Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành cơ khí chế tạo máy, việc thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí đóng vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và giá thành sản xuất. Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy của sinh viên Lê Quang Nghĩa (MSSV: 20081863), dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Luyến, tập trung giải quyết bài toán thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết tay biên (thanh truyền) động cơ đốt trong.
1. Lý do chọn đề tài và bối cảnh kỹ thuật
Tay biên là chi tiết trung gian quan trọng trong cụm chuyển động của động cơ đốt trong (bao gồm trục khuỷu, tay biên, nắp tay biên và piston). Chi tiết thực hiện chuyển động song phẳng phức tạp, có chức năng biến chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu. Do làm việc trong điều kiện khắc nghiệt—luôn chịu ứng suất chu kỳ thay đổi, lực kéo nén tuần hoàn, va đập mạnh và lực quán tính ly tâm lớn—kết cấu tay biên đòi hỏi độ bền mỏi cao, độ cứng vững tốt, trọng lượng cân đối và độ chính xác hình học nghiêm ngặt giữa các bề mặt làm việc.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Đồ án đặt ra các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể theo tiến trình thiết kế công nghệ cơ khí:
- Phân tích chức năng làm việc, điều kiện làm việc và tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết tay biên.
- Xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng hàng năm và khối lượng chi tiết để lựa chọn phương thức sản xuất phù hợp.
- Phân tích, so sánh các phương án chế tạo phôi và chọn phương án tối ưu kỹ thuật - kinh tế.
- Lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết, xác định hệ thống chuẩn định vị (chuẩn thô, chuẩn tinh chính, chuẩn tinh phụ) và thiết kế chi tiết 15 nguyên công công nghệ.
- Tính toán lượng dư gia công theo phương pháp phân tích giải tích cho bề mặt lỗ cơ bản $\phi 80^{+0,02}\text{ mm}$ và tra lượng dư cho các bề mặt còn lại.
- Tính toán chế độ cắt giải tích cho nguyên công khoan lỗ dầu $\phi 8\text{ mm}$, kiểm tra công suất máy và tra bảng chế độ cắt cho toàn bộ các nguyên công.
- Tính toán thời gian gia công và thiết kế đồ gá chuyên dùng phục vụ nguyên công khoan lỗ dầu $\phi 8\text{ mm}$.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Chi tiết tay biên động cơ đốt trong thuộc họ chi tiết dạng càng, có kết cấu hai lỗ cơ bản ($\phi 45\text{ mm}$ và $\phi 80\text{ mm}$) nối liền bởi thân có gân chịu lực.
- Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ chu trình công nghệ từ khâu chuẩn bị phôi định hình, dập nóng tạo phôi, gia công cắt gọt trên hệ thống máy công cụ truyền thống (máy phay, máy khoan, máy tiện) đến khâu cân bằng trọng lượng và tổng kiểm tra sản phẩm trong điều kiện sản xuất hàng loạt lớn.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
1. Khung lý thuyết và tài liệu quy chuẩn
Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết công nghệ chế tạo máy và cơ khí chính xác:
- Lý thuyết định vị và kẹp chặt: Nguyên lý hạn chế 6 bậc tự do của vật thể rắn trong không gian khi gá đặt trên máy công cụ; quy tắc chọn chuẩn thô đảm bảo tính đối xứng của phôi và quy tắc chọn chuẩn tinh thống nhất.
- Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại: Cơ sở tính toán công nghệ dập nóng kim loại thể tích cho chi tiết dạng càng có gân chịu lực.
- Lý thuyết tính lượng dư gia công cơ khí: Phương pháp phân tích giải tích xác định lượng dư trung gian và lượng dư giới hạn theo mô hình chiều cao nhấp nhô tế vi ($R_z$), chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt ($T_i$), sai lệch vị trí không gian ($\rho_i$) và sai số gá đặt ($\varepsilon_i$).
- Hệ thống tài liệu quy chuẩn: Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy (Tập 1 và Tập 2) do GS.TS. Trần Văn Địch chủ biên; Hướng dẫn Thiết kế Đồ án Công nghệ Chế tạo máy.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích kết cấu - chức năng: Đánh giá tính công nghệ của tay biên, kiểm tra khả năng tiếp cận của dụng cụ cắt, tính đối xứng của kết cấu và điều kiện gia công các bề mặt lắp ghép.
- Phương pháp so sánh kỹ thuật - kinh tế: Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp tạo phôi (đúc, rèn tự do, dập nóng) để lựa chọn phương án chế tạo phôi tối ưu cho sản lượng hàng loạt lớn.
- Phương pháp tính toán giải tích: Thiết lập công thức toán học và phương trình động học cắt gọt để tính toán các thông số công nghệ: chiều sâu cắt ($t$), lượng chạy dao ($s$), tốc độ cắt ($v$), lực cắt ($P_z$), mômen xoắn ($M_x$) và công suất cắt ($N_e$).
- Phương pháp thực nghiệm tra cứu và chuẩn hóa: Sử dụng các bảng tra tiêu chuẩn công nghiệp cơ khí để xác định thông số chế độ cắt, kích thước hình học dao cắt (thép gió P18), đặc tính kỹ thuật máy công cụ (6H82, 2A125, 2B55, 1K62, 2H175) và dung sai lắp ghép.
Nội dung chính theo từng phần của đồ án
Phần I: Phân tích chức năng làm việc của chi tiết
Tác giả phân tích chi tiết tay biên thuộc họ chi tiết dạng càng, có hai lỗ cơ bản song song được liên kết bởi thân có gân chịu lực. Bề mặt làm việc chính bao gồm hai lỗ trụ trong $\phi 45\text{ mm}$ (lắp với chốt piston), $\phi 80\text{ mm}$ (lắp với cổ trục khuỷu), các mặt đầu, rãnh then và hệ thống lỗ dẫn dầu bôi trơn.
Để đáp ứng điều kiện làm việc chịu tải trọng động và lực kéo nén tuần hoàn lớn, vật liệu được lựa chọn là thép kết cấu C45 qua nhiệt luyện. Thành phần hóa học của thép C45 trong tài liệu được xác định cụ thể:
| Thành phần hóa học | C (%) | Si (%) | Mn (%) | S (%) | P (%) | Ni (%) | Cr (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hàm lượng quy chuẩn | 0,40 | 0,17 | 0,17 – 0,37 | 0,50 – 0,80 | 0,045 | 0,03 | 0,03 |
Phần II: Phân tích tính công nghệ trong kết cấu
Phân tích hình học và công nghệ xác nhận kết cấu tay biên thỏa mãn các yêu cầu công nghệ gia công cơ khí:
- Độ cứng vững của thân tay biên đủ lớn, không bị biến dạng khi kẹp chặt và cắt gọt.
- Mặt đầu của tay biên nằm trên hai mặt phẳng song song đối xứng, thuận lợi cho việc phay đồng thời hai mặt bên.
- Lỗ đầu to $\phi 80\text{ mm}$ được cắt rời thành hai nửa (thân và nắp) để thuận tiện cho việc lắp ráp với cổ trục khuỷu thông qua liên kết bu-lông và hai chốt định vị.
- Các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt: khoảng cách giữa hai tâm lỗ đảm bảo độ chính xác thiết kế; độ không song song của hai tâm lỗ không vượt quá $0,1\text{ mm}$; độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ và mặt đầu không vượt quá $0,05\text{ mm}$.
- Kết cấu được bổ sung 3 vấu tỳ phụ làm chuẩn tinh phụ phục vụ quá trình định vị xuyên suốt chu trình gia công và hỗ trợ cân bằng trọng lượng.
Phần III: Xác định dạng sản xuất
Dạng sản xuất được xác định dựa trên sản lượng hàng năm ($N$) và khối lượng của chi tiết ($Q_1$). Khối lượng chi tiết được tính toán theo thể tích ($V$) và trọng lượng riêng của thép ($\gamma = 7,852\text{ kg/dm}^3$), đạt trị số $Q_1 = 2,49\text{ kg}$. Tra bảng phân loại dạng sản xuất, tác giả xác định quy mô sản xuất của chi tiết là Sản xuất hàng loạt lớn, định hướng xây dựng quy trình công nghệ trên các máy vạn năng kết hợp đồ gá chuyên dùng.
Phần IV: Chọn phương án chế tạo phôi
Tác giả tiến hành so sánh kỹ thuật ba phương án tạo phôi cơ bản:
- Phương pháp đúc: Tạo được hình dáng phức tạp nhưng cơ tính vật liệu không cao, độ chính xác và năng suất thấp, không phù hợp với chi tiết chịu tải lớn bằng thép C45.
- Phương pháp rèn tự do: Thiết bị đơn giản, tính linh hoạt cao, cơ tính tốt nhưng độ chính xác kích thước thấp, lượng dư lớn, phụ thuộc tay nghề công nhân, chỉ thích hợp cho sản xuất đơn chiếc.
- Phương pháp dập nóng: Phôi có cơ tính đồng đều, tổ chức kim loại mịn chặt, các gân gờ chịu lực tốt, năng suất cao, không phụ thuộc tay nghề công nhân; nhược điểm là chi phí chế tạo khuôn dập cao.
Tác giả chọn phương án Dập nóng trên phôi cán định hình cắt từ máy cưa, thực hiện qua hai bước:
- Dập lần 1: Tạo hình dáng sơ bộ của chi tiết, lượng dư còn nhiều.
- Dập lần 2: Đảm bảo kích thước, vị trí tương quan chính xác và hạn chế bavia thừa.
Phần V: Chọn tiến trình gia công và thiết kế nguyên công
Quy trình công nghệ chế tạo tay biên được xây dựng gồm 15 nguyên công cụ thể, sử dụng chuẩn thô là thân tay biên và chuẩn tinh là mặt đầu kết hợp lỗ $\phi 45\text{ mm}$ cùng 3 vấu tỳ phụ:
| Nguyên công | Nội dung nguyên công | Thiết bị gia công | Dụng cụ cắt | Chuẩn định vị & Bậc tự do |
|---|---|---|---|---|
| I | Phay 2 mặt đầu đạt kích thước $53\text{ mm}$ | Máy phay nằm ngang 6H82 | 2 dao phay đĩa 3 mặt răng thép gió P18 ($D=250$) | Ê-tô tự định tâm khống chế 6 bậc tự do |
| II | Phay 3 vấu tỳ làm chuẩn tinh phụ | Máy phay nằm ngang 6H82 | 3 dao phay đĩa 3 mặt thép gió P18 ($D=50, 80, 160$) | Mặt đầu (3 bậc) + chốt côn tự lựa lỗ $\phi 41$ (2 bậc) + chốt tỳ (1 bậc) |
| III | Khoét – Doa lỗ $\phi 45\text{ mm}$ | Máy khoan đứng 2A135 / 2H125 | Mũi khoét răng chắp $D=44$ và mũi doa thép gió | Mặt đầu (2 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| IV | Phay 2 mặt tiếp ráp (thân và nắp) | Máy phay nằm ngang 6H82 | Bộ dao phay đĩa 3 mặt ($D=40, 50$) | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| V | Khoan 2 lỗ $\phi 8,5\text{ mm}$ | Máy khoan cần 2B55 | Mũi khoan ruột gà thép gió $d=8,5\text{ mm}$ | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| VI | Ta-rô 2 lỗ $\phi 8,5\text{ mm}$ thành ren M10 | Máy khoan cần 2B55 | Mũi ta-rô thép gió M10 | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| VII | Lắp thân với nắp, khoan 2 lỗ định vị $\phi 6\text{ mm}$ | Máy khoan cần 2B55 | Mũi khoan ruột gà thép gió $d=6\text{ mm}$ | Kẹp chặt bu-lông; Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ (3 bậc) |
| VIII | Khoét – Doa lỗ $\phi 80\text{ mm}$ | Máy tiện 1K62 | Dao tiện lỗ thép gió ($H=20, B=20$) | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| IX | Vát mép lỗ $\phi 80\text{ mm}$ | Máy khoan đứng 2H175 | Dao vát mép thép gió $D=85\text{ mm}$ | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| X | Phay rãnh then của lỗ $\phi 80\text{ mm}$ | Máy phay nằm ngang 6H82 | Dao phay rãnh then đáy quạt $28 \times 8$ | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| XI | Khoan 2 lỗ dẫn dầu $\phi 8\text{ mm}$ đầu nhỏ | Máy khoan đứng 2H125 | Mũi khoan ruột gà thép gió $d=8\text{ mm}$ | Mặt đầu (3 bậc) + chốt trụ lỗ $\phi 45$ (2 bậc) + chốt trám lỗ $\phi 80$ (1 bậc) |
| XII | Phay hạ bậc đầu nhỏ đạt kích thước $40\text{ mm}$ | Máy phay nằm ngang 6H82 | 2 dao phay đĩa 3 mặt răng ($D=250$) | Mặt đầu lỗ 80 (3 bậc) + chốt chống xoay; ê-tô tự định tâm |
| XIII | Vát mép lỗ $\phi 45\text{ mm}$ | Máy khoan đứng 2A135 | Dao vát mép thép gió $D=45\text{ mm}$ | Mặt đầu (3 bậc) + 3 vấu tỳ phụ (3 bậc) |
| XIV | Cân bằng trọng lượng | Máy cân bằng trọng lượng | Cắt gọt hiệu chỉnh | Gá đặt kiểm tra; cắt bỏ phần dư tại vấu chuẩn tinh phụ |
| XV | Tổng kiểm tra | Bàn máp, đồng hồ so | Dụng cụ đo chuyên dùng | Đo độ song song hai mặt đầu, độ vuông góc tâm lỗ |
Phần VI: Tính toán lượng dư gia công lỗ $\phi 80^{+0,02}\text{ mm}$
Tác giả áp dụng phương pháp phân tích giải tích để tính toán lượng dư cho bề mặt trụ trong lỗ $\phi 80^{+0,02}\text{ mm}$ qua hai bước công nghệ khoét và doa trên máy tiện 1K62. Công thức cơ bản:
$$2Z_{\min} = 2 \left( R_{za} + T_i + \sqrt{\rho_i^2 + \varepsilon_i^2} \right)$$
Các thông số thành phần và kết quả tính toán được tổng hợp trong bảng:
| Bước công nghệ | $R_z$ ($\mu\text{m}$) | $T_i$ ($\mu\text{m}$) | $\rho$ ($\mu\text{m}$) | $\varepsilon$ ($\mu\text{m}$) | $2Z_{\min}$ tính toán ($\mu\text{m}$) | Dung sai $\delta$ ($\mu\text{m}$) | Kích thước giới hạn Max/Min (mm) | Lượng dư giới hạn $2Z_{\max} / 2Z_{\min}$ ($\mu\text{m}$) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Phôi dập | 150 | 150 | 143 | — | — | 400 | 78,42 / 78,02 | — |
| Khoét | 50 | 50 | 7,15 | 50 | 1360 | 120 | 79,78 / 79,66 | 1640 / 1360 |
| Doa | — | — | — | — | 240 | 50 | 80,02 / 79,97 | 310 / 238 |
| Tổng cộng | — | — | — | — | — | — | — | 1950 / 1600 |
Kiểm tra độ chính xác tính toán lượng dư:
- Chênh lệch lượng dư tổng cộng: $T_{z1} = 2Z_{0\max} - 2Z_{0\min} = 1950 - 1600 = 350\ \mu\text{m}$.
- Chênh lệch dung sai: $\delta_{\text{phôi}} - \delta_{\text{doa}} = 400 - 50 = 350\ \mu\text{m}$.
- Kết quả $T_{z1} = \delta_{\text{phôi}} - \delta_{\text{doa}} = 350\ \mu\text{m}$ khẳng định quá trình tính toán hoàn toàn chính xác.
Phần VII: Tính toán chế độ cắt cho nguyên công XI
Tiến hành tính toán giải tích chế độ cắt khi gia công lỗ dầu $\phi 8\text{ mm}$ trên máy khoan 2H125:
- Chiều sâu cắt: $t = 8\text{ mm}$.
- Lượng chạy dao: $s = 0,18\text{ mm/vòng}$.
- Vận tốc cắt tính toán: $V_t = 20,1\text{ m/phút}$, quy đổi ra số vòng quay tính toán $n_{\text{tt}} = 791,4\text{ vòng/phút}$, chọn theo cấp tốc độ máy $n_{\text{máy}} = 800\text{ vòng/phút}$.
- Công suất cắt tính toán: $N_e = 0,39\text{ kW}$.
- So sánh công suất: $N_e = 0,39\text{ kW} < N_{\text{động cơ}} \cdot \eta = 2,8 \cdot 0,85 = 2,38\text{ kW}$. Động cơ máy khoan 2H125 đảm bảo đủ công suất gia công an toàn.
Thiết kế và triển khai hệ thống công nghệ
Trong khuôn khổ đồ án thiết kế cơ khí, phần triển khai công nghệ tập trung vào việc xác lập kết cấu đồ gá chuyên dùng cho nguyên công XI (khoan 2 lỗ dẫn dầu $\phi 8\text{ mm}$ tại đầu nhỏ tay biên):
1. Sơ đồ nguyên lý định vị và kẹp chặt
- Định vị 6 bậc tự do:
- Mặt đầu của tay biên tỳ lên phiến tỳ phẳng cố định, khống chế 3 bậc tự do (1 tịnh tiến theo trục Oz, 2 xoay quanh trục Ox và Oy).
- Một chốt trụ ngắn định vị vào lỗ $\phi 45\text{ mm}$ đã gia công tinh, khống chế 2 bậc tự do tịnh tiến (theo trục Ox và Oy).
- Một chốt trám định vị vào lỗ $\phi 80\text{ mm}$, khống chế 1 bậc tự do xoay quanh trục tâm lỗ $\phi 45\text{ mm}$.
- Cơ cấu kẹp chặt: Sử dụng cơ cấu kẹp ren vít - đai ốc kết hợp đòn kẹp liên động. Phương của lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị chính, đặt trực tiếp lên phần kim loại cứng vững gần lỗ gia công để hạn chế biến dạng đàn hồi của tay biên trong suốt quá trình khoan.
2. Dẫn hướng dụng cụ cắt
- Trang bị bạc dẫn hướng khoan tiêu chuẩn lắp trên phiến dẫn của đồ gá, đảm bảo tâm mũi khoan đi thẳng, không bị lệch hướng khi tiếp xúc với bề mặt trụ nghiêng của đầu nhỏ tay biên.
- Sử dụng mũi khoan tâm để lấy dấu trước khi đưa mũi khoan ruột gà $d=8\text{ mm}$ vào cắt gọt.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả kỹ thuật đạt được
- Thiết lập hoàn chỉnh bộ tiến trình công nghệ 15 nguyên công gia công cơ khí cho chi tiết tay biên động cơ đốt trong, phân định rõ ràng giữa các giai đoạn gia công thô, gia công tinh và kiểm tra.
- Xác định phương án chế tạo phôi bằng dập nóng 2 lần từ phôi cán định hình, giúp nâng cao độ đồng đều cơ tính và tiết kiệm kim loại so với phương pháp rèn tự do.
- Tính toán chính xác lượng dư trung gian và giới hạn cho nguyên công khoét - doa lỗ $\phi 80^{+0,02}\text{ mm}$, tối ưu hóa chiều dày lớp kim loại cần cắt bỏ ($2Z_{\min} = 1600\ \mu\text{m}$, $2Z_{\max} = 1950\ \mu\text{m}$).
- Kiểm nghiệm động lực học cắt gọt nguyên công khoan lỗ dầu $\phi 8\text{ mm}$, chứng minh chế độ cắt ($s = 0,18\text{ mm/vòng}, v = 20,1\text{ m/phút}, N_e = 0,39\text{ kW}$) hoàn toàn phù hợp với công suất máy khoan đứng 2H125.
2. Đóng góp về giải pháp công nghệ
- Đề xuất giải pháp sử dụng hệ thống 3 vấu tỳ phụ làm chuẩn tinh phụ thống nhất. Giải pháp này khắc phục nhược điểm thiếu điểm tỳ định vị của chi tiết dạng càng mỏng, đảm bảo độ chính xác vị trí tương quan giữa hai tâm lỗ ($\le 0,1\text{ mm}$) và độ không vuông góc mặt đầu ($\le 0,05\text{ mm}$).
- Kết hợp nguyên công cân bằng trọng lượng (nguyên công XIV) bằng cách cắt gọt trực tiếp phần kim loại dư tại các vấu chuẩn tinh phụ, đáp ứng yêu cầu triệt tiêu lực quán tính ly tâm khi tay biên làm việc ở vận tốc cao.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
1. Hạn chế
- Toàn bộ tiến trình công nghệ được xây dựng trên hệ thống máy công cụ vạn năng truyền thống (6H82, 2A125, 2B55, 1K62), đòi hỏi số lượng nguyên công phân tán (15 nguyên công) và nhiều lần gá đặt, dễ phát sinh sai số tích lũy do thay đổi chuẩn định vị.
- Đồ gá thiết kế sử dụng cơ cấu kẹp ren vít thủ công, năng suất kẹp chặt chưa tối ưu cho sản xuất hàng khối tự động hóa.
- Đồ án chưa thực hiện mô phỏng ứng suất biến dạng của tay biên dưới tác dụng của lực kẹp và lực cắt trên phần mềm kỹ thuật (CAE).
2. Hướng nghiên cứu tiếp
- Nghiên cứu tập trung nguyên công trên các trung tâm gia công CNC nhiều trục (phay - khoan - khoét - taro tích hợp) nhằm giảm số lần gá đặt và tăng độ chính xác gia công.
- Ứng dụng hệ thống kẹp chặt thủy lực hoặc khí nén tự động đồng bộ trên đồ gá chuyên dùng để rút ngắn thời gian phụ.
- Ứng dụng phần mềm CAD/CAM/CAE (như NX, Mastercam, ANSYS) để mô phỏng đường chạy dao, kiểm tra va chạm và đánh giá ứng suất dư sau gia công nhiệt luyện.
Giá trị tham khảo
Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy: Tham khảo cấu trúc hoàn chỉnh của một đồ án công nghệ chế tạo máy, phương pháp lập bảng tiến trình nguyên công, phương pháp phân tích giải tích lượng dư và cách tra cứu số liệu công nghệ từ sổ tay chuyên ngành.
- Kỹ sư công nghệ cơ khí tại các nhà máy chế tạo phụ tùng động cơ: Tham khảo giải pháp thiết kế chuẩn tinh phụ (vấu tỳ) và sơ đồ gá đặt gia công các chi tiết dạng càng phức tạp có độ cứng vững thấp.
Câu hỏi thường gặp
1. Chi tiết tay biên trong đồ án được chế tạo từ mác vật liệu nào và thành phần hóa học ra sao?
Chi tiết tay biên được chế tạo từ mác thép C45 nhiệt luyện, có khối lượng $2,49\text{ kg}$ và trọng lượng riêng $\gamma = 7,852\text{ kg/dm}^3$. Thành phần hóa học quy chuẩn gồm: Carbon (C) 0,40%; Silic (Si) 0,17%; Mangan (Mn) 0,17–0,37% (hoặc 0,50–0,80% theo chuẩn nhóm); Lưu huỳnh (S) 0,045%; Photpho (P) 0,03%; Niken (Ni) 0,03% và Crom (Cr) 0,03%.
2. Vì sao tác giả lựa chọn phương pháp dập nóng thay vì đúc hoặc rèn tự do?
Tác giả chọn dập nóng vì phương pháp này tạo ra phôi có tổ chức kim loại mịn, thớ kim loại liên tục theo biên dạng, cơ tính đồng đều, gân chịu lực tốt, năng suất cao và chất lượng không phụ thuộc vào tay nghề công nhân. Ngược lại, phương pháp đúc cho cơ tính thấp không đáp ứng tải trọng động của tay biên, còn rèn tự do có độ chính xác hình dạng kém, lượng dư lớn và chỉ phù hợp sản xuất đơn chiếc.
3. Hệ thống 3 vấu tỳ phụ có vai trò gì trong suốt tiến trình gia công?
Do kết cấu tay biên có độ cứng vững thấp và bề mặt phức tạp, 3 vấu tỳ được tạo ra để làm chuẩn tinh phụ (hạn chế 3 bậc tự do) từ nguyên công II. Chuẩn tinh phụ này kết hợp với mặt đầu (chuẩn tinh chính) giúp cố định chi tiết vững chắc trong các nguyên công khoét, doa, phay tiếp ráp, khoan ren. Đến nguyên công XIV, các vấu tỳ này còn đóng vai trò là vị trí hớt bỏ kim loại thừa để cân bằng trọng lượng tay biên.
4. Sơ đồ định vị của nguyên công XI (khoan lỗ dẫn dầu $\phi 8\text{ mm}$) được bố trí như thế nào?
Chi tiết được định vị đủ 6 bậc tự do:
- Mặt đáy tỳ lên phiến phẳng hạn chế 3 bậc tự do.
- Một chốt trụ ngắn lắp vào lỗ $\phi 45\text{ mm}$ đầu nhỏ hạn chế 2 bậc tự do.
- Một chốt trám lắp vào lỗ $\phi 80\text{ mm}$ đầu to hạn chế 1 bậc tự do chống xoay.
5. Kết quả kiểm tra công suất cắt của nguyên công XI trên máy khoan 2H125 cho kết quả thế nào?
Tính toán động lực học cho thấy mômen xoắn và lực cắt tạo ra công suất cắt yêu cầu là $N_e = 0,39\text{ kW}$. Giá trị này nhỏ hơn rất nhiều so với công suất hữu ích của động cơ máy khoan 2H125 ($N_{\text{máy}} \cdot \eta = 2,8 \cdot 0,85 = 2,38\text{ kW}$), chứng minh chế độ cắt đã chọn ($s = 0,18\text{ mm/vòng}, v = 20,1\text{ m/phút}, n = 800\text{ vòng/phút}$) hoàn toàn an toàn và khả thi trên thiết bị.
Kết luận
Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy của sinh viên Lê Quang Nghĩa đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết tay biên động cơ đốt trong quy mô sản xuất hàng loạt lớn. Nghiên cứu đề xuất hợp lý phương án tạo phôi dập nóng 2 lần, xây dựng tiến trình 15 nguyên công với hệ thống chuẩn tinh phụ dạng vấu tỳ độc đáo, đồng thời thực hiện đầy đủ các tính toán giải tích lượng dư và chế độ cắt theo đúng quy chuẩn kỹ thuật. Kết quả thiết kế đồ gá nguyên công khoan lỗ dầu $\phi 8\text{ mm}$ cung cấp giải pháp gá đặt tin cậy, góp phần hoàn thiện tài liệu học thuật chuyên ngành cơ khí chế tạo máy.