Công Nghệ Hiện Đại Trong Ngành Sản Xuất Răng: Đột Phá và Tiềm Năng

Tài liệu chuyên khảo về Công Nghệ Hiện Đại Trong Ngành Sản Xuất Răng: Đột Phá và Tiềm Năng trình bày khoa học, dễ hiểu, dễ áp dụng

• Tác giả: Lê Thanh Năm
• Người hướng dẫn: PHẠM THỊ THU HẰNG
• Trường học: Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Công Nghệ Hiện Đại Trong Ngành Sản Xuất Răng: Đột Phá và Tiềm Năng
• Loại tài liệu: Đề Tài Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU KỸ THUẬT
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG, XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT VÀ THIẾT KẾ BẢN VẼ LẮP PHẢI
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
• 3.1. Chân phương án gia công. Phương án 1
• 3.2. Phương án 2
• 3.3. So sánh hai phương án trên

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ hiện đại trong ngành sản xuất răng

Công nghệ hiện đại đang thay đổi nhanh chóng ngành sản xuất răng, mang lại nhiều lợi ích cho cả nha sĩ và bệnh nhân. Các công nghệ như in 3D, CAD/CAM và robot đang được áp dụng rộng rãi, giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Sự phát triển này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất.

1.1. Công nghệ CAD CAM trong sản xuất răng

Công nghệ CAD/CAM cho phép thiết kế và sản xuất răng giả một cách chính xác và nhanh chóng. Quy trình này giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi của bệnh nhân và nâng cao hiệu quả làm việc của nha sĩ.

1.2. In 3D trong sản xuất răng

In 3D đã trở thành một công cụ quan trọng trong ngành sản xuất răng. Công nghệ này cho phép tạo ra các mẫu răng với độ chính xác cao, giúp tiết kiệm nguyên liệu và thời gian sản xuất.

II. Vấn đề và thách thức trong ngành sản xuất răng hiện đại

Mặc dù công nghệ hiện đại mang lại nhiều lợi ích, nhưng ngành sản xuất răng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư cao, yêu cầu kỹ thuật cao và sự thiếu hụt nhân lực có trình độ chuyên môn là những trở ngại lớn. Ngoài ra, việc duy trì chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất cũng là một thách thức không nhỏ.

2.1. Chi phí đầu tư cho công nghệ mới

Chi phí đầu tư cho công nghệ hiện đại như CAD/CAM và in 3D có thể rất cao, gây khó khăn cho nhiều cơ sở nha khoa, đặc biệt là những cơ sở nhỏ lẻ.

2.2. Thiếu hụt nhân lực có trình độ

Ngành sản xuất răng hiện đại cần những kỹ thuật viên có trình độ cao để vận hành và bảo trì các thiết bị công nghệ. Tuy nhiên, sự thiếu hụt nhân lực có trình độ là một vấn đề nghiêm trọng.

III. Phương pháp giải quyết thách thức trong sản xuất răng

Để vượt qua các thách thức trong ngành sản xuất răng, nhiều cơ sở nha khoa đã áp dụng các phương pháp mới. Việc đào tạo nhân lực, tối ưu hóa quy trình sản xuất và đầu tư vào công nghệ mới là những giải pháp hiệu quả.

3.1. Đào tạo nhân lực chuyên môn

Đào tạo nhân lực là một trong những giải pháp quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm. Các cơ sở nha khoa cần đầu tư vào chương trình đào tạo để nâng cao kỹ năng cho nhân viên.

3.2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất

Tối ưu hóa quy trình sản xuất giúp giảm thiểu thời gian và chi phí. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa có thể giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ trong sản xuất răng

Công nghệ hiện đại đã được áp dụng rộng rãi trong sản xuất răng, mang lại nhiều kết quả tích cực. Các sản phẩm răng giả được sản xuất với độ chính xác cao, đáp ứng nhu cầu của bệnh nhân một cách tốt nhất.

4.1. Kết quả nghiên cứu về công nghệ CAD CAM

Nghiên cứu cho thấy rằng công nghệ CAD/CAM giúp giảm thiểu thời gian sản xuất và nâng cao độ chính xác của sản phẩm. Điều này đã được chứng minh qua nhiều thử nghiệm thực tế.

4.2. Ứng dụng in 3D trong sản xuất răng

In 3D đã cho thấy khả năng tạo ra các sản phẩm răng giả với độ chính xác cao và chi phí thấp hơn so với các phương pháp truyền thống.

V. Kết luận và tương lai của công nghệ trong ngành sản xuất răng

Công nghệ hiện đại trong ngành sản xuất răng đang phát triển mạnh mẽ và hứa hẹn sẽ mang lại nhiều thay đổi tích cực trong tương lai. Việc áp dụng công nghệ mới không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn cải thiện trải nghiệm của bệnh nhân.

5.1. Tương lai của công nghệ CAD CAM

Công nghệ CAD/CAM dự kiến sẽ tiếp tục phát triển và trở thành tiêu chuẩn trong ngành sản xuất răng, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

5.2. Xu hướng phát triển công nghệ in 3D

In 3D sẽ ngày càng trở nên phổ biến trong ngành sản xuất răng, với khả năng tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh theo nhu cầu của từng bệnh nhân.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành cơ khí chế tạo máy giữ vai trò then chốt trong việc cung cấp máy móc, thiết bị và công cụ sản xuất cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân. Việc nâng cao chất lượng gia công và tối ưu hóa quy trình công nghệ chế tạo các chi tiết máy là yêu cầu kỹ thuật cấp thiết nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn làm việc ngày càng khắt khe trong thực tiễn công nghiệp.

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Thanh Năm (thực hiện tháng 10/2014 tại Bộ môn Công nghệ Chế tạo Máy, Khoa Cơ khí) tập trung vào bài toán lập quy trình công nghệ gia công hoàn chỉnh cho chi tiết bánh răng trụ răng nghiêng – một bộ phận truyền động cơ bản nhưng có yêu cầu kỹ thuật phức tạp trong cơ cấu máy than chuyên dùng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định rõ qua các nội dung:

1. Phân tích chức năng, điều kiện làm việc và các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt của chi tiết bánh răng trụ răng nghiêng.
2. Xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng hàng năm và khối lượng chi tiết để lựa chọn phương pháp chế tạo phôi phù hợp.
3. Thiết lập tiến trình công nghệ, tính toán lượng dư gia công, tra cứu và xác định chế độ cắt, lực cắt, công suất tiêu thụ và thời gian định mức cho từng nguyên công.
4. Thiết kế đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoan 6 lỗ công nghệ $\varnothing 25\text{ mm}$, bao gồm tính toán lực kẹp chặt và sai số chế tạo cho phép của đồ gá.

Đối tượng nghiên cứu là chi tiết bánh răng trụ răng nghiêng bằng vật liệu thép 45, làm việc trong cụm truyền động biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến (thông qua cơ cấu tay biên và thanh trượt) của máy khai thác than chuyên dùng. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phạm vi thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ khí cắt gọt, nhiệt luyện bề mặt và thiết kế trang bị công nghệ tại xưởng sản xuất cơ khí.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế công nghệ

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết truyền động cơ khí, nguyên lý ăn khớp của bánh răng thân khai và lý thuyết công nghệ chế tạo máy truyền thống:

• Cơ sở lý thuyết ăn khớp và tải trọng: Khi truyền mômen xoắn $M_1$, tại điểm tiếp xúc giữa hai sườn răng phát sinh lực ăn khớp $P_n$ theo phương pháp tuyến chung vuông góc với bề mặt thân khai: $$P_n = \frac{2M_1}{d_{01}}$$ Trong đó $d_{01}$ là đường kính vòng cơ sở của bánh răng chủ động. Quá trình ăn khớp đồng thời sinh ra lực ma sát $F_{ms} = f \cdot P_n$, đặt răng vào trạng thái chịu ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc thay đổi theo chu kỳ mạch động, dẫn đến hiện tượng mỏi.
• Phương pháp tính toán hình học bánh răng: Các thông số hình học của bánh răng thân khai được xác lập theo tiêu chuẩn ngành:

Thông số	Ký hiệu	Công thức tính toán	Ghi chú
Số răng	$Z$	Do thiết kế quy định ($Z = 58$)	Thông số cơ sở
Môđun	$m$	Tiêu chuẩn hóa ($m = 3$)	Dãy môđun tiêu chuẩn
Bước răng	$P$	$P = \pi \cdot m$	Bước trên vòng chia
Đường kính vòng chia	$d$	$d = \frac{Z \cdot m}{\cos\beta}$	$\beta$ là góc nghiêng của răng
Đường kính vòng đỉnh	$d_a$	$d_a = d + 2m$	Vòng ngoài
Đường kính vòng đáy	$d_f$	$d_f = d - 2,5m$	Vòng chân răng
Chiều cao đỉnh răng	$h_a$	$h_a = \frac{1}{2}(d_a - d) = m$	Chiều cao đầu răng
Chiều cao thân răng	$h_c$	$h_c = \frac{1}{2}(d - d_f) = 1,25m$	Chiều cao chân răng
Chiều cao toàn bộ răng	$h$	$h = h_a + h_c = 2,25m$	Chiều cao danh nghĩa
Đường kính vòng cơ sở	$d_b$	$d_b = d \cdot \cos\alpha$	$\alpha$ là góc áp lực

• Phương pháp xác định chế độ cắt và động lực học cắt: Sử dụng phương pháp tra bảng kết hợp công thức thực nghiệm từ Sổ tay Công nghệ Chế tạo Máy (Tập 1, Tập 2) và Sổ tay Chế độ cắt gia công cơ khí để tính toán vận tốc cắt thực tế, lực cắt tiếp tuyến ($P_z$), lực hướng kính ($P_y$), lực dọc trục ($P_x$), công suất máy ($N_c$) và thời gian gia công cơ bản ($T_0$).
• Nguồn dữ liệu và tài liệu tra cứu: Toàn bộ hệ số điều chỉnh, công thức giải tích và chỉ số thực nghiệm được trích dẫn trực tiếp từ các tiêu chuẩn công nghệ chế tạo máy của Liên Xô và Việt Nam (các bảng tra Sổ tay CTM, Sách Đồ gá, Chế độ cắt gia công cơ khí).

---

Nội dung chính theo từng chương và phân đoạn

Chương I: Phân tích yêu cầu kỹ thuật

Chương này tập trung làm rõ chức năng của bộ truyền bánh răng trong hệ dẫn động cơ khí và xác định các chỉ tiêu dung sai hình học, độ nhám bề mặt cần đạt:

• Ưu điểm và phạm vi ứng dụng: Truyền động bánh răng trụ răng nghiêng có ưu điểm chịu va đập và tải trọng tốt hơn bánh răng thẳng thông thường, kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, tuổi thọ dài và tỷ số truyền ổn định khi nối hai trục song song.
• Yêu cầu kỹ thuật chế tạo chi tiết:
  • Độ không đồng tâm giữa mặt lỗ và đường tròn cơ sở: $0,015 \div 0,1\text{ mm}$.
  • Độ không vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ: $0,01 \div 0,015\text{ mm}$ trên $100\text{ mm}$ đường kính.
  • Cấp chính xác gia công: Mặt lỗ và bề mặt răng đạt cấp chính xác 7; rãnh then đạt cấp chính xác $4 \div 5$; các bề mặt kết cấu khác đạt cấp $8 \div 9$.
  • Độ nhám bề mặt: Mặt lỗ và bề mặt răng đạt $Ra = 1,25 \div 0,63,\mu\text{m}$; các bề mặt kết cấu còn lại đạt $Ra = 10 \div 2,5,\mu\text{m}$.
  • Yêu cầu nhiệt luyện: Bề mặt răng sau nhiệt luyện thấm carbon đạt độ cứng $45 \div 52\text{ HRC}$, chiều sâu lớp thấm carbon từ $1 \div 1,5\text{ mm}$. Độ cứng tại các bề mặt không gia công đạt $180 \div 280\text{ HB/HRC}$.

Chương II: Phân tích chi tiết gia công, xác định dạng sản xuất và thiết kế bản vẽ lồng phôi

• Phân tích điều kiện làm việc và dạng hỏng: Chi tiết làm việc trong điều kiện bôi trơn hở, chịu bụi bẩn công nghiệp và tải trọng chu kỳ. Bốn dạng hỏng chính được xác định gồm: tróc rỗ bề mặt sườn răng do ứng suất tiếp xúc $\sigma_{tx}$, gãy chân răng do ứng suất uốn $\sigma_u$, mài mòn cơ học do ma sát và dính răng do quá nhiệt phá hủy màng dầu bôi trơn. Để khắc phục, chi tiết cần được chế tạo từ thép C45 ($\gamma = 7,852\text{ kg/dm}^3$), tăng bán kính góc lượn chân răng và nhiệt luyện cục bộ.
• Xác định quy mô sản xuất:
  • Sản lượng thiết kế hàng năm: $N_1 = 7000$ chi tiết/năm.
  • Tỷ lệ phế phẩm dự tính $\alpha = 4%$, tỷ lệ chế tạo dự trữ $\beta = 6%$.
  • Sản lượng phôi thực tế cần sản xuất: $$N = N_1 \cdot \left(1 + \frac{\alpha + \beta}{100}\right) = 7000 \cdot \left(1 + \frac{4 + 6}{100}\right) = 7700\text{ chi tiết/năm}$$
  • Kết hợp với khối lượng chi tiết sau tính toán phân tích thể tích, quy mô sản xuất được định hình là sản xuất hàng khối.
• Lựa chọn phương pháp tạo phôi và tính lượng dư: Chọn phương pháp dập nóng trong khuôn kín trên máy búa. Phương án này tối ưu lượng kim loại, loại bỏ bavia và đảm bảo tính cơ lý của thép dập so với phôi đúc. Lượng dư gia công cơ được tính toán giải tích: lượng dư mặt phẳng $A, E$ là $Z_1 = Z_5 = 1,7\text{ mm}$ (tiện thô $1,6\text{ mm}$, tiện tinh $0,1\text{ mm}$); lượng dư mặt lỗ $\varnothing 35$ và mặt trụ là $Z_4 = Z_2 = 1,2\text{ mm}$ (tiện thô $1,1\text{ mm}$, tiện tinh $0,1\text{ mm}$).

Chương III: Thiết kế quy trình công nghệ gia công

Quy trình công nghệ gia công cắt gọt bao gồm 8 nguyên công chính, được lựa chọn sau khi so sánh tính ưu việt của phương án phôi dập - phay lăn răng (Phương án 1) với phương án phôi đúc - xọc răng (Phương án 2):

1. Nguyên công I: Tạo phôi dập nóng trên máy búa trong hòm khuôn hai nửa.
2. Nguyên công II: Tiện mặt đầu $A$, tiện lỗ $\varnothing 35$, vát mép và tiện các bậc trên máy tiện 1K62 ($N = 10\text{ kW}$).
3. Nguyên công III: Tiện mặt đầu còn lại và vát mép, gia công bán tinh và tinh trên máy tiện 1K62.
4. Nguyên công IV: Khoan 6 lỗ giảm tải $\varnothing 25\text{ mm}$ trên máy khoan đứng 2A135 ($N = 0,6\text{ kW}$) kết hợp đầu phân độ.
5. Nguyên công V: Xọc rãnh then trên máy xọc 743 ($N = 5,2\text{ kW}$) bằng dao xọc thép gió P18, chiều sâu cắt $t = 3\text{ mm}$, lượng chạy dao $S = 0,15\text{ mm/HTK}$, vận tốc cắt điều chỉnh $V = 13,1\text{ m/phút}$.
6. Nguyên công VI: Phay tạo hình răng trên máy phay răng 5324, sử dụng dao phay đĩa môđun hợp kim cứng số 7 ($D = 80\text{ mm}$, $d = 27\text{ mm}$, $Z_n = 12$ răng), chia thành 2 lát cắt ($t_1 = 5,5\text{ mm}$, $t_2 = 1,0\text{ mm}$).
7. Nguyên công VII: Nhiệt luyện tôi cao tần bề mặt răng (dải tần số $10^4 \div 3,6 \times 10^5\text{ Hz}$), thời gian nung tôi $1 \div 5\text{ giây}$, làm nguội bằng nước/nhúng dầu, ram ở $160^\circ\text{C}$ để đạt độ sâu lớp thấm tôi $2\text{ mm}$ và độ cứng $45 \div 52\text{ HRC}$.
8. Nguyên công VIII: Kiểm tra tổng thể độ vuông góc tâm trục với mặt bên ($< 0,05\text{ mm}$), sai lệch profin, độ đảo vòng chia, khoảng pháp tuyến chung và sai số tích lũy bước răng.

Phần V: Thiết kế đồ gá quá trình khoan 6 lỗ Ø25

Thiết kế trang bị công nghệ chuyên dùng phục vụ gia công 6 lỗ $\varnothing 25\text{ mm}$ đối xứng trên thân bánh răng:

• Nguyên lý định vị: Định vị khống chế 5 bậc tự do gồm: mặt phẳng đáy $B$ tựa trên phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do (tịnh tiến theo $OZ$, quay quanh $OX$, quay quanh $OY$); lỗ tâm $\varnothing 40$ dùng chốt trụ ngắn khống chế 2 bậc tự do (tịnh tiến theo $OX$ và $OY$).
• Cơ cấu kẹp chặt: Sử dụng cơ cấu kẹp liên động bằng 2 mỏ kẹp, siết chặt bằng hệ thống bu lông - đai ốc trên mặt đầu $A$.
• Hệ số an toàn kẹp chặt ($K$): Được tính tổng hợp từ các hệ số thành phần: $$K = k_0 \cdot k_1 \cdot k_2 \cdot k_3 \cdot k_4 \cdot k_5 \cdot k_6 = 1,5 \cdot 1,2 \cdot 1,0 \cdot 1,0 \cdot 1,3 \cdot 1,0 \cdot 1,0 = 2,34$$
• Tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá ($\varepsilon_{ct}$): $$\varepsilon_{ct} = \sqrt{\varepsilon_{gd}^2 - (\varepsilon_c^2 + \varepsilon_k^2 + \varepsilon_m^2 + \varepsilon_{dc}^2)}$$ Với các giá trị xác định: sai số gá đặt $\varepsilon_{gd} = 25,\mu\text{m}$, sai số chuẩn $\varepsilon_c = 0$, sai số kẹp chặt $\varepsilon_k = 0$, sai số mòn $\varepsilon_m = 0,25\sqrt{N} = 0,25\sqrt{7700} = 21,9,\mu\text{m}$, sai số điều chỉnh $\varepsilon_{dc} = 8,\mu\text{m}$. Từ đó rút ra sai số chế tạo đồ gá cho phép $\varepsilon_{ct} \approx 7,4,\mu\text{m}$.
• Quy chuẩn bảo quản: Mặt làm việc đạt độ bóng cao không được sơn phủ mà phải bôi lớp mỡ bảo quản chuyên dụng trung tính (không chứa acid và nước) trước khi cất giữ trong hòm chứa.

---

Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ

Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số chế độ cắt và trang thiết bị công nghệ chính được tính toán và lựa chọn qua các nguyên công điển hình:

Nguyên công	Máy gia công	Dao cắt / Vật liệu dao	Chiều sâu cắt $t$ (mm)	Lượng chạy dao $S$	Số vòng quay $n$ (vòng/phút)	Vận tốc cắt $V$ (m/phút)	Thời gian máy $T_0$ (phút)
Tiện thô mặt đầu A	Máy tiện 1K62 ($10\text{ kW}$)	Dao vai hợp kim cứng T15K6	$1,6$	$0,8\text{ mm/vòng}$	$300$	$200$	$0,64$
Tiện tinh mặt đầu A	Máy tiện 1K62 ($10\text{ kW}$)	Dao tiện hợp kim cứng T15K6	$0,1$	$0,14\text{ mm/vòng}$	$500$	$545$	$0,55$
Tiện thô lỗ $\varnothing 35$	Máy tiện 1K62 ($10\text{ kW}$)	Dao tiện lỗ T15K6 ($20\times 20$)	$1,2$	$0,78\text{ mm/vòng}$	$1000$	$94,2$	$0,26$
Tiện tinh lỗ $\varnothing 35$	Máy tiện 1K62 ($10\text{ kW}$)	Dao tiện lỗ T15K6 ($20\times 20$)	$0,1$	$0,40\text{ mm/vòng}$	$2000$	$188$	$0,43$
Khoan 1 lỗ $\varnothing 25$	Máy khoan 2A135 ($0,6\text{ kW}$)	Mũi khoan ruột gà thép gió	$12,5$	$0,43\text{ mm/vòng}$	$140$	Thực nghiệm	$0,43$ ($26\text{ s}$)
Xọc rãnh then	Máy xọc 743 ($5,2\text{ kW}$)	Dao xọc thép gió P18	$3,0$	$0,15\text{ mm/HTK}$	$60\text{ HTK/phút}$	$13,1$	$0,40$
Phay răng (lát 1)	Máy phay răng 5324	Dao phay đĩa môđun HKC số 7	$5,5$	$0,15\text{ mm/răng}$	$140$	Thực nghiệm	$1,20$
Phay răng (lát 2)	Máy phay răng 5324	Dao phay đĩa môđun HKC số 7	$1,0$	$0,15\text{ mm/răng}$	$140$	Thực nghiệm	$0,60$

---

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

1. Xây dựng hoàn chỉnh tiến trình công nghệ 8 nguyên công: Đồ án đã thiết lập một chuỗi gia công cơ khí - nhiệt luyện khép kín, tối ưu hóa từ bước tạo phôi dập nóng đến khâu kiểm tra thành phẩm, đảm bảo đạt cấp chính xác 7 và độ nhám $Ra = 1,25 \div 0,63,\mu\text{m}$ trên vành răng.
2. Hệ thống hóa bài toán động lực học và chế độ cắt: Tính toán chi tiết các thành phần lực tiếp tuyến ($P_z$), lực hướng kính ($P_y$), lực dọc trục ($P_x$) và kiểm nghiệm công suất máy tiện 1K62, máy khoan 2A135, máy xọc 743, đảm bảo hệ số an toàn thiết bị luôn nằm trong giới hạn cho phép ($N_c < N_{máy}$).
3. Thiết kế trang bị đồ gá khoan chuyên dùng chuẩn hóa: Xác lập kết cấu đồ gá khoan 6 lỗ $\varnothing 25$ với sơ đồ định vị chuẩn $3-2$ (phiến tỳ và chốt trụ ngắn), tính toán lực kẹp mỏ kẹp liên động với hệ số an toàn $K = 2,34$ và kiểm soát sai số chế tạo đồ gá chặt chẽ trong phạm vi $\varepsilon_{ct} \approx 7,4,\mu\text{m}$.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế được tác giả chỉ rõ:
  • Đồ án chưa thực hiện được bài toán phân tích chi phí và hiệu quả kinh tế hoàn chỉnh (chưa tính giá thành nguyên công, chi phí tiêu hao dao cụ và tỷ suất hoàn vốn trang thiết bị).
  • Các giải pháp kỹ thuật an toàn lao động, công thái học và xử lý môi trường trong phân xưởng cơ khí - nhiệt luyện chưa được đào sâu chi tiết.
  • Các số liệu thực nghiệm chủ yếu dựa trên tra cứu định mức sổ tay lý thuyết, chưa có điều kiện kiểm chứng trực tiếp trên dây chuyền sản xuất công nghiệp thực tế.
• Hướng phát triển tiếp theo: Bổ sung mô hình tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật cho quy trình gia công, nghiên cứu ứng dụng máy gia công điều khiển số (CNC) và tự động hóa cơ cấu kẹp chặt khí nén/thủy lực cho đồ gá.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo: Tài liệu là nguồn tư liệu hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy, Đồ án Thiết kế Đồ gá hoặc Khóa luận tốt nghiệp về nhóm chi tiết dạng đĩa/bánh răng.
• Nội dung giá trị nhất: Phương pháp tính toán lượng dư giải tích; chuỗi công thức và các bảng tra cứu hệ số cắt gọt thực nghiệm cho vật liệu thép 45; thuật toán và các bước tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá cơ khí.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết bánh răng trong đồ án được chế tạo từ mác vật liệu nào và xử lý nhiệt luyện ra sao?
Chi tiết được chế tạo từ thép C45 ($\gamma = 7,852\text{ kg/dm}^3$). Sau khi gia công cơ, phần vành răng được tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần (tần số $10^4 \div 3,6 \times 10^5\text{ Hz}$) với thời gian tôi từ $1 \div 5\text{ giây}$, nhúng dầu/nước và ram ở $160^\circ\text{C}$ để đạt độ cứng $45 \div 52\text{ HRC}$, chiều sâu lớp tôi $2\text{ mm}$.

2. Sản lượng sản xuất hàng năm và dạng sản xuất của chi tiết được xác định như thế nào?
Sản lượng thiết kế là $N_1 = 7000$ sản phẩm/năm, tính thêm $4%$ phế phẩm và $6%$ dự trữ, cho ra sản lượng phôi $N = 7700$ chi tiết/năm. Với khối lượng chi tiết và sản lượng trên, dạng sản xuất được xác định là sản xuất hàng khối.

3. Tại sao tác giả lựa chọn phôi dập nóng trong khuôn kín thay vì phôi đúc?
Phôi dập nóng trong khuôn kín phù hợp với cơ tính dẻo của thép C45, tạo ra tổ chức kim loại chặt chẽ, lượng dư gia công nhỏ và đều, không phát sinh bavia và đem lại độ chính xác phôi cao hơn so với phương pháp đúc.

4. Đồ gá khoan 6 lỗ Ø25 sử dụng nguyên lý định vị và cơ cấu kẹp chặt gì?
Đồ gá sử dụng mặt phẳng đáy tỳ trên phiến tỳ để khống chế 3 bậc tự do và chốt trụ ngắn định vị vào lỗ tâm để khống chế 2 bậc tự do (tổng cộng 5 bậc tự do). Chi tiết được kẹp chặt liên động bằng 2 mỏ kẹp thông qua hệ thống ren ốc - bu lông siết trên mặt đầu.

5. Sai số chế tạo cho phép của đồ gá khoan được tính toán bằng bao nhiêu?
Dựa trên sai số gá đặt cho phép $\varepsilon_{gd} = 25,\mu\text{m}$, sai số mòn $\varepsilon_m = 21,9,\mu\text{m}$ và sai số điều chỉnh $\varepsilon_{dc} = 8,\mu\text{m}$, sai số chế tạo đồ gá cho phép được xác định là $\varepsilon_{ct} \approx 7,4,\mu\text{m}$.

---

Kết luận

Bản đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Thanh Năm đã giải quyết thành công bài toán thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết bánh răng trụ răng nghiêng thuộc cụm truyền động máy than chuyên dùng. Thông qua hệ thống tính toán chi tiết từ khâu tạo phôi dập nóng, lập tiến trình 8 nguyên công cắt gọt, nhiệt luyện đến thiết kế đồ gá khoan chuyên dùng, công trình đã thể hiện đầy đủ các nguyên lý cốt lõi của ngành công nghệ chế tạo máy. Tài liệu cung cấp các thông số kỹ thuật và phương pháp tính toán thực nghiệm chuẩn xác, có giá trị tham khảo thiết thực cho công tác học tập và thiết kế công nghệ cơ khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lêi nãi ®Çu HiÖn nay khoa häc kü thuËt ®ang ph¸t triÓn víi mét tèc ®é vò b·o mang l¹i nh÷ng lîi Ých to lín cho con ng-êi vÒ tÊt c¶ c¸c lÜnh vùc tinh thÇn vµvËt chÊt. §Ón©ng cao ®êi sèng cña nh©n d©n, ®Óhßa nhËp vµo sù ph¸t triÓn chung cña c¸c n-íc trong khu v-c còng nh-c¸c n-íc trªn thÕgiíi. §¶ng vµNhµn-íc ta ®· ®Ó ra môc tiªu trong thêi kú míi lµ thùc hiÖn “ C«ng nghiÖp hãa vµ hiÖn ®¹i hãa ®Êt n­íc” Muèn thùc hiÖn “ C«ng nghiÖp hãa vµ hiÖn ®¹i hãa ®Êt n­íc” mét trong nh÷ng ngµnh cÇn quan t©m ph¸t triÓn m¹nh lµc¬khÝchÕt¹o v×c¬khÝ®ãng vai trß quan träng trong trong viÖc s¶n xuÊt ra c¸c thiÕt bÞ, c«ng cô cho mäi ngµnh kinh tÕquãc d©n, t¹o tiÒn ®ÒcÇn thiÕt ®Óc¸c ngµnh nµy ph¸t triÒn m¹nh h¬n. §Óphôc vô cho viÖc ph¸t triÓn ngµnh c¬ khÝhiÖn nay chóng ta cÇn ®Èy m¹nh ®µo t¹o ®éi ngò c¸n bé kü thuËt cã tr×nh ®é chuyªn m«n cao vÒc¸c lÜnh vùc, ®éi ngò kü s- vµc¸n bé kü thuËt c¬ khÝ®-îc ®µo t¹o ra ph¶i cã kiÕn thøc t-¬ng ®èi réng, ®ång thêi ph¶i vËn dông nh÷ng kiÕn thøc ®ã ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Òth-êng gÆp trong s¶n xuÊt.

Sau mét thêi gian t×m hiểu víi sù chØb¶o tËn t×nh cña thÇy cô giáo PHẠM THỊ THU HẰNG em ®·hoµn thµnh ®å¸n tèt nghiÖp víi ®Òtµi lËp quy tr×nh c«ng nghÖ gia c«ng “b¸nh r¨ng trô r¨ng th¼ng”. Do tr×nh ®é vµ kiÕn thøc thùc tÕcña em cßn h¹n chÕcho nªn kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt trong qu¸ t×nh thiÕt kÕ, em rÊt mong ®-îc sùchØb¶o cña thÇy c«gi¸o trong bém«n C«ng NghÖ ChÕ T¹o M¸y vµ sù ®ãng gãp cña c¸c b¹n kh¸c ®Ó ®å ¸n cña em ®-¬c hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Hµnéi th¸ng 10/2014 Sinh viªn: LÊ THANH NĂM Ch-¬ng I: Ph©n tÝch yªu cÇu kü thuËt. TruyÒn ®éng b¸nh r¨ng thùc hiÖn truyÒn chuyÓn ®éng hoÆc thay ®æi d¹ng chuyÓn ®éng nhê sù ¨n khíp cña c¸c r¨ng trªn b¸nh r¨ng (hoÆc thanh r¨ng ).

Tuú theo vÞtrÝt-¬ng ®èi gi÷a c¸c trôc cã c¸c lo¹i truyÒn ®éng b¸nh r¨ng nh-tr-êng hîp hai trôc song song, tr-êng hîp hai trôc c¾t nhau, tr-êng hîp hai trôc chÐo nhau, truyÒn ®éng b¸nh r¨ng thanh r¨ng. So víi c¸c truyÒn ®éng c¬ khÝkh¸c, truyÒn ®éng b¸nh r¨ng cã nhiÒu -u ®iÓm næi bËt nh-: khÝch th-íc nhá, kh¶n¨ng t¶i lín, hiÖu suÊt cao, tuæi thä cao, lµm viÖc ch¾c ch¾n, tØsè truyÒn cè ®Þnh lµm viÖc tèt trong ph¹m vi c«ng suÊt tèc ®é vµtû sè truyÒn kh¸réng. Tuy nhiªn truyÒn ®éng b¸nh r¨ng cã nh-îc ®iÓm lµ®ßi hái chÕt¹o chÝnh x¸c, cãnhiÒu tiÕng ån khi vËn tèc lín chÞva ®Ëp kÐm. B¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng dïng ®ÓtruyÒn chuyÓn ®éng gi÷a hai trôc song song víi nhau.

¦u ®iÓm cña lo¹i b¸nh r¨ng nµy lµ kh¶ n¨ng chÞu va ®Ëp, chÞu t¶i träng tèt h¬n so víi c¸c lo¹i b¸nh r¨ng b×nh th-êng. VÒyªu cÇu kü thuËt cña chi tiÕt nµy lµ®é chÝnh x¸c vÒl¾p ghÐp kh¸ cao. Do ®é chÝnh x¸c gi÷a mÆt ®Çu vµt©m lç lµrÊt cao. §é chÝnh x¸c nµy nh»m cho khi hai b¸nh r¨ng ¨n khíp víi nhau cho kh¶n¨ng tiÕp xóc ®Òu vµ truyÒn ®éng ªm ¸i, dÔdµng.

§écøng cña b¸nh r¨ng còng kh«ng yªu cÇu cao l¾m cho nªn b¸nh r¨ng cãkh¶n¨ng truyÒn t¶i còng kh«ng lín l¾m. B¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng vÒyªu cÇu kü thuËt ®ßi hái ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu küthuËt sau : _ §é kh«ng ®ång t©m gi÷a mÆt lç vµ ®-êng trßn c¬ së n»m trong kho¶ng 0,015 ÷ 0,1mm _ §é kh«ng vu«ng gãc gi÷a mÆt ®Çu vµt©m lç n»m trong kho¶ng 0,01 ÷ 0.015 mm trªn 100 mm ®-êng kÝnh _ MÆt lç vµ bÒ mÆt r¨ng ®-îc gia c«ng ®¹t chÝnh x¸c cÊp 7, r·nh then ®¹t ®échÝnh x¸c 4 ÷ 5 _ §é nh¸m c¸c bÒmÆt trªn ®¹t Ra = 1,25 ÷ 0,63 .C¸c bÒmÆt kÕt cÊu kh¸c ®-îc gia c«ng ®¹t cÊp chÝnh x¸c 8 ÷ 9, ®énh¸m Ra = 10÷ 2,5 _ Sau khi nhiÖt luyÖn ®¹t ®é cøng 45 ÷ 52 HRC. §é s©u khi thÊm cacbon lµ1÷1,5 mm _ §écøng c¸c bÒmÆt kh«ng gia c«ng th-êng ®¹t 180 ÷ 280 HRC C¸c th«ng sèh×nh häc c¬b¶n cña b¸nh r¨ng th©n khai Th«ng sè kÝhiÖu C«ng thøc tÝnh Ghi chó Sèr¨ng Z Do nhµs¶n xuÊt qui ®Þnh M«®un M §·®-îc tiªu chuÈn ho¸ B-íc r¨ng P P = .m B-íc trªn vßng chia §-êng kÝnh vßng chia D d = Z.m/cosß §-êng kÝnh vßng chØnh da da = d + 2m §-êng kÝnh vßng ®¸y df df = d - 2,5m ChiÒu cao ®Ønh r¨ng ha ha = 1 (d a − d ) 2 ChiÒu cao th©n r¨ng h hc = 1 (d − d f ) 2 ChiÒu cao r¨ng H h = ha + hc §-êng kÝnh vßng c¬së db db = d. cos   lµgãc ¸p lùc B¶ng c¸c th«ng sèchÕt¹o c¬b¶n cña b¸nh r¨ng th©n khai Ch-¬ng II: Ph©n tÝch chi tiÕt gia c«ng, x¸c ®Þnh d¹ng s¶n xuÊt vµ thiÕt kÕ b¶n vÏ lång ph«i.

Ph©n tÝch chøc n¨ng vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña chi tiÕt. Trong m¸y than chuyªn dïng bétruyÒn b¸nh r¨ng ®ÓtruyÒn chuyÓn ®éng gi÷a hai trôc, sau ®ãtruyÒn chuyÓn ®éng cho c¬cÊu tai biªn vµc¬cÊu nµy truyÒn chuyÓn ®éng cho c¬cÊu thanh tr-ît gióp c¬cÊu nµy chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn nghÜa lµhÖthèng b¸nh r¨ng ®·biÕn chuyÓn ®éng quay thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn. Nguyªn lýtruyÒn chuyÓn ®éng: b¸nh chñ®éng quay nhê¨n khíp r¨ng nªn lµm b¸nh bÞ®éng quay theo. §iÒu kiÖn lµm viÖc : Khi bétruyÒn lµm viÖc truyÒn ®i m« men xo¾n M1 th×t¹i chå tiÕp xóc gi÷a hai s-ên r¨ng cña hai b¸nh r¨ng sinh ra lùc ¨n khíp P n theo ph-¬ng tiÕp tuyÕn.

2M 1 Pn = d 01 d01 : ®-êng kÝnh vßng c¬sëb¸nh r¨ng 1 Lùc Pn n»m theo ®-êng ph¸p tuyÕn chÝnh lµ®-êng ¨n khíp cña hai b¸nh r¨ng nNN,, ®-êng nµy vu«ng gãc víi bÒmÆt th©n khai cña s-ên r¨ng. Ngoµi ra qu¸tr×nh ¨n khíp cßn ph¸t sinh lùc ma s¸t Fms = Pn. C¸c lùc nµy g©y ra cho r¨ng chÞu øng suÊt phøc t¹p: tøc lµcïng mét lóc võa chÞu ¸p lùc sinh ra øng suÊt tiÕp xóc vµsinh ra øng suÊt uèn vµ ®ång thêi cßn do ma s¸t sinh ra biÕn d¹ng vµmßn. Khi lµm viÖc mçi r¨ng chØ lµm viÖc mét lÇn tiÕp xóc sau vßng quay cña b¸nh r¨ng, do vËy øng suÊt: txvµu sÏlµøng suÊt thay ®æi theo chu kútuÇn hoµn m¹ch ®éng sÏg©y ra hiÖn t-îng mái cho r¨ng .Vµqua nghiªn cøu thÊy r»ng b¸nh r¨ng lµm viÖc chÞu bèn d¹ng háng chÝnh : -Trãc rçbÒmÆt s-ên v×txthay ®æi - Háng do øng suÊt uèn g©y gÉy r¨ng - Háng do mßn bÒmÆt cña r¨ng do ma s¸t - Vµd¹ng háng do chÝnh bÒmÆt r¨ng GÉy r¨ng do u : Do r¨ng chÞu øng suÊt uèn thay ®æi g©y ra mái, th-êng nguy hiÓm nhÊt lµ tiÕt diÖn ch©n r¨ng dÔbÞgÉy do ë ®©y øng suÊt uèn lµ lín nhÊt, vµ ch©n r¨ng cßn øng suÊt tËp trung.

Sau mét sè chu kú lµm viÖc ë ch©n r¨ng phÝa chÞu kÐo sÏxuÊt hiÖn c¸c vÕt nøt, l©u dÇn c¸c vÕt nøt ph¸t triÓn m¹nh lµm ch©n r¨ng yÕu ®i vµlµm r¨ng bÞgÉy. §Ó kh¾c phôc nh÷ng hiÖn t-îng háng chÝnh trªn khi thiÕt kÕ víi bé truyÒn kh«ng ®-îc ng©m dÇu trong m¸y nµy ph¶i tÝnh theo søc bÒn uèn. §Ógi¶m øng suÊt tËp trung th×ph¶i t¨ng b¸n kÝnh gãc l-în. Háng do trãc rçbÒmÆt r¨ng Nguyªn nh©n lµdo øng suÊt tiÕp xóc thay ®æi g©y ra.

Sau mét sèchu kúlµm viÖc xuÊt hiÖn c¸c vÕt nøt do mái bÒmÆt r¨ng, vÕt nøt th-êng xiªn theo h-íng vËn tèc tr-ît. ë vÒphÝa ch©n r¨ng c¸c vÕt nøt rÔbÞbÞt miÖng. §Ó kh¾c phôc khi chÕt¹o ph¶i dïng ph-¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn ®Ót¨ng ®écøng bÒ mÆt r¨ng ®ång thêi ph¶i cã®échÝnh x¸c cao. Mßn r¨ng Do ma s¸t khi hai s-ên r¨ng cãchuyÓn ®éng t-¬ng ®èi víi nhau; Do hai cÆp b¸nh lµm viÖc trong m«i tr-êng kh«ng cãdÇu b«i tr¬n, bétruyÒn lµm viÖc hëdo vËy bôi cña m«i tr-êng sÏlµm t¨ng tÝnh mßn v×vËy tÝnh nguy hiÓm sÏt¨ng lªn.

§Ókh¾c phôc hiÖn t-îng trªn khi lµm viÖc ph¶i tra dÇu b«i tr¬n ®Çy ®ñ ®óng lo¹i, t¨ng ®ér¾n bÒmÆt r¨ng h¹n chÕhoÆc ng¨n bôi kh«ng cho vµo vÞ trÝr¨ng ®ang lµm viÖc, cãthÓh¹n chÕchiÒu cao r¨ng ®Óh¹n chÕvËn tèc tr-ît. Háng do dÝnh r¨ng Hay x¶y ra víi bétruyÒn chÞu t¶i lín vËn tèc cao, nguyªn nh©n chñ yÕu lµt¹i chç¨n khíp v×øng suÊt lín sinh nhiÖt nhiÒu sÏlµm tan mÊt mµng dÇu b«i tr¬n nªn hai s-ên r¨ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi nhau mÆt kh¸c v×sinh nhiÖt nhiÒu lµm biÕn d¹ng vËt liÖu cña r¨ng bÞmÒm ra khi chóng chuyÓn ®éng t-¬ng ®èi víi nhau sÏlµm bøt c¸c m¶nh kim lo¹i nhátõs-ên r¨ng nµy rÝnh sang s-ên r¨ng kia vµng-îc l¹i. §Ókh¾c phôc ta còng dïng dÇu b«i tr¬n ngoµi ra con dïng thªm c¶ dÇu chèng dÝnh phïhîp, chän vËt liÖu phïhîp gi÷a hai b¸nh th-êng th× b¸nh nhátèt h¬n b¸nh lín, nhiÖt luyÖn lµm t¨ng ®ér¾n bÒmÆt r¨ng Do lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn trªn nªn vËt liÖu södông lµthÐp 45 lµhîp lývµkhi qua nguyªn c«ng nhiÖt luyÖn thÐp víi hµm l-îng cacbon nµy ®¶m b¶o ®écøng cao, tÝnh chèng mµi mßn tèt nh-ng vÉn cã®édÎo dai cÇn thiÕt. THµNH PHÇN HO¸ HäC CñA THÐP 454 C Si Mn S P Ni Cr 0.

Ph©n tÝch tÝnh c«ng nghÖtrong kÕt cÊu cña chi tiÕt. Chi tiÕt “B¸nh r¨ng trô r¨ng nghiêng” cã kÕt cÊu hÕt søc ®¬n gi¶n. VÒ h×nh d¸ng bÒngoµi cña b¸nh r¨ng kh«ng cãg×lµkhãgia c«ng l¾m, phÇn lµm viÖc lµphÇn r¨ng n»m song song víi trôc cã yªu cÇu ®é chÝnh x¸c cao cßn phÇn cßn l¹i lµphÇn kh«ng lµm viÖc ®échÝnh x¸c kh«ng cao l¾m do ®ãta chØ cÇn dïng dao chÐp h×nh c«n tiÖn qua lµ®-îc. H×nh d¸ng trong lçcòng vËy ta còng lµm t-¬ng tù nh- vËy.

Riªng lç l¾p trôc th×ta cÇn ph¶i gia c«ng chÝnh x¸c ®Ócho viÖc l¾p ghÐp ®-îc dÔdµng. 6 lç Ø25 lµn¬i dïng ®Ó gi¶m t¶i träng nªn vÒyªu cÇu ®é chÝnh x¸c còng kh«ng cao l¾m cho nªn ta chØcÇn khoan lµ®-îc. VÒ tÝnh c«ng nghÖ trong gia c«ng c¬ khÝth×chi tiÕt cã nh÷ng ®o¹n h×nh c«n lµm cho trong qu¸tr×nh gia c«ng ph¶i thay nhiÒu dao. VÒkÕt cÊu cña chi tiÕt th×®¶m b¶o ®écøng v÷ng.

Nãi tãm l¹i “B¸nh r¨ng trôr¨ng nghiªng ” lµ chi tiÕt cã tÝnh c«ng nghÖ t­¬ng ®èi hîp lý, kÕt cÊu v÷ng ch¾c dÔdµng gia c«ng. §iÒu kiÖn chÞu t¶i träng tèt. X¸c ®Þnh d¹ng s¶n xuÊt. Trong chÕt¹o m¸y ng-êi ta ph©n biÖt ba d¹ng s¶n xuÊt.

- S¶n xuÊt hµng lo¹t (hµng lo¹t lín, hµng lo¹t võa vµhµng lo¹t nhá). - S¶n xuÊt hµng khèi. Mçi d¹ng s¶n xuÊt cãnh÷ng ®Æc ®iÓm riªng phôthuéc vµo nhiÒu yÕu tèkh¸c nhau. Tuy nhiªn ë ®©y chóng ta kh«ng ®i s©u nghiªn cøu nh÷ng ®Æc ®iÓm cña tõng d¹ng s¶n xuÊt mµchØnghiªn cøu ph-¬ng ph¸p x¸c ®Þnh d¹ng s¶n xuÊt theo tÝnh to¸n.

Muèn x¸c ®Þnh d¹ng s¶n xuÊt tr-íc hÕt ph¶i biÕt s¶n l-îng hµng n¨m cña chi tiÕt gia c«ng. S¶n l-îng hµng n¨m ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:  N = N1. (1+ ) 100 Trong ®ã: - N: Sèchi tiÕt s¶n xuÊt trong 1 n¨m. - N1: Sès¶n phÈm( sèm¸y) s¶n xuÊt trong 1 n¨m.

- m : Sèchi tiÐt trong 1 s¶n phÈm.