Chương 1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Đối với phần này, là nhằm giúp chúng ta xác định được hình thức tổ chức sản xuất nào hợp lí (đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hay là hàng loạt khối) sau đó có thể cải thiện tính công nghệ của chi tiết, chọn phương án chế tạo phôi, chọn thiết bị gia công công nghệ hợp lý cho việc gia công chi tiết.1 MÔ HÌNH HÓA CHI TIẾT Sử dụng phần mềm CAD 3D (Creo Parametric) để mô hình hóa chi tiết hình trụ gồm những bước sau đây: - Bước 1: Vẽ lần lượt các biên dạng 2D hình trụ tròn xoay của chi tiết theo từng kích thước. Biên dạng của chi tiết trước khi mô hình hóa 3D 3 - Bước 2: Sử dụng lệnh Revolve để tạo bề dày chi tiết ở hình dáng 3D Hình 1. Chi tiết được mô hình hóa 3D sau khi dùng lệnh Revolve - Bước 3: vẽ biên dạng Skech 2D khối trụ trên của chi tiết Hình 1.
biên dạng của chi tiết trước khi mô hình hóa 3D 4 - Bước 4: Dùng lệnh Extrude để tạo khối 3D cho chi tiết Hình 1. Chi tiết được mô hình hóa 3D sau khi dùng lệnh Extrude - Bước 5: Dùng Hole tạo lỗ thông cho chi tiết Hình 1. Chi tiết được dùng lệnh Hole tạo lỗ 5 - Bước 6: Dùng Fattern nhân bản 4 lỗ cho chi tiết Hình 1. Chi tiết được thêm lỗ sau khi dùng lệnh Pattern Hình 1.
Chi tiết hoàn chỉnh 6 1.2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CHI TIẾT Chi tiết cữ trụ này được làm từ gang xám GX15–32. Để xác định khối lượng của chi tiết, trước tiên ta phải xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Creo Paramatric. Sau đó ta gán vật liệu cho chi tiết trên thanh công cụ chính của phần mềm ta chọn File, chọn mục Prepare, chọn Mode properties. Vị trí mục Mode Properties 7 Nó hiện bảng Mode properties rồi ta chọn Change của mục Material sau đó ta chọn vật liệu tương ứng.
Chọn Cast_iron_gray (tạm thời). Chọn đơn vị (Units) là Millimeter Kilogram Sec như trên hình. Bảng Mode properties để gán vật liệu Sau khi gán vật liệu xong ta tiến hành đo khối lượng, thể tích chi tiết bằng các chọn Analysis, chọn mục Mass properties. Vị trí của mục Mass properties trên thanh công cụ Hộp thoại Mass properties hiện ra và ta chọn Preview để hiện kết quả khối lượng, thể tích của chi tiết.
Hộp thoại Mass properties Vì trong phần mềm Creo Parametric không có vật liệu cụ thể để gán nên ta chỉ lấy thể tích của chi tiết cữ trụ là V = 76053 mm3 = 7,6053. Theo như tài liệu [2] ta có khối lượng riêng của thép C40 là D = 7,85 g/cm3 = 7850 kg/m3. Ta có khối lượng riêng và thể tích thì sẽ tìm được khối lượng của chi tiết cữ trụ theo công thức: m = D.10-5 = 0,60 kg Trong đó: m, khối lượng (kg) D, khối lượng riêng (kg/m3) V, thể tích (m3) 1.3 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Để thực hiện được điều này, trước hết ta cần xác định sản lượng chi tiết cần chế tạo trong một năm của nhà máy theo công thức (2.1) 100 100 Trong đó: No = Là số sản phẩm trong một năm theo kế hoạch, 35000 chiếc .m = Số lượng chi tiết như nhau trong một sản phẩm, 1 chiếc α = Số phần trăm dự trữ cho chi tiết máy nói trên dành làm phụ tùng; (α = 10÷ 20%), chọn α = 15% β = Số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trính chế tạo, ( β = 3÷ 5%), chọn β = 4% 9 Thay các giá trị vào (1.(1 + ) = 41860 (Chiếc/năm) 100 100 Dựa vào khối lượng, sản lượng của chi tiết và tài liệu [1, trang 25, bảng 2.1] ta xác định được dạng sản xuất là hàng loạt. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG 2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT Dựa vào bản vẽ chi tiết, ta có các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết là: Bề mặt trụ ngoài kích thước 12 mm cấp chính xác IT12, độ nhám bề mặt Ra= 6,3 μm.
Bề mặt kích thước 10 mm cấp chính xác IT7, độ nhám bề mặt Ra= 3,2 μm. Bề mặt trụ ngoài có đường kính ∅ 19 mm cấp chính IT7, độ nhám bề mặt Ra= 3,2 μm. Bề mặt kích thước 10 mm có đường kính ∅ 19 mm cấp chính xác IT12, độ nhám bề mặt Ra= 6,3 μm. Bề mặt rãnh kích thước 3 mm cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 6,3 μm.
Bề mặt trụ ngoài có đường kính ∅ 25 mm cấp chính xác IT12, độ nhám bề mặt Ra= 6,3 μm. Bề mặt kích thước 5 mm cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra 6,3 μm. Lỗ đường kính ∅ 3 mm cấp chính xác IT14, độ nhám Ra 3,2 μm. Bản vẽ chi tiết 11 2.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO Vật liệu chi tiết làm bằng thép C40.
Các thành phần hóa học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2. Bảng thống kê thành phần hóa học của vật liệu [10] Thành phần hóa học % C Cr Mn Si Ni S Cu 0,37-0,44 ≤ 0,25 0,5-0,8 0,15- 0,4 ≤ 0,25 ≤0,04 ≤ 0,25 Các tính chất cơ học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2. Bảng các tính chất cơ học của vật liệu [11] Thông số Giá trị Đơn vị Khối lượng riêng 7,85 g/cm3 Hệ số poisson 0,29 Mô-đun đàn hồi 190 GPa Mô-đun cắt 73 GPa Giới hạn bền ≥ 580 MPa Giới hạn chảy ≥ 300 MPa Độ giãn dài tương đối ≥ 19 % Độ cứng ≤ 200 HB 2.3 ĐÁNH GIÁ TÍNH CÔNG NGHỆ TRONG KẾT CẤU Ta đánh giá, phân tích tính công nghệ trong kết cấu cho từng bề mặt của chi tiết cữ trụ để xem xét kết cấu của chi tiết có hợp lý cho việc gia công hay không. Từ đó ta có thể chọn lựa hoặc tối ưu các phương pháp gia công.
Bề mặt trụ ngoài có đường kính Ø12 mm và Ø25 mm , tiện mặt ngoài yêu cầu cấp chính xác IT12 và độ nhám Ra 6,3 µm. Hai Bề mặt kích thước 10 mm lúc đầu có biên dạng hình trụ tròn xoay, yêu cầu cấp chính xác (IT12) và độ nhám (Ra = 6,3 µm) nên ta cần tiện thô và tiện bán tinh ở bề mặt này, để đạt cấp chính xác và độ nhám theo yêu cầu, Việc gia công dễ dàng. Bề mặt kích thước 10 mm có cấp chính xác IT7 và độ nhám Ra= 3,2 µm, nên cần nhiều nguyên công khác nhau để đạt độ yêu cầu cấp chính xác và độ bóng cao bằng phay thô, phay bán tinh, phay tinh và mài tinh. Việc gia công bề mặt này khá thuận tiện do kết cấu chi tiết khá đơn giản, việc thực hiện gia công dễ dàng.
Bề mặt trụ ngoài đường kính Ø19 mm, yêu cầu cấp chính xác IT7 và độ nhám Ra 3,2 µm, sau khi phay thô sẽ ra biện dạng, bước này ta sẽ phay bán tinh và phay tinh bề mặt để đạt độ nhám và cấp chính xác theo yêu cầu. việc gia công dễ dàng. 12 Bề mặt kích thước 5 mm, không yêu cầu độ chính xác cao (IT14) độ nhám (Ra = 6,3 µm) nên ta chỉ cần tiện thô bề mặt này, việc gia công dễ dàng. Tiện rãnh 3 mm cấp chính xác (IT14) và độ nhám (Ra =6,3 µm), sử dụng dao tiện rãnh tiêu chuẩn 3 mm thuận lợi cho việc gia công.
Lỗ đường kính Ø3 mm yêu cầu cấp chính xác (IT14) và độ nhám (Ra = 3,2 µm) nên ta chỉ cẩn khoan lỗ để đạt cấp chính xác và độ nhám theo yêu cầu. Kết luận Dựa trên đánh giá chi tiết, ta thấy phần lớn các bề mặt được gia công bằng phương pháp tiện không yêu cầu độ chính xác cao (IT12 – IT14), riêng bề mặt cần được gia công bằng phương pháp phay yêu cầu cao về cấp chính xác (IT7) nên công đoạn này cần hết sức tỉ mỉ khi tronh quá trình gia công, các bề mặt gia công của chi tiết không quá phức tạp. CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 3.1 CHỌN DẠNG PHÔI Để chọn dạng phôi ta cần căn cứ vào vật liệu, hình dạng, kích thước, dạng sản xuất của chi tiết, cần đi phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp chế tạo phôi ứng với chi tiết để từ đó xác định được dạng phôi hợp lý, tối ưu. Ưu điểm - Chi tiết cữ trụ có hình dáng, kích thước, khối lượng nhỏ (< 10 kg), đơn giản dễ tạo khuôn đúc, tính toán thiết kế dễ dàng, đảm bảo được hình dáng hình học của phôi gần với chi tiết; từ đó tiết kiệm được thời gian gia công, lượng dư, chi phí.
- Dạng sản xuất hàng loạt của cữ trụ nên dễ cơ khí hóa, tự động hóa nhờ vào việc chế tạo khuôn thuộc nhóm đúc đặc biệt, sử dụng nhiều lần sau khi tháo khuôn, cho năng suất cao, giá thành thấp phù hợp. - Công nghệ và trang bị đơn giản. Nhược điểm - Cữ trụ làm bằng vật liệu thép C40, thép có tính chảy loãng thấp, độ co lớn, hòa tan khí nhiều nên khó đúc, dễ tạo ra các khuyết tật rỗ khí, rỗ co, thiên tích,… nên tính đúc thấp, khó đúc hơn. - Thép C40 có giá thành khá cao mà phôi đúc có lượng dư lớn, tốn vật liệu đồng thời trong quá trình đúc cần bố trí đậu ngót, đậu hơi, rãnh dẫn làm hao hụt vật liệu và gây tốn them chi phí.
- Cữ trụ với dạng sản xuất hàng loạt nhưng phôi đúc thép có nhiều khuyết tật như rổ xỉ, rỗ khí, lõm co,… làm giảm cơ tính, ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc, không đủ đảm bảo các yêu cầu của chi tiết trong quá trình gia công; khả năng tạo ra lượng phế phẩm ngang với lượng thành phẩm, không có lợi với dạng sản xuất hàng loạt.2 Phôi rèn tự do a. Ưu điểm - Vật liệu thép C40 có tính dẻo tốt, dễ biến dạng nên dễ cho việc rèn. - Hình dáng, kích thước của chi tiết khớp nối nhỏ gọn, đơn giản dễ dàng cho việc rèn. - Phôi rèn không cho lượng dư gia lớn sẽ đảm bảo được chất lượng bề mặt tốt hơn, gia công bán tinh, tinh dễ dàng hơn sau này, tiết kiệm thời gian và chất lượng dao gia công.
Nhược điểm - Dạng sản xuất hàng loạt không phù hợp với rèn vì nó đòi hỏi trình độ tay nghề cao, phụ thuộc dụng cụ rèn, tốn công sức, năng suất thấp. Nó phù hợp với dạng sản xuất đơn chiếc hơn. - Vật liệu chế tạo là thép C40 có giá thành khá cao, mà phương pháp rèn tự do làm kim loại bị biến dạng lớn, có những mép dư lớn, gây hao phí kim loại và chi phí vật liệu.