thiết kế và chế tạo nắp bơm

Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội Mục lục Tiêu đề Trang Lời nói đầu: 2 1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết 3 2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 3 3. Xác định dạng sản xuất 4 4. Chọn phương pháp chế tạo phôi 4 5. Lập thứ tự các nguyên công 5 6. Tính lượng dư gia công cho mặt A 8 6.1. Tính lượng dư gia công 8 6.2. Tra lượng dư cho các bề mặt còn lại 10 7. Tính toán và tra chế độ cắt 11 8.1. Tra chế độ cắt cho nguyên công còn lại 14 9. Tính thời gian gia công cơ bản cho các nguyên công 23 10. Tính toán thiết kế đồ gá cho nguyên công 1 24 I. Phân tích sơ đồ gá đặt 24 II. Tính toán chế độ cắt 27 III. Viết phương trình lực kẹp 28 IV. Xác định sai số cho phép của đồ gá 30 V. Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá 31 VI. Nguyên lý làm việc của đồ gá 32 VII. Tính sai số chế tạo của đồ gá 32 VIII. Đặt điều kiện kỹ thuật cho đồ gá 34 Tài liệu tham khảo 35 1 1 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội Lời nói đầu ể có được một sản phẩm cơ khí có thể tiêu thụ được trên thị trường, phải qua rất nhiều công đoạn ( Khai thác quặng – Luyện kim - Chế tạo phôi – gia công cơ khí lắp ráp – Chạy thử – Bảo quản – Vận chuyển … ). Trong tất cả các quá trình đó thì quan trọng nhất là quá trình gia công cơ khí. Nó quyết định trực tiếp chất lượng sản phẩm và giá thành của sản phẩm. Với một sản phẩm, có thể tìm ra nhiều phương án để chế tạo. Việc thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết là nhằm xác định phương pháp và cách thức để đưa một chi tiết từ bản vẽ thiết kế trở thành 1 sản phẩm thực thụ, với điều kiện kỹ thuật đảm bảo theo yêu cầu của bản vẽ chế tạo. Đồng thời chi phí để chế tạo ra sản phẩm phải là thấp nhất có thể . Đ Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy được coi như là sản phẩm đầu tay của một kỹ sư Công nghệ chế tạo máy. Nó giúp cho em bước đầu làm quen vói công việc thực tế của một kỹ sư, nắm bắt được các kỹ năng khi thiết kế một qui trình công nghệ gia công chi tiết. Qua đồ án này em có điều kiện củng cố lại và nghiên cứu sâu hơn những kiến thức đã học ở các môn học cơ sở và chuyên ngành như: - Nguyên lý máy . - Chế tạo phôi . - Chi tiết máy . - Nguyên lý cắt kim loại . - Công nghệ chế tạo máy . - Đồ gá . - … Sau khi hoàn thành đồ án này em sẽ tự tin hơn khi bước vào đồ án tốt nghiệp, là kết quả của 5 năm học tập tại trường. 1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết. 2 2 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội Nắp bơm là bộ phận dùng để lắp vào thân bơm và có thêm bạc đỡ trục bơm. Trong quá trình làm việc trục có chuyển động quay tương đối với bạc. Công suất tổn hao để chống lại ma sát giữa trục và bạc làm cho vùng làm việc có nhiệt độ rất cao, ứng suất nhiệt sinh ra có thể làm cho bạc đỡ bị rạn nứt dẫn đến phá hỏng. Mặt khác, trong quá trình làm việc có tải trọng dao động. Tải trọng dao động này tác động lên mối lắp ghép giữa lỗ và bạc làm cho mối lắp ghép giữa lỗ và bạc bị phá hỏng, khiến cơ cấu không hoạt động được nữa. Như vậy khi chế tạo chi tiết cần phải đảm bảo chất lượng của vật liệu gia công đồng đều và phải chịu được ứng suất nhiệt sinh ra. Bề mặt lắp ghép giữa trục và bạc phải gia công đạt độ nhẵn bóng cao để khi lắp ráp lớp nhấp nhô bề mặt bị san phẳng nhỏ đảm bảo cho bạc không bị phá hỏng khi làm việc. Trên nắp bơm có nhiều mặt phải gia công với độ chính xác khác nhau và cũng có nhiều bề mặt không phải gia công. Bề mặt làm việc chủ yếu là lỗ trụ Φ40 Cần gia công mặt phẳng A chính xác để làm chuẩn tinh gia công. Đảm bảo kích thước khoảng cách của 2 tâm lỗ Φ40 là: 90±0,08. Vật liệu sử dụng là hợp kim nhôm. 2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết. Chi tiết có dạng hộp do đó ta có thể áp dụng qui trình công nghệ gia công chi tiết dạng hộp để gia công. Bề mặt làm việc chủ yếu là mặt B (yêu cầu độ kín khít). Xét tính công nghệ của chi tiết dạng hộp ta có thể gia công được bằng nhiều phương pháp. Trên các máy vạn năng, bán tự động, tự động ở đây với kết cấu của chi tiết đơn giản và dạng sản xuất loạt vừa ta tiến hành gia công trên các máy công cụ vạn năng kết hợp với đồ gá chuyên dùng. - Các bề mặt đều được thoát dao khi gia công. - Các lỗ của chi tiết có thể gia công đồng thời trên máy nhiều trục. - Các bề mặt làm chuẩn đủ diện tích và cứng vững trong khi gia công. - Với kết cấu và vật liệu chi tiết ta chọn phương pháp đúc. - Xét về kết cấu vật liệu thống nhất, dễ kiếm, kích thước hợp lý, làm giảm giá thành. Các bề mặt cần gia công là : 1. Phay mặt chuẩn A với độ bóng cao để làm chuẩn tinh. Gia công bằng phương pháp phay mặt đầu qua 2 bước: phay thô và phay tinh. 2. Phay mặt đầu 2 khối trụ qua bước phay thô. 3 3 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội 3. Tiện 2 lỗ đạt kích thước Φ40 và rãnh: Tiện thô, tiện tinh. 4. Tiện lỗ Φ40 và tiện ren M60: Tiện thô, tiện tinh. 5. Khoan 3 lỗ φ8. 6. Khoan, doa 8 lỗ φ10. 7. Phay rãnh rộng 92 mm. 8. Kiểm tra. 3. Xác định dạng sản xuất. Dựa vào sản lượng hàng năm và khối lượng của phôi để xác định dạng sản xuất. Công thức tính sản lượng hàng năm: ]/)[ 100 1)( 100 1(. 1 namchiecmNN βα ++= Trong đó: N : Số chi tiết được sản xuất trong 1 năm. N 1 : Sản lượng sản phẩm trong một năm N 1 = 5000 chi tiết. m : Số lượng chi tiết như nhau trong một sản phẩm. α : Số phần trăm chi tiết phế phẩm α = 3%. β : Số phần trăm chi tiết dự trữ dùng làm phụ tùng β = 5%. ]/[5400) 100 35 1(1.5000 namchiecN = + += Trọng lượng chi tiết: G = V.γ (kg) Trong đó: V : Thể tích chi tiết. Ta tính được V = 0,9708 dm 3 . γ : Khối lượng riêng của chi tiết γ nhôm = 2,6 kg/dm 3 . => G = 0,9708. 2,6 = 2,52 kg Tra bảng 2 TKDA-CN-CTM ta có dạng sản xuất là loạt vừa. 4. Chọn phương pháp chế tạo phôi. Dựa vào kết cấu của chi tiết, điều kiện làm việc không khắc nghiệt. Vật liệu là hợp kim nhôm. Với dạng sản xuất là loạt vừa, ta áp dụng phương pháp đúc trong khuôn kim loại dùng mẫu gỗ. Khuôn được làm bằng máy. Với phương pháp đúc này vật đúc đạt được cấp chính xác II. 4 4 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội 5. Lập thứ tự các nguyên công. Trong các dạng sản xuất hàng loạt và hàng khối quy trình công nghệ được xây dựng theo 2 nguyên tắc: + Phân tán nguyên công + Tập trung nguyên công Với kết cấu của chi tiết và dạng sản xuất hàng loạt vừa ta chọn phương án gia công theo phương pháp phân tán nguyên công. Qui trình công nghệ gia công nắp bơm được chia làm 8 nguyên công và 1 nguyên công kiểm tra. *. Nguyên công 1: Phay mặt chuẩn A. - Định vị: Khi gia công mặt phẳng A sử dụng 2 phiến tỳ xẻ rãnh do mặt chuẩn sử dụng là mặt chuẩn thô. 2 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do, và má kẹp là hai khối v và một khối v di động và mặt chuẩn thô là mặt bên của 2 khối trụ. - Kẹp chặt: Dùng hai khối v kẹp chặt chi tiết, phương thức lực kẹp song song với mặt định vị dùng khối v vát tạo lực vuông góc với mặt định vị. - Chọn máy: Máy phay đứng 6H12. Công suất của máy Nm = 3kW. - Chọn dao: Phay bằng dao phay đĩa mặt đầu răng gắn mảnh thép gió, có các kích thước sau (Tra theo bảng 4-93 Sổ tay Công nghệ Chế Tạo Máy tập 1): D = 200 mm, d =50 mm, B = 46 mm, số răng Z = 20 răng. *. Nguyên công 2: Phay mặt đầu 2 khối trụ đạt kích thước 45±0,1 và 95 độ nhám Rz =40 µm 5 5 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội - Định vị: Khi gia công mặt đầu 2 khối trụ sử dụng 2 phiến tỳ phẳng do mặt chuẩn sử dụng là mặt chuẩn A đã được gia công ở nguyên công trước. 2 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do, và sử dụng 2 mỏ kẹp để kẹp chi tiết. - Kẹp chặt: Sử dụng 2 mỏ kẹp thực hiện bằng cơ cấu kẹp bulông - đai ốc, lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị. - Chọn máy: Máy phay đứng 6H12. Công suất của máy Nm = 3kW. - Chọn dao: Phay bằng dao phay đĩa mặt đầu răng gắn mảnh thép gió, có các kích thước sau (Tra theo bảng 4-93 Sổ tay Công nghệ Chế Tạo Máy tập 1): D = 200 mm, d =50 mm, B = 46 mm, số răng Z = 20 răng. *. Nguyên công 3: Tiện 2 lỗ kích thước φ40±0,025 và rãnh với khoảng cách 90±0,08 và tiện miệng ngoài lỗ đạt kích thước φ100. - Định vị: Khi tiện 2 lỗ đạt kích thước φ40 ta sử dụng 2 phiến tỳ phẳng do mặt chuẩn sử dụng là mặt chuẩn A đã được gia công ở nguyên công 1, 2 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do, 1 chốt côn định vị tâm lỗ với tâm trục chính, 1 chốt chặn chống xoay, sử dụng 2 mỏ kẹp để kẹp chi tiết. - Kẹp chặt: Sử dụng 2 mỏ kẹp thực hiện bằng cơ cấu kẹp bulông - đai ốc, lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị. - Chọn máy: Máy tiện T620. Công suất của máy N m = 2,8 kw. - Chọn dao: Dao tiện lỗ có gắn mảnh hợp kim cứng kiểu II. *. Nguyên công 4: Tiện lỗ φ40±0,025 và tiện ren ngoài M60. - Định vị: Khi tiện lỗ φ40±0,025 và tiện ren ngoài M6 ta sử dụng 2 phiến tỳ phẳng do mặt chuẩn sử dụng là mặt chuẩn A đã được gia công ở nguyên công 1, 2 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do, 1 chốt trám hạn chế 1 bậc tự do và một chốt trụ ngắn hạn chế 2 bậc tự do, sử dụng 2 mỏ kẹp để kẹp chi tiết. - Kẹp chặt: Sử dụng 2 mỏ kẹp thực hiện bằng cơ cấu kẹp bulông - đai ốc, lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị. - Chọn máy: Máy tiện 1K62. Công suất của máy N m = 2,8 kw. - Chọn dao: Dao tiện lỗ có gắn mảnh hợp kim cứng kiểu II. *. Nguyên công 5: Khoan 3 lỗ φ8. - Định vị: Khi khoan 3 lỗ φ8 với mặt chuẩn A, sử dụng 2 phiến tỳ phẳng do mặt chuẩn A đã được gia công tinh từ nguyên công đầu, 2 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do, 1 chốt trụ ngắn hạn chế 2 bậc tự do, 1 chốt trám chống xoay hạn chế 1 bậc tự do . 6 6 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội - Kẹp chặt: Sử dụng 2 mỏ kẹp thực hiện bằng cơ cấu kẹp bulông - đai ốc, lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị. - Chọn máy: Máy khoan đứng 2A55. - Chọn dao: Khoan bằng mũi khoan ruột gà chuôi côn kiểu 1, vật liệu thép gió P18, có các kích thước sau (Tra theo bảng 4-42 Sổ tay Công nghệ Chế Tạo Máy tập 1): d = 8mm, L = 240 mm, l =160 mm *. Nguyên công 6: Khoan 8 lỗ φ10. - Định vị: Khi khoan 8 lỗ φ10 sử dụng 2 phiến tỳ phẳng hạn chế 3 bậc tự do, 1 chốt trụ ngắn hạn chế 2 bậc tự do, 1 chốt trám chống xoay hạn chế 1 bậc tự do . - Kẹp chặt: Sử dụng 2 mỏ kẹp thực hiện bằng cơ cấu kẹp bulông - đai ốc, lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị. - Chọn máy: Máy khoan cần 2A55, đường kính mũi khoan lớn nhất 25mm. Công suất của máy N m = 4 kW - Chọn dao: Mũi khoan ruột gà, chuôi côn kiểu I, vật liệu thép gió P18. Tra theo bảng 4-12, Sổ tay Công nghệ Chế Tạo Máy tập 1): d= 10, L=250, l= 170. *. Nguyên công 7: Phay rãnh rộng 92±0,1 mm. - Định vị: Khi phay rãnh rộng 92±0,1 mm sử dụng 2 phiến tỳ phẳng hạn chế 3 bậc tự do, 1 chốt côn tự lựa hạn chế 2 bậc tự do, 1 chốt trám tự lựa hạn chế 1 bậc tự do . - Kẹp chặt: Sử dụng cơ cấu kẹp bulông - đai ốc, lực kẹp vuông góc với mặt phẳng định vị. - Chọn máy: Máy phay đứng 6H12. Công suất của máy Nm = 3kW. - Chọn dao: Sử dụng dao phay ngón D=14mm. Tra theo bảng 4-65, Sổ tay Công nghệ Chế Tạo Máy tập 1): L=83mm, l=26mm, z=5. *. Nguyên công 8: Kiểm tra. 6. Tính lượng dư gia công cho một nguyên công, còn các bề mặt khác của chi tiết tra theo Sổ tay công nghệ [7]. Phôi có dạng phôi đúc cấp chính xác I. Tiến trình công nghệ gia công mặt phẳng đạt kích thước 15±0,1, Đây là nguyên công tạo chuẩn tinh chính để gia công các mặt còn lại của chi tiết. Sơ đồ định vị như hình vẽ: Điều kiện kỹ thuật của mặt phẳng: 7 7 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội - Kích thước đạt được sau khi phay : 15±0,1 . - Độ nhám : R a = 2,5 µm . Để đạt được các yêu cầu kỹ thuật trên ta chia nguyên công 1 ra làm 2 bước : - Bước 1 : Phay thô. - Bước 2 : Phay tinh. 6.1. Tính lượng dư gia công: Lượng dư nhỏ nhất được tính theo công thức: Zmin = R zi-1 + T i-1 + ρ i-1 + ε i Trong đó: - Z min : Lượng nhấp nhô nhỏ nhất của bước đang tính. - R z-1 : Độ nhám bề mặt đúc . - T i-1 : Chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt đúc. - ρ i-1 : Tổng sai số của phôi đúc. - ε i : Sai số gá đặt của bước đang thực hiện. Với kích thước lớn nhất của phôi là 250 < 630 mm lên theo bảng 3-15 [T186] [2] dạng sản xuất phôi trên dây chuyền tự động đạt cấp chính xác IT15, dung sai kích thước đúc 1,85. Tra bảng 10 T39 [1] ta có: R z + T i = 250 + 350 = 600 µm. Tra bảng 12 T40 [1] ta có: Sau phay thô: Rz = 50 µm. Sau phay tinh: Rz = 10 µm. Sai lệch cong vênh: ρ cv : ∆ k .L Trong đó: ∆ k : Là độ cong vênh trên 1mm chiều dài. L: Kích thước lớn nhất của chi tiết. (L = 250mm). Tra bảng 15 T43 [1] với L>150mm phôi đúc có: ∆ k = 0,7 => ρ cv = 0,7.250 = 175 µm. Tra bảng 3-11 T182 [2] với kích thước từ 80->120mm có dung sai vật đúc là 1,4 mm, từ đó ta tinh được độ không song song: δ kss = 1/2 δ phôi = 1/2 .1400 = 700 µm Tổng sai lệch: δ = δ kss +δ cv = 700 +175 = 875 µm. Từ đó tính được lượng dư nhỏ nhất cho nguyên công phay thô: Z min = 875 + 600 = 1475 µm = 1,475 mm. Lượng dư cho phay tinh: 8 8 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội Theo bảng 3-96 T237 [2] có: Phay thô đạt cấp chính xác 12, sau phay thô Rz = 50 µm. Ti = 50µm. Sai lệch không gian còn lại sau phay thô là: δ =0,06. δ phôi = 0,06. 875 = 52,5 µm. => Lượng dư nhỏ nhất cho phay tinh là: Z bmin = 50 + 50 + 52,5 = 152,5 µm = 0,1525 mm. Kích thước khi phay tinh (kích thước nhỏ nhất) là: 14,9 +0,152 +1,475 = 15,052 mm Kích thước phôi: 15,052 + 1,475 = 16,52 mm. Tra bảng ta có: - Dung sai phôi: ±700 µm. - Dung sai phay thô: ± 180 µm. - Dung sai phay tinh: ± 100 µm. Kích thước của phôi được tính như sau: Lấy kích thước tính toán làm tròn theo số có nghĩa của dung sai ta được kích thước nhỏ nhất, sau đó lấy kích thước này cộng hay trừ cho dung sai trên được kích thước lớn nhất. Sau phay tinh: L min = 14,9 mm. L max = 15,1 mm. Sau phay thô: L min = 15,05 mm. L max = 15,41 mm. Kích thước phôi: L min = 16,52 mm. L max = 17,22 mm. Lượng dư gia công: Z min là hiệu số 2 kích thước nhỏ nhất kề nhau. Z max là hiệu số 2 kích thước lớn nhất kề nhau. Khi phay tinh: Z min = 15,05 - 14,9 = 0,15 mm = 150 µm. Z max = 15,41 - 15,1 = 0,31 mm = 230 µm. Khi phay thô: Z min = 16,52 - 15,05 = 1,47 mm = 1470 µm. Z max = 17,22 - 15,41 = 1,81 mm = 1810 µm. Lượng dư tổng cộng: Z 0min = 1620 µm. Z 0max = 2040 µm. 9 9 Đồ án môn học Công nghệ chế tạo máy Trường Đ H B K Hà Nội Kết quả tính toán: Thứ tự các bước công nghệ gia công mặt phẳng Các yếu tố tạo thành lượng dư Giá trị tính toán Min (mm) Lượng dư Z min (µm) Dung sai µm Kích thước giới hạn (mm) Trị số giới hạn của dung sai(µm) R za µm T a µm ρ a µm Min Max Min Max 0. Phôi đúc 250 350 875 16,52 700 16,52 17,22 1. Phay thô 50 50 52 15,05 1470 180 10,05 15,41 1470 1810 2. Phay tinh 25 25 12 14,9 152 100 14,9 15,1 150 230 →Lượng dư của phôi đúc là 2,5mm. 2Z omin = 1470 + 150 = 1620 (µm) 2Z omax = 1810 + 230 = 2040 (µm) - Kiểm tra kết quả tính toán + Lượng dư tổng cộng: δZ 0 = 2Z 0max - 2Z 0min = 2040 - 1620 = 420 (µm) δ 2 - δ 4 = 700 - 280 = 420 (µm) + Kiểm tra bước phay tinh: 2Z max - 2Z min = 230 - 150 = 80 (µm) δ 3 - δ 4 = 180 - 100 = 80 (µm) Như vậy kết quả tính lượng dư là đúng. 6.2. Tra lượng dư cho các bề mặt còn lại: - Nguyên công 2: Phay mặt đầu 2 khối trụ, đạt kích thước 45±0,1, và 95, độ nhám Rz = 40 µm. Lượng dư của phôi đúc là 2,5 mm. - Nguyên công 3: Tiện 2 lỗ đạt kích thước Φ40, khoảng cách lỗ là 90±0,08, tiện miệng ngoài lỗ Φ100, với độ bóng Ra=1,25 µm. Tra bảng ta có tiện thô: Z 1 = 2,8 mm, tiện tinh Z 2 = 1. Lượng dư tổng cộng: Z 0 = 3,8 mm. Từ đó ta có đường kính danh nghĩa phôi: dp = 40 - 3,8 = 36,2 mm. - Nguyên công 4: Tiện lỗ đạt kích thước Φ40, và ren ngoài M60. 10 10 . lượng sản phẩm và giá thành của sản phẩm. Với một sản phẩm, có thể tìm ra nhiều phương án để chế tạo. Việc thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết là nhằm xác định phương pháp và cách thức. cách thức để đưa một chi tiết từ bản vẽ thiết kế trở thành 1 sản phẩm thực thụ, với điều kiện kỹ thuật đảm bảo theo yêu cầu của bản vẽ chế tạo. Đồng thời chi phí để chế tạo ra sản phẩm phải là thấp nhất. nghệ chế tạo máy được coi như là sản phẩm đầu tay của một kỹ sư Công nghệ chế tạo máy. Nó giúp cho em bước đầu làm quen vói công việc thực tế của một kỹ sư, nắm bắt được các kỹ năng khi thiết kế