Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành chế tạo khuôn mẫu và gia công cơ khí chính xác, chi tiết trục lòng khuôn đùn nhựa giữ vai trò chức năng trực tiếp trong việc định hình và dẫn hướng dòng polyme nóng chảy vào lòng khuôn đúc. Bản đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế hoàn chỉnh quy trình công nghệ gia công cơ khí và nhiệt luyện cho chi tiết "Trục lòng khuôn đùn nhựa" nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe về độ chính xác kích thước, vị trí tương quan và độ nhám bề mặt trong điều kiện sản xuất loạt lớn tại Việt Nam.
Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác lập cụ thể như sau:
- Phân tích chức năng làm việc, điều kiện chịu tải và tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết trục bậc.
- Đánh giá cơ tính và phân tích lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết giữa Gang xám 15-32 và Thép cacbon kết cấu C40.
- Xác định quy mô và dạng sản xuất dựa trên sản lượng hàng năm ($N_1 = 15.000\text{ sản phẩm/năm}$) cùng khối lượng chi tiết.
- Phân tích so sánh các phương pháp tạo phôi (dập, rèn tự do, đúc) để chọn phương án chế tạo phôi tối ưu.
- Thiết lập tiến trình công nghệ gia công gồm 14 nguyên công theo nguyên tắc phân tán nguyên công, chọn chuẩn định vị và phương án kẹp chặt theo nguyên tắc 6 điểm.
- Tính toán giải tích lượng dư gia công và dung sai trung gian cho bề mặt làm việc quan trọng đường kính $\varnothing 16\text{ mm}$.
- Tra cứu và tính toán thông số chế độ cắt ($t, s, v, n$), lựa chọn máy công cụ, dụng cụ cắt và kiểm tra công suất cắt cho từng nguyên công.
- Thiết kế quy trình công nghệ nhiệt luyện (tôi, ram thấp, thấm cacbon) để đạt độ cứng yêu cầu $40 - 45\text{ HRC}$.
- Xây dựng phương pháp kiểm tra sai số hình học, độ đảo, độ vuông góc, độ nhám và ren của chi tiết.
- Xác định định mức thời gian nguyên công ($T_{ct}, T_o, T_p, T_{pv}, T_{tn}$) cho các bước công nghệ điển hình.
Đối tượng nghiên cứu là chi tiết trục lòng khuôn đùn nhựa dạng trục bậc. Chi tiết có đoạn trục trụ $\varnothing 16\text{ mm}$ dài $42\text{ mm}$, đoạn côn chuyển tiếp giữa đường kính $\varnothing 29\text{ mm}$ và $\varnothing 16\text{ mm}$ có hai mặt phẳng vát đối xứng, đầu trục tiện ren $M18$, và một lỗ thông tâm dẫn nhựa đường kính $\varnothing 4\text{ mm}$ xuyên suốt chiều dài tổng thể $95\text{ mm}$.
Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ quá trình công nghệ từ khâu chế tạo phôi dập nóng, gia công cắt gọt trên các máy công cụ vạn năng truyền thống (máy tiện T620, máy phay đứng 6H11, máy khoan đứng 2H125, máy mài tròn ngoài), xử lý nhiệt luyện tổ chức tế vi đến kiểm tra chất lượng thành phẩm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án ứng dụng hệ thống cơ sở lý thuyết công nghệ chế tạo máy tiêu chuẩn kết hợp phương pháp tính toán giải tích và tra cứu thực nghiệm:
- Khung lý thuyết và tài liệu quy chuẩn: Vận dụng các nguyên lý cơ bản trong môn học Công nghệ Chế tạo máy, Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy (tập 1, 2, 3 do GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc chủ biên), và tài liệu Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy.
- Lý thuyết định vị và kẹp chặt: Ứng dụng nguyên tắc 6 điểm định vị để khống chế đủ số bậc tự do cần thiết của chi tiết dạng trục (sử dụng hai lỗ tâm, mâm cặp ba chấu tự định tâm, khối V dài, khối V ngắn kết hợp chốt tỳ chống xoay).
- Lý thuyết nhiệt luyện thép kết cấu: Áp dụng giản đồ chuyển biến pha khi nung nóng và làm nguội đẳng nhiệt/liên tục đối với thép C40, chuyển hóa tổ chức từ Peclit sang Austenit hạt mịn, tôi phân tầng hình thành Mactenxit dư và ram thấp tạo Mactenxit ram để khử ứng suất dư.
- Phương pháp tính toán lượng dư: Áp dụng phương pháp giải tích theo công thức kinh điển của Viện sĩ A.P. Sokolovski:
$$2Z_{\min} = 2 \left( Rz_{i-1} + T_{a,i-1} + \rho_{i-1} + \varepsilon_{gd} \right)$$
Trong đó đối với sơ đồ gá đặt trên hai mũi tâm thì sai số gá đặt hướng kính $\varepsilon_{gd} = 0$.
- Phương pháp xác định chế độ cắt: Tra bảng giá trị vận tốc cắt cơ sở ($V_b$) và lượng tiến dao ($s$) từ sổ tay công nghệ, sau đó hiệu chỉnh theo các hệ số $k_1$ (độ cứng vật liệu), $k_2$ (trạng thái bề mặt phôi), $k_3$ (vật liệu và tuổi bền dụng cụ cắt):
$$V_t = V_b \cdot k_1 \cdot k_2 \cdot k_3$$
- Nguồn dữ liệu: Bảng tra thông số động học máy tiện T620 ($D_{\max} = 400\text{ mm}$, công suất động cơ $7\text{ kW}$), máy phay đứng 6H11 (kích thước bàn $250 \times 1000\text{ mm}$, công suất $4,5\text{ kW}$), máy khoan đứng 2H125 (đường kính mũi khoan lớn nhất $d = 25\text{ mm}$, công suất $4,5\text{ kW}$), dụng cụ cắt hợp kim cứng T15K6, thép gió P18 và đá mài CUBO 1A1-1, 2T11.
Nội dung chính theo từng phần của đồ án
Phần I: Phân tích chức năng làm việc và tính công nghệ trong kết cấu chi tiết
Chi tiết trục lòng khuôn đùn nhựa làm việc trong điều kiện chịu tải trọng tĩnh và mômen xoắn nhỏ, tiếp xúc trực tiếp với dòng nhựa nhiệt dẻo nóng chảy qua lỗ $\varnothing 4\text{ mm}$. Do đó, các bề mặt lắp ghép đòi hỏi độ bóng cao ($Rz 25$), độ đồng tâm giữa mặt lắp ghép A và đường kính $\varnothing 29\text{ mm}$ phải đạt trong giới hạn $0,05\text{ mm}$, độ vuông góc giữa các đường tâm nằm trong khoảng $0,1/100\text{ mm}$ bán kính.
Về tính công nghệ kết cấu:
- Tỷ số độ dài trên đường kính $L/D < 10$ ($95/16 \approx 5,94$), đảm bảo trục có độ cứng vững cao, không bị võng khi tiện hoặc mài, dễ dàng đạt cấp chính xác 6 đến 7.
- Đường kính trục giảm dần về hai phía tạo điều kiện thuận lợi cho việc thoát dao và tiến dao thông suốt khi gia công cơ khí.
- Hai mặt phẳng vát trên đoạn côn cho phép gia công bằng dao phay đĩa hoặc dao phay ngón thông thường. Lỗ dẫn nhựa $\varnothing 4\text{ mm}$ nằm chính giữa tâm trục không đòi hỏi cấp chính xác vị trí tương quan quá cao.
Phần II: Đánh giá và lựa chọn vật liệu chế tạo
Tác giả so sánh hai nhóm vật liệu phổ biến để lựa chọn vật liệu tối ưu cho chi tiết:
| Tiêu chí so sánh |
Gang xám 15-32 |
Thép C40 |
| Thành phần hóa học |
C: $3 - 7%$; Si: $2 - 2,1%$ |
Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt |
| Đặc tính công nghệ |
Nhiệt độ nóng chảy thấp, độ chảy loãng tốt, giá thành rẻ |
Độ cứng cao, gia công áp lực và cắt gọt tốt |
| Cơ tính và làm việc |
Giòn, chịu va đập kém, không biến dạng dẻo được |
Chịu tải trọng tĩnh và va đập tốt, chống mài mòn cao |
Kết luận: Căn cứ vào điều kiện làm việc của trục chịu tải trọng tĩnh và yêu cầu nhiệt luyện bề mặt, vật liệu được lựa chọn chính thức là Thép C40 (có thể thay thế tương đương bằng thép C45).
Phần III: Xác định dạng sản xuất
Sản lượng chi tiết hàng năm được tính toán có xét đến tỉ lệ phế phẩm và dự trữ:
$$N = N_1 \cdot \left(1 + \alpha + \beta\right) = 15.000 \cdot \left(1 + 0,04 + 0,06\right) = 16.500\text{ chi tiết/năm}$$
Với:
- $N_1 = 15.000\text{ sản phẩm/năm}$: Sản lượng sản phẩm thiết kế;
- $\alpha = 4%$: Phần trăm chi tiết phế phẩm (khoảng $3 - 6%$);
- $\beta = 6%$: Phần trăm chi tiết chế tạo dự trữ (khoảng $5 - 7%$).
Khối lượng của chi tiết tính theo thể tích và khối lượng riêng của thép ($\gamma = 7,852\text{ kg/dm}^3$): $Q = 0,212\text{ kg}$. Dựa vào sản lượng $N = 16.500\text{ chi tiết/năm}$ và khối lượng $Q = 0,212\text{ kg}$, tra bảng phân loại quy mô sản xuất (bảng 2.6 HDTKĐACNCTM) xác định dạng sản xuất của đồ án là loạt lớn.
Phần IV: Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi
Tác giả phân tích ba phương pháp tạo phôi cho chi tiết dạng trục:
- Dập thể tích (dập nóng): Độ chính xác kích thước và độ bóng bề mặt cao, tổ chức kim loại mịn chặt, cơ tính đồng đều, năng suất cao, hệ số sử dụng vật liệu lớn. Phù hợp sản xuất loạt lớn và hàng khối.
- Rèn tự do: Thiết bị đơn giản, vốn đầu tư thấp nhưng độ chính xác kém, lượng dư gia công cắt gọt lớn, năng suất thấp, chất lượng phụ thuộc tay nghề công nhân. Phù hợp đơn chiếc, loạt nhỏ.
- Đúc: Có thể đúc được hình dạng phức tạp nhưng lượng dư lớn, dễ sinh rỗ khí, rỗ co, cơ tính kém hơn phôi biến dạng dẻo.
Kết luận: Phương pháp tạo phôi được chọn là phương pháp dập.
Phần V: Lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết
Tác giả so sánh hai phương án tổ chức nguyên công: Phương án 1 (tập trung nguyên công gồm 7 nguyên công) và Phương án 2 (phân tán nguyên công gồm 14 nguyên công). Đồ án chọn Phương án 2 (phân tán nguyên công) để chuyên môn hóa từng vị trí máy, rút ngắn nhịp sản xuất phù hợp với dạng sản xuất loạt lớn.
Chuẩn tinh được lựa chọn thống nhất cho toàn bộ quá trình gia công mặt ngoài là hai lỗ tâm (khống chế 5 bậc tự do: mũi tâm cố định khống chế 3 bậc, mũi tâm di động khống chế 2 bậc), giúp hạn chế sai số gá đặt ($\varepsilon_{gd} = 0$) và đảm bảo tính trùng chuẩn cao.
Tiến trình công nghệ gồm 14 nguyên công cụ thể:
- Nguyên công 1: Khỏa mặt đầu, tiện thô nửa trục, khoan lỗ tâm (Định vị mâm cặp 3 chấu, máy tiện T620, dao xén mặt đầu và dao tiện T15K6, mũi khoan tâm đuôi trụ $d=3\text{ mm}$).
- Nguyên công 2: Khỏa mặt đầu, tiện thô nửa trục còn lại, khoan lỗ tâm, tiện thô các đoạn $\varnothing 20$, $\varnothing 18$, $\varnothing 29\text{ mm}$ và cắt rãnh $\varnothing 14\text{ mm}$ (Máy tiện T620).
- Nguyên công 3: Tiện thô đoạn côn nối giữa $\varnothing 29$ và $\varnothing 16\text{ mm}$ (Gá 2 mũi tâm, máy tiện T620).
- Nguyên công 4: Tiện tinh nửa trục: tiện tinh $\varnothing 18\text{ mm}$, vát mép, tiện tinh $\varnothing 29\text{ mm}$ (Gá 2 mũi tâm, máy tiện T620).
- Nguyên công 5: Đảo đầu tiện tinh nửa trục còn lại: tiện tinh $\varnothing 16\text{ mm}$, vát mép (Gá 2 mũi tâm, máy tiện T620).
- Nguyên công 6: Tiện tinh đoạn côn (Gá 2 mũi tâm, máy tiện T620).
- Nguyên công 7: Phay mặt phẳng vát thứ nhất (Định vị trên khối V dài khống chế 4 bậc tự do, chốt tỳ phẳng mặt đầu khống chế bậc thứ 5, dùng chốt tỳ phụ tăng cứng vững; máy phay đứng 6H11, dao phay đĩa 3 mặt cắt $D=75\text{ mm}, B=16\text{ mm}, Z=18$ răng thép gió; gồm 2 bước: phay thô và phay tinh).
- Nguyên công 8: Phay mặt phẳng vát thứ hai đối xứng (Sơ đồ gá và chế độ cắt tương tự nguyên công 7; máy phay 6H11).
- Nguyên công 9: Khoan lỗ thông tâm $\varnothing 4\text{ mm}$, chiều dài khoan $95\text{ mm}$ (Định vị khối V ngắn khống chế 2 bậc tự do, mặt phẳng đáy 3 bậc tự do, kẹp chặt khối V di động; máy khoan đứng 2H125, mũi khoan ruột gà thép gió P18).
- Nguyên công 10: Tiện ren ngoài $M18$ (Gá 2 mũi tâm, máy tiện T620, dao tiện ren hợp kim T15K6).
- Nguyên công 11: Xử lý nhiệt luyện tổ chức chi tiết.
- Nguyên công 12: Mài nửa trục $\varnothing 16\text{ mm}$ gồm mài thô và mài tinh (Gá 2 mũi tâm, máy mài tròn ngoài công suất $7,5\text{ kW}$, đá mài CUBO 1A1-1 kích thước $D=150\text{ mm}, H=50\text{ mm}, d=40\text{ mm}$).
- Nguyên công 13: Mài nửa trục còn lại, mài thô và mài tinh đoạn côn (Đá mài 2T11 và CUBO 1A1-1).
- Nguyên công 14: Kiểm tra toàn diện kích thước, độ trụ, độ côn, độ ôvan, độ song song, độ vuông góc và chất lượng ren.
Phần VI: Tính toán lượng dư gia công bề mặt trụ $\varnothing 16\text{ mm}$
Sai lệch vị trí không gian của phôi dập được xác định từ:
- Độ lệch tâm giữa hai nửa khuôn dập: $\Delta_k = 1,5\text{ mm}$;
- Độ cong vênh của phôi: $\Delta_{cv} = 1,0\text{ mm}$ (với độ cong đơn vị $\Delta_k = 1,5\cdot 95 = 0,143\text{ mm}$);
- Dung sai của phôi: $\delta = 1,8\text{ mm}$;
- Tổng sai lệch không gian của phôi: $\rho_o = 2314\ \mu\text{m}$.
Sai lệch không gian còn lại qua các bước gia công:
- Sau tiện thô: $\rho_1 = 0,06 \cdot \rho_o = 139\ \mu\text{m}$;
- Sau tiện tinh: $\rho_2 = 0,04 \cdot \rho_o = 93\ \mu\text{m}$;
- Sau mài thô: $\rho_3 = 0,02 \cdot \rho_o = 47\ \mu\text{m}$;
- Sau mài tinh: $\rho_4 = 0\ \mu\text{m}$.
Bảng tổng hợp lượng dư, dung sai và kích thước giới hạn qua các bước công nghệ cho mặt $\varnothing 16\text{ mm}$:
| Bước công nghệ |
$Rz$ ($\mu\text{m}$) |
$T_a$ ($\mu\text{m}$) |
$\rho$ ($\mu\text{m}$) |
Lượng dư tính toán $2Z_{\min}$ ($\mu\text{m}$) |
Kích thước tính toán $d_t$ ($\text{mm}$) |
Dung sai $\delta$ ($\text{mm}$) |
Kích thước giới hạn $d_{\min}$ ($\text{mm}$) |
Kích thước giới hạn $d_{\max}$ ($\text{mm}$) |
Lượng dư giới hạn $2Z_{b\min}$ ($\mu\text{m}$) |
Lượng dư giới hạn $2Z_{b\max}$ ($\mu\text{m}$) |
| Phôi dập |
150 |
150 |
2314 |
- |
22,152 |
1,800 |
22,16 |
23,96 |
- |
- |
| Tiện thô |
50 |
50 |
139 |
$2 \times 2614 = 5228$ |
16,924 |
0,180 |
16,93 |
17,11 |
5230 |
6850 |
| Tiện tinh |
30 |
30 |
93 |
$2 \times 239 = 478$ |
16,446 |
0,070 |
16,45 |
16,52 |
480 |
590 |
| Mài thô |
10 |
20 |
47 |
$2 \times 153 = 306$ |
16,140 |
0,018 |
16,15 |
16,168 |
300 |
352 |
| Mài tinh |
5 |
15 |
0 |
$2 \times 77 = 154$ |
15,986 |
0,011 |
15,986 |
15,997 |
164 |
171 |
| Tổng cộng |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
6174 |
7963 |
Kiểm tra độ chính xác tính toán:
$$2Z_{0\max} - 2Z_{0\min} = 7,963 - 6,174 = 1,789\text{ mm} \approx \delta_{ph} - \delta_{ct} = 1,800 - 0,011 = 1,789\text{ mm}$$
Lượng dư cho các bề mặt khác: Khoan lỗ $\varnothing 4\text{ mm}$ lấy lượng dư $4\text{ mm}$; Khỏa mặt đầu lấy lượng dư $2,5\text{ mm}$.
Phần VII: Xác định chế độ cắt cho các nguyên công điển hình
Đồ án tính toán chi tiết chế độ cắt cho từng bước công nghệ:
| Nguyên công / Bước |
Dụng cụ cắt |
Chiều sâu cắt $t$ ($\text{mm}$) |
Lượng chạy dao $s$ |
Tốc độ cắt bảng $V_b$ ($\text{m/ph}$) |
Hệ số hiệu chỉnh ($k_1 \cdot k_2 \cdot k_3$) |
Tốc độ tính toán $V_t$ ($\text{m/ph}$) |
Tốc độ máy chọn $n_m$ ($\text{v/ph}$) |
Công suất cắt yêu cầu $N$ ($\text{kW}$) |
| NC1 - B1: Khỏa mặt đầu |
Dao xén mặt đầu T15K6 |
2,5 |
$0,3\text{ mm/v}$ |
75 |
$1,0 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,5$ |
37,5 |
Theo cấp máy T620 |
Đảm bảo $N < 7\text{ kW}$ |
| NC1 - B2: Tiện thô |
Dao tiện ngoài T15K6 |
2,5 |
$0,3\text{ mm/v}$ |
80 |
$1,0 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,5$ |
40,0 |
Theo cấp máy T620 |
Đảm bảo $N < 7\text{ kW}$ |
| NC1 - B3: Khoan tâm |
Mũi khoan tâm đuôi trụ |
1,0 |
$0,2\text{ mm/v}$ |
20,5 |
$1,0 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,5$ |
10,25 |
Theo cấp máy T620 |
Đảm bảo $N < 7\text{ kW}$ |
| NC2 - B5: Cắt rãnh $\varnothing 14$ |
Dao tiện rãnh T15K6 |
2,0 |
$0,14\text{ mm/v}$ |
85 |
$1,0 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,5$ |
42,5 |
Theo cấp máy T620 |
Đảm bảo $N < 7\text{ kW}$ |
| NC4 - B1: Tiện tinh $\varnothing 18$ |
Dao tiện tinh T15K6 |
0,25 |
$0,3\text{ mm/v}$ |
106 |
$1,0 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,5$ |
53,0 |
Theo cấp máy T620 |
Đảm bảo $N < 7\text{ kW}$ |
| NC7 - B1: Phay thô vát |
Dao phay đĩa thép gió $D75$ |
2,5 |
$0,1\text{ mm/răng}$ |
39 |
$0,9 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,45$ |
28,08 |
$600\text{ v/ph}$ ($V_{tt}=31$) |
$1,5\text{ kW} < 4,5\text{ kW}$ |
| NC7 - B2: Phay tinh vát |
Dao phay đĩa thép gió $D75$ |
0,5 |
$0,05\text{ mm/răng}$ |
92 |
$0,9 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,45$ |
66,24 |
$1400\text{ v/ph}$ ($V_{tt}=70,33$) |
$1,8\text{ kW} < 4,5\text{ kW}$ |
| NC9: Khoan lỗ $\varnothing 4$ |
Mũi khoan ruột gà P18 |
95 (chiều dài) |
$0,1\text{ mm/v}$ |
24 |
$0,9 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,45$ |
10,8 |
Theo máy 2H125 |
Đảm bảo $N < 4,5\text{ kW}$ |
| NC10: Tiện ren $M18$ |
Dao tiện ren T15K6 |
1,0 |
$0,04\text{ mm/v}$ |
27 |
$1,0 \cdot 0,5 \cdot 1,0 = 0,5$ |
13,5 |
Theo cấp máy T620 |
Đảm bảo $N < 7\text{ kW}$ |
| NC12 - B1: Mài thô |
Đá mài CUBO 1A1-1 |
0,17 |
$0,72\text{ m/ph}$ |
- |
$k_1=0,78; k_2=1,54$ |
- |
$n_{ct} = 50\text{ v/ph}$ |
Đảm bảo $N < 7,5\text{ kW}$ |
| NC12 - B2: Mài tinh |
Đá mài CUBO 1A1-1 |
0,0085 |
$0,81\text{ m/ph}$ |
- |
$k_1=0,9; k_2=0,204$ |
- |
$n_{ct} = 125\text{ v/ph}$ |
Đảm bảo $N < 7,5\text{ kW}$ |
Phần VIII: Quy trình nhiệt luyện, kiểm tra và định mức thời gian
- Quy trình nhiệt luyện:
- Tôi thép: Nung chi tiết đến $900 - 920^\circ\text{C}$, giữ nhiệt trong $2400\text{ s}$ (đảm bảo chuyển biến hoàn toàn thành Austenit hạt nhỏ), làm nguội nhanh trong dầu với vận tốc $V_{\text{nguội}} = 120^\circ\text{C/s}$ nhằm thu được tổ chức Mactenxit tôi.
- Ram thấp: Nung lại ở nhiệt độ $150 - 250^\circ\text{C}$ để chuyển Mactenxit tôi thành Mactenxit ram, giúp triệt tiêu ứng suất dư bên trong chi tiết mà độ cứng chỉ giảm nhẹ ($1 - 3\text{ HRC}$), đạt độ cứng ổn định $40 - 45\text{ HRC}$.
- Thấm cacbon bề mặt: Nung trong môi trường thấm ở $900 - 950^\circ\text{C}$ nhằm nâng cao độ cứng và khả năng chống mài mòn cục bộ cho các bề mặt làm việc.
- Yêu cầu kiểm tra kỹ thuật (Nguyên công 14):
- Độ ôvan của trục không vượt quá $0,012\text{ mm}$.
- Độ không song song giữa mặt phẳng phay và đường tâm trục nhỏ hơn $0,054\text{ mm}$.
- Khe hở khi kiểm tra độ côn không quá $0,02\text{ mm}$.
- Dung sai độ vuông góc giữa mặt đầu và tâm chi tiết là $0,02\text{ mm}$.
- Kiểm tra độ nhám bề mặt và dùng dưỡng calip ren chuyên dùng để kiểm tra độ ăn khớp của ren $M18$.
- Xác định thời gian nguyên công:
Thời gian nguyên công tính theo công thức:
$$T_{ct} = T_o + T_p + T_{pv} + T_{tn}$$
Trong đó: $T_o = \frac{L_1 + L_2 + L}{s \cdot n}$ (thời gian cơ bản), $T_p$ là thời gian phụ, $T_{pv}$ là thời gian phục vụ chỗ làm việc, $T_{tn} = 0,1 T_o$ là thời gian nghỉ ngơi tự nhiên.
- Ví dụ tính toán khỏa mặt đầu NC1: $T_o = 0,66\text{ phút}$.
- Ví dụ tính toán phay mặt phẳng thứ hai NC8: Phay thô với $L = 12\text{ mm}, L_1 = 7,8\text{ mm}, L_2 = 3\text{ mm} \rightarrow T_o = 0,26\text{ phút}$; Phay tinh với $L = 12\text{ mm}, L_1 = 4,7\text{ mm}, L_2 = 3\text{ mm}$.
Kết quả và đóng góp
Bản đồ án đã hoàn thành toàn bộ khối lượng thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết trục lòng khuôn đùn nhựa với các kết quả cụ thể:
- Xác định quy mô sản xuất là loạt lớn dựa trên sản lượng $16.500\text{ chi tiết/năm}$ và khối lượng phôi $0,212\text{ kg}$, làm cơ sở kinh tế - kỹ thuật cho việc áp dụng phương pháp dập phôi và phân tán nguyên công.
- Lập bảng tính toán giải tích lượng dư chi tiết cho bề mặt trụ $\varnothing 16\text{ mm}$, khống chế lượng dư tổng cộng từ phôi dập ($\varnothing 22,152\text{ mm}$) đến mài tinh ($\varnothing 15,986\text{ mm}$) với $2Z_{0\max} = 7,963\text{ mm}$ và $2Z_{0\min} = 6,174\text{ mm}$, đảm bảo sai số tính toán khớp với dung sai phôi và chi tiết ($1,789\text{ mm}$).
- Xác lập tiến trình công nghệ 14 nguyên công rõ ràng, tối ưu hóa sơ đồ định vị 6 điểm bằng chuẩn tinh thống nhất là hai lỗ tâm cho các nguyên công tiện, mài, tiện ren; khối V định vị cho nguyên công phay và khoan.
- Hoàn thiện chế độ cắt cho 14 nguyên công với các thông số dao cắt hợp kim T15K6, thép gió P18 và đá mài CUBO 1A1-1, kiểm tra công suất cắt đều nằm trong phạm vi công suất hữu ích của máy công cụ (máy T620, 6H11, 2H125).
- Thiết lập chế độ nhiệt luyện hoàn chỉnh (tôi dầu $900 - 920^\circ\text{C}$, ram thấp $150 - 250^\circ\text{C}$, thấm C $900 - 950^\circ\text{C}$) đảm bảo cơ tính đạt $40 - 45\text{ HRC}$ mà không làm biến dạng phá hủy chi tiết.
Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc xây dựng một bộ tài liệu công nghệ gia công chi tiết dạng trục bậc có kết cấu phức tạp (kết hợp mặt côn, mặt vát, lỗ sâu $\varnothing 4\text{ mm}$ dài $95\text{ mm}$ và ren ngoài) đạt tính khả thi cao khi ứng dụng vào dây chuyền sản xuất cơ khí vừa và nhỏ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế trong văn bản:
- Tiến trình công nghệ được xây dựng hoàn toàn dựa trên các máy công cụ vạn năng truyền thống (tiện T620, phay 6H11, khoan 2H125) với 14 nguyên công phân tán, dẫn đến số lần chuyển gá và chi phí nhân công vận hành cao.
- Phần tính toán thời gian nguyên công ($T_{ct}$) trong văn bản mới chỉ thực hiện mẫu cho một số bước công nghệ (khỏa mặt đầu nguyên công 1, phay mặt phẳng nguyên công 8), chưa tổng hợp bảng định mức thời gian toàn phần cho 14 nguyên công.
- Các thông số nhiệt luyện dừng lại ở mức thông số chế độ công nghệ nung - giữ nhiệt - làm nguội, chưa có số liệu kiểm tra cơ tính vi cấu trúc sau thực nghiệm.
- Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Nghiên cứu chuyển đổi tiến trình công nghệ sang trung tâm gia công tiện - phay CNC nhằm tập trung nguyên công, giảm số lần gá đặt và nâng cao độ chính xác vị trí tương quan.
- Thiết kế đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoan lỗ sâu $\varnothing 4\text{ mm}$ và phay hai mặt phẳng vát để rút ngắn thời gian phụ $T_p$.
- Tính toán hoàn thiện định mức kinh tế kỹ thuật và giá thành sản phẩm cho toàn bộ quy trình sản xuất.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án này là nguồn tư liệu hữu ích cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trực tiếp 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 trục bậc.
- Kỹ sư công nghệ tại các xưởng cơ khí chế tạo: Tham khảo phương pháp tính toán giải tích lượng dư, tra cứu chế độ cắt và quy trình nhiệt luyện thép C40 cho các chi tiết trục làm việc trong khuôn mẫu hoặc cụm dẫn động.
- Phần giá trị nhất của đồ án: Bảng tính toán lượng dư giải tích chi tiết cho bề mặt trụ $\varnothing 16\text{ mm}$ (Phần VI) và quy trình thiết lập chuẩn tinh thống nhất trên hai mũi tâm kết hợp sơ đồ gá đặt trên khối V định vị.
Câu hỏi thường gặp
1. Dạng sản xuất của chi tiết trục lòng khuôn đùn nhựa được xác định như thế nào trong đồ án?
Dạng sản xuất được xác định là loạt lớn, căn cứ vào sản lượng hàng năm tính toán $N = 16.500\text{ chi tiết/năm}$ (tính từ sản lượng kế hoạch $15.000$ chiếc/năm với $4%$ phế phẩm và $6%$ dự trữ) và khối lượng chi tiết $Q = 0,212\text{ kg}$, đối chiếu theo bảng phân loại dạng sản xuất trong Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy.
2. Vì sao tác giả chọn phương pháp chế tạo phôi bằng dập nóng thay vì rèn tự do hay đúc?
Phương pháp dập nóng được chọn vì phù hợp với quy mô sản xuất loạt lớn, tạo ra phôi có độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao hơn rèn tự do, tổ chức thớ kim loại liên tục giúp tăng cơ tính chịu tải, hệ số sử dụng vật liệu cao và giảm đáng kể lượng dư gia công cắt gọt so với đúc.
3. Chuẩn tinh thống nhất được chọn cho quy trình gia công chi tiết là gì và khống chế bao nhiêu bậc tự do?
Chuẩn tinh thống nhất được chọn là hai lỗ tâm ở hai đầu trục. Khi gá đặt trên hai mũi tâm, sơ đồ định vị khống chế 5 bậc tự do (mũi tâm cố định khống chế 3 bậc, mũi tâm di động khống chế 2 bậc), giúp triệt tiêu sai số gá đặt hướng kính ($\varepsilon_{gd} = 0$) và đảm bảo độ đồng tâm cao giữa các bề mặt trụ ngoài qua nhiều lần chuyển nguyên công.
4. Bề mặt lắp ghép $\varnothing 16\text{ mm}$ có lượng dư gia công tổng cộng là bao nhiêu qua các bước?
Bề mặt $\varnothing 16\text{ mm}$ được gia công qua 4 bước: tiện thô, tiện tinh, mài thô và mài tinh. Tổng lượng dư gia công lớn nhất là $2Z_{0\max} = 7,963\text{ mm}$ và tổng lượng dư nhỏ nhất là $2Z_{0\min} = 6,174\text{ mm}$ (với đường kính phôi dập danh nghĩa ban đầu là $22,152\text{ mm}$ và kích thước sau mài tinh là $15,986\text{ mm}$).
5. Quy trình nhiệt luyện chi tiết gồm những công đoạn nào để đạt độ cứng 40 - 45 HRC?
Quy trình nhiệt luyện gồm ba công đoạn: Tôi thép ở nhiệt độ $900 - 920^\circ\text{C}$, giữ nhiệt $2400\text{ s}$ rồi làm nguội trong dầu ($V_{\text{nguội}} = 120^\circ\text{C/s}$) để đạt tổ chức Mactenxit; Ram thấp ở nhiệt độ $150 - 250^\circ\text{C}$ để chuyển thành Mactenxit ram nhằm khử ứng suất dư mà vẫn giữ độ cứng $40 - 45\text{ HRC}$; và Thấm cacbon bề mặt ở nhiệt độ $900 - 950^\circ\text{C}$ để tăng độ chống mài mòn.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết trục lòng khuôn đùn nhựa bằng thép C40 cho quy mô sản xuất loạt lớn $16.500\text{ chi tiết/năm}$. Thông qua việc thiết lập 14 nguyên công phân tán hợp lý, tính toán giải tích lượng dư chính xác cho bề mặt $\varnothing 16\text{ mm}$ và xác định chế độ cắt, quy trình nhiệt luyện tôi - ram tối ưu, đồ án đảm bảo đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật về độ chính xác gia công và cơ tính làm việc của chi tiết. Đây là công trình thiết kế cơ khí có phương pháp luận chặt chẽ, số liệu tra cứu rõ ràng và mang giá trị tham khảo thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành công nghệ chế tạo máy.
