Đồ án công nghệ: Thiết kế quy trình gia công chi tiết thân bơm

Đồ án công nghệ chế tạo máy: Thiết kế quy trình gia công chi tiết thân bơm. Tối ưu quy trình, nâng cao hiệu quả sản xuất. Tham khảo ngay!

• Người hướng dẫn: Pgs.Ts Phạm Ngọc Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật chế tạo
• Đề tài: Thiết kế quy trình công nghệ gia công thân bơm
• Loại tài liệu: Đồ án
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT, PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
• 1.1. Xác định dạng sản xuất
• 1.1.1. Số lượng chi tiết cần chế tạo
• 1.1.2. Khối lượng chi tiết
• 1.1.3. Xác định dạng sản xuất
• 1.2. Phân tích chi tiết
• 1.2.1. Công dụng của chi tiết
• 1.2.2. Điều kiện làm việc của chi tiết
• 1.2.3. Chọn vật liệu chế tạo chi tiết
• 1.2.4. Xác định dung sai các kích thước, độ nhám bề mặt chi tiết và sai lệch vị trí của các mặt chi tiết
• 1.3. Xác định phương pháp chế tạo phôi
• 1.3.1. Chọn dạng phôi
• 1.3.2. Xác định phương pháp chế tạo phôi
• 1.3.3. Xác định lượng dư của phôi
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
• 2.1. Chọn phương pháp gia công các bề mặt
• 2.1.1. Bề mặt 15 và 19
• 2.1.2. Bề mặt 1 và 8
• 2.2. Lập quy trình công nghệ
• 2.2.1. Một số phương án gia công chi tiết
• 2.2.2. Phân tích phương án, chọn phương án phù hợp
• 2.2.3. Thiết kế các nguyên công theo quy trình công nghệ đã chọn
• 2.3. Lượng dư gia công cho các nguyên công
• 2.4. Bảng tổng hợp các nguyên công
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐỒ GÁ
• 3.1. Tính toán và thiết kế đồ gá nguyên công 5
• 3.1.1. Xác định cơ cấu định vị
• 3.1.2. Xác định cơ cấu kẹp chặt, tính lực kẹp cần thiết
• 3.1.3. Xác định các thông số cho các chi tiết của đồ gá
• 3.1.4. Xác định sai số gá đặt
• 3.2. Tính toán và thiết kế đồ gá nguyên công 6
• 3.2.1. Xác định cơ cấu định vị
• 3.2.2. Xác định cơ cấu kẹp chặt, tính lực kẹp cần thiết
• 3.2.3. Xác định các thông số cho các chi tiết của đồ gá
• 3.2.4. Xác định sai số gá đặt
• DANH SÁCH HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu Đồ án Tổng quan về quy trình gia công chi tiết thân bơm

Trong ngành cơ khí chế tạo máy, việc thiết kế một quy trình gia công chi tiết thân bơm tối ưu đóng vai trò then chốt, quyết định trực tiếp đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Một quy trình công nghệ gia công thân bơm được xây dựng khoa học không chỉ rút ngắn thời gian sản xuất mà còn đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật khắt khe, mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội. Đồ án này tập trung vào việc nghiên cứu và áp dụng các kiến thức chuyên ngành để phát triển một quy trình gia công chi tiết thân bơm hoàn chỉnh. Từ việc phân tích yêu cầu kỹ thuật thân bơm đến lựa chọn vật liệu chế tạo thân bơm và xác định phương pháp chế tạo phôi, mỗi bước đều được thực hiện một cách tỉ mỉ. Mục tiêu là tạo ra một sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng mọi tiêu chuẩn vận hành trong các hệ thống bơm. Đây là một nền tảng vững chắc cho các kỹ sư tương lai áp dụng vào thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp. Việc hiểu rõ từng khía cạnh của công nghệ chế tạo máy là điều cần thiết để đạt được thành công này. Đồ án này cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các công nghệ hiện đại nhằm tối ưu hóa toàn bộ chuỗi giá trị sản xuất.

1.1. Phân tích yêu cầu kỹ thuật thân bơm Công dụng và điều kiện làm việc

Chi tiết thân bơm đóng vai trò là phần thân giữa của bơm bánh răng, nơi lắp ghép các mặt bích và chứa các bánh răng quan trọng. Khoảng khe hở giữa các đỉnh răng và đường kính trong của chi tiết rất nhỏ, đảm bảo hiệu suất bơm lưu chất và áp suất đạt đúng yêu cầu. Điều kiện làm việc của chi tiết này cực kỳ khắc nghiệt: chịu áp suất và nhiệt độ cao do lưu chất và ma sát giữa các bánh răng. Do đó, vật liệu chế tạo thân bơm phải có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn vượt trội để đảm bảo hoạt động ổn định và lâu dài [2, trang 2]. Yêu cầu về độ chính xác và độ nhám bề mặt cũng rất cao để tránh rò rỉ và duy trì hiệu suất hoạt động.

1.2. Vật liệu chế tạo thân bơm Lựa chọn gang xám GX 24 44 phù hợp

Để đáp ứng các yêu cầu về độ bền, chịu nhiệt và chống mài mòn, vật liệu chế tạo thân bơm được lựa chọn là gang xám GX 24-44. Loại gang này có giới hạn bền kéo 240 N/mm² và giới hạn bền uốn 440 N/mm², đảm bảo khả năng chịu tải trọng cao. Gang xám GX 24-44 là loại peclit với các tấm graphit nhỏ mịn, giúp tăng cường khả năng chịu mài mòn và giảm rung động trong quá trình vận hành của bơm. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu này cũng cân nhắc đến tính kinh tế, vì gang xám là vật liệu phổ biến với giá thành hợp lý. Thành phần hóa học của gang xám được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chất cơ học mong muốn [Bảng 1, Thành phần phần trăm các nguyên tố trong gang].

1.3. Chọn phôi gia công thân bơm Phương pháp đúc và xác định lượng dư

Dựa trên đặc điểm hình dạng (dạng hình hộp, không quá phức tạp, kích thước lớn nhất 112mm) và tính chất giòn của gang xám GX 24-44, phương pháp chế tạo phôi đúc được lựa chọn. Đúc là phương pháp kinh tế, phù hợp với sản xuất hàng loạt vừa và khả năng chảy loãng cao của gang. Phương pháp cụ thể là đúc trong khuôn cát – mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy để đạt cấp chính xác II và độ nhám bề mặt Rz 80 µm [4, trang 178]. Việc xác định lượng dư gia công phôi được tính toán cẩn thận để đảm bảo đủ vật liệu cho các nguyên công tiếp theo, đồng thời tối thiểu hóa phế liệu. Ví dụ, với kích thước danh nghĩa 106mm, lượng dư gia công cơ là 3mm [5, trang 44, bảng 28.1].

II. Thách thức lớn khi chế tạo thân bơm Cách tối ưu hiệu quả

Việc chế tạo thân bơm không phải là một quá trình đơn giản. Nó đặt ra nhiều thách thức đáng kể, từ việc đảm bảo độ chính xác cao của các bề mặt lắp ghép đến kiểm soát sai số trong từng nguyên công. Đặc biệt, với yêu cầu về độ nhám bề mặt thấp và dung sai kích thước chặt chẽ, việc lựa chọn phương pháp gia công và máy móc phù hợp là cực kỳ quan trọng. Sự phức tạp trong hình dáng chi tiết, kết hợp với yêu cầu vật liệu đặc thù, đòi hỏi một quy trình công nghệ gia công thân bơm được thiết kế kỹ lưỡng để tránh các vấn đề về chất lượng và chi phí phát sinh. Việc quản lý chi phí gia công chi tiết máy trong khi vẫn duy trì chất lượng là một bài toán khó mà các nhà sản xuất luôn phải đối mặt. Thách thức còn đến từ việc tích hợp các công nghệ mới và đào tạo nhân lực có tay nghề cao để vận hành các máy công cụ CNC gia công thân bơm hiện đại. Làm thế nào để tối ưu hóa quy trình gia công? Đây là câu hỏi trọng tâm mà mọi đồ án kỹ thuật đều phải giải quyết. Việc phân tích sai số gia công và tìm kiếm giải pháp khắc phục là một phần không thể thiếu để nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Xác định dung sai các kích thước và độ nhám bề mặt chi tiết

Yêu cầu về độ chính xác và độ nhám bề mặt là yếu tố then chốt trong gia công cơ khí chính xác. Các bề mặt lắp ghép như 15, 19, 5, 12, 1, 8 cần đạt độ nhám Ra = 1,25 µm (cấp chính xác IT7) để đảm bảo độ khít và tránh rò rỉ [TCVN 78]. Các kích thước quan trọng như Ø52+0,02 mm (lắp bánh răng), 45+0,03 mm (lắp bích), và khoảng cách tâm các lỗ Ø11 phải đạt cấp chính xác cao (H6, H7, JS7) [2, trang 27; 3]. Việc xác định đúng dung sai các kích thước và độ nhám không chỉ là yêu cầu kỹ thuật mà còn là cơ sở để lựa chọn phương pháp gia công và kiểm tra chất lượng phù hợp. Sai lệch hình dáng và vị trí như độ không vuông góc, độ song song giữa các mặt cũng được quy định chặt chẽ, không vượt quá 0,01 mm.

2.2. Kiểm soát sai số gia công và yêu cầu về vị trí bề mặt

Việc kiểm soát sai số gia công là một thách thức lớn. Độ không vuông góc giữa mặt bên 15, 19 so với hai mặt 1, 8 không được vượt quá 0,01 mm. Tương tự, độ song song giữa hai mặt bên 15, 19 (nơi lắp bích đầu và bích đuôi) cũng phải đạt độ chính xác tương đương. Các yêu cầu này đòi hỏi quá trình định vị, kẹp chặt và điều chỉnh máy phải cực kỳ chính xác. Sau gia công, cần kiểm tra chất lượng chi tiết thân bơm bằng các dụng cụ chuyên dụng như thước cặp điện tử có độ chính xác 0,01 mm, đồng hồ so để kiểm tra sai lệch vị trí tương quan và độ nhám bề mặt. Phân tích sai số gia công liên tục trong quá trình sản xuất giúp phát hiện sớm và điều chỉnh kịp thời các yếu tố gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, giảm thiểu phế phẩm.

2.3. Lựa chọn dụng cụ cắt gọt kim loại và máy công cụ phù hợp

Thách thức không chỉ nằm ở khâu thiết kế mà còn ở khâu thực thi. Việc lựa chọn dụng cụ cắt gọt kim loại và máy công cụ CNC gia công thân bơm phù hợp với từng nguyên công là yếu tố sống còn. Mỗi loại vật liệu, mỗi bề mặt gia công đều đòi hỏi dao cụ và chế độ cắt riêng biệt để đạt được độ chính xác và độ nhám yêu cầu. Ví dụ, để phay mặt phẳng, dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng như CoroMill® 390 R390–125Q40–17L của Sandvik được ưu tiên. Đối với các lỗ, mũi khoan CoroDrill® 870-1100-8L16-8 hay mũi doa CoroReamer™ 835.B-1100-A1-PF 1024 là cần thiết. Việc không lựa chọn đúng dụng cụ cắt gọt kim loại có thể dẫn đến chất lượng bề mặt kém, tuổi thọ dao thấp và tăng chi phí gia công chi tiết máy.

III. Hướng dẫn lập quy trình công nghệ gia công chi tiết thân bơm hiệu quả

Để có một quy trình công nghệ gia công thân bơm hiệu quả, việc lập kế hoạch chi tiết cho từng nguyên công là điều tối quan trọng. Bắt đầu từ việc xác định các bề mặt cần gia công, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp cho từng bề mặt, sau đó là lập sơ đồ các nguyên công theo một trình tự hợp lý. Trình tự này cần đảm bảo nguyên tắc gia công từ thô đến tinh, từ các bề mặt chuẩn đến các bề mặt khác, đồng thời tránh tích lũy sai số. Mỗi bước trong lập sơ đồ nguyên công gia công cơ khí đều phải được tính toán kỹ lưỡng, cân nhắc đến khả năng công nghệ của máy móc và dụng cụ hiện có. Đặc biệt, việc xác định chuẩn định vị cho từng nguyên công là yếu tố quyết định đến độ chính xác tổng thể của chi tiết. Thiết kế quy trình gia công chi tiết máy không chỉ là một công việc kỹ thuật mà còn là một nghệ thuật, đòi hỏi sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một quy trình sản xuất ổn định, có khả năng lặp lại và đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn với chi phí gia công chi tiết máy thấp nhất.

3.1. Lập sơ đồ nguyên công gia công cơ khí Phân tích và thứ tự các bề mặt

Việc lập sơ đồ nguyên công gia công cơ khí đòi hỏi phân tích kỹ lưỡng các bề mặt cần gia công, bao gồm mặt phẳng (15, 19, 1, 8, 7, 14), các lỗ suốt (2, 3, 4, 6, 9, 10, 11, 13, 18, 24) và các lỗ ren (16, 17, 20, 21, 22, 23, 25, 26). Mỗi bề mặt có yêu cầu về cấp chính xác và độ nhám khác nhau, từ đó xác định phương pháp gia công thích hợp. Ví dụ, mặt 15 và 19 cần phay thô, phay tinh và mài tinh để đạt Ra 1,25 µm. Các lỗ Ø11 mm thường được khoan. Các lỗ ren sẽ qua bước khoan và tarô. Thứ tự các nguyên công được sắp xếp hợp lý, ưu tiên gia công các bề mặt chuẩn trước, sau đó dùng chúng làm chuẩn định vị cho các nguyên công tiếp theo để đảm bảo độ chính xác liên quan [1, trang 143, bảng PL11].

3.2. Đánh giá phương án gia công chi tiết và chọn lựa tối ưu

Trong quá trình thiết kế quy trình gia công chi tiết máy, nhiều phương án gia công được xem xét để tìm ra lựa chọn tối ưu nhất. Ví dụ, đồ án đã đưa ra ba phương án chính. Phương án 1 sử dụng hai mặt cong hai bên làm chuẩn thô, sau đó mặt 15 làm chuẩn tinh. Phương án 2 cũng tương tự nhưng có nhiều bước chuyển chuẩn tinh hơn. Phương án 3, được chọn, tận dụng mặt 15 làm chuẩn tinh ban đầu, sau đó sử dụng hai lỗ 3, 10 (đã gia công chính xác) làm chuẩn tinh mới cho các nguyên công phức tạp hơn [Bảng 2. Một số phương án gia công chi tiết]. Việc phân tích kỹ lưỡng ưu nhược điểm của từng phương án giúp tránh được sai số tích lũy do chuyển chuẩn nhiều lần và bảo vệ các bề mặt yêu cầu độ chính xác cao.

3.3. Chế độ cắt khi gia công chi tiết Tính toán các thông số kỹ thuật

Việc tính toán chế độ cắt khi gia công chi tiết là một bước không thể thiếu để đảm bảo hiệu quả và chất lượng. Các thông số như chiều sâu cắt (t), lượng chạy dao vòng (S) hoặc lượng chạy dao răng (Sz), và tốc độ cắt (V) được xác định dựa trên vật liệu chi tiết, vật liệu dao, máy gia công và yêu cầu kỹ thuật bề mặt. Ví dụ, khi phay thô mặt 15 bằng dao CoroMill® 390, chế độ cắt được tính toán là t = 2,5 mm, S = 1,0 mm/vòng, V = 236 m/phút và N = 600 vòng/phút, với công suất cắt cần thiết là 6,3 kW. Các thông số này thường được tham khảo từ tài liệu của nhà sản xuất dao hoặc phần mềm chuyên dụng như Sandvik, sau đó điều chỉnh cho phù hợp với công suất máy gia công thực tế [Hình 2. Chế độ cắt khuyên dùng của hãng Sandvik với nguyên công 1].

IV. Các nguyên công gia công thân bơm Bí quyết đạt độ chính xác cao

Việc thực hiện các nguyên công gia công thân bơm đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác cao để đảm bảo mọi yêu cầu kỹ thuật được đáp ứng. Từ phay mặt phẳng đến khoan, khoét và tarô lỗ, mỗi nguyên công đều có những bước thực hiện cụ thể và đòi hỏi sự lựa chọn máy móc, dụng cụ và đồ gá phù hợp. Để đạt được độ chính xác mong muốn, việc thiết kế đồ gá gia công chuyên dụng cho từng nguyên công là cực kỳ quan trọng, giúp định vị và kẹp chặt chi tiết một cách ổn định, giảm thiểu sai số gá đặt. Bên cạnh đó, việc tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật gia công cơ khí quốc tế và của hãng sản xuất là yếu tố then chốt. Công suất máy, khả năng của dụng cụ cắt gọt và kinh nghiệm vận hành của công nhân đều ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả gia công. Bí quyết để đạt độ chính xác cao nằm ở sự kết hợp hài hòa giữa công nghệ hiện đại, tính toán chế độ cắt tối ưu và quy trình kiểm soát chất lượng chặt chẽ. Điều này đảm bảo rằng mỗi chi tiết thân bơm đều đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật gia công cơ khí khắt khe nhất.

4.1. Phay thân bơm Từ phay thô đến phay tinh các mặt phẳng

Các nguyên công phay thân bơm chiếm vai trò quan trọng trong việc tạo hình và đạt độ nhám bề mặt. Các mặt phẳng như 15, 19, 1, 8 được gia công qua hai bước: phay thô và phay tinh. Ví dụ, nguyên công phay mặt 15 sử dụng máy phay đứng vạn năng X5032 và dao phay mặt đầu CoroMill® 390. Ở bước phay thô, chiều sâu cắt lớn hơn (t = 2.5 mm) để loại bỏ lượng dư nhanh chóng, đạt độ nhám Rz 40. Sau đó, phay tinh với chiều sâu cắt nhỏ hơn (t = 0.5 mm) và chế độ cắt tối ưu hơn để đạt độ nhám Rz 20, chuẩn bị cho bước mài tinh cuối cùng. Chế độ cắt khi gia công chi tiết được tính toán dựa trên khuyến nghị của hãng dao để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ dao.

4.2. Khoan doa taro thân bơm Gia công các lỗ bu lông và lỗ ren chính xác

Nguyên công khoan doa taro thân bơm là bước thiết yếu để tạo ra các lỗ bu lông và lỗ ren có độ chính xác cao. Ví dụ, nguyên công khoan các lỗ 3, 4, 10, 11 sử dụng máy khoan cần Z3080 × 25. Các lỗ được khoan ban đầu với đường kính nhỏ hơn (Ø10,8 mm) trước khi được doa đạt kích thước cuối cùng Ø11 mm và cấp chính xác H7. Sau đó, các lỗ ren như 16, 17, 20, 21 được khoan Ø8,5 mm và tiếp tục tarô ren M10, bước ren 1,5 mm. Việc sử dụng mũi khoan và mũi tarô chuyên dụng từ các hãng như Sandvik (CoroDrill®, CoroTap™) cùng với thiết kế đồ gá gia công có phiến dẫn hướng giúp đảm bảo vị trí và độ chính xác của lỗ.

4.3. Gia công bề mặt thân bơm phức tạp Khoét và phay ngón hiệu quả

Đối với các bề mặt thân bơm phức tạp hơn như lỗ lắp bánh răng (5, 12) hoặc các mặt bên (7, 14), các phương pháp khoét và phay ngón được áp dụng. Nguyên công khoét bề mặt 5, 12 bao gồm các bước khoét thô, bán tinh và tinh để đạt đường kính Ø52 mm và độ nhám Ra 1,25 µm. Dao khoét CoroBore® BR30-56SP08Y-C4 được sử dụng để đạt hiệu quả cao. Đối với phay mặt 7, 14, dao phay ngón CoroMill® Plura RA215.26-3250DAL36L 1620 được chọn để gia công các mặt cạnh. Chế độ cắt khi gia công chi tiết được tối ưu hóa cho từng loại dao và vật liệu để đạt được hiệu suất cắt tốt nhất và chất lượng bề mặt yêu cầu, góp phần vào gia công cơ khí chính xác của toàn bộ chi tiết.

V. Ứng dụng thiết kế đồ gá gia công và kiểm soát chất lượng thực tế

Trong quá trình sản xuất thực tế, việc thiết kế đồ gá gia công đóng vai trò cực kỳ quan trọng, là yếu tố quyết định đến độ chính xác, năng suất và tính kinh tế của quy trình gia công chi tiết thân bơm. Đồ gá không chỉ giúp định vị và kẹp chặt chi tiết một cách vững chắc mà còn giảm thiểu sai số gá đặt, đảm bảo sự ổn định trong suốt quá trình gia công. Việc tính toán lực kẹp cần thiết, xác định cơ cấu định vị và kẹp chặt, cùng với việc lựa chọn các thông số chi tiết cho đồ gá đều được thực hiện một cách khoa học. Song song với đó, kiểm tra chất lượng chi tiết thân bơm là một khâu không thể thiếu để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt đúng tiêu chuẩn kỹ thuật gia công cơ khí. Các dụng cụ đo lường hiện đại như máy đo độ nhám bề mặt, thước cặp điện tử và đồng hồ so được sử dụng để kiểm tra từng đặc tính của chi tiết, từ dung sai kích thước đến độ nhám bề mặt và sai lệch vị trí. Điều này giúp phát hiện sớm các lỗi, giảm thiểu phế phẩm và duy trì uy tín của nhà sản xuất. Thực tiễn cho thấy, sự kết hợp giữa thiết kế đồ gá gia công thông minh và quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt là chìa khóa cho thành công trong công nghệ chế tạo máy hiện đại.

5.1. Thiết kế đồ gá gia công Tính toán và xác định sai số gá đặt

Thiết kế đồ gá gia công là một phần không thể tách rời của quy trình công nghệ gia công thân bơm. Đồ gá giúp định vị chi tiết theo sáu bậc tự do, đảm bảo vị trí tương đối chính xác giữa phôi và dụng cụ cắt. Ví dụ, đồ gá cho nguyên công khoan lỗ 3, 4, 10, 11 được thiết kế với phiến tỳ định vị mặt 15 và hai khối chữ V định vị hai mặt cong hai bên. Cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít có tay quay được tính toán lực kẹp cần thiết để giữ chi tiết ổn định, chống lại lực cắt. Việc xác định sai số gá đặt là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, cần được tính toán cẩn thận để đảm bảo sai số nằm trong giới hạn cho phép. Sai số gá đặt phải được kiểm soát chặt chẽ để không ảnh hưởng đến dung sai cuối cùng của chi tiết.

5.2. Kiểm tra chất lượng chi tiết thân bơm Đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật

Kiểm tra chất lượng chi tiết thân bơm là bước cuối cùng và cực kỳ quan trọng trong quy trình gia công chi tiết thân bơm. Chi tiết thân bơm sau khi gia công phải đạt được các tiêu chuẩn kỹ thuật gia công cơ khí về dung sai kích thước, độ nhám bề mặt và sai lệch vị trí. Các dụng cụ kiểm tra chuyên dụng được sử dụng, bao gồm thước cặp điện tử Mitutoyo 500-181-30 với độ chính xác 0,01 mm để kiểm tra kích thước. Máy đo độ nhám bề mặt PCE RT 2000 được dùng để đánh giá độ nhám (Ra, Rz) của các bề mặt quan trọng. Đồng hồ so với độ chính xác 0,01 mm được sử dụng để kiểm tra độ không vuông góc, độ song song và các sai lệch vị trí khác. Quá trình kiểm tra này giúp đảm bảo rằng mọi chi tiết đều tuân thủ bản vẽ chi tiết thân bơm và sẵn sàng cho giai đoạn lắp ráp, vận hành an toàn và hiệu quả.

5.3. An toàn lao động trong gia công cơ khí và hiệu quả sản xuất

Bên cạnh việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn lao động trong gia công cơ khí là một khía cạnh không thể bỏ qua trong bất kỳ quy trình công nghệ gia công thân bơm nào. Các biện pháp an toàn phải được áp dụng nghiêm ngặt trong tất cả các nguyên công, từ vận hành máy công cụ CNC đến sử dụng dụng cụ cắt gọt kim loại và thiết kế đồ gá gia công. Việc trang bị bảo hộ lao động đầy đủ, tuân thủ các quy tắc vận hành máy, và duy trì vệ sinh công nghiệp là điều bắt buộc. Một môi trường làm việc an toàn không chỉ bảo vệ người lao động mà còn góp phần nâng cao năng suất và giảm thiểu rủi ro, từ đó cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm chi phí gia công chi tiết máy về lâu dài. Công tác huấn luyện định kỳ về an toàn lao động trong gia công cơ khí cũng cần được chú trọng.

VI. Kết luận Tương lai công nghệ chế tạo máy thân bơm bền vững

Đồ án về quy trình gia công chi tiết thân bơm đã cung cấp một cái nhìn toàn diện về các bước thiết yếu trong công nghệ chế tạo máy hiện đại. Từ việc phân tích yêu cầu kỹ thuật thân bơm, lựa chọn vật liệu chế tạo thân bơm phù hợp, đến lập sơ đồ nguyên công gia công cơ khí chi tiết và thiết kế đồ gá gia công chuyên dụng, mọi khía cạnh đều được nghiên cứu kỹ lưỡng. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một sản phẩm chất lượng cao với chi phí gia công chi tiết máy hợp lý, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của ngành cơ khí chính xác. Kết quả của đồ án không chỉ là một quy trình lý thuyết mà còn là nền tảng cho việc ứng dụng thực tiễn, giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa hoạt động sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh. Tương lai của công nghệ chế tạo máy cho chi tiết thân bơm sẽ tiếp tục hướng tới việc tích hợp các giải pháp tự động hóa cao hơn, sử dụng vật liệu tiên tiến và áp dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quy trình gia công liên tục. Điều này hứa hẹn một ngành công nghiệp sản xuất thân bơm bền vững, hiệu quả và đổi mới không ngừng.

6.1. Tổng kết quy trình công nghệ gia công thân bơm đã lựa chọn

Quy trình công nghệ gia công thân bơm đã được thiết kế và tối ưu hóa dựa trên phương án 3, sử dụng chuẩn định vị linh hoạt và các nguyên công gia công tuần tự. Bắt đầu bằng việc phay thô và tinh mặt 15, 19, sau đó đến phay mặt 1, 8. Các nguyên công khoan, khoét, doa, tarô các lỗ và mài phẳng bề mặt được thực hiện theo trình tự đảm bảo độ chính xác tăng dần. Việc lựa chọn máy công cụ CNC gia công thân bơm như máy phay X5032 và máy khoan Z3080 × 25 cùng với dụng cụ cắt gọt kim loại chuyên dụng của Sandvik đã góp phần tạo nên một quy trình hiệu quả. Các chế độ cắt được tính toán chi tiết cho từng bước, đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm. Đây là một quy trình công nghệ gia công thân bơm toàn diện, giải quyết được các thách thức kỹ thuật quan trọng.

6.2. Hướng phát triển và tối ưu hóa quy trình gia công trong tương lai

Để đạt được sự phát triển bền vững, việc tối ưu hóa quy trình gia công là một quá trình liên tục. Trong tương lai, quy trình gia công chi tiết thân bơm có thể được cải tiến bằng cách áp dụng rộng rãi hơn các công nghệ CAD/CAM tiên tiến để mô phỏng và tối ưu hóa đường chạy dao, giảm thời gian lập trình và thử nghiệm. Việc tích hợp công nghệ gia công 5 trục hoặc ibrid (kết hợp gia công cơ khí và phụ trợ) có thể nâng cao khả năng gia công cơ khí chính xác các chi tiết có hình dạng phức tạp. Nghiên cứu vật liệu mới với tính chất cơ học vượt trội và khả năng gia công dễ dàng hơn cũng là một hướng đi. Bên cạnh đó, việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để phân tích dữ liệu sản xuất, dự đoán lỗi và điều chỉnh chế độ cắt tự động sẽ mang lại hiệu quả vượt trội, giảm chi phí gia công chi tiết máy đáng kể và nâng cao năng suất toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT, PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 1. Xác định dạng sản xuất 1. Số lượng chi tiết cần chế tạo Việc xác định dạng sản xuất để đưa ra một qui trình công nghệ hợp lý, để từ đó cải thiện tính công nghệ của chi tiết, chọn phương pháp để tạo phôi và các phương pháp gia công để đạt được hiệu quả cao với chi phí sản xuất thấp nhất.

Muốn xác định dạng sản xuất trước hết phải biết sản lượng hàng năm của chi tiết gia công. Sản lượng hàng năm được xác định theo công thức sau:      N = N 0 .1 +   100   100  trong đó N0 – chi tiết, là số sản phẩm trong một năm, theo đề bài N0 = 10000 chi tiết/năm; m – chiếc, số lượng chi tiết như nhau trong một sản phẩm, chọn m = 1;  – số % dự trữ làm phụ tùng cho chi tiết máy nói trên, chọn  = 15% ;  – số % chi tiết phế phẩm trong quá trình chế tạo, chọn  = 4%. Khối lượng chi tiết Hình 1. Công cụ Mass Properties trong SolidWorks Từ phần mềm SolidWorks, sử dụng công cụ Mass Properties bằng cách chọn biểu tượng Mass Properties trong tab Evalute.

Đồ án Kỹ thuật chế tạo GVHD: PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn 9 Thể tích của chi tiết (xem hình 1. Khối lượng riêng của Gang xám (Gray Cast Iron):  = 7200 kg/m3. → Khối lượng của chi tiết: M = V  = 357086. Xác định dạng sản xuất Chi tiết có khối lượng 2,571 kg và sản lượng chế tạo trong một năm là 11960 chiếc.

Theo [1, trang 25, bảng 2.1], dạng sản xuất là hàng loạt vừa. Đặc trưng cho dạng sản xuất này là: • Sản phẩm tương đối ổn định, có thể lặp lại theo chu kỳ. • Dễ điều chỉnh máy tự động đạt kích thước. • Sử dụng tay nghề công nhân có nhiều bậc thợ phù hợp với nhiều nguyên công.

Phân tích chi tiết 1. Công dụng của chi tiết Chi tiết dùng làm thân giữa bơm bánh răng, các mặt bích được lắp với các bộ phận của máy. Phần bên trong là nơi lắp bánh răng vào. Khoảng khe hở giữa các đỉnh răng và đường kính trong của chi tiết rất bé giúp cho việc bơm lưu chất và áp suất của bơm đúng yêu cầu kỹ thuật.

Quy trình làm việc của thâm bơm theo [2, trang 2] (xem hình 1. Internal pressure field Radial sealing Hình 1. Quy trình làm việc của chi tiết thân bơm 1. Điều kiện làm việc của chi tiết Đây là phần tiếp xúc trực tiếp với lưu chất cần bơm cho nên điều kiện làm việc: • Chịu được áp suất lớn.

• Chịu được nhiệt độ cao (do nhiệt trong lưu chất và nhiệt do ma sát giữa các răng của bánh răng tạo ra). Đồ án Kỹ thuật chế tạo GVHD: PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn 10 Do chi tiết làm việc trong môi trường áp suất cao và nhiệt độ cao nên yêu cầu độ bền chi tiết cao, vật liệu chế tạo chi tiết phải chịu được nhiệt độ cao cũng như mài mòn trong quá trình vận hành. Chọn vật liệu chế tạo chi tiết Vật liệu chế tạo chi tiết phải thỏa mãn điều kiện làm việc của chi tiết như có độ bền, độ chịu nhiệt và độ chống mài mòn cao. Mặt khác, vật liệu cũng phải đáp ứng được tính kinh tế như vật liệu phổ biến, giá thành không quá cao.

Từ các yêu cầu trên, chọn vật liệu chế tạo chi tiết là gang xám GX 24-44, có các thông số vật lý như sau: • Giới hạn bền kéo 240 N/mm2. • Giới hạn bền uốn 440 N/mm2. GX 24-44 là loại gang xám peclit với các tấm graphit nhỏ mịn, giúp chi tiết chịu được tải trọng cao, chịu mài mòn tốt và làm giảm rung động trong quá trình bơm vận hành. Thành phần các nguyên tố hóa học trong gang xám được thể hiện trong bảng 1.

Thành phần phần trăm các nguyên tố trong gang Nguyên tố C Si Mn P S Hàm lượng (%) 3,2 – 3,5 1,5 – 3,0 0,5 – 1,0 < 0,5 < 0,12 1. Xác định dung sai các kích thước, độ nhám bề mặt chi tiết và sai lệch vị trí của các mặt chi tiết Hình 1. Bản vẽ đánh số bề mặt chi tiết Yêu cầu về độ nhám các bề mặt chi tiết: Đồ án Kỹ thuật chế tạo GVHD: PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn 11 • Bề mặt 15 và 19 là mặt được lắp vào bích đầu và bích đuôi, bề mặt 5 và 12 được dùng để lắp bánh răng, bề mặt 1 và 8 để lắp bu lông nên cần độ nhám bề mặt thấp, tăng độ chính xác khi lắp ghép và tránh hiện tượng rò rỉ trong quá trình bơm hoạt động → độ nhám các bề mặt sau khi gia công cần đạt cấp chính xác IT7, tương đương Ra = 1,25 m (theo TCVN 78). • Các bề mặt còn lại có thể chọn độ nhám theo cấp chính xác IT15 (trùng với cấp chính xác của vật đúc), tương đương Rz = 80 m.

Yêu cầu về dung sai các kích thước chi tiết: Dựa vào nhiệm vụ của mỗi bề mặt trong quá trình làm việc đồng thời tham khảo theo [2, trang 27] (Catalogue về bơm bánh răng của hãng Bosch), kết hợp với [3] để xác định dung sai phù hợp cho các kích thước của chi tiết. Miền dung sai H tra theo [3, trang 12, bảng 6], JS [3, trang 13, bảng 7). • Kích thước Ø52+0,02 mm chọn theo cấp chính xác H6 vì lỗ này là nơi lắp bánh răng hoạt động, yêu cầu phải có độ chính xác cao. Nếu độ chính xác không cao thì có thể xảy ra hiện tượng rò rỉ làm giảm hiệu suất làm việc của bơm.

• Kích thước 45+0,03 mm chọn theo cấp chính xác H7 vì đây là bề mặt lắp bích đầu và bích đuôi vào thân bơm nên cần độ chính xác cao, tránh hiện tượng rò rỉ chất lỏng. • Kích thước 40  0,02 mm là khoảng cách giữa hai trục bánh răng, cần chọn cấp chính xác cao để quá trình làm việc diễn ra với hiệu suất cao. • Kích thước Ø11+0,02 mm chọn cấp chính xác H7 vì là kích thước lắp các bu lông xuyên suốt để định vị bích đầu và bích đuôi, đảm bảo độ chính xác lắp ghép. • Khoảng cách tâm các lỗ Ø11 cần đạt độ chính xác cao để có thể ăn khớp với bích đầu và bích đuôi, nên chọn cấp chính xác JS7, lần lượt là 40  0,07 mm và 112  0,07 mm, 46  0,06 mm và 76  0,06 mm (các lỗ trong cùng một cụm phải có dung sai giống nhau).

• Kích thước 24  0,15 mm và 72  0,15 mm là dung sai khoảng cách tâm các lỗ ren, chọn theo cấp chính xác JS12. • Kích thước Ø26+0,21 mm là đường kính của cổng nạp và cổng xả của bơm, kích thước M10+0,15 mm là kích thước của lỗ ren, không cần độ chính xác cao nên chọn theo cấp chính xác H12. • Dung sai các kích thước bao của chi tiết chọn theo cấp chính xác JS12, lần lượt là 106  0,175 mm và 112  0,175 mm (làm tròn thành 0,18 mm). Yêu cầu về sai lệch hình dáng và vị trí giữa các bề mặt chi tiết: • Độ không vuông góc giữa mặt bên 15, 19 so với hai mặt 1, 8 không vượt quá 0,01 mm để đảm bảo chi tiết hoạt động tốt, không bị rò rỉ chất lỏng khi hoạt động.

• Độ song song giữa hai mặt bên 15, 19 (nơi lắp với bích đầu và bích đuôi vào thân Đồ án Kỹ thuật chế tạo GVHD: PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn 12 bơm) không vượt quá 0,01 mm. Sau khi xác định dung sai các kích thước và yêu cầu kỹ thuật về sai lệch hình dạng, vị trí các bề mặt, hình thành được bản vẽ chi tiết như hình 1. Sau khi gia công cần kiểm tra một số các yêu cầu về kỹ thuật của chi tiết bằng một số dụng cụ như sau: • Kiểm tra độ chính xác các kích thước bằng thước cặp có khoảng đo 150 mm và độ chính xác 0,02 mm. • Kiểm tra độ sai lệch vị trí tương quan giữa các bề mặt bằng đồng hồ so có độ chính xác 0,01 mm.

• Kiểm tra độ nhám các bề mặt làm việc quan trọng của chi tiết bằng đồng hồ so có độ chính xác 0,01 mm. Bản vẽ chi tiết 1. Xác định phương pháp chế tạo phôi 1. Chọn dạng phôi Trong gia công cơ khí, các dạng phôi có thể là: phôi đúc, phôi rèn, phôi dập, phôi cán.

Theo [4, trang 168] tổng hợp được một số đặc điểm cơ bản của các loại phôi trên: • Phôi đúc, là phương pháp chế tạo phôi bằng cách nấu chảy kim loại sau đó rót kim loại lỏng vào lòng khuôn có hình dạng giống với hình dạng của vật đúc. Sau khi kim loại đông đặc, ta thu được vật đúc có hình dạng giống với lòng khuôn. Đồ án Kỹ thuật chế tạo GVHD: PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn 13 Thông thường phương pháp đúc sử dụng để đúc các chi tiết như các gối đỡ, các chi tiết dạng hộp, các loại càng phức tạp. Vật liệu thường dùng cho phôi đúc là gang, thép, đồng, nhôm và một số loại hợp kim khác.

• Phôi rèn gồm hai loại là phôi rèn tự do và phôi rèn khuôn. Trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, người ta thường sử dụng phôi rèn tự do. So với rèn tự do (hay còn gọi là rèn khuôn hở), phôi rèn khuôn có độ chính xác và năng suất cao hơn nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn đến hàng khối. Phôi rèn thường được áp dụng cho các vật liệu có tính dẻo tốt.

• Phôi dập có độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt cũng như cơ tính cao, thường dùng để chế tạo các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao. Tuy nhiên, đòi hỏi về máy móc cần có máy dập, máy ép công suất cao, chi phí đầu tư lớn và không sử dụng được đối với những chi tiết có kích thước lớn. Do đó, phôi dập chỉ thích hợp cho dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Dựa vào đặc điểm của các loại phôi nói trên và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, chọn dạng phôi là phôi đúc vì: • Phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.

Hình dạng thân bơm không quá lớn (kích thước lớn nhất của chi tiết là 112 mm), cấu tạo không quá phức tạp. Ngoài ra, độ nhám bề mặt phôi đúc là phù hợp để tiếp tục tiến hành các bước gia công kế tiếp. • Phù hợp với sản xuất hàng loạt vừa.