Đồ án công nghệ chế tạo máy chế tạo đế xoay

Đồ án nghiên cứu công nghệ chế tạo máy chế tạo đế xoay, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán kỹ thuật.

• Tác giả: Lương Thị Thiên Lý
• Người hướng dẫn: Trần Ngọc Hào
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế quy trình công nghệ gia công giá đỡ trục xoay
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: TP. HCM

Tóm tắt

I. Nghiên cứu chi tiết gia công và phân tích cấu trúc đế xoay

Thiết kế quy trình gia công đế xoay yêu cầu nghiên cứu sâu sắc về chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết. Đế xoay là một thành phần quan trọng trong các hệ thống cơ khí, chịu các tải trọng và momen xoay trong quá trình vận hành. Việc phân tích điều kiện làm việc giúp xác định yêu cầu về dung sai kích thước, độ nhám bề mặt và các tính chất cơ học cần thiết. Vật liệu sử dụng thường là gang hoặc thép đúc, phù hợp với khả năng chịu lực và yêu cầu thiết kế. Xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng 10.000 chiếc/năm, thuộc loại sản xuất hàng loạt trung bình. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn phương pháp tạo phôi và tính toán chi phí sản xuất. Phân tích kỹ các bề mặt gia công, đặc biệt là các mặt tiếp xúc và mặt quay, là nền tảng để thiết lập quy trình công nghệ hiệu quả.

1.1. Phân tích chức năng và điều kiện làm việc

Đế xoay hoạt động dưới tác dụng của các lực xoay và tải trọng động. Cần xác định rõ các bề mặt chịu lực chính, các mặt tiếp xúc với các chi tiết khác. Điều kiện môi trường, nhiệt độ, độ ẩm cũng ảnh hưởng đến việc chọn vật liệu và dung sai kích thước. Phân tích này giúp định hướng toàn bộ quy trình gia công.

1.2. Chọn phôi và phương pháp tạo phôi

Với sản lượng 10.000 chiếc/năm, phương pháp đúc là lựa chọn tối ưu so với rèn hoặc gia công từ khối. Tính toán lượng dư gia công cho các bề mặt chính, xác định sai lệch cho phép kích thước đúc theo tiêu chuẩn gang đúc. Vẽ chi tiết lồng phôi để chuẩn bị cho giai đoạn thiết kế mẫu.

II. Thiết lập trình tự gia công và phân tích các phương án

Trình tự gia công là yếu tố quyết định hiệu suất và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Sau khi nhận phôi đúc, cần tiến hành phân tích và đánh dấu các bề mặt cần gia công. Điều này bao gồm các mặt quay chính, các mặt tiếp xúc, các lỗ lắp và các bề mặt có yêu cầu độ nhám cao. So sánh các phương án gia công khác nhau về mặt hiệu suất, chi phí và độ chính xác. Phương án nên bắt đầu từ các bề mặt tham chiếu (bề mặt gá đặt) để đảm bảo độ chính xác cho các bề mặt sau. Lựa chọn trình tự hợp lý giảm thời gian gia công, tối ưu hóa sử dụng thiết bị và đảm bảo độ chính xác yêu cầu của chi tiết. Cần xem xét khả năng gá đặt, độ cứng của chi tiết và yêu cầu về kích thước và hình dạng.

2.1. Đánh dấu và phân loại bề mặt gia công

Phân chia các bề mặt thành các nhóm gia công theo mức độ ưu tiên: mặt tham chiếu (gá đặt), bề mặt chính có yêu cầu dung sai chặt, và bề mặt phụ. Đánh dấu rõ ràng trên bản vẽ chi tiết lồng phôi để hướng dẫn lắp ráp và gia công.

2.2. So sánh phương án gia công

Xét các phương án: gia công hai mặt song song, gia công tuần tự, hay gia công gá đặt lắp ghép. Đánh giá dựa trên thời gian, chi phí, độ chính xác, và khả năng thực hiện. Phương án tối ưu thường là gá đặt một lần gia công nhiều bề mặt nếu có thể.

III. Thiết kế nguyên công và tính toán chế độ cắt

Thiết kế nguyên công là bước quan trọng để xác định chi tiết cách thực hiện mỗi bước gia công. Mỗi nguyên công bao gồm: vẽ sơ đồ gá đặt chi tiết, lựa chọn máy tiện phù hợp, chọn loại dao cắt và vật liệu dao (HSS, carbide), trình bày các bước gia công cụ thể. Tính toán chế độ cắt (tốc độ quay n, tiến s, độ sâu cắt t) dựa trên tài liệu kỹ thuật và điều kiện máy. Tra lượng dư gia công cho từng bước theo tiêu chuẩn, tính toán thời gian gia công cơ bản bao gồm thời gian cắt chính, thời gian phụ (gá, tháo, đo). Tối ưu hóa quy trình bằng cách giảm lượng dư, tăng tốc độ cắt nơi cho phép, sử dụng dao đa-chi. Sai số chế tạo của mỗi nguyên công phải nhỏ hơn dung sai chi tiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.1. Vẽ sơ đồ gá đặt và chọn máy dao cắt

Thiết kế sơ đồ gá đặt chi tiết, chỉ rõ các điểm tựa, lực kẹp, và định vị. Chọn máy tiện phù hợp với kích thước và độ chính xác yêu cầu (tiện thường, tiện CNC). Lựa chọn loại dao cắt dựa trên vật liệu chi tiết và tốc độ gia công mong muốn.

3.2. Tra lượng dư gia công và tính thời gian

Tra lượng dư gia công từ bảng tiêu chuẩn cho gang đúc theo loại bề mặt. Tính thời gian gia công cơ bản = lượng dư / (s × t × n). Thời gian gia công toàn phần bao gồm thời gian phụ (10-20% thời gian chính). Chi tiết này ảnh hưởng đến năng suất và chi phí sản xuất.

IV. Thiết kế đồ gá và kiểm tra độ chính xác

Thiết kế đồ gá là bước cuối cùng nhưng cực kỳ quan trọng trong quy trình gia công. Đồ gá phải đảm bảo định vị chính xác chi tiết, kẹp chắc chắn mà không làm biến dạng. Vẽ sơ đồ nguyên lý đồ gá, thiết kế kết cấu chi tiết, mô tả nguyên lý làm việc. Tính lực kẹp cần thiết dựa trên lực cắt từ chế độ cắt: F_kẹp = (F_cắt × hệ số an toàn) / (hệ số ma sát × số điểm kẹp). Tính lực kẹp thực tế của cơ cấu kẹp (tay quay, xylanh pneumatic, xylanh thủy lực) để so sánh. Tính sai số gá đặt tổng hợp từ sai số định vị, sai số kẹp, sai số máy và so sánh với dung sai nguyên công. Đối với các chi tiết chịu lực trong đồ gá, cần kiểm tra sức bền (ứng suất, biến dạng). Thiết kế đồ gá tối ưu giảm chi phí sản xuất, tăng độ chính xác và hiệu suất gia công.

4.1. Tính lực kẹp và thiết kế cơ cấu kẹp

Xác định lực cắt chính từ công thức F = P/v hoặc tra bảng. Tính lực kẹp cần thiết với hệ số an toàn 1,5-2,0. Chọn loại cơ cấu kẹp (tay quay, cam, pneumatic) dựa trên tần suất sử dụng và điều kiện công xưởng.

4.2. Kiểm tra sai số gá đặt và sức bền chi tiết

Tính sai số tổng hợp từ các nguồn sai số. So sánh với dung sai nguyên công: δ_gá < (dung sai - sai số máy - sai số dao)/2. Kiểm tra ứng suất bending, shear cho các chi tiết chịu lực trong đồ gá để đảm bảo độ an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI 1. Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 1. Chức năng Giá đỡ trục xoay là một bộ phận cơ khí được sử dụng để hỗ trợ, cố định và định vị trục quay trong các hệ thống máy móc hoặc thiết bị.

Nó đảm bảo trục có thể quay một cách ổn định, chính xác và chịu được các tải trọng tác động lên trục trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, giá đỡ trục xoay giúp giảm ma sát giữa trục và giá đỡ, từ đó tăng hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Ngoài ra, giá đỡ trục xoay có khả năng chịu lực từ trục và các tải trọng tác động lên nó, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Điều kiện làm việc - Tải trọng tác động: Chủ yếu là tải trọng tĩnh và tải trọng va đập nhẹ từ trục quay.

Ngoài ra còn chịu lực nén từ ổ trục và moment xoắn nhỏ trong quá trình làm việc. - Chế độ làm việc: Làm việc liên tục hoặc theo chu kỳ, phụ thuộc vào máy sử dụng. Trục xoay có thể quay với tốc độ trung bình, không quá cao. - Làm việc trong môi trường khô, có thể có bụi hoặc hơi dầu bôi trơn.

Nhiệt độ môi trường làm việc thông thường, không khắc nghiệt. - Các bề mặt lỗ có thể lắp với trục hoặc ổ lăn, do đó chịu ma sát khi trục quay. Yêu cầu có độ cứng và độ nhẵn bề mặt tương đối tốt để chống mài mòn. - Yêu cầu độ chính xác cao về vị trí tâm lỗ, độ vuông góc và độ song song để đảm bảo khả năng lắp ráp chính xác và làm việc ổn định.

Dung sai kích thước các bề mặt cần gia công Hình NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI. Chi tiết gia công Phân tích chi tiết từng bề mặt: - Bề mặt 1: + Chế độ làm việc: lắp ráp và định vị + Phương pháp gia công: Tiện mặt đầu (H8) + Dung sai: ∅ 90+0.5 + Mức độ quan trọng: quan trọng - Bề mặt 2 và 5: + Chế độ làm việc: Chịu tải trọng động (quay), ma sát cao. + Phương pháp gia công: Phay bán tinh + Dung sai: 20±0.07 + Độ nhám: Rz20 + Mức độ quan trọng: khá quan trọng 2 - Bề mặt 3 và 4: + Chế độ làm việc: Chịu tải trọng động, ma sát cao. + Phương pháp gia công: Phay bán tinh + Dung sai: 20±0.07 + Độ nhám: Rz40 + Mức độ quan trọng: không quan trọng - Bề mặt 6: + Chế độ làm việc: Chủ yếu để lắp ráp và định vị.

+ Phương pháp gia công: Tiện tinh (H7) + Dung sai: ∅45+0.2 +Mức độ quan trọng: quan trọng - Bề mặt 7: + Chế độ làm việc: Chịu tải trọng tĩnh, dùng để lắp ghép với chi tiết khác. + Phương pháp gia công: Khoét, doa (H7) + Dung sai: ∅30+0.2 + Mức độ quan trọng: Quan trọng - Bề mặt 8: + Chế độ làm việc: Dùng để lắp ghép và định vị. + Phương pháp gia công: Tiện + Dung sai: ∅70+0.2 + Mức độ quan trọng: Quan trọng 1. Vật liệu của chi tiết Gang xám (GX 15-32) là một loại gang có tổ chức tế vi graphit.

Gang xám được đặt tên theo màu xám của vết nứt trong cấu trúc hợp kim do sự hiện diện của graphit (than chì). Đây là loại gang phổ biến nhất và là vật liệu đúc được sử dụng rộng rãi nhất dựa trên trọng lượng. Hình NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI.2 Hình chụp các vết nứt trên gang xám 4 Hình NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI.3 Hình chụp hiển vi cấu trúc gang xám a. Ưu-nhược điểm: Gang xám là hợp kim kỹ thuật thông dụng do có chi phí tương đối thấp và tính dễ gia công, nhờ mài mòn tốt vì graphit dạng tấm phẳng có tính tự làm trơn.

Graphit cũng giúp gang xám có tính hấp thụ lực (giảm chấn) tuyệt vời vì graphit hấp thu năng lượng và chuyển hóa thành nhiệt. Nó có tính co ngót khi đông đặc thấp hơn so với các loại gang khác vốn không có tổ chức tế vi (graphit). Nguyên tố Silic giúp tăng tính chống ăn mòn và tính chảy loãng khi đúc khuôn. Gang xám cũng được xem là loại vật liệu dễ hàn.

So với các loại hợp kim hiện đại khác, gang xám có giới hạn bền kéo và tính kéo sợi thấp. Độ dẻo hay tính dễ kéo sợi (ductility) là khả năng chịu biến dạng dẻo của kim loại trước khi bị phá hủy. Gang xám giòn, khả năng chống uốn kém, không thể rèn được. Do vậy, gang xám hầu như không có tính bền chịu va đập.

Gang xám nặng, nhiều tạp chất. Khi làm nguội nhanh trong khuôn, gang bị biến trắng, rất khó gia công cơ khí. Thành phần hóa học: Bảng NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI.1 Vật liệu GX 15-32 Thành phần hóa học 2 Độ bền KG/mm Độ rắn P S HB 𝜎𝑘 𝜎𝑢 C Si Mn Không quá 5 15 32 163÷229 3,5÷3,7 2,0÷3,7 0,5÷0,8 0,3 0,15 c. Cơ tính GX 15-32: Độ bền thấp: σk < 35 ÷ 40 KG/mm2 (khoảng 150 – 250 MPa), chỉ bằng ½ thép thông dụng.

Tổ chức tế vi: Cementit (cacbua sắt; Fe3C); Ledeburit (hỗn hợp eutecti ferrit - cementit, 4,3% cacbon); α- Ferrit (α-sắt; mềm); Pearlit (88% ferrit, 12% cementit); Spheroidit. Ứng dụng: Gang xám thường được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Chế tạo các chi tiết chịu tải trọng nhỏ và ít bị va đập điển hình là khung vỏ máy móc. Do yêu cầu về độ cứng chống uốn (stiffness) quan trọng hơn độ bền kéo, ví dụ như khối xi lanh động cơ đốt trong, vỏ máy bơm, thân van, hộp điện và khối đúc trang trí.

Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của gang xám cao, nên gang xám thường được khai thác để chế tạo dụng cụ nấu ăn bằng gang và rôto phanh đĩa. Xác định dạng sản xuất 1. Tính sản lượng thực tế Sản lượng thực tế hàng năm được xác định theo công thức: N = N1× 1+( α100+ β ) = 10000 ×(1 + 4100+ 6 ) = 11000 ( chiếc / năm ) Trong đó: N: số chi tiết thực tế được sản xuất trong một năm N 1: số chi tiết theo kế hoạch năm β: số % chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ (β = 5 ÷ 7) α: số % phế phẩm (α = 3 ÷ 6) 1. Tính khối lượng chi tiết Q = V × γ = 0.01 ( kg ) 6 Trong đó: Q: khối lượng chi tiết (kg) V: thể tích của chi tiết ( dm3 ) - dùng phần mềm Creo để tính 3 γ: khối lượng riêng của vật liệu (kg / dm3) với γ gang xám =( 6,8 ÷ 7,4 ) kg / dm Hình NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI.

Khối lượng chi tiết. Xác định phương pháp chế tạo phôi 1. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi a. Chọn phôi và cấp chính xác chế tạo phôi - Ứng với dạng sản xuất hàng loạt lớn chọn cấp chính xác 2 (trang 23, sách Hướng dẫn thiết kế đồ án Công nghệ chế tạo máy) - Phôi có cấp chính xác: IT15 ± IT16 - Thông số nhám bề mặt: Rz = 80μm 7 Có nhiều phương pháp tạo phôi khác nhau, do đó phải phân tích ưu, khuyết điểm của các phương pháp nhằm chọn ra phương pháp chế tạo phôi thích hợp đảm bảo yêu cầu của quá trình công nghệ gia công sau này.

Có nhiều phương án tạo phôi như rèn, dập, đúc…Nhưng đối với vật liệu gang xám thì ta lựa chọn phương án đúc là hiệu quả và dễ thực hiện nhất. Phôi đúc có khả năng tạo hình và độ chính xác phụ thuộc vào cách chế tạo khuôn, có thể đúc được các chi tiết có hình dạng từ đơn giản đến phức tạp. Phôi đúc có cơ tính không cao bằng phôi rèn dập, nhưng việc chế tạo phôi đúc là tương đối dễ dàng, thiết bị đơn giản, lại rất phù hợp với chi tiết bằng gang. *Kết luận: Dựa vào vật liệu, hình dạng, kích thước của Giá đỡ trục xoay, dạng sản xuất, vật liệu là GX 15-32 và các đặc điểm của những phương pháp tạo phôi → Ta thấy phôi đúc là phù hợp với chi tiết đã cho nhất vì có những ưu điểm hơn so với các phương pháp tạo phôi khác và thích hợp nhất với tính chất vật liệu, các yêu cầu kỹ thuật và dạng sản xuất đã chọn.

Phương pháp chế tạo phôi đúc Cơ tính và độ chính xác vật đúc phụ thuộc vào phương pháp đúc và phương pháp làm khuôn đúc. Chi tiết dạng càng khá phức tạp, đòi hỏi độ đồng tâm, độ vuông góc cao do đó cần phải lựa chọn phương pháp đúc thích hợp đảm bảo được các yêu cầu kĩ thuật đã đề ra. Trong đúc phôi có những phương pháp như sau: - Đúc trong khuôn cát mẫu gỗ Chất lượng bề mặt vật đúc không cao, giá thành thấp, trang thiết bị đơn giản, thích hợp cho dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ Loại phôi này có cấp chính xác: IT16÷IT17 Độ nhám bề mặt: Rz = 160μm - Đúc trong khuôn cát mẫu kim loại Nếu công việc thực hiện bằng máy thì có cấp chính xác khá cao, giá thành cao hơn so với đúc trong khuôn mẫu bằng gỗ. Loại này phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt vừa và lớn Loại phôi này có cấp chính xác: IT15÷IT16 Độ nhám bề mặt: Rz = 80μm (Trang 185, [2]) 8 - Đúc trong khuôn kim loại Độ chính xác cao nhưng giá thành thiết bị đầu tư lớn, phôi có hình dáng gần giống với chi tiết.

Giá thành sản phẩm cao. Loại này phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối Loại phôi này có cấp chính xác: IT14÷IT15 Độ nhám bề mặt: Rz = 40μm (Trang 185, [2]) - Đúc ly tâm Loại này chỉ phù hợp với chi tiết dạng tròn xoay, đặc biệt là hình ống, hình xuyến. - Đúc áp lực Dùng áp lực để điền đầy kim loại trong lòng khuôn. Phương pháp này chỉ thích hợp với chi tiết có độ phức tạp cao, yêu cầu kỹ thuật cao.

Trang thiết bị đắt tiền nên giá thành sản phẩm cao - Đúc trong khuôn vỏ mỏng Loại này tạo phôi chính xác cho chi tiết phức tạp được dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Kết luận: Với những yêu cầu của chi tiết đã cho, tính kinh tế cũng như dạng sản xuất đã chọn ta sẽ chọn phương pháp chế tạo phôi là: “Đúc trong khuôn cát, mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy” 1. Tra lượng dư đúc Tra Bảng 2.4, trang 24, [1] Bảng NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI.