4.6.1. Phân tích chi tiết
a. Phân tích chức năng làm việc của khớp nối
Khớp nối được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành chế tạo máy. Các bề mặt cơ bản phải gia công là các mặt phẳng đáy, rãnh then, lỗ... thường dùng để lắp ghép với các chi tiết khác.
Khớp nối thường được dùng để truyền mô men xoắn giữa hai trục song song hoặc vuông góc hoặc tạo với nhau một góc nhờ truyền động cơ khí giữa các cặp bánh răng, bánh vít, trục vít ăn khớp hay nhờ truyền động đai ma sát... Trong quá trình làm việc dễ bị biến dạng do tác dụng của tải trọng và điều kiện làm việc.
Cụ thể, trong chi tiết khớp nối này của đồ án dùng để truyền chuyển động giữa bộ truyền đai lên cơ cấu của khớp 4 cánh tay robot. Trên khớp nối có rãnh then để lắp với đầu trục, có các lỗ bulong để ghép mặt đáy khớp nối với bề mặt của cơ cấu khớp 4.
b. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết
Đường kính các đoạn đạt độ chính xác cấp 6, cấp 7.
Dung sai chiều dài của các bậc trục trong khoảng 0,1 ÷ 0,2 mm.
Dung sai độ không vuông góc giữa vị trí lắp trục và mặt đáy trong khoảng 0.02 mm.
Dung sai vị trí lắp rãnh then đạt 0.2 mm. Các góc lượn đạt R = 1.5 mm.
Độ nhám các bề mặt đạt cấp 7.
Độ cứng, thấm tôi bề mặt cần đạt yêu cầu .
c. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết Khớp nối có đường kính tăng dần từ 1 vào.
Chi tiết không có ren nhưng có các rãnh then, các lỗ suốt. Bề mặt cơ bản cần gia công của chi tiết là mặt tròn xoay.
Có thể sử dụng các phương pháp gia công truyền thống để gia công. Khi làm việc thì trục sẽ chịu tác dụng của các yếu tố như momen uốn, ứng xuất mỏi, sự mài mòn làm hư hại bề mặt làm việc. Vì vậy thiết kế khớp nối cần phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ bền.
4.6.2. Xác định dạng sản xuất
Dạng sản xuất là một khái niệm đặc trưng có tính chất tổng hợp giúp để chế táo ra sản phẩm đạt các chi tiêu kinh tế, kỹ thuật. Các yếu tố đặc cho việc xác định hợp lý đường lối, biện pháp công nghệ và tổ chức sản xuất trưng của dạng sản xuất là:
+ Sản lượng.
+ Tinh ổn định của chi tiết.
+ Tính lắp của quá trình sản xuất .
+ Mức độ chuyên môn hoá trong sản xuất. - Sản lượng hàng năm của chi tiết:
𝑁 = 𝑁 . 𝑚 . (1 +𝛼 + 𝛽 100 )
(4-19) Trong đó:
+N: Số chi tiết sản xuất trong một năm.
+𝑁 : Số chi tiết trong một năm N = 10000 chi tiết. +m: Số chi tiết trong một sản phẩm: m=1.
+𝛽: Số tiết được chế tạo dự chữ (=5% ÷ 7%)
+𝛼: Số phế phẩm chủ yếu trong các xưởng đúc, rèn (=3%÷6%) Thay vào công thức (4-19) ta có:
𝑁 = 10000.1. (1 + ) = 10900 chi tiết. Trọng lượng của chi tiết:
Trong đó:
+Q là trọng lượng của chi tiết (Kg). + V là thể tích chi tiết (dm3).
+ là trọng lượng riêng của vật liệu làm chi tiết (Kg/dm3) = 7.852 Kg/dm3
Sử dụng phần mềm NX nhóm xác định được thể tích của chi tiết bằng 41257,34 mm3
Thay vào công thức (4-21) ta có: Q = 0,04125734.7,852 = 0,32 (Kg) Đây là sản xuất loạt lớn.
4.6.3. Xác định phương pháp chế tạo phôi a. Xác định phương pháp chế tạo phôi a. Xác định phương pháp chế tạo phôi
Mục đích: Đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật chung của quy trình chế tạo chi tiết.
Vật liệu chế tạo chi tiết là C45.
Chọn phương pháp gia công áp lực để chế tạo phôi.
Chọn phương pháp dập trong khuôn hở để tạo phôi với độ chính xác cao nhằm tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí gia công cắt gọt đồng thời tăng được cơ tính của phôi.
b. Tính toán lượng dư cho một số bề mặt Vị trí Ø60:
Bề mặt có kích thước ∅60 .. và độ nhám bề mặt Ra = 2.5 để đạt được yêu công mong muốn thì cần phải trải qua các bước: tiện thô, tiện tinh.
Ta có công thức xác định lượng dư cho bề mặt tiện.
2𝑍 = 2(𝑅 + 𝑇 + 𝜌 ) (4-21)
Với 𝑅 : 𝑙à độ 𝑛ℎá𝑚 T: dung sai
𝜌: 𝑠𝑎𝑖 𝑙ệ𝑐ℎ 𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑔𝑖𝑎𝑛 = 𝜌 + 𝜌 . 𝜀 𝑙à 𝑠𝑎𝑖 𝑠ố 𝑘ẹ𝑝.
Tra [2] bảng 4.5:4.9 ta có thông số sau:
Bảng 4.10. Các hệ số tính lượng dư Ø60
Bước 𝑅 (𝜇𝑚) T (𝜇𝑚) 𝜌 𝜌 𝜌 2Zmin (mm)
Phôi 150 250 230 1.1 230 1.26
Tiện thô 50 50 - - 13.8 0.228
Tiện tinh 20 25 - - 2.76 0.096
Ta có dung sai tiện thô cấp chính xác 8 = 46𝜇𝑚, dung sai tiện tinh 0.023mm, dung sai phôi dập = 250𝜇𝑚. Vậy ta có kích thước qua các nguyên công để đạt kích thước là ∅60 .. .
Chọn lượng dư ở vị trí này là 2 mm . Vị trí Ø40:
Bề mặt có kích thước ∅40 .. và độ nhám bề mặt Ra=2.5 để đạt được yêu công mong muốn thì cần phải trải qua các bước: tiện thô , tiện tinh.
Ta có các thông số như sau:
Bảng 4.11. Các hệ số tính lượng dư Ø40
Bước 𝑅 (𝜇𝑚) T (𝜇𝑚) 𝜌 𝜌 𝜌 2Zmin (mm)
Tiện thô 50 50 - - 13.8 0.228
Tiện tinh 20 25 - - 2.76 0.096
Ta có dung sai tiện thô cấp chính xác 8 =46𝜇𝑚, dung sai tiện tinh 0.023mm, dung sai phôi dập = 250𝜇𝑚. Vậy ta có kích thước qua các nguyên công để đạt kích thước là ∅40 .. .
Chọn lượng dư ở vị trí này là 2 mm. c. Tính giá thành phôi
Giá thành 1kg phôi (Sp) được xác định theo công thức sau:
Sp = C1.Q.K1.K2.K3.K4.K5 – (Q – q).S (4-22) Trong đó:
C1= 40000 đồng.
K1 – hệ số phụ thuộc vào độ chính xác phôi K1=1. K2 – hệ số phụ thuộc vào vật liệu phôi K2=1,21. K3 – hệ số phụ thuộc vào độ phức tạp của phôi K3= 1. K4 – hệ số phụ thuộc vào khối lượng của phôi K4= 0,9. K5 – hệ số phụ thuộc vào sản lượng phôi K5= 0,83. Q= 0,35 kg: q= 0,32 kg.
S – giá thành 1 kg phế phẩm 5000 đồng.
Sp = 40000.0,35.1,8.1.1,21.1.0,9.0,83 – (0,35 – 0,32).5000 = 22627,524 (đồng).
4.6.4. Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi
Sau khi tính toán lượng dư các bề mặt ta xây dựng được bản vẽ lồng phôi trên cơ sở của bản vẽ chi tiết
4.6.5. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết a. Xác định đường lối công nghệ a. Xác định đường lối công nghệ
Dựa vào kết quả đã tính ở trên ta thấy đây là sản xuất loạt lớn.
Trong dạng sản xuất loạt lớn, quy trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán nguyên công. Theo nguyên tắc phân tán nguyên công thì quy trình công nghệ được chia ra các nguyên công đơn giản có thời gian như nhau (nhịp sản xuất) hoặc bội số của nhịp sản xuất.
Ở đây mỗi máy thực hiện một nguyên công nhất định, đồ gá được sử dụng là đồ gá chuyên dùng.
b. Chọn phương pháp gia công
Nhận thấy chi tiết ta cần gia công các bề mặt trụ ngoài, vật liệu thép C45 có độ cứng HB = 230 - 300, độ nhám cần đạt cấp 7, dung sai cần đạt cấp 7 do đó chọn phương pháp gia công lần cuối cùng là tiện tinh đối với các bậc trục và các mặt, sọc đối với các rãnh then.
c. Lập tiến trình công nghệ
Thứ tự nguyên công được trình bày trong bảng sau: Bảng 4.12. Tiến trình công nghệ khớp nối STT Tên nguyên công
1 Dập phôi
2 Khỏa mặt đầu, tiện thô
3 Khỏa mặt đáy, tiện tinh bề mặt Ø60 4 Tiện tinh bề mặt Ø40
5 Khoan, khoét, doa lỗ Ø16 6 Khoan các lỗ Ø5
7 Xọc rãnh then 8 Nhiệt luyện
9 Kiểm tra
4.6.6. Thiết kế nguyên công
4.6.6.1. Nguyên công 1: Dập phôi
Phôi được chế tạo bằng phương pháp dập nóng trong khuôn hở, vị trí mặt phân khuôn là mặt phẳng, cho phép dễ đặt phôi vào lòng khuôn và dễ lấy vật
dập sau khi dập. Sử dụng máy dập trục khuỷu. Lượng dư phôi đã xác định ở trên:
Độ nghiêng của thành khuôn lấy bằng 5 độ. Yêu cầu kỹ thuật của phôi:
- Phôi không bị nứt, rõ cong vênh quá phạm vi cho phép.
- Phôi không bị sai lệch về hình dáng hình học quá phạm vi cho phép. - Phôi phải đảm bảo có đủ lượng dư để cho các nguyên công gia công cơ sau có thể cắt gọt hết các vết, do nguyên công trước để lại.
- Sau khi dập xong phải cho nguội dần để đảm bảo cơ tính của phôi. Sau khi chế tạo, cần làm sạch các bề mặt, loại bỏ bavia để đạt hiệu quả cao cho các lần gia công tiếp theo.
4.6.6.2. Nguyên công 2: Khỏa mặt, tiện thôi Ø40
Chi tiết được hạn chế 5 bậc tự do. Sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm để định vị chi tiết.
Chọn dao: dao hợp kim cứng T15K6 kích thước 25x40 mm. Hình 4.24. Nguyên công 2 khớp nối
Dụng cụ đo: Thước cặp 200mm. Chọn máy: máy tiện T616 (1616)- [3]
Thông số cơ bản của máy: Chiều dài lớn nhất gia công tiện được là 700mm, đường kính lớn nhất của chi tiết là 175 mm , động cơ 4.5 kW.
Số vòng quay trục chính (v/ph): 44: 66: 91: 120: 173: 240: 350: 503: 723: 958: 1380: 1980.
Lượng tiến dọc (mm/v): 0,06: 0,07: 0,09: 0,1: 0,12: 0,13: 0,15: 0,18: 0,19: 0,21: 0,23: 0,24: 0,30: 0,33: 0,36: 0,37: 0,42: 0,46: 0,47: 0,53: 0,56: 0,65: 0,71: 0,74: 0,83: 0,93: 1,07: 1,12: 1,3: 1,49: 1,61: 1,86: 2,24: 2,6-3,24.
Lượng tiến dao ngang (mm/v): 0,04: 0,05: 0,07: 0,08: 0,09: 0,1: 0,11: 0,13: 0,14: 0,15: 0,17: 0,19: 0,2: 0,22: 0,24: 0,26: 0,27: 0,3: 0,31: 0,35: 0,39: 0,41: 0,44: 0,48: 0,52: 0,54: 0,61: 0,68: 0,78: 0,82: 0,95: 1,09: 1,22: 1,36: 1,63: 1,9: 2,45.
Khỏa mặt đầu:
Chiều sâu cắt: t = 2 mm (4-23)
Lượng chạy dao: s = 0,14 mm/vòng Vận tốc cắt tính toán:
𝑉 =
. .kv (4-24)
Kv = Kmv.Knv.Kuv
Tra các bảng 5-1, 5-4, 5-5, 5-6 ta được: Kv = 1.0,85.1 = 0,85 Tra bảng 5-17 [4]ta được các thông số:
Bảng 4.13. Hệ số vận tốc nguyên công khỏa mặt
Cv x y m T
47 0,15 0,8 0.2 50
Vận tốc cắt tính toán:
𝑉 = ,
Tốc độ trục chính tính toán: 𝑛 = ⋅ = 317,35 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) (4-25) Chọn tốc độ trục chính theo máy: 𝑛 = 350 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Vận tốc thực tế máy là: 𝑣 = ⋅ ⋅ = 43,98 (𝑚/𝑝ℎ) (4-26) Lực cắt chính: Pz = C.tx.Sy.Vn.Km (4-27) Tra bảng 16 – [4] ta có các thông số:
Bảng 4.14. Hệ số tính toán lực nguyên công khỏa mặt
C x y n
408 0,72 0,8 0
Km = ( )0,35 = ( )0,35 = 2,08 Lực cắt chính:
Pz = 408.21.0,140,75.43,98-0,15.2,08 = 217,04 (N) Công suất yêu cầu: N = .
. = , . ,
. = 0,15 (KW) Máy đã chọn làm việc được.
Thời gian nguyên công: Thời gian cơ bản:
T0 =
. =
, . = 0,102 (ph) (4-28)
Thời gian từng chiếc:
Tc = T0 + Tp +Tpv + Ttn = 0,102 + 8%.T0 + 8%.T0 + 4%T0 = 0,1224 (ph) Tiện thô Ø40:
Chiều sâu cắt: t = 1 mm
Vận tốc cắt tính toán. Theo (4-24) ta có:
Tra các bảng 5-1, 5-4, 5-5, 5-6 [4]ta được: Kv = 1.0,85.1 = 0,85 Tra bảng 5-17 [4]ta được các thông số:
Bảng 4.15. Hệ số vận tốc nguyên công tiện thô
Cv x y m T 350 0.15 0.35 0.2 50 Vận tốc cắt tính toán: 𝑉 = , . , . , , .0,85= 169,9 (𝑚/𝑝ℎ) Tốc độ trục chính tính toán. Theo (4-25) ta có: 𝑛 = 1352 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Chọn tốc độ trục chính theo máy: 𝑛 = 1380 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Vận tốc thực tế máy.Theo (4-26) ta có: 𝑣 = 173,4 (𝑚/𝑝ℎ) Lực cắt chính. Theo (4-27) ta có: Pz = C.tx.Sy.Vn.Km
Tra bảng 16 – [4]ta có các thông số:
Bảng 4.16. Hệ số lực cắt nguyên công tiện thô
C x y n
300 1 0,75 -0,15
Km = ( )0,35 = ( )0,35 = 2,08 Lực cắt chính:
Pz = 300.11.0,530,75.173,4-0,15.2,08 = 178,86 (N) Công suất yêu cầu: N = .
. = , . ,
. = 0,506 (KW) Máy đã chọn làm việc được.
Thời gian nguyên công:
- Thời gian cơ bản. Theo (4-28) ta có: T0 = 0,0314 (ph)
- Thời gian từng chiếc:
Tc = T0 + Tp +Tpv + Ttn = 0,0314 + 8%.T0 + 8%.T0 + 4%T0 = 0,0376 (ph) Bảng 4.17. Chế độ cắt nguyên công 2 khớp nối
Khỏa mặt T616 T15k6 2 0.14 43,98 350 0.102 Tiện thô
∅40 T616 T15k6 1 0.53 173 1380 0.037
Bước Máy Dao t(mm) S(mm/vg) V(m/p) N(v/p) T0 (phút)
4.6.6.3. Nguyên công 3: Khỏa mặt đáy, tiện thô, tiện tinh Ø60
Chi tiết được hạn chế 5 bậc tự do. Sử dụng mâm cặp 3 chấu tự định tâm để định vị chi tiết.
Chọn dao: dao hợp kim cứng T15K6 kích thước 25x40 mm. Dụng cụ đo: Thước cặp 200mm.
Chọn máy: máy tiện T616 (1616). Thông số theo mục 4.6.6.2. Khỏa mặt đáy:
Chiều sâu cắt. Theo (4-23) ta có: t = 2 mm Lượng chạy dao: s = 0,14 mm
Vận tốc cắt tính toán. Theo (4-24) ta có:
Tra các bảng 5-1, 5-4, 5-5, 5-6 ta được: Kv = 1.0,85.1 = 0,85 Tra bảng 5-17 [4]được các thông số:
Bảng 4.18. Hệ số vận tốc khỏa mặt đáy Cv x y m T 47 0,15 0,8 0.2 50 Vận tốc cắt tính toán: 𝑉 = , . , . , , .0,85 = 39,88 (𝑚/𝑝ℎ) Tốc độ trục chính tính toán. Theo (4-25) ta có: 𝑛 = 211,57 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Chọn tốc độ trục chính theo máy: 𝑛 = 240 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Vận tốc thực tế máy . Theo (4-26) ta có: 𝑣 = 45,23 (𝑚/𝑝ℎ) Lực cắt chính. Theo (4-27) ta có: Tra bảng 16 – [4]ta có các thông số:
Bảng 4.19. Hệ số lực khỏa mặt đáy
C x y n
408 0,72 0,8 0
Pz = 408.21.0,140,75.45,23-0,15.2,08 = 219,29 (N) Công suất yêu cầu: N = .
. = , . ,
Máy đã chọn làm việc được. Thời gian nguyên công:
Thời gian cơ bản. Theo (4-28) ta có:
T0 = 1,27 (ph) Thời gian từng chiếc:
Tc = T0 + Tp +Tpv + Ttn = 1,27 + 8%.T0 + 8%.T0 + 4%T0 = 1,52 (ph) Tiện thô Ø62:
Chiều sâu cắt: t = 1 mm
Lượng chạy dao: s = 0,53 mm/vòng Vận tốc cắt tính toán. Theo (4-24) ta có:
Tra các bảng 5-1, 5-4, 5-5, 5-6 ta được: Kv = 1.0,85.1 = 0,85 Tra bảng 5-17 [4]ta được các thông số
Bảng 4.20. Hệ số vận tốc tiện thô Ø62 Cv x y m T 350 0.15 0.35 0.2 60 Vận tốc cắt tính toán: 𝑉 = , . , . , , .0,85= 163,82 (𝑚/𝑝ℎ) Tốc độ trục chính tính toán. Theo (4-25) ta có: 𝑛 = 841 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Chọn tốc độ trục chính theo máy: 𝑛 = 958 (𝑣𝑔/𝑝ℎ) Vận tốc thực tế máy. Theo (4-26) ta có: 𝑣 = 180,57 (𝑚/𝑝ℎ) Lực cắt chính:
Bảng 4.21. Hệ số lực tiện thô Ø62
C x y n
300 1 0,75 -0,15
Lực cắt chính:
Pz = 300.11.0,530,75.180,57-0,15.2,08 = 177,7 (N) Công suất yêu cầu: N = .
. = , . ,
. = 0,524 (KW)
Máy đã chọn làm việc được. Thời gian nguyên công:
Thời gian cơ bản. Theo (4-28) ta có: T0 =
, . = 0,021 (ph) Thời gian từng chiếc:
Tc = T0 + Tp +Tpv + Ttn = 0,0314 + 8%.T0 + 8%.T0 + 4%T0 = 0,0252 (ph) Tiện tinh Ø60:
Chọn dao: dao hợp kim cứng T15K6, bán kính dao r = 0,8 Dụng cụ đo: Panme 25-50mm, thước cặp 200mm.
Chọn máy: máy tiện T616 (1616). Chiều sâu cắt: t = 0,25 mm
Lượng chạy dao: s = 0,13 mm/vòng Vận tốc cắt tính toán. Theo (4-24) ta có:
Tra các bảng 5-1, 5-4, 5-5, 5-6 ta được: Kv = 1.0,85.1 = 0,85 Tra bảng 5-17 [4]ta được các thông số
Bảng 4.22. Hệ số vận tốc tiện tinh Ø62
Cv x y m T
𝑉 = 291,44 𝑚/𝑝ℎ Tốc độ trục chính tính toán. Theo (4-25) ta có: 𝑛 = 1546,13 𝑣𝑔/𝑝ℎ Chọn tốc độ trục chính theo máy: 𝑛 = 1380 𝑣𝑔/𝑝ℎ Vận tốc thực tế máy. Theo (4-26) ta có: 𝑣 = 260 𝑚/𝑝ℎ Lực cắt chính. Theo (4-27) ta có: Tra bảng 16 – [4] ta có các thông số: Bảng 4.23. Hệ số lực tiện tinh Ø62 C x y n 300 1 0,75 -0,15 Lực cắt chính Pz = 14,66 (N) Công suất yêu cầu: N = .
. = , .
. = 0,06 (KW)
Máy đã chọn làm việc được. Thời gian nguyên công:
Thời gian cơ bản. Theo (4-28) ta có: T0 =
, . = 0,06 (ph) Thời gian từng chiếc:
Tc = T0 + Tp +Tpv + Ttn = 0,06 + 8%.T0 + 8%.T0 + 4%T0 = 0,072 (ph) Bảng 4.24. Chế độ cắt nguyên công 3 của khớp nối
Khỏa mặt
đáy T616 T15k6 2 0.14 34.78 173 1.52
Tiện thô