Đồ án Kỹ thuật: công nghệ chế tạo máy gối đỡ

Đồ án nghiên cứu công nghệ chế tạo máy gối đỡ, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán kỹ thuật., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Nguyễn Phú Quốc
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Chánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế Quy Trình Công Nghệ Gia Công Chi Tiết: Gối Đỡ
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP HCM

Tóm tắt

I. Khái niệm và Công dụng của Gối Đỡ trong Chế Tạo Máy

Gối đỡ là một chi tiết cơ khí quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động và cơ cấu máy móc. Chi tiết này có chức năng chính là đỡ trục, cố định các ổ lăn và hỗ trợ các vật nặng dưới tác động của tải trọng lớn và rung động. Công nghệ chế tạo máy gối đỡ đòi hỏi độ chính xác cao, đặc biệt khi chi tiết làm việc trong môi trường khắc nghiệt. Vật liệu chế tạo thường là gang xám GX 15-32 với giới hạn bền kéo 150 N/mm² và giới hạn bền uốn 320 N/mm². Độ cứng của chi tiết nằm trong khoảng 170-229 HB, đảm bảo khả năng chịu lực tốt. Thiết kế gối đỡ phải xem xét tính công nghệ trong kết cấu để tối ưu hóa khối lượng lao động, tiêu hao nguyên vật liệu và nâng cao hiệu suất sản xuất.

1.1. Chức năng và Ứng dụng của Gối Đỡ

Gối đỡ đóng vai trò cốt lõi trong các cơ cấu truyền động cơ khí. Chi tiết này được sử dụng để cố định ổ lăn trên trục, đỡ các vật nặng và chịu lực trong điều kiện làm việc khắc nghiệt. Ứng dụng của gối đỡ rất đa dạng, từ các máy công nghiệp đến các thiết bị cơ khí thông dụng. Khi yêu cầu độ chính xác cao, gối đỡ là lựa chọn lý tưởng để đảm bảo ổn định và độ bền của hệ thống truyền động.

1.2. Vật Liệu và Tính Chất Cơ Học

Gang xám GX 15-32 được chọn làm vật liệu chính cho chi tiết gối đỡ vì khả năng chịu lực ưu việt. Giới hạn bền kéo đạt 150 N/mm², giới hạn bền uốn lên tới 320 N/mm² cho phép chế tạo các chi tiết chịu tải trọng lớn. Độ cứng từ 170-229 HB đảm bảo khả năng kháng mài mòn và chống biến dạng trong quá trình gia công và sử dụng.

II. Tiến Trình Công Nghệ Thiết Kế Gia công Chi tiết Gối Đỡ

Tiến trình công nghệ gia công chi tiết gối đỡ là quá trình phức tạp, đòi hỏi sự lập kế hoạch chu đáo từ lựa chọn phôi đến các bước gia công cuối cùng. Trong sản xuất hàng loạt lớn, việc xác định dạng sản xuất là bước quan trọng đầu tiên. Chọn phôi và phương pháp tạo phôi phải cân nhắc giữa hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm. Tra lượng dư gia công cho các bề mặt là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chi tiết đạt kích thước và độ nhám bề mặt quy định. Quy trình công nghệ tối ưu cần thực hiện so sánh các phương án và chọn giải pháp hợp lí nhất. Lập tiến trình bao gồm xác định thứ tự gia công, gá đặt phù hợp với máy móc có sẵn, và tính toán chế độ cắt (vận tốc, tốc độ tiến, độ sâu cắt) cho từng nguyên công.

2.1. Lựa Chọn Phôi và Xác Định Lượng Dư Gia Công

Chọn phôi là bước quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí sản xuất và năng suất lao động. Đối với gối đỡ, phương pháp đúc thường được ưu tiên vì tính kinh tế và khả năng tạo hình dạng phức tạp. Tra lượng dư gia công cho các bề mặt khác nhau dựa trên độ chính xác yêu cầu và tình trạng bề mặt phôi. Lượng dư thường dao động từ 2-10mm tùy theo bề mặt và dạng sản xuất.

2.2. Quy Trình Gia Công và Chế độ Cắt

Quy trình gia công chi tiết gối đỡ thường bao gồm các bước: tiện, phay, khoan, luyến, tiện mịn. Mỗi bước đòi hỏi chọn dao phù hợp và tra chế độ cắt bao gồm vận tốc (v), tốc độ tiến (s), và độ sâu cắt (t). Tính toán thời gian gia công cho từng bước giúp tối ưu hóa thời gian sản xuất và nâng cao hiệu suất công xưởng.

III. Thiết Kế Nguyên Công và Đồ Gá Gia Công

Nguyên công là một bước gia công độc lập hoàn thành một phần công việc trên chi tiết. Thiết kế nguyên công hiệu quả yêu cầu vẽ sơ đồ gá đặt chi tiết, chọn máy phù hợp, thiết kế kết cấu dao và trình bày các bước gia công cụ thể. Sơ đồ gá đặt minh họa cách cố định chi tiết để gia công, đảm bảo độ chuẩn xác và an toàn. Chọn máy phải phù hợp với kích thước chi tiết, độ chính xác yêu cầu và tính chất vật liệu. Thiết kế đồ gá là phần quan trọng nhất, đảm bảo chi tiết được cố định chắc chắn trong quá trình gia công. Đồ gá phải có lực kẹp đủ, sai số chế tạo cho phép và sức bền các chi tiết chịu lực. Tính sai số chế tạo để so sánh với yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.

3.1. Sơ Đồ Gá Đặt và Cấu Trúc Đồ Gá

Sơ đồ gá đặt chi tiết phải được vẽ chi tiết trên bản vẽ A3 hoặc A1 để rõ ràng hướng dẫn lắp ráp và sử dụng. Cấu trúc đồ gá bao gồm cơ cấu định vị, cơ cấu kẹp và cơ cấu định hướng. Mỗi phần phải được thiết kế tối ưu để đạt độ chính xác cao. Nguyên lý làm việc của đồ gá phải được trình bày rõ ràng, giúp người sử dụng hiểu cách điều hành.

3.2. Tính Toán Lực Kẹp và Sức Bền Đồ Gá

Tính lực kẹp cần thiết dựa trên lực cắt phát sinh trong quá trình gia công và hệ số an toàn. Lực kẹp của cơ cấu kẹp phải đủ lớn để giữ chi tiết cố định nhưng không được quá lớn để tránh biến dạng hay cấn trầy bề mặt. Tính sức bền cho các chi tiết chịu lực của đồ gá, đặc biệt là các chi tiết chịu tải lớn, đảm bảo độ an toàn trong quá trình sử dụng.

IV. Bản Vẽ Kỹ Thuật và Tài Liệu Hoàn Thành Đồ án

Đồ án thiết kế quy trình công nghệ gia công gối đỡ yêu cầu chuẩn bị một bộ bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh, bao gồm các loại bản vẽ khác nhau phục vụ sản xuất, lắp ráp và kiểm tra. Bản vẽ chi tiết (A3) là bản vẽ cơ bản thể hiện hình dạng, kích thước và yêu cầu kỹ thuật của gối đỡ. Bản vẽ chi tiết lồng phôi (A3) cho thấy chi tiết trước khi gia công, với lượng dư được xác định rõ. Bản vẽ mẫu đúc (A3) hướng dẫn quy trình đúc phôi, trong khi bản vẽ khuôn đúc (A3) chi tiết khuôn được sử dụng. Tập bản vẽ sơ đồ nguyên công (4 bản A3) trình bày các bước gia công chi tiết. Bản vẽ tách chi tiết từ đồ gá (A1) và bản vẽ thiết kế đồ gá (A1) là những bản vẽ lớn, chi tiết cao nhất, cung cấp thông tin toàn diện cho sản xuất đồ gá chuyên dụng.

4.1. Bộ Bản Vẽ Cơ Bản và Chứng Chỉ Kỹ Thuật

Bộ bản vẽ kỹ thuật gồm bản vẽ chi tiết (A3) thể hiện hình dạng cuối cùng, bản vẽ chi tiết lồng phôi (A3) với lượng dư gia công, và bản vẽ mẫu đúc (A3). Bản vẽ khuôn đúc (A3) cung cấp chi tiết quá trình đúc phôi. Mỗi bản vẽ phải có chứng chỉ kỹ thuật đầy đủ, bao gồm công sai, độ nhám bề mặt và các yêu cầu đặc biệt khác.

4.2. Bản Vẽ Quy Trình và Đồ Gá Chuyên Dụng

Tập bản vẽ sơ đồ nguyên công (4 bản A3) thể hiện các bước gia công theo thứ tự, với sơ đồ gá đặt chi tiết. Bản vẽ tách chi tiết từ đồ gá (A1) và bản vẽ thiết kế đồ gá (A1) là bản vẽ quy mô lớn cung cấp thông tin chi tiết nhất cho sản xuất và lắp ráp đồ gá chuyên dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI I. Nghiên cứu chi tiết ga công: 1. Công dụng và chức năng của chi tiết: _Gối đỡ dùng để đỡ trục và các vật nặng. Được sử dụng trên các cơ cấu truyền động cơ khí khi yêu cầu về độ chính xác của chi tiết.

Ngoài ra gối đỡ còn cố định các ổ lăn trên trục. _Theo đề bài thì chi tiết cần thiết kế ở đây là “gối đỡ” chi tiết có dạng hộp. Gối đỡ được sử dụng truyền động cơ khí khi yêu cầu về độ chính xác của chi tiết và khi làm việc dưới tác động của tải trọng và rung động lớn. Vật liệu chế tạo: Chi tiết là gang xám, GX 15- 32 , tra theo tài liệu ta có: - Giới hạn bền kéo: 150 N/mm2 - Giới hạn bền uốn: 320 N/mm2 - Độ cứng 170 – 229 HB 3.

Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết: _Tính công nghệ trong kết cấu không những ảnh hưởng đến khối lượng lao động mà còn ảnh hưởng đến việc tiêu hao nguyên vật liệu. Vì vậy ngay từ khi thiết kế chúng ta phải chú ý đến kết cấu của chúng như :  Gối đỡ có đủ độ cứng vững để khi gia công không bị biến dạng, có thể dùng chế độ cắt cao để đạt năng suất cao.  Các bề mặt làm chuẩn có đủ diện tích nhất định để cho phép thực hiện nhiều nguyên công khi dùng bề mặt đó làm chuẩn và đảm bảo thực hiện quá trình gá đặt nhanh.  Các mặt gia công của hộp không có dấu lồi lõm, phải thuận lợi cho việc ăn dao nhanh và thoát dao nhanh, kết cấu bề mặt phải tạo điều kiện cho việc gia công nhiều bề mặt cùng một lúc trên máy nhiều trục.

Yêu cầu kỹ thuật: - Chi tiết cần chế tạo được dùng để đỡ trục. Hình dạng của chi tiết chế tạo rất phức tạp. Điều kiện làm việc của trục phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cao, độ song song, độ đồng tâm giữa các gối đỡ phải đảm bảo khi quay không bị lệch tâm, giảm được các mômen uốn, giảm được sự rung động, nâng cao suất bền mỏi cho trục và tuổi thọ của gối đỡ. Xác định dạng sản xuất: Hàng loạt lớn 1.

Khối lượng chi tiết: Khối lượng của chi tiết được xác định theo công thức: Q=V*  Trong đó: Q : khối lượng của chi tiết (Kg) V : thể tích của chi tiết (dm3)  : khối lượng riêng của vật liệu (kg/dm3) (  = (6,8 ÷ 7,4 kg/dm3, chọn  = 7,2 kg/dm3 ) Theo phần mềm Solidwork, thể tích của chi tiết được tính là :V=237195 mm3 =0,237195 dm3 Tra bảng chọn = 7,2 kg/dm3 Khối lượng chi tiết Q= 0,237195. Dạng sản xuất: Dựa theo sản lượng chi tiết và khối lượng chi tiết Q - trọng lượng chi tiết Dạng sản xuất > 200 kg 4÷200 kg < 4 kg Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc) Đơn chiết <5 < 10 < 100 Hàng loạt nhỏ 55 - 10 10 - 200 100 - 500 hàng loạt vừa 100 - 300 200 - 500 500 - 7500 Hoàng loạt lớn 300 - 1000 500 - 1000 5000 - 50000 Hàng khối > 1000 > 5000 > 50000 Với Q= 1,7 kg < 4 kg Và dạng sản xuất là hàng loạt lớn Suy ra chọn sản lượng hàng năm là : 10. Chọn phôi và xác định phương pháp chế tạo phôi: 1. Chọn dạng phôi: Trong gia công cơ khí các dạng phôi có thể là: phôi đúc, rèn, dập, cán.

Xác định loại và phương pháp chế tạo phôi nhằm mụt đích đảm bảo hiệu quả kinh tế-kĩ thuật chung của quy trình chế tạo chi tiết, đồng thời tổng phí tổn chế tạo chi tiết từ khâu chế tạo phôi cho tới công đoạn gai công chi tiết là thấp nhất. Khi xác định loại phôi và phương pháp chế tạo phôi cho chi tiết ta cần quan tâm đến đặc điểm về kết cấu và yêu cầu về chiệu tải khi làm việc của chi tiết (hình dạng, kích thước, vật liệu, chức năng, điều kiện làm việc… Sản lương lượng hàng năm của chi tiết Điều kiện sản xuất thực tế xét về mặt kĩ thuật và tổ chức sản xuất (khả năng về thiết bị, trình độ chế tạo phôi…) Mặt khác khi xác định phương pháp tạo phôi cho chi tiết ta cần quan tâm đến các đặc tính của phôi và lượng dư gia công ứng với loại phôi đó. Trong đồ án công nghệ vì sản xuất hàng khối ,vì tính kinh tế cũng như dạng sản xuất ta sẽ chọn phương pháp chế tạo phôi đúc trong khuôn cát – mẫu gỗ, làm khuôn bằng tay. Phôi đúc đạt cấp chính xác là 2 Cấp chính xác kích thước IT15  IT19.

Độ nhám bề mặt: Rz=80m. Chọn phương pháp chế tạo phôi:  Chọn phôi: Dựa vào đặc điểm của các phương pháp chế tạo phôi trên ta chọn phương pháp đúc Vì: + Giá thành chế tạo vật đúc rẻ + Thiết bị đầu tư ở phương pháp này tương đối đơn giản nên đầu tư thấp + Phù hợp với sản xuất hàng loạt lớn + Độ nhám bề mặt, độ chính xác phôi đúc  Kết luận _Với những yêu cầu của chi tiết đã cho, tính kinh tế cũng như dạng sản xuất ta sẽ chọn phương pháp chế tạo phôi đúc trong khuôn cát – mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy.Phôi đúc đạt cấp chính xác là II (bảng 3-13/185 tài liệu[2]). _Cấp chính xác kích thước IT15  IT19. _Độ nhám bề mặt: Rz=80m.

Xác định lượng dư gia công của vật đúc cấp chính xác II: _Chi tiết chế tạo bằng gang xám, được đúc trong khuôn cát – mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy, mặt phân khuôn nằm ngang. CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ TRÌNH TỰ GIA CÔNG Bản vẽ đánh số bề mặt gia công: Các phương án gia công _Dựa vào điều kiện máy hiện có, phương pháp gia công, yêu cầu kĩ thuật và đặc biệt là năng suất sản xuất, vì đây là sản xuất hàng loạt lớn. Dựa vào những điều kiện nêu trên nên em chọn phương án 1 làm phương án gia công. CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG  Nguyên công 1: phay mặt phẳng đáy 1.

Định vị: dùng mặt phẳng định vị 3 bậc tự do ,dùng mặt phẳng bên định vị 1 bậc tự do và dùng mặt phẳng sau định vị 2 bậc tự do còn lại 3. Kẹp chặt bằng đồ gá kẹp ren. Chọn máy: máy phay ngang 6H81 có công suất Nm= 4,5Kw,tốc độ trục chính 65-1800vg/ph ,số cấp tốc độ trục chính 12 cấp (sổ tay CNCTM 3 tr. Chọn dao: phay trụ gắn các răng dao bằng mảnh hợp kim cứng.Các thông số của dao ( tra bảng 5-134,sổ tay CNCTM 2 ,tr.

120) +Đường kính dao : ,số răng Z= 4 ,B=80mm, tốc độ cắt Vb=227m/ph +Tuổi bền dao : T=180 ph +dụng cụ đo :thước kẹp 150mm ,độ chính xác 0,02 6. Chia bước: phay thô Zb=3,5mm và phay tinh Zb=0,5mm. Tra chế độ cắt & tính toán thời gian gia công :  phay thô Chiều sâu cắt t = 3.5 mm Lượng chạy dao răng: Sz=0,2 mm/răng (tr.126 CNCTM 2) Tốc độ cắt Vb=227 m/phút ( bảng 5-143 sổ tay CNCTM 2,tr. 128) Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của chi tiết gia công K1=1 (tr.

127) Hệ số phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao K2=1 Hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt gia công K3=0,8 Hệ số phụ thuộc vào chiều rộng phay K4=0,89 Vậy tốc độ tính toán là Vt=Vb .0,89 =162 mm/phút Số vòng quay của trục chính theo tính toán là (vòng/phút). - Máy 6H81 có =65 =1800, số cấp tốc độ m = 12, tìm công bội như sau : Ứng với có giá trị là 28,48 gần với 28 tương ứng với =1,12 Mặc khác Theo bảng 4.1 (sách HD DACNCTM) ứng với ta có giá trị gần với 8,82 Vậy số vòng quay theo máy là: (vòng/phút) Như vậy tốc độ cắt thực tế là: (m/phút) Lượng chạy dao phút Sph=0,2. 578=462(mm/phút) Lượng chạy dao của máy là : ,với lượng chạy dao 462mm/ph là quá nhanh cho bề mặt gia công quá nhỏ vì thế ta chọn Công suất cắt khi phay thô: Theo bảng 5-139 (sổ tay CNCTM 2) ta có công suất cắt là Nc= 3,7 Kw So sánh Nc= 3,7 Kw < Nm =4,5 Kw Thời gian gia công Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối thời gian nguyên công được tính như sau Ttc = T0 + Tp + Tpv + Ttn Với Ttc : thời gian từng chiếc T0 : thời gian cơ bản Tp : thời gian phụ Tpv :thời gian phục vụ Ttn : thời gian nghỉ ngơi Thời gian gia công cơ bản được tính như sau L+ L1 + L2 T 0= S.0,26 = 0,67 (phút)  phay tinh: _ Chiều sâu cắt t = 0,5 mm _Lượng chạy dao vòng: Sz=0,5 mm/răng _Tốc độ cắt Vb=264 m/phút ( bảng 5-125 sổ tay CNCTM 2,tr. 113) _Hệ số phụ thuộc vào độ cứng của chi tiết gia công K1=1 (tr.

128) _Hệ số phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao K2=1 _Hệ số phụ thuộc vào chiều rộng phay K3=0,89 _Hệ số phụ thuộc vào bề mặt gia công K4=1 Vậy tốc độ tính toán là Vt=Vb .89 =234 mm/phút Số vòng quay của trục chính theo tính toán là (vòng/phút). - Tính theo máy : Theo bảng 4.1 (sách HD DACNCTM) ta có gần bằng 12,7 Vậy số vòng quay theo máy là: (vòng/phút) Như vậy tốc độ cắt thực tế là: (m/phút) Lượng chạy dao phút Sph= =0,05. 822=164(mm/phút) , chọn Lượng chạy dao của máy là : Thời gian gia công Trong sản xuất hàng laot5 và hàng khối thời gian ngyên công được tính như sau Ttc = T0 + Tp + Tpv + Ttn Với L+ L1 + L2 T 0= S.0,26 = 1,1(phút)  Nguyên công 2 : phay mặt bậc  Sơ đồ gá đặt Định vị: dùng mặt phẳng đáy định vị 3 bậc tự do ,dùng mặt phẳng bên định vị 1 bậc tự do và dùng mặt phẳng sau định vị 2 bậc tự do  Kẹp chặt Cơ cấu liên động  Chọn máy: máy phay đứng 6H11 có công suất Nm= 4,5 Kw,tốc độ trục chính 65- 1800vg/ph ,số cấp tốc độ trục chính 12 cấp (sổ tay CNCTM 3; tr. 74)  Chọn dao: phay ngón gắn mảnh hợp kim cứng.

Các thông số của dao ( tra bảng 5-161,sổ tay CNCTM 2,tr. 143) +Đường kính dao : ,số răng Z= 6 , tốc độ cắt Vb=172 m/ph +Tuổi bền dao : T=120ph +dụng cụ đo :thước kẹp 150mm ,độ chính xác 0,05  Chia bước: phay thô Zb=2,5mm và phay tinh Zb=0,5mm.  Tra chế độ cắt & tính toán thời gian gia công :  phay thô Chiều sâu cắt t = 2,5 mm Lượng chạy dao răng: Sz=0,14 mm/răng (tr. 143 CNCTM 2) Tốc độ cắt Vb=172 m/phút ( bảng 5-148 sổ tay CNCTM 2,tr 143) Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chiều rộng phay K1=0,89 (tr.