I. Phân Tích Chức Năng và Đặc Tính Chi Tiết Dạng Càng C1
Đồ án gia công chi tiết dạng càng C1 là một bài tập thực hành quan trọng trong ngành công nghệ kỹ thuật cơ khí. Chi tiết này có chức năng chính là cơ cấu kẹp, định vị trong các hệ thống máy móc công nghiệp. Vật liệu chính được sử dụng là gang xám (GX-15-32), có khối lượng khoảng 2-3 kg, đây là loại vật liệu phổ biến trong gia công chi tiết máy. Tính công nghệ của chi tiết được đánh giá qua độ phức tạp của bề mặt làm việc, bao gồm các mặt phẳng chính, lỗ khoét Ø60, Ø25 và các bề mặt vát mép F. Thiết kế quy trình công nghệ phải đảm bảo độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt để chi tiết có thể hoạt động hiệu quả trong thực tế.
1.1. Chức Năng và Yêu Cầu Kỹ Thuật
Chi tiết dạng càng C1 có chức năng là cơ cấu kẹp chặt trong các thiết bị xử lý tự động. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm độ chính xác hình học cao, đặc biệt là độ vuông góc giữa các mặt và độ thẳng của các cạnh làm việc. Bề mặt làm việc phải có độ nhám Ra ≤ 3.2µm để đảm bảo khả năng kẹp an toàn. Các lỗ định vị phải có sai số hình dáng tối thiểu để đảm bảo tính tương thích trong lắp ráp.
1.2. Vật Liệu và Tính Chất Cơ Lý
Gang xám GX-15-32 là vật liệu được chọn với thành phần hóa học: C 3.0-3.5%, Si 1.8-2.5%, Mn ≤ 0.8%. Vật liệu này có độ cứng cao, khả năng chịu lực tốt và dễ gia công. Tính chất cơ lý bao gồm độ bền kéo từ 120-150 MPa, độ cứng 187-229 HB. Gang xám có ưu điểm là chi phí thấp, dễ tạo phôi bằng phương pháp đúc và ít tạo ra mảnh vụn trong quá trình gia công.
II. Xác Định Dạng Sản Xuất và Chọn Phôi
Dạng sản xuất của chi tiết dạng càng C1 được xác định là sản xuất loại II (sản xuất trung bình) với sản lượng từ 100-500 chi tiết/năm. Dựa vào trọng lượng chi tiết khoảng 2.5 kg và độ phức tạp hình dáng, phương pháp tạo phôi được chọn là đúc trong khuôn cát với mẫu kim loại. Phương pháp này cho phép tạo ra lồng phôi với lượng dư gia công hợp lý, thường từ 3-5mm trên các mặt chính. Thiết kế khuôn đúc cần xác định rõ mặt chia, hệ thống cấp kim loại, và cơ cấu thoát hơi để đảm bảo chất lượng phôi.
2.1. Phương Pháp Chế Tạo Phôi
Đúc trong khuôn cát là phương pháp được lựa chọn vì chi phí thấp và phù hợp với sản lượng trung bình. Khuôn được làm từ cát đúc kết dính, sử dụng mẫu kim loại để tạo hình dạng phôi. Lợi ích là khả năng tạo các bề mặt phức tạp, lỗ khoét gần như hình dáng cuối cùng. Chi phí khuôn cát thấp hơn khuôn kim loại, phù hợp với sản xuất loại II.
2.2. Thiết Kế Lồng Phôi
Bản vẽ lồng phôi phải thể hiện rõ: mặt chia khuôn, hệ thống cấp kim loại, cốc hứng, ống thoát hơi, và vị trí mẫu. Lượng dư gia công được phân bổ đều trên các mặt chính: mặt A, B, C mỗi bên 3-4mm; các mặt khác 2-3mm. Chiều rộng vách phôi tối thiểu 5mm để đảm bảo độ cứng và không bị biến dạng khi đúc.
III. Thiết Kế Quy Trình Công Nghệ Gia Công
Quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng càng C1 bao gồm 10 nguyên công chính, với ít nhất 4 nguyên công chính có 2 bề mặt làm việc. Thứ tự các nguyên công được sắp xếp theo nguyên tắc: gia công mặt chuẩn trước, sau đó gia công các mặt khác lấy mặt chuẩn làm cơ sở. Nguyên công 1 là phay mặt A (mặt chuẩn); nguyên công 2 phay mặt B; nguyên công 3 phay mặt C; nguyên công 4 khoét, doa lỗ Ø60. Các nguyên công tiếp theo bao gồm khoan lỗ Ø25, vát mép, khoan lỗ Ø3, cắt đôi, và kiểm tra. Máy gia công được chọn phù hợp: máy phay 6H12 cho phay mặt, máy khoan 2H175 cho khoét lỗ lớn.
3.1. Thứ Tự và Cơ Cấu Các Nguyên Công
Thứ tự nguyên công được thiết kế theo nguyên tắc từ thô đến tinh: phay mặt chính (A, B, C), khoét lỗ kích thước lớn (Ø60), khoét lỗ kích thước vừa (Ø25), vát mép, khoan lỗ nhỏ (Ø3), cắt đôi, cuối cùng kiểm tra. Cơ cấu mỗi nguyên công được xác định rõ: công cụ sử dụng, máy gia công, thời gian gia công. Đây là yêu cầu bắt buộc trong thiết kế quy trình.
3.2. Tính Toán Lượng Dư và Chế Độ Cắt
Lượng dư gia công được tính toán dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật chế tạo máy (STCNCTM). Với nguyên công 2 (phay mặt B), lượng dư được tính từ độ sai lệch kích thước phôi ban đầu. Chế độ cắt bao gồm: vận tốc cắt v (m/min), lượng ăn f (mm/vòng), chiều sâu cắt t (mm). Các thông số này được tra trong bảng chế độ cắt chuẩn theo vật liệu gang xám.
IV. Thiết Kế Đồ Gá và Tính Toán Lực Kẹp
Đồ gá gia công là thiết bị quan trọng đảm bảo chi tiết được định vị chính xác và kẹp chặt an toàn trên máy gia công. Thiết kế đồ gá phải xác định: cơ cấu định vị phôi (sử dụng điểm định vị V để định vị mặt B), cơ cấu kẹp chặt (sử dụng vít kẹp hoặc cam kẹp), và cơ cấu gỡ chi tiết. Thiết kế được thực hiện cho nguyên công 1 (phay mặt A) và nguyên công 5 (khoan lỗ Ø25). Tính lực kẹp dựa trên lực cắt tối đa tác dụng lên chi tiết, đảm bảo chi tiết không bị trượt trong quá trình gia công. Lực kẹp phải đủ lớn nhưng không làm biến dạng chi tiết.
4.1. Cơ Cấu Định Vị và Kẹp Chặt
Cơ cấu định vị cho nguyên công 1 sử dụng ba điểm V để định vị mặt B (mặt chuẩn đã gia công). Cơ cấu kẹp chặt sử dụng vít chỉnh với bánh xe bẩy để tạo lực kẹp đều. Khoảng cách từ điểm kẹp đến trọng tâm lực cắt được tính toán để đảm bảo cân bằng mô men. Thiết kế đồ gá phải đạt yêu cầu: dễ sử dụng, an toàn, không làm hỏng chi tiết.
4.2. Tính Toán Lực Kẹp Tối Thiểu
Lực cắt tối đa trong nguyên công 1 được tính từ công thức: Pz = 10 × t × f × Kp (N), với t = chiều sâu cắt, f = lượng ăn. Từ đó xác định lực kẹp cần thiết là F_kẹp ≥ 1.5-2 × (P_z/k), k là hệ số an toàn. Với nguyên công phay mặt A, lực cắt khoảng 3000-4000 N, nên lực kẹp tối thiểu từ 6000-8000 N để đảm bảo an toàn.
