THIẾT KẾ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
10.5.2 Xác định lượng dư gia công, chọn phôi và phương pháp chế tạo phô
Trong ngành chế tạo máy, tùy theo dạng sản xuất mà chi phí về phơi liệu chiếm từ 30% đến 60% tổng chi phí chế tạo.
Phơi được xác hợp lý phần lớn phụ thuộc vào việc xác định lượng dư gia công. Lượng dư gia công được xác định hợp lý về trị số và dung sai sẽ góp phần bảo đảm hiệu quả kinh tế của q trình cơng nghệ vì:
- Lượng dư quá lớn sẽ tốn nguyên vật liệu; tiêu hao lao động để gia công nhiều tốn năng lượng điện và dụng cụ cắt, vận chuyển nặng v..v... dẫn đến giá thành tăng.
- Ngược lại lượng dư quá nhỏ sẽ không đủ để hớt đi các sai lệch của phôi để biến phơi thành chi tiết hồn thiện. Điều này có thể giải thích như sau: Trong chương
“Độ chính xác gia cơng” chúng ta đã biết khái niệm về in dập sai lệch trong quá
trình gia cơng và đã dẫn ra hệ số in dập K (hệ số giảm sai):
ct ph
K = Δ
Δ (10.1)
Trong đó Δct - sai lệch chi tiết
Δph - sai lệch phôi
Như vậy sai lệch sẽ giảm dần qua mỗi nguyên công cắt gọt. Vì vậy mà trong một q trình cơng nghệ cần phải chia ra nhiều ngun cơng, nhiều bước để có thể hớt dần lớp kim loại mang sai số in dập do nguyên công trước để lại. Lượng dư phải đủ để thực hiện các ngun cơng cần thiết đó. Mặt khác nếu lượng dư q bé thì khi gia cơng có thể xảy ra hiện tượng trượt giữa dao và chi tiết, dao sẽ bị mòn nhanh và bề mặt gia cơng cũng sẽ khơng bóng.
Trên cơ sở mối quan hệ chung đó, chúng ta cần phân biệt những khái niệm và định nghĩa về lượng dư gia cơng.
Lượng dư gia cơng cơ khí là tồn bộ lớp kim loại được hớt đi trong quá trình gia
công qua tất cả các nguyên công hoặc các bước công nghệ (Zo).
Lượng dư đối xứng là lớp kim loại được hớt đi khi gia cơng các bề mặt trịn xoay
ngoài hoặc trong.
Lượng dư gia cơng trung bình (Zb) được xác định bằng hiệu số kích thước do
công) sát trước để lại lượng dư gia cơng trung gian (Zb) (hình 10.11) là:
a) Mặt ngồi b) Mặt trong
Hình 10.11 lượng dư gia cơng trung gian (Zb).
Trong đó a - kích thước do bước cơng nghệ sát trước để lại
b - kích thước do bước cơng nghệ đang thực hiện tạo nên
- Đối với mặt ngoài: Zb = a – b
- Đối với mặt trong: Zb = b – a
Lượng dư gia công tổng cộng Zo được xác định bằng hiệu số kích thước của phơi thơ và chi tiết hồn chỉnh.
- Đối với mặt ngoài: Zo = Kph – Kct. (10.2)
- Đối với mặt trong: Zo = Kct – Kph (10.3)
Kph - kích thước của phơi thơ. Kct - kích thước chi tiết hồn chỉnh.
Lượng dư dư đối xứng được xác định bằng hiệu số kích thước đường kính bề mặt gia cơng ở bước công nghệ sát trước và công nghệ đang thực hiện (hình 10.12)
a) Mặt ngồi b) Mặt trong
Hình 10.12 lượng dư đối xứng.
Đối với mặt trịn xoay ngồi: 2 ,
−
= a b
b d d
Z tức là 2Zb = da – db (10.4)
Đối với mặt trịn xoay trong: Trong đó:
da - đường kính do bước cơng nghệ sát trước để lại db - đường kính do bước cơng nghệ tạo nên
2 ,
−
= b a
b d d
Z tức là 2Zb = db – da (10.5)
Trong đó: da - kích thước do bước cơng nghệ sát trước để lại
db - kích thước do bước cơng nghệ đang thực hiện tạo nên.
Như vậy, lượng dư gia công tổng cộng sẽ bị tổng giá trị của các lượng dư gia công trung gian ở tất cả các bước cơng nghệ hoặc ngun của q trình cơng nghệ, nghĩa là: 1 = =∑n o i Z Zi
n - số bước công nghệ hoặc số nguyên công cần thiết để gia công bề mặt.
Lượng dư gia cơng tổng cộng tính cho các bề mặt đối xứng sẽ là: - Đối xứng mặt ngoài: 1 2 = =∑n = − o ph ct i Z Zi d d (10.5) - Đối xứng mặt trong: 1 2 2 = = ∑n = − o ct ph i Z Zi d d (10.6) Trong đó: dph - kích thước phơi
dct - kích thước chi tiết hoàn thiện.
Trong ngành chế tạo máy người ta thường áp dụng hai phương pháp sau đây để xác định lượng dư gia công:
- Phương pháp thống kê kinh nghiệm. - Phương pháp tính tốn phân tích.
Phương pháp thống kê kinh nghiệm. Phương pháp này được dùng rất phổ biến
trong thực tế sản xuất. Ở đây lượng dư gia công được xác định bằng tổng giá trị lượng dư các bước gia công theo kinh nghiệm. Giá trị kinh nghiệm của lượng dư theo gia công thường được tổng hợp thành bảng trong các sổ tay thiết kế công nghệ. Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không xét đến những điều kiện gia công cụ thể nên giá trị lượng dư thường lớn hơn giá trị cần thiết.
Phương pháp tính tốn phân tích. phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích các
yếu tố tạo ra lớp kim loại cần thiết phải hớt đi để có một chi tiết máy hồn chỉnh, do giáo sư Kơvan đề xuất. Phương pháp này tính lượng dư cho hai trường hợp:
- Dụng cụ cắt được điều chỉnh sẵn trên máy, phôi được xác định vị trí nhờ đồ gá. - Phơi được gá sẵn trên máy.
Trong trường hợp gia công một loạt phơi cùng loại trên máy đã điều chỉnh sẵn kích thước phơi dao động trong giới hạn dung sai nên giá trị của lượng dư gia công cũng sẽ dao động. Những phơi trong loạt có kích thước amin thì sau khi gia cơng, sẽ
có kích thước bmin, lượng dư gia công sẽ là Zbmin. Ngược lại những phơi có kích thước
amax, sau khi gia cơng sẽ có kích thước bmax, lượng dư gia cơng sẽ là Zbmax. Giá trị
thực tế của lượng dư gia công sẽ nằm trong phạm vi giá trị Zbmin và Zbmax, ứng với cả loạt phơi. Theo hình 10.13 ta thấy:
Hình 10.13
Zbmin = amin – bmin (10.7)
Zbmax = amax – bmax (10.8)
Ở đây dụng cụ cắt được điều chỉnh cố định cho cả loạt phơi, ứng với kích thước
CH. Nếu một phơi nào đó có kích thước ban đầu là amin thì khi gia cơng nó sẽ bị cắt với chiều sâu cắt nhỏ nhất; lực cắt sẽ nhỏ nhất nên độ biến dạng của phôi theo phương kích thước gia cơng cũng nhỏ nhất (ymin). như vậy lượng dư gia cơng sẽ là
Zbmin và kích thước sau khi gia công sẽ là CH + ymin. Ngược lại khi gặp một phơi có
kích thước ban đầu là amax thì sẽ bị cắt với chiều sâu cắt lớn nhất, độ biến dạng do lực cắt cũng lớn nhất (ymax), lượng dư cũng lớn nhất (Zbmax), kích thước sau khi gia công sẽ là CH + ymax. Như vậy ta có các mối quan hệ sau đây:
Zbmin = amin – (CH + ymin) = amin – bmin (10.9)
Zbmax = amax – (CH + ymax) = amax – bmax (10.10) Thay trị số về dung sai của các kích thước a và b là δa và δb ta sẽ có:
amax = amin + δa
bmax = bmin + δb
Zbmax = (amin + δa) – (bmin +δb) = (amin + bmin) + (δa – δb)
= Zbmin + δa – δb (10.11)
Như vậy, để xác định lượng dư, ta cần xác định lượng dư Zbmin
Sau khi đã xác định lượng dư trung gian cho từng nguyên công hoặc từng bước công nghệ theo diễn giải trên đây, cần tổng hợp các giá trị lượng dư trung gian để được lượng dư tổng cộng (Zo).
Như trên đã biết, lượng dư trung gian là lượng dư gia công ứng với từng bước công nghệ, phải đảm bảo loại trừ được các sai số ở bước công nghệ sát trước và sai số gá đặt phơi ở bước đang thực hiện. Nó bao gồm các yếu tố sau (hình 10.14):
Hình 10.14 Các yếu tố tạo thành lượng dư trung gian
RZa - chiều cao nhấp nhô tế vi do bước công nghệ sát trước để lại. Ta - chiều sâu lớp hư hỏng do bước công nghệ sát trước để lại.
Pa - sai lệch về vị trí khơng gian do bước cơng nghệ sát trước để lại (độ cong
vênh, độ lệch tâm, độ không song song, v.v...)
εb - sai số gá đặt chi tiết ở bước công nghệ đang thực hiện.
Như vậy, giá trị nhỏ nhất của lượng dư gia cơng tính cho bước cơng nghệ đang thực hiện được xác định như sau:
- Đối với mặt trong hoặc mặt ngồi khơng đối xứng:
+ Mặt ngoài: Zbmin = amin – bmin = (RZa + Ta) + pa + εb (10.13) + Mặt trong: Zbmin = bmin – amin = (RZa + Ta) + pa + εb (10.14) - Đối với mặt trong hoặc mặt ngoài đối xứng;
Ở trường hợp này pa và εb là đại lượng vectơ, có phương, chiều và giá trị nhất định, vì vậy lượng dư nhỏ nhất tính cho bước cơng nghệ đang thực hiện sẽ là:
2Zbmin =2(RZa+Ta+ pa+ εb) (10.15)
Khi biết rõ phương và chiều của pa và εb thì có thể tính theo phép cộng vectơ: ( ) ( )2 2 2 . . ( )
+ ε = + ε − ε ε
a b a b a b a b
p p p cos p (10.16)
Với ( )pa bε là góc giữa hai vectơ pa, εb
Khi phương và chiều của hai vectơ này khó xác định thì có thể lấy trị số trung bình theo xác suất như sau:
2 2
+ ε = + ε
a b a b
p p (10.17)
Như vậy giá trị nhỏ nhất của lượng dư đối xứng sẽ là:
2 2
2 min =2⎛⎜ + + + ε ⎞⎟
⎝ ⎠