3.4.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm
Phương pháp này rất đơn giản, nó dựa vào “ đội' chính xác kinh tế” để đánh giá. Độ chính xác kinh tế (như trên đã nói) là độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường. Như vậy, trong thực tế người ta chỉ căn cứ vào từng phương pháp gia công cụ thể để đánh giá chính xác đạt cấp nào và tương ứng từng cấp chính xác có thể tính ra gần đúng dung sai (độ chính xác) của nguyên công. Nhìn chung phương pháp này mang tính chất định tính hơn là định lượng.
3.4.2. Phương pháp tính toán phân tích.
56 theo công thức:
Ở đây: Ay là sai số kích thước xuất hiện khi có biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.
£- Sai số gá đặt (gồm sai số chuẩn, sai số kẹp chặt và sai số đồ gá). AH - Sai số phát sinh do điều chỉnh máy gây ra.
Am - Sai số đo dụng cụ do điều chỉnh máy gây ra.
AI sai số do biến dạng nhiệt độ của hệ thống công nghệ gây ra
Ahd sai số hình dạng hình họa do sai số của máy và biến dạng của chi tiết gây ra. Một số thành phần của sai số trên đây có thể không xuất hiện trong một số trường hơp. Ví dụ: khi gia công một loại trục xoay hoặc các mặt phẳng đối xứng thì không có . Khi gia công loại nhỏ chi tiết mà không thay dao thì không tính Am (trong trường hợp này sai số tổng cộng bằng hiệu của các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất sẽ giảm).
Ví dụ:
Xác định sai số tổng cộng nếu Ay= 10 Mm; e= 25 Mm; A H= 30 Mm; A m = 15 Mm; A r = 10 Mm; A hd = 20 Mm
Cách giải:
Theo công thức (3) ta có:
AS = A y + e + A H + A m + A r + S A hd = 10 + 25 +30 +15+ 10+20 = 110 Mm.
3.4.3. Phương pháp thống kê xác suất
Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối việc xác định độ chính xác gia công được thực hiện bằng phương pháp thống kê xác suất.
Khi gia công hàng loạt chi tiết trên máy đã được điều chỉnh sẵn, kích thước thực của một chi tiết là một đại lượng ngẫu nhiên. Nhiều nghiên cứu thực nghiệm khẳng định rằng khi gia công cơ cấu sai số do các yếu tố ngẫu nhiên gây ra đều phân bố theo quy luật chuẩun. Về mặt lý thuyết quy luật này được mô tả bằng đường cong Gaus.
57
một loạt chi tiết rồi kiểm tra kích thước của từng chi tiết. Sau đó các kích htước này được chia ra từng khoảng (một số khoảng) và xác định tần xuất, có nghĩa là tỷ số giữa số chi tiết có kích thước nằm trong từng khoảng chia đó và tổng số chi tiết của cả loạt m/n (ở đây m là số chi tiết có kích thước nằm trong từng khoảng chia còn n là tổng số chi tiết của cả loạt).
Giả sử loạt chi tiết có 100 chi tiết và kích thước thực nằm trong khoảng từ 50,00 đến 50,36mm các kích thước này được phân chia ra 7 khoảng và được ghi trong bảng 3.15
Khoảng cách kích thước Tần số m Tần suất m/n
50,00 – 50,00 2 0,02 50,00 – 50,10 12 0,12 50,10 – 50,15 18 0,18 50,15 – 50,20 27 0,27 50,20 - 50,25 23 0,23 50,25 - 50,30 15 0,15 50,30 - 50,35 3 0,3
trục tung đặt tần số (m) hoặc tần suất (m/n ). các cột hình chữ nhật I được gọi là đặc tính phân bố. Nếu nối các điểm ở giữa các khoảng phân bố ta được đường cong gấp khúc và nó được gọi là đường cong phân bố thực nghiệm 2.
Khi tăng số lượng chi tiết trong loạt, giảm giá trị khoảng chia và tăng số lượng khoảng chia thì đường gấp khúc sẽ gần trùng với đường cong lý thuyết của quy
58 luật chuẩn (Gaus).
Quy luật chuẩn.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên tới độ chính xác gia công, cần giả thiết rằng có nhiều yếu tố trong các yếu tố này tác động đến tần số xuất hiện như nhau và chúng không phụ thuộc vào nhau.
Quy luật chuẩn được đặc trưng bằng các đại lượng sau đây: Kích thước trung bình cộng (hay sai lệch trung bình cộng).
Sai lệch bình phương trung bình kích thước trung bình cộng của loạt chi tiết được xác định theo công thức sau:
Ở đây: Li kích thước của chi tiết thứ i. n - số chi tiết trong loạt
Sai lệch bình phương trung bình được tính theo công thức:
Ở đây: x1 = L1- Ltb.
Đại lượng đặc trưng cho phân tán kích thước và hình dáng của đường cong phân bố. Hiệu giữa kích thươc thực lớn nhất và nhỏ nhất của các chi tiết trong loạt gọi là khoảng phân bố hay đường phân tán. (p= Lmax – Lmin)
Phương trình đường cong phân bố chuẩn : y e 2x
2
1 2
2
Ở đây: e - cơ số của logarit tự nhiên.
Đường cong phân bố chuẩn có các đặc tính sau đây:
59
đường cong (trục tung) khi Li = Ltb được xác định theo công thức
Hình 3.16. Đường cong phân bố chuẩn (đường cong gaus)
+ Ở khoảng cách ± s tính từ đỉnh, đường cong có 2 điểm uốn (các điểm A và B) với các trục tung:
+ Diện tích giới hạn của đường cong chuẩn được tính theo công thức:
Hình 3-17. Ảnh hưởng của sai lệch bình phương trung bình tới hình
dáng của đường cong phân bố chuẩn.
Trong phạm vi ± 3 diện tích chiếm khoảng 99,73% toàn bộ diện tích giới hạn của đường cong. Như vậy, thực tế (với sai số 0,27%) có thể cho rằng trong phạm vi ± 3 đường cong phân bố chuẩn chứa tới 99,73% số chi tiết trong cả loạt.
60
do đó đường cong giãn ra, có nghĩa là độ chính xác giảm. Đại lượng ơ càng nhỏ thì độ phân tán của kích thước càng nhỏ, do đó tốc độ chính xác gia công càng cao (hình 3.17).
Nếu tâm phân bố trùng với tâm dung sai thì nguyên công không có phế phẩm nếu thỏa mãn điều kiện: > p
Ở đây: p - trường phân bố, dung sai nguyên công
Câu hỏi ôn tập
Câu 1. Hãy so sánh phương pháp cắt thử và phương pháp tự động đạt kích thước? Câu 2. Phân tích các ảnh hưởng gây ra sai số gia công?
61
Chương 4: Phôi và lượng dư gia công Mục tiêu
Trình bày được phương pháp chế tạo phôi, ưu khuyết và phạm vi sử dụng
của chúng.
Chọn được phương pháp chế tạo phôi và xác định lương dư theo bảng hợp
lý.
Chọn được các phương pháp gia công chuẩn bị thích hợp cho từng loại
phôi.
Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
Nội dung 4.1 Khái niệm
4.1.1. Phương pháp cán
a. Định nghĩa
Cán kim loại là quá trình biến dạng kim loại giữa hai trục cán có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi, kết quả làm cho phôi giảm chiều cao , chiều dài vàchiều rộng tăng. Hình dạng của sản phẩm do hình dạng của khe hở giữa hai trục cán quyết định.Cán kim loại được sử dụng rộng rãi vì nó không chỉ làm thay đổi hình dạng của phôi mà còn nâng cao chất lượng phôi kim loại : Phá huỷ tổchức kim loại đúc có nhiều khuyết tật, tổ chức dạng nhánh cây có nhiều rổ khí, ... tạo nên tổ chức mới có độ chắc, hạt nhỏ mịn chặt hơn, độ bền cao,khắc phục được các khuyết tật trong kim loại.
Hình 4.1: sơ đồ bố trí các trục trong một dây chuyền cán
b. Các loại phôi cán được dùng trong ngành chế tạo máy
Phôi cán thương phẩm dưới dạng thép thỏi được dùng để rèn hoặc dập, tạo nên các phôi của trục lớn, các tay gạt, thanh kéo v.v...
62
Phôi cán có Profin đơn giản, thông thường là tròn, vuông, lục lăng và các thanh hình khác. Dùng để chế tạo các trục trơn, trục bậc có đường kính ít thay đổi, các chi tiết dạng bạc, các trục then, các mặt bích.
Phôi cán định hình phổ thông là các loại thép góc và thép hình I, U, L được dùng nhiều trong các kết cấu kim loại (xà, dầm, giá đỡ, bệ ...).
Phôi cán ống – thép ống liền cán nóng, ép nguội dùng để chế tạo các chi tiết ống, bạc, ống then hoa, các trục rỗng.
Phôi cán có Profin hình bên trong: tạo nên các sườn không bằng phẳng hoặc tạo ra các hình lòng máng v.v.. được dùng để chế tạo các chi tiết ổ đỡ, mặt bích, các gân tăng cứng.
Các phôi có Profin ép nóng với hình dạng phức tạp thường dùng để chế tạo các chi tiết quai, ngàm, các chi tiết định hướng cvaf các chi tiết kẹp chặt.
Phôi cán Profin theo chiều dọc dùng để chế tạo các dầm của ô tô, máy xúc...
Phôi cán xoắn vít ngang dùng để chế tạo các trục động cơ điện, trục chính máy. Trong dạng sản xuất lớn phôi cán ngang dùng để chế tạo các vành vòng bi, các chi tiết Profin hình ống.
Phương pháp cán tạo Profin được dùng hợp lý trong các trường hợp sau khi cán không cần phải gia công cơ tiếp theo, điều đó đặc biệt quan trọng khi chế tạo các chi tiết bằng các thép và hợp kim khó gia công, đắt tiền, quý hiếm.
Trên các máy cán, người ta tiến hành cán Profin răng thẳng, răng chữ V có môđun tới 10mm, khi đó đạt độ chính xác Profin răng đến cấp 8 và độ nhám bề mặt Ra = 1,25 – 2,5 μm. Cán nguội các bánh răng có môđun nhỏ (dưới 1mm) bằng kim loại mầu thì đạt chính xác cấp 7 và độ nhám bề mặt Ra = 0,16 – 1,25 μm. Lớp kim loại trên bề mặt răng sẽ cứng nguội và cố cấu trúc tinh thể mịn hơn, điều đó năng cao độ bền mỏi và tính chống mòn của răng.
c. Đặc điểm của phôi cán
Cơ tính của thép cán theo chu kỳ thường cao hơn thép cán phẳng. Sai số kích thước của phôi cán so vơi phôi thường theo đường kính của Profin ± 0,1% và theo chiều dài thì không nhỏ hơn ± 0,5%.
63
Độ chính xác của phôi cán nóng thường đạt cấp 12 – 14, còn cán nguội thì đạt cấp 9 – 12.
Khi dùng phương pháp kéo dây, tuốt thì độ chính xác đạt cao hơn từ 1 – 2 cấp. (kéo hay tuốt thường được dùng trong các phân xưởng chế tạo phôi của nhà máy cơ khí để nâng cao độ chính xác kích thước của thanh, ống và làm thay đổi kích thước không nhiều)
4.1.2. Phương pháp rèn
a. Rèn tự do
Rèn tự do là một phương pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng tự do ra các phía và chỉ bị khống chế bề mặt trên và dưới bởi búa và đe.
Hình 4.2: sơ đồ nguyên lý rèn tự do
ưu điểm
Có khả năng gia công rộng rãi; Vật gia công từ vài gam cho đến hàng tấn.
Quy mô sản xuất đa dạng từ thủ công đến phân xưởng và nhà máy rèn dập.
Chuẩn bị phôi cho gia công cơ khí : má ê tô, các chốt,...
Tiết kiệm kim loại, gảm lượng dư gia công cơ khí ; nâng cao độ chính xác và năng suất cắt gọt (ví dụ khi chế tạo bu long, trục khuỷu,... )
Có thể gia công nhiệu loại vật liệu khác nhau.
Làm thay đổi tổ chức kim loại từ đó cải thiện được cơ tính cho kim loại sau khi rèn.
64
Rèn tự do được dùng rộng rãi trong sản xuấtđơn chiếc hay hàng loạt nhỏ. Chủ yếu dùng cho sửa chữa, thay thế.
Nhược điểm :
Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao. Năng suất thấp thời gian phục vụ lớn, dung sai lớn.
Chất lượng và tính chất kim loại không đồng đều nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình.
Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề của công nhân.
b. Rèn khuôn (dập thể tích)
Rèn khuôn (còn gọi là dập thể tích) là một phương pháp rèn mà kim loại biến dạng bị khống chế bởi các bề mặt lòng khuôn.
Đặc điểm:
Độ bóng và độ chính xác bề mặt cao: ±0,1 ữ0,05 và độ bóng cao.
Cơ tính đồng đều và cao, sự biếndạng thấu triệt và đều khắp.
Có thể rèn được các chi tiết phức tạp, tiết kiệm kim loại, thao tác đơn giản.
Năng suất lao động rất cao, dể cơ khí hoá nên được dùng trong sản xuất hàng loạt hay hàng khối.
Phân loại rèn khuôn
Phân loại theo kết cấu lòng khuôn:
Khuôn hở: Khuôn hở là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công thẳng góc với phương của lực tác dụng, cửa ba via không hạn chế sự biến dạng kim loại ra xung quanh. Rèn trong khuôn hở tính dẻo thấp, sự điền đầy không cao, yêu cầu công suất thiết bị lớn. Song mặt phân khuôn tương đối đơn giản.
65
Hình 4.3: sơ đồ nguyên lý rèn trong khuôn hở
1. Nửa khuôn dưới 2. Nửa khuôn trên 3. Rãnh chứa ba via 4. Cửa ba via 5. Rãnh thoát khí 6. Vật rèn
Khuôn kín: là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công song song hay gần như song song với phương của lực tác dụng, vật rèn không có hoặc như không có ba via. Rèn trong khuôn kín thì tính dẻo của kim loại tăng, tính điền thấu tốt, không yêu cầu công suất thiết bị lớn, song yêu cầu việc tính toán phôi phải chính xác, chất lượng nung cao.
Hình 4.4: sơ đồ nguyên lý rèn trong khuôn hở
1. Nửa khuôn dưới 2. Nửa khuôn trên 3. Rãnh chứa ba via 4. Cửa ba via 5. Rãnh thoát khí 6. Vật rèn
Phân loại theo trạng thái nhiệt của phôi:
Rèn khuôn nóng: Kim loại dễ biến dạng, khả năng điền đầy tốt, không yêu cầu công suất thiết bị cao, khuôn đỡ mòn. Song độ bóng và
66
độ chính xác của vật rèn không cao, khuôn phải chịu nhiệt tốt. Nên dùng để rèn thô, rèn sơ bộ.
Rèn khuôn nguội: Chỉ nung phôi gia công đến nhiệt độ kết thúc gia công hoặc không nung nó có đặc điểm ngược lại.
4.1.3. Phương pháp đúc
Đúc kim loại là phương pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn (có hình dạng, kích thước đã được định hình trước theo yêu cầu), sau khi kết tinh ta được vật đúc.
Ưu điểm:
Phương pháp đúc có thể chế tạo sản phẩm từ các loại vật liệu khác nhau : kim loại đen (gang, thép, ... kim loại màu: nhôm, đồng,đúc vật liệu phi kim loại : đúc các tượng từ thạch cao, xi măng,... )
Vật đúc có thể từ vài gam đến hàng tấn như các thân máy búa, các bệ máy,...
Vật đúc có hình dạng, kết cấu phức tạp như thân máy công cụ, vỏ động cơ v.v...mà các phương pháp khác khó gia công hoặc không chế tạo được (ví dụ : vỏ động cơ, các bệ máy, thân máy...)
Có thể đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc.
Giá thành chế tạo vật đúc rẻ vì vốn đầu tư ít, tính chất sản xuất linh hoạt, năng suất tqơng đối cao. Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá.
Nhược điểm :
Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng không cao (có thể đạt cao nếu đúc đặc biệt như đúc áp lực).
Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi
Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn so với rèn hoặc hàn.
Dễ gây ra những khuyết tật như: thiếu hụt, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cháy cát v.v...
Điều kiện làm việc nặng nhọc, Khi đúc trong khuôn cát thường có năng suất không cao.
67
Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại.
a. Đúc trong khuôn cát
68
Đúc trong khuôn cát có độ bóng, độ chính xác thấp, lượng dư gia công lớn, nhiều khuyết tật, giá thành chế tạo cao
b. Đúc trong khuôn kim loại
Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn được làm từ kim loại.
Hình 4.6: Hình dáng bên ngoài của một bộ khuôn kim loại
Ưu điểm
Khuôn kim loại là loại khuôn vĩnh cữu có thể dùng được nhiều lần.