Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công điện hoá

Nhận rõ ñược vấn ñề này Nhà nước ñã ñầu tư rất nhiều tiền của và công sức ñể từng bước nâng cấp hiện ñại hóa cầu ñường, phương tiện vận chuyển, ñưa nhiều loại thiết bị máy móc vào nông n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-








  







-

ðỖ ðỨC HẠNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP

GIA CÔNG ðIỆN HOÁ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NÔNG – LÂM NGHIỆP

Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS TỐNG NGỌC TUẤN

HÀ NỘI – 201

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà N ội, ngày tháng năm 2010

Tác giả

ðỗ ðức Hạnh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Tống Ngọc Tuấn, người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong thời gian thực hiện ñề tài Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Máy nông nghiệp, các thày cô giáo trong khoa Cơ ðiện, trường Cao ðẳng Kỹ Thuật Công Nghiệp ñã giảng dạy, giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi trong quá trình học tập

và thực hiện ñề tài

Qua ñây, tôi xin ñược gửi lời cảm ơn tới cơ quan, gia ñình và bạn bè ñã ủng hộ, ñộng viên tạo ñiều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà N ội, ngày tháng năm 2010

Tác giả

ðỗ ðức Hạnh

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1

I Tính cấp thiết của ñề tài 1

II Nội dung ñề tài 3

III Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 3

3.1 Ý nghĩa khoa học 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Vai trò của công nghệ chế tạo máy 5

1.1.1 Một số khái niệm 5

1.1.2 Các thành phần của quy trình công nghệ 6

1.1.3 Vai trò của công nghệ chế tạo máy 7

1.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết dạng trục 11

1.2.1 ðặc ñiểm và phân loại chi tiết dạng trục 11

1.2.2 Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu khi chế tạo chi tiết dạng trục 14

1.2.3 Tính công nghệ trong kết cấu ñối với chi tiết dạng trục 15

1.2.4 Ảnh hưởng của ñộ nhám bề mặt ñến tuổi thọ của chi tiết máy 16

1.3 Các phương pháp gia công chi tiết dạng trục (mặt trụ ngoài) truyền thống [8] 20

1.3.1 Gia công bằng máy tiện 20

1.3.2 Gia công bằng máy mài 21

1.4 Một số phương pháp gia công mới [13], [8], [1] 22

1.4.1.Gia công bằng tia hạt mài (Abrrasive Jet Machining -AJM) 23

1.4.2.Gia công bằng siêu âm (Utrasonic Machining-USM) 24

1.4.3 Gia công bằng tia lửa ñiện (Electric Dischange Machining – EDM) 25

1.4.4 Gia công bằng chùm tia ñiện tử (Electron Beam Machining EBM) 26

1.4.5 Gia công bằng chùm tia lade 26

1.4.6 Gia công ñiện hoá (Electro Chemical Machining – ECM) 27

1.5 Một số nghiên cứu về mài ñiện hóa 28

1.6 Mục ñích và nội dung của ñề tài 29

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 ðối tượng nghiên cứu 31

2.2 Phương pháp nghiên cứu 31

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 31

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 32

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 36

3.1 Trục khuỷu ñộng cơ ñốt trong 36

3.1.1 ðiều kiện làm việc và một số hư hỏng thường gặp 36

3.1.2 Một số phương pháp sửa chữa 38

3.2 Cân bằng chi tiết và cụm 39

3.2.1 Nguyên nhân mất cân bằng và tác hại của sự mất cân bằng 39

3.2.2 Cơ sở lý thuyết của cân bằng 40

3.2.3 Cân bằng ñộng 44

3.3 Cơ sở lý thuyết của gia công ñiện hóa 47

3.3 1 Bản chất của gia công ñiện hoá 47

3.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng ñến qúa trình gia công ñiện hoá 48

3.3.3 Một số phương pháp gia công ñiện hóa 53

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 57

4.1 Thiết kế, chế tạo thiết bị mài ñiện hóa 57

4.1 1 Lựa chọn sơ ñồ thiết bị thí nghiệm gia công ñiện hoá 57

4.1.2 Chế tạo thiết bị 59

4.2 Thí nghiệm mài mẫu trục trơn 59

4.2.1 Thiết bị thí nghiệm 59

4.2.2 Tiến hành thí nghiệm 60

4.2.3 Kết quả thí nghiệm 63

4.3 Thí nghiệm mài lớp hàn ñắp trên trục trơn 71

4.4 Thí nghiệm mài cổ phụ trục khuỷu 73

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 76

Kết luận: 76

ðề nghị: 76

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.2.1.Bảng tổng hợp sự thay ñổi lượng gia công trung bình (theo bán kính) theo thời gian, mm 68 Bảng 4.2.2 Sự thay ñổi hình dạng mặt chi tiết gia công theo thời gian 70

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2.1 Một số chi tiết trong kết cấu cơ khí 13

Hình 1.2.2 Phân loại trục từ nhóm ñến kiểu 14

Hình 1.2.3 Sơ ñồ quy trình làm việc của lắp ghép 18

Hình 1.5.1 Sơ ñồ nguyên lý mài ñiện hoá 30

HÌnh 1.5.2 Các học viên ñang tiến hành nghiên cứu mài ñiện hoá 31

Hình 3.1.1 Trục khuỷu 37

Hình 3.2.1 Cân bằng chi tiết quay mỏng trên một mặt phẳng 41

Hình 3.2.2 Cân bằng chi tiết quay mỏng trên một mặt phẳng 43

Hình 3.2.3 Cân bằng chi tiết quay dầy 44

HÌnh 3.2.4 Thiết bị cân bằng loại khung 46

HÌnh 3.2.5 Phương pháp ñồ thị 46

Hình 3.3.1 Sơ ñồ nguyên lý gia công ñiện hoá 48

Hình 4.1.1 Sơ ñồ thiết bị gia công ñiện hoá 59

Hình 4.1.2 Thiết bị gia công ñiện hoá 60

Hình 4.2.1 Sơ ñồ bố trí thí nghiệm 62

Hình 4.2.2 Nguồn ñiện 1 chiều 93

Hình 4.2.3 Sơ ñồ lắp trục vào thiết bị gia công 63

Hình 4.2.4 Thước cặp ñiện tử 64

Hình 4.2.5 Sơ ñồ các vị trí ño trên trục 64

Hình 4.2.6 Sự thay ñổi kích thước theo thời gian ở vị trí ño I1 65

Hình 4.2.7 Sự thay ñổi kích thước theo thời gian ở vị trí ño I2 66

Hình 4.2.8 Sự thay ñổi kích thước theo thời gian ở vị trí ño I3 66

Hình 4.2.9 Sự thay ñổi kích thước theo thời gian ở vị trí ño II1 67

Hình 4.2.10 Sự thay ñổi kích thước theo thời gian ở vị trí ño II2 68

Hình 4.2.11 Sự thay ñổi kích thước theo thời gian ở vị trí ño II3 68

Hình 4.2.12 Sự thay ñổi lượng gia công trung bình 69

Hình 4.2.13 Trục sau gia công 70

Hình 4.3.1 Trục ñược hàn ñáp 72

Hình 4.3.2 ðo trỗ lớn nhất của lớp hàn ñáp 72

Hình 4.3.3 Mài lớp hàn ñắp 73

Hình 4.3.4 Trục hàn ñắp sau khi mài 73

Hình 4.4.1 Trục khuỷu 74

Hình 4.4.2 Mài cổ phụ trục cơ 75

Hình 4.4.3 Trục khuỷu sau khi mài cổ phụ 75

MỞ ðẦU

I Tính cấp thiết của ñề tài

Ngày nay ðảng và Nhà nước ta ñang tiến hành quá trình công nghiệp hóa và hiện ñại hóa ñất nước, ñể ñẩy nhanh quá trình này thì việc phát triển cơ

sở hạ tầng, giao thông vận tải, việc cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp là rất cần thiết Nhận rõ ñược vấn ñề này Nhà nước ñã ñầu tư rất nhiều tiền của

và công sức ñể từng bước nâng cấp hiện ñại hóa cầu ñường, phương tiện vận chuyển, ñưa nhiều loại thiết bị máy móc vào nông nghiệp ñể tăng năng suất,

hạ giá thành, giảm sức lao ñộng…Tuy nhiên do ñất nước còn khó khăn nên việc ñầu tư nâng cấp chưa ñược ñồng bộ, nhất là về máy nông nghiệp và

phương tiện vận tải

Như chúng ta ñã biết hiện nay một số phương tiện vận tải, máy nông nghiệp ñang sử dụng ở Việt Nam ñều nhập từ nước ngoài, mà phần lớn ñã qua

sử dụng, việc sản xuất trong nước chưa phát triển như mong ñợi Vì vậy trong quá trình làm việc thường xảy ra các hư hỏng ñột ngột làm ảnh hưởng ñến năng suất, một số phụ tùng thay thế phải nhập của nước ngoài với giá thành cao và có khi còn phải chờ ñợi lâu

Do ñó mà việc phục hồi các chi tiết trong nước có ý nghĩa vô cùng lớn, khi phục hồi chi tiết máy thì gia công cơ khí ñóng vai trò quan trọng Mà trong các thiết bị máy móc ngày càng ñược sử dụng nhiều các loại vật liệu có

cơ lý tính cao (ñộ bền cơ học, ñộ bền nhiệt, ñộ cứng, ñộ chịu mài mòn…) Tuy nhiên ñối với một số chi tiết máy ñòi hỏi yêu cầu kỹ thuật rất cao, nêú áp dụng các phương pháp gia công truyền thống thì không những không ñáp ứng ñược yêu cầu làm việc của chi tiết ñó mà còn không ñem lại hiệu quả kinh tế Chính vì thế, việc nghiên cứu các phương pháp gia công mới là yêu cầu cấp bách cần ñược quan tâm Một trong các phương pháp gia công ñảm bảo ñược ñộ chính xác và chất lượng gia công chi tiết là phương pháp gia

công ñiện hóa Tuy nhiên phương pháp này ở nước ta còn hạn chế cần ñược

nghiên cứu và ứng dụng

Từ những lý do trên ñây việc chế tạo cũng như sửa chữa (phục hồi) các chi tiết máy ở nước ta, một trong các nước ñang phát triển luôn có ý nghĩa rất lớn Cần lưu ý rằng vấn ñề này không những chỉ là vấn ñề ñối với các nước ñang phát triển như nước ta mà ngay cả các nước phát triển cũng luôn ñược coi là một vấn ñề cấp thiết Chính vì vậy việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong chế tạo cũng như sửa chữa là một vấn ñề ñược quan tâm ở tất cả các Quốc gia Một trong những công nghệ với nước ta có thể coi là công nghệ tiên tiến ñó là công nghệ gia công ñiện hóa

Trên cơ sở những vấn ñề trình bày ở trên, dựa vào ñiều kiện thực tế, ñề

tài chúng tôi chọn cho luận văn là: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia

công ñiện hóa”

Trên cơ sở kết quả của những nghiên cứu trước, trong luận văn này chỉ hạn chế trong việc thiết kế, chế tạo thiết bị mài ñiện hóa (một trong các công nghệ của phương pháp gia công ñiện hóa) trước mắt là phục vụ cho giảng dạy

và nghiên cứu tiếp ðối tượng ñể mài là các mẫu, trục trơn, lớp hàn ñắp, cổ phụ trục khuỷu (trục lệch tâm)

Mục ñích của ñề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị mài ñiện hóa

ðây chỉ là bước ñầu của việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công ñiện hóa

ðể ñạt ñược mục ñích trên, nội dung cụ thể của luận văn gồm:

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị mài ñiện hóa trước mắt là phục

vụ cho giảng dạy và nghiên cứu tiếp

- Tìm hiểu ñiều kiện làm việc của trục khuỷu ñộng cơ (một trong những ñối tượng có khả năng ứng dụng ñược phương pháp mài ñiện hóa)

- Nghiờn cứu cơ sở lý thuyết của gia cụng ủiện húa núi chung và mài ủiện húa núi riờng

- Thử nghiệm thiết bị mài ủiện húa

II Nội dung ủề tài

Xuất phát từ mục đích của đề tài nghiên cứu và điều kiện thực tế, trong luận văn này ngoài phần mở đầu, kết luận và đề nghị, phụ lục luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

Chương 3 : Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

III í nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ủề tài

Nghiờn cứu phương phỏp gia cụng ủiện húa ủể tạo tiền ủề cho việc ỏp dụng phương phỏp này vào thực tế sản xuất ở nước ta hiện nay

Kết quả nghiờn cứu của ủề tài là cơ sở khoa học ủể xõy dựng quy trỡnh

gia cụng chi tiết dạng trục bằng phương phỏp gia cụng ủiện húa

3.2 í nghĩa thực tiễn của ủề tài

Các kết quả nghiên cứu sẽ ñược áp dụng với sản phẩm cụ thể thuộc nhóm họ trục, các chi tiết có hình dạng phức tạp và có ñộ cứng cao

Quá trình ứng dụng các kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ góp phần bổ xung thêm một phương pháp gia công mới vào hệ thống các phương pháp gia công truyền thống ñã và ñang ñược áp dụng ở Việt Nam

Xác ñịnh ñược các thông số công nghệ có ảnh hưởng ñến các chỉ tiêu công nghệ của chi tiết gia công bằng phương pháp gia công ñiện hóa

Ứng dụng kết quả nghiên cứu góp phần củng cố vai trò và vị trí không thể thiếu của gia công phục hồi các chi tiết máy trong sửa chữa và bảo dưỡng ôtô máy kéo Từ ñó hỗ trợ các ngành công nghiệp khác phát triển, thúc ñẩy quá trình công nghiệp hóa và hiện ñại hóa ñất nước

Các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa làm cơ sở cho việc chế tạo máy mài ñiện hóa ñể ứng dụng vào việc chế tạo cũng như sửa chữa chi tiết máy, ñặc biệt là các chi tiết máy ñắt tiền

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vai trò của công nghệ chế tạo máy

1.1.1 Một số khái niệm

Khái ni ệm về công nghệ: Khái niệm công nghệ ñã ñược giáo sư người ðức JOHAHN BECKMANN ở Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia GOETINGEN nêu ra từ thế kỷ 18 Từ ñó một ngành khoa học mới ñã ñược hình thành ñó là ngành Công nghệ Như vậy Công nghệ có thuộc tính khoa học Công nghệ ñược hiểu là Kỹ thuật hoặc Kỹ nghệ chế tạo ra sản phẩm vật chất và sản phẩm tinh thần phục vụ con người và xã hội; từng ngành sản xuất

và dịch vụ của nền kinh tế xã hội có công nghệ riêng, ví dụ: Công nghệ thông tin, Công nghệ sinh học, Công nghệ khai thác, Công nghệ Cơ khí, Công nghệ giáo dục,…

Trong phạm trù công nghệ, Công nghệ cơ khí - thường gọi là Công nghệ chế tạo máy (Technology of Mechanical Engineering) ñược hiểu là kỹ thuật tạo

ra chi tiết và sản phẩm cơ khí (máy móc) ñạt giá trị sử dụng tối ña và kinh tế; nghĩa là ñạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật như sau: chất lượng cao, giá thành rẻ và

ñủ sức cạnh tranh trên thị trường hàng hóa nội ñịa, khu vực và thế giới

Khái ni ệm về quá trình sản xuất và quá trình công nghệ nói chung: Nói một cách tổng quát thì qúa trình sản xuất là quá trình con người tác ñộng vào

tài nguyên thiên nhiên ñể biến nó thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con

người Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm

thay ñổi trạng thái và tính chất của ñối tượng sản xuất Xác ñịnh quá trình công nghệ hợp lý rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì các văn kiện công nghệ

ñó gọi là quy trình công nghệ

1.1.2 Các thành phần của quy trình cơng nghệ

Như trên đã trình bày Quá trình cơng nghệ là một phần của quá trình

sản xuất trực tiếp làm thay đổi trạng thái và tính chất của đối tượng sản xuất Xác định quá trình cơng nghệ hợp lý rồi ghi thành văn kiện cơng nghệ thì các

văn kiện cơng nghệ đĩ gọi là quy trình cơng nghệ

Dưới đây trình bày một số thành phần chính của quy trình cơng nghệ gia cơng, qui trình cơng nghệ sửa chữa, quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết Quy trình cơng nghệ gia cơng chi tiết gồm các thành phần chính sau: nguyên cơng, bước, đường chuyển dao, gá, vị trí, động tác…

Quy trình cơng nghệ sửa chữa gồm: chẩn đốn, kiểm tra, rửa ngồi, tháo, phục hồi chi tiết , lắp, sơn (nếu cĩ)…

Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu năng suất lao động và tự động hố nguyên cơng

Trong một số trường hợp cần thiết, người ta cịn chia nhỏ động tác thành các phần của động tác

Hiện này trong một số tài liệu về thiết kế tự động người ta xác định quy trình cơng nghệ là một loạt các cơng việc về cơng nghệ được xắp xếp theo thứ

tự bốn mức (lấy theo dọc từ dưới lên trên của mơ hình)

- Thứ nhất: Một hoạt động cơ bản cho một cơng việc (cĩ thể là thơ hoặc tinh hoặc rất tinh) Nĩ là mức thấp nhất

- Thứ hai: Một hoạt động cĩ mục đích, cĩ hiệu quả về cơng nghệ Nĩ là một tập hợp các hoạt động cơ bản cĩ sử dụng một dụng cụ (hoặc một bộ dụng cụ) và liên tục làm việc

- Thứ ba: Một lần gá đặt là một tập hợp cĩ mục đích, cĩ hiệu quả về cơng nghệ cĩ sử dụng một lần gá đặt chi tiết

- Thứ tư: Hoạt ñộng của máy là một tập hợp của một lần gá ñặt, dùng tại một máy Ở ñây một tập hợp các phương tiện (dụng cụ, ñồ gá, máy…) ñược kết hợp theo một mức ñộ nhất ñịnh

Ở mỗi mức (trừ mức thấp nhất) tương ứng với một cách phân chia của phương tiện, ñược kết hợp bởi tất cả các hoạt ñộng của các mức ñộ thấp hơn Việc chọn một phương tiện (chính), ví dụ như chọn máy có thể ảnh hưởng tới việc chọn loại các phương tiện khác như chọn gá lắp, dụng cụ…

1.1.3 Vai trò của công nghệ chế tạo máy

KARL MARX ñã khẳng ñịnh vai trò của công nghệ trong hoạt ñộng biến ñổi tự nhiên ñể tạo ra sản phẩm phục vụ con người

Một số mốc chính trong sự phát triển về cơ khí trên thế giới từ ñầu thế

kỷ XX ñến nay:

T ừ năm 1900 ñến 1910: Tại triển lãm Pari năm 1900 ñã ñề cập ñến

công nghệ gia công cắt gọt kim loại Năm 1906, F.W.Taylor và M.White phát triển máy cắt gọt kim loại Năm 1909, Hãng Ford áp dụng dây chuyền sản xuất tự ñộng

T ừ 1911 ñến 1930: Phát triển nhiều máy công cụ, dụng cụ và vật liệu

chế tạo mới Năm 1921, ñể ñạt ñược các nguyên công hiệu quả, Hãng Ford bắt ñầu thực hiện phép phân tích kỹ thuật lượng vật liệu cần thiết trong gia công chế tạo ô tô

T ừ 1931 ñến 1940: Xuất hiện những phương pháp mới ñể phân tích các

hệ thống ñiều khiển trong ngành cơ khí chế tạo

T ừ 1941 ñến 1950: Năm 1946, máy tính ñiện tử ñầu tiên dùng ñèn ñiện

tử (ENIAC) do J.W.Mauchly và J.P.Eckert chế tạo Năm 1947, thuật ngữ Tự ñộng hoá (Automation) ñược D.S Header của Hãng Ford Motor ñặt ra Cuối năm 1949, bắt ñầu áp dụng ñiều khiển tự ñộng cho nhiều hệ thống, máy móc

và quy trình khác nhau

Th ập kỷ 50: ðầu thập kỷ ñã sáng chế ra mạch tích hợp (IC) và máy tính

số ñầu tiên Năm 1952, phát triển kỹ thuật ñiều khiển số (Numerically Controlled-NC) và khởi ñầu của máy công cụ Cuối thập kỷ 50, tăng trưởng nhanh ngành ñiện tử và tự ñộng hóa

Th ập kỷ 60: Năm 1960, lần ñầu tiên sử dụng rôbốt công nghiệp do

Unimate chế tạo và Ford thực hiện Giai ñoạn 1960-1972, bắt ñầu áp dụng ñiều khiển số bằng máy tính CNC (Computer Numerically Controlled- CNC) nhờ tiến bộ của các máy tính mini dẫn ñến việc nâng cao năng suất, chất lượng, ñộ chính xác ñối với sản phẩm cơ khí chế tạo Trong các năm 1965-1966, lần ñầu tiên IBM và GM (General Motors) áp dụng ñiều khiển bằng máy tính cho dây chuyền sản xuất Năm 1968, bộ ñiều khiển logic khả lập trình PLC (Programmable Logical Controllers) ñã ñược thiết kế và sử dụng tại GM

Th ập kỷ 70: ðầu thập kỷ 70 ñã gia tăng các nghiên cứu ñiều khiển số

ñối với các ñộng cơ trợ ñộng nhằm nâng mức ñộ ñiều khiển quy trình gia công Năm 1971, M.E Hoff sáng chế ra bộ vi xử lý ñầu tiên Intel 4004 Năm

1973, ñưa ra khái niệm ban ñầu về chế tạo ñược tích hợp máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) Năm 1974, Cincinati Milacron lần ñầu tiên ñưa ra thị trường rôbốt ñược ñiều khiển bằng máy tính mini Giữa và cuối thập kỷ 70, H.Volckez phát triển chương trình thiết kế ñược trợ giúp bằng máy tính - CAD (Computer aid Design) và bắt ñầu áp dụng chế tạo ñược trợ giúp bằng máy tính -CAM (Computer aid Manufacturing) Năm 1977, xuất hiện máy vi tính cá nhân

Th ập kỷ 80: Tiếp tục ñạt ñược nhiều tiến bộ trong lý thuyết ñiều khiển,

hệ thống và trí tuệ nhân tạo như nhận dạng hệ thống, ñiều khiển ngẫu nhiên, ñiều khiển thích nghi, mạng nơron, hệ chuyên gia, logic mờ và quy hoạch tiến hoá Hệ thống chế tạo linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) ra ñời, theo ñó, nhiều loại sản phẩm ñược sản xuất trên cùng một dây chuyền

Th ập kỷ 90 ñến nay: Việc sử dụng công nghệ CAD/CAM ñại trà ñã cho

phép, chế tạo sản phẩm cơ khí nhanh hơn, chế tạo các loại máy công cụ có tốc

ñộ cao, chính xác, thông minh và hiệu quả hơn Năm 1995, sử dụng rộng rãi thiết bị ñiều khiển máy công cụ dựa vào PC, phục vụ cả các chức năng PLC

và CNC Cũng trong năm 1995, mở ra Pha 1 (1995-2005), Chương trình Quốc

tế IMS (Intelligent Manufacturing Systems - Các hệ thống chế tạo thông minh) với sự tham gia của 300 công ty, viện nghiên cứu của Ôxtrâylia, Canada, Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc và Thụy Sỹ

ðảng ta, ngay từ ðại hội ðảng lần thứ 3 trong năm 1960 ñã khẳng ñịnh ngành cơ khí là then chốt trong sự nghiệp công nghiệp hóa Bắt ñầu sự nghiệp ñổi mới với mớc lịch sử là ðại hội lần thứ 6 của ðảng trong năm 1986, Khoa học và công nghệ ñã ñược coi là ñộng lực quan trọng ñể phát triển ñất nước theo mục tiêu công nghiệp hóa và hiện ñại hóa

Cho ñến nay, ngành công nghiệp cơ khí của Việt Nam ñã ñủ sức chế tạo nhiều loại máy công cụ (loại vừa và nhỏ) và các thiết bị chuyên ngành (thiết bị ñiện, thiết bị khai khoáng, máy kéo, máy bơm các loại) Bên cạnh ñó,

cả nước ñã có ñội ngũ thợ lắp ráp lành nghề, ñạt trình ñộ cao, ñủ sức lắp ráp các máy móc, thiết bị kỹ thuật hiện ñại (như thiết bị thuỷ ñiện, nhiệt ñiện lớn, lắp ráp xe hơi, xe máy, , các thiết bị ñiện tử vi mạch phức tạp…

Một số sản phẩm chủ yếu của ngành công nghiệp cơ khí năm 2003 là máy kéo và xe vận chuyển, máy tuốt lúa có ñộng cơ , máy công cụ , ñộng cơ ñiezen , ñộng cơ ñiện , máy biến thế , lắp ráp ô tô , lắp ráp xe máy , lắp ráp ti vi …

Ngành Cơ khí ñã có những bước phát triển ñáng kể, chuyển ñổi từ thụ ñộng sang chủ ñộng hơn trong sản xuất, ñầu tư và tìm kiếm thị trường, ñổi mới công nghệ ñể nâng cao khả năng cạnh tranh Các chính sách thúc ñẩy sản xuất cơ khí của Nhà nước như Chương trình hỗ trợ phát triển sản xuất sản phẩm cơ khí trọng ñiểm giai ñoạn từ năm 2009 ñến năm 2015, hỗ trợ lãi suất vốn vay mua máy móc thiết bị, vật tư phục vụ sản xuất nông nghiệp và vật liệu xây dựng nhà ở khu vực nông thôn,… ñã mang lại hiệu quả rất thiết thực

Bản thân các doanh nghiệp cũng ñã tự ñổi mới, vận dụng các cơ chế chính sách của Nhà nước ñể thúc ñẩy hoạt ñộng sản xuất kinh doanh

Giai ñoạn 2001-2006, ngành Cơ khí Việt Nam ñược ñánh giá ñã ñạt ñược những thành quả to lớn, không chỉ ñáp ứng tốt nhu cầu phát triển của các ngành công nghiệp chủ lực của ñất nước, mà còn giành ñược nhiều hợp ñồng xuất khẩu lớn, mở ra một bước tiến mới khi Việt Nam ñã trở thành thành viên của WTO

Tại Hội nghị triển khai kế hoạch xuất khẩu năm 2008 do Bộ Công Thương tổ chức vào trung tuần tháng 12/2007, ngành Cơ khí ñược xếp vào nhóm sản phẩm ñạt tốc ñộ tăng trưởng cao trên 120% so với năm 2006, ñem lại kim ngạch xuất khẩu trên 2,2 tỷ USD, ñiều mà chỉ cách ñây vài năm, ít ai dám nghĩ Báo cáo tại Hội nghị ñánh giá Chiến lược phát triển ngành Cơ khí Việt Nam ñến năm 2010, tầm nhìn ñến năm 2020, cũng cho thấy, nếu như vào những năm ñầu của thập kỷ 90 thế kỷ trước, ngành Cơ khí mới chỉ ñáp ứng ñược khoảng 8-10% nhu cầu trong nước, thì ñến những năm gần ñây, con số này ñã ñạt 40%, tốc ñộ tăng trưởng bình quân ñạt 40%/năm ðây là một tín hiệu rất ñáng mừng ñối với một ngành ñược coi là ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế-xã hội ñất nước

Tuy ñạt ñược những thành tích cao về xuất khẩu, nhưng ngành Cơ khí vẫn còn gặp nhiều khó khăn, ñặc biệt là trong thời ñiểm hiện nay khi Việt Nam ñã hội nhập WTO Tình hình phát triển công nghiệp hỗ trợ trong lĩnh vực cơ khí vẫn hạn chế, chỉ dừng ở công ñoạn gia công, lắp ráp các thiết bị cơ khí Tuy là chìa khóa thúc ñẩy công nghiệp phát triển nhưng hiện nay 70 - 80% sản phẩm phục vụ sản xuất lắp ráp vẫn phải nhập khẩu, bên cạnh ñó, nhiều doanh nghiệp trong nước còn chuyển từ sản xuất sang gia công lắp ráp hợp tác sản xuất với các doanh nghiệp nước ngoài Nguyên nhân cơ bản vẫn

là thiếu các nguồn vốn trung và dài hạn ñể ñầu tư phát triển sản xuất, thiếu nguồn nhân lực có trình ñộ, tay nghề giỏi Công tác hỗ trợ dịch vụ của các sản phẩm cơ khí chưa ñược quan tâm ñầu tư ñúng mức từ phía các doanh nghiệp

ðể ngành cơ khí có thể ñi tắt ñón ñầu, phát huy mạnh hơn nữa thế chủ ñộng trong hội nhập, các chuyên gia cho rằng lúc này vai trò hỗ trợ của Nhà nước, chức năng ñầu tư ban ñầu của cơ quan, Nhà nước cũng nên "giãn" dần, chỉ nên áp dụng ñối với các ngành chế tạo tư liệu sản xuất Các chính sách về thuế, giảm chi phí thuế theo lộ trình cam kết quốc tế sẽ tạo ñiều kiện ñể doanh nghiệp phát triển thị trường, giảm chi phí cho các nhà lắp ráp, nhập khẩu trong nước, tạo môi trường cạnh tranh, qua ñó khuyến khích doanh nghiệp xuất khẩu Nhà nước cũng cần có một chương trình tổng thể với những nội dung và lộ trình hợp lý, phù hợp với một chiến lược linh hoạt, với quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, ñáp ứng những ñịnh chế quốc tế mà nước ta cam kết Cần ñổi mới về căn bản phương thức hoạt ñộng, công nghệ, coi cạnh tranh là ñộng lực ñể ñổi mới, ñặt doanh nghiệp vào vị trí trọng tâm trong ñổi mới công nghệ Tạo môi trường thích hợp cho ñổi mới, ứng dụng rộng rãi công nghệ mới tại Việt Nam Thực hiện phương châm ñi tắt ñón ñầu nhằm ñạt trình ñộ trung bình tiên tiến của Châu Á, không ngừng nâng cao khả năng cạnh tranh trên cả ba tuyến là sản phẩm hàng hoá, doanh nghiệp và tổng thể nền kinh tế Gấp rút ñào tạo nguồn nhân lực theo hướng kinh tế tri thức, có nghiệp vụ giỏi

và phẩm chất ñạo ñức tốt Coi con người là yếu tố trung tâm của sự phát triển, coi công nghệ là yếu tố then chốt của CNH - HðH ñất nước

1.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết dạng trục

1.2.1 ðặc ñiểm và phân loại chi tiết dạng trục

Các chi tiết dạng trục là loại chi tiết ñược dùng rất phổ biến trong nghành chế tạo máy Chúng có bề mặt cơ bản phải gia công là mặt tròn xoay ngoài Mặt này thường dùng làm mặt lắp ghép với các chi tiết khác Các chi tiết trục có kết cấu khác nhau Tuỳ theo kết cấu mà có thể phân chia các chi tiết dạng trục ra một số nhóm khác nhau như sau (hình 1.2.1):

- Trục trơn (hình 1.2a) là loại trục trên suốt chiều dài L chỉ có một kích thước ñường kính d, khi < 4 là trục trơn ngắn; = 4 là trục trơn thường; > 10

là trục trơn dài

- Trục bậc (hình 1.2.1b,c,d,e,f) là loại trục mà trên suốt chiều dài L của trục có một số kích thước ñường kính d khác nhau Trên trục bậc có thể còn

có rãnh then hoặc then hoa, ren, răng

- Trục rỗng (hình 1.2.1h) là loại trục có lỗ rỗng dọc tâm trục

- Trục răng (hình 1.2.1g) là loại trục trên ñó có bánh răng liền trục

- Trục lệch tâm (hình 1.2.1i) là loại trục trên ñó có những cổ trục không cùng nằm trên một ñường tâm như trục khuỷu

- Trục phối hợp là loại trục trên ñó có kết cấu các loại bề mặt khác nhau như trục cam, trục ren, trục then hoa, v.v

Nhìn chung thì ña số trục có tiết diện các yếu tố bề mặt phải gia công

và không gia công là khác nhau như trụ, côn, rãnh, ren, răng, then hoa, v.v Tất cả các chi tiết dạng trục cũng ñược phân chia ra từ nhóm ñến kiểu Nhóm trục bậc chiếm nhiều nhất và phổ biến nhất Sơ ñồ phân loại trục ñược thể hiện trên hình 1.2.2

Hình 1.2.1 Một số chi tiết dạng trục trong kết cấu cơ khí

Ngoài ra, dựa vào cõ kắch thước mà người ta còn phân chia thành:

- Trục nhỏ: chiều dài ựên 150 ọ 200 mm

- Trục trung bình: chiều dài ựến 1000 mm

- Trục lớn: chiều dài trên 1000 mm

đôi khi trong nhóm trục trung bình lại ựược chia ra hai nhóm: dài ựến

500 mm và dài từ 500 ọ 1000 mm

1.2.2 Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu khi chế tạo chi tiết dạng trục

độ tin cậy, ựộ bền lâu và ựiều kiện làm việc của trục ựược xác ựịnh bởi những yêu cầu sau ựối với ựộ chắnh xác gia công trục:

1) Các cổ trục ựể lắp ổ lăn ựược gia công ựộ chắnh xác cấp 7, ựộ nhẵn bóng bề mặt ựạt cấp 7, cấp 8 (Ra = 0,8 ộm), ựộ côn và ô van bằng 0,25 ọ 0,5 dung sai ựường kắnh

2) Các cổ trục ựể lắp ổ trượt hay lắp bạc ựược gia công chắnh xác cấp 8, 9

và ựộ nhẵn bóng bề mặt cấp 6; 7 ( Ra Ờ 2,5 ọ 1,25 ộm) độ côn, ôvan bằng 0,25 ọ 0,5 dung sai ựường kắnh độ ựảo của các cổ trục lắp ghép không quá 0,01 ọ 0,03 mm

3) Then hoa có thể có dạng thân khai, chữ nhật hoặc tam giác Bề mặt ựịnh tâm ở then hoa dạng thân khai là mặt bên, ở then chữ nhật là mặt bên và ựường kắnh ngoài Bề mặt ựịnh tâm của phần then hoa ựược gia công ựạt cấp chắnh xác 8 ọ 10 và ựộ nhẵn bóng bề mặt cấp 4 ọ 7

4) Bề mặt lắp ghép với ổ lăn trong lox ở trục rỗng hoặc ở trục có lỗ tâm dọc trục ựược gia công ựạt chắnh xác cấp 7; 8, ựộ nhẵn bóng bề mặt ựạt cấp 6; 7 5) Sai lệch cổ trục lắp ghép ổ lăn và các ựường kắnh ựể ựịnh tâm của bề mặt then hoa ựối với nhau cho phép trong giới hạn 0,04 ọ 0,05 mm

6) Sai lệch của các cổ trục với tâm chung của trục cho phép trong giới hạn 0,05 ọ 0,1 mm

7) Sai lệch tương quan của các cổ trục làm việc và không làm việc cho phép trong giới hạn 0,1 - 0,2 mm

8) Bề mặt không làm việc của trục ñược gia công chính xác cấp 7, ñộ nhẵn bóng bề mặt cấp 4 ; 6

9) Rãnh then ñược gia công theo chiều rộng chính xác cấp 3, ñộ nhẵn bóng bề mặt cấp 4; 6

10) Bề mặt ren ñược gia công chính xác cấp 7; 8 ñối với ren

11) ðộ không song song của các rãnh then hoặc then hoa với ñường tâm trục nhỏ hơn 0,01mm/100mm

12) Dung sai chiều dài của các cổ trục trong khoảng 0,05 0,02 mm

13) Yêu cầu về ñộ cứng, ñộ thấm tôi bề mặt tuỳ từng trường hợp và ñiều kiện mà cho số liệu cụ thể

Ngoài ra ñối với một số trục làm với tốc ñộ cao còn có yêu cầu về cân bằng tĩnh hoặc ñộng

1.2.3 Tính công nghệ trong kết cấu ñối với chi tiết dạng trục

ðể ñảm bảo thuận tiện cho việc gia công trục, từ ñó tạo ñiều kiện tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm, ngay từ khi thiết kế chi tiết dạng trục cần phải chú ý ñến các vấn ñề sau ñây:

1) ðể ñịnh vị chiều trục các chi tiết lắp với trục, ở trục cần thay thế vài giờ bằng rãnh vòng ñể lắp vòng găng Làm như vậy sẽ giảm ñược tiêu tốn vật liệu

và khối lượng gia công cơ sau này

2) Việc hạ ñường kính của các bậc ở trục bậc cần phải ít nhất Làm như vậy sẽ giảm bớt khối lượng gia công cơ, giảm sự tiêu hao vật liệu và ñơn giản ñược việc ñiều chỉnh của máy gia công bằng nhiều dao Nếu là trục bậc thì có thể ñường kính tăng dần về một phía hoặc ñường kính giảm dần về hai phía trục

3) Các bề mặt trục cần mài hoặc có ren cần phải có rãnh ñể thoát dụng cụ

có chiều sâu 0,5 mm và rộng 25 mm Chiều rộng rãnh ñược chọn phụ thuộc vào ñường kính trục

4) Chiều dài các bậc của trục bậc cần phải là như nhau hoặc bội số của nhau

và ñược sắp xếp theo sự tăng hay giảm theo kích thước ñường kính của nó

Kết cấu như vậy của trục sẽ bảo ựảm gia công ựồng thời trên máy nhiều dao hầu như tất cả các bề mặt và như vậy thời gian gia công sẽ là tối thiểu 5) Tắnh hệ số an toàn vừa phải ựể ựường kắnh trục có kắch thước phù hợp mà vẫn ựảm bảo ựủ bền với chức năng làm việc của nó

6) Nghiên cứu khả năng thay rãnh then kắn bằng rãnh then hở ựể nâng cao ựược năng suất gia công

Ngoài ra còn cần ựến việc thay thế trục bậc bằng trục trơn nếu ựiều kiện cho phép, vì việc chế tạo trục trơn dễ dàng hơn so với chế tạo trục bậc

1.2.4 Ảnh hưởng của ựộ nhám bề mặt ựến tuổi thọ của chi tiết máy

Do bề mặt chi tiết có ựộ nhấp nhô, nên khi hai chi tiết lắp ghép giữa hai

bề mặt lắp ghép, chi tiết tiếp xúc nhau ở các ựỉnh nhấp nhô Tại các ựỉnh nhấp nhô áp lực lớn do diện tắch tiếp xúc nhỏ làm cho các ựiểm tiếp xúc nén ựàn hồi và biến dạng dẻo các nhấp nhô Khi hai bề mặt có chuyển ựộng tương ựối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trượt dẻo ở các ựỉnh nhấp nhô Các ựỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp tăng lên ựược gọi là hiện tượng trượt dẻo ở các ựỉnh nhấp nhô Các ựỉnh nhấp nhô này bị mòn nhanh dấn ựến khe hở lắp ghép tăng lên đó là hiện tượng mòn ban ựầu Mòn ban ựầu ứng với thời gian chạy rà kết cấu cơ khắ Sau giai ựoạn mòn chạy rà, quá trình mòn trở nên bình thường và chậm, giai ựoạn này gọi là mòn làm việc Sau mòn làm việc bề làm việc bị tróc ra, kết cấu bề mặt bị phá huỷ, phá hỏng, giai ựoạn này gọi là mòn phá huỷ đối với chi tiết máy trước khi bị mòn phá huỷ xảy ra, bề mặt làm việc còn có thể phục hồi, còn sau khi mòn phá huỷ xảy ra chi tiết không thể phục hồi ựược khả năng làm việc

Như vậy giá trị ựộ nhám bề mặt ảnh hưởng ựến tuổi thọ của chi tiết máy độ nhẵn bóng cao thì thời gian làm việc càng dài Tuy vậy tuỳ theo ựiều kiện làm việc cụ thể ựể chọn ựộ nhám bề mặt tối ưu độ nhám bề mặt giảm làm tăng ựộ bền mỏi của chi tiết gia công độ nhám bề mặt còn ảnh hưởng ựến tắnh chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt [1]

Dưới ựây trình bày ảnh hưởng của ựộ nhám bề mặt ựến tuổi thọ của cặp

lắp ghép trục- bạc chuyển ñộng quay trong ñiều kiện ma sát ướt [10]

Quá trình làm việc của cặp lắp ghép (bản chất của hiện tượng bơi thuỷ ñộng lực học)

Khi trục chưa quay (n=0) trục tựa lên ổ trục hình 1.2.3a Từ thời ñiểm bắt ñầu quay và tiếp tục tăng số vòng quay, trục cuốn dầu bôi trơn và ñẩy nó vào khe

hở hình nêm Nhờ ñó, trục sẽ ñược nâng lên và ñồng thời dịch chuyển về phía chiều quay Khi ñạt ñến số vòng quay nhất ñịnh, trục sẽ bơi trong ổ trượt và các bề mặt ñược phân cách hoàn toàn bởi lớp dầu bôi trơn hình 1.2.3b

Tâm của trục từ lúc bắt ñầu quay sẽ vẽ thành một ñường cong gần với nửa ñường tròn Khi số vòng quay vô cùng lớn theo lý thuyết tâm của trục và tâm của bạc trùng nhau

Hình 1.2.3 Sơ ñồ quá trình làm việc của cặp lắp ghép

a) khi tr ục chưa quay; b) khi trục quay; R- bán kính của bạc; r- bán kính

c ủa trục; S bd - khe h ở ban ñầu (khi chưa có hao mòn); e bd - sai tâm tuy ệt ñối ban ñầu (khi trục ñứng yên); e- sai tâm tuyệt ñối khi trục quay

* Xác ñịnh khe hở giới hạn

Theo lý thuyết bôi trơn thuỷ ñộng học [10], giá trị nhỏ nhất của khe hở cặp lắp ghép trục và bạc làm việc trong ñiều kiện ma sát ướt hình 1.3b ñược xác ñịnh nhờ công thức sau:

hmin=

c S p d n

36 , 18 2

µ (1.2.1)

trong ñó: hmin: Chiều dầy lớp dầu bôi trơn ở vị trí hẹp nhất của rãnh hình nêm; µ: ðộ nhớt tuyệt ñối (ñộ nhớt ñộng lực) của dầu bôi trơn; d: ðường kính của trục; p: Tải trọng riêng lên trục; S: Là khe hở; N: Là số vòng quay của trục; C: Hệ số và ñược xác ñịnh bằng công thức

c =

l l

λ (1.2.4)

Khi λ= 0,5 khe hở là tốt nhất và hmin cũng ñược gọi là hmin tốt nhất và

ký hiệu là hmin−tn Thay λ= 0,5 vào (1.2.4) sẽ xác ñịnh ñược:

µ (1.2.6)

Khi giảm khe hở nhỏ nhất của cặp lắp ghép (hmin) ñến giá trị bằng tổng giá trị của ñộ mấp mô các bề mặt trục và bạc thì sẽ phá hỏng ñiều kiện ma sát ướt bởi vì khi ñó sẽ có sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt làm việc và do ñó chi tiết sẽ bị mòn nhanh chóng Khe hở hmin tương ứng với lúc bắt ñầu hai bề mặt của trục và bạc tiếp xúc nhau ñược xem là hmingiới hạn (ký hiệu là hmin−gh

) hay hmin nhỏ nhất (ký hiệu là hmin−min) Khi các thông số khác không thay ñổi, thì khi hmin= hmin−gh( hay hmin= hmin−min), khe hở sẽ là khe hở giới hạn và ký hiệu

là S gh( hay khe hở lớn nhất và ký hiệu là Smax %) Vì nếu cặp lắp ghép tiếp tục làm việc, khe hở tiếp tục tăng, hminsẽ tiếp tục giảm, diện tích tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt càng tăng do vậy cặp lắp ghép bị mài mòn càng nhanh

Như vậy cơ sở ñể xác ñịnh khe hở giới hạn của cặp lắp ghép trục và bạc chuyển ñộng quay tròn ñiều kiện ma sát ướt là:

hmin= hmin−gh( hmin−min) = δT + δB= δ (1.2.7)

trong ñó: δT là ñộ mấp mô của trục; δB là ñộ mấp mô của bạc; δ là tổng ñộ mấp mô của trục và bạc

ðể xác ñịnh khe hở giới hạn S gh(Smax), thay (1.8) vào (1.3) ñược:

hmin−gh = δ =

c S p d n

gh 36 , 18

2 µ

(1.2.8)

Từ (1.2.7) và (1.2.6) sẽ xác ñịnh ñược khe hở giới hạn (khe hở lớn nhất):

S gh= Smax=

δ

4

tg S S

α

−

max =

v S

Smax − bd

(1.2.10)

trong ñó: S bd,Smax(S gh) là khe hở ban ñầu và khe hở giới hạn của cặp lắp ghép; v là vận tốc hao mòn (trong giai ñoạn làm việc bình thường có thể coi nó là không ñổi)

1.3.1 Gia công bằng máy tiện

ðược sử dụng khá rộng rãi và chiếm tỷ lệ cao trong các công nghệ gia công trong các nhà máy hoặc trong các cơ sở sản xuất Công nghệ này dùng

ñể gia công chi tiết có dạng tròn xoay như mặt trụ, côn, lỗ, khoan lỗ, tiện ren, khoả mặt phẳng Trên máy tiện có thể trang bị thêm các ñồ gá mài, ñồ gá phay, ñồ gá chép hình, lăn răng , ñể tăng ñộ chính xác cũng như tăng khả năng gia công

Hiện nay có rất nhiều loại máy tiện Theo công dụng có thể chi thành máy tiện vạn năng, máy chuyên dùng như máy tiện ren chính xác , tiện trục khuỷu Theo vị trí trục chính cóp máy tiên cụt, máy tiện ñứng Phân theo mức

ñộ tự ñộng có máy tiện bán tự ñộng và máy tiện tự ñộng

1.3.2 Gia công bằng máy mài

Dùng ñể gia công tinh với lượng dư bé và chi tiết có ñộ chính xác cao Chi tiết trước khi mài thường ñã gia công thô trên các máy khác như (tiện, phay, bào )

Công nghệ mài thường dùng mài mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt côn, mặt ñịnh hình mài ren vít, bánh răng và cắt phôi

Máy mài gồm: máy mài tròn ngoài, máy mài tròn trong, máy mài phẳng, máy mài chuyên dùng, máy mài dao, máy mài doa và ñược chia thành ba nhóm:

- Khả năng chống và chịu mòn cao

- ðộ cứng và ñộ bền cao

- Làm việc ổn ñịnh trong các môi trường chịu hoá chất

ðây là một số vật liệu mới ñã và ñang ñược sử dụng ngày càng phổ biến như: thép hợp kim titan, thép không gỉ, hợp kim cứng, gố, cômposit và hiên nay các chi tiết máy ngày càng ñược sử dụng rộng rãi các kim loại ñắp

có ñặc tính trên

Với những tính chất nêu trên, việc gia công chúng bằng công nghệ gia công truyền thống như tiện, phay, bào, mài thường gặp rất nhiều khó khăn, ñôi khi không gia công ñược hoặc gia công không ñạt yêu cầu kỹ thuật ðể

ñáp ứng ñược yêu cầu trên, một loạt những phương pháp mới ñã và ñang ñược nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, sau ñây là một số phương pháp gia công mới

1.4 Một số phương pháp gia công mới [13], [8], [1]

Hiện nay trên thế giới, ở các nước công nghiệp phát triển như Nga, Mỹ, ðức hay ở một số nước ñang phát triển Việc nghiên cứu ứng dụng các phương pháp gia công mới ñang ñược xúc tiến mạnh mẽ Ở nước ta các phương pháp này cũng ñang ñược nghiên cứu ứng dụng tuy nhiên mới ở mức

ñộ bước ñầu và quy mô chưa nhiều

ðặc ñiểm chung của các phương pháp gia công mới là:

- Không ñòi hỏi dụng cụ phải có ñộ cứng cao hơn ñộ cứng của vật liệu gia công

- Khả năng gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công mà chủ yếu phụ thuộc vào các thông số về hoá, nhiệt và ñiện

ðạt ñược ñộ chính xác về kích thước và ñộ nhẵn bề mặt cao hơn so với phương pháp gia công truyền thống

- Có khả năng gia công ñược vật liệu có ñộ cứng cao, thậm chí rất cao (ñã qua nhiệt luyện)

- Hiệu quả kinh tế ñạt ñược cao, nhất là khi gia công những hình dáng phức tạp, kích thước nhỏ

Hiện nay các phương pháp gia công mới gồm có:

- Gia công bằng ăn mòn hoá học (CM)

- Gia công bằng ăn mòn ñiện hoá (ECM)

- Gia công bằng ăn mòn ñiện (EDM): xung ñiện cắt bằng dây

- Gia công bằng siêu âm (USM)

- Gia công bằng chùm tia ñiện tử (EBM), laze (LBM)

- Gia công bằng tia nước (WJM), nước và hạt mài (AWIM), hạt mài (AJM) Dưới ñây là nguyên lý của một số phương pháp gia công mới thường gặp

1.4.1.Gia công bằng tia hạt mài (Abrrasive Jet Machining -AJM)

Trong việc gia công tia hạt mài, các phần tử vật liệu ñược bóc ñi do sự

va ñập của các hạt mài kích thước bé Các phần tử hạt mài này ñược dịch chuyển với tốc ñộ cao nhờ dòng không khí khô, khí nitơ hoặc ñiôxit cacbon Hạt mài thường có kích thước khoảng 0,25mm và dòng khí ñược phun cùng với hạt mài dưới áp lực 850 kPa ñạt tốc ñộ khoảng 300m/kc Vật liệu hạt mài thường sử dụng hai loại chủ yếu là AL203(ôxit nhôm) và SiC(cacbon silic), trong thực tế AL203 thường ñược dùng nhiều hơn vì sắc hơn ðường kính trung bình của hạt mài vào khoảng 10÷50 mm Lượng kim loại ñược hớt ñi phụ thuộc vào áp lực và vận tốc phun của dòng khí

Một trong những thông số hết sức quan trọng cần khống chế trong gia công bằng tia hạt mài là khoảng cách bề mặt chi tiết gia công và miệng phun (khoảng cách ñầu phun) Thông số này không những chỉ ảnh hưởng ñến khối lượng kim loại hớt ñi mà còn ảnh hưởng ñến kích thước và hình dạng ñáy lỗ

Tóm tắt ñặc trưng của quá trình gia công bằng tia hạt mài

- Cơ chế tạo phoi - Phá huỷ giòn do va ñập của hạt mài có tốc ñộ cao

- Tác nhân trung gian - Không khí, CO2

- Hạt mài - Al2O3, SiC, ñường kính hạt 0,025mm, 2-20g/ph,

không sử dụng lại

- Vòi phun - WC, hồng ngọc (sa phia)

- Các thông số hiệu chỉnh - Lượng hạt mài và tốc ñộ, khoảng cách ñầu phun,

kích thước hạt mài và hướng phun

- Vật liệ gia công - Kim loại, hợp kim cứng và giòn, vật liệu phi

kim(nhôm, kính, vật liệu sứ, mica)

- Hạn chế - Khoan, cắt, khắc và làm sạch

- Hạt mài dễ giòn, năng suất thấp

1.4.2.Gia công bằng siêu âm (Utrasonic Machining-USM)

Dụng cụ ñược làm từ vật liệu dẻo và dai, ñược dung ñộng với tần số khoảng 20 kHz và biên ñộ dao ñộng bé (0,05÷0,125) mm Dao ñộng này sẽ truyền tốc ñộ cao cho các hạt mài va ñập vào bề mặt gia công, phá huỷ giòn

bề mặt thành những phần tử li ti ñược tải ñi nhờ dòng chất lỏng dạng bột nhão gồm hạt mài trộn trong nước hoặc benzen, dầu nhờn hoặc glixêrin Vật liệu hạt mài thường là cacbit B o(B4C), cacbit sili (S i CO),ôxit nhôm (AL203) hoặc kim cương có kích thước rất bé Ưu ñiểm của phương pháp gia công siêu âm

là lực rất bé và nhiệt thấp do ñó vật liệu không bị thay ñổi cấu trúc pha

Tóm tắt ñặc trưng của quá trình gia công bằng siêu âm

- Cơ chế tách vật liệu - Phá huỷ giòn do va ñập của hạt mài dưới tác dụng

dung ñộng với tần số cao của dụng cụ

- Tác nhân trung gian - Bột nhão

- Hạt mài - B4C, SiC, Al2O3 và kim cương

- Các thông số - Tần số, biên ñộ, vật liệu dụng cụ, kích thước hạt

mài, mật ñộ hạt mài trong bột nhão và ñộ nhớt của bột nhão

- ðối tượng gia công - Kim loại và hợp kim (vật liệu cứng và giòn), chất

bán dẫn, vật liệu phi kim (thuỷ tinh, sành sứ)

- Hạn chế - Năng suất thấp, dụng cụ mòn và chiều sâu lỗ gia

công hạn chế

1.4.3 Gia công bằng tia lửa ñiện (Electric Dischange Machining – EDM)

Nguyên lý gia công bằng tia lửa ñiện là giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết gia công tồn tại một khe hở gọi là khe hở ñiện cực Chất lỏng không dẫn ñiện lấp ñầy khe hở ñiện cực Khi cho một dòng ñiện một chiều chạy qua từ cực dương sang cực âm, với một ñiện áp thích hợp giữa cực dương và cực âm xuất hiện tia lửa ñiện ở những nơi mà hai ñiện cực gần nhau nhất

Nhiệt ñộ lên cao ñến mức làm nó cháy và bốc hơi vật liệu Khe hở ñiện cực ñược duy trì ở mức thích hợp và ñược ñiều khiển tự ñộng bởi cơ cấu ñiều khiển của máy Thường thì hai ñiện cực ñều bị mòn, nhưng cực dương sẽ mòn nhanh hơn rất nhiều so với cực âm

Tóm tắt ñặc trưng của quá trình gia công bằng tia lửa ñiện

- Cơ chế cắt vật liệu - Nóng chảy bốc hơi, tạo thành hõm sâu

- Môi trường trung gian - Dung môi không dẫn ñiện

- Vật liệu làm dụng cụ - ðồng, ñồng thau, graphít

- Khe hở ñiện cực - Từ 0,01- 0,125mm

- Năng suất cắt vật liệu tối ña - Gần bằng 5.103mm3/ph

- Tiêu hao năng lượng - Khoảng 1,8w/mm3/ph

- Các thông số ñiều chỉnh - ðiện thế, ñiện dung, khe hở ñiện cực, dòng

chảy chất lỏng và nhiệt ñộ chảy

- Vật liệu gia công - Vật liệu dẫn ñiện

- Hình dáng chi tiết - Lỗ không thông, hình dáng phức tạp, lỗ nhỏ

ở vòi phun và lỗ thông ñịnh hình

- Hạn chế - Tiêu hao năng lượng lớn (gấp khoảng 50 lần

so với các phương pháp gia công cơ ñiện)

- Không dùng ñể gia công các vật liệu không dẫn ñiện

1.4.4 Gia công bằng chùm tia ñiện tử (Electron Beam Machining EBM)

Về cơ bản gia công bằng chùm tia ñiện cũng là quá trình nhiệt, ở ñây dòng thác ñiện tử tốc ñộ cao va chạm vào bề mặt chi tiết gia công, ñộng năng biến thành năng lượng tập trung làm vật liệu bị nóng chảy và bốc hơi

Khi ñiện áp tốc ñộ của ñiện tử rất cao, ví dụ: ở ñiện áp U = 150.000V, tốc ñộ của electron ñạt trên 28.478km/s Vì tia ñiện tập trung ở một diện tích

bé (ñường kính 10÷200 mm) nên mật ñộ năng lượng có thể ñạt ñến 6500.109 W /mm Với năng lượng này có thể làm bốc hơi bất kỳ loại vật liệu nào Gia công bằng chùm tia ñiện tử thích hợp ñể khoan những lỗ có ñường kính từ 0,025- 0,125 mm trên những tấm dầy ñến 1,25 mm hoặc khi có chiều rộng bé ñến 0,025mm

Tóm tắt ñặc trưng của quá trình gia công bằng chùm tia ñiện tử

- Cơ chế gia công - Chảy và bốc hơi

- Năng suất cắt vật liệu max - Khoảng 10mm3/ph

- Mức tiêu hao năng lượng - Khoảng 450w/mm3/ph

- Thông số ñặc trưng - ðiện thế cao, dòng tia, ñườg kính tia,

nhiệt ñộ làm chảy vật liệu

- Vật liệu gia công - Mọi loại vật liệu

- Hình dạng gia công - Lỗ rất nhỏ, cắt rãnh hẹp và cắt ñường viền

phức tảptên tấm kim loại

- Hạn chế - Máy ñắt, tốn tiền, cần môi trường chân

không và chỉ gia công ñược các chi tiết nhỏ

1.4.5 Gia công bằng chùm tia lade

Giống như chùm tia ñiện tử, chùm tia lade cũng có khả năng tạo ra năng lượng lớn Lade là chùm tia bức xạ ñiện từ có ñộ tập trung cao, có bước

sóng từ 0,1 ÷ 0,7µm Thường dùng khi gia công bước sóng 0,4 ÷ 0,6µm Chùm tia lade là chùm tia ñơn sắc có ñộ song song có thể tập trung ở một tiết diện rất bé và tạo ra công suất cực kỳ cao (10 7W/mm2) Khả năng gia công bằng chùm tia lade cũng tương tự như chùm tia ñiện tử, hạn chế là mức tiêu hao năng lượng lớn, không thể cắt ñược loại vật liệu có hệ dẫn nhiệt và phản

xạ cao

Tóm tắt ñặc trưng của quá trình gia công bằng chùm tia lade

- Cơ chế cắt kim loại - Nóng chảy, bốc hơi

- Môi trường - Không khí thường

- Dụng cụ - Chùm tia lade công suất lớn

- Tốc ñộ lấy vật liệu max - ≈5mm3/ph

- Mức tiêu hao năng lượng - ≈100w/mm3/ph

- Thông số ñiều chỉnh - Cường ñộ năng lượng của chùm tia

- Vật liệu gia công - Mọi loại vật liệu

- Hạn chế - Mức tiêu hao năng lượng rất lớn, không

thể cắt ñược loại vật liệu có hệ số dẫn nhiệt

và phản xạ cao

1.4.6 Gia công ñiện hoá (Electro Chemical Machining – ECM)

Phương pháp gia công kim loại bằng ñiện hóa (ECM) là một trong những phương pháp gia công kim loại mới có hiệu quả nhất Quá trình gia công kim loại bằng ñiện hoá có thể xem là quá trình ngược của ”mạ kim loại bằng ñiện”, tức là dựa trên nguyên lý ñiện phân

Nguyên lý ñiện phân ñã ñược áp dụng từ lâu trong ” Công nghệ mạ kim loại” Trong mạ kim loại bằng ñiện thì mục ñích chính là làm cho các phần tử kim loại bám chặt vào bề mặtchi tiết ñược mạ Ngược lại, trong gia công kim loại bằng ñiện hoá thì mục ñích chính là lấy kim loại ñi khỏi bề mặt chi tiết

gia công Do ñó trong gia công kim loại bằng ñiện hoá chi tiết ñược nối với cực dương, còn dụng cụ ñược nối với cực âm của nguồn ñiện một chiều Việc lấy ñi một lớp kim loại của gia công ñiện hoá không phụ thuộc vào ñộ cứng của vật liệu gia công, do ñó phương pháp gia công bằng ñiện hoá

có ưu thế hơn hẳn các phương pháp gia công kim loại khác khi gia công các vật liệu cứng (thép tôi, hợp kim cứng ) cũng như các chi tiết có profin nhỏ, phức tạp Một ñặc ñiểm quan trọng khác của gai công ñiện hoá là trong quá trình gia công dụng cụ không bị mòn Thiết bị cho gia công ñiện hoá không quá phức tạp và có thể tự ñộng hoá ñược Ngoài ra ”công nghệ mạ kim loại bằng ñiện” (quá trình ngược của công nghệ ñiện hoá) ở nước ta hiện nay khá phát triển Chúng ta ñã có những dây chuyền mạ hiện ñại của Ý, Nhật Thị trường hoá chất mạ ñiện khá rồi dào Chính vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công ñiện hoá sẽ có tính khả thi cao

Trong các phương pháp gia công kể trên thì gia công ñiện hoá là một trong những phương pháp có khá nhiều ưu ñiểm trong việc gia công mặt trụ ngoài nói riêng và các bề mặt khác nói chung Qua một số tài liệu cho thấy,

ñộ nhám của bề mặt gia công ñiện hoá khá thấp, phù hợp với những chi tiết ñòi hỏi có ñộ nhám thấp Hơn nữa, trang thiết bị của phương pháp này không quá phức tạp, có tính khả thi ở nước ta, kể cả ở một số cơ sở sản xuất nhỏ Chính vì vậy chúng tôi chọn ñây là một công nghệ ñể nghiên cứu

1.5 Một số nghiên cứu về mài ñiện hóa

Từ năm 2004 ñến nay tại Khoa Cơ - ðiện, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã có hai học viên cao học tiến hành ñề tài liên quan ñến mài ñiện hóa:

1 Phạm Hữu Chiến (2004) Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số ñến năng suất và chất lượng của gia công ñiện hóa Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường ðại học Nông nghiệp I, Hà Nội;

2 Lê Hồng Phong (2006) Nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công ñiện hóa ñể mài các chi tiết dạng trục Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường ðại học Nông nghiệp I, Hà Nội

Các học viên ñều chọn mài ñiện hóa và chi tiết dạng trục là ñối tượng nghiên cứu và tận dụng máy tiện ñể làm thiết bị (chế tạo thêm một số thiết bị phụ trợ)

Các tác giả ñã có những kết luận về tính khả thi của công nghệ này (tốc

ñộ gia công nhanh, ñộ nhám thấp, ) nhưng việc sử dụng máy tiện làm thiết bị gia công là không hợp lý ñồng thời cũng ñã có những ñề nghị nghiên cứu tiếp theo ñể có thể ñưa công nghệ này vào ứng dụng trên thực tế

1.6 Mục ñích và nội dung của ñề tài

Từ những phân tích trên ñây mục ñích của ñề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị mài ñiện hóa

Hình 1.5.1 Sơ ñồ nguyên lý mài ñiện hóa

ðây chỉ là bước ñầu của việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công ñiện hóa

ðể ñạt ñược mục ñích trên, nội dung cụ thể của luận văn gồm:

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị mài ñiện hóa trước mắt là phục

vụ cho giảng dạy và nghiên cứu tiếp

- Tìm hiểu ñiều kiện làm việc của trục khuỷu ñộng cơ (một trong những ñối tượng có khả năng ứng dụng ñược phương pháp mài ñiện hóa)

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của gia công ñiện hóa nói chung và mài ñiện hóa nói riêng

- Thử nghiệm thiết bị mài ñiện hóa

Hình 1.5.2 Các học viên ñang tiến hành nghiên cứu mài ñiện hóa

a - HV Phạm Hữu Chiến; b - HV Lê Hồng Phong; c - HV Lê Hồng

Phong ño lượng gia công; d - HV Lê Hồng Phong ño ñộ nhám

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ðối tượng nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu là mài ñiện hóa chi tiết dạng trục, mài lớp hàn ñắp

Do ñiều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên trong luận văn này chỉ

ñề cập ñến việc thiết kế, chế tạo thiết bị gia công ñiện hóa ñơn giản (nhưng mài ñược cả cổ phụ trục khuỷu ñộng cơ ñốt trong) và kiểm tra khả năng ứng dụng của thiết bị thông qua mài thí nghiệm trục thẳng, mài lớp hàn ñắp trên trục thẳng và bước ñầu mài cổ phụ trục khuỷu trong dung dịch ñơn giản (dung dịch muối NaCl)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết

và thực nghiệm trong ñó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết ñề cập ñến ba vấn ñề:

- Trục khuỷu ñộng cơ ñốt trong

- Cân bằng chi tiết và cụm

- Cơ sở lý thuyết gia công ñiện hóa

Một trong các hướng ứng dụng của mài ñiện hóa là gia công cổ trục khuỷu (gia công ñến kích thước sửa chữa hoặc gia công lớp hàn ñắp, lớp mạ…trên cổ trục) ðể ñảm bảo việc lựa chọn phương pháp gia công phục hồi

là hợp lý cần nghiên cứu ñiều kiện làm việc của trục khuỷu

Một trong các yêu cầu của thiết bị mài ñiện hóa là thiết bị phải cân bằng ðể có cơ sở ñảm bảo ñược yêu cầu này cần quan tâm ñến cơ sở lý thuyết cân bằng

ðể xây dựng ñược quy trình công nghệ mài ñiện hóa nói riêng, gia công ñiện hóa nói chung cần phải nghiên cứu bản chất của gia công ñiện hoá,