Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật ô tô hiện đại, hệ thống trợ lực tay lái thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc giảm lực đánh lái của người điều khiển, đặc biệt khi xe đứng yên hoặc di chuyển ở tốc độ thấp, đồng thời duy trì tính ổn định khi xe vận hành trên các cung đường phức tạp. Bơm dầu trợ lực nhận công suất từ động cơ để tạo áp suất dầu cung cấp cho van phân phối và xi-lanh lực. Trong hệ thống này, chi tiết ống nối dẫn dầu là cơ cấu trung gian chịu trách nhiệm dẫn truyền môi chất thủy lực áp suất cao từ bơm đến các đường ống dẫn và cơ cấu chấp hành.

Đề tài nghiên cứu được xây dựng dựa trên khảo sát thực tế hệ thống trợ lực tay lái của dòng xe tải nhẹ Kia K2700 tại Xưởng 52-1. Chi tiết ống nối dẫn dầu của bơm thủy lực làm việc trong điều kiện liên tục chịu áp suất thủy lực lớn, tải trọng tĩnh và động (uốn, xoắn, kéo) cùng môi trường dầu bôi trơn ở nhiệt độ cao. Trong bối cảnh ngành gia công cơ khí trong nước còn phụ thuộc nhiều vào các trang thiết bị vạn năng truyền thống, việc thiết kế một quy trình công nghệ gia công cơ khí tối ưu bằng phương pháp cổ điển cho chi tiết này nhằm đảm bảo tính khả thi công nghệ, đáp ứng độ chính xác kỹ thuật và hạ giá thành sản xuất là nhiệm vụ mang tính thực tiễn cao.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể qua 6 nội dung:

  1. Phân tích chức năng, điều kiện làm việc và thiết lập bản vẽ kỹ thuật chi tiết ống nối dẫn dầu bơm dầu trợ lực lái xe Kia K2700.
  2. Đánh giá tính công nghệ trong kết cấu, xác định dạng sản xuất và lựa chọn phương án chế tạo phôi thích hợp.
  3. Lập tiến trình công nghệ gia công các bề mặt, phân tích chọn chuẩn định vị và so sánh các phương án gia công để chọn ra quy trình tối ưu.
  4. Tra cứu và tính toán dung sai, lượng dư gia công cho tất cả các bề mặt của chi tiết theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
  5. Tính toán và tra bảng xác định chế độ cắt (chiều sâu cắt, lượng chạy dao, vận tốc cắt, số vòng quay trục chính) và công suất cắt cho từng bước nguyên công trên máy công cụ cụ thể.
  6. Thiết kế chi tiết 10 nguyên công công nghệ kèm theo yêu cầu về thiết bị, dụng cụ cắt và sơ đồ kiểm tra kích thước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chi tiết ống nối dẫn dầu của cụm bơm dầu thủy lực bánh răng ăn khớp ngoài thuộc hệ thống trợ lực tay lái xe Kia K2700.
  • Phạm vi không gian: Mô hình thực tế tại Xưởng 52-1 và các trang thiết bị máy công cụ cắt gọt kim loại truyền thống (máy tiện vạn năng 1M620, máy phay, máy khoan).
  • Phạm vi công nghệ: Quy trình công nghệ gia công cơ khí cắt gọt cổ điển (tiện, phay, khoan, taro, vát mép) trong điều kiện sản xuất hàng loạt vừa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Nguyên lý cắt gọt kim loại và Đo lường - Dung sai lắp ghép cơ khí. Các cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và công thức tính toán được áp dụng bao gồm:

  • Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia:
    • TCVN 2244:1999: Quy định về cấp chính xác chế tạo cơ khí (từ IT01 đến IT18) nhằm xác định dung sai kích thước lắp ghép và kích thước tự do.
    • TCVN 2248:1997: Tiêu chuẩn ren hệ mét để xác định profin, bước ren và lượng dư cho các mối ghép ren M18x1,5 và M14x1,5.
  • Tài liệu tra cứu chuyên ngành:
    • Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy (Tập 1, Tập 2, Tập 3) của nhóm tác giả GS. TS. Nguyễn Đắc Lộc, PGS. TS. Lê Văn Tiến, PGS. TS. Ninh Đức Tốn.
    • Sổ tay Thiết kế Cơ khí (Tập 1) và Giáo trình Dung sai lắp ghép và Kỹ thuật đo lường (PGS. Ninh Đức Tốn).
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế kỹ thuật:
    • Phương pháp phân tích kết cấu - chức năng: Đo đạc trực tiếp mẫu chi tiết trên cụm bơm thực tế tại xưởng, quy chuẩn các kích thước và vị trí làm việc.
    • Phương pháp chọn chuẩn công nghệ: Phân tích 6 bậc tự do định vị, xác định hệ thống chuẩn thô và chuẩn tinh (chuẩn tinh chính, chuẩn định vị thống nhất) nhằm giảm thiểu sai số tích lũy và sai số gá đặt.
    • Phương pháp so sánh phương án: Thiết lập 2 phương án tiến trình công nghệ gia công cơ khí, đối chiếu về mức độ tập trung/phân tán nguyên công, độ cứng vững khi kẹp chặt và khả năng gá đặt thực tế trên máy tiện, máy phay để lựa chọn phương án tối ưu.
    • Phương pháp tra cứu kết hợp tính toán giải tích: Tính vận tốc cắt thực tế $V_t$ thông qua vận tốc cơ sở $V_b$ và các hệ số điều chỉnh ($k_1, k_2, k_3, k_4, k_5$), từ đó tính số vòng quay lý thuyết và quy chuẩn theo cấp tốc độ thực tế của máy công cụ $n_{may}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Phân tích và xây dựng bản vẽ chi tiết

Chương này trình bày tổng quan cấu tạo hệ thống trợ lực lái ô tô xe Kia K2700 với cụm bơm dầu bánh răng ăn khớp ngoài (bơm đơn hoặc kép, bánh răng xoắn/xương cá dạng chữ V). Tác giả tiến hành phân tích chi tiết ống nối dẫn dầu với các thông số kích thước và yêu cầu kỹ thuật:

  • Chiều dài tổng thể: $L = 43 \pm 0,5\text{ mm}$ (cấp chính xác IT8).
  • Phần đai ốc lục giác: $L = 17\text{ mm}$.
  • Ren ngoài: $M18 \times 1,5$, chiều dài phần ren $L = 10\text{ mm}$.
  • Ren trong: $M14 \times 1,5$, chiều sâu lỗ ren $L = 15 \pm 0,15\text{ mm}$ (cấp chính xác IT12).
  • Phần đầu hút dầu: Chiều dài $L = 9\text{ mm}$, đường kính ngoài $\phi 6,5^{+0,16}\text{ mm}$ ($k12$, IT12), đường kính lỗ trong $\phi 4,5^{+0,12}\text{ mm}$ (H12, cấp độ nhám $Ra = 2,5\ \mu\text{m}$).
  • Lỗ thông dầu trung gian: Đường kính $\phi 12^{+0,04}\text{ mm}$ ($H9$, IT9). Độ không đồng tâm cho phép giữa lỗ $\phi 4,5$ và lỗ $\phi 12$ là $0,05\text{ mm}$.
  • Các kích thước trục định vị: $\phi 14^{+0,18}\text{ mm}$, $\phi 16^{+0,18}\text{ mm}$, $\phi 19^{+0,18}\text{ mm}$ (đều đạt cấp chính xác $k12$, IT12). Độ nhám bề mặt không làm việc đạt $Rz = 80\ \mu\text{m}$.
  • Phân tích tính công nghệ: Chi tiết thuộc dạng trục bậc ngắn, kết cấu cho phép gia công hoàn chỉnh bằng các phương pháp tiện, phay thông thường mà không cần khoan lỗ chống tâm hai đầu, có rãnh thoát dao để gia công ren. Căn cứ vào khối lượng chi tiết ($Q \le 20\text{ kg}$) và bảng phân loại sản lượng, đồ án xác định dạng sản xuất là hàng loạt vừa.

Chương 2: Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Tác giả so sánh 4 phương án tạo phôi: phôi đúc, phôi rèn tự do, phôi dập thể tích và phôi cán. Kết luận lựa chọn phôi thép thanh cán nóng từ vật liệu thép C45 vì:

  • Bậc trục chênh lệch đường kính không lớn, số lượng sản xuất ở quy mô hàng loạt vừa nên phương án khuôn dập sẽ làm tăng chi phí chế tạo khuôn không kinh tế.
  • Phôi đúc có tính cơ lý không đồng đều, dễ rỗ xỉ, không đảm bảo yêu cầu chịu áp lực thủy lực cao.
  • Phôi cán nóng đảm bảo tổ chức kim loại đồng đều, không bị rỗ khí, đạt độ bền và độ dẻo cao sau quá trình thường hóa hoặc ủ khử ứng suất dư.
  • Cấp chính xác phôi cán đạt IT12 – IT14, độ nhám bề mặt $Rz = 80\ \mu\text{m}$. Đường kính danh nghĩa phôi chọn là $\phi 28\text{ mm}$ (hoặc $\phi 30\text{ mm}$ khi tính toán lượng dư cắt đứt), sai lệch giới hạn cán nâng cao là $\pm 0,7 / -0,2\text{ mm}$, độ cong thanh không vượt quá $0,005L$.
Chỉ tiêu thành phần / Cơ tính Giá trị theo tiêu chuẩn của Thép C45
Hàm lượng Carbon ($C%$) $0,40 - 0,50%$
Hàm lượng Silic ($Si%$) $0,17 - 0,37%$
Hàm lượng Mangan ($Mn%$) $0,50 - 0,80%$
Hàm lượng Lưu huỳnh ($S%$) / Photpho ($P%$) Không lớn hơn $0,045%$
Hàm lượng Niken ($Ni%$) / Crom ($Cr%$) Không lớn hơn $0,30%$
Giới hạn bền kéo $\sigma_b$ Không nhỏ hơn $610\text{ MPa}$
Độ cứng bề mặt $197 - 241\text{ HB}$ (sau tôi: $57 - 60\text{ HRC}$)

Chương 3: Xác định tiến trình công nghệ

Chương này phân tích việc lựa chọn bề mặt chuẩn và xác lập tiến trình 10 nguyên công:

  • Chọn chuẩn định vị: Chuẩn thô là bề mặt ngoài $\phi 30\text{ mm}$ chưa gia công của phôi cán. Chuẩn tinh là bề mặt trụ ngoài đã gia công và các mặt đối xứng của khối lục giác.
  • So sánh 2 phương án công nghệ:
    • Phương án 1: Tiện thô/bán tinh các mặt đầu và trục bậc $\rightarrow$ Tiện rãnh $\rightarrow$ Tiện bán tinh đầu $\phi 6,5$ và tinh $\phi 18$ $\rightarrow$ Khoan lỗ $\phi 4,5$, $\phi 12,5$ và vát mép $\rightarrow$ Tiện ren ngoài M18 $\rightarrow$ Taro ren M14 $\rightarrow$ Phay lục giác $\rightarrow$ Khoan lỗ $\phi 3$ $\rightarrow$ Kiểm tra. Nhược điểm: Phay lục giác ở cuối chu trình rất khó gá đặt do các bề mặt đã gia công tinh và tiện ren.
    • Phương án 2 (Được chọn): Tiện mặt đầu và trục bậc $\phi 28 \times 17\text{ mm}$ $\rightarrow$ Tiện mặt đầu và trục bậc $\phi 19 \times 26\text{ mm}$ $\rightarrow$ Tiện tinh $\phi 18$, tiện thô/bán tinh $\phi 6,5 \times 9\text{ mm}$ $\rightarrow$ Tiện rãnh $\phi 16 \times 3\text{ mm}$ và $\phi 14 \times 3\text{ mm}$ $\rightarrow$ Khoan lỗ $\phi 4,5\text{ mm}$, khoan $\phi 12,5 \times 15\text{ mm}$, vát mép $2 \times 45^\circ$ $\rightarrow$ Phay lục giác $\rightarrow$ Taro ren M14x1,5 $\rightarrow$ Tiện vát mép $1 \times 45^\circ$ và tiện ren M18x1,5 $\rightarrow$ Khoan lỗ $\phi 3\text{ mm}$ $\rightarrow$ Kiểm tra. Phương án này đảm bảo độ cứng vững, dễ gá đặt khi phay lục giác và tránh làm hỏng mối ren ngoài.

Chương 4: Tính và tra lượng dư gia công

Chương 4 xác định chi tiết lượng dư gia công ($Z_i$, $2Z_i$), dung sai kích thước và kích thước trung gian cho từng bước công nghệ bằng phương pháp tra bảng từ Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy Tập 1:

Bước công nghệ theo bề mặt Cấp chính xác Dung sai (mm) Lượng dư gia công (mm)
Tiện thô mặt đầu (Mặt 1 và Mặt 2) IT12 $0,200$ $a = 0,500$
Tiện bán tinh trục bậc $\phi 28 \times 43\text{ mm}$ IT9 $0,052$ $2a = 2,000$
Phay 6 mặt lục giác (Mặt 3) IT12 $0,210$ $2,000$
Tiện thô trục bậc $\phi 20 \times 26\text{ mm}$ IT12 $0,210$ $2a = 8,000$
Tiện bán tinh trục bậc $\phi 19 \times 26\text{ mm}$ IT9 $0,052$ $2a = 1,000$
Tiện tinh trục bậc $\phi 18 \times 10\text{ mm}$ IT9 $0,240$ $2a = 0,900$
Tiện thô trục bậc $\phi 8 \times 9\text{ mm}$ IT12 $0,150$ $2a = 10,000$
Tiện bán tinh trục bậc $\phi 6,5 \times 9\text{ mm}$ IT9 $0,036$ $2a = 1,500$
Tiện thô rãnh $\phi 16 \times 3\text{ mm}$ (Mặt 6) IT12 $0,180$ $2a = 2,000$
Tiện thô rãnh $\phi 14 \times 3\text{ mm}$ (Mặt 8) IT12 $0,180$ $2a = 4,000$
Khoan lỗ suốt $\phi 4,5 \times 43\text{ mm}$ IT11 $0,075$ $a = 4,500$
Khoan lỗ bậc $\phi 12,5 \times 15\text{ mm}$ IT11 $0,110$ $a = 12,500$
Vát mép lỗ $\phi 12,5\text{ mm}$ ($2 \times 45^\circ$) - - $a = 1,410$
Tiện ren ngoài $M18 \times 1,5\text{ mm}$ - - $a = 0,920$
Khoan lỗ ngang $\phi 3 \times 6,5\text{ mm}$ IT11 $0,060$ $2a = 3,000$

Chương 5: Xác định chế độ cắt

Tác giả chọn dòng máy tiện ren vạn năng 1M620 (do Liên Xô/Nga sản xuất) với các thông số công tác:

  • Đường kính gia công lớn nhất trên thân máy: $400\text{ mm}$.
  • Đường kính gia công lớn nhất trên bàn dao: $220\text{ mm}$.
  • Chiều dài chống tâm lớn nhất: $355 - 945 - 1325\text{ mm}$.
  • Phạm vi tốc độ trục chính: $12 - 3000\text{ vòng/phút}$.
  • Công suất động cơ truyền động chính: $14\text{ kW}$.

Các bước tính toán chế độ cắt chi tiết cho từng nguyên công (chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao $s$, tốc độ cắt bảng $V_b$, hệ số điều chỉnh $k_i$, tốc độ cắt tính toán $V_t$, số vòng quay tính toán $n_t$ và số vòng quay chọn theo máy $n$):

  • Nguyên công 1 (Tiện mặt đầu và tiện bán tinh $\phi 28 \times 17\text{ mm}$):
    • Bước 1 (Tiện mặt đầu): Dao tiện gắn mảnh thép gió; $t = 0,5\text{ mm}$; $s = 0,08\text{ mm/vòng}$; $V_b = 49\text{ m/phút}$; hệ số $k_1=1,08$, $k_2=1,0$, $k_3=1,0$, $k_4=0,8 \rightarrow V_t = 42,336\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 465\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 43,82\text{ m/phút}$).
    • Bước 2 (Tiện bán tinh $\phi 28\text{ mm}$): $t = 1\text{ mm}$; $s = 0,44\text{ mm/vòng}$; $V_b = 62\text{ m/phút}$; hệ số $k_1=1,0$, $k_2=1,04$, $k_3=0,65$, $k_4=1,0$, $k_5=0,8 \rightarrow V_t = 33,53\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 350\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 33\text{ m/phút}$).
  • Nguyên công 2 (Tiện mặt đầu, tiện thô $\phi 20$ và tiện bán tinh $\phi 19 \times 26\text{ mm}$):
    • Bước 1 (Tiện mặt đầu): $t = 0,5\text{ mm}$; $s = 0,08\text{ mm/vòng}$; $n_{may} = 465\text{ vòng/phút}$; $v_{tt} = 43,82\text{ m/phút}$.
    • Bước 2 (Tiện thô từ $\phi 30$ xuống $\phi 20$): $t = 5\text{ mm}$; $s = 0,34\text{ mm/vòng}$; $V_b = 52\text{ m/phút}$; tích hệ số $k_i \rightarrow V_t = 28,12\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 310\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 29,22\text{ m/phút}$).
    • Bước 3 (Tiện bán tinh từ $\phi 20$ xuống $\phi 19$): $t = 0,5\text{ mm}$; $s = 0,17\text{ mm/vòng}$; $V_b = 106\text{ m/phút}$; tích hệ số $k_i \rightarrow V_t = 57,32\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 1110\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 69,74\text{ m/phút}$).
  • Nguyên công 3 (Tiện tinh $\phi 18 \times 19\text{ mm}$, tiện thô và bán tinh $\phi 6,5 \times 9\text{ mm}$):
    • Bước 1 (Tiện tinh $\phi 18$): $t = 0,5\text{ mm}$; $s = 0,17\text{ mm/vòng}$; $V_t = 57,32\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 1110\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 66,25\text{ m/phút}$).
    • Bước 2 (Tiện thô $\phi 6,5$ từ $\phi 18$ xuống $\phi 8$): $t = 5\text{ mm}$; $s = 0,44\text{ mm/vòng}$; $V_b = 44\text{ m/phút} \rightarrow V_t = 23,8\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 465\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 26,3\text{ m/phút}$).
    • Bước 3 (Tiện bán tinh $\phi 6,5$ từ $\phi 8$ xuống $\phi 6,5$): $t = 0,75\text{ mm}$; $s = 0,17\text{ mm/vòng}$; $V_t = 57,32\text{ m/phút}$; chọn $n_{may} = 2550\text{ vòng/phút}$ ($v_{tt} = 64,09\text{ m/phút}$).
  • Nguyên công 4 (Tiện rãnh $\phi 14 \times 3\text{ mm}$ và $\phi 16 \times 3\text{ mm}$):
    • Bước 1 (Tiện rãnh $\phi 14$): Dao tiện rãnh; $t = 2,5\text{ mm}$; $s = 0,1\text{ mm/vòng}$; $V_b = 42\text{ m/phút}$; $k_1=1,08$, $k_2=0,84$, $k_3=1,0$, $k_4=0,8$; xác định vận tốc và số vòng quay cắt rãnh tương ứng.

Chương 6: Thiết kế nguyên công

Chương 6 hoàn thiện thiết kế kỹ thuật cho toàn bộ 10 nguyên công của quy trình sản xuất chi tiết:

  • Phân tích sơ đồ gá đặt (sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm, đồ gá phay chuyên dùng).
  • Xác định bậc tự do khống chế cho từng nguyên công (khống chế 4 bậc tự do trên mặt trụ ngoài, 1 bậc tỳ mặt đầu khi tiện; định vị 6 bậc tự do khi phay lục giác và khoan lỗ ngang $\phi 3$).
  • Xác định kích thước công nghệ đạt được ở từng bước chuyển tiếp.
  • Lập sơ đồ kiểm tra (Nguyên công 10) bằng thước cặp, panme, calip trục, calip ren trong/ngoài và đồng hồ so để đánh giá độ không đồng tâm ($0,05\text{ mm}$) giữa lỗ $\phi 4,5$ và lỗ $\phi 12$.

Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ gia công chi tiết ống nối dẫn dầu bơm trợ lực lái xe Kia K2700 được chuẩn hóa thành chuỗi 10 nguyên công kế tiếp nhau:

Nguyên công Nội dung nguyên công Thiết bị máy Dụng cụ cắt Chuẩn định vị
NC 1 Tiện mặt đầu; Tiện bán tinh trục bậc $\phi 28 \times 17\text{ mm}$ Máy tiện 1M620 Dao tiện gắn mảnh thép gió Mặt trụ ngoài $\phi 30$ (chuẩn thô), tỳ mặt đầu
NC 2 Tiện mặt đầu; Tiện thô $\phi 20 \times 26\text{ mm}$; Tiện bán tinh $\phi 19 \times 26\text{ mm}$ Máy tiện 1M620 Dao tiện gắn mảnh thép gió Mặt trụ $\phi 28$ vừa gia công, tỳ mặt đầu 1
NC 3 Tiện tinh $\phi 18 \times 19\text{ mm}$; Tiện thô $\phi 6,5$ (xuống $\phi 8$); Tiện bán tinh $\phi 6,5 \times 9\text{ mm}$ Máy tiện 1M620 Dao tiện gắn mảnh thép gió Mặt trụ $\phi 28$, kẹp mâm cặp 3 chấu
NC 4 Tiện rãnh $\phi 16 \times 3\text{ mm}$; Tiện rãnh $\phi 14 \times 3\text{ mm}$ Máy tiện 1M620 Dao tiện rãnh Mặt trụ ngoài $\phi 28$ và mặt đầu
NC 5 Khoan lỗ suốt $\phi 4,5\text{ mm}$; Khoan lỗ $\phi 12,5 \times 15\text{ mm}$; Vát mép $2 \times 45^\circ$ Máy tiện / Máy khoan Mũi khoan ruột gà $\phi 4,5$ và $\phi 12,5$, mũi vát mép Mặt trụ $\phi 28$, kẹp mâm cặp
NC 6 Phay 6 mặt phẳng lục giác đai ốc (chiều dài $17\text{ mm}$) Máy phay vạn năng Dao phay đĩa / Dao phay ngón Mặt trụ ngoài $\phi 19$ và mặt đầu tỳ
NC 7 Taro ren trong $M14 \times 1,5\text{ mm}$ (sâu $15\text{ mm}$) Máy tiện / Tay taro Bộ taro ren $M14 \times 1,5$ Mặt trụ $\phi 28$, lỗ mồi $\phi 12,5$
NC 8 Tiện vát mép $\phi 18$ ($1 \times 45^\circ$); Tiện ren ngoài $M18 \times 1,5\text{ mm}$ Máy tiện 1M620 Dao tiện ren, dao vát mép Mặt trụ $\phi 28$ hoặc mặt lục giác
NC 9 Khoan lỗ vuông góc tâm $\phi 3\text{ mm}$ (sâu $6,5\text{ mm}$) Máy khoan bàn Mũi khoan ruột gà $\phi 3$ Mặt trụ ngoài và mặt phẳng lục giác định vị chống xoay
NC 10 Kiểm tra kích thước, dung sai, độ đảo, độ không đồng tâm và ren Bàn rà, khối V Đồng hồ so, panme, calip ren, thước cặp Đường tâm hai đầu và mặt tựa định vị

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật đạt được:
    • Thiết lập thành công bản vẽ chi tiết và bản vẽ lồng phôi cho ống nối dẫn dầu bơm trợ lực lái xe Kia K2700 với đầy đủ các chỉ số dung sai lắp ghép theo TCVN 2244:1999 và TCVN 2248:1997.
    • Lựa chọn phương án phôi thép thanh cán nóng C45 đường kính $\phi 28 - \phi 30\text{ mm}$, cấp chính xác IT12 – IT14, vừa thỏa mãn cơ tính chịu tải uốn xoắn và áp suất dầu thủy lực, vừa giải quyết bài toán kinh tế trong sản xuất hàng loạt vừa.
    • Xây dựng hoàn chỉnh tiến trình 10 nguyên công theo Phương án 2, khắc phục triệt để khó khăn về gá đặt khi phay khối đai ốc lục giác và bảo toàn chất lượng bề mặt mối ren.
    • Xác lập bảng chế độ cắt tính toán và quy chuẩn theo cấp tốc độ của máy tiện 1M620, đảm bảo tận dụng hiệu quả công suất máy ($14\text{ kW}$) và tuổi bền của dụng cụ cắt.
  • Giải pháp và đề xuất của tác giả:
    • Phân chia hợp lý các giai đoạn gia công thô, bán tinh, tinh và cắt ren để hạn chế tối đa biến dạng do nhiệt và lực cắt.
    • Tận dụng khả năng công nghệ của máy tiện vạn năng 1M620 để thực hiện đồng thời nhiều bước nguyên công (tiện mặt đầu, tiện bậc, tiện rãnh, khoan lỗ dọc trục, tiện ren ngoài, taro ren trong) nhằm giảm thời gian phụ và số lượng đồ gá.
  • Đóng góp của đồ án:
    • Đưa ra một giải pháp công nghệ gia công chi tiết dạng trục bậc rỗng kết hợp ren trong, ren ngoài và đai ốc lục giác bám sát điều kiện cơ sở vật chất thực tế của các xưởng cơ khí chế tạo tại Việt Nam.
    • Hệ thống hóa phương pháp tính toán lượng dư, dung sai và chế độ cắt nhiều bước, làm tài liệu tham khảo trực quan cho việc thiết kế đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Tiến trình công nghệ được thiết kế dựa trên phương pháp gia công cổ điển trên các máy công cụ vạn năng truyền thống (1M620, máy khoan bàn, máy phay cơ), dẫn đến thời gian gia công từng chiếc còn phụ thuộc vào tay nghề gá đặt của công nhân.
    • Chưa ứng dụng công nghệ gia công trên máy điều khiển số CNC (tiện - phay kết hợp) để tích hợp toàn bộ các bước tiện, phay lục giác, khoan lỗ ngang và cắt ren trong một lần gá đặt duy nhất.
    • Hệ số sử dụng vật liệu của phương án phôi cán thanh còn thấp hơn so với phương pháp dập thể tích nếu mở rộng quy mô sản xuất.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu chuyển đổi quy trình công nghệ sang trung tâm gia công tiện - phay CNC nhằm nâng cao năng suất và độ chính xác lặp lại.
    • Thiết kế đồ gá chuyên dùng có cơ cấu định vị nhanh và kẹp chặt bằng khí nén/thủy lực cho nguyên công phay lục giác (Nguyên công 6) và khoan lỗ ngang $\phi 3$ (Nguyên công 9).
    • Khảo sát phương án dập nóng thể tích định hình sẵn phần đai ốc lục giác trong trường hợp quy mô sản xuất tăng lên mức hàng loạt lớn hoặc hàng khối.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng hưởng lợi:
    • Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy, Kỹ thuật Cơ khí Động lực (Cơ khí Ô tô) làm đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy, Đồ án Tốt nghiệp hoặc chuyên đề Thiết kế Quy trình Công nghệ Gia công.
    • Kỹ sư công nghệ, kỹ thuật viên tại các xưởng cơ khí vừa và nhỏ cần tài liệu tham khảo để lập bảng quy trình công nghệ gia công các chi tiết dạng đầu nối thủy lực, cút nối ren, trục bậc rỗng.
  • Nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Phương pháp phân tích, lựa chọn chuẩn thô và chuẩn tinh cho chi tiết dạng trục có bề mặt lục giác và ren hai đầu.
    • Bảng tổng hợp tính toán dung sai, lượng dư gia công từng bước tra cứu theo tiêu chuẩn Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy.
    • Trình tự tính toán chế độ cắt chi tiết (vận tốc cắt, hệ số hiệu chỉnh, công suất cắt, chọn cấp tốc độ máy công cụ thực tế 1M620).

Câu hỏi thường gặp

Chi tiết ống nối dẫn dầu trong đồ án được lắp đặt tại vị trí nào và chịu những điều kiện làm việc gì?
Chi tiết được lắp tại vị trí liên kết giữa đường ống dẫn dầu với cụm bơm dầu thủy lực bánh răng ăn khớp ngoài trên hệ thống trợ lực lái xe tải Kia K2700 (mô hình tại Xưởng 52-1). Chi tiết làm việc trong môi trường dầu thủy lực áp suất cao, chịu các tải trọng kéo, uốn, xoắn (tải trọng tĩnh và động) cùng nhiệt độ phát sinh trong quá trình vận hành hệ thống.

Tại sao tác giả lựa chọn phôi thanh thép cán nóng C45 thay vì phôi đúc hay phôi dập?
Vì chi tiết có các bậc trục chênh lệch đường kính tương đối nhỏ và sản xuất ở quy mô hàng loạt vừa. Phôi đúc có cơ tính kém, dễ rỗ khí không chịu được áp suất cao; phôi dập đòi hỏi chi phí đầu tư khuôn mẫu lớn nên không hiệu quả về mặt kinh tế; trong khi đó phôi thép cán nóng C45 có tổ chức kim loại đồng đều, độ bền cao ($\sigma_b \ge 610\text{ MPa}$), không biến cứng, dễ cắt gọt sau khi ủ/thường hóa và chi phí chuẩn bị phôi thấp.

Tiến trình công nghệ Phương án 2 có điểm gì ưu việt hơn so với Phương án 1?
Ở Phương án 1, nguyên công phay lục giác được xếp gần cuối (sau khi đã tiện ren ngoài M18 và taro ren trong M14), dẫn đến việc định vị và kẹp chặt chi tiết rất khó khăn, dễ làm hỏng profin mối ren. Phương án 2 đưa nguyên công phay lục giác lên trước khi cắt ren (sau khi đã khoan lỗ $\phi 12,5$), giúp gá đặt chi tiết cứng vững, thuận tiện và bảo vệ độ chính xác của các bề mặt ren gia công sau đó.

Thiết bị gia công chính được lựa chọn trong đồ án là dòng máy nào và có thông số ra sao?
Các nguyên công tiện, tiện rãnh, cắt ren và khoan lỗ dọc trục chủ yếu thực hiện trên máy tiện vạn năng của Liên Xô/Nga ký hiệu 1M620. Máy có công suất động cơ chính $14\text{ kW}$, đường kính gia công lớn nhất trên thân máy $400\text{ mm}$, trên bàn dao $220\text{ mm}$, chiều dài chống tâm $355 - 945 - 1325\text{ mm}$ và phạm vi tốc độ trục chính từ $12$ đến $3000\text{ vòng/phút}$.

Yêu cầu kỹ thuật về độ chính xác kích thước và độ nhám của các bề mặt then chốt trên chi tiết là gì?
Khoảng cách hai mặt đầu là $43 \pm 0,5\text{ mm}$ (IT8); lỗ dẫn dầu $\phi 4,5^{+0,12}\text{ mm}$ ($H12$, $Ra = 2,5\ \mu\text{m}$); lỗ trong $\phi 12^{+0,04}\text{ mm}$ ($H9$); độ không đồng tâm giữa lỗ $\phi 4,5$ và $\phi 12$ không quá $0,05\text{ mm}$; các trục bậc $\phi 6,5$, $\phi 14$, $\phi 16$, $\phi 19$ đạt cấp dung sai $k12$; ren ngoài $M18 \times 1,5$ và ren trong $M14 \times 1,5$ chế tạo theo TCVN 2248:1997; bề mặt không làm việc có độ nhám $Rz = 80\ \mu\text{m}$.

Kết luận

Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết ống nối dẫn dầu bơm trợ lực lái xe Kia K2700 dựa trên mô hình thực nghiệm tại Xưởng 52-1. Thông qua việc phân tích kết cấu, lựa chọn vật liệu thép C45 cán nóng và xác lập tiến trình 10 nguyên công theo phương pháp gia công cơ khí truyền thống, đề tài đã giải quyết hài hòa giữa yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt của hệ thống thủy lực với tính kinh tế trong sản xuất hàng loạt vừa. Toàn bộ các thông số dung sai, lượng dư và chế độ cắt trên máy tiện 1M620 được tính toán, tra cứu bài bản theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị ứng dụng và tham khảo cao cho công tác đào tạo kỹ thuật cơ khí.