Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Giáo trình Công nghệ chế tạo máy (trình độ cao đẳng) biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, phù hợp sinh viên ngành tại Việt Nam

• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Công nghệ Chế tạo Máy
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Khái niệm cơ bản về Công nghệ Chế tạo máy

Công nghệ chế tạo máy là một môn học quan trọng trong chương trình đào tạo cao đẳng ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí. Môn học này tập trung vào việc nghiên cứu quy trình công nghệ gia công cơ khí, bao gồm cách tính toán lượng dư gia công, sai số chuẩn và thiết lập quy trình sản xuất. Đây là môn học cơ sở nghề có liên quan mật thiết đến kiến thức lý thuyết chuyên môn và các mô đun đào tạo thực tế. Học viên sẽ vận dụng các kiến thức đã học từ các môn cơ sở như Vẽ kỹ thuật, Dung sai và Vật liệu cơ khí để thiết lập công nghệ gia công chi tiết máy đạt chất lượng cao, tính kinh tế tối ưu và giá thành cạnh tranh trên thị trường.

1.1. Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ

Quá trình sản xuất là hoạt động con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên để tạo ra sản phẩm phục vụ đời sống. Trong nhà máy cơ khí, quá trình này bao gồm: chế tạo phôi (đúc, rèn, dập), gia công cắt gọt, nhiệt luyện, kiểm tra, lắp ráp, vận chuyển và bảo quản. Quá trình công nghệ là phần trực tiếp thay đổi trạng thái, hình dáng, kích thước và tính chất của chi tiết, như gia công cơ khí, nhiệt luyện hay lắp ráp sản phẩm cuối cùng.

1.2. Quy trình công nghệ và các thành phần cơ bản

Quy trình công nghệ là một quá trình công nghệ hợp lý được ghi chép thành văn kiện chính thức. Thành phần cơ bản là nguyên công - đơn vị cơ bản được hoàn thành liên tục tại một vị trí làm việc. Việc phân chia nguyên công có ý nghĩa kỹ thuật (đáp ứng yêu cầu chi tiết) và kinh tế (tối ưu hóa sản lượng, chi phí sản xuất). Mỗi nguyên công được thực hiện bởi một hoặc nhóm công nhân trên cùng một máy hoặc vị trí làm việc.

II. Vị trí và vai trò của môn học trong chương trình đào tạo

Công nghệ chế tạo máy được bố trí trong chương trình sau khi sinh viên hoàn thành các môn lý thuyết cơ sở. Môn học này là cầu nối giữa kiến thức lý thuyết và ứng dụng thực tiễn trong sản xuất công nghiệp. Vai trò chính của môn học là giúp học viên thiết lập quy trình công nghệ gia công chi tiết máy, quản lý quá trình chế tạo sản phẩm hiệu quả. Thông qua môn học này, sinh viên nắm bắt được các chỉ tiêu công nghệ cần thiết để nâng cao tính công nghệ trong thiết kế kết cấu cơ khí, từ đó góp phần tăng hiệu quả chế tạo, giảm chi phí sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng đáp ứng tiêu chuẩn ngành.

2.1. Ý nghĩa của môn học đối với người học

Môn học Công nghệ chế tạo máy giúp người học vận dụng kiến thức vào thực tập sản xuất, thiết lập công nghệ gia công chi tiết để tạo ra sản phẩm có giá trị sử dụng tốt, tính kinh tế cao và giá thành rẻ. Sinh viên sẽ hiểu rõ cách tính lượng dư gia công, sai số chuẩn, cách thiết kế công nghệ và dụng cụ định vị kẹp chặt chi tiết. Điều này tạo nền tảng vững chắc cho công việc kỹ sư công nghệ hoặc quản lý sản xuất trong tương lai.

2.2. Liên kết với các môn học cơ sở

Công nghệ chế tạo máy xây dựng trên nền tảng các môn: Vẽ kỹ thuật (đọc bản vẽ), Dung sai (sai số cho phép), và Vật liệu cơ khí (tính chất vật liệu). Học viên cần nắm vững các kiến thức này để tính toán chính xác dư gia công, chọn phương pháp gia công phù hợp với loại vật liệu, và đảm bảo sản phẩm đạt độ chính xác yêu cầu trên bản vẽ kỹ thuật.

III. Mục tiêu và nội dung chính của môn học

Mục tiêu chính của môn Công nghệ chế tạo máy là giúp sinh viên khái quát các vấn đề cơ bản về gia công cơ khí, hiểu các khái niệm về quy trình công nghệ, các loại chuẩn và lượng dư gia công. Sinh viên sẽ học cách tính toán sai số chuẩn, phân tích quá trình định vị và kẹp chặt chi tiết, cũng như thiết kế tiến trình gia công cho các chi tiết máy khác nhau. Nội dung môn học bao gồm 9 chương chính: khái niệm cơ bản, chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công, chuẩn, đặc trưng phương pháp gia công, và công nghệ gia công các loại chi tiết (hộp, càng, trục, bạc) với tổng 45 tiết (42 lý thuyết, 3 thực hành).

3.1. Các mục tiêu cụ thể cần đạt

Sinh viên cần: phân biệt quá trình sản xuất và quá trình công nghệ, xác định đúng dạng sản xuất, hiểu các yếu tố quy trình công nghệ, nắm các loại chuẩn và lượng dư gia công. Vận dụng kiến thức vào thiết kế công nghệ và dụng cụ thông dụng, phân tích quá trình rà gá chi tiết khi gia công. Cần rèn luyện tính kiên trì, chủ động, sáng tạo trong học tập và tìm hiểu thêm trong thực tập xưởng.

3.2. Cấu trúc chương trình học

Chương trình gồm 9 chương được bố trí lôgic: từ khái niệm cơ bản, chất lượng bề mặt chi tiết máy, độ chính xác gia công, chuẩn, đến đặc trưng phương pháp gia công. Phần chuyên đề là công nghệ gia công chi tiết hộp, chi tiết càng, chi tiết trục và chi tiết bạc. Tổng 45 tiết với 42 tiết lý thuyết và 3 tiết thực hành, kiểm tra, giúp học viên từng bước thành thạo từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế.

IV. Những khái niệm quan trọng trong Công nghệ chế tạo máy

Để thành công trong môn Công nghệ chế tạo máy, sinh viên cần nắm vững một số khái niệm cốt lõi. Nguyên công là đơn vị cơ bản của quy trình, được hoàn thành liên tục tại một vị trị bởi một hay nhóm công nhân. Việc chia nhỏ hoặc tập trung nguyên công phụ thuộc vào ý nghĩa kỹ thuật (yêu cầu chi tiết) và ý nghĩa kinh tế (sản lượng, chi phí). Lượng dư gia công và sai số chuẩn là những chỉ tiêu quan trọng để đảm bảo chi tiết máy đạt độ chính xác và chất lượng bề mặt yêu cầu. Dụng cụ định vị giúp xác định đúng vị trí chi tiết trên máy, còn dụng cụ kẹp chặt giữ chi tiết ổn định khi gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4.1. Nguyên công và cấu trúc quy trình

Nguyên công là thành phần cơ bản của quy trình công nghệ, được thực hiện hoàn toàn tại một vị trí làm việc, do một hoặc nhóm công nhân thực hiện. Ví dụ: tiện xong đầu A, đảo đầu để tiện đầu B trên một máy là 1 nguyên công; tiện 2 đầu trên 2 máy khác nhau là 2 nguyên công. Phân chia nguyên công không chỉ có ý nghĩa kỹ thuật (đáp ứng yêu cầu chi tiết thô hay tinh) mà còn ý nghĩa kinh tế (tối ưu sản lượng, giảm chi phí sản xuất).

4.2. Lượng dư gia công sai số chuẩn và chất lượng

Lượng dư gia công là lượng vật liệu cần loại bỏ để chi tiết đạt kích thước và chất lượng bề mặt cuối cùng. Sai số chuẩn xác định độ chính xác mà quy trình công nghệ có thể đạt được. Chất lượng bề mặt chi tiết phụ thuộc vào phương pháp gia công, dụng cụ, tốc độ cắt và độ tinh của từng nguyên công. Tính toán chính xác những chỉ tiêu này đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật và hạ giá thành sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 Câu 1. Thế nào là quá trình công nghệ, quy trình công nghệ? Cho biết các thành phần của một quy trình công nghệ, lấy ví dụ minh họa? Câu 2. Dạng sản xuất là gì? Trình bày các hình thức sản xuất? Câu 3. Cho biết phương pháp xác định dạng sản xuất? 8 Chương 2.

CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY Mục tiêu: - Hiểu được các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy - Biết các phương pháp xác định chất lượng bề mặt - Biết các thông số ảnh hưởng đên chất lượng bề mặt trong quá trình gia công chế tạo - Có thể đề ra biện pháp đảm bảo chất lượng bề mặt chi tết máy. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Nội dung chương. Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công.

Tính chất hình học.1 Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công. Như vậy, bề mặt có độ nhám. Độ nhám bề mặt được đánh giá qua: + Chiều cao nhấp nhô Rz và + Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra 1. Chiều cao nhấp nhô Rz : là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của prôfin tính trong phạm vi chiều dài chuẩn đo l.

Trị số Rz được xác định như sau: R (h1 h3. Độ nhám bề mặt a) Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình. Trị số Ra được xác định như sau: 1 = ∑|| =1 - Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy. Ví dụ: Đối với các mối ghép có độ dôi lớn(lắp ghép ổ với trục), khi ép hai chi tiết vào nhau để tạo mối ghép thì các nhấp nhô bị san phẳng, nhám càng lớn thì lượng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm nhiều, làm giảm độ bền chắc của mối ghép.

Đối với những chi tiết trong mối ghép động (ổ trượt, sống dẫn, con trượt.), bề mặt làm việc trượt tương đối với nhau nên khi nhám càng lớn càng khó đảm bảo hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt trượt. Dưới tác dụng của tải trọng, các đỉnh nhám tiếp xúc với nhau gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm chí cả ma sát khô, do đó giảm thấp hiệu suất làm vịêc, tăng nhiệt độ làm việc của mối ghép. Mặt khác, tại các đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng suất lớn vượt quá ứng suất cho phép phát sinh biến dạng dẻo phá hỏng bề mặt tiếp xúc, làm bề mặt bị mòn nhanh, nhất là thời kỳ mòn H×nh 2. Mèi ghÐp æ víi trôc ban đầu.

Thời kỳ mòn ban đầu càng ngắn thì thời gian phục vụ của chi tiết càng giảm. - Theo tiêu chuẩn Nhà nước thì độ nhẵn bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với giá trị của Ra, Rz: Độ nhẵn bóng cao nhất ứng với cấp 14: Ra ≤ 0,01 m; Rz ≤ 0,05 m; Độ nhẵn bóng thấp nhất ứng với cấp 1: Ra ≤ 80 m; Rz ≤ 320 m - Trong thực tế sản xuất, người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô (cấp 1÷ 4), bán tinh (cấp 5 ÷ 7), tinh (cấp 8 ÷ 11), siêu tinh (cấp 12 ÷14). 10 - Trên các bản vẽ chi tiết trị số Rz dùng cho cấp nhẵn bóng 1-5 và cấp 13, 14. Còn trị số Ra dùng cho cấp nhẵn bóng 6÷12.1 Cấp độ nhám và các giá trị chiều dài chuẩn l tương ứng Chất lượng bề Cấp nhẵn bóng Ra ( m) Rz( m) Chiều dài chuẩn mặt (m) 1 80 320 8 2 40 160 2,5 Thô 3 20 80 4 10 40 5 5 20 2,5 Bán tinh 6 2,5 10 0,8 7 1,25 6,3 8 0,63 3,2 0,025 9 0,32 1,6 Tinh 10 0,16 0,8 11 0,08 0,4 Siêu tinh 12 0,04 0,2 0,08 13 0,02 0,08 14 0,01 0,05 2.

Độ sóng bề mặt Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt. + Độ nhám bề mặt ứng với tỷ lệ: l/h = 0 - 50 + Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ: L/H = 50 -1000 Trong đó: L- khoảng cách 2 đỉnh sóng. Độ sóng bề mặt l- khoảng cách 2 đỉnh nhấp nhô tế vi. H- chiều cao của sóng.

h- chiều cao nhấp nhô tế vi. - Tính chất cơ lý của lớp bề mặt được biểu thị qua độ cứng tế vi và giá trị của ứng suất dư trong lớp bề mặt. - Độ cứng tế vi: phát sinh trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt. Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dụng lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt.

- ứng suất dư: Được sinh ra do các nguyên nhân lực cắt gây nên biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực, do nhiệt ở vùng cắt. Phương pháp xác định chất lượng bề mặt 11 Trong thực tế có nhiều phương pháp xác định chất lượng bề mặt chi tiết máy. Sau đây là một số phương pháp chính: 2. Đo độ nhám bề mặt - Dùng máy đo prôfin.

- Dùng máy đo quang học: dùng khi độ nhám nhỏ. - Dùng chất dẻo đắp lên chi tiết, đo độ nhám thông qua bề mặt chất dẻo đó: dùng khi đo độ nhám các bề mặt lỗ. - Xác định độ nhám bằng cách so sánh (bằng mắt) vật cần đo với mẫu có sẵn: cho phép xác định cấp độ bóng từ 3 - 7. Đo ứng suất dư - Dùng tia Rơnghen: chiếu tia Rơnghen kích thích trên bề măt mẫu một lớp dày 5-10 m sau mỗi lần kích thích chụp ảnh đồ thị Rơnghen, rồi khảo sát phân tích biểu đồ Rơnghen.

Phương pháp này cho phép đo được cả chiều sâu biến cứng, tuy nhiên tiến hành phức tạp và tốn thời gian (khoảng 10h cho một lần đo). - Tính toán lượng biến dạng: Sau khi hớt từng lớp mỏng bằng phương pháp hoá học và điện cơ khí ta tính toán lượng biến dạng của chi tiết mẫu. Dựa vào lượng biến dạng này xác định được ứng suất dư. Đo biến cứng - Độ cứng: dùng máy đo độ cứng, dựa trên nguyên tắc dùng mũi đâm đỉnh bằng kim cương hoặc bằng bi sắt đã được tôi cứng tác dụng lên bề mặt mẫu đo một lực P, sau đó xác định diện tích vết lõm S do mũi đâm tạo ra.

Độ cứng được xác định theo công thức: P H= S Trong đó: P- lực tác dụng của đầu đâm (N) S- diện tích bề mặt do đầu đâm ấn xuống (mm2). - Chiều sâu biến cứng: cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hóa học để nghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt. Hoặc dùng đầu kim cương tác động lần lượt xuống bề mặt mẫu từ ngoài vào trong , sau mỗi lần tác động lại xác định diện tích bị lún S cho đến khi S không thay đổi thì dừng lại và đo được chiều sâu biến cứng. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết máy Trạng thái và tính chất của lớp bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công do nhiều yếu tố công nghệ quyết định như tính chất vật liệu, thông số công nghệ, vật liệu dao, sự rung động trong quá trình gia công, dung dịch trơn nguội.

Người ta chia các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt thành 3 nhóm: - Các yếu tố ảnh hưởng mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và của thông số công nghệ lên bề mặt gia công. - Các yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt. - Các yếu tố ảnh hưởng do rung động máy, dụng cụ, chi tiết gia công. Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 2.

Thông số hình học của dụng cụ cắt và bước tiến dao Xét sự hình thành độ nhấp nhô bề mặt khi gia công tiện nhận thấy: sau một vòng quay của chi tiết, dao thực hiện một lượng chạy dao là S (mm/v) 12 Khi dao chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2 có một phần kim loại không được hớt đi, phần kim loại không được hớt đi đó tạo thành độ nhấp nhô bề mặt. Hình dáng và giá trị của chiều cao nhấp nhô phụ thuộc vào lượng chạy dao S và các thông số hình học của dụng cụ như: góc nghiêng, bán kính đỉnh dao. Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt và bước tiến dao tới độ nhám bề mặt 2. Tốc độ cắt Tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt.

Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt thể hiện ở biểu đồ hình 2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt khi gia công 13 2. Chiều sâu cắt t Cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng chạy dao S đến độ nhám bề mặt gia công, nhưng trong thực tế, người ta thường bỏ qua ảnh hưởng này. Vì vậy, trong quá trình gia công người ta chọn trước chiều sâu cắt t.

Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó lưỡi cắt sẽ bị trượt và cắt không liên tục. Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 - 0,03 mm. Tính chất vật liệu Có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn.

Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, thường tiến hành thường hóa ở nhiệt độ 850-8700 C (hoặc tôi thấp) trước khi gia công. Để cải thiện điều kiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt người ta thường tiến hành ủ ở 900 0 C trong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều. ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công.