Đồ án công nghệ chế tạo máy: Thiết kế quy trình gia công khuôn cắt ống

Đồ án công nghệ chế tạo máy quy trình công nghệ gia công khuôn cắt ống chi tiết. Hướng dẫn thiết kế, lập quy trình công nghệ và chọn chế độ cắt chuẩn xác.

• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Quy trình công nghệ gia công khuôn cắt ống
• Loại tài liệu: Đồ án môn học

Tóm tắt

I. Tổng quan về khuôn cắt ống trong đồ án CNCTM

Khuôn cắt ống là chi tiết dạng hộp, vật liệu gang GX15-32. Chi tiết định hình và dẫn hướng phôi dạng ống trong quá trình gia công. Nó lắp với chày cắt để tạo ra các sản phẩm ống côn. Thời gian gia công rút ngắn đáng kể nhờ kết cấu này. Đồ án công nghệ chế tạo máy tập trung phân tích chức năng, điều kiện làm việc và tính công nghệ của chi tiết. Mục tiêu là xây dựng quy trình công nghệ gia công phù hợp với dạng sản xuất thực tế. Chi tiết làm việc trong môi trường ma sát và áp lực cao, là một phần của bộ khuôn lắp với áo khuôn. Độ phức tạp hình dạng ở mức trung bình. Các bề mặt làm việc có vị trí tương quan đơn giản, đối xứng. Độ dày chi tiết đồng đều, thuận lợi cho gia công truyền thống như tiện, khoan, khoét. Bề mặt côn đòi hỏi độ nhẵn bóng cao, dung sai trung bình, cần gia công trên máy công nghệ cao. Việc xác định đúng dạng sản xuất quyết định phương án chọn máy, dao và chế độ cắt phù hợp, đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm đầu ra.

1.1. Chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết

Khuôn cắt ống giữ vai trò định hình và dẫn hướng chi tiết gia công dạng ống. Nó phối hợp với chày cắt để gia công ống côn trong thời gian ngắn. Thao tác sản xuất được rút gọn đáng kể nhờ thiết kế này. Chi tiết còn là thành phần của bộ khuôn, lắp ghép chặt chẽ với áo khuôn. Trong quá trình vận hành, nó chịu ma sát liên tục và áp lực lớn từ chày cắt. Độ bền và độ chính xác kết cấu ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ khuôn. Vật liệu gang GX15-32 được chọn vì khả năng chịu mài mòn tốt, giá thành hợp lý. Yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho chi tiết bao gồm độ đồng tâm, độ nhẵn bóng bề mặt côn và độ chính xác vị trí tương quan giữa các bề mặt làm việc.

1.2. Tính công nghệ trong kết cấu chi tiết

Chi tiết khuôn cắt ống thuộc dạng hộp, kết cấu có độ phức tạp trung bình. Các bề mặt làm việc bố trí đối xứng, vị trí tương quan đơn giản. Độ dày thành chi tiết đồng đều trên toàn bộ kết cấu. Đặc điểm này cho phép áp dụng các phương pháp gia công truyền thống như tiện, khoan, khoét để đạt yêu cầu kỹ thuật. Bề mặt côn là khu vực đòi hỏi độ nhẵn bóng cao nhất, dung sai kiểm soát ở mức trung bình. Khu vực này bắt buộc gia công trên máy công nghệ cao để đảm bảo độ chính xác. Việc phân tích kỹ tính công nghệ giúp lựa chọn đúng trình tự nguyên công, giảm thời gian phụ, tăng năng suất chế tạo.

II. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và vật liệu chi tiết

Yêu cầu kỹ thuật của khuôn cắt ống tập trung vào độ chính xác kích thước và độ nhẵn bóng bề mặt côn. Sai số dung sai được khống chế chặt để đảm bảo lắp ghép chính xác với chày cắt. Vật liệu gang GX15-32 đáp ứng độ cứng cần thiết, chịu mài mòn tốt trong môi trường ma sát liên tục. Độ bền HB của phôi ảnh hưởng trực tiếp đến việc chọn hệ số điều chỉnh tốc độ cắt khi gia công. Quá trình phân tích chỉ ra rằng bề mặt côn là điểm khó nhất trong toàn bộ quy trình. Bề mặt này yêu cầu độ nhẵn bóng cao hơn các bề mặt khác, buộc phải gia công qua nhiều bước: thô, bán tinh, tinh. Việc xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng, mức độ lặp lại của nguyên công và trang thiết bị hiện có tại đơn vị. Dạng sản xuất quyết định trực tiếp đến phương án chọn máy, đồ gá và trình tự nguyên công. Phân tích đúng giúp tránh lãng phí thời gian, giảm chi phí sản xuất, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều giữa các lô hàng.

2.1. Yêu cầu kỹ thuật và dung sai gia công

Chi tiết khuôn cắt ống đòi hỏi độ chính xác cao ở các bề mặt lắp ghép với chày cắt. Dung sai kích thước được kiểm soát chặt để tránh khe hở gây rung động khi cắt. Bề mặt côn cần độ nhẵn bóng đạt cấp cao, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm ống côn tạo ra. Các bề mặt còn lại có yêu cầu thấp hơn, cho phép gia công bằng phương pháp thông thường. Việc phân chia rõ mức độ yêu cầu theo từng bề mặt giúp tối ưu số bước công nghệ, tránh gia công thừa. Kết quả là quy trình vừa đảm bảo chất lượng, vừa tiết kiệm thời gian máy.

2.2. Lựa chọn vật liệu và xác định dạng sản xuất

Gang GX15-32 được chọn làm vật liệu chính cho khuôn cắt ống. Vật liệu này chịu mài mòn tốt, giá thành thấp, phù hợp môi trường ma sát cao. Độ cứng HB của phôi quyết định hệ số điều chỉnh tốc độ cắt trong tính toán chế độ cắt. Dạng sản xuất được xác định dựa trên sản lượng hàng năm và mức độ ổn định của nguyên công. Đơn vị sản xuất nhỏ lẻ thường chọn dạng đơn chiếc hoặc loạt nhỏ. Việc xác định đúng dạng sản xuất giúp chọn thiết bị, đồ gá và trình tự nguyên công phù hợp với năng lực thực tế.

III. Quy trình công nghệ gia công khuôn cắt ống

Quy trình công nghệ gia công khuôn cắt ống gồm nhiều nguyên công liên tiếp: phay thô, phay tinh, khoan, doa và tiện các bề mặt định hình. Mỗi nguyên công chọn dao cắt phù hợp với vật liệu gang GX15-32. Ví dụ, dao phay mặt đầu răng chắp mảnh thép gió BK6 dùng cho bước phay thô và tinh. Thông số chế độ cắt như tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt được tính toán dựa trên bảng tra chuyên ngành. Tốc độ trục chính, công suất cắt và mô men xoắn được kiểm tra để chọn máy phù hợp, ví dụ máy phay 675II hoặc máy khoan 2421. Bước khoan lỗ sử dụng mũi khoan ruột gà thép gió, tính toán lực cắt và mô men xoắn để đảm bảo độ bền dụng cụ. Bước doa lỗ tinh chỉnh kích thước đạt dung sai yêu cầu. Việc tính toán chế độ cắt chính xác giúp tránh gãy dao, đảm bảo tuổi bền dao và chất lượng bề mặt gia công. Quy trình được xây dựng theo trình tự hợp lý, giảm thời gian gá đặt, tăng năng suất tổng thể của toàn bộ dây chuyền sản xuất.

3.1. Nguyên công phay và tính toán chế độ cắt

Nguyên công phay gồm hai bước: phay thô và phay tinh trên các bề mặt chính của chi tiết. Dao phay mặt đầu răng chắp mảnh thép gió BK6 được chọn nhờ khả năng chịu nhiệt và mài mòn tốt. Lượng chạy dao và chiều sâu cắt của bước thô lớn hơn bước tinh để tăng năng suất bóc tách phôi. Tốc độ cắt được tính từ đường kính dao và số vòng quay trục chính theo công thức chuẩn. Hệ số điều chỉnh phụ thuộc độ cứng bề mặt phôi, tình trạng bề mặt và vật liệu dao. Máy phay 675II được chọn dựa trên công suất và dải tốc độ trục chính phù hợp yêu cầu.

3.2. Nguyên công khoan doa và kiểm tra lực cắt

Nguyên công khoan sử dụng mũi khoan ruột gà thép gió đuôi trụ để tạo các lỗ trên chi tiết. Lượng chạy dao và tốc độ cắt được tra bảng theo đường kính lỗ và vật liệu phôi. Lực cắt và mô men xoắn được tính toán để kiểm tra độ bền của dao khoan. Bước doa lỗ thực hiện sau khoan nhằm đạt độ chính xác kích thước và độ nhẵn bóng cao hơn. Chiều sâu cắt ở bước doa rất nhỏ, giúp giảm rung động và sai số. Máy 2421 được chọn nhờ dải tốc độ trục chính rộng, phù hợp cả khoan và doa trên cùng một chi tiết.

IV. Kết luận và ứng dụng của khuôn cắt ống trong sản xuất

Đồ án công nghệ chế tạo máy về khuôn cắt ống hệ thống hóa toàn bộ quy trình từ phân tích chức năng đến tính toán chế độ cắt cụ thể. Việc phân tích chi tiết giúp xác định đúng dạng sản xuất, từ đó lựa chọn máy, dao và đồ gá phù hợp với điều kiện thực tế của đơn vị. Quy trình công nghệ xây dựng hợp lý giúp cân bằng giữa chất lượng sản phẩm và năng suất gia công. Vật liệu gang GX15-32 đáp ứng tốt yêu cầu chịu mài mòn trong môi trường làm việc khắc nghiệt. Các bước tính toán tốc độ cắt, lượng chạy dao và công suất máy đảm bảo an toàn cho dụng cụ cắt và thiết bị. Ứng dụng thực tế của khuôn cắt ống rất rộng, xuất hiện trong nhiều cụm máy hộp giảm tốc và hệ thống lắp ráp công nghiệp. Chi tiết này giúp quá trình lắp ráp, bảo dưỡng và thay thế trở nên đơn giản, tiết kiệm thời gian. Với công nghệ máy móc hiện nay, việc chế tạo khuôn cắt ống hoàn toàn khả thi ở quy mô công nghiệp. Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và kỹ sư khi thiết kế quy trình công nghệ tương tự.

4.1. Kết luận về quy trình công nghệ đã xây dựng

Quy trình công nghệ gia công khuôn cắt ống được xây dựng dựa trên phân tích kỹ chức năng, kết cấu và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Mỗi nguyên công chọn dao, máy và chế độ cắt phù hợp với vật liệu gang GX15-32. Các thông số tốc độ cắt, lượng chạy dao được tính toán dựa trên bảng tra chuyên ngành, đảm bảo độ tin cậy. Kết quả cho thấy quy trình vừa đạt yêu cầu chất lượng bề mặt, vừa tối ưu thời gian gia công. Đây là cơ sở quan trọng để triển khai sản xuất thực tế tại đơn vị.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp cơ khí

Khuôn cắt ống được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống hộp giảm tốc và cụm máy công nghiệp. Chi tiết giúp bảo vệ ổ lăn, ngăn bụi bẩn xâm nhập vào bộ phận máy. Nhờ thiết kế hợp lý, quá trình lắp ráp và thay thế trở nên nhanh chóng, giảm chi phí bảo trì. Trong sản xuất hàng loạt, quy trình công nghệ tối ưu giúp tăng năng suất mà vẫn giữ chất lượng ổn định. Đây là chi tiết không thể thiếu trong nhiều dây chuyền cơ khí hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỤC LỤC Danh mực bảng biểu.0 Danh mục hình vẽ. PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT.1 Phân tích chức năng điều kiện làm việc của chi tiết .2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết .3 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.4 Phân tích lựa chọn vật liệu.5 Xác định dạng sản xuất.6 Danh mực bảng biểu Bảng 1.1: Các dạng sản xuất----------------------------------------------------------------8 Danh mục hình vẽ LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ chế tạo máy là một ngành then chốt, nó đóng vai trò quyết định trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Nhiệm vụ của công nghệ chế tạo máy là chế tạo ra các sản phẩm cơ khí cho mọi lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân, việc phát triển ngành công nghệ chế tạo máy đang là mối quan tâm đặc biệt của Đảng và nhà nước ta. Ngành công nghệ chế tạo máy sản phẩm đa dạng nhưng cạnh tranh nhau sản phẩm nhập khẩu tương đối gay gắt .0 diễn ra các công nghệ mới đã làm thay đổi hoàn toàn cách thức, phương thức sản xuất sản phẩm hiện nay đặt ra yêu cầu cấp thiết trong việc đổi mới và cập nhật xu hướng công nghệ , phương thức thiết kế sản phẩm , gia công chế tạo sản phẩm đạt hiệu quả và chất lượng.

Nắp ổ một sản phẩm cơ khí có vật liệu bằng gang đôi khi bằng thép đại đa số được sử dụng để bảo quản thiết bị ngăn bụi bẩn ở ổ lăn trên các bộ phận máy móc , hộp giảm tốc. Việc nghiên cứu chế tạo ra Nắp ổ giúp cho quá trình lắp ráp, thi công, thay thế trở nên vô cùng tiện dụng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Hiện tại nắp ổ đã trở thành một thiết bị, chi tiết không thể thay thế trong quá trình trong các cụm máy hộp giảm tốc. Với công nghệ máy móc hiện nay việc gia công chế tạo nắp ổ hoàn toàn có thể đạt được chất lượng sản phẩm.

Tuy nhiên việc thiết kế sản xuất chế tạo tuy đạt được chất lượng nhưng năng suất không được cao. Do đó để đạt được hiệu quả năng suất chất lượng cần dựa vào điều kiện sản xuất của đơn vị để có những thay đổi về mặt quy trình công nghệ phương thức sản xuất gia công sao cho phù hợp dạng sản xuất, thiết bị máy móc hiện có ở trong đơn vị sản xuất. PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT 1.1 Phân tích chức năng điều kiện làm việc của chi tiết. - Chức năng làm việc:  Chi tiết khuôn cắt ống công dụng chủ yếu định hình dẫn hướng các chi tiết gia công dạng ống  Chi tiết khuôn cắt ống lắp với chày cắt dùng để gia công các loại ống côn gia công trong thời gian ngắn và rút ngắn thời gian thao tác - Chức năng làm việc :  Chi tiết khuôn cắt ống là một phần của bộ khuôn lắp với áo khuôn , làm việc trong môi trường ma sát và áp lực 1.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết.

 Đây là chi tiết dạng hộp vật liệu GX15-32  Hình dạng chi tiết có độ phức tạp trung bình  Các bề mặt làm việc có vị trí tương quan tương đối đơn giản đối xứng , độ dày chi tiết đều đặn sử dụng các phương pháp gia công truyền thống như tiện khoan khoét để đạt được yêu cầu kỹ thuật  Bề mặt côn có độ nhẵn bóng cao dung sai trung bình gia công trên các máy cơ , chủ yếu bề mặt này gia công trên các máy công nghệ cao (CNC) 1.3 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của chi tiết + Độ không vuông góc giữa mặt bên rãnh B=34 và bề mặt A đảm bảo không quá 0,1 mm + Độ không vuông góc giữa mặt lỗ và bề mặt A đảm bảo không quá 0,04 mm + Độ không song song giữa mặt trên và bề mặt A đảm bảo không quá 0,04 mm + Độ không vuông góc giữa mặt rãnh B=34 và bề mặt A đảm bảo không quá 0,05 mm + Độ nhám bề mặt Ra=1,25 đạt => giữ nguyên 2 + Độ nhám bề mặt rãnh cắt Ra=1,25 đạt => giữ nguyên + Độ nhám bề mặt côn Ra=1,25 đạt => giữ nguyên + Độ nhám bề mặt trên và mặt dưới Ra=0,63 đạt => giữ nguyên + Độ nhám bề mặt bề mặt Ra=2,5 (thêm bề mặt lắp chốt định vị, hoặc dẫn hướng khi dập ) + Độ nhám bề mặt còn lại Rz=40 + Bề mặt độ chính xác cấp 9 -> đạt => giữ nguyên + Bề mặt độ chính xác cấp 7 -> đạt => giữ nguyên + Khoảng cách lỗ định vị , 64mm độ chính xác cấp 9 -> đạt => giữ nguyên + Kích thước không nghi dung sai lấy 0,1 độ chính xác cấp 12 -> đạt => giữ nguyên 1.4 Phân tích lựa chọn vật liệu Vật liệu chế tạo phôi bao gồm vật liệu kim loại và phi kim. Nhưng vật liệu phi kim dễ biến dạng nên hoạt động của các thiết bị không ổn định nên ta chọn vật liệu kim loại để chế tạo phôi. Vật liệu kim loại bao gồm thép, gang, kim loại màu và hợp kim màu. Vật liệu Phân loại Cơ tính Chế tạo phôi và Đánh giá gia công Thép Thép thường Độ bền, độ dẻo , và độ Dễ chế tạo và gia Đạt dai va đập thấp so với công các loại thép khác 3 Thép kết cấu Thép có độ cứng cao Dễ chế tạo và gia Không thường được sử dụng công đạt trong các loại vật liệu chịu lực phức tạp Thép hợp kim Có độ tương Khó chế tạo và Không cứng đương thép kết cấu gia công đạt nhưng có khả năng chống mài mòn cao Gang Gang trắng Độ cứng cao chống Khó chế tạo và Không được mài mòn gia công( ít đạt dùng) Gang xám Có độ bền kéo thấp Dễ chế tạo và gia Đạt nhưng có độ bền nén công.

cao, khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao Gang cầu Độ bền kéo cao, độ bền Dễ chế tạo và Không nén cao, chịu tải trọng gia công đạt phức tạp Gang giun Độ bền kéo cao, độ bền Khó chế tạo và Không nén cao, chịu tải trọng gia công mất chi đạt phức tạp, có khả năng phí lớn => không chịu mài mòn va đập thích hợp sản xuất số lượng lớn 4 Gang dẻo Tính dẻo dai cao và Chế tạo phức tạp Không chịu tải trọng lớn và thời gian dài, đạt không thích hợp sản xuất hàng khối Kim loại Đồng và hợp Chịu lực trung bình, Dễ chế tạo và gia Không màu và kim đồng khả năng chống ăn công đạt hợp kim mòn hóa học cao màu Nhôm và hợp Độ bền độ cứng thấp, Dễ chế tạo và gia Không kim nhôm không chịu tải phức tạp công đạt Từ các phân tích trên, ta được các loại vật liệu thỏa mãn yêu cầu về cơ tính và sản xuất sản phẩm: + Thép thường : đáp ứng đủ yêu cầu về cơ tính, dễ chế tạo phôi, gia công dễ, giá thảnh rẻ. + Gang xám: đáp ứng được yêu cầu mặt chịu nhiệt chống mài mòn tốt cơ tính đủ đáp ứng cho chi tiết , gia công dễ ,giá thành rẻ Hai loại vật liệu trên có tính công nghệ của thép cao tuy nhiên do chi tiết không làm việc trong môi trường chịu va đập cũng như kết cấu của chi tiết phù hợp phương pháp đúc mà gang xám tính đúc cao cho nên ta lựa chọn vật liệu chế tạo chi tiết là gang xám. Gang xám thường được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ và ít bị va đập như: thân máy, bệ máy, ống nước,… do chịu ma sát tốt nên đôi khi gang xám dùng để chế tạo các ổ trượt và bánh răng. 5 Các mác GX12 - 28, GX 15-32 có độ bền không cao dùng để làm vỏ hộp, nắp che (không chịu lực).

Các mác GX21 - 40, GX28 - 48 có độ bền cao hơn, dùng làm bánh đà, thân máy. Các mác GX36 - 56, GX40 - 60 có độ bền cao, dùng làm vỏ xi lanh, bánh răng chữ V, trục chính… Vậy chọn gang xám ký hiệu: GX 21-40 (thay đổi so với đề GX15-32) làm vật liệu chế tạo phôi Vật liệu chế tạo chi tiết là GX 21-40 thành phần gồm: Bảng 2. Thành phần của GX 21-40 Mác gang C% P% S% Mn% Si% GX21-40 3,3 0,3 0,15 0,7 1,4 Bảng 2. Tính chất cơ lý của GX 18-35 Giới hạn bền kéo Giới bền uốnσu Độ cứng HB σk (kg / mm ) ( kg / mm ) 21 40 170 ÷ 229 1.5 Xác định dạng sản xuất Sản lượng hàng năm của chi tiết gia công : Ta có N 0 =30000 (chi tiết) 6 N = N0.chi tiết ) Vậy N = 30000.

1 + Trọng lượng của chi tiết : Dùng phần mêm inventor xác định được trong lượng của chi tiết gia công Q =1,636 ( kg ) Dựa vào bảng xác định dạng sản xuất ( Bảng 2.,xác định dạng sản xuất là sản xuất hàng loạt lớn Bảng 2.3: Các dạng sản xuất Khối lượng chi tiết (kg) Dạng sản xuất <4 4¿ 200 >200 N: Sản lượng hàng năm Đơn chiếc <100 <10 <5 Hàng loạt nhỏ 100¿ 500 10¿ 200 55¿ 100 Hàng loạt vừa 500¿ 5000 200¿ 500 100¿ 300 Hàng loạt lớn 5000¿ 50000 500¿ 5000 300¿ 1000 Hàng khối >50000 >5000 >1000 7 8 Chương 2. CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 2.1 Phân tích lựa chọn phương pháp chế tạo phôi Trong CTM, chế tạo phôi thường dùng là đúc và phương pháp gia công áp lực. + Phương pháp đúc:  Ưu điểm: không yêu cầu vật liệu, độ chính xác của phôi tùy thuộc vào mức độ đầu tư công nghệ, dễ cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất cao, giá thành thấp.  Nhược điểm: chất lượng chi tiết thấp, khó chế tạo chi tiết có thành mỏng, hệ số sử dụng sử dụng vật liệu thấp cần xử lý lại bề mặt sau chế tạo phôi.

+ Phương pháp gia công áp lực:  Ưu điểm: không thích hợp với gang xám, độ chính xác cao hơn mức độ đầu tư tương đương, dễ cơ khí hóa tự động, có khả năng chế tạo các chi tiết thành mỏng, chất lượng bề mặt sau chế tạo phôi cao, năng suất cao thích hợp sản xuất hàng khối, hệ số sử dụng vật liệu cao, cơ tính vật liệu được cải thiện  Nhược điểm: chi phí giá thành cao, yêu cầu cao về máy móc thiết bị. Do chi khuôn cắt ống ổ kết cấu đơn giản kích thước trung bình , vật liệu GX21-40 nên gia công bằng phương pháp đúc Tuỳ thuộc vào loại khuôn đúc người ta phân ra làm hai loại:  Đúc trong khuôn cát: Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót một lần rồi phá khuôn).