Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành chế tạo máy, việc thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí giữ vai trò quyết định đến chất lượng bề mặt, độ chính xác hình học, năng suất lao động và giá thành chế tạo sản phẩm. Đề tài "Thiết kế quy trình công nghệ gia công chốt hãm" được sinh viên Nguyễn Trọng Hoàng (MSSV: 61133678, Lớp 61-KTCK) thực hiện tại Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Văn Tường và Trưởng bộ môn TS. Nguyễn Hữu Thật. Đồ án được triển khai trong khoảng thời gian từ ngày 12/09/2022 đến ngày 19/12/2022 (ngày duyệt nhiệm vụ: 19/09/2022).
Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật của đồ án xuất phát từ các số liệu đầu vào ban đầu gồm:
- Bản vẽ kỹ thuật 2D của chi tiết chốt hãm.
- Sản lượng sản xuất quy định: 3.000 sản phẩm/năm.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế được phân chia thành 8 nội dung kỹ thuật chính theo văn bản:
- Xác định dạng sản xuất của chi tiết.
- Phân tích kết cấu và tính công nghệ của chi tiết gia công.
- Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi.
- Xây dựng tiến trình gia công các bề mặt.
- Thiết kế chi tiết từng nguyên công.
- Xác định lượng dư trung gian và kích thước trung gian.
- Xác định chế độ cắt và thời gian cơ bản.
- Lập phiếu tổng hợp nguyên công.
Hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh gồm tập thuyết minh kỹ thuật cùng hệ thống bản vẽ khổ A3: 01 bản vẽ chi tiết gia công, 01 bản vẽ phôi và 03 bản vẽ nguyên công. Đối tượng nghiên cứu là chi tiết cơ khí chốt hãm dạng trục bậc có rãnh then và lỗ ren M5, được chế tạo từ vật liệu thép hợp kim 40XH.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế công nghệ
Tác giả sử dụng hệ thống lý thuyết chuẩn mực của chuyên ngành Công nghệ Chế tạo máy kết hợp với công cụ thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD):
- Khung lý thuyết tính toán sản xuất: Sử dụng công thức xác định sản lượng hàng năm có tính đến phế phẩm ($\alpha$) và hao hụt do sản xuất hư hỏng ($\beta$) để tính toán sản lượng danh định $N$, kết hợp khối lượng chi tiết để tra cứu hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hàng khối).
- Ứng dụng phần mềm CAD: Sử dụng phần mềm Creo Parametric 8.0 để mô hình hóa hình học 3D chi tiết thông qua các module tạo khối (Revolve, Extrude, Hole), đồng thời ứng dụng công cụ Mass Properties (phân tích khối lượng, thể tích) với thiết lập hệ đơn vị (mm - kg - s) và thư viện vật liệu tiêu chuẩn (Standard-Materials_Granta-Design/Ferrous-Metals/Steel_medium_carbon).
- Phương pháp phân tích kết cấu và công nghệ: Đánh giá tính công nghệ của kết cấu chi tiết thông qua tỷ số chiều dài trên đường kính ($L/D$), khả năng gia công trên các máy công cụ vạn năng thông dụng, độ cứng vững, điều kiện tiếp cận dao cắt và tiêu chuẩn hóa dao cụ.
- Phương pháp tra cứu sổ tay công nghệ: Tra cứu các thông số kỹ thuật, lượng dư phôi dập, dung sai kích thước, cấp chính xác, chế độ làm việc của máy công cụ (máy tiện T616, máy phay 6H13), thông số hình học dụng cụ cắt hợp kim cứng T15K6 và thép gió P18$\Phi$2 từ các tài liệu sổ tay và giáo trình công nghệ chế tạo máy chuyên ngành.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Xác định dạng sản xuất
Mục tiêu của chương là mô hình hóa 3D chi tiết để xác định thể tích, khối lượng, từ đó tính toán quy mô sản lượng và thiết lập hình thức tổ chức sản xuất phù hợp.
Quá trình mô hình hóa trên Creo Parametric gồm 4 bước kỹ thuật:
- Bước 1: Dùng lệnh
Revolvedựa trên biên dạng 2D quay quanh trục để tạo thân 3D chốt hãm. - Bước 2: Dùng lệnh
Extrudetạo rãnh then bằng trên thân trụ với chiều sâu cắt 3,5 mm. - Bước 3: Dùng lệnh
Extrudetạo rãnh suốt trên mặt đầu chi tiết với chiều sâu 5 mm, bề rộng 5 mm. - Bước 4: Dùng lệnh
Holetạo lỗ ren M5x5 với chiều sâu lỗ khoan 14 mm và chiều sâu phần cắt ren 12 mm.
Thông qua công cụ Mass Properties, tác giả xác định được các thông số vật lý của chi tiết:
- Thể tích: $V \approx 0,00001653\text{ m}^3$ (ghi nhận trong văn bản: $0,00001653\text{ mm}^3$).
- Khối lượng: $m \approx 0,13\text{ kg}$.
Sản lượng thực tế cần chế tạo trong một năm được tính theo công thức: $$N = N_0 \times \left(1 + \frac{\alpha}{100}\right) \times \left(1 + \frac{\beta}{100}\right)$$
Với sản lượng thiết kế ban đầu $N_0 = 3000\text{ chiếc/năm}$, tỷ lệ phế phẩm dự phòng $\alpha = 15%$, tỷ lệ hao hụt do chế tạo $\beta = 4%$: $$N = 3000 \times \left(1 + \frac{15}{100}\right) \times \left(1 + \frac{4}{100}\right) = 3588\text{ chiếc/năm}$$
Căn cứ vào khối lượng $m = 0,13\text{ kg}$ và sản lượng $N = 3588\text{ chiếc/năm}$, đối chiếu bảng phân loại dạng sản xuất, tác giả xác định hình thức sản xuất của chi tiết là hàng loạt vừa.
Chương 2. Phân tích chi tiết gia công
Chương này tập trung kiểm tra, đánh giá tính hợp lý của kết cấu và điều kiện kỹ thuật của chi tiết đối với chức năng làm việc và khả năng gia công công nghệ.
1. Yêu cầu kỹ thuật các bề mặt chi tiết:
- Bề mặt trụ $\varnothing 25\text{ mm}$: Cấp chính xác IT12, độ nhám $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Bề mặt trụ $\varnothing 16\text{ mm}$: Cấp chính xác IT7, độ nhám $R_a = 0,32\ \mu\text{m}$.
- Bề mặt đầu kích thước $60\text{ mm}$: Cấp chính xác IT14, độ nhám $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Mép vát $2 \times 45^\circ$: Cấp chính xác IT14, độ nhám $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Mép vát $1,6 \times 45^\circ$: Cấp chính xác IT14, độ nhám $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Bề mặt kích thước $8\text{ mm}$: Cấp chính xác IT14, độ nhám $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Rãnh sâu $5\text{ mm}$, rộng $5\text{ mm}$: Cấp chính xác IT14, độ nhám $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Bề mặt rãnh then: Cấp chính xác IT14, độ nhám $R_a = 25\ \mu\text{m}$.
2. Đánh giá tính công nghệ trong kết cấu:
- Tỷ lệ kích thước $L/D = 60/25 = 2,4$ nằm trong dải cho phép ($0,5 - 3,5$), đảm bảo độ cứng vững khi gia công cắt gọt mà không bị biến dạng lớn.
- Bề rộng rãnh thoát dao $5\text{ mm}$ tạo điều kiện thuận lợi cho dao tiện rãnh tiêu chuẩn $5\text{ mm}$ tiến và lùi dao.
- Bề mặt $\varnothing 16\text{h}7\text{ mm}$ đòi hỏi cấp chính xác cao IT7 và độ bóng $R_a = 0,32\ \mu\text{m}$ nên cần phân chia thành nhiều bước công nghệ: tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh và mài tinh.
- Các vát mép $2 \times 45^\circ$ và $1,6 \times 45^\circ$ giúp triệt tiêu cạnh sắc, loại bỏ bavia nguy hiểm.
3. Đặc tính vật liệu thép 40XH:
Bảng thành phần hóa học của thép 40XH:
| Nguyên tố | C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tỷ lệ (%) | 0,36 ÷ 0,44 | 0,17 ÷ 0,37 | 0,5 ÷ 0,8 | 1,0 ÷ 1,4 | $\le 0,035$ | $\le 0,035$ | 0,45 ÷ 0,75 | $\le 0,3$ |
Bảng cơ tính của thép 40XH:
| Thông số cơ học | Giá trị | Đơn vị |
|---|---|---|
| Khối lượng riêng | 7820 | $\text{kg/m}^3$ |
| Hệ số Poisson | 0,29 | — |
| Mô-đun đàn hồi | 190 | GPa |
| Mô-đun cắt | 73 | GPa |
| Giới hạn bền ($\sigma_b$) | $\ge 980$ | MPa |
| Giới hạn chảy ($\sigma_s$) | $\ge 785$ | MPa |
| Độ giãn dài tương đối ($\delta$) | $\ge 10$ | % |
| Độ cứng | $\le 217$ | HB |
Chương 3. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
Tác giả tiến hành so sánh kỹ thuật - kinh tế giữa ba phương pháp tạo phôi chính:
Bảng so sánh các phương pháp chế tạo phôi đối với chi tiết chốt hãm:
| Tiêu chí | Phôi đúc | Phôi dập nóng | Phôi rèn tự do |
|---|---|---|---|
| Tính phù hợp vật liệu | Thép 40XH tính chảy loãng kém, độ co lớn, dễ rỗ khí, khó đúc. | Thép 40XH dẻo dai, tính chống ram tốt, rất thích hợp biến dạng nóng. | Thép dẻo dễ biến dạng nhưng khó kiểm soát biên dạng bậc. |
| Độ chính xác & bề mặt | Kém, nhiều bavia và rỗ xỉ, lượng dư gia công lớn. | Cao, $R_z = 20 - 80\ \mu\text{m}$, lượng dư gia công nhỏ ($0,4\text{ mm}$). | Thấp, độ nhấp nhô lớn, đòi hỏi lượng dư cắt gọt nhiều. |
| Tính kinh tế & dạng SX | Tốn kém phôi liệu, khuôn đúc đắt, không tối ưu cho hàng loạt vừa. | Năng suất cao, giảm số lần chạy dao, tối ưu cho hàng loạt vừa. | Cường độ lao động cao, phụ thuộc tay nghề thợ, chỉ hợp đơn chiếc. |
Kết luận lựa chọn: Chọn phương pháp dập thể tích trong khuôn kín (dập nóng), cấp chính xác chế tạo phôi cấp II.
Xác định lượng dư và thông số hình học của phôi dập:
- Xác định hệ số phức tạp của phôi: Phôi thép nhóm M1 ($C < 0,45%$). Tỷ số khối lượng phôi dập trên khối lượng hình bao $C = G_f / G_b = 0,13 / 0,35 \approx 0,37$, thuộc cấp phức tạp C2.
- Lượng dư gia công một phía: Chọn $0,4\text{ mm}$ (nằm trong khoảng tiêu chuẩn $0,1 - 0,6\text{ mm}$).
- Dung sai kích thước danh nghĩa $\le 50\text{ mm}$: Lượng dư $1,1\text{ mm}$, dung sai $^{+0,8}_{-0,4}\text{ mm}$.
- Dung sai kích thước danh nghĩa $50 - 120\text{ mm}$: Lượng dư $1,2\text{ mm}$, dung sai $^{+0,9}_{-0,5}\text{ mm}$.
- Góc thoát khuôn dập: Chọn $5^\circ$ (trong dải tiêu chuẩn $3^\circ - 7^\circ$).
Chương 4. Lập quy trình gia công
Chi tiết chốt hãm được đánh số thứ tự 12 bề mặt gia công từ trái sang phải, từ trên xuống dưới theo chiều kim đồng hồ để quản lý quy trình công nghệ:
Bảng tổng hợp trình tự gia công các bề mặt chi tiết:
| Ký hiệu bề mặt | Cấp chính xác | Độ nhám ($R_a, R_z$) | Phương pháp gia công |
|---|---|---|---|
| 1 (Mặt đầu) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện thô |
| 2 (Rãnh đầu) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Phay thô |
| 3 (Vát mép $2\times 45^\circ$) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện vát mép |
| 4 (Mặt trụ $\varnothing 25$) | IT12 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện thô $\rightarrow$ Tiện bán tinh |
| 5 (Mặt trụ) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện thô |
| 6 (Rãnh then) | IT14 | $R_a = 25\ \mu\text{m}$ | Phay thô |
| 7 (Rãnh thoát dao) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện thô |
| 8 (Mặt trụ $\varnothing 16$) | IT7 | $R_a = 0,32\ \mu\text{m}$ | Tiện thô $\rightarrow$ Tiện bán tinh $\rightarrow$ Tiện tinh $\rightarrow$ Mài tinh |
| 9 (Vát mép) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện vát mép |
| 10 (Mặt đầu) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện thô |
| 11 (Lỗ ren M5) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Khoan $\rightarrow$ Vát mép $\rightarrow$ Taro ren |
| 12 (Vát mép $1,6\times 45^\circ$) | IT14 | $R_z = 20\ \mu\text{m}$ | Tiện vát mép |
Bảng tiến trình 11 nguyên công công nghệ:
| STT | Tên nguyên công | Bề mặt gia công | Bề mặt định vị (chuẩn) | Loại máy sử dụng |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Chuẩn bị phôi | — | — | Thủ công / Làm sạch bavia |
| 2 | Tiện thô | 1, 3, 4, 5 | 8, 10 | Máy tiện T616 |
| 3 | Tiện thô | 7, 8, 9, 10, 12 | 1, 4 | Máy tiện T616 |
| 4 | Tiện bán tinh | 8 | 1, 4 | Máy tiện T616 |
| 5 | Tiện bán tinh | 4 | 8, 10 | Máy tiện T616 (1616) |
| 6 | Tiện tinh | 8 | 1, 4 | Máy tiện T616 |
| 7 | Khoan - Ta rô | 11 | 1, 4 | Máy tiện T616 (1616) |
| 8 | Phay thô rãnh | 2 | 8, 10 | Máy phay đứng 6H13 |
| 9 | Phay rãnh then | 6 | 5, 8 | Máy phay |
| 10 | Mài tinh | 8 | 1, 4 | Máy mài |
| 11 | Tổng kiểm tra | Toàn bộ | — | Bàn kiểm nghiệm / Thước đo |
Chương 5. Thiết kế nguyên công
Tác giả tính toán và thuyết minh chi tiết các nguyên công từ NC 1 đến NC 8:
- Nguyên công 1 (Chuẩn bị phôi): Làm sạch bụi bẩn, cát dập trên bề mặt phôi, cắt bavia thừa nhằm chuẩn bị chuẩn gá đặt chính xác cho gia công cắt gọt.
- Nguyên công 2 (Tiện thô):
- Gá đặt: Mâm cặp ba chấu tự định tâm, định vị vào mặt trụ ngoài (8) và mặt đầu (10).
- Bước công nghệ: Tiện thô mặt đầu 1, tiện thô mặt trụ 4, tiện thô mặt trụ 5, tiện vát mép 3 (đều đạt IT14, $R_z = 20\ \mu\text{m}$).
- Máy công cụ: Máy tiện T616 (công suất 4,5 kW).
- Dao cắt: Dao tiện mặt đầu T15K6 ($12 \times 20\text{ mm}$, $L=125\text{ mm}$, $\gamma = 16^\circ$, $\alpha = \alpha_1 = 10^\circ$, $\varphi = 45^\circ$, $T = 40\text{ phút}$); Dao tiện ngoài T15K6 ($12 \times 20\text{ mm}$); Dao tiện vát mép T15K6.
- Dung dịch tưới nguội: Emunxi loãng. Dụng cụ kiểm tra: Thước cặp $0 - 150 \times 0,02\text{ mm}$.
- Nguyên công 3 (Tiện thô):
- Gá đặt: Mâm cặp ba chấu tự định tâm, định vị vào mặt trụ ngoài (4) và mặt đầu (1).
- Bước công nghệ: Tiện thô mặt đầu 10, tiện thô mặt trụ ngoài 8, tiện vát mép 9 và 12, tiện rãnh thoát dao 7 (IT14, $R_z = 20\ \mu\text{m}$).
- Máy: Máy tiện T616. Dao cắt: Dao tiện rãnh thoát dao T15K6 có bề rộng lưỡi $a = 5\text{ mm}$; dao tiện mặt đầu; dao tiện ngoài; dao tiện vát mép.
- Nguyên công 4 (Tiện bán tinh):
- Gá đặt: Định vị mặt trụ (4) và mặt đầu (1).
- Bước công nghệ: Tiện bán tinh mặt trụ 8 đạt cấp chính xác IT12, độ nhám $R_a = 6,3\ \mu\text{m}$.
- Máy tiện T616; Dao tiện ngoài đầu thẳng T15K6 ($b \times h = 10 \times 16\text{ mm}$, $L=100\text{ mm}$, $\varphi = 60^\circ$, $T = 40\text{ phút}$).
- Nguyên công 5 (Tiện bán tinh):
- Gá đặt: Định vị mặt trụ (8) và mặt đầu (10).
- Bước công nghệ: Tiện bán tinh mặt trụ 4 đạt IT12, $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Máy: Máy tiện T616 (1616); Dao tiện ngoài đầu thẳng T15K6 ($10 \times 16\text{ mm}$, $\varphi = 60^\circ$).
- Nguyên công 6 (Tiện tinh):
- Gá đặt: Định vị mặt trụ (4) và mặt đầu (1).
- Bước công nghệ: Tiện tinh mặt trụ 8 đạt IT9, độ nhám $R_a = 3,2\ \mu\text{m}$.
- Máy: Máy tiện T616; Dao tiện tinh ngoài bằng thép gió P18$\Phi$2 ($B \times H = 16 \times 25\text{ mm}$, $L=150\text{ mm}$, $\gamma = 12^\circ$, $\alpha = \alpha_1 = 10^\circ$, $\varphi = 0^\circ$, $T = 50\text{ phút}$).
- Nguyên công 7 (Khoan – Taro ren):
- Gá đặt: Mâm cặp ba chấu, chuẩn định vị mặt 4 và mặt 1.
- Bước công nghệ: Khoan lỗ 11 (IT14, $R_z = 20\ \mu\text{m}$); Vát mép miệng lỗ; Taro ren M5.
- Máy: Máy tiện T616 (1616).
- Dụng cụ cắt: Mũi khoan ruột gà T15K6 ($d = 4\text{ mm}$, $L=50\text{ mm}$, góc nghiêng $2\varphi = 118^\circ$, $\Psi = 50^\circ$, $T = 12\text{ phút}$); Dao khoét côn đuôi trụ T15K6 ($d = 15\text{ mm}$); Mũi taro máy T15K6 ($d_0 = 5\text{ mm}$, cán $d = 6\text{ mm}$).
- Dụng cụ kiểm tra: Calip ren tiêu chuẩn.
- Nguyên công 8 (Phay thô rãnh):
- Gá đặt: Chi tiết đặt trên khối V đứng và phiến tỳ, định vị bằng mặt trụ (8) và mặt đầu (10).
- Bước công nghệ: Phay thô rãnh 2 đạt IT14, $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
- Máy công cụ: Máy phay đứng 6H13 (bàn máy $400 \times 1600\text{ mm}^2$, công suất động cơ 10 kW, 18 cấp tốc độ trục chính từ $30 - 1500\text{ vòng/phút}$, bước tiến bàn $30 - 1500\text{ mm/phút}$, lực tiến dao lớn nhất 2000 kG).
- Dao cắt: Dao phay ngón loại I dạng A thép gió P18$\Phi$2 ($D = 5\text{ mm}$, $d = 5\text{ mm}$, $L = 45\text{ mm}$, chiều dài phần cắt $l = 12\text{ mm}$, $\gamma = 30^\circ$, $T = 60\text{ phút}$).
Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ
Hệ thống thiết bị, đồ gá và dụng cụ công nghệ được thiết kế tích hợp đồng bộ theo bảng thông số kỹ thuật thực tế:
Bảng tổng hợp đặc tính thiết bị công nghệ chính trong đồ án:
| Hạng mục | Thiết bị tiện chính | Thiết bị phay chính |
|---|---|---|
| Model máy | Máy tiện ren vít vạn năng T616 (1616) | Máy phay đứng 6H13 |
| Công suất động cơ | 4,5 kW | 10 kW |
| Phạm vi tốc độ trục chính | 12 cấp: 44, 66, 91, 120, 173, 240, 350, 503, 723, 985, 1380, 1980 vòng/phút | 18 cấp: 30, 37.5, 47.5, 60, 75, 95, 118, 150, 190, 235, 300, 375, 475, 600, 750, 950, 1180, 1500 vòng/phút |
| Lượng tiến dao | Tiến dao dọc: 0,06 ÷ 3,24 mm/vòng; Ngang: 0,04 ÷ 2,45 mm/vòng | Tiến dao bàn máy: 30 ÷ 1500 mm/phút; Lực tiến dao tối đa: 2000 kG |
| Đồ gá sử dụng | Mâm cặp 3 chấu tự định tâm | Khối V đứng kết hợp phiến tỳ định vị |
| Vật liệu dụng cụ cắt | Hợp kim cứng T15K6, Thép gió P18$\Phi$2 | Thép gió P18$\Phi$2 |
| Kiểm tra kích thước | Thước cặp $0 - 150 \times 0,02\text{ mm}$, Calip ren | Thước cặp $0 - 150 \times 0,02\text{ mm}$ |
| Dung dịch trơn nguội | Dung dịch Emunxi loãng | Dung dịch Emunxi |
Nguyên tắc chọn chuẩn công nghệ xuyên suốt đồ án là tận dụng tối đa bề mặt trụ ngoài $\varnothing 25$, $\varnothing 16$ và mặt đầu làm chuẩn định vị chính để triệt tiêu các bậc tự do cần thiết, đảm bảo độ đồng tâm giữa các đoạn trục bậc và độ vuông góc giữa mặt đầu với đường tâm chi tiết.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Xác định chính xác quy mô sản xuất thực tế là 3.588 sản phẩm/năm, phân loại thành công hình thức tổ chức sản xuất hàng loạt vừa cho chi tiết có khối lượng $0,13\text{ kg}$.
- Lựa chọn giải pháp tạo phôi dập nóng thể tích trong khuôn kín cấp chính xác II với hệ số phức tạp C2 ($C \approx 0,37$), lượng dư gia công một phía tối ưu $0,4\text{ mm}$, góc thoát khuôn $5^\circ$.
- Thiết lập quy trình công nghệ gia công chi tiết hoàn chỉnh gồm 11 nguyên công với trình tự gá đặt và chuyển bước hợp lý.
- Đề xuất đầy đủ thông số kết cấu và hình học dao cắt (T15K6, P18$\Phi$2), chế độ bôi trơn làm nguội (Emunxi) và dụng cụ đo kiểm cho từng nguyên công.
Đóng góp thực tiễn của đồ án
- Ứng dụng thành công phần mềm CAD Creo Parametric vào việc mô hình hóa hình học chính xác và trích xuất tự động thông số thể tích, khối lượng phục vụ tính toán công nghệ thay thế cho phương pháp chia nhỏ thể tích thủ công.
- Tối ưu hóa chuỗi nguyên công trên các máy công cụ vạn năng thông dụng (T616, 6H13) sẵn có tại phân xưởng cơ khí, nâng cao tính khả thi trong sản xuất thực tế mà không đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị mới.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Toàn bộ tiến trình công nghệ được xây dựng dựa trên các máy công cụ vạn năng truyền thống (tiện cơ T616, phay cơ 6H13), đòi hỏi nhiều lần gá đặt và đổi chuẩn qua 11 nguyên công riêng lẻ. Thuyết minh văn bản chưa triển khai chi tiết tính toán chế độ cắt định lượng cho các nguyên công phay then (NC 9) và mài tinh (NC 10). Phương pháp dập nóng đòi hỏi chi phí đầu tư chế tạo khuôn dập kín ban đầu.
- Hướng phát triển: Nghiên cứu chuyển đổi tiến trình gia công sang trung tâm tiện - phay CNC để tích hợp gom nguyên công, giảm số lần gá đặt và nâng cao độ chính xác vị trí tương quan; thiết kế đồ gá chuyên dùng tối ưu lực kẹp cho nguyên công phay rãnh và phay rãnh then; ứng dụng phần mềm CAM để mô phỏng đường chạy dao và tối ưu hóa thời gian gia công cơ bản.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng thụ hưởng: Tài liệu hữu ích cho sinh viên, giảng viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Chế tạo máy thực hiện đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy, đồ án tốt nghiệp hoặc các kỹ sư công nghệ tại các xưởng cơ khí chế tạo.
- Nội dung tham khảo giá trị:
- Quy trình từng bước ứng dụng Creo Parametric để mô hình hóa và gán vật liệu xác định khối lượng chi tiết.
- Phương pháp luận phân tích so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa 3 phương pháp đúc, dập nóng và rèn tự do.
- Bảng tiến trình phân chia nguyên công, nguyên tắc chọn chuẩn định vị và bảng tra cứu thông số máy tiện T616, máy phay 6H13 cùng thông số hình học dao T15K6/P18$\Phi$2.
Câu hỏi thường gặp
1. Chi tiết chốt hãm có sản lượng hàng năm bao nhiêu và được xếp vào dạng sản xuất nào?
Sản lượng thiết kế ban đầu là 3.000 sản phẩm/năm. Sau khi tính đến tỷ lệ phế phẩm ($\alpha = 15%$) và hao hụt gia công ($\beta = 4%$), sản lượng thực tế là 3.588 chiếc/năm. Với khối lượng chi tiết $m \approx 0,13\text{ kg}$, chi tiết được xếp vào dạng sản xuất hàng loạt vừa.
2. Vật liệu chế tạo chi tiết chốt hãm là gì và có các đặc tính cơ lý chính nào?
Chi tiết được chế tạo từ thép hợp kim 40XH. Vật liệu có khối lượng riêng $7.820\text{ kg/m}^3$, hệ số Poisson 0,29, mô-đun đàn hồi 190 GPa, giới hạn bền $\sigma_b \ge 980\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_s \ge 785\text{ MPa}$, độ giãn dài $\delta \ge 10%$ và độ cứng $\le 217\text{ HB}$.
3. Vì sao tác giả lựa chọn phương pháp dập nóng thể tích trong khuôn kín để tạo phôi?
Thép 40XH có tính đúc kém (chảy loãng thấp, độ co lớn, dễ rỗ khí), trong khi rèn tự do khó đảm bảo độ chính xác dạng trục bậc và tốn nhiều lượng dư. Dập nóng thể tích khuôn kín tận dụng được độ dẻo cao của thép khi nung, tạo thớ kim loại liên tục, đạt độ bóng phôi $R_z = 20 - 80\ \mu\text{m}$, lượng dư nhỏ ($0,4\text{ mm}$), năng suất cao và phù hợp với sản xuất hàng loạt vừa.
4. Bề mặt nào của chi tiết yêu cầu độ chính xác cao nhất và tiến trình gia công bề mặt đó gồm các bước nào?
Bề mặt trụ ngoài $\varnothing 16\text{h}7\text{ mm}$ (bề mặt số 8) có yêu cầu cao nhất với cấp chính xác IT7 và độ nhám $R_a = 0,32\ \mu\text{m}$. Tiến trình gia công bề mặt này gồm 4 bước qua các nguyên công: Tiện thô (NC 3) $\rightarrow$ Tiện bán tinh (NC 4) $\rightarrow$ Tiện tinh (NC 6) $\rightarrow$ Mài tinh (NC 10).
5. Máy công cụ và chuẩn định vị được sử dụng trong nguyên công phay thô rãnh (Nguyên công 8) là gì?
Nguyên công 8 sử dụng máy phay đứng 6H13 (công suất 10 kW). Chuẩn định vị chi tiết gồm mặt trụ ngoài (8) đặt trên khối V đứng và mặt đầu (10) tỳ lên phiến tỳ để khống chế các bậc tự do cần thiết khi phay rãnh rộng 5 mm, sâu 5 mm bằng dao phay ngón thép gió P18$\Phi$2.
Kết luận
Đồ án môn học của sinh viên Nguyễn Trọng Hoàng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ khí cho chi tiết chốt hãm thép 40XH quy mô hàng loạt vừa (3.588 chiếc/năm). Nghiên cứu đã kết hợp hiệu quả công cụ CAD Creo Parametric trong việc xác định thông số hình học - khối lượng với hệ thống sổ tay công nghệ để lựa chọn phôi dập nóng khuôn kín cấp II và thiết lập tiến trình 11 nguyên công gia công cơ khí tối ưu. Toàn bộ các thông số máy công cụ (T616, 6H13), dao cắt (T15K6, P18$\Phi$2), chế độ gá đặt và dụng cụ đo kiểm đều được luận giải chi tiết, đảm bảo tính khả thi cao và phù hợp với điều kiện trang thiết bị thực tế của xưởng sản xuất cơ khí.