Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành chế tạo máy giữ vai trò then chốt trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đảm nhận nhiệm vụ thiết kế và chế tạo các thiết bị, máy móc phục vụ sản xuất cũng như đời sống. Để đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất, người kỹ sư cơ khí cần làm chủ kỹ năng tra cứu sổ tay, tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn ngành, từ đó phân tích và xây dựng giải pháp công nghệ gia công cơ khí hoàn chỉnh cho từng chi tiết máy cụ thể.

Trong văn bản đồ án, phần lời mở đầu có sự nhầm lẫn về mặt hành chính khi ghi tên nhiệm vụ là "thiết kế chi tiết Đế sau"; tuy nhiên, toàn bộ nội dung kỹ thuật từ Chương I đến Chương IV được triển khai nhất quán và chi tiết cho đối tượng nghiên cứu là "Bánh răng trụ răng thẳng".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo các bước sau:

  1. Phân tích chức năng làm việc, điều kiện làm việc, cấu tạo hình học, yêu cầu kỹ thuật và tính công nghệ của chi tiết bánh răng trụ răng thẳng.
  2. Xác định sản lượng cơ khí thực tế hàng năm kết hợp với khối lượng chi tiết để phân loại dạng sản xuất.
  3. Lựa chọn vật liệu chế tạo, phân tích so sánh các phương pháp tạo phôi và quyết định phương pháp chế tạo phôi phù hợp.
  4. Lập tiến trình công nghệ gia công cơ khí (so sánh các phương án gia công, chọn phương án tối ưu gồm 12 nguyên công), thiết kế sơ đồ định vị kẹp chặt, chọn máy công cụ, dao cắt, tính toán chế độ cắt và thời gian gia công cơ bản cho từng nguyên công.
  5. Tính toán lượng dư gia công theo phương pháp phân tích giải tích cho nguyên công gia công hệ lỗ và xác định lượng dư kinh nghiệm cho các bề mặt còn lại.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bánh răng trụ răng thẳng có may ơ lệch về một phía và ly hợp vấu ở mặt đầu.
  • Phạm vi nghiên cứu: Chi tiết chế tạo từ thép hợp kim 40X, khối lượng 1,38 kg, đường kính vòng đỉnh Ø114 mm, lỗ trục Ø35 mm, làm việc trong hộp tốc độ. Đồ án được hoàn thành vào ngày 23 tháng 6 năm 2016 dưới sự hướng dẫn của giảng viên ABC.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế công nghệ

Cơ sở lý thuyết, tài liệu tra cứu và công cụ được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Giáo trình và sổ tay chuyên ngành: Giáo trình Công nghệ chế tạo máy (GS. TS. Trần Văn Địch, Trang 19) dùng để xác định dạng sản xuất; hệ thống sổ tay công nghệ chế tạo máy tập I, II (TCCNCTM II, STCNCTM II) dùng để tra cứu dung sai phôi, chế độ cắt, công suất cắt và thời gian gia công cơ bản.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật cắt gọt: Tiêu chuẩn công nghệ cho các nhóm máy gia công cắt gọt kim loại gồm máy tiện vạn năng, máy chuốt nằm ngang, máy phay đứng, máy phay ngang và máy khoan cần.
  • Phần mềm hỗ trợ kỹ thuật: Phần mềm SolidWorks được sử dụng để xây dựng mô hình hình học 3D của chi tiết bánh răng và tự động tính toán thể tích, khối lượng chính xác dựa trên khối lượng riêng của thép.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế:

  • Phương pháp phân tích kỹ thuật: Đánh giá chức năng cơ học của bộ truyền bánh răng (truyền mômen xoắn, làm thay đổi tốc độ hộp số, chịu tải trọng xoắn và va đập lớn) để đề xuất yêu cầu nhiệt luyện và độ chính xác hình học.
  • Phương pháp tính toán sản lượng hàng năm: Xác định số lượng chi tiết thực tế cần sản xuất dựa trên sản lượng kế hoạch kèm theo hệ số dự phòng phụ tùng và hệ số phế phẩm.
  • Phương pháp phân tích so sánh phương án: So sánh ưu - nhược điểm của các phương pháp đúc (đúc trong khuôn cát mẫu gỗ, khuôn cát mẫu kim loại làm khuôn máy, khuôn vỏ mỏng, đúc áp lực, khuôn kim loại) và so sánh hai phương án tiến trình công nghệ gia công cơ để chọn chuỗi nguyên công đảm bảo độ đồng tâm cao nhất.
  • Phương pháp tra bảng kết hợp giải tích chế độ cắt: Tra các thông số chiều sâu cắt $t$, lượng chạy dao $S$, vận tốc cắt cơ bản $V_b$, hiệu chỉnh vận tốc qua các hệ số thực tế $K$, từ đó tính toán số vòng quay trục chính $n_t$, chọn số vòng quay theo máy $n_m$, công suất cắt $N_c$ và thời gian gia công cơ bản $T_0$.
  • Phương pháp tính toán phân tích lượng dư (phương pháp Kovan): Phân tích các thành phần sai số nhấp nhô bề mặt $R_z$, chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt $T$, sai lệch vị trí không gian $\rho$ và sai số gá đặt $\varepsilon$ để xác định trị số lượng dư nhỏ nhất $2Z_{min}$ qua từng bước công nghệ.

Thiết kế và triển khai quy trình công nghệ

Tiến trình công nghệ gia công chi tiết bánh răng được thiết kế qua 12 nguyên công cụ thể, sử dụng các thiết bị công nghiệp và dao cắt chuyên dụng:

Số thứ tự nguyên công Tên nguyên công Thiết bị gia công Dụng cụ cắt Sơ đồ định vị và bậc tự do khống chế
Nguyên công 1 Ủ phôi Lò ủ nhiệt luyện Không sử dụng Xử lý nhiệt toàn bộ phôi đúc
Nguyên công 2 Tiện mặt đầu và mặt lỗ Ø35 Máy tiện vạn năng T620 Dao hợp kim cứng BK8 Mâm cặp 3 chấu tự định tâm kẹp mặt ngoài, khống chế 5 bậc tự do
Nguyên công 3 Tiện mặt đầu, tiện trụ Ø53 Máy tiện vạn năng T620 Dao hợp kim cứng BK8 Trục gá đàn hồi vào lỗ Ø35 (2 bậc), tì mặt đầu trụ Ø55 (3 bậc)
Nguyên công 4 Tiện rãnh và vát mép Máy tiện vạn năng T620 Dao hợp kim cứng BK8 Trục gá đàn hồi vào lỗ Ø35 (2 bậc), tì mặt đầu trụ Ø55 (3 bậc)
Nguyên công 5 Tiện mặt trụ Ø114 Máy tiện vạn năng T620 Dao hợp kim cứng BK8 Trục gá đàn hồi vào lỗ Ø35 (2 bậc), tì mặt đầu trụ Ø55 (3 bậc)
Nguyên công 6 Tiện mặt đầu còn lại, trụ Ø55, vát mép $5\times 45^\circ$ Máy tiện vạn năng T620 Dao hợp kim cứng BK8 Trục gá đàn hồi vào lỗ Ø35 (2 bậc), tì mặt đầu trụ Ø55 (3 bậc)
Nguyên công 7 Chuốt rãnh then Máy chuốt nằm ngang 7B65 Dao chuốt một phía bề rộng 7 mm Hai phiến tì phẳng mặt đáy (3 bậc), khối V ngắn mặt trụ Ø53 (2 bậc)
Nguyên công 8 Phay răng ($m=3, Z=36$) Máy phay ngang 6H12 kết hợp đầu phân độ Dao phay đĩa module ($D=80\text{ mm}, d=27\text{ mm}, Z=12$) Trục gá đàn hồi lỗ Ø35 (4 bậc), tì mặt đầu trụ Ø53 (1 bậc), chốt trám rãnh then (1 bậc)
Nguyên công 9 Khoan lỗ Ø3 Máy khoan cần 2H55 Mũi khoan ruột gà thép gió đuôi trụ $D=3\text{ mm}$ Hai phiến tì phẳng mặt đáy (3 bậc), khối V ngắn mặt trụ Ø53 (2 bậc)
Nguyên công 10 Khoan, khoét, doa lỗ Ø3, Ø9 Máy khoan cần 2H55 Mũi khoan ruột gà, mũi khoét, mũi doa chuôi côn thép gió Hai phiến tì phẳng mặt đáy (3 bậc), khối V ngắn mặt trụ Ø53 (2 bậc)
Nguyên công 11 Phay 2 rãnh $5\text{ mm}$ sâu $0,4\text{ mm}$ Máy phay đứng 6H12 Dao phay ngón thép gió ($D=5\text{ mm}, Z=5$) Hai phiến tì phẳng mặt đáy (3 bậc), khối V ngắn mặt trụ Ø53 (2 bậc)
Nguyên công 12 Kiểm tra độ không đồng tâm Đồ gá kiểm tra chuyên dùng Đồng hồ so, cử tì di động Gá chi tiết trên trục kiểm để rà độ đảo hướng tâm vòng chia so với tâm lỗ Ø35

Nguyên tắc chọn chuẩn công nghệ: Bề mặt ngoài và mặt đầu được dùng làm chuẩn thô ở Nguyên công 2 nhằm tạo ra chuẩn tinh là bề mặt lỗ Ø35 và mặt đầu phẳng. Từ Nguyên công 3 trở đi, lỗ Ø35 kết hợp với mặt đầu phẳng được dùng làm hệ chuẩn tinh thống nhất. Cách bố trí này giúp triệt tiêu sai số tích lũy giữa các bước gia công, đảm bảo độ đồng tâm giữa tâm mặt lỗ Ø35 và vòng chia của vành răng không vượt quá $0,05/100\text{ mm}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tìm hiểu sản phẩm – Bánh răng

Nội dung chương tập trung làm rõ vai trò của chi tiết bánh răng trụ răng thẳng trong việc truyền chuyển động quay và mômen xoắn giữa các trục song song, làm biến đổi vận tốc trong hộp tốc độ. Chi tiết chịu tải trọng xoắn và tải trọng va đập lớn trong suốt chu trình làm việc. Bề mặt then hoa và ly hợp vấu ở mặt đầu đòi hỏi độ chính xác tiếp xúc và ăn khớp cao.

Các thông số hình học và cơ lý của chi tiết được xác định gồm:

  • Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim 40X.
  • Modun răng: $m = 3\text{ mm}$.
  • Số răng: $Z = 36\text{ răng}$.
  • Góc nghiêng răng: $\beta = 0^\circ$ (răng thẳng), hệ số dịch chỉnh: $x = 0$.
  • Đường kính vòng chia: $d = \text{Ø}108\text{ mm}$.
  • Đường kính vòng đỉnh: $d_a = \text{Ø}114\text{ mm}$.
  • Đường kính vòng chân: $d_f = \text{Ø}100,5\text{ mm}$.
  • Đường kính lỗ lắp ghép trục: $\text{Ø}35\text{ mm}$ (cấp chính xác 7, độ nhám yêu cầu $Ra = 2,5$).
  • Chiều rộng vành răng: $b = 26\text{ mm}$.
  • Độ không đồng tâm cho phép giữa đường tâm lỗ Ø35 và đường kính vòng chia: không vượt quá $0,05/100\text{ mm}$.

Về mặt sản lượng, kế hoạch sản xuất đề ra $N_0 = 50.000\text{ chiếc/năm}$, số lượng chi tiết trong một sản phẩm $m = 1$, phần trăm dự trữ phụ tùng chọn $\alpha = 10%$, phần trăm phế phẩm dự tính $\beta = 4%$. Sản lượng thực tế hàng năm được tính toán:

$$N = 50000 \times 1 \times \left(1 + \frac{10}{100}\right) \times \left(1 + \frac{4}{100}\right) = 57.200\text{ chiếc/năm}$$

Sử dụng phần mềm SolidWorks thiết lập mô hình 3D với khối lượng riêng của thép, tác giả xác định khối lượng chi tiết đạt $Q = 1,38\text{ kg}$. Tra bảng phân loại dạng sản xuất trong giáo trình của GS. TS. Trần Văn Địch (sản lượng $N = 57.200 > 50.000$, khối lượng $Q < 4\text{ kg}$), chi tiết thuộc dạng sản xuất hàng khối. Đặc điểm của dạng sản xuất này là các vị trí làm việc lặp lại ổn định, máy móc được bố trí theo tiến trình công nghệ, sử dụng đồ gá chuyên môn hóa và đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn.

Chương II: Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Vật liệu thép 40X được phân tích thành phần hóa học: tỷ lệ carbon $C$ từ $0,36%$ đến $0,44%$, chrom $Cr$ từ $0,8%$ đến $1%$, phosphor $P \le 0,045%$, lưu huỳnh $S \le 0,045%$. Thép có cơ tính tổng hợp tốt, độ dẻo và độ cứng cân bằng, phù hợp với các chi tiết truyền động chịu tải.

Tác giả so sánh 5 phương pháp đúc phôi kim loại:

  • Đúc trong khuôn cát mẫu gỗ, làm khuôn bằng tay: giá thành thấp nhưng độ chính xác kém, lượng dư lớn, chỉ hợp với sản xuất đơn chiếc.
  • Đúc trong khuôn cát mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy: độ chính xác cao hơn mẫu gỗ, lượng dư cắt gọt giảm, năng suất cao, phù hợp sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.
  • Đúc trong khuôn vỏ mỏng: độ chính xác cao ($0,03 - 0,06\text{ mm}$), cơ tính tốt nhưng chỉ thích hợp cho chi tiết cỡ nhỏ.
  • Đúc áp lực: độ bóng bề mặt cao nhưng thiết bị phức tạp, giá thành trang bị rất đắt.
  • Đúc trong khuôn kim loại: năng suất cao, khuôn tái sử dụng nhưng hạn chế với các chi tiết có kết cấu thành mỏng hoặc hình dáng phức tạp.

Kết luận chọn phương pháp: "Đúc trong khuôn cát, mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy" để đảm bảo tính kinh tế và tính công nghệ phù hợp với quy mô $57.200\text{ chi tiết/năm}$.

Chương III: Thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ

Chương này trình bày việc lựa chọn giữa hai phương án tiến trình công nghệ:

  • Phương án 1: Tách riêng các bước tiện thô/tinh mặt đầu và lỗ Ø35 làm chuẩn trước, sau đó dùng trục gá bung để định vị gia công các mặt trụ ngoài Ø114, Ø53, Ø55, chuốt then và phay răng.
  • Phương án 2: Gộp tiện hai mặt đầu cùng lúc với tiện trụ Ø55 và lỗ Ø35. Phương án này khó đảm bảo độ đồng tâm giữa lỗ Ø35 và mặt trụ ngoài Ø114 do chuẩn định vị gia công lỗ lúc này vẫn là chuẩn thô.

Tác giả quyết định chọn Phương án 1 gồm 12 nguyên công. Chế độ cắt và thời gian gia công được tính toán chi tiết cho từng nguyên công:

  • Nguyên công 1: Ủ phôi để giải tỏa ứng suất dư và làm đều mạng tinh thể sau khi đúc.
  • Nguyên công 2: Tiện mặt đầu và mặt lỗ Ø35 trên máy T620. Tiện mặt đầu chia làm bước thô ($t=1,5\text{ mm}, S=0,4\text{ mm/vòng}, V_{tt}=188,4\text{ m/phút}, n_m=400\text{ vòng/phút}, T_0=0,18\text{ phút}$) và bước tinh ($t=1\text{ mm}, S=0,2\text{ mm/vòng}, V_{tt}=235,5\text{ m/phút}, n_m=500\text{ vòng/phút}, T_0=0,29\text{ phút}$); tổng thời gian tiện mặt đầu là $0,47\text{ phút}$. Tiện lỗ Ø35 thô ($t=1,7\text{ mm}, n_m=630\text{ vòng/phút}, V_{tt}=110,8\text{ m/phút}$) và tinh ($t=0,5\text{ mm}, n_m=1000\text{ vòng/phút}$).
  • Nguyên công 3: Tiện mặt đầu còn lại và trụ Ø53 trên máy T620. Tiện mặt đầu đạt tổng $T_0 = 0,47\text{ phút}$; tiện trụ Ø53 thô ($t=1,7\text{ mm}, n_m=630\text{ vòng/phút}$) và tinh ($t=0,5\text{ mm}, n_m=1000\text{ vòng/phút}$).
  • Nguyên công 4: Tiện rãnh sâu $0,5\text{ mm}$ và vát mép trên máy T620. Tiện rãnh ($t=3\text{ mm}, S=0,76\text{ mm/vòng}, V_t=25,16\text{ m/phút}, n_m=135\text{ vòng/phút}, N_c=2\text{ kW}, T_0=0,282\text{ phút}$); vát mép trục Ø53 ($t=1,5\text{ mm}, S=0,5\text{ mm/vòng}, V_t=71\text{ m/phút}, n_m=80\text{ vòng/phút}, N_c=4\text{ kW}, T_0=0,05\text{ phút}$).
  • Nguyên công 5: Tiện mặt trụ Ø114 trên máy T620. Chế độ cắt: $t=3\text{ mm}, S=0,5\text{ mm/vòng}, V_t=38,7\text{ m/phút}, n_m=125\text{ vòng/phút}, N_c=2\text{ kW}$.
  • Nguyên công 6: Tiện mặt đầu còn lại, trụ Ø55 và vát mép $5\times 45^\circ$ trên máy T620. Tiện mặt đầu ($T_0=0,47\text{ phút}$); vát mép ($n_m=80\text{ vòng/phút}, T_0=0,05\text{ phút}$).
  • Nguyên công 7: Chuốt rãnh then trên máy 7B65 (lực chuốt danh nghĩa $100\text{ kN}$, công suất $22\text{ kW}$, hiệu suất $\eta=0,8$). Chiều rộng dao chuốt $7\text{ mm}$, lượng chạy dao răng $S_z = 0,02\text{ mm}$, lực cắt phát sinh trên $1\text{ mm}$ lưỡi cắt $P=125\text{ N}$, tổng chu vi cắt $\sum B = 66\text{ mm}$, lực cắt tổng $P_z = 8256\text{ N}$, vận tốc cắt chuẩn $V=8\text{ m/phút}$.
  • Nguyên công 8: Phay răng trên máy 6H12 sử dụng dao phay đĩa module $m=3$, đường kính dao $D=80\text{ mm}, Z=12\text{ răng}$. Lượng dư gia công $z=3,5\text{ mm}$. Bước phay thô: $t_1=2\text{ mm}, S_z=0,40\text{ mm/vòng}, T_{01}=1,02\text{ phút}$. Bước phay tinh: $t_2=1,5\text{ mm}$ (sau tính với $t_2=0,5\text{ mm}$), $S_z=0,25\text{ mm/vòng}, T_{02}=0,38\text{ phút}$. Tổng thời gian cơ bản phay răng $T_0 = 1,4\text{ phút}$.
  • Nguyên công 9: Khoan lỗ Ø3 trên máy khoan cần 2H55 ($N=4\text{ kW}$). Mũi khoan ruột gà $D=3\text{ mm}$, chiều sâu cắt $t=1,5\text{ mm}$, số vòng quay chọn theo máy $n=1000\text{ vòng/phút}$, lượng chạy dao $S=0,2\text{ mm/vòng}$, thời gian cơ bản $T_{01}=0,2\text{ phút}$.
  • Nguyên công 10: Khoan, khoét, doa lỗ Ø9 và khoan lỗ Ø3 trên máy 2H55. Lỗ Ø9 gồm 3 bước: khoan lỗ Ø8,5 ($t=4,25\text{ mm}, n=1000\text{ vòng/phút}, S=0,5\text{ mm/vòng}, T_{01}=0,278\text{ phút}$); khoét lỗ Ø8,8 ($t=0,15\text{ mm}, n=1500\text{ vòng/phút}, S=0,5\text{ mm/vòng}, T_{02}=0,075\text{ phút}$); doa tinh lỗ Ø9 ($t=0,1\text{ mm}, n=500\text{ vòng/phút}, S=0,6\text{ mm/vòng}, V=10,6\text{ m/vòng}, T_{03}=0,19\text{ phút}$). Gia công lỗ Ø3 khoan với $t=1,5\text{ mm}, n=1000\text{ vòng/phút}, T_{01}=0,2\text{ phút}$.
  • Nguyên công 11: Phay 2 rãnh kích thước $5\text{ mm}$, sâu $0,4\text{ mm}$ trên máy phay đứng 6H12 (công suất trục chính $7\text{ kW}$). Dao phay ngón thép gió $D=5\text{ mm}, Z=5\text{ răng}$, lượng dư cắt $0,4\text{ mm}$, lượng chạy dao vòng $S=0,2\text{ mm/vòng}$, lượng chạy dao răng $S_z=0,04\text{ mm/răng}$, vận tốc cắt tính toán $V_t=22\text{ m/phút}$, vòng quay máy chọn $n_m=600\text{ vòng/phút}$, vận tốc cắt thực tế $V_{tt}=18,84\text{ m/phút}$, lượng chạy dao phút $S_p=120\text{ mm/phút}$, tổng thời gian cơ bản $T_0 = 0,96\text{ phút}$.
  • Nguyên công 12: Kiểm tra độ không đồng tâm giữa tâm lỗ Ø35 và đường kính vòng chia vành răng bằng đồng hồ so gá trên đồ gá chuyên dùng, yêu cầu sai lệch không vượt quá $0,05/100\text{ mm}$.

Chương IV: Tính lượng dư cho một bề mặt và tra lượng dư cho các bề mặt còn lại

Nội dung chương trình bày lý thuyết xác định lượng dư bằng phương pháp thống kê kinh nghiệm và phương pháp tính toán phân tích. Tác giả áp dụng phương pháp giải tích phân tích cho nguyên công gia công lỗ Ø9 (gồm 3 bước: khoan, khoét tinh, doa tinh), trong khi các bề mặt khác sử dụng phương pháp tra bảng kinh nghiệm.

Các thông số chất lượng lớp bề mặt và sai lệch không gian qua từng bước công nghệ:

  • Phôi đúc: Nhấp nhô bề mặt $R_{z0} = 80,\mu\text{m}$, lớp hư hỏng $T_0 = 0$ (do vật liệu là thép), sai lệch không gian của phôi $\rho_0 = 1270,\mu\text{m}$ (xác định từ độ cong vênh bề mặt và sai lệch lệch tâm đúc), sai số gá đặt $\varepsilon_0 = 0$.
  • Bước khoan: $R_{z1} = 50,\mu\text{m}$, $T_1 = 0$, sai lệch không gian còn lại $\rho_1 = 0,05 \times 1270 = 63,\mu\text{m}$, sai số gá đặt $\varepsilon_1 = 0$.
  • Bước khoét: $R_{z2} = 40,\mu\text{m}$, $T_2 = 0$, sai lệch không gian còn lại $\rho_2 = 0,04 \times 1270 = 51,\mu\text{m}$, sai số gá đặt $\varepsilon_2 = 0$.
  • Bước doa tinh: $R_{z3} = 3,2,\mu\text{m}$, $T_3 = 0$, sai lệch không gian còn lại $\rho_3 = 0,02 \times 1270 = 25,\mu\text{m}$, sai số gá đặt $\varepsilon_3 = 0$.

Lượng dư nhỏ nhất hai phía ($2Z_{min}$) tính theo công thức phân tích:

  • Bước khoan: $2Z_{1min} = 2 \times 80 + 0 + 1270 + 0 = 2700,\mu\text{m} = 2,7\text{ mm}$.
  • Bước khoét: $2Z_{2min} = 2 \times 50 + 0 + 63 + 0 = 226,\mu\text{m} = 0,226\text{ mm}$.
  • Bước doa: $2Z_{3min} = 2 \times 40 + 0 + 51 + 0 = 182,\mu\text{m} = 0,182\text{ mm}$.

Kích thước trung gian lớn nhất của lỗ sau từng bước công nghệ được xác định lùi từ kích thước thành phẩm ($D_{max3} = 9 + 0,015 = 9,015\text{ mm}$):

  • Sau khi doa: $D_{max2} = 9,015 - 0,182 = 8,833\text{ mm}$.
  • Sau khi khoét: $D_{max1} = 8,833 - 0,226 = 8,576\text{ mm}$ (văn bản có dòng ghi trung gian $8,675\text{ mm}$).
  • Sau khi khoan (kích thước phôi ban đầu của lỗ đúc sẵn): $D_{max0} = 8,576 - 2,700 = 5,867\text{ mm}$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được:

  • Thiết lập bộ thông số hình học hoàn chỉnh cho bánh răng trụ răng thẳng: modun $m=3$, số răng $Z=36$, đường kính vòng chia Ø108 mm, đường kính đỉnh Ø114 mm, góc nghiêng răng $\beta = 0^\circ$.
  • Xác định quy mô sản xuất thực tế đạt $57.200\text{ chi tiết/năm}$, phân loại chính xác dạng sản xuất hàng khối dựa trên khối lượng tính toán từ phần mềm 3D là $1,38\text{ kg}$.
  • Lựa chọn phương pháp tạo phôi đúc trong khuôn cát mẫu kim loại làm khuôn bằng máy, giải quyết được sự cân bằng giữa năng suất và độ chính xác của phôi thép 40X.
  • Xây dựng quy trình công nghệ 12 nguyên công với đầy đủ thông số công nghệ (chọn máy T620, 7B65, 6H12, 2H55; chế độ cắt $t, S, V, n, N_c$ và thời gian cơ bản $T_0$).
  • Tính toán định lượng giá trị lượng dư nhỏ nhất hai phía cho lỗ Ø9: bước khoan $2700,\mu\text{m}$, bước khoét $226,\mu\text{m}$, bước doa $182,\mu\text{m}$.

Giải pháp và đề xuất công nghệ của tác giả:

  • Bố trí nguyên công nhiệt luyện ủ phôi ngay sau khi đúc nhằm làm giảm độ cứng và ổn định mạng tinh thể trước khi cắt gọt.
  • Thống nhất sử dụng chuẩn tinh là lỗ Ø35 kết hợp mặt đầu phẳng tì trên trục gá đàn hồi cho các nguyên công tiện ngoài và phay răng, nhằm kiểm soát độ không đồng tâm trong giới hạn khắt khe $0,05/100\text{ mm}$.
  • Tận dụng đặc điểm may ơ nằm về một phía để cho phép gá đặt gia công đồng thời hai bánh răng trong một lần gá khi cắt răng, giúp gia tăng năng suất.

Đóng góp tự nêu trong đồ án:

  • Vận dụng phần mềm thiết kế 3D SolidWorks vào bài toán xác định khối lượng chi tiết thay vì tính toán xấp xỉ bằng tay, nâng cao độ chính xác khi phân loại dạng sản xuất.
  • Giải quyết bài toán công nghệ điển hình cho chi tiết dạng đĩa/bánh răng có kết cấu then hoa và ly hợp vấu, liên kết chặt chẽ giữa tra cứu sổ tay tiêu chuẩn và tính toán giải tích.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế tồn tại trong văn bản:

  • Văn bản có sự không nhất quán giữa tiêu đề hành chính ở Lời nói đầu (ghi nhiệm vụ "thiết kế chi tiết Đế sau") và nội dung kỹ thuật thực tế triển khai xuyên suốt đồ án ("Bánh răng trụ răng thẳng").
  • Đồ án mới dừng lại ở tính toán lượng dư phân tích cho một bề mặt lỗ Ø9; toàn bộ các bề mặt gia công còn lại (mặt đầu, mặt trụ ngoài Ø114, Ø53, rãnh then, biên dạng răng) mới chỉ dừng ở mức độ tra bảng thống kê kinh nghiệm mà chưa lập bảng tính giải tích đối chiếu.
  • Phần tính toán công nghệ ở một số nguyên công chưa trình bày đầy đủ bản vẽ chi tiết kết cấu đồ gá gia công (cơ cấu kẹp chặt cụ thể, chốt định vị, phiến dẫn, lực kẹp tính toán $W$).
  • Một số công thức tính toán và số liệu trung gian trong văn bản còn xuất hiện lỗi in ấn cơ học (như bước phay răng ghi $t_2 = 1,5\text{ mm}$ nhưng dòng sau tính với $t_2 = 0,5\text{ mm}$, hay chỉ số vật liệu phôi ghi thiếu số lẻ trong văn bản gốc).

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

  • Thiết kế chi tiết kết cấu đồ gá chuyên dùng cho nguyên công phay răng và nguyên công kiểm tra độ không đồng tâm.
  • Mở rộng phương pháp tính toán lượng dư giải tích cho toàn bộ các bề mặt gia công chính của bánh răng.
  • Xây dựng chương trình gia công trên máy công cụ điều khiển số (CNC) để tối ưu hóa thời gian nguyên công trong điều kiện sản xuất công nghiệp hiện đại.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho sinh viên các ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí, Cơ khí chế tạo máy khi thực hiện đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy hoặc đồ án tốt nghiệp chuyên ngành chế tạo cơ khí.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:

  • Quy trình chuẩn xác định sản lượng thực tế hàng năm ($N$) và phương pháp dùng phần mềm 3D để xác định khối lượng chi tiết phục vụ phân loại dạng sản xuất.
  • Phương pháp lựa chọn và so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án chế tạo phôi đúc kim loại.
  • Phương pháp luận phân tích và so sánh giữa hai phương án tiến trình công nghệ, làm rõ nguyên tắc chọn chuẩn thô và chuẩn tinh thống nhất cho chi tiết dạng đĩa tròn xoay.
  • Ví dụ mẫu về tính toán lượng dư gia công theo phương pháp phân tích giải tích (phương pháp Kovan) cho chuỗi bước công nghệ khoan - khoét - doa.

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết bánh răng trong đồ án có khối lượng và sản lượng hàng năm bao nhiêu, thuộc dạng sản xuất nào?

Sản lượng thực tế hàng năm được tính từ sản lượng kế hoạch $N_0 = 50.000\text{ chiếc/năm}$, dự trữ phụ tùng $\alpha = 10%$, phế phẩm $\beta = 4%$, cho ra kết quả $N = 57.200\text{ chiếc/năm}$. Khối lượng chi tiết sau khi dựng hình trên phần mềm SolidWorks đạt $Q = 1,38\text{ kg}$. Dựa trên bảng tra cứu dạng sản xuất tại Trang 19 sách Công nghệ chế tạo máy của GS. TS. Trần Văn Địch, chi tiết được xếp vào dạng sản xuất hàng khối.

2. Chi tiết được làm từ mác vật liệu nào và thành phần hóa học cụ thể ra sao?

Bánh răng được chế tạo từ thép hợp kim kết cấu 40X. Thành phần hóa học bao gồm: hàm lượng carbon $C$ chiếm từ $0,36%$ đến $0,44%$, chrom $Cr$ chiếm từ $0,8%$ đến $1%$, phosphor $P \le 0,045%$ và lưu huỳnh $S \le 0,045%$. Mác thép này có cơ tính tổng hợp cao, cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo.

3. Tại sao tác giả chọn Phương án 1 thay vì Phương án 2 cho tiến trình gia công cơ?

Trong Phương án 2, việc gộp gia công hai mặt đầu cùng với lỗ Ø35 khiến chuẩn định vị gia công lỗ lúc này vẫn là chuẩn thô, dẫn đến việc rất khó đảm bảo độ đồng tâm giữa lỗ Ø35 và mặt trụ ngoài Ø114. Phương án 1 tách riêng bước gia công mặt đầu và lỗ Ø35 làm chuẩn tinh trước, sau đó dùng chính lỗ Ø35 và mặt đầu làm chuẩn tinh thống nhất cho các bước gia công sau, giúp đảm bảo độ chính xác vị trí tương quan và tiết kiệm thời gian gá đặt.

4. Lượng dư gia công nhỏ nhất tính theo phương pháp phân tích cho các bước gia công lỗ Ø9 là bao nhiêu?

Tại Nguyên công 10, lượng dư nhỏ nhất hai phía ($2Z_{min}$) tính cho các bước gia công lỗ Ø9 lần lượt là: bước khoan đạt $2Z_{1min} = 2700,\mu\text{m}$ ($2,7\text{ mm}$); bước khoét đạt $2Z_{2min} = 226,\mu\text{m}$ ($0,226\text{ mm}$); bước doa tinh đạt $2Z_{3min} = 182,\mu\text{m}$ ($0,182\text{ mm}$).

5. Yêu cầu kiểm tra độ chính xác ở Nguyên công 12 được thực hiện bằng thiết bị gì?

Nguyên công 12 kiểm tra độ không đồng tâm giữa mặt tâm lỗ Ø35 và đường kính vòng chia của vành răng (yêu cầu không vượt quá $0,05/100\text{ mm}$). Thiết bị sử dụng bao gồm đồ gá kiểm tra chuyên dùng, trục kiểm, cử tì di động và đồng hồ so để rà dọc theo bề mặt khi quay chi tiết.

Kết luận

Đồ án đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ khí hoàn chỉnh cho chi tiết bánh răng trụ răng thẳng bằng thép 40X với quy mô sản xuất hàng khối đạt $57.200\text{ chi tiết/năm}$. Quy trình gồm 12 nguyên công được xây dựng chặt chẽ từ khâu chuẩn bị phôi đúc mẫu kim loại làm khuôn máy, nhiệt luyện ủ phôi, chọn chuẩn tinh thống nhất trên trục gá đàn hồi cho đến các nguyên công cắt gọt và kiểm tra độ không đồng tâm. Văn bản thể hiện sự kết hợp giữa phương pháp tra cứu định mức kỹ thuật truyền thống và tính toán lượng dư giải tích chuyên sâu, cung cấp tài liệu tham khảo cụ thể cho sinh viên thực hiện đồ án công nghệ chế tạo máy.