Đồ án môn học công nghệ chế tạo máy thiết kế quy trình gia công bạc đỡ

Tài liệu đồ án công nghệ chế tạo máy hướng dẫn chi tiết các bước thiết kế quy trình công nghệ gia công bạc đỡ, phân tích chọn phôi và lập tiến trình.

• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế quy trình công nghệ gia công bạc đỡ
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022

Tóm tắt

I. Tổng quan về quy trình công nghệ gia công bạc đỡ

Bạc đỡ là chi tiết cơ khí quan trọng trong các hệ thống truyền động, có chức năng định vị và hỗ trợ trục quay. Đồ án môn học này tập trung vào thiết kế quy trình công nghệ gia công bạc đỡ bằng phương pháp dập nóng, phù hợp với sản lượng 3000 sản phẩm/năm. Quy trình bao gồm 12 nguyên công chính từ chuẩn bị phôi đến mài tinh, đảm bảo đạt cấp chính xác IT8 và độ nhám bề mặt Ra = 2,5 µm. Việc lựa chọn phương pháp gia công dựa trên phân tích kỹ thuật và kinh tế, tối ưu hóa chi phí sản xuất trong điều kiện sản xuất hàng loạt vừa. Các bước công nghệ được thiết kế chi tiết, bao gồm chọn máy, dụng cụ cắt, dung dịch trơn nguội và dụng cụ kiểm tra.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật chi tiết bạc đỡ

Bạc đỡ có khối lượng 0,62 kg, vật liệu thép 40X, yêu cầu độ chính xác cấp 8-9, độ nhám bề mặt Ra 1,6-2,5 µm. Chi tiết có hình trụ tròn, đường kính ngoài 80 mm, đường kính trong 50 mm, chiều dài 60 mm. Bề mặt lỗ trong yêu cầu dung sai ±0,05 mm do chịu tải trọng xoắn. Kết cấu có 2 rãnh then đối xứng, ảnh hưởng đến quá trình định vị trong gia công. Độ cứng yêu cầu đạt 40-45 HRC sau nhiệt luyện. Chi tiết có tính công nghệ trung bình do hình dạng đơn giản nhưng yêu cầu độ chính xác cao.

1.2. Phân loại dạng sản xuất chi tiết

Dạng sản xuất được xác định là sản xuất hàng loạt vừa với sản lượng 3000 sản phẩm/năm. Thời gian chế tạo cho phép 108 ngày, tương đương 0,036 ngày/sản phẩm. Hệ số sản xuất hàng loạt k = 10-20 phù hợp với phương pháp dập nóng. Chi phí khuôn dập hợp kim được phân bổ đều trên số lượng sản phẩm, giảm chi phí đơn chiếc. Dạng sản xuất này cho phép sử dụng trang thiết bị chuyên dùng, tối ưu hóa quy trình công nghệ.

II. Phân tích vấn đề kỹ thuật trong gia công bạc đỡ

Việc gia công bạc đỡ gặp nhiều thách thức do yêu cầu kỹ thuật khắt khe về độ chính xác và độ nhám bề mặt. Phương pháp dập nóng được lựa chọn vì ưu điểm vượt trội về cơ tính sản phẩm nhưng đòi hỏi khuôn chế tạo chính xác. Khó khăn chính là kiểm soát biến dạng nhiệt trong quá trình nung nóng, ảnh hưởng đến kích thước phôi. Bề mặt lỗ trong sau dập nóng thường có lớp oxit cần xử lý bằng tiện thô. Vấn đề lựa chọn chuẩn định vị phù hợp cho các nguyên công cũng rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công.

2.1. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết gia công

Chi tiết yêu cầu dung sai kích thước lỗ trong ±0,05 mm, dung sai đường kính ngoài ±0,1 mm. Độ nhám bề mặt lỗ trong Ra ≤ 1,6 µm, bề mặt ngoài Ra ≤ 2,5 µm. Độ cứng sau nhiệt luyện 40-45 HRC. Sai lệch hình dạng cho phép 0,02 mm. Sai lệch vị trí tương quan giữa lỗ trong và mặt đầu không quá 0,05 mm. Các rãnh then yêu cầu dung sai ±0,03 mm. Yêu cầu không có vết nứt, lõm co trên bề mặt.

2.2. Đánh giá tính công nghệ kết cấu chi tiết

Chi tiết có hình dạng đối xứng thuận lợi cho quá trình gia công. Bề mặt trụ trơn dễ gia công bằng tiện. Lỗ trong có thể gia công bằng khoét, doa hoặc mài. Rãnh then đơn giản, có thể gia công bằng phay. Kết cấu có thể định vị bằng mặt trụ ngoài hoặc lỗ trong. Độ dày thành 17,5 mm đủ bền cho quá trình gia công. Chi tiết không có bề mặt cong phức tạp, thuận lợi cho gia công trên máy vạn năng. Tính công nghệ đạt mức trung bình, phù hợp với sản xuất hàng loạt vừa.

III. Phương pháp thiết kế quy trình công nghệ gia công

Quy trình công nghệ được thiết kế gồm 12 nguyên công chính, bắt đầu từ chuẩn bị phôi đến mài tinh. Mỗi nguyên công có các bước công nghệ chi tiết, bao gồm chọn máy, dụng cụ cắt, dung dịch trơn nguội và dụng cụ kiểm tra. Phương pháp gia công lựa chọn tối ưu chi phí và chất lượng. Nguyên công 1 chuẩn bị phôi bằng dập nóng, tạo hình sơ bộ. Nguyên công 2-4 thực hiện tiện thô và bán tinh các bề mặt. Nguyên công 5-6 khoét, doa lỗ trong. Nguyên công 7 phay rãnh then. Nguyên công 8-9 tiện tinh các bề mặt. Nguyên công 10-12 thực hiện mài tinh đạt yêu cầu kỹ thuật.

3.1. Lựa chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo

Phôi được chế tạo bằng phương pháp dập nóng do ưu điểm vượt trội về cơ tính sản phẩm. Phương pháp dập nguội không phù hợp do chiều dày thành 45 mm vượt quá giới hạn 20 mm. Dập nóng thực hiện ở nhiệt độ 1100-1200°C, giảm độ cứng kim loại, tăng độ dẻo. Khuôn dập kín được chọn vì phù hợp với kích thước chi tiết. Phôi sau dập có hình dạng gần giống chi tiết, giảm lượng dư gia công. Chi phí khuôn được phân bổ đều trên 3000 sản phẩm, giảm chi phí đơn chiếc.

3.2. Xây dựng tiến trình gia công các bề mặt

Tiến trình gia công bắt đầu từ bề mặt có dung sai lỏng nhất đến bề mặt có dung sai chặt nhất. Nguyên công 1 chuẩn bị phôi bằng dập nóng. Nguyên công 2-4 tiện thô, bán tinh các bề mặt trụ ngoài. Nguyên công 5-6 khoét, doa lỗ trong đạt dung sai ±0,05 mm. Nguyên công 7 phay rãnh then. Nguyên công 8-9 tiện tinh các bề mặt trụ. Nguyên công 10-12 mài tinh bề mặt lỗ trong đạt Ra 1,6 µm. Mỗi nguyên công sử dụng chuẩn định vị khác nhau để đảm bảo độ chính xác.

IV. Kết luận và ứng dụng quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ gia công bạc đỡ bằng phương pháp dập nóng đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật về độ chính xác, độ nhám bề mặt và cơ tính. Chi phí sản xuất được tối ưu hóa nhờ lựa chọn phương pháp gia công phù hợp. Quy trình có thể áp dụng trong sản xuất hàng loạt vừa, với sản lượng 3000 sản phẩm/năm. Kết quả đồ án cung cấp cơ sở khoa học cho việc chế tạo bạc đỡ trong thực tế công nghiệp. Quy trình có tính linh hoạt, dễ điều chỉnh khi thay đổi sản lượng hoặc yêu cầu kỹ thuật.

4.1. Kết quả đạt được sau khi thực hiện đồ án

Quy trình công nghệ đảm bảo sản phẩm đạt dung sai kích thước lỗ trong ±0,05 mm, dung sai đường kính ngoài ±0,1 mm. Độ nhám bề mặt lỗ trong Ra ≤ 1,6 µm, bề mặt ngoài Ra ≤ 2,5 µm. Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 40-45 HRC. Sai lệch hình dạng và vị trí tương quan đều nằm trong giới hạn cho phép. Sản phẩm không có khuyết tật bề mặt như nứt, lõm co. Năng suất đạt 25 sản phẩm/ngày, đáp ứng yêu cầu sản lượng 3000 sản phẩm/năm.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong thực tế

Quy trình có thể mở rộng cho các sản phẩm tương tự bằng phương pháp dập nóng. Việc áp dụng công nghệ CAD/CAM sẽ tối ưu hóa hơn nữa quá trình thiết kế và gia công. Có thể nghiên cứu sử dụng vật liệu mới để cải thiện tính chất cơ học. Quy trình có thể áp dụng trong sản xuất ô tô, máy công cụ, thiết bị nông nghiệp. Việc chuẩn hóa quy trình sẽ tạo điều kiện cho sản xuất linh hoạt, dễ dàng điều chỉnh khi thay đổi thiết kế sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Mục đích của chương này là xác định hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc, hang loạt nhỏ, hang loạt vừa, hang loạt lớn hay hàng loạt khối) để từ đó cải thiện tính công nghệ của chi tiết, chọn phương pháp chế tạo phôi, chọn thiết bị công nghệ hợp lí cho việc gia công chi tiết.1 MÔ HÌNH HÓA CHI TIẾT Sử dụng phần mềm CAD 3D (Creo Parametric 8.0) để mô hình hóa chi tiết bạc đỡ gồm các bước chính sau: +Bước 1: Vẽ biên dạng của chi tiết bạc đỡ. Biên dạng chi tiết bạc đỡ trước khi mô hình hóa 3D +Bước 2: Sử dụng lệnh Revolve để tạo chi tiết bạc đỡ ở hình dạng 3D. Chi tiết bạc đỡ được mô hình hóa 3D sau khi dùng lệnh Revolve +Bước 3: Sử dụng lệnh Plane để tạo một mặt phẳng cách mặt đầu 5mm.

Mặt phẳng DTM1 sau khi dùng lệnh Plane +Bước 4: Sử dụng lệnh Extrude để tạo rãnh then trên bề mặt chi tiết bạc đỡ. Chi tiết bạc đỡ sau khi dùng lệnh Extrude 1.2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CHI TIẾT Chi tiết được làm bằng vật liệu là thép 40X. Mục đích của phần này là xác định thể tích và khối lượng của chi tiết, từ đó xác định hình thức tổ chức sản xuất và cải thiện tính công nghệ của sản phẩm. 18 Dùng phần mềm Creo Parametric với công cụ Mass Properties.

Cài đặt đơn vị chiều dài là millimeter, khối lượng là Kilogram và thời gian là Second, chọn vật liệu là STEEL_MEDIUM_CARBON. Bước 1: Vào File chọn Prepare tiếp tục chọn Model Properties để gán đơn vị và vật liệu cho chi tiết. Kết quả chi tiết được hiển thị như hình 1. Gán đơn vị cho chi tiết Bước 2: Tại mục Material chọn Change sau đó chọn thư mục Standard- Materials-Granta-Design Properties, sau đó chọn thư mục Ferrous-Metals, chọn Steel- medium-carbon.

Kết quả chi tiết được hiển thị như hình 1. Chọn vật liệu cho chi tiết Bước 3: Chọn thẻ Analysis trên thanh công cụ Creo, sau đó chọn Mass Properties để tính khối lượng cho chi tiết. Kết quả như hình 1. Kết quả khối lượng tính toán Thể tích chi tiết: V≈ 0,000077606 m3.

Khối lượng tính toán trên phần mềm Creo: m≈ 0,61 kg. Khối lượng chi tiết tính toán: mct = V.γ V= 0,0000776 (m3) là thể tích của chi tiết (thể tích của chi tiết được xác định nhờ công cụ Mass properties ở phần mềm Creo Parametric 8. γ là khối lượng riêng của riêng của vật liệu, theo tài liệu [2] có γ = 7820 kg/m3 mct = V.3 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Xác định sản lượng hằng năm của chi tiết trong một năm của nhà máy theo công thức (2.1) Trong đó: N0 = 3000 (là số sản phẩm sản xuất theo kế hoạch trong một năm) m = 1 (là số chi tiết như nhau trong một sản phẩm) α là số phần tram dự trữ chi tiết cho chi tiết máy nói trên dành làm phụ tùng (α = 10÷20%), chọn α=15% β là số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trình chế tạo (β= 3÷5%), chọn β=4% Thay các giá trị vào (1.1) ta có ( N=3000× 1 1+100 15 )×(1+ 1004 )= 3588(chiếc/năm) 20 Dựa vào khối lượng m =0,61 kg và sản lượng của chi tiết là 3000, ta xác định được dạng sản xuất là hàng loạt vừa [1, trang 25, bảng 2. PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG Mục đích của phần này là xem kết cấu và các điều kiện kỹ thuật đã cho trong bản vẽ chi tiết có hợp lí đối với chức năng phục vụ và khả năng chế tạo.1 YÊU CẦU KĨ THUẬT Hình 2.

Bản vẽ chi tiết Dựa vào bản vẽ chi tiết, ta có các yêu cầu kĩ thuật của chi tiết là: - Bề mặt kích thước trụ ngoài Ø68h8 mm cấp chính xác IT8, độ nhám bề mặt Ra= 2,5 µm. - Bề mặt lỗ Ø48 mm cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm. - Bề mặt lỗ Ø38H7 mm cấp chính xác IT7, độ nhám bề mặt Ra= 1,25 µm. - Bề mặt trụ ngoài Ø60k6 mm cấp chính xác IT6, độ nhám bề mặt Ra= 0,63 µm.

- Bề mặt đầu bên trái cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 5 µm. - Mép vát 0,5mm x 45º: cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm. 21 - Mép vát 1mm x 45º: cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm. - Bề rộng rãnh then 18N9 mm cấp chính xác IT9, độ nhám bề mặt Ra= 2,5 µm.

- Bề mặt đáy rãnh then có cấp chính xác IT12, độ nhám bề mặt Ra= 10 µm.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO Vật liệu chi tiết làm bằng thép 40X, đáp ứng các yêu cầu về cơ tính của chi tiết. Các thành phần hóa học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2. Bảng thống kê thành phần hóa học của vật liệu [3] Thành phần hóa học (%) C Cr Mn Si Ni S Cu 0,36-0,44 0,8-1,1 0,5-0,8 0,17-0,37 ≤ 0,3 ≤0,035 ≤ 0,3 Các tính chất cơ học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2. Bảng các tính chất cơ học của vật liệu [3] Thông số Giá trị Đơn vị Khối lượng riêng 7820 kg/m3 Hệ số poisson 0,3 Độ giãn dài tương đối 10 % Độ cứng ≤ 207 HB Giới hạn bền 980 MPa Giới hạn chảy 785 MPa Nhiệt dung riêng 466 J/ kg ºC Độ dai va đập 47 J Mô-đun đàn hồi 214 GPa Mô-đun cắt 85 GPa 2.3 ĐÁNH GIÁ TÍNH CÔNG NGHỆ TRONG KẾT CẤU Tính công nghệ trong kết cấu là những đặc điểm về kết cấu cũng như những yêu cầu kĩ thuật ứng với chức năng làm việc của chi tiết gia công.

Nó có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao tính công nghệ, giảm khối lượng lao động, tăng hệ số sử dụng vật liệu và hạ giá thành sản phẩm. Ta đi vào phân tích, đánh giá tính công nghệ trong kết cấu từng bề mặt của chi tiết bạc đỡ để hiểu rõ hơn về tính công nghệ, từ đó sẽ chọn được phương pháp gia công hợp lí: Chi tiết có đường kính lớn nhất D là Ø68h8 mm và chiều dài chi tiết L là 45mm, có tỉ lệ L/D < 1 nên chi tiết có độ cứng vững cao. 22 Bề mặt trụ ngoài Ø68h8 mm có yêu cầu về cấp chính xác là IT8 và có độ nhám 2,5 µm nên sau khi tiện thô phải thêm tiện bán tinh, tiện tinh và mài tinh bề mặt để đạt được yêu cầu. Việc gia công khá đơn giản nhưng sẽ mất nhiều thời gian gia công.

Bề mặt trụ ngoài Ø60k6 mm có yêu cầu chính xác khá cao là IT6 và có độ nhám bề mặt là 0,63 µm nên phải cần thực hiện nhiều phương pháp gia công lần lượt là tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh, mài tinh, mài láng để đạt yêu cầu. Việc gia công mặt trụ ngoài này trải qua nhiều nguyên công, tốn nhiều thời gian để gia công. Góc lượn giao giữa hai bề mặt giúp giảm ứng suất tập trung và thuận lợi cho việc gia công chế tạo. Bề rộng rãnh 18N9 mm phù hợp để gia công với dao phay rãnh tiêu chuẩn, sử dụng dao phay ngón sẽ dễ dàng tạo ra bề rộng và bán kính ở hai đầu rãnh then, tránh gây tốn kém.

Các góc ngắt được vát 1,5x45º và 0,5x45º giúp giảm độ sắc bén cho các góc, tránh được các rủi ro do sắc bén, bavia gây ra. Khi gia công lỗ thông Ø38H7, có yêu cầu cấp chính xác IT7, độ nhám bề mặt Ra = 1,25 µm nên cần nhiều phương pháp gia công để đạt yêu cầu. Lỗ thông Ø38H7 được đột lỗ khi tạo phôi dập giúp tiết kiêm thời gian để thực hiện các nguyên công sau, đặc biết đối với các nguyên công tiếp theo là khoét thô, khoét tinh, doa thô, doa tinh. Phần công việc này thực hiện nhiều nguyên công và thực hiện không quá khó nhưng tốn nhiều thời gian.

Khi gia công lỗ Ø48 mm không yêu cầu cao về độ chính xác IT14 và độ nhám bề mặt Rz = 20 µm nên chỉ cần tiện thô trên máy tiện là đạt yêu cầu, gia công dễ dàng. Rãnh thoát dao 3mm phù hợp để gia công với dao tiện rãnh tiêu chuẩn có bề rộng là 3mm để tạo thuận lợi cho các chuyển động tiến dao dọc hoặc tiến dao ngang. Kết luận: Dựa trên việc phân tích tính công nghệ thì chi tiết không cần phải sửa đổi, thay đổi kết cấu chi tiết và vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ chính xác gia công. CHỌN DẠNG PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 3.1 CHỌN DẠNG PHÔI Căn cứ vào vật liệu, hình dáng, kích thước, điều kiện làm việc của chi tiết, khả năng kinh tế-tài chính, dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất, máy móc thiết bị hiện có 3.1 Phôi đúc Ưu điểm: - Chi tiết bạc đỡ, có hình dạng đơn giản, kích thước không quá lớn, có khối lượng nhỏ m = 0,62 kg nên dễ tạo ra khuôn đúc và phôi có hình dáng giống chi tiết.

- Công nghệ đúc đơn giản, sử dụng trang thiết bị không phức tạp, vốn đầu tư ít, giá thành hạ. Khi sử dụng thiết bị và công nghệ cao có thể tạo ra vật đúc có độ chính xác cao với năng suất cao vì thế rất tối ưu về mặt kinh tế. Nhược điểm: - Vật liệu chế tạo là thép 40X mà thép có tính đúc thấp vì có độ co ngót cao, tính chảy loãng thấp, nhiệt độ nóng chảy cao, độ quá nhiệt lớn, dễ thiên tích nên việc tạo phôi đúc sẽ gặp nhiều khó khăn. - Thép 40X có giá thành khá cao mà phôi đúc có lượng dư gia công lớn, tốn vật liệu đồng thời trong quá trình đúc cần bố trí đậu hơi, đậu ngót làm hao hụt nhiều vật liệu và chi phí.

- Ngoài ra, vật đúc sẽ có nhiều khuyết tật (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 và không có lợi với dạng sản xuất hàng loạt.2 Phôi rèn tự do Ưu điểm: - Chi tiết có hình dáng đơn giản, nhỏ gọn và kích thước không lớn nên có thể dễ dàng cho việc rèn tự do. - Khả năng loại trừ được các khuyết tật thường gặp nên đảm bảo tương đối về chất lượng bề mặt khi gia công, giảm được thời gian và lượng tiêu hao kim loại khi giá thành thép 40X khá cao. - Phôi rèn không cho lượng dư gia lớn sẽ đảm bảo được chất lượng bề mặt tốt hơn nên đảm bảo yêu cầu chi tiết.