 3D: Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2020 để dựng mô hình chi tiết, từ đó trích xuất thể tích và xác định chính xác khối lượng chi tiết là $1,128$ kg dựa trên khối lượng riêng của gang xám $7,150\text{ g/cm}^3$.
    • Phương pháp tra cứu tiêu chuẩn và giải tích công nghệ: Sử dụng hệ thống sổ tay công nghệ chế tạo máy để tra cứu cấp chính xác đúc, lượng dư gia công, hình học dao cụ, chế độ cắt và công suất thiết bị.
    • Phương pháp so sánh phương án công nghệ: Phân tích kinh tế - kỹ thuật giữa phương án phân tán nguyên công và tập trung nguyên công.

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu đề bài giao từ Khoa Cơ khí Máy; bản vẽ chi tiết tay kẹp; các bảng tra cứu từ Sổ tay Công nghệ Chế tạo Máy tập 1, 2, 3 và Sổ tay Thiết kế Đồ gá.

Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ

Hệ thống công nghệ gia công chi tiết tay kẹp được thiết kế đồng bộ từ khâu chuẩn bị phôi đến kết cấu trang bị gá đặt chuyên dùng trên máy công cụ:

  • Hệ thống thiết bị và dụng cụ cắt gọt:

    • Máy phay ngang 6H82: Công suất động cơ 7 kW, phạm vi tốc độ trục chính 30–1500 vòng/phút (18 cấp tốc độ, công bội $\varphi = 1,26$), kích thước làm việc bàn máy $320 \times 1250\text{ mm}$, sử dụng cho các nguyên công phay mặt đầu.
    • Máy khoan đứng 2H135: Công suất động cơ 4 kW, tốc độ trục chính 31,5–1400 vòng/phút (12 cấp tốc độ, công bội $\varphi = 1,41$), 9 cấp chạy dao, sử dụng cho các nguyên công khoan, khoét, doa và taro.
    • Máy phay ngang 6H11: Sử dụng cho nguyên công phay rãnh xẻ 4 mm.
    • Dụng cụ cắt: Dao phay đĩa 3 mặt răng gắn mảnh hợp kim cứng BK6 ($D = 160\text{ mm}$, số răng $Z = 12$, tuổi bền 180 phút); mũi khoét gắn mảnh hợp kim cứng BK4 ($\varnothing 22$ và $\varnothing 23,8$, tuổi bền 40 phút); mũi doa thép gió ($\varnothing 24$, tuổi bền 75 phút); dao phay rãnh BK6; mũi khoan và mũi taro ren M10 bằng thép gió.

  • Kết cấu đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$:

    • Cơ cấu định vị: Phiến tỳ phẳng (vật liệu thép 20Cr) khống chế 3 bậc tự do; chốt trụ ngắn (thép 20Cr) khống chế 2 bậc tự do; tỳ phụ chống xoay (thép CT31, lò xo 60Mn) và khối V di động (gang xám GX 18-36, lò xo 60Mn) định vị tâm phôi.
    • Cơ cấu kẹp chặt: Trục kẹp ren (thép C45), đai ốc M12, vòng đệm chữ C (thép C45), truyền lực kẹp hướng thẳng góc từ trên xuống bề mặt gia công.
    • Cơ cấu dẫn hướng: Bạc dẫn hướng tháo nhanh (vật liệu thép DC100A) lắp trong bạc lót (vật liệu DC70A), gắn trên tấm dẫn bạc dẫn hướng (GX 18-36) và tấm dẫn chữ L (GX 18-36).
    • Thân đế đồ gá: Kết cấu dạng hộp đúc bằng gang xám GX 18-36, khối lượng toàn bộ cụm gá là 1,128 kg.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Nghiên cứu chi tiết gia công và phương pháp chế tạo phôi

Tác giả phân tích chức năng làm việc của tay kẹp: đây là chi tiết dạng càng, dùng để kẹp chặt một trục và liên kết với trục thứ hai bằng hai bu-lông ren M10, giữ cho hai trục luôn song song đồng thời hạn chế di chuyển tịnh tiến dọc trục. Chi tiết làm việc trong điều kiện luôn chịu ứng suất thay đổi theo chu kỳ, chịu rung động và va đập.

Yêu cầu kỹ thuật bề mặt bao gồm:

  • Độ nhám bề mặt lắp ráp mặt đầu lỗ $\varnothing 24$ đạt $Ra = 3,2\ \mu\text{m}$.
  • Độ nhám bề mặt làm việc hai lỗ chính: Lỗ $\varnothing 24^{+0,021}_0$ đạt $Ra = 1,6\ \mu\text{m}$; lỗ $\varnothing 18^{+0,018}_0$ đạt $Ra = 2,5\ \mu\text{m}$.
  • Các bề mặt không yêu cầu độ chính xác cao (mặt đầu lỗ $\varnothing 10,5$, rãnh kẹp 4 mm) đạt $Rz = 50\ \mu\text{m}$.
  • Độ song song giữa hai mặt đầu lỗ $\varnothing 24$ và $\varnothing 18 \le 0,02\text{ mm}$.
  • Độ song song giữa hai đường tâm lỗ $\varnothing 24$ và $\varnothing 18 \le 0,02\text{ mm}$ trên khoảng cách tâm $125 \pm 0,05\text{ mm}$.
  • Dung sai kích thước không chỉ dẫn: bề mặt bao H13, bề mặt bị bao h13, bán kính góc lượn không chỉ dẫn R3.

Sản lượng hàng năm tính toán là $N = 80000 \cdot (1 + (5+5)/100) = 88.000$ chi tiết/năm. Kết hợp khối lượng chi tiết $Q_1 = 1,128\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$), đồ án xác định quy mô sản xuất thuộc dạng hàng khối ($N > 50.000$ chiếc/năm).

Vật liệu chế tạo chi tiết là gang xám GX 15-32 (độ bền kéo $15\text{ kG/mm}^2$, độ bền uốn $32\text{ kG/mm}^2$, độ cứng 163–229 HB). Phôi được chế tạo bằng phương pháp đúc trong khuôn cát mẫu gỗ, làm khuôn bằng máy, đạt cấp chính xác đúc cấp II, cấp dung sai kích thước IT15–IT16, độ nhám bề mặt phôi $Rz = 80\ \mu\text{m}$. Lượng dư gia công đúc được tra cứu cụ thể:

Kích thước danh nghĩa bề mặt (mm) Vị trí bề mặt đúc Lượng dư gia công (mm)
66 Mặt trên 4,5
66 Mặt dưới 3,5
54 Mặt trên 4,5
54 Mặt dưới 4,5
58 Mặt cạnh bên 3,5

Chương 2: Thiết kế trình tự gia công

Tác giả thiết lập hệ thống chuẩn công nghệ thống nhất: chuẩn tinh là mặt đáy B kết hợp lỗ A ($\varnothing 24$) và lỗ C ($\varnothing 18$). Trên cơ sở đó, hai phương án tiến trình công nghệ được xây dựng và so sánh:

Thứ tự nguyên công Phương án 1 (Phương án chọn) Phương án 2
NC1 Phay thô 2 mặt đáy D1 và D2 (mặt đầu lỗ $\varnothing 24$) Phay mặt đáy D1 và E1
NC2 Phay 2 mặt đáy E1 và E2 (mặt đầu lỗ $\varnothing 18$) Phay mặt đầu D2 và E2
NC3 Phay tinh 2 mặt đáy D1 và D2 Khoét, doa lỗ A ($\varnothing 24$)
NC4 Khoét, doa lỗ A ($\varnothing 24$) Khoan lỗ C ($\varnothing 18$)
NC5 Khoan lỗ C ($\varnothing 18$) Khoét, doa lỗ C ($\varnothing 18$)
NC6 Khoét, doa lỗ C ($\varnothing 18$) Phay mặt K
NC7 Phay mặt K (mặt đầu lỗ $\varnothing 10,5$) Khoan lỗ F ($\varnothing 10,5$)
NC8 Khoan lỗ F ($\varnothing 10,5$) Vát mép lỗ F
NC9 Vát mép lỗ F Phay rãnh L (4 mm)
NC10 Phay rãnh L (4 mm) Khoan 2 lỗ G (M10)
NC11 Khoan 2 lỗ G (lỗ ren M10, $\varnothing 8,5$) Taro 2 lỗ G (M10)
NC12 Taro 2 lỗ G (ren M10) —

Đánh giá lựa chọn: Phương án 1 tuy có số lượng nguyên công phân tán nhưng đảm bảo chuyên môn hóa từng nguyên công trên từng máy, phù hợp với sản xuất hàng khối. Phương án 2 phay các mặt đầu không cùng cao độ trong cùng một lần gá buộc phải dừng máy thay dao hoặc căn chỉnh phức tạp, làm tăng thời gian phụ và giảm năng suất. Do đó, phương án 1 được chọn.

Chương 3: Thiết kế nguyên công

Tác giả tính toán chi tiết chế độ cắt và định mức thời gian cho các nguyên công phay và khoét - doa chính:

  • Nguyên công 1 (Phay thô 2 mặt đầu lỗ $\varnothing 24$): Định vị mặt đáy bằng phiến tỳ (3 bậc tự do), kẹp chặt tự định tâm từ trên xuống. Sử dụng máy phay 6H82, dao phay đĩa 3 mặt BK6 ($D=160\text{ mm}, Z=12$). Chiều sâu cắt mặt trên $t = 4\text{ mm}$, mặt dưới $t = 3\text{ mm}$. Lượng chạy dao răng $S_z = 0,18\text{ mm/răng}$. Vận tốc cắt tính toán $V_t = 125,2\text{ m/phút}$, vòng quay tính toán $n_t = 249,2\text{ vg/phút}$, chọn vòng quay máy $n_m = 249\text{ vg/phút}$, vận tốc thực tế $V_{tt} = 125\text{ m/phút}$. Lượng chạy dao phút máy chọn $S_m = 385\text{ mm/phút}$. Công suất cắt $N_c = 6,9\text{ kW} < N_m = 7\text{ kW}$. Thời gian gia công cơ bản $T_0 = 0,29\text{ phút}$, thời gian từng chiếc $T_{tc} = 0,367\text{ phút}$.
  • Nguyên công 2 (Phay 2 mặt đầu lỗ $\varnothing 18$): Chiều dài hành trình cắt $L = 54\text{ mm}$, $S_m = 385\text{ mm/phút}$, công suất cắt $N_c = 6,9\text{ kW}$, thời gian gia công $T_0 = 0,31\text{ phút}$, $T_{tc} = 0,39\text{ phút}$.
  • Nguyên công 3 (Phay tinh 2 mặt đầu lỗ $\varnothing 24$): Chiều sâu cắt $t = 0,5 - 0,8\text{ mm}$, dao BK6 ($D=160\text{ mm}$). Vận tốc cắt tính toán $V_t = 142,57\text{ m/phút}$, số vòng quay máy $n_m = 289\text{ vg/phút}$, vận tốc thực tế $V_{tt} = 143\text{ m/phút}$. Lượng chạy dao phút $S_{ph} = 624,24\text{ mm/phút}$. Công suất cắt $N_c = 5,4\text{ kW} < 7\text{ kW}$. Thời gian cơ bản $T_0 = 0,215\text{ phút}$, $T_{tc} = 0,27\text{ phút}$.
  • Nguyên công 4 (Khoét và doa lỗ $\varnothing 24$ từ lỗ đúc sẵn $\varnothing 17$): Thực hiện trên máy khoan đứng 2H135 qua 3 bước:
    • Khoét thô lên $\varnothing 22$: Mũi khoét BK4, chiều sâu cắt $t = 2,5\text{ mm}$, lượng tiến dao $S = 0,8\text{ mm/vòng}$, vận tốc tính toán $V_t = 77,6\text{ m/phút}$, số vòng quay máy $n_m = 1008\text{ vg/phút}$, vận tốc thực tế $V_{tt} = 69,6\text{ m/phút}$, công suất cắt $N_c = 3\text{ kW} < 4\text{ kW}$.
    • Khoét tinh lên $\varnothing 23,8$: Mũi khoét BK4, $t = 0,9\text{ mm}$, $S = 0,7\text{ mm/vòng}$, $n_m = 1008\text{ vg/phút}$.
    • Doa thô đạt $\varnothing 24$: Mũi doa thép gió, $t = 0,065\text{ mm}$, $S = 1,9\text{ mm/vòng}$, $V_b = 6,5\text{ m/phút}$, số vòng quay tính toán $n_t = 86,25\text{ vg/phút}$, chọn vòng quay máy $n_m = 85,05\text{ vg/phút}$.
  • Các nguyên công phụ trợ từ bản vẽ:
    • NC10 (Phay rãnh 4 mm): Máy phay 6H11, dao hợp kim BK6, $t = 4\text{ mm}$, $S = 256\text{ mm/phút}$, $v = 19,31\text{ m/phút}$, $n = 61,5\text{ vg/phút}$.
    • NC11 (Khoan 2 lỗ M10): Máy khoan 2H135, dao thép gió, $t = 4,25\text{ mm}$, $v = 38,83\text{ m/phút}$, $n = 1440\text{ vg/phút}$.

Chương Tính lượng dư, chế độ cắt và Thiết kế đồ gá nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$

Tác giả xác định tổng sai lệch vị trí không gian $\rho_{i-1}$, sai số gá đặt $\varepsilon_i$, tính toán lượng dư gia công và chế độ cắt cho nguyên công 6 (khoét, doa lỗ $\varnothing 18$ đạt $Ra = 2,5\ \mu\text{m}$).

Trong phần thiết kế đồ gá chuyên dùng trên máy khoan đứng 2H135, tác giả thiết lập phương trình cân bằng mô-men cắt và lực kẹp, tính toán đường kính bu-lông siết M12, kiểm tra bền cơ cấu kẹp và tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá. Yêu cầu kỹ thuật chế tạo và lắp ráp đồ gá được xác lập nghiêm ngặt:

  • Sai lệch khoảng cách tính từ tâm chốt trụ ngắn đến tâm bạc dẫn hướng $\le 0,035\text{ mm}$.
  • Độ không vuông góc giữa tâm lỗ $\varnothing 24$ và bề mặt phiến tỳ $\le 0,02\text{ mm}$.
  • Độ không phẳng của mặt chuẩn A và mặt đáy B đồ gá không quá $0,02\text{ mm}$.
  • Độ không song song giữa mặt A và mặt B $\le 0,012\text{ mm}$.
  • Độ không vuông góc giữa tâm lỗ $\varnothing 34$ và mặt B $\le 0,005\text{ mm}$.
  • Các lỗ chốt định vị $\varnothing 5$ được khoan, khoét, doa trực tiếp khi lắp ghép cụm đồ gá.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật định lượng:

    • Xác lập thành công quy trình công nghệ chế tạo chi tiết tay kẹp cho quy mô sản xuất hàng khối $88.000$ chi tiết/năm.
    • Thiết kế bản vẽ lồng phôi đúc gang xám cấp chính xác II với lượng dư gia công xác định từ 3,5 mm đến 4,5 mm.
    • Chuẩn hóa bộ thông số công nghệ của 12 nguyên công, tính toán cụ thể chế độ cắt và định mức thời gian cho các nguyên công phay mặt đầu ($T_0 = 0,215 - 0,31\text{ phút}$) và nguyên công khoét doa đạt độ nhám yêu cầu $Ra = 1,6 - 2,5\ \mu\text{m}$.
    • Hoàn thiện kết cấu đồ gá chuyên dùng định vị 6 bậc tự do cho nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$, kiểm chứng độ bền cơ cấu kẹp bu-lông M12 và đáp ứng dung sai khoảng cách tâm bạc dẫn $\le 0,035\text{ mm}$.

  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

    • Áp dụng nguyên tắc phân tán nguyên công để đồng bộ hóa nhịp sản xuất trên dây chuyền hàng khối.
    • Đề xuất kết cấu đồ gá tháo lắp nhanh nhờ sử dụng đai ốc ren M12 kết hợp vòng đệm chữ C và bạc dẫn hướng tháo nhanh, giảm tối đa thời gian phụ cho công nhân.
    • Kết hợp khối V tự lựa di động có lò xo hồi vị và tỳ phụ nhằm triệt tiêu biến dạng uốn của chi tiết dạng càng trong quá trình chịu lực cắt gọt.

  • Đóng góp tự nêu trong văn bản:

    • Ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor 2020 để tính toán chính xác thể tích và trọng lượng chi tiết ($1,128\text{ kg}$), khắc phục sai số của phương pháp chia nhỏ hình học thủ công.
    • Tối ưu hóa việc chọn máy công cụ và dao gọt thông qua kiểm tra công suất cắt thực tế so với công suất định mức của thiết bị ($N_c < N_m$), tránh lãng phí năng lượng vận hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được đề cập trong văn bản:

    • Đồ án chủ yếu tập trung tính toán giải tích chi tiết chế độ cắt và lượng dư cho một số nguyên công chủ chốt (nguyên công 1, 2, 3, 4 và 6); các nguyên công còn lại chủ yếu tra bảng định mức và thể hiện trên tập bản vẽ sơ đồ nguyên công mà chưa có bảng tổng hợp thời gian gia công toàn phần.
    • Toàn bộ quy trình công nghệ được thiết kế trên hệ thống máy công cụ vạn năng cơ khí truyền thống (máy phay 6H82, 6H11, máy khoan đứng 2H135) và cơ cấu kẹp chặt thủ công bằng ren vặn, chưa tích hợp công nghệ tự động hóa.

  • Hướng nghiên cứu mở rộng:

    • Chuyển đổi và tối ưu hóa quy trình gia công trên các trung tâm gia công CNC nhiều trục để tích hợp nhiều nguyên công phay, khoan, khoét, doa và taro trong một lần gá đặt.
    • Nghiên cứu thay thế cơ cấu kẹp ren bu-lông thủ công của đồ gá bằng cơ cấu kẹp chặt bằng khí nén hoặc thủy lực nhằm rút ngắn chu kỳ thao tác và tăng mức độ tự động hóa trong sản xuất hàng khối.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:

    • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo Máy, Kỹ thuật Cơ điện tử làm tài liệu mẫu khi thực hiện Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy hoặc Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành chế tạo máy.
    • Kỹ sư công nghệ cơ khí tại các nhà máy sản xuất phụ tùng máy móc, thiết bị kẹp giữ khi thiết kế quy trình chế tạo các chi tiết dạng càng hoặc giá đỡ bằng gang xám.

  • Nội dung có giá trị tham khảo cao:

    • Phương pháp tính toán và chọn tốc độ máy thực tế theo công bội $\varphi$ của chuỗi tốc độ trục chính trên máy phay 6H82 và máy khoan 2H135.
    • Bản vẽ kết cấu cụm đồ gá khoan - khoét - doa có đầy đủ bảng kê 28 chi tiết, cơ cấu bạc dẫn hướng thay nhanh và hệ thống tỳ phụ chống rung.
    • Phương pháp xác định lượng dư đúc và thiết kế bản vẽ lồng phôi cho chi tiết đúc gang xám GX 15-32.

Câu hỏi thường gặp

1. Dạng sản xuất của chi tiết tay kẹp được xác định là dạng gì và căn cứ vào số liệu nào?
Dạng sản xuất là hàng khối. Căn cứ vào sản lượng thiết kế $N_0 = 80.000$ chiếc/năm, tính thêm phế phẩm đúc $\alpha = 5%$ và dự trữ $\beta = 5%$, tổng sản lượng hàng năm đạt $N = 88.000$ chi tiết/năm. Trọng lượng chi tiết xác định qua phần mềm Autodesk Inventor là $Q_1 = 1,128\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$). Đối chiếu bảng tiêu chuẩn dạng sản xuất trong ngành chế tạo máy, với sản lượng trên $50.000$ chi tiết/năm và trọng lượng dưới 4 kg, chi tiết được xếp vào dạng sản xuất hàng khối.

2. Vật liệu chế tạo chi tiết là gì và phôi được tạo ra bằng phương pháp nào?
Vật liệu chế tạo chi tiết là gang xám GX 15-32 (độ bền kéo $15\text{ kG/mm}^2$, độ bền uốn $32\text{ kG/mm}^2$, độ cứng 163–229 HB). Phôi được chế tạo bằng phương pháp đúc trong khuôn cát, sử dụng mẫu bằng gỗ, đạt cấp chính xác đúc cấp II, cấp dung sai kích thước IT15–IT16 và độ nhám bề mặt phôi đạt $Rz = 80\ \mu\text{m}$.

3. Vì sao tác giả lựa chọn phương án công nghệ 1 thay vì phương án 2?
Tác giả chọn phương án 1 vì đảm bảo tính phân tán nguyên công, phân chia rõ ràng các bước gia công thô và gia công tinh trên từng máy chuyên trách, giúp tối ưu hóa thời gian nhịp của dây chuyền sản xuất hàng khối. Ngược lại, phương án 2 gộp gia công các mặt đầu có kích thước và cao độ không bằng nhau trong cùng một lần gá, dẫn đến việc phải dừng máy để thay đổi dụng cụ cắt và căn chỉnh lại đồ gá, gây lãng phí thời gian sản xuất.

4. Các thông số công nghệ chính của nguyên công 1 (phay thô hai mặt đầu lỗ $\varnothing 24$) được xác định như thế nào?
Nguyên công 1 được thực hiện trên máy phay ngang 6H82 (công suất 7 kW), sử dụng dao phay đĩa 3 mặt răng gắn mảnh hợp kim cứng BK6 ($D = 160\text{ mm}, Z = 12$). Chiều sâu cắt mặt trên $t = 4\text{ mm}$, mặt dưới $t = 3\text{ mm}$; lượng tiến dao răng $S_z = 0,18\text{ mm/răng}$; tốc độ cắt thực tế $V_{tt} = 125\text{ m/phút}$; số vòng quay trục chính của máy $n_m = 249\text{ vg/phút}$; lượng chạy dao phút máy $S_m = 385\text{ mm/phút}$; công suất cắt gọt $N_c = 6,9\text{ kW} < 7\text{ kW}$; thời gian gia công cơ bản $T_0 = 0,29\text{ phút}$ và thời gian từng chiếc $T_{tc} = 0,367\text{ phút}$.

5. Đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$ có những yêu cầu kỹ thuật chế tạo then chốt nào?
Đồ gá được thiết kế cho máy khoan đứng 2H135 với các yêu cầu kỹ thuật bắt buộc: sai lệch cho phép của khoảng cách từ tâm chốt trụ ngắn đến tâm bạc dẫn hướng không vượt quá $0,035\text{ mm}$; độ không vuông góc giữa tâm lỗ $\varnothing 24$ và bề mặt phiến tỳ không quá $0,02\text{ mm}$; độ không phẳng của mặt A và mặt B là $0,02\text{ mm}$; độ không song song giữa mặt A và mặt B $\le 0,012\text{ mm}$; độ không vuông góc giữa tâm lỗ $\varnothing 34$ và mặt B $\le 0,005\text{ mm}$; các lỗ chốt định vị $\varnothing 5$ phải được khoan, khoét, doa trực tiếp khi lắp ghép hoàn thiện.

Kết luận

Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy của sinh viên Lê Công Lập đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết tay kẹp bằng gang xám GX 15-32 cho quy mô sản xuất hàng khối 80.000 sản phẩm/năm. Tác giả đã giải quyết nhất quán từ khâu phân tích kết cấu, lựa chọn phôi đúc cấp chính xác II, xây dựng tiến trình 12 nguyên công theo nguyên tắc phân tán công nghệ đến việc tính toán chế độ cắt hợp lý trên các máy công cụ vạn năng 6H82 và 2H135. Bản thiết kế đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoét - doa lỗ $\varnothing 18$ được tính toán đầy đủ về động học, lực kẹp và sai số chế tạo, đảm bảo độ chính xác vị trí tương quan nghiêm ngặt của chi tiết. Đồ án là tài liệu kỹ thuật có độ tin cậy và giá trị ứng dụng cao cho việc giảng dạy, học tập và tham khảo trong lĩnh vực gia công cơ khí chế tạo máy.