Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy là học phần đồ án chuyên ngành nòng cốt đối với sinh viên thuộc các chuyên ngành Công nghệ Chế tạo Máy và Kỹ thuật Công nghiệp. Đồ án đóng vai trò tổng hợp, vận dụng kiến thức từ các giáo trình cơ sở nhằm giải quyết một bài toán công nghệ cụ thể trong chế tạo cơ khí, đồng thời rèn luyện tính độc lập sáng tạo trong thiết kế kỹ thuật. Tuy nhiên, trong quá trình học tập, sinh viên thường gặp khó khăn trong việc hình dung trực quan về kết cấu thực tế, nguyên lý định vị và cơ cấu kẹp chặt của đồ gá chuyên dùng trên các loại máy công cụ. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế và chế tạo đồ gá phục vụ giảng dạy Đồ án môn học công nghệ chế tạo máy" được thực hiện nhằm xây dựng một bộ tài liệu thiết kế quy trình công nghệ hoàn chỉnh kết hợp với việc chế tạo các mô hình đồ gá vật lý phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo thực hành.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo các nội dung sau:
- Nghiên cứu công dụng, kết cấu và phân tích các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công (Càng Lắc).
- Xác định dạng sản xuất, chọn phương pháp tạo phôi và xác định lượng dư gia công đúc.
- Thiết kế tiến trình công nghệ gia công chi tiết, phân tích và lựa chọn phương án thứ tự nguyên công tối ưu.
- Tính toán chế độ cắt (chiều sâu cắt, lượng chạy dao, vận tốc cắt, số vòng quay, công suất cắt) và xác định thời gian gia công cho từng nguyên công.
- Thiết kế đồ gá hoàn chỉnh cho 7 nguyên công gia công cơ khí.
- Chế tạo và lắp ráp mô hình đồ gá thực tế cho các nguyên công tiêu biểu.
Đối tượng nghiên cứu là chi tiết Càng Lắc có khối lượng $m = 0,41\text{ kg}$, vật liệu gang xám GX 18-36. Sản lượng sản xuất theo kế hoạch là $N_1 = 100.000\text{ chi tiết/năm}$. Tính toán sản lượng thực tế hàng năm có xét đến tỷ lệ phế phẩm ($a = 4%$) và lượng chi tiết dự trữ ($b = 6%$):
$$N = N_1 \left(1 + \frac{a + b}{100}\right) = 100.000 \times \left(1 + \frac{4 + 6}{100}\right) = 110.000\text{ chi tiết/năm}$$
Với khối lượng $m < 4\text{ kg}$ và sản lượng $N > 50.000\text{ chiếc/năm}$, chi tiết được xác định thuộc dạng sản xuất hàng khối, đòi hỏi quy trình công nghệ phải sử dụng các loại đồ gá chuyên dùng trên máy vạn năng hoặc máy chuyên dùng để đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao nhất. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Khoa Cơ khí Chế tạo Máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh vào tháng 07 năm 2016.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết chuyên ngành công nghệ chế tạo máy, dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường, nguyên lý định vị 6 bậc tự do, lý thuyết cắt gọt kim loại và tính toán lượng dư gia công cơ khí:
- Cơ sở lý thuyết và công thức tính toán:
- Tiêu chuẩn vật liệu gang xám GX 18-36: Độ cứng $170 \div 229\text{ HB}$ (chọn tính toán $\text{HB} = 200$), giới hạn bền kéo $\sigma_k = 18\text{ kg/mm}^2$, giới hạn bền uốn $\sigma_u = 36\text{ kg/mm}^2$. Thành phần hóa học: $1,5 \div 3,0%\text{ Si}$; $0,4 \div 0,6%\text{ Mn}$; $0,8%\text{ P}$; $0,08 \div 0,12%\text{ S}$.
- Lý thuyết định vị và kẹp chặt: Nguyên tắc 6 điểm định vị để khống chế đúng và đủ số bậc tự do của vật gia công; tính toán cơ cấu kẹp liên động, ren siết, ống kẹp đàn hồi và kẹp nhanh.
- Công thức xác định vận tốc cắt và số vòng quay trục chính: $n_t = \frac{1000 \cdot V_t}{\pi \cdot D}$, chuẩn hóa số vòng quay theo cấp tốc độ máy $n_m$ qua công bội cấp số nhân $\varphi = \sqrt[m-1]{\frac{n_{\max}}{n_{\min}}}$.
- Phương pháp phân tích tính lượng dư gia công tối thiểu ($2Z_{i\min}$):
$$2Z_{i\min} = 2\left(R_{z(i-1)} + T_{i-1} + \sqrt{\rho_{i-1}^2 + \varepsilon_i^2}\right)$$
với sai số gá đặt $\varepsilon_i = \sqrt{\varepsilon_c^2 + \varepsilon_k^2}$.
- Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp: Đánh giá đặc điểm hình học, chức năng làm việc của chi tiết dạng càng để lập chuỗi kích thước và chọn chuẩn định vị.
- Phương pháp so sánh phương án: Xây dựng 2 phương án công nghệ gia công khác nhau, so sánh về độ chính xác gá đặt, độ đồng tâm, độ song song, tính thẩm mỹ và hiệu quả kinh tế để chọn phương án tối ưu.
- Phương pháp giải tích kết hợp tra bảng định mức: Tính toán chế độ cắt, kiểm nghiệm công suất cắt $N_c < N_m$ và xác định thời gian gia công cơ bản $T_0$, thời gian từng chiếc $T_{tc} = T_0 + 26%T_0$.
- Phương pháp gia công chế tạo cơ khí: Thực hiện gia công chi tiết đồ gá tại xưởng cơ khí và lắp ráp thành mô hình vật lý hoàn chỉnh.
- Nguồn dữ liệu: Các bảng tra cứu tiêu chuẩn trong Sổ tay Công nghệ Chế tạo Máy và Sách hướng dẫn thiết kế Đồ án Công nghệ Chế tạo Máy (bảng tra thông số máy công cụ 6H82, 7B65, T620, 6H11, 2H135; bảng tra thông số dao cắt thép gió, mảnh hợp kim cứng T15K6; bảng tra lượng dư và chế độ cắt).
Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ và đồ gá
Quy trình công nghệ gia công chi tiết Càng Lắc được thiết kế qua 7 nguyên công công nghệ độc lập, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và năng suất dạng sản xuất hàng khối.
| Nguyên công |
Nội dung gia công |
Máy công cụ |
Dụng cụ cắt |
Bậc định vị |
Cơ cấu kẹp chặt |
Chế độ cắt chính (Thô / Tinh) |
| NC 1 |
Phay hai mặt 1 và 2 |
Máy phay ngang 6H82 ($N = 7\text{ kW}$) |
2 dao phay đĩa 3 mặt răng thép gió ($D = 200\text{ mm}$) |
5 |
Cơ cấu liên động |
Thô: $t=32\text{ mm}, S_{ph}=175\text{ mm/ph}, n_m=47\text{ vg/ph}$
Tinh: $t=32\text{ mm}, S_{ph}=84\text{ mm/ph}, n_m=60\text{ vg/ph}$ |
| NC 2 |
Chuốt lỗ 5 ($\varnothing 25$) |
Máy chuốt đứng bán tự động 7B65 ($N = 22\text{ kW}$) |
Dao chuốt định hình $\varnothing 25$ |
6 |
Tự kẹp nhờ lực chuốt ($P_z = 268\text{ N}$) |
Thô: $t=2,5\text{ mm}, S_z=0,12\text{ mm}, V=1,4\text{ m/ph}$
Tinh: $t=0,5\text{ mm}, S_z=0,12\text{ mm}, V=1,4\text{ m/ph}$ |
| NC 3 |
Phay hai mặt 3 và 4 |
Máy phay ngang 6H82 ($N = 7\text{ kW}$) |
2 dao phay đĩa 3 mặt răng ($D = 125\text{ mm}$) |
6 |
Kẹp bằng ren |
Thô: $t=25\text{ mm}, S_{ph}=210\text{ mm/ph}, n_m=75\text{ vg/ph}$
Tinh: $t=25\text{ mm}, S_m=147\text{ mm/ph}, n_m=95\text{ vg/ph}$ |
| NC 4 |
Tiện trụ 6 ($\varnothing 12,5$) |
Máy tiện T620 ($N = 7\text{ kW}$) |
Dao tiện ngoài thân cong gắn hợp kim cứng |
6 |
Cơ cấu kẹp nhanh |
Mặt đầu: $t=2,5\text{ mm}, S=0,4\text{ mm/vg}, n_m=1800\text{ vg/ph}$
Trụ $\varnothing 12,5$: $t=3,5\text{ mm}, S=0,5\text{ mm/vg}, n_m=1500\text{ vg/ph}$ |
| NC 5 |
Tiện trụ 6' ($\varnothing 12,5$) |
Máy tiện T620 ($N = 7\text{ kW}$) |
Dao tiện ngoài thân cong gắn hợp kim cứng |
5 |
Ống kẹp đàn hồi |
Mặt đầu: $t=2,5\text{ mm}, S=0,4\text{ mm/vg}, n_m=1800\text{ vg/ph}$
Trụ $\varnothing 12,5$: $t=3,5\text{ mm}, S=0,5\text{ mm/vg}, n_m=1500\text{ vg/ph}$ |
| NC 6 |
Phay mặt 7 và 7' |
Máy phay đứng 6H11 ($N = 4,5\text{ kW}$) |
Dao phay ngón hợp kim T15K6 ($D = 40\text{ mm}$) |
6 |
Kẹp bằng ren |
Thô: $t=2,5\text{ mm}, S_{ph}=245\text{ mm/ph}, n_m=1082\text{ vg/ph}$
Tinh: $t=0,5\text{ mm}, S_{ph}=178\text{ mm/ph}, n_m=1310\text{ vg/ph}$ |
| NC 7 |
Doa/Khoét mặt 8 ($\varnothing 58$) |
Máy khoan đứng 2H135 ($N = 4\text{ kW}$) |
Mũi khoét và dao doa $\varnothing 54, \varnothing 56, \varnothing 57,75, \varnothing 58$ |
6 |
Cơ cấu kẹp nhanh |
Khoét 1: $t=1, S=2,0\text{ mm/vg}, n_m=252\text{ vg/ph}$
Khoét 2: $t=1, S=2,0\text{ mm/vg}, n_m=252\text{ vg/ph}$
Khoét tinh: $t=0,875, S=1,8, n_m=355,3\text{ vg/ph}$
Doa thô: $t=0,125, S=4,3, n_m=63\text{ vg/ph}$ |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Nghiên cứu chi tiết gia công và tạo phôi
Chương 1 đi sâu phân tích cấu tạo hình học, chức năng làm việc và điều kiện kỹ thuật của chi tiết Càng Lắc. Về công dụng, Càng Lắc làm nhiệm vụ gạt bánh răng di trượt nhằm thay đổi tỷ số truyền trong hộp tốc độ; phần cung tròn $\varnothing 58$ lắp vào rãnh trục bánh răng gạt, hai trục $\varnothing 12,5$ lắp với ổ bi đỡ toàn bộ chi tiết, và lỗ $\varnothing 25$ lắp trượt trên trục dẫn hướng.
Yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt gồm có:
- Độ chính xác kích thước lỗ $\varnothing 25$ và trục $\varnothing 12,5$ đạt cấp chính xác 7.
- Độ nhám bề mặt lỗ $\varnothing 25$ đạt cấp 6 ($Ra = 1,6,\mu\text{m}$), trục $\varnothing 12,5$ đạt cấp 5 ($Ra = 2,5,\mu\text{m}$).
- Bề dày càng gia công đạt cấp chính xác 7, độ nhám cấp 5 ($Ra = 2,5,\mu\text{m}$).
- Độ không song song giữa tâm lỗ $\varnothing 25$ và cung tròn $\varnothing 58 < 0,02\text{ mm}$.
- Độ không vuông góc giữa tâm lỗ $\varnothing 25$ với mặt đầu là $0,025\text{ mm}$.
- Dung sai độ đồng tâm của hai trụ $\varnothing 12,5$ không vượt quá $0,02\text{ mm}$.
Về tạo phôi, tác giả phân tích và so sánh các phương pháp tạo phôi rèn dập (loại bỏ do gang xám có tính dòn cao, dễ nứt), phôi cán (loại bỏ do biên dạng chi tiết phức tạp) và phôi đúc. Kết luận chọn phương pháp: Đúc trong khuôn cát, mẫu gỗ, làm khuôn bằng tay, đạt cấp chính xác II, dung sai kích thước IT16, độ nhám bề mặt $R_z = 80,\mu\text{m}$. Lượng dư gia công đúc cho kích thước lớn nhất $\le 120\text{ mm}$ được xác định:
- Kích thước $\le 50\text{ mm}$: Lượng dư mặt trên $3,5\text{ mm}$; mặt dưới và bên cạnh $2,5\text{ mm}$; lỗ đúc sẵn $2,5\text{ mm}$.
- Kích thước $> 50 \div 120\text{ mm}$: Lượng dư mặt trên $4,0\text{ mm}$; mặt dưới và bên cạnh $3,0\text{ mm}$; lỗ đúc sẵn $3,0\text{ mm}$.
Chương này cũng thể hiện đầy đủ bản vẽ lồng phôi, bản vẽ mẫu đúc và bản vẽ lắp khuôn đúc.
Chương 2: Thiết kế trình tự gia công
Chương 2 tập trung xây dựng và so sánh hai phương án tiến trình gia công để lựa chọn quy trình tối ưu:
- Phương án 1: NC1: Phay mặt 1 và 3 $\rightarrow$ NC2: Phay mặt 2 và 4 $\rightarrow$ NC3: Chuốt lỗ 5 $\rightarrow$ NC4: Tiện trụ 6 $\rightarrow$ NC5: Tiện trụ 6' $\rightarrow$ NC6: Phay mặt 7 và 7' $\rightarrow$ NC7: Doa mặt 8.
- Phương án 2: NC1: Phay mặt 1 và 2 $\rightarrow$ NC2: Chuốt lỗ 5 $\rightarrow$ NC3: Phay mặt 3 và 4 $\rightarrow$ NC4: Tiện trụ 6 $\rightarrow$ NC5: Tiện trụ 6' $\rightarrow$ NC6: Phay mặt 7 và 7' $\rightarrow$ NC7: Doa mặt 8.
| Tiêu chí so sánh |
Phương án 1 |
Phương án 2 (Được chọn) |
| Chuẩn thô ban đầu |
Chuẩn thô đảm bảo độ song song giữa hai mặt đầu. |
Chuẩn thô nâng cao tính thẩm mỹ và độ chính xác hình học toàn diện. |
| Độ vuông góc và song song |
Dùng dao phay mặt, gia công xong mặt 1 phải hạ bàn máy để phay mặt 3, năng suất thấp. |
Dùng dao phay đĩa 3 mặt răng ghép cặp, gia công đồng thời hai mặt 1 và 2 giúp đảm bảo độ song song và vuông góc với trụ $\varnothing 40$. |
| Độ đồng tâm hai trụ $\varnothing 12,5$ |
Gá đặt rời rạc không đảm bảo độ đồng tâm giữa hai trụ 6 và 6'. |
Dùng trụ 6 và mặt trụ $\varnothing 40$ làm chuẩn gá đặt khi tiện trụ 6', đảm bảo độ đồng tâm $\le 0,02\text{ mm}$. |
Tác giả quyết định lựa chọn Phương án 2 làm quy trình công nghệ chính thức.
Chương 3: Thiết kế nguyên công
Chương 3 trình bày chi tiết các bước tính toán công nghệ cho toàn bộ 7 nguyên công:
- Nguyên công 1 (Phay mặt 1 và 2): Định vị 5 bậc tự do (2 khối V ngắn khống chế 4 bậc, chốt tỳ khống chế 1 bậc). Kẹp chặt bằng cơ cấu liên động. Dùng 2 dao phay đĩa 3 mặt răng thép gió $D = 200\text{ mm}$ trên máy phay ngang 6H82 ($N = 7\text{ kW}$). Phay thô đạt $V_{tt} = 29,5\text{ m/ph}$, $N_c = 3,4\text{ kW} < 7\text{ kW}$. Phay bán tinh đạt $V_{tt} = 37,68\text{ m/ph}$, thời gian cơ bản $T_0 = 1,76\text{ phút}$.
- Nguyên công 2 (Chuốt lỗ 5 - $\varnothing 25$): Định vị 6 bậc tự do (phiến tỳ mặt đầu trụ $\varnothing 40$ khống chế 3 bậc, 2 khối V di động ở mặt trụ ngoài $\varnothing 40$ khống chế 2 bậc, chốt tỳ tự định tâm khống chế 1 bậc xoay tại trụ $\varnothing 12,5$). Gia công trên máy chuốt đứng 7B65 ($N = 22\text{ kW}$, lực chuốt danh nghĩa $100\text{ kN}$). Do lực cắt $P_z = 268\text{ N}$ hướng thẳng đứng ép chặt chi tiết vào đồ gá nên không cần cơ cấu kẹp. Công suất cắt $N_c = 6,13 \times 10^{-3}\text{ kW} \ll 22\text{ kW}$.
- Nguyên công 3 (Phay mặt 3 và 4): Định vị 6 bậc tự do (phiến tỳ mặt đầu khống chế 3 bậc, chốt trụ ngắn lọt vào lỗ $\varnothing 25$ khống chế 3 bậc). Kẹp bằng cơ cấu ren. Dùng dao phay đĩa 3 mặt răng $D = 125\text{ mm}$ trên máy 6H82. Phay thô ($t=25\text{ mm}, S_{ph}=210\text{ mm/ph}, n_m=75\text{ vg/ph}, N_c=3,4\text{ kW}$); phay tinh ($t=25\text{ mm}, S_m=147\text{ mm/ph}, n_m=95\text{ vg/ph}, V_{tt}=37,3\text{ m/ph}$).
- Nguyên công 4 (Tiện trụ 6): Định vị 6 bậc tự do (phiến tỳ và chốt trụ ngắn), kẹp nhanh. Gia công trên máy tiện T620 ($N = 7\text{ kW}$) qua 5 bước: tiện thô/tinh mặt đầu và tiện thô/tinh trụ $\varnothing 12,5$. Tiện thô mặt đầu ($t=2,5\text{ mm}, S=0,4\text{ mm/vg}, n_m=1800\text{ vg/ph}, N_c=2\text{ kW}$); tiện tinh mặt đầu ($t=0,5\text{ mm}, n_m=1800\text{ vg/ph}$); tiện thô trụ $\varnothing 12,5$ ($t=3,5\text{ mm}, S=0,5\text{ mm/vg}, n_m=1500\text{ vg/ph}, N_c=1,2\text{ kW}$); tiện tinh trụ $\varnothing 12,5$ ($t=0,25\text{ mm}, S=0,5\text{ mm/vg}, n_m=1500\text{ vg/ph}$).
- Nguyên công 5 (Tiện trụ 6'): Định vị 5 bậc tự do (ống kẹp đàn hồi định vị 4 bậc tại trụ $\varnothing 40$, chốt tỳ khống chế 1 bậc). Kẹp chặt trực tiếp bằng ống kẹp đàn hồi trên máy T620. Các bước tiện thô và tinh mặt đầu cùng trụ $\varnothing 12,5$ đạt thông số tương tự NC4 với các hệ số hiệu chỉnh $K_1 = 0,87; K_2 = 0,83; K_3 = 0,8; K_4 = 0,87$.
- Nguyên công 6 (Phay mặt 7 và 7'): Định vị 6 bậc tự do, kẹp ren. Dùng dao phay ngón hợp kim T15K6 ($D = 40\text{ mm}, Z = 6$) trên máy phay đứng 6H11 ($N = 4,5\text{ kW}$). Phay thô ($t=2,5\text{ mm}, S_{ph}=245\text{ mm/ph}, n_m=1082\text{ vg/ph}, V_{tt}=136\text{ m/ph}, N_c=3,1\text{ kW}$); phay tinh ($t=0,5\text{ mm}, S_{ph}=178\text{ mm/ph}, n_m=1310\text{ vg/ph}, V_{tt}=164,5\text{ m/ph}$).
- Nguyên công 7 (Doa/Khoét mặt 8): Định vị 6 bậc tự do, kẹp nhanh. Gia công lỗ từ đúc sẵn $\varnothing 52$ lên $\varnothing 58$ trên máy khoan đứng 2H135 ($N = 4\text{ kW}$) qua 4 bước: khoét rộng thô lần 1 lên $\varnothing 54$ ($t=1\text{ mm}, S=2,0\text{ mm/vg}, n_m=252\text{ vg/ph}, N_c=1,8\text{ kW}$); khoét rộng thô lần 2 lên $\varnothing 56$ ($t=1\text{ mm}, S=2,0\text{ mm/vg}, n_m=252\text{ vg/ph}, N_c=1,8\text{ kW}$); khoét tinh lên $\varnothing 57,75^{+0,2}$ ($t=0,875\text{ mm}, S=1,8\text{ mm/vg}, n_m=355,3\text{ vg/ph}$); doa thô đạt $\varnothing 58$ ($t=0,125\text{ mm}, S=4,3\text{ mm/vg}, n_m=63\text{ vg/ph}, V_{tt}=11,48\text{ m/ph}$). Tổng thời gian cơ bản 4 bước $T_0 = 0,176\text{ phút}$.
Chương 4: Tính lượng dư gia công cho nguyên công 5 và nguyên công 7
Chương 4 thiết lập công thức tính lượng dư gia công bằng phương pháp phân tích giải tích dựa trên chiều cao nhấp nhô bề mặt $R_{z(i-1)}$, chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt $T_{i-1}$, tổng sai lệch vị trí không gian $\rho_{i-1}$ và sai số gá đặt $\varepsilon_i$. Đối với phôi gang xám GX 18-36 đúc trong khuôn cát mẫu gỗ, tổng giá trị ban đầu $R_{z0} + T_0 = 500,\mu\text{m}$.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả kỹ thuật cụ thể:
- Thiết kế hoàn chỉnh quy trình công nghệ 7 nguyên công cho chi tiết Càng Lắc đạt đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật: kích thước và độ nhám lỗ $\varnothing 25$ ($Ra = 1,6,\mu\text{m}$), trục $\varnothing 12,5$ ($Ra = 2,5,\mu\text{m}$), độ song song $< 0,02\text{ mm}$, độ vuông góc $0,025\text{ mm}$ và độ đồng tâm hai trụ $\le 0,02\text{ mm}$.
- Hoàn thành hệ thống tài liệu đồ họa kỹ thuật gồm 34 bản vẽ A3 và 7 bản vẽ lắp A1.
- Kiểm nghiệm công suất cắt ở tất cả các nguyên công đều thỏa mãn điều kiện làm việc của máy: $N_c \le 3,4\text{ kW} < N_{m(6H82)} = 7\text{ kW}$; $N_c = 6,13 \times 10^{-3}\text{ kW} \ll N_{m(7B65)} = 22\text{ kW}$; $N_c \le 2\text{ kW} < N_{m(T620)} = 7\text{ kW}$; $N_c = 3,1\text{ kW} < N_{m(6H11)} = 4,5\text{ kW}$; $N_c = 1,8\text{ kW} < N_{m(2H135)} = 4\text{ kW}$.
- Giải pháp kỹ thuật đề xuất:
- Giải pháp ghép cặp hai dao phay đĩa ba mặt răng tại NC1 và NC3 giúp phay đồng thời hai mặt phẳng đối xứng, triệt tiêu sai số gá đặt nhiều lần và nâng cao năng suất gia công trong sản xuất hàng khối.
- Tận dụng triệt để lực cắt chuốt thẳng đứng hướng vào mặt tựa để triệt tiêu cơ cấu kẹp chặt chuyên dụng tại NC2, đơn giản hóa kết cấu đồ gá chuốt.
- Ứng dụng ống kẹp đàn hồi chuyên dùng tại NC5 để định vị 4 bậc tự do trên mặt trụ $\varnothing 40$, triệt để giải quyết yêu cầu khắt khe về độ đồng tâm của hai đầu trục $\varnothing 12,5$.
- Đóng góp của đồ án:
- Xây dựng một bộ hồ sơ thiết kế công nghệ và bản vẽ mẫu có tính chuẩn mực cao, làm tài liệu tham khảo trực quan cho sinh viên thực hiện Đồ án môn học Công nghệ Chế tạo Máy.
- Chế tạo thành công các mô hình đồ gá vật lý phục vụ trực tiếp cho việc giảng dạy lý thuyết và thực hành tại bộ môn.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Việc tính toán thời gian gia công từng chiếc $T_{tc}$ ở nguyên công khoét/doa (NC7) theo công thức gần đúng $T_0 + 26%T_0$ chưa phản ánh hoàn toàn chính xác thời gian thực tế, do nguyên công này phát sinh nhiều thời gian phụ trong việc thay đổi liên tục các mũi khoét, dao doa và bạc dẫn hướng.
- Quá trình gia công và chế tạo đồ gá thực tế còn gặp một số khó khăn nhất định do hạn chế về kinh nghiệm chế tạo và thiết bị gia công của sinh viên.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Ứng dụng phương pháp bấm giờ thực tế (chronometry) trên dây chuyền sản xuất để xác định chính xác định mức thời gian nguyên công cho bước khoét - doa.
- Tiếp tục hoàn thiện việc chế tạo và lắp ráp mô hình đồ gá vật lý cho toàn bộ các nguyên công còn lại trong quy trình công nghệ.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên ngành Cơ khí Chế tạo máy và Kỹ thuật Công nghiệp: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về các bước lập quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng càng, phương pháp tra cứu và tính toán chế độ cắt, công suất cắt và thiết kế đồ gá.
- Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Bổ sung tư liệu bài giảng, bản vẽ mẫu A1/A3 và mô hình đồ gá trực quan phục vụ công tác hướng dẫn đồ án môn học và thực tập xưởng.
- Kỹ sư công nghệ cơ khí: Tham khảo giải pháp kết cấu đồ gá phay ghép dao, đồ gá chuốt tự kẹp và đồ gá tiện dùng ống kẹp đàn hồi cho các chi tiết cơ khí dạng càng trong sản xuất hàng khối.
Câu hỏi thường gặp
1. Dạng sản xuất của chi tiết Càng Lắc được xác định như thế nào trong đồ án?
Dạng sản xuất được xác định dựa trên sản lượng hàng năm và khối lượng chi tiết. Với sản lượng kế hoạch $100.000\text{ chi tiết/năm}$, tỷ lệ phế phẩm $4%$ và dự trữ $6%$, sản lượng tính toán thực tế là $N = 110.000\text{ chi tiết/năm}$. Kết hợp với khối lượng chi tiết $m = 0,41\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$), đối chiếu bảng tiêu chuẩn phân cấp sản xuất cho thấy chi tiết thuộc dạng sản xuất hàng khối.
2. Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp tạo phôi là đúc trong khuôn cát mẫu gỗ làm khuôn bằng tay?
Vật liệu chi tiết là gang xám GX 18-36 có tính dòn cao, không thể rèn dập do dễ nứt, và kết cấu càng có gân phức tạp không thể dùng phôi cán. Phương pháp đúc trong khuôn cát mẫu gỗ làm bằng tay đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đúc gang (lượng dư phân bố đều, giảm rung động, giá thành khuôn rẻ, trang thiết bị đơn giản), đạt cấp chính xác II, dung sai IT16 và độ nhám bề mặt $R_z = 80,\mu\text{m}$, phù hợp với điều kiện sản xuất và tính kinh tế.
3. Vì sao Phương án 2 về thứ tự nguyên công được chọn thay vì Phương án 1?
Phương án 2 sử dụng 2 dao phay đĩa 3 mặt răng ghép cặp để phay đồng thời hai mặt 1 và 2 (thay vì phay từng mặt và phải hạ bàn máy như Phương án 1), giúp nâng cao năng suất, đảm bảo độ song song giữa hai mặt đầu và độ vuông góc với mặt trụ $\varnothing 40$. Đồng thời, ở các bước sau, việc dùng trụ 6 làm chuẩn định vị để tiện trụ 6' giúp đảm bảo nghiêm ngặt dung sai độ đồng tâm $\le 0,02\text{ mm}$.
4. Tại sao đồ gá ở Nguyên công 2 (Chuốt lỗ $\varnothing 25$) không cần trang bị cơ cấu kẹp chặt?
Trong nguyên công chuốt trong trên máy 7B65, lực cắt chuốt danh nghĩa rất lớn ($P_z = 268\text{ N}$) tác dụng theo phương thẳng đứng từ trên xuống, ép chặt mặt đầu chi tiết vào phiến tỳ của đồ gá. Do lực cắt đóng vai trò tự kẹp chặt trong suốt hành trình gia công, đồ gá không cần bố trí thêm cơ cấu kẹp chặt chuyên dụng.
5. Sơ đồ định vị và máy công cụ được chọn cho Nguyên công 1 (Phay mặt 1 và 2) là gì?
Chi tiết được định vị 5 bậc tự do gồm: 2 khối V ngắn định vị mặt trụ ngoài $\varnothing 40$ (khống chế 4 bậc tự do) và 1 chốt tỳ khống chế 1 bậc tự do chống xoay. Chi tiết được kẹp chặt bằng cơ cấu liên động hướng từ trên xuống và gia công trên máy phay ngang 6H82 (công suất động cơ $7\text{ kW}$, dải tốc độ $30 \div 1500\text{ vg/ph}$).
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo đồ gá phục vụ giảng dạy Đồ án môn học công nghệ chế tạo máy" của nhóm tác giả Trần Anh Bẩy, Trần Văn Tấn và Nguyễn Tình đã hoàn thành xuất sắc việc xây dựng quy trình công nghệ 7 nguyên công tối ưu cho chi tiết Càng Lắc (vật liệu gang xám GX 18-36, sản lượng $110.000\text{ chi tiết/năm}$). Công trình đã giải quyết trọn vẹn các bài toán tính toán chế độ cắt, kiểm nghiệm công suất máy, phân tích lượng dư và thiết kế hệ thống đồ gá chuyên dùng cho từng nguyên công. Toàn bộ hồ sơ 34 bản vẽ A3, 7 bản vẽ lắp A1 cùng các mô hình đồ gá chế tạo thực tế mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cao, đóng góp trực tiếp vào công tác giảng dạy trực quan chuyên ngành Chế tạo Máy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
