Đồ án môn học công nghệ chế tạo máy đề tài thiết kế quy trình công nghệ gia công cữ trụ (tập thuyết minh)

XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤTĐối với phần này, là nhằm giúp chúng ta xác định được hình thức tổ chức sảnxuất nào hợp lí đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hay là hàngloạt k

TRƯỜNG 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

CỮ TRỤ (TẬP THUYẾT MINH)

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Tường

Sinh viên thực hiện: Trương Văn Tâm

Mã số sinh viên: 61132686

Lớp: 61.KTCK

NHA 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 cữ trụ

II Số liệu ban đầu:

- Bản vẽ chi tiết: Cữ trụ

- Sản lượng: 35.000 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, A4

- 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 11/2 đến ngày 26/2

Ngày 19 tháng 12 năm 2022

PGS.TS Nguyễn Văn Tường TS Nguyễn Hữu Thật

Chương 1 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT

Đối với phần này, là nhằm giúp chúng ta xác định được hình thức tổ chức sảnxuất nào hợp lí (đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hay là hàngloạt khối) sau đó có thể cải thiện tính công nghệ của chi tiết, chọn phương án chế tạophôi, chọn thiết bị gia công công nghệ hợp lý cho việc gia công chi tiết

1.1 MÔ HÌNH HÓA CHI TIẾT

Sử dụng phần mềm CAD 3D (Creo Parametric) để mô hình hóa chi tiết hình trụgồm những bước sau đây:

- Bước 1: Vẽ lần lượt các biên dạng của chi tiết theo từng kích thước.

Hình 1.1 Biên dạng của chi tiết trước khi mô hình hóa 3D

- Bước 2: Sử dụng lệnh Revolve để tạo bề dày chi tiết ở hình dáng 3D

Hình 1.2 Chi tiết được mô hình hóa 3D sau khi dùng lệnh Revolve

- Bước 3: dùng lệnh Hole tạo biên dạng lỗ thông M10 ở mặt trên của chi tiết.

Hình 1.3 Chi tiết sau khi tạo biên dạng lỗ Bước 4: dùng lệnh Hole + Pattern tạo 4 biên dạng lỗ ở mặt đáy chi tiết.

Hình 1.4 Chi tiết được dùng lệnh Pattern để tạo 4 biên dạng lỗ

Hình 1.4 Chi tiết hoàn chỉnh

1.2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CHI TIẾT

Chi tiết cữ trụ này được làm từ thép C40

Để xác định khối lượng của chi tiết, trước tiên ta phải xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Creo Paramatric Sau đó ta gán vật liệu cho chi tiết trên thanh công cụchính của phần mềm ta chọn File, chọn mục Prepare, chọn Mode properties

Hình 1.5 Vị trí mục Mode Properties

Nó hiện bảng Mode properties rồi ta chọn Change của mục Material sau đó ta chọn vật liệu tương ứng Chọn Steel_medium_carbon (tạm thời) Chọn đơn vị (Units)

là Millimeter Kilogram Sec như trên hình

Hình 1.6 Bảng Mode properties để gán vật liệu

Sau khi gán vật liệu xong ta tiến hành đo khối lượng, thể tích chi tiết bằng các chọn Analysis, chọn mục Mass properties

Hình 1.7 Vị trí của mục Mass properties trên thanh công cụ

Hộp thoại Mass properties hiện ra và ta chọn Preview để hiện kết quả khối lượng, thể tích của chi tiết

Hình 1.8 Hộp thoại Mass properties

Vì trong phần mềm Creo Parametric không có vật liệu cụ thể để gán nên ta chỉlấy thể tích của chi tiết cữ trụ là V = 45004 mm3 = 4,5004.10-5 m3

Theo như tài liệu [2] ta có khối lượng riêng của thép C40 là D = 7,85 g/cm3

= 7850 kg/m3 Ta có khối lượng riêng và thể tích thì sẽ tìm được khối lượng của chitiết cữ trụ theo công thức:

m = D.V = 7850 4,5004.10-5 = 0,35 kgTrong đó: m, khối lượng (kg)

D, khối lượng riêng (kg/m3)

No = Là số sản phẩm trong một năm theo kế hoạch, 35000 chiếc

.m = Số lượng chi tiết như nhau trong một sản phẩm, 1 chiếc

α = Số phần trăm dự trữ cho chi tiết máy nói trên dành làm phụ tùng;

(α= 10÷20%), chọn α = 15%

β = Số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trính chế tạo, (β= ¿ 3÷5%), chọn β = 4%

Thay các giá trị vào (1.1), ta có:

N = 35000.1(1 + 10015 ).(1 + 1004 ) = 41860 (Chiếc/năm)Dựa vào khối lượng, sản lượng của chi tiết và tài liệu [1, trang 25, bảng 2.1] taxác định được dạng sản xuất là hàng loạt

Chương 2 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG

2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT

Dựa vào bản vẽ chi tiết, ta có các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết là:

Mn Silic, Si Niken, Ni

Lưu huỳnh,

2.3 ĐÁNH GIÁ TÍNH CÔNG NGHỆ TRONG KẾT CẤU

Ta đi vào phân tích, đánh giá công nghệ trong kết cấu cho từng bề mặt của chitiết cữ trụ để hiểu rõ hơn về tính công nghệ, từ tó ta sẽ chọn được các phương pháp giacông hợp lí

Chi tiết cữ trụ này có kích thước tỉ lệ L/D= 28/25 = 1,12 ( nằm trong khoảng0,5 đến 3,5) nên chi tiết có độ cứng vững cao, đảm bảo hình dáng của phôi khi giacông

Phần lớn các bề mặt trụ ngoài, bề mặt trụ trong của chi tiết được gia công bằngphương pháp tiện

Mặt trụ ngoài có đường kính 5 mm không yêu cầu cấp chính xác cao (IT14) và

độ nhám bề mặt thấp (Ra = 6,3 μm) nên ta chỉ cần tiện thô trên máy tiện là có thể đạtđược cấp chính xác theo yêu cầu Dùng mặt trụ ngoài để định vị, rất thích hợp để tiệnthô trên mâm cặp Việc gia công khá đơn giản

Bề mặt trụ ngoài có kích thước 3 mm không yêu cầu độ chính xác cao nên tachỉ cần tiện thô chạy dao dọc trên máy tiện là có thể đạt được cấp chính xác theo yêucầu Dùng mặt đầu để định vị, rất thích hợp để tiện thô trên mâm cặp Việc gia côngkhá đơn giản

Bề mặt trụ ngoài có kích thước 10 mm cấp chính xác IT14 có độ nhám Ra = 6,3sau khi tiện thô ta phải thêm tiện bán tinh, tiện tinh và mài tinh bề mặt để đạt yêu cầu

Bề mặt Ø12 mm yêu cầu cao về cấp chính xác (IT6) yêu cầu độ nhám (Ra = 3,2µm) nên ta cần nhiều nguyên công khác nhau để đạt cấp chính xác cao và độ bóng hợp

lí bằng tiện thô bề mặt đầu chạy dao ngang xong sau đó tiện bán tinh, tiện tinh sau đómài tinh, mài mỏng để đạt cấp chính xác IT6 Phần công việc này trải qua nhiềunguyên công, thực hiện không quá khó nhưng tốn thời gian gia công

Bề mặt Ø19 mm không yêu cầu cao về cấp chính xác (IT14) và độ nhám (Ra =3,2 µm) ta thực hiện tiện thô bề mặt ngoài chạy dao ngang sau đó tiện bán tinh để đặtcấp chính xác IT14 phù hợp với dạng gia công rồi tiện tinh để đạt yêu cầu về độ nhám

Bề mặt Ø25 mm yêu cầu độ chính xác không cao (IT14) và độ nhám (Ra = 3,2µm) ta thực hiện tiện thô chạy dao ngang sau đó tiện bán tinh đặt cấp chính xác phùhợp IT14 và tiện tinh để đạt yêu cầu

Hình 2.2 Bản vẽ chi tiết sau khi tối ưu

Chương 3 CHỌN DẠNG PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

PHÔI

3.1 CHỌN DẠNG PHÔI

Việc chọn dạng phôi phải căn cứ vào hình dạng, kích thước, điều kiện làm việccủa chi tiết, các đặt tính tính chất của vật liệu C40, khả năng về kinh tế - tài chính,dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất cũng như là cơ sở máy móc thiết bị hiện

có

3.1.1 Phôi đúc

Chi tiết cữ trụ là chi tiết có hình dạng đơn giản, có khối lượng nhỏ, dễ chế tạonên phương pháp đúc đáp ứng tốt Có thể tăng thể tích lò phôi để tăng chiều dài phôitạo ra, tiết kiệm thời gian tạo phôi, tăng năng suất cho nguyên công cắt gọt

* Ưu điểm

- Với các chi tiết có hình dáng phức tạp thì nên dùng phương pháp đúc sẽ dễdàng hơn các phương pháp khác Chi tiết cữ trụ vật liệu C30 có hình dáng đơn giảnđáp ứng tốt với phôi đúc

- Công nghệ, các trang thiết bị đơn giản Phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt.Chi tiết dạng sản xuất hàng loạt vừa

- Có thể đúc được các loại vật liệu khác nhau, thường là gang, thép, kim loạimàu, hợp kim, phi kim,…

* Nhược điểm

- Lượng dư gia công lớn

- Có nhiều khuyết tật (thiếu hụt, rỗ khí) làm tỷ lệ phế phẩm khá cao Thép cótính chảy loãng thấp, độ co lớn, hòa tan khí nhiều nên khó đúc, dễ tạo ra các khuyết tật

- Chi tiết chế tạo từ vật liệu là thép C40 có cơ tính tổng hợp tương đối cao vàtính chống ram tốt do đó giảm ứng suất dư bên trong, qua quá trình tạo phôi dập sẽđảm bảo cơ tính và chất lượng được nâng cao trong quá trình gia công sau này

* Nhược điểm

- Dập phôi C40 phải có lực dập lớn, máy cần độ cứng vững cao

- Tổ chức kim loại được tạo nên ở dạng thớ nên độ bóng bề mặt và độ chính xác

sẽ bị giảm Tuy nhiên việc này sẽ được khắc phục trong lúc gia công chế tạo chi tiết

- Trong điều kiện sản xuất nhỏ là giá thành hạ không phải chế tạo khuôn dập.

- Các bề mặt chi tiết dạng bạc đỡ đều yêu cầu cấp chính xác và độ nhám bề mặtcao mà phôi rèn được biến dạng ở rắn vì sau khi tạo không những thay đổi về hìnhdạng, kích thước vật liệu mà còn thay đổi cơ, lý hóa tính vật liệu như kim loại mịnhơn, đồng đều hạt hơn, sẽ rất thuận lợi cho việc gia công sau này

* Nhược điểm

- Thời gian gia công lâu Vật liệu chế tạo là thép C40 có giá thành tương đốicao, mà phương pháp rèn tự do làm kim loại bị biến dạng lớn, gây hao phí kim loại vàchi phí vật liệu

- Đáp ứng với dạng sản xuất đơn chiếc do độ chính xác phụ thuộc vào tay nghềcông nhân Vành chia được chế tạo từ vật liệu C40 dạng sản xuất hàng loạt vừa nênkhó để chọn làm phôi rèn cho C40

Kết luận: Qua việc phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp chế tạo phôi

ta thấy chọn phương pháp chế tạo phôi đúc Vì vật liệu chi tiết cữ trụ là thép C40, hìnhdạng trụ tròn đơn giản, kích thước không lớn, dạng sản xuất là hàng loạt Đúc cho ra

*Nhược điểm:

- Dập nguội thường tạo phôi từ vật liệu thép có hàm lượng cacbon C từ 0,15 –0,4% Đối với thép C30 có hàm lượng C từ 0,27 - 0,34 vẫn có thể thực hiện nhưng khótạo hình hơn vì dập kim loại ở trạng thái nguội, ít dẻo, kim loại bị biến cứng

- Chi tiết có kích thước lớn hơn yêu cầu dập nguội vì chiều dày để dập nguộithông thường ≤ 20 mm mà chi tiết vành chia có độ dày là 30 mm lớn hơn 20mm

3.2.1.2 Dập nóng (dập thể tích)

* Ưu điểm:

- Hình dáng của vành chia tương đối đơn giản, khối lượng nhỏ nên việc dậpnóng dễ dàng thỏa mãn yêu cầu.

- Dập nóng được thực hiện ở nhiệt độ cao tránh sự căng cứng kim loại (thépC30) của vành chia trong quá trình biến dạng, làm cho sản phẩm có cơ tính cao rất cầnđối với chi tiết

- Kim loại được nung nóng làm giảm độ cứng tăng dộ dẻo, biến dạng tốt hơnnên điền đầy khuôn tốt, tiết kiệm kim loại đạt năng suất cao phù hợp với dạng sản xuấthàng loạt vừa

- Hầu hết các bề mặt chi tiết vành chia đều yêu cầu cấp chính xác và độ nhám

bề mặt lỗ cao thì ở phương pháp này thể đạt được độ chính xác ± (0,1 ÷ 0,05) mm và

độ nhám bề mặt đến cấp 4 (Ra =10 ÷ 5 µm)

* Nhược điểm:

- Chi phí để chế tạo khuôn cao vì phải dùng khuôn hợp kim

- Độ chính xác của phôi phụ thuộc vào quá trình chế tạo khuôn đòi hỏi côngnghệ chế tạo cao chỉ phù hợp với sản hàng loạt

- Vật liệu trong quá trình nung nóng sẽ có một vấn đề như nứt, oxi hóa, … ảnhhưởng đến cơ tính của chi tiết cữ trụ có vật liệu C40

Kết luận: Từ các đặc điểm trên thì ta nên chọn phương pháp đúc (đúc thể tích)

sẽ tối ưu hơn Đảm bảo năng suất cao, độ chính xác Phù hợp với dạng sản suất của chitiết cữ trụ

3.2.2 Chọn loại khuôn dập

Chọn loại khuôn dập kín vì phù hợp với kết cấu của chi tiết vành chia, ít bavia

vì ta sản xuất hàng loạt vừa, yêu cầu độ chính xác cao của chi tiết Tăng hiệu quả kinh

tế khi sử dụng khuôn kín

3.3 TRA LƯỢNG DƯ SƠ BỘ

Về hình dáng kích thước của phôi là yếu tố để xác định lượng dư, độ chính xác,dung sai kích thước Nên ta phải tra lượng dư sơ bộ cho phôi

Xem tài liệu [4, trang 190, bảng 3-17], tra được lượng dư về một phía ở những

bề mặt cần gia công là từ 0,1 ÷ 0,6 mm hoặc nhỏ hơn Ta chọn 0,1 mm

Đối với phôi dập với dạng sản xuất hàng loạt thì phôi có cấp chính xác là cấp II.Tính toán thông số để tra bảng:

Nhóm thép M2, mức độ phức tạp cả phôi:

C = G G f

b = 0 , 43 0 , 8 ≈ 0,54Trong đó:

Gf: Khối lượng phôi dập, (kg)

Gb: Khối lượng của vật thể có hình dáng đơn giản mà vật dập bị bao ở trong đó(Kích thước được xác định bởi các kích thước bao cả phôi), (kg) Được tính toán trongphần mềm Creo Parametric 8.0

Vậy tra ra được mức độ phức tạp của phôi là C2 [1, trang 36]

Dựa vào tài liệu [1, trang 30, bảng 2.2 và bảng 2.3] Ta có các giá trị dung sai,lượng dư như sau:

- Lượng dư gia công bề mặt: 2, 5, 6 là 1,5 mm

- Lượng dư gia công bề mặt: 1, 3, 4, 8, 9 là 1,4 mm

- Với các kích thước danh nghĩa ≤ 50mm ta chọn dung sai kích thước cho phép

Chương 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

4.2 LẬP TIẾN TRÌNH GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT

Mục đích của phần này là lập được bảng tiến trình gia công hợp lý bảng 4.2,thấy được các bước nguyên công, các bề mặt gia công, bề mặt định vị và dạng máy đểchuẩn bị gia công chi tiết

Bảng 4.2 Bảng tiến trình gia công ST

Chương 5 THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG

5.1 NGUYÊN CÔNG 1: CHUẨN BỊ PHÔI

Vì phôi ban đầu có chất lượng bề mặt hơi xấu, nhiều bụi bẩn nên ta cần làmsạch tất cả các bề mặt của phôi, cắt hết các phần thừa, bavia, đậu hơi, đậu ngót,… doquá trình chế tạo phôi gây ra, để chuẩn bị cho các nguyên công gia công cơ trên cácmáy công cụ

5.2 NGUYÊN CÔNG 2: TIỆN THÔ

Chọn máy tiện T616, máy có các thông số như sau [5, trang 216]:

- Chiều cao tâm 160 mm

- Khoảng cách giữa 2 tâm 750 mm

- Công suất động cơ 4,5 kW

- Đường kính lỗ trục chính 35 mm – Côn mooc số 5

- Số vòng quay trục chính (vòng/phút):

44 – 66 – 91 – 120 – 173 – 240 – 350 – 503 – 723 – 958 – 1380- 1980

- Lượng tiến dao (mm/vòng):

0,06 – 0,07 – 0,09 – 0,1– 0,12 – 0,13 – 0,15 – 0,18 – 0,19 – 0,21 – 0,23 – 0,24 –0,30 – 0,33 – 0,36 – 0,37 – 0,42 – 0,46 – 0,47 – 0,53 – 0,56 – 0,65 – 0,71 – 0,74 – 0,83– 0,93 – 1,07 – 1,12 – 1,3 – 1,49 – 1,61 – 1,86 – 2,24 – 2,6 – 3,24

- Lượng tiến dao ngang (mm/vòng):

0,04 – 0,05 – 0,07 – 0,08 – 0,09 – 0,1 – 0,11 – 0,13 – 0,14 – 0,15 – 0,17 – 0,19– 0,2 – 0,22 – 0,24 – 0,27 – 0,3 – 0,31 – 0,35 – 0,39 – 0,41 – 0,44 – 0,48 – 0,52 – 0,54– 0,61 – 0,68 – 0,78 – 0,82 – 0,95 – 1,09 – 1,22 – 1,36 – 1,63 – 1,9 – 2,45

- Tiết diện cán dao: B x H = 16 x 25 mm

- Chiều dài của dao: L = 200 mm

- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 6 mm

- Chiều cao phần cắt: h = 26 mm

Các thông số hình học của dao tiện mặt đầu như sau [1, trang 46]:

- Góc trước chính: γ = 16 ÷ (–3)º nên chọn γ = 15º (Hợp kim cứng T15K6 có σb

Chọn dao tiện ngoài và tiện mặt đầu phải và trái, phạm vi ứng dụng dùng đểtiện ngoài, tiện mặt đầu và tiện trục bậc [6, trang 46, bảng 4.5.]:

- Vật liệu: hợp kim cứng T15K6

- Tiết diện cán dao: B x H = 12 x 20 mm

- Chiều dài của dao: L = 150 mm

- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 5 mm

Các thông số hình học của dao tiện mặt đầu như sau [1, trang 46]:

- Góc trước chính: γ = 16 ÷ (–3)º nên chọn γ = 15º (Hợp kim cứng T15K6 có σb

5.3 NGUYÊN CÔNG 3: TIỆN THÔ

5.3.1 Sơ đồ gá đặt

Hình 5.5 Sơ đồ gá đặt cho nguyên công 3 5.3.3 Chọn máy công nghệ

Chọn máy tiện T616, máy có các thông số như sau [5, trang 216]:

- Chiều cao tâm 160 mm

- Khoảng cách giữa 2 tâm 750 mm

- Công suất động cơ 4,5 kW

- Đường kính lỗ trục chính 35 mm – Côn mooc số 5

- Số vòng quay trục chính (vòng/phút):

44 – 66 – 91 – 120 – 173 – 240 – 350 – 503 – 723 – 958 – 1380- 1980

- Lượng tiến dao (mm/vòng):

0,06 – 0,07 – 0,09 – 0,1– 0,12 – 0,13 – 0,15 – 0,18 – 0,19 – 0,21 – 0,23 – 0,24 –0,30 – 0,33 – 0,36 – 0,37 – 0,42 – 0,46 – 0,47 – 0,53 – 0,56 – 0,65 – 0,71 – 0,74 – 0,83– 0,93 – 1,07 – 1,12 – 1,3 – 1,49 – 1,61 – 1,86 – 2,24 – 2,6 – 3,24

- Lượng tiến dao ngang (mm/vòng):

0,04 – 0,05 – 0,07 – 0,08 – 0,09 – 0,1 – 0,11 – 0,13 – 0,14 – 0,15 – 0,17 – 0,19– 0,2 – 0,22 – 0,24 – 0,27 – 0,3 – 0,31 – 0,35 – 0,39 – 0,41 – 0,44 – 0,48 – 0,52 – 0,54– 0,61 – 0,68 – 0,78 – 0,82 – 0,95 – 1,09 – 1,22 – 1,36 – 1,63 – 1,9 – 2,45

5.3.4 Chọn đồ gá

Sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm để gá đặt chi tiết

5.3.5 Chọn dụng cụ cắt

Chọn dao tiện mặt đầu phải và trái, phạm vi ứng dụng dùng để tiện mặt đầu [6,trang 49, bảng 4.8.]:

- Vật liệu:thép T15K6

- Tiết diện cán dao: B x H = 16 x 25 mm

- Chiều dài của dao: L = 200 mm

- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 6 mm

- Chiều cao phần cắt: h = 26 mm

Các thông số hình học của dao tiện mặt đầu như sau [1, trang 46]:

- Góc trước chính: γ = 16 ÷ (–3)º nên chọn γ = 15º (Hợp kim cứng T15K6 có σb

Hình 5.3 Dao tiện mặt đầu cho nguyên công 3 bước 1

Hình 5.4 Dao tiện ngoài cho nguyên công 3 bước 2

- Tiết diện cán dao: B x H = 12 x 20 mm.

- Chiều dài của dao: L = 150 mm

- Chiều dài phần cắt nhô ra: m = 7,5 mm (loại I)

Các thông số hình học của dao tiện mặt đầu như sau [1, trang 46]:

- Góc trước chính: γ = 16 ÷ (–3)º nên chọn γ = 15º (Hợp kim cứng T15K6 có σb