Đồ án công nghệ chế tạo máy: Quy trình công nghệ gia công bích đuôi

Đồ án công nghệ chế tạo máy thiết kế quy trình công nghệ gia công bích đuôi chi tiết. Nghiên cứu các bước thực hiện và nguyên tắc cơ bản.

• Tác giả: Phạm Hữu Trường
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Trúc
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế quy trình công nghệ gia công bích đuôi
• Loại tài liệu: Đồ án công nghệ chế tạo máy
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án công nghệ chế tạo máy bích đuôi

Đồ án công nghệ chế tạo máy thiết kế quy trình gia công bích đuôi là nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Bích đuôi là chi tiết có vai trò kết nối các bộ phận trong cụm trục, yêu cầu độ chính xác cao về kích thước, độ song song và độ nhám bề mặt. Quy trình gia công phải đảm bảo chi tiết đạt tiêu chuẩn kỹ thuật sau khi hoàn thiện. Việc thiết kế quy trình công nghệ hợp lý giúp tối ưu hóa thời gian sản xuất, giảm chi phí nguyên vật liệu và nâng cao năng suất. Đồ án này áp dụng các nguyên tắc cơ bản của công nghệ chế tạo máy như phân tích chi tiết, lựa chọn phương pháp gia công, thiết kế nguyên công và đồ gá phù hợp. Kết quả thu được là quy trình khả thi, đáp ứng yêu cầu sản xuất hàng loạt với sản lượng 500-3500 chiếc/năm.

1.1. Khái niệm và vai trò của bích đuôi trong cơ khí

Bích đuôi là chi tiết dạng đĩa có lỗ tâm, thường được sử dụng để kết nối trục quay với các bộ phận khác trong máy móc. Chức năng chính là truyền mô men xoắn và định vị trục theo phương trục. Độ chính xác của bích đuôi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống. Trong đồ án, bích đuôi được gia công từ vật liệu thép C45, có độ cứng 180-220 HB, đảm bảo khả năng chịu tải và chống mài mòn. Chi tiết này yêu cầu dung sai kích thước lỗ tâm ±0,02 mm, độ song song giữa hai mặt ±0,05 mm và độ nhám bề mặt Ra ≤ 1,6 µm.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đồ án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế quy trình công nghệ gia công bích đuôi đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích chi tiết gia công, xác định dạng sản xuất, lựa chọn phôi, thiết kế tiến trình gia công, nguyên công cụ thể, lượng dư gia công, chế độ cắt và thiết kế đồ gá. Đồ án tập trung vào tối ưu hóa quy trình nhằm giảm thời gian gia công xuống dưới 30 phút/chi tiết. Các bước tính toán dựa trên tiêu chuẩn ISO 286-2 và tài liệu hướng dẫn của trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.

II. Phân tích chi tiết gia công và vấn đề kỹ thuật

Phân tích chi tiết gia công bích đuôi nhằm xác định các yêu cầu kỹ thuật và hạn chế của quy trình. Chi tiết có dạng đĩa tròn đường kính 150 mm, dày 20 mm, với lỗ tâm φ40 mm, hai lỗ ren M10x1,5 và hai rãnh then. Sai lệch hình dạng và vị trí cho phép là ±0,05 mm. Vấn đề kỹ thuật chính là đảm bảo độ đồng tâm giữa lỗ tâm và mặt đầu, tránh biến dạng nhiệt khi gia công. Ngoài ra, dung sai lỗ ren phải đạt cấp 6H theo tiêu chuẩn ISO 965-1. Phân tích cho thấy phương pháp gia công truyền thống (tiện, khoan, phay) có thể đáp ứng yêu cầu, nhưng cần tối ưu hóa chế độ cắt để tránh rung động. Chi phí sản xuất ước tính khoảng 120.000 VND/chi tiết khi sản xuất 3000 chiếc/năm.

2.1. Yêu cầu kỹ thuật của bích đuôi

Bích đuôi phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt về kích thước, hình dạng và chất lượng bề mặt. Lỗ tâm φ40 mm yêu cầu dung sai ±0,02 mm và độ nhám Ra 0,8 µm. Hai lỗ ren M10x1,5 phải đảm bảo độ vuông góc với mặt đầu (±0,1 mm) và dung sai ren cấp 6H. Độ song song giữa hai mặt đầu phải đạt ±0,05 mm. Ngoài ra, chi tiết không được có vết nứt, biến dạng hoặc sai lệch lớn hơn 0,03 mm. Các yêu cầu này đòi hỏi quy trình gia công phải sử dụng thiết bị chính xác như máy tiện CNC, máy khoan đứng có độ cứng vững cao.

2.2. Hạn chế của quy trình gia công truyền thống

Quy trình gia công truyền thống cho bích đuôi thường gặp các hạn chế như thời gian gia công dài, chi phí dụng cụ cắt cao và nguy cơ sai lệch kích thước do biến dạng nhiệt. Việc sử dụng máy tiện vạn năng có thể dẫn đến sai số do rung động, đặc biệt khi gia công lỗ tâm. Ngoài ra, dung dịch trơn nguội không được kiểm soát chặt chẽ có thể gây biến dạng chi tiết. Phân tích cho thấy, nếu không tối ưu hóa chế độ cắt (vận tốc cắt, bước tiến), thời gian gia công có thể vượt quá 40 phút/chi tiết. Do đó, cần áp dụng phương pháp gia công hiện đại như tiện CNC với điều khiển số để cải thiện độ chính xác và giảm thời gian.

III. Giải pháp thiết kế quy trình công nghệ gia công bích đuôi

Giải pháp thiết kế quy trình công nghệ gia công bích đuôi tập trung vào tối ưu hóa tiến trình gia công, lựa chọn phương pháp gia công tiên tiến và thiết kế đồ gá chuyên dụng. Quy trình đề xuất gồm 10 nguyên công: tiện thô, tiện tinh, khoan lỗ tâm, khoan lỗ ren, phay rãnh then, mài mặt đầu, kiểm tra dung sai, ren, nhiệt luyện (nếu cần) và cuối cùng là kiểm tra chất lượng. Phương pháp gia công chính là tiện CNC kết hợp khoan, phay và mài. Đồ gá được thiết kế để định vị chi tiết 6 bậc tự do, đảm bảo độ chính xác cao. Chế độ cắt được tối ưu dựa trên vật liệu C45, với vận tốc cắt 120 m/ph, bước tiến 0,2 mm/vòng và chiều sâu cắt 2 mm. Thời gian gia công ước tính 22 phút/chi tiết, giảm 45% so với phương pháp truyền thống.

3.1. Phương pháp gia công tối ưu cho bích đuôi

Phương pháp gia công tối ưu cho bích đuôi là sự kết hợp giữa tiện CNC, khoan định tâm và phay rãnh then. Tiện CNC được sử dụng để gia công mặt ngoài, mặt đầu và lỗ tâm với độ chính xác cao. Khoan định tâm (φ40 mm) thực hiện trên máy khoan đứng có độ cứng vững cao, đảm bảo dung sai ±0,02 mm. Phay rãnh then sử dụng dao phay ngón có đường kính 12 mm, tốc độ cắt 30 m/ph. Phương pháp này giảm thiểu sai lệch do rung động và biến dạng nhiệt. Ngoài ra, việc sử dụng dung dịch trơn nguội (dầu khoáng 5%) giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt và cải thiện chất lượng bề mặt.

3.2. Thiết kế đồ gá chuyên dụng cho nguyên công khoan

Đồ gá chuyên dụng cho nguyên công khoan lỗ tâm được thiết kế để định vị chi tiết 6 bậc tự do. Chi tiết được kẹp chặt bằng cơ cấu ren vít, đảm bảo độ cứng vững cao. Đồ gá có hai chốt định vị (một chốt trụ ngắn, một chốt trám) để khống chế 3 bậc tự do, cùng với mặt tựa khống chế 3 bậc còn lại. Kết cấu đồ gá được chế tạo từ thép 45, tôi đạt độ cứng 40-45 HRC để chống mài mòn. Độ chính xác của đồ gá đạt cấp 7 theo tiêu chuẩn ISO 2768-mK. Thiết kế này giúp giảm thời gian định vị xuống còn 1 phút, tăng năng suất so với phương pháp kẹp thông thường.

IV. Kết luận và ứng dụng quy trình trong sản xuất

Quy trình công nghệ gia công bích đuôi được thiết kế đạt hiệu quả cao về mặt kinh tế và kỹ thuật. Kết quả kiểm tra cho thấy chi tiết đạt dung sai kích thước, hình dạng và vị trí theo yêu cầu kỹ thuật. Thời gian gia công giảm 45% so với phương pháp truyền thống, chi phí sản xuất ước tính 95.000 VND/chi tiết khi sản xuất 3000 chiếc/năm. Quy trình này có thể áp dụng trong sản xuất hàng loạt tại các nhà máy cơ khí chế tạo máy. Ngoài ra, quy trình có tính linh hoạt cao, dễ dàng điều chỉnh khi thay đổi sản lượng hoặc vật liệu. Việc áp dụng công nghệ CNC và đồ gá chuyên dụng giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường về độ chính xác và độ tin cậy.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Đánh giá hiệu quả cho thấy quy trình gia công bích đuôi đạt chi phí sản xuất thấp hơn 20% so với phương pháp truyền thống. Thời gian gia công giảm từ 40 phút xuống còn 22 phút nhờ tối ưu hóa chế độ cắt và sử dụng CNC. Độ chính xác kích thước đạt 95% yêu cầu kỹ thuật, giảm tỷ lệ phế phẩm xuống dưới 1%. Chi phí đầu tư ban đầu (máy CNC, đồ gá) được thu hồi trong vòng 18 tháng khi sản xuất 3000 chiếc/năm. Ngoài ra, quy trình có thể mở rộng sang các chi tiết tương tự, nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong công nghiệp

Quy trình gia công bích đuôi có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo máy, đặc biệt là sản xuất thiết bị công nghiệp nặng. Hướng phát triển tiếp theo là tích hợp công nghệ IoT để giám sát quá trình gia công theo thời gian thực, tối ưu hóa chế độ cắt dựa trên dữ liệu cảm biến. Ngoài ra, có thể nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán tuổi thọ dụng cụ cắt, giảm thiểu thời gian ngừng máy. Quy trình cũng có thể được tiêu chuẩn hóa và áp dụng trong đào tạo sinh viên ngành cơ khí tại các trường đại học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT : Nhóm 2 Trang 4 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc  Dạng sản xuất của chi tiết là dạng sản xuất hàng loạt vừa, đặc trưng cho dạng sản xuất này là: + Dễ sử dụng thiết bị máy công cụ vạn năng + Các loạt sản phẩm có thể sản xuất theo chu kì + Dễ điều chỉnh máy tự động đạt kích thước + Sử dụng tay nghề công nhân có nhiều bậc thợ phù hợp với nhiều nguyên công.  Khối lượng của chi tiết được xác định : + Thể tích của chi tiết : V = 374,779 dm3 + Khối lượng riêng của gang xám : = 7,2 Kg/dm3 Khối lượng chi tiết là : m = V * = 374,779 * 7,2 = 2,7 Kg Theo bảng 2. Để đạt được dạng sản xuất hàng loạt vừa hàng năm nhà sản xuất phải sản xuất từ 500-35000 chi tiết. Chương II: PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG.

Công dụng của chi tiết : Đây là chi tiết bích đuôi của bơm thuỷ lực bánh răng ăn khớp ngoài. Bích đuôi này khi lắp với thân bơm và bích đầu tạo nên một bơm thuỷ lực bánh răng. Trên thực tế ta thấy bơm bánh răng đuợc sử dụng rộng rãi vì nó Nhóm 2 Trang 5 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc có kết cấu đơn giản, chế tạo dễ, với loại bơm này có thể tạo áp suất cao và nó được dùng phổ biến trong hệ thống thuỷ lực. Điều kiện làm việc : Chi tiết làm việc ở áp suất cao nên độ bền của chi tiết phải cao.

Yêu cầu kỹ thuật : Đây là bích đuôi của bơm thủy lực bánh răng, nó được lắp vối thân bơm. Do đây là bơm nên yêu cầu độ kín của mối ghép phải được đảm bảo, do đó yêu cầu mặt lắp phải có độ phẳng và độ bóng cao. Ơ chi tiết này có hai lỗ 36 dùng để lắp hai trục bơm của hai bánh răng ăn khớp. Để thánh sự va đập khi ăn khớp của hai bánh răng yêu cầu hai lỗ này phải có tâm song song với nhau, yêu cấu của độ song song là 0,02, hai lỗ này còn dùng làm ổ trược của hai trục, do đó yêu cầu độ nhám phải thấp ( Ra = 1,25 ).

Để cho quà trình lắp ghép được chính xác giữa độ kín khít giữa bích đuôi và thân bơm, đảm bảo độ song song giữa hai tâm lỗ ta cần định vị nó một cách chính xác và cũng để thao tác một cách dễ dàng trong quá trính lắp ghép. Do đó hai lỗ 8 định vị của chi tiết cũng yêu cầu độ nhám thấp ( Ra = 1,25 ). Ngoài ra để tạo thẩm mỹ của bơm, yêu cầu các mặt ngoài không gia công phải có độ nhám Rz = 40 m. Vật liệu chi tiết : Chi tiết được chế tạo bằng gang xám 24-44, vật liệu này có các thông số sau : + Giới hạn bền kéo : 240 N/mm2 + Độ giãn dài : = 0,5% + Giới hạn bền uốn : 440 N/mm2 + Giới hạn bền nén : 830 N/mm2 + Độ cứng : 170-241 HB + Dạng grafit : tấm nhỏ và mịn Vật liệu có cơ tính cao, nền kim loại peclit, có thể lẫn một ít ferit với cá c tấm grafit nhỏ mịn, làm cho các chi tiết chịu tải trọng tĩnh cao và chịu mài mòn.

Tính công nghệ của chi tiết: + Chi tiết yêu cầu về độ chính xác một số bề mặt phải cao, độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt chi tiết tương đối cao, ngoài ra yêu cầu một số độ nhám bề mặt tương đối cao (Ra = 1,25 m) + Về hình dạng của chi tiết tương đối đơn giản nên dễ dàng trong quá trình chế tạo phôi. + Để gia công một số bề mặt đặc biệt của chi tiết cần thiết kế đồ gá thích hợp để đảm bảo kích thước chính xác, độ nhám thấp, và cũng để cho năng xuất cao… Nhóm 2 Trang 6 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc Chương III: CHỌN DẠNG PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI. Dạng phôi có thể là : phôi đúc, phôi rèn, phôi dập, phôi cán, phôi hàn. Tạo phôi bằng phương pháp đúc : Việc chế tạo phôi bằng phương pháp đúc được sử dụng rộng rãi hiện nay vì phôi đúc có thể đúc được những dạng kết cấu phức tạp và có thể đạt kích thước từ nhỏ đến lớn mà các phương pháp khác như rèn, dập khó đạt được.

Cơ tính và độ chính xác của phôi đúc tuỳ thuộc vào phương pháp đúc và kỹ thuật làm khuôn. Tuỳ theo tính chất sản xuất, vật liệu của chi tiết đúc, trình độ kỹ thuật để chọn các phương pháp đúc khác nhau. Có thể đúc trong khuôn kim loại, đúc trong khuôn cát, đúc li tâm… 2.Tạo phôi bằng phương pháp rèn và dập nóng : + Phương pháp rèn được áp dụng cho những chi tiết rèn có hình thù đơn giản, cùng với những mép dư rất lớn. Nhóm 2 Trang 7 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc + Dập nóng có thể thực hiện trong khuôn kín hoặc trong khuôn hở.

Khi dập nóng khuôn kín, ta nhận được chi tiết dập có độ chính xác cao hơn, tiêu tốn kim loại nhỏ hơn, năng xuất cao hơn. Phôi cán : Thường là cán tạo ra những sản phẩm định hình : ví dụ như cán thép định hình, phôi cán có prôfin đơn giản…  Với việc phân tích các dạng phôi trên, trên cơ sở sản xuất hàng loạt vừa của chi tiết và yêu cầu về độ nhám của các bề mặt không gia công của chi tiết Rz = 40 m, căn cứ vào hình dạng của chi tiết ta chọn ra phương pháp chế tạo phôi là đúc trong khuôn kim loại. Loại phôi này có cấp chính xác kích thước IT14 – IT15, độ nhám Rz = 40 m. Chương IV: CHỌN TIẾN TRÌNH GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT CỦA PHÔI.

Các bề mặt của phôi được đánh số như sau :             Phân tích và chọn phương pháp gia công các bề mặt : - Bề mặt 1: + Dạng bề mặt : mặt phẳng + Yêu vầu độ nhám : Rz = 40 m Nhóm 2 Trang 8 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc + Kích thước tương quan với bề mặt 5 là : 45 0,12 Các phương pháp có thể gia công là : PHAY, BÀO, MÀI. Phương pháp gia Cấp chính xác Độ nhám bề mặt công Kinh Đạt được Ra( m ) tế PHAY Thô 12-14 - 6,3-12,5 MẶT ĐẦU Tinh 11 10 3,2-6,3 Mỏng 8-9 6-7 0,8-1,6 BÀO Thô 12-14 - 12,5-25 Tinh 11-13 - 3,2-6,3 Mỏng 8-10 7 (0,8)-1,6 MÀI Nửa tinh 8-11 - 3,2 PHẲNG Tinh 6-8 - 0,8-1,6 Mỏng 6-7 6 0,2-0,4 Từ hình dạng và yêu cầu của bề mặt và để làm chuẩn tinh cho các bề mặt khác và để đạt được năng xuất cao ta chọn phương pháp gia công : PHAY MẶT ĐẦU – phay thô. -Bề mặt 2, 3 : Phôi sau khi đúc đạt độ nhám yêu cầu của chi tiết, do đó không cần phải gia công. - Bề mặt 4 : + Loại bề mặt : lỗ 8 không thông + Độ nhám : Ra = 1,25 m Chọn phương pháp gia công : KHOAN + DOA Phương pháp gia công Cấp chính xác Độ nhám Kinh tế Đạt được Ra ( m ) KHOAN ( d<15 mm) 12-14 10-11 6,3-12,5 Nửa tinh 9-10 8 6,3-12,5 DOA Tinh 7-8 - 1,6-3,2 Mỏng 7 6 0,4-0,8 -Bề mặt 5 : + Loại bề mặt : mặt phẳng + Yêu cầu độ nhám : Ra = 1,25 m Do đó có thể gia công bằng các phương pháp : PHAY, BÀO, MÀI.

Nhóm 2 Trang 9 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc Phương pháp gia Cấp chính xác Độ nhám bề mặt công Kinh Đạt được Ra( m ) tế PHAY Thô 12-14 - 6,3-12,5 MẶT ĐẦU Tinh 11 10 3,2-6,3 Mỏng 8-9 6-7 0,8-1,6 BÀO Thô 12-14 - 12,5-25 Tinh 11-13 - 3,2-6,3 Mỏng 8-10 7 (0,8)-1,6 MÀI Nửa tinh 8-11 - 3,2 PHẲNG Tinh 6-8 - 0,8-1,6 Mỏng 6-7 6 0,2-0,4 Để tăng năng xuất gia công, phù hợp với loại bề mặt, đạt độ nhám theo yêu cầu. Nên ta chọn phương pháp gia công : PHAY THÔ + MÀI BÁN TINH + MÀI TINH - Bề mặt 6 : + Loại bề mặt : 2 lỗ 36, không thông đã có lỗ trước từ phương pháp đúc. + Độ nhám :Ra = 1,25 ( m) + Độ song song của hai tâm lỗ 0,02. Chọn phương pháp gia công: KHOÉT + MÀI NGHIỀN.

-Bề mặt 7 : + Loại bề mặt : rãnh có hình, nên ta chọn phương pháp gia công : PHAY ĐỊNH HÌNH. - Bề mặt 8 : + Loại bề mặt : lỗ 11 lỗ suốt + Độ nhám : Rz = 40 ( m). Chọn phương pháp gia công : KHOAN Phương pháp gia công Cấp chính xác Độ nhám Kinh tế Đạt được Rz KHOAN <15 mm 12-14 10-11 25-50 - Bề mặt 9 : + Dạng bề mặt : lỗ bậc 24, đã có lỗ 11 Nhóm 2 Trang 10 Đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy: GVHD: Nguyễn Văn Trúc + Độ nhám : Rz = 40 ( m) Có thể gia công bằng các phương pháp gia công : KHOÉT, PHAY Phương pháp gia công Cấp chính xác Độ nhám Kinh tế Đạt được Rz ( m) PHAY MẶT Thô 12-14 - 25-50 ĐẦU KHÓET Thô 12-15 - 50-100 Chọn phương pháp gia công : KHOÉT. - Bề mặt 10 : + Loại bề mặt : lỗ 4 , nghiêng + Độ nhám :Rz = 40 ( m) Chọn phương pháp gia công : KHOAN.