Chương III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CƠ BẢN
4. Chọn vật liệu và phương pháp chế toạ phôi
a)Chọn vật liệu.
Do chi tiết làm việc trong môi trường hóa chất và nước mặn, giá thành thiết bị không cao. Nên chi tiết phải đảm bảo:
- Giá thành rẻ, dễ chế tạo, dễ vận chuyển.
- Phù hợp với thị trường.
- Chống bị ăn mòn khi làm việc với môi trường hoá chất và nước biển.
- Có độ cứng vững cao.
- Không cần độ bền cao.
Với những yêu cầu trên ta chỉ chọn vật liệu là vật liệu composite là đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và chế tạo.
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính vật liệu của từng thành phần khi xét riêng rẽ.
Vật liệu composite thường bao gồm:Vật liệu cốt ( thường dưới dạng sợi ) và vật liệu nền ( thường là nhựa ). Dưới góc độ cơ học, vật liệu nền và vật liệu cốt là những vật liệu đồng nhất.
Vật liệu cốt giúp cho vật liệu composite có khả năng chịu lực cao h ơn, vật liệu nền đóng vai trò vật liệu cốt với nhau và truyền lực cơ học tới chúng, cũng như bảo vệ vật liệu cốt chống chọi với môi tr ường xung quanh.
Nhựa dùng trong vật liệu composite là vật liệu biến dạng được và tương thích với sợi. Ngòai ra nhựa cần có tỷ trọng nhỏ để cho vật liệu composite có các đặc tr ưng cơ học riêng cao.
Có hai loại nhựa polyme: nhựa nhiệt dẻo v à nhựa nhiệt cứng.
Tính chất của nhựa nhiệt cứng: cho phép tạo h ình một lần. Thực vậy, sau quá trình polyme hóa, nhiệt độ chất xúc tác, nhựa cho ta một kết cấu h ình học nhất định, khó phá vỡ. Nhựa nhiệt cứng có cơ tính cao, đặc biệt có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Vì vậy ta sử dụng nhựa nhiệt cứng: Nhựa polyeste không no
Nhựa polyeste: được sử dụng từ lâu để chế tạo vật liệu composite. Dựa theo môđun đàn hồi, người ta phân loại polyeste: nhựa mềm, nhựa cứng vừa phải v à nhựa cứng. Loại nhựa cứng hay được sử dụng để chế tạo vật liệu composite.
Nhựa polyeste có ưu điểm :
Cứng;
Ổn định kích thước;
Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao;
Dễ vận hành;
Chống môi trường hóa học;
Giá thành hạ.
Nhựa polyeste có nhược điểm :
Dễ bị nứt, đặc biệt là nứt do va đập;
Độ co ngót cao ( Khoảng 8 – 10 % ).
Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém;
Bị hư hại dưới tác dụng của tia cực tím;
Dễ bắt lửa;
Chịu nhiệt trung bình ( dưới 1200C ).
Vật liệu tăng cường ( hay cốt ) :
Cung cấp cơ tính cho vật liệu composite: độ cứng, độ bền phá hủy v.v… Các chất tăng cường cũng cho phép cải thiện một số tính chất lý học của vật liệu composite: tính
dẫn nhiệt, chịu nhiệt độ, độ bền m òn, tính dẫn điện v.v…đối với chất tăng c ường ta cần quan tâm đến một số đặc trưng sau: cơ tính phải cao, tỷ trọng nhỏ, tương thích với nhựa, dễ vận hành khi chế tạo, giá thành hạ v.v…Tùy thuộc vào mục đích sử dụng ta có chất tăng cường có thể có các nguồn gốc khác nhau: nh ư sợi thực vật, khoáng chất, nhân tạo, tổng hợp…tuy nhiên chất tăng cường hay sử dụng nhất dưới dạng sợi hoặc biến thể một chút. Các sợi được sử dụng để tạo vật liệu dưới dạng mặt ( hay diện tích ) theo nhiều kiểu khác nhau: “ mat ”, vải hay băng. Ta thường gặp các dạng trên với sợi thủy tinh.
Mat :
Mat gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn loạn trong một mặt phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết có thể hòa tan hoặc không hòa tan trong nhựa, tùy thuộc vào công nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi l àm cho
“mat ”có tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nó.
Mát sợi ngắn và mặt sợi dài chỉ khác nhau ở mức độ biến dạng. Mat s ợi ngắn biến dạng nhỏ, ngược lại mát sợi dài cho phép chịu các biến dạng đặc biệt lớn theo tất cả các phương.
Sợi thủy tinh dưới dạng khối rất dòn, dễ bị nứt. ngược lại khi gia công dưới dạng sọi đường kính nhỏ ( vài chục micron ) thủy tinh sẽ mất các tính chất tr ên và có nhiều ưu điểm trên phương diện cơ học.
Sợi thủy tinh được chế biến từ thủy tinh kéo sợi gọi l à thủy tinh dệt, trong đó chứa silic, alumin, manhê v.v.v…ta s ử dụng thủy tinh loại R, S có đặc tính chung l à độ bền cơ học cao.
Cơ tính xơ của thủy tinh R lúc mới ra lò.
Khối lượng riêng = 2550 [kg/m3].
Môdun Yuong Es = 86 [Gpa]
Ứng suất phá hủy su= 4400 [Mpa]
Biến dạng phá hủy su= 5,2 [%]
Hệ số poisson s = 0,22.
Kết cấu composite nhiều lớp :
Trong trường hợp tổng quát, vật liệu cốt ( chất tăng c ường )của mỗi lớp vật liệu có bản chất khác nhau: có thể là xơ, sợi, “mat”, vải thủy tinh, cacbonv.v…Mỗi lớp cần
phải ghi rừ bản chất của sợi sử dụng, laọi vật liệu l àm cốt: sợi, “mat”, vải cựng với tỷ lệ khối lượng sợi theo phương dọc… và ngang.
Việc lựa chọn sợi, xê-căng của các lớp vật liệu phụ thuộc v ào người sử dụng sao cho thừa món cao nhất tớnh bền, tớnh cứng…khi chiụ tải trọng, ta cần chỳ ý:
- Các lớp đồng phương cho cơ tính cao theo phương c ủa sợi ; - Các lớp “mat” chịu kéo kém, do đó nên bố trí tại vùng chịu nén;
- Vật liệu composite lớp vuông [0/90]n dễ bị tách lớp;
- Khi tăng cường theo cả ba phương, ta có vật liệu á-đẳng hướng.
b)Phương pháp chế tạo phôi:
Thiết bị có kết cấu đơn giản và sản xuất hàng loạt nhỏ nên ta sử dụng phôi đúc.
Như vậy, ta có thể rút ngắn thời gian chuẩn bị phôi v à đạt hiệu quả kinh tế cao.
5. Các nguyên công công nghệ chế tạo thân bình.
Chi tiết thân bình.
Nguyên công 1:Tạo khuôn.
Khuôn để gia công chi tiết có thể gia công bằng vật liệu gỗ nh ưng thông thường khuụn đó được làm bằng nhựa đó được tạo kớch thước, yờu cầu kỹ thuật bề mặt thừa món chi tiết cần gia công.
khuôn.
Bước 1: Tạo bề mặt khuôn đúc:
Dùng chổi quét chất wax8 là giải phóng khuôn đồng thời cũng l à lớp dùng làm láng bề mặt khuôn làm láng bề mặt chi tiết gia công.
Bước 2: Phun lớp Gelgrat sơn bề mặt khuôn tỷ lệ 1kg/m2 có tác dụng chống tia cực tím và tăng độ bền chi tiết.
Nguyên công 2: Chế tạo thân bình.
Bước 1: Trát composite lên khuôn vừa được tao xong, Composite bao gồm polyeste và chất đông cứng MEK tỷ lệ 1gam nhựa v à 0.8-2 (%) MEK.
Bước 2: Sau đó ta cắt sợi thủy tinh được chế tạo dưới dạng như vải làm cốt tăng độ bền cơ học cho chi tiết. hai bước trên làm xen kẽ nhau theo thứ tự như trên cho đến khi đủ độ dày theo yêu cầu chuyển bước 3.
Bước 3: Ta tiếp tục quét nhựa chất Gelgrat lên đẻ chống tia cực tím Nguyên công 3: Tháo khuôn và làm sạch:
Bước 1: Tháo khuôn.
Sau khi composite đông lại ta tiến hành tháo khuôn Bước 2: Làm sạch chi tiết
Nguyên công 4:Quét lớp tạo màu .
Tùy theo yêu cầu người tiêu dùng mà ta tạo màu xanh, đỏ,…cho chi tiết phù hợp với yêu cầu.
Nguyên công 5: Gia công các lỗ.Tiến hành khoan trên máy khoan cần.
Nguyên công 6:Chế tạo chân bình và gắn chân với bình
II. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thân phao.
Cấu tạo thân phao (gồm ống hút khí và ống hút chất lỏng).
1. Xác định dạng sản xuất.
Sở dĩ phải xác định dạng sản xuất khi thiết kế QTCN là vì ứng với mỗi dạng sản xuất chúng có các đặc điểm riêng .Đối với dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ thì các máy công nghệ thường dung là các máy vạn năng,trong khi đó đối với dạng sản xuất loạt lớn , để tăng năng suất phai sử dụng các máy chuyên dung và các máy tự động,do vậy quy trình công nghệ sẽ phải khác nhau.
Muốn biết dạng sản xuất cần phải biết số lượng sản phẩm hang năm của chi tiết gia công. Sản lượng chi tiết cần sản xuất trong năm xác định theo công thức:
0. . 1 100 m
N N Trong đó:
N – Sản lượng chi tiết chế tạo trong 1 năm.
N0- Số sản phẩm sản xuất trong 1 năm.
m- Số chi tiết như nhau trong 1 sản phẩm
- Số phế phẩm xảy ra trong quá trình chế tạo(3%-6%).
-Số chi tiết chế tạo thêm để sự trữ(5%-7%).
Tuy nhiên, để xác định dạng sản xuất của chi tiết cần xác định th êm trọng lượng của chi tiết, trọng lượng của chi tiết có thể xác định theo công thức sau:
Q= V. ( kg ).
Trong đó:
Q- trọng lượng của chi tiết.
- trọng lượng riêng của vật liệu ( kG/dm3 ) V- thể tích của chi tiết ( dm3 ).
Trong khuôn khổ đề tài thì đây là sản xuất dơn chiếc.
2. Phân tích chi tiết gia công.
a)Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết.
Chức năng chính của chi tiết là dẫn khí và dẫn chất lỏng ở áp suất thường,không chịu tác động tác động bởi một lực cơ học nào đáng kể.
Chi tiết làm việc trong môi trường hoá chất,vì vậy đòi hỏi phải chống được sự ăn mòn của hoá chất cũng như nước mặn.
Bề mặt làm việc chính của chi tiết là bề mặt bên trong lỗ,vì vậy kích thước quan trọng nhất là đường kớnh lỗ ứ4 của ống hỳt khớ và đường kớnh lỗ ứ6 của ống hỳt chất lỏng.
b)Phân tích tính công nghệ trong lết cấu.
Đây là chi tiết đơn giản,yêu cầu độ chính xác không cao,làm việc trong điều kiện chuyển động nhẹ,không chịu lực tác động lớn,không yêu cầu độ bền cao.
Vì vậy ta có thể gia công trên các máy vạn năng,có độ chính xác trung bình,không cần công nhân có trình độ tay nghề cao.
Do đây là chi tiết không yêu cầu độ bền và độ chính xác cao mà chỉ yêu cầu khả năng chống ăn mòn của một số hoá chất nên ta chọn vật liệu là thép không gỉ ngoài ra có thể thay thế vật liệu kim loại bằng vật liệu khác có thể thoả mãn yêu cầu như một số loại nhựa:nhựa PVC; Polyme;composite…vừa có giá thành thấp mà dễ gia công.
3. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi.
Do chi tiết dạng trục,dễ chế tạo,không yêu cấu độ chính xác cao nên ta chọn phôi dạng thanh.Phương pháp chế tạo là phôi cán nóng.
4. Thiết kế các nguyên công công nghệ.
a) Lập tiến trình công nghệ (xác định thứ tự các nguyên công và các bước trong nguyên công).
Đánh số các bề mặt gia công.
Bản vẽ đánh số các bề mặt gia công của chi tiết.
Giới thiệu các phương án gia công thân phao định lượng.
Phương án 1:
STT Tên nguyên công
Số bề mặt gia công
Số bề mặt định
vị
Dạng máy gia công
Dụng cụ
1
-Tiện mặt đầu -Khoan lỗ ỉ4 -Tiện mặt ỉ10
1 2 3
2,3 Máy tiện T616
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngoài,mũi khoan ỉ4
2 Tiện ren M10 4 2,3 Máy tiện Dao tiện ren
3
-Tiện mặt đầu -khoan lỗ ỉ6 -Tiện mặt ỉ15 -Tiện mặt côn
5 6 7 8
5,7 Máy tiện
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngoài,mũi khoan ỉ6
4 -Khoan lỗ ỉ10 9 7 Mỏy Koan
cần
Mũi khoan
5 Hàn nối 10 Mỏy hàn Que hàn ỉ3
6 Tổng kiểm tra Tất cả các bề nặt Phương án 2:
STT Tên nguyên công
Số bề mặt gia công
Số bề mặt định
vị
Dạng máy gia công
Dụng cụ
1
-Tiện mặt đầu -Tiện mặt ỉ10 -tiện ren M10
1 3 4
2,3 Máy tiện T616
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngoài,
Dao tiện ren
2 Khoan lỗ ỉ4 2 2,3 Mỏy tiện mũi khoan ỉ4
3
-Tiện mặt đầu -Tiện mặt ỉ15 -Tiện mặt côn -khoan lỗ ỉ6
5 7 8 6
5,7 Máy tiện
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngoài
Mũi khoan ỉ6
4 -Khoan lỗ ỉ10 9 7 Mỏy Koan cần
Mũi khoan ỉ10
5 Hàn nối 10 Mỏy hàn Que hàn ỉ3
6 Tổng kiểm tra Tất cả các bề nặt
Lựa chọn phương án gia công.
Lựa chọn phương án gia công là ta phải chọn được phương án nào có nhiều ưu điểm hơn,giảm bớt số nhược điểm,làm sao để quá trình gia công đạt năng suất,chất lượng cao,giảm chi phí gia công,giảm thời gian nguyên công…Vì vậy ta phải xét ưu,nhược điểm của từng phương án.
-Ưu,nhược điểm của phương án 1:
Ưu điểm:+Chi tiết gia công đạt độ chính xác cao h ơn, ít sinh phế phẩm.
+Đảm bảo được độ cứng vững của chi tiết trong quá trình gia công vì cỏc lỗ ứ4 và ứ6 được gia cụng trước sau đú sử dụng mũi chống tõm để gia công các bề mặt còn lại.
+Đảm bảo được yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Nhượcđiểm: Phương án 1 hầu như không có nhược điểm nào đáng kể ngoài việc phải sử dụng thêm mũi chống tâm.
-Ưu, nhược điểm của phương án 2:
Ưu điểm:+Không phải sử dụng mũi chống tâm ,ngoài ra không có ưu điểm nào vợt trội so với phương án 1.
Nhược điểm:+Độ chính xác của chi tiết không cao,dễ sinh phế phẩm.
+Không đảm bảo độ cứng vững của chi tiết trong quá trình gia công.
+Từ đó làm giảm năng suất gia công.
Kết luận: Sau khi so sánh ưu và nhược điểm của hai phương án,ta thấy phương án 1 có nhiều ưu điểm hơn,hạn chế được một số nhược điểm của phương án 2.Vì vậy ta chọn phương án gia công theo phương án 1.
b) Lập và vẽ sơ đồ gá đặt (sơ đồ nguyên công),chọn máy và dụng cụ cắt.
Chuẩn định vị là một phần mặt ngoài và lỗ sau khi đã khoan ta coi như là lỗ tâm và sử dụng mũi chống tâm,như vậy một đầu ta dùng mâm cặp và cặp ngắn còn một đầu dùng
mũi tâm.Để gia công hết chiều dài chi tiết ta chỉ việc đảo đầu chi tiết để gia công đầu còn lại.
1.Nguyên công 1:
Bước 1:Tiện mặt đầu,khoan lỗ ỉ4.
Gia công trên máy tiện vạn năng T616.Dùng mâm cặp 3 chấu,cặp dài để tiến hành tiện mặt đầu, đảo đầu để tiện mặt đầu còn lại,sử dụng dao tiện mặt đầu.
Dử dụng mũi khoan ỉ4 lắp trờn ụ động để tiến hành khoan lỗ,ta đảo đầu để khoan hết chiều dài cần khoan.
Bước 2:Tiện mặt trụ ỉ10 để chuẩn bị cho nguyờn cụng gia cụng ren M10.
Gia công trên máy tiện T616,sử dụng dao tiện mặt trụ ngoài.
Gá trên mâm cặp 3 chấu,một đầu cặp ngắn ,một đầu dùng chống tâm.
Tiện xong ta tiến hành vát mép.
2.Nguyên công 2:
Tiện ren M10.
Gia công trên máy tiện ren vít vạn năng T616, sử dụng dao tiện ren.
Một đầu gá trên mâm cặp,một đầu chống tâm.
3.Nguyên công 3:
Bước 1:Tiện mặt đầu,khoan lỗỉ6.
Gia công trên máy tiện vạn năng T616.
Sử dụng mâm cặp 3 chấu,cặp dài để tiến hành tiện mặt đầu,khoan lỗ.
Dùng dao tiện mặt đầu để tiện mặt đầu,mũi khoan lắp trên ụ động để khoan lỗ.
Bước 2:Tiện mặt trụ ứ15,tiện đầu cụn để lắp ống mềm.
Gia công trên máy tiện T616.
Dụng cụ: Dao tiện mặt trụ ngoài.
4.Nguyờn cụng :Khoan lỗ ỉ10.
Gia cụng trờn mỏy khoan cần.Dụng cụ : Mũi khoan ỉ10.
Sử dụng đồ gá để khoan.
5.Nguyên công 5:
Hàn ống hút khí và ống hút nước để tạo thành chi tiết thân phao hoàn chỉnh.
Sử dụng que hàn cú đường kớnh ỉ3 để hàn nối,Vật liệu que hàn bằng Inox.
6.Nguyên công6:Tổng kiểm tra tất cả các bề mặt.
5. Xác định và tính toán lượng dư trung gian.
a) Khái niệm cà ý nghĩa xác định lượng dư gia công cơ.
Khái niệm:
-Muốn đạt được một chi tiết máy có hình dạng ,kích thước và chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu trong bản vẽ ,ta phải thực hiện qua nhiều nguyên công .Tại mỗi nguyên công ta hớt đi một lớp kim loại trên bề mặt gia công để thay đổi hình dạng và kích thước của phôi.
-Lớp kim loại được lấy đi trong quá trình gia công cơ được gọi là lượng dư gia công.
Ý nghĩa:
-Ta phải xác định lượng dư gia công hợp lý vì những lý do sau:
+lượng dư quá lớn sẽ tốn nguyên liệu,tiêu hao lao động,tốn năng lượng,tiêu hao dụng cụ cắt,dẫn đến giá thành tăng.
+Nếu lượng dư quá nhỏ sẽ không đủ để hớt đi các sai lệch của phôi để biến phôi thành chi tiết hoàn thiện.
Ta có hệ số in dập:K=
ph cht
.
Trong đó:cht là sai lệch của chi tiết.
ph
là sai lệch của phôi.
-Như vậy sai lệch sẽ giảm đi qua nhiều lần cắt gọt,vì vậy mà trong một quá trình công nghệ phải chia làm nhiều nguyên công ,nhiều bước để có thể hớt dần đi lớp kim loại mang nhiều sai số.Trong quá trình chế tạo phôi,lượng dư phải đủ để thực hiện các nguyên công cần thiết đó.
-mặt khác nếu lượng dư quá bé thì khi gia công sẽ xảy ra hiện tượng trượt giữa dao và chi tiết ,dao sẽ bị mòn nhanh,bề mặt chi tiết không bóng .
Cho nên việc xác định hợp lý lượng dư gia công và dung sai kích thước trung gian ở tất cả các bước là một trong những vấn đề cơ bản ,giải quyết đúng đắn việc đó sẽ có tác dụng lớn tới chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
b) Phương pháp tính toán lượng dư gia công.
b.1. Tớnh toỏn lượng dư tiện mặt ỉ10.
Chọn phôi dạng thanh.
Các bước công nghệ: Tiện thô ;tiện tinh.
Sai số gá đặt : 0(vì gia công chống tâm).
Sai lệch vị trí không gian của phôi được tính theo công thức:
2
2 cm
c
p
.
Trong đó: c k.L là độ cong vênh của chi tiết;
) / ( 5 .
0 m mm
k
là độ cong vênh đơn vị.
=>c 0,0005.700,035(mm).
cm được xác định theo công thức :
) ( 2 354
500 2
500 2
2
2 2 2
2
m
c
cm b
.
Vậy sai lệch không gian tổng cộng là:
) ( 356 , 0 ) ( 356 354
352 2 m mm
p
.
Sai lệch không gian còn lại sau tiện thô là:1 0,06.35621(m). Sai lệch không gian còn lạ sau tiện tinh là:2 0,4.1 0,4.218,4(m).
Lượng dư bé nhất cho các bước gia công là: