Đồ án: Thuyết minh nguyên công gia công chi tiết thân dưới hộp giảm tốc

Thuyết minh quy trình công nghệ gia công chi tiết thân dưới hộp giảm tốc. Đồ án chi tiết các nguyên công từ đúc phôi, phay, khoan, doa đến kiểm tra.

• Tác giả: Ngô Duy Đạt
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Tiến Sỹ
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết Kế Quy Trình Công Nghệ Gia Công Chi Tiết Thân Dưới Hộp Giảm Tốc
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án gia công chi tiết hộp giảm tốc

Đồ án gia công chi tiết hộp giảm tốc là một công trình học tập quan trọng trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy. Hộp giảm tốc đóng vai trò then chốt trong các hệ thống truyền động, có nhiệm vụ thay đổi tốc độ từ trục đầu vào sang trục đầu ra. Chi tiết thân dưới hộp giảm tốc là bộ phận cấu thành chính, chịu lực lớn và yêu cầu độ chính xác cao. Đồ án này tập trung vào thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết, từ khâu chế tạo phôi đến các bước gia công chi tiết với độ bóng cao Rz = 20 và độ đồng tâm ≤ 0,04. Việc thực hiện đồ án giúp sinh viên nắm vững các kiến thức về công nghệ chế tạo máy, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp, thiết kế quy trình hiệu quả và tính toán giá thành sản xuất.

1.1. Chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết

Hộp giảm tốc được phân loại theo số cấp tỷ số truyền, trong đồ án này là hộp giảm tốc ba cấp. Chi tiết thân dưới cần đáp ứng các bề mặt làm việc chính gồm Ø96, Ø132, Ø160 với yêu cầu độ bóng cao và độ đồng tâm chặt. Bề mặt B dùng lắp ghép nắp hộp, có 2 lỗ định vị Ø6 và 6 lỗ Ø16, 8 lỗ Ø18 dùng bulong. Bề mặt A lắp với máy, có 6 lỗ Ø18 đảm bảo độ song song. Các điều kiện làm việc khắc nghiệt đòi hỏi quy trình gia công chi tiết phải đảm bảo chất lượng cao.

1.2. Tính công nghệ trong kết cấu chi tiết

Tính công nghệ của chi tiết hộp giảm tốc được đánh giá qua khả năng gia công bằng các phương pháp hiện đại. Chi tiết thân dưới có kết cấu phức tạp với nhiều mặt phẳng, mặt trụ và lỗ khoan. Các bề mặt phẳng được gia công bằng phay, các lỗ trụ được khoan và doa để đảm bảo độ chính xác. Quy trình công nghệ được thiết kế nhằm giảm số lần chuyển chi tiết, tối ưu hóa thời gian gia công và đảm bảo độ chính xác yêu cầu.

II. Xác định phương pháp chế tạo phôi và thiết kế bản vẽ

Phương pháp chế tạo phôi là bước quan trọng quyết định hiệu quả của toàn bộ quy trình gia công chi tiết. Đối với chi tiết thân dưới hộp giảm tốc, phương pháp đúc phôi được lựa chọn vì kích thước lớn và hình dạng phức tạp. Bản vẽ lồng phôi phải được thiết kế sao cho đảm bảo duy trì kích thước chính xác, giảm tối thiểu lượng gia công dư thừa. Chi tiết thân dưới sau đúc có nhiều bề mặt cần loại bỏ để đạt độ chính xác cuối cùng. Việc lựa chọn vị trí đục vào, độ dài bộ tháo mẫu, độ dốc đúc ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản xuất và chi phí gia công.

2.1. Xác định phương án chế tạo phôi

Cho chi tiết thân dưới hộp giảm tốc có khối lượng lớn và hình dạng phức tạp, phương pháp đúc cộng nóng là tối ưu nhất. So với các phương pháp khác như锻造 hay sát nhập, đúc phôi giảm lượng gia công, tiết kiệm chi phí vật liệu. Phôi đúc cần được thiết kế với các độ dốc, bộ tháo mẫu phù hợp để tăng khả năng tách khuôn. Các bề mặt phẳng chính cần dự trữ lượng gia công 3-5mm để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn lớp mặt đúc không đạt chất lượng.

2.2. Thiết kế bản vẽ lồng phôi

Bản vẽ lồng phôi cho chi tiết thân dưới phải chi tiết và chính xác. Cần xác định vị trí đục vào hợp lý, thường tại vị trí có lượng gia công lớn. Độ dốc đúc phải đủ để tách khuôn nhưng không quá lớn gây lãng phí vật liệu. Bộ tháo mẫu được bố trí theo hình dạng chi tiết, đặc biệt là các lỗ sâu. Thiết kế kỹ lưỡng bản vẽ lồng phôi giúp giảm số lần gia công đụng chạm, tăng hiệu quả sản xuất.

III. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

Quy trình công nghệ gia công chi tiết thân dưới hộp giảm tốc bao gồm 16 nguyên công chính, từ đúc phôi đến kiểm tra độ đồng tâm. Đường lối công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc gia công các bề mặt chính trước, sau đó đến bề mặt phụ. Nguyên công 1 là đúc phôi, tạo hình dạng sơ bộ của chi tiết. Các nguyên công 2-8 tập trung phay mặt phẳng trên, dưới và các mặt bên để đạt độ bóng cao Rz = 20. Các nguyên công 9-15 thực hiện khoan, taro các lỗ M12x1,5, M12x1, M10x1 và lỗ định vị Ø6. Nguyên công cuối cùng là kiểm tra độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ chính để đảm bảo chất lượng cuối cùng.

3.1. Xác định đường lối công nghệ

Đường lối công nghệ cho gia công chi tiết tuân theo các nguyên tắc cơ bản: gia công từ sơ bộ đến chi tiết, bề mặt chính trước bề mặt phụ. Cơ sở định vị chọn từ các bề mặt đã gia công để đảm bảo độ chính xác. Chi tiết thân dưới hộp giảm tốc chia thành các nhóm bề mặt: bề mặt đáy phẳng, bề mặt trên phẳng, các bề mặt trụ. Quy trình được sắp xếp sao cho tối thiểu số lần chuyển chi tiết, giảm sai số định vị tích lũy.

3.2. Chọn phương pháp gia công và công cụ

Phương pháp gia công cho chi tiết thân dưới sử dụng máy công cụ CNC hiện đại. Phay mặt phẳng dùng dao phay mặt, doa dùng cho khoan lỗ đến kích thước chính xác. Taro được sử dụng để cắt ren M12x1,5, M12x1, M10x1. Dao cắt được lựa chọn dựa trên vật liệu chi tiết (thép đúc) và yêu cầu độ bóng. Tốc độ cắt, tốc độ quay và lượng ăn được xác định theo tài liệu kỹ thuật để tối ưu hóa năng suất và chất lượng bề mặt.

IV. Tính toán chi phí và thiết kế đồ gá gia công

Thiết kế đồ gá nguyên công phay mặt phẳng đáy là khâu quan trọng để đảm bảo chi tiết thân dưới được định vị chính xác và an toàn trong quá trình gia công. Đồ gá phải có khả năng kẹp chặt chi tiết mà không gây biến dạng, hạn chế lực cắt gây ra. Tính lực kẹp được tính dựa trên lực cắt phát sinh từ phay mặt phẳng. Cơ cấu kẹp chặt được chọn sao cho tạo lực kẹp đủ lớn, có độ bền cao, bề mặt kẹp không làm hư hại chi tiết. Sai số chế tạo cho phép của đồ gá phải nhỏ hơn yêu cầu sai số gia công để không ảnh hưởng đến độ chính xác cuối cùng. Tính giá thành gia công bao gồm chi phí tiền lương, điện năng, dụng cụ cắt, khấu hao máy, sửa chữa máy và sử dụng đồ gá.

4.1. Phân tích sơ đồ gá đặt và tính lực kẹp

Sơ đồ gá đặt cho nguyên công phay mặt phẳng đáy sử dụng ba điểm tựa để định vị chi tiết theo ba trục toạ độ. Lực kẹp được tính theo công thức: Fk = K × Fc, trong đó Fc là lực cắt, K là hệ số an toàn (thường 1,5-2). Lực cắt phụ thuộc vào công suất máy, tốc độ cắt, lượng ăn. Đồ gá phải cung cấp lực kẹp đủ mà không vượt quá khả năng kỹ thuật. Việc tính toán chính xác lực kẹp đảm bảo chi tiết không dịch chuyển, không gây biến dạng dư.

4.2. Tính giá thành và chi phí gia công

Giá thành nguyên công bao gồm nhiều thành phần chi phí. Chi phí tiền lương tính dựa trên thời gian gia công và lương công nhân. Chi phí điện dựa trên công suất máy và thời gian hoạt động. Chi phí dụng cụ cắt phân bổ trên số lượng chi tiết gia công trong vòng đời công cụ. Khấu hao máy và chi phí sửa chữa được tính theo thông số máy công cụ. Chi phí sử dụng đồ gá được phân bổ đều cho toàn bộ lô sản phẩm. Tính toán chi tiết giúp xác định giá thành chính xác, so sánh hiệu quả giữa các phương pháp gia công.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Phân tích chi tiết gia công và dạng sản xuất 1.1 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết - Hộp tốc độ là chi tiết được dùng nhiều trong các máy móc. Nó có nhiệm vụ thay đổi tốc độ từ trục dầu vào sang trục đầu ra của máy, thường thì tốc độ trục đầu vào lớn hơn tốc độ của trục đầu ra. - Hộp tốc độ có nhiều loại được phân loại theo số cấp tỷ số truyền, kiểu bánh răng. Trong bài là hộp giảm tốc ba cấp.

- Bề mặt làm việc chính của chi tiết gồm bề mặt Ø96, bề mặt Ø132, bề mặt Ø160. Các bề mặt này yêu cầu độ bóng cao Rz = 20 và độ đồng tâm của các bề mặt này ≤ 0,04. - Bề mặt B dùng để lắp ghép với nắp hộp giảm tốc nền cần có độ bóng cao Rz = 20. Đồng thời trên bề mặt có 2 lỗ định vị Ø6 và có 6 lỗ Ø16, 8 lỗ Ø18 dùng để lắp bulong để kẹp chặt thân trên và thân dưới hộp giảm tốc.

- Bề mặt A dùng để lắp thân dưới hộp với máy nên có 6 lỗ Ø18, độ song song giữa hai bề mặt ≤ 0,1 2 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ Hình 1. Thân dưới hộp giảm tốc 3 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ 1.2 Tính công nghệ trong kết cấu - Khi thiết kế đồ án chi tiết gia công cần được phân tích một cách cẩn thận theo kết cấu cũng như theo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết từ đó tỡm ra kết cấu cũng như yêu cầu kỹ thuật chưa hợp lí.

- Bề mặt của chi tiết cần gia công là các loại mặt phẳng và các lỗ suốt nên thuận lợi cho việc gia công. - Kết cấu của chi tiết là hợp lí đảm bảo độ cứng vững cũng như tiết kiệm được vật liệu. -Với chi tiết này thỡ cỏc bề mặt gia cụng thoỏt dao dễ dàng. -Bề mặt làm chuẩn có đủ diện tích.3 Xác định dạng sản xuất Việc xác định dạng sản xuất là cơ sở lựa chọn cho việc đường lối công nghệ và quy trình công nghệ gia công.

Dạng sản xuất gồm: + Sản xuất đơn chiếc. + Sản xuất hàng loạt (loại nhỏ, loại vừa, loại lớn). + Sản xuất hàng khối. Do đó, tùy thuộc vào từng dạng sản xuất mà ta có thể lựa chọn đường lối công nghệ cho chi tiết đó phải phù hợp với quá trình sản xuất.

Muốn xác định dạng sản xuất ta cần phải biết sản lượng hàng năm, sản lượng được tính theo công thức sau: α 𝛽 N = N0 .1) [1] 100 Trong đó: + 𝑁0 sản lượng cần hoàn thành theo kế hoạch + 𝑚 số chi tiết trong một sản phẩm + 𝛼 tỷ lệ % về số chi tiết phế phẩm không tránh khỏi trong sản xuất 𝛼 = 3% + 𝛽 tỷ %về số chi tiết dự trữ để phòng ngừa sự cố: 𝛽 = 5% Với sản lượng yêu cầu hàng năm 𝑁0 = 5000 (𝑐ℎ𝑖ế𝑐/𝑛ă𝑚) Vậy số chi tiết được sản xuất trong một năm là: 3 5 𝑁 = 12000. (1 + ) = 12978 (𝑐ℎ𝑖ế𝑐) 100 100 4 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ Trọng lượng của chi tiết: 𝑄 = 𝑉.2) [1] Trong đó: + V thể tích của chi tiết. + 𝛾 trọng lượng riêng của vật liệu (vật liệu Gx15-32 có 𝛾 = 7 𝑘𝑔/𝑑𝑚3 ) Sử dụng phần mền Solidworks để tính được khối lượng của chi tiết: 𝑉 = 24,56 dm3 Vậy khối lượng của chi tiết là: 𝑄 = 𝑉.

Dùng Solidworks để tính thể tích của chi tiết Căn cứ vào bảng 1, từ khối lượng và sản lượng của chi tiết cần sản xuất trong một năm thì chi tiết thuộc dạng sản xuất khối. Khối lượng chi tiết (kg) Dạng sản xuất <4 4  200 >200 Sản lượng hàng năm Đơn chiếc <100 <10 <5 Hàng loạt nhỏ 100  500 10  200 55  100 Hàng loạt vừa 500  5000 200  500 100  300 Hàng loạt lớn 5000  50000 500  5000 300  1000 Hàng khối >50000 >5000 >1000 Bảng 1: Cách xác định các dạng sản xuất 5 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ Chương 2: Xác định phương pháp chế tạo phôi và thiết kế bản vẽ lồng phôi 2.1 Xác định phương án chế tạo phôi - Vật liệu GX có đặc tính dễ đúc nên chọn phương án chế tạo phôi theo phương pháp đúc. - Đúc có hai phương pháp chính là đúc trong khuôn cát và đúc trong khuôn kim loại là có khả năng áp dụng đối với chi tiết thân dưới hộp giảm tốc.

 Đúc trong khuôn kim loại có ưu điểm là có cơ tính tốt, độ bóng về mặt và độ chính xác cao. Tuy nhiên thì nó có nhược điểm là dễ sinh khuyết tật như rỗ khí nứt, chế tạo khuôn phức tạp, giá thành khuôn cao và chỉ phù hợp với chi tiết nhỏ, hình dạng đơn giản.  Đúc trong khuôn cát có ưu điểm là dễ chế tạo vật từ nhỏ đến lớn, từ đơn giản đến phức tạp, vốn đầu tư công nghệ ít. Nhược điểm là độ chính xác bề mặt không được cao và độ nhẵn bóng thấp lượng dư lớn và tốn nhiều vật liệu.

 Chọn phương pháp đúc trong khuôn cát là phương án chế tạo phôi 2.2 Thiết kế bản vẽ lồng phôi * Tính lượng dư gia công lỗ Ø96. Quy trình công nghệ gồm 2 bước: khoét và doa Lượng dư gia công được tính theo công thức: 2 Z min  2( R zi 1  Ti 1  ρ i21  ε i2 ) Tra bảng 4.6 – Khoét : R z1 = 50m , T i1 = 50m Doa : R z 2 = 20m , T i 2 = 25m + Sai lệch không gian tổng cộng được xác định theo công thức :  phôi = pc 2  pcm 2 ( m ) 6 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ + Giá trị cong vênh pc của lỗ được xác định theo cả 2 phương hướng kính và hướng trục:  c= ( k d ) 2  ( k l ) 2 Tra theo bảng 4.7 l :là chiều dài lỗ : l = 370 mm d :là đường kính lỗ : d = 96 mm   c = (0, 7.96)2 = 267,58 μm Giá trí sai lệch ρ cm đượctra theo bảng 4.7mm Như vậy, sai lệch không gian tổng cộng là :   phôi = (260,58) 2  (700) 2  746,73m 2 2 Sai số gá đặt khi khoét được xác định như sau: ε gd = ε c + ε k  c = 0 vì chuẩn định vị trùng với gốc kích thước. ε k =140m (vì đường kính chi tiết =96 mm) : Sai số kẹp chặt tra bảng 4.14[2]   gd =140m 2 Z min  2( R z  Ti   phôi.

  gd ) 2 2 Lượng dư gia công nhỏ nhất: 2 Z min  2(50  50  746,732  140 2 ) = 1159,74 m + doa : Sai lệch không gian còn lại sau khi khoét là: 1 = k. 746,73= 37,33m Sai số gá đặt còn lại ở nguyên công khoét là:  gd 1 = 0,05.140 = 7m Lượng dư gia công nhỏ nhất : 2Z min  2( Ra1  Ti1  1.   gd 1 ) 2 2 2 Z min  2(20  25  37,332  7 2 ) = 165,96 m Tra bảng ta có : 7 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ Dung sai thô σ =50m Dung sai tinh σ =20m Dung sai phôi σ = 800 m.

Kích thước lỗ khi : khoét : d2 = 96,05 – 0.166 = 95,88 mm doa : d 1 = 95,88 – 1,159 = 94,721 mm Phôi : d0 = 93,721 + 1,159 = 94,88mm Kích thước giới hạn : khoét : dmax= 96,05 mm ; dmin= 96,05 - 0,05 = 96mm doa : dmax = 95,88 mm; dmin= 95,88 – 0,05 = 95,83 mm Kích thước của phôi : dmax= 94,721mm; dmin= 94,721 - 0.8 = 93,921 mm Lượng dư giới hạn : + khoét. 2Zmax = 95,88 – 93,721 = 2,159mm = 2159m 2Zman = 95,83 – 93,921 = 1,91mm = 1910m Lượng dư tổng cộng : 2Zmax = 170+2159= 2329m 2Zmin = 170+1910 = 2080m Bảng tính lượng dư gia công : Rz Ti  phôi ε gd d1  d min d max 2Zmin 2Zmax Bước m m m m mm m mm mm mm mm Phôi 250 350 746,73 84,721 800 93,921 88.86 95,88 1910 2159 tinh 20 25 7 95,88 20 90 96 170 170 8 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ Tra lượng dư: Tra bảng 3-96[2] ta chọn vật đúc có cấp chính xác II. Kích thước lớn nhất của chi tiết: 800÷1250 (mm).

- Mặt đáy có lượng dư 4mm - Mặt cạnh có lượng dư 4mm - Mặt trên có lượng dư 5mm - Lượng dư các đường kính lỗ 3mm Hình 3. Chi tiết lồng phôi 9 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ 10 Đồ án công nghệ chế tạo máy GVHD: TS. Nguyễn Tiến Sỹ Chương 3: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 3.1 Xác định đường lối công nghệ - Để chuyên môn hóa cao, năng suất thì phương án gia công rất quan trọng.

- Trong sản xuất hàng khối thì nên chọn phương án gia công nhiều vị trí nhiều dao và gia công song song, còn đối với sản xuất hàng loạt nên chọn phương án gia công một vị trí một dao và gia công có tuần tự. - Tuy nhiên trong thực tế sản xuất kết hợp nhiều phương án gia công khác nhau. Ở Việt Nam thì đường lối công nghệ thích hợp nhất là phân tán nguyên công dùng các máy vạn năng kết hợp với đồ gá chuyên dụng và máy chuyên dụng. - Chính vì vậy mà đối với chi tiết thân dưới hộp giảm tốc nên chọn phương án phân tán nguyên công.2 Chọn phương pháp gia công - Trong thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết, cần nắm vững được yêu cầu của đề bài đòi hỏi về dung sai kích thước, tương quan vị trí, nhám.

- Mặt A làm chuẩn thô cho nguyên công phay thô, phay tinh bề mặt B đảm bảo nhám bề mặt Rz = 20 µm. - Mặt A làm chuẩn cho các nguyên công Rz = 20 µm chọn phương án phay thô, phay tinh. - Các bề mặt của lỗ Ø96, Ø132 và Ø160 yêu cầu độ nhám bề mặt Rz=20µm nên chọn phương án khoét và doa. - 6 lỗ Ø18 ở mặt đáy với Rz=20 µm chọn phương án khoan rồi dao tinh để làm chuẩn.

- 6 lỗ Ø16 và 8 lỗ Ø18 với Rz=40 µm chọn phương án khoan. - 2 lỗ M12 chọn phương án gia công khoan, taro ren. - Lỗ M10 chọn phương án khoan, taro ren.