Công nghệ cơ khí luôn là một trong những ngành then chốt đối với sự phát triển kinh tế - xã hội trên toàn thế giới. Ngày nay, tất cả các máy móc từ nhỏ bé tinh vi đến to lớn cồng kềnh đang ngày đêm hoạt động trong thời đại công nghiệp phát triển, chúng vận hành trong các dây chuyền sản xuất, hoạt động ở mọi nơi (trên và dưới mặt đất, trên mặt biển, dưới đáy biển, trên trời, ngoài vũ trụ…).
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trang 2Giới thiệu chung:
Ngành công nghệ cơ khí:
Công nghệ cơ khí luôn là một trong những ngành then chốt đối với sự phát triển kinh tế
-xã hội trên toàn thế giới Ngày nay, tất cả các máy móc từ nhỏ bé tinh vi đến to lớn cồngkềnh đang ngày đêm hoạt động trong thời đại công nghiệp phát triển, chúng vận hành trongcác dây chuyền sản xuất, hoạt động ở mọi nơi (trên và dưới mặt đất, trên mặt biển, dưới đáybiển, trên trời, ngoài vũ trụ…) Tất cả đều có sự đóng góp to lớn của các nhà khoa học, cáctổng công trình sư, kỹ sư, cán bộ kỹ thuật và các công nhân cơ khí
Công nghệ cơ khí là ngành ứng dụng các nguyên lý vật lý để tạo ra các loại máy móc vàthiết bị vận hành trong các dây chuyền sản xuất, hoạt động ở mọi nơi hoặc các vật dụng hữuích phục vụ đời sống Cơ khí áp dụng các nguyên lý nhiệt động lực học, định luật bảo toànkhối lượng và năng lượng để phân tích các hệ vật lý tĩnh và động, phục vụ cho công tác thiết
kế trong các lĩnh vực như ô tô, máy bay và các phương tiện giao thông khác, các hệ thốnggia nhiệt và làm lạnh, đồ dùng gia đình, máy móc và thiết bị sản xuất, vũ khí
Học viên theo học chuyên ngành công nghệ cơ khí được đào tạo kiến thức, kỹ năngchuyên ngành vững vàng và có kỹ năng thực hành nghề thành thạo về lĩnh vực công nghệchế tạo máy Sau khi tốt nghiệp sẽ có khả năng: Tổ chức, điều hành sản xuất; tính toán,kiểm tra và lựa chọn công nghệ phù hợp với thiết bị và điều kiện sản xuất của đơn vị; Biết sửdụng, kiểm tra và bảo dưỡng thiết bị; phát hiện và giải quyết những sự cố thông thườngtrong sản xuất
Phẩm chất, kỹ năng yêu cầu:
Để là người thành công trong lĩnh vực cơ khí, bạn phải có khả năng tưởng tượng tốt,sáng tạo, phân tích nhạy bén, logic và năng động, kiên trì Ngoài ra bạn cũng cần trang bịnhững kiến thức cơ bản về các môn khoa học tự nhiên đặc biệt là toán học ngay từ khi cònhọc phổ thông, vì chắc chắn khối A sẽ chọn lọc bạn vào trường Rồi những bước tập tànhlàm một chuyên viên cơ khí thật sự, bạn cần có tính cẩn thận, tinh thần kỉ luật và tác phongcông nghiệp Nếu không yêu thích công việc tập thể, không cẩn thận, bạn có thể phá hỏng
Trang 3thành quả chung của mọi người Thêm vào một tính cách quan trọng: sự cập nhật kiến thức
từ sách báo, tạp chí chuyên ngành liên tục và liên tục là điều nên làm Cuối cùng, yếu tốsức khỏe giúp bạn giải thích tại sao ngành cơ khí rất hiếm kĩ sư là phụ nữ Thực tế, chỉ nói
về thời lượng thực hành trong trường học, sinh viên cơ khí được dành đến 50% thời gianhọc tại các phòng, xưởng thực hành của trường
Ngành kỹ thuật cơ khí hiện nay là ngành xã hội có nhu cầu tuyển dụng nhân lực lớn, vìvậy nếu học ngành này không phải lo về cơ hội tìm việc làm trong tương lai, bạn có thể làmviệc ở mọi nơi trên đất nước và các nước khác trên thế giới trong mọi ngành công nghiệp vàkinh tế khác nhau Do vậy, nếu chuyên tâm học tập, bạn sẽ không lo không có công việcđúng chuyên môn Bởi vì, một vấn đề quan trọng là yếu tố con người Máy móc dù tinh viđến đâu mà không có công nhân lành nghề, kinh nghiệm và khéo léo trong việc lắp đặt, vậnhành, điều khiển thiết bị sẽ không mang lại hiệu quả
Trang 4+ Nganh gia công cơ khí:
Với nhiều người, công việc của ngành cơ khí luôn liên quan đến sắt thép, liên quan đến các công việc gia công bằng tay như tiện, phay, hàn, bào Tuy nhiên, hiện nay với sự phát triển của công nghệ, công việc ngành cơ khí được chuyên môn hóa, nhiều công việc cơ khí mà người làm việc gần như không tham gia vào tiện, phay, bào, hàn
.Ngành cơ khí - không chỉ là tiện, phay, bào, hàn
Cơ khí là ngành có lịch sử lâu đời, chiếm phần lớn trong cơ cấu hoạt động kinh tế xã hội Ngành cơ khí tham gia vào một dải khá rộng các công việc sản xuất bao gồm từ khâu khai khoáng, hình thành vật liệu, gia công các thiết bị, chế tạo máy móc, và điều hành hệ thống sản xuất công nghiệp
Trước đây để gia công một sản phẩm, người thợ phải lấy nguyên liệu, gia công bằng tay trên các máy móc nửa thủ công như máy tiện, máy phay, máy bào, máy hàn Hiện nay công việc gia công đã được tự động hóa bằng các máy gia công hiện đại (máy CNC), công việc của người thợ chỉ còn là đứng máy nhấn nút, lập trình gia công Lập trình gia công là một công việc quan trọng khi thực hiện trên các máy gia công tự động CNC, các công việc trước đây như lấy vật liệu (phôi), tiện, phay đều được máy tự động thực hiện một cách chínhxác theo chương trình đã được lập trình
Công việc thiết kế trước đây phải thực hiện bằng việc vẽ các bản vẽ bằng tay, ngày nay
đã có sự hỗ trợ của máy tính với các chương trình chuyên hỗ trợ cho việc thiết kế cơ khí Việc thiết kế cơ khí trên máy vi tính với sự hỗ trợ của phần mềm được gọi là CAD, CAM cho phép xây dựng được những bản vẽ có độ phức tạp cao Người kỹ sư cơ khí hiện nay luôn phải biết về CAD
Một bước tiến cao hơn trong ngành cơ khí là công nghệ CAD/CAM/CNC, tạo thành một quy trình khép kín từ khâu thiết kế đến khâu chế tạo sản phẩm bằng các máy móc gia công hiện đại
Với những công nghệ như trên, ngành cơ khí ngày càng đóng góp tích cực để sản xuất
ra các thiết bị, máy móc, sản phẩm cơ khí có độ chính xác cực cao, độ bền tốt
Trang 5Máy tiện:
Máy tiện là loại máy cắt kim loại, được dùng rộng rãi nhất để gia công các mặt tròn xoaynhư: mặt trụ, mặt định hình, mặt nón, mặt ren vít, gia công lỗ ren, mặt đầu cắt đứt Có thể khoan, khoét, doa, cắt ren bằng tarô bàn ren trên máy
Nếu có đồ gá có thể gia công các mặt không tròn xoay, hình nhiều cạnh, ellíp, cam …
Đặc điểm nguyên lý
Máy tiện là máy cắt kim loại có chuyển động chính là chuyển động quay tròn quanh tâm của phôi tạo ra tốc độ cắt, chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của dao gồm hai loại: chạy dao dọc (dọc theo hướng trục của chi tiết), chạy dao ngang (chạy theo hướng kínhcủa chi tiết)
Phân loại
+ Về mặt kết cấu và công dụng, máy tiện được phân ra:
Trang 6-Máy tiện vạn năng: có hai nhóm: Máy tiện trơn và máy tiện ren vít
-Máy tiện vạn năng được chế tạo thành nhiều cỡ: Cỡ nhẹ 500 kg); cỡ trung 4 tấn); cỡ lớn 15 tấn); cỡ nặng 400 tấn); về truyền động kết cấu máy này có loại có trục vít me, có loại không
-Máy tiện cụt: để gia công các chi tiết nặng có D > L
-Máy tiện đứng: cơ trục chính thẳng đứng: Gia công các chi tiết nặng phức tạp
-Máy tiện nhiều dao: là loại máy tiện có nhiều dao chuyển động độc lập, để cùng một lúc có thể gia công chi tiết với nhiều dao cắt
-Máy tiện revolver: dùng để gia công hàng loạt những chi tiết tròn xoay với nhiều nguyên công khác nhau Toàn bộ dao cắt cần thiết được lắp trên một bàn dao đặc biệt gọi là đầu revolver, có trục quay đứng hoặc nằm ngang
-Máy tiện tự động và nửa tự động
-Máy tiện ren vít vạn năng: Là máy tiện thông dụng nhất trong nhóm máy tiện có thể tiện trơn
và tiện ren Truyền động cho bàn dao thường dùng hai trục : trục trơn để tiện trụ trơn, trục vít
me để tiện ren Trên thực tế có nhiều loại máy tiện ren vít vạn năng
Cấu tạo chung
1: Thân máy; 2: Hộp tốc độ; 3: Mâm cập; 4: Ụ động; 5: Giá đỡ; 6: Bàn dao;
7: Hộp xe dao; 8: Bàn xe dao; 9: Trục vít me; 10: Trục trơn; 11: Trục điều khiển
a,b,d,e : Các tay gạt để di động các khối bánh răng bên trong hộp tốc độ
( c ): Tay gạt dùng để đóng mở ly hợp ,trên cơ sở đóng mở máy và đảo chiều trục chính
Trang 7Bài 2: Máy CNC và rooboot, hàn
Máy Tiện CNC – (CNC) là từ viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)
(điều khiển bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khácvới mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp,bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-
D, thường gọi là mã G CNC được phát triển vào khoảng đầu những năm 1950 ở phòng thí
nghiệm Servomechanism của Học viện kĩ thuật Massachusetts Institute of Technology
gọi tắt là M.I.T học viện nghiên cứu và giáo dục ở thành phố Cambridge, Massachusetts Hoa
Kỳ và đã nhanh chóng ứng dụng vào việc chế tạo máy móc
Máy tiện CNC xuất hiện đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Việc tiếnhành tiện các đường cong, hình phức tạp được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, cáccấu trúc phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do conngười thực hiện được giảm thiểu
Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự phát triểnđáng kể về chính xác và chất lượng Kĩ thuật tự động của máy tiện CNC giảm thiểu tối đacác sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công việc khác Ngoài ra còn cho phéplinh hoạt trong thao tác các sản phẩm và thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sảnxuất các linh kiện khác
Trong môi trường sản xuất các máy tiện CNC có thể kết hợp thành một tổ hợp gọi là cell,
để có thể làm nhiều thao tác trên một bộ phận Máy tiện CNC ngày nay được điều khiển trực
tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM (computer - aided design) Có thể nói máy tiện
CNC gần giống nhất với hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiệnnhiều thao tác sản xuất (trong tầm giới hạn)
Trang 8Máy hàn điện
Công nghệ hàn hồ quang
I Máy hàn điện
1 Giới thiệu chung:
- Máy hàn là 1 dạng của máy biến thế biến đổi điện áp nguồn
(220 V) xuống điện áp hàn 80 (V)
- Dựa trên hiện tượng phóng điện (chập mạch) là hiện tượng
chuyển động không ngừng của dòng điện từ trong môi trường đã được
ion hoá giữa hai điện cực Ở nơi có hiện tượng phón g điện (hồ quang) sinh ra nhiều nhiệt, nhiệt lượng này để đốt cho vật hàn nóng chảy
+ Phân loại:
- Theo nguồn điện vào: máy hàn một chiều
máy hàn xoay chiều
2 Cấu tạo
Khái niệm về hàn hồ quang
+Hàn là một trong những phương pháp lắp ghép các chi tiết với nhau Đặc điểm của hàn là phương pháp lắp ghép mà không thể tháo dời
+Hàn hồ quang tay với que hàn có vỏ bọc là phương pháp hàn hồ quang sử dụng nhiệt của
hồ quang được sinh ra giữa điện cực que hàn với kim loại hàn Vỏ bọc dùng để ổn định hồ quang và không cho không khí xâm nhập với mối hàn làm ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn, còn lõi que hàn cung cấp kim loại cho mối hàn
+Khi hàn thì năng lượng của hồ quang điện để nung nóng kim loại chỗ cần
hàn tới trạng thái nóng chảy, nhiệt của hồ quang ở điện cực que hàn có thể đạt tới
5000-6000 độ làm nóng chảy điện cực que hàn và kim loại cơ bản tạo thành vùng nóng chảy hay còn gọi là bể hàn, sau khi bể hàn kết tinh sẽ tạo thành mối hàn nối các chi tiết thành một khốibền vững
Trang 9+Hồ quang là hiện tượng phóng điện cực mạnh và liên tục qua môi trường khi đã bị ion hóa giữa các điện cực, hồ quang hàn phát ra một nguồn ánh sáng và cung cấp một nguồn nhiệt rất lớn, nguồn nhiệt có độ tập trung cao dùng để làm nóng chảy vật liệu hàn và kim loại cơ bản.
+Trong quá trình hàn mọi thao tác như: điều chỉnh ngọn lửa hàn, gây hồ quang, dịch chuyển que hàn để duy trì chiều dài hồ quang, dao động để tạo chiều rộng mối hàn cũng như
chuyển động dọc để tạo chiều dài mối hàn đều do người thợ thực hiện bằng tay cho nên chất lượng mối hàn phụ thuộc hoàn toàn vào thao tác của người thợ hàn, bởi vậy tay nghề của người thợ hàn là điều rất quan trọng
Khái niệm về hàn khí
1 Chai ôxy với van giảm áp
2 Chai acêtylen với van giảm áp
3 Thiết bị điều chỉnh trước
phản ứng cháy của khí đốt trong oxi và axetylen (C2H2) để tạo ra ngọn lửa nung nóng chảy
cả phần kim loại được hàn đồng thời que hàn là các thanh kim loại đồng chất với kim loại hàn cũng được nung nóng chảy cùng với kim loại hàn và khi ngọn lửa đi qua sẽ tạo thành mối hàn
+Ngoài chức năng nung nóng chảy vật liệu hàn và que hàn ngọn lửa hàn còn có tác dụng bảo vệ vùng hàn tránh khỏi những ảnh hưởng xấu của môi trường xung quanh nhằm nâng cao chất lượng mối hàn
+Phương pháp hàn khí được sử dụng để hàn các tấm mỏng và các sản phẩm có thành mỏng bằng thép hoặc hợp kim màu
+Hàn khí có phạm vi sử dụng hẹp hơn so với hàn hồ quang tay vì năng suất lao động thấp nhưng ngày nay nó vấn được sử dụng phổ biến do thiết bị hàn đơn giản và rẻ, có thể trang
bị và sử dụng tại những vùng xa xôi và xa nguồn điện
+Hàn khí dùng chủ yếu để hàn những chi tiết mỏng, và để sửa chữa những khuyết tật do vậtđúc, hàn vẩy, hàn đắp gây ra
+Hàn khí được sử dụng thông dụng nhất là hàn và cắt bằng khí
Trang 10ôxy-Axêtylen vì nhiệt sinh ra do phản ứng cháy của 2 khí này lớn và tập trụng, tạo thành ngọn
lửa có nhiẹt độ cao vì vùng cao nhất có thể đạt tới 32000C bởi vậy ta có thể sử dụng ngọn
lửa hàn để cắt kim loại có chiều dày mỏng
- Cường độ dòng điện hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn
vật liệu chi tiết hàn
+ Lớp thuốc:
- Lớp thuốc bọc loại mỏng (chừng vài phần mười mm): dn ≤ 1,2d lớp thuốc bọc loại mỏng dùng để làm tăng tính ổn định của hồ quang Thành phần gồm có đá vôi, fenpat, bột tan ( 80 - 85 % khối lượng), và thuỷ tinh lỏng (15 - 20 % khối lượng) Lớp thuốc bọc loại này dùng để hàn các cấu trúc không quan trọng Mối hàn bằng que hàn này có cơ tính kém
- Lớp thuốc bọc loại dày : dn ≥ 1,55d làm tăng tính ổn định của hồ quang và tạo quanh hồ quang 1 lớp khí và xỉ để bảo vệ kim loại không bị ôxy hoá và không bị tác dụng của khí Nitơ Trong trường hợp cần thiết ngời ta cho thêm vào lớp thuốc bọc những thành phần hợp kim (các phero hợp kim) những thành phần này sẽ tham gia trong thành phần mối hàn và nâng cao cơ tính của mối hàn Thành phần của lớp bọc này gồm có các ion hóa (phấn), chất tạo xỉ(cao lanh), chất tạo khí (tinh bột) chất khử (fero,mangan ), các hợp kim và chất dính
Trang 11- Cực dương (tay hàn)kẹp que hàn,cực âm cho tiếp xúc với chi tiết hàn(tiếp mát)
Khi kẹp tránh kẹp vào phần thuốc để cho mạch điện hàn là khép kín
+ Bước 2: lấy lửa
Có 2 cách lấy lửa để tạo hồ quang
- Mổ cò:mô nhẹ nhàng vào chi tiết để gây ra hồ quang
Sau khi lấy được hồ quang thì đưa tay về vị trí đầu mối hàn
- Quẹt diêm: quẹt que hàn vào vi trí đầu mối hàn quẹt dọc theo vết hàn để lấy lửa
.Khi có hồ quang thì lại đưa tay về vị trí đầu mối hàn
- Lấy lửa bằng cách quẹ diêm dễ hơn mổ cò nhưng đẽ gây ra khuyết tật trên sản phẩm Chỉ lấy lửa bằng cách quẹt diêm khi que hàn bị ẩm, khi dòng điện thấp hoặc khi tay nghề người thợ chưa cao
- Góc hàn:
Góc của que hàn hợp với trục Ox một góc α = (75 - 85˚)
hợp với trục Oy một góc β = 90˚
+ Bước 3 : Duy trì và thoát que hàn
Để duy trì được dòng hồ quang ổn định và để lấp đầy mối
hàn thì que hàn cần có hai chuyển động
- Chuyển động Sng để đạt được bề rộng mối hàn 6 - 8 mm
- Chuyển động Sd để chạy hết mối hàn
Có thể đưa que hàn theo 2 cách:
- Theo đường lò xo (xoắn ốc)
Theo đường rích rắc
+ Thoát que hàn: Khi kết thúc mối hàn khuông được rút que
hàn ra khỏi mối hàn ngay nếu rút que hàn như vậy sẽ làm thổi thủng
vết hàn Để kết thúc mối hàn cần đưa que hàn quay lại một đoạn rồi
mới rút que hàn.(Đoạn quay lại này đã được bọc một lớp sỉ bảo vệ ở
trên lên không gây ra hiện tượng thổi thủng)
- Sau khi hàn xong cần gõ sỉ kiểm tra mối hàn
Trang 12Bài 3 + 5: Các phương pháp gia công tiên tiến
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÐẶC BIỆT
1.1 NHU CẦU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÐẶC BIỆT
Gia công cơ truyền thống (ví dụ như tiện, khoan, phay) dùng dụng cụ dao cắt để tách phoi ra khỏi bề mặt gia công nhờ biến dạng phá hủy Ngoài các phương pháp gia công truyền thống này, có một họ các phương pháp gia công sử dụng cơ chế khác để tách vật liệu Thuật ngữ "gia công đặc biệt" hay "gia công không truyền thống" liên quan đến nhóm các phương pháp gia công tách phần vật liệu dư bằng các kỹ thuật khác nhau liên quan đến năng lượng nhiệt, cơ, điện, hóa hoặc kết hợp các dạng năng lượng này Những phương pháp này không sử dụng dao cắt khi gia công như thông thường
Các phương pháp gia công không truyền thống được phát triển từ sau thế chiến thứ hai nhằm đáp ứng những nhu cầu gia công đặc biệt và mới mà các phương pháp gia công truyền thống không thể giải quyết được
Những nhu cầu có tầm quan trọng về mặt thương mại và công nghệ của các phương pháp gia công đặc biệt bao gồm:
- Nhu cầu để gia công những vật liệu kim loại và phi kim mới phát triển Những vật liệu mới này thường có các tính chất đặc biệt như sức bền, độ cứng và độ dẻo cao, rất khó gia công bằng phương pháp cắt gọt thông thường
- Nhu cầu gia công những chi tiết hình học phức tạp, bất thường, khó hoặc không thể gia công được bằng các phương pháp truyền thống
- Nhu cầu tránh làm hỏng bề mặt của chi tiết do sự xuất hiện các ứng suất phát sinh trong gia công truyền thống
Ðối với các thiết bị, người ta dùng các loại vật liệu có độ bền riêng sb /g cao Trong số
đó có thể kể các hợp kim Titan, các loại thép độ bền cao và siêu bền, các loại vật liệu phi kimloại (composite, sợi thủy tinh, vv.) Các hợp kim Titan cùng có độ bền với thép hợp kim dùng trong chế tạo máy (sb = 60 -140 kg/mm2) nhưng khối lượng riêng chỉ bằng một nửa (g = 4,8 g/cm3), đồng thời lại có tuổi thọ chống ăn mòn cao trong hầu hết các môi trường khắc
nghiệt
Gia công cắt gọt các chi tiết làm bằng những vật liệu mới thường rất khó khăn và trong một số trường hợp là không thể được (hình 1.1) Vì lý do đó khi thiết kế máy mới, đôi khi phải sử dụng các loại vật liệu có các tính chất sử dụng chưa phải là hoàn thiện như mong muốn nhưng lại có các tính chất công nghệ đạt yêu cầu Ðiều này làm giảm đi các đặc tính làm việc và các đặc trưng chất lượng của máy Vì vậy trên thế giới hiện nay tương ứng với các vật liệu mới được phát minh người ta phải tích cực tìm kiếm các phương pháp gia công mới để gia công những vật liệu này