Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật ô tô, việc giảm thiểu dao động và nâng cao độ êm dịu chuyển động gắn liền với các tiêu chí an toàn chuyên chở hàng hóa, giảm áp lực tải trọng động lên mặt đường, duy trì lực truyền động tối ưu khi tăng tốc cũng như khi phanh. Cụm vi sai cầu sau (Limited Slip Differential) giữ vai trò then chốt trong việc phân phối mô-men xoắn từ động cơ đến hai bánh xe chủ động, cho phép các bánh xe quay với các vận tốc góc khác nhau khi xe di chuyển trên cung đường vòng hoặc đường trơn trượt nhằm ngăn ngừa hiện tượng trượt quay nguy hiểm. Trong cơ cấu này, trục bánh răng (bánh răng cùi) là chi tiết dạng trục truyền lực chủ động, trực tiếp ăn khớp với bánh răng vành chậu. Chi tiết này thường xuyên làm việc dưới tải trọng thay đổi chu kỳ, chịu mô-men xoắn lớn, lực uốn và lực va đập, đòi hỏi nghiêm ngặt về độ bền tiếp xúc mặt răng, độ cứng uốn, độ cứng xoắn và độ đồng tâm giữa các cổ trục lắp ghép.

Đề tài "Thiết kế quy trình sản xuất tự động bánh răng thuộc bộ vi sai cầu sau xe buýt THACOCITY TB79CT" được thực hiện nhằm xây dựng một dây chuyền công nghệ gia công cơ khí tự động hóa đạt năng suất cao, kiểm soát chất lượng bề mặt và độ chính xác hình học của chi tiết trục bánh răng theo các tiêu chuẩn công nghiệp.

Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể qua 4 bước:

  1. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và chất lượng của bánh răng xe buýt THACOCITY TB79CT, bao gồm độ chính xác, kích thước, hình dạng và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của trục lái/trục truyền động.
  2. Nghiên cứu và lựa chọn các công nghệ, thiết bị, công cụ và dụng cụ gia công phù hợp để bảo đảm chất lượng và độ chính xác của bánh răng trong quá trình sản xuất.
  3. Thiết kế quy trình sản xuất tự động, bao gồm việc xác định các bước gia công, lắp ráp và kiểm tra chất lượng của bánh răng, đồng thời tích hợp các hệ thống tự động hóa và robot hóa để nâng cao năng suất và tiết kiệm chi phí.
  4. Tìm hiểu về quy trình mài vô tâm chạy dao hướng kính, các thiết bị và dụng cụ sử dụng trong quá trình này, cũng như các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng của bề mặt chi tiết sau khi mài.

Đối tượng nghiên cứu là chi tiết trục bánh răng (bánh răng nón xoắn/bánh răng cùi) thuộc cụm vi sai cầu sau của dòng xe buýt THACOCITY TB79CT. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán quy trình công nghệ chế tạo cơ khí từ khâu lựa chọn phương pháp tạo phôi, thiết kế đồ gá và chuẩn công nghệ, lập tiến trình 12 nguyên công gia công, tính toán chế độ cắt và định mức thời gian, lựa chọn thiết bị máy công cụ CNC, ứng dụng tay máy robot phục vụ cấp/tháo phôi tự động, cho đến việc thiết kế mặt bằng phân xưởng sản xuất cho quy mô sản lượng 20.000 chi tiết/năm tại Việt Nam (nghiên cứu hoàn thành vào tháng 06/2023 tại Trường Đại học Công nghệ Đông Á).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên nguyên lý truyền động cơ khí ô tô và lý thuyết công nghệ chế tạo máy:

  • Lý thuyết động học và kết cấu bộ vi sai ô tô: Phân tích nguyên lý truyền lực từ trục các-đăng (propeller shaft) qua bánh răng chủ động (pinion), bánh răng bị động (crown wheel), vỏ vi sai (rotating cage), bánh răng hành tinh (small gear) đến bán trục (inner/outer half shaft). Phân loại các cơ cấu vi sai theo kết cấu (bánh răng nón, bánh răng trụ, trục vít) và theo chức năng hạn chế trượt (khớp nối thủy lực, Torsen cảm ứng mô-men xoắn dạng trục vít - bánh vít, ma sát lệch trục, vi sai nhiều đĩa ma sát ép lò xo).
  • Nguyên lý công nghệ chế tạo máy và định vị chuẩn: Ứng dụng nguyên tắc thống nhất và bất biến của chuẩn định vị trong gia công cắt gọt chi tiết dạng trục; lý thuyết xác định dạng sản xuất dựa trên sản lượng hàng năm và khối lượng phôi; các nguyên lý đúc tạo phôi kim loại.
  • Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn cấp chính xác vật đúc theo GOST 855-55 và GOST 2009-55; mác thép hợp kim crom-niken 20HN3A (theo tiêu chuẩn PN-72/C-84023); tiêu chuẩn mũi khoan định tâm TCVN 4276:1986; tiêu chuẩn thảm chống thấm mái nhà xưởng Technoelast (TU 5774-003-00287852-99); các tiêu chuẩn quản lý chất lượng ISO 9001, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN, ISO và ASTM.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa giải tích tính toán và tra cứu sổ tay công nghệ:

  • Phương pháp giải tích xác định sản lượng kế hoạch: $$N = N_1 \times \left(1 + \frac{\beta}{100}\right)$$ (với $N_1 = 20.000$ chi tiết/năm; $\beta$ là hệ số phế phẩm chọn từ 5% đến 6%).
  • Phương pháp tính nhịp sản xuất $\tau$ theo quỹ thời gian làm việc thực tế của thiết bị: $$\tau = \frac{Q_t \times 60}{N} = 11,23\text{ phút}$$
  • Phương pháp tính toán thông số chế độ cắt (chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao răng $S_z$, lượng chạy dao phút $S_m$, số vòng quay trục chính $n$, vận tốc cắt $V$) và định mức thời gian từng phần cho nguyên công: $$t_{\text{tổng}} = t_c + t_p + t_{pv} + t_{dv} + t_n$$ (thời gian cơ bản, thời gian phụ, thời gian phục vụ kỹ thuật, thời gian phục vụ tổ chức và thời gian nghỉ ngơi tự nhiên).
  • Phương pháp phân tích chuỗi kích thước và dung sai lắp ghép hình học mặt trụ và mặt răng.

Nguồn dữ liệu được trích xuất từ bản vẽ kỹ thuật chi tiết trục bánh răng xe buýt THACOCITY TB79CT, Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy (Tập 1, Tập 2), cùng catalog thông số kỹ thuật của các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp (Makino, Denver, Jagura/JAG, Kawasaki/RFA).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Chương I trình bày tổng quan về hệ thống vi sai ô tô, kết cấu cụm cầu sau và đặc tính làm việc của chi tiết trục bánh răng. Nội dung mô tả chi tiết 4 dạng cơ cấu vi sai hạn chế trượt (LSD): loại dùng khớp nối thủy lực truyền mô-men bằng sức cản độ nhớt dầu; loại Torsen gồm hai bộ truyền trục vít - bánh vít tự khóa dựa trên góc nghiêng rãnh răng; loại cảm ứng mô-men xoắn kiểu ma sát lệch trục có độ dài trụ xoắn hai đầu khác nhau; và loại nhiều đĩa ma sát ép bằng hệ lò xo nén hình trụ.

Về mặt vật liệu, tác giả phân loại vật liệu chế tạo bánh răng thành hai nhóm: nhóm 1 có độ rắn HB < 350 (thường hóa hoặc tôi cải thiện, có khả năng chạy mòn) và nhóm 2 có độ rắn HB > 350 (tôi thể tích, tôi bề mặt, thấm cacbon, thấm nitơ để tăng ứng suất tiếp xúc lên gấp 2 lần và khả năng tải lên gấp 4 lần). Đối với trục bánh răng xe buýt chịu tải trọng lớn, tác giả chọn thép hợp kim crom-niken 20HN3A.

Nguyên tố hóa học Tỷ lệ phần trăm (%)
Cacbon (C) 0,17 – 0,23
Mangan (Mn) 0,30 – 0,60
Silic (Si) 0,17 – 0,37
Crom (Cr) 0,60 – 0,90
Niken (Ni) 2,75 – 3,15
Photpho (P) $\le 0,030$
Lưu huỳnh (S) $\le 0,030$

Căn cứ vào kích thước bao của chi tiết ($L = 692\text{ mm}$, $D = 38,5\text{ mm}$ đoạn thân), vật liệu 20HN3A và sản lượng đặt hàng $N_1 = 20.000$ chi tiết/năm, tác giả tính toán với lượng dự trữ phế phẩm $\beta = 5%$ cho ra $N = 21.000$ sản phẩm/năm, tương ứng nhịp sản xuất $\tau = 11,23\text{ phút}$. Dạng sản xuất được xác định là sản xuất hàng loạt lớn đến hàng khối.

Chương II: PHẦN CÔNG NGHỆ

Chương II tập trung giải quyết toàn bộ các bài toán công nghệ chế tạo cơ khí:

  • Yêu cầu kỹ thuật chi tiết: Chi tiết có phần vành răng nón xoắn ốc ($z = 15$, $m = 8,5\text{ mm}$), cấp chính xác 7. Các cổ trục lắp ghép ổ lăn yêu cầu kích thước danh nghĩa và dung sai chặt chẽ: $\varnothing 60_{-0,029}^{-0,010}\text{ mm}$, $\varnothing 65_{-0,029}^{-0,010}\text{ mm}$, $\varnothing 80_{+0,020}^{+0,039}\text{ mm}$. Bề mặt răng sau nhiệt luyện phải đạt độ cứng HRC 58...61, lõi răng đạt HRC 29...44. Chiều sâu lớp thấm cacbon (xi măng hóa) trên các bề mặt đánh bóng/mài cho phép giảm xuống $0,9\text{ mm}$. Sai số hình học khống chế bởi độ tròn $0,01\text{ mm}$, độ trụ mặt cắt dọc $0,01\text{ mm}$; độ đảo hướng tâm các cổ trục $\varnothing 80\text{ mm}$ và $\varnothing 65\text{ mm}$ không quá $0,016\text{ mm}$; độ đảo mặt đầu không quá $0,019\text{ mm}$; độ đảo hướng tâm rãnh then $\varnothing 60\text{ mm}$ không quá $0,04\text{ mm}$; độ đảo khoảng cách tâm và vành răng trước nhiệt luyện không quá $0,06\text{ mm}$. Độ nhám bề mặt gia công đạt $R_a = 1,6\ \mu\text{m}$.
  • Phương pháp tạo phôi: Phân tích 5 phương án đúc (đúc khuôn cát mẫu gỗ/kim loại, đúc khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc liên tục). Tác giả lựa chọn phương pháp đúc ly tâm trong khuôn kim loại nhằm bảo đảm tổ chức kim loại xít chặt, hạt mịn, cơ tính cao, khắc phục rỗ khí, đạt cấp chính xác II theo tiêu chuẩn GOST (IT13 - IT17), độ nhám bề mặt phôi $R_z = 40\ \mu\text{m}$.
  • Chuẩn định vị: Chọn chuẩn tinh thống nhất là hai lỗ tâm ở hai đầu trục kết hợp các cổ trục trụ $\varnothing 60\text{ mm}$, $\varnothing 80\text{ mm}$ và mặt đầu cổ $\varnothing 80\text{ mm}$ nhằm tuân thủ nguyên tắc bất biến của chuẩn định vị, hạn chế tích lũy sai số gá đặt qua các bước công nghệ.
  • Tiến trình công nghệ: Được phân chia thành 12 nguyên công:
    • NC 01: Phay bề mặt 2 bên trục và định tâm (khoan 2 lỗ tâm $\varnothing 4\text{ mm}$);
    • NC 02: Khoan lỗ công nghệ;
    • NC 03 - NC 05: Tiện thô, bán tinh và tinh các đoạn trục trên máy tiện CNC;
    • NC 06: Tiện rãnh và ren trên máy tiện CNC;
    • NC 07: Phay xẻ rãnh trên máy CNC;
    • NC 08: Phay rãnh then/rãnh định hình;
    • NC 09: Mài răng trên máy nghiền răng/mài bánh răng bán tự động;
    • NC 10: Khoan lỗ chốt khóa chống nới lỏng ren trên máy khoan đứng;
    • NC 11: Rửa chi tiết;
    • NC 12: Kiểm tra chất lượng trên bàn kiểm soát.
  • Tính toán chế độ cắt nguyên công 005 (Phay mặt đầu và định tâm):
    • Bước phay: Chiều dài cắt $L_{\text{cắt}} = 40\text{ mm}$, chiều sâu cắt $t = 2,3\text{ mm}$, số lần chạy dao $i = 1$, dao phay gắn mảnh hợp kim T15K6 có số răng $Z = 12$, lượng chạy dao răng $S_z = 0,8\text{ mm/răng}$, lượng chạy dao phút $S_m = 4080\text{ mm/phút}$, số vòng quay trục chính $n = 930\text{ vòng/phút}$, vận tốc cắt $V = 233\text{ m/phút}$, thời gian gia công cơ bản $t_0 = 0,014\text{ phút}$.
    • Bước định tâm: Dùng mũi khoan tâm P6M5 (TCVN 4276:1986), đường kính gia công $d = 4\text{ mm}$, chiều dài cắt $L_{\text{cắt}} = 10\text{ mm}$, số lần chạy $i = 1$, lượng chạy dao $S_0 = 0,08\text{ mm/vòng}$, $n = 1320\text{ vòng/phút}$, $V = 16\text{ m/phút}$, thời gian $t_0 = 0,12\text{ phút}$.
    • Tổng thời gian nguyên công 005 sau khi cộng các thời gian phụ, phục vụ và nghỉ ngơi: $t_{\text{tổng}} = 0,66\text{ phút}$.

Chương III: KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BÁNH RĂNG SAU KHI GIA CÔNG

Chương III phân tích các giải pháp cắt răng nón (phương pháp chép hình bằng dao phay đĩa modul, dao phay ngón, bào theo dưỡng và phương pháp bao hình trên máy phay lăn răng). Trọng tâm chương là quy trình đánh giá độ chính xác bánh răng sau khi gia công cơ và nhiệt luyện, bao gồm:

  • Kiểm tra độ chính xác động học: Đo sai số tích lũy bước vòng và sai số góc quay của bánh răng.
  • Kiểm tra độ êm khi làm việc: Đo sai lệch bước răng (sử dụng calip hoặc đồng hồ đo bước răng chuyên dùng để xác định độ dao động bước vòng $f_{pt}$) và đo sai số biên dạng/profin răng ($f_f$) bằng máy đo profin hoặc dưỡng đo tiếp xúc.
  • Kiểm tra vết tiếp xúc mặt răng: Đặt bánh răng ăn khớp kiểm tra với bánh răng chuẩn trên máy rà tiếp xúc để xác định diện tích vết tiếp xúc theo chiều cao răng và chiều dài răng.
  • Kiểm tra độ đảo hướng tâm và khe hở cạnh răng: Đo độ đảo hướng tâm của vành răng đối với đường tâm chuẩn của hai cổ trục.

Chương IV: KẾT LUẬN

Chương IV tổng hợp toàn bộ các kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp: hoàn thành thiết kế quy trình sản xuất tự động bánh răng vi sai, lựa chọn vật liệu thép hợp kim 20HN3A và phương pháp tạo phôi đúc ly tâm hợp lý, xác lập chuỗi 12 nguyên công công nghệ bảo đảm cấp chính xác 7, tính toán thông số cắt và thời gian gia công cho các nguyên công chủ đạo, lựa chọn hệ thống máy CNC Makino, Denver, Jagura cùng tay robot tự động hóa, đồng thời phác thảo mặt bằng nhà xưởng sản xuất đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp.

Thiết kế và triển khai quy trình sản xuất

Hệ thống sản xuất tự động chi tiết trục bánh răng vi sai được thiết kế dưới dạng dây chuyền liên tục gồm các máy gia công CNC chuyên dùng kết hợp hệ thống cấp/dỡ phôi tự động và trạm kiểm tra chất lượng.

Cân bằng thiết bị trên dây chuyền sản xuất

Số lượng máy móc tính toán ($P_{\text{tt}}$) và số lượng máy thực tế bố trí trên dây chuyền được cân bằng dựa trên thời gian chu kỳ của từng nguyên công nhằm đáp ứng nhịp sản xuất $\tau = 11,23\text{ phút}$:

Số và tên nguyên công Tên thiết bị công nghệ Thời gian gia công (s) Số lượng máy tính toán Số lượng máy thực tế Hiệu suất hoạt động (hệ số tải)
005: Phay bề mặt Máy phay CNC MAKINO V77 8,5 1,43 2 0,71
010: Khoan Máy khoan đứng MAKINO EDGE2 1,27 0,23 1 0,23
015: Gia công răng CNC Máy phay lăn răng CNC MAKINO a61 9,6 1,74 3 0,60
020: Gia công răng CNC Máy phay lăn răng CNC MAKINO a61 9,1 1,77 3 0,60
025: Gia công răng CNC Máy phay lăn răng CNC MAKINO a61 10,2 1,84 3 0,62
030: Gia công răng CNC Máy phay lăn răng CNC MAKINO a61 3,8 0,70 1 0,70
035: Phay trụ đứng Máy phay trụ đứng CNC DENVER MCV1000 15,6 2,82 4 0,70
040: Phay trụ đứng Máy phay trụ đứng CNC DENVER MCV1000 8,8 1,59 3 0,53
045: Mài bánh răng Máy mài bánh răng JAG-2010C-CNC (Easy) 3 10,3 1,86 3 0,62
050: Phay tâm đứng Máy phay tâm đứng MAKINO V56i 2,5 0,45 1 0,45

(Bên cạnh đó, dây chuyền còn tích hợp Máy phay tâm đứng CNC MAKINO PS105 ở nguyên công 055, máy rửa chi tiết bánh răng và bàn điều khiển/kiểm tra tập trung 060).

Thông số kỹ thuật của các thiết bị chính

  • Máy phay CNC MAKINO V77: Hành trình trục X/Y/Z là $1200 \times 700 \times 650\text{ mm}$; tốc độ trục chính tối đa $20.000\text{ vòng/phút}$; độ côn trục chính CAT40 (tùy chọn HSK-63); tốc độ tiến dao cắt $20.000\text{ mm/phút}$; tải trọng bàn tối đa $2.500\text{ kg}$; ổ chứa dao ATC 30 vị trí; thời gian đổi dao sang dao là 5 giây; bộ điều khiển Makino Professional 6.
  • Máy phay lăn răng CNC MAKINO a61: Kích thước pa-let $500 \times 500\text{ mm}$; hành trình trục X/Y/Z là $730 \times 650 \times 800\text{ mm}$; trục xoay B $360^\circ$ dẫn động trực tiếp DD NCR; tốc độ trục chính $14.000\text{ vòng/phút}$; tốc độ chạy dao nhanh $60.000\text{ mm/phút}$; tốc độ tiến dao cắt $50.000\text{ mm/phút}$; tải trọng phôi tối đa 500 kg; ổ chứa dao ATC 60 vị trí; thời gian đổi dao sang chip là 2,5 giây.
  • Máy khoan đứng MAKINO EDGE2: Kích thước máy $2290 \times 1625 \times 1770\text{ mm}$; trọng lượng 3.000 kg; nhiệt độ môi trường vận hành tối ưu $20 \pm 1^\circ\text{C}$; áp suất khí nén $0,6\text{ MPa}$; tốc độ tỏa nhiệt từ 5,3 kW (bản 30A) đến 7,1 kW (bản 60A).
  • Máy mài bánh răng JAG-2010C-CNC (Easy) 3: Gia công đường kính $\varnothing 1 - 60\text{ mm}$; kích thước bánh mài $510 \times 255 \times 304,8\text{ mm}$; kích thước bánh dẫn $305 \times 255 \times 127\text{ mm}$; tốc độ bánh mài $1200\text{ vòng/phút}$; công suất động cơ bánh mài 20 HP; khối lượng tịnh 4.200 kg.
  • Máy phay trụ đứng CNC DENVER MCV1000: Kích thước bàn máy $1520 \times 430\text{ mm}$; tải trọng bàn 800 kg; hành trình 3 trục $1000 \times 550 \times 500\text{ mm}$; độ côn trục chính BT-40; tốc độ trục chính $8.000\text{ vòng/phút}$.

Tự động hóa và mặt bằng phân xưởng

  • Tự động hóa vận chuyển: Dây chuyền ứng dụng tay máy robot công nghiệp RFA ROBOTLOADER RS080N. Robot được lập trình để tự động gắp phôi từ băng chuyền, định vị chính xác vào đồ gá trên máy CNC, tháo gỡ chi tiết sau gia công và chuyển giao tuần tự qua các trạm phay, lăn răng, mài, rửa và đo kiểm.
  • Quy chuẩn xây dựng nhà xưởng:
    • Móng công trình sử dụng hệ lưới cọc bê tông cốt thép nguyên khối; tường bao xây gạch đặc dày $640\text{ mm}$ bảo đảm cách âm và cách nhiệt;
    • Khung kết cấu sàn và mái sử dụng tấm bê tông cốt thép đúc sẵn đặt trên dầm kim loại;
    • Lưới cột phân xưởng có bước nhịp lớn $12 \times 24\text{ m}$, chiều cao thông thủy nhà xưởng $15\text{ mm}$ bảo đảm không gian lắp đặt cẩu trục và robot;
    • Tấm lợp mái sử dụng thảm chống thấm 3 lớp Technoelast (tiêu chuẩn TU 5774-003-00287852-99);
    • Hệ thống chiếu sáng kết hợp ánh sáng tự nhiên qua cửa sổ kích thước $1500 \times 1800\text{ mm}$ và đèn công nghiệp nhân tạo; mạng lưới cống thoát nước mưa tích hợp cống thải nội bộ có hệ thống lọc dầu làm nguội tuần hoàn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

  1. Xây dựng hoàn chỉnh tiến trình công nghệ 12 nguyên công: Thiết kế thành công chuỗi công nghệ gia công trục bánh răng vi sai đạt cấp chính xác 7, kiểm soát độ nhám bề mặt $R_a = 1,6\ \mu\text{m}$, độ cứng bề mặt răng đạt HRC 58...61 và lõi răng đạt HRC 29...44.
  2. Khống chế dung sai kích thước và hình học khắt khe: Các cổ trục lắp ghép then chốt $\varnothing 60\text{ mm}$, $\varnothing 65\text{ mm}$ và $\varnothing 80\text{ mm}$ đạt dung sai micromet ($\varnothing 60_{-0,029}^{-0,010}\text{ mm}$, $\varnothing 80_{+0,020}^{+0,039}\text{ mm}$), sai số độ tròn và độ trụ trong phạm vi $0,01\text{ mm}$, độ đảo hướng tâm không vượt quá $0,016\text{ mm}$, đáp ứng điều kiện làm việc êm dịu của bộ vi sai.
  3. Giải pháp công nghệ tạo phôi tối ưu: Xác định phương pháp đúc ly tâm khuôn kim loại đạt cấp chính xác II theo GOST, giảm lượng dư gia công cắt gọt và bảo đảm tổ chức hạt kim loại mịn chặt.
  4. Cân bằng dây chuyền sản xuất tự động: Bố trí hợp lý 21 máy công cụ CNC hiện đại (Makino, Denver, Jagura) phối hợp với tay robot RFA ROBOTLOADER RS080N, đạt hệ số tải máy ổn định từ 0,23 đến 0,71, thỏa mãn sản lượng kế hoạch 20.000 chi tiết/năm với nhịp sản xuất tính toán $11,23\text{ phút/sản phẩm}$.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Áp dụng triệt để nguyên tắc thống nhất chuẩn gia công dựa trên hai lỗ tâm mặt đầu để loại bỏ sai số gá đặt qua nhiều bước chuyển đổi công nghệ.
  • Tích hợp tay máy robot RFA RS080N vào khâu bốc dỡ phôi nhằm loại bỏ thời gian phụ do thao tác thủ công, duy trì sự ổn định của chu kỳ gia công tự động.
  • Kiến nghị thiết kế nhà xưởng đạt tiêu chuẩn công nghiệp với môi trường nhiệt độ ($20 \pm 1^\circ\text{C}$) và độ ẩm kiểm soát chặt chẽ để bảo đảm độ chính xác làm việc ổn định cho các dòng máy CNC và thiết bị đo kiểm.

Đóng góp so với nghiên cứu trước

Đồ án đã liên kết chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết công nghệ chế tạo máy truyền thống (chọn phôi, lập tiến trình, tính chế độ cắt, định mức thời gian) với mô hình tổ chức sản xuất tự động hóa hiện đại 4.0, đưa ra cấu hình máy cụ thể kèm thông số kỹ thuật chi tiết và thiết kế mặt bằng xây dựng nhà xưởng hoàn chỉnh cho phụ tùng ô tô tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được văn bản ghi nhận

  • Tác giả tự nhận định quá trình tính toán và thiết kế đồ gá không thể tránh khỏi các sai sót kỹ thuật và cần phải tiếp tục thích ứng với những thay đổi, biến động trong quá trình tổ chức sản xuất thực tế.
  • Văn bản đồ án chưa đi sâu vào việc lập trình mã G-code gia công chi tiết cho từng máy CNC, chưa mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA) về ứng suất tiếp xúc và độ biến dạng nhiệt của trục bánh răng khi mài hoặc khi xe vận hành.
  • Có sự chưa đồng nhất cục bộ về đơn vị tính thời gian trong các bảng số liệu (giây và phút) giữa bảng định mức tổng hợp và bảng thông số từng nguyên công.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Tiếp tục tham khảo ý kiến chuyên gia, thu thập phản hồi từ người sử dụng và phân tích xu hướng thị trường nhằm khắc phục nhược điểm, tối ưu hóa hơn nữa quy trình công nghệ gia công cơ khí.
  • Mở rộng nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa nâng cao, trí tuệ nhân tạo và chuẩn mực sản xuất thông minh Công nghiệp 4.0 trong giám sát hao mòn dao và kiểm soát chất lượng bề mặt răng tự động.
  • Chú trọng đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cao làm chủ công nghệ CNC và đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu phát triển (R&D) để chế tạo các cụm vi sai phức tạp hơn phục vụ ngành công nghiệp ô tô nội địa.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tư liệu hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Ô tô: Làm tài liệu mẫu hoàn chỉnh trong đồ án công nghệ chế tạo máy hoặc đồ án tốt nghiệp, đặc biệt là phương pháp tính toán chế độ cắt, định mức thời gian từng phần ($t_c, t_p, t_{pv}, t_{dv}, t_n$), tính toán số lượng máy và cân bằng nhịp sản xuất trên dây chuyền.
  • Kỹ sư công nghệ tại các nhà máy sản xuất phụ tùng cơ khí ô tô: Tham khảo tiến trình 12 nguyên công gia công trục bánh răng, sơ đồ định vị chuẩn hai lỗ tâm, và giải pháp bố trí tay máy robot RFA RS080N cấp/dỡ phôi tự động giữa các máy CNC.
  • Phần đáng chú ý nhất: Bảng thông số kỹ thuật chi tiết của các dòng máy phay CNC Makino V77, máy phay lăn răng Makino a61, máy mài Jagura JAG-2010C-CNC và giải pháp thiết kế kết cấu nhà xưởng sản xuất cơ khí chính xác theo tiêu chuẩn công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết trục bánh răng vi sai xe buýt THACOCITY TB79CT sử dụng vật liệu gì và yêu cầu nhiệt luyện ra sao?
Chi tiết được chế tạo từ thép hợp kim crom-niken 20HN3A (chứa 0,17–0,23% C, 0,60–0,90% Cr, 2,75–3,15% Ni). Bề mặt vành răng sau khi thấm cacbon và nhiệt luyện phải đạt độ cứng HRC 58...61, trong khi độ cứng phần lõi răng duy trì ở mức HRC 29...44. Chiều sâu lớp xi măng hóa trên các bề mặt mài/đánh bóng cho phép giảm xuống $0,9\text{ mm}$.

2. Tại sao đồ án lại lựa chọn phương pháp tạo phôi bằng đúc ly tâm khuôn kim loại thay vì đúc khuôn cát?
Chi tiết trục bánh răng có dạng tròn xoay và sản xuất ở quy mô hàng loạt lớn. Đúc ly tâm trong khuôn kim loại tận dụng lực ly tâm đẩy kim loại lỏng ép sát thành khuôn kim loại có tốc độ nguội nhanh, tạo ra vật đúc có tổ chức hạt mịn chặt, cơ tính cao, hạn chế rỗ khí và nứt nóng, đạt cấp chính xác II theo GOST (IT13 - IT17), độ nhám bề mặt $R_z = 40\ \mu\text{m}$, vượt trội so với đúc khuôn cát thủ công hoặc khuôn cát làm bằng máy.

3. Chuẩn định vị công nghệ nào được sử dụng xuyên suốt quá trình gia công chi tiết?
Chuẩn định vị chính được lựa chọn là hai lỗ tâm khoan ở hai đầu trục (chuẩn tinh phụ) kết hợp với các bề mặt trụ ngoài $\varnothing 60\text{ mm}$, $\varnothing 80\text{ mm}$ và mặt đầu cổ $\varnothing 80\text{ mm}$. Việc duy trì hai lỗ tâm làm chuẩn định vị trong suốt các nguyên công phay, tiện, mài giúp tuân thủ nguyên tắc bất biến của chuẩn, giảm thiểu sai số tích lũy vị trí tương quan và triệt tiêu độ lệch trục.

4. Dây chuyền tự động hóa sử dụng robot nào và đảm nhận nhiệm vụ gì trong quy trình sản xuất?
Dây chuyền tích hợp tay máy robot công nghiệp RFA ROBOTLOADER RS080N. Robot được lập trình để thực hiện các thao tác di chuyển, kẹp bắt phôi từ băng tải, định vị phôi vào đồ gá trên máy CNC, tháo chi tiết sau khi hoàn thành nguyên công và chuyển giao sang trạm gia công tiếp theo hoặc trạm rửa và kiểm tra chất lượng.

5. Sản lượng kế hoạch hàng năm và nhịp sản xuất tính toán của dây chuyền là bao nhiêu?
Với nhu cầu đặt hàng $20.000\text{ chi tiết/năm}$, dự trù lượng phế phẩm dự phòng $\beta = 5%$, sản lượng kế hoạch được xác định là $21.000\text{ sản phẩm/năm}$ (khi tính toán với $\beta = 6%$, sản lượng đạt $21.200\text{ chi tiết/năm}$). Nhịp sản xuất tính toán của dây chuyền là $\tau = 11,23\text{ phút/sản phẩm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Tống Ngọc Tiến đã giải quyết toàn diện bài toán thiết kế quy trình công nghệ và dây chuyền sản xuất tự động cho chi tiết trục bánh răng bộ vi sai cầu sau xe buýt THACOCITY TB79CT với sản lượng hàng năm đạt 20.000 chi tiết. Thông qua việc phân tích mác thép hợp kim 20HN3A, ứng dụng phôi đúc ly tâm khuôn kim loại và thiết lập chuỗi 12 nguyên công trên các máy công cụ CNC tiên tiến của Makino, Denver và Jagura, công trình đã bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt về cấp chính xác 7 và độ cứng bề mặt. Sự kết hợp giữa tính toán chế độ cắt, định mức thời gian, tích hợp tay robot RFA RS080N và quy hoạch mặt bằng nhà xưởng tạo nên một phương án kỹ thuật có tính khả thi cao, đóng góp thiết thực vào định hướng tự động hóa ngành chế tạo phụ tùng ô tô trong nước.