XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤTMục đích của chương này là xác định hình thức tổ chức sản xuất đơn chiếc,hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hay là hàng loạt khối từ đó cải thiện tínhcông
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHỐT
CHẶN (TẬP THUYẾT MINH)
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Tường
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hưng
Mã số sinh viên: 61133711
Lớp: 61.KTCK
Trang 2NHA TRANG - 2022 KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
I Tên nhiệm vụ: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chốt chặn
II Số liệu ban đầu:
- Bản vẽ chi tiết: Chốt chặn
- Sản lượng: 3492 sản phẩm/năm
III Nội dung chính phần thuyết minh:
1 Xác định dạng sản xuất
2 Phân tích chi tiết gia công
3 Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi
4 Xây dựng tiến trình gia công
5 Thiết kế nguyên công
6 Xác định lượng dư trung gian và kích thước trung gian
7 Xác định chế độ cắt và thời gian cơ bản
8 Lập phiếu tổng hợp nguyên công
IV Các bản vẽ
- 01 bản vẽ chi tiết gia công, A3
- 01 bản vẽ phôi, A3
- 03 bản vẽ nguyên công, A3
V Thời gian thực hiện đồ án
Đồ án được thực hiện từ ngày 12/9/2022 đến ngày 19/12/2022
Ngày 19 tháng 9 năm 2022
Trang 3PGS.TS Nguyễn Văn Tường TS Nguyễn Hữu Thật
Trang 4Chương 1 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT
Mục đích của chương này là xác định hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc,hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hay là hàng loạt khối) từ đó cải thiện tínhcông nghệ của chi tiết, chọn phương pháp chế tạo phôi, chọn thiết bị công nghệ hợp lýcho việc gia công chi tiết
1.1 MÔ HÌNH HÓA CHI TIẾT CHỐT CHẶN
Sử dụng phần mềm Creo Parametric vẽ 3D để mô hình hóa chi tiết chốt chặn.Chi tiết có dạng như sau:
Hình 1.1 Chi tiết chốt chặn sau khi được mô hình hóa 3D
Trang 5Ta thực hiện các bước như sau để được chi tiết trên:
Bước 1: Sau khi khởi chạy phần mềm Creo Parametric, ta chọn lệnh Revolve
để vẽ phần tròn của chi tiết
Hình 1.2 Một phần chi tiết sau khi vẽ bằng lệnh Revolve
Bước 2: Dùng lệnh Extrude để vẽ phần đầu của chốt
Hình 1.3 Phần đầu của chi tiết sau khi dùng lệnh Extrude
Trang 6Bước 3: Dùng lệnh Hole để khoan lỗ không thông ở phần đầu của chốt
Hình 1.4 Đục lỗ không thông phần đầu của chốt
Bước 4: Dùng lệnh Extrude để tạo một rãnh suốt trên phần đuôi chốt
Hình 1.5 Rãnh suốt phần đuôi của chốt
Trang 71.2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CỦA CHI TIẾT CHỐT CHẶN
D, khối lượng riêng (kg/m3)
No = Là số sản phẩm trong một năm theo kế hoạch, 3000 chiếc
m = Số lượng chi tiết như nhau trong mọt sản phẩm, chiếc
α = Số phần trăm dự trữ cho chi tiết máy nói trên dành làm phụ tùng;
Trang 9Chương 2 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG
Mục đích của phần này là xem kết cấu và các điều kiện thuật đã cho trong bản
vẽ chi tiết có hợp lí không đối với chức năng phục vụ và khả năng chế tạo
2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT
Hình 2.1 Bản vẽ chi tiết gia công
Dựa vào bản vẽ chi tiết, ta có các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết như sau:
Trang 10Bảng 2.1 Thành phần hóa học của vật liệu [3]
Thành phần hóa học ( % )
Carbon,
C
Crom, Cr
Mangan,
Mn Silic, Si
Niken, Ni
Lưu huỳnh, S
Đồng, Cu
0,37-0,44 ≤ 0,25 0,5-0,8 0,15- 0,4 ≤ 0,25 ≤0,04 ≤ 0,25
Bảng 2.2 Các tính chất cơ tính của vật liệu [3]
2.3 ĐÁNH GIÁ TÍNH CÔNG NGHỆ TRONG KẾT CẤU
Tính công nghệ trong kết cấu là những đặc điểm về kết cấu cũng như nhữngyêu cầu kĩ thuật ứng với chức năng làm việc của chi tiết gia công Nó có ý nghĩa quantrọng trong việc nâng cao tính công nghệ, giảm khối lượng lao động, tăng hệ số sửdụng vật liệu và hạ giá thành sản phẩm
Chi tiết có tỉ lệ L/D = 80/27 = 2,96 ( nằm trong khoảng 0,5- 3,5 ) nên chi tiếtđạt được độ cứng vững cho phép khi gia công
Phần lớn các bề mặt trụ ngoài, bề mặt trụ trong của chi tiết được gia công bằngphương pháp tiện
Chi tiết có góc lượn R=4 giữa bề mặt Ø18mm và Ø27mm nên ta lựa chọn daotiện có bán kính mũi dao tiêu chuẩn để tiện góc lượn này Dùng mặt trụ ngoài để định
vị, phù hợp tiện trên măm cặp Gia công đơn giản
Trang 11Chiều sâu của lỗ 6B12 là 11mm, lỗ không thông, tỉ lệ l/d = 1,8 (nằm trongkhoảng 0,5- 3,5) giúp chi tiết cứng vững khi làm việc Ta chọn phương pháp khoan lỗbằng máy, dùng ê tô để kẹp chặt chi tiết, vào dao thuận lợi, thoát phoi dễ dàng, giacông tương đối đơn giản vì khoan bằng máy
Bề mặt rãnh suốt yêu cầu cấp chính xác (IT9) và độ nhám (Ra=6,3 µm) nên cầnphay thô sau đó phay tinh bằng dao phay ngón để đạt yêu cầu Vì đây là rãnh suốt nênthoát phoi trong quá trình gia công rất dễ dàng nên gia công khá đơn giản
Mặt đầu trụ Ø27mm không yêu cầu về độ chính xác cao (IT14), độ nhám(Rz=80) nên cần tiện thô, tiện bán tinh là đạt yêu cầu nên gia công đơn giản
Phần đầu của chốt có bề mặt phía trên phẳng, ta dùng phương pháp mài thô, giacông tương đối dễ dàng vì không yêu cầu độ chính xác cao
Kết luận: kết cấu của chi tiết hợp lý cho việc gia công Trên cơ sở yêu cầu kỹ
thuật đã cho chi tiết có đủ độ cứng vững khi gia công, việc gá đặt chi tiết thuận lợitrong quá trình gia công Tóm lại không cần thay đổi kết cấu
Trang 12Chương 3 CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
3.1 CHỌN DẠNG PHÔI
Để chọn dạng phôi ta cần căn cứ vào vật liệu, hình dạng, kích thước, dạng sảnxuất của chi tiết, cần đi phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp chế tạophôi ứng với chi tiết để từ đó xác định được dạng phôi hợp lý, tối ưu
3.1.1 Phôi đúc
a Ưu điểm
- Chi tiết chốt chặn có hình dáng, kích thước, khối lượng nhỏ (< 10 kg), đơngiản dễ tạo khuôn đúc, tính toán thiết kế dễ dàng, đảm bảo được hình dáng hình họccủa phôi gần với chi tiết; từ đó tiết kiệm được thời gian gia công, lượng dư, chi phí
- Dạng sản xuất hàng loạt vừa của chốt chặn nên dễ cơ khí hóa, tự động hóa nhờvào việc chế tạo khuôn thuộc nhóm đúc đặc biệt, sử dụng nhiều lần sau khi tháokhuôn, cho năng suất cao, giá thành thấp phù hợp
b Nhược điểm
- Chốt chặn làm bằng vật liệu thép C40, thép có tính chảy loãng thấp, độ co lớn,hòa tan khí nhiều nên khó đúc, dễ tạo ra các khuyết tật rỗ khí, rỗ co, thiên tích,… nêntính đúc thấp, khó đúc hơn
- Thép C40 có giá thành khá cao mà phôi đúc có lượng dư lớn, tốn vật liệu đồngthời trong quá trình đúc cần bố trí đậu ngót, đậu hơi, rãnh dẫn làm hao hụt vật liệu vàgây tốn them chi phí
- Chi tiết chốt chặn với dạng sản xuất hàng loạt vừa nhưng phôi đúc thép cónhiều khuyết tật như rổ xỉ, rỗ khí, lõm co,… làm giảm cơ tính, ảnh hưởng đến chấtlượng vật đúc, không đủ đảm bảo các yêu cầu của chi tiết trong quá trình gia công; khảnăng tạo ra lượng phế phẩm ngang với lượng thành phẩm, không có lợi với dạng sảnxuất hàng loạt
3.1.2 Phôi rèn tự do
a Ưu điểm
- Vật liệu thép C40 có tính dẻo tốt, dễ biến dạng nên dễ cho việc rèn
Trang 13- Hình dáng, kích thước của chi tiết chốt chặn nhỏ gọn, đơn giản dễ dàng choviệc rèn.
- Phôi rèn không cho lượng dư gia lớn sẽ đảm bảo được chất lượng bề mặt tốthơn, gia công bán tinh, tinh dễ dàng hơn sau này, tiết kiệm thời gian và chất lượng daogia công
b Nhược điểm
- Dạng sản xuất hàng loạt không phù hợp với rèn vì nó đòi hỏi trình độ tay nghềcao, phụ thuộc dụng cụ rèn, tốn công sức, năng suất thấp Nó phù hợp với dạng sảnxuất đơn chiếc hơn
- Vật liệu chế tạo là thép C40 có giá thành khá cao, mà phương pháp rèn tự dolàm kim loại bị biến dạng lớn, có những mép dư lớn, gây hao phí kim loại và chi phívật liệu
- Sau rèn cơ tính của phôi cao hơn, do tổ chức kim loại mịn chặt Nên yêu cầu
về chất lượng dao để gia công cơ sau cao hơn
- Hình dáng chi tiết chốt chặn đơn giản, kích thước, khối lượng nhỏ nên việcdập dễ dàng vì việc tạo khuôn sẽ dễ dàng hơn, kiểm soát lực dập tốt, cũng như đáp ứngđược yêu cầu hình dáng, hình học, phôi sau dập gần giống với chi tiết chốt chặn Giảmđáng kể lượng dư gia công sau này
- Dạng sản xuất hàng loạt của chi tiết chốt chặn phù hợp với phôi dập vì nókhông đòi hỏi tay nghề cao, cường độ lao động thấp, khuôn dập cho chi tiết chốt chặnkhá đơn giản, làm cho riêng chi tiết, cho hình dáng kích thước gần giống với chi tiếtgia công và dùng được nhiều lần; tăng năng suất, giảm chi phí
b Nhược điểm
Trang 14- Giá thành chế tạo khuôn cao vì đòi hỏi chịu được lực dập của máy; độ chínhxác, chất lượng bề mặt của phôi dập phụ thuộc lớn vào độ chính xác của khuôn cao.
Kết luận
Qua việc phân tích các ưu và nhược điểm của các phương pháp chế tạo phôi, tathấy phương pháp chế tạo phôi là phôi dập đáp ứng được yêu cầu của chi tiết chốtchặn Phương pháp này phù hợp với vật liệu thép C40, chi tiết có hình dáng, kíchthước đơn giản, tạo phôi nhanh, độ chính xác hình dáng kích thước đảm bảo, chấtlượng phôi tốt, ít tốn vật liệu, tạo tiền đề cho gia công phôi sau này ít tốn thời gian,công sức, đảm bảo các yếu tố kinh tế, phù hợp với dạng sản xuất loạt vừa
3.2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
Phôi dập được tạo ra nhờ hai phương pháp dập phôi phổ biến là dập nóng vàdập nguội
- Dập nóng được thực hiện ở nhiệt độ cao tránh sự căng cứng kim loại của thépC40 làm chốt chặn trong quá trình biến dạng, làm cho sản phẩm có cơ tính cao rất phùhợp với chi tiết trong điều kiện làm việc
b Nhược điểm
- Thêm bước rèn sơ bộ phôi liệu trước khi dập nên tốn thêm một lượng thờigian nhất định
Trang 15- Lực dập lớn, giá thành đầu tư khuôn, máy cao Chi phí để chế tạo khuôn cao
vì phải dùng khuôn hợp kim và đòi hỏi công nghệ chế tạo cao chỉ phù hợp với sảnhàng loạt
- Vật liệu trong quá trình nung nóng sẽ có một vấn đề như oxi hóa, nứt, haocháy,… ảnh hưởng đến cơ tính của chi tiết
3.2.2 Phương pháp dập nguội
Đây là phương pháp biến dạng dẻo phôi ở dạng thành không quá dày (có tínhdẻo như: gang, thép hợp kim, kim loại và hợp kim màu,…), trong khuôn dưới tác dụngcủa ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dáng, kích thước theo yêu cầu Việc dậpthường ở trạng thái nguội
a Ưu điểm
- Vật liệu thép C40 có tính dẻo tốt, dễ biến dạng nên dập nguội dễ dàng
- Dạng sản xuất hàng loạt của chi tiết phù hợp với phương pháp dập, dễ cơ khíhóa, tự động hóa, năng suất cao
b Nhược điểm
- Dập nguội thường tạo phôi từ vật liệu thép có hàm lượng cacbon từ 0,15 –0,4% Đối với thép C40 có hàm lượng C từ 0,36 - 0,44 vẫn có thể thực hiện nhưng khótạo hình hơn vì dập kim loại ở trạng thái nguội, ít dẻo, kim loại bị biến cứng
- Hình dạng của chi tiết có dạng khối, độ dày thành lớn nên không thích hợp vớidập nguội với độ dày < 27mm
- Giá thành máy móc cao
Kết luận: Qua các phương pháp trên đã phân tích ta chọn phương pháp dập
nóng do nó tối ưu hơn Đảm bảo phôi có độ bóng, độ chính xác cao hơn so với dậpnguội Vật liệu làm chi tiết, hình dáng hình học đơn giản, khối lượng nhỏ nên việc dập
dễ dàng, năng suất cao, phù hợp dạng sản xuất hàng loạt
3.2.3 Chọn khuôn dập
Chọn loại khuôn dập kín do nó phù hợp với hình dáng không quá phức tạp củakhớp nối, kích thước, khối lượng nhỏ Phôi cho ra độ chính xác cao, giảm đáng kể bavia, thuận lợi cho các gia công sau này
Trang 16Cấp chính xác chế tạo phôi là cấp II do chế tạo chi tiết hàng loạt.
3.3 TRA LƯỢNG DƯ SƠ BỘ
Lượng dư về một phía ở những bề mặt cần gia công là từ 0,1 ÷ 0,6 mm hoặcnhỏ hơn Ta chọn 0,5 mm [2, trang 190, bảng 3-17]
Đối với dạng sản xuất hàng loạt thì phôi dập có cấp chính xác là cấp II
Thép C40 thuộc nhóm mác thép M1 ( nhóm mác thép có phần trăm C <45%C )
Độ nhám bề mặt chung Rz = 80µm
Mức độ phức tạp của phôi:C = G G f
Trong đó : Gf: khối lượng của phôi dập (kg)
Gb: khối lượng của vật (kg) có hình dạng đơn giản mà vật dập bịbao ở trong đó được tính toán bằng phần mềm Creo Parametric8.0
Vậy mức độ phức tạp của phôi là C2 vì hệ số phôi C = 0,4 nằm trong khoảng( 0,32 ÷ 0,63)
Dựa vào tài liệu [1, trang 30, bảng 2.2 và bảng 2.3] ta tra được dung sai vàlượng dư của phôi như sau:
- Lượng dư các bề mặt: 1, 3, 4, 5, 6, 8 là 1,1mm
- Với các kích thước danh nghĩa ≤ 50mm ta chọn dung sai kích thước cho phép
là −0 , 4 +0,7 mm
Trang 17Hình 3.1 Bản vẽ phôi
Trang 18Chương 4 LẬP QUY TRÌNH GIA CÔNG
Mục đích của phần này là xác định một trình tự gia công hợp lí nhằm đảm bảo
độ chính xác độ nhám, độ cứng theo yêu cầu của bề mặt chi tiết
4.1 LẬP BẢNG TRÌNH TỰ GIA CÔNG CÁC BỀ MẶ
Hình 4.1 Bản vẽ đã được đánh số Bảng 4.1 Bảng trình tự gia công các bề mặt
Doa
Tiện bán tinh
Phay bán tinh
Trang 198 IT14 Rz = 80µm Tiện thô
Bảng 4.2 Tiến trình gia công ST
T
Tên nguyên công Bề mặt gia công Số bề mặt định vị Tên máy
1 Chuẩn bị phôi
Kiểm tra
Trang 20Chương 5 THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG
Mục đích của phần này là chọn trang thiết bị công nghệ và xác định chế độ giacông sao cho giá thành gia công tại mỗi nguyên công là thấp nhất
5.1 NGUYÊN CÔNG 1: CHUẨN BỊ PHÔI
Vì phôi ban đầu có chất lượng bề mặt khá xấu, nên ta cần làm sạch các bề mặt,loại bỏ các phần thừa, ba via của phôi… trước khi đưa phôi vào các quá trình gia công
cơ trên các máy công cụ
5.2 NGUYÊN CÔNG 2: TIỆN THÔ
- Bước 1: Tiện thô mặt 1, đạt cấp chính xác IT14, Rz = 80µm
- Bước 2: Tiện thô mặt 5, đạt cấp chính xác IT14, Rz = 80µm
- Chiều cao tâm: 200 mm – Khoảng cách giữa 2 tâm: 1500 mm
- Đường kính lỗ trục chính: 36 mm – Côn mooc số 5
- Công suất động cơ: 7,8 Kw
Trang 21- Hiệu suất máy: n = 0,75.
- Lượng tiến dao ngang (mm/vòng):
0,027 – 0,029 – 0,033 – 0,038 – 0,040 – 0,042 – 0,046 – 0,050 – 0,058 – 0,067– 0,075 – 0,079 – 0,084 – 0,084 – 0,092 – 0,10 – 0,11 – 0,12 – 0,13 – 0,15 – 0,16 –0,17 – 0,18 – 0,20 – 0,23 – 0,27 – 0,30 – 0,33 – 0,37 – 0,40 – 0,41 – 0,48 – 0,52
- Lực cho phép của cơ cấu tiến dao Px = 350 kG
Hình 5.2 Dao tiện cho nguyên công 2
- Vật liệu: Hợp kim cứng T15K6
- Chiều dài của dao: 125 mm
- Tiết diện cán dao: B x H = 12 x 20 mm
- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 5 mm
Theo tài liệu [1, trang 46], ta chọn các thông số hình học cho dao tiện như sau:
Trang 22- Góc trước chính: chọn γ = 16º (Đối với thép T15K6 có σB = 119,92 kG/mm2)
- Tiết diện cán dao: B x H = 12 x 20 mm
- Chiều dài của dao: 125 mm
- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 4 mm
Trang 23Gá phôi lên mâm cặp 3 chấu tự định tâm
Hình 5.4 Sơ đồ gá đặt nguyên công 3 5.3.2 Các bước nguyên công
- Bước 1: Tiện bán tinh mặt 5 đạt cấp chính xác IT9, Rz = 80µm.
5.3.3 Chọn máy công cụ
Tra cứu tài liệu [4, trang 216, phụ lục], chọn được máy tiện IA62, máy có cácthông số kỹ thuật như sau:
- Chiều cao tâm: 200 mm – Khoảng cách giữa 2 tâm: 1500 mm
- Đường kính lỗ trục chính: 36 mm – Côn mooc số 5
- Công suất động cơ: 7,8 kW
- Hiệu suất máy: n = 0,75
- Lượng tiến dao ngang (mm/vòng):
0,027 – 0,029 – 0,033 – 0,038 – 0,040 – 0,042 – 0,046 – 0,050 – 0,058 – 0,067– 0,075 – 0,079 – 0,084 – 0,084 – 0,092 – 0,10 – 0,11 – 0,12 – 0,13 – 0,15 – 0,16 –0,17 – 0,18 – 0,20 – 0,23 – 0,27 – 0,30 – 0,33 – 0,37 – 0,40 – 0,41 – 0,48 – 0,52
- Lực cho phép của cơ cấu tiến dao Px = 350 kG
5.3.4 Chọn đồ gá
Sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm để gá đạt chi tiết
Trang 245.3.5 Chọn dụng cụ cắt
Tra cứu tài liệu [2, trang 297, Bảng 4.7], chọn được dao tiện ngoài thân thẳng
có phạm vi sử dụng tiện ngoài mặt trụ Dao có kết cấu như hình 5.19
Hình 5.19 Dao tiện cho nguyên công 3
- Vật liệu: hợp kim cứng T15K6
- Chiều dài của dao: 100 mm
- Tiết diện cán dao: b x h = 12 x 20 mm
- Chiều rộng cắt: l = 12 mm
- Bán kính mũi dao: R = 1 mm
- Góc nghiêng chính: φ = 90º
Theo tài liệu [1, Trang 46], ta chọn các thông số hình học cho dao tiện như sau:
- Góc trước chính: chọn γ = 16º (Đối với thép T15K6 có σB = 119,92 kG/mm2)
Trang 25- Vật liệu: Hợp kim cứng T15K6.
- Tiết diện cán dao: B x H = 12 x 20 mm
- Chiều dài của dao: 125 mm
- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 4 mm
Gá phôi lên mâm cặp ba chấu tự định tâm
Hình 5.5 Sơ đồ gá đặt nguyên công 4 5.4.2 Các bước nguyên công
- Bước 1: Tiện thô các mặt 6, 8 đạt cấp chính xác IT14, Rz = 80µm.
5.4.3 Chọn máy công cụ
Tra cứu tài liệu [4, trang 216, phụ lục], chọn được máy tiện IA62, máy có cácthông số kỹ thuật như sau:
- Chiều cao tâm: 200 mm – Khoảng cách giữa 2 tâm: 1500 mm
- Đường kính lỗ trục chính: 36 mm – Côn mooc số 5
- Công suất động cơ: 7,8 Kw
- Hiệu suất máy: n = 0,75