Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chế tạo máy và thiết bị công nghiệp, chi tiết dạng càng (cụ thể là càng gạt) là một trong những bộ phận cơ bản có vai trò quan trọng. Càng gạt thường đảm nhận nhiệm vụ chuyển hóa chuyển động thẳng của một cơ cấu thành chuyển động quay của một trục hoặc chi tiết khác, đồng thời được ứng dụng rộng rãi trong các hộp tốc độ của máy công cụ để gạt, đẩy bánh răng trượt nhằm thay đổi tỉ số truyền và vận tốc làm việc. Để đáp ứng chức năng truyền lực và độ bền trong điều kiện làm việc liên tục, việc thiết lập một quy trình công nghệ gia công cơ khí hoàn chỉnh, tối ưu hóa lượng dư, chế độ cắt và thiết kế trang bị công nghệ chuyên dùng (đồ gá) là yêu cầu kỹ thuật cốt lõi.

Đề tài "Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng gạt" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số trong đề cương kỹ thuật như sau:

  1. Nghiên cứu chi tiết gia công: Phân tích chức năng làm việc, điều kiện làm việc và tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết.
  2. Xác định dạng sản xuất: Tính toán sản lượng cơ khí hàng năm và khối lượng chi tiết để xác định quy mô sản xuất.
  3. Chọn phôi và phương pháp tạo phôi: Lựa chọn vật liệu, phương pháp đúc phôi hợp lý, tra lượng dư và dung sai phôi đúc cho các bề mặt.
  4. Lập tiến trình công nghệ: Xác định đường lối công nghệ, thứ tự gia công, sơ đồ gá đặt và lựa chọn phương án công nghệ tối ưu.
  5. Thiết kế nguyên công: Lập sơ đồ gá đặt (định vị và kẹp chặt), chọn thiết bị máy móc, kết cấu dụng cụ cắt; xác định các bước gia công, tra và tính toán chế độ cắt ($s, v, t$), tính thời gian gia công từng chiếc ($T_{tc}$); tính toán chuyên sâu lượng dư và chế độ cắt cho Nguyên công 2 (phay mặt đầu B).
  6. Thiết kế đồ gá chuyên dùng: Lập sơ đồ nguyên lý, kết cấu đồ gá cho nguyên công phay mặt đầu; tính toán lực kẹp cần thiết và lực kẹp cơ cấu; xác định sai số chế tạo cho phép của đồ gá và kiểm nghiệm điều kiện bền của các chi tiết chịu lực.
  7. Xây dựng hệ thống bản vẽ kỹ thuật: Bao gồm 1 bản vẽ chi tiết (A3), 1 bản vẽ chi tiết lồng phôi (A3), 1 bản vẽ mẫu đúc (A3), 1 bản vẽ lắp khuôn đúc (A3), 4 bản vẽ sơ đồ nguyên công (A3), 1 bản vẽ tách chi tiết đồ gá (A3) và 1 bản vẽ lắp đồ gá hoàn chỉnh (A1).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là chi tiết càng gạt được chế tạo từ gang xám GX 15-32. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở quy mô sản xuất với sản lượng kế hoạch $N_0 = 80.000$ sản phẩm/năm, sản lượng chi tiết tính toán thực tế $N = 40.000$ chiếc/năm (thuộc dạng sản xuất hàng loạt lớn đến hàng khối), điều kiện thiết bị máy công cụ vạn năng và chuyên dùng trong xưởng cơ khí, thực hiện tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong học kỳ II, năm học 2021-2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu được triển khai dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật công nghệ chế tạo máy, lý thuyết cắt gọt kim loại, lý thuyết định vị 6 bậc tự do trong công nghệ gia công cơ khí và tiêu chuẩn hóa trang thiết bị công nghệ.

Tác giả sử dụng hệ thống tài liệu tra cứu, bảng chuẩn định mức và giáo trình kỹ thuật chuyên ngành:

  • Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy (Tập 1, Tập 2, Tập 3) do GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS. Lê Văn Tiến, PGS.TS. Ninh Đức Tốn, PGS.TS. Trần Xuân Việt biên soạn, dùng để tra cứu lượng dư phôi đúc, bảng chế độ cắt, công suất cắt, thông số hình học dụng cụ cắt và thiết bị máy công cụ.
  • Giáo trình và tài liệu Hướng dẫn Thiết kế Đồ án Công nghệ Chế tạo máy của tác giả Hồ Viết Bình, dùng để tính toán chuỗi kích thước lượng dư, xác định công bội cấp tốc độ máy ($\varphi$), tính toán thời gian gia công cơ bản ($T_o$) và thời gian từng chiếc ($T_{tc}$).
  • Bảng tiêu chuẩn dung sai lắp ghép và độ nhám bề mặt theo TCVN đối với các bề mặt làm việc của gang xám.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Đánh giá tính công nghệ kết cấu, phân tích công dụng các mặt chuẩn, lựa chọn bề mặt gia công và phương án gá đặt.
  • Phương pháp giải tích kết hợp tra bảng thực nghiệm: Tính toán sản lượng theo công thức kinh tế - kỹ thuật; xác định chế độ cắt ($t, s, v, n$) qua các hệ số hiệu chỉnh điều kiện gia công thực tế ($K_1, K_2, K_3, K_4, K_5, K_6$); kiểm nghiệm công suất cắt $N_c$ so với công suất định mức của động cơ máy $N_m$.
  • Phương pháp thiết kế cơ cấu định vị và kẹp chặt: Áp dụng nguyên tắc định vị 6 bậc tự do (nguyên tắc 3-2-1), tính toán lực cắt danh nghĩa để xác định lực kẹp danh định qua hệ số an toàn $K$, tính toán cân bằng lực và sai số gá đặt đồ gá ($\varepsilon_{gd} = \sqrt{\varepsilon_c^2 + \varepsilon_k^2 + \varepsilon_{ct}^2 + \varepsilon_m^2}$).

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán gồm các thông số cơ tính của vật liệu gang xám GX 15-32, bảng đặc tính kỹ thuật của máy phay đứng 6H12, máy phay ngang 6H82, máy khoan đứng 2H135, máy khoan 2A125 và thông số hình học của các loại dao phay mặt đầu BK6, dao phay đĩa ba mặt răng, mũi khoan thép gió, mũi khoét và mũi doa hợp kim cứng BK8.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Nghiên cứu chi tiết gia công và tạo phôi

Chương này tập trung khảo sát tính năng làm việc của chi tiết càng gạt, cơ tính vật liệu, xác định quy mô sản xuất và phương pháp đúc phôi.

Vật liệu được lựa chọn chế tạo là gang xám GX 15-32 với các chỉ tiêu cơ lý tính:

  • Giới hạn bền kéo: $\sigma_k = 150 \text{ N/mm}^2$.
  • Giới hạn bền uốn: $\sigma_u = 320 \text{ N/mm}^2$.
  • Giới hạn bền nén: $\sigma_n = 600 \text{ N/mm}^2$.
  • Độ giãn dài tương đối: $\delta = 0,5%$.
  • Độ cứng: $170 - 229 \text{ HB}$, chọn giá trị tính toán $\text{HB} = 190$.
  • Tổ chức kim loại: Dạng graphit tấm nhỏ mịn, có tính giảm chấn và chống mài mòn tốt, phù hợp cho thân máy, gối đỡ, ổ trượt và cần gạt.
Thông số kỹ thuật bề mặt gia công Kích thước / Ký hiệu Cấp chính xác Độ nhám bề mặt Phương pháp gia công
Lỗ trục chính C $\varnothing 30^{+0,025} \text{ mm}$ (H7) Cấp 7 $R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$ Khoan - Khoét - Doa
Lỗ làm việc E (2 lỗ) $\varnothing 10^{+0,018} \text{ mm}$ Cấp 7 $R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$ Khoan - Doa
Mặt phẳng đáy A Chuẩn tinh chính Cấp 9 $R_z = 25 \ \mu\text{m}$ Phay
Rãnh trượt F $20^{\pm 0,025} \text{ mm}$ Cấp 9 $R_z = 25 \ \mu\text{m}$ Phay rãnh
Độ không song song các mặt đầu — — $\le 0,05 \text{ mm}$ —
Độ không vuông góc đáy với mặt B — — $\le 0,05 \text{ mm}$ —

Sản lượng chi tiết gia công trong một năm được xác định qua công thức: $$N = N_0 \cdot m \cdot \left(1 + \frac{\alpha}{100}\right) \cdot \left(1 + \frac{\beta}{100}\right)$$ Với $N_0 = 80.000$ (kế hoạch), số lượng chi tiết trong 1 sản phẩm $m = 1$, tỉ lệ phế phẩm đúc $\alpha = 3%$, tỉ lệ chế tạo dự trữ $\beta = 5%$. Kết quả tính toán đưa ra quy mô sản xuất thực tế $N = 40.000$ chi tiết/năm. Kết hợp với khối lượng riêng của gang xám ($d = 7,2 \text{ kg/dm}^3$) và thể tích chi tiết, dạng sản xuất được xác định là hàng loạt lớn.

Tác giả so sánh các phương pháp tạo phôi (rèn dập, cán, đúc khuôn cát, đúc khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc liên tục, đúc mẫu chảy). Do chi tiết làm từ gang xám GX 15-32 và kết cấu dạng hộp không quá phức tạp, phương pháp đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy, độ chính xác chi tiết đúc cấp II được lựa chọn. Đúc sử dụng 2 hòm khuôn, mặt phân khuôn là mặt đáy phẳng của chi tiết. Lượng dư đúc tra bảng cho bề mặt đạt 4 mm (dung sai $\pm 0,5 \text{ mm}$) hoặc 3 mm, độ nhám bề mặt sau khi đúc đạt $R_z = 80 \ \mu\text{m}$.

Chương II: Thiết kế trình tự gia công

Chương II phân tích đường lối công nghệ, nguyên tắc phân tán nguyên công và lựa chọn phương án bố trí các bước gia công hợp lý. Tác giả chọn phương án gia công phân tán trên các máy vạn năng kết hợp đồ gá chuyên dùng, gia công một vị trí tuần tự nhằm đảm bảo độ chính xác yêu cầu.

Chuẩn định vị chính được xác lập thống nhất trong suốt tiến trình:

  • Mặt đáy A: Định vị 3 bậc tự do (chuẩn tinh chính).
  • Lỗ C ($\varnothing 30 \text{ mm}$): Định vị 2 bậc tự do.
  • Rãnh F hoặc chốt định vị phụ: Định vị 1 bậc tự do chống xoay.

Tiến trình công nghệ gồm 6 nguyên công chính:

  1. Nguyên công 1: Phay mặt phẳng A (chuẩn tinh chính).
  2. Nguyên công 2: Phay mặt đầu B.
  3. Nguyên công 3: Gia công khoan, khoét, doa lỗ C $\varnothing 30^{+0,025} \text{ mm}$.
  4. Nguyên công 4: Phay 2 mặt phẳng bên D1 và D2.
  5. Nguyên công 5: Gia công khoan, doa 2 lỗ E $\varnothing 10^{+0,018} \text{ mm}$.
  6. Nguyên công 6: Phay rãnh F.

Chương III: Thiết kế nguyên công

Chương này đi sâu vào thiết lập sơ đồ gá đặt, chọn máy, chọn dao, chia bước gia công, tính toán chế độ cắt và thời gian gia công cho từng nguyên công:

  • Nguyên công 1 (Phay mặt A): Định vị 6 bậc tự do (2 phiến tỳ phẳng hạn chế 3 bậc, khối V ngắn hạn chế 2 bậc, chốt tỳ chỏm cầu hạn chế 1 bậc). Kẹp chặt bằng cơ cấu kẹp ren hướng vào khối V ngắn. Máy phay đứng vạn năng 6H12 (công suất động cơ 7 kW, tốc độ trục chính $30 - 1500 \text{ v/ph}$, 18 cấp tốc độ). Dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng BK6 ($D = 75 \text{ mm}, Z = 10$, tuổi bền $T = 120 \text{ phút}$). Chia làm 2 bước:

    • Phay thô: Lượng dư $Z_{b1} = 3 \text{ mm}$, chiều sâu cắt $t = 3 \text{ mm}$, lượng chạy dao răng $S_z = 0,18 \text{ mm/răng}$, vận tốc cắt tính toán $V_t = 116,2 \text{ m/ph}$, tốc độ trục chính máy chọn $n_m = 475 \text{ v/ph}$, vận tốc cắt thực tế $V_{tt} = 111,9 \text{ m/ph}$, lượng chạy dao phút máy $S_{ph} = 375 \text{ mm/ph}$, công suất cắt $N_c = 6,6 \text{ kW} < N_m = 7 \text{ kW}$, thời gian từng chiếc $T_{tc} = 0,886 \text{ phút}$.
    • Phay bán tinh: Lượng dư $Z_{b2} = 1 \text{ mm}$, chiều sâu cắt $t = 1 \text{ mm}$, lượng chạy dao vòng $S_o = 1 \text{ mm/vòng}$, $V_t = 148 \text{ m/ph}$, chọn $n_m = 600 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 141,3 \text{ m/ph}$, $S_{ph} = 300 \text{ mm/ph}$, công suất cắt $N_c = 3,3 \text{ kW} < N_m = 7 \text{ kW}$, thời gian từng chiếc $T_{tc} = 0,728 \text{ phút}$.

  • Nguyên công 2 (Phay mặt đầu B): Định vị qua phiến tỳ phẳng (3 bậc), khối V ngắn (2 bậc), chốt tỳ chỏm cầu (1 bậc). Kẹp chặt bằng cơ cấu bánh lệch tâm lên phiến tỳ. Sử dụng máy phay đứng 6H12, dao phay mặt đầu hợp kim cứng BK6 ($D = 75 \text{ mm}, Z = 10$).

    • Phay thô: Lượng dư $Z_{b1} = 2 \text{ mm}$, $t = 2 \text{ mm}$, $S_z = 0,18 \text{ mm/răng}$, chọn tốc độ máy $n_m = 600 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 141,3 \text{ m/ph}$, $S_{ph} = 375 \text{ mm/ph}$, công suất $N_c = 3,8 \text{ kW} < N_m = 7 \text{ kW}$, thời gian $T_{tc} = 0,456 \text{ phút}$.
    • Phay tinh / bán tinh: Lượng dư $Z_{b2} = 0,5 \text{ mm}$, $t = 1 \text{ mm}$, chọn $n_m = 600 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 141,3 \text{ m/ph}$, $S_{ph} = 300 \text{ mm/ph}$, công suất $N_c = 1,9 \text{ kW}$, thời gian $T_{tc} = 0,392 \text{ phút}$.

  • Nguyên công 3 (Khoan, khoét, doa lỗ C $\varnothing 30^{+0,025} \text{ mm}$): Định vị mặt đáy bằng phiến tỳ phẳng (3 bậc), khối V ngắn (2 bậc), chốt tỳ chỏm cầu (1 bậc). Kẹp chặt bằng cơ cấu cam kẹp. Máy khoan đứng 2H135 (công suất $N_m = 4 \text{ kW}$, 9 cấp tốc độ $31,5 - 1400 \text{ v/ph}$, 9 cấp chạy dao $0,1 - 1,6 \text{ mm/vòng}$).

    • Bước 1 (Khoan đạt $\varnothing 28 \text{ mm}, R_z = 40 \ \mu\text{m}$): Mũi khoan ruột gà thép gió đuôi côn kiểu I ($d = 28 \text{ mm}, L = 285 \text{ mm}, l = 265 \text{ mm}, T = 60 \text{ phút}$). Chiều sâu cắt $t = 14 \text{ mm}$, lượng chạy dao $S = 0,9 \text{ mm/vòng}$, $n_m = 252 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 22,15 \text{ m/ph}$, công suất $N_c = 3 \text{ kW} < 4 \text{ kW}$, thời gian $T_{tc} = 0,383 \text{ phút}$.
    • Bước 2 (Khoét đạt $\varnothing 29,8 \text{ mm}, R_a = 2,5 \ \mu\text{m}$): Mũi khoét hợp kim cứng K40 (BK8) $\varnothing 29,8 \text{ mm}$ ($T = 30 \text{ phút}$). Chiều sâu cắt $t = 0,9 \text{ mm}$, $S = 0,8 \text{ mm/vòng}$, $n_m = 1008 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 94,3 \text{ m/ph}$, công suất $N_c = 2,1 \text{ kW}$, thời gian $T_{tc} = 0,096 \text{ phút}$.
    • Bước 3 (Doa đạt $\varnothing 30 \text{ mm}, R_a = 0,8 \ \mu\text{m}$): Mũi doa hợp kim cứng K40 (BK8) $\varnothing 30 \text{ mm}$ ($T = 60 \text{ phút}$). Chiều sâu cắt $t = 0,1 \text{ mm}$, $S = 1 \text{ mm/vòng}$, $n_m = 1008 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 94,95 \text{ m/ph}$, công suất $N_c = 2,1 \text{ kW}$, thời gian $T_{tc} = 0,078 \text{ phút}$.
    • Tổng thời gian nguyên công: $T_{ct} = 0,557 \text{ phút}$.

  • Nguyên công 4 (Phay 2 mặt D1 và D2): Định vị mặt đáy bằng phiến tỳ (3 bậc), chốt trụ ngắn vào lỗ $\varnothing 30$ (2 bậc), chốt tỳ chỏm cầu chống xoay (1 bậc). Kẹp chặt bằng ren vít. Máy phay ngang 6H82 (công suất động cơ 7 kW, 18 cấp tốc độ $30 - 1500 \text{ v/ph}$, bước tiến dọc $35 - 980 \text{ mm/ph}$). Sử dụng bộ 2 dao phay đĩa 3 mặt răng hợp kim cứng (Dao I: $D_1 = 125 \text{ mm}, B_1 = 12 \text{ mm}$; Dao II: $D_2 = 160 \text{ mm}, B_2 = 14 \text{ mm}$). Lượng dư gia công $Z_p = 2,5 \text{ mm}$, $t = 2,5 \text{ mm}$, $S_z = 0,2 \text{ mm/răng}$, chọn $n_m = 1180 \text{ v/ph}$, $V_{tt} = 463,15 \text{ m/ph}$, $S_{ph} = 475 \text{ mm/ph}$, công suất cắt $N_c = 1,9 \text{ kW} < N_m = 2,8 \text{ kW}$, thời gian $T_{tc} = 0,054 \text{ phút}$.

  • Nguyên công 5 (Khoan, doa 2 lỗ E $\varnothing 10^{+0,018} \text{ mm}$): Định vị mặt đáy bằng phiến tỳ (3 bậc), khối V ngắn (2 bậc), chốt tỳ chống xoay (1 bậc). Kẹp chặt bằng ren xuyên qua lỗ $\varnothing 30$. Máy khoan đứng 2A125 ($N_m = 2,8 \text{ kW}$, 9 cấp tốc độ $97 - 1360 \text{ v/ph}$, bước tiến $0,1 - 0,81 \text{ mm/vòng}$).

    • Bước khoan: Mũi khoan ruột gà thép gió đuôi trụ kiểu I ($d = 9,8 \text{ mm}, L = 184 \text{ mm}, l = 121 \text{ mm}, T = 60 \text{ phút}$). Đạt kích thước $\varnothing 9,8 \text{ mm}, R_z = 40 \ \mu\text{m}$, $t = 4,9 \text{ mm}$, $S = 0,24 \text{ mm/vòng}$, $V_b = 34 \text{ m/ph}$.
    • Bước doa: Mũi doa hợp kim cứng K40 (BK8) $\varnothing 10 \text{ mm}$ ($T = 60 \text{ phút}$), đạt $\varnothing 10 \text{ mm}, R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$.

Chương IV: Tính lượng dư

Chương IV trình bày việc tính toán giải tích chuỗi lượng dư cho Nguyên công 2 (Phay mặt đầu B). Quá trình phân bổ lượng dư đảm bảo hớt sạch lớp vỏ cứng biến trắng do đúc và lớp sai lệch hình học bề mặt:

  • Lượng dư phay thô: $Z_{b1} = 2,0 \text{ mm}$ đến $3,0 \text{ mm}$, hớt bỏ phần lớn lượng dư đúc không đều.
  • Lượng dư phay bán tinh: $Z_{b2} = 0,5 \text{ mm}$ đến $1,0 \text{ mm}$, triệt tiêu sai số gá đặt và độ nhám từ bước thô, đạt cấp chính xác kích thước và độ nhẵn bóng bề mặt $R_z = 25 \ \mu\text{m}$.

Chương V: Tính toán chế độ cắt

Chương V tổng hợp phương pháp xác định vận tốc cắt và công suất cắt lý thuyết cho Nguyên công II. Tác giả thực hiện tính toán chi tiết từ vận tốc bảng $V_b$, nhân các hệ số điều chỉnh về vật liệu gang ($K_1 = 0,89$), chu kỳ bền dao ($K_2 = 0,8$), mác hợp kim ($K_3 = 1,0$), trạng thái bề mặt đúc ($K_4 = 0,8$), chiều rộng phay ($K_5 = 1,0$) và góc nghiêng chính ($K_6 = 1,0$), từ đó quy đổi về vòng quay trục chính chuẩn của máy phay đứng 6H12 ($n_m = 600 \text{ v/ph}$) và kiểm tra an toàn công suất động cơ ($N_c \le 3,8 \text{ kW} < N_m = 7 \text{ kW}$).

Phần VI: Tính toán thiết kế đồ gá

Phần VI thực hiện tính toán thiết kế đồ gá chuyên dùng cho nguyên công phay mặt đầu:

  • Xác định lực cắt sinh ra trong quá trình phay mặt đầu dựa trên công thức giải tích cắt gọt với chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao $S_z$ và đường kính dao $D = 75 \text{ mm}$.
  • Tính toán lực kẹp cần thiết: Lực kẹp $W$ được xác định dựa trên điều kiện chống trượt và chống lật chi tiết dưới tác dụng của lực cắt tiếp tuyến $P_z$ và lực chạy dao $P_x$, có xét đến hệ số an toàn $K$ ($K = K_0 \cdot K_1 \cdot K_2 \cdot K_3 \cdot K_4 \cdot K_5 \cdot K_6$).
  • Thiết kế cơ cấu kẹp chặt: Sử dụng cơ cấu kẹp ren kết hợp bánh lệch tâm, đảm bảo thao tác kẹp nhanh, đủ lực và không gây biến dạng chi tiết gia công.
  • Tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá: $[\varepsilon_{ct}]$ được xác định từ dung sai nguyên công của chi tiết trừ đi sai số gá đặt, sai số mòn đồ gá và sai số điều chỉnh máy, đảm bảo đồ gá đạt độ chính xác khi gia công hàng loạt.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  1. Xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ gia công chi tiết càng gạt qua 6 nguyên công hợp lý, bảo đảm độ chính xác kích thước lỗ $\varnothing 30^{+0,025} \text{ mm}$ (cấp 7, $R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$), 2 lỗ $\varnothing 10^{+0,018} \text{ mm}$ (cấp 7, $R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$), độ phẳng và độ vuông góc các mặt đầu không quá $0,05 \text{ mm}$.
  2. Tối ưu hóa chế độ cắt cho từng bước công nghệ: Tất cả các nguyên công đều được tính toán và kiểm tra công suất cắt $N_c$ nằm trong giới hạn công suất cho phép của máy công cụ ($N_c < N_m$), đảm bảo máy móc hoạt động bền bỉ, an toàn.
  3. Xác lập định mức thời gian gia công: Thời gian nguyên công được xác định cụ thể (nguyên công phay mặt A mất $1,614 \text{ phút}$, nguyên công khoan khoét doa lỗ $\varnothing 30$ mất $0,557 \text{ phút}$, nguyên công phay 2 mặt D1-D2 mất $0,054 \text{ phút}$), đáp ứng tốt tiến độ sản xuất $40.000$ chi tiết/năm.
  4. Thiết kế hoàn thiện bộ trang bị công nghệ đồ gá chuyên dùng cho nguyên công phay mặt đầu, bao gồm kết cấu định vị chuẩn 6 bậc tự do, cơ cấu kẹp chặt đủ lực và tính toán độ bền chi tiết chịu lực.

Đóng góp chính của đồ án là đã giải quyết bài toán chuyển tiếp từ bản vẽ thiết kế kết cấu sang quy trình sản xuất cơ khí hàng loạt lớn khả thi, lựa chọn phương pháp tạo phôi đúc khuôn cát làm khuôn bằng máy có tính kinh tế cao, giảm hao phí kim loại và nâng cao năng suất gia công cơ khí.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Mức độ tính toán giải tích chuyên sâu chỉ tập trung chủ yếu vào Nguyên công 2 (phay mặt đầu B) và thiết kế đồ gá cho một nguyên công đơn lẻ; các nguyên công còn lại chủ yếu sử dụng phương pháp tra bảng định mức kinh nghiệm.
  • Đồ án chưa thực hiện mô phỏng số quá trình cắt gọt, chưa kiểm nghiệm biến dạng nhiệt hoặc ứng suất dư của vật liệu gang xám bằng các phần mềm CAE/CAM hiện đại.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Ứng dụng trung tâm gia công CNC (phay - khoan tích hợp đa trục) để giảm số lần gá đặt từ 6 nguyên công phân tán xuống 2–3 nguyên công tập trung, nâng cao năng suất và độ chính xác vị trí tương quan.
  • Tự động hóa khâu cấp và tháo phôi trên đồ gá bằng cơ cấu khí nén hoặc thủy lực thay cho thao tác kẹp ren/cam thủ công.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Chế tạo máy, Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học Công nghệ Chế tạo máy, đồ án Trang bị công nghệ (Đồ gá) và đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cơ khí chế tạo.
  • Các kỹ thuật viên công nghệ và kỹ sư cơ khí cần tài liệu tra cứu các bước lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết dạng càng, phương pháp tính toán chế độ cắt, chuỗi kích thước lượng dư và phương pháp thiết kế đồ gá chuyên dùng.

Câu hỏi thường gặp

Chi tiết càng gạt trong đồ án được chế tạo từ vật liệu gì và có các chỉ tiêu cơ tính nào?

Chi tiết được chế tạo từ gang xám GX 15-32. Vật liệu này có giới hạn bền kéo $150 \text{ N/mm}^2$, giới hạn bền uốn $320 \text{ N/mm}^2$, giới hạn bền nén $600 \text{ N/mm}^2$, độ giãn dài tương đối $\delta = 0,5%$, độ cứng trong khoảng $170 - 229 \text{ HB}$ (chọn tính toán $190 \text{ HB}$), cấu trúc graphit tấm nhỏ mịn.

Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp chế tạo phôi đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy?

Do chi tiết làm từ gang xám GX 15-32, dạng kết cấu hộp không quá phức tạp, sản lượng tính toán lớn ($40.000$ chiếc/năm). Phương pháp đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy đạt cấp chính xác II, độ nhám $R_z = 80 \ \mu\text{m}$, bảo đảm chất lượng đồng đều, giảm giá thành chế tạo khuôn mẫu so với khuôn kim loại và đáp ứng tốt điều kiện sản xuất hàng loạt lớn.

Bề mặt chuẩn tinh chính trong quy trình công nghệ là bề mặt nào và khống chế bao nhiêu bậc tự do?

Chuẩn tinh chính là mặt phẳng đáy A. Bề mặt này được đặt lên 2 phiến tỳ phẳng để khống chế 3 bậc tự do, phối hợp với lỗ trụ chính C khống chế 2 bậc tự do và một chốt định vị phụ khống chế 1 bậc tự do chống xoay để tạo thành hệ định vị 6 bậc tự do hoàn chỉnh.

Nguyên công gia công lỗ $\varnothing 30^{+0,025} \text{ mm}$ được thực hiện qua các bước công nghệ nào và trên thiết bị gì?

Gia công lỗ $\varnothing 30^{+0,025} \text{ mm}$ (cấp chính xác 7, $R_a = 1,6 \ \mu\text{m}$) được thực hiện tại Nguyên công 3 trên máy khoan đứng 2H135 ($N_m = 4 \text{ kW}$) qua 3 bước:

  1. Khoan đạt đường kính $\varnothing 28 \text{ mm}$ bằng mũi khoan thép gió đuôi côn ($S = 0,9 \text{ mm/vòng}, V = 22,15 \text{ m/ph}$).
  2. Khoét đạt đường kính $\varnothing 29,8 \text{ mm}$ bằng mũi khoét gắn mảnh hợp kim cứng BK8 ($S = 0,8 \text{ mm/vòng}, V = 94,3 \text{ m/ph}$).
  3. Doa đạt kích thước hoàn thiện $\varnothing 30 \text{ mm}$ bằng mũi doa gắn mảnh hợp kim cứng BK8 ($S = 1,0 \text{ mm/vòng}, V = 94,95 \text{ m/ph}$).

Kết quả kiểm tra công suất cắt $N_c$ so với công suất máy $N_m$ ở nguyên công phay thô mặt đầu (Nguyên công 2) đạt bao nhiêu?

Khi phay thô mặt đầu B với chiều sâu cắt $t = 2 \text{ mm}$, lượng chạy dao phút $S_{ph} = 375 \text{ mm/ph}$, vận tốc cắt thực tế $V_{tt} = 141,3 \text{ m/ph}$, công suất cắt tính toán là $N_c = 3,8 \text{ kW}$. Giá trị này nhỏ hơn công suất định mức của động cơ máy phay đứng 6H12 ($N_m = 7 \text{ kW}$), chứng minh chế độ cắt lựa chọn thỏa mãn điều kiện làm việc an toàn của thiết bị.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng gạt" của tác giả Bùi Phước Phi đã xây dựng hoàn chỉnh và chuẩn mực một quy trình công nghệ gia công cơ khí hoàn chỉnh cho sản lượng hàng loạt lớn $40.000$ chi tiết/năm. Các nội dung từ lựa chọn phôi đúc cấp chính xác II, phân chia 6 nguyên công gia công, tính toán chi tiết chế độ cắt và thời gian từng chiếc đến thiết kế đồ gá chuyên dùng đều được luận giải chặt chẽ dựa trên cơ sở khoa học và sổ tay công nghệ chế tạo máy. Công trình là tài liệu học thuật và kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật của ngành Công nghệ Chế tạo máy.