CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ KHÍ. Tổng quan về thiết kế công nghệ gia công cơ khí. Mục tiêu của thiết kế công nghệ cho sản xuất cơ khí là đảm bảo cho quá trình sản xuất diễn ra tin cậy, ổn định theo quy mô và điều kiện sản xuất để đạt hiệu quả sản xuất tốt (chất lượng sản phẩm tốt, năng suất lao động cao, chi phí sản xuất ít), đảm bảo cho sản phẩm cơ khí được chế tạo có đủ sức cạnh tranh trên thị trường. Chức năng của chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí bao gồm: - Thiết kế và thử nghiệm quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí.
- Giám sát và điều hành quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ trong thực tế sản xuất. Nội dung chuẩn bị công nghệ sản xuất cơ khí bao gồm: - Lập các phương án về quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ có tính kinh tế - kỹ thuật phù hợp với quy mô và điều kiện sản xuất cụ thể. - Xác định phương án tối ưu cho quá trình công nghệ và dây chuyền công nghệ trong số các phương án khả thi. Cơ sở khoa học để chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí là: - Kỹ thuật thiết kế - điều khiển công nghệ cơ khí có lý luận khoa học.
- Áp dụng kỹ thuật tin học với công cụ máy tính. Các sản phẩm cơ khí được lắp ghép từ những chi tiết cơ khí đã được chế tạo đạt những yêu cầu kỹ thuật nhất định. Hiệu quả của quá trình chế tạo các chi tiết cơ khí có ảnh hưởng rất lớn đối với với quá trình lắp ráp sản phẩm cơ khí. Các giải pháp công nghệ hiện đại được áp dụng trong các khâu chế tạo phôi, gia công cơ khí đối với các chi tiết tạo điều kiện đảm bảo tính chất lắp lẫn của chúng, qua đó giảm khối lượng công việc ở khâu lắp ráp sản phẩm.
8 Như vậy, thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí là nội dung quan trọng phải quan tâm giải quyết tốt trong khâu chuẩn bị kỹ thuật để triển khai sản xuất chế tạo sản phẩm cơ khí đáp ứng nhu cầu xã hội cả về số lượng, giá trị sử dụng và giá bán sản phẩm. Công việc thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí còn tuỳ thuộc vào điều kiện thiết kế, như là: cho cơ sở sản xuất sẽ được tạo lập mới hay là cho cơ sở sản xuất đang hoạt động; nghĩa là quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí phải được thiết kế phù hợp với điều kiện sản xuất về các mặt: năng lực và trình độ sản xuất, tiềm năng phát triển về khoa học kỹ thuật và công nghệ, khả năng về vốn và nguồn đầu tư để triển khai sản xuất, vv. Trong chương này trình bày những vấn đề sau đây: - Những yêu cầu cần đảm bảo về mặt kinh tế và kỹ thuật khi thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí. - Yếu tố kỹ thuật, thời gian và không gian của dây chuyền công nghệ.
- Tiến trình chế tạo chi tiết cơ khí tổng quát. - Nội dung thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí. - Những nội dung thiết kế chính. - Các phương pháp thiết kế công nghệ (tập trung nguyên công, phân tán nguyên công).
- Biện pháp tăng năng suất gia công để giảm giá thành chế tạo chi tiết. - So sánh các phương án công nghệ khả thi để chọn phương án tối ưu. - Các phương thức thiết kế công nghệ (thủ công, cơ khí, tự động). - Thiết kế công nghệ có máy tính trợ giúp.
Tiến trình chế tạo chi tiết cơ khí. Khi thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí phải quan tâm đến những quy luật lô-gic về kỹ thuật và công nghệ, nhằm đảm bảo triển khai thực hiện quy trình công nghệ trên dây chuyền công nghệ thông suốt và liên tục, đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật theo yêu cầu với độ tin cậy cao. 9 Quan trọng nhất ở đây là phải đảm bảo quy luật lô-gic của quá trình biến đổi trạng thái, tính chất của đối tượng gia công, đảm bảo các bước chuyển tiếp giữa các giai đoạn của quá trình biến đổi đó. Những quy luật lô-gic về kỹ thuật và công nghệ cơ bản đối với quá trình gia công chi tiết cơ khí là: - Thứ tự biến đổi về tính chất hình học (hình dạng, vị trí, kích thước, độ nhám bề mặt) của đối tượng gia công, mà trong thực tế gia công bắt buộc phải thực hiện theo tiến trình sau: 1.
Gia công thô. Gia công bán tinh. Gia công tinh. Gia công rất tinh.
- Thứ tự biến đổi về tính chất hình học và tính chất cơ lý dựa trên cơ sở mối quan hệ phụ thuộc của hai công đoạn sản xuất là gia công cơ khí và nhiệt luyện, từ đó thường phải phân chia công đoạn gia công cơ khí thành hai giai đoạn là gia công trước và gia công sau nhiệt luyện, ví dụ: 1. Gia công tạo hình sơ bộ (gia công thô và bán tinh). Gia công tạo hình chính xác (gia công tinh và rất tinh). - Thứ tự hình thành các bề mặt trên chi tiết cơ khí theo nguyên tắc chọn chuẩn gia công, ví dụ: phải gia công trước tiên các bề mặt dùng làm chuẩn định vị chi tiết.
- Thứ tự gia công theo các phương án phôi khác nhau đối với các chi tiết cơ khí, ví dụ: phôi để chế tạo chi tiết dạng trục có thể là phôi thanh tiêu chuẩn hoặc phôi chế tạo rời từng chiếc, do vậy thứ tự gia công trục phụ thuộc vào từng loại phôi đó. - Thứ tự gia công theo quy hoạch mặt bằng sản xuất sẵn có nhằm hạn chế chi phí vận chuyển trong sản xuất. Từ đó, tiến trình tổng quát của chế tạo chi tiết cơ khí phù hợp với các quy luật lôgic đã nêu trên là: 10 1. Chế tạo phôi.
Gia công chuẩn bị phôi (làm sạch, nắn thẳng, khoan tâm, v. Nhiệt luyện để cải thiện điều kiện cắt gọt (ram, ủ, thường hoá, v. Gia công cắt got tạo chuẩn công nghệ (gia công bán tinh hoặc tinh các bề mặt dùng làm chuẩn định vị). Gia công cắt gọt (gia công thô, bán tinh) các bề mặt khác.
Kiểm tra trước nhiệt luyện. Nhiệt luyện để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết (đạt chỉ số độ cứng yêu cầu, tạo khả năng chống mòn cơ học, v. Làm sạch sau nhiệt luyện. Kiểm tra sau nhiệt luyện (kiểm tra độ cứng, vết nứt, cong vênh,v.
Gia công tinh, rất tinh mặt chuẩn công nghệ (ví dụ: mài sửa lỗ tâm của trục sau khi nhiệt luyện). Gia công tinh, rất tinh các bề mặt khác của chi tiết. Tổng kiểm tra chi tiết theo các điều kiện kỹ thuật ghi trên bản vẽ thiết kế chi tiết. Theo tiến trình tổng quát trên, công đoạn gia công cơ khí trước nhiệt luyện bao gồm các công việc từ 2 đến 5, còn công đoạn gia công sau nhiệt luyện bao gồm các công việc 10 và 11.
Nội dung thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí. Xem xét để xếp dạng chi tiết, nghĩa là kiểm tra bản vẽ thiết kế chi tiết để xác định dạng chi tiết cần chế tạo ứng với dạng chi tiết cơ bản nào (trục, bạc, càng, hộp, bánh răng, v. Phân tích bản vẽ thiết kế chi tiết cơ khí theo quan điểm công nghệ trên cơ sở những đặc điểm thông dụng của dạng chi tiết tương ứng; nghĩa là phân tích phê phán kết cấu theo thiết kế của chi tiết có đảm bảo chức năng, điều kiện làm việc của nó và chế tạo nó có thuận tiện và rẻ hay không. Đó chính là công việc phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết cơ khí theo bản vẽ thiết kế.
Xác định quy mô và điều kiện sản xuất chế tạo chi tiết đang xét bằng cách dựa vào sản lượng yêu cầu của sản phẩm tính toán số lượng chi tiết cần chế tạo hàng năm có chú ý tỉ lệ phế phẩm và dự trữ trong sản xuất, xác định trọng lượng chi tiết, rồi dựa vào số lượng chi tiết cần chế tạo và trọng lượng chi tiết để xác định quy mô sản xuất chế tạo chi tiết cơ khí (tra bảng trong các tài liệu tra cứu công nghệ cơ khí để xác định quy mô sản xuất). Quy mô sản xuất đã xác định kết hợp với điều kiện sản xuất cụ thể về kỹ thuật sản xuất và tổ chức sản xuất, về khả năng đầu tư phát triển sản xuất v. là cơ sở để ấn định đường lối và giải pháp công nghệ chế tạo chi tiết, ví dụ tập trung hay phân tán nguyên công, mức độ tự động hoá sản xuất phù hợp. Chọn phôi và xác định phương pháp chế tạo phôi cho chi tiết cơ khí đang xét dựa vào các yếu tố chính sau đây: - Độ phức tạp về hình dạng của chi tiết theo bản vẽ thiết kế, điều này có liên quan đến việc chọn phương pháp chế tạo phôi thích hợp, bởi vì khả năng tạo hình của các phương pháp đúc cao hơn của các phương pháp rèn dập.
- Vật liệu chế tạo chi tiết (vật liệu là gang có tính đúc tốt hơn thép, vật liệu là thép lại có khả năng biến dạng dẻo tốt hơn gang và thích hợp với phương pháp rèn dập). - Quy mô sản xuất, nghĩa là khi phương pháp chế tạo phôi dựa vào hai yếu tố trên (độ phức tạp về hình dạng, vật liệu) đã được chọn là phôi đúc, nhưng nếu quy mô sản xuất hàng loạt lớn thì phương án chế tạo phôi phải chọn là đúc trong khuôn kim loại hoặc đúc áp lực, còn nếu quy mô sản xuất là hàng loạt nhỏ thì phương án thích hợp lại là đúc trong khuôn cát, làm khuôn bằng tay với mẫu gỗ. - Điều kiện sản xuất (khả năng và trình độ chế tạo phôi thực tế, khả năng đầu tư ứng dụng phương pháp chế tạo phôi tiên tiến). Phân tích về chuẩn và chọn chuẩn gia công cho chi tiết đang xét (chuẩn tinh, chuẩn thô) trên cơ sở vận dụng lý thuyết về chuẩn bị công nghệ và phương án 12 chọn chuẩn đối với dạng chi tiết tương ứng, đảm bảo chọn chuẩn thống nhất và loại trừ sai số chuẩn cho kích thước gia công của chi tiết.
Xác định phương pháp gia công cho từng bề mặt của chi tiết trên cơ sở khả năng công nghệ của từng phương pháp gia công và những đặc điểm về kết cấu và yêu cầu kỹ thuật của từng bề mặt chi tiết.