3.1 CHỌN DẠNG PHÔI
Để chọn dạng phôi ta cần căn cứ vào vật liệu, hình dạng, kích thước, dạng sản xuất của chi tiết, cần đi phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp chế tạo phôi ứng với chi tiết để từ đó xác định được dạng phôi hợp lý, tối ưu.
3.1.1 Phôi đúc a. Ưu điểm
- Chi tiết trục vít có hình dáng, kích thước đơn giản dễ tạo khuôn đúc, tính toán thiết kế dễ dàng, đảm bảo được hình dáng hình học của phôi gần với chi tiết; từ đó tiết kiệm được thời gian gia công, lượng dư, chi phí.
- Dạng sản xuất hàng loạt vừa của trục vít nên dễ cơ khí hóa, tự động hóa nhờ vào việc chế tạo khuôn thuộc nhóm đúc đặc biệt, sử dụng nhiều lần sau khi tháo khuôn, cho năng suất cao, giá thành thấp phù hợp.
- Công nghệ và trang bị đơn giản.
b. Nhược điểm
- Trục vít làm bằng vật liệu thép C45, thép có tính chảy loãng thấp, độ co lớn, hòa tan khí nhiều nên khó đúc, dễ tạo ra các khuyết tật rỗ khí, rỗ co, thiên tích,… nên tính đúc thấp, khó đúc hơn.
- Thép C45 có giá thành khá cao mà phôi đúc có lượng dư lớn, tốn vật liệu đồng thời trong quá trình đúc cần bố trí đậu ngót, đậu hơi, rãnh dẫn làm hao hụt vật liệu và gây tốn them chi phí.
- Trục vít với dạng sản xuất hàng loạt nhưng phôi đúc thép có nhiều khuyết tật như rổ xỉ, rỗ khí, lõm co,… làm giảm cơ tính, ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc, không đủ đảm bảo các yêu cầu của chi tiết trong quá trình gia công; khả năng tạo ra lượng phế phẩm ngang với lượng thành phẩm, không có lợi với dạng sản xuất hàng loạt.
3.1.2 Phôi rèn tự do a. Ưu điểm
- Vật liệu thép C45 có tính dẻo tốt, dễ biến dạng nên dễ cho việc rèn.
- Hình dáng, kích thước của chi tiết trục vít đơn giản dễ dàng cho việc rèn.
- Phôi rèn không cho lượng dư gia lớn sẽ đảm bảo được chất lượng bề mặt tốt hơn, gia công bán tinh, tinh dễ dàng hơn sau này, tiết kiệm thời gian và chất lượng dao gia công.
b. Nhược điểm
- Dạng sản xuất hàng loạt vừa không phù hợp với rèn vì nó đòi hỏi trình độ tay nghề cao, phụ thuộc dụng cụ rèn, tốn công sức, năng suất thấp. Nó phù hợp với dạng sản xuất đơn chiếc hơn.
- Vật liệu chế tạo là thép C45 có giá thành khá cao, mà phương pháp rèn tự do làm kim loại bị biến dạng lớn, có những mép dư lớn, gây hao phí kim loại và chi phí vật liệu.
- Trục vít có dạng trục tròn xoay và nên việc rèn khó khăn hơn, khó đảm bảo các yêu cầu về độ đồng tâm, độ song song, độ đảo,…. Dễ tồn động ứng suất dư sau gia công áp lực từ máy hay người do khó kiểm soát lực và biên dạng.
- Sau rèn cơ tính của phôi cao hơn, do tổ chức kim loại mịn chặt. Nên yêu cầu về chất lượng dao để gia công cơ sau cao hơn.
- Độ chính xác, nhám bề mặt không cao.
3.1.3 Phôi dập a. Ưu điểm
- Vật liệu thép C45, có cơ tính tổng hợp cao, có tính dẻo tốt và tính chống ram tốt do đó giảm ứng suất dư bên trong, qua quá trình tạo phôi dập sẽ đảm bảo cơ tính và chất lượng được nâng cao trong quá trình gia công sau này.
- Hình dáng chi tiết Trục vít đơn giản nên việc dập dễ dàng vì việc tạo khuôn sẽ dễ dàng hơn, kiểm soát lực dập tốt, cũng như đáp ứng được yêu cầu hình dáng, hình học, phôi sau dập gần giống với chi tiết trục vít. Giảm đáng kể lượng dư gia công sau này.
- Dạng sản xuất hàng loạt vừa của chi tiết trục vít phù hợp với phôi dập vì nó không đòi hỏi tay nghề cao, cường độ lao động thấp, khuôn dập cho chi tiết khớp nối khá đơn giản, làm cho riêng chi tiết, cho hình dáng kích thước gần giống với chi tiết gia công và dùng được nhiều lần; tăng năng suất, giảm chi phí.
b. Nhược điểm
- Phôi liệu phải rèn sơ bộ trước khi dập, chi tiết trục vít có dạng trục nên trước khi đưa vào dập phải được rèn sơ bộ và cắt ra với kích thước phù hợp với khuôn. Tốn thêm thời gian tạo phôi.
- Giá thành chế tạo khuôn cao vì đòi hỏi chịu được lực dập của máy, độ chính xác, chất lượng bề mặt của phôi dập phụ thuộc lớn vào độ chính xác của khuôn cao.
Kết luận: Qua việc phân tích các ưu và nhược điểm của các phương pháp chế tạo
phôi, ta thấy phương pháp chế tạo phôi là phôi dập đáp ứng được yêu cầu của chi tiết.
Phương pháp này phù hợp với vật liệu thép C45, chi tiết có hình dáng, kích thước đơn giản, tạo phôi nhanh, độ chính xác hình dáng kích thước đảm bảo, chất lượng phôi tốt, ít tốn vật liệu, tạo tiền đề cho gia công phôi sau này ít tốn thời gian, công sức, đảm bảo các yếu tố kinh tế, phù hợp với dạng sản xuất loạt vừa.
3.2 CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
Phôi dập được tạo ra nhờ hai phương pháp dập phôi phổ biến là dập nóng và dập nguội.
3.2.1 Phương pháp dập nóng
Đây là quá trình biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng khối trong lòng khuôn dưới tác dụng của lực dập. Khuôn dập vừa là dụng cụ truyền lực vừa tạo hình vật dập.
a. Ưu điểm
- Vật liệu thép C45 có tính dẻo tốt, dễ biến dạng, phù hợp với dập nóng dập nóng.
- Hình dáng của chi tiết cữ trụ đơn giản, khối lượng nhỏ nên việc dập thỏa mãn yêu cầu dễ dàng, dễ tạo khuôn, giảm tổn thất độ bền khuôn.
- Dạng sản xuất hàng loạt vừa của chi tiết phù hợp với dập nóng, với cường độ lao động giảm, bậc thợ không yêu cầu cao, dễ cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất cao, giá thành hạ.
- Dập nóng được thực hiện ở nhiệt độ cao tránh sự căng cứng kim loại của thép C40 làm khớp nối trong quá trình biến dạng, làm cho sản phẩm có cơ tính cao rất phù hợp với chi tiết trong điều kiện làm việc.
b. Nhược điểm
- Thêm bước rèn sơ bộ phôi liệu trước khi dập nên tốn thêm một lượng thời gian nhất định.
- Lực dập lớn, giá thành đầu tư khuôn, máy cao. Chi phí để chế tạo khuôn cao vì phải dùng khuôn hợp kim và đòi hỏi công nghệ chế tạo cao chỉ phù hợp với sản hàng loạt.
- Vật liệu trong quá trình nung nóng sẽ có một vấn đề như oxi hóa, nứt, hao cháy,… ảnh hưởng đến cơ tính của chi tiết.
3.2.2 Phương pháp dập nguội
Đây là phương pháp biến dạng dẻo phôi ở dạng thành không quá dày (có tính dẻo như: gang, thép hợp kim, kim loại và hợp kim màu,…), trong khuôn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dáng, kích thước theo yêu cầu. Việc dập thường ở trạng thái nguội.
a. Ưu điểm
- Vật liệu thép C45 có tính dẻo tốt, dễ biến dạng nên dập nguội dễ dàng.
- Dạng sản xuất hàng loạt của chi tiết phù hợp với phương pháp dập, dễ cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất cao.
b. Nhược điểm
- Dập nguội thường tạo phôi từ vật liệu thép có hàm lượng cacbon từ 0,15 – 0,4%. Đối với thép C45 có hàm lượng C từ 0,36 - 0,44 vẫn có thể thực hiện nhưng khó tạo hình hơn vì dập kim loại ở trạng thái nguội, ít dẻo, kim loại bị biến cứng.
- Hình dạng của chi tiết có dạng khối, độ dày thành lớn nên không thích hợp với dập nguội với độ dày < 20mm.
- Giá thành máy móc cao.
Kết luận: Qua các phương pháp trên đã phân tích ta chọn phương pháp dập
nóng do nó tối ưu hơn. Đảm bảo phôi có độ bóng, độ chính xác cao hơn so với dập nguội. Vật liệu làm chi tiết, hình dáng hình học đơn giản, khối lượng nhỏ nên việc dập dễ dàng, năng suất cao, phù hợp dạng sản xuất hàng loạt.
3.2.3 Chọn khuôn dập
Chọn loại khuôn dập kín do nó phù hợp với hình dáng không quá phức tạp của khớp nối, kích thước, khối lượng nhỏ. Phôi cho ra độ chính xác cao, giảm đáng kể ba via, thuận lợi cho các gia công sau này.
Cấp chính xác chế tạo phôi là cấp II.
3.3 TRA LƯỢNG DƯ SƠ BỘ
Lượng dư gia công một phía ở những bề mặt cần gia công là 1 mm [1, trang 190, bảng 3-17].
Dung sai kích thước của phôi dập [1, trang 30, bảng 2.2].
Lượng dư gia công cơ của phôi dập [1, trang 32, bảng 2.3].
Tính toán các thông số để tra bảng:
Nhóm mác thép M1 là nhóm thép có phần trăm C < 0,45% C (thép C40 thuộc nhóm thép M1).
Đối với dạng sản xuất hàng loạt thì phôi dập có cấp chính xác cấp II.
Độ nhỏm bờ̀ mặt Rz = 20 àm [4, trang 86].
3.3 TRA LƯỢNG DƯ SƠ BỘ
Về hình dáng kích thước của phôi là yếu tố để xác định lượng dư, độ chính xác, dung sai kích thước. Nên ta phải tra lượng dư sơ bộ cho phôi.
Xem tài liệu [1, trang 190, bảng 3-17], tra được lượng dư về một phía ở những bề mặt cần gia công là từ 0,1 ÷ 0,6 mm hoặc nhỏ hơn. Ta chọn 0,4 mm.
Đối với phôi dập với dạng sản xuất hàng loạt thì phôi có cấp chính xác là cấp II.
Tính toán thông số để tra bảng:
Nhóm mác thép M1 là nhóm thép có phần trăm C < 0,45% C (thép C45 thuộc nhóm mác thép M1), mức độ phức tạp cả phôi:
C = GGf
b = 0,130,60 ≈ 0,27 Trong đó:
Gf: Khối lượng phôi dập, (kg).
Gb: Khối lượng của vật thể có hình dáng đơn giản mà vật dập bị bao ở trong đó (Kích thước được xác định bởi các kích thước bao cả phôi), (kg). Được tính toán trong phần mềm Creo Parametric 8.0; Gb = 0,55 kg.
Vậy tra ra được mức độ phức tạp của phôi là C2 [1, trang 36]
Dựa vào tài liệu [1, trang 30, bảng 2.2 và bảng 2.3]. Ta có các giá trị dung sai, lượng dư của phôi dập:
- Với các kích thước danh nghĩa ≤ 50 mm ta có lượng dư là 1,1 mm và dung sai kích thước là−0,2+0,3
mm.
- Với các kích thước danh nghĩa 50 ≤ 120 mm ta có lượng dư là 1,2 mm và dung sai kích thước là−0,25+0,5 mm.
Góc thoát khuôn lấy trong khoảng 3o ÷ 7o. Theo tài liệu [1, trang 37], ta chọn góc thoát khuôn bằng 5o
3.3 BẢN VẼ PHÔI SƠ BỘ
Từ kích thước đã tra, ta có bản vẽ phôi:
Hình 3.1. Bản vẽ phôi sơ bộ.