Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy I: Thiết kế quy trình công nghệ gia công bạc đỡ

Dự án Công nghệ chế tạo máy: gia công bạc đỡ (full) áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho giai đoạn 2020-2025

• Người hướng dẫn: Trưởng bộ môn
• Trường học: Khoa Cơ Khí
• Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo Máy
• Đề tài: Đồ án Công nghệ Chế tạo máy: Gia công Bạc đỡ (Full)
• Loại tài liệu: đề án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Xác định dạng sản xuất và phân tích chi tiết gia công bạc đỡ

Gia công bạc đỡ là một công việc quan trọng trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy. Với sản lượng 3000 sản phẩm/năm, việc xác định dạng sản xuất là bước đầu tiên và quyết định toàn bộ quy trình công nghệ. Dạng sản xuất được phân loại dựa trên khối lượng chi tiết, số loại sản phẩm và tính chất công việc. Trong trường hợp này, gia công bạc đỡ thuộc sản xuất loạt vừa, đòi hỏi phải thiết kế một quy trình công nghệ hợp lý để tối ưu hóa chi phí và thời gian sản xuất. Phân tích chi tiết gia công bao gồm đánh giá yêu cầu kỹ thuật, vật liệu chế tạo và tính công nghệ của chi tiết để lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất.

1.1. Mô hình hóa và xác định khối lượng chi tiết

Bạc đỡ là một chi tiết cơ khí có độ phức tạp vừa phải với nhiều bề mặt cần gia công. Từ bản vẽ chi tiết, chúng ta xác định khối lượng thô ban đầu và các yêu cầu về độ chính xác. Mô hình hóa chi tiết giúp hiểu rõ hình dạng, kích thước và vị trí tương đối của các bề mặt cần gia công, từ đó lập kế hoạch gia công hiệu quả.

1.2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và vật liệu

Yêu cầu kỹ thuật của bạc đỡ bao gồm độ chính xác chiều hình, độ nhám mặt, độ cứng và các tính chất cơ học khác. Vật liệu chế tạo thường là thép hoặc gang xám, phù hợp với tính năng sử dụng. Việc đánh giá tính công nghệ trong kết cấu giúp xác định các khó khăn khi gia công và cách khắc phục.

II. Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi

Chọn dạng phôi là quyết định quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất sản xuất. Đối với gia công bạc đỡ với sản lượng trung bình, phôi rèn tự do hoặc phôi dập là những lựa chọn phổ biến. Phương pháp chế tạo phôi quyết định lượng dư gia công, độ chính xác ban đầu và chi phí sản xuất. Việc lựa chọn phương pháp dập với khuôn dập thích hợp giúp giảm lượng dư trung gian, tiết kiệm nguyên liệu và thời gian gia công. Phôi được thiết kế sao cho đảm bảo đủ lượng dư cho các bước gia công tiếp theo mà không gây lãng phí.

2.1. Chọn dạng phôi rèn tự do và dập

Phôi rèn tự do phù hợp cho sản lượng nhỏ, tuy nhiên phôi dập tốt hơn cho sản lượng 3000 sản phẩm/năm vì độ chính xác cao hơn và lượng dư ít hơn. Khuôn dập được thiết kế để tạo ra phôi có hình dạng gần với chi tiết cuối cùng. Bản vẽ phôi sơ bộ phải xác định chính xác kích thước và lượng dư cần thiết cho mỗi bề mặt.

2.2. Tra lượng dư sơ bộ và thiết kế bản vẽ phôi

Lượng dư sơ bộ được tra từ bảng tiêu chuẩn dựa trên kích thước chi tiết, chất lượng phôi và phương pháp chế tạo. Bản vẽ phôi phải rõ ràng, xác định tất cả kích thước, lượng dư và các chi tiết kỹ thuật khác. Lượng dư không được quá lớn (lãng phí) cũng không được quá nhỏ (khó gia công).

III. Xây dựng tiến trình gia công và thiết kế nguyên công

Tiến trình gia công là trình tự thực hiện các bước xử lý chi tiết từ phôi đến sản phẩm hoàn thiện. Xây dựng tiến trình gia công hợp lý là chìa khóa để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Đối với gia công bạc đỡ, tiến trình thường bao gồm: tiện thô, khoét và doa các lỗ, phay rãnh then, tiện tinh và mài láng các bề mặt. Thiết kế nguyên công chi tiết cho mỗi bước, xác định máy công cụ, dụng cụ cắt, chế độ cắt và thời gian cơ bản. Mỗi nguyên công phải được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất.

3.1. Trình tự gia công các bề mặt

Thứ tự gia công được sắp xếp sao cho các bề mặt chính được gia công trước, sau đó đến các bề mặt phụ. Bề mặt 2 và 4 (hai mặt chính) được tiện thô trước, sau đó là bề mặt 6 (mặt đáy). Các lỗ tâm, lỗ khoét, rãnh then được gia công sau khi hoàn thiện hai mặt chính. Cuối cùng là tiện tinh, mài tinh để đạt độ chính xác yêu cầu.

3.2. Các nguyên công tiêu biểu trong gia công bạc đỡ

12 nguyên công được thiết kế bao gồm: chuẩn bị phôi, tiện thô (4 lần), khoét và doa, phay rãnh then, tiện tinh (2 lần), mài tinh (2 lần) và mài láng. Mỗi nguyên công có bước công nghệ riêng, chọn máy công cụ, dụng cụ cắt, dung dịch trơn nguội và dụng cụ kiểm tra phù hợp.

IV. Xác định lượng dư kích thước trung gian và chế độ cắt

Lượng dư trung gian và kích thước trung gian được xác định bằng hai phương pháp: phương pháp phân tích và phương pháp tra bảng. Phương pháp phân tích dùng cho các bề mặt quan trọng, tính toán chi tiết Zimin (lượng dư tối thiểu) dựa trên độ cứng, khối lượng phôi và phương pháp gia công. Phương pháp tra bảng nhanh hơn, tra từ tiêu chuẩn ngành cho các bề mặt thông thường. Chế độ cắt bao gồm chiều sâu cắt (t), lượng ăn dao (S) và vận tốc cắt (V), được xác định dựa trên vật liệu chi tiết, dụng cụ cắt và điều kiện máy công cụ. Thời gian cơ bản được tính toán để dự báo năng suất sản xuất.

4.1. Xác định lượng dư bằng phương pháp phân tích

Áp dụng cho bề mặt 12 (bề mặt lỗ khoét). Xác định Zimin dựa trên công thức tiêu chuẩn, sau đó xác định kích thước bước sát và các bước khác. Lượng dư giới hạn được tính từ Zimin, từ đó xác định kích thước trung gian cho mỗi bước gia công. Kết quả kiểm tra tính toán để đảm bảo logic và độ chính xác.

4.2. Xác định chế độ cắt và thời gian gia công

Chế độ cắt được xác định theo tiêu chuẩn ngành tra từ bảng chuẩn. Chiều sâu cắt được chọn để tối ưu hóa thời gian và tuổi dụng cụ. Lượng ăn dao phụ thuộc vào tính chất vật liệu, độ cứng phôi và độ cứng dụng cụ. Vận tốc cắt được kiểm tra theo công suất máy công cụ để không quá tải. Thời gian cơ bản tính bằng công thức: Tc = L/(S×n), nơi L là quãng đường cắt, S là lượng ăn dao, n là số vòng quay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Mục đích của chương này là xác định hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc, hang loạt nhỏ, hang loạt vừa, hang loạt lớn hay hàng loạt khối) để từ đó cải thiện tính công nghệ của chi tiết, chọn phương pháp chế tạo phôi, chọn thiết bị công nghệ hợp lí cho việc gia công chi tiết.1 MÔ HÌNH HÓA CHI TIẾT Sử dụng phần mềm CAD 3D (Creo Parametric 8.0) để mô hình hóa chi tiết bạc đỡ gồm các bước chính sau: +Bước 1: Vẽ biên dạng của chi tiết bạc đỡ. Biên dạng chi tiết bạc đỡ trước khi mô hình hóa 3D +Bước 2: Sử dụng lệnh Revolve để tạo chi tiết bạc đỡ ở hình dạng 3D. Chi tiết bạc đỡ được mô hình hóa 3D sau khi dùng lệnh Revolve 17 +Bước 3: Sử dụng lệnh Plane để tạo một mặt phẳng cách mặt đầu 5mm.

Mặt phẳng DTM1 sau khi dùng lệnh Plane +Bước 4: Sử dụng lệnh Extrude để tạo rãnh then trên bề mặt chi tiết bạc đỡ. Chi tiết bạc đỡ sau khi dùng lệnh Extrude 1.2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CHI TIẾT Chi tiết được làm bằng vật liệu là thép 40X. Mục đích của phần này là xác định thể tích và khối lượng của chi tiết, từ đó xác định hình thức tổ chức sản xuất và cải thiện tính công nghệ của sản phẩm. Dùng phần mềm Creo Parametric với công cụ Mass Properties.

Cài đặt đơn vị chiều dài là millimeter, khối lượng là Kilogram và thời gian là Second, chọn vật liệu là STEEL_MEDIUM_CARBON. 18 Bước 1: Vào File chọn Prepare tiếp tục chọn Model Properties để gán đơn vị và vật liệu cho chi tiết. Kết quả chi tiết được hiển thị như hình 1. Gán đơn vị cho chi tiết Bước 2: Tại mục Material chọn Change sau đó chọn thư mục Standard-Materials- Granta-Design Properties, sau đó chọn thư mục Ferrous-Metals, chọn Steel-medium- carbon.

Kết quả chi tiết được hiển thị như hình 1. Chọn vật liệu cho chi tiết Bước 3: Chọn thẻ Analysis trên thanh công cụ Creo, sau đó chọn Mass Properties để tính khối lượng cho chi tiết. Kết quả như hình 1. Kết quả khối lượng tính toán Thể tích chi tiết: V≈ 0,000077606 m3.

Khối lượng tính toán trên phần mềm Creo: m≈ 0,61 kg. Khối lượng chi tiết tính toán: mct = V.γ V= 0,0000776 (m3) là thể tích của chi tiết (thể tích của chi tiết được xác định nhờ công cụ Mass properties ở phần mềm Creo Parametric 8. γ là khối lượng riêng của riêng của vật liệu, theo tài liệu [2] có γ = 7820 kg/m3 mct = V.3 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Xác định sản lượng hằng năm của chi tiết trong một năm của nhà máy theo công thức (2.1) Trong đó: N0 = 3000 (là số sản phẩm sản xuất theo kế hoạch trong một năm) m = 1 (là số chi tiết như nhau trong một sản phẩm) α là số phần tram dự trữ chi tiết cho chi tiết máy nói trên dành làm phụ tùng (α = 10÷20%), chọn α=15% β là số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trình chế tạo (β= 3÷5%), chọn β=4% Thay các giá trị vào (1.1) ta có ( 100 N = 3000 × 1 1 + 15 ) ×(1 + 1004 )= 3588(chiếc/năm) Dựa vào khối lượng m =0,61 kg và sản lượng của chi tiết là 3000, ta xác định được dạng sản xuất là hàng loạt vừa [1, trang 25, bảng 2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG Mục đích của phần này là xem kết cấu và các điều kiện kỹ thuật đã cho trong bản vẽ chi tiết có hợp lí đối với chức năng phục vụ và khả năng chế tạo.1 YÊU CẦU KĨ THUẬT Hình 2.

Bản vẽ chi tiết Dựa vào bản vẽ chi tiết, ta có các yêu cầu kĩ thuật của chi tiết là: - Bề mặt kích thước trụ ngoài Ø68h8 mm cấp chính xác IT8, độ nhám bề mặt Ra= 2,5 µm. - Bề mặt lỗ Ø48 mm cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm. - Bề mặt lỗ Ø38H7 mm cấp chính xác IT7, độ nhám bề mặt Ra= 1,25 µm. - Bề mặt trụ ngoài Ø60k6 mm cấp chính xác IT6, độ nhám bề mặt Ra= 0,63 µm.

- Bề mặt đầu bên trái cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 5 µm. - Mép vát 0,5mm x 45º: cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm. - Mép vát 1mm x 45º: cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm. - Bề rộng rãnh then 18N9 mm cấp chính xác IT9, độ nhám bề mặt Ra= 2,5 µm.

- Bề mặt đáy rãnh then có cấp chính xác IT12, độ nhám bề mặt Ra= 10 µm.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO Vật liệu chi tiết làm bằng thép 40X, đáp ứng các yêu cầu về cơ tính của chi tiết. Các thành phần hóa học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2. Bảng thống kê thành phần hóa học của vật liệu [3] Thành phần hóa học (%) C Cr Mn Si Ni S Cu 0,36-0,44 0,8-1,1 0,5-0,8 0,17-0,37 ≤ 0,3 ≤0,035 ≤ 0,3 Các tính chất cơ học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2. Bảng các tính chất cơ học của vật liệu [3] Thông số Giá trị Đơn vị Khối lượng riêng 7820 kg/m3 Hệ số poisson 0,3 Độ giãn dài tương đối 10 % Độ cứng ≤ 207 HB Giới hạn bền 980 MPa Giới hạn chảy 785 MPa Nhiệt dung riêng 466 J/ kg ºC Độ dai va đập 47 J Mô-đun đàn hồi 214 GPa Mô-đun cắt 85 GPa 2.3 ĐÁNH GIÁ TÍNH CÔNG NGHỆ TRONG KẾT CẤU Tính công nghệ trong kết cấu là những đặc điểm về kết cấu cũng như những yêu cầu kĩ thuật ứng với chức năng làm việc của chi tiết gia công.

Nó có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao tính công nghệ, giảm khối lượng lao động, tăng hệ số sử dụng vật liệu và hạ giá thành sản phẩm. Ta đi vào phân tích, đánh giá tính công nghệ trong kết cấu từng bề mặt của chi tiết bạc đỡ để hiểu rõ hơn về tính công nghệ, từ đó sẽ chọn được phương pháp gia công hợp lí: Chi tiết có đường kính lớn nhất D là Ø68h8 mm và chiều dài chi tiết L là 45mm, có tỉ lệ L/D < 1 nên chi tiết có độ cứng vững cao. Bề mặt trụ ngoài Ø68h8 mm có yêu cầu về cấp chính xác là IT8 và có độ nhám 2,5 µm nên sau khi tiện thô phải thêm tiện bán tinh, tiện tinh và mài tinh bề mặt để đạt được yêu cầu. Việc gia công khá đơn giản nhưng sẽ mất nhiều thời gian gia công.

22 Bề mặt trụ ngoài Ø60k6 mm có yêu cầu chính xác khá cao là IT6 và có độ nhám bề mặt là 0,63 µm nên phải cần thực hiện nhiều phương pháp gia công lần lượt là tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh, mài tinh, mài láng để đạt yêu cầu. Việc gia công mặt trụ ngoài này trải qua nhiều nguyên công, tốn nhiều thời gian để gia công. Góc lượn giao giữa hai bề mặt giúp giảm ứng suất tập trung và thuận lợi cho việc gia công chế tạo. Bề rộng rãnh 18N9 mm phù hợp để gia công với dao phay rãnh tiêu chuẩn, sử dụng dao phay ngón sẽ dễ dàng tạo ra bề rộng và bán kính ở hai đầu rãnh then, tránh gây tốn kém.

Các góc ngắt được vát 1,5x45º và 0,5x45º giúp giảm độ sắc bén cho các góc, tránh được các rủi ro do sắc bén, bavia gây ra. Khi gia công lỗ thông Ø38H7, có yêu cầu cấp chính xác IT7, độ nhám bề mặt Ra = 1,25 µm nên cần nhiều phương pháp gia công để đạt yêu cầu. Lỗ thông Ø38H7 được đột lỗ khi tạo phôi dập giúp tiết kiêm thời gian để thực hiện các nguyên công sau, đặc biết đối với các nguyên công tiếp theo là khoét thô, khoét tinh, doa thô, doa tinh. Phần công việc này thực hiện nhiều nguyên công và thực hiện không quá khó nhưng tốn nhiều thời gian.

Khi gia công lỗ Ø48 mm không yêu cầu cao về độ chính xác IT14 và độ nhám bề mặt Rz = 20 µm nên chỉ cần tiện thô trên máy tiện là đạt yêu cầu, gia công dễ dàng. Rãnh thoát dao 3mm phù hợp để gia công với dao tiện rãnh tiêu chuẩn có bề rộng là 3mm để tạo thuận lợi cho các chuyển động tiến dao dọc hoặc tiến dao ngang. Kết luận: Dựa trên việc phân tích tính công nghệ thì chi tiết không cần phải sửa đổi, thay đổi kết cấu chi tiết và vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ chính xác gia công. CHỌN DẠNG PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 3.1 CHỌN DẠNG PHÔI Căn cứ vào vật liệu, hình dáng, kích thước, điều kiện làm việc của chi tiết, khả năng kinh tế-tài chính, dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất, máy móc thiết bị hiện có 3.1 Phôi đúc Ưu điểm: - Chi tiết bạc đỡ, có hình dạng đơn giản, kích thước không quá lớn, có khối lượng nhỏ m = 0,62 kg nên dễ tạo ra khuôn đúc và phôi có hình dáng giống chi tiết.

- Công nghệ đúc đơn giản, sử dụng trang thiết bị không phức tạp, vốn đầu tư ít, giá thành hạ. Khi sử dụng thiết bị và công nghệ cao có thể tạo ra vật đúc có độ chính xác cao với năng suất cao vì thế rất tối ưu về mặt kinh tế. Nhược điểm: - Vật liệu chế tạo là thép 40X mà thép có tính đúc thấp vì có độ co ngót cao, tính chảy loãng thấp, nhiệt độ nóng chảy cao, độ quá nhiệt lớn, dễ thiên tích nên việc tạo phôi đúc sẽ gặp nhiều khó khăn. - Thép 40X có giá thành khá cao mà phôi đúc có lượng dư gia công lớn, tốn vật liệu đồng thời trong quá trình đúc cần bố trí đậu hơi, đậu ngót làm hao hụt nhiều vật liệu và chi phí.

- Ngoài ra, vật đúc sẽ có nhiều khuyết tật (rổ xỉ, rỗ khí, lõm co, …) làm giảm cơ tính, ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc, không đủ đảm bảo các yêu cầu của chi tiết trong quá trình gia công và không có lợi với dạng sản xuất hàng loạt.2 Phôi rèn tự do Ưu điểm: - Chi tiết có hình dáng đơn giản, nhỏ gọn và kích thước không lớn nên có thể dễ dàng cho việc rèn tự do. - Khả năng loại trừ được các khuyết tật thường gặp nên đảm bảo tương đối về chất lượng bề mặt khi gia công, giảm được thời gian và lượng tiêu hao kim loại khi giá thành thép 40X khá cao. - Phôi rèn không cho lượng dư gia lớn sẽ đảm bảo được chất lượng bề mặt tốt hơn nên đảm bảo yêu cầu chi tiết.