PGS TS NGUYỄN TRỌNG BÌNH — TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU
PˆŠ mso
" 5
Trang 2
PGS.TS NGUYÊN TRỌNG BÌNH - TS NGUYÊN TRỌNG HIẾU
CONG NGHE CHE TAO MAY
(DUNG CHO SINH VIEN CAC TRUONG DAI HOC VA CAO DANG KY THUAT)
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Nhiệm vụ của ngành cơ khí là chế tạo ra các công cụ và thiết bị phục vụ cho tất cả các
ngành kinh tế khác nhằm nâng cao năng suất lao động, giảm chỉ phí sản xuất
Muốn chế tạo một sản phẩm cơ khí trước hết cần thăm đò nhu cầu thị trường, hình
thành ý tưởng, sau đó tiến hành các bước thiết kế nguyên lý làm việc của thiết bị, trên cơ sở đó thiết kế kết cấu cụ thể, cuối cùng là thiết kế công nghệ và tổ chức sản xuất để đưa
sản phẩm ra thị trường
Môn học Công nghệ chế tạo máy là một trong những môn học chính của ngành cơ khí chế tạo máy, nó cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về kỹ thuật gia công, tổ
chức sản xuất, các kiến thức liên quan đến chất lượng, năng suất và giá thành sản phẩm
Dựa vào mục tiêu đào tạo của các ngành Cơ khí chính xác, Hàn, Gia công áp lực, Động cơ, Ơ tơ, Thiết bị nhiệt lạnh, Máy hóa, Thiết bị dệt, Máy điện, Cơ khí hàng khơng, Cơ khí nơng nghiệp, Cơ khí lâm nghiệp, Cơ khí hàng hải, Cơ khí thủy sản, Kỹ sư kinh tế,
Sư phạm kỹ thuật (đào tạo giáo viên dạy nghề Cơ khí có trình độ đại học), của các trường Đại học và Cao đẳng Kỹ thuật, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình và TS Nguyễn Trọng
Hiếu (Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) đã biên soạn cuốn sách này nhằm phục vụ cho việc day và học môn Công nghệ chế tạo
máy với nội dung có thời lượng 90 tiết học tương đương 6 học trình Ngồi ra cuốn sách này cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật hoạt động trong lĩnh vực Cơ khí chế tạo
Cuốn sách gồm 10 chương, trong đó PGS.TS Nguyễn Trọng Bình biên soạn các chương
1,2, 3, 4, 5 và TS Nguyễn Trọng Hiếu biên soạn các chương 6, 7, 8, 9, 10
Nội dung môn học gắn lién với thực tiến sản xuất vì thế bài giảng ln có nhiều hình vẽ minh hoa Dé nang cao hiéu qua của việc đạy và học chúng tôi để nghị:
Trang 4
2 Khi nghe giảng các bạn sinh viên phải có để cương bài giảng để không tốn thời
gian vẽ hình, tăng thời gian tư duy, nắm được nội dung chính của bài ngay tại lớp và có
điều kiện ghi chép, bổ sung những điều cần thiết vào hình vẽ, đề cương bài giảng hoặc vở ghị, tránh được tình trạng thây đọc trò chép
3 Khi tự học trước hết các bạn sinh viên nên tìm hiểu nội dung theo đề cương bài
giảng, sau đó đọc sách để mở rộng và hoàn thiện kiến thức
Do xuất bản lần đầu, chắc chắn cuốn sách không tránh khỏi những thiếu sót Các ý
kiến đóng góp xin gửi về Công ty Cổ phần sách Đại học-Dạy nghề, Nhà xuất bản Giáo
dục Việt Nam, 25 Hàn thuyên Hà Nội hoặc Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa, số 1 phố Đại Cồ Việt, Hà Nội
Xin trân trọng cảm ơn
Trang 5CR ương 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ Q TRÌNH CƠNG NGHỆ
1.1.1 Quá trình sản xuất
Quá trình sản xuất là quá trình con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên thông
qủa các công cụ dé tạo thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con người
Quá trình sản xuất cơ khí bao gồm các quá trình khai thác quặng, luyện kim, chế tạo
phôi, gia công cơ, nhiệt luyện, hóa - nhiệt luyện, lắp ráp, kiểm tra,
Trong một nhà máy cơ khí q trình sản xuất là quá trình tổng hợp các hoạt động như chế tạo phôi, gia công cơ, nhiệt luyện, hóa — nhiệt luyện, lắp rap, kiém tra va hang loat qua trình phụ khác như chế tạo dụng cụ, chế tạo đồ gá, vận chuyên, sửa chữa cơ - điện, chạy
thử, điều chỉnh, sơn, đóng gói, bảo quản trong kho, nhằm biến phôi liệu hoặc bán thành phẩm thành sản phẩm có ích cho xã hội
1.1.2 Quá trình cơng nghệ
Q trình cơng nghệ là một phần của quá trình sản suất trực tiếp làm thay đổi trạng
thái và tính chất của đối tượng gia cơng
Q trình công nghệ gia công cơ là quá trình cắt gọt làm thay đổi hình dáng, kích thước và vị trí tương quan giữa các bề mặt của phôi để tạo thành chỉ tiết có hình đạng, kích
thước theo yêu cầu
Q trình cơng nghệ gia cơng nhiệt và hóa nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính
chất vật lý, hố học và cơ tính của chỉ tiết
Quá trình công nghệ lắp ráp là quá trình tạo thành các quan hệ tương quan giữa các chỉ tiết thông qua các loại liên kết lắp ghép đẻ tạo thành các cụm chỉ tiết, các bộ phận máy hay các sản phẩm hồn chỉnh
Ngồi ra cịn có các q trình tạo phơi như quá trình đúc, quá trình gia cơng áp lực, Xây dựng trình tự cơng nghệ hợp lý rồi ghi thành các văn bản công nghệ thì các văn
bản cơng nghệ đó được gọi là quy trình cơng nghệ
Trang 6
4.1.3 Chỗ làm việc
Chỗ làm việc là một địa điểm của phân xưởng sản xuất có bố trí máy gia cơng, dụng cụ,
đồ gá, thiết bị nâng hạ, giá đỡ phôi, giá để chỉ tiết, để một hoặc một nhóm cơng nhân cùng
thực hiện một phân cơng việc của quy trình công nghệ
1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
Quy trình cơng nghệ gia công cơ được chia ra các thành phần: nguyên công, gá, vị trí, bước, đường chuyên dao và động tác
1.2.1 Nguyên công
Nguyên công là một phần công việc của quy trình cơng nghệ được hồn thành liên tục
tại một chỗ làm việc do một hay một nhóm cơng nhân cùng thực hiện
Khi công việc được thực hiện mà tại chỗ làm việc khơng có cơng nhân thì ngun
cơng đó đã được tự động hóa hồn tồn
Ngun cơng được đặc trưng bởi 2 yếu tố: tính liên tục của công việc và chỗ làm việc
không đổi Nếu thay đổi một trong hai yếu đó là đã chuyển sang ngun cơng khác
Hình 1.1 Trục bậc
Ví dụ : Đề tiện trục bậc (hình 1.1) có nhiều phương án khác nhau:
— Phuong an 1: Tiện mặt B, C sau đó trở đầu tiếp tục tiện mặt A, đó là một ngun cơng vì cơng việc được thực hiện liên tục tại Ì chỗ làm việc
— Phương án 2: Tiện mặt B, C cho cả loạt sau đó đảo đầu tiện mặt A trên cùng một
máy Đó là hai ngun cơng khác nhau vì việc gia công cdc mat B, C va A không được
thực hiện liên tục
— Phương án 3: Tiện mặt B và C trên 1 máy, sau đó chuyển sang máy khác tiện mặt A
Đó là hai nguyên công khác nhau vì chỗ làm việc khác nhau
Nguyên công là đơn vị cơ bản của quy trình cơng nghệ Việc phân chia quy trình cơng
nghệ thành các ngun cơng có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật
Ý nghĩa kinh tế là ở chỗ tùy theo sản lượng và điều kiện sản xuất mà chia quy trình
cơng nghệ thành nhiều nguyên công (phân tán nguyên cơng) hay ít ngun cơng (tập trung
Trang 7Ý nghĩa kỹ thuật là ở chỗ tùy theo dạng bề mặt, yêu cầu kỹ thuật của bề mặt gia cong ma chon máy gia cơng
Ví dụ: Đề gia công bề mặt tròn xoay, phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu (độ chính xác kích thước, độ chính xác hình dạng, độ nhẫn bẻ mặt) có thể tiện hoặc tiện xong rồi phải mài Đê gia công rãnh then trên trục phải chọn máy phay
Các nguyên công khác nhau của quy trình cơng nghệ được đánh số thứ tự theo chữ số La mã
1.2.2 Gá
Gá là một phần của nguyên cơng được hồn thành trong một lần gá đặt một hoặc nhiều
chi tiét cùng một lúc Một nguyên công có thê có I hoặc nhiêu lan ga
Ví dụ gia cơng trục bậc (hình 1.1), tiện mặt B, C ngay sau đó trở đầu tiện nốt mặt A Như vậy ngun cơng tiện này có 2 lần ga
1.2.3 Vi tri
Vi tri là một phần của nguyên công được xác định bởi vị trí tương quan giữa chỉ tiết gia công với máy hoặc với đồ gá hay dụng cụ cắt
=H
Ví dụ: Khoan 4 lỗ cách đều của chỉ tiết dạng
đĩa tròn xoay trên máy khoan (hình 1.2)
Chỉ tiết được gá sao cho tâm chỉ tiết trùng
với tâm mâm quay O của đồ gá đồng thời đồ gá
được gá sao cho tâm O của đồ gá cách tâm trục chính của máy khoan một đoạn OO\ Sau khi khoan xong lỗ thứ nhất quay mâm quay của đồ gá
đi một góc 90 độ tiếp tục khoan lỗ thứ hai Quá
trình được lặp lại cho tới khi khoan xong cả 4 lỗ
Nguyên công gia công 4 lễ cách đều này chỉ có
mot lan ga nhưng có 4 vị trí Hình 1.2 Khoan 4 lỗ cách đều trên chỉ tiết
d đi
1.2.4 Bước anges
Bước là một phần của nguyên công để tiến hành gia công l bề mặt (hoặc nhiều bề
mặt) bằng một dao (hoặc nhiều dao) với chế độ cắt không đổi (gồm bước tiến dao S, chiều sâu cắt t, tốc độ cắt v) Nếu thay đổi 1 trong các yếu tố như bề mặt gia công, dao hoặc chế độ cắt (S, t, v) thì đã chuyển sang bước gia công khác
Vï đu : Tiện trục bậc (hình 1.1)
Phương án l có một nguyên công với 2 lan ga, lần gá thứ nhất có 2 bước: Bước 1 : Tién tron mat B
Trang 8
Lan ga thứ hai (đảo đầu chỉ tiết) chỉ có 1 bước tiện mặt A
Vậy nguyên công này có tổng cộng 3 bước
Một ngun cơng có thể có một hoặc nhiều bước gia công, các bước được đánh số
theo thứ tự bằng chữ số thường l, 2, 3,
1.2.5 Đường chuyên dao
Đường chuyển dao là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu trên phôi bằng cùng một dao với cùng chế độ cắt Bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao
Đường chuyển dao 1
chuyển dao 2
a) b)
Hình 1.3 Tiện với bước có 1 (hình a) hoặc nhiều (hình b) đường chuyển dao
Ví dụ : Khi gia công một bậc của trục nếu đao đủ bên, công suất máy đủ lớn thì chỉ
cần cắt 1 lần, đây là bước chỉ có 1 đường chuyển dao (hình 1.3a)
Nếu lượng dư gia công lớn, dao kém cứng vững hoặc máy không đủ công suất phải chia ra nhiêu lần cắt khác nhau, đây là bước có nhiều đường chuyền dao (hình 1.3b)
1.2.6 Động tác
Động tác là một hành động của người công nhân dé điều khiển máy khi gia công hoặc lắp ráp
Vi du: Bam nut cho máy làm việc, quay ụ dao, đây ụ động
Đối với lắp ráp, động tác là lấy chỉ tiết, lau sạch chỉ tiết, bôi mỡ trên chỉ tiết, đưa chỉ
tiết vào vị trí lăp,
Động tác là đơn vị nhỏ nhất của q trình cơng nghệ Việc phân chia thành động tác nhăm phục vụ việc định mức thời gian gia công, lắp ráp đồng thời để nghiên cứu năng suất
lao động và tự động hóa nguyên công
1.3 SAN LUGNG VA CAC DANG SAN XUAT TRONG CHE TAO
CƠ KHÍ
1.3.1 Sản lượng
Sản lượng là số lượng sản phẩm được chế tạo ra trong một đơn vị thời gian Thứ
nguyên của sản lượng được tính bằng số lượng sản phẩm (chỉ tiết, cái) khối lượng sản
phâm (tân) giá trị của sản phẩm (đồng) sản xuất được trong một khoảng thời gian (năm, quý, tháng)
Trang 9Sản lượng hàng năm của chỉ tiết được xác định theo công thức:
N=Nm(1+ 5) (1.1)
Ở đây:
N- số chỉ tiết được sản xuất trong một năm;
N¡— số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong 1 năm; m - số chỉ tiết trong một sản phẩm (một máy);
B — số chỉ tiết được chế tạo thêm để dự phòng (B = 5+7)
Nếu tính đến œ % chỉ tiết phế phẩm (chủ yéu sinh ra ở khâu tao phôi như đúc hoặc gia
cơng áp lực) thì sản lượng N được xác định như sau:
N=N,m (3) (12)
Trong đó œ = 3 + 6%
1.3.2 Các dạng sản xuất
Dạng sản xuất là một khái niệm đặc trưng có tính chất tổng hợp ảnh hưởng tới đường
lối công nghệ và tổ chức sản xuất nhằm chế tạo ra sản phẩm đạt các chỉ tiêu kinh tế — kỹ thuật (đạt yêu cầu kỹ thuật với chi phí gia cơng thấp nhất)
Tuy theo sản lượng hàng năm và mức độ ôn định của sản phẩm người ta chia sản xuất ra 3 dạng: sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối
1.3.2.1 Sản xuất đơn chiếc
Sản xuất đơn chiếc là sản xuất có số lượng sản phẩm hàng năm rất ít (thường từ một đến vài chục chiếc), sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều, chu kỳ chế tạo lại không
được xác định
Ví dụ: Các sản phẩm chế tạo thử, sản xuất phục vụ sửa chữa, chế tạo tàu thủy hoặc các máy hạng nặng như máy ép hàng vạn tấn,
Sản xuất đơn chiếc có những đặc diém sau:
~ Gia công chỉ tiết và lắp ráp sản phẩm được thực hiện theo tiến trình cơng nghệ (tài
liệu công nghệ có nội dung sơ lược để hướng dẫn việc gia công)
— Sử dụng các loại máy, đồ gá và dụng cụ vạn năng Trong phân xưởng các máy gia
công được bố trí theo từng loại (tiện, phay, bào, mài, ) và theo từng bộ phận sản xuất khác nhau
— Trong quá trình lắp ráp chỉ thực hiện được lắp lẫn hoàn toàn đối với một số mối
ghép như ghép ren, then hoa, mối lắp giữa 6 bi với trục, bộ truyền bánh răng, bộ truyền
xích còn phần lớn phải dùng phương pháp cạo sửa — Cơng nhân phải có trình độ tay nghề cao
Trang 101.3.2.2 Sản xuất hàng loạt
Sản xuất hàng loạt là dạng sản xuất có sản lượng hàng năm không quá ít, sản phẩm
được chế tạo theo từng loại với chu kỳ xác định, sản phẩm tương đối ôn định
Sản xuất hàng loạt là dạng sản xuất phổ biến nhất trong ngành chế tạo cơ khí, ví dụ
sản xuât máy công cụ
Sản xuất hàng loạt có các đặc điểm sau:
~ Tại các chỗ làm việc một số nguyên cơng có chu kì lặp lại Ổn định được thực hiện — Gia công cơ và lắp ráp được thực hiện theo quy trình cơng nghệ đã được xác định ~ Sử dụng các máy vạn năng và máy chuyên dùng Các máy duoc bé trí phù hợp với
trình tự nguyên cơng của quy trình cơng nghệ
~ Sử dụng nhiều dụng cụ và đồ gá chuyên dùng
- Khi lắp ráp đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hồn tồn
— Cơng nhân có tay nghề trung bình
Tùy theo sản lượng và mức độ ồn định của sản phẩm người ta chia ra sản xuất loạt nhỏ (gần với sản xuất đơn chiêc), sản xuất loạt vừa và sản xuất loạt lớn (gân với sản xuât hàng khôi)
Trong san xuat hang loạt vừa có thể tổ chức dây chuyên sản xuất linh hoạt (dây chuyên sản xuất thay doi), nghĩa là sau một thời gian nhât định có thể tiến hành gia công
loại chỉ tiết khác có kêt câu và quy trình cơng nghệ tương tự 1.3.2.3 Sản xuất hàng khối
Sản xuất hàng khối là dạng sản xuất có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định trong thời gian dài (có thé tir 1-5 nam)
Ví dụ: Sản xuất 6 tơ, vịng bị, bulông đai ốc theo tiêu chuẩn, Sản xuất hàng khối có những đặc điểm sau đây:
~ Tai mỗi vị trí làm việc (chỗ làm việc) chỉ thực hiện một nguyên công cé định
- Sử dụng máy tổ hợp, máy tự động, máy chuyên dùng và đường dây tự động Các
máy được bố trí chặt chẽ theo quy trình cơng nghệ
— Sử dụng đồ gá chuyên dùng, trang thiết bị dụng cụ công nghệ chuyên dùng và thiết
bị đo tự động
— Gia công chỉ tiết và lắp ráp được thực hiện theo dây chuyên liên tục
~ Đường lỗi công nghệ theo phương pháp điều chỉnh sẵn Khơng địi hỏi cơng nhân
đứng máy có trình độ cao nhưng thợ điều chỉnh máy phải có trình độ cao
~ Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn khi lắp ráp
— Năng suất lao động cao, giá thành sản phẩm hạ
Lưu ý rằng việc phân chia thành 3 dạng sản xuất như trên chỉ có tính chất tương đối Trong thực tế sản xuất người ta còn chia ra:
— Sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ
— Sản xuất hàng loạt
Trang 111.3.3 Xác định dạng sản xuất
Việc xác định dạng sản xuất được tiến hành theo 3 bước sau:
— Xác định sản lượng hàng năm N của chỉ tiết theo công thức (1.2) — Xác định khối lượng Q của chỉ tiết
Q=Vy (kg) (1.3)
Ở day : V là thể tích của chỉ tiết (dm?);
y là khối lượng riêng của vật liệu (y của thép là 7,82kg/dmỶ; y của gang là 7,3kg/dmỶ ; y của nhôm là 2 ,7kg/dmỶ và y của đồng là 8 72kg/dm” )
— Dựa vào sản lượng N và khối lượng Q của chỉ tiết, dùng bảng 1.1 để xác định dang
sản xuất Bảng 1.1 Xác định dạng sản xuất
Q - khối lượng của chỉ tiết
Dạng sản xuất > 200kg 4 + 200kg < 4kg Sản lượng hàng năm của chỉ tiết (chiếc)
Đơn chiếc <5 <10 < 100 Hàng loạt nhỏ 55 — 100 10 - 200 100 — 500 Hàng loạt vừa 100 — 300 200 - 500 500 — 5000
Hàng loạt lớn 300 ~ 1000 500 — 1000 5000 — 50000
Hàng khối > 1000 > 5000 > 50000 1.4 CÁC HÌNH THỨC TỔ CHỨC SẢN XUẤT TRONG NGÀNH CƠ KHÍ
Trong ngành cơ khí thường có các hình thức tổ chức sản xuất sau đây:
1.4.1 Sản xuất theo dây chuyển
Sản xuất theo dây chuyển là hình thức sản xuất mà ở đó máy được bồ trí theo thứ tự các nguyên công phù hợp với quy trình cơng nghệ, nghĩa là mỗi nguyên công được hoàn thành ở một chỗ làm việc xác định Sau khi ngun cơng được hồn thành đối tượng gia công (hoặc lắp ráp) được chuyển sang máy tiếp theo
Hình thức sản xuất theo dây chuyền được áp dụng trong sản xuất hàng loạt lớn hoặc
hàng khối, ví dụ dây chuyển lắp ráp ô tô
Số chỗ làm việc (số máy) và năng suất lao động tại một chỗ làm việc phải được xác định hợp lý để đảm bảo tính đồng bộ về thời gian giữa các nguyên công trên cơ sở nhịp sản
xuất của dây truyền
Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại chu kỳ gia công (hoặc lắp ráp) và được tính
bằng cơng thức:
Trang 12T
-T 14
BỀN g4)
Ở đây:
tạ — nhịp sản xuất (phút);
T - thời gian làm việc tính theo ca, tháng, năm (phút);
N - số lượng sản phẩm (hoặc chỉ tiết) được chế tạo trong thời gian T
Sau khoảng thời gian bằng 1 nhịp, một đối tượng sản xuất được hoàn thiện và được đưa ra khỏi dây chuyển
Sản xuất theo dây chuyền cho năng suất cao, giá thành hạ
Năng suất Q của sản xuất theo dây chuyền được xác định như sau:
Q= = (chiếc/phút) (15)
n
1.4.2 Sản xuất không theo dây chuyền
Sản xuất không theo dây chuyền là hình thức sản xuất trong đó các nguyên công của
quá trình cơng nghệ được thực hiện khơng có sự ràng buộc lẫn nhau về thời gian và địa điểm Ở hình thức sản xuất này máy được bố trí theo từng kiểu, từng loại và không theo
thứ tự các nguyên công
Sản xuất không theo đây chuyền cho năng suất và hiệu quả thấp so với hình thức sản xuất theo dây chuyên
1.5 QUAN HỆ GIỮA ĐƯỜNG LỐI, BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ VÀ
QUY MÔ SẢN XUẤT TRONG VIỆC CHUẨN BỊ SẢN XUẤT
Tùy theo trình độ phát triển sản xuất của ngành chế tạo cơ khí người ta thường thiết kế
nguyên công theo hai hướng: tập trung nguyên công và phân tán nguyên công
Tập trung nguyên công là bố trí nhiều bước cơng nghệ vào một nguyên công, như vậy
sơ ngun cơng ít đi, quy trình cơng nghệ được rút ngăn
Khi thiết kế quy trình cơng nghệ gia công các chỉ tiết phức tạp có nhiều bề mặt cần gia
cơng, ví dụ gia công vỏ hộp tôc độ, hoặc khi phải thực hiện các bước công nghệ gần giống nhau như khoan, khoét, doa hoặc tiện ngoài, tiện trong, tiện ren, người ta thường sử dụng hình thức tập trung ngun cơng
Hình thức tập trung nguyên công cho năng suất và hệ số sử dụng mặt bằng phân
xưởng cao nhưng máy sử dụng có độ phức tạp cao và điều chỉnh máy phức tạp
Phân tán nguyên công là bố trí ít bước công nghệ trong một nguyên công, số nguyên
công của quy trình cơng nghệ tăng lên Trong trường hợp này người ta sử dụng các máy
thông dụng, các dụng cụ tiêu chuẩn và các trang thiết bị đơn giản
Hình thức phân tán ngun cơng có tính linh hoạt cao, nghĩa là q trình chun đổi đơi tượng gia công nhanh và chỉ phí khơng đáng kể
Trang 13Hiện nay, trong chế tạo cơ khí nhìn chung người ta có xu hướng tập trung nguyên
công trên cơ sở tự động hóa sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác gia công do giảm số lần gá đặt, rút ngắn chu ky sản xuất, tăng năng suất lao động, giảm chỉ phí sản xuất Ví dụ,
việc gia công vỏ hộp tốc độ thường được thực hiện ở các trung tâm gia công
Trước khi tiến hành sản xuất phải tiến hành chuẩn bị sản xuất Chuẩn bị sản xuất nhằm
đảm bảo cho quá trình sản xuất chế tạo được sản phẩm đạt được những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đã định trước một cách ổn định theo kế hoạch tương ứng với quy mô và điều kiện sản xuất nhất định Nhiệm vụ của chuẩn bị sản xuất là chuẩn bị công nghệ, đó là thiết kế và thử
nghiệm q trình cơng nghệ chế tạo sản phẩm đồng thời giám sát và điều hành quá trình ấy trong thực tế sản xuất đạt hiệu quả mong muốn Như vậy, quá trình chuẩn bị cơng nghệ và
q trình sản xuất có tác động tương hỗ và giúp nhau cùng hồn thiện (hình 1.4) Giai đoạn chuẩn bị công nghệ nhằm thiết kế và thử nghiệm q trình cơng nghệ để áp dụng vào trong
sản xuất Quá trình sản xuất sẽ bộc lộ rõ những thiếu sót của quá trình thiết kế và thử
nghiệm q trình cơng nghệ Thơng tin phản hồi này từ quá trình sản xuất sẽ giúp hoàn
thiện việc chuẩn bị công nghệ để quá trình sản xuất được hồn thiện hơn
Cần phải xác định chất lượng, a " >
, ` Quá trình chuẩn
thời gian và chi phí thực hiện cho bị công nghệ
từng thành phần của quá trình cơng nghệ (ngun cơng, gá, bước, động
tác) ứng với các điều kiện công nghệ
cụ thê như quy mô sản xuât, điêu kiện Vào oo Ra
kos gy nA ^ Quá trình sản xuất
trang thiệt bị, trình độ cơng nghệ
nhằm đảm bảo tính chặt chẽ của quá Hình 1.4 Quan hệ giữa quá trình chuẩn bị cơng
trình cơng nghệ nghệ và quá trình sản xuất
Đối với dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ chỉ cần lập hồ sơ công nghệ dưới dạng
phiếu tiến trình cơng nghệ trong đó thê hiện thứ tự các nguyên công, hướng dẫn sơ bộ cách thực hiện các nguyên công quan trọng
Đối với quy mô sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối phải lập hồ sơ cơng nghệ ty my,
chính xác, phải phân chia quá trình cơng nghệ tới thành phần nhỏ nhất của nó là động tác Hồ sơ công nghệ bao gồm phiếu nguyên công, sơ đỗ nguyên công với nội dung cụ thể như trang
thiết bị, dụng cụ, thông số công nghệ, định mức về vật tư, thời gian thực hiện và bậc thợ Trình độ chuẩn bị công nghệ trong ngành cơ khí của ta hiện nay còn rất hạn chế, chủ yêu việc chuẩn bị công nghệ được thực hiện một cách thủ cơng do đó hiệu quả của việc chuẩn bị cơng nghệ cịn thấp, điều đó ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả của quá trình sản xuất Ở các nước công nghiệp phát triển việc chuẩn bị công nghệ trong cơ khí hiện nay được tiến hành theo hướng tự động hóa trên cơ sở ứng dụng các thành tựu của công nghệ thông tin nhằm rút ngắn quá trình chuẩn bị sản xuất và nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất
Trang 14
Chuong 2
CHAT LUONG BE MAT GIA CONG
Chất lượng bề mặt gia cơng có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất sử dụng của chỉ tiết máy Trong chương này chúng ta nghiên cứu các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt của chỉ tiết máy, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt, ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới tính
chất sử dụng của chỉ tiết máy và các phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công 2.1 CÁC YẾU TỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CƠNG
2.1.1 Tính chất hình học của bề mặt gia công
Tính chất hình học của bề mặt gia công được đặc trưng bằng hai thông số sau đây: 2.1.1.1 Độ nhám bề mặt
Trong quá trình gia công tác động tổng hợp của các yếu tô như: hình dạng của lưỡi cắt,
quỹ đạo mũi dao, rung động trong quá trình cắt và biến dạng của lớp bề mặt trong quá trình tạo phoi, để lại trên bề mặt chỉ tiết những nhấp nhô rất nhỏ gọi là nhấp nhô tế vi hoặc độ
nhám bề mặt (hình 2 1) +y 4 1 \ a: 1 cl ¢ rod Hình 2.1 Độ nhám bề mặt
Phạm vi chiều dài quan sát để đánh gia các thông số của độ nhám bề mặt được gọi là chiều dài chuẩn Trục Ox là đường nằm ngang chia tổng diện tích phần gạch chéo giới hạn bởi đường cong biểu diễn nhấp nhô bề mặt với trục Ox thành hai phần về hai phía băng nhau hy h hy
Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công được đánh giá bằng chiều cao nhấp nhô R„ hoặc sai lệch prơfin trung bình cộng Rạ
— Chiều cao nhấp nhô R, là giá trị trung bình của 5 đỉnh cao nhất và 5 đỉnh thấp nhất
Trang 15
R- (h, — h,) +(h, ~h,)+(h, — h,) + (h, —h,)+ (hy —h,,)
‘ 5
— Sai lệch prơfin trung bình cộng Rạ là trị số trung bình của khoảng cách từ các đỉnh
nhấp nhô tế vị tới đường trục toạ độ Ox đo trong phạm vi chiều dài chuẩn /
(2.1)
Rạ được xác định theo cơng thức sau:
+ Tính gần đúng:
R, +=.) > Iv Hộ ¡ma (2.2)
¡
+ Tính chính xác: R, = - [I»i#x — (23)
x=0
Dựa vào độ lớn của R; và Rạ độ nhẫn bề mặt (hay độ nhẫn bóng) theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) được chia ra 14 cấp theo chiều tăng dần từ cấp 1 đến cấp 14 (bảng 2 1)
Chiéu cao nhấp nhô bề mặt càng nhỏ thì cấp độ nhẫn bề mặt càng cao
Bảng 2.1 Cấp độ nhẫn bề mặt
Chất lượng bề mặt Cấp nhẫn bóng Ra(um) Rz(um) Chiều dài chuẩn £ (mm)
1 80 320 2 40 160 8 Thô 3 - 20 80 4 10 40 25 5 5 20 25 Ban tinh 6 2,5 10 7 1,25 6,3 0,8 8 0,63 3,2 , 9 0,32 1,6 0,25 Tinh 10 0,16 08 11 0,08 0,4 12 0,04 0,2 Siêu tinh 13 0,02 0,08 0,08 14 0,01 0,05
Trên các bản vẽ chỉ tiết máy, ngồi kích thước người ta còn ghi chiều cao nhấp nhô bề mặt R; hoặc sai lệch prơfin trung bình cộng Rạ
Sử dụng trị số R„ khi độ nhẫn bề mặt nằm trong phạm vi cấp 6 (Ra = 2,5 im) đến cấp
12 (Ra = 0,04 pm) Sir dung tri số R; khi độ nhẫn bề mặt nằm trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 (R; = 320 + 20 im) hoặc từ cấp 13 đến cấp 14 (R; = 0,08 + 0,05 um)
Cách ghi độ nhẫn bề mặt theo Rạ và R; trên bản vẽ được thể hiện như sau:
06 (giá trị Rạ < 0,63um), hoặc HA (giá trị R, < 20 um)
Trang 16Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đánh giá độ nhãn bề mặt chỉ tiết máy theo
các mức độ: thô (cấp 1+4), bán tỉnh (cấp 5+7), tỉnh (cấp 8+11) và siêu tỉnh (cấp 12 + 14)
Độ nhẫn bề mặt liên quan chặt chẽ với độ chính xác kích thước gia công Thông thường người ta lấy trị số Rạ, R„ nằm trong khoảng 5 + 20 % dung sai kích thước gia cơng
2.1.1.2 Độ sóng bề mặt
Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chỉ tiết máy được quan sát
trong phạm vi chiều dài L lớn hơn chiều dài chuẩn £ dùng quan sát độ nhám bề mặt Chiều dai L=1+100 mm
Hình 2.2 Tổng quát về độ nhám và độ sóng bề mặt của chỉ tiết máy
h ~ chiêu cao nhắp nhơ tế ví; t ~ khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi; H — chiều cao của sóng;
L ~ khoảng cách giữa hai đỉnh sóng
Dựa vào tỷ lệ gần đúng giữa chiều cao nhấp nhô với bước sóng để phân biệt độ nhám
hay độ sóng bề mặt
Nếu 4 =0+õ0 gọi là độ nhám bẻ mặt Nếu —— =50 + 1000 gọ! là độ sóng bề mặt trị
2.1.2 Tính chất cơ lý lớp bề mặt sau khi gia công
Tác dụng tổng hợp của lực cắt, nhiệt cắt và dung dịch trơn nguội trong quá trình gia
cơng dẫn tới hình thành một lớp kim loại trên bề mặt chỉ tiết máy có cấu trúc mạng tỉnh thể thay đổi và mất cân bằng so với cấu trúc mạng tỉnh thể của phần kim loại bên trong làm cho độ cứng lớp kim loại bề mặt lớn hơn độ cứng lớp kim loại bên trong đồng thời trong lớp bề mặt có tồn tại ứng suất dư Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng biến cứng lớp bẻ mặt trong quá trình gia công Mức độ biến cứng được đánh giá thông qua độ cứng lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư trong lớp bề mặt Nếu mức độ biến cứng càng lớn thì độ cứng lớp bề mặt càng cao, chiều sâu lớp biến cứng và trị số ứng suất dư bẻ mặt
càng lớn
Trang 17Khi tiện, phay, bào, khoan, khoét tác động của lực cắt tới tính chất cơ lý lớp bề mặt
nỗi trội hơn so với tác động của nhiệt cắt Ngược lại, khi mài nhiệt cắt có tác dụng tới tính
chất cơ lý lớp bề mặt nổi trội hơn tác dụng của lực cắt
Khi gia công vật liệu có độ cứng cao hoặc vật liệu giịn (ví dụ thép sau nhiệt luyện hay
gang) sự biến đôi của lớp bể mặt ít, chiều sâu lớp biến đổi tổ chức nhỏ hơn 15 um
Đối với phương pháp gia công áp lực khi khảo sát lớp bề mặt cần lưu ý tới hiện tượng thoát cácbon Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của nhiệt độ cao lớp ngoài cùng của phôi tiếp xúc với mơi trường nên bị thốt cácbon nhiều hơn lớp bên trong làm thay đổi thành phần và cơ tính lớp bề mặt Lớp thoát cácbon có chiều sâu từ 150 đến 1000um tùy
thuộc vào phương pháp gia công áp lực
Tính chất cơ lý lớp bề mặt được biểu thị bằng độ cứng lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến
cứng, độ lớn và dấu của ứng suất dư cũng như sự biến đổi cấu trúc kim loại ở lớp bề mặt
2.1.3 Đánh giá chất lượng bề mặt
Chất lượng bề mặt được đánh giá thông qua các chỉ tiêu chiều cao nhấp nhô bề mặt Rạ,
R¿, độ cứng lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng và ứng suất dư lớp bề mặt
— Ðo chiều cao nhấp nhô bề mặt Ra, R; người ta thường dùng các phương pháp sau đây: + Dùng phương pháp giao thoa ánh sáng, ví dụ sử dụng kính hiển vi glao thoa
+ Dùng phương pháp đầu đò tiếp xúc hoặc không tiếp xúc, ví dụ dùng máy đo của
hãng Kisler hoặc của Nhật Bản làm việc theo nguyên tắc dùng đầu dò đò trực tiếp trên bề
mặt chỉ tiết Phương pháp này có ưu việt là cho độ chính xác cao và không cần tháo rời chỉ
tiết khỏi vị trí đang gia công
+ Trong sản xuất người ta có thể sử dụng phương pháp so sánh bề mặt chỉ tiết gia công
với bề mặt chỉ tiết mẫu dé đánh giá cấp độ nhẫn của chỉ tiết gia công Tuy nhiên phương
pháp này không cho các giá trị cụ thể của chiều cao nhấp nhô bề mặt
— Đo độ cứng lớp bề mặt bằng các máy đo độ cứng
— Chiều sâu lớp biến cứng, dấu và độ lớn của ứng suất dư được xác định bằng phương
pháp phân tích cấu trúc mạng bằng tia Rơngen
2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TỚI TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA CHI TIẾT MÁY
2.2.1 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới tính chống mịn
2.2.1.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới tính chống mịn
Bề mặt hai chỉ tiết máy lắp ráp với nhau ban đầu chỉ tiếp xúc ở các đỉnh lỗi của nhấp
nhô bề mặt Diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần điện tích tính tốn dẫn tới chỗ tiếp
Trang 18xúc chịu áp lực rất lớn so với áp lực tính tốn làm cho các điểm tiếp xúc bị biến dạng đàn hồi rồi biến đạng dẻo, gọi là biến dạng tiếp xúc
Biến dạng tiếp xúc được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
: A=Cp* (um) (2.1)
Trong do:
A - lượng biến dạng tiếp xúc;
C va x — hệ số và số mũ phụ thuộc vào dạng tiếp xúc, vật liệu chỉ tiết, trạng thái lớp bề mặt tiếp xúc, và được xác định bằng thực nghiệm;
p — áp suất tiếp xúc (N/mm?)
Mối quan hệ giữa hai bề mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau được biểu
diễn trên hình 2.3 Giai đoạn ban đầu các đỉnh nhấp nhơ mịn nhanh (làm giảm 65 đến 75%
chiều cao nhấp nhô), đường biểu điễn có độ dốc lớn Sau đó điện tích tiếp xúc thực tăng
lên, áp suất tiếp xúc giảm đi, tốc độ mòn giảm đi, đường biểu diễn có độ đốc nhỏ đi Đây là
giai đoạn mịn bình thường ứng với giai đoạn làm việc bình thường của chỉ tiết Sau đó lớp
bề mặt tiếp xúc bị bong tróc và bị phá hủy, tốc độ mòn tăng nhanh, đường biểu diễn có độ
dốc rất lớn Đây là giai đoạn mòn khốc liệt hay còn gọi là mòn phá hủy
Ngồi ra trên hình 2.3 còn biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mòn với thời gian làm
việc của 3 cặp chỉ tiết ma sát có cùng vật liệu, cùng chế độ làm việc nhưng có độ nhẫn bề
mặt ban đầu khác nhau thể hiện trên 3 đường a, b, c ứng với độ nhẫn bề mặt tăng dần từ c
tới a (chiều cao nhấp nhô bề mặt giảm dần từ c tới a)
Thời gian mòn ban đầu của 3 cặp chi tiết ma sát a, b, c ứng với các đoạn Oty, 0tạ, 0tạ, với 0tị > 0t; > 0t Thời gian làm việc (tương ứng với lượng mòn cho phép) ứng với các
đoạn OT), 0T;, 0T: với ØTi> 0Ta> 0T3
ba c Cc Oo E b a Do c ° ~i E Ẽ a | _7 =8 Bel | eee Sã 7 ,
O tate t Th kh T Thời gian
Hình 2.3 Quá trình mài mòn của 3 cặp ma sát tiếp xúc có cùng vật liệu, cùng một chế độ làm việc
nhưng có độ nhám bề mặt ban đầu khác nhau
Từ đồ thị rút ra kết luận độ nhắn bề mặt ban đầu càng tăng (ứng với chiều cao nhấp
nhô bê mặt càng giảm) thì tốc độ mịn ban đầu càng giảm, thời gian mòn ban đầu càng tăng và thời gian làm việc càng tăng
Vậy muôn cho chỉ tiết có thời gian sử dụng lớn độ nhẫn bề mặt cần phải cao
Trang 19Tuy nhiên, nghiên cứu bằng thực nghiệm cũng cho thấy rằng không phải độ nhẫn bề
mặt càng cao càng tốt mà tùy theo tải trọng khi làm việc mà mỗi cặp ma sát cần được chế
tạo với độ nhẫn ban đầu phù hợp nhằm đạt được tuổi bền cao nhất, độ nhẫn đó được gọi là độ
nhẫn tôi ưu
2.2.1.2 Ánh hướng của lớp biến cứng bề mặt tới tính chống mịn
Lớp biến cứng có độ cứng bề mặt cao do đó có tác dụng nâng cao tính chống mài mịn Ứng suất dư lớp bề mặt nói chung không ảnh hưởng đáng kể tới tính chống mài mòn của lớp bề mặt trong điều kiện ma sát bình thường
2.2.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới độ bền mỏi của chỉ tiết máy
2.2.2.1 Ảnh hướng của độ nhám bề mặt đến độ bền mỏi
Độ nhám bẻ mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chỉ tiết máy nhất là khi chỉ tiết chịu
tai trong chu ky déi dau Day nhấp nhô bề mặt chính là nơi có ứng suất tập trung có trị số lớn Ứng suất này kết hợp với ứng suất do tải trọng tạo ra trong quá trình làm việc vượt quá giới hạn bền mỏi ơ_¡ của vật liệu sẽ làm xuất hiện các vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhơ Đó là nguồn gốc phá hỏng chỉ tiết máy
Nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy khi tiện thép 45 nếu giảm R; từ 75um xuống 2um thì giới hạn bền mỏi tăng từ 192N/mnì lên 282N/mm?, nghĩa là độ nhẫn bề mặt càng
tăng thì độ bền mỏi càng tăng
2.2.2.2 Anh hướng của biến cứng tới độ bền mỗi
Bè mặt biến cứng có thể tăng độ bền mỏi của chỉ tiết lên khoảng 20% Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chỉ tiết máy, cụ thể là nó hạn chế khả năng gây ra các vết nứt phá hỏng chỉ tiết máy Tuy nhiên bề mặt quá cứng (mức độ biến cứng quá cao) sẽ làm giảm độ bền mỏi của chỉ tiết máy
Ứng suất dư nén của lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi, ngược lại, ứng suất dư kéo có tác dụng hạ thấp độ bền mỏi Nếu chỉ tiết làm việc ở nhiệt độ cao ứng suất dư ở
lớp bề mặt dần dần mắt đi do đó ảnh hưởng của ứng suất dư tới độ bền mỏi sẽ giảm
2.2.3 Ảnh hưởng của chất lượng bè mặt tới tính chống ăn mịn hố học của bề mặt chỉ tiết máy
2.2.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới tính chống ăn mịn hóa học
Chỗ lõm của nhấp nhô tế vi là nơi chứa các tạp chất như muối, axit, Các tạp chất này gây ra các phản ứng hóa học dẫn tới ăn mịn hóa học lớp bề mặt dọc theo sườn của các
nhấp nhô cũ, tạo thành các nhấp nhơ mới (hình 2.4)
Trang 20N
Như vậy bề mặt chỉ tiết máy có độ nhẫn càng cao (chiều cao nhấp nhô càng nhỏ) thì
càng ít bị ăn mịn hố học Ngồi ra bán kính đáy các nhấp nhơ càng lớn thì khả năng chống ăn mịn hố học của lớp bề mặt càng cao Có thể chống ăn mịn hóa học bằng phương pháp phủ lên bề mặt chỉ tiết một lớp mỏng bảo vệ như mạ crom, mạ niken
Tạp chất
Nhấp nhô mới Nhấp nhô cũ
Hình 2.4 Quá trình ăn mịn hố học trên bề mặt chỉ tiết máy
2.2.3.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt tới tính chống ăn mịn hóa học
Dưới tác dụng của tải trọng cơ nhiệt và dung dịch trơn nguội trong quá trình gia công
các hạt tỉnh thê trên lớp bề mặt của lớp biến cứng bị biến dạng và có cấu trúc lộn xộn,
mạng tỉnh thể của các hạt bị xô lệch và mắt cân băng, cau tric mạng bị hoàn tồn thay đổi và khơng đồng nhất với cấu trúc mạng của vật liệu trước khi gia cơng Điều đó làm cho
khả năng chống ăn mịn hóa học của lớp bề mặt bị giảm đi khi chỉ tiết làm việc trong mơi trường có axit và muối Tuy nhiên, nếu làm việc trong môi trường không khí lớp biến cứng
bề mặt lại có tác dụng ngăn cản oxy của môi trường xâm nhập vào vật liệu, do đó ngăn cản các phản ứng oxy hóa kim loại vì thế lại có tác dụng ngăn cản sự ăn mịn hóa học
2.2.4 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới độ chính xác mối lắp
Chiều cao nhấp nhô Rz tham gia vào trường dung sai chế tạo chỉ tiết máy Đối với lỗ dung sai đường kính sẽ giảm 2Rz Ngược lại, đối với trục dung sai đường kính sẽ tăng 2Rz
Đối với mối lắp lỏng (ví dụ trục lắp với bạc theo chế độ lắp có khe hở), trong giai đoạn
chạy rà (tương ứng với giai đoạn mòn ban dau) chiéu cao nhap nhô tế vi Rz giam 65-75% Do đó khe hở của môi ghép tăng lên dân đên độ chính xác môi lắp giảm đi Như vay, dé đảm bảo cho môi lắp lỏng làm việc ôn định các bê mặt tiệp xúc cân có độ nhắn bóng, cao Gia tri hop lý của chiêu cao nhập nhô Rz được xác định theo câp chính xác của mỗi lắp và
theo trị sơ dung sai kích thước lắp ghép
Vi du: Khi Digh> 50 mm lấy R„ =(0,1+0,15) 5 (um)
Khi Dig, = 18+50mm lay R, =(0,15-+0,2)5 Khi Dig, < 18mm _ lay R, =(0,2+0,25)5
Trong d6: Digh — duong kinh lap ghép
Trang 21Đối với mối lắp có độ dôi (lắp chặt) chiều cao nhấp nhô R„ càng tăng độ bền mối lắp càng giảm Khi bảo dưỡng nếu tháo ra lắp vào vài lần nhấp nhô tế vi bị san phẳng, tính chất mối lắp bị thay đổi, mối lắp có thể bị phá hủy
Các kết quả khảo sát ở trên cho thấy chất lượng bề mặt của chỉ tiết máy có ảnh hưởng
rất lớn tới khả năng làm việc của chỉ tiết máy
2.3 CAC YEU TO ANH HUONG TOI CHAT LUONG BE MAT
2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt
2.3.1.1 Ảnh hưởng của các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt
Khi tiện, sau một vòng quay của phôi dao dịch chuyên một bước tiến Si(mm/vong) va dich chuyén ttr vi tri 1 sang vị trí 2, trên bề mặt gia cơng cịn lại phần kim loại m chưa được lấy đi (hình 2.5a) tạo nên độ nhám bề mặt sau khi gia công
Các yếu tơ hình học của bộ phận cắt của dụng cụ cắt chăng những anh hưởng tới chiều cao mà còn ảnh hưởng tới cả hình dạng của nhấp nhơ bề mặt Ví dụ giảm các góc nghiêng
chính @' < ọ, góc nghiêng phụ ọ, <@, (hình 2.5b,c) và tăng bán kính mũi dao r chẳng
những dẫn tới giảm chiều cao nhấp nhô mà cịn thay đổi cả hình dạng của nhấp nhô bề mặt
(hình 2.5d, e) Res Re, d) e)
Hình 2.5 Ảnh hưởng của các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt tới nhắp nhô
bề mặt khi tiện
a) Sự hình thành nhấp nhơ bê mặt; b) Giảm S; < S dẫn đến Rz; < Rz; c) Giảm góc nghiêng chính ø < ọ
và góc nghiêng phụ @ <0; dẫn tới Rz; < Rz, d) Do lưỡi cắt có bán kinh Cong r; nên Rz; < Rz; e) Do r; > rị
nên Rz2 < Rz3
Trang 22
2.3.1.2 Ảnh hưởng của chế độ cắt
Chế độ cắt ảnh hưởng rất rõ rệt tới độ nhám bẻ mặt a) Ảnh hưởng của tốc độ cắt
Khi tiện thép với tốc độ thấp, nhiệt cắt không cao, biến đạng dẻo lớp bề mặt không nhiều, chiều cao nhấp nhô bề mặt nhỏ (hình 2.6)
Rz a b 4 20 100 v(miph) 200
Hình 2.6 Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhô bề mặt R; Khi cắt với tốc độ lân cận 20m/phút sẽ xuất hiện hiện tượng lẹo dao
Lẹo dao là hiện tượng trong quá trình cắt trên mặt trước của đao xuất hiện một đốm kim loại có thành phần khác với thành phần vật liệu gia công và vật liệu dao, có độ cứng
rất lớn Đốm kim loại này xuất hiện rồi lại mắt đi với tần số khoảng 100 lần /phút Lẹo dao làm góc trước của dao ln thay đổi dẫn tới lực cắt thay đổi gây ra rung động trong quá rình cắt làm tăng chiều cao nhấp nhô bề mặt
Khi tăng tốc độ cắt vượt qua khu vực xuất hiện lẹo dao, lực cắt ôn định, rung động
giảm đi, chiều cao nhấp nhô bề mặt R; giảm, độ nhẫn bề mặt tăng
b) Ảnh hưởng của bước tiến cắt S
Bước tiến cắt có ảnh hưởng mang tính chất hình dáng hình học rõ rệt tới chiều cao nhấp nhô bề mặt Hình 2.5b cho thấy khi giảm bước tiến cắt S¡ < S chiều cao nhấp nhô bề
mặt sẽ giảm: Rz; < Rz l
Qua nghiên cứu bằng thực nghiệm giáo sư người Nga — Trebưsep đã xây dựng được
quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô bề mặt Rz, bước tiến dao S, bán kính mũi dao r và chiều day bé nhat hm¡n của lớp kim loại mà đao có thể cắt được như sau:
S?
— Khi §> 0,15 mm/vịng : R;= oR (2.2)
8ˆ hạ, Rh,,
~— Khi S <0,1 mm/ Ỏ vong : Ñy= — BR + 2 h +o —_min_ min (2.3)
Trang 23Chiều day phoi hm¡n phụ thuộc vào bán kính mũi dao R Mài mặt trước và mặt sau lưỡi
cắt bằng đá kim cương mịn, nếu bán kính mũi đao R = 10um thì hạn = 4um Mài dao hợp
kim cứng bằng đá thường nếu R = 40um thi hmin > 20pm
Bước tiến dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói ở trên cịn có ảnh hưởng lớn tới mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công, làm cho
độ nhám bề mặt thay đổi
— Khi tiện thép cácbon với bước tiễn dao S = 0,02 + 0,15 mm/vòng chiều cao nhấp nhô
tế vi của bề mặt gia công thấp nhất (hình 2.7)
— Nếu bước tiến dao S > 0,15 mm/vòng, ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi kết hợp với
ảnh hưởng của các yếu tơ hình học làm cho Rz tăng, độ nhám bề mặt tăng lên
- Nếu S < 0,02mm/vòng dao sẽ Rz
bị trượt trên bề mặt gia công, ảnh im C hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh
hưởng của các yếu tổ hình học nên A B chiều cao nhấp nhô tế vi tăng lên (độ
nhẫn bề mặt giảm đi) Điều này có O 002048 S (mmiveng)
nghĩa khi tiện tỉnh hoặc phay tính vỚi Linh 2.7 Ảnh hưởng của bước tiến dao S tới chiều
lượng chạy dao ŠS < 0,02mm/vòng sẽ cao nhấp nhô tê vi R; khi tiện thép cácbon khơng có ý nghĩa đối với việc cải
thiện độ nhăn bề mặt
Như vậy để đảm bảo độ nhẫn bóng bề mặt và năng suất gia công khi tiện tỉnh thép
cácbon nên chọn giá trị bước tiến dao S trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vòng c) Ảnh hưởng của chiều sâu cắt
Chiều sâu cắt khơng có ảnh hưởng đáng kể tới độ nhám bề mặt Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, chiều cao nhấp nhô bề mặt R; tăng Ngược lại chiều sâu cắt quá nhỏ dao bị trượt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tượng cắt không liên tục dẫn tới chiều cao nhấp nhô bề mặt R; tăng Khi tiện thép nếu chiều sâu cắt
năm trong khoảng 0,02—0,03 mm thường xảy ra hiện tượng trượt
2.3.1.3 Ảnh hưởng của vật liệu gia công
Khả năng biến dạng dẻo của vật liệu gia công ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt Khi tiện
bằng cùng dụng cụ cắt, cùng chế độ cắt, thép ít cácbon dễ biến dạng dẻo nên độ nhám bề
Trang 24tới chiều cao nhấp nhô tế vi Khi độ cứng của vật liệu gia công dat gid tri 5000N/mm* thì ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhô tế vi R, hầu như khơng cịn
Đẻ đạt độ nhám bề mặt thấp (độ nhẫn bề mặt cao) người ta thường tiễn hành thường
hoá thép cácbon ở nhiệt độ 850 — 870°C nhằm tăng độ cứng vật liệu trước khi cắt gọt 2.3.1.4 Ảnh hưởng của rung động cúa hệ thống công nghệ đến độ nhám bề mặt Hệ thống công nghệ gồm: máy, đồ gá, dao và chỉ tiết gia công
Rung động của hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa mũi
dao và bề mặt gia công làm cho vị trí tương đối giữa mũi dao và bề mặt gia công bị thay
đổi theo chu kỳ tạo nên nhấp nhô trên bề mặt gia công Nếu tần số rung thấp, biên độ lớn
sẽ tạo nên sóng trên bề mặt gia công Nếu tần số rung cao, biên độ nhỏ sẽ tạo nên độ nhám bề mặt
Rung động của máy có ảnh hưởng mạnh nhất tới độ nhẫn bề mặt, vì vậy muốn đạt độ
nhãn bề mặt cao trước tiên phải đảm bảo máy đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt để
giảm rung động của máy đồng thời giảm ảnh hưởng rung động do các máy làm việc ở xung
quanh truyền tới Ngoài ra rung động của chỉ tiết cũng ảnh hưởng tới chiều cao nhấp nhô Rz,
do đó chỉ tiết phải được kẹp chặt cần thận khi gia công dé hạn chế ảnh hưởng xấu do chỉ tiết
rung động gây ra
2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
Đề đảm bảo chất lượng bể mặt gia công cần giải quyết tốt hai vấn đề sau:
— Cần phải biết khả năng đạt được độ nhẫn bóng bề mặt của mỗi phương pháp gia
công (bảng 2.2) để từ đó chọn được phương pháp gia công thích hợp nhằm đạt được độ
nhẫn bóng bề mặt yêu cầu
~ Phải năm vững ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới chất lượng bề mặt, từ đó tìm biện pháp cơng nghệ nhằm giảm các ảnh hưởng của các yếu tơ có ảnh hưởng xấu, tăng ảnh hưởng của các yếu tố có ảnh hưởng tích cực tới chất lượng bề mặt trong quá trình gia cong Mục tiêu ở đây là xác định và áp dụng có hiệu quả các biện pháp công nghệ nhằm cải thiện
chất lượng bề mặt bao gồm các yếu tố như độ nhám bề mặt, chiều sâu và mức biến cứng bề
mặt, ứng suất dư của lớp bề mặt
Trang 25Bảng 2.2 Khả năng đạt độ nhắn bề mặt của các phương pháp gia công
Phương pháp gia công cơ Rz (um) Cấp độ bóng (V)
Cao 1+3 điểm /cm? 10+40 4:6
Cao 3+5 điểm/cm” 2,5+10 6:9
Đánh bóng bằng vải 0,06+0,25 12:14
Đánh bóng bằng bột mài 0,06 0,4 11+13
Nghién thé 2,5+10 6+9
Nghién ban tinh 0,63+4 8:10
Nghién tinh 0,04+1 10+14
Mai siéu tinh 0,05+0,8 10+14 Mài khôn 0,25+1 10+12 Mài khôn rung 0,04+0,63 11+14 Mài thô 10:40 4:6 Mai ban tinh 4:10 6:8 Mài tỉnh 0,4+4 8+12 Phay thé 40-100 3+4 Phay bán tinh 10:40 4:6 Phay tinh 1,6+10 6+9 Doa thé 4:10 6+8 Doa tinh 0,4+4 8+11 Khoan, khoét ' 10+80 3:5 Chuốt thô 2,5+10 6:9 Chuốt tỉnh 1+2,5 8+10 Tiện bóc vỏ 100400 4+2 Tiện thô 40-100 3:4 Tiện bán tinh 10-40 4:6 Tiện tinh dao HK 2,5+10 6+9 Tiện tinh dao kim cương 1+2,5 8+10
Bào thô 40-100 3+4 Bao tinh 10-40 4:6 Bào tinh dao rộng bản 3,2:6,3 7+8
Trang 26
CR ương 3
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
3.1 KHÁI NIỆM
Chất lượng sản phẩm có ảnh hưởng quyết định tới thương hiệu, sự tồn tại và sự phát
triển của doanh nghiệp Chất lượng sản phẩm của ngành chế tạo cơ khí phụ thuộc rất lớn
vào chất lượng của chỉ tiết máy và chất lượng lắp ráp Chất lượng của chỉ tiết máy được
đánh giá bằng độ chính xác gia công của chỉ tiết máy Độ chính xác gia cơng của chỉ tiết máy càng cao thì chất lượng sản phẩm của ngành cơ khí chế tạo càng cao
Độ chính xác của chỉ tiết máy là mức độ giống nhau về kích thước, hình dạng hình học, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chỉ tiết chế tạo được so với
chi tiết lý tưởng cho trên bản vẽ do người thiết kế đề ra xuất phát từ chức năng làm việc của chỉ tiết Mức độ giống nhau càng cao người ta nói độ chính xác gia cơng càng cao
Độ chính xác gia công của chỉ tiết máy được đánh giá theo các yếu tổ sau (hình 3.1):
1 Độ chính xác kích thước bản thân bề mặt gia cơng (có thê là kích thước thẳng, hoặc
kích thước góc) được đánh giá bằng sai số của kích thước chế tạo được so với kích thước cho trên bản vẽ,
2 Độ chính xác về hình dạng hình học là mức độ phù hợp giữa hình dang hình học của
chỉ tiết thực (chỉ tiết chế tạo được) so với hình dạng hình học của chỉ tiết cho trên bản vẽ Khi gia công chỉ tiết hình trụ độ chính xác hình học được đánh giá qua độ côn, độ ô van, độ đa cạnh, độ tang trống Khi gia công mặt phẳng độ chính xác hình học được đánh giá
qua độ phẳng của chỉ tiết thực so với chỉ tiết trên bản vẽ
3 Độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt thực chất là Sự xoay đi một góc của bề mặt này so với bề mặt khác, ví dụ độ song song, độ vng góc, độ đồng tâm, Độ chính xác về vị trí trơng quan được ghi thành các điều kiện kỹ thuật trên bản vẽ chi tiết
4 Độ chính xác về chất lượng bề mặt được đánh giá bằng sự sai lệch về độ nhám bề mặt,
độ sóng bề mặt và tính chất lớp cơ lý của lớp bề mặt của chỉ tiết thực so với chỉ tiết trên bản vẽ Cần lưu ý rằng độ chính xác gia cơng có liên quan mật thiết tới giá thành chế tạo Độ chính xác gia công càng cao giá thành càng cao
Trang 27Độ chính xác gia công Độ chính “ee Độ chính xác
của một chỉ tiết của loạt chỉ tiết
Sai lệch Sai lậch
kích thước bề mặt chỉ tiết Tổng sai số
5 ö g ° # G 8 2s E > o ‘c E o- ~ c Ss c 3 oO D “0 DO c = G 5 3 £s to E 3 2 E tụ Of 1Ð = 5 3 Š = £ kệ 22 = xO ° = = ` c = 8 © Qa 2 c 64 c 8 xO 2 ‘9 3 5 ` 3st a = 5 5 0 & a 0)
Hình 3.1 Sơ đồ độ chính xác gia cơng
3.2 TÍNH CHẤT CỦA SAI SỐ GIA CÔNG
Mặc dù được chế tạo với cùng một điều kiện công nghệ (cùng máy, dao, đồ gá, cùng điều kiện bôi trơn — làm nguội, ) nhưng sai số tổng cộng trên từng chỉ tiết lại khác nhau
Đó là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần Sai số thành phần được chia ra: sai
số hệ thống và sai số ngẫu nhiên
3.2.1 Sai số hệ thống
Có hai loại sai số hệ thống:
- Sai số hệ thống cố định là các sai số xuất hiện trên từng chỉ tiết của cả loạt chỉ tiết có
giá trị không đồi
Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống cô định gồm: + Sai số lý thuyết của phương pháp cắt;
+ Sai số chế tạo của máy, dao, đồ gá;
+ Biến dạng nhiệt của chỉ tiết gia công
— Sai số hệ thống thay đổi theo thời gian gia công là sai số xuất hiện trên từng chỉ tiết của cả loạt chỉ tiết có giá trị thay đổi theo một quy luật nhất định
Trang 28Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi theo thời gian gồm: + Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian gia cong
+ Bién dạng nhiệt của máy, dao, đồ gá
3.2.2 Sai số ngẫu nhiên
Sai số ngẫu nhiên là sai số mà giá trị của nó xuất hiện trên mỗi chỉ tiết của loạt không tuân theo một quy luật nào
Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên gồm: — Độ cứng của vật liệu không đồng đều;
— Lượng dư gia công không đồng đều; — Vi trí của phơi trong đồ gá thay đổi; — Thay đổi của ứng suất dư;
— Thay dao nhiều lần dẫn tới phải mài dao va gá dao nhiều lần tạo ra sai số hình dang hình học của dao và sai số vị trí của dao so với chỉ tiết gia công (gọi là sai số gá dao) Trong trường hợp dùng thân dao tiêu chuẩn có sử dụng mảnh cắt quay sẽ loại bỏ được sai số do mài dao và sai số do gá dao, chỉ còn tồn tại sai số do gá đặt mảnh cắt quay nhưng sai
số này nhỏ;
— Dùng nhiều máy khác nhau để gia công các chỉ tiết của loạt; — Do các loại rung động xuất hiện trong quá trình cắt;
— Do dao động nhiệt của quá trình cắt
3.8 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẠT ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CONG
Để đạt độ chính xác gia công người ta thường sử dụng hai phương pháp sau:
3.3.1 Phương pháp cắt thử
Bản chất của phương pháp cắt thử khi tiện là sau khi gá đặt phôi lên máy người thợ cắt thử một đoạn ngắn với một chiều sâu cắt t nhất định Sau đó đo kích thước của bề mặt đã
gia công rồi so sánh với kích thước yêu cầu để chọn chiều sâu cắt cho lần cắt tiếp theo
Quá trình được lặp lại cho tới khi đạt được kích thước yêu cầu mới cắt hết toàn bộ chiều
dài của bề mặt cần gia công
Phôi thường được lẫy dấu trước khi cắt thử để có thể nhanh chóng đưa dao vào vị trí đã lấy dấu và tránh được phế phẩm do dao được đưa vào quá sâu ngay lần cắt đầu tiên
Phương pháp cắt thử có các ưu điểm sau:
Trang 29— Có thể đạt độ chính xác kích thước nhờ vào tay nghề của người thợ
— Loại trừ được ảnh hưởng của mòn dao tới độ chính xác do khi gia công dao luôn
luôn được điều chỉnh đúng vị trí tương quan so với máy dé bù lại sai số hệ thống xuất hiện
trên từng chỉ tiết do dao mòn gây ra
— Tận dụng được những phôi không chính xác nhờ sự phân phối lại lượng dư trong quá trình vạch dấu
— Khơng cần chế tạo đồ gá
Bên cạnh các ưu điểm trên phương pháp cắt thử cũng có các nhược điểm sau:
— Độ chính xác gia công bị giới hạn bởi chiều dày bé nhất của lớp phoi hớt đi Khi tiện thép bằng dao hợp kim cứng có mài bóng lưỡi cắt, bề đày phoi có thể cắt được không nhỏ hơn 0,005mm Khi tiện bằng dao đã mòn bể dày phoi có thể cắt được không nhỏ hơn
0,05mm Như vậy khi gia công bằng phương pháp cắt thử người thợ không thẻ điều chỉnh được dao để cắt được phoi có bề dày bé hơn bề dày nói trên, do đó khơng tạo được kích
thước có sai số nhỏ hơn bề dày lớp phoi đó
— Người thợ phải làm việc căng thăng, chóng mệt, dễ gây ra phế phẩm
— Năng suất thấp do phải đo và cắt thử nhiều lần —~ Yêu cầu trình độ tay nghề cao
— Chi phí gia cơng cao do năng suất thấp và yêu cau trình độ tay nghề cao
Do những nhược điểm trên nên phương pháp cắt thử chỉ sử dụng trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất thử và trong sửa chữa hoặc trong các phân xưởng
dụng cụ Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phương pháp cắt thử chủ yếu được dùng ở nguyên công mài trên máy mài thơng thường vì lượng mịn của đá có thể được bù lại nhờ điều chỉnh đá bằng tay trong quá trình gia cơng để loại bỏ ảnh hưởng của mòn đá
(trong phạm vi tuổi bền của đá) tới độ chính xác gia công
3.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên các máy công cụ đã điều
chỉnh sẵn
Bản chất của phương pháp tự động đạt kích thước là đồ gá được xác định vị trí tương quan với bàn máy nhờ cơ cấu định vị riêng rồi được kẹp chặt với bàn máy VỊ trí của chi tiết gia công được cố định trên đồ gá nhờ cơ cấu định vị và cơ cấu kẹp chặt của đồ gá Sau đó tiến hành điều chỉnh máy đảm bảo sao cho dao có vị trí tương quan cố định so với bề mặt cần gia công và máy rồi mới tiến hành gia công cả loạt chỉ tiết
29
Trang 30
Vi du: Can gia công đạt các kích thước
——-—-—- — h?h và a”* trên máy phay ngang (hình 3.2) Đồ
gá được gá đặt trước trên máy, mặt đáy A và mặt bên B của chỉ tiết được đặt tiếp XÚC VỚI CƠ cấu định vị trên đồ gá sau đó được kẹp chặt nhờ
cơ cấu kẹp chặt của đồ gá Sau khi gá đặt phải điều chỉnh máy sao cho đường sinh thấp nhất
của dao phay đĩa cách mat A một khoảng bằng
h và mặt bên của dao cách mặt B một khoảng A CO)
= ôâ
<=
bang a réi tién hanh gia céng ca loat chi tiét
Nếu khơng xét đến mịn đao (coi như dao không bị mịn) thì các kích thước h và a của cả loạt chỉ
Hình 3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên máy phay
tiết đều bằng nhau
Phương pháp này có các ưu điểm sau:
— Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm phế phẩm Độ chính xác gia cơng hầu như không phụ thuộc vào trình độ tay nghề cơng nhân và bề dày bé nhất của lớp phoi cắt đi vì gia céng theo phuong pháp tự động đạt kích thước chỉ cắt một lần và lượng dư luôn lớn
hơn chiều dày bé nhất của lớp phoi có thê cắt được
— Không phải lay dau chỉ tiết trước khi gia công, thời gian gá đặt và tháo chỉ tiết khỏi đồ gá giảm, chỉ cắt một lần là đạt kích thước yêu cầu, tạo điều kiện sử dụng công nhân tay nghề cao hợp lý (một công nhân điều chỉnh máy có tay nghề cao có thể chuyên làm nhiệm vụ điều chỉnh máy cho nhiều máy gia công khác nhau) do đó năng suất cao, giảm chỉ phí gia cơng góp phần giảm giá thành sản phẩm
Tuy nhiên phương pháp này có những điểm hạn chế sau đây:
— Số lượng chỉ tiết của loạt phải đủ lớn để đảm bảo chỉ phí thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như chỉ phí điều chỉnh máy, điều chỉnh đao không vượt quá hiệu quả kinh tế của phương
pháp mang lại
— Phôi dùng cho phương pháp này phải đảm bảo độ chính xác nhất định Do đó số chỉ tiết của loạt phải đủ lớn để chỉ phí cho việc chế tạo phơi chính xác và các chỉ phí nêu trên khơng vượt quá hiệu quả kinh tế do phương pháp mang lại
— Nếu dụng cụ cắt mau mịn, kích thước đã được điều chỉnh sẽ bị phá hủy nhanh, thời gian làm việc giữa hai lần điều chỉnh giảm Muốn tiếp tục gia công phải điều chỉnh lại máy để khôi phục lại kích thước cần điều chỉnh, do đó số lần điều chỉnh tăng, thời gian gia công của máy giảm Điều này làm cho thời gian điều chỉnh và chỉ phí điều chỉnh tăng đồng thời năng suất giảm dẫn tới chi phí gia cơng tang Do đó muốn sử dụng phương pháp này cần sử dụng dụng cụ cắt có tuổi bền cao, có kết cấu hiện đại dé giám thời gian thay dao
Phương pháp tự động đạt kích thước được sử dụng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối
Trang 313.4 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ GIA CÔNG
Đê đạt được độ chính xác gia cơng u câu cân tìm hiệu các nguyên nhân gây ra sai số gia công, ảnh hưởng của chúng tới độ chính xác gia cơng và tìm biện pháp hạn chế các ảnh
hưởng đó đê nâng cao độ chính xác gia cơng
3.4.1 Ảnh hưởng do biến dạng của hệ thống công nghệ tới độ chính
xác gia cơng
Trong q trình gia cơng, dưới tác dụng của lực cắt, hệ thống công nghệ bao gồm máy,
dé ga, dao và chỉ tiết gia công (M — G - D — C) bị biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc làm cho mũi dao dịch chuyên từ vị trí đã được điều chỉnh A tới vị trí A', đoạn AA' =A (hình 3.3)
Phân tích lượng dịch chuyển A thành 3 thành phần trong hệ tọa độ vng góc,
trong đó trục Y vng góc với bề mặt gia _ 4 _
céng Thanh phan chuyén vi y theo phuong ⁄ pháp tuyến Y có ảnh hưởng trực tiếp tới sai /
số kích thước gia công Do lượng dư gia , |
cơng và tính chất cơ lý của vật liệu giacông_ |, {[ R cà
không đồng đều, nên lực cắt luôn luôn thay | | 5
đổi, dẫn đến lượng biến dạng đàn hồi và \ i / 2
biến dạng tiếp xúc A của hệ thống công ` ⁄ nghệ cũng luôn luôn thay đổi, làm cho mii >—-l_—
dao tại điểm tiếp xúc với bề mặt gia công
dịch chuyển khỏi vị trí đã được điều chỉnh Hình 3.3 Ảnh hưởng của lượng dịch chuyển A
một lượng bằng y cũng luôn luôn thay đổi, của mũi dao tới kích thước gia công khi tiện
gây ra sai số kích thước và sai số hình dạng
của chỉ tiết gia công
3.4.1.1 Khái niệm về độ cứng vững và độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ
a) Độ cứng vững của hệ thống công nghệ
Chuyển vị của hệ thống công nghệ (M — G - D - C) là tổng hợp các chuyên vị của các bộ phận và các chi tiết tạo nên hệ thống Vi vậy cần xác định ảnh hưởng tổng hợp của các
chuyển vị này tới vị trí tương quan giữa đao và chỉ tiết gia công Để xác định ảnh hưởng này người ta phân tích lực tác dụng lên hệ thống M - G — D ~ C thành 3 thành phần P„, Py,
P; trong hệ tọa độ vng góc, trong đó trục Ơy vng góc với bề mặt gia công Lực Py tạo ra chuyển vị y theo phương vuông góc với bề mặt gia cơng có ảnh hưởng trực tiếp tới độ
Trang 32chính xác của kích thước gia công Chuyến vị y tỷ lệ với luc tac dung Py Ty sỐ Py/y ký hiệu là J> được gọi là độ cứng vững của hệ thống công nghệ:
pg=* (3.1)
Ỳ
Ở đây:
J> — độ cứng vững của hệ thống công nghệ (kN/m hoặc kg/mm);
Py— lực tác dụng theo phương vng góc với bề mặt gia công (kN hoặc kg) y(mm) - lượng chuyển vị của mũi dao theo phương tác dụng của lực (phương vng góc với bề mặt gia cơng), cũng chính là biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc của các bộ phận và các chi tiết chịu lực trong hệ thống công nghệ theo phương y
Biểu thức (3.1) cho thấy chuyên vị y liên quan tới lực tác dụng theo phương Y và độ cứng vững lz của hệ thống M-G-D-C, từ đó có định nghĩa:
Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại sự biến dạng của nó đưới tác dụng của ngoại lực
Người ta cũng đã chứng minh được:
F1 (3.2)
Trong đó J¡ là độ cứng vững của bộ phận thứ ¡ của hệ thống
Thông thường độ cứng vững của hệ thống công nghệ Jy có thể viết dưới dạng:
1 1 1 1 1
Js _ Ju * Jp * Jog ° Jor 6)
Trong d6 Ju, Jp, Joo, Jcr lần lượt là độ cứng vững của máy, dao, đồ gá và chỉ tiết gia công Biểu thức (3.3) có nghĩa là nghịch đảo độ cứng vững của hệ thống công nghệ bằng
tông nghịch đảo độ cứng vững của các bộ phận tạo nên hệ thống
Người ta phân biệt độ cứng vững ở các trạng thái tĩnh và động như sau:
— Độ cứng vững tĩnh là độ cứng vững của hệ thống công nghệ ở trạng thái máy không
làm việc
— Độ cứng vững động là độ cứng vững của hệ thống công nghệ ở trạng thái máy đang
làm việc được
b) Độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ
Nếu goi w == là độ mềm dẻo ta sẽ có định nghĩa độ mềm dẻo như sau:
Độ mêm dẻo œ của hệ thông công nghệ là khả năng biến dang đàn hôi của hệ thong dưới tác dụng của ngoại lực
Từ định nghĩa đó ta thấy độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ được xác định bằng nghịch đảo của độ cứng vững của hệ thống:
`
Trang 33—= — 1 (3.4) Js dm Jn dng Jor iad;
Trong đó: œy - độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ (m/kN hoặc mm/kg);
Ji - độ cứng vững của bộ phận thứ ¡ của hệ thống công nghệ
Biêu thức (3.4) có nghĩa độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ bằng tổng độ mềm dẻo của các bộ phận của hệ thống:
ay = Va, (3.5)
i=]
3.4.1.2 Cách xác định độ cứng vững của hệ thống công nghệ
Người ta có thể xác định độ cứng vững của hệ thống công nghệ bằng phương pháp
phân tích, tính toán độ cứng vững của từng bộ phận hay chỉ tiết của hệ thống công nghệ
sau đó tổng hợp chúng lại Tuy nhiên phương pháp này rất phức tạp Để đơn giản người ta có thể dùng phương pháp thực nghiệm để xác định độ cứng vững tĩnh và độ cứng vững động của máy tiện cũng như của các máy gia công khác
3.4.1.3 Ảnh hưởng của độ cứng vững của hệ thống công nghệ tới độ chính xác gia công Biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc của hệ thống công nghệ là tổng hợp biến dạng
đàn hồi của các chỉ tiết, các cụm chỉ tiết, các bộ phận tạo nên hệ thống và biến dạng tiếp xúc của các bề mặt lắp ghép Để xác định biến dang tong hợp đó ta lần lượt xác định biến
dạng của các bộ phận chính tạo nên hệ thống Ta xét trường hợp gia công chỉ tiết trục trên máy tiện bằng cách gá trên hai mũi tâm
a4) Ảnh hưởng của độ cứng vững của hai mũi tâm tới độ chính xác gia cơng
Khi khảo sát ảnh hưởng của độ cứng vững của hai mũi tâm tới độ chính xác gia cơng ta coi dao, ụ gá dao và chỉ tiết gia công là tuyệt đối cứng vững (biến dạng của chúng bằng 0) Khi
đó biến dạng của hệ thống chỉ còn là tổng hợp sự dịch chuyển của hai mũi tâm dưới tác
dụng của lực cắt Py
Dé đơn giản bài toán ta giả sử trong quá trình gia cơng, dưới tác dụng của lực cắt Py u trước và ụ sau của máy bị dịch chuyên ngang theo phương Y các đoạn yt Va ys, do do tai
một điểm C bất kỳ trên đường nối tâm giữa ụ trước và ụ sau cũng bị đi chuyển theo phương Y tới C° (hình 3.4) Điều đó có nghĩa là vị trí tương đối giữa mũi đao so với tâm
quay cua chi tiết sẽ xê dịch một khoảng bằng CC’ Chính lượng dịch chuyển CC? này đã
làm tăng bán kính của chỉ tiết tại tiết diện đó một lượng là AR¡ Người ta đã chứng
minh được : P L-x} P,x? _P, ( _Py xt 3.6 AR, y J , L J, 1 ( ) 3
Ở đây: AR¿ - lượng tăng bán kính của chỉ tiết do biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp
xúc của ụ trước và ụ sau của máy tại điêm C;
Py - thành phần lực cắt theo phương Y;
Trang 34
J - độ cứng vững của ụ trước;
J; — độ cứng vững của u sau;
L - khoảng cách giữa hai mỗi tâm
SB Ha KE+
Hình 3.4 Sơ đồ xác định biến dạng của máy khi tiện trục gá trên 2 mũi tâm
Biểu thức (3.6) cho thay sai sé AR; là một hàm bậc hai đối với x (hình 3 4) và đạt giá
trỊ cực tiểu : P AR min — * 3.7 Ị J, +d, G.7) J, = L 3.8 tại hà 6.8)
Nếu J,<J;, (điều này thường xảy ra đối với máy tiện) thì đầu trục gá trên mũi tâm sau sẽ có đường kính lớn nhất với lượng tăng bán kính tại đây so với kích thước điều chỉnh là:
P
AR imax = >
8
Biểu thức (3.6) cho thấy ảnh hưởng độ cứng vững của 2 mũi tâm không những gây ra sai
số kích thước mà cịn gây ra sai số hình dáng, nó làm cho trục bị lõm ở giữa và 2 đầu bị loe b) Ảnh hưởng của độ cứng vững của chỉ tiết tới độ chính xác gia công
Trang 35Khi đó biến dạng của hệ thống chỉ còn là biến dạng của chỉ tiết và được xác định theo các công thức của sức bền vật liệu dựa trên sơ đồ gá đặt cụ thể của chỉ tiết khi gia cong
Vi du 1: Xac định ảnh hưởng của biến dạng của chỉ tiết trục Yet t6i dO chính xác gia công Trục được gá trên 2 mũi tâm khi tiện
Bài toán tương đương với việc xác định độ võng y của dầm gối trên 2 gối đỡ
(hình 3.5) dưới tác dụng của thành phan luc cat Py
Bài toán này đưa về xác định độ võng của dam gỗi trên hai gối đỡ chịu lực tác động di chuyên đọc trục là Py và đã được giải ở phần bài tập môn sức bền vật liệu Độ võng chỉ tiết Yet tại một điểm bắt kỳ của chỉ tiết gây ra sai số bán kính AR¿ tại điểm đó và được xác định
bằng công thức sau: P, x?(L-x) 3EI L AR2 = Ye = (3.9) Trong do:
ARa— sai số bán kính của chỉ tiết tại tiết điện đi qua điểm lực tác dụng; Py — thành phần lực cắt theo phương Y;
E - môđun đàn hồi của vật liệu chỉ tiết;
I~ mơmen qn tính tiết diện ngang của chỉ tiết;
L- chiêu dài của chi tiết
Hình 3.5 Sơ đồ xác định ảnh hưởng biến dạng của chỉ tiết trục tới độ chính xác gia công
khi tiện trục gá trên 2 mũi tâm
Trang 36
Đường biểu diễn sai số bán kính AR; = f{x) là một đường bậc hai đối xứng Vì thế AR;
chăng những gây ra sai số về kích thước mà cịn gây ra sai số về hình dạng Tại x = L⁄2
(điểm giữa của hai gối đỡ) sai số AR đạt giá trị lớn nhất AR2max
(3.10)
AR = AR++ ARa
Hình 3.6 Sự biến đổi hình dạng và kích thước của chỉ tiết trục khi tiện
trục gá trên hai mũi tâm
AR¡ và AR¿ sẽ gây ra sai số gia công AR của chỉ tiết Dùng phương pháp cộng biểu đồ
ta xác định được đường cong biểu diễn biên dạng của chỉ tiết trục khi tiện gá trên hai mũi
tâm (hình 3.6)
Đường cong biểu diễn sai số bán kính AR = AR; + AR» thé hiện biên dạng của chỉ tiết Điều đó cho thấy chỉ tiết chăng những có sai số về kích thước mà cịn có sai số cả về hình dạng
c) Ảnh hưởng của độ cứng vững của dao va u gd dao
Trong quá trình tiện, dưới tác dụng của lực cắt, dao cắt và ụ gá dao cũng bị biến dạng đàn hồi gây ra sai số ARa Giá trị ARs được xác định như sau:
AR:= Ty (3.11)
Ja
Trong đó: Py - lực tác động lên dao và ụ gá dao theo phương Y; Ja —- độ cứng vững của dao
Khi tiện, ụ gá dao mang dao dịch chuyển đọc trục chính của máy Ở vị trí bất kỳ trên
dọc trục, ụ gá dao chịu lực Py không đổi do đó sai sé AR; do luc Py gay ra cling không đổi,
chứng tỏ AR; chỉ gây ra sai số kích thước đường kính mà khơng gây ra sai số về hình dang
Vì vậy bằng cách cắt thử, đo và điều chỉnh lại vị trí của đao theo phương hướng kính ta hồn tồn có thể khử được sai số này
d) Ảnh hưởng do dao mòn
Trong quá trình cắt do dao mịn dần làm lực cắt theo phương pháp tuyến Y của bề mặt gia
công tăng một lượng APy gây nên biến dạng và sai số gia công APy được xác định như sau:
Trang 37APy= Kam Um (3.12)
Trong đó: APy —- lượng tăng lực cắt theo phương pháp tuyến (N);
Kam — hệ số tỷ lệ do dao mòn (giá trị Kạm cho trong số tay công nghệ); Um —bé rộng diện tích mịn ở mặt sau dao (mm)
Ngoài ra các thơng số hình học của bộ phận cắt của dao cũng ảnh hưởng tới APy Vì
vậy để tính chính xác người ta xác định APy như sau:
APy = Ko.Ky.Ky.Kam-Um (3.13)
Trong dé: Ky, K,, K, la cac hé số lần lượt xét tới ảnh hưởng của góc nghiêng chính, góc trước và bán kính mỗi dao tới sự thay đối của lực cắt và được xác định theo thực nghiệm và cho trong số tay công nghệ
e) Ảnh hưởng do sai số của phôi
Phôi có sai số hình học làm cho chiều sâu cắt thay đổi từ tmịạ tới tmạ (hình 3.7) dẫn tới lực
cắt thay đối từ Pmmn tới Pma do đó biến dang đàn hồi y của hệ thống theo phương vuông góc với bề mặt gia công cũng thay đổi từ ymi tới Ymax làm cho chỉ tiết gia cơng có sai số gia công là Aa
Giả sử phôi bị ô van (hình 3.7), sai số hình dạng của phơi là Am:
Aph= Dạ” - Dee (3.14)
Do đó khi tiện chỉ tiết cũng có sai sé tuong tu Act:
Act= Di, — pm (3.15)
Hình dạng phơi
Hình dạng chỉ tiết gia cơng được
Kích thước
max
Doh max Det
t max tmin
Hình 3.7 Ảnh hưởng của sai số hình dạng của phôi đến sai số hình dạng
của chỉ tiết khi tiện
Trang 38Đặt : e= (3.16) Ag sa A ees A là hệ sô chính xác hóa và: K= AC (3.17) ph là hệ số giảm sai
Do luôn luôn cé Ag < App nén hé số chính xác hóa e luôn luôn lớn hơn | va hé sé giảm sai K luôn luôn nhỏ hơn 1
Từ (3.17) rút ra: Aa = KApn (3.18)
Điều đó có nghĩa sau 1 lần cắt sai số của chỉ tiết sẽ giảm đi K lần so với trước lúc cắt
Vì vậy muốn đạt độ chính xác cao cần phải cắt nhiều lần
Tuy nhiên, khi sai số của chỉ tiết đã đủ nhỏ tương ứng với khả năng có thể của hệ thống công nghệ nếu tiếp tục tăng số lần cắt thì sai số gia công không thể giảm đi mà ngược lại sẽ
tăng lên (A„ > A„; với A,¡, là sai số của phôi ở lần cắt thứ ï) do khi đó e < 1 Thường hệ số
chính xác hóa e < 1 xảy ra khi độ cứng vững của hệ thống công nghệ quá thấp không đáp
ứng được yêu cầu gia công như khi tiện hoặc mài trục dài có đường kính nhỏ
Chính vì vậy người thiết kế công nghệ phải biết lựa chọn số lần cắt n hợp lý trên cơ sở đảm
bảo độ chính xác gia cơng yêu câu nhăm rút ngắn thời gian gia công để giảm chỉ phí sản xuất Qua các phần nghiên cứu ở trên chúng ta thấy rằng trong quá trình gia công, dưới tác dụng của lực cắt hệ thông công nghệ bị biến dạng gây ra sai số gia công Để nâng cao độ
chính xác gia công, biện pháp cơ bản là phải nâng cao độ cứng vững Jy của hệ thống công
nghệ M - G—D-—C
3.4.1.4 Các biện pháp nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ
Để nâng cao độ cứng cứng vững của hệ thống M— G—D—C có thể dùng các biện pháp sau đây:
1 Giảm bớt số khâu trong hệ thống công nghệ đề giảm độ mềm dẻo của hệ thống cơng nghệ vì độ mêm dẻo của hệ thông công nghệ bằng tổng độ mềm dẻo của các khâu thành phần
(oy = » œ, ), điều đó có nghĩa là nâng cao độ cứng vững tổng Jy của hệ thống công nghệ
i=}
2 Tăng độ cứng vững của từng bộ phận của hệ thống công nghệ bằng cách lựa chọn
kết câu, vật liệu và phương pháp nhiệt luyện hợp lý
3 Tăng độ cứng vững tiếp xúc bằng cách giảm chiều cao nhấp nhô và độ sóng bề mặt
của các bề mặt tiếp xúc đồng thời lựa chọn chế độ lắp phù hợp để khe hở của mối lắp hợp lý
4 Sử dụng các cơ cấu làm tăng độ cứng vững của toàn bộ hệ thống như các chốt tỳ tăng cứng vững, các luynét (trang bị đỡ chỉ tiết trục khi tiện)
Trang 395 Nên sử dụng dao có kết cầu phần cắt tối ưu nhằm giảm lực cắt khi gia cơng, khơng
dùng dao q mịn
6 Cần bảo dưỡng máy định kỳ để điều chỉnh lại các khe hở lắp ráp theo đúng yêu câu
3.4.2 Ảnh hưởng của độ chính xác của máy tới độ chính xác gia cơng 3.4.2.1 Ảnh hưởng của độ chính xác chế tạo của máy đến độ chính xác gia công
Khi chế tạo, thông thường máy cơng cụ có những sai số hình học như sau : — Độ đảo hướng kính của trục chính
~ Độ đảo của lỗ côn trục chính
— Độ đảo mặt đầu của trục chính
— Các sai số của bộ phận khác như sống trượt không song song với tâm trục chính trong mặt phăng ngang và đứng (máy tiện), trục chính khơng vng góc với bàn máy (máy khoan),
Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phần hoặc toàn bộ lên chỉ tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao, Nếu các chuyên động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt của chỉ tiết gia công
Ta hãy phân tích ảnh hưởng của sai sô của máy tiện tới độ chính xác gia cơng
Vi du: aL :
- Nếu đường tâm của trục chính máy tiện
ns A 3 A , ©
khơng song song với sông trượt của thân may x
3 ` 5 sea 2 ek +-— —- —} + —-—- +-7y+ 3
trong mặt phăng năm ngang thì khi tiện chỉ tiệt a [
gia cơng sẽ có hình cơn (hình 3.8) nh
D d +1 _-—- —
> Qt? (3.19) eT Fg6ng trudt
Trong đó a la độ không song song của trục Hình 3.8 Chỉ tiết bị côn khi tiện do trục
chính với sống trượt trên chiêu dài L trong mặt chính khơng song song với sống trượt
2 ` trong mặt phẳng nằm nga
phăng năm ngang 9 mặt phẳng gang
— Nếu sống trượt không song song với đường tâm của trục chính trong mặt phẳng đứng thì chỉ tiết gia cơng sẽ có hình hypecboloit với đường kính lớn nhất Da là:
2
D„a= ,|b°+— 4 (3.20)
Ở đây : b là độ không song song của trục chính với sống trượt trong mặt phẳng đứng
trên chiều dài L
Trang 40— Nếu sống trượt không thắng trên mặt phẳng nằm ngang thì quỹ đạo của mũi dao
cũng không thăng làm cho chỉ tiết gia cơng có đường kính khơng đều nhau (hình 3.9)
Hình 3.9 Chỉ tiết gia cơng có đường kính khác nhau khi sống trượt không thẳng trong
mặt phẳng nằm ngang
Đường kính D: tại một vị trí bắt kỳ được xác định như sau:
Dị=D+2ð (3.21)
Trong đó:
D - đường kính của chỉ tiết tương ứng với vị trí của sống trượt chưa bị mịn
ư — lượng mịn lớn nhất của sống trượt trong mặt phẳng nằm ngang
— Nếu mũi tâm trước lệch so với tâm quay của trục chính một lượng là e thì trong khi quay đường nối tâm của 2 lỗ sẽ tạo thành một hình nón mà đỉnh là mũi tâm sau (hình 3.10)
L Đường tâm
mũi tâm trước A-A
Tâm quay A
- - Đường nối 2 mũi tâm
(tâm trục chính máy)
Hình 3.10 Đường tâm của trục chính khơng trùng với đường nối tâm của 2 mũi tâm
Sau khi gia công, tại một mặt cắt A~A nao đó (thẳng góc với phương chạy dao) tiết diện vẫn là hình trịn nhưng tâm của nó bị lệch so với đường nối hai lỗ tâm một lượng e}
Từ hình 3.10 xác định được: Ê+ = “1
e
ae L