Gia công lỗ sâu cho hệ thống thủy lực khí nén - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN

LỜI NÓI ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về lỗ sâu và một số phương pháp gia công lỗ sâu

1.1. Lỗ sâu và một số đặc điểm của lỗ sâu

1.2. Các phương pháp công nghệ dùng trong gia công lỗ sâu

1.2.1. Phương pháp cắt gọt

1.2.2. Phương pháp gia công áp lực. Phương pháp gia công đặc biệt khác

1.2.3. Các phương pháp khắc phục khó khăn khi gia công lỗ sâu. Sơ đồ dẫn dung dịch trơn nguội bên trong và thoát phoi bên ngoài lỗ thân dụng cụ

1.2.4. Sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài lỗ thân dụng cụ và thoát phoi bên trong

1.2.5. Biến thể của sơ đồ dẫn dung dịch bên ngoài và thoát phoi bên trong

1.2.6. Các phương pháp khoan lỗ sâu

1.2.7. Các dạng chuyển động của dao, phôi khi gia công lỗ sâu

1.2.8. Sự truyền dẫn dung dịch trơn nguội

1.3. Mũi khoan kiểu cánh quạt

1.4. Mũi khoan kiểu KK3

1.4.1. Mũi khoan có lưỡi cắt được mài theo kiểu chữ M

1.4.2. Khoét các lỗ sâu hình trụ

1.4.3. Đặc điểm quá trình khoét các lỗ sâu

1.4.4. Các phương pháp khoét

1.4.5. Các kiểu kết cấu dụng cụ khoét lỗ

1.4.5.1. Đầu khoét kiểu Β

1.4.5.2. Đầu khoét kiểu Γ

1.4.5.3. Đầu khoét với then dẫn hướng quay

1.4.5.4. Đầu khoét với then dẫn hướng bằng cao su

1.4.5.5. Đầu khoét với then dẫn hướng bằng kim loại và bằng gỗ

1.4.6. Các phương pháp gia công tinh lần cuối

1.4.6.1. Phương pháp lăn ép để gia công bong các lỗ sâu chính xác bằng biến dạng dẻo

1.7. Một số nghiên cứu về mài các lưỡi cắt của dao khoan nòng súng

2. CHƯƠNG 2: Đặc điểm kỹ thuật và điều kiện làm việc của pháo φ 76,2 mm

2.1. Đặc điểm kỹ thuật của pháo 76,2mm

2.2. Tính năng chung về pháo 76,2mm

2.3. Cấu tạo và điều kiện làm việc của pháo 76,2mm và yêu cầu kỹ thuật. Cấu tạo nòng pháo

2.4. Đặc điểm làm việc

2.5. Yêu cầu kỹ thuật

2.6. Vật liệu chế tạo nòng pháo

2.7. Hiện tượng ròn ram

2.8. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt gia công và chế độ nhiệt luyện đến tuổi thọ nòng

2.8.1. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt

2.8.2. Ảnh hưởng của nhiệt luyện

3. CHƯƠNG 3: Thiết kế dụng cụ gia công nòng pháo φ 76,2

3.1. Thiết kế đầu khoét φ 75,4

3.2. Thân đầu khoét

3.3. Then dẫn hướng

3.4. Thiết kế đầu doa lỗ φ 76,12

3.5. Thân đầu cắt

3.6. Nêm điều chỉnh

3.7. Then dẫn hướng

3.8. Thiết kế dao doa buồng đạn

3.9. Thân đầu dao

3.10. Bạc dẫn hướng

3.11. Thiết kế đầu cắt rãnh xoắn

3.12. Thân đầu cắt

3.13. Ống côn điều chỉnh

3.14. Chổi quét phoi

3.15. Một số chi tiết khác của đầu cắt rãnh xoắn

4. CHƯƠNG 4: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đầu dao khoan

4.1. Kết cấu mũi khoan sâu

4.2. Các thành phần của đầu mũi khoan

4.3. Bản vẽ chế tạo các chi tiết của đầu mũi khoan sâu

4.4. Lập qui trình công nghệ gia công thân đầu mũi khoan

4.5. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết:

4.6. Xác định dạng sản xuất. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết

4.7. Phương pháp chế tạo phôi

4.8. Tính toán lượng dư gia công cho mặt ngoài của chi tiết

4.9. Chế độ gia công miếng căn.

4.10. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết

4.11. Xác định dạng sản xuất. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết

4.12. Phương pháp chế tạo phôi

4.13. Tính toán lượng dư gia công cho 1 mặt phẳng lớn của chi tiết.

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục 1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công nòng pháo 76.2 mm

Phụ lục 2 Tính và tra chế độ cắt cho các nguyên công gia công thân đầu mũi khoan

Phụ lục 3 Tính , tra chế độ cắt cho các nguyên công gia công miếng căn

I. Tổng Quan Về Gia Công Lỗ Sâu Ứng Dụng Thách Thức

Công nghệ gia công lỗ sâu đã có lịch sử phát triển hơn 150 năm, bắt nguồn từ ngành công nghiệp quốc phòng và mở rộng sang các lĩnh vực dân dụng. Nghiên cứu về gia công lỗ sâu đạt được nhiều thành tựu to lớn, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ô tô (chế tạo lỗ sâu động cơ), khai thác mỏ (chế tạo cột chống lò) và sản xuất xi lanh thủy lực lớn. Tại Việt Nam, công nghệ này ngày càng được chú trọng, đặc biệt trong bối cảnh quốc phòng và công nghiệp hóa. Chất lượng lỗ gia công được đánh giá dựa trên dung sai đường kính, độ thẳng tâm, độ tròn và độ nhám. Vết gằn, xước xoắn ốc làm giảm độ bóng và gây sai số hình dạng là những vấn đề thường gặp do dao động của dụng cụ cắt. Bài toán gia công lỗ sâu đòi hỏi giải pháp tối ưu để hoàn thiện quy trình, đạt độ chính xác cao và đáp ứng yêu cầu khắt khe trong thực tế sản xuất.

1.1. Đặc Điểm Quan Trọng Của Lỗ Sâu Trong Kỹ Thuật

Lỗ sâu là những lỗ có kích thước φ 0.1 ÷ φ 200, có chiều sâu lớn gấp 5 ÷ 40 lần đường kính, thậm chí có thể đạt đến 200 lần. Lỗ sâu thường xuất hiện trong các sản phẩm vũ khí, với yêu cầu độ chính xác cao về hình dáng, kích thước và chất lượng bề mặt. Mặc dù hình dáng không quá phức tạp, công nghệ gia công lỗ sâu đòi hỏi trang thiết bị, dụng cụ chuyên dụng và chế độ gia công đặc biệt. Theo tài liệu nghiên cứu, "Lỗ sâu thường có hình dáng không quá phức tạp nhưng yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi khá cao". Đây là một công nghệ gia công lỗ sâu đòi hỏi thiết bị chuyên dụng để đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao. Do đó cần các phương pháp khác biệt so với lỗ thông thường, công nghệ gia công lỗ sâu cần trang thiết bị, dụng cụ chuyên dùng và chế độ gia công đặc biệt.

1.2. Thách Thức Khi Gia Công Lỗ Sâu Độ Chính Xác Và Bề Mặt

Quá trình gia công lỗ sâu đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm đảm bảo độ chính xác (kích thước, hình học, độ nhám, độ tròn, độ thẳng tâm), kiểm soát kích thước phoi, thoát phoi hiệu quả (do chiều sâu lớn), bôi trơn và làm nguội dụng cụ, đảm bảo độ cứng vững và tránh rung động của hệ thống công nghệ. Theo tài liệu, "Khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác gia công: kích thước hình học, độ nhám, độ tròn lỗ gia công, độ thẳng đường tâm..." là một trong những thách thức lớn. Việc theo dõi chất lượng sản phẩm, bề mặt gia công, và đảm bảo độ bền mòn của dụng cụ cắt cũng là những yếu tố quan trọng cần được giải quyết.

II. Phương Pháp Gia Công Lỗ Sâu Hiệu Quả Cắt Gọt Áp Lực Đặc Biệt

Để gia công lỗ sâu, các phương pháp phổ biến bao gồm gia công cắt gọt (khoan, khoét, doa, chuốt, mài khôn, lăn ép), gia công áp lực (rèn, gia công tinh bằng biến dạng dẻo) và các phương pháp đặc biệt (laser, gia công tia lửa điện EDM). Gia công cắt gọt là phương pháp vạn năng, có thể gia công với kích thước, hình dạng phôi đa dạng và chất lượng lỗ cao. Gia công áp lực có năng suất tương đối cao và chất lượng bề mặt tốt. Các phương pháp đặc biệt cho năng suất khá cao và có khả năng gia công lỗ kích thước rất nhỏ. Tuy nhiên, mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng và đòi hỏi hệ thống máy móc, dụng cụ khác nhau.

2.1. Ưu Điểm Của Gia Công Lỗ Sâu Bằng Cắt Gọt

Gia công lỗ sâu bằng cắt gọt, bao gồm khoan, khoét, doa, chuốt, mài khôn, và lăn ép, là phương pháp vạn năng, có khả năng gia công đa dạng hình dạng phôi với chất lượng lỗ cao. Theo tài liệu, "Lµ ph−¬ng ph¸p v¹n n¨ng cã thÓ gia c«ng víi kÝch th−íc h×nh d¸ng ph«i ®a d¹ng, chÊt l−îng lç cao." Điều này chứng minh tính linh hoạt và hiệu quả của phương pháp này trong nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, năng suất không cao và đòi hỏi hệ thống máy, dụng cụ chuyên dùng phức tạp, cũng như tuổi bền của dụng cụ cắt cao.

2.2. Gia Công Lỗ Sâu Bằng Áp Lực Năng Suất Và Chất Lượng Bề Mặt

Gia công lỗ sâu bằng áp lực, bao gồm rèn và gia công tinh bằng biến dạng dẻo, có năng suất tương đối cao và chất lượng bề mặt chi tiết tốt. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu hệ thống máy công suất lớn, tính chuyên dụng cao và khó thực hiện khi gia công các chi tiết lớn. Theo tài liệu gốc, "N¨ng suÊt t−¬ng ®èi cao, chÊt l−îng bÒ mÆt chi tiÕt tèt." Đây là giải pháp lý tưởng để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết và gia công rãnh xoắn nòng AK.

2.3. Gia Công Lỗ Sâu Đặc Biệt Ứng Dụng Trong Lỗ Kích Thước Nhỏ

Các phương pháp gia công lỗ sâu đặc biệt, như laser và gia công tia lửa điện (EDM), mang lại năng suất khá cao và có khả năng gia công lỗ kích thước rất nhỏ mà các phương pháp khác không thể thực hiện được. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi hệ thống máy - dụng cụ phức tạp và tính chuyên dụng rất cao. Theo tài liệu gốc, "Lµ c¸c ph−¬ng ph¸p cho n¨ng suÊt kh¸ cao, cã kh¶ n¨ng gia c«ng lç cã kÝch th−íc rÊt nhá mµ c¸c ph−¬ng ph¸p gia công khác kh«ng thÓ lµm ®−îc." Phương pháp này thường được sử dụng để gia công các lỗ rất nhỏ hoặc vật liệu khó gia công.

III. Bí Quyết Khắc Phục Khó Khăn Khi Gia Công Lỗ Sâu Hiệu Quả

Để giải quyết các khó khăn trong khoan lỗ sâu, việc sử dụng chất lỏng bôi trơn làm mát dưới áp suất cao là rất quan trọng. Chất lỏng được đưa vào vùng gia công vừa làm nhiệm vụ đẩy phoi, vừa có tác dụng làm mát, giảm ma sát và nâng cao tuổi bền của dụng cụ. Các sơ đồ gia công lỗ sâu được phân biệt dựa trên phương pháp truyền dẫn chất lỏng vào vùng gia công.

3.1. Sơ Đồ Dẫn Dung Dịch Bên Trong Ưu Điểm Và Ứng Dụng

Theo sơ đồ này, chất lỏng bôi trơn làm mát áp suất cao từ máy bơm được đưa vào vùng cắt qua rãnh thông bên trong thân dụng cụ. Sau đó, chất lỏng dưới áp suất cao kéo theo phoi gia công ra ngoài qua khe hở giữa thân dụng cụ và phần lỗ đã gia công. Phương pháp này thường sử dụng khi khoan các lỗ không lớn lắm (không quá 35mm) và không quá sâu do độ cứng vững của dụng cụ không đảm bảo khi thân mũi khoan quá dài. Theo tài liệu gốc, "Kết cấu dụng cụ đơn giản, dễ chế tạo, các dạng dụng cụ đa dạng về chủng loại phù hợp với từng loại vật liệu và kích thước lỗ gia công, giá thành rẻ, có thể sử dụng trên máy thông thường…". Hiện nay phương pháp này thường được dùng để khoan các lỗ có đường kính nhỏ từ 3 ÷ 35mm.

3.2. Sơ Đồ Dẫn Dung Dịch Bên Ngoài Giải Pháp Cho Lỗ Sâu Chính Xác

Theo sơ đồ này, dung dịch dưới áp suất cao được đưa vào qua khe hở dạng vành giữa thân dụng cụ và vách lỗ đã gia công để đi vào vùng cắt tiến hành bôi trơn và làm mát dẫn hướng, cạnh cắt cũng như vùng gia công. Đồng thời dưới áp suất chất lỏng sẽ đẩy phoi cắt ra ngoài cùng với dòng chất lỏng qua lỗ trong thân dụng cụ. Theo tài liệu nước ngoài, kiểu khoan theo sơ đồ này là phương pháp khoan BTA (Boring and trepanning association) hay STS (Single tube system).

IV. Nghiên Cứu Về Đầu Dao Khoan Lỗ Sâu Kết Cấu Quy Trình

Việc nghiên cứu về đầu dao khoan lỗ sâu đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình gia công. Các nghiên cứu tập trung vào kết cấu mũi khoan, thành phần của đầu mũi khoan, và quy trình công nghệ gia công thân đầu mũi khoan. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết và phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết cũng là những yếu tố được xem xét kỹ lưỡng.

4.1. Kết Cấu Mũi Khoan Lỗ Sâu Thành Phần Quan Trọng

Kết cấu mũi khoan lỗ sâu bao gồm nhiều thành phần quan trọng, mỗi thành phần đóng vai trò riêng trong quá trình gia công. Các thành phần này được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc gia công các lỗ sâu. Theo tài liệu gốc, "Kết cấu mũi khoan sâu" cần được nghiên cứu kỹ để có thể tạo ra được lỗ khoan chất lượng cao.

4.2. Quy Trình Công Nghệ Gia Công Thân Đầu Mũi Khoan

Quy trình công nghệ gia công thân đầu mũi khoan bao gồm các bước cụ thể, từ xác định dạng sản xuất đến tính toán lượng dư gia công cho mặt ngoài của chi tiết. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết và phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết cũng là những yếu tố quan trọng trong quy trình này. Theo tài liệu gốc, cần lập "Quy trình công nghệ gia công thân đầu mũi khoan" để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

V. Tối Ưu Bề Mặt Nghiên Cứu Mài Lưỡi Cắt Dao Khoan Lỗ Sâu

Để đảm bảo quá trình làm việc, mũi khoan nòng súng chỉ có thể mài lại với độ chính xác thường yêu cầu đến khoảng 0.4 mm với mũi khoan có đường kính đến 15mm và 0.6 mm cho mũi khoan có kích thước lớn hơn . Phụ thuộc vào yêu cầu dung sai lỗ và vật liệu cắt , các mũi khoan có thể được mài khoang 15 – 20 lần . Quá trình mài lại có thể dùng trên một dụng cụ thích hợp và đồ gá đá mài lưỡi cắt.

5.1. Yêu Cầu Tiêu Chuẩn Máy Mài Dao Khoan Lỗ Sâu

Đồ gá và máy mài phải tuân theo các tiêu chí sau : - Độ chính xác sau khi mài lại - Đúng yêu cầu và hình dáng của lưỡi cắt gốc - Đơn giản và dễ vận hành .

5.2. Một Số Máy Mài Chuyên Dụng Dao Khoan Lỗ Sâu

Máy mài TBSM 2-32 Chuyên dùng cho mài mũi khoan nòng súng . Với đường kính từ 2 – 32 mm. Cũng có thể dùng cho mài mũi có gắn mảnh hợp kim
Máy mài TBSM 2,5-32 Chuyên dùng cho mài lại mũi khoan nòng súng đơn -Máy mài ZLBSG Chuyên dùng cho mài lại mũi khoan nòng súng lưỡi kép

VI. Ứng dụng công nghệ Gia công lỗ sâu cho Nòng Pháo 76 2mm

Nòng pháo 76.2mm là một trong những chi tiết mang tính điển hình khi gia công lỗ sâu . Mặt khác đây là chi tiết Việt Nam đang nghiên cứu chế tạo , nên đề luận văn đã tập trung nghiên cứu qui trình chế tạo và gia công

6.1. Cấu tạo Nòng Pháo 76 2mm

Nòng pháo (Hình 1.3) gồm hai phần cơ bản là phần rãnh xoắn và phần buồng đạn:

Vật liệu: OXH1M
Buồng đạn (Hình 2.2) gồm bốn đoạn côn khác nhau
Phần rãnh xoắn gồm 32 rãnh xoắn, góc xoắn không đổi α = 70 9’45”
Đường kính lỗ nòng 76,2 mm
Chiều dài tổng cộng của nòng 3002 mm

6.2. Yêu cầu kỹ thuật khi gia công Nòng pháo

Do điều kiện làm việc rất khắc nghiệt nòng pháo đòi hỏi các yêu cầu kĩ thuật và cơ tính tổng hợp rất cao. Cơ tính: Sau nhiÖt luyÖn c¬ tÝnh cña nßng yªu cÇu ®¹t ®−îc:

Giới h¹n ch¶y kh«ng nhá h¬n 130MPa.
§é d·n dµi t−¬ng ®èi kh«ng nhá h¬n 9%.
§é co th¾t tû ®èi kh«ng nhá h¬n 4%.
Đé dai va ®Ëp kh«ng nhá h¬n 0,4MPa.

Luận văn: Nghiên cứu công nghệ gia công lỗ sâu cho hệ thống thủy lực khí nén chế tạo vũ khí