3.1.1. Chức năng và nhiệm vụ
Chi tiết gia công là loại chi tiết được sử dụng chủ yếu cho ngành chất dẻo. Chúng có bề mặt cần gia công là mặt trụ tròn xoay dùng để làm mặt lắp ghép, phần then hoa để nối trục với xylanh thủy lực và động cơ để tạo chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến cho trục. Đặc biệt quan trọng nhất là trục có phần rãnh vít có
bước thay đổi dùng để vận chuyển và dẻo hóa vật liệu nhựa trước khi được đẩy vào khuôn.
Chi tiết dùng để vận chuyển vật liệu nhựa và dẻo hóa nhựa nằm trong xy lanh trước khi đẩy vào khuôn nên nó luôn làm việc ởđiều kiện nhiệt độ cao, dễ dẫn đến dễ bị mòn, tróc rỗ bề mặt. Vì vậy cần đảm bảo độ đồng tâm, độ bền cơ học và hóa học trong quá trình làm việc.
Ngoài ra, phần vai trục chịu ứng suất thay đổi hoàn toàn, phần then hoa chịu ứng xuất dập nên xuất hiện các dạng hỏng như: tróc, rỗ và mòn các bề mặt… Do đó yêu cầu phải đảm bảo độ cứng xoắn và độ cứng uốn.
3.1.2. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết
Do đặc điểm làm việc của trục vít theo như phân tích ở trên thì nó phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật sau:
- Bề mặt vai trục D=50mm cần gia công đạt Ra = 0,63 để đảm bảo điều kiện lắp ghép.
- Độ không song song giữa bề mặt then hoa với đường trục là 0,05.
- Bề mặt rãnh vít dùng để vận chuyển và dẻo hóa nhựa trước khi đưa vào khuôn, cần gia công đạt Ra = 1,25.
- Vật liệu chế tạo trục vít: 40 Cr
Bản vẽ chi tiết trục vít được giới thiệu trên hình 3.1:
- Đoạn vít làm nhiệm vụ cấp liệu: L1=625mm, H1=6mm, t1=50mm - Đoạn vít dùng nén ép (vùng chuyển tiếp): L2= 125mm, H2=3÷5, t2=50÷55mm - Đoạn vít dùng định lượng: L3=100mm, H3 =3; t3=50 - Chiều rộng cánh vít: e=6mm - Góc nghiêng Φ =27° - Chiều dài phần làm việc của trục vít: L=850mm
3.1.3. Xác định dạng sản xuất
Bài toán thiết kế trên cơ sở là dạng sản xuất hàng loạt vừa nên nhiệm vụ của phần này là đi tính sản lượng hàng năm khi sản xuất. Trường hợp này được tính theo phương pháp gần đúng dựa vào khối lượng của chi tiết và dạng sản xuất nhờ tra bảng.
Khối lượng của chi tiết : Q=V.ρ Trong đó:
Q: Khối lượng của chi tiết.
ρ: Khối lượng riêng của chi tiết. Với vật liệu thép tra bảng 2 [10] ta có
3 dm / kG 58 . 7 ≈ ρ
Khối lượng của chi tiết được tính bằng phần mềm sau khi xây dựng được mô hình 3D. Ta có V= 0,002 m3
Vậy Q = 15,16 Kg.
Với dạng sản xuất là loạt vừa, tra bảng 2.6 [10] ta chọn sản lượng hàng năm là 500 sản phẩm/năm.
3.2. Xác định phương pháp chế tạo phôi
3.2.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp chế tạo phôi
Phương pháp chế tạo phôi phụ thuộc rất nhiều vào chức năng, kết cấu, vật liệu sử dụng, hình dạng, yêu cầu kĩ thuât, quy mô, dạng sản xuất của chi tiết máy cần chế tạo. Dạng phôi được chọn phụ thuộc vào đặc tính kết cấu, yêu cầu vận hành của chi tiết, dạng sản xuất, hệ số sử dụng vật liệu yêu cầu và các điều kiện khác…v.v. Chọn phôi hợp lý là một bài toán không dễ dàng, phương án cuối cùng chỉ có thể được chọn sau khi đã tính giá thành phôi và gia thành của sp sau khi gia công cơ. Việc chọn phương chế tạo phôi được chọn bằng cách xem xét một số vấn đề sau:
- Tính kinh tế của phương án trong điều kiện sản xuất đã chọn. - Tính hợp lý của quá trình chế tạo phôi.
- Mức độ trang bị của các quá trình công nghệ chế tạo phôi, khả năng ứng dụng công nghiệp tựđộng hoá vào sản xuât.
- Chất lượng của phôi, các loại hư hỏng có thể xuất hiện trong quá trình chế tạo phôi và khả năng loại bỏ chúng .
- Hệ số sử dụng vật liệu của phương pháp chế tạo phôi. - Khối lượng gia công và năng suất tạo phôi.
Quá trình thực hiện bản vẽ phôi trên cơ sở bản vẽ chi tiết và phương án chế tạo phôi có thể thực hiện theo trình tự sau:
- Chọn dạng phôi tuỳ thuộc vào đặc tính kêt cấu, yêu cầu vận hành của chi tiết, dạng sản xuât, hệ số sử dụng vật liệu và các điều kiện khác.
- Tính toán lượng dư bằng phương tính toán phân tích cho các bề mặt quan trọng. Với các bề mặt không quan trọng có thể tính lương dư bằng phương pháp tra bảng
Với chi tiết gia công là trục vít máy ép phun, vật liệu chế tạo là thép 40Cr, và có yêu cầu kỹ thuật tương đối cao và với dạng sản xuất là hàng loạt vừa do đó đề tài lựa chọn phương pháp tạo phôi là phương pháp gia công áp lực.
3.2.2. Phương pháp chế tạo phôi
Để gia công phôi bằng phương pháp gia công áp lực có nhiều phương pháp gia công khác nhau. Căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương pháp và yêu cầu của phôi, ta đưa ra phương pháp hợp lý nhất.
a. Phương pháp rèn tự do
Đây là phương pháp gia công bằng áp lực. Đặc điểm của phương pháp này là hầu hết kim loại bị biến dạng theo các phương.
- Ưu điểm: Phôi có cơ tính tốt, tổ chức kim loại bền chặt, chịu uốn, chịu xoắn tốt. Phương pháp đơn giản, giá thành thấp.
- Nhược điểm: Độ chính xác hình dạng thấp, không tạo được phôi có hình dạng phức tạp. Vì vậy phương pháp này không thích hợp với sản xuất hàng loạt vừa, nó chỉ phù hợp với sản xuất đơn chiếc.
b. Phương pháp rèn trong khuôn định hình
Phương pháp này có ưu điểm là tạo được phôi có độ bóng bề mặt cao, độ chính xác cao hơn rèn tự do, cơ tính đồng đều, có thể rèn được các chi tiết có hình
dạng phức tạp, tiết kiệm kim loại, thao tác đơn giản, năng suất lao động cao. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là công suất của thiết bị yêu cầu lớn, chế tạo khuôn phức tạp, giá thành cao. Có 2 phương pháp rèn khuôn:
* Phương pháp dập thể tích trên máy búa: Phương pháp này cũng như phương pháp rèn trong khuôn định hình nhưng cho phôi có độ chính xác cao hơn, có khả năng gia công được chi tiết có hình dáng phức tạp, nâng cao cơ tính của phôi.
Ưu điểm: thường được áp dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Có khả năng tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm thời gian gia công, giảm giá thành sản phẩm.
Nhược điểm: lực ép lớn, chế tạo khuôn dập khó khăn. Lực dập lớn nên chi tiết có ba via, gây khó khăn trong quá trình gia công.
* Phương pháp dập nóng: Phương pháp này đạt chất lượng bề mặt cấp chính xác (11 ÷12), phôi có cơ tính tốt và cso thể chế tạo được những chi tiết cú hình dạng phức tạp.
Ưu điểm: Máy có độ cứng vững tốt, dẫn hướng êm và chính xác, có thểđẩy phôi tựđộng.
Nhược: Giá thành máy cao, khi qua tải có thể xảy ra kẹt máy.
Tuy vậy, phương pháp dập nóng chảy vẫn có ưu điểm hơn so với phương pháp dập thể tích nên vẫn được dùng nhiều trong các dây chuyền dập nóng phôi để sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.
* Phương pháp cán: Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo, cho năng suất cao.
Nhược điểm: phôi có cơ tính không tốt, không chế tạo được phôi có hình dáng phức tạp.
Kết luận: Qua phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp gia công phôi bằng áp lực và so sánh giữa các phương pháp gia công đề tài lựa chọn phương pháp gia công phôi cho chi tiết là phương pháp dập nóng.
3.3. Quy trình công nghệ gia công chi tiết 3.3.1. Phân tích chuẩn định vị khi gia công 3.3.1. Phân tích chuẩn định vị khi gia công
Khi chọn chuẩn để gia công chi tiết mấy phải xác định cho nguyên công đầu tiên và cho các nguyên công tiếp theo. Thông thường chuẩn dùng ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công chi tiết máy là chuẩn thô, chuẩn dùng ở nguyên công tiếp theo là chuẩn tinh.
Mục đích của việc chọn chuẩn là đểđảm bảo hai yêu cầu: + Chất lượng của chi tiết trong quá trình gia công. + Nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm.
Chuẩn thô là chuẩn chưa gia công và được sử dụng ở nguyên công đầu tiên. Việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, nó ảnh hưởng đến những nguyên công sau và đến độ chính xác gia công của chi tiết. Vì vậy khi chọn chuẩn thô phải đảm bảo phân bố đủ lượng dư cho các bề mặt sẽ gia công và đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt [3].
Để đảm bảo sau khi gia công đạt được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, lựa chọn chuẩn tinh để gia công hợp lý là rất quan trọng. Với chi tiết dạng trục nói chung và chi tiết trục vít nói riêng đề tài đưa ra một số phương án lựa chọn chuẩn tinh như sau:
a. Phương án 1: Chuẩn tinh là hai lỗ tâm
Khi dùng hai lỗ tâm làm chuẩn tinh sẽ khống chế 5 bậc tự do. Phương án này có ưu điểm là có thể gia công tất cả các mặt ngoài, phay rãnh then, then hoa, ren trên trục mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao về vị trí tương quan và không có sai số chuẩn cho các kích thước đường kính các cổ trục
Hình 3.2. Sơ đồ định vị gia công trục vít bằng hai lỗ tâm
Tuy nhiên phương án này có nhược điểm là độ cứng vững kém, khi cắt ở tốc độ cao sẽ gây rung động ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Ngoài ra sẽ có sai số
chuẩn theo chiều dài trục nếu như mũi tâm cốđịnh là mũi tâm cứng và gia công các bậc trục theo phương pháp chỉnh sẵn dao để tự động đạt kích thước. Để khắc phục các nhược điểm trên thì trên thực tế khi gia công có thể sử dụng luynet và mũi tâm tùy động. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện và giá thành thấp.
b. Phương án 2 : Chuẩn tinh là mặt trục ngoài kết hợp với lỗ tâm
Khi dùng bề mặt ngoài kết hợp với lỗ tâm làm chuẩn tinh sẽ khống chế 5 bậc tự do. Phương án này có ưu điểm độ cứng vững khi gia công tốt, dễ dàng thao tác. Tuy nhiên phương án có nhược điểm là có sự hạn chế về sự chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt.
Hình 3.3. Sơ đồ định vị gia công trục vít bằng mặt ngoài và lỗ tâm
c. Phương án 3: Chuẩn tinh là mặt ngoài của trục
Biện pháp thực hiện có thể là cặp trên mâm cặp 3 chấu, 4 chấu hoặc gá trên khối V tuỳ theo bề mặt gia công là các bề mặt tròn xoay hay các bề mặt có vị trí tương quan so với đường tâm trục.
Hình 3.4. Sơ đồ định vị gia công trục vít bằng mặt ngoài trục
Khi định vị bằng mâm cặp 3 hoặc 4 chấu thì độ cứng vững khi gia công không đảm bảo do chi tiết có chiều dài lớn. Khi định vị mặt ngoài trục 4 bậc tự do thì nhược điểm là có sự hạn chế khi gia công các bề mặt trụ ngoài.
Nhận xét: Cả ba phương án định vị khi gia công trên đều có ưu nhược điểm khác nhau. Tuy nhiên theo như đề tài đã phân tích ở trên thì phương án 1 có nhiều ưu
điểm và phù hợp với chi tiết trục vít cần gia công. Do đó Đề tài lựa chọn phương án chọn chuẩn tinh là hai lỗ tâm để thực hiện các nguyên công chính gia công chi tiết.
3.3.2. Trình tự các nguyên công
Quy trình công nghệ gia công cơ chi tiết là một bài toán nhiều phương án. Lời giải cụ thể phục thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc tính kĩ thuật của sản phẩm, tính năng sử dụng của nó, loại phôi, điều kiện sản xuất, quy mo sản xuất và rất nhiều yếu toó khác. Tuy vậy việc thiết kế các quá trình công nghệ gia công cơ và trình tự gia công các bề mặt của chi tiết cũng có những nguyên tắc cơ bản mà nếu không tuân thủ sẽ dẫn đến những sai xót nghiêm trong.
Trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, đề tài đưa ra trình tự gia công chi tiết như sau:
Nguyên công I: Khỏa mặt đầu, khoan hai lỗ tâm.
Nguyên công II: Tiện thô, tiện bán tinh và tiện tinh Ф32, Ф38.
Nguyên công III: Tiện thô, tiện bán tinh và tiện tinh Ф50.
Nguyên công IV: Phay then hoa.
Nguyên công V: Gia công rãnh vít trên máy CNC.
Nguyên công VI. Nhiệt luyện, mài.
Nguyên công VII. Khoan, tiện lỗ, tiện ren (taro) M24x2.
Nguyên công VIII. Tổng kiểm tra.
3.4. Thiết kế nguyên công
3.4.1. Nguyên công I: Khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm
a. Chọn sơ bộ máy gia công
Chọn máy FXLZD 160Cx16 [11] của Đức với các thông số kỹ thuật của máy: - Đường kính gia công: 20÷160mm
- Chiều dài phôi max: 1600mm - Số trục chính: 04
- Công suất các động cơ: 14,5 kw - Tốc độ truc dao phay: 112÷224v/ph
- Khối lượng: 3500kg
Dụng cụ được sử dụng trong nguyên công này là dao phay mặt đầu lắp ghép mảnh hợp kim BK6 (4.95[11]) để khỏa mặt đầu và mũi khoan lỗ tâm. Các thông số về kích thước dao phay:
D = 100(mm); B=50mm, d = 32(mm); Z = 8
b. Lập sơ đồ gá đặt
Hình 3.5. Sơ đồ định vị nguyên công khỏa mặt, khoan tâm
Sơđồđịnh vịđược giới thiệu trên hình 3.5 Chi tiết được định vị 4 bậc tự do bằng 2 khối V ngắn. Hướng lực kẹp được thực hiện từ trên xuống.
3.4.2. Nguyên công II: Tiện thô, tiện bán tinh và tiện tinh Ф32, Ф38
a. Chọn sơ bộ máy gia công
Chọn máy tiện T620 của Việt Nam sản xuất với các thông số kỹ thuật [11]: - Đường kính lớn nhất của chi tiết gia công trên thân máy: 400mm - Khoảng cách hai đầu tâm lớn nhất: 1400mm
- Chiều dài lớn nhất tiện được: 1330mm
- Số cấp tốc độ trục chính: 24 (12,5÷2000v/ph) - Độ côn trục chính: NO5
- Số dao lắp được trên đài dao: 4 - Khối lượng máy: 2400kg
- Kích thước bao của máy: 2522/2812/3212mm Tra bảng 4.3 [11] chọn loại dao tiện vật liệu T15K6
b. Lập sơ đồ gá đặt
Sơđồđịnh vị tiện bán tinh và tiện tinh Ф32, Ф38 được giới thiệu như trên hình 3.6.
Hình 3.6. Sơ đồ định vị khi tiện Ф32, Ф38
Sơđồđịnh vị 5 bậc tự do bằng hai mũi tâm với tốc truyền mô men xoắn, trong quá trình gia công có sử dụng luynet đỡ nhằm đảm bảo độ cứng vững cho chi tiết
3.4.3. Nguyên công III: Tiện thô, tiện bán tinh và tiện tinh Ф50
a. Chọn sơ bộ máy gia công: Như nguyên công 2
b. Lập sơ đồ gá đặt:
Sơ đồđịnh vị cũng như nguyên công 2, định vị 5 bậc tự do bằng hai mũi tâm với tốc truyền mô men xoắn, trong quá trình gia công có sử dụng luynet đỡ nhằm đảm bảo độ cứng vững cho chi tiết.
Hình 3.7. Sơ đồ định vị khi tiện Ф50 3.4.4. Nguyên công IV: Phay then hoa
Chọn máy phay 5350A [11] với các thông số kỹ thuật: - Đường kính gia công lớn nhất: 150mm
- Khoảng cách giữa các mũi tâm: 1500mm - Đường kính dao phay lớn nhất: 150mm - Chiều dài phay lớn nhất: 675mm - Số rãnh then hoa: 4÷36
- Số vòng quay của tục chính dao phay: 80÷250v/ph