Thiết kế qui trình công nghệ để chế tạo bánh răng trụ răng thẳng có m=5mm và z=24 răng với sản lượng 5000 chi tiếtnăm

Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 LỜI NÓI ĐẦU. Cơ khí là một ngành công nghiệp nặng. Nó có nhiệm vụ là chế tạo và sửa chữa các loại máy móc phục vụ trực tiếp cho quá trình sản xuất tạo ra của cải vật chất cho xa hội. Cho nên việc đầu tư để phát triển ngành cơ khí hiện đang là mối quan tâm đặc biệt của đảng và nhà nước ta. Việc phát triển ngành cơ khí phải được tiến hành đồng trên cả hai lĩnh vực phát triển nguồn nhân lực và các trang bị công nghệ hiện đại. Việc phát triển nguồn nhân lực có trình độ cao đáp ứng nhu cầu xã hội là nhiệm vụ trọng tâm của các trường đại học. Hiện nay trong các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kĩ sư cơ khí và cán bộ kĩ thuật cơ khí được đào tạo ra phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất. Môn học công nghệ chế tạo máy có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kĩ sư và cán bộ kĩ thuật về thiết kế, chế tạo các loại máy và các thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, điện lực … Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế, trong chương trình đào tạo , đồ án môn học công nghệ chế tạo máy là môn học không thể thiếu được của sinh viên chuyên ngành chế tạo máy khi kết thúc môn học. Sau một thời gian tìm hiểu và với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Trọng Bình, đến nay em đã hoàn thành xong đồ án môn học đã được giao. Tuy nhiên do kinh nghiệm thực tế trong sản xuất còn ít ỏi, nên trong quá trình tính toán và thiết kế vẫn chưa lường các yếu tố phát sinh khi sản xuất, cho nên sẽ gặp phải sai sót nhất định. Cho nên em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn để khi làm đồ án tốt nghiệp sẽ hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn. Hà Nội - Ngày 25 tháng 9 năm 2003 Trang 1 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 MỤC LỤC Trang 2 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 ĐỀ BÀI Trang 3 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 NỘI DUNG CỦA TÍNH TOÁN VÀ THUYẾT MINH. 1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết: Theo đề bài ta phải ‘Thiết kế qui trình công nghệ để chế tạo bánh răng trụ răng thẳng có m = 5 mm và Z = 24 răng với sản lượng 5000 (chi tiết/năm). Với điều kiện sản xuất phù hợp với nền cơ khí ở Việt Nam. Có hình dạng như sau: 130h11 A 20H7 B C So với các cơ cấu cơ khí truyền động khác thì chuyền động bằng bánh răng có các ưu điểm nổi bật sau:  Kích thước của cơ cấu truyền tải nhỏ gọn mà khả năng tải lớn.  Tỷ số chuyền chuyển động không thay đổi, quá trình ăn khớp êm.  Hiệu suất làm việc cao có thể đạt 0,97 ÷ 0,99.  Tuổi thọ cao làm việc tin cậy. Do đó mà bánh răng là chi tiết cơ khí được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến trong các loại máy móc khác nhau. Chúng dùng để chuyền hoặc đảo chuyển động quay tròn cùng mômen xoắn giữa các trục (Nhờ cặp bánh răng ăn khớp với nhau) hoặc dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến (Nhờ bánh răng ăn khớp với thanh răng). Do bánh răng yêu cầu gia công không có kết cấu rãnh then nên khi làm việc bánh răng thực hiện quay tự do trên trục trơn, cho nên để bảo đảm quá trình làm việc ổn định thì kết cấu bánh răng phải cho phép khi lắp ráp thì kết cấu lỗ của bánh răng phải được định vị được bốn bậc tự do là rất quan trọng. Bánh răng cần chể tạo yêu cầu được chế tạo từ thép 40X tương đương với thép hợp kim 40Cr. Thành phần hoá học của thép 40X như sau. C Cr Mn S max Si P max 0,40 1,00 0,7 0,35 ≤0,05 0,35 Trang 4 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Việc cho thêm hàm lượng Cr sẽ cải thiện khả năng thấm Cacbon trong khi nhiệt luyện. Điều đó sẽ làm cho cơ tính của bánh răng đáp ứng nhu cầu làm việc của chi tiết. Vì độ cứng tăng đồng nghĩa với tính chống mài mòn tăng sẽ làm thời gian sử dụng bánh răng cũng tăng đáng kể. 2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết: Ta đã biết rằng kết cấu của một chi tiết ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ chế tạo do đó cũng ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất và chất lượng của sản phẩm cùng độ bền khi làm việc. Vậy ngay từ khi thiết kế đối với bánh răng thẳng cần chú ý tới kết cấu và hình dạng bề mặt như sau.  Hình dạng lỗ phải thật đơn giản để tránh phải sử dụng máy tự động.  Mặt ngoài của bánh răng phải thật đơn giản, bánh răng có tinh công nghệ cao nhất là bề mặt ngoài có dạng mặt phẳng không có mayơ. Cố gắng tránh sử dụng bánh răng có mayơ ở cả hai phía (Giảm năng suất khi chế tạo).  Bề dày bánh răng phải đủ để tránh biến dạng khi nhiệt luyện.  Hình dạng và kích thước các rãnh (nếu có) phải thuận tiện cho việc thoát dao khi gia công cơ.  Các bánh răng bậc nên có cùng một moduyl. Căn cứ theo những nét công nghệ điển hình cần có đối với bánh răng, ta tiến hành so sánh với kết cấu của bánh răng cần gia công nhận thì thấy rằng có một số điểm hợp lý và bất hợp lý như sau:  Nhận thấy rằng ở cả hai phía của bánh răng đều tồn tại phần gờ cao hơn bề mặt bên của bánh răng là 4 mm. Điều đó sã làm hạn chế khả năng tăng năng suất khi gia công, do không thể gia công đồng thời nhiều chi tiết trong một lần gá đặt , nếu muốn tiến hành gia công nhiều chi tiết trong một lần gá thì ta phải sử dụng bạc đệm giữa hai bánh răng. Điều đó làm chiều dài hành trình chạy dao khi gia công tăng làm cho thời gian gi công cũng tăng theo. Mặt khác khi sử dụng bạc thì bề mặt dưới của bánh răng trên tồn tại một lớp ba via kim loại do không được cắt hết, vậy lại phát sinh thêm một nguyên công cắt ba via trong qui trình công nghệ.  Do đường kính bánh răng là 130 mm < 150 mm nên ta có thể không cần thiết phần rãnh B có tác dụng giảm khối lượng của bánh Trang 5 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 răng tiết kiệm nguyên vật liệu. Tuy nhiên nếu có rãnh giảm khối lượng trong kết cấu bánh răng thì không những ta tiết kiệm được nguyên vật liệu mà còn được giảm chiều dài cần phải ra công ở hai mặt đầu của bánh răng điều đó sẽ làm thời gian gia công giảm đồng thời năng suất chế tạo cũng tăng theo. Hơn nữa trong một số trường hợp khi làm việc đòi hỏi bánh răng quay nhanh và đổi chiều đột ngột thì việc làm giảm khối là rất quan trọng. Do vậy trong kết cấu bánh răng có rãnh giảm khối lượng là hoàn toàn hợp lý. Do đó ta có 3 phương án sử đổi kết cấu như sau: Ph ¬ng¸n1 Ph ¬ng¸n2 Ph ¬ng¸n3 Trong cả ba phương án trên thì mỗi phương án đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định. Tuy nhiên phương án 2 là phù hợp hơn cả vì nó khống những đáp ứng việc sử dụng tiết kiệm nguyên vật liệu được đồng thời giúp cho quá trình gia công có năng suất cao. 3. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Nhận thấy rằng trong kết cấu của bánh răng ta cần chế tạo không có rãnh lắp then truyền mômen xoắn. Do đó trong quá trình làm việc bánh răng sẽ là chi tiết chung gian, có nhiệm vụ chuyền chuyển động từ trục này tới trục khác một cách gián tiếp. Vậy để đảm bảo rằng bánh răng ta chế tạo hoàn thành tốt nhiệm vụ của nó thì khi chế tạo ta phải chú ý tới các yêu cầu kỹ thuật sau: Trang 6 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44  Độ đảo không đồng tâm giữa mặt lỗ và đường tròn cơ sở là 0,05 mm.  Độ vuông góc của mặt đầu với tâm lỗ không quá 0,03 mm.  Sau nhiệt luyện đạt độ cứng 55 ÷ 60 HRC. Độ sâu khi thấm C là 1÷ 2mm.  Còn các yêu khác được thể hiện trên bản vẽ chế tạo. Trong các yêu cầu kỹ thuật nói trên thì hai yêu cầu trên cùng là quan trọng nhất. Vì nó ảnh hưởng một cách trực tiếp tới khả năng làm việc của các bánh răng trong quá trình chuyển động. Nhận thấy rằng với các yêu cầu như vậy thì kết cấu bánh răng như sau hoàn toàn đáp ứng được các điều kiện kỹ thuật đã đặt ra. 20 d 32 l  Kết cấu như trên cho phép khi làm việc bánh răng khống chế đủ 4 bậc tự do (l/d = 30/20 >1,2), đồng thời kết cấu này cho phép ta khi gia công răng thì ta có thể gia công nhiều bánh răng cùng một lúc làm cho năng suất chế tạo tăng rút ngắn thời gian gia công, hạ giá thành chế tạo sản phẩm.  Sau khi gia công cơ xong ta tiện hành thấm Cacbon cũng đạt độ cứng HRC 60 ÷ 62 đảm bảo tính chống mài mòn cho bánh răng trong quá trình làm việc. 4. Xác định dạng sản xuất. Để việc sản xuất đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong khi sản phẩm chế tạo ra vẫn đáp ứng được các yêu câu đã đặt ra đối với sản phẩm. Ta phải căn cứ vào sản lượng chi tiết cần chế tạo hàng năm và khối lượng của mỗi sản phẩm để quyết định dạng sản xuất từ đó ta có hình thức tổ chức quản lý sản xuất và đường lối công nghệ hợp lý nhất hợp lý. Có như vậy hiệu quả kinh tế mới cao. Sản lượng hàng năm được xác định theo công thức sau đây: N = N 1 .m.[1 + (β+a)/100] = 5000.1.(1 + 10%) = 5500 (Chi tiết). Trong đó: - N : Số chi tiết được sản xuất trong một năm; - N 1 : Số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong một năm; Trang 7 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 - m : Số chi tiết trong một sản phẩm; - b : Số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ (5% đến 7%) - a : Số chi tiết hỏng do chế tạo phôi (3% đến 6%) Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức: Q = V.γ = 0,35.7,852 = 2,75 (Kg). Trong đó: - V: Thể tích của chi tiết cần gia công. - g : Trọng lượng riêng của vật liệu. g thép =7,852 (Kg/dm 3 ). Ở đây ta chọn phương pháp chế tạo phôi là phương pháp dập nóng khi đó hình dạng (sơ bộ) của phôi trước khi gia công có hình dạng như sau (Trang sau): 1 V 2 V 3 V 32 19 40 60 12 Do đó thể tích của phôi được xác đinh như sau: V = V 1 + V 2 + V 3 ≈ 0,35 (dm 3 ). Vì : V 1 = 3,14.32.(65 2 – 40 2 ).10 -6 = 0,26376 (dm 3 ) V 2 = 3,14.12.(40 2 – 19 2 ).10 -6 = 0,04669 (dm 3 ) V 3 = 3,14.32.19 2 .10 -6 = 0,03627 (dm 3 ) Căn cứ vào Q và N vừa tính toán được ta tra Bảng 2 (Trang 13 - Quyển 3). Ta có dạng sản suất là hàng loạt lớn. 5. Chọn phương pháp chế tạo phôi: Ta biết rằng để đạt hiệu quả kinh tế cao thì qui trình công nghệ và công tác tổ chức sản xuất phải lựa chọn phải thật hợp lý. Có như vậy thì năng suất gia công mới tăng, rút ngắn tối đa thời gian cần thiết để gia công xong lô sản phẩm để kịp giao hàng. Để làm được điều đó thì ngay từ quá trình chọn phôi cùng phương pháp để chế tạo phôi liệu ta cũng phải căn cứ vào dạng sản suất để chọn lựa. Đối với việc sản suất bánh răng bằng thép ở dạng sản xuất hàng loạt lớn thì có hai phương chế tạo phôi liệu phù hợp đó là: Trang 8 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44  Đúc trong khuôn cát.  Rèn và dập nóng tạo phôi có hình dạng gần giống với chi tiết cần gia công. Trong hai phương pháp chế tạo trên thì phương pháp dập nóng thích hợp hơn. So sánh hai phương pháp chế tạo phôi thì nhận thấy rằng phôi chế tạo bằng phương pháp rèn dập có cơ tính cao hơn, còn phôi đúc do tính thiên tích và rỗ khí sẽ làm cơ tính không đồng đều ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của bánh răng. Qui trình công nghệ để chế tạo phôi như sau:  Chọn phôi ban đầu: Do bánh răng được chế tạo có kích thước φ120mm Trước khi rèn và dập nóng kim loại ta phải làm sạch kim loại, cắt bỏ thép thanh tiết diện tròn ra từng phần nhỏ có kích thước phù hợp với bánh răng cần gia công, quá trình cắt đó được thực hiện trên máy cưa cần.  Tiến hành dập trong khuân kín nhiều lần.  Lần cuối cùng dập trong khuân kín thành có góc nghiêng 3 0 .  Tiến hành ủ bán sản phẩm sau quá trình dập để làm mềm phôi dập.  Cắt bavia ở phôi dập. Hình dạng sơ bộ của phôi như sau: Ø124+0,5 34+0,5 Ø38 Ø80 3° 3° 6. Trình tự gia công cho chi tiết. 6.1. Xác định đường nối công nghệ. Đối với dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối thì qui trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán nguyên công kết hợp với việc sử dụng các máy chuyên dùng để gia công. Theo phương pháp đó thì qui trình công nghệ được chia ra thành các nguyên công đơn giản. Khi đó trên mỗi máy thực hiện Trang 9 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 một bước gia công nhất địch và sử dụng đồ gá chuyên dùng. Tuy nhiên để thích hợp với điều kiện sản xuất trong nước ta hiên nay thì trong quá trình thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết, ta cần xem xét thêm phương pháp tập trung nguyên công kết hợp với việc sử dụng các máy vạn năng cùng với đồ gá thiết kế thêm để nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất. 6.2. Chọn phương pháp gia công. Do yêu cầu khi làm việc mà một số bề mặt của bánh răng có những yêu cầu về độ bóng và độ chính xác kích thước nhất định. Chính điều này quyết định tới phương pháp gia công chi tiết:  Bề mặt lỗ φ20H7 có độ bóng Ra = 1,6 mm (∇6 ÷ ∇7). Cho nên nguyên công để gia công lỗ lần cuối là mài tinh.  Bề mặt răng có độ bóng Ra = 1,25 mm (∇7 ÷ ∇8). Cho nên nguyên công gia công bề mặt răng lần cuối là mài răng (∇8). 6.3. Lập tiến trình công nghệ: Trình tự các nguyên công có thể dùng để gia công bánh răng như sau; Th ứ tự Phương án 1. Phương án 2. 1 Tiến hành dập thể tích. Tiến hành dập thể tích. 2 Tiến hành nhiệt luyện. Tiến hành nhiệt luyện. 3 Gia công cơ tạo mặt chuẩn. Gia công cơ tạo chuẩn. 4 Khoả mặt đầu, khoan, tiện lỗ. Khoả mặt đầu và khoan lỗ. 5 Tiện mặt tròn xoay φ130h11. Khoét vát mép và dao lỗ φ20H7. 6 Khoan 4 lỗ φ8. Tiện mặt tròn xoay φ130h11. 7 Gia công biên dạng răng. Khoan 4 lỗ φ8. 8 Thực hiện nhiệt luyện bánh răng. Gia công biên dạng răng. 9 Mài nh lỗ đạt φ20H7. Thực hiện nhiệt luyện bánh răng. 10 Mài biên dạng răng. Tiến hành mài biên dạng răng. 11 Tiến hành kiểm tra sản phẩm Mài nh lỗ φ20H7. Trang 10 [...]... chất lượng gia công không bảo đảm Do đó trước quá trình gia công cơ ta phải tiến hành nguyên công tạo chuẩn để bắt đầu gia công cơ 6.4 Thiết kế các nguyên công 6.4.1 Nguyên công 1: Tiến hành chế tạo phôi: Tham khảo lại phần chọn phương pháp chế tạo phôi 6.4.2 Nguyên công 2: Tiến hành nhiệt luyện phôi: Do trong quá trình dập nóng phôi để tạo ra hình dáng ban đầu cho phôi trước khi tiến hnàh gia công. .. - Chế độ cắt: Do bánh răng cần chế tạo có m = 5 mm nhưng độ chính xác sau khi gia công yêu cầu đạt cập chính xác cấp 8 Cho nên khi chế tạo ta tiến hành gia công trực tiếp biên dạng răng bằng dao phay trục vít một đầu mối Mặt khác để gia công được hết toàn bộ bề mặt các răng thì trong quá trình cắt dao thực hiện hai chuyển động quay tròn và tịnh tiến dọc theo trục của phôi để cắt bề rộng của bánh răng, ... xem bánh răng có đạt các yêu cầu kỹ thuật hay không 7 Tính lượng dư cho mỗi bề mặt gia công Nhận thấy rằng để từ phôi dập nóng trở thành bánh răng có thể làm việc được thì ta phải tiến hành gia công cơ để bóc đi một lượng kim loại nhất định ở một số bề mặt nhất định Lượng kim loại bị bóc đi để tạo sản phẩm hoàn thiện chính là lượng dư gia công Việc xác định chính xác lượng dư kim loại về trị số và dung... mặt định vị cho quá trình gia công sẽ quyết định độ chính xác của việc gia công cơ Trang 32 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Do chi tiết gia công có dạng đĩa, cho nên trong quá trình gia công cơ thì ưu tiên sử dụng chuẩn tinh chính thông nhất để làm bề mặt định vị là hàng đầu.Vì có như vậy mới hạn chế sai số giữa hai quá trình gia công và sử dụng chi tiết Đối với bánh răng cần gia công là chi tiết thuộc dạng... dùng để phục vụ cho việc triực tiếp gia công cắt gọt trong phân xưởng cơ khí 10 Thiết kế đồ gá Ta chỉ cần thiết kế đồ gá cho một nguyên công trong quy trình công nghệ gia công chi tiết, cho nên đồ gá cho nguyên công 6 khoan 4 lỗ φ8 như sau: 10.1 Xác định khoảng không gian tối đa của đồ gá Ta đã biết rằng đồ gá là nơi chi tiết được gá đặt và kẹp chặt chi tiết trong suốt quá trình gia công cơ Nó có tác... hạn chế được 5 bậc tự do nhờ sử dụng vai trục và bề mặt trụ dài Việc định vị như vậy giúp ta có thể gá được nhiều chi tiết trong một lần gia công nhờ đó năng suất gia công tăng nâng cao hiệu suất của quá trình gia công - Kẹp chặt: Để cố định chi tiết trên đồ gá ta sử dụng mối ghép ren để tạo lực kẹp chặt giữ chi tiết cố định trên trục khi gia công Sau khi chi tiết được kẹp chặt ta tiến hành gia công. .. Nhưng do để bài yêu cầu thiết kế qui trình công nghệ phù hợp với điều kiện gia công trong nước Cho nên nguyên công này có thể bỏ qua, vì hiện tại trong nước chưa có mái bài biên dạng răng chuyên dùng (Hình 6) n L S H×nh­6 6.4.10 Nguyên công 10: Tiến hành mài lỗ đạt φ20H7 sau khi nhiệt luyện - Sơ đồ định vị (Hình 7): 1,6 15 n2 S2 20 S1 Ø12.5 n1 - Định vị: Ta sử dụng mặt đầu bánh răng để hạn chế 3 bậc... gió để khoan lỗ φ8 mm - Lương dư gia công: Gia công khoan lỗ φ10 mm: t = 4 mm - Chế độ cắt: t = 4mm, n = 1008 (vg/ph) còn S = 0,17 (mm/vg) (Tính toan cụ thể ở phần tính chế độ cắt cho một nguyên công) 6.4.7 Nguyên công 7: Gia công biên dạng của bánh răng - Sơ đồ định vị (Hình 5): S n2 H×nh­5 n1 - Định vị: Để định vị ví trí chi tiết trong quá trình gia công ta sử dụng trục bậc để gá chi tiết gia công. .. CTM6-K44 12 Tiến hành kiểm tra sản phẩm Trong hai phương án trên ta nhận thấy rằng phương án 1 là phương án có tính công nghệ nhất Nó cho phép chế tạo ra sản phẩm có chất lượng đồng đều và chính xác cao hơn, do đã sử dụng chuẩn tính thống nhất trong quá trình gia công Để gia công khoả mặt đầu và khoan lỗ φ20 trên máy tiện có sử dụng mân cặp 3 chấu làm đồ gá, ta cần hạn chế được ít nhất 5 bậc tự do Trong... nguyên công mài lại các bề mặt làm việc của bánh răng để đạt độ bóng yêu cầu Trang 18 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 6.4.9 Nguyên công 9: Tiến hành mài bóng hai bề mặt răng Sau quá trình nhiệt luyện để tăng độ cứng cho chi tiết, chi tiết sẽ bị biến dạng nhiệt làm giảm cấp chính xác và độ bóng bề mặt của chi tiết tăng, cho nên để đảm bảo bề mặt răng có Ra = 1,25 mm thì chi tiết phải được mài lại biên dạng răng . TOÁN VÀ THUYẾT MINH. 1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết: Theo đề bài ta phải Thiết kế qui trình công nghệ để chế tạo bánh răng trụ răng thẳng có m = 5 mm và Z = 24 răng với sản lượng 5000. khi sản phẩm chế tạo ra vẫn đáp ứng được các yêu câu đã đặt ra đối với sản phẩm. Ta phải căn cứ vào sản lượng chi tiết cần chế tạo hàng năm và khối lượng của mỗi sản phẩm để quyết định dạng sản. tích và rỗ khí sẽ làm cơ tính không đồng đều ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của bánh răng. Qui trình công nghệ để chế tạo phôi như sau:  Chọn phôi ban đầu: Do bánh răng được chế tạo có kích thước