- Chất lượng bề mặt gia công : Bề mặt gia công không yêu cầu độ nhám bề mặt Ra 2.5 nên với nguyên công này ta chỉ cần sử dụng phương pháp khoan - Độ không vuông góc giữa bề mặt A và đườn
PHÂN TÍCH YÊU CẦU KĨ THUẬT CỦA NGUYÊN CÔNG VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ ĐỒ GÁ
Phân tích yêu cầu kĩ thuật của nguyên công
- Chất lượng bề mặt gia công : Bề mặt gia công không yêu cầu độ nhám bề mặt Ra 2.5 nên với nguyên công này ta chỉ cần sử dụng phương pháp khoan
- Độ không vuông góc giữa bề mặt A và đường tâm lỗ nhỏ hơn 0.1, các lỗ phân bố đều trên mặt đầu
- Độ chớnh xỏc kớch thước về đường kớnh lỗ khoan là ỉ40+0,03
- Thiết kế đồ gá khoan lỗ Փ40 để đảm bảo sai số kích thước tương quan Փ176±0.1
- Cơ cấu kẹp chặt, chốt tỳ phải đảm bảo độ cứng vững khi gá đặt và đảm bảo khi kẹp chi tiết không bị biến dạng bởi lực kẹp.
Trình tự thiết kế đồ gá
Bước 1: Nghiên cứu sơ đồ gá đặt phôi và các yêu cầu kĩ thuật của nguyên công, xác định bề mặt chuẩn, chất lượng bề mặt cần gia công, độ chính xác về kích thước hình dạng, số lượng chi tiết gia công và vị trí các cơ cấu định vị và kẹp chặt trên đồ gá
Bước 2: Xác định lực cắt và mômen lực cắt, phương, chiều, điểm đặt lực kẹp và các lực tác dụng vào chi tiết như: trọng lực, lực ma sát, phản lực tại các điểm, … trong quá trình gia công Xác định các điểm nguy hiểm mà lực cắt momen cắt có thể gây ra Sau đó viết phương trình cân bằng về lực để xác định giá trị kẹp cần thiết
Bước 3: Xác định kết câu và các bộ phận khác của đồ gá (cơ cấu định vị,kẹp chặt,dẫn hướng , so dao ,thân đồ gá,…)
Bước 4: Xác định kết cấu và các bộ phận phụ của đồ gá (chốt tỳ phụ,cơ cấu phân độ, quay,…)
Bước 5: Xác định sai số chế tạo cho phép [𝜀𝑐𝑡] của đồ gá theo yêu cầu kĩ thuật của từng nguyên công
Bước 6: Ghi kích thước giới hạn của đồ gá (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) đánh số các vị trí của chi tiết trên đồ gá.
PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ GÁ ĐẶT CỦA NGUYÊN CÔNG
Phương án 1
Ta sử dụng phương pháp định vị và gá đặt như hình vẽ :
Hình 2.1 : Định vị bằng khối V ngắn
Theo nguyên tắc định vị, chi tiết được hạn chế 5 bậc tự do:
- Mặt đầu của chi tiết hạn chế 3 bậc tự do bao gồm:
Chống tịnh tiến theo phương Oz
- Khối V ngắn khống chế 2 bậc tự do, gồm :
Chống tịnh tiến theo phương Ox
Chống tịnh tiến theo phương Oy
Theo phương án định vị như trên ta cần sử dụng 1 chốt tì và 1 khối V ngắn (khối V tĩnh) để định vị chi tiết
Chi tiết được kẹp chặt trên đồ gá:
Phương của lực kẹp vuông góc với phương Oz
Chiều của lực kẹp hướng vào mặt bên của chi tiết như hình vẽ
Đối với chi tiết này ta nên sử dụng khối V ngắn , phiến tì và khối V động để kẹp chặt
Từ phương án gá đặt trên, ta nhận thấy được ưu và nhược điểm của nó : Ưu điểm :
- Đảm bảo cứng vững khi gia công
- Đồ gá gia công phù hợp với phương pháp gia công tinh ở nguyên công sau khi đã gia công mặt trụ ngoài làm chuẩn tinh
- Dễ gá lắp và định vị
- Hạn chế được 5 bậc tự do, nếu lực kẹp không đủ có thể làm xoay chi tiết quay tâm
- Điểm đặt lực kẹp không vào vị trí định vị khối V nên chi tiết có thể bị uốn khi gia công
- Chốt tì đầu bằng tì vào tiết diện nhỏ dễ bị trượt.
Phương án 2
Ta sử dụng phương pháp định vị và gá đặt như hình vẽ :
Hình 2.2 : Định vị bằng chốt trụ ngắn
Theo nguyên tắc định vị, chi tiết được hạn chế 5 bậc tự do:
- Mặt đầu của chi tiết hạn chế 3 bậc tự do bao gồm:
Chống tịnh tiến theo phương Oz
- Mặt trụ trong của chi tiết hạn chế 2 bậc tự do
Chống tịnh tiến theo phương Ox
Chống tịnh tiến theo phương Oy
Theo phương án định vị như trên ta cần sử dụng 1 phiến tì và 1 chốt trụ ngắn
Chi tiết được kẹp chặt trên đồ gá:
Phương của lực kẹp song song với phương Oz
Chiều của lực kẹp hướng vào mặt phiến tì như hình vẽ
Điểm đặt lực kẹp nằm ở trọng tâm của mặt mút trên
Đối với chi tiết kích thước ngắn ta nên sử dụng cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít và đệm chữ C
Từ phương án gá đặt trên, ta nhận thấy được ưu và nhược điểm của nó : Ưu điểm:
- Đồ gá đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt
- Sử dụng phiến dẫn treo định vị trực tiếp trên chi tiết vì vậy độ chính xác gia công cao
- Thời gian gá đặt nhanh, tăng năng suất gia công
- Phương của lực kẹp vuông góc với phương kích thước gia công nên không xảy ra sai số do kẹp chặt
- Do sử dụng phiến dẫn nên phiến dẫn được chế tạo với độ chính xác cao, tăng giá thành đồ gá
Kết luận: Từ 2 phương án đã đưa ra, ta lựa chọn phương án thứ 2 vì đồ gá đơn giản, dễ gá đặt và tháo lắp, sử dụng chi tiết để gá đặt phiến dẫn nên độ chính xác cao, thời gian tháo lắp nhanh
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỒ GÁ
Chọn máy gia công và dụng cụ cắt
Chọn máy : máy 2H55, một số thông tin cơ bản của máy :
Bảng 3.1 : Thông số kĩ thuật của máy khoan cần 2H55
Thông số Kích thước Đường kính lớn nhất khoan được 50 mm
Khoảng cách từ tâm trục chính tới trụ máy 450÷1600 mm
Kích thước bề mặt làm việc của bệ máy 2530x1000x3320 mm
Số cấp bước tiến của trục chính 12 cấp
Số cấp tốc độ trục chính 21 cấp
Phạm vi bước tiến 0,056÷2,5 mm/vòng
Công suất động cơ trục chính 4 kW
Giới hạn tốc độ trục chính 20-2000 (ph/v)
Dụng cụ cắt : dao khoan lỗ Փ40
Bảng 3.2 : Thông số cơ bản của dụng cụ cắt
Thông số Kích thước Đường kính dao Փ40 mm
Tổng chiều dài dao 60 mm Đường kính mũi khoan định tâm 28 mm
Chiều sâu cắt tối đa 25 mm
Tốc độ khoan tối đa 1030 r/min
Tốc độ khoan tối thiểu 650r/min
Chế độ cắt phù hợp :
Chiều sâu cắt ( đối với khoan mở rộng ):
2 = 6 (mm) Tốc độ cắt khi khoan : v = 32 m/phút, từ đó ta tính được tốc độ trục chính :
Ta chọn tốc độ trục chính : n = 235 (vòng/phút) ( theo tiêu chuẩn của máy 2H55 ) Khi đó vận tốc thực tế :
1000 = 29,5 (m/phút) Lượng chạy dao S: Với vật liệu gia công là thép C45 và vật liệu dụng cụ cắt là thép gió P18
Phân tích sơ đồ lực tác dụng lên chi tiết
Ta có sơ đồ lực tác dụng lên chi tiết như hình vẽ :
Hình 3.1 : Sơ đồ lực tác dụng lên chi tiết
Phân tích các thành phần lực tác dụng lên chi tiết khi gia công Gồm có 4 thành phần lực chính :Momen M, phản lực N, lực ma sát Fms và lực kẹp W
- Trong quá trình gia công có 2 ngoại lực tác dụng lên vật:
Mô men lực M có chiều cùng chiều với chiều quay của dụng cụ cắt Bên cạnh đó mô men M làm chi tiết quay quanh Oz nếu lực kẹp không đủ
Lực chiều trục Pz có phương và chiều như hình vẽ , nếu lực kẹp không đủ lớn sẽ làm chi tiết lật quanh điểm C quanh trục Oy
- Phản lực liên kết tác dụng lên chi tiết:
Phản lực từ phiến tì tác dụng lên chi tiết N2
Phản lực từ chi tiết tác dụng lên đai ốc kẹp N1
- Lực ma sát tác dụng lên chi tiết:
Lực ma sát từ đai ốc kẹp tác dụng lên chi tiết: Fms1
Lực ma sát từ phiến tì tác dụng lên chi tiết: Fms2
- Lực kẹp tác dụng lên chi tiết W có phương và chiều như hình vẽ
Tính lực gia công và lực kẹp
3.3.1 Tính toán lục dọc trục P z , momen M và công suất cắt N e
Ta tiến hành khoan lỗ mở rộng Փ40, sau khi đã khoan lỗ Փ28
- Lực chiều trục Pz khi khoan ( lực hướng trục ) :
Trị số CM, Cp và các hệ số mũ cho trong bảng
Hệ số tính đến các yếu tố gia công thực tế, trong trường hợp này chỉ phụ thuộc vào vật liệu gia công và được xác định bằng: kp = kMP
Trị số kMP dùng cho thép và gang cho trong bảng
190) 1 = 0,8 (với HB= 150) Tra bảng các thông số trong Sổ tay Công nghệ chế tạo máy 2, ta có :
Bảng 3.3 : Các trị số Momen, trị số lực
Hệ số Trị số Momen(M x ) Trị số lực(P)
Thay các thông số tra được vào công thức (1) và (2) ta được :
- Công suất cắt Ne (kw)
Ta có công thức : Ne = 𝑀 𝑥 𝑛
Công suất cắt < công suất trục chính => thỏa mãn
Trường hợp 1: Lực kẹp đảm bảo chi tiết không bị lật quanh điểm C
- Các lực tác dụng lên vật bao gồm: Lực chiều trục Pz, lực kẹp W, phản lực N và lực ma sát Fms
- Lực ma sát tác dụng lên chi tiết:
Lực ma sát từ đai ốc kẹp tác dụng lên chi tiết: Fms1 = N1.f1 (hệ số ma sát của đai ốc kẹp và chi tiết f1 = 0,2 )
Lực ma sát từ mỏ kẹp tác dụng lên chi tiết: Fms2 = N2.f2 (hệ số ma sát của phiến tì và chi tiết f2 = 0,2 )
Ta có phương trình mô men cân bằng :
50+0,2.130 = 1162,5 (N) Vậy lực kẹp cần thiết dùng trong trường hợp này là : W = 1162,5 (N)
Trường hợp 2: Lực kẹp đảm bảo chi tiết không bị quay quanh Oz
- Các lực tác dụng lên vật bao gồm: Lực chiều trục Pz, lực ma sát Fms1; Fms2
- Lực ma sát tác dụng lên chi tiết:
Lực ma sát từ đai ốc kẹp tác dụng lên chi tiết: Fms1 = N1.f1 (hệ số ma sát của đai ốc kẹp và chi tiết f1 = 0,2)
Lực ma sát từ mỏ kẹp tác dụng lên chi tiết: Fms2 = N2.f2 (hệ số ma sát của phiến tì và chi tiết f2 = 0,2 )
Ta có phương trình mô men cân bằng :
Phương trình cân bằng của chi tiết gia công : ƩFz = 0
Vậy lực kẹp cần thiết dùng trong trường hợp này là : W = 1218,75 (N)
Từ trường 2 hợp trên ta có lực lớn nhất để kẹp chặt chi tiết là:
3.3.3 Lực kẹp cần thiết Để đảm bảo an toàn ta cần nhân thêm hệ số an toàn K theo công thức:
Trong đó K là hệ số an toàn và được xác định bởi công thức sau :
K0 – là hệ số an toàn cho tất cả trường hợp K0 = 1,5÷2
K1 – là hệ số phụ thuộc vào lượng dư không đều, khi gia công thô
K2 – là hệ số tăng lực cắt do mòn dao làm tăng lực cắt, K2 = 1÷1,9
K3 – là hệ số phụ thuộc vào lực cắt tăng khi gia công dãn đoạn
K4 – là hệ số phụ thuộc vào nguồn sinh lực không ổn định Khi kẹp chặt bằng tay, lấy K4 = 1,3
K5 – là hệ số phụ thuộc vào sự thuận tiện vị trí tay quay của cơ cấu kẹp khi kẹp chặt bằng tay Lấy K5 =1
K6 – là hệ số phụ thuộc vào mô men làm lật phôi quanh điểm tựa
Khi định vị trên các phiến tỳ Lấy K6 = 1,5
KL: Vậy lực kẹp cần thiết là Wct = 4277,8 (N)
Xác định cơ cấu kẹp chặt
Hình 3.2 : Cơ cấu kẹp chặt Đường kính bulông được xác định theo độ bền kéo của bulông :
- Đường kính bu lông ( vít kẹp chặt ) :
D :đường kính ngoài của ren (mm)
W :lực kẹp chặt được tính từ momen cắt
σ: ứng suất bền của vật liệu ; σ = 8 -20 kG/mm2
Thay các thông số trên vào công thức, ta có:
D = 20,68 ÷ 32,7 (mm) Chọn bulông M24 theo tiêu chuẩn ren hệ Mét
Lực tác dụng lên cần của cơ cấu được xác định bằng công thức :
𝑄 – lực đặt ở tay quay hoặc chìa vặn (cờ lê)
𝑙 – khoảng cách từ tâm ren vít đến điểm đặtlực 𝑄, với 𝑙 ≈ 14𝑑 (𝑑 là đường kính ngoài ranh nghĩa của ren vít)
𝑟 – bán kính trung bình của ren vít
𝛼 – góc nâng của ren vít, 𝛼 = 2 o 30′ ÷ 3 o 30′
(điều kiện tự hãm của ren vít là 𝛼 ≤ 6 o 30′)
𝜑0 – góc ma sát trong cặp ren vít – đai ốc, 𝜑0 = 𝑓 𝑐𝑜𝑠𝛽1 ≈ 6 o 40′
𝑓 - hệ số ma sát tại vị trí tiếp xúc phẳng của ren vít với chi tiết gia công hoặc của đai ốc với vòng đệm, 𝑓 = 0,1 ÷ 0,15
𝑅 – bán kính mặt cầu ở đầu ren vít
𝛽 – góc giữa hai đường tiếp tuyến của mặt cầu ở đầu ren vít, 𝛽 ≈ 120 o
𝛽1 – nửa góc đỉnh ren vít
𝐷N - đường kính ngoài của mặt đầu đai ốc
𝐷T - đường kính trong của mặt đầu đai ốc
Vậy mômen cần để xiết đai ốc kẹp chặt là :
Lựa chọn cơ cấu định vị
Phiến tì: là đồ định vị khi chuẩn là mặt phẳng có diện tích phù hợp Do chi tiết được định vị 5 bậc tự do, các chốt trụ ngắn có D≤50mm và nhỏ hơn lỗ được gá đặt của chi tiết, nên ta thiết kế 1 phiến tì có bậc để định vị chi tiết
Thấm Cacbon, chiều sâu lớp thấm S = 0,5÷0,8 mm
Nhiệt luyện đạt độ cứng 50-60 HRC
Hình 3.3 : Cơ cấu định vị
Cơ cấu khác của đồ gá
Phiến dẫn có nhiều loại trong đó có hai loại chính : phiến dẫn cố định và phiến dẫn động
Công dụng : Để tăng độ chính xác gia công, đơn giản trong việc tháo lắp khi gá đặt, ta thiết kế phiến dẫn được định vị trực tiếp lên chi tiết
Vật liệu: gang xám GX15-32
Loại bỏ bavia, cạnh sắc sau khi gia công
Các mặt lắp ráp với chi tiết được gia công tinh tương ứng với cấp số 9 đạt độ nhám Ra0.63 và Rz1.6
Bạc dẫn hướng là bộ phận đưa dụng cụ vào đúng chỗ gia công
Công dụng : giúp gia công một cách thuận tiện, chính xác nhất, tăng năng suất và độ cứng vững cho dụng cụ cắt khi gia công
Yêu cầu kĩ thuật : Với d > 25mm
Thấm Cacbon, chiều sâu lớp thấm S = 0,8÷1,2 mm
Nhiệt luyện đạt độ cứng 60-65 HRC
𝑑 = 1÷1,5 ( h: chiều cao bạc, d: đường kính dao )
Hình 3.5 : Bạc dẫn cố định có vai
Bulong– đai ốc – vòng đệm là một bộ lắp xiết đầy đủ thường thấy
Trong đó, vòng đệm đóng vai trò chi tiết trung gian của các đai ốc và vị trí mối nối ghép vào bulong hoặc mối nối ghép vào ốc vít để khi siết chặt đai ốc không làm hỏng cũng như không ảnh hưởng bề mặt chi tiết bị ghép
Hơn thế, vòng đệm còn có tác dụng làm cho lực ép của đai ốc phân bố đều hơn và siết chặt hơn
Trong quá trình thi công các công trình thì vòng đệm có công dụng hạn chế khả năng tự tháo của mối ghép của bulong – đai ốc khi được siết chặt
Với vít M24 đã chọn, ta chọn được đệm tháo nhanh sau :
Với số lần gá đặt 10000 chi tiết/năm là gia công chi tiết hàng loạt lớn Vì vậy ta phải lựa chọn thân đồ gá có độ cứng vững cao Thân đồ gá nên chọn là đồ gá dạng đúc Yêu cầu kĩ thuật:
Loại bỏ bavia, cạnh sắc sau khi gia công
Phôi không có khuyết tật như nứt, rỗ khí
TÍNH SAI SỐ CHẾ TẠO CHO PHÉP VÀ XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA ĐỒ GÁ
Tính sai số chế tạo cho phép của đồ gá
Sai số cho phép của chi tiết trên đồ gá được xác định theo công thức sau :
Sai số kẹp chặt k sinh ra do lực kẹp chặt của đồ gá và được xác định theo công thức sau đây :
- Ymax,Ymin :là biên dạng lớn nhất và nhỉ nhất của mặt chuẩn dưới tác dụng của lực kẹp
- α:góc hợp thành giữa phương lực kẹp và phương kích thước thực hiện
Theo công thức (4.2) thì k = 0 khi phương lực kẹp vuông góc với phương của kích thước thực hiện (α = 90 0 )
Sai số mòn của đồ gá được xác định theo công thức sau :
- Hệ số phụ thuộc vào kết cấu định vị phiến tì = 0,22
- Số chi tiết gá đặt N= 10000 (chi tiết)
Sai số điều chỉnh đồ gá phụ thuộc vào khả năng của người lắp ráp đồ gá và dụng cụ để điều chỉnh Tuy nhiên khi thiết kế gá có thể lấy d c = 5-10 (m)
Sai số gá đặt với kích thước của chi tiết theo bề mặt định vị bằng 80mm, ta có :
- : Dung sai kích thước cần đạt của nguyên công là: = 200 (m)
Sai số chuẩn c là lượng dịch chuyển của gốc kích thước chiếu lên phương kích thước thực hiện Sai số chuẩn xuất hiện khi chuẩn định vị không trùng với gốc kích thước Với việc sử dụng định vị là chốt trụ ngắn khi kẹp chặt sẽ tạo khe hở một phía, ta có sơ đồ sai số chuẩn như hình vẽ :
- Dung sai lắp ghép giữa chốt trụ và lỗ chi tiết H7 k6
- Ta có chuỗi kích thước : H = a + h = a + (d1 – d2)/2
- Với d1 là kích thước đường kính lỗ và d2 là kích thước đường kính chốt
- Ta thấy kích thước H lớn nhất khi tâm chốt lệch với tâm lỗ 1 khoảng lớn nhất
Sai số lắp đặt đồ gá trên máy: Là sai số sinh ra trong quá trình lắp ráp và điều chỉnh đồ gá
- Sai số lắp đặt [lđ] phụ thuộc quá trình gá đặt (lắp) đồ gá trên máy gia công
Vậy sai số chế tạo đồ gá:
Yêu cầu kỹ thuật đối với đồ gá
Độ không song song của mặt định vị so với mặt đáy đồ gá ≤ 0,04 mm
Độ không vuông góc giữa tâm bạc dẫn và mặt đáy đồ gá ≤ 0,04 mm
Độ không đồng tâm giữa giữa bạc dẫn và chốt trụ ngắn ≤ 0,04 mm
Độ không vuông góc giữa đế đồ gá và thân ≤ 0,04 mm