Bài giảng thiết kế hệ thống sản xuất chương 2 các phương pháp gia công cơ khí

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	1,37 MB

Nội dung

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ựa chọn phương pháp gia công hợp lý là bước rất quan trọng trong xây dựng đề cương sản xuất chi tiết một sản phẩm. Tùy thuộc vào sản phẩm là sản phẩm mới hay chỉ là sự cải tiến một sản phẩm sẵn có mà chúng ta có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau. Ví dụ, một công ty đã thành lập lâu năm giới thiệu một sản phẩm cải tiến sẽ cố gắng tận dụng, đến mức độ có thể các trang thiết bị máy móc sẵn có tại công ty mình. Trong khi đó, một công ty mới xây dựng sẽ có phạm vi lựa chọn trang thiết bị rộng hơn. Công ty đó có thể đầu tư mua sắm trang thiết bị mới hoặc mua lại dây chuyền công nghệ của một công ty khác. Điều này có thể lý giải là bởi có nhiều cách để thực hiện một nguyên công. Ví dụ, nếu một chi tiết đòi hỏi phải gia công một mặt phẳng trên nó chúng ta có thể sử dụng bất kỳ một trong số các máy sau: máy bào, máy phay, và máy mài mặt phẳng. Một cách tổng quát, các sản phẩm bằng kim loại phải trải qua quá trình sản xuất gồm ba bước: tạo hình thô, gia công đạt kích thước cố định, và gia công hoàn thiện bề mặt. Một bảng phân tích quy cách sản phẩm chi tiết phải chỉ ra tất các nguyên công cần thiết trong quá trình sản xuất ra sản phẩm đó. Bắt đầu từ sản phẩm chính, mỗi chi tiết cấu thành nó phải được xác định bởi kích cỡ, hình dạng, vật liệu, dung sai và nguyên công đòi hỏi. Người kỹ sư có thể thiết kế một sản phẩm mà nó không có khả năng được chế tạo; do đó các kiến thức cơ bản về quy trình công nghệ gia công cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một trình tự gia công hợp lý. Từ đó biến một ý tưởng thiết kế thành một sản phẩm hoàn chỉnh.

Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ ựa chọn phương pháp gia công hợp lý là bước quan trọng xây dựng đề cương sản xuất chi tiết một sản phẩm Tùy thuộc vào sản phẩm là sản phẩm mới hay là cải tiến một sản phẩm sẵn có mà chúng ta lựa chọn phương pháp khác Ví dụ, một công ty thành lập lâu năm giới thiệu một sản phẩm cải tiến sẽ cố gắng tận dụng, đến mức độ trang thiết bị máy móc sẵn có tại công ty mình Trong đó, một công ty mới xây dựng sẽ có phạm vi lựa chọn trang thiết bị rộng Công ty đầu tư mua sắm trang thiết bị mới hoặc mua lại dây chuyền công nghệ của một công ty khác Điều này lý giải là có nhiều cách để thực hiện một nguyên công Ví dụ, nếu một chi tiết đòi hỏi phải gia công một mặt phẳng sử dụng một số máy sau: máy bào, máy phay, máy mài mặt phẳng Một cách tổng quát, sản phẩm kim loại phải trải qua trình sản xuất gồm ba bước: tạo hình thô, gia công đạt kích thước cố định, và gia công hoàn thiện bề mặt Một bảng phân tích quy cách L sản phẩm chi tiết phải tất nguyên công cần thiết trình sản xuất sản phẩm Bắt đầu từ sản phẩm chính, chi tiết cấu thành phải được xác định kích cỡ, hình dạng, vật liệu, dung sai nguyên công đòi hỏi Người kỹ sư thiết kế một sản phẩm mà khả được chế tạo; kiến thức về quy trình công nghệ gia công khí đóng vai trò quan trọng việc xây dựng một trình tự gia công hợp lý Từ biến một ý tưởng thiết kế thành một sản phẩm hoàn chỉnh Tính kinh tế sản xuất phụ thuộc vào lựa chọn mua sắm trang thiết bị máy móc cho phù hợp Việc này phụ thuộc vào số lượng sản phẩm cần sản xuất Đối với sản xuất nhỏ, số lượng ít thì máy đa máy tiện, máy khoan là lựa chọn phù hợp Các máy chuyên dùng thích hợp cho sản xuất số lượng lớn sản phẩm được tiêu chuẩn hóa Người kỹ sư quyết định lựa chọn máy móc tối ưu nắm vững kiến thức về phương pháp sản xuất, quy mô sản xuất, chất lượng sản Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ phẩm đòi hỏi, và ưu nhược điểm của trang thiết bị được sử dụng Trong chương này, nhiều phương pháp sản xuất khác sẽ được giới thiệu, mục đích là giúp người học làm quen với phương pháp gia công và điều kiện áp dụng của chúng Hầu hết phương pháp được giải thích quan điểm về gia công kim loại, vì kim loại tiếp tục đóng vai trò chủ đạo hầu hết sản phẩm được sản xuất Tiếp theo, hoạt động gia công được phân loại theo: Thay đổi hình dạng vật liệu Gia công chi tiết đến kích thước cố định: a Phương pháp gia công truyền thống b Phương pháp gia công không truyền thống Gia công tinh (gia công hoàn thiện) Nối ghép chi tiết hoặc vật liệu Thay đổi tính chất lý tính Vật liệu phi kim plastic xuất hiện ngày càng nhiều sản phẩm Quy trình tạo hình sản phẩm plastic sẽ được đề cập cuối chương Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2.1 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG THAY ĐỔI HÌNH DẠNG VẬT LIỆU Rất nhiều sản phẩm kim loại có hình dạng ban đầu là thỏi, Chúng được chế tạo từ quặng tinh luyện, nấu chảy đổ vào khuôn để tạo hình với kích thước phù hợp Bảng 2.1 liệt kê phương pháp gia công làm thay đổi hình dạng của vật liệu và loại máy móc được sử dụng Bảng 2.1 Trang thiết bị sử dụng để thay đổi hình dạng của vật liệu Phương pháp Đúc Rèn (nóng và nguội) Ép Cán Kéo dây Dập Uốn Đột lỗ Cắt Ép Vuốt Hàn cắt Tạo hình thuốc nổ Tạo hình điện Tạo hình từ trường Tạo hình kết tủa điện Tạo hình bột kim loại Tạo hình dẻo Trang thiết bị/ máy móc Khuôn, áo khuôn, máy đúc áp lực, máy đúc dây chuyền Búa, búa hơi, búa thả, máy ép rèn Máy ép, khuôn Máy cán hai trục đảo chiều, máy cán ba trục liên tục Bệ chuốt và khuôn Máy dập Máy uốn điều khiển trục khuỷu, bánh lệch tâm, cam Máy đột lỗ, khuôn Máy cắt Máy tiện tốc độ cao Máy vuốt tạo hình Đầu hàn oxyacetylene, máy cắt Thuốc nổ, khuôn Điện cực, tụ điện Cuộn dây Chất điện phân, điện cực, và khuôn Máy dập và khuôn Khuôn, máy ép khuôn Đúc - Casting Đúc là rót hoặc bơm kim loại nóng chảy vào khuôn, sau kim loại nguội và cứng lại tạo thành hình dạng mong muốn Các phương pháp đúc khác vật liệu làm khuôn phương pháp điền đầy kim loại (phương pháp rót kim loại nóng chảy vào khuôn) Chẳng hạn rót điều kiện bình thường hay rót dưới áp lực cao Các phương pháp đúc điển hình gồm có đúc khuôn cát, đúc khuôn vỏ mỏng, đúc khuôn thạch cao, đúc khuôn vĩnh cữu, đúc khuôn mẫu chảy, và đúc áp lực Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2.1 Sơ đồ phương pháp đúc áp lực Trong Hình 2.1, kim loại nóng chảy (molten metal) đựng phểu được ép dưới áp lực của một pittong (plunger) vào hốc khuôn (cavity) Các chốt đẩy (ejector pin) có nhiệm vụ tách hai nửa khuôn để lấy chi tiết ngoài Rèn (Nóng Nguội) – Forging (Hot and Cold) Rèn nóng dùng lực tác động, thường là dùng búa, tác động vào kim loại được nung nóng tới nhiệt độ 60% nhiệt độ nóng chảy (nhiệt độ tuyệt đối) để tạo hình sản phẩm Nhiều năm trước, rèn được làm thủ công với lò lửa và đe Hiện hầu hết nguyên công rèn được làm với búa máy Rèn là phương pháp tốt để gia tăng sức bền và độ cứng của thép, đồng thiếc, đồng thau, đồng đỏ, nhôm và magiê Rèn khuôn hở, rèn khuôn định hình, rèn chồn hay rèn máy, và rèn ép là phương pháp rèn nóng khác Bên cạnh có phương pháp rèn nguội: thỏi kim loại dưới tác động của áp suất cực lớn sẽ bị chảy khuôn để tạo hình thành sản phẩm Ép Đùn – Extruding Phôi được làm từ bột kim loại hoặc hạt plastic bị ép chảy qua khuôn để tạo sản phẩm Sản phẩm thường có dạng dài Việc lựa chọn phương pháp ép phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu; một số được ép nguội Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ với chất kết dính, số khác được nung nóng tới nhiệt độ cần thiết ép Thông thường, bột kim loại sẽ bị nén thành thỏi sau nung nóng môi trường chất oxy hóa, hoặc hạt plastic bị nung chảy trước cho vào ép Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp ép đùn Hình 2.2 minh họa phương pháp ép đùn trực tiếp Một pittong bơm đẩy (Ram) ép kim loại chảy qua khuôn (Die) tạo thành sản phẩm có dạng dài Cán – Rolling Phôi kim loại được đưa vào máy cán nóng cán thành tấm, thanh, hoặc phiến Các sản phẩm của cán thường phải qua thêm một trình gia công để chế tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh Tấm có mặt cắt ngang hình vuông hoặc hình tròn với diện tích mặt cắt ngang lớn 230 cm2 Thanh tương tự diện tích mặt cắt ngang nhỏ 230 cm2 Phiến có mặt cắt ngang hình chữ nhật với bề ngang tối thiểu 25.4 cm và chiều dày tối thiểu inches (≈ 3.81 cm) Hình 2.3 Sơ đồ phương pháp cán Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2.3 mô tả phương pháp cán Phôi kim loại nóng được ép chạy qua lăn (roller) của máy cán Sau người ta dùng nước để làm nguội phôi kim loại (water cooling) Kéo/ Kéo Dây – Drawing/ Wire Drawing Để chế tạo chi tiết có dạng lõm sâu, vỏ đồ hộp, người ta sử dụng phôi là thép phẳng Trải qua một loạt nguyên công khuôn sẽ tạo hình chi tiết có hình dạng lúc gần với hình dạng hoàn thiện của sản phẩm Những chi tiết có dạng lõm sâu thường được chế tạo máy ép thủy lực, vì chúng tạo một lực ép chậm và ổn định tại mức độ kiểm soát được Phương pháp sử dụng một loạt khuôn, khuôn sau nhỏ khuôn trước, để sản xuất dây thép liên tục từ phôi được gọi là phương pháp kéo dây Hình 2.4 Sơ đồ phương pháp kéo dây Khuôn của phương pháp kéo dây có cấu tạo Hình 2.4 Hướng kéo dây (drawing direction) từ bên trái hướng sang phải Phôi kim loại sẽ qua bộ phận khuôn có đường kính lớn bên trái sang bộ phân khuôn có đường kính nhỏ bên phải Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Dập - Swaging Dập là phương pháp tạo hình nguội cách dùng lực nén nén kim loại chảy khuôn và tạo thành sản phẩm Hình dạng sản phẩm phụ thuộc vào thiết kế của khuôn Kim loại sẽ đồng dạng với hình dạng của khuôn, không bị giới hạn hoàn toàn mà chảy theo hướng của lực tác dụng Uốn - Bending Với phương pháp uốn, thép dải hoặc thép được tạo hình thành thép góc (thép V), thép U, thép ống, hoặc hình dạng phức tạp khác cách lăn chúng qua một loạt lăn Phôi sẽ biến dạng dần dần tạo thành sản phẩm mong muốn Kỹ thuật uốn vòng, tức là uốn kim loại thành dạng vòng tròn, là cho thép hoặc thép chạy qua một loạt lăn (thường là 3) Các lăn được đặt với khoảng cách tính toán cho chúng uốn cong vật liệu thành hình cung với bán kính xác định trước Hình 2.5 Sơ đồ phương pháp uốn Hình 2.5 minh họa một máy uốn với ba lăn được bố trí để uốn phôi thép theo bán kính xác định Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Đột Lỗ - Punching Các thép được cho vào máy đột lỗ; máy có lắp đặt sẵn khuôn Mũi đột của máy đột lỗ sẽ dập tạo hình sản phẩm theo hình dạng của khuôn Hình 2.6 minh họa phương pháp đột lỗ một thép kim loại- sheet metal Phôi thép được đặt lên một khuôn (die) của máy đột lỗ Mũi đột (punch) chuyển động theo hướng từ xuống và tạo lực cắt (punching force) Giữa mũi đột và khuôn tồn tại một khe hở nhỏ (clearance) để thoát phôi và lấy chi tiết Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp đột lỗ Cắt – Shearing Cắt kim loại với hai lưỡi dao cắt tạo ứng suất cắt lớn ứng suất tối đa của kim loại Ép Miết - Spinning Ép miết phương pháp sử dụng phôi kim loại có chiều dày mỏng, ép chúng vào một vật mẫu, vật mẫu và phôi cùng quay tròn máy tiện, để chế tạo sản phẩm với nhiều hình dạng khác Tổng quát, phôi được kẹp vào sản phẩm mẫu làm gỗ, plastic hoặc kim loại và chúng được quay tròn máy tiện Kim loại được ép vào vật mẫu Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ quay để tạo hình, dụng cụ ép là công cụ cầm tay hoặc lăn Hình 2.7 Sơ đồ phương pháp ép miết Hình 2.7 minh họa phương pháp ép miết Phôi (blank) được ép vào vật mấu quay tròn dụng cụ là lăn (spinning roller) Vuốt – Stretch Forming Trong vuốt, thép kim loại lớn với chiều dày mỏng được tạo hình một máy nén kim loại Quá trình này là kéo căng phôi kim loại vượt giới hạn đàn hồi của và làm cho phôi biến dạng theo hình dạng của khuôn Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp vuốt 10 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Trong Hình 2.8 phôi thép (sheet meta)l được kẹp chặt vấu kẹp (gripping jaws) của một máy nén Một pittong đẩy (ram) mang theo khuôn định hình (form die) tác động vào phôi để làm bị biến dạng theo mong muốn Hàn Cắt – Torch Cutting Hàn cắt là phương pháp cắt thép lớn sử dụng mỏ hàn để đốt cháy Một mỏ hàn cắt tạo lửa cắt khác với lửa hàn chỗ mỏ hàn của có nhiều lổ nhỏ bố trí thành hình tròn Các lỗ này có tác dụng tạo lửa gia nhiệt sớm Ngọn lửa gia nhiệt sớm bao xung quanh một tia phun khí oxy nguyên chất, tia oxy này được phun qua một lỗ trung tâm Khi lửa gia nhiệt sớm làm gia tăng nhiệt độ của điểm cần cắt đến một nhiệt độ xác định, người công nhân lúc này mới bật tia phun khí oxy để đốt cháy tạo thành một lỗ thủng xuyên qua thép Sau mỏ cắt được di chuyển theo đường cắt để cắt sản phẩm Phương pháp này có tính kinh tế tạo một gờ gồ ghề và tiêu tốn một lượng đáng kể vật liệu Tạo Hình Bằng Thuốc Nổ - Explosive Forming Tạo hình nổ là phương pháp tạo hình sản phẩm nhanh dưới áp suất cực lớn Áp suất được tạo một hoặc nhiều vụ nổ tác động trực tiếp vào phôi Năng lượng của vụ nổ được tính toán phụ thuộc vào kích cỡ của phôi và mức độ biến đổi hình dạng nhiều hay ít của sản phẩm Vụ nổ, cho dù xảy chất lỏng hay không khí, tạo sóng xung kích cường độ lớn Chúng truyền qua môi trường khối thuốc nổ phôi Hình 2.9 minh họa bốn cách bố trí tạo hình nổ khác Trong Cartridge: thuốc nổ Blank: phôi Die: khuôn Vacuum line: rãnh thoát khí Piston: pittong Rubber: nhựa Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Mài Khôn - Honing Trong mài khôn, người ta dùng lò xo ép đá mài quay tròn vào bề mặt của phôi Đá mài được chế tạo từ hạt mịn Bề mặt của phôi là mặt của xylanh Phôi sẽ di chuyển tịnh tiến tới lui theo hướng ngang Tỉ lệ số vòng quay và chuyển động ngang của phôi được điều chỉnh cho một điểm đá mài sẽ không được lập lại quãng đường di chuyển bề mặt phôi Lượng kim loại bị cắt gọt 25.4 x 10-3 mm hoặc ít Mài Nghiền – Lapping Mục đích của mài nghiền là tạo chi tiết có hình dạng đúng về mặt hình học, sửa chữa khiếm khuyết nhỏ, nâng cao độ chính xác về kích thước, hay tạo một khe hở lắp ráp cực nhỏ hai bề mặt tiếp xúc Mài nghiền tương tự mài khôn đá mài nghiền chế tạo kim loại, hạt mài nghiền nhỏ dạng bột nhão hay dạng lỏng được cho vào đá mài và bề mặt chi tiết Lượng kim loại cắt gọt ít 25.4 x 10-3 mm Mài Siêu Tinh – Superfinishing Tất phương pháp gia công tinh kể đều để lại bề mặt chi tiết một lớp tinh thể kim loại bị gãy vỡ Hậu là làm tăng độ mài mòn, tăng độ hở, tăng tiếng ồn vận hành, khó khăn bôi trơn Mài siêu tinh sẽ loại bỏ lớp tinh thể gãy vỡ và để lại một lớp nền tinh thể kim loại cứng Phun Mạ Kim Loại – Metal Spraying Kim loại nấu chảy được phun thành hạt nhỏ li ti dưới sức ép không khí, giống phun sơn Phun mạ có tác dụng bảo vệ bề mặt chi tiết, khắc phục chi tiết bị mòn, hay chế tạo khuôn ép chất dẻo, khuôn đúc kim loại mềm Súng phun kim loại tương tự súng phun sơn với kim loại dạng cuộn dây hay bột Cuộn dây kim loại hay bột kim loại sẽ bị nung chảy lửa khí oxyacetylene hoặc khí tương tự tại đầu của súng phun và được phun vào bề mặt chi tiết dưới dạng sương mù Một chạm vào bề mặt chi tiết, sương kim loại này nhanh chóng tạo thành một lớp màng mỏng Và nếu chi tiết được làm sạch hoàn toàn từ trước thì lớp 27 28 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ màng này sẽ liên kết tốt với bề mặt chi tiết Phương pháp này tạo lớp mạ dày đến ¾ inch Hình 2.22 minh họa mặt cắt ngang điển hình của phuơng pháp phun mạ Trong đó: Compressed air: khí nén Base material: kim loại nền Sprayed metal: kim loại phủ Melting wire: cuộn dây nóng chảy Hình 2.22 Sơ đồ phương pháp phun mạ kim loại Photphat Hóa – Parkerizing Photphat hóa là phương pháp tạo một lớp mạ photphat mỏng lên bề mặt thép Lớp mạ có vai trò lớp sơn lót cho nguyên công phủ men nguyên công sơn Hoặc chống mài mòn bề mặt chi tiết có tiếp xúc áp lực cao bánh Thép được ngâm vào dung dịch photphat dihydrogen mangan 880C 45 phút Ôxit Hóa Anốt – Anodizing Nhôm anốt hóa theo một quy trình tương tự mạ điện Phản ứng hóa học cực nhôm anốt và dung dịch điện phân của axits sulphuric, axits oxalic và axit chromic được kích hoạt dòng điện một chiều Kết là oxy hóa bề mặt kim loại nhôm Khác với phương pháp mạ, lớp phủ hoàn toàn tạo oxy hóa nên lớp oxy hóa này là một bộ phận toàn bộ và vĩnh viễn của chi tiết Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2.4 PHƯƠNG PHÁP NỐI GHÉP CÁC CHI TIẾT & VẬT LIỆU Bảng 2.5 liệt kê phương pháp nối ghép hai hoặc nhiều chi tiết lại với Mỗi phương pháp được mô tả ngắn gọn bài Hàn - Welding Hàn là phương pháp kết nối hai phần kim loại lại với cách nung chảy chúng trực tiếp Quá trình hàn có hoặc kèm theo bổ sung vật liệu có cùng đặc tính nhiệt độ nóng chảy Có loại phương pháp hàn hàn hồ quang điện, hàn điện trở, hàn nhiệt nhôm, hàn điện đường, hàn áp lực, và hàn khí Bảng 2.5 Các phương pháp nối ghép chi tiết/ vật liệu Phương pháp Hàn Hàn vảy Hàn đồng Nung kết Tán đinh Bắt vít Dán Ép Thiết bị / Đặc tính Mỏ hàn, máy hàn hồ quang, máy hàn điểm; dùng nhiệt độ cao để nung chảy hai phần kim loại Mỏ hàn điện; liên kết chi tiết kim loại sử dụng hợp kim hàn, hợp kim có nhiệt độ nóng chảy dưới 4500C Mỏ hàn khí; liên kết chi tiết kim loại sử dụng hợp kim hàn có nhiệt độ nóng chảy 4500C, dưới nhiệt độ nóng chảy của kim loại cần liên kết Khuôn và lò nung; bột kim loại bị nén thành hình dạng cần thiết kế và nung nóng Búa tán đinh Đinh vít hay bulong Keo dính; chịu được tải trọng lớn Hai chi tiết, một chi tiết có lỗ với đường kính tương tự với đường kính ngoài của chi tiết kia, được ép vào Hàn Vảy – Soldering Hàn vảy là kết nối hai chi tiết được chế tạo từ cùng một kim loại hay từ hai kim loại khác kim loại thứ ba, gọi là hợp kim hàn Hợp kim hàn được nung chảy tại nhiệt độ không vượt 4260C (8000F) được đắp vào hai chi tiết cần kết nối Khi hợp kim hàn nguội và cứng lại sẽ hàn gắn hai chi tiết lại với 29 30 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hàn Đồng – Brazing Hàn đồng là phương pháp nóng chảy một hợp kim kim loại màu hai chi tiết cần kết nối và đông đặc lại Hợp kim bị nung nóng chảy nhiệt độ 4260C (8000F) và dưới nhiệt độ nóng chảy của kim loại cần kết nối Sau nhờ hiện tượng mao dẫn mà kim loại nóng chảy này sẽ lan khắp bề mặt chi tiết Nung Kết – Sintering Nung kết là trình liên kết bột kim loại hay loại bột khác lại với cách nung nóng chúng một lò nung Tán Đinh – Riveting Trong phương pháp tán đinh, một đinh tán rỗng ruột hay đặc ruột được đặt vào một lỗ của chi tiết cần liên kết Đầu của đinh tán sau sẽ được đập bẹp súng bắn đinh tán hoặc búa Bắt Vít – Screw Fastening Đây là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để liên kết chi tiết cách đặt một bulong hoặc vít có ren vào hai chi tiết và xiết chặt lại Dán – Adhesive Bonding Dán là phương pháp liên kết chi tiết sử dụng chất keo dính phù hợp Có loại keo dính keo động vật, keo thực vật, casein, sodium, silicat, nhựa tự nhiên nhựa tổng hợp, phenol formaldehyde, nhựa melamin, nhựa polyester, nhự polyurethane, nhựa epoxy, và silicon Ép – Pressing Ép là phương pháp liên kết hai chi tiết đối tiếp lại với lực Chi tiết bên phải có kích thước lớn kích thước lỗ chi tiết mà lắp ghép vào Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2.5 PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI LÝ TÍNH CỦA VẬT LIỆU Tính chất vật lý của vật liệu được thay đổi nhiều phương pháp, một số là (1) Xử lý nhiệt, (2) Gia công nóng, (3) Gia công nguội, và (4) Phun bi tăng cứng Xử Lý Nhiệt – Heat Treatment Trong phương pháp xử lý nhiệt, kim loại bị nung nóng hay bị làm nguội trạng thái rắn để làm thay đổi tính chất vật lý Phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể, vật liệu được tăng cứng để chịu được hoạt động cắt, hoặc được làm mềm để tăng suất cắt gọt Xử lý nhiệt giúp khử ứng suất bên trong, giảm kích thước hạt, tăng độ cứng, hoặc làm tăng độ cứng mặt ngoài giữ bề mặt mềm, dễ uốn Gia Công Nóng – Hot Working Các thỏi thép đúc được tạo hình với hình dáng mong muốn cách gia công lúc chúng trạng thái nóng Nhiệt độ gia công được chọn cao nhiệt độ tái kết tinh của kim loại Gia Công Nguội – Cold Working Hầu hết hợp kim đen được gia công nguội sau gia công nóng để tăng sức bền, tăng khả gia công, tăng độ chính xác kích thước, và chất lượng bề mặt Gia công nguội được tiến hành tại nhiệt độ dưới nhiệt độ tái kết tinh của kim loại, kết của phương pháp là để tăng bền học để lại ứng suất dư chi tiết Phun Bi Tăng Cứng – Shot Peening Phun bi tăng cứng được sử dụng để cải thiện độ bền mỏi của chi tiết đối với ứng suất nén bề mặt Người ta phun hạt bi nhỏ với vận tốc cao vào bề mặt cần tăng cứng của chi tiết Những vết lõm nhỏ được tạo thành phun bi gây nên chảy dẻo của bề mặt chi tiết với chiều sâu một phần vài nghìn của một inch Sự kéo căng của thớ bên ngoài bị kháng lại thớ kim loại sâu bên trong, ứng suất này có khuynh hướng kéo lớp bề mặt trở về trạng thái nguyên thủy ban đầu Và 31 32 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ vậy lớp bên ngoài tồn tại một ứng suất nén lớp bên là ứng suất kéo Trong Hình 2.23 Compressed zone: vùng bị nén Hình 2.23 Sơ đồ phương pháp phun bi tăng cứng 2.6 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG PLASTIC Plastic được sử dụng nhiều sản phẩm Pastic vừa với gần loại khuôn đúc và có đặc tính độ bền, tuổi thọ, độ dẻo, và thẩm mỹ Trong sản xuất hàng loạt lớn, việc sử dụng plastic trở nên khả thi về mặt kinh tế Plastic tái chế, vậy hạn chế lãng phí trình sản xuất và giảm tác hại cho môi trường Đúc Khuôn Ép – Compression Molding Các hạt hay viên plastic được cho vào một khuôn đúc được nung nóng, nhiệt độ của khuôn sẽ làm mềm plastic Khi đóng khuôn lại và dùng ngoại lực tác động thì plastic bị làm mềm chảy và tạo hình sản phẩm theo hình dạng của khuôn Khuôn đúc sau được làm nguội trước lấy sản phẩm ra; nếu không sản phẩm bị biến dạng Phương pháp chủ yếu được dùng cho sản phẩm chế tạo từ nhựa ép nóng có chiều dày đồng và nhỏ 1/8 inch Quá trình gia công diễn chậm, cần đến ba phút cho một sản phẩm Trong Hình 2.24 Upper movable mold half: nửa khuôn di động Charge: nung nóng Lower fixed mold half: nửa khuôn cố định dưới Ejector pin: chốt đẩy Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2.24 Sơ đồ phương pháp đúc khuôn ép Đúc Khuôn Phun – Injection Molding Đúc khuôn phun rút ngắn thời gian gia công nhiều so với đúc khuôn ép và được sử dụng nhựa ép nóng chuyển đổi từ trạng thái rắn sang lỏng, sang rắn mà nhiều lần không thay đổi tính chất hóa học của Các hạt nhựa được cho vào một xylanh nhiệt và bị nung chảy Một bàn quay có gắn nhiều khuôn đúc sẽ quay tiếp xúc với súng phun và được khóa chặt vào súng Vật liệu nhựa nóng chảy sẽ được phun vào khuôn đúc qua ống phun Khi bàn quay quay, một khuôn mới sẽ tiếp xúc với súng phun và cho phép khuôn trước nguội dần Các khuôn thế vận hành liên tục và sản phẩm sẽ được lấy khỏi khuôn được làm nguội Đúc khuôn phun được sử dụng sản xuất loạt lớn Khuôn đúc phun có giá thành thấp có trình gia công nhanh so với đúc khuôn ép Kết là hạ giá thành sản phẩm Những chi tiết nhỏ có hình dáng phức tạp và chiều dày nhỏ được chế tạo theo phương pháp này Có thể cho vào khuôn đúc chi tiết kim loại vòng bi, đinh vít để tạo thành sản phẩm composite cùng một nguyên công Bàn chải đánh răng, tay lái có đèn nhấp nháy, lược, khuy áo, hộp đựng son môi và sản phẩm không đòi hỏi chịu lửa cần màu sắc và bề đẹp được chế tạo phương pháp đúc khuôn phun 33 34 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2.25 Sơ đồ phương pháp đúc khuôn phun Trong Hình 2.25 Pellets: hạt nhựa Hopper: máy sàng Screw motions: chuyển động trục vít Heater: nung nóng Barrel: thùng tròn Nozzle: vòi phun Split mold: đường nửa khuôn Đúc Khuôn Chuyển – Transfer Molding Trong phương pháp đúc khuôn chuyển, vật liệu bị nung nóng, bị nén vào một khoang rỗng và bị ép chảy qua khe, rãnh, vòi phun vào khuôn Khuôn đúc chuyển có giá thành cao và được sử dụng sản phẩm có yêu cầu dung sai phạm vi nhỏ Quá trình gia công tốn ít thời gian để chế tạo sản phẩm có mặt cắt ngang dày Việc cho thêm vào chi tiết đệm dễ dàng phương pháp khác Các chi tiết phức tạp có chiều dày mặt cắt ngang thay đổi nhiều được chế tạo một cách kinh tế theo phương pháp này Trong Hình 2.26 Plunger: pittong Transfer pot: nồi chuyển Charge: Cấp lượng Heater: Nung nóng Spure: rãnh dẫn Mold cavity: khuôn đúc Ejector pin: Chốt đẩy Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2.26 Sơ đồ phương pháp đúc khuôn chuyển Đúc Khuôn Quay – Rotary Molding Những khuôn đúc có thành mỏng được quay tròn đồng thời hai trục vuông góc Sau được điền đầy một khối lượng plastic phù hợp, khuôn đúc được nung nóng quay Nhiệt độ sẽ làm cho hạt nhựa chảy tại mặt của khuôn đúc, kết là tạo nhiều lớp plastic đông đặc lại Khuôn đúc sau được làm nguội quay tròn Sản phẩm được lấy khỏi khuôn và trình sản xuất lại tiếp tục Phương pháp này được sử dụng để chế tạo chi tiết dạng rỗng từ nhựa dẻo nóng Sản phẩm của phương pháp đúc khuôn quay gồm có bánh đà, bánh răng, quạt, tấm, bảng, và nhiều chi tiết có mặt cắt ngang đồng Trong Hình 2.27 Powder: bột kim loại Mold: khuôn Heat: nhiệt Two-axis rotation: trục quay hai chiều Product demolding: lấy sản phẩm đúc khỏi khuôn 35 36 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2.27 Sơ đồ phương pháp đúc khuôn quay Đúc Thổi – Blow Molding Đúc thổi được tiến hành theo nhiều bước Đầu tiên, một ống đúc thổi được đặt vào một ống phun khí Chúng được đặt vào không gian hở hai nửa khuôn đúc Khuôn đúc sau đóng lại và làm thắt hai đầu của ống đúc thổi Không khí được bơm vào để ống đúc thổi nở rộng ép vào thành khuôn Thành khuôn thường trạng thái nguội để plastic đặc lại Cuối cùng khuôn đúc được mở và chi tiết hoàn chỉnh được lấy ngoài Nhược điểm của phương pháp này là chiều dày thành sản phẩm đồng hoàn toàn Lý tại phần khác của một sản phẩm sẽ có đặc tính co dãn khác Bề mặt thổi độ láng cao vì áp suất bên khuôn lớn 100 psi Quá trình sản xuất đúc thổi được tự động hóa hoàn toàn và được sử dụng để chế tạo bình chứa rỗng ruột thành mỏng Quá trình sản xuất diễn nhanh và kinh tế Khuôn đúc thổi không cần có rãnh và đậu rót nên có giá thành một nửa so với khuôn phun Một số ví dụ về sản phẩm được chế tạo phương pháp đúc thổi Đồ chơi có thành mỏng, vật chứa, vỏ bọc, bao bì, và vật dụng gia đình có hình dạng phức tạp Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Trong Hình 2.28 Extruder die: khuôn đúc thổi Mold half: nửa khuôn Air blow pin: chốt thổi không khí Hình 2.28 Sơ đồ phương pháp đúc khuôn thổi Kéo - Extrusion Nhiều chi tiết có hình dạng dài được chế tạo cách kéo qua khuôn Lực kéo được thực hiện một ống bơm, hoặc phổ biến là trục vít Với sản xuất lớn, trình này nhanh và tiết kiệm phương pháp truyền thống Sợi nhân tạo, ống tuýp, ống dẫn, dụng cụ cầm tay, thùng chứa là một số sản phẩm tiêu biểu của phương pháp kéo Ép Nóng – Thermoforming Ép nóng bao gồm việc nung nóng plastic cho đến chúng mềm và ép chúng vào khuôn đúc cách sử dụng áp suất không khí, chân không, hay phương tiện khí Thuyền loại nhỏ, chi tiết xe oto, vè xe, ống dẫn và nhiều chi tiết thành mỏng, hình dạng phức tạp khác được chế tạo phương pháp ép nóng 37 38 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2.7 ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP Chúng ta thấy có nhiều phương pháp được sử dụng sản xuất Câu hỏi đặt là: Lựa chọn phương pháp nào là thích hợp nhất? Trong hầu hết trường hợp việc lựa chọn phương pháp bị chi phối thiết kế của chi tiết, hình dạng chi tiết, dung sai vật liệu, số lượng chi tiết cần sản xuất Tuy nhiên, nếu tồn tại phương án khác đưa tới cùng một kết là sản phẩm có chất lượng tương đương thì chúng ta phải tiến hành đánh giá tính kinh tế để lựa chọn phương án tối ưu Thí dụ: Một nhà chế tạo máy công cụ yêu cầu dung sai ± 2mm cho chi tiết cam họ sản xuất Nhà chế tạo sử dụng một hai phương án sản xuất sau: Cắt chi tiết máy phay và mài chi tiết máy mài cho đến đạt dung sai yêu cầu Sử dụng máy cắt dây EDM để chế tạo cam với dung sai Sản lượng dự kiến là 1000 chi tiết với nhiều kích cỡ khác một tháng Bảng 3.6 cung cấp liệu ước lượng cần thiết để tính toán Lãi suất là 12% một năm Sử dụng số liệu bảng 3.6, tính toán lựa chọn phương án cách tính số chi phí hàng tháng hai trường hợp Chi phí mua sắm thiết bị Thời gian cài đặt và vận hành cho chi tiết Phần trăm % sản phẩm hỏng Chi phí cho sản phẩm hỏng Chi phí vận hành thiết bị, bao gồm chi phí bảo trì bảo dưỡng và chi phí thay thế mới dụng cụ cắt, tính theo Tuổi thọ thiết bị, tính theo năm Chi phí cho người vận hành máy, tính theo Máy phay $20,000 10 phút Máy mài $15,000 phút Máy cắt dây $90,000 phút $15.00 $1.50 1/2 $18.00 $2.00 1/2 $20.00 $5.00 10 $15.00 10 $15.00 10 $20.00 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Sự thu hồi vốn tháng cho máy được tính toán sau (i = 1%, n = 120, A/P = 0.0143): Máy phay: 20,000 x 0.0143 = $286.00 Máy mài : 15,000 x 0.0143 = $214.00 Máy EDM: 90,000 x 0.0143 = $1287.00 Số lượng chi tiết đầu tiên cần phải có để đáp ứng với phần trăm sản phẩm hỏng ứng với máy: 1000 Máy mài: 0.995 1005 Máy phay: 0.97 1000 Máy EDM: 0.995 = 1005.0 = 1036.1 ≈ 1037 = 1005.0 Như vậy, số lượng chi tiết sẽ bị loại máy là: Máy mài: 1005 – 1000 = Máy phay: 1037 – 1005 = 32 Máy EDM: 1005 – 1000 = Giả thiết hiệu suất làm việc là 80%, thời gian gia công trung bình một tháng của phương pháp là: Máy phay: Máy mài: 1037 𝑥 10 60 𝑥 0.8 1005 𝑥 60 𝑥 0.8 Máy EDM: = 167.50 1005 𝑥 60 𝑥 0.8 = 216.04 = 188.43 Bây chúng ta tính toán chi phí sản xuất của máy, bao gồm chi phí thu hồi vốn, chi phí sản phẩm hỏng, chi phí nhân công, chi phí vận hành, và chi phí phụ (chi phí phụ giả thiết là 150% của chi phí nhân công trực tiếp) Như vậy chi phí cho nguyên công phay là: 39 40 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Chi phí thu hồi vốn: $286 Chi phí sản phẩm hỏng: 32 x $15 = $480 Chi phí nhân công: 216.04 x $15 = $3240.60 Chi phí máy móc: 216.04 x $1.50 = $324.06 Chi phí phụ: 216.04 x $15 x 1.5 = $4860.94 Tổng cộng: $9191.60 Tương tự, chi phí cho nguyên công mài là: 214.5 + 5x18 + 167.5x(15 + 2.0 + 1.5x15) = $6920.75 Và chi phí cho EDM: 1287.0 + 5x20 + 188.43x(20 + 5.0 + 1.5x20) = $11,750.65 Như vậy, chi phí cho phương án I là : 9191.60 + 6920.75 = $16,112.35 Và chi phí cho phương án II là $11, 750.65 Rõ ràng phương án II, sử dụng máy cắt dây EDM, được lựa chọn Tìm hiểu thêm thì thấy một máy phay CNC cần một người vận hành cho hai nguyên công phay và mài kể Tuy nhiên chu kỳ sản xuất sản phẩm là 11 phút, và chi phí phụ là 175% của chi phí nhân công trực tiếp Chi phí cho người vận hành là $15 Dữ liệu cho phương án máy phay CNC sau:  Chi phí mua sắm thiết bị: $35,000  Phần trăm sản phẩm hỏng: ½  Chi phí vận hành, bao gồm chi phí bảo trì, dụng cụ … giờ: $2.0  Tuổi thọ thiết bị, năm 10 Lập lại toàn bộ trình tính toán trên, chi phí thu hồi vốn tháng là 35,000 x 0.0143 = $500.5 Số lượng sản phẩm không đạt yêu cầu được sản xuất là: (1005/0.995) – 1005 = 1010 – 1005 = Giả thiết hiệu suất làm việc là 80%, thời gian gia công trung bình tháng của máy phay CNC là: (1010 x 11)/ (60 x 0.8) = 231.46 Thời gian gia công máy mài là (1005 x 11)/(60 x 0.8) = 230.31 Bởi vì Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ hai nguyên công này được tiến hành đồng thời nên chu kỳ sản xuất sản phẩm là thời gian dài hai nguyên công, tức là 231.46 Như vậy chi phí tháng cho phương án I là: 500.5 + 214.5 + 5x15 + 5x18 + 231.46 (15 + + + 1.75x15) = $11,353.56 Chi phí này nhỏ so với phương án sử dụng máy cắt dây EDM; vậy phương án tối ưu là sử dụng máy phay CNC kết hợp với máy mài Tuy nhiên, chênh lệch chi phí hai phương án là không lớn nên chúng ta phải cẩn thận việc thu thập liệu và phân tích liệu TỔNG KẾT Chương này giới thiệu ngắn gọn phương pháp gia công chế tạo sản phẩm đạt được nhiều mức độ khác về dung sai, độ bóng bề mặt và độ bền Hầu hết nhà máy sản xuất sử dụng trang thiết bị thông dụng máy tiện, máy phay, và máy khoan Trong một số khác tận dụng công nghệ hiện đại máy phát chùm tia laser, máy gia công điện hóa, và máy siêu âm Nhu cầu sử dụng phương pháp kết nối chi tiết, thay đổi tính chất vật lý của vật liệu gia công plastic gia tăng Mặc dầu chương này giới thiệu tóm tắt phương pháp, đóng vai trò quan trọng việc giới thiệu chương tiếp sau 41 [...]... mài Phương pháp này chủ yếu để gia công cacbua, thép dụng cụ, đá quý, và pha lê tổng hợp Các ưu điểm của phương pháp này là không cần công 19 20 Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ nhân tay nghề cao, chi phí dụng cụ thấp, và không xuất hiện ứng suất nhiệt trong sản phẩm Hình 2. 17 Sơ đồ phương pháp siêu âm Bảng 3.3 Máy móc sử dụng trong các phương pháp gia công không truyền thống. .. tiết và tạo ra sản phẩm Lượng kim loại bị cắt gọt đi ở dưới dạng phoi Dụng cụ cắt hoặc phôi chuyển động tịnh tiến với nhau hoặc quay tròn Tất cả hoạt động gia công này có thể chia thành hai phương pháp: Phương Pháp Truyền Thống và Phương Pháp Không Truyền Thống CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TRUYỀN THỐNG Bảng 2. 2 liệt kê 12 phương pháp gia công truyền thống Nó cũng bao gồm các loại máy... nhỏ Phương pháp này có thể được sử dụng để thay thế các nguyên công gia công thô như tiện và bào Ưu điểm của gia công bằng hồ quang plasma là có thể cắt tất cả kim loại với mọi độ cứng Nhược điểm là tạo ra một bề mặt xù xì và có thể gây hư hại bề mặt gia công do sự oxy hóa và quá nhiệt Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2. 3 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẠT ĐỘ BÓNG BỀ MẶT Các phương. .. phôi 23 24 Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2. 20 Sơ đồ phương pháp gia công bằng hóa chất ăn mòn Gia Công Bằng Chùm Tia Electron – Electron Beam Machining Trong phương pháp này, năng lượng nhiệt được sản sinh bằng cách bắn các tia electron tốc độ cao vào phôi Khi năng lượng của electron tập trung vào một điểm trên phôi, năng lượng nhiệt sẽ làm bốc hơi kim loại một cách... thì lớp 27 28 Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ màng này sẽ liên kết tốt với bề mặt chi tiết Phương pháp này có thể tạo ra lớp mạ dày đến ¾ inch Hình 2. 22 minh họa mặt cắt ngang điển hình của phuơng pháp phun mạ Trong đó: Compressed air: khí nén Base material: kim loại nền Sprayed metal: kim loại phủ Melting wire: cuộn dây nóng chảy Hình 2. 22 Sơ đồ phương pháp phun... với phương pháp mạ, lớp phủ hoàn toàn tạo ra bởi sự oxy hóa nên lớp oxy hóa này là một bộ phận toàn bộ và vĩnh viễn của chi tiết Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2. 4 PHƯƠNG PHÁP NỐI GHÉP CÁC CHI TIẾT & VẬT LIỆU Bảng 2. 5 liệt kê các phương pháp nối ghép hai hoặc nhiều chi tiết lại với nhau Mỗi phương pháp được mô tả ngắn gọn trong bài Hàn - Welding Hàn là phương pháp. .. chuyển động như nhau Phương pháp này có tính kinh tế cao khi người ta cần làm sạch một số lượng lớn các chi tiết có kích thước nhỏ 25 26 Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Trong Hình 2. 21 Foam cushion: bọt đệm Gravity slide: trượt theo trọng lực Stationary mass no work: khối lượng tĩnh không hoạt động Rotation: chiều quay Hình 2. 21 Sơ đồ phương pháp gia công bằng thùng trống... liệu cơ bản; Injection moulding: đúc khuôn phun; Sintering: nung kết Tạo Hình Dẻo - Plastic Có sự khác biệt rất lớn giữa những hợp chất plastic khác nhau, và dẫn tới có nhiều phương pháp gia công Chẳng hạn như đúc khuôn ép, đúc ép chuyển, đúc khuôn phun, đúc khuôn quay, và đúc thổi Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ 2. 2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CHI TIẾT ĐẾN KÍCH THƯỚC CỐ ĐỊNH Máy công. .. như không có giới hạn, từ gia công tinh mặt phẳng đến gia công bánh răng đến gia công rãnh then Trong Hình 2. 16 Tool: dụng cụ cắt Tool rotation: chiều cắt Workpiece: phôi Width of cut: chiều rộng cắt Depth of cut: chiều sâu cắt Chips: phoi Feed: độ ăn dao Hình 2. 16 Sơ đồ phương pháp phay Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Mài - Grinding Mài là phương pháp sử dụng đá mài quay... dùng cho các sản phẩm chế tạo từ nhựa ép nóng có chiều dày đồng nhất và nhỏ hơn 1/8 inch Quá trình gia công diễn ra chậm, có thể cần đến ba phút cho một sản phẩm Trong Hình 2. 24 Upper movable mold half: nửa khuôn di động trên Charge: nung nóng Lower fixed mold half: nửa khuôn cố định dưới Ejector pin: chốt đẩy Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ Hình 2. 24 Sơ đồ phương pháp đúc

Ngày đăng: 01/08/2016, 12:31

Xem thêm