I. Phân tích chi tiết gia công dạng hộp và điều kiện làm việc
Chi tiết dạng hộp trong đồ án công nghệ chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống máy móc hiện đại. Bàn khoan hai toạ độ là một ví dụ điển hình của chi tiết gia công dạng hộp có yêu cầu kỹ thuật cao. Chi tiết này phải đáp ứng các điều kiện kỹ thuật nghiêm ngặt như độ không đồng tâm giữa các lỗ không quá 0,02mm, độ nhám bề mặt Ra = 2,5μm cho rãnh mang cá, và sai lệch vuông góc giữa các bề mặt không vượt quá 0,02mm. Vật liệu được chọn là gang xám GX 15-32 với độ cứng 190HB, cho phép chi tiết chịu tải và không chịu va đập. Sản lượng hàng năm đạt 66.000 chiếc/năm với khối lượng mỗi chi tiết là 2,78kg, thuộc dạng sản xuất hàng khối. Điều này yêu cầu quy trình công nghệ phải được chia nhỏ thành nhiều nguyên công để tối ưu hiệu suất sản xuất.
1.1. Chức năng và điều kiện kỹ thuật của chi tiết
Chi tiết dạng hộp này có chức năng làm việc là bề mặt làm việc chính xác, yêu cầu độ không đồng tâm hai lỗ Ø22 và Ø18 không quá 0,02mm. Độ nhám bề mặt các rãnh mang cá phải đạt Ra = 2,5μm, thể hiện yêu cầu gia công chi tiết với độ chính xác cao. Độ cứng 190HB của gang xám đảm bảo khả năng chịu tải và khả năng gia công hiệu quả. Sai lệch vuông góc giữa mặt trên và dưới không vượt quá 0,02mm, độ nhám các bề mặt còn lại Rz = 20μm.
1.2. Vật liệu gang xám và đặc tính cơ học
Vật liệu gang xám GX 15-32 được chọn do đặc tính cơ học phù hợp với chi tiết không chịu va đập. Thành phần hóa học gồm C 3.15%, Si, Mn, P, S trong tỷ lệ hợp lý. Độ cứng HB = 163-229, độ bền kéo σk = 15 N/mm², độ bền uốn σu = 32 N/mm². Gang xám có khối lượng riêng 7,2 kg/dm³, cho phép thiết kế phôi bằng phương pháp đúc trong khuôn cát với mẫu kim loại.
II. Xác định dạng sản xuất và phương pháp chọn phôi
Dạng sản xuất của đồ án công nghệ chế tạo máy này thuộc sản xuất hàng khối dựa trên sản lượng 66.000 chiếc/năm và khối lượng chi tiết 2,78kg. Sản lượng chi tiết được xác định theo công thức N = N1.(1 + δ + β)/100, trong đó sản phẩm hàng năm N1 = 60.000, dự trữ δ = 6%, phế phẩm β = 4%. Với dạng sản xuất hàng khối, yêu cầu chọn máy chuyên dùng và dụng cụ cắt tổ hợp để nâng cao năng suất. Phương pháp chế tạo phôi được chọn là đúc trong khuôn cát sử dụng mẫu kim loại, vì chi tiết có hình dáng tương đối đơn giản và vật liệu là gang xám. Khuôn cát cho phép tháo lắp nhanh, dễ sấy khô và tuổi bền cao, phù hợp với sản xuất hàng khối. Phôi đúc đạt cấp chính xác 2 với dung sai IT15-IT16 và độ nhám Rz = 80μm.
2.1. Tính toán sản lượng và khối lượng chi tiết
Sản lượng chi tiết hàng năm N = 60.000 × (1 + 0,06 + 0,04) = 66.000 chiếc/năm. Khối lượng chi tiết Q = 2,78kg được tính dựa trên thể tích từ mô hình CAD và trọng lượng riêng gang xám 7,2 kg/dm³. Với sản lượng hàng khối, quy trình công nghệ phải phân tán thành 12 nguyên công riêng biệt, mỗi nguyên công thực hiện một bước gia công chi tiết cụ thể để tối ưu năng suất lao động và chất lượng sản phẩm.
2.2. Lựa chọn phương pháp tạo phôi bằng đúc
Phương pháp đúc trong khuôn cát được chọn vì chi tiết dạng hộp có hình dáng tương đối đơn giản và vật liệu gang xám phù hợp với đúc. Khuôn đúc sử dụng mẫu kim loại cho phép tháo lắp nhanh chóng. Phôi đúc cần ủ ở nhiệt độ 500-550°C trong 6-8 giờ để khử ứng suất và nâng cao chất lượng. Phôi đạt cấp chính xác 2 với dung sai IT15-IT16, tạo điều kiện cho gia công chi tiết tiếp theo đạt độ chính xác cao yêu cầu.
III. Quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng hộp
Quy trình công nghệ cho gia công chi tiết dạng hộp được chia thành 12 nguyên công, thể hiện mức độ phân tán cao của sản xuất hàng khối. Các nguyên công chính bao gồm: 5 nguyên công phay các mặt (1, 2, 5, 4, 3) để đạt độ chính xác mặt phẳng và sai lệch vuông góc; phay 4 rãnh 5,5mm để tạo rãnh ghép; khoan, khoét, doa lỗ Ø18 và Ø22 để đạt độ không đồng tâm không quá 0,02mm; phay 2 rãnh mang cá với độ nhám Ra = 2,5μm; khoan, taro 4 lỗ M6 cho gia công lỗ ren. Mỗi nguyên công được thiết kế với dụng cụ cắt tổ hợp để nâng cao năng suất. Chế độ cắt được tính toán dựa trên vật liệu gang xám HB = 190, đảm bảo tuổi bền dụng cụ và chất lượng bề mặt.
3.1. Các nguyên công phay mặt và gia công rãnh
Nguyên công phay 5 mặt (1, 2, 5, 4, 3) tạo cơ sở định vị cho các nguyên công gia công chi tiết tiếp theo, đảm bảo sai lệch vuông góc không quá 0,02mm. Phay 4 rãnh 5,5mm tạo các rãnh ghép với chi tiết khác. Phay 2 rãnh mang cá là nguyên công quan trọng với yêu cầu độ nhám Ra = 2,5μm, sử dụng dụng cụ phay đặc biệt và chế độ cắt tối ưu để đạt chất lượng bề mặt cao nhất.
3.2. Các nguyên công khoan khoét và ren
Khoan, khoét, doa lỗ Ø18 đạt độ chính xác cao với lỗ Ø22 để đảm bảo độ không đồng tâm không quá 0,02mm. Khoan 2 lỗ Ø8 và khoan, taro 4 lỗ M6 hoàn thành gia công lỗ ren. Các nguyên công khoan sử dụng máy khoan chuyên dùng với dụng cụ khoan tổ hợp giúp tăng năng suất gia công và đảm bảo độ chính xác vị trí lỗ theo yêu cầu kỹ thuật.
IV. Thiết kế đồ gá và tính toán chế độ cắt
Thiết kế đồ gá cho nguyên công khoan, taro M6 là phần quan trọng để đảm bảo gia công chi tiết đạt chính xác yêu cầu. Đồ gá khoan phải thoả mãn các yêu cầu: định vị chi tiết chính xác, cấp lực định vị không làm chi tiết biến dạng, cơ cấu định vị phải đơn giản và dễ tháo lắp. Thiết kế đồ gá dựa trên nguyên tắc định vị 3-2-1 để xác định vị trí chi tiết trong không gian. Tính chế độ cắt cho khoan lỗ Ø6 xem xét: vật liệu gang xám cứng 190HB, dụng cụ khoan carbide, vận tốc cắt v = 40-50m/min, tiến độ f = 0,2-0,3mm/v. Chế độ cắt được chọn để tuổi bền dụng cụ đạt 60-120 phút, đảm bảo hiệu suất gia công cao và chất lượng gia công ổn định.
4.1. Yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế đồ gá
Đồ gá khoan phải đảm bảo định vị chi tiết chính xác theo nguyên tắc 3-2-1, cho phép chi tiết được cố định vững chắc mà không bị biến dạng. Yêu cầu đồ gá bao gồm: định vị nhanh, cấp lực không làm chi tiết bị biến dạng, cơ cấu định vị đơn giản. Thiết kế đồ gá phải hỗ trợ gia công chi tiết với độ chính xác cao, đặc biệt là vị trí lỗ M6 so với lỗ Ø22 không quá 0,02mm.
4.2. Tính toán chế độ cắt cho khoan và ren
Chế độ cắt cho khoan lỗ Ø6 trong gang xám 190HB: vận tốc cắt v = 40-50m/min, tiến độ f = 0,2-0,3mm/v, tuổi bền dụng cụ 60-120 phút. Tính toán chế độ cắt dựa trên công thức Taylor, xem xét độ cứng vật liệu, kích thước lỗ, loại dụng cụ để đảm bảo hiệu suất gia công cao và chất lượng lỗ ren đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
