Tài liệu: Manufacturing engineering project

Khám phá quy trình quản lý dự án kỹ thuật sản xuất hiệu quả, từ lập kế hoạch đến triển khai và tối ưu hóa các giải pháp công nghệ tiên tiến.

• Tác giả: Đinh Hoàn Nguyên
• Người hướng dẫn: Ph. D. Bành Quốc Nguyên
• Trường học: Vietnam National University Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Mechanical Engineering
• Đề tài: Manufacturing Engineering Project
• Loại tài liệu: project
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Tóm tắt

I. Phân tích các bộ phận cơ khí và xác định loại sản xuất

Manufacturing engineering project yêu cầu phân tích chi tiết các bộ phận cơ khí để xác định quy trình sản xuất phù hợp. Trong dự án này, chúng ta tập trung vào hai mold chính: Core Mold và Cavity Mold dùng trong máy nén. Việc phân tích công nghệ sản xuất đòi hỏi hiểu rõ chức năng, tính chất kỹ thuật và yêu cầu độ chính xác của từng bộ phận. Quá trình phân tích này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong dự án kỹ thuật sản xuất, giúp lựa chọn phương pháp gia công tối ưu và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.1. Phân tích Core Mold và chức năng

Core Mold được gắn trên bản di động của máy nén, có chức năng tạo hình dạng bên trong của sản phẩm. Bộ phận này có 4 lỗ đường kính 26mm để lắp slider. Yêu cầu độ nhám thấp để tạo bề mặt tế của sản phẩm, với độ chính xác vị trí cao. Kích thước được thiết kế: chiều cao 30mm ± 0.5mm, chiều dài 255mm. Việc xử lý bề mặt mold là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm cuối.

1.2. Phân tích Cavity Mold và chức năng

Cavity Mold được lắp trên bản cố định máy nén, xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm. Bộ phận này chứa 4 lỗ đường kính 20mm cho thanh dẫn hướng. Yêu cầu độ nhám thấp tương tự Core Mold, với vị trí chính xác cao. Kích thước tiêu chuẩn là 100mm × 150mm × 26mm sau quá trình gia công. Công nghệ mold hiện đại đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ mỗi chi tiết.

II. Xác định quy trình gia công và kim loại dư thừa

Quy trình gia công cho dự án này sử dụng phương pháp phay để loại bỏ kim loại dư thừa từ khối nhôm ban đầu. Đối với Cavity Mold, việc phay 6 mặt từ kích thước ban đầu đến kích thước mong muốn 100mm × 150mm × 26mm là bước quan trọng. Gia công CNC được áp dụng cho các công đoạn: làm thô, bán hoàn thiện, khoan và khắc hoa văn. Core Mold cũng tuân theo quy trình tương tự nhưng với kích thước 100mm × 150mm × 25mm. Lượng kim loại dư thừa được tính toán dựa trên cấu trúc bộ phận, điều kiện làm việc và loại sản xuất để đảm bảo hiệu suất sản xuất cơ khí tối ưu.

2.1. Lựa chọn kế hoạch hoạt động gia công

Phương pháp phay là lựa chọn phù hợp nhất cho gia công mold từ khối nhôm. Bảng yêu cầu xác định: Phay mặt cho bề mặt 1,2,3,4 cần IT10 (sơ bộ IT12, bán hoàn IT10), Phay bề mặt 6 cần IT12 (sơ bộ IT12, bán hoàn IT10). Khoan và tapping cần IT10, CNC phay bề mặt 5 cần IT7 (sơ bộ IT12, hoàn thiện IT7). Mỗi công đoạn gia công được lên kế hoạch cụ thể để đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

2.2. Thiết kế hoạt động sản xuất và dụng cụ cắt

Thiết kế hoạt động sản xuất bao gồm 8 công đoạn chính: phay mặt, phay và khoan. Máy phay được sử dụng cho 7 công đoạn, máy phay CNC cho công đoạn 8. Dụng cụ cắt chính gồm: dụng cụ phay mặt 345-050A32-13L với đường kính 50mm, tốc độ cắt 17500 vòng/phút. Dụng cụ phay đầu 2P170-1000-NA H10F với tốc độ 679000 vòng/phút. Dụng cụ phay bóng R4 và R2 cho các chi tiết chính xác cao, đảm bảo chất lượng gia công tối ưu.

III. Tính toán chi phí sản xuất và phân tích kinh tế

Tính toán chi phí là phần quan trọng của dự án kỹ thuật sản xuất để đánh giá tính khả thi kinh tế. Chi phí vật liệu được xác định dựa trên giá nhôm hiện tại và khối lượng cần thiết cho Core Mold và Cavity Mold. Chi phí gia công bao gồm thời gian máy, chi phí nhân công, và chi phí dụng cụ cắt. Chi phí quản lý gián tiếp được tính vào tổng cost. Phân tích chi phí chi tiết giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí tổng thể, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và tạo ra sản phẩm cạnh tranh trên thị trường.

3.1. Chi phí vật liệu và gia công Core Mold

Chi phí vật liệu Core Mold được tính từ khối nhôm ban đầu với kích thước 30mm × 255mm. Giá nhôm hiện tại áp dụng cho phép tính toán chính xác chi phí nguyên liệu. Chi phí gia công bao gồm: phay 6 mặt, gia công CNC, khoan lỗ. Mỗi công đoạn gia công có thời gian máy riêng, tính từ 1-3 giờ tùy độ phức tạp. Tổng chi phí Core Mold là tổng của chi phí vật liệu, chi phí gia công sơ bộ, bán hoàn thiện và hoàn thiện, cộng với chi phí dụng cụ cắt tính trên từng sản phẩm.

3.2. Chi phí vật liệu và gia công Cavity Mold

Chi phí vật liệu Cavity Mold tương tự Core Mold nhưng với kích thước 30mm × 255mm và yêu cầu độ chính xác cao hơn. Chi phí gia công bao gồm phay 6 mặt, khoan 2 lỗ (8,9), khắc hoa văn bằng CNC phay. Thời gian gia công Cavity Mold dài hơn do yêu cầu bề mặt mold chi tiết. Tổng chi phí Cavity Mold = chi phí vật liệu + chi phí gia công + chi phí dụng cụ cắt + chi phí quản lý gián tiếp, đây là chi phí sản xuất quan trọng trong dự án kỹ thuật sản xuất toàn bộ.

IV. Tóm tắt quy trình sản xuất và kết quả dự án

Dự án manufacturing engineering đã hoàn thành phân tích chi tiết Core Mold và Cavity Mold cho máy nén, từ đó xác định quy trình gia công tối ưu và chi phí sản xuất toàn bộ. Quy trình sản xuất sử dụng phương pháp phay kết hợp với gia công CNC hiện đại để đạt tiêu chuẩn chất lượng IT7-IT10 phù hợp. Dụng cụ cắt được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ nhám bề mặt thấp và độ chính xác cao. Kết quả dự án cho thấy quy trình sản xuất được thiết kế khoa học, chi phí hợp lý, và sản phẩm đảm bảo chất lượng cao, sẵn sàng cho sản xuất hàng loạt. Dự án này là ví dụ điển hình về ứng dụng công nghệ sản xuất hiện đại trong kỹ thuật cơ khí.

4.1. Tóm tắt hoạt động gia công và chi phí tổng thể

Tóm tắt hoạt động gia công gồm 8 công đoạn chính cho cả Core Mold và Cavity Mold, sử dụng máy phay thông thường và máy CNC. Chi phí tổng thể bao gồm: chi phí vật liệu nhôm, chi phí gia công (sơ bộ, bán hoàn, hoàn thiện), chi phí dụng cụ cắt, và chi phí quản lý gián tiếp. Tổng chi phí Core Mold và Cavity Mold được cộng lại để xác định chi phí sản xuất của một bộ mold hoàn chỉnh, phục vụ cho máy nén sản xuất sản phẩm cuối cùng với chất lượng cao.

4.2. Kết luận và kiến nghị cho dự án

Dự án manufacturing engineering đã chứng minh rằng quy trình sản xuất được thiết kế là hiệu quả và chi phí cạnh tranh. Kiến nghị bao gồm: tiếp tục tối ưu hóa quy trình để giảm thời gian gia công, nâng cao chất lượng bề mặt thông qua lựa chọn dụng cụ cắt tốt hơn, và áp dụng công nghệ sản xuất mới để giảm chi phí sản xuất. Dự án này có thể mở rộng cho các bộ phận cơ khí khác, tạo ra mô hình sản xuất hiệu quả cho ngành công nghiệp cơ khí Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING Manufacturing Engineering Project X` Instructor: Ph. Bành Quốc Nguyên Student: Đinh Hoàn Nguyên -1852616 Nguyễn Võ Xuân Huy -1810947 Ho Chi Minh City, May 2022 Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen TABLE OF CONTENTS Chapter 1. Analyze mechanical parts and determine type of production.

Analyzing Core Mold:. Function of the Core Mold:. Analyzing technical properties of the mechanical part:. Analyzing Cavity Mold:.

Function of the Cavity Mold:. Analyzing technical properties of the mechanical part:. Determine the work-piece manufacture process:. Determine redundant metal in work piece:.

Determine machining process and redundant. Selecting plan for operation:. Design manufacturing operation:. Cutting tool needed:.

Selecting plan of operation:. Designing manufacturing operation:. Cutting tool needed:. Product price calculation.

Cost of core mold. Cost of material. Cost of process:. Summary of machining operation and cost:.

Cost of cavity mold. Cost of material. Cost of process:. Summary of machining operation and cost:.

Direct and indirect cost:. Total cost for Cavity and core mold:.78 Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Chapter 1. ANALYZE MECHANICAL PARTS AND DETERMINE TYPE OF PRODUCTION 1.

Analyzing Core Mold: 1. Model: Image 1 Core Mold Model 1. Function of the Core Mold: Mounted on movable plate of compression machine. The protrusion determines the internal shape of the Spoon.

Analyzing technical properties of the mechanical part: The protrusion must achieve low roughness in order to has fine internal face of the products. The part has 4 holes with diameter of 26 mm for Slider, Relative position must be accurate. Analyzing Cavity Mold: 1. Model: Image 2 Cavity Mold Model Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph.

Banh Quoc Nguyen 1. Function of the Cavity Mold: Mounted on positioned plate of compression machine. The cavity determines the outer shape of the Spoon. Analyzing technical properties of the mechanical part: The cavity must achieve low roughness in order to has fine internal face of the products.

The part has 4 holes with diameter of 20 mm for Guide rod, Relative position must be accurate. Determine the work-piece manufacture process: 1. Cavity mold: Aluminium block with the dimension: - Height: 30mm ± 0.5mm - Length: 255mm ± 0. Core mold: Aluminium block with the dimension: - Height: 30mm ± 0.5mm - Length: 255mm ± 0.

Determine redundant metal in work piece: According to the mechanical part’s structure, working condition and type of production, we choose the work-pieces that has the following stage of manufacturing: 1. Cavity Mold: - Milling process: surface milling 6 surface from work pi to desire dimension 100 mm ×150 mm ×26 mm. - CNC milling process involves: Morph pattern roughing, finish, drilling, engraving. Core mold: - Milling process: surface milling 6 surface from work-piece to desire dimension 100 mm ×150 mm ×25 mm.

- CNC milling process involves: Morph pattern roughing, finish, drilling. Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Chapter 2. DETERMINE MACHINING PROCESS AND REDUNDANT 2.

Selecting plan for operation: Image 3 Surface numbering of Cavity mold The Cavity Mold’s stock is block so milling process is the most suitable for manufacturing this part. Degree of accuracy and Surface Operation roughness need Milling 1,2,3,4, IT10 Rough: IT12 7 Semi Finish: IT10 Milling 6 IT12 Rough: IT12 Semi Finish: IT10 8,9 IT10 Drilling, Tapping CNC Milling Rough: IT12 5 IT7 Semi Finished: IT10 Finished: IT7 Table 1 Operation requirement and relative method for Cavity Mold 2. Design manufacturing operation: Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Name of Number of No Number of machine Machine machining positioning.

Surface used Operation surface 1 Face Milling 7 3 2 Face Milling 1 3 3 Face Milling 5 3 4 Milling 2,4 3 Milling machine 5 Face Milling 3 3 6 Milling 6 3 Drilling 8 3 7 Tapping 9 3 CNC 8 Milling 5 3 Milling machine 2. Cutting tool needed: - Face milling tool: 345-050A32-13L Max Max Cutting Number of Directio Connection Depth of rotation Diameter cutting insert n diameter Cut speed 6 mm 50 mm 3 Right 17500 rpm 32 mm - Insert: 345R-13T5M-MM 1130 Max Feed per Number of Directio Cutting Insert Depth of tooth cutting edge n edge angle thickness Cut Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen 0.45 mm/tooth - End milling tool: 2P170-1000-NA H10F Max Max Cutting Number of Directio Connection Depth of rotation Diameter cutting edge n diameter Cut speed 40 mm 10 mm 2 Right 679000 rpm 10 mm - Ball end milling tool:  R4: 2B230-0800-NA N20C Max Max Cutting Number of Directio Connection Depth of rotation Diameter cutting edge n diameter Cut speed 16 mm 8 mm 2 Right 80000 rpm 8 mm  R2: 2B230-0400-NA N20C Max Max Cutting Number of Directio Connection Depth of rotation Diameter cutting edge n diameter Cut speed 8 mm 4 mm 2 Right 80000 rpm 4 mm - Drilling bit: 460.1-0730-022A1-XM GC34 Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Max Max Cutting Number of Directio Connection Depth of rotation Diameter cutting edge n diameter Cut speed 78 mm 7.3 mm 2 Right 13081 rpm 8 mm Image 4 Recommend cutting parameter - Tapping: T200-XM100DB-M8X100 C110 Thread Thread Number of Directio Threading Connection pitch Diameter cutting flute n length diameter 1 mm 8 mm 3 Right 17 mm 6 mm 2.

Operation 1: Face Milling (Rough, Semi-finished) on surface 7. Sequence: - Step 1: Rough milling surface 7. - Step 2: Semi finish milling surface 7. Diagram: Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph.

Banh Quoc Nguyen 2. Machine: Servo-mill® UFM 8 V Table dimension 300 mm ×1200 mm Power 7,5 kW Speed range 80-650 / 650-5000 1/min Feed mm/rev 0.2mm/rev Travel X-axis 1300 mm Travel Y-axis 290 mm Travel Z-axis 450 mm Weight 1800 kg Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen 2. Cutting setting: Opp 1 Cutting tool 345-050A32-13L Rough milling Semi-finish milling Data Value Data Value Depth of cut 3 mm Depth of cut 0.5 mm Number of insert 3 Number of insert 3 Feet per tooth Feet per tooth (fz) 0.3 mm/tooth (fz) Feet per revolution Feet per 0.15 mm (fn) revolution (fn) Cutting speed Cutting speed (V) 760 mm/min 760 mm/min (V) Cutting diameter Cutting diameter 50 mm 50 mm (Dc) (Dc) Calculated speed Calculated speed 4838.32 rpm (n) (n) Selected speed 5000 rpm Selected speed 5000 rpm Actual cutting speed Actual cutting 785.86 mm/min Feed rate (Vf) 706.86 mm/min Cutting passes 4 passes Cutting passes 4 passes Passes length 255 mm Passes length 255 mm Machine time Machine time (To) 1.45 min (To) Material removal Material removal 106.68 rate (Q) rate (Q) Cutting force Cutting force (kc) 400 N/mm2 700 N/mm2 (kc) Power Power requirement 0.

Operation 2: Face Milling (Rough, Semi-finished) on surface 1. Sequence: Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen - Step 1: Rough milling surface 1. - Step 2: Semi finish milling surface 1.

Machine: Servo-mill® UFM 8 V Table dimension 300 mm ×1200 mm Power 7,5 kW Speed range 80-650 / 650-5000 1/min Feed mm/rev 0.2mm/rev Travel X-axis 1300 mm Travel Y-axis 290 mm Travel Z-axis 450 mm Weight 1800 kg 2. Cutting setting: Opp 2 Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Cutting tool 345-050A32-13L Rough milling Semi-finish milling Data Value Data Value Depth of cut 2 mm Depth of cut 0.5 mm Number of insert 3 Number of insert 3 mm/toot Feet per tooth (fz) 0.3 Feet per tooth (fz) 0.3 mm/tooth h Feet per revolution Feet per revolution 0.15 mm (fn) (fn) Cutting speed (V) 760 mm/min Cutting speed (V) 760 mm/min Cutting diameter Cutting diameter 50 mm 50 mm (Dc) (Dc) Calculated speed Calculated speed 4838.32 rpm (n) (n) Selected speed 5000 rpm Selected speed 5000 rpm Actual cutting Actual cutting 785.4 mm/min speed (Vc) speed (Vc) Feed rate (Vf) 706.86 mm/min Feed rate (Vf) 706.86 mm/min Cutting passes 1 passes Cutting passes 1 passes Passes length 255 mm Passes length 255 mm Machine time Machine time 0.37 min (To) (To) Material removal Material removal 70.68 rate (Q) rate (Q) Cutting force (kc) 400 N/mm2 Cutting force 700 N/mm2 Power requirement 0.47 kW Power requirement 0. Operation 3: Face Milling (Rough, Semi-finished) on surface 5.

Sequence: - Step 1: Rough milling surface 5. - Step 2: Semi finish milling surface 5. Diagram: Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen 2.

Machine: Servo-mill® UFM 8 V Table dimension 300 mm ×1200 mm Power 7,5 kW Speed range 80-650 / 650-5000 1/min Feed mm/rev 0.2mm/rev Travel X-axis 1300 mm Travel Y-axis 290 mm Travel Z-axis 450 mm Weight 1800 kg 2. Cutting setting: Opp 3 Cutting tool 345-050A32-13L Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Rough milling Semi-finish milling Data Value Data Value Depth of cut 3 mm Depth of cut 0.5 mm Number of insert 3 Number of insert 3 mm/toot Feet per tooth (fz) 0.3 Feet per tooth (fz) 0.3 mm/tooth h Feet per revolution Feet per revolution 0.15 mm/rev (fn) (fn) Cutting speed (V) 760 mm/min Cutting speed (V) 760 mm/min Cutting diameter Cutting diameter 50 mm 50 mm (Dc) (Dc) Calculated speed Calculated speed 4838.32 rpm (n) (n) Selected speed 5000 rpm Selected speed 5000 rpm Actual cutting Actual cutting 785.4 mm/min speed (Vc) speed (Vc) Feed rate (Vf) 706.86 mm/min Feed rate (Vf) 706.86 mm/min Cutting passes 4 passes Cutting passes 4 passes Passes length 255 mm Passes length 255 mm Machine time Machine time 1.45 min (To) (To) Material removal Material removal 106.68 rate (Q) rate (Q) Cutting force (kc) 400 N/mm2 Cutting force (kc) 700 N/mm2 Power requirement Power requirement 0. Operation 4: Face Milling (Rough, Semi-finished) on surface 2,4.

Sequence: - Step 1: Rough milling surface 6. - Step 2: Semi finish milling surface 6. Diagram: Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen 2.

Machine: Servo-mill® UFM 8 V Table dimension 300 mm ×1200 mm Power 7,5 kW Speed range 80-650 / 650-5000 1/min Feed mm/rev 0.2mm/rev Travel X-axis 1300 mm Travel Y-axis 290 mm Travel Z-axis 450 mm Weight 1800 kg 2. Cutting setting: Opp 4 Cutting tool 2P170-1000-NA H10F Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Rough milling Semi-finish milling Data Value Data Value Depth of cut 2 mm Depth of cut 0.5 mm Number of flute 2 Number of flute 2 Feet per tooth Feet per tooth 0.394 mm/tooth (fz) (fz) Feet per Feet per 0.197 mm/rev revolution (fn) revolution (fn) Cutting 130 m/min Cutting speed(V) 130 mm/min speed(V) Cutting Cutting 10 mm 10 mm diameter (Dc) diameter (Dc) Calculated speed Calculated speed 4138.03 rpm (n) (n) Selected speed 4200 rpm Selected speed 4200 rpm Actual cutting Actual cutting 131.95 mm/min speed (Vc) speed (Vc) Feed rate (Vf) 103.9766 mm/min Feed rate (Vf) 103.9766 mm/min Cutting passes 1 passes Cutting passes 1 passes Passes length 155 mm Passes length 155 mm Machine time Machine time 1.5 min (To) (To) Material Material removal rate 2.52 (Q) (Q) Cutting force Cutting force 400 N/mm2 700 N/mm2 (kc) (kc) Power Power requirement 0. Operation 5: Face Milling (Rough, Semi-finished) on surface 3.

Sequence: - Step 1: Rough milling surface 3. - Step 2: Semi finish milling surface 3. Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen 2.

Machine: Servo-mill® UFM 8 V Table dimension 300 mm ×1200 mm Power 7,5 kW Speed range 80-650 / 650-5000 1/min Feed mm/rev 0.2mm/rev Travel X-axis 1300 mm Travel Y-axis 290 mm Travel Z-axis 450 mm Weight 1800 kg 2. Cutting setting: Manufacturing Engineering Project Instructor: Ph. Banh Quoc Nguyen Opp 5 Cutting tool 345-050A32-13L Rough milling Semi-finish milling Data Value Data Value Depth of cut 2 mm Depth of cut 0.5 mm Number of insert 3 Number of insert 3 Feet per tooth 0.3 mm/tooth Feet per tooth 0.3 mm/tooth Feet per Feet per revolution 0.15 mm/rev revolution Cutting speed 760 mm/min Cutting speed 760 mm/min Cutting diameter 50 mm Cutting diameter 50 mm Calculated speed 4838.32 rpm Calculated speed 4838.