Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chế tạo máy, thân bơm thủy lực là chi tiết cơ sở dạng hộp phức tạp, giữ vai trò tiếp nhận, bao kín và định vị chính xác các cụm trục, bánh răng hoặc piston làm việc dưới áp lực cao. Đồ án môn học chuyên ngành Kỹ thuật chế tạo với đề tài "Thiết kế quy trình công nghệ gia công thân bơm thủy lực" (Đề số 14) được thực hiện bởi nhóm sinh viên Trần Ngọc Thảo Vy (MSSV: 1912484), Vũ Văn Trường (MSSV: 1814583) và Phạm Nguyễn Minh Triết (MSSV: 1713606) dưới sự hướng dẫn của TS. Bành Quốc Nguyên tại Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Đồ án giải quyết bài toán thiết kế công nghệ chế tạo cơ khí hoàn chỉnh dựa trên các số liệu ban đầu gồm bản vẽ chi tiết thân bơm và sản lượng kế hoạch $N_0 = 20.000$ sản phẩm/năm. Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể qua 9 nội dung thành phần thuyết minh và tính toán:

  1. Xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng hàng năm và khối lượng chi tiết.
  2. Phân tích kết cấu, yêu cầu kỹ thuật và đặc tính vật liệu gia công.
  3. Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi đúc.
  4. Lựa chọn và tối ưu hóa tiến trình công nghệ gia công các bề mặt.
  5. Thiết kế chi tiết từng nguyên công công nghệ.
  6. Xác định lượng dư trung gian và kích thước trung gian bằng phương pháp phân tích giải tích và phương pháp tra bảng.
  7. Xác định chế độ cắt, lực cắt, công suất cắt và thời gian gia công cơ bản.
  8. Lập phiếu tổng hợp nguyên công công nghệ.
  9. Tính toán và thiết kế đồ gá công nghệ chuyên dùng.

Hồ sơ thiết kế đi kèm bao gồm 6 loại bản vẽ: Bản vẽ chi tiết (khổ A3), Bản vẽ khuôn đúc (khổ A3), Bản vẽ phôi đúc (khổ A3), Bản vẽ đánh số bề mặt gia công (khổ A3), Bản vẽ sơ đồ nguyên công (khổ A3) và Bản vẽ lắp đồ gá công nghệ (khổ A1). Đối tượng nghiên cứu là chi tiết thân bơm thủy lực chế tạo từ gang xám GX 15-32, phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng quy trình gia công cơ khí trong điều kiện sản xuất loạt vừa trên các máy công cụ CNC và máy mài phẳng công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết nền tảng trong công nghệ chế tạo máy kết hợp các phương pháp tính toán giải tích và tra cứu tiêu chuẩn công nghiệp:

  • Lý thuyết xác định dạng sản xuất và chuẩn định vị: Áp dụng công thức tính sản lượng thực tế có tính đến tỉ lệ dự trữ phụ tùng ($\alpha = 15%$) và tỉ lệ phế phẩm ($\beta = 4%$). Áp dụng nguyên tắc định vị 6 bậc tự do (nguyên tắc 3-2-1) cho chi tiết dạng hộp khi gá đặt trên phiến tỳ, khối V, chốt trụ và chốt trám nhằm triệt tiêu các bậc tự do chuyển động và xoay.
  • Lý thuyết hình thành sai số gia công: Phân tích 4 nguồn gốc sai số chính trong hệ thống công nghệ (máy – đồ gá – dao – chi tiết): biến dạng đàn hồi do lực cắt và mòn dao, sai số chế tạo và lắp ráp đồ gá, rung động cắt gọt (tần số thấp biên độ lớn gây độ sóng, tần số cao biên độ nhỏ gây độ nhám), và biến dạng nhiệt của vùng cắt.
  • Phương pháp tính toán lượng dư giải tích (Phương pháp Kovan): Xác định lượng dư gia công nhỏ nhất $Z_{i\min}$ theo công thức: $$Z_{i\min} = R_{z(i-1)} + T_{i-1} + \rho_{i-1} + \varepsilon_{gđ}$$ Trong đó $R_{z(i-1)}$ là chiều cao nhấp nhô tế vi, $T_{i-1}$ là chiều sâu lớp biến cứng bề mặt do bước trước để lại, $\rho_{i-1}$ là sai số không gian (độ cong vênh phôi) và $\varepsilon_{gđ}$ là sai số gá đặt.
  • Phương pháp mô hình hóa và kiểm tra: Sử dụng phần mềm CAD (SolidWorks và Creo Parametric) để dựng mô hình 3D, trích xuất thể tích và xác định khối lượng chi tiết. Lập quy trình kiểm tra dung sai hình học bằng thiết bị đo độ nhám tiếp xúc kỹ thuật số Insize ISR-C002, calip nút kiểm tra đường kính lỗ và calip đo khoảng cách tâm lỗ.
  • Nguồn dữ liệu: Các bảng tra tiêu chuẩn trong Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy, bảng dung sai lắp ghép chi tiết đúc, catalog dụng cụ cắt kim loại (mảnh hợp kim BK8, dao phay mặt đầu, mũi khoan ruột gà, mũi taro Seco/Sandvik) và catalog máy phay CNC KDVM600L, máy mài phẳng 3E711B.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Xác định dạng sản xuất - Phân tích chi tiết

Tác giả xác định sản lượng thực tế hàng năm thông qua công thức: $$N = N_0 \cdot m \cdot \left(1 + \frac{\alpha}{100}\right) \cdot \left(1 + \frac{\beta}{100}\right) = 20.000 \cdot 1 \cdot \left(1 + \frac{15}{100}\right) \cdot \left(1 + \frac{4}{100}\right) = 23.920 \text{ (chiếc/năm)}$$

Khối lượng chi tiết được tính toán qua phần mềm SolidWorks và Creo với vật liệu gang xám GX 15-32 (tỷ trọng $\approx 7,8\text{ kg/dm}^3$), đạt khối lượng $\approx 2,8\text{ kg}$. Tra bảng định ngạch sản xuất cơ khí, sản lượng $N = 23.920$ chiếc/năm cùng khối lượng $2,8\text{ kg}$ tương ứng với dạng sản xuất hàng loạt vừa. Đặc trưng công nghệ của dạng sản xuất này là sử dụng kết hợp máy vạn năng và máy chuyên dùng/CNC, bố trí máy theo quy trình công nghệ, sử dụng đồ gá chuyên dùng, phương pháp gá đặt tự động đạt kích thước hoặc chỉnh sẵn dao, thợ điều chỉnh có tay nghề cao.

Về yêu cầu kỹ thuật, chi tiết có bề dày $45\text{ mm}$ (dung sai $0,03\text{ mm}$, cấp chính xác IT8), 2 lỗ $R26$ (dung sai $0,05\text{ mm}$, cấp chính xác IT9), khoảng cách tâm 2 lỗ $R26$ là $40\text{ mm}$ (dung sai $0,2\text{ mm}$, cấp chính xác IT8), các kích thước không chỉ dẫn đạt IT12, bán kính góc lượn $R = 3\text{ mm}$. Độ nhám bề mặt tự do đạt $R_z = 80\ \mu\text{m}$, các bề mặt làm việc quan trọng (mặt trước, mặt sau, mặt trên, mặt dưới, mặt trong 2 lỗ $R26$) yêu cầu độ nhám $R_a = 3,2\ \mu\text{m}$.

Chỉ tiêu cơ tính / Thành phần Giá trị danh định của gang xám GX 15-32
Giới hạn bền kéo $\sigma_b$ $150\text{ N/mm}^2$
Giới hạn bền uốn $\sigma_{bu}$ $320\text{ N/mm}^2$
Giới hạn bền nén $\sigma_{bn}$ $500 - 700\text{ N/mm}^2$
Độ dãn dài tương đối $\delta$ $0,5%$
Độ cứng $190\text{ HB}$
Hàm lượng Carbon (C) $3,5%$
Hàm lượng Silic (Si) $2,2%$
Hàm lượng Mangan (Mn) $0,6%$
Hàm lượng Photpho (P) $0,3%$
Hàm lượng Lưu huỳnh (S) Không quá $0,15%$

Phương pháp kiểm tra chất lượng được quy định: đo độ nhám bằng máy Insize ISR-C002 đưa đầu cảm biến trực tiếp vào lòng lỗ $R26$; kiểm tra kích thước lỗ bằng calip nút giới hạn qua/không qua; kiểm tra khoảng cách tâm 2 lỗ bằng calip chuyên dùng.

Chương 2: Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi

Dựa trên cơ tính của gang xám GX 15-32 (nhiệt độ nóng chảy thấp $\approx 1350^\circ\text{C}$, tính đúc tốt nhưng giòn, không rèn dập được) và sản lượng hàng loạt vừa, tác giả lựa chọn phương pháp đúc khuôn mẫu chảy (mẫu nóng chảy). Phương pháp này đảm bảo phôi đúc có cấp chính xác kích thước IT11 – IT12 và độ nhám bề mặt ban đầu $R_z = 80\ \mu\text{m}$.

Lượng dư gia công cơ tổng cộng cho kích thước danh nghĩa ngoài $106\text{ mm}$ là $0,5\text{ mm}$ mỗi phía (kích thước phôi đúc danh nghĩa: $106 + 2 \cdot 0,5 = 107\text{ mm}$). Góc nghiêng thoát khuôn đạt $0^\circ10'$ và bán kính góc lượn đúc $R3\text{ mm}$.

Thông số kích thước phôi đúc Kích thước danh nghĩa (mm) Dung sai phôi đúc (mm)
Chiều dài vật đúc 146 $146 \pm 0,87$
Chiều rộng vật đúc 107 $107 \pm 0,77$
Chiều cao vật đúc 46 $46 \pm 0,37$
Đường kính 2 lỗ trong phôi 51 $51 \pm 0,37$

Chương 3: Chọn tiến trình gia công

Tác giả tiến hành đánh số các bề mặt gia công gồm: mặt phẳng 1 và 4; mặt bên 5 và 9; mặt trong 2 lỗ $R26$ (lỗ 7 và 7'); 6 lỗ $\varnothing 11\text{ mm}$ (mặt 6); các lỗ $\varnothing 26\text{ mm}$ (mặt 2, 12); các lỗ ren $M10$ (mặt 3, 11). Tiến trình gia công được phân tích qua 2 phương án công nghệ:

  • Phương án 1 (14 nguyên công): Tiến hành phay thô rồi phay tinh liên hoàn từng bề mặt chuẩn (mặt 4, mặt 1), sau đó phay biên dạng 2 lỗ 7-7', phay thô/tinh mặt bên 5-9, khoan/taro các lỗ nhỏ và kết thúc bằng mài phẳng tinh mặt 4, 1.
  • Phương án 2 (17 nguyên công): Phay thô toàn bộ tất cả các bề mặt chi tiết trước, sau đó mới gá đặt lại để phay tinh toàn bộ.

Tác giả phân tích và kết luận chọn Phương án 1 vì phương án 2 làm tăng số lần gá đặt, gây tích lũy sai số gá đặt lớn và kéo dài thời gian gia công phụ. Chương này cũng phân tích chi tiết cơ chế phát sinh sai số gia công do biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ, rung động cắt gọt và biến dạng nhiệt làm cơ sở cho việc thiết lập đồ gá và chế độ cắt ở các chương sau.

Chương 4: Thiết kế nguyên công

Chương 4 thiết kế chi tiết 14 nguyên công công nghệ, xác định sơ đồ định vị, cơ cấu kẹp chặt, thiết bị, dụng cụ cắt và dụng cụ đo:

Nguyên công Nội dung bước công nghệ Chuẩn định vị & Kẹp chặt Thiết bị & Dụng cụ cắt Dụng cụ kiểm tra
NC1 Phay thô mặt 4 Phiến tỳ mặt 1 (3 BTD), khối V cố định (2 BTD), khối V động (1 BTD) Máy phay CNC KDVM600L; Dao phay mặt đầu R220.53-0032-09-4A, hạt SEEX09T3AFTN-M08 MK205 Thước cặp 0-150x0,02, calip hàm 45H7
NC2 Phay tinh mặt 4 Tương tự NC1 Dao phay mặt đầu R220.48-0063-05-06SA, hạt ONMU050410ANTN-M11 MK1500 Thước cặp, calip hàm 45H7
NC3 Phay thô mặt 1 Phiến tỳ mặt 4 (3 BTD), khối V cố định (2 BTD), khối V động (1 BTD) Máy CNC KDVM600L; Dao R220.53-0032-09-4A, hạt SEEX09T3AFTN-M08 MK205 Thước cặp, calip hàm 45H7
NC4 Phay tinh mặt 1 Tương tự NC3 Dao R220.48-0063-05-06SA, hạt ONMU050410ANTN-M11 MK1500 Thước cặp, calip hàm 45H7
NC5 Phay thô, tinh, mỏng 2 lỗ 7 và 7' Phiến tỳ mặt 4 (3 BTD), khối V cố định (2 BTD), khối V động (1 BTD) Máy KDVM600L; Dao phay trụ JHP951200E2R050.3Z5-SIRA (thô), R217.3A hạt LPHW060310TR (tinh & mỏng) Calip kiểm tra lỗ
NC6 Phay thô đồng thời mặt 5 và 9 Phiến tỳ mặt 1 (3 BTD), chốt tỳ trụ lỗ 7' (2 BTD), chốt trám lỗ 7 (1 BTD) Máy KDVM600L; Dao phay trụ JHP993250D2C.3Z4-SIRA Thước cặp, calip hàm 106H7
NC7 Phay tinh đồng thời mặt 5 và 9 Tương tự NC6 Dao phay trụ JHP993250D2C.3Z4-SIRA Thước cặp, calip hàm 106H7
NC8 Khoan 6 lỗ $\varnothing 11\text{ mm}$ (mặt 6) Phiến tỳ mặt 1 (3 BTD), chốt trụ lỗ 7' (2 BTD), chốt trám lỗ 7 (1 BTD) Mũi khoan ruột gà SD1108A-1100-096-12R1 (nhũ tương 6-8%) Thước cặp 0-150x0,02
NC9 Khoan mồi $\varnothing 18\text{ mm}$, khoan $\varnothing 26\text{ mm}$ (mặt 2) Tương tự NC8 Mũi khoan D203A-1800-051-18R1-P ($\varnothing 18$), SD523-26-78-32R7 ($\varnothing 26$), hạt SCGX070308-MP Thước cặp 0-150x0,02
NC10 Khoan lỗ $\varnothing 8,5\text{ mm}$, taro ren M10 (mặt 3) Tương tự NC8 Mũi khoan SD1108A-0850-080-10R1, Mũi taro MTS-M10X1.50ISO6HX-XC-K101-A Thước cặp, dưỡng ren lỗ
NC11 Khoan mồi $\varnothing 18\text{ mm}$, khoan $\varnothing 26\text{ mm}$ (mặt 12) Tương tự NC8 Dụng cụ cắt tương tự NC9 Thước cặp 0-150x0,02
NC12 Khoan lỗ $\varnothing 8,5\text{ mm}$, taro ren M10 (mặt 11) Tương tự NC8 Dụng cụ cắt tương tự NC10 Thước cặp, dưỡng ren lỗ
NC13 Mài phẳng tinh mặt 4 Gá đặt trực tiếp trên bàn từ của máy mài Máy mài phẳng 3E711B, đá mài $250\times 40\times 76\text{ mm}$, dung dịch tưới nguội Khan Calip hàm 45H7
NC14 Mài phẳng tinh mặt 1 Gá đặt trực tiếp trên bàn từ của máy mài Máy mài phẳng 3E711B, đá mài $250\times 40\times 76\text{ mm}$, dung dịch tưới nguội Khan Calip hàm 45H7

Về thông số thiết bị: Máy phay CNC KDVM600L có hành trình $X/Y/Z = 600/400/560\text{ mm}$, kích thước bàn $700 \times 420\text{ mm}$, tải trọng bàn $500\text{ kg}$, trục chính BT40 công suất $7,5/11\text{ kW}$, tốc độ tối đa $8000\text{ rpm}$, ổ chứa 20 dao ATC dạng băng chuyền (thời gian thay dao $2\text{ s}$), sai số vị trí $\le 0,008\text{ mm}$. Máy mài phẳng 3E711B có kích thước bàn $630 \times 200\text{ mm}$, tốc độ quay trục chính $1500\text{ vg/ph}$, công suất động cơ $5,5\text{ kW}$.

Chương 5: Lượng dư trung gian kích thước trung gian

Tác giả thực hiện tính toán lượng dư cho bề mặt 4, 1 ($45^{+0,03}\text{ mm}$) qua 3 bước công nghệ (phay thô, phay tinh, mài tinh) bằng phương pháp phân tích giải tích:

  • Chiều cao nhấp nhô và lớp hư hỏng của phôi đúc: $R_{z0} = 30\ \mu\text{m}$, $T_0 = 170\ \mu\text{m}$. Sau phay thô đạt $R_{z1} = 12,5\ \mu\text{m}$; sau phay tinh đạt $R_{z2} = 6,3\ \mu\text{m}$; sau mài đạt $R_{z3} = 3,2\ \mu\text{m}$ (chiều sâu biến cứng $T_i$ ở gang xám sau bước đầu tiên được bỏ qua).
  • Sai số không gian: Phôi có độ cong vênh $\rho_0 = \Delta_{cl} \cdot l = 1 \cdot 146 = 146\ \mu\text{m}$. Sau phay thô, sai số không gian còn lại $\rho_1 = 0,04 \cdot 146 = 5,84\ \mu\text{m}$; sau phay tinh $\rho_2 = 0$.
  • Sai số gá đặt: Phay thô trên phiến tỳ có $\varepsilon_{gđ1} = 70\ \mu\text{m}$; phay tinh cùng lần gá có $\varepsilon_{gđ2} = 0,04 \cdot 70 = 2,8\ \mu\text{m}$; mài trên bàn từ có $\varepsilon_{gđ3} = 15\ \mu\text{m}$.
  • Kết quả lượng dư 2 phía và dung sai kích thước trung gian:
    • Phay thô: $2Z_{\min 1} = 0,83\text{ mm}$, $2Z_{\max 1} = 1,23\text{ mm}$, kích thước sau gia công $45,06^{+0,30}\text{ mm}$.
    • Phay tinh: $2Z_{\min 2} = 0,04\text{ mm}$, $2Z_{\max 2} = 0,26\text{ mm}$, kích thước sau gia công $45,02^{+0,12}\text{ mm}$.
    • Mài tinh: $2Z_{\min 3} = 0,02\text{ mm}$, $2Z_{\max 3} = 0,11\text{ mm}$, kích thước sau gia công $45^{+0,03}\text{ mm}$.
    • Tổng lượng dư nhỏ nhất $2Z_{\min \Sigma} = 0,89\text{ mm}$, lớn nhất $2Z_{\max \Sigma} = 1,60\text{ mm}$. Kích thước danh nghĩa của phôi đúc trên bản vẽ là $46,26^{+0,37}_{-0,37}\text{ mm}$.

Đối với các bề mặt còn lại, tác giả xác định lượng dư bằng phương pháp tra bảng:

  • Mặt 5, 9 ($106 \pm 0,11\text{ mm}$): Tổng lượng dư $2Z_0 = 1,0\text{ mm}$ (phay thô $0,5\text{ mm}$, phay tinh $0,5\text{ mm}$), kích thước phôi $107 \pm 0,77\text{ mm}$.
  • Lỗ 7, 7' ($R26^{+0,05}\text{ mm}$): Tổng lượng dư đường kính $2Z_0 = 1,5\text{ mm}$ (phay thô $0,68\text{ mm}$, phay tinh $0,50\text{ mm}$, phay mỏng $0,32\text{ mm}$), phôi có lỗ sẵn $\varnothing 51 \pm 0,37\text{ mm}$.
  • Sáu lỗ $\varnothing 11\text{ mm}$: Khoan một lần từ phôi đặc ($Z = 11\text{ mm}$).
  • Hai lỗ $\varnothing 26\text{ mm}$: Khoan mồi $\varnothing 18\text{ mm}$ ($Z_1 = 18\text{ mm}$), khoan mở rộng $\varnothing 26\text{ mm}$ ($Z_2 = 8\text{ mm}$).
  • Lỗ ren M10: Khoan $\varnothing 8,5\text{ mm}$ ($Z_1 = 8,5\text{ mm}$), taro ren $M10 \times 1,5$ ($Z_2 = 1,5\text{ mm}$).
  • Rãnh $44 \pm 0,125\text{ mm}$: Phôi $45 \pm 0,77\text{ mm}$, phay thô $2Z = 0,5\text{ mm}$.

Tác giả so sánh và nhận xét: phương pháp tra bảng cho bề mặt 4, 1 yêu cầu lượng dư tổng cộng $2Z_0 = 1,0\text{ mm}$ (thô $0,3\text{ mm}$, tinh $0,5\text{ mm}$, mài $0,2\text{ mm}$), lớn hơn so với lượng dư tính toán tối ưu bằng phương pháp phân tích giải tích.

Chương 6: Xác định chế độ cắt thời gian gia công

Tác giả tính toán chế độ cắt bằng phương pháp phân tích giải tích cho nguyên công phay thô và phay tinh bề mặt 1, 4 với dao phay mặt đầu hợp kim cứng BK8 (đường kính $D = 32\text{ mm}$, số răng $Z = 4$, tuổi bền $T = 120\text{ phút}$):

  • Phay thô:
    • Chiều sâu cắt: $t = 0,58\text{ mm}$.
    • Lượng chạy dao răng: $S_z = 0,2\text{ mm/răng}$.
    • Hệ số hiệu chỉnh vận tốc: $K_v = K_{mv} \cdot K_{uv} = 1,0 \cdot 0,83 = 0,83$ (với $K_{mv} = (190/\text{HB})^{1,25} = 1,0$).
    • Vận tốc cắt tính toán: $v = 39,08\text{ m/phút}$.
    • Số vòng quay trục chính: $n = \frac{1000 \cdot 39,08}{\pi \cdot 32} \approx 389\text{ vg/phút}$.
    • Lực cắt và mô men xoắn: $M = 0,6088\text{ kG}\cdot\text{m}$.
    • Công suất cắt: $N = \frac{P_z \cdot v}{102 \cdot 60} = 0,243\text{ kW}$ (đáp ứng tốt công suất máy $7,5\text{ kW}$).
    • Chiều dài gia công: $L_{\text{thô}} = L_{\text{cắt}} + L_1 + L_2 = 146 + 7 = 153\text{ mm}$.
    • Số lần chuyển dao: $i = \frac{106}{32} \approx 3,3 \rightarrow i = 4$ lần chạy dao.
  • Phay tinh:
    • Chiều sâu cắt: $t_{tb} = 0,01\text{ mm}$ (thực hiện qua 4 lần cắt tinh để đạt độ bóng).
    • Lượng chạy dao: $S_r = 0,4\text{ mm/vòng}$.
    • Vận tốc cắt: $v = 49,86\text{ m/phút}$.
    • Số vòng quay trục chính: $n = \frac{1000 \cdot 49,86}{\pi \cdot 32} \approx 496\text{ vg/phút}$.
    • Mô men xoắn: $M = 0,028\text{ kG}\cdot\text{m}$, công suất cắt: $N = 0,014\text{ kW}$.
    • Chiều dài gia công: $L_{\text{tinh}} = 150\text{ mm}$.

Chương này cũng xác định các thông số chế độ cắt cho nguyên công phay đồng thời mặt 5, 9, phay lỗ 7, 7', khoan 6 lỗ $\varnothing 11\text{ mm}$, khoan mồi $\varnothing 18\text{ mm}$ và mở rộng $\varnothing 26\text{ mm}$, khoan $\varnothing 8,5\text{ mm}$ và taro ren $M10 \times 1,5$, đồng thời kiểm nghiệm công suất máy và xác định thời gian gia công cơ bản $T_0$.

Chương 7: Thiết kế đồ gá công nghệ

Chương cuối tập trung tính toán lực kẹp và thiết kế kết cấu đồ gá phay thô mặt 1:

  • Chi tiết được định vị 6 bậc tự do: mặt đáy 4 tỳ trên các phiến tỳ phẳng (khống chế 3 bậc tự do), hai mặt bên trụ định vị bằng 1 khối V cố định (khống chế 2 bậc tự do) và 1 khối V di động (khống chế 1 bậc tự do).
  • Cơ cấu kẹp chặt sử dụng đòn kẹp phối hợp ren vít, lực kẹp $W$ hướng vuông góc vào phiến tỳ để đảm bảo không làm biến dạng chi tiết và chống lại lực cắt $P_z$ trong quá trình phay mặt đầu.
  • Bản vẽ đồ gá A1 thể hiện chi tiết thân đồ gá, chốt định vị, phiến tỳ, cơ cấu kẹp và bulông kẹp chặt tiêu chuẩn.

Kết quả và đóng góp

  • Xác định chính xác thông số sản xuất: Đã tính toán sản lượng thực tế đạt $23.920$ chi tiết/năm, xác định dạng sản xuất hàng loạt vừa cho chi tiết thân bơm gang xám GX 15-32 nặng $2,8\text{ kg}$.
  • Tối ưu hóa quy trình công nghệ: Thiết lập quy trình 14 nguyên công gia công trên máy phay CNC KDVM600L và máy mài phẳng 3E711B; chứng minh phương án 1 tối ưu hơn phương án 2 (17 nguyên công) nhờ giảm thiểu số lần gá đặt và hạn chế tích lũy sai số.
  • Tính toán lượng dư khoa học: Xác định chính xác lượng dư gia công phân tích cho mặt 4, 1 ($2Z_{\min} = 0,89\text{ mm}$, $2Z_{\max} = 1,60\text{ mm}$, kích thước phôi $46,26 \pm 0,37\text{ mm}$), chứng minh lượng dư phân tích tiết kiệm kim loại hơn phương pháp tra bảng ($2Z_0 = 1,0\text{ mm}$).
  • Bộ thông số chế độ cắt và đồ gá hoàn chỉnh: Xác định đầy đủ chế độ cắt ($v, n, S, N, t$), kiểm nghiệm công suất cắt ($N_{\text{thô}} = 0,243\text{ kW}$, $N_{\text{tinh}} = 0,014\text{ kW} < N_{\text{máy}} = 7,5\text{ kW}$) và hoàn thành thiết kế đồ gá phay chuyên dùng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Quá trình tính toán lượng dư và chế độ cắt bằng phương pháp phân tích giải tích mới chỉ tập trung thực hiện cho bề mặt phẳng chính (mặt 1 và 4); các bề mặt phức tạp khác (lỗ 7, 7', các lỗ ren và rãnh) chủ yếu dựa trên tra bảng sổ tay công nghệ.
    • Thiết kế đồ gá công nghệ chi tiết mới chỉ thực hiện cho nguyên công phay thô mặt 1, chưa thiết kế đồ gá chuyên dùng cho các nguyên công gia công cụm lỗ khoan/taro.
    • Chưa tiến hành đo kiểm thực tế các thông số rung động và biến dạng nhiệt trực tiếp trên máy CNC khi cắt gọt.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng tính toán giải tích chế độ cắt và thiết kế đồ gá chuyên dùng cho toàn bộ các nguyên công khoan/taro lỗ nghiêng và phay buồng bơm.
    • Lập trình gia công CAM, xuất mã G-code và mô phỏng đường chạy dao trên phần mềm chuyên ngành; ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) để phân tích trường nhiệt và độ biến dạng đàn hồi của thân bơm khi chịu lực kẹp và lực cắt.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy khi thực hiện đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy, đồ án chuyên ngành và khóa luận tốt nghiệp.

Nội dung đồ án có giá trị tham khảo cao ở các phần:

  • Phương pháp tính toán lượng dư giải tích Kovan từng bước cho chi tiết dạng hộp.
  • Sơ đồ định vị 6 bậc tự do kết hợp phiến tỳ, khối V, chốt trụ và chốt trám.
  • Quy trình lựa chọn dụng cụ cắt mảnh hợp kim hiện đại (mã dao Seco) và thông số kỹ thuật máy CNC KDVM600L.

Câu hỏi thường gặp

1. Dạng sản xuất của chi tiết thân bơm thủy lực được xác định dựa trên những căn cứ nào và kết quả ra sao?
Dạng sản xuất được xác định dựa trên sản lượng thực tế hàng năm ($N = 23.920$ chiếc/năm, tính từ sản lượng kế hoạch $20.000$ chiếc/năm với $15%$ dự trữ và $4%$ phế phẩm) và khối lượng chi tiết ($\approx 2,8\text{ kg}$, tính bằng SolidWorks và Creo với gang xám GX 15-32 tỷ trọng $7,8\text{ kg/dm}^3$). Kết quả tra bảng xác định dạng sản xuất là hàng loạt vừa.

2. Phương pháp chế tạo phôi đúc nào được chọn và dung sai kích thước phôi là bao nhiêu?
Đồ án chọn phương pháp đúc khuôn mẫu chảy để đạt cấp chính xác IT11 – IT12 và độ nhám $R_z = 80\ \mu\text{m}$. Dung sai kích thước phôi đúc: chiều dài $146 \pm 0,87\text{ mm}$, chiều rộng $107 \pm 0,77\text{ mm}$, chiều cao $46 \pm 0,37\text{ mm}$ và đường kính 2 lỗ trong phôi $51 \pm 0,37\text{ mm}$.

3. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn phương án gia công 1 (14 nguyên công) thay vì phương án 2 (17 nguyên công)?
Phương án 2 phay thô toàn bộ các bề mặt trước rồi mới phay tinh dẫn đến việc phải tháo lắp chi tiết nhiều lần, làm tăng thời gian phụ và tăng sai số tích lũy do gá đặt lại. Phương án 1 (14 nguyên công) kết hợp phay thô và tinh liên hoàn trên cùng chuẩn gá đặt giúp giảm sai số gá đặt và rút ngắn thời gian sản xuất.

4. Kết quả tính toán lượng dư gia công mặt 1 và 4 theo phương pháp phân tích giải tích đạt những giá trị nào?
Phương pháp giải tích xác định lượng dư 2 phía cho phay thô là $2Z_{\min 1} = 0,83\text{ mm}$ ($2Z_{\max 1} = 1,23\text{ mm}$); phay tinh là $2Z_{\min 2} = 0,04\text{ mm}$ ($2Z_{\max 2} = 0,26\text{ mm}$); mài tinh là $2Z_{\min 3} = 0,02\text{ mm}$ ($2Z_{\max 3} = 0,11\text{ mm}$). Tổng lượng dư nhỏ nhất là $0,89\text{ mm}$, lớn nhất là $1,60\text{ mm}$, kích thước phôi danh nghĩa đạt $46,26 \pm 0,37\text{ mm}$.

5. Thiết bị công nghệ và chế độ cắt khi phay thô mặt 1 được xác định như thế nào?
Nguyên công được thực hiện trên máy phay CNC KDVM600L sử dụng dao phay mặt đầu BK8 ($D = 32\text{ mm}, Z = 4$). Chế độ cắt tính toán: chiều sâu cắt $t = 0,58\text{ mm}$, lượng chạy dao $S_z = 0,2\text{ mm/răng}$, vận tốc cắt $v = 39,08\text{ m/phút}$, số vòng quay trục chính $n = 389\text{ vg/phút}$, công suất cắt $N = 0,243\text{ kW}$ và chiều dài gia công $L_{\text{thô}} = 153\text{ mm}$ với 4 lần chuyển dao.

Kết luận

Đồ án chuyên ngành "Thiết kế quy trình công nghệ gia công thân bơm thủy lực" đã giải quyết trọn vẹn bài toán công nghệ từ phân tích sản lượng, lựa chọn phương pháp đúc mẫu chảy đến thiết lập quy trình gia công 14 nguyên công tối ưu. Nhóm tác giả đã kết hợp tính toán giải tích lượng dư và chế độ cắt với việc lựa chọn thiết bị phay CNC KDVM600L, máy mài 3E711B và dao cụ công nghiệp hiện đại. Các kết quả tính toán và bản vẽ đồ gá phay chuyên dùng cung cấp tài liệu kỹ thuật có độ tin cậy cao, phục vụ học tập và nghiên cứu trong lĩnh vực chế tạo máy.