Đồ án quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc - ĐH SPKT TP.HCM

Tài liệu thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc hoàn chỉnh. Bao gồm đầy đủ bản vẽ kỹ thuật 2D 3D và thuyết minh tính toán chi tiết.

• Tác giả: Trần Phú
• Người hướng dẫn: Nguyễn Hoài Nam
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Cơ khí Chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc

Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc đóng vai trò quan trọng trong sản xuất cơ khí hiện đại. Càng lắc là chi tiết chịu tải trọng động, yêu cầu độ chính xác cao và khả năng chịu mỏi tốt. Quy trình công nghệ bao gồm các bước từ phân tích chi tiết, lựa chọn phôi, thiết kế tiến trình gia công, đến tính toán chế độ cắt và thiết kế đồ gá. Mục tiêu là đảm bảo năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế. Với sản lượng 80.000 chiếc/năm, quy trình cần tối ưu hóa thời gian gia công, giảm chi phí sản xuất và đảm bảo độ tin cậy. Áp dụng các phương pháp tiên tiến như CAD/CAM và phân tích phần tử hữu hạn giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Chức năng và đặc điểm kỹ thuật của chi tiết càng lắc

Chi tiết càng lắc có chức năng truyền lực và chuyển động trong hệ thống cơ khí. Đặc điểm cấu tạo bao gồm các mặt phẳng, lỗ trụ, rãnh then và các bề mặt gia công tinh. Vật liệu thường dùng là gang xám hoặc thép cacbon do yêu cầu chịu mài mòn và va đập. Các bề mặt cần gia công bao gồm mặt đầu, mặt bên, lỗ trụ và rãnh then. Độ nhám bề mặt yêu cầu dao động từ Ra 1.6 đến Ra 3.2 µm, dung sai kích thước đạt cấp 7-9. Kết cấu chi tiết ảnh hưởng trực tiếp đến phương pháp gia công, định vị và kẹp chặt trong quy trình sản xuất.

1.2. Vai trò của quy trình công nghệ trong sản xuất cơ khí

Quy trình công nghệ là nền tảng để sản xuất chi tiết cơ khí đạt chất lượng cao với chi phí thấp. Nó quyết định năng suất, độ chính xác và khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Quy trình công nghệ bao gồm lựa chọn phương pháp gia công, thiết bị, dụng cụ cắt và chế độ cắt phù hợp. Áp dụng quy trình chuẩn giúp giảm thiểu sai số, tăng tuổi thọ chi tiết và đảm bảo tính đồng nhất sản phẩm. Ngoài ra, quy trình công nghệ còn hỗ trợ quản lý sản xuất, lập kế hoạch và kiểm soát chất lượng hiệu quả.

II. Phân tích các vấn đề trong gia công chi tiết càng lắc

Gia công chi tiết càng lắc gặp nhiều thách thức do yêu cầu kỹ thuật cao và hình dạng phức tạp. Các vấn đề thường gặp bao gồm biến dạng nhiệt, rung động trong quá trình cắt, và khó khăn trong định vị chi tiết. Sai số gia công có thể phát sinh từ việc lựa chọn phôi không phù hợp, chế độ cắt không tối ưu hoặc đồ gá không đủ độ cứng vững. Ngoài ra, sản lượng lớn đòi hỏi quy trình phải đảm bảo năng suất ổn định, tránh tắc nghẽn sản xuất. Việc phân tích nguyên nhân gây sai lệch giúp đề xuất giải pháp khắc phục hiệu quả.

2.1. Các sai lệch thường gặp trong quá trình gia công

Sai lệch hình dạng bao gồm cong vênh, méo mó do ứng suất dư trong phôi. Sai lệch kích thước thường gặp là dung sai không đạt yêu cầu do dụng cụ cắt mòn hoặc chế độ cắt không phù hợp. Sai lệch vị trí tương quan giữa các bề mặt gia công cũng là vấn đề phổ biến, ảnh hưởng đến lắp ráp chi tiết. Nguyên nhân chủ yếu do lực kẹp không đủ, định vị không chính xác hoặc rung động trong quá trình gia công. Việc kiểm soát chặt chẽ các thông số công nghệ giúp giảm thiểu sai lệch này.

2.2. Ảnh hưởng của vật liệu phôi đến quy trình gia công

Vật liệu phôi quyết định phương pháp tạo phôi và chế độ cắt. Gang xám có độ cứng cao nhưng dễ gây rung động trong quá trình gia công. Thép cacbon dễ gia công hơn nhưng yêu cầu nhiệt luyện trước khi gia công tinh. Lựa chọn vật liệu không phù hợp dẫn đến tăng chi phí sản xuất hoặc giảm tuổi thọ dụng cụ cắt. Ngoài ra, cấu trúc vi mô của vật liệu ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt trong quá trình cắt. Việc nghiên cứu đặc tính vật liệu giúp tối ưu hóa quy trình công nghệ.

III. Phương pháp thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc

Thiết kế quy trình công nghệ bắt đầu bằng phân tích chi tiết, xác định dạng sản xuất và lựa chọn phương pháp tạo phôi. Sau đó, lập tiến trình công nghệ chi tiết bao gồm thứ tự gia công, gá đặt, so sánh phương án và chọn phương án tối ưu. Tiếp theo là thiết kế nguyên công, bao gồm chọn máy, dụng cụ cắt, chế độ cắt và tính toán thời gian gia công. Cuối cùng là thiết kế đồ gá đảm bảo định vị chính xác, kẹp chặt an toàn và đủ độ cứng vững. Mỗi bước đều phải tuân thủ nguyên tắc kỹ thuật và tiêu chuẩn sản xuất.

3.1. Lập tiến trình công nghệ gia công chi tiết

Tiến trình công nghệ được lập dựa trên nguyên tắc gia công từ thô đến tinh, từ bề mặt chính đến phụ. Bước đầu tiên là gia công các bề mặt chuẩn, sau đó gia công các bề mặt chính như lỗ trụ, mặt đầu. Tiếp theo là gia công các bề mặt phụ như rãnh then. Mỗi nguyên công đều phải đảm bảo dung sai và độ nhám yêu cầu. Việc sắp xếp thứ tự gia công hợp lý giúp giảm thời gian gá đặt và tăng năng suất. Ngoài ra, cần tính toán lượng dư gia công cho từng bề mặt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.2. Tính toán chế độ cắt và thời gian gia công

Chế độ cắt bao gồm tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt, được xác định dựa trên vật liệu chi tiết, vật liệu dụng cụ cắt và yêu cầu độ nhám. Tốc độ cắt quá cao gây mòn dụng cụ nhanh, trong khi quá thấp giảm năng suất. Lượng chạy dao phải phù hợp với độ cứng vững của chi tiết và dụng cụ cắt. Thời gian gia công được tính toán dựa trên chế độ cắt, lượng chạy dao và hành trình gia công. Việc tối ưu hóa chế độ cắt giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tuổi thọ dụng cụ.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của quy trình công nghệ

Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết càng lắc đạt hiệu quả cao khi đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế và sản xuất. Quy trình được xây dựng khoa học giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và tăng năng suất. Áp dụng công nghệ tiên tiến như CAD/CAM và phân tích phần tử hữu hạn giúp tối ưu hóa quy trình. Ngoài ra, quy trình còn hỗ trợ quản lý sản xuất, lập kế hoạch và kiểm soát chất lượng hiệu quả. Kết quả là sản phẩm đạt độ tin cậy cao, đáp ứng nhu cầu thị trường.

4.1. Đánh giá hiệu quả của quy trình công nghệ thiết kế

Quy trình công nghệ được đánh giá dựa trên các tiêu chí như năng suất, chất lượng sản phẩm, chi phí sản xuất và độ tin cậy. Năng suất được cải thiện nhờ tối ưu hóa chế độ cắt và giảm thời gian gá đặt. Chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu nhờ kiểm soát chặt chẽ dung sai và độ nhám. Chi phí sản xuất giảm nhờ lựa chọn vật liệu phôi phù hợp và tối ưu hóa chế độ cắt. Độ tin cậy của sản phẩm được nâng cao nhờ quy trình công nghệ được chuẩn hóa và kiểm soát chất lượng chặt chẽ.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong sản xuất hiện đại

Trong sản xuất hiện đại, quy trình công nghệ ngày càng được tích hợp với các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, internet vạn vật và sản xuất thông minh. Áp dụng các công nghệ này giúp tự động hóa quy trình sản xuất, giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công. Ngoài ra, quy trình công nghệ còn được ứng dụng trong sản xuất linh hoạt, cho phép sản xuất đa dạng sản phẩm với chi phí thấp. Việc nghiên cứu và phát triển quy trình công nghệ là yếu tố then chốt để nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG 1. Công dụng của chi tiết. Càng lắc là một chi tiết dạng càng có chức năng biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay của chi tiết khác. Ngoài ra chi tiết dạng càng còn dùng để đẩy bánh răng khi cần thay đổi tỉ số truyền trong hộp tốc độ.

Chi tiết gia công là cầu nối giữa 2 trục nhằm truyền chuyển động thẳng thành chuyển động quay, lỗ 24 được gắn vào một trục cố định, hai lỗ 16 ở 2 đầu của càng được gắn vào 2 trục, trục được gắn vào một đầu lỗ 16 chuyển động tịnh tiến làm cho càng quay quanh trục cố định sẽ làm cho trục được gắn vào lỗ 16 kia chuyển động quay tròn theo và truyền chuyển động đến bộ phần khác hay đến trục công tác. Một vấn đề nữa cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng của àng lắc: Đó là vật liệu được chọn làm càng lắc. Vật liệu phải được chọn sao cho hợp lý, đảm bảo về giá thành sản xuất, khả năng gia công và đặc biệt là khả năng có thể nhiệt luyện để đạt được độ cứng theo yêu cầu đề ra đối với chi tiết. Vật liệu chế tạo chi tiết.

Chi tiết là gang xám, kí hiệu GX 15-32, theo trang 220 tài liệu [4] và 220 [8] ta có các thông số sau: + Giới hạn bền kéo 150 N/mm2 + Độ dẻo dai   0,5% + Giới hạn bền uốn 320 N/mm2 + Gới hạn bền nén 600 N/mm2 + Độ cứng 170-229 HB, chọn HB = 190 + Dạng grafit: tấm nhỏ + Tính chất lý, hóa đủ đáp ứng chức năng phụ vụ vào công nghệ chế tạo - Chi tiết là gang xám kí hiệu: GX 15-32 nên ta chế tạo bằng phương pháp đúc. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết. Với chi tiết cho như bản vẽ, về kết cấu đã được đơn giản hóa gần như hoàn toàn. Với kết cấu đơn giản như vậy ta nên chọn phương pháp tạo phôi là đúc.

Là chi tiết dạng càng nên ta cần phải gia công đạt đạt được các yêu cầu kỹ thuật như: độ song song, độ vuông góc, độ trụ, độ tròn.được trình bày trên bản vẽ. Các bề mặt gia công chủ yếu là các bề mặt lỗ và bề mặt phẳng, nên sử dụng các phương pháp gia công chủ yếu như: phay, khoan, khoét, doa… Vì những phương pháp này cho năng suất cao. Về cơ bản tấc cả các bề mặt gia công thì dụng cụ cắt có thể tiếp cận được dễ dàng. Các bề mặt lỗ có thể gia công để đạt được độ chính xác Ra = 1.6 bằng phương pháp: khoét, doa, mài, chuốt.

6 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT 2. Sản lượng chi tiết cần chế tạo. - Số lượng chi tiết cần chế tạo trong một năm tính theo công thức : N = N0 .000 là số sản phẩm trong một năm theo kế hoạch. + m = 1 : Số lượng chi tiết trong một sản phẩm.

+  : Số phần trăm phế phẩm trong quá trình chế tạo (3%- 6%) + : Số phẩm trăm chi tiết chế tạo thêm để dự trữ(5% - 7%) - Ta chọn =5%, chọn  = 5% - Ta được: → N= 80.Khối lượng chi tiết. - Khối lượng của chi tiết được xác định theo công thức: Q = V × d Trong đó: Q : khối lượng của chi tiết (Kg) V : thể tích của chi tiết d : khối lượng riêng của vật liệu (kg/dm3) - Thể tích của chi tiết là : 0,259529 dm3, được tính bằng phần mềm Pro/E như sau: analisis\measure\volume. - Khối lượng riêng của gang xám là 7.2 (kg/dm3) - Khối lượng chi tiết là: Q = 7. Dạng sản xuất và đặc trưng của nó.

- Dựa theo sản lượng chi tiết và khối lượng chi tiết Q - trọng lượng chi tiết Dạng sản xuất > 200 kg 4÷200 kg < 4 kg Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc) Đơn chiết <5 < 10 < 100 Hàng loạt nhỏ 55 - 10 10 - 200 100 - 500 hàng loạt vừa 100 - 300 200 - 500 500 - 7500 Hoàng loạt lớn 300 - 1000 500 - 1000 5000 - 500000 Hàng khối > 1000 > 5000 > 50000 → Ta xác định được dạng sản xuất là hàng khối. 8 CHƯƠNG 3: CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 3. Chọn dạng phôi. Trong gia công cơ khí các dạng phôi có thể là: phôi đúc, rèn, dập, cán.

- Xác định loại và phương pháp chế tạo phôi nhằm mụt đích đảm bảo hiệu quả kinh tế-kĩ thuật chung của quy trình chế tạo chi tiết, đồng thời tổng phí tổn chế tạo chi tiết từ khâu chế tạo phôi cho tới công đoạn gai công chi tiết là thấp nhất. - Khi xác định loại phôi và phương pháp chế tạo phôi cho chi tiết ta cần quan tâm đến đặc điểm về kết cấu và yêu cầu về chiệu tải khi làm việc của chi tiết (hình dạng, kích thước, vật liệu, chức năng, điều kiện làm việc… - Sản lương lượng hàng năm của chi tiết - Điều kiện sản xuất thực tế xét về mặt kĩ thuật và tổ chức sản xuất (khả năng về thiết bị, trình độ chế tạo phôi…) - Mặt khác khi xác định phương pháp tạp phôi cho chi tiết ta cần quan tâm đến các đặc tính của phôi và lượng dư gia công ứng với loại phôi đó. Sau đây là một số đặc tính quan trọng của các loại phôi thường dùng: 3. Khả năng tạo hình và độ chính xác phụ thuộc vào cách chế tạo khuôn, có thể đúc được các chi tiết co hình dạng từ đơn giản đến phức tạp.

Phương pháp đúc với cách làm khuôn theo mẫu gỗ có độ chính xác của phôi đúc thấp. Phương pháp đúc áp lực trong khuôn kim loại cho đọ chính xác của phôi đúc cao. Phương pháp đúc trong khuôn cát, làm khuôn bằng thủ công có phạm vi ứng dụng rộng, không bị hạn chế bởi kính thước và khối lượng vật đúc, phí tổn chế tạo phôi thấp, tuy nhiên năng xuất không cao.Phương pháp đúc trong khuôm kim loại có phạm vi ứng dụng hẹp hơn về kích thước và khối lượng vật đúc, chi phí chế tạo khuôn cao, tuy nhiên phương pháp này cho năng suất cao, thích hợp cho sản xuất hàng loạt. Phôi tự do và phôi rèn khuôn chính xác thường được sử dụng trong ngành chế tạo máy.

Phôi rèn tự do có hệ số dung sai lớn, cho đọ bền cơ tính cao, phôi có tính dẻo và đàn hồi tốt. Ở phương pháp rèn tự do, thiết bị, dụng cụ chế tạo phôi là vạn năng, kết cấu đơn giản nhưng phawowng pháp này chỉ tạo chi tiết có hình dáng đơn giản và năng suất thấp. Rèn khuôn có độ chính xác cao, năng suất cao nhưng phụ thuộc vào độ chính xác khuôn, mặt khác khi rèn khuôn phải có khuôn chuyên dùng cho từng chi tiết, chi phí làm khuôn cao. Phương pháp này khó đạt các kích thước với đọ chính xác cấp 7-8, nhưng chi tiết có hình dạng phức tạp.

Có profin đơn giản như: tròn, vuông, lục giác, lăng trụ…dùng để chế tạo các trục trơn, trục bậc có đường kính ít thay đổi, hình ống, ống vạt, tay gạt, trục ren, mặt bích. Phôi cán định hình phổ biến thường là phôi thép góc, thép hình: I, U, V…được dùng nhiều trong 9 các kết cấu lắp, phôi cán định hình cho từng lĩnh vực riêng, được dùng chế tạo các toa tàu, các máy kéo máy nâng…Phôi cán có cơ tính cao, sai số phôi cán thường thấp, độ chính xác thường là cấp 9→12. Phôi cán được dùng hợp lý trong trường hợp sau, khi cán không cần phải gia công cơ tiếp theo, điếu đó quan trọng khi chế tạo chi tiết bằng thép và hợp kim khó gia công, đắt tiền → Chi tiết có hình dạng khá phức tạp, có một số mặt gia công có độ chính xác cấp 6→ 7 ta không dùng phương pháp này để chế tạo phôi. Ngoài ra trong sản xuất thực tế người ta còn dùng phôi hàn nhưng vi mô nhỏ hơn.

Chọn phương pháp chế tạo phôi. Dựa vào đặc điểm của các phương pháp chế tạo phôi trên ta chọn phương pháp đúc vì: + Giá thành chế tạo vật đúc rẻ + Thiết bị đầu tư ở phương pháp này tương đối đơn giản nên đầu tư thấp + Phù hợp với sản xuất hàng loạt lớn + Độ nhám bề mặt, độ chính xác phôi đúc 3. Phương pháp chế tạo phôi. Trong đúc phôi có những phương pháp sau: a.

Đúc trong khuôn cát – mẫu gỗ. - Chất lượng bề mặt đúc không cao, giá thành thấp, trang thiết bị đơn giản, phù hợp cho sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ. -Loại phôi này có cấp chính xác IT16 → IT17. -Độ nhám bề mặt: Rz=160m.

- Phương pháp này cho năng suất trung bình, chất lượng bề mặt không cao, gây khó khăn cho những bề mặt không gai công cơ.Đúc trong khuôn cát mẫu kim loại. - Nếu công việc làm khuôn được thực hiện bằng máy thì có cấp chính xác khá cao, giá thành cao hơn so với đúc trong khuôn cát mẫu gỗ. - Cấp chính xác của phôi: IT15 → IT16. - Độ nhám bề mặt: Rz=80m.=> chất lượng bề mặt của chi tiết tốt hơn phương pháp đúc với mẫu gỗ, đúc được những chi tiết hình dạng lớn và phức tạp, nên phù hợp cho sản xuất hàng loạt vừa và lớn.

Đúc trong khuôn kim loại. - Độ chính xác cao, giá thành đầu tư lớn, phôi có hình dạng gần giống chi tiết lượng dư nhỏ, tiết kiệm được vật liệu nhưng giá thành sản phẩm cao. - Cấp chính xác của phôi: IT14 → IT15. 10 - Độ nhám bề mặt: Rz=40m.

→ Phương pháp này cho năng suất cao, đặt tính kĩ thuật tốt nhưng giá thành cao nên không phù hợp trong sản xuất hàng loạt vừa và lớn. - Loại này chỉ phù hợp với chi tiết dạng tròn xoay, đối xứng, rỗng đặc biệt là các chi tiết hình ống. - Khó nhận được đường kính lỗ bên trong vật đúc chính xác vì khó định lượng kim loại rót vào khuôn chính xác. - Chất lượng bề mặt trong vật đúc kém, vì chứa nhiều tạp chất và sỉ e.

- Dùng áp lực đẻ điền đầy kim loại trong khuôn. Hợp kim để đúc dưới áp lực thường là: Thiếc, chì, kẽm, magie, nhôm, đồng. - Đúc dưới áp lực thường chế tạo các chi tiết phức tạp như: vỏ bơm xăng, dầu. - Trang thiết bị đắt nên giá thành sản phẩm cao.

Nhưng không phù hợp với sản xuất vừa vì giá thành cao. Đúc trong khuôn mỏng. - Là dạng đúc trong khuôn cát nhưng thành khuôn mỏng chừng 6-8mm. - Có thể đúc được gang, thép, kim loại màu như khuôn cát, khối lượng vật đúc đến 100kg.

- Dùng trong sản xuất hàng loại vừa và lớn.