CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO
4.1 Quy trình cơng nghệ chi tiết trục
4.1.1 Phân tích chức năng và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết - Chức năng của chi tiết: - Chức năng của chi tiết:
Chi tiết gia cơng thuộc loại chi tiết dạng trục có chức năng là mang chi tiết khác (dao động) và nhận chuyển động từ động cơ.
Chi tiết có 1 bề mặt trụ trơn dùng để lắp với ổ lăn và khớp nối, 1 bề mặt lục giác dùng để lắp với lỗ dao.
- Các yêu cầu kỹ thuật:
Bề mặt trụ trơn đạt độ nhám bề mặt 1.6 𝜇𝑚 và dung sai ∅20h6, dung sai độ
trụ đạt 0.006 mm, dung sai độ đồng trục đạt 0.016 mm. Bề mặt trơn có rãnh then 6x6x40 mm.
4.1.2 Chọn vật liệu Chọn thép 40Cr Chọn thép 40Cr
Thép 40Cr có thành phần hóa học như bảng 4.1 (trang 197 [45])
Bảng 4.1: Thành phần hóa học thép 40Cr
Cacbon Silic Mangan Niken Crom
0,37 – 0,44% 0,17 – 0,37% 0,5 – 0,8% 0,3% 0,8 – 1,1% Giới hạn bền 𝜎 = 980 MPa (trang 201 [46])
Giới hạn chảy 𝜎 = 785MPa (trang 201 [46])
với khả năng chịu tải tốt và tính phổ biến ta thấy rằng thép 40Cr xuất hiện trong chi tiết máy móc đặt biệt là chi tiết trục. Như vậy ta chọn thép 40Cr vào việc chế tạo trục cho máy băm nhựa, trong q trình đó để nâng cao cơ tính của vật liệu, sau khi gia công ta xử lý nhiệt gồm các bước tôi và ram cao.
4.1.3 Xác định dạng sản xuất
- Cơng thức tính sản lượng hàng năm: (trang 14 [50])
N = N . m(1 + ) (35)
Trong đó:
N : Số chi tiết được sản xuất trong một năm
N : Số sản phẩm (của máy) được sản xuất trong một năm N = 10000 chi tiết/năm
m : Số chi tiết trong một sản phẩm (một máy). m =1
: Số chi tiết được chế tạo thêm để dự phòng ( = 5 - 7%). Chọn = 6%
N = 10000 1 + = 10600 (chi tiết/năm)
- Khối lượng chi tiết được xác định: (trang 19 [50])
Q = V. γ (36)
Trong đó:
Q: khối lượng của chi tiết V: thể tích của chi tiết
γ: khối lượng riêng của vật liệu (γ của thép là 7.852 kg/dm ) Dùng phần mềm NX tính thể tích của chi tiết hình 4.1: V = 182465.6 𝑚𝑚 = 182465.6x10 𝑑𝑚
Hình 4.1: Thể tích trục Q =7.852 x 182465.6x10 = 1.4 kg Q =7.852 x 182465.6x10 = 1.4 kg
Tra bảng 1.1 trang 19 [50]
=> Ta chọn dạng sản xuất hàng loạt lớn.
4.1.4 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
Chọn phôi
Phôi thép thanh :
Dùng để chế tạo các chi tiết như xi lanh, con lăn, chi tiết kẹp, các loại trục, ...Thường dùng trong sản xuất hàng loạt vừa, lớn và hàng khối minh họa như hình 4.2.
Hình 4.2: Thép thanh [51] Phôi dập:
Dùng cho các loại chi tiết : dạng càng, trục răng thẳng, trục răng côn và các loại bánh răng khác,…
Phơi dập có lượng dư gia cơng ít bởi kích thước và hình dạng gần giống với chi tiết gia công.
Cơng nhân đứng máy u cầu có trình độ cao.
Thường dùng trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối vì có năng suất cao, lượng dư kim loại ít, phơi có độ chính xác cao như hình 4.3.
Phơi rèn tự do:
Phơi của phương pháp rèn cho cơ tính tốt, kim loại chặt, chịu uốn và chịu xoắn tốt nhưng phơi rèn có hình dáng ít phức tạp hơn các loại phơi khác hình 4.4.
Rèn tự do là dùng ngoại lực tác dụng thông qua dụng cụ làm biến dạng tự do ở nhiệt độ rèn để tạo ra sản phẩm có hình dạng, kích thước theo u cầu. Thường dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
Hình 4.4: Rèn tự do [51] Phôi đúc :
Đúc là phương pháp chế tạo phơi có được bằng cách rót kim loại nóng chảy vào khn có hình dạng phù hợp. Phơi đúc thơng dụng nhất là phơi gang, ngồi ra có thể đúc được phơi thép và kim loại màu hình 4.5.
Đúc có thể tạo ra được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác ( rèn, dập,...) khó có thể đạt được.
Thường dùng cho các loại chi tiết như :chi tiết dạng hộp, chi tiết dạng càng ,các gối đỡ,... Dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt.
Hình 4.5: Phơi đúc [51] Phôi cán:
Phôi cán là loại phôi chế tạo bằng phương pháp biến dạng dẻo ở nhà máy luyện kim. Loại phơi này thường có hình dạng và kích thước theo tiêu chuẩn: phơi hình (U, I, L), phơi cán trịn, vng, ống như hình 4.6.
Phơi cán ứng dụng phổ biến trong ngành chế tạo máy. Cơ tính của phơi cán thì thấp hơn phơi dập, rèn.
Ta lựa chọn dạng phơi cán Bởi vì:
- Phù hợp với chi tiết dạng trục.
- Thích hợp với dạng sản xuất hàng loạt.
- Phơi cán có nhiều hình dạng khác nhau, có chiều dài và kích thước tiết diện ngang theo tiêu chuẩn, chất lượng bề mặt cao, độ chính xác cao.
- Q trình cán dễ cơ khí hóa và tự động hóa, năng suất cao.
Phương pháp chế tạo phôi
Các sản phẩm phôi cán được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp như: ngành xây dựng, công nghiệp ôtô, công nghiệp điện, ngành chế tạo máy, ... gồm có kim loại màu và kim loại đen. Sản phẩm cán được chia thành nhiều loại nhưng chủ yếu dựa vào tiết diện ngang và hình dáng của sản phẩm mà được chia thành 4 loại như sau:
Thép cán hình:
Loại thép này được dùng nhiều trong ngành xây dựng, ngành cầu đường, ngành Chế tạo máy, ...được phân loại thành 2 nhóm chính:
a) Thép cán hình có tiết diện đơn giản
Hình dạng sản phẩm được mơ tả như hình 4.7 [52].
- Thép cán lục giác có đường kính đường trịn nội tiếp D = 6 ÷ 100 mm. - Thép cán tam giác có 2 loại:
+Tam giác cạnh khơng đều: (30 x 20 x 20) + (200 x 150 x 150) mm. +Tam giác cạnh đều: (20 x 20 x 20) + (200 x 200 x 200) mm.
b) Thép cán hình có tiết diện phức tạp:
Hình dạng sản phẩm được mơ tả như hình 4.8 [52]
Hình 4.8: Cán tiết diện phức tạp [52]
- Loại thép cán này có một số kiểu dạng chữ như: U,T, I,...một trong số đó được sử dụng trong việc xây dựng đường sắt.
Thép cán tấm:
Là một trong những sản phẩm cán được hiện diện trong nhiều ngành công nghiệp: công nghiệp ôtô, ngành công nghiệp chế tạo vỏ tàu thuỷ, ngành chế tạo máy bay, ... gồm có 3 nhóm chính [52]: - Thép cán lá S = 0,001 ÷ 0,2 mm, B = 200 ÷ 1500 mm, L = 4000 ÷ 60000 mm. - Thép cán tấm mỏng: S = 0,2 ÷ 4 mm, B = 600 ÷ 2200 mm. - Thép cán tấm dày: S = 4 ÷ 60 mm, B = 600 ÷ 5000 mm, L= 4000 ÷ 12000 mm. Thép cán ống:
Loại thép cán này hầu hết được sử dụng cho việc làm ống cấp thoát nước trong ngành thuỷ lợi, vận chuyển dầu trong ngành dầu khí, trong các cơng trình xây dựng, ... gồm có 2 nhóm chính:
- Thép cán ống không hàn: các dạng ống này thì được cán từ phơi thỏi, có D = 200 ÷ 350 mm, L= 2000 ÷ 4000 mm.
- Thép cán ống có hàn: loại thép này được sản xuất từ dạng thép cán tấm và được cuốn thành ống sau đó hàn cố định lại, có D = 4000 ÷ 8000 mm và S = 14 mm [52].
Thép cán có hình dáng đặc biệt:
Đa phần thép cán có dạng đặc biệt được sản xuất dựa theo yêu cầu mang tính đặc thù của từng ngành từng phương pháp chế tạo: cán vỏ ôtô, cán bi, cán các loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ hình 4.9 [52].
Hình 4.9: Cán tiết diện đặc biệt
=> Ta chọn phương pháp chế tạo phơi là thép cán hình tiết diện đơn giản.
Vì phù hợp với tiết diện chi tiết trục gia công và dạng sản xuất hàng loạt.
4.1.5 Quy trình cơng nghệ chế tạo chi tiết
Chọn phương án gia công bề mặt
Bước 2: Phay mặt khống chế chiều dài phôi đạt chiều dài L=310+0,2 mm, khoan tâm đồng thời 2 mặt đầu
+ Nguyên công 1: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L=110+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 2: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L=50+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 3: Phay rãnh then 6x6x40 mm + Nguyên công 4: Xử lý nhiệt
+ Nguyên công 5: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6 mm, có độ nhám 𝑅 = 1,6𝜇𝑚
Phương án 2: Dùng 1 mũi chống tâm và mâm cặp 3 chấu. Nguyên công chuẩn bị:
Bước 1: Cắt trên máy cắt đĩa để đạt chiều dài L=312+0,3 mm
Bước 2: Phay mặt khống chế chiều dài phôi đạt chiều dài L=310+0,2 mm, khoan tâm đồng thời 2 mặt đầu
+ Nguyên công 1: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L=110+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 2: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L=50+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Ngun cơng 3: Phay rãnh then 6x6x40 mm + Nguyên công 4: Xử lý nhiệt
Bảng 4.2: So sánh phương án 1 và 2
Phương án 1 Phương án 2
Ưu điểm - Đảm bảo độ đồng tâm cao qua nhiều lần gá.
- Khi di chuyển qua lại giữa các nguyên công giúp tiết kiệm nhiều thời gian gá đặt.
- Chọn chuẩn tinh là hai mũi chống tâm có thể sửa chữa, kiểm tra một cách nhanh chóng. - Định vị được 5 bậc tự do - Độ cứng vững cao. - Định vị được 4 bậc tự do - Phù hợp với dạng sản xuất đơn chiếc.
Nhược điểm - Dễ sinh mài mòn, sinh nhiệt do ma sát làm biến dạng giữa lỗ tâm và mũi chống tâm, do vậy ta phải sửa lỗ tâm khi bị mòn. - Độ cứng vững thấp và phải dùng tốc kẹp.
- Lực kẹp lớn gây ảnh hưởng đến bề mặt trục. - Vì trục lục giác nên quá trình gá kẹp lâu.
- Độ đồng tâm không cao khi di chuyển qua giữa các nguyên công.
- Khi di chuyển qua lại giữa các nguyên công mất nhiều thời gian gá đặt
Năng suất và kinh tế
Khi dùng hai mũi chống tâm q trình gá đặt nhanh từ đó làm giảm thời gian khi gia công tạo ra năng suất cao hơn vậy nên làm giảm giá thành sản xuất.
=> Ta chọn phương án 1: Dùng 2 mũi chống tâm
Qui trình cơng nghệ gia cơng chi tiết trục Ngun cơng chuẩn bị:
Hình 4.10: Nguyên công chuẩn bị Chuẩn: Bề mặt A (chuẩn thô) Chuẩn: Bề mặt A (chuẩn thơ)
Định vị: Phiến tì định vị mặt A hạn chế 3 bậc tự do gồm 2 xoay 1 tịnh tiến, 2 chốt tì hạn chế 2 bậc tự do gồm 1 xoay 1 tịnh tiến.
Kẹp chặt: Bằng khí nén mặt B Chọn máy: Chọn máy MP-71M
Tốc độ quay của trục chính khi phay n = 120 ÷ 712 (vịng/phút) Cơng suất động cơ N = 2,2 ÷ 7,5kW
Chọn dao: Dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng bảng 4-94 trang 376 [53] Vật liệu phần lưỡi cắt: T15K6
Bảng 4.3: Thông số dao phay mặt đầu
D (mm) B (mm) d(h7) (mm) Số răng
110 39 32 10
Mũi khoan tâm: 6x60°x18 hình 4.11[53].
Hình 4.11: Mũi khoan tâm [53]
Bảng 4.4: Thông số mũi khoan tâm
Ds(mm) L(mm) l(mm) Dc(mm)
18 90 6,5 6
Vật liệu phần mũi khoan: thép gió P18.
Nguyên công 1: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L=110+0,1 mm Bước 1: Tiện thô
Bước 2: Tiện tinh
Hình 4.13: Tiện tinh ngun cơng 1 Chuẩn: Mặt C và hai mũi chống tâm
Định vị: Hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do 3 tịnh tiến 2 xoay hình 4.12 và hình 4.13.
Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động.
Chọn máy: Máy tiện vạn năng 1k62 (trang 217 [54]). Thông số:
Tốc độ quay của trục chính:
n (vịng/phút): 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000
Công suất động cơ N = 10 kW. Chọn dao: Bảng 4-5 trang 296 [53]. Vật liệu phần lưỡi cắt: T15K6.
Chọn dạo tiện ngồi thân thẳng có gắn mảnh hợp kim cứng với các thông số như bảng 4.5
Bảng 4.5: Thông số dao tiện
h (mm) b(mm) L(mm) n(mm) l(mm) R(mm)
25 16 140 9 12 1,0
Nguyên công 2: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L=50+0,1 mm Bước 1: Tiện thô
Hình 4.14: Tiện thơ ngun cơng 2
Bước 2: Tiện tinh
Chuẩn: Mặt D và hai mũi chống tâm.
Định vị: Hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do 3 tịnh tiến 2 xoay như hình 4.14 và hình 4.15.
Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động.
Chọn máy: Máy tiện vạn năng 1k62 trang 217 [54]. Thơng số:
Tốc độ quay của trục chính:
n (vịng/phút): 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000
Công suất động cơ N = 10 kW. Chọn dao: Bảng 4-5 trang 296 [53]. Vật liệu phần lưỡi cắt: T15K6.
Chọn dạo tiện ngoài thân thẳng có gắn mảnh hợp kim cứng với các thơng số như bảng 4.6
Bảng 4.6: Thông số dao tiện
h (mm) b(mm) L(mm) n(mm) l(mm) R(mm)
25 16 140 9 12 1,0
Nguyên công 3: Phay rãnh then 6x6x40 mm
Chuẩn: Mặt E và C
Định vị: Hai khối V ngắn định vị mặt trụ trơn E, F hạn chế 4 bậc tự do gồm 2 xoay và 2 tịnh tiến, một chốt tỳ định vị mặt D hạn chế một bậc tự do là tịnh tiến, một chốt tỳ định vị mặt A hạn chế một bậc tự do là xoay hình 4.15.
Kẹp chặt: Mặt E và F
Chọn máy: máy phay đa năng 6H12 (trang 75 [55]). Tốc độ quay của trục chính n= 30÷1500 (vịng/phút) Công suất máy N = 7kW
Chọn dao
Vật liệu phần lưỡi cắt: thép gió P18
Dao phay ngón chi trụ Bảng 4-65 trang 356 [53].
Bảng 4.7: Thơng số dao phay ngón
D (mm) L (mm) l (mm) Z (răng)
6 57 13 4
Nguyên công 4: Xử lý nhiệt
Bước 2: Ram cao ở nhiệt độ 520℃ và làm nguội trong dầu.
Hình 4.18: Ram trục
Nguyên công 5: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6 mm. Bước 1: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6, L = 50+0,1mm
Hình 4.19: Mài chiều dài 50+0,1mm Bước 2: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6, L = 110+0,1mm Bước 2: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6, L = 110+0,1mm
Chuẩn: Hai mũi chống tâm.
Định vị: Hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do 3 tịnh tiến 2 xoay như hình 4.19 và hình 4.20.
Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động.
Chọn máy: Máy mài tròn 3T153E Bảng 9-50 trang 95 [55]. Số vịng quay của trục chính mang phơi: 63 ÷ 700 (vịng/phút). Tốc độ quay của trục chính mang đá mài: 1900 (vịng/phút). Cơng suất động cơ N = 7,5 kW.
Chọn đá mài: chọn đá ΠΠ305x25x75 tra bảng 4-170 trang 461 [53].
4.1.6 Lượng dư gia công
Lượng dư phay mặt đầu: 2 (mm) Bảng 3-142 trang 282 [53]. Lượng dư tiện tinh trục: 1(mm) Bảng 3-120 trang 265 [21] [53]. Lượng dư mài trục: 0,3 (mm) Bảng 3-122 trang 267 [53].
4.1.7 Sai số chuẩn
Tính sai số chuẩn bằng chuỗi kích thước cơng nghệ (phương pháp cực đại cực tiểu) [56].
Chuỗi kích thước cơng nghệ gồm bốn khâu cơ bản:
Khâu 1: từ dụng cụ cắt đến chuẩn điều chỉnh (kích thước điều chỉnh): A1 Khâu 2: từ chuẩn điều chỉnh đến chuẩn định vị: X1
Khâu 3: từ chuẩn định vị đến gốc kích thước: X2
Sơ đồ chuỗi kích thước:
Tính sai số chuẩn cho H1 [56]: A1 - X1 + X2 -H1 = 0 (38) H1 = A1 - X1 + X2 X1= + IJ – OM (39) X2= – OM (40) H1 = A1 – – IJ + OM + – OM (41) Kết quả: ԑ(H1) = 1 − = , . 1 − = 0,008 mm
Kết luận: sai số chuẩn của nguyên công phay rãnh then là ԑ(H1) = 0,008 mm.
4.1.8 Chế độ cắt
Chế độ cắt nguyên công chuẩn bị:
Phay mặt đầu đạt kích thước 310+0,2mm. Chiều sâu cắt: t=1mm.
Lượng chạy dao thô S = 0,09 ÷ 0,11(mm/vịng) chọn S = 0,1(mm/vịng) Bảng
Tốc độ cắt V = 352 (m/phút) với số răng ta gắn mảnh hợp kim cứng là 4 Bảng 5-126 trang 114 [57].