Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đề tài "Thiết kế qui trình công nghệ gia công thân giữa bơm thuỷ lực H III 50B" do nhóm sinh viên Phạm Văn Hiệp, Trần Đức Toàn và Trương An Thạch (ngành Kỹ thuật Chế tạo máy, lớp CK98, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh) thực hiện năm 2002. Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ yêu cầu tổng hợp các kiến thức nền tảng trong ngành chế tạo máy (bao gồm Cơ sở Công nghệ Chế tạo máy, Công nghệ và Thiết bị tạo phôi, Các phương pháp gia công kim loại) nhằm thiết lập một tiến trình công nghệ gia công cơ khí hoàn chỉnh cho một chi tiết máy thực tế. Quy trình công nghệ được thiết kế hướng tới việc bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế, phù hợp với năng lực máy móc và thiết bị công nghệ hiện có trong nước, tối ưu hóa thời gian và phương pháp gia công nhằm giảm chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm.
Về mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài thực hiện 9 nội dung tính toán và thuyết minh theo nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học:
- Xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng và khối lượng chi tiết.
- Phân tích kết cấu và điều kiện làm việc của chi tiết gia công.
- Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi phù hợp.
- Chọn và so sánh các phương án tiến trình gia công cơ khí.
- Thiết kế chi tiết từng nguyên công công nghệ.
- Xác định lượng dư gia công trung gian và kích thước trung gian (bằng phương pháp giải tích và tra bảng).
- Xác định chế độ cắt và thời gian gia công cơ bản (bằng phương pháp giải tích và tra bảng).
- Lập phiếu tổng hợp nguyên công công nghệ.
- Thiết kế kết cấu đồ gá gia công.
Đối tượng nghiên cứu là chi tiết thân giữa của bơm bánh răng thủy lực ký hiệu H III 50B. Phạm vi nghiên cứu về mặt sản lượng được xác định theo kế hoạch $N_0 = 10.000$ sản phẩm/năm, với tỷ lệ dự trù phụ tùng $\alpha = 10%$ và tỷ lệ phế phẩm $\beta = 4%$, tương ứng sản lượng chế tạo thực tế là $N = 11.440$ chi tiết/năm. Không gian nghiên cứu gắn liền với hệ thống trang thiết bị máy công cụ vạn năng, dụng cụ cắt tiêu chuẩn và điều kiện chế tạo cơ khí phổ biến tại Việt Nam ở thời điểm thực hiện.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý chuẩn vị trí và định vị 6 bậc tự do trong công nghệ chế tạo máy, lý thuyết cắt gọt kim loại, cùng các mô hình tính toán chuỗi kích thước và lượng dư gia công. Tài liệu tham khảo và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng gồm:
- Sổ tay Công nghệ Chế tạo Máy (Tập 1 và Tập 2).
- Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy.
- Hệ thống tiêu chuẩn dụng cụ cắt và đá mài theo tiêu chuẩn OCT (như dao phay mặt đầu OCT 8259-57, mũi khoan ruột gà OCT 888-41 và OCT 877-43, mũi khoét OCT 1675-55 và OCT 2525-51, mũi doa OCT 1672-53 và OCT 7369-55, mũi taro ren OCT 3266-54, đá mài phẳng OCT 2424-52/67).
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán giải tích lý thuyết và phương pháp tra bảng thực nghiệm công nghệ:
- Phương pháp giải tích: Dùng để tính khối lượng chi tiết qua phân rã thể tích hình học ($M = \gamma \cdot V$), tính chuỗi sai số không gian phôi đúc ($r_{cv}, r_{vt}, \rho_0$), sai số gá đặt ($\varepsilon_{gđ}$), lượng dư gia công nhỏ nhất ($Z_{min}$), kích thước giới hạn, cùng các thông số chế độ cắt giải tích (tốc độ cắt $v$, lực cắt tiếp tuyến $P_z$, công suất cắt hiệu dụng $N_e$, thời gian gia công cơ bản $T_0$).
- Phương pháp tra cứu bảng chuẩn công nghệ: Xác định cấp chính xác dung sai (IT), dung sai phôi đúc, lượng dư danh nghĩa, tuổi bền dụng cụ cắt, bảng thông số máy công cụ và định mức thời gian kế toán ($T_k$).
- Phương pháp phân tích - so sánh phương án: So sánh hai phương án thứ tự nguyên công dựa trên nguyên tắc chọn chuẩn thô và chuẩn tinh thống nhất để lựa chọn phương án tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật.
- Nguồn dữ liệu: Bản vẽ kết cấu chi tiết thân giữa bơm H III 50B, các bảng thông số kỹ thuật máy công cụ (máy phay đứng 6H81, máy khoan cần 2H55, máy khoan đứng 2H135, máy doa ngang 2A614, máy mài phẳng 3756 và 3731B).
Nội dung chính theo từng phần tính toán và thiết kế
Xác định dạng sản xuất và phân tích chi tiết gia công
Sản lượng gia công hàng năm được xác định qua công thức $N = N_0 \cdot m \cdot (1 + \frac{\alpha + \beta}{100}) = 10.000 \cdot 1 \cdot (1 + \frac{10 + 4}{100}) = 11.440$ chi tiết/năm. Thể tích chi tiết sau khi trừ các phần rỗng hình học đạt $V = 3,3983 \cdot 10^{-4} \text{ m}^3$. Với vật liệu gang xám có khối lượng riêng $\gamma = 7,2 \cdot 10^3 \text{ kg/m}^3$, khối lượng chi tiết được tính ra xấp xỉ $M = 2,55 \text{ kg}$. Đối chiếu khối lượng $2,55 \text{ kg}$ và sản lượng $11.440$ chiếc/năm vào bảng phân loại dạng sản xuất, tác giả xác định quy mô sản xuất thuộc dạng sản xuất loạt vừa.
Về công dụng, thân giữa bơm là bộ phận lắp ghép trực tiếp với hai mặt bích và chứa cặp bánh răng ăn khớp bên trong. Khe hở giữa đỉnh răng và lòng trong thân bơm đòi hỏi độ chính xác cao nhằm đảm bảo lưu lượng và áp suất làm việc. Chi tiết làm việc dưới điều kiện áp suất thủy lực lớn, nhiệt độ dầu cao và chịu mài mòn ma sát khắt khe. Yêu cầu kỹ thuật chính gồm:
- Vật liệu gang xám qua ủ hoặc thường hóa, không rỗ khí, rỗ xỉ; thành phần hóa học: C = 3,20 - 3,50%, Mn = 0,60 - 1,10%, Cr = 0,25 - 0,80%, S < 0,12%, P < 0,12%.
- Hai lỗ buồng bơm $\Phi 52,24$ mm đạt cấp chính xác 6 (dung sai 0,02 mm), độ nhám bề mặt $Ra = 1,25\ \mu\text{m}$.
- Độ song song và độ vuông góc giữa các bề mặt chuẩn không vượt quá 0,01 mm.
- Dung sai khoảng cách tâm hai trục buồng bơm là 0,02 mm; dung sai khoảng cách hai mặt bên là 0,03 mm; dung sai tâm các lỗ ren là 0,2 mm; các kích thước còn lại lấy theo cấp chính xác IT15 - IT16.
Chọn dạng phôi, phương pháp tạo phôi và xác định lượng dư phôi
Chi tiết có kết cấu dạng hộp, thành mỏng phức tạp và làm bằng gang xám (vật liệu giòn, khó gia công biến dạng dẻo như rèn, dập). Do đó, phương pháp tạo phôi hợp lý nhất là đúc. Dựa trên quy mô sản xuất loạt vừa, tác giả phân tích ba phương án đúc và quyết định chọn phương pháp đúc trong khuôn cát, mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy. Phương pháp này cho phôi đạt cấp chính xác II, cấp kích thước IT15 - IT16, độ nhám bề mặt $Rz = 80\ \mu\text{m}$.
Lượng dư tổng thể của phôi đúc được xác định theo kích thước lớn nhất ($L_{max} = 146,3\text{ mm}$):
- Kích thước danh nghĩa 106 mm: Lượng dư hai phía lấy 3,5 mm, dung sai phôi 1,4 mm; kích thước phôi lớn nhất là $110,9\text{ mm}$ (dung sai $-1,4\text{ mm}$).
- Kích thước danh nghĩa 45 mm: Lượng dư một phía 3,0 mm, dung sai phôi 1,0 mm; kích thước phôi lớn nhất là $49\text{ mm}$ (dung sai $-1,0\text{ mm}$).
- Lỗ đúc sẵn $\Phi 52,24$ mm: Lượng dư hai phía 3,5 mm, dung sai phôi 1,2 mm; đường kính phôi đúc đạt $47,54\text{ mm}$ (dung sai $-1,2\text{ mm}$).
Lập tiến trình công nghệ gia công và lựa chọn phương án tối ưu
Tác giả lập bảng đánh số 27 bề mặt gia công và xây dựng hai phương án tiến trình công nghệ để so sánh:
| Tiêu chí |
Phương án 1 |
Phương án 2 (Phương án được chọn) |
| Trình tự chuẩn định vị |
Gia công hai lỗ lớn 6, 14 ($\Phi 52,24$) trước làm chuẩn, sau đó dùng chuẩn này gia công các mặt phẳng và lỗ khác. |
Gia công các mặt phẳng đáy/đầu trước; gia công hai lỗ chốt định vị 4, 12 ($\Phi 8$) làm chuẩn tinh phụ thống nhất. |
| Ưu điểm |
Sớm có bề mặt chuẩn lỗ chính xác cao để gá đặt các bước sau. |
Gá đặt thuận tiện, đồ gá đơn giản; dùng chuẩn tinh thống nhất (mặt phẳng và 2 lỗ định vị) giúp nâng cao độ chính xác tương quan và hạ giá thành. |
| Nhược điểm |
Thay đổi tư thế gá đặt nhiều lần, tốn nhiều đồ gá phức tạp, thời gian gá đặt lâu, đẩy giá thành sản phẩm lên cao. |
Đòi hỏi điều chỉnh máy chính xác khi gia công hai lỗ chuẩn 4, 12 ban đầu (dung sai vị trí $+0,02\text{ mm}$). |
Sau khi phân tích kỹ thuật và tính kinh tế, Phương án 2 được lựa chọn với quy trình 17 bước công nghệ: Phay các mặt phẳng chính $\rightarrow$ Khoan, khoét, doa hai lỗ chuẩn định vị 4, 12 $\rightarrow$ Khoét, doa hai lỗ lớn 6, 14 $\rightarrow$ Khoan các nhóm lỗ kẹp chặt $\rightarrow$ Khoan, taro các lỗ ren $\rightarrow$ Phay rãnh mặt 8 $\rightarrow$ Mài tinh các mặt phẳng lắp ghép.
Thiết kế chi tiết các nguyên công công nghệ
Quy trình gia công chi tiết theo Phương án 2 được thiết kế thành các nguyên công cụ thể:
- Nguyên công 1 & 2: Phay thô và tinh mặt 16, mặt 20. Định vị mặt đáy đối diện kết hợp khối V định vị mặt cong; sử dụng máy phay đứng 6H81, dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng $\Phi 125\text{ mm}$ (OCT 8259-57), gia công khô (không tưới nguội).
- Nguyên công 3 & 4: Phay thô và tinh mặt 1, mặt 9. Sử dụng máy phay đứng 6H81, dao phay mặt đầu $\Phi 100\text{ mm}$ (OCT 8259-57).
- Nguyên công 5: Khoan, khoét, doa 2 lỗ định vị 4, 12 ($\Phi 8\text{ mm}$). Sử dụng máy khoan cần 2H55; dao khoan OCT 888-41, mũi khoét $\Phi 7,96\text{ mm}$ (OCT 1675-55), mũi doa $\Phi 8\text{ mm}$ (OCT 1672-53); bôi trơn bằng dầu khoáng khi doa.
- Nguyên công 6: Khoét và doa 2 lỗ buồng bơm 6, 14 ($\Phi 52,24\text{ mm}$). Định vị bằng mặt phẳng 20 kết hợp 1 chốt trụ và 1 chốt trám vào lỗ 4, 12; sử dụng máy doa ngang 2A614; dao khoét $\Phi 49,76\text{ mm}$ và $\Phi 51,16\text{ mm}$, dao doa hợp kim cứng $\Phi 52,14\text{ mm}$ và $\Phi 52,24\text{ mm}$ (OCT 2525-51).
- Nguyên công 7 & 8: Khoan 4 lỗ $\Phi 11\text{ mm}$ (mặt 2, 7, 10, 15) và 4 lỗ $\Phi 11\text{ mm}$ (mặt 3, 5, 11, 13). Sử dụng máy khoan cần 2H55, mũi khoan thép gió $\Phi 11\text{ mm}$ (OCT 888-41), bạc dẫn hướng trên đồ gá.
- Nguyên công 9: Khoan lỗ mặt 24 qua 3 bước chuyển tiếp ($\Phi 13 \rightarrow \Phi 26 \rightarrow \Phi 30\text{ mm}$). Sử dụng máy khoan đứng 2H135 (công suất $6\text{ kW}$), mũi khoan thép gió P18 (OCT 877-43).
- Nguyên công 10: Khoan và taro 4 lỗ ren M8 mặt 23, 25, 26, 27. Mũi khoan $\Phi 6,8\text{ mm}$, mũi taro M8 bước $p = 1,25\text{ mm}$ (OCT 3266-54).
- Nguyên công 11: Khoan lỗ mặt 19 qua 3 bước ($\Phi 13 \rightarrow \Phi 24 \rightarrow \Phi 26\text{ mm}$) trên máy khoan đứng 2A135.
- Nguyên công 12: Khoan và taro 4 lỗ ren M8 mặt 17, 18, 21, 22.
- Nguyên công 13: Phay rãnh mặt 8 bằng dao phay ngón $\Phi 16\text{ mm}$ / $\Phi 25\text{ mm}$ ($Z=5$) trên máy phay 6H81.
- Nguyên công 14, 15, 16, 17: Mài bán tinh và mài tinh các mặt phẳng 16, 20, 1, 9. Sử dụng máy mài phẳng 3756 / 3731B (động cơ $16\text{ kW}$ hoặc $5,5\text{ kW}$), đá mài profin côn $45^\circ$ đường kính $\Phi 250\text{ mm}$ (OCT 2424-52/67), bàn từ gá kẹp, dung dịch làm nguội là nước sô-đa.
Tính toán lượng dư và dung sai các kích thước trung gian
Tác giả thực hiện tính toán lượng dư bằng hai phương pháp: phương pháp phân tích giải tích cho mặt phẳng số 20 (kích thước $45^{\pm 0,03}\text{ mm}$) và phương pháp tra bảng cho toàn bộ các bề mặt còn lại.
Trong tính toán giải tích cho mặt phẳng 20, các bước gia công gồm: Phay thô (cấp 13, $Rz_1 = 50\ \mu\text{m}, T_1 = 50\ \mu\text{m}$), Phay tinh (cấp 11, $Rz_2 = 25\ \mu\text{m}, T_2 = 30\ \mu\text{m}$), Mài bán tinh (cấp 9, $Rz_3 = 12,5\ \mu\text{m}, T_3 = 50\ \mu\text{m}$), Mài tinh (cấp 7, $Rz_4 = 6,3\ \mu\text{m}, T_4 = 15\ \mu\text{m}$). Với vật liệu gang xám, chiều sâu lớp biến cứng $T$ sau bước gia công cơ đầu tiên được triệt tiêu bằng 0.
Sai số không gian phôi đúc gồm sai số cong vênh $r_{cv} = \Delta_k \cdot l = 0,7 \cdot 146,3 = 102,41\ \mu\text{m}$ và sai số vị trí không song song $r_{vt} = 10\ \mu\text{m}$, cho tổng sai số không gian phôi $\rho_0 = \sqrt{102,41^2 + 10^2} \approx 103\ \mu\text{m}$. Sai số gá đặt $\varepsilon_{gđ} = \varepsilon_c + \varepsilon_k + \varepsilon_{đg} = 0 + 0 + 10 = 10\ \mu\text{m}$.
| Bước công nghệ |
Cấp chính xác |
$Rz_i\ (\mu\text{m})$ |
$T_i\ (\mu\text{m})$ |
$\rho_i\ (\mu\text{m})$ |
$\varepsilon_{gđ}\ (\mu\text{m})$ |
$Z_{min}\ (\mu\text{m})$ |
Dung sai $\delta_i\ (\text{mm})$ |
Kích thước giới hạn (mm) |
Lượng dư thực tế (mm) |
| Phôi đúc |
Cấp II |
700 (Rz+T) |
- |
103 |
- |
- |
1,00 |
$L_{min}=46,00$; $L_{max}=47,00$ |
- |
| Phay thô |
13 |
50 |
0 |
4,12 |
10 |
813 |
0,39 |
$L_{min}=45,24$; $L_{max}=45,63$ |
$Z_{min}=0,76$; $Z_{max}=1,37$ |
| Phay tinh |
11 |
25 |
0 |
0,12 |
10 |
114,12 |
0,16 |
$L_{min}=45,13$; $L_{max}=45,29$ |
$Z_{min}=0,11$; $Z_{max}=0,34$ |
| Mài bán tinh |
9 |
12,5 |
0 |
0,002 |
10 |
55,12 |
0,062 |
$L_{min}=45,07$; $L_{max}=45,132$ |
$Z_{min}=0,06$; $Z_{max}=0,158$ |
| Mài tinh |
7 |
6,3 |
0 |
0 |
10 |
65,50 |
0,03 |
$L_{min}=45,00$; $L_{max}=45,03$ |
$Z_{min}=0,07$; $Z_{max}=0,102$ |
Tổng lượng dư nhỏ nhất tính toán là $Z_{min0} = 1,00\text{ mm}$, tổng lượng dư lớn nhất là $Z_{max0} = 1,97\text{ mm}$. Phép kiểm tra cân bằng dung sai cho thấy: $Z_{max0} - Z_{min0} = 1,97 - 1,00 = 0,97\text{ mm}$ hoàn toàn trùng khớp với hiệu số dung sai phôi và chi tiết $\delta_{ph} - \delta_{ct} = 1,00 - 0,03 = 0,97\text{ mm}$.
Xác định chế độ cắt và thời gian gia công định mức
Tác giả tính toán chế độ cắt giải tích cho nguyên công phay và mài mặt 16, sau đó tra bảng và kiểm nghiệm công suất cho tất cả các nguyên công còn lại.
| Nguyên công |
Bước gia công |
Dao cắt / Đá mài |
$t$ (mm) |
$s$ (mm/vòng hoặc mm/răng) |
$v$ (m/ph) |
Công suất cắt $N_e$ (kW) |
Thời gian $T_m$ (phút) |
Thời gian $T_k$ (phút) |
| NC 1: Phay mặt 16 |
Phay thô |
Dao phay $\Phi 125$ |
1,80 |
$s_z = 0,18$ |
141 |
3,3 |
2,12 |
3,90 |
|
Phay tinh |
Dao phay $\Phi 125$ |
0,50 |
$s = 0,80$ |
203 |
2,3 |
0,86 |
1,58 |
| NC 2: Phay mặt 20 |
Phay thô |
Dao phay $\Phi 125$ |
2,60 |
$s_z = 0,12$ |
180 |
3,8 |
1,06 |
1,95 |
|
Phay tinh |
Dao phay $\Phi 125$ |
0,50 |
$s_z = 0,80$ |
203 |
2,3 |
0,86 |
1,58 |
| NC 3: Phay mặt 1 |
Phay thô |
Dao phay $\Phi 100$ |
3,40 |
$s_z = 0,12$ |
180 |
3,8 |
0,67 |
1,23 |
|
Phay tinh |
Dao phay $\Phi 100$ |
0,50 |
$s = 0,80$ |
228 |
3,3 |
0,56 |
1,03 |
| NC 5: Gia công lỗ 4, 12 |
Khoan $\Phi 7$ |
Mũi khoan $\Phi 7$ |
3,50 |
$s = 0,13$ |
40 |
1,3 |
0,28 |
0,48 |
|
Khoét $\Phi 7,96$ |
Mũi khoét $\Phi 7,96$ |
0,48 |
$s = 0,45$ |
31 |
- |
0,05 |
0,10 |
|
Doa $\Phi 8$ |
Mũi doa $\Phi 8$ |
0,04 |
$s = 1,00$ |
7,3 |
- |
0,01 |
0,02 |
| NC 6: Gia công lỗ 6, 14 |
Khoét thô $\Phi 50,44$ |
Mũi khoét $\Phi 50,44$ |
1,45 |
$s = 1,40$ |
19,7 |
- |
0,56 |
0,97 |
|
Khoét tinh $\Phi 51,84$ |
Mũi khoét $\Phi 51,84$ |
0,70 |
$s = 1,40$ |
17,5 |
- |
0,58 |
0,98 |
|
Doa thô $\Phi 52,14$ |
Mũi doa $\Phi 52,14$ |
0,49 |
$s = 0,80$ |
110 |
- |
0,01 |
0,02 |
|
Doa tinh $\Phi 52,24$ |
Mũi doa $\Phi 52,24$ |
0,05 |
$s = 0,06$ |
140 |
- |
0,01 |
0,02 |
| NC 9: Khoan lỗ 24 |
Khoan 1 ($\Phi 13$) |
Mũi khoan $\Phi 13$ |
6,50 |
$s = 0,52$ |
27 |
- |
0,40 |
0,62 |
|
Khoan 2 ($\Phi 26$) |
Mũi khoan $\Phi 26$ |
6,50 |
$s = 0,70$ |
22 |
- |
0,56 |
0,96 |
|
Khoan 3 ($\Phi 30$) |
Mũi khoan $\Phi 30$ |
2,00 |
$s = 0,90$ |
18 |
- |
0,42 |
0,72 |
| NC 10: Taro ren M8 |
Khoan $\Phi 6,8$ |
Mũi khoan $\Phi 6,8$ |
3,40 |
$s = 0,13$ |
30 |
- |
0,13 |
0,23 |
|
Taro M8 |
Taro M8x1,25 |
- |
$p = 1,25$ |
9 |
- |
0,05 |
0,09 |
| NC 14: Mài mặt 16 |
Mài bán tinh |
Đá mài $\Phi 250$ |
0,028 |
$s = 0,015$ |
2900 vg/ph |
5,3 |
0,22 |
0,44 |
|
Mài tinh |
Đá mài $\Phi 250$ |
0,011 |
$s = 0,012$ |
2900 vg/ph |
4,0 |
0,19 |
0,38 |
Kết quả tính toán công suất cắt hiệu dụng ở tất cả các nguyên công đều nhỏ hơn công suất khả dụng của động cơ máy (ví dụ phay thô $N_e = 3,83\text{ kW} < N_{máy} \cdot \eta = 4,5 \cdot 0,85 = 3,83\text{ kW}$, mài phẳng $N_e = 4,0\text{ kW} < 4,675\text{ kW}$), chứng minh các thông số công nghệ đã chọn hoàn toàn thỏa mãn điều kiện làm việc của thiết bị.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã xây dựng thành công một quy trình công nghệ hoàn chỉnh để gia công chi tiết thân giữa bơm thủy lực H III 50B với các kết quả cụ thể:
- Xác lập chính xác dạng sản xuất loạt vừa với quy mô $11.440$ chi tiết/năm, làm cơ sở lựa chọn phương pháp tạo phôi đúc trong khuôn cát mẫu kim loại làm khuôn bằng máy đạt cấp chính xác II.
- Thiết lập quy trình công nghệ gồm 17 bước gia công hợp lý, sử dụng hệ thống chuẩn tinh thống nhất gồm một mặt phẳng đáy và 2 lỗ định vị $\Phi 8\text{ mm}$ (dùng 1 chốt trụ và 1 chốt trám để khống chế đủ 6 bậc tự do), giải quyết triệt để bài toán sai số tích lũy giữa các bề mặt làm việc.
- Cung cấp bảng dữ liệu hoàn chỉnh về lượng dư gia công phân tích (tổng lượng dư mặt 20 là $1,00 - 1,97\text{ mm}$) và lượng dư tra bảng cho toàn bộ các bề mặt phẳng, rãnh và lỗ.
- Xác định và kiểm nghiệm bộ thông số chế độ cắt ($t, s, v$), công suất cắt và định mức thời gian gia công ($T_m, T_k$) cho từng nguyên công trên các dòng máy công cụ vạn năng (6H81, 2H55, 2H135, 2A614, 3756, 3731B).
Về giải pháp và kiến nghị công nghệ, nhóm tác giả đề xuất sử dụng dầu khoáng làm dung dịch bôi trơn làm nguội chuyên dụng cho các bước doa tinh nhằm đảm bảo độ nhám bề mặt $Ra = 1,25\ \mu\text{m}$, sử dụng nước sô-đa cho các nguyên công mài phẳng trên bàn từ, đồng thời phân chia bước khoan các lỗ lớn thành nhiều lần khoan mở rộng đường kính ($\Phi 13 \rightarrow \Phi 24/26 \rightarrow \Phi 30\text{ mm}$) nhằm giảm lực cắt và bảo vệ thiết bị.
Đóng góp tự nêu của đồ án là đã chứng minh tính khả thi của việc kết hợp hai phương pháp tính toán lượng dư (phân tích và tra bảng) để đối chứng kết quả, xây dựng được phương án gá đặt tối ưu giúp giảm số lượng đồ gá chuyên dùng phức tạp, hạ giá thành gia công nhưng vẫn đảm bảo nghiêm ngặt độ chính xác kích thước và dung sai hình học của chi tiết dạng hộp trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Về mặt hạn chế, văn bản thuyết minh của đồ án bộc lộ một số điểm giới hạn:
- Các hệ số tính toán chế độ cắt và lượng dư giải tích chủ yếu dựa vào việc tra cứu các bảng thực nghiệm kinh điển từ tài liệu Liên Xô cũ (hệ tiêu chuẩn OCT), chưa được cập nhật theo các mác hợp kim cắt gọt và chuẩn dụng cụ hiện đại.
- Phần tính toán thiết kế chi tiết kết cấu đồ gá và cơ cấu kẹp chặt chuyên dùng chưa được trình bày đầy đủ các bước kiểm nghiệm lực kẹp và sai số chế tạo đồ gá trong phần nội dung văn bản được trích xuất.
- Đồ án dừng lại ở mức độ tính toán thiết kế trên lý thuyết và tra bảng định mức, chưa có điều kiện gia công thực nghiệm và đo kiểm sai số thực tế trên sản phẩm sau gia công.
Hướng phát triển tiếp theo được xác định dựa trên phạm vi nghiên cứu:
- Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu các bộ đồ gá chuyên dùng cho từng nguyên công (đặc biệt là đồ gá doa lỗ buồng bơm và đồ gá khoan nhiều trục).
- Nghiên cứu chuyển đổi tiến trình công nghệ sang gia công trên các trung tâm gia công phay-khoan-doa CNC tích hợp nhằm rút ngắn chu kỳ sản xuất và nâng cao năng suất khi chuyển đổi sang quy mô sản xuất hàng khối.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng hộp, thân bơm, thân vỏ hộp giảm tốc.
- Kỹ sư công nghệ tại các phân xưởng cơ khí trong việc tham khảo phương pháp xác định chuẩn định vị, lựa chọn chuỗi nguyên công phay - khoan - khoét - doa - mài, và phương pháp tính toán lượng dư giải tích cho các chi tiết bằng gang xám.
Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất gồm:
- Toàn bộ phương pháp phân tích giải tích chuỗi lượng dư cho mặt phẳng (mặt số 20), bao gồm việc xác định chi tiết sai số không gian phôi đúc ($\rho_0$), sai số gá đặt ($\varepsilon_{gđ}$) và kiểm tra cân bằng dung sai.
- Quy trình phân chia các bước chuyển tiếp và chế độ cắt khi gia công lỗ buồng bơm bánh răng $\Phi 52,24\text{ mm}$ đòi hỏi dung sai cấp 6 và độ nhám $Ra = 1,25\ \mu\text{m}$.
Câu hỏi thường gặp
1. Chi tiết thân giữa bơm thủy lực H III 50B được xếp vào dạng sản xuất nào và dựa trên cơ sở tính toán nào?
Chi tiết được xếp vào dạng sản xuất loạt vừa. Kết luận này dựa trên hai thông số tính toán cụ thể trong văn bản: sản lượng hàng năm sau khi tính đến phần trăm phụ tùng ($\alpha = 10%$) và phế phẩm ($\beta = 4%$) là $N = 11.440$ chi tiết/năm, và khối lượng chi tiết gang xám tính từ thể tích hình học là $M = 2,55\text{ kg}$.
2. Tại sao tác giả lựa chọn Phương án 2 cho tiến trình công nghệ thay vì Phương án 1?
Phương án 1 gia công hai lỗ lớn $\Phi 52,24\text{ mm}$ trước làm chuẩn khiến chi tiết phải thay đổi vị trí và tư thế gá đặt nhiều lần, làm tăng số lượng đồ gá, tốn thời gian và tăng giá thành. Phương án 2 gia công các mặt phẳng đáy trước rồi tạo 2 lỗ chuẩn định vị $\Phi 8\text{ mm}$ (mặt 4, 12) làm chuẩn tinh thống nhất cho toàn bộ các nguyên công sau, giúp gá đặt dễ dàng, nâng cao độ chính xác tương quan và hạ giá thành sản xuất.
3. Phôi gia công được chế tạo bằng phương pháp nào và đạt cấp chính xác bao nhiêu?
Phôi được chế tạo bằng phương pháp đúc trong khuôn cát, mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy. Phôi thu được đạt cấp chính xác II, cấp chính xác kích thước IT15 - IT16, và độ nhám bề mặt phôi là $Rz = 80\ \mu\text{m}$.
4. Kết quả kiểm tra tính đúng đắn của việc tính lượng dư giải tích cho mặt phẳng 20 được xác nhận như thế nào?
Phép tính được xác nhận đúng thông qua công thức kiểm tra cân bằng dung sai: Hiệu số giữa lượng dư lớn nhất và nhỏ nhất ($Z_{max0} - Z_{min0} = 1,97 - 1,00 = 0,97\text{ mm}$) bằng đúng hiệu số giữa dung sai phôi đúc và dung sai chi tiết sau gia công ($\delta_{ph} - \delta_{ct} = 1,00 - 0,03 = 0,97\text{ mm}$).
5. Những loại máy công cụ chính nào được chỉ định sử dụng trong toàn bộ quy trình công nghệ?
Các máy công cụ được chọn gồm: máy phay đứng 6H81 (dùng cho các nguyên công phay mặt phẳng và phay rãnh), máy khoan cần 2H55 (khoan các nhóm lỗ kẹp chặt và lỗ chuẩn $\Phi 8$), máy khoan đứng 2H135 và 2A135 (khoan các lỗ lớn $\Phi 26, \Phi 30$ và taro M8), máy doa ngang 2A614 (khoét và doa 2 lỗ buồng bơm $\Phi 52,24$), cùng máy mài phẳng 3756 và 3731B (mài tinh các mặt phẳng lắp ghép).
Kết luận
Đồ án môn học "Thiết kế qui trình công nghệ gia công thân giữa bơm thuỷ lực H III 50B" đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế công nghệ cho một chi tiết dạng hộp điển hình bằng vật liệu gang xám ở quy mô sản xuất loạt vừa ($11.440$ sản phẩm/năm). Công trình giải quyết tốt bài toán lựa chọn chuẩn tinh thống nhất, kết hợp nhuần nhuyễn giữa phương pháp giải tích và tra cứu thực nghiệm để xác lập chuỗi 17 nguyên công gia công cơ khí cùng chế độ cắt tối ưu trên hệ thống máy công cụ vạn năng. Toàn bộ các kết quả tính toán về dung sai, lượng dư, công suất máy và định mức thời gian đều đạt độ tin cậy cao, đảm bảo tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả kinh tế trong điều kiện sản xuất cơ khí thực tế.
