Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành chế tạo máy giữ vai trò nền tảng trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa kỹ thuật, đóng nhiệm vụ cung cấp trang thiết bị, công cụ và chi tiết máy cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân. Trong hệ thống truyền động cơ khí, bộ truyền trục vít – bánh vít là cơ cấu truyền động then chốt được sử dụng để truyền mômen xoắn và chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau (thường bố trí vuông góc $90^\circ$). Do đặc tính tiếp xúc trượt và yêu cầu ăn khớp biên dạng phức tạp, việc thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết trục vít đòi hỏi sự chuẩn xác cao về thông số kích thước, độ nhám bề mặt, độ đồng trục và độ cứng tế vi nhằm hạn chế các dạng hỏng hóc do ma sát mài mòn, dính ren hoặc tróc rỗ bề mặt.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là vận dụng lý thuyết công nghệ chế tạo máy để xây dựng quy trình công nghệ gia công chi tiết trục vít hoàn chỉnh, tối ưu hóa về mặt kỹ thuật và kinh tế cho quy mô sản xuất công nghiệp. Nhiệm vụ cụ thể bao gồm:

  1. Phân tích kết cấu, điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết trục vít truyền động.
  2. Xác định sản lượng cơ khí hàng năm và phân loại dạng sản xuất.
  3. Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi, xác định lượng dư và lập bản vẽ lồng phôi.
  4. Xây dựng tiến trình công nghệ gia công cơ, phân tích các phương án và lựa chọn phương án tối ưu.
  5. Thiết kế chi tiết từng nguyên công, sơ đồ định vị, khống chế bậc tự do và lực kẹp chặt.
  6. Tính toán lượng dư gia công bằng phương pháp phân tích giải tích và tra bảng tiêu chuẩn.
  7. Xác định chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, công suất cắt) và định mức thời gian gia công nguyên công.
  8. Tính toán, thiết kế cơ cấu đồ gá chuyên dùng và dự toán giá thành phôi.

Đối tượng nghiên cứu là chi tiết trục vít Acsimet trụ liền trục chế tạo từ thép carbon C45. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào quy trình gia công cơ khí trên hệ thống máy công cụ truyền thống (máy tiện 1K62, máy phay 6H12$\eta$, máy mài tròn 3M150) phục vụ kế hoạch sản xuất hàng loạt lớn, được thực hiện bởi nhóm sinh viên Khoa Công nghệ Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 09 năm 2025).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Quy trình thiết kế công nghệ trong đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết công nghệ chế tạo máy, dung sai lắp ghép, kỹ thuật đo lường và nguyên lý cắt gọt kim loại. Chi tiết trục vít nghiên cứu có bề mặt ren thuộc loại Acsimet (giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng chứa tâm trục là đường thẳng; giao tuyến với mặt phẳng vuông góc tâm trục là đường xoắn ốc Acsimet). Khung tính toán độ bền và lựa chọn vật liệu được xác định theo tiêu chuẩn độ bền tiếp xúc bề mặt và khả năng chống dính khi trượt ở vận tốc cao.

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế bao gồm:

  • Phương pháp phân tích – tổng hợp kỹ thuật: Đánh giá tính công nghệ trong kết cấu chi tiết dạng trục bậc có ren, rãnh then và rãnh thoát đá mài; so sánh ưu nhược điểm của các phương án công nghệ tạo phôi và tiến trình gia công.
  • Phương pháp mô hình hóa hình học và CAD: Sử dụng phần mềm Siemens NX 12 để mô hình hóa không gian 3D, đo đạc chính xác thể tích hình học ($V = 298.039,157\text{ mm}^3$) và xác định khối lượng chi tiết ($Q = 2,34\text{ kg}$).
  • Phương pháp tính toán giải tích kết hợp tra bảng chuẩn hóa: Tính toán sai lệch không gian phôi dập ($\rho_p$), sai số gá đặt ($\varepsilon_{gd}$), lượng dư trung gian nhỏ nhất ($Z_{b\min}$), chế độ cắt danh định và lực cắt theo các công thức kinh nghiệm kết hợp hệ thống bảng tra chuyên ngành.

Nguồn dữ liệu và tiêu chuẩn trích xuất:

  • Giáo trình và sổ tay chuyên ngành: Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy (GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc chủ biên), Hướng dẫn thiết kế đồ án Công nghệ Chế tạo máy (Hồ Viết Bình – Phan Minh Thanh), Sổ tay Dung sai Lắp ghép (Ninh Đức Tốn), Vật liệu kỹ thuật (Đặng Vũ Ngoạn và cộng sự).

Thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo

Phân tích kết cấu và vật liệu

Chi tiết thuộc dạng trục bậc liền ren, đảm nhận nhiệm vụ truyền động công suất $P < 60\text{ kW}$ (có thể đạt đến $200\text{ kW}$ trong một số cơ cấu đặc thù) với hiệu suất truyền động $70 \div 90%$, tích hợp tính năng tự hãm phục vụ trong các cơ cấu máy nâng, tời cáp hoặc bàn phân độ.

Vật liệu được lựa chọn là thép carbon chất lượng tốt mác C45, đảm bảo cân bằng giữa tính công nghệ, độ bền và chi phí vật liệu.

Thông số Giá trị tiêu chuẩn
Thành phần hóa học C45 (%) C: 0,42–0,49; Cr < 0,25; Mn < 0,8; Si < 0,37; Ni < 0,25; B: 0,002–0,005
Giới hạn bền kéo $\sigma_b$ $610\text{ MPa}$ ($61\text{ kg/mm}^2$)
Giới hạn chảy $\sigma_{0,2}$ $360\text{ MPa}$
Độ giãn dài tương đối $\delta_\xi$ $16%$
Độ thắt tương đối $\Psi$ $40%$
Độ cứng sau thường hóa / sau ủ $229\text{ HB}$ / $197\text{ HB}$
Độ dai va đập $a_k$ $500\text{ kJ/m}^2$

Kết cấu trục vít có các đặc điểm công nghệ:

  • Đoạn ren ngoài $\phi 56$ dùng ăn khớp bánh vít;
  • Hai cổ trục ngõng lắp ổ lăn $\phi 30$ yêu cầu độ chính xác IT6, độ nhám bóng $Ra = 0,006\ \mu\text{m}$;
  • Đầu trục $\phi 26$ có rãnh then bằng M10 phục vụ lắp ghép moay-ơ;
  • Rãnh thoát đá mài bố trí tại các vị trí tiếp giáp bậc trục nhằm phục vụ công đoạn mài tinh;
  • Góc vát $2 \times 45^\circ$ ở đầu trục và góc vát $20^\circ$ tại mút đoạn ren hỗ trợ việc thoát dao khi cắt ren Acsimet.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Phân tích chi tiết gia công và xác định dạng sản xuất

Chương này tập trung xác định quy mô sản lượng làm cơ sở hoạch định công nghệ.

  • Số lượng sản phẩm giao hàng năm: $N_1 = 10.000\text{ sản phẩm/năm}$ (mỗi sản phẩm sử dụng $m = 1\text{ chi tiết}$).
  • Tỷ lệ chế tạo dự phòng: $\beta = 7%$; Tỷ lệ phế phẩm dự tính: $\alpha = 6%$.
  • Sản lượng cơ khí thực tế hàng năm được tính theo công thức: $$N = N_1 \cdot \left(1 + \frac{\alpha + \beta}{100}\right) = 10.000 \cdot \left(1 + \frac{6 + 7}{100}\right) = 11.300\text{ chi tiết/năm}$$
  • Với khối lượng chi tiết $Q = 2,34\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$) và sản lượng $N = 11.300\text{ chi tiết/năm}$ (thuộc dải $5.000 \div 50.000$), dạng sản xuất được xác định là hàng loạt lớn.
  • Đặc trưng công nghệ của dạng sản xuất hàng loạt lớn: Áp dụng mức độ phân tán nguyên công cao, sử dụng các máy vạn năng kết hợp đồ gá chuyên dùng, thiết lập chế độ cắt ổn định nhằm đạt năng suất cao và hạ giá thành đơn vị.
Bề mặt gia công Dạng bề mặt Phương pháp gia công Độ nhám Cấp chính xác / Dung sai Dung sai hình học tương quan
Mặt trụ 1 Trục $\phi 26$ Tiện tinh $Ra = 3,01\ \mu\text{m}$ IT7 / k7 Độ trụ; độ đồng trục so với chuẩn A là $0,025\text{ mm}$
Mặt rãnh 2 Then M10 Phay bán tinh $Rz = 10\ \mu\text{m}$ IT9 / N9 Độ song song so với A: $0,016\text{ mm}$; Đối xứng: $0,04\text{ mm}$
Mặt trụ 3 & 6 Trục $\phi 30$ Tiện dọc tinh $Ra = 3,2\ \mu\text{m}$ IT7 / k7 Cổ trục lắp ghép
Mặt trụ 3 & 6 Trục $\phi 30$ Mài tròn tinh $Ra = 0,006\ \mu\text{m}$ IT6 / k6 Độ trụ; độ đồng trục so với chuẩn D là $0,01\text{ mm}$
Mặt trụ 4 Trục $\phi 46$ Tiện dọc bán tinh $Rz = 20\ \mu\text{m}$ IT12 Mặt trung gian
Mặt ren 5 Trục ren $\phi 56$ Tiện ren tinh $Ra = 3,2\ \mu\text{m}$ IT7 / e7 Độ đảo hướng kính so với mặt C là $0,04\text{ mm}$

Chương 2: Xác định phương pháp chế tạo phôi và thiết kế bản vẽ lồng phôi

  • Phương pháp tạo phôi: Chọn phương pháp dập thể tích trong khuôn kín trên máy búa. Phương pháp này không tạo bavia biên, tận dụng tối đa thể tích kim loại, phân bố thớ kim loại liên tục theo chiều dài trục bậc, nâng cao cơ tính và độ bền mỏi. Cấp chính xác phôi đạt IT9 – IT11, độ nhám phôi $Rz \le 40 \div 80\ \mu\text{m}$.
  • Khối lượng phôi dập thô xác định: $2,63\text{ kg}$.
  • Tra bảng lượng dư phôi dập:
    • Bề mặt trục $\phi 30\text{ mm}$: Lượng dư dập $7 \pm 2\text{ mm}$;
    • Bề mặt ren $\phi 56\text{ mm}$: Lượng dư dập $9 \pm 2\text{ mm}$.

Chương 3: Tiến trình công nghệ gia công cơ khí

Đồ án khảo sát và so sánh 3 phương án phân chia nguyên công:

  • Phương án 1: Gia công 2 mặt đầu và khoan 2 lỗ tâm $\rightarrow$ Tiện hạ bậc lần 1 $\rightarrow$ Tiện hạ bậc lần 2 và cắt rãnh thoát đá mài $\rightarrow$ Tiện ren Acsimet $\rightarrow$ Phay rãnh then $\rightarrow$ Mài tinh 2 ngõng trục.
  • Phương án 2: Tiện dạt mặt đầu từng phía kết hợp khoan lỗ tâm đơn lẻ $\rightarrow$ Tiện bậc từng đầu $\rightarrow$ Tiện ren $\rightarrow$ Mài ngõng trục $\rightarrow$ Phay then (tổng cộng 7 nguyên công).
  • Phương án 3: Phay 2 mặt đầu, khoan tâm đồng thời $\rightarrow$ Tiện thô/tinh biên dạng $\rightarrow$ Tiện rãnh thoát đá $\rightarrow$ Tiện ren $\rightarrow$ Mài thô/tinh $\rightarrow$ Phay rãnh then $\rightarrow$ Vát mép $2 \times 45^\circ$.

Đánh giá và lựa chọn: Nhóm tác giả quyết định lựa chọn Phương án 1 vì bảo đảm nguyên tắc thống nhất chuẩn định vị (sử dụng 2 lỗ tâm xuyên suốt các nguyên công tiện, mài), phân chia bước công nghệ hợp lý, giảm sai số tích lũy gá đặt và thích hợp với nhịp sản xuất hàng loạt lớn.

Thiết bị công nghệ lựa chọn cho dây chuyền:

  • Máy tiện ren vít vạn năng 1K62: Công suất $10\text{ kW}$, 23 cấp tốc độ trục chính ($12,5 \div 2000\text{ vòng/phút}$).
  • Máy phay đứng 6H12$\eta$: Kích thước bàn máy $320 \times 1250\text{ mm}^2$, công suất $7\text{ kW}$, 18 cấp tốc độ ($31,5 \div 1600\text{ vòng/phút}$), dao phay trụ gắn mảnh T15K6.
  • Máy mài tròn ngoài 3M150: Đường kính mài $10 \div 45\text{ mm}$, chiều dài mài lớn nhất $340\text{ mm}$, công suất $4\text{ kW}$, số vòng quay chi tiết $100 \div 1000\text{ v/p}$, số vòng quay đá mài $1080 \div 1240\text{ v/p}$, kích thước đá $D_d = 300\text{ mm}, B_d = 100\text{ mm}$.

Chương 4: Thiết kế nguyên công, định vị và kẹp chặt

Chi tiết các bước định vị và kẹp chặt theo Phương án 1:

  • Nguyên công 1 (Tiện 2 mặt đầu, khoan lỗ tâm 2 đầu): Định vị 4 bậc tự do bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm kẹp vào bề mặt phôi $\phi 56$; kẹp chặt hướng tâm trực tiếp bằng các chấu kẹp.
  • Nguyên công 2 (Tiện hạ bậc $\phi 56, \phi 46, \phi 30$): Định vị 5 bậc tự do bằng hệ thống 2 mũi chống tâm (mũi chống tâm cố định ở trục chính khống chế 3 bậc tự do, mũi chống tâm cầu/di động ở ụ động khống chế 2 bậc tự do); lực kẹp dọc trục truyền từ nòng ụ động.
  • Nguyên công 3 (Tiện hạ bậc $\phi 46, \phi 30, \phi 26$, tiện 2 rãnh thoát đá mài): Sử dụng hệ chuẩn tinh thống nhất gồm 2 lỗ tâm, khống chế 5 bậc tự do bằng 2 mũi chống tâm; kẹp chặt bằng ụ động.
  • Nguyên công 4 (Tiện ren Acsimet $\phi 56$ bước $P = 5\text{ mm}$): Định vị 5 bậc tự do trên 2 mũi chống tâm; truyền mômen quay qua tốc kẹp và kẹp chặt bằng ụ động.
  • Nguyên công 5 (Phay rãnh then M10): Đặt chi tiết lên 2 khối V ngắn cố định định vị trên cổ trục $\phi 30$ (mỗi khối V khống chế 2 bậc tự do, tổng 4 bậc tự do); kẹp chặt từ trên xuống bằng cơ cấu mỏ kẹp ren siết.
  • Nguyên công 6 (Mài tinh 2 ngõng trục $\phi 30$): Định vị 5 bậc tự do trên 2 mũi chống tâm; kẹp chặt bằng lực ép nòng ụ động máy mài 3M150.

Chương 5: Tính lượng dư gia công

Lượng dư gia công được tính toán chi tiết dựa trên công thức xác định lượng dư trung gian nhỏ nhất: $$2Z_{b\min} = 2 \cdot (R_{za} + T_a + \rho_p)$$ Trong đó:

  • $R_{za}$: Chiều cao nhấp nhô tế vi do nguyên công trước để lại.
  • $T_a$: Chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt do nguyên công trước để lại.
  • $\rho_p$: Sai lệch vị trí không gian của phôi dập: $\rho_p = \sqrt{\rho_{lk}^2 + \rho_c^2}$. Độ lệch khuôn dập $\rho_{lk} = 1\text{ mm} = 1000\ \mu\text{m}$; độ cong vênh phôi $\rho_c = \Delta_k \cdot L$.

Tổng hợp tính toán cho các đoạn trục chính:

  • Đoạn trục $\phi 56$ ($L = 117\text{ mm}$, $\Delta_k = 0,6\ \mu\text{m/mm}$): $\rho_c = 0,0702\text{ mm} \rightarrow \rho_p = 1003\ \mu\text{m}$.
    • Tiện thô ($R_{za} + T_a = 150 + 250 = 400\ \mu\text{m}$): $2Z_{b\min} = 2 \cdot (150 + 250 + 1003) = 2806\ \mu\text{m} = 2,806\text{ mm}$. Sai lệch dư $\rho_1 = 0,06 \cdot 1003 = 60,18\ \mu\text{m}$.
    • Tiện tinh ($R_{za} + T_a = 50 + 50 = 100\ \mu\text{m}$): $2Z_{b\min} = 2 \cdot (50 + 50 + 60,18) = 320,36\ \mu\text{m} = 0,320\text{ mm}$. Sai lệch dư $\rho_2 = 12,036\ \mu\text{m}$.
    • Kích thước chuyển tiếp: Kích thước tiện tinh $d_2 = 59,91\text{ mm}$; Kích thước tiện thô $d_1 = 60,23\text{ mm}$; Kích thước phôi tính toán $d_p = 63,036\text{ mm}$.
  • Đoạn trục $\phi 46$ ($L = 57\text{ mm}$, $\Delta_k = 0,8\ \mu\text{m/mm}$): $\rho_p = 1001\ \mu\text{m}$.
    • Tiện thô: $2Z_{b\min} = 2 \cdot (400 + 1001) = 2802\ \mu\text{m}$; Tiện tinh: $2Z_{b\min} = 2 \cdot (100 + 60,06) = 320,12\ \mu\text{m}$.
    • Kích thước: Tiện tinh $d_2 = 45,9\text{ mm}$; Tiện thô $d_1 = 46,22\text{ mm}$; Phôi $d_p = 49,022\text{ mm}$.
  • Đoạn trục $\phi 30$ ($L = 112\text{ mm}$, $\Delta_k = 0,8\ \mu\text{m/mm}$): $\rho_p = 1004\ \mu\text{m}$.
    • Tiện thô: $2Z_{b\min} = 2808\ \mu\text{m}$; Tiện tinh: $2Z_{b\min} = 320,48\ \mu\text{m}$.
    • Kích thước: Tiện tinh $d_2 = 30,002\text{ mm}$; Tiện thô $d_1 = 30,322\text{ mm}$.
  • Rãnh then M10 (chiều dài $L = 258\text{ mm}$, $\Delta_k = 1\ \mu\text{m/mm}$, sai số gá đặt $\varepsilon_{gd1} = 35\ \mu\text{m}$):
    • Lượng dư phay thô nhỏ nhất: $Z_{th\hat{o}\min} = (250 + 240) + 258 + 35 = 783\ \mu\text{m}$.
    • Lượng dư phay tinh nhỏ nhất: $Z_{tinh\min} = 40 + 40 + 258 + 1,75 = 339,75\ \mu\text{m}$.
    • Tổng lượng dư giới hạn: $Z_{0\max} = 4637\ \mu\text{m}$, $Z_{0\min} = 804\ \mu\text{m}$.
  • Tiện ren Acsimet $\phi 56$: Môđun ren $m = 6$, lượng dư gia công tinh sau khi tiện thô lấy $2a = 1,6\text{ mm}$ ($a = 0,8\text{ mm}$).
  • Mài 2 ngõng trục $\phi 30$: Chiều dài ngõng $66\text{ mm}$ và $28\text{ mm}$, lượng dư gia công mài lấy đối xứng qua đường kính $2a = 0,3 \div 0,5\text{ mm}$.

Chương 6: Tính chế độ cắt và thời gian gia công

Thời gian từng chiếc (thời gian nguyên công) được xác định theo cấu trúc: $$T_{tc} = T_0 + T_p + T_{pv} + T_{tn}$$ Trong đó:

  • $T_0$: Thời gian cơ bản, $T_0 = \frac{L + L_1 + L_2}{s \cdot n}$ (phút);
  • $T_p$: Thời gian phụ, lấy $T_p \approx (7 \div 10)% T_0$;
  • $T_{pv}$: Thời gian phục vụ chỗ làm việc ($T_{pvkt} = 8% T_0$, $T_{pvtc} = (2 \div 3)% T_0$);
  • $T_{tn}$: Thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân ($T_{tn} = (3 \div 5)% T_0$).

Các thông số chế độ cắt thiết lập cụ thể:

  • Nguyên công 1: Tiện mặt đầu, khoan lỗ tâm:
    • Tiện thô mặt đầu $\phi 26$: Chiều sâu cắt $t_1 = 4\text{ mm}$, lượng chạy dao $s_1 = 0,6\text{ mm/vòng}$, vận tốc cắt $V = 255\text{ m/phút}$, công suất cắt yêu cầu $N = 8,3\text{ kW}$.
    • Tiện tinh mặt đầu $\phi 26$: Chiều sâu cắt $t_2 = 0,5\text{ mm}$, lượng chạy dao $s_2 = 0,18\text{ mm/vòng}$, vận tốc cắt $V = 409\text{ m/phút}$, công suất cắt $N = 7\text{ kW}$.
    • Tiện thô mặt đầu $\phi 30$: $t_1 = 2,5\text{ mm}$, $s_1 = 0,65\text{ mm/vòng}$, $V = 255\text{ m/phút}$, $N = 8,3\text{ kW}$.
    • Tiện tinh mặt đầu $\phi 30$: $t_2 = 0,5\text{ mm}$, $s_2 = 0,18\text{ mm/vòng}$, $V = 409\text{ m/phút}$, $N = 7\text{ kW}$.
  • Nguyên công 2: Tiện hạ bậc $\phi 56$:
    • Tổng chiều sâu cắt: $t = \frac{65 - 56}{2} = 4,5\text{ mm}$, phân chia thành 2 lát tiện thô ($t_1 = 2\text{ mm}$) và 1 lát tiện tinh ($t_2 = 0,5\text{ mm}$).
    • Cán dao tiết diện chữ nhật $B \times H = 25 \times 16\text{ mm}$, độ vươn công-xôn $l = 37,5\text{ mm}$, ứng suất uốn cho phép $[\sigma]_u = 20\text{ kg/mm}^2$.
    • Lượng chạy dao tiện thô chọn $s = 0,5\text{ mm/vòng}$, vận tốc cắt sơ bộ $V_{sb} = 231\text{ m/phút}$, hệ số hiệu chỉnh lực cắt $K_P = 0,765$, hệ số ảnh hưởng vật liệu gia công $K_{mpz} = 0,86$.

Chương 7: Tính và thiết kế đồ gá

Trình bày cơ sở tính toán lực kẹp cần thiết để cố định chi tiết khi gia công phay rãnh then và tiện ren; thiết kế kết cấu thân đồ gá, cơ cấu định vị (khối V định vị ngắn, mũi chống tâm chuyên dụng) và cơ cấu kẹp chặt đảm bảo độ cứng vững, không gây biến dạng trục.

Chương 8: Tính giá thành phôi

Tính toán chi phí vật liệu phôi dập nóng, định mức tiêu hao kim loại, so sánh hiệu quả kinh tế của phương pháp dập khuôn kín so với phôi rèn tự do hoặc phôi thanh cán nóng trên quy mô sản lượng $11.300\text{ chi tiết/năm}$.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Hoàn thiện phương án phôi dập: Xác định thông số phôi dập khuôn kín mác C45 với khối lượng $2,63\text{ kg}$, đạt hệ số sử dụng vật liệu cao hơn phôi đúc và phôi cắt thanh, giảm thiểu phoi cắt gọt trung gian.
  2. Xác lập tiến trình 6 nguyên công chuẩn hóa: Chuẩn hóa quy trình công nghệ gồm 6 nguyên công trên hệ thống máy vạn năng (1K62, 6H12$\eta$, 3M150), ứng dụng triệt để hệ chuẩn tinh 2 lỗ tâm giúp triệt tiêu sai số gá đặt qua các bước gia công tiện và mài.
  3. Bộ thông số chế độ cắt và lượng dư định lượng: Toàn bộ lượng dư từ phôi thô đến thành phẩm trên các đoạn trục $\phi 56, \phi 46, \phi 30, \phi 26$ và rãnh then M10 được xác lập bằng giải tích kết hợp hệ số thực nghiệm, bảo đảm công suất cắt nằm trong giới hạn động cơ máy ($10\text{ kW}$ trên máy tiện 1K62 và $7\text{ kW}$ trên máy phay 6H12$\eta$).
Hạng mục công nghệ Giải pháp được lựa chọn Giá trị thông số kỹ thuật
Dạng sản xuất Hàng loạt lớn $11.300\text{ chi tiết/năm}$
Phôi chế tạo Dập thể tích lòng khuôn kín Thép C45, nặng $2,63\text{ kg}$, cấp chính xác IT9–11
Chuẩn công nghệ chính Hai lỗ tâm chống tâm Khống chế 5 bậc tự do trong suốt quá trình tiện và mài
Thiết bị gia công tiện Máy tiện 1K62 Công suất $10\text{ kW}$, 23 cấp tốc độ ($12,5 \div 2000\text{ v/p}$)
Thiết bị gia công phay Máy phay 6H12$\eta$ Bàn máy $320 \times 1250\text{ mm}$, công suất $7\text{ kW}$
Thiết bị gia công mài Máy mài tròn ngoài 3M150 Công suất $4\text{ kW}$, đá mài $D_d = 300\text{ mm}, B_d = 100\text{ mm}$

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thuyết minh đồ án tập trung vào dây chuyền gia công trên các máy công cụ cơ khí vạn năng truyền thống kết hợp đồ gá chuyên dùng; chưa tích hợp công nghệ gia công trên máy tiện phay CNC đa trục hoặc máy tiện ren CNC chuyên dụng. Phần phân tích nhiệt luyện bề mặt ren và tôi cảm ứng ngõng trục mới dừng ở mức đề xuất vật liệu đạt độ cứng $45 \div 54\text{ HRC}$ mà chưa đi sâu vào thiết kế nguyên công nhiệt luyện chi tiết.
  • Hướng phát triển: Nghiên cứu chuyển đổi quy trình công nghệ sang trung tâm gia công tiện – phay CNC tích hợp, lập trình đường dẫn dao tự động cho biên dạng ren Acsimet bước xoắn lớn, và thiết lập chế độ kiểm tra tự động độ đảo hướng kính trực tiếp trên dây chuyền sản xuất.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là tài liệu tham khảo chuyên ngành cho sinh viên, giảng viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy khi thực hiện đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy, đồ án tốt nghiệp hoặc thiết kế quy trình sản xuất chi tiết dạng trục bậc có ren.

Các phần có giá trị ứng dụng cao gồm:

  • Quy trình tính toán giải tích lượng dư gia công trục bậc và rãnh then (Chương 5);
  • Bảng phân tích chế độ cắt danh định cho thép C45 theo công suất và độ bền dao (Chương 6);
  • Phương pháp luận lựa chọn sơ đồ định vị và khống chế bậc tự do trên máy tiện và máy phay (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

Chi tiết trục vít trong đồ án thuộc loại biên dạng ren nào và làm việc trong điều kiện gì?
Chi tiết thuộc loại trục vít Acsimet trụ liền trục. Trong quá trình làm việc, trục vít ăn khớp với bánh vít để truyền chuyển động giữa 2 trục chéo nhau $90^\circ$, làm việc dưới điều kiện chịu mài mòn, tải trọng va đập, vận tốc trượt bề mặt lớn và ma sát sinh nhiệt cao. Các dạng hỏng chủ yếu là mòn và dính ren.

Tại sao thép C45 được lựa chọn làm vật liệu chế tạo chi tiết?
Thép C45 là loại thép carbon kết cấu chất lượng tốt, có giá thành hợp lý, tính công nghệ gia công cắt gọt và nhiệt luyện tốt, cơ tính sau thường hóa đạt giới hạn bền kéo $\sigma_b = 610\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{0,2} = 360\text{ MPa}$, độ cứng $229\text{ HB}$, đáp ứng đủ yêu cầu chịu lực và chống biến dạng dẻo khi vận hành.

Quy mô sản lượng và dạng sản xuất được tính toán như thế nào?
Với số lượng đặt hàng $10.000\text{ sản phẩm/năm}$, tỷ lệ dự phòng $\beta = 7%$, tỷ lệ phế phẩm $\alpha = 6%$, sản lượng thực tế hàng năm là $N = 11.300\text{ chi tiết/năm}$. Kết hợp với khối lượng chi tiết $Q = 2,34\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$), đồ án xác định quy mô thuộc dạng sản xuất hàng loạt lớn.

Chuẩn định vị chính được sử dụng xuyên suốt tiến trình công nghệ là gì?
Chuẩn tinh thống nhất được sử dụng cho hầu hết các nguyên công tiện hạ bậc, tiện ren và mài 2 ngõng trục là hệ thống hai lỗ tâm khoan ở hai đầu mặt trục, được định vị bằng 2 mũi chống tâm (khống chế 5 bậc tự do) kết hợp kẹp chặt bằng nòng ụ động.

Các thiết bị máy công cụ chính được chỉ định trong quy trình công nghệ gồm những loại nào?
Quy trình sử dụng máy tiện ren vít vạn năng 1K62 (công suất $10\text{ kW}$), máy phay đứng 6H12$\eta$ (công suất $7\text{ kW}$) và máy mài tròn ngoài 3M150 (công suất $4\text{ kW}$).

Kết luận

Đồ án đã hoàn thành thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết trục vít Acsimet bằng thép C45 phục vụ quy mô sản xuất hàng loạt lớn với sản lượng $11.300\text{ chi tiết/năm}$. Bản thuyết minh giải quyết đầy đủ từ khâu tạo phôi dập khuôn kín, phân chia 6 nguyên công hợp lý, tính toán định lượng lượng dư giải tích, thiết lập chế độ cắt phù hợp công suất máy cắt gọt đến thiết kế đồ gá và dự toán kinh tế phôi. Kết quả tính toán cung cấp hệ thống số liệu kỹ thuật đồng bộ, đáp ứng các tiêu chuẩn dung sai lắp ghép và độ nhám bề mặt theo yêu cầu làm việc thực tế của bộ truyền trục vít.