ĐHBK Công nghệ chế tạo máy 1, Lưu Đức Bình, 197 trang

Đại học Đà nẵng trờng đại học bách khoa Công nghệ chế tạo máy I Đà NÃng 12-2005 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình Chơng khái niệm 1.1- Mở đầu Ngành Chế tạo máy đóng vai trò quan trọng việc sản xuất thiết bị, công cụ cho ngành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cần thiết để ngành phát triển mạnh Vì vËy, viƯc ph¸t triĨn KH - KT lÜnh vùc Công nghệ chế tạo máy có ý nghĩa hàng đầu nhằm thiết kế, hoàn thiện vận dụng phơng pháp chế tạo, tổ chức điều khiển trình sản xuất đạt hiệu kinh tế cao Công nghệ chế tạo máy lĩnh vực khoa học kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế tổ chức thực trình chế tạo sản phẩm khí đạt tiêu kinh tế kỹ thuật định điều kiện quy mô sản xuất cụ thể Một mặt Công nghệ chế tạo máy lý thuyết phục vụ cho công việc chuẩn bị sản xuất tổ chức sản xuất có hiệu Mặt khác, môn học nghiên cứu trình hình thành bề mặt chi tiết lắp ráp chúng thành sản phẩm Công nghệ chế tạo máy môn học liên hệ chặt chẽ lý thuyết thực tiễn sản xuất Nó đợc tổng kết từ thực tế sản xuất trải qua nhiều lần kiểm nghiệm để không ngừng nâng cao trình độ kỹ thuật, đợc đem ứng dụng vào sản xuất để giải vấn đề thực tế phức tạp hơn, khó khăn Vì thế, phơng pháp nghiên cứu Công nghệ chế tạo máy phải liên hệ chặt chẽ với điều kiện sản xuất thực tế Ngày nay, khuynh hớng tất yếu Chế tạo máy tự động hóa điều khiển trình thông qua việc điện tử hóa sử dụng máy tính từ khâu chuẩn bị sản xuất tới sản phẩm xởng Đối tợng nghiên cứu Công nghệ chế tạo máy chi tiết gia công nhìn theo khía cạnh hình thành bề mặt chúng quan hệ lắp ghép chúng lại thành sản phẩm hoàn chỉnh Để làm công nghệ đợc tốt cần có hiểu biết sâu rộng môn khoa học sở nh: Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Máy công cụ, Nguyên lý cắt, Dụng cụ cắt v.v Các môn học Tính toán thiết kế đồ gá, Thiết kế nhà máy khí, Tự động hóa trình công nghệ hỗ trợ tốt cho môn học Công nghệ chế tạo máy vấn đề có quan hệ khăng khít với môn học Môn học Công nghệ chế tạo máy giúp cho ngời học nắm vững phơng pháp gia công chi tiết có hình dáng, độ xác, vật liệu khác công nghệ lắp ráp chúng thành sản phẩm, mà giúp cho ngời học khả phân tích so sánh u, khuyết điểm phơng pháp để chọn phơng pháp gia công thích hợp nhất, biết chọn trình công nghệ hoàn thiện nhất, vận dụng đợc kỹ thuật biện pháp tổ chức sản xuất tối u để nâng cao suất lao động Mục đích cuối Công nghệ chế tạo máy nhằm đạt đợc: chất lợng sản phẩm, suất lao động hiệu kinh tế cao Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình 1.2- trình sản xuất trình công nghệ 1.2.1- Quá trình sản xuất Nói cách tổng quát, trình sản xuất trình ngời tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích ngời Định nghĩa rộng, bao gồm nhiều giai đoạn Ví dụ, để có sản phẩm khí phải qua giai đoạn: Khai thác quặng, luyện kim, gia công khí, gia công nhiệt, lắp ráp v.v Nếu nói hẹp nhà máy khí, trình sản xuất trình tổng hợp hoạt động có ích để biến nguyên liệu bán thành phẩm thành sản phẩm có giá trị sử dụng định, bao gồm trình nh: Chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, kiểm tra, lắp ráp trình phụ nh: vận chuyển, chế tạo dụng cụ, sửa chữa máy, bảo quản kho, chạy thử, điều chỉnh, sơn lót, bao bì, đóng gói v.v Tất trình đợc tổ chức thực cách đồng nhịp nhàng trình sản xuất đợc liên tục Sự ảnh hởng trình nêu đến suất, chất lợng trình sản xuất có mức độ khác ảnh hởng nhiều đến chất lợng, suất trình sản xuất trình có tác động làm thay đổi trạng thái, tính chất đối tợng sản xuất, trình công nghệ 1.2.2- Quá trình công nghệ Quá trình công nghệ phần trình sản xuất, trực tiếp làm thay đổi trạng thái tính chất đối tợng sản xuất Đối với sản xuất khí, thay đổi trạng thái tính chất bao gồm: - Thay đổi trạng thái hình học (kích thớc, hình dáng, vị trí tơng quan phận chi tiết ) - Thay ®ỉi tÝnh chÊt (tÝnh chÊt c¬ lý nh− ®é cøng, độ bền, ứng suất d ) * Quá trình công nghệ bao gồm: - Quá trình công nghệ tạo phôi: hình thành kích thớc phôi từ vật liệu phơng pháp nh đúc, hàn, gia công áp lực - Quá trình công nghệ gia công cơ: làm thay đổi trạng thái hình học lý tính lớp bề mặt - Quá trình công nghệ nhiệt luyện: làm thay đổi tính chất lý vật liệu chi tiết cụ thể tăng độ cứng, độ bền - Quá trình công nghệ lắp ráp: tạo vị trí tơng quan xác định chi tiết thông qua mối lắp ghép chúng để tạo thành sản phẩm hoàn thiện Quá trình công nghệ cho đối tợng sản xuất (chi tiết) phải đợc xác định phù hợp với yêu cầu chất lợng suất đối tợng Xác định trình công nghệ hợp lý ghi thành văn kiện công nghệ văn kiện công nghệ gọi quy trình công nghệ Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình 1.3- thành phần quy trình công nghệ 1.3.1- Nguyên công Nguyên công phần trình công nghệ, đợc hoàn thành cách liên tục chỗ làm việc hay nhóm công nhân thực đây, nguyên công đợc đặc trng điều kiện bản, hoàn thành tính liên tục đối tợng sản xuất vị trí làm việc Trong trình thực quy trình công nghệ thay đổi điều kiện ta đà chuyển sang nguyên công khác Ví dụ: Tiện trục có hình nh sau: Nếu ta tiện đầu A A B trở đầu để tiện đầu B (hoặc ngợc lại) thuộc nguyên công đảm bảo tính chất liên tục vị trí làm việc Nhng tiện đầu A cho loạt xong trở lại tiện đầu B cho loạt thành hai nguyên công đà không đảm bảo đợc tính liên tục, có gián đoạn tiện bề mặt khác chi tiết Hoặc tiện đầu A máy này, đầu B tiện máy khác rõ ràng đà hai nguyên công vị trí làm việc đà thay đổi Nguyên công đơn vị trình công nghệ Việc chọn số lợng nguyên công ảnh hởng lớn đến chất lợng giá thành sản phẩm, việc phân chia trình công nghệ thành nguyên công có ý nghÜa kü thuËt vµ kinh tÕ * ý nghÜa kỹ thuật: Mỗi phơng pháp cắt gọt có khả công nghệ định (khả tạo hình bề mặt nh chất lợng đạt đợc) Vì vậy, xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật dạng bề mặt cần tạo hình mà ta phải chọn phơng pháp gia công tơng ứng hay nói cách khác chọn nguyên công phù hợp Ví dụ: Ta thực đợc việc tiện cổ trục phay rÃnh then chỗ làm việc Tiện cổ trục đợc thực máy tiện, phay rÃnh then thực máy phay * ý nghĩa kinh tế: Khi thực công việc, tùy thuộc mức độ phức tạp hình dạng bề mặt, tùy thuộc số lợng chi tiết cần gia công, độ xác, chất lợng bề mặt yêu cầu mà ta phân tán tập trung nguyên công nhằm mục đích đảm bảo cân cho nhịp sản xuất, đạt hiệu qủa kinh tế Ví dụ: Trên máy, không nên gia công thô tinh mà nên chia gia công thô tinh hai máy Vì gia công thô cần máy có công suất lớn, suất cao, không cần xác cao để đạt hiệu kinh tế (lấy phần lớn lợng d); gia công tinh cần máy có độ xác cao để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi tiết Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình 1.3.2- Gá Trớc gia công, ta phải xác định vị trí tơng quan chi tiết so với máy, dụng cụ cắt tác dụng lên chi tiết lực để chống lại xê dịch lực cắt yếu tố khác gây gia công nhằm đảm bảo xác vị trí tơng quan Quá trình ta gọi trình gá đặt chi tiết Gá phần nguyên công, đợc hoàn thành lần gá đặt chi tiết Trong nguyên công có nhiều lần gá Ví dụ: Để tiện mặt trụ bậc A, B, C ta thực lần gá: C A B - Lần gá 1: Gá lên mũi chống tâm truyền mômen quay tốc để gia công bề mặt C B - Lần gá 2: Đổi đầu để gia công bề mặt B (vì mặt cha đợc gia công lần gá trớc phải lắp với tốc) 1.3.3- Vị trí Vị trí phần nguyên công, đợc xác định vị trí tơng quan chi tiết với máy chi tiết với dụng cụ cắt Một lần gá có nhiều vị trí Ví dụ: Khi phay bánh dao phay định hình, lần phay răng, khoan lỗ chi tiết có nhiều lỗ đợc gọi vị trí (một lần gá có nhiều vị trí) Còn phay bánh dao phay lăn răng, lần phay vị trí (nhng tất đợc gia công nên lần gá có vị trí) 1.3.4- Bớc Bớc phần nguyên công thực gia công bề mặt (hoặc tập hợp bề mặt) sử dụng dụng cụ cắt (hoặc dụng cụ) với chế độ công nghệ (v, s, t) không đổi Một nguyên công có nhiều bớc Ví dụ: Cũng gia công hai đoạn trục nhng gia công đồng thời hai dao bớc; gia công dao đoạn trục hai bớc * Khi cã sù trïng b−íc (nh− tiƯn b»ng dao cho bỊ mỈt cïng mét lóc), thêi gian gia công cần tính cho bề mặt gia công có chiều dài lớn nhát Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình 1.3.5- Đờng chuyển dao Đờng chuyển dao phần bớc để hớt lớp vật liệu có chế độ cắt dao Mỗi bớc có nhiều đờng chuyển dao Ví dụ: Để tiện mặt trụ dùng chế độ cắt, dao để hớt làm nhiều lần; lần đờng chuyển dao 1.3.6- Động tác Động tác hành động công nhân để điều khiển máy thực việc gia công lắp ráp VÝ dơ: BÊm nót, quay dao, ®Èy ®éng Động tác đơn vị nhỏ trình công nghệ Việc phân chia thành động tác cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu suất lao động tự động hóa nguyên công 1.4- dạng sản xuất hình thức tổ chức sản xuất Dạng sản xuất khái niệm cho ta hình dung quy mô sản xuất sản phẩm Nó giúp cho việc định hớng hợp lý cách tổ chức kỹ thuật - công nghệ nh tổ chức toàn trình sản xuất Các yếu tố đặc trng dạng sản xuất: - Sản lợng - Tính ổn định sản phẩm - Tính lặp lại trình sản xuất - Mức độ chuyên môn hóa sản xuất Tùy theo yếu tố mà ngời ta chia dạng sản xuất: - Đơn - Hàng loạt - Hàng khối 1.4.1- Dạng sản xuất đơn Dạng sản xuất đơn có đặc điểm là: - Sản lợng hàng năm ít, thờng từ đến vài chục - Sản phẩm không ổn định chủng loại nhiều - Chu kỳ chế tạo không đợc xác định Đối với dạng sản xuất ta phải tổ chức kỹ thuật công nghệ nh sau: - Sử dụng trang thiết bị, dụng cụ công nghệ vạn để đáp ứng tính đa dạng sản phẩm - Yêu cầu trình độ thợ cao, thực đợc nhiều công việc khác - Tài liệu hớng dẫn công nghệ nét bản, thờng dới dạng phiếu tiến trình công nghệ Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình 1.4.2- Dạng sản xuất hàng loạt Dạng sản xuất hàng loạt có đặc điểm là: - Sản lợng hàng năm không - Sản phẩm tơng đối ổn định - Chu kỳ chế tạo đợc xác định Tùy theo sản lợng mức độ ổn định sản phẩm mà ta chia dạng sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, loạt lớn Sản xuất loạt nhỏ gần giống với sản xuất đơn chiếc, sản xuất loạt lớn gần giống sản xuất hàng khối 1.4.3- Dạng sản xuất hàng khối Dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là: - Sản lợng hàng năm lớn - Sản phẩm ổn định - Trình độ chuyên môn hóa sản xuất cao Đối với dạng sản xuất ta phải tổ chức kỹ thuật công nghệ nh sau: - Trang thiết bị, dụng cụ công nghệ thờng chuyên dùng - Quá trình công nghệ đợc thiết kế tính toán xác, ghi thành tài liệu công nghệ có nội dung cụ thể tỉ mỉ - Trình độ thợ đứng máy không cần cao nhng đòi hỏi phải có thợ điều chỉnh máy giỏi - Tổ chức sản xuất theo dây chuyền Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng phơng pháp công nghệ tiên tiến, có điều kiện khí hóa tự động hóa sản xuất, tạo điều kiện tổ chức đờng dây gia công chuyên môn hóa Các máy dạng sản xuất thờng đợc bố trí theo theo thứ tự nguyên công trình công nghệ Chú ý việc phân chia thành ba dạng sản xuất nh mang tính tơng đối Trong thực tế, ngời ta chia dạng sản xuất nh sau: - Sản xuất đơn loạt nhỏ - Sản xuất hàng loạt - Sản xuất loạt lớn hàng khối Ngoài ra, cần phải nắm vững hình thức tổ chức sản xuất để sử dụng thích hợp cho dạng sản xuất khác Trong trình chế tạo sản phẩm khí thờng đợc thực theo hai hình thức tổ chức sản xuất là: sản xuất theo dây chuyền không theo dây chuyền 1-4-4 Hình thức tổ chức sản xuất Hình thức sản xuất theo dây chuyền thờng đợc áp dụng quy mô sản xuất hàng loạt lớn hàng khối Đặc điểm: - Máy đợc bố trí theo thứ tự nguyên công trình công nghệ, nghĩa Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình nguyên công đợc hoàn thành vị trí định - Số lợng chỗ làm việc suất lao động chỗ làm việc phải đợc xác định hợp lý để đảm bảo tính đồng thời gian nguyên công sở nhịp sản xuất dây chuyền Nhịp sản xuất khoảng thời gian lặp lại chu kỳ gia công lắp ráp, nghĩa khoảng thời gian nguyên công trình công nghệ đợc thực đồng sau khoảng thời gian đối tợng sản xuất đợc hoàn thiện đợc chuyển khỏi dây chuyền sản xuất Hình thức sản xuất không theo dây chuyền thờng đợc áp dụng quy mô sản xuất loạt nhỏ Đặc điểm: - Các nguyên công qúa trình công nghệ đợc thực ràng buộc lẫn thời gian địa điểm Máy đợc bố trí theo kiểu, loại không phụ thuộc vào thứ tự nguyên công - Năng suất hiệu kinh tế thấp hình thức sản xuất theo dây chuyền Ngày nay, nhờ ứng dụng thành tựu điện tử, tin học, xử lý điện toán kỹ thuật điều khiển tự động, công nghệ trình sản xuất đợc thực máy đợc điều khiển tự động nhờ máy tính điện tử, có khả lập trình đa dạng để thích nghi với sản phẩm Dạng sản xuất nh đợc gọi sản xuất linh hoạt dạng sản xuất đặc tr−ng vµ ngµy cµng phỉ biÕn x· héi Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình Chơng Chất lợng bề mặt chi tiết máy Chất lợng sản phẩm ngành chế tạo máy bao gồm chất lợng chế tạo chi tiết máy chất lợng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh Để đánh giá chất lợng chế tạo chi tiết máy, ngời ta dùng thông số sau: - Độ xác kích thớc bề mặt - Độ xác hình dạng bề mặt - Độ xác vị trí tơng quan bề mặt - Chất lợng bề mặt Chơng nghiên cứu yếu tố đặc trng chất lợng bề mặt, ảnh hởng chất lợng bề mặt tới khả làm việc chi tiết máy, yếu tố ảnh hởng đến chất lợng bề mặt phơng pháp đảm bảo chất lợng bề mặt trình chế tạo chi tiết máy 2.1- yếu tố đặc trng cho chất lợng bề mặt Khả làm việc chi tiết máy phụ thuộc nhiều vào chất lợng lớp bề mặt Chất lợng bề mặt tiêu tập hợp nhiều tính chất quan trọng lớp bề mặt: - Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ) - Trạng thái tính chất lý lớp bề mặt (độ cøng, chiỊu s©u biÕn cøng, øng st d− ) - Phản ứng lớp bề mặt môi trờng làm việc (tính chống mòn, khả chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi ) 2.1.1- Tính chất hình học bề mặt gia công Tính chất hình học bề mặt gia công đợc đánh giá độ nhám bề mặt độ sóng bề mặt a) Độ nhám bề mặt (hình học tế vi, độ bóng) Trong trình cắt, lỡi cắt dụng cụ cắt hình thành phoi kim loại tạo vết xớc cực nhỏ bề mặt gia công Nh vậy, bề mặt có độ nhám Độ nhám bề mặt gia công đợc đo chiều cao nhấp nhô Rz sai lệch profin trung bình cộng Ra lớp bề mặt Chiều cao nhấp nhô Rz : trị số trung bình tổng giá trị tuyệt ®èi cđa chiỊu cao ®Ønh cao nhÊt vµ chiỊu sâu đáy thấp profin tính phạm vi chiều dài chuẩn đo l Trị số Rz đợc xác định nh sau: Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Rz = y Lu đức bình (h1 + h + h ) + (h + h + h 10 ) l Rmax Đờng đỉnh y1 h1 h2 h5 h3 h4 h10 h9 h6 yn Đờng đáy Chiều dài chuẩn l chiều dài phần bề mặt đợc chọn để đo độ nhám bề mặt, không tính đến dạng mấp mô khác có bớc lớn l (sóng bề mặt chẳng hạn) Hình 2.1- Độ nhám bề mặt chi tiết Sai lệch profin trung bình cộng Ra: trung bình số học giá trị tuyệt đối khoảng cách từ điểm profin đến đờng trung bình, đo theo phơng pháp tuyến với đờng trung bình Ra = n 11 ≈ y dx ∑ yi x n i =1 l Độ nhám bề mặt có ảnh hởng lớn đến chất lợng làm việc chi tiết máy Ví dụ: Đối với chi tiết mối ghép động (ổ trợt, sống dẫn, trợt ), bề mặt làm việc trợt tơng nên nhám lớn khó đảm bảo hình thành màng dầu bôi trơn bề mặt trợt Dới tác dụng tải trọng, đỉnh nhám tiếp xúc với gây tợng ma sát nửa ớt, chí ma sát khô, giảm thấp hiệu suất làm vịêc, tăng nhiệt độ làm việc mối ghép Mặt khác, đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng suất lớn vợt ứng suất cho phép phát sinh biến dạng dẽo phá hỏng bề mặt tiếp xúc, làm bề mặt bị mòn nhanh, thời kỳ mòn ban đầu Thời kỳ mòn ban đầu ngắn thời gian phục vụ chi tiết giảm Đối với mối ghép có độ dôi lớn, ép hai chi tiết vào để tạo mối ghép nhấp nhô bị san phẳng, nhám lớn lợng san phẳng lớn, độ dôi mối ghép giảm nhiều, làm giảm độ bền mối ghép Nhám nhỏ bề mặt nhẵn, khả chống lại ăn mòn tốt: bề mặt nhẵn bóng lâu bị gỉ Độ nhám bề mặt sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt phạm vi chiều dài chuẩn ngắn l Theo tiêu chuẩn Nhà nớc độ nhẵn bề mặt đợc chia làm 14 cấp ứng với giá trị Ra, Rz (cấp 14 cấp nhẵn nhất, cấp cấp nhám nhất) Trong thực tế sản xuất, ngời ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo mức độ: thô (cấp ữ 4), bán tinh (cÊp ÷ 7), tinh (cÊp ÷ 11), siêu tinh (cấp 12 ữ 14) Trong thực tế, thờng đánh giá nhám bề mặt hai tiêu Việc chọn tiêu tùy thuộc vào chất lợng yêu cầu đặc tính kết cấu bề mặt Chỉ tiêu Ra đợc sử dụng phổ biến cho phép ta đánh giá xác thuận lợi bề mặt có yêu cầu nhám trung bình Với bề mặt Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa ... kiện công nghệ văn kiện công nghệ gọi quy trình công nghệ Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình 1. 3- thành phần quy trình công nghệ 1. 3 . 1- Nguyên... không sinh phế phẩm Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa 40 Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình Chơng Chuẩn chế tạo máy 4 . 1- định nghĩa phân loại 4 .1. 1- Định nghĩa Mỗi chi tiết đợc gia... Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy Lu đức bình Chơng Chất lợng bề mặt chi tiết máy Chất lợng sản phẩm ngành chế tạo máy bao gồm chất lợng chế tạo chi tiết máy chất