Bài giảng công nghệ chế tạo

Ngành công nghệ chế tạo máy có liên quan mật thiết thế ngành Cơ khí, hầu như các kiến thức và kỹ năng chuyên ngành của ngành cơ khi đều là nền tảng cần thiết cho ngành Công nghệ chế tạo máy. Vậy thì có sự khác biệt nào giữa cơ khí và ngành công nghệ chế tạo máy? Nhắc đến cơ khí là nhắc đến việc gia công các vật liệu cơ khí để tạo ra các sản phẩm cơ khí mong muốn. Những sản phẩm cơ khí này thường được xét ở góc độ từng chi tiết cố định. Nhưng các sản phẩm cơ khí không phải chỉ gia công một lần là hoàn thiện, mà phải trải qua rất nhiều công đoạn khác nhau, liên quan tới rất nhiều bộ phận, nhiều nhân công khác nhau. Mỗi công đoạn lại có nhiều phương pháp gia công khác nhạu để chọn lựa.

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ( Ngành Kỹ thuật giao thông ) 1- Mã số môn học 2- Phân phối tiết học 3- Số tiết lý thuyết 4- Số tiết thí nghiệm 5- Môn học tiên 6- Hình thức đánh gía + Kiểm tra giưã kỳ + Thí nghiệm + Bài tập lớn + Thi cuối kỳ 7- Cán giảng dạy thường trực 8- Tài liệu tham khảo + Manufacturing Engineering and Technology –Serope Kalpakjian , Steven R Schmid – Prentice Hall International + Fundamentals of modern manufacturing – Mikell P Groover Chương Bản chất vật lý học cắt gọt kim loại 1.1 Giơí thiệu 1.2 Cơ học qúa trình tạo phoi 1.3 Các dạng phoi tạo cắt gọt 1.4 Lực công suất cắt 1.5 Nhiệt cắt 1.6 Tuổi bền, mài mòn hư hỏng dụng cụ Chương Dụng cụ cắt gọt 3.1 Giới thiệu 3.2 Thông số hình học dụng cụ 3.2.1 Thông số hình học dụng cụ đơn 3.2.2 Thông số hình học dụng cụ nhiều lưỡi cắt 3.2 Vật liệu dụng cụ cắt 3.2.1 Thép bon hơp kim trung bình 3.2.2 Thép tốc độ cao 3.2.3 Hợp kim cứng 3.2.4 Dụng cụ phủ 3.2.5 Những vật liệu dụng cụ cao cấp khác 3.3 Dung dịch trơn nguội 3.3.1 Các loại dung dịch trơn nguội 3.3.2 Ứng dụng dung dịch trơn nguội Chương Chất lượng chế tạo chi tiết gia công 3.1 Độ xác chi tiết 3.1.1 Khái niệm yếu tố đặc trưng 3.1.2 Dung sai cấp xác chi tiết máy 3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác 3.1.4 Phương pháp đánh giá độ xác gia công chi tiết 3.2 Chất lượng bề mặt chi tiết máy 3.2.1 Khái niệm yếu tố đặc trưng 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 3.2.3 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt Chương Gá đặt chi tiết gia công 4.1 Giới thiệu 4.2 Chuẩn 4.3 Gá đặt chi tiết gia công 4.3.1 Định vị chi tiết đồ gá 4.3.1 Kẹp chặt chi tiết đồ gá 4.4 Một số đồ gá thông dụng sử dụng máy cắt kim loại Chương Các phương pháp gia công tạo chi tiết dạng tròn xoay 5.1 Giới thiệu 5.2 Phương pháp tiện 5.3 Khoan khoét doa Chương Các phương pháp gia công tạo chi tiết có hình dạng khác 6.1 Giới thiệu 6.2 Phay 6.3 Bào – xọc 6.4 Chuốt 6.5 Gia công bánh máy Chương Các phương pháp gia công tinh hạt mài 7.1 Giới thiệu 7.2 Dụng cụ hạt mài 7.3 Quá trình mài 7.4 Mài khôn 7.5 Mài nghiền 7.6 Mài siêu tinh Chương Tính công nghệ kết cấu thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết 8.1 Giới thiệu 8.2 Tính công nghệ kết cấu 8.3 Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết 8.4 Ví dụ minh họa ( truyền , dạng hộp, piston, xi lanh ) Giới thiệu hệ tiêu chuẩn quốc tế ( SI) đơn vị đo Năm 1960 họp khối lượng đo lường đưa hệ thống đơn vị đo Hệ thống viết tăt1 (SI- International system) Hiện sử dụng rộng rãi giới nước có hệ thống riêng Mỹ chuyển dần từ hệ thống (USCS) sang hệ thống SI * Trong thực tế hệ thống tiện lợi ( obviate ) cần thiết ( for the insertion ) cuả chuyển đổi cac1 yếu tố ( into equations and eliminates many of the ambiguities present in other systems Trong hệ SI đơn vị đưa định nghiã đơn vị đo : chiều d l (mét-m ), Khối lượng m ( Kilogam – kg ), thời gian t (giây –s ), nhiệt độ T (kenvin –K ), cường độ dòng điện I ( ampe –A ) Để khuyến khích sinh viên người đọc quen thuộc với hệ SI, chương cuả sách naỳ sử dụng thống hệ đơn vị SI Bảng 1.1 giới thiệu đơn vị trích dẫn từ tiêu chuẩn SI ( Bên cạnh đơn vị đo tiếng việt xin trích dẫn từ khóa tiếng Anh để bạn đọc tham khảo ) Bảng 1.2 Tiền tố số đơn vị cho bảng 1.2 Bảng 1.1- Các đơn vị trích dẫn từ hệ SI Đơn vị đo Ký hiệu Góc, mặt phẳng  , ,  , vv ( angle, plane)  Vận tốc góc ( angular velocity )  Gia tốc góc ( Angular acceleration ) Tần số ( frequency ) Tần số quay ( Rotational frequency ) Diện tích (Area) A Thể tích ( volume ) V Vận tốc ( Velocity ) v Gia tốc (Acceleration ) a Mật độ ( Density ) Tên đơn vị Radian Ký hiệu đơn vị đo rad … rad/s … rad/ s2 m2 m3 m/s m/s2  Trích dẫn từ giáo trình “ Fundamentals of Metal Maching and Machine Tools cuả trường Đ học Massachusetts “ Tiền tố (prefixes) cho đơn vị hệ SI Prefix Symbol Multiplier Example Units ( Symbols ) -9 nanon 10 nanometer (nm) -6 microµ 10 micrometer,micron (µm) -3 millim 10 millimeter (mm) -2 centic 10 centimeter (cm) -3 kilok 10 kilometer (km) megaM 10 megaPascal (MPa) gigaG 109 gigaPascal (GPa ) Bảng chuyển đổi tương đương đơn vị hệ USCS hệ SI Đơn vị Đơnvị SI Đơn vị USCS Tương đương Chiều dài Meter (m) inch (in.) 1.0in = 25,4mm =0,0254 m foot(ft) 1.0ft = 12,0in =0,3048m = 304,8mm yard 1.0yard =3,0ft=0,9144m = 914,4mm mile 1.0 mile = 5280ft =1609,34m micro-inch 1.0 µ-in = 1,0x10-6in = 25,4x10-3 µm (µ-in.) Diện tích m2,mm2 In.2,ft2 Thể tích m3 In.3 , ft3 kilogam (kg) kg/m3 Pound (lp) ton lb/in.3or lb/ft3 m/phut m/giaây m/s2 Newton (N) N-m Pascal(Pa) Pascal (Pa) ft/phut in./phut Ft/giaây2 Pound (lp) Khối lượng Mật độ Vận tốc Gia tốc Lực Mơmen Áp suất Ứng ft-lb, in-lb lb/in.2 lb/in.2 1.0 in.2 = 645,16 mm2 1.0 ft2 = 144in.2 = 92,90 x10-3m2 1.0in.3 =16,387mm2 1.0ft3 = 1728 in.3 = 2,8317x 10-2m3 1.0lb = 0,4536 kg 1.0ton = 2.000 lb = 907,2kg 1.0lb/in.3 = 27,68 x103 kg/m3 1.0lb/ft3 = 16,0184 kg/m3 1.0ft/phut= 0,3048 m/phut =5,08x10-3m/giaây 1.0ft/giaây2 =0,3048 m/s2 1.0lb =4,4482N 1.0ft-lb = 12,0in.-lb =1,356N-m 1.0lb/in.2 = 6895N/m2 = 6895 Pa 1.0lb/in.2 = 6,895 x 10-3 MPa suaát Năng lượng Joule (J) Ft-lb.in.-lb 1.0ft-lb =1,356N-m = 0,113J Công Ngựa ( hp) 1.0hp = 33.000ft-lb/phut = 745,7J/s =745,7W Watt(W) suất Ví dụ1 Chuyển đổi từ hệ USCS sang SI: Chiều dài L = 3,25 in x (25,4mm/in.) = 82,55mm Ví dụ Chuyển đổi từ hệ SI sang USCS: Diện tích 1000mm2 = 1000in.2/(645,16/in.2)=1,55in.2 CHƯƠNG Bản chất vật lý học trình cắt 2.1 Giới thiệu 2.2 Cơ học qúa trình tạo phoi Quá trình cắt gọt ví dụ tiện, khoan, phay, cắt ren vv trình bóc lớp kim loại từ bề mặt chi tiết lực tác động dụng cụ Lớp kim loại tách từ chi tiết gọi phoi Nghiên cứu trình tạo phoi có ý nghóa quan trọng gia công cắt gọt Bản chất học trình tạo phoi cho tất phương pháp cắt gọt Mặc dù thực tế, hầu hết phần lớn phương pháp gia công theo mô hình chiều để thuận lợi nghiên cứu chế tính toán, sử dụng mô hình cắt hai chiều ( hình vẽ 2.1 trường hợp cắt hai chiều bào với lưỡi cắt vuông góc với vận tốc chuyển động dụng cụ) Hình 2.1 Mô hình cắt hai chiều Trên sơ đồ cắt hình 2.1, dụng cụ với góc trước  , góc sau  chuyển động dọc theo bề mặt chi tiết với vận tốc v định với chiều sâu cắt điều chỉnh trước t Khi cắt tác dụng lực p, dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước Khi dao tiếp tục chuyển động, vật liệu gia công ban đầu phát sinh biến dạng đàn hồi , biến dạng nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo lớp phoi có chiều dày hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều sâu cắt t, di chuyển dọc theo mặt trước dao Khảo sát kính hiển vi khám phá phoi sinh trình trượt dẻo xẩy miền định gọi miền tạo phoi ( miền có diện tích giới hạn đường cong AO BO ) Đường cong OA đường bắt đầu xẩy trượt, đường cong OB đường kết thúc trượt Thực nghiệm chứng tỏ gia công, tăng vận tốc cắt v, diện tích miền tạo phoi thu hẹp lại quay theo chiều kim đồng hồ Nếu tiếp túc tăng tốc độ cắt đủ lớn, diện tích bị co hẹp lại vài m Để đơn giản hóa giả thiết diện tích vùng trượt đường OM tạo với phương nằm ngang góc  gọi góc trượt (hinh2.2) Hình 2.2 Góc trượt mô hình đơn giản hóa Bởi trước tạo thành phoi, kim loại bị biến dạng dẻo sau phoi chịu tác dụng lực ma sát phoi mặt trước dụng cụ nên chiều dày phoi lớn Lớp chiều sâu cắt t Để thiết lập quan hệ góc trượt  với thông số công nghệ t; ; ta dùng biểu đồ hình 2.3 Hình 2.3 (a) Sơ đồ minh họa chế trình tạo phoi (b) Biểu đồ vận tốc vùng cắt t sin  Tỉ số r = t = cos(  ) p r- gọi hệ số cắt (2.1) cos(  ) Gọi K = r = sin  K gọi hệ số co rút phoi AB AO (2.2) OB Chúng ta gọi  = OC = OC + OC = cotang  + Tang( - ) (2.3)  gọi hệ số trượt tương đối Hệ số trượt dẻo đại lượng đặc trưng cho cho mức độ trượt dẻo kim loại Từ công thức (2.3) từ thực nghiệm quan hệ vận tốc cắt góc trượt  ta có kếtluận sau: tăng vận tốc cắt, góc trượt tăng, miền tạo phoi thu hẹp lại, hệ số trượt  giảm, mức độ biến dạng dẻo giảm, công chi phí cho trình tạo phoi thấp Như quan điểm giảm công tiêu hao miền tạo phoi ta nên cắt vật liệu tốc độ cao 2.3 Các dạng phoi Khi quan sát hình thành phoi thực tế điều kiện cắt khác vật liệu gia công, thông số hình học dụng cụ cắt, chế độ cắt, thu loại phoi khác sau: a- Phoi dây phoi thu gia công vật liệu dẻo, chiều sâu cắt nhỏ vận tốc cắt lớn góc trước lớn (hình 2.4a ) Hình 2.4 Các loại phoi Phoi tạo thành dây dài liên tục Mặt tiếp xúc với mặt trước dao bóng, mặt đối diện có gợn sóng Khi quan sát kính hiển vi ta thấy diện tích miền tạo phoi hẹp bề mặt phoi mặt trước xẩy biến dạng dẻo Quá trình trượt dẻo không lớn, trình cắt dễ giàng Mặc dù hình thành phoi dây, bề mặt chi tiết gia công tốt, nhiên lúc người ta mong muốn phoi dây, đặc biệt gia công máy tự động, phoi dây vào ụ dao gây trở ngại cho trình gia công, phải dừng máy để làm Để giải vấn đề này, người ta sử dụng cấu bẻ phoi b- Phoi xếp Phoi thu cắt vật liệu dẻo (thép, đồng thau) tốc độ cắt thấp, chiều sâu cắt lớn Phoi kéo dài đoạn ngắn Mặt phoi tiếp xúc với mặt trước dao bóng, mặt có dạng cưa Trên phoi múc độ trượt dẻo thể rõ ( hình 2.4b ) Phoi xếp chịu biến dạng lớn Độ cứng phoi thu gia công vật liệu thép tăng 2-3 lần so với vật liệu gia công Mức độ biến cứng bề mặt gia công lớn bề mặt chi tiết hình thành phoi dây c-Phoi vụn Khi gia công vật liệu dòn (gang, đồng thau cứng …) ta thường thu loại phoi Ở trình hình thành phoi vụn trình trượt dẻo mà cắt tác dụng dao, vật liệu gia công phát sinh biến dạng đàn hồi ứng suất nén theo phương chuyển động dao, mặt khác theo phương vuông góc với chuyển động xuất ứng suất kéo Phoi bị tách chủ yếu ứng suất kéo Do vật liệu dòn chịu kéo ứng suất kéo sinh phá hủy kim loại trước xẩy trượt dẻo Độ bóng đạt cắt phoi vụn không cao bề mặt gia công có cấu tạo giống bị phá hủy mòn (hình 2.4c) d- Tính toán hệ số co rút phoi Mặc dù hệ số co rút phoi K chưa phản ánh đầy đủ trình biến dạng dẻo miền tạo phoi qua nghiên cứu xem xét dạng phoi ta đánh giá mức độ biến dạng dẻo công tiêu hao Trong thực tế có phương pháp xác định hệ số co rút phoi 2.2.1 Phương pháp đo trực tiếp Để thuận lợi đánh giá, đo lường phoi, phoi tiện, ta sử dụng mẫu gia công hình vẽ ( Hình ) Hình Mẫu chi tiết tạo phoi tiện Sau tiện, ta đo chiều dài số phoi hệ số co rút phoi xác định theo công n thức: K= t = l pi ( 2.4 ) nl ct n - số phoi đo ( thông thường n =5 ) lpi - chiều dài phoi thứ i Theo phưong pháp trên, việc xác định xác chiều dài phoi khó khăn kết thu có độ xác thấp 2.2.2 Xác định hệ số co rút phoi theo trọng lượng Lấy số phoi thu sau tiện mẫu chi tiết hình (2 ), ta đo chiều dài phoi cân trọng lượng nó, ta có : Diện tích tiết diện ngang phoi: Fp = 1000Q i .l pi ( 2.5 )