CHƯƠNG 4 LƯỢNG dư GIA CÔNG

Như vậy, lượng dư trung gian nhỏ nhất H.4.5 bao gồm các yếu tố sau đây: - Rza là chiều cao nhấp nhô do nguyên công hay bước sát trước để lại.. 6 - Cộng kích thước giới hạn nhỏ nhất với Z

Chương 4 LƯỢNG DƯ GIA CÔNG

@&?

4.1 Khái niệm và định nghĩa

Muốn đạt được chi tiết có hình dạng, kích thước và chất lượng theo yêu cầu

kỹ thuật thiết kế ta phải thực hiện gia công qua nhiều nguyên công (hay nhiều bước); trong đó có nguyên công cắt gọt trên các máy công cụ Với nguyên công cắt gọt, ta phải hớt đi một lượng kim loại nhất định trên bề mặt phôi Do đó, kích thước phôi phải lớn hơn kích thước chi tiết một lượng nhất định Nếu lớn hơn quá nhiều sẽ tốn vật liệu, công cắt gọt…Nếu lớn hơn ít quá sẽ không đảm bảo gia công chính xác Vì vậy phải nghiên cứu để xác định một lượng dư hợp lý Lớp kim loại được hớt đi trong quá trình gia công được gọi là lượng dư gia công

Ý Nghĩa: Xác định lượng dư gia công hợp lý sẽ góp phần nâng cao hiệu quả

kinh tế

Nếu lượng dư gia công quá lớn thì:

- Tốn vật liệu, làm cho hệ số sử dụng vật liệu giảm xuống

- Tăng khối lượng để gia công chi tiết

- Tốn năng lượng điện (vì phải cắt nhiều lần hoặc phải dùng máy có công suất lớn)

- Hao mòn dụng cụ cắt

- Máy mòn nhanh

- Vận chuyển nặng

Ngoài ra, lượng dư lớn còn gây khó khăn cho việc gia công trên máy điều chỉnh sẵn, tăng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, làm giảm độ chính xác gia công

Tất cả những yếu tố trên làm cho giá thành của sản phẩm tăng

Nếu lượng dư gia công quá nhỏ thì:

- Lượng dư không đủ để hớt đi sai lệch của phôi

- Lượng dư quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng trượt giữa dao và chi tiết, dao sẽ

bị mòn nhanh, bề mặt gia công không đạt được độ bóng cao

- Tăng phế phẩm và tăng giá thành sản phẩm

4.2 Phân loại lượng dư gia công

4.2.1 Lượng dư trung gian

Lượng dư trung gian là lớp kim loại được hớt đi ở mỗi bước hay mỗi nguyên công Lượng dư trung gian là hiệu số kích thước do bước hay nguyên

công sát trước để lại và kích thước do bước (hay nguyên công) đang thực hiện tạo nên Ta ký hiệu lượng dư trung gian là Zb

+ Đối với trường hợp gia công mặt ngoài:

Zb = a – b (4.1) + Đối với trường hợp gia công mặt trong:

Zb = b – a (4.2)

Ở đây: Zb- Lượng dư trung gian

a- Kích thước của bước hay nguyên công sát trước để lại:

b- Kích thước của bước hay nguyên côngđang thực hiện tạo nên

Zb

a b

Hình 4.1 Lượng dư gia công

a Gia công mặt ngoài; b Gia công mặt trong

4.2.2 Lượng dư tổng cộng

Lượng dư tổng cộng là lớp kim loại cần hớt đi trong tất cả các nguyên công (hay các bước) Lượng dư tổng cộng được ký hiệu bằng Z0 và bằng hiệu số kích thước của phôi và của chi tiết

- Đối với trường hợp gia công mặt ngoài:

- Đối với trường hợp gia công mặt trong:

Z0 = act - ap (4.4)

Ở đây : Z0 - Lượng dư tổng cộng

ap - Kích thước của phôi

Act - Kích thước của chi tiết

Như vậy lượng dư tổng cộng bằng tổng các lượng dư trung gian:

Z0 = ∑n Z bi

Ở đây; n là tổng số bước hoặc nguyên công

4.2.3 Lượng dư đối xứng

Lượng dư đối xứng tồn tại khi gia công các mặt tròn xoay (tròn ngoài, tròn trong) hoặc khi gia công song song các mặt đối diện nhau

Da

Zb

Db

Zb

Hình 4.2 Lượng dư đối xứng

a Gia công mặt ngoài; b Gia công mặt trong

Khi gia công mặt tròn ngoài:

Zb =

2

b

d −

Hoặc: 2Zb = da-db và 2Zb= la-lb

Khi gia công mặt tròn trong:

Zb =

2

a

d −

Hoặc: 2Zb= db-da và Zb= lb -la

Ở đây: 2Zb là lượng dư gia công đường kính hoặc lượng dư hai phía khi gia công các mặt đối xứng

da và db là kích thước bề mặt ở bước hay nguyên công trước (da) và ở bước hay nguyên công đang thực hiện (db);

la và lb là kích thước giữa các mặt phẳng ở bước hay nguyên công trước (la)

và ở bước hay nguyên công đang thực hiện (lb)

4.3 Phương pháp xác định lượng dư

Trong ngành chế tạo máy, người ta thường áp dụng hai phương pháp xác định lượng dư gia công: phương pháp thống kê - kinh nghiệm và phương pháp tính toán – phân tích

4.3.1 Phương pháp thống kê - kinh nghiệm

Phương pháp thống kê kinh nghiệm được phổ biến trong sản xuất Theo phương pháp này thì lượng dư gia công được xác định bằng tổng giá tri lượng dư theo kinh nghiệm Nhược điểm của phương pháp này là không tính đến điều kiện gia công cụ thể, cho nên lượng dư gia công thường lớn hơn giá trị cần thiết Giá trị lượng dư của các bước (hay nguyên công) được cho trong sổ tay công nghệ chế tạo máy

4.3.2 Phương pháp tính toán - phân tích

Phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố tạo thành lượng dư do giáo sư Kovan đề xuất

Khi gia công loạt chi tiết trên máy được điều chỉnh sẵn, vì kích thước của phôi dao động trong phạm vi dung sai, nghĩa là amin đến amax, cho nên kích thước của chi tiết đạt được là bmin và bmax Lượng dư gia công tương ứng là Zbmin và

Zbmax (H.4.3)

Trong trường hợp này ta có:

Zbmin = amin - bmin (4.8)

Zbmax = amax - bmax (4.9)

Hình 4.3 Phôi có kích thước nhỏ nhất và lớn nhất; y max ,y min

-biến dạng lớn nhất và nhỏ nhất;

C H –kích thước điều chỉnh

a

max

b

max

C

Zbmax

Zbmin y

Thay: amax = amin + δa và bmax = bmin + δbvào công thức (4.9) ta được:

Zbmax = amin + δa- bmin - δb

Đối với trường hợp gia công mặt tròn ngoài đối xứng có các công thức sau: 2Zbmin = Damin - Dbmin (4.11)

2Zbmax = Damax – Damin (4.12)

Khi gia công mặt tròn trong đối xứng (H.4.4), ta có:

2Zbmin = Dbmax - Damax (4.13)

2Zbmax = Dbmin – Damin (4.14)

Lượng dư trung gian là lượng dư gia công ứng với từng bước công nghệ, phải đảm bảo loại trừ được các sai số ở bước công nghệ sát trước và sai số gá đặt

ở nguyên công đang thực hiện Như vậy, lượng dư trung gian nhỏ nhất (H.4.5) bao gồm các yếu tố sau đây:

- Rza là chiều cao nhấp nhô do nguyên công hay bước sát trước để lại

- Ta là chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt do nguyên công hay bước sát trước để lại

- ρa là sai lệch vị trí không gian do nguyên công hay bước sát trước để lại Sai lệch này là độ cong vênh, độ lệch tâm, độ không song song của chi tiết

Hình 4.4 Phôi có kích thước lớn nhất (a) và nhỏ nhất (b)

y max ,y min – biến dạng lớn nhất và nhỏ nhất;

C H – kích thước điều chỉnh

C

H

D

amax

D

bmax

y

min

Z

bmin

Z

bmax

b/

a/

D

amin

D

bmin

-εblà sai số gá đặt do nguyên công (hay bước) đang thực hiện tạo nên

Như vậy, lượng dư nhỏ nhất Zbmin được xác định như sau:

Khi gia công mặt phẳng ngoài không đối xứng:

Zbmin = amin – bmin = (Rza + Ta) + ρa + εb (4.15)

Khi gia công mặt phẳng trong không đối xứng:

Zbmin = bmin – amin = (Rza + Ta) + ρa + εb (4.16)

Khi gia công mặt phẳng ngoài đối xứng:

2Zbmin = amin – bmin = 2((Rza + Ta) + ρa + εb) (4.17)

Khi gia công mặt phẳng trong đối xứng:

2Zbmin = bmin – amin = 2((Rza + Ta) + ρa + εb) (4.18)

Khi gia công mặt tròn ngoài đối xứng:

2Zbmin – damin – dbmin = 2(( Rza + Ta) + ρ +a εb ) (4.19)

Vì phương của ρa và ε b không trùng nhau và khó xác định, cho nên khi tính 2Zbmin để gia công mặt tròn ngoài đối xứng ta phải dùng công thức:

2Zbmin = 2[(R za +T a)+ ρ +a2 εb2] (4.20) Khi gia công mặt tròn trong đối xứng ta cũng dùng công thức (4.20) để xác định 2Zbmin

Hình 4.5 Các yếu tố tạo thành lượng dư

Zbmin

Rza+Ta

ρa

P

εb

min

y1

min

h1

min

h2

min

εb

min

εb=h1-h2

a m

a m

b min

Tuy nhiên, tùy từng điều kiện gia công cụ thể mà một số yếu tố tạo thành lượng dư trong các công thức (4.15) ÷(4.20) không tồn tại Do đó, các công thức trên được rút gọn hơn nhiều Xét các trường hợp sau đây:

Sau nguyên công đầu tiên đối với gang và kim loại màu thì Ta = 0, bởi vì gang và kim loại màu có độ hạt lớn và ít bị biến dạng dẻo Do đó, lớp hư hỏng bề mặt do biến dạng dẻo gây ra không đáng kể

Khi chuẩn định vị trùng với bề mặt gia công (như mài vô tâm, doa tùy động, chuốt lỗ, mài nghiền) thì sai số chuẩn εb= 0

Bước hay nguyên công lần cuối với mục đích tăng độ bóng bề mặt thì 2Zbmin= 2Rza hay Zbmin = Rza

Bề mặt qua nhiệt luyện, sau đó qua mài, khi mài phải giữ lại lớp bề mặt đã

xử lý nhiệt nên đại lượng Ta khi mài sau nhiệt luyện bằng 0

Trị số ρa tùy thuộc vào dạng phôi và kích thước phôi

Đối với phôi dập:

ρa = 2 2

c

ρ + (4.21) Trong đó:

ρk - độ lệch của khuôn dập;

ρc - độ cong của đường tâm phôi (phụ thuộc vào chiều dài phôi)

Độ cong của đường tâm phôi ρc được xác định theo công thức:

ρc = ∆c.L (4.22)

Trong đó:

c

∆ - độ cong đơn vị (µm / mm);

L - chiều dài của phôi (mm);

Đối với các nguyên công (bước) tiếp theo cần tính giá trị của sai lệch không gian còn lại ρcl (ρ1; ρ2; ρ3…) theo giá trị của sai lệch không gian ban đầu (sai lệch không gian của phôi ρp) có tính đến hệ số giảm sai K

Ví dụ: Sau khi gia công thô thì ρ1 = 0.06ρp; sau khi gia công bán tinh thì

ρ2=0.04ρp; sau khi gia công siêu tinh thì ρ3 = 0.03ρp

4.4 Trình tự tính lượng dư

Sau khi tính lượng dư theo phương pháp của giáo sư Kovan cần tuân theo trình tự các bước sau đây:

1 - Lập quy trình công nghệ và phương án gá đặt phôi.

2 - Xác định từng bước công nghệ

3 - Xác định các giá trị Rza; Ta; ρa; và εb.

4 - Xác định Zbmin cho tất cả các bước

Các bước tiếp theo để tính lượng dư mặt ngoài và mặt trong được thực hiện như sau:

1 Đối với mặt ngoài

5 - Ghi kích thước nhỏ nhất theo bản vẽ vào cột “kích thước tính toán”

6 - Cộng kích thước giới hạn nhỏ nhất với Zbmin ta được kích thước tính toán cho bước sát trước

7 - Cộng lượng dư tính toán Zbmin với kích thước tính toán tương ứng ta được kích thước tính toán tiếp theo

8 - Xác định kích thước giới hạn nhỏ nhất bằng cách quy tròn kích thước tính toán theo hàng số có nghĩa của dung sai (lấy 2 số sau dấu phẩy)

9 - Xác định kích thước giới hạn lớn nhất bằng cách cộng dung sai với kích thước giới hạn nhỏ nhất đã quy tròn

10 - Xác định Zbmax bằng hiệu 2 kích thước giới hạn nhỏ nhất của bước sát trước và bước đang gia công

11 - Xác định lượng dư tổng cộng Z0max; Z0min bằng cách cộng các lượng dư trung gian

12 - Kiểm tra phép tính: tìm hiệu số của lượng dư và của dung sai:

Z0max – Z0min = δ −p δct (4.23)

2 Đối với mặt trong

5 - Ghi kích thước lớn nhất theo bản vẽ vào cột “kích thước tính toán”

6 - Trừ kích thước giới hạn lớn nhất đi lượng Zbmin ta được kích thước tính toán cho bước sát trước

7 - Lấy kích thước tính toán trừ đi Zbmin ta có kích thước tính toán tiếp theo

8 - Xác định kích thước giới hạn lớn nhất bằng cách quy tròn kích thước tính toán theo hằng số có nghĩa của dung sai(lấy hai số sau dấu phẩy)

9 - Xác định kích thước giới hạn nhỏ nhất bằng cách lấy kích thước lớn nhất trừ đi dung sai

10 - Xác định Zbmaxbằnghiệu hai kích thước giới hạn nhỏ nhất, Zbmin bằng hiệu hai kích thước giới hạn lớn nhất của bước sát trước và bước đang gia công

11 - Xác định lượng dư tổng cộng Z0max; Z0min bằng cách cộng các lượng dư trung gian

12 - Kiểm tra phép tính: tìm hiệu số của lượng dư và của dung sai:

4.5 Ví dụ tính lượng dư

Ví dụ 1: Tính lượng dư để gia công mặt trụ ngoài 0 03

01 0

60 + +

răng, phôi là phôi dập, độ chính xác của phôi đạt cấp 2, khối lượng của phôi là 11,3 kg Các bước công nghệ: tiện thô, tiện tinh, mài thô, mài tinh Tiện và mài đều thực hiện bằng chống tâm 2 đầu (H.4.6)

Xác định lượng dư để gia công mặt trụ ngoài 0 03

01 0

60++

trình tự sau dây:

1 Lập bảng 4.1 và ghi trình tự các bước công nghệ: tiện thô, tiện tinh, mài thô, mài tinh Do chống tâm 2 đầu nên sai số gá đặt εb = 0.

Hình 4.6 Trục bánh răng

Bảng 4.1.Tính lượng dư gia công

Bước

công

nghệ

Các yếu tố ( µm) Lượng

dư tính toán

m

µ )

Kích thước tính toán d(mm)

Dung sai δ

m

µ

Kích thước giới hạn ( µm) Lượng dư giớihạn (µm)

R za T a ρa εb d min d max 2Z bmin 2Z bmax

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) Phôi 150 250 1820 - - 65,376 3000 65,38 68,38 - -Tiện

thô 50 50 109 0 2.220 60,936 400 60,94 61,34 4400 7040 Tiện

tinh 30 30 91 0 2.209 60,518 120 60,52 60,64 420 700 Mài

thô 10 20 73 0 2.151 60,126 30 60,22 60,25 300 390 Mài

tinh 5 15 - 0 2.103 60,01 20 60,01 60,03 210 220

2 Tính sai lệch không gian ρp của phôi:

t c

Trong đó:

ρk – Độ lệch của khuôn dập (phôi trong khuôn bị lệch so với tâm danh nghĩa của phôi) Độ lệch này phụ thuộc vào khối lượng của phôi và ρk=1mm;

ρc – Độ cong của phôi thô (độ cong của đường tâm phôi);

ρc = ∆c×L= 1 × 138 ≈ 0 14mm(∆clà độ cong đơn vị, ∆c= 1µm/mm );

L – Chiều dài từ mặt đầu của phôi tới tâm đoạn cần gia công;

Pt – Sai lệch do lấy tâm làm chuẩn:

ρt

mm

2

3 ( 25 0 ) 2

(δp= 3mm dung sai của phôi).

Như vậy ta có;

ρp = 1 2 + 0 14 2 + 1 52 2 = 1 82mm = 1820 µm

1 - Tính sai lệch còn lại sau các nguyên công:

• Sau tiện thô: p1 = 0.06pp= 0.06.1820 = 109µm

• Sau tiện tinh p2 = 0.05pp = 0.05.1820 = 91µm

• Sau mài thô: pp = 0.04pp = 0.04.1820 = 73µm

2 - Tính lượng dư nhỏ nhất:

2Zbmin = 2(Rza+Ta + ρp)

• Tiện thô: 2Zbmin = 2(150+250+1820) = 2.222µm

• Tiện tinh: 2Zbmin = 2(50+50+109) = 2.209µm

• Mài thô: 2Zbmin = 2(30+30+91) = 2.151µm

• Mài tinh: 2Zbmin = 2(10+20+73) = 2.103µm.

3 – Tính kích thước tính toán (cột số 7 bảng 6.1) bằng cách ghi kích thước nhỏ nhất của chi tiết vào hàng cuối cùng, còn các kích thước khác thì lấy kích thước trước đó cộng với lượng dư tính toán nhỏ nhất Như vậy ta có.

và ghi kết quả vào cột số 8

5 - Tích kích thước giới hạn nhỏ hất bằng cách làm tròn số kích thước tính toán và lấy hai chữ số sau dấu phẩy ( cột số 8).

6 - Tính kích thước giới hạn lớn nhất (cột số 10) bằng cách cộng kích thước giới hạn nhỏ nhất với dung sai nguyên công Như vậy ta có:

•Tiện tinh: d2 = 60,52 + 0.12 = 60.64 mm

9 - Xác định lượng dư giới hạn:

2Zbmax là hiệu các kích thước giới hạn lớn nhất

2Zbmin là hiệu các kích thước giới hạn nhỏ nhất

Như vậy ta có:

• Mài tinh: 2Zbmax = 60.25 – 60.03 = 0.22 mm = 220 µm.

2Zbmin = 60.22 – 60.01 = 0.21 mm = 210µm

• Mài thô 2Zbmax = 60.64 – 60.25 = 0.39 mm = 390µm.

2Zbmin = 60.52 – 60.22 = 0.30 mm = 300µm

• Tiện tinh: 2Zbmax = 61.34 – 60.64 = 0.70 mm = 700µm.

2Zbmin = 60.94 – 60.52 = 0.42 mm = 420 µm.

• Tiện thô: 2Zbmax = 68.38 – 61.34 = 7.04mm = 7040 µm.

2Zbmin = 65.38 – 60.94 =4.44mm = 4440 µm.

7 – Xác định lượng dư tổng cộng:

2Z0max = ∑2Z bmax = 220 + 390+ 700 + 7040 = 8350 µm

2Z0min = ∑n Z

1 min 0

11- Kiểm tra phép tính.

Phép tính được thự hiện đúng khi:

2Z0max - 2Z0min = δ −p δct

Thay số liệu vào công thức trên ta có:

8350 - 5370 = 3000 -20 = 2980

Ví dụ 2: Tính lượng dư trong trường hợp

gia công mặt trong (gia công lỗ)

Tính lượng dư và các kích thước gia

công đường kính φ 50+0 027 của bánh răng trụ

(H.4.7)

Phôi được chế tạo bằng phương pháp

dập nóng trên máy ép Độ chính xác của phôi

đạt cấp 2, khối lượng của phôi 7,5 kg, sản

lượng hàng năm là 12.000 chi tiết tiến trình công nghệ của các nguyên công (các bước) sau đây: khoét thô, khoét tinh, doa thô, doa tinh

Trình tự tính toán cũng giống như ví dụ 1:

1 - Trước hết ghi trình tự gia công trong cột 1, các thông số Rza , T a , ρa và εb

vào các cột 2, 3, 4, 5.(Bảng 4.3)

Hình 4.7 Bánh răng trụ

26 20 50 7

8,25 8,25

8

2 - Tính sai lệch không gian của phôi Pp :

Lt

ρ + Trong đó:

ρk - độ lệch của khuôn dập (phôi trong khuôn bị lệch so với tâm danh nghĩa của phôi) Độ lệch này phụ thuộc vào khối lượng của phôi và ρk = 0,9 mm:

ρLt - độ lệch tâm của phôi (ρLt = 1,4 mm) như vậy

ρp = 0 , 9 2 + 1 , 4 2 = 1,66 mm = 1660 µm

3 - Tính sai lệch không gian còn lại sau các nguyên công:

• Sau khoét thô: ρ1 = 0,06.ρp = 0,06 1660 = 99,60 µm ≈100 µm

• Sau khoét tinh: ρ2 = 0.05 ρp = 0,05 99,6 = 4,980µm≈5µm

• Sau doa thô: ρ3 = 0,04ρp = 0,04 99,6 = 3,984 µ ≈m 4 µm

4 - Tính sai số gá đặt εb

Sai số gá đặt εb trong trường hợp này bằng sai số kẹp chặt, vì sai số chuẩn

khi định vị chi tiết trên mâm cặp 3 chấu tự định tâm bằng 0 Khi đó, theo “sổ tay gia công cơ”:

Ở bước công nghệ (nguyên công) tiếp theo: khoét tinh ta có:

m

b

Trong đó: ε 0 là sai số gá đặt bổ xung khi gia công trên máy có nhiều trục chính ( do cơ cấu mang các trục chính quay) Đối với các bước công nghệ (nguyên công) doa thô, sai số gá đặt ε 3 chỉ lấy bằng ε0có nghĩa là ε 3=50µm.

5 - Tính lượng dư nhỏ nhất:

• Khoét thô: 2Zbmin = 2(Rza + Ta + 2 2

b

= 2(150 + 250 + 1660 2 + 580 2 ) = 2.216µm

• Khoét tinh: 2Zbmin = 2(50 +50 + 100 2 + 85 2 ) = 2.231 µm

• Doa thô: 2Zbmin = 2(30 + 40 + 5 2 + 50 2 ) = 2.120 µm.

• Doa tinh: 2Zbmin = 2(5 + 10 + 4 2 + 0 2 ) = 2.19 µm.