Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chế tạo máy, việc thiết kế quy trình công nghệ gia công đóng vai trò cốt lõi nhằm chuyển đổi bản vẽ thiết kế kỹ thuật thành sản phẩm cơ khí hoàn chỉnh, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế. Cùng với sự phát triển của các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) và hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM), công tác thiết kế quy trình gia công cho các máy công cụ điều khiển số (CNC) ngày càng đòi hỏi độ chính xác cao, tính công nghệ hợp lý và năng suất ổn định.

Đồ án tập trung nghiên cứu chi tiết Ổ gá dao tiện CNC – một chi tiết dạng hộp chuyên dụng trong máy tiện CNC tốc độ cao. Chi tiết này có nhiệm vụ kẹp chặt các loại cán dao tiện, định vị chính xác vị trí dụng cụ cắt so với trục chính và bảo đảm độ đồng tâm trong quá trình cắt gọt để ngăn ngừa hư hại cho dao và phôi. Thân ổ gá dao còn tích hợp các lỗ dẫn dung dịch trơn nguội trực tiếp đến vị trí cắt, giúp giảm thời gian thay dao và tăng hiệu suất làm việc của toàn bộ hệ thống máy.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể như sau:

  1. Phân tích chức năng, điều kiện làm việc, kết cấu hình học và độ chính xác kỹ thuật của chi tiết ổ gá dao.
  2. Đánh giá cơ tính, thành phần hóa học của vật liệu thép cacbon kết cấu C45 theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và tính toán sản lượng sản xuất năm.
  3. Lựa chọn dạng phôi, phương pháp chế tạo phôi đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy, xác định mặt phân khuôn và tra cứu lượng dư gia công.
  4. Xây dựng và so sánh các phương án tiến trình công nghệ gia công cơ khí, từ đó chọn phương án tối ưu cho sản xuất hàng loạt vừa.
  5. Biện luận chi tiết quy trình công nghệ, tính toán chế độ cắt, lực cắt, công suất cắt, thời gian gia công cơ bản và chọn thiết bị, dụng cụ, bậc thợ cho các nguyên công phay chuẩn và gia công bề mặt.

Đối tượng nghiên cứu là chi tiết ổ gá dao máy tiện CNC dạng hộp có khối lượng 6,72 kg làm từ thép C45. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ khí cho dạng sản xuất hàng loạt vừa với sản lượng 35.035 chi tiết/năm, thực hiện tại Khoa Cơ khí, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng vào tháng 7 năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Quy trình thiết kế công nghệ trong đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết công nghệ chế tạo máy, nguyên lý cắt gọt kim loại, tiêu chuẩn dung sai lắp ghép và phương pháp định vị 6 điểm trong công nghệ cơ khí:

  • Khung lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật: Áp dụng hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về mác thép cacbon kết cấu C45; hệ thống tiêu chuẩn dung sai lắp ghép bề mặt trụ, mặt phẳng và rãnh then; Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy tập 1 (GS.TS. Trần Văn Dịch); tài liệu Bài tập Dung sai và Lắp ghép (BTDSLG); tài liệu Bảng tra chế độ cắt gọt kim loại.
  • Phương pháp mô hình hóa và tính toán 3D: Sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế mô hình không gian 3D của chi tiết gia công và bản vẽ lồng phôi đúc, từ đó trích xuất chính xác thể tích, trọng tâm và khối lượng của chi tiết ($M_{ct} = 6,72256\text{ kg}$) cũng như phôi đúc ($M_{ph} = 9,60375\text{ kg}$).
  • Phương pháp phân tích và so sánh phương án công nghệ: So sánh các dạng phôi (đúc, rèn, cán) và các công nghệ đúc (khuôn cát, khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc mẫu chảy) để chọn giải pháp tạo phôi phù hợp với kết cấu hộp có lỗ rỗng. Đồng thời, xây dựng và so sánh 2 phương án tiến trình công nghệ gia công cơ khí (23 nguyên công so với 20 nguyên công) nhằm rút ngắn số lần gá đặt và thời gian gia công.
  • Phương pháp tra bảng thực nghiệm và giải tích: Tra cứu các hệ số cắt, lượng chạy dao, vận tốc cắt từ sổ tay công nghệ; tính toán giải tích vận tốc thực tế, lực cắt tiếp tuyến $P_z$, công suất cắt tiêu hao $N_{cg}$, thời gian gia công cơ bản $T_m$ và kiểm nghiệm điều kiện an toàn công suất động cơ máy phay 6H13 ($N_{dc} = 10\text{ kW}, \eta = 0,75$).
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thực nghiệm trích xuất từ các bảng tra chế độ cắt, bảng dung sai đúc cấp II, bảng kích thước máy công cụ 6H13 và các thông số vật liệu tiêu chuẩn.

Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ

Căn cứ vào kết cấu dạng hộp, khối lượng $6,72\text{ kg}$ và quy mô sản xuất hàng loạt vừa, tác giả đã thiết lập bảng tiến trình công nghệ gia công cơ khí gồm 20 nguyên công theo Phương án 2:

STT Nguyên công Tên nguyên công Bề mặt gia công Thiết bị / Dụng cụ chính
NC 1 Chuẩn bị phôi Toàn bộ phôi đúc Làm sạch ba via, ủ khử ứng suất, thước cặp 1/50, panme 1/100
NC 2 Phay thô mặt A Mặt phẳng chuẩn A Máy phay 6H13, dao phay mặt đầu hợp kim cứng T15K6 ($\varnothing 150\text{ mm}$)
NC 3 Phay thô mặt F Mặt phẳng đối diện F Máy phay 6H13, dao phay mặt đầu hợp kim cứng T15K6 ($\varnothing 150\text{ mm}$)
NC 4 Phay thô mặt B Mặt phẳng bên B Máy phay 6H13, dao phay mặt đầu hợp kim cứng T15K6 ($\varnothing 150\text{ mm}$)
NC 5 Phay thô mặt D Mặt phẳng bên D Máy phay 6H13, dao phay mặt đầu hợp kim cứng T15K6 ($\varnothing 150\text{ mm}$)
NC 6 Phay thô mặt C, I Bề mặt bậc C, I Máy phay 6H13, dao phay trụ thép gió P18 ($\varnothing 50\text{ mm}$), dao phay đĩa P18
NC 7 Phay thô mặt C, J Bề mặt bậc C, J Máy phay 6H13, dao phay chuyên dùng
NC 8 Phay thô mặt K Mặt phẳng K Máy phay 6H13
NC 9 Phay thô, phay tinh mặt E, L, trụ $\varnothing 47$, rãnh then 18 Mặt E, L, trụ $\varnothing 47_{-0,025}$, rãnh $18^{+0,027}$ Máy phay chuyên dụng, dao phay định hình
NC 10 Khoét thô, khoét bán tinh, doa thô, doa bán tinh Lỗ $\varnothing 25^{+0,021}$ (H7) Mũi khoét, dao doa tiêu chuẩn
NC 11 Phay thô mặt G, M, H Bề mặt G, M, H Máy phay đứng
NC 12 Phay tinh mặt G, M, H Bề mặt G, M, H Máy phay đứng
NC 13 Khoan đồng thời 4 lỗ $\varnothing 12$ 4 lỗ bắt bu lông thân Máy khoan nhiều trục, mũi khoan $\varnothing 12\text{ mm}$
NC 14 Khoét thô đồng thời 4 lỗ $\varnothing 18$ 4 lỗ bậc $\varnothing 18\text{ mm}$ Mũi khoét $\varnothing 18\text{ mm}$
NC 15 Khoan và taro 2 lỗ M6 2 lỗ ren M6 Mũi khoan, taro M6
NC 16 Khoan 2 lỗ $\varnothing 8$, khoét thô 2 lỗ $\varnothing 16$ Hệ thống lỗ dẫn dung dịch Mũi khoan $\varnothing 8\text{ mm}$, mũi khoét $\varnothing 16\text{ mm}$
NC 17 Khoan đồng thời 5 lỗ $\varnothing 10,25$ và taro 5 lỗ M12 5 lỗ ren kẹp cán dao M12 Mũi khoan $\varnothing 10,25\text{ mm}$, taro M12
NC 18 Khoan lỗ $\varnothing 6$ Lỗ chốt định vị $\varnothing 6\text{ mm}$ Mũi khoan $\varnothing 6\text{ mm}$
NC 19 Đóng chốt $\varnothing 6$ Lỗ $\varnothing 6\text{ mm}$ Dụng cụ ép/đóng chốt định vị
NC 20 Tổng kiểm tra Toàn bộ các kích thước, hình học, vị trí Đồ gá kiểm tra, panme, đồng hồ so, thước đo độ nhám

Chế độ cắt cho các nguyên công phay thô mặt phẳng chuẩn (NC 2 đến NC 5) trên máy phay đứng 6H13 sử dụng dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng T15K6 ($D = 150\text{ mm}, B = 46\text{ mm}, Z = 6\text{ răng}$) được xác lập cụ thể:

  • Chiều sâu cắt: $t = 4\text{ mm}$.
  • Lượng chạy dao răng: $S_z = 0,11\text{ mm/răng}$; lượng chạy dao phút thực tế của máy: $S_p = 300\text{ mm/ph}$.
  • Tốc độ cắt lý thuyết: $V = 239,61\text{ m/ph}$; số vòng quay trục chính chọn theo máy: $n_t = 475\text{ vòng/phút}$; vận tốc cắt thực tế: $V_t = 223,73\text{ m/ph}$.
  • Lực cắt tiếp tuyến $P_z$: $168,73\text{ kG}$ (mặt A); $160,40\text{ kG}$ (mặt F); $170,81\text{ kG}$ (mặt B và mặt D).
  • Công suất cắt tiêu hao $N_{cg}$: $6,17\text{ kW}$ (mặt A); $5,86\text{ kW}$ (mặt F); $6,24\text{ kW}$ (mặt B và D). Tất cả đều thỏa mãn điều kiện an toàn công suất động cơ máy: $N_{cg} \le N_{dc} \cdot \eta = 10 \cdot 0,75 = 7,5\text{ kW}$.
  • Thời gian máy $T_m$: $4,42\text{ phút}$ (mặt A, F); $3,38\text{ phút}$ (mặt B); $2,90\text{ phút}$ (mặt D).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Phân tích chi tiết gia công

Chương này trình bày toàn diện về công dụng, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo, yêu cầu kỹ thuật và quy mô sản xuất của chi tiết ổ gá dao máy tiện CNC.

  • Công dụng và điều kiện làm việc: Ổ gá dao chịu lực cắt lớn và rung động liên tục khi gia công tốc độ cao trên máy CNC. Bề mặt chi tiết tiếp xúc liên tục với dòng dung dịch trơn nguội nên không bị tích nhiệt lớn nhưng dễ bám phoi và cặn bẩn, đòi hỏi vật liệu phải có độ cứng vững và độ bền mài mòn cao.
  • Vật liệu chế tạo: Thép cacbon kết cấu C45 theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), hàm lượng cacbon trung bình 0,45%. Thành phần hóa học và cơ tính tiêu chuẩn của thép C45 được tổng hợp chi tiết trong các bảng số liệu.
Nguyên tố hóa học Hàm lượng (%) Chỉ tiêu cơ tính Giá trị tiêu chuẩn
Cacbon (C) 0,42 ÷ 0,50 Giới hạn chảy ($\sigma_{ch}$) $36\text{ kG/mm}^2$
Silic (Si) 0,15 ÷ 0,35 Giới hạn bền kéo ($\sigma_k$) $61\text{ kG/mm}^2$
Mangan (Mn) 0,50 ÷ 0,80 Độ giãn dài tương đối ($\delta_s$) $16%$
Photpho (P) $\le 0,040$ Độ thắt tương đối ($\psi$) $40%$
Lưu huỳnh (S) $\le 0,040$ Độ dai va đập ($a_k$) $5\text{ kGm/cm}^2$
Crom (Cr) $\le 0,25$ Độ cứng thép ủ $229\text{ HB}$
Niken (Ni) $\le 0,25$ Độ cứng thép cán nóng $179\text{ HB}$
  • Yêu cầu kỹ thuật và độ chính xác:
    • Kích thước có chỉ dẫn dung sai: Lỗ lắp ghép $\varnothing 25^{+0,021}\text{ mm}$ (cấp chính xác 7, miền dung sai H7); mặt trụ $\varnothing 47_{-0,025}\text{ mm}$ (cấp chính xác 7, miền dung sai H7); kích thước rãnh $80 \pm 0,015\text{ mm}$ ($80\text{H7}$, dung sai $0,03\text{ mm}$); rãnh then $18^{+0,027}\text{ mm}$ (cấp chính xác 8, miền dung sai H8).
    • Kích thước không chỉ dẫn dung sai: Áp dụng cấp chính xác 12 theo TCVN (ví dụ: kích thước $141 \pm 0,2\text{ mm}$; $105 \pm 0,18\text{ mm}$; $81 \pm 0,18\text{ mm}$; $72 \pm 0,15\text{ mm}$; các lỗ $\varnothing 18^{+0,18}\text{ mm}$, $\varnothing 16^{+0,18}\text{ mm}$, $\varnothing 12^{+0,18}\text{ mm}$, $\varnothing 8^{+0,15}\text{ mm}$, $\varnothing 6^{+0,12}\text{ mm}$; vát mép $4 \pm 0,06\text{ mm}$, $2 \pm 0,05\text{ mm}$, $1 \pm 0,05\text{ mm}$).
    • Độ chính xác vị trí tương quan: Dung sai độ vuông góc giữa tâm $\varnothing 25$ và mặt E là $0,02\text{ mm}$; độ song song giữa tâm $\varnothing 25$ và mặt G là $0,02\text{ mm}$; độ đồng tâm giữa lỗ $\varnothing 25$ và trụ $\varnothing 47$ là $0,02\text{ mm}$; độ đối xứng giữa rãnh then 18 và tâm lỗ $\varnothing 25$ là $0,03\text{ mm}$.
    • Chất lượng bề mặt: Bề mặt lỗ $\varnothing 25$, mặt trụ $\varnothing 47$ và mặt E có độ nhám $Ra 1,6$ (cấp độ nhẵn 7); mặt rãnh 24 và mặt then 18 có độ nhám $Ra 3,2$ (cấp độ nhẵn 8); các bề mặt còn lại đạt $Ra 6,3$ (cấp độ nhẵn 9).
  • Xác định sản lượng năm: Sử dụng mô hình SolidWorks xác định khối lượng chi tiết $M_{ct} = 6,72256\text{ kg}$. Với sản lượng kế hoạch $N_1 = 35.000\text{ sản phẩm/năm}$, số chi tiết trong một sản phẩm $m = 1$, tỷ lệ phế phẩm $\alpha = 3-7%$ và tỷ lệ chế tạo dự trữ $\beta = 3-7%$, công thức tính toán: $$N = N_1 \cdot m \cdot \left(1 + \frac{\alpha + \beta}{100}\right) = 35000 \cdot 1 \cdot \left(1 + \frac{0,1}{100}\right) = 35.035\text{ chi tiết/năm}$$ Quy mô sản xuất được xếp vào dạng sản xuất hàng loạt vừa.

Chương 2: Chọn phôi, phương pháp chế tạo phôi và xác định lượng dư gia công

Chương 2 tập trung phân tích, so sánh các phương án chế tạo phôi và xác định lượng dư cắt gọt cho từng bề mặt:

  • Lựa chọn loại phôi và phương pháp đúc: Đồ án so sánh 3 loại phôi chính (phôi đúc, phôi rèn, phôi cán) và 5 công nghệ đúc (khuôn cát, khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc mẫu chảy). Kết luận chọn phôi đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy, đạt cấp chính xác II, độ nhám bề mặt phôi $Ra 12,5$. Phương pháp này phù hợp với kết cấu dạng hộp không có gân tăng cứng, có nhiều lỗ rỗng và bảo đảm tính kinh tế trong sản xuất hàng loạt vừa.
  • Xác định mặt phân khuôn: Chọn mặt phân khuôn phẳng tại vị trí đối diện có tiết diện lớn nhất nhằm thuận tiện cho việc rút mẫu, lòng khuôn nông bảo đảm kim loại lỏng điền đầy êm và định vị lõi theo phương thẳng đứng để tránh biến dạng lõi khi rót thép lỏng.
  • Lượng dư gia công và dung sai phôi đúc: Dựa trên Bảng 15 và Bảng 18 Sổ tay CNCTM 1 cho vật đúc thép trong khuôn cát cấp chính xác II, lượng dư các bề mặt được phân bổ:
Bề mặt gia công Kích thước danh nghĩa (mm) Vị trí bề mặt khi rót khuôn Lượng dư gia công (mm) Dung sai phôi (mm)
Mặt A, B, C, D 105; 141; 87; 141 Mặt bên 4 $\pm 0,8$
Mặt E, L 80; 5 Mặt trên 4 (mặt E); 5 (mặt L) $\pm 0,8$ (E); $\pm 0,5$ (L)
Mặt F 80 Mặt dưới 5 $\pm 0,8$
Mặt G, H, I, J, K, M 33; 19; 20; 81; 105; 30 Mặt bên 4 $\pm 0,5 \div \pm 0,8$
Lỗ $\varnothing 25$, Trụ $\varnothing 47$ 25; 47 Mặt bên 4 $\pm 0,5$
  • Tính toán hệ số sử dụng vật liệu: Khối lượng phôi đúc xác định qua SolidWorks là $M_{ph} = 9,60375\text{ kg}$, khối lượng chi tiết $M_{ct} = 6,72256\text{ kg}$. Hệ số sử dụng vật liệu: $$K = \frac{M_{ct}}{M_{ph}} = \frac{6,72256}{9,60375} \approx 0,70$$ Giá trị này thỏa mãn điều kiện kinh tế kỹ thuật ($K \le 0,7$).

Chương 3: Lập bảng quy trình công nghệ gia công cơ

Tác giả thiết lập và so sánh hai phương án tiến trình công nghệ:

  • Phương án 1 (23 nguyên công): Tách nhỏ các bước tiện mặt E, tiện trụ $\varnothing 47$, phay rãnh then 18 và phay các mặt G, M, H thành nhiều nguyên công rời rạc.
  • Phương án 2 (20 nguyên công): Kết hợp gia công phay thô và tinh các mặt E, L, trụ $\varnothing 47$ và rãnh then 18 trong cùng nguyên công 9; gom nhóm các nguyên công gia công lỗ và mặt phẳng liên quan.

Tác giả chọn Phương án 2 vì giải pháp này giúp giảm số lần gá đặt chi tiết, tiết kiệm thời gian phụ trợ, tận dụng khả năng định vị chuẩn tinh thống nhất và bảo đảm độ chính xác tương quan giữa các bề mặt làm việc quan trọng.

Chương 4: Biện luận quy trình công nghệ

Chương này trình bày chi tiết các bước thực hiện, sơ đồ chọn chuẩn định vị, lựa chọn thiết bị máy móc, dụng cụ cắt và tính toán các thông số công nghệ cho từng nguyên công cơ bản:

  • Nguyên công I (Chuẩn bị phôi): Làm sạch ba via, cắt bỏ phần thừa đậu hơi đậu rót, kiểm tra khuyết tật rỗ khí/nứt bề mặt, kiểm tra kích thước bao phôi ($164 \pm 1\text{ mm}, 158 \pm 1,8\text{ mm}$) và tiến hành ủ khử ứng suất dư, làm mềm phôi. Dụng cụ kiểm tra: thước cặp 1/50, panme 1/100.
  • Nguyên công II (Phay thô mặt A): Định vị mặt đáy F (3 bậc tự do), mặt bên C (2 bậc tự do), mặt đầu B (1 bậc tự do). Sử dụng máy phay đứng 6H13, dao phay mặt đầu hợp kim cứng T15K6 ($D=150\text{ mm}, B=46\text{ mm}, Z=6$). Chiều sâu cắt $t=4\text{ mm}$, lượng chạy dao $S_z = 0,11\text{ mm/răng}$, vận tốc cắt $V_t = 223,73\text{ m/ph}$, lực cắt $P_z = 168,73\text{ kG}$, công suất cắt $N_{cg} = 6,17\text{ kW} \le 7,5\text{ kW}$, thời gian gia công $T_m = 4,42\text{ phút}$, bậc thợ 2/7.
  • Nguyên công III (Phay thô mặt F): Định vị mặt A đã gia công (3 bậc tự do), mặt E (2 bậc tự do), mặt B (1 bậc tự do). Chế độ cắt tương đương NC II, lực cắt $P_z = 160,404\text{ kG}$, công suất $N_{cg} = 5,86\text{ kW}$, thời gian $T_m = 4,42\text{ phút}$, bậc thợ 2/7.
  • Nguyên công IV (Phay thô mặt B): Định vị mặt D (3 bậc tự do), mặt A (2 bậc tự do), mặt E (1 bậc tự do). Dao phay mặt đầu T15K6 ($D=150\text{ mm}$), $t=4\text{ mm}, S_z=0,11\text{ mm/răng}, n_t = 475\text{ vòng/phút}$, lực cắt $P_z = 170,81\text{ kG}$, công suất $N_{cg} = 6,24\text{ kW}$, thời gian $T_m = 3,38\text{ phút}$, bậc thợ 2/7.
  • Nguyên công V (Phay thô mặt D): Định vị mặt A (3 bậc tự do), mặt B (2 bậc tự do), mặt E (1 bậc tự do). Các thông số cắt tương tự NC IV, lực cắt $P_z = 170,81\text{ kG}$, công suất cắt $N_{cg} = 6,24\text{ kW}$, thời gian máy $T_m = 2,90\text{ phút}$, bậc thợ 2/7.
  • Nguyên công VI (Phay thô mặt C, I): Định vị mặt F (3 bậc tự do), mặt A (2 bậc tự do), mặt B (1 bậc tự do). Sử dụng dao phay trụ răng chắp thép gió P18 ($D=50\text{ mm}, L=63\text{ mm}, d=22\text{ mm}, Z=12$) và dao phay đĩa thép gió P18 ($D=50\text{ mm}, B=6\text{ mm}, d=22\text{ mm}, Z=14$). Chiều sâu cắt $t=4\text{ mm}$, lượng chạy dao răng $S_z = 0,18\text{ mm/răng}$, vận tốc cắt tính toán $V=30,82\text{ m/ph}$, số vòng quay trục chính máy $n_t = 190\text{ vòng/phút}$.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật định lượng:
    • Xác lập thành công quy trình công nghệ hoàn chỉnh gồm 20 nguyên công cho chi tiết ổ gá dao tiện CNC, bảo đảm các yêu cầu dung sai lắp ghép khắt khe ($\varnothing 25\text{H7}$, $\varnothing 47\text{H7}$, $18\text{H8}$, $80\text{H7}$) và dung sai vị trí tương quan $0,02 - 0,03\text{ mm}$.
    • Ứng dụng mô hình 3D trên SolidWorks để tính toán chính xác khối lượng chi tiết ($6,72\text{ kg}$) và phôi đúc ($9,60\text{ kg}$), đạt hệ số sử dụng vật liệu $K \approx 0,70$.
    • Tính toán chi tiết các thông số chế độ cắt thực tế, lực cắt tiếp tuyến ($160,40 \div 170,81\text{ kG}$) và kiểm nghiệm công suất cắt ($5,86 \div 6,24\text{ kW}$) bảo đảm an toàn cho động cơ máy phay 6H13 ($10\text{ kW}, \eta = 0,75$).
  • Đóng góp về mặt công nghệ:
    • Đưa ra giải pháp tạo phôi đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy và xác định mặt phân khuôn hợp lý, bảo đảm cơ tính của thép C45 trong điều kiện tưới nguội liên tục và chịu tải va đập khi gia công CNC tốc độ cao.
    • Tối ưu hóa số lượng nguyên công (giảm từ 23 xuống 20 nguyên công), nâng cao năng suất gia công cho quy mô sản xuất hàng loạt vừa (35.035 sản phẩm/năm).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Nội dung văn bản tập trung giải quyết chi tiết phần tính toán chế độ cắt, lực cắt và công suất cho các nguyên công phay thô ban đầu (từ NC 1 đến NC 6); các nguyên công gia công tinh lỗ $\varnothing 25\text{H7}$, rãnh then $18\text{H8}$ và khoan taro đồng thời hệ thống lỗ chưa được thể hiện đầy đủ các bước tính toán giải tích chi tiết trong văn bản.
    • Chưa đi sâu vào thiết kế kết cấu chi tiết của hệ thống đồ gá chuyên dùng (cơ cấu kẹp liên động, cơ cấu dẫn hướng dẫn dòng tưới nguội) cho các nguyên công khoan taro nhiều trục đồng thời.
  • Hướng mở rộng nghiên cứu:
    • Tiếp tục hoàn thiện bảng tính toán chế độ cắt và thời gian gia công định mức cho toàn bộ 20 nguyên công của quy trình.
    • Thiết kế và tính toán độ bền, lực kẹp, sai số gá đặt cho đồ gá chuyên dùng trong các nguyên công khoan taro chùm lỗ (5 lỗ M12 và 4 lỗ $\varnothing 12$).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và cán bộ kỹ thuật thuộc chuyên ngành Công nghệ Chế tạo máy, Kỹ thuật Cơ khí và Cơ điện tử:

  • Đối với sinh viên ngành Cơ khí: Cung cấp phương pháp mẫu mực về trình tự thực hiện đồ án công nghệ chế tạo máy, từ phân tích kết cấu dạng hộp, lựa chọn vật liệu C45, tra bảng dung sai đúc cấp II, đến phương pháp tính toán chế độ cắt gọt kim loại và kiểm nghiệm công suất máy.
  • Đối với kỹ thuật viên và cán bộ công nghệ: Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu tra cứu thực tế về tiến trình gia công chi tiết ổ gá dao máy tiện CNC, nguyên tắc chọn chuẩn định vị thống nhất và giải pháp gia công tối ưu trong sản xuất hàng loạt vừa.

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết ổ gá dao được chế tạo bằng vật liệu gì và cơ tính của nó ra sao?
Chi tiết được chế tạo bằng thép cacbon kết cấu C45 theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), hàm lượng cacbon trung bình 0,45% ($0,42 \div 0,50%$). Thép C45 có giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 36\text{ kG/mm}^2$, giới hạn bền kéo $\sigma_k = 61\text{ kG/mm}^2$, độ giãn dài $\delta_s = 16%$, độ dai va đập $a_k = 5\text{ kGm/cm}^2$, độ cứng thép ủ đạt $229\text{ HB}$ và thép cán nóng đạt $179\text{ HB}$.

2. Sản lượng sản xuất hàng năm và dạng sản xuất của đồ án được xác định như thế nào?
Sản lượng năm được tính theo công thức với sản lượng dự kiến $N_1 = 35.000\text{ chiếc/năm}$, tỷ lệ phế phẩm và dự trữ $\alpha + \beta = 0,1%$, cho kết quả $N = 35.035\text{ chi tiết/năm}$. Với khối lượng chi tiết $6,72\text{ kg}$, quy mô sản xuất thuộc dạng hàng loạt vừa.

3. Tại sao tác giả chọn phương pháp tạo phôi đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy?
Phương pháp này được lựa chọn vì chi tiết ổ gá dao có kết cấu dạng hộp không quá phức tạp, có nhiều lỗ cần đúc rỗng, vật liệu là thép C45 và quy mô sản xuất hàng loạt vừa. Đúc trong khuôn cát làm khuôn bằng máy đạt cấp chính xác II, độ nhám $Ra 12,5$, bảo đảm độ đầm chặt đồng đều, năng suất cao và giá thành chế tạo hợp lý.

4. Hệ số sử dụng vật liệu của phôi đúc là bao nhiêu và có đạt tiêu chuẩn không?
Khối lượng chi tiết là $M_{ct} = 6,72256\text{ kg}$ và khối lượng phôi đúc là $M_{ph} = 9,60375\text{ kg}$. Hệ số sử dụng vật liệu đạt: $$K = \frac{6,72256}{9,60375} \approx 0,70$$ Giá trị này đạt yêu cầu kỹ thuật cho phép ($K \le 0,7$).

5. Tiến trình công nghệ được lựa chọn gồm bao nhiêu nguyên công và ưu điểm của nó là gì?
Tiến trình công nghệ được chọn là Phương án 2 gồm 20 nguyên công (thay vì 23 nguyên công như Phương án 1). Phương án này gom nhóm các bước gia công mặt E, L, trụ $\varnothing 47$ và rãnh then 18 vào nguyên công 9, giúp giảm số lần gá đặt, rút ngắn thời gian phụ trợ và nâng cao độ chính xác vị trí tương quan giữa các bề mặt.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết ổ gá dao tiện CNC" đã hoàn thành việc xây dựng quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí dạng hộp trong điều kiện sản xuất hàng loạt vừa. Thông qua việc phân tích vật liệu thép C45, lựa chọn công nghệ đúc phôi trong khuôn cát cấp chính xác II và tối ưu hóa tiến trình gia công 20 nguyên công, đồ án bảo đảm đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật khắt khe về kích thước và dung sai vị trí hình học. Kết quả tính toán chế độ cắt, lực cắt và kiểm nghiệm công suất máy phay 6H13 khẳng định tính khả thi, an toàn và hiệu quả kinh tế của giải pháp công nghệ đã đề xuất.