ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BẠC ĐỠ (TẬP THUYẾT MINH)

XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤTMục đích của chương này là xác định hình thức tổ chức sản xuất đơn chiếc, hangloạt nhỏ, hang loạt vừa, hang loạt lớn hay hàng loạt khối để từ đó cải thiện tính công

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 BẠC ĐỠ 

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 bạc đỡ 

II Số liệu ban đầu:

- Bản vẽ chi tiết: Bạc đỡ 

- Sản lượng: 3000 sản phẩm/nămIII 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 đến ngày 19/12

 Ngày tháng năm 2022Giảng viên hướng dẫn Trưởng bộ môn

PGS.TS Nguyễn Văn Tường TS Nguyễn Hữu Thật

1

Chương 1 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT

Mục đích của chương này là xác định hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc, hangloạt nhỏ, hang loạt vừa, hang loạt lớn hay hàng loạt khối) để từ đó cải thiện tính côngnghệ của chi tiết, chọn phương pháp chế tạo phôi, chọn thiết bị công nghệ hợp lí choviệc gia công chi tiết

1.1 MÔ HÌNH HÓA CHI TIẾT

Sử dụng phần mềm CAD 3D (Creo Parametric 8.0) để mô hình hóa chi tiết bạc đỡ gồm các bước chính sau:

+Bước 1: Vẽ biên dạng của chi tiết bạc đỡ

Hình 1.1 Biên dạng chi tiết bạc đỡ trước khi mô hình hóa 3D+Bước 2: Sử dụng lệnh Revolve để tạo chi tiết bạc đỡ ở hình dạng 3D

Hình 1.2 Chi tiết bạc đỡ được mô hình hóa 3D sau khi dùng lệnh Revolve+Bước 3: Sử dụng lệnh Plane để tạo một mặt phẳng cách mặt đầu 5mm.

Hình 1.3 Mặt phẳng DTM1 sau khi dùng lệnh Plane+Bước 4: Sử dụng lệnh Extrude để tạo rãnh then trên bề mặt chi tiết bạc đỡ

3

Hình 1.4 Chi tiết bạc đỡ sau khi dùng lệnh Extrude

1.2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CHI TIẾTChi tiết được làm bằng vật liệu là thép 40X

Mục đích của phần này là xác định thể tích và khối lượng của chi tiết,từ đó xácđịnh hình thức tổ chức sản xuất và cải thiện tính công nghệ của sản phẩm

Dùng phần mềm Creo Parametric với công cụ Mass Properties Cài đặt đơn vịchiều dài là millimeter, khối lượng là Kilogram và thời gian là Second, chọn vật liệu làSTEEL_MEDIUM_CARBON

Bước 1: Vào File chọn Prepare tiếp tục chọn Model Properties để gán đơn vị và vậtliệu cho chi tiết Kết quả chi tiết được hiển thị như hình 1.5

Hình 1.5 Gán đơn vị cho chi tiết

Bước 2: Tại mục Material chọn Change sau đó chọn thư mục Materials-Granta-Design Properties, sau đó chọn thư mục Ferrous-Metals, chọn Steel-medium-carbon.mtl Kết quả chi tiết được hiển thị như hình 1.6.

Standard-Hình 1.6 Chọn vật liệu cho chi tiếtBước 3: Chọn thẻ Analysis trên thanh công cụ Creo, sau đó chọn MassProperties để tính khối lượng cho chi tiết Kết quả như hình 1.7

Hình 1.7 Kết quả khối lượng tính toán

5

Thể tích chi tiết: V≈ 0,00007898 m3

Khối lượng tính toán trên phần mềm Creo: m≈ 0,62 kgKhối lượng chi tiết tính toán:

mct = V.γV= 0,0000771 (m3) là thể tích của chi tiết ( thể tích của chi tiết được xác địnhnhờ công cụ Mass properties ở phần mềm Creo Parametric 8.0)

γ là khối lượng riêng của riêng của vật liệu, γ = 7820 kg/m3

mct = V.γ = 0,00007898.7820 = 0,617 kg

1.3 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤTXác định sản lượng hằng năm của chi tiết trong một năm của nhà máy theocông thức (2.1) [1, trang 24]

 N  =  N  0 × m(1+ α 

100)×(1+  β

100),  (chiếc/năm) (1.1)

Trong đó:

 N0 = 3000 (là số sản phẩm sản xuất theo kế hoạch trong một năm)

m = 1 ( là số chi tiết như nhau trong một sản phẩm)

α là số phần tram dự trữ chi tiết cho chi tiết máy nói trên dành làm phụ tùng(α = 10÷20%), chọn α=15%

β là số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trình chế tạo (β= 3÷5%), chọnβ=4%

Thay các giá trị vào (1.1) ta có

 N  = 3000 × 1(1+15

100)×(1+ 4

100)= 3588(chiếc/năm)Dựa vào khối lượng m =0,62 kg và sản lượng của chi tiết là 3000, ta xác địnhđược dạng sản xuất là hàng loạt vừa [1,trang 25,bảng 2.1]

Chương 2 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG

Mục đích của phần này là xem kết cấu và các điều kiện kỹ thuật đã cho trong bản vẽ chi tiết có hợp lí đối với chức năng phục vụ và khả năng chế tạo

2.1 YÊU CẦU KĨ THUẬT

Hình 2.1 Bản vẽ chi tiết// cỡ chữ nhám chung, các chữ A,B hơi lớn

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

- Bề mặt kích thước trụ ngoài Ø68h8 mm cấp chính xác IT8, độ nhám bề mặtRa= 2,5 µm

- Bề rộng rãnh then 18N9 mm cấp chính xác IT9, độ nhám bề mặt Ra= 2,5 µm

- Bề mặt đáy rãnh then có cấp chính xác IT12, độ nhám bề mặt Ra= 10 µm

7

2.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠOVật liệu chi tiết làm bằng thép 40X, đáp ứng các yêu cầu về cơ tính của chi tiết.

Các thành phần hóa học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Bảng thống kê thành phần hóa học của vật liệu [9]

Thành phần hóa học

0,36-0,44 0,8-1,1 0,5-0,8 0,17-0,37 ≤ 0,3 ≤0,035 ≤ 0,3

Các tính chất cơ học của vật liệu được thể hiện ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng các tính chất cơ học của vật liệu [9]

Thông số Giá trị Đơn vịKhối lượng riêng 7820 kg/m3

Hệ số poisson 0,3

Độ giãn dài tương đối 10 %

 Nhiệt dung riêng 466 J/ kg ºC

Ta đi vào phân tích, đánh giá tính công nghệ trong kết cấu từng bề mặt của chitiết bạc đỡ để hiểu rõ hơn về tính công nghệ, từ đó sẽ chọn được phương pháp giacông hợp lí:

Chi tiết có đường kính lớn nhất D là Ø68h8 mm và chiều dài chi tiết L là45mm, có tỉ lệ L/D < 1 nên chi tiết có độ cứng vững cao

Bề mặt trụ ngoài Ø68h8 mm có yêu cầu về cấp chính xác là IT8 và có độ nhám2,5 µm nên sau khi tiện thô phải thêm tiện bán tinh, tiện tinh và mài tinh bề mặt để đạtđược yêu cầu Việc gia công khá đơn giản nhưng sẽ mất nhiều thời gian gia công

Bề mặt trụ ngoài Ø60k6 mm có yêu cầu chính xác khá cao là IT6 và có độnhám bề mặt là 0,63 µm nên phải cần thực hiện nhiều phương pháp gia công lần lượt

là tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh, mài tinh, mài láng để đạt yêu cầu Việc gia công mặttrụ ngoài này trải qua nhiều nguyên công, thực hiện không quá khó nhưng tốn thờigian gia công

Góc lượn giao giữa hai bề mặt giúp giảm ứng suất tập trung và thuận lợi choviệc gia công chế tạo

Bề rộng rãnh 18N9 mm phù hợp để gia công với dao tiện rãnh tiêu chuẩn, sửdụng dao phay ngón sẽ dễ dàng tạo ra bề rộng và bán kính ở hai đầu rãnh then, tránhgây tốn kém

Các góc ngắt được vát 1,5x45º và 0,5x45º giúp giảm độ sắc bén cho các góc,tránh được các rủi ro do sắc bén, bavia gây ra

Khi gia công lỗ thông Ø38H7,có yêu cầu cấp chính xác IT7, độ nhám bề mặt

Ra = 1,25 µm nên cần nhiều phương pháp gia công để đạt yêu cầu Lỗ thông Ø38H7được đột lỗ khi tạo phôi dập giúp tiết kiêm thời gian để thực hiện các nguyên công sau,đặc biết đối với các nguyên công tiếp theo là khoét thô, khoét tinh, doa thô, doa tinh

Phần công việc này thực hiện nhiều nguyên công và thực hiện không quá khó nhưngtốn nhiều thời gian

Khi gia công lỗ Ø48 mm không yêu cầu cao về độ chính xác IT14 và độ nhám

 bề mặt Rz = 20 µm nên chỉ cần tiện thô trên máy tiện là đạt yêu cầu, gia công dễ dàng

Rãnh thoát dao 3mm phù hợp để gia công với dao tiện rãnh tiêu chuẩn có bềrộng là 3mm để tạo thuận lợi cho các chuyển động tiến dao dọc hoặc tiến dao ngang

Kết luận: Dựa trên việc phân tích tính công nghệ thì chi tiết không cần phải sửađổi, thay đổi kết cấu chi tiết và vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ chính xác giacông

9

Chương 3 CHỌN DẠNG PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI

3.1 CHỌN DẠNG PHÔICăn cứ vào vật liệu, hình dáng, kích thước, điều kiện làm việc của chi tiết, khảnăng kinh tế-tài chính, dạng sản xuất và hình thức tổ chức sản xuất, máy móc thiết bịhiện có

 Nhược điểm:

- Vật liệu chế tạo là thép 40X mà thép có tính đúc thấp vì có độ co ngót cao,tính chảy loãng thấp, nhiệt độ nóng chảy cao, độ quá nhiệt lớn, dễ thiên tích nên việctạo phôi đúc sẽ gặp nhiều khó khăn

- Thép 40X có giá thành khá cao mà phôi đúc có lượng dư gia công lớn, tốn vậtliệu đồng thời trong quá trình đúc cần bố trí đậu hơi, đậu ngót làm hao hụt nhiều vậtliệu và chi phí

- Ngoài ra, vật đúc sẽ có nhiều khuyết tật (rổ xỉ, rỗ khí, lõm co,…) làm giảm cơ tính, ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc, không đủ đảm bảo các yêu cầu của chi tiếttrong quá trình gia công và không có lợi với dạng sản xuất hàng loạt

- Phôi rèn không cho lượng dư gia lớn sẽ đảm bảo được chất lượng bề mặt tốthơn nên đảm bảo yêu cầu chi tiết

- Các bề mặt chi tiết bạc đỡ đều yêu cầu cấp chính xác và độ nhám bề mặt cao

mà phôi rèn được biến dạng ở rắn vì sau khi tạo không những thay đổi về hình dạng,kích thước vật liệu mà còn thay đổi cơ, lý hóa tính vật liệu như kim loại mịn hơn, đồngđều hạt hơn, sẽ rất thuận lợi cho việc gia công sau này

 Nhược điểm:

- Vật liệu chế tạo là thép 40X có giá thành cao, mà phương pháp rèn tự do làmkim loại bị biến dạng lớn, gây hao phí kim loại và chi phí vật liệu

- Phôi rèn được tạo nên nhờ tác động lớn từ ngoại lực lên bề mặt, đôi khi sẽ đểlại vết nứt bề mặt ảnh hướng đến cơ tính.

- Ngoài ra, ngoại lực để tạo phôi rèn từ sức người hoặc sức máy nên chỉ phùhợp cho dạng sản xuất đơn chiếc

 Nhược điểm:

- 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

- Độ chính xác của phôi phụ thuộc vào quá trình chế tạo khuônKết luận: Qua việc phân tích ưu nhược điểm của phương pháp chế tạo phôi tathấy phương pháp chế tạo phôi là phôi dập là phương pháp phù hợp nhất Vật liệu chếtạo là thép 40X, hình dạng đơn giản, kích thước không lớn, yêu cầu có độ chính xác vàchất lượng bề mặt cao, độ chính xác phôi ban đầu và dạng sản xuất hàng loạt vừa, sốlượng phôi lớn mà lại sử dụng máy không phức tạp, phù hợp kinh tế và năng suất cao,nên ta chọn phương pháp dập là hợp lý hơn cả

3.2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔICăn cứ vào các yếu tố vật liệu, hình dáng, kích thước, dạng sản xuất của chi tiết

mà chọn phương pháp chế tạo phôi phù hợp

3.2.1 Chọn phương pháp dậpĐối với phôi dập, có 2 phương pháp được sử dụng hiện nay là dập nguội (dậptấm) và dập nóng

3.2.1.1 Dập nguội (dập tấm)

Ưu điểmChi tiết có hình dạng đơn giản phù hợp với phương pháp dập nguội do các sản phẩm được tạo thành có hình dạng chính xác, ít vật liệu dư thừa nên tiết kiệm được vậtliệu và chi phí của thép 40X

 Nhược điểm:

- Dập nguội thường tạo phôi từ vật liệu thép có hàm lượng cacbon C từ 0,15 – 0,4% Đối với thép 40X 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

11

- Chi tiết có kích thước lớn hơn yêu cầu dập nguội vì chiều dày để dập nguộithông thường ≤ 20 mm mà chi tiết bạc đỡ có độ dày là 45 mm lớn hơn 20mm.

- Kim loai 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 bạc đỡ đều yêu cầu cấp chính xác và độ nhám bềmặt cao thì ở phương pháp này thể đạt được độ chính xác ± (0,1 ÷ 0,05) mm và độnhám 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 xuất hàng loạt ( phù hợp với dạng sản xuất củachi tiết)

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

Kết luận: Ta chọn phương pháp dập nóng vì tối ưu Đảm bảo phôi có cơ tínhcao, độ nhám bề mặt và độ chính xác cao hơn so với dập nguội Phù hợp với dạng sảnxuất vừa của chi tiết bạc đỡ

3.3 TRA LƯỢNG DƯ SƠ BỘ

Độ chính xác, lượng dư, dung sai về kích thước của phôi phụ thuộc vào độ phứctạp của phôi Tính toán các thông số để tra bảng:

 Nhóm mác thép M1 là nhóm thép có phần trăm C < 0,45% C (thép 40X thuộcnhóm mác thép M1)

Mức độ phức tạp của phôi : C  = Gf 

Gh=

0 , 62

1 , 28=0, 48 Trong đó: Gf = 0,62 kg; là khối lượng của phôi dập

Gh là khối lượng của vật có hình dạng đơn giản mà vật dập bị bao ở trong đó(kG) tính toán bằng phần mềm Creo Parametric 8.0; Gh = 1,28 kg

Vậy mức độ phức tạp của phôi là C2 vì C = 0,48 trong phạm vi 0,32 ÷ 0,63 [1,trang 36].

Tra ượng dư gia công 1 phía ở những bề mặt cần gia công [1, trang 33, bảng2.3]

Tra dung sai kích thước của phôi [1, trang 30, bảng 2.2]

- Với các kích thước danh nghĩa đến 50mm ta có lượng dư là 1,4 mm và dungsai là +0,9

Hình 3.1 Bản vẽ phôi dập sơbộ // kích thước mặt tròn xoay thì có phi, mặt ngoàibậc như thế thì khuôn phức tạp hơn nhưng kg tiết kiệm bao nhiêu vật liệu cả

Chương 4 CHỌN TIẾN 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

Đánh số tất cả các bề mặt gia công từ trái sang phải, từ trên xuống dưới theochiều của kim đồng hồ

Trên hình … là …

Hình 4.1 Bản vẽ đánhsố // chỉ đánh 1 số cho rãnh thenTrình tự gia công các bề mặt của … được thể hiện trên bảng …

Bảng 4.1 Bảng trình tự gia công các bề mặt

Bề mặt CCX Độ nhám Ra, Rz Trình tự gia công

1 IT14 Ra = 5 µm Tiện thô

2 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

3 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

4 IT8 Ra = 2,5 µm Tiện thô

Tiện bán tinhTiện tinh15

Mài tinh

5 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

6 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

7 IT7 Ra = 1,25 µm Khoét thô

Khoét tinhDoa thôDoa tinh

8 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

10 IT6 Ra= 0,63 µm Tiện thô

Tiện bán tinhTiện tinhMài tinhMài láng

11 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

12 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

13 IT14 Ra = 20 µm Tiện thô

Phay bán tinhMài thô

4.2 LẬP TIẾN TRÌNH GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT

Từ bảng 4.1, ta lập bảng tiến trình gia công các bề mặt của chi tiết

Bảng 4.2 Bảng tiến trình gia công

STT Tên nguyên công Bề mặt giacông Số bề mặtđịnh vị Dạng máy

1 Chuẩn bị phôi

2 Tiện thô 1, 4, 5 10, 12 Tiện

3 Tiện thô 10, 12 1, 4 Tiện

4 Tiện bán tinh 10 1, 4 Tiện

5 Khoét thô

6 Tiện thô 8, 11, 13 1, 4 Tiện

7 Tiện thô 2, 3, 5 7, 1 Tiện

8 Tiện bán tinh 4 7, 1 Tiện

10 Phay bán tinh 14 7,1 Phay

14 Doa thô

16

Mài tinhMài láng // kg thểchung nguyên côngđược

17

Chương 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 hơi xấu, nhiều bụi bẩn nên ta cần làmsạch tất cả các bề mặt của phôi, cắt hết các phần thừa,… do quá trình chế tạo phôi gây

ra, để chuẩn bị cho các nguyên công gia công cơ trên các máy công cụ

5.2 NGUYÊN CÔNG 2: TIỆN THÔ5.2.1 Sơ đồ gá đặt

Gá phôi lên măm cặp ba chấu tự định tâm, sử dụng bề mặt trụ ngoài làm chuẩn định vị

Hình 5.1 Sơ đồ gá đặt cho nguyên công 2// ngược, mặt cắt

5.2.2 Các bước của nguyên công

- Bước 1: Tiện thô mặt đầu 1 cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra = 5 µm

- Bước 2: Tiện thô bề mặt trụ ngoài 4 cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra =

20 µm

- Bước 3: Tiện lỗ Ø48 mm cấp chính xác IT14, độ nhám bề mặt Ra= 20 µm

5.2.3 Chọn máy công cụ

Ở nguyên công tiện thô ta cần chọn máy có công suất lớn để cắt gọt càng nhiềukim loại càng tốt, không cần độ cứng vững cao vì không đòi hỏi yêu cầu độ chính xáccao, độ nhám cao

Tra cứu tài liệu [6, 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: 7,8Kw

- 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

5.2.4 Chọn đồ gá

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

5.2.5 Chọn dụng cụ cắtTra cứu tài liệu [6, trang 46, Bảng 4.5], chọn được dao tiện ngoài và tiện mặt đầu phải

và trái có phạm vi sử dụng là tiện ngoài, tiện mặt đầu và tiện trục bậc

Dao có kết cấu như hình 5.2

19