Chơng IV: Thiết kế trang bị công nghệ
IV.1.1.Nguyên lý, quá trình chung của mài khôn
bay, máy công cụ và trong các ngành công nghiệp khác khi chế tạo blốc xi lanh của động cơ, chế tạo bánh răng, chế tạo các xi lanh truyền dẫn thuỷ lực ... Khi gia công lần cuối các mặt trụ, chủ yếu là các lỗ thông, đờng kính từ φ18 đến φ1500 mm, thì mài khôn là một trong những phơng pháp có năng suất cao nhất, chính xác nhất và tiết kiệm nhất.
Quá trình mài khôn đợc thực hiện nhờ đầu mài khôn có lắp thanh mài (hay phiến mài) trên máy mài chuyên dùng kiểu đứng. Sơ đồ mài khôn lỗ đợc thể hiện trên hình 4.1.
Để có bề mặt đặc biệt nhẵn khi mài khôn, điều có ý nghĩa quan trọng là hớng của các vạch xớc sinh
ra do chuyển động kết hợp giữa chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay theo một tỷ lệ thích hợp.
Trên cơ sở thực tế nên chọn tỷ lệ giữa tốc độ quay V và tốc độ tịnh tiến P sao cho góc ϕ của các vạch xớc nằm trong khoảng 40° ữ 600.
Khi đó ta có: tg 2 θ =
P V = K
Khi K giảm cờng độ bóc tách kim loại tăng, do đó độ nhám bề mặt tăng. Vì vậy, nếu mục đích sử dụng nguyên công mài khôn (khôn thô) để hớt đi phần lợng d chủ yếu mà không đặt vấn đề giảm độ nhám bề mặt thì chọn hệ số K nhỏ. Do đó mài khôn thô đợc thực hiện với tốc độ khứ hồi cực đại (15 – 20 m/ph). Khi mài tinh, mục đích chủ yếu là giảm độ nhám bề mặt, do đó l- ợng hớt đi không lớn thì ta chọn hệ số K lớn (K = 35 đối với thép, K = 24 đối với gang).
Chi tiết trong quá trình mài khôn thờng đứng yên còn đầu khôn vừa nhận chuyển động quay tròn với tốc độ V1 vừa nhận chuyển động lên xuống V2 dọc theo đờng tâm lỗ cần gia công. Tơng quan chuyển động giữa V1 và V2 nằm trong phạm vi 1,5ữ10,0. Ngoài chuyển động V1 và V2 ra các thanh mài còn đ- ợc bung ra theo phơng hớng kính để tiếp tục bóc đi một lớp kim loại sau mỗi hành trình của đầu khôn. Có thể dùng các cơ cấu cơ khí, thuỷ khí hoặc khí nén để tạo chuyển động bung ra theo phơng hớng kính cho các thanh mài. Tuỳ thuộc vào phơng pháp đẩy các thanh mài theo phơng hớng kính mà phân ra các sơ đồ mài khôn với áp suất không đổi và sơ đồ mài khôn có chạy dao định lợng. Mài khôn với áp suất không đổi là sơ đồ mài khôn mà các thanh mài luôn đợc đẩy áp sát vào bề mặt gia công với một áp suất không đổi. Mài khôn có chạy dao định lợng là sơ đồ mà khôn mà các thanh mài đợc định lợng đẩy bung ra theo phơng hớng kính sau mỗi hành trình kép của đầu khôn để có thể bóc đi một lớp kim loại ở hành trình làm việc tiếp theo.
Đặc trng của mài khôn là lớp kim loại đợc hớt đi sau một bớc của đầu khôn rất nhỏ, trong khoảng 0,3 ữ 0,5 àm. Điều đó phụ thuộc chủ yếu vào áp lực riêng của thanh mài trên bề mặt lỗ, độ cứng của thanh mài cũng nh các yếu tố sử dụng khác. Trong toàn bộ quá trình gia công lỗ bằng mài khôn, lớp kim loại bị hớt đi tơng đối nhỏ. Lợng d tính theo đờng kính khi gia công lần cuối (với lỗ từ φ18 ữ φ500 mm) chọn trong khoảng 0,02 ữ 0,2 mm đối với gang và 0,01 ữ 0,07 mm đối với thép.
Hình 4.1: Sơ đồ tạo thành vết gia công khi mài khôn.
Khi gia công gang, dùng vật liệu hạt mài cacbít silic xanh và khi gia công thép dùng Côrun điện trắng, chất kết dính kêramic. Mài khôn bằng đá mài Cacbit Bo đợc dùng để gia công thép nhiệt luyện và vật liệu khó gia công. Một số nhà máy cũng đã dùng có kết quả chất kết dính Bakêlit iđiôn, nhất là đối với phôi bằng thép đã tôi nh 30XΓCA cũng nh hợp kim Al và Mg.
Chất kết dính Karêmic có nhiều khuyết điểm so với Bakêlit iđiôn vì những hạt ròn rất dễ bị tróc ra nên trên mặt gia công thờng có vạch và các vết xớc. Ngoài ra, khi dùng chất kết dính Karêmic bắt buộc phải gia công hai lần (thô và tinh), trong khi đó dùng các chất kết dính hữu cơ có thể chỉ cần gia công một lần.
Chọn độ hạt và độ cứng tuỳ theo tính chất gia công; để gia công sơ bộ chọn độ hạt 180 - 220 và độ cứng CM2 - M1; để gia công lần cuối, chọn độ hạt M28 - M20 và độ cứng C2 - CT2.
Các thanh mài bố trí song song với trục trên mặt trụ ngoài của đầu mài. Kích thớc các thanh mài đã đợc tiêu chuẩn hoá. Khi chọn thanh mài thờng lấy sao cho chiều dài gần bằng 1/3 đến 1/4 chiều dài lỗ gia công. Các thanh có chiều dài lớn không nên dùng vì chúng không có khả năng sửa chữa những sai số hình dạng của lỗ theo phơng dọc do gia công sơ bộ để lại.
Số lợng thanh mài có thể nằm trong khoảng sau đây: đối với đờng kính φ18 ữ φ75 mm, làm 3 ữ 6 thanh; đối với đờng kính φ75 ữ φ200 mm : 9 ữ 12 thanh; với đờng kính φ200 ữ φ500 mm : 15 ữ 36 thanh trở lên.
Đầu mài khôn đợc kẹp chặt trên trục chính của máy nhờ khớp nối. Việc định tâm do đó tốt hơn, đặc biệt là nếu các trục của lỗ gia công và của trục chính không trùng nhau. Khi tăng tốc độ quay của đầu mài, ta phải yêu cầu độ trùng của trục chính và lỗ gia công một cách chặt chẽ hơn để tránh lỗ bị lay rộng. Trong những trờng hợp đó kẹp cứng đầu mài hợp lý hơn dùng khớp nối.
Khi mài, cần tới dung dịch làm nguội khá nhiều (đến 100 l/ph). Ngoài tác dụng bôi trơn và làm nguội, dung dịch còn cuốn sạch phoi bụi khổi bề mặt gia công. Dung dịch làm nguội chủ yếu là dầu hoả. Khi mài khôn thép cha tôi, thờng thấy những mảnh nhỏ kim loại dính trên bề mặt làm việc của thanh mài, làm cho lỗ bị xớc. Để khắc phục điều đó, nên pha thêm 2% dầu thực vật N0 2 vào dầu hoả. Khi gia công phôi thép tôi hoặc gang thì không nên pha thêm dầu vì nó làm cho thanh mài chóng bị mất khả năng cắt gọt. Quá trình mài
khôn chủ yếu dùng để gia công tinh lỗ. Tuy nhiên, nó có thể áp dụng có kết quả để gia công sơ bộ hoặc để thay cho tiện lỗ bán tinh, khoét mài lỗ.
Yếu tố quan trọng ảnh hởng tới quá trình mài khôn là độ cứng của các thanh mài và áp lực riêng của chúng lên bề mặt lỗ gia công.
Tăng áp lực riêng và độ cứng của thanh mài, năng suất gia công sẽ tăng đồng thời giảm chi phí cho quá trình mài khôn. Việc chọn trị số áp lực riêng và độ cứng của thanh mài tuỳ thuộc các điều kiện gia công trong mỗi trờng hợp cụ thể (yêu cầu về độ chính xác gia công, tính chất và mức độ mài mòn, sự tróc các hạt khỏi thanh, độ nhẵn và độ nhấp nhô của bề mặt gia công ...). Chiều cao nhấp nhô lấy làm tiêu chuẩn không đợc lớn hơn lợng d để gia công tinh. Trên cơ sở đó, ta quy định trị số áp lực riêng: 4 ữ 5 kG/cm2 đối với nguyên công thô, 1 ữ 3 kG/cm2 đối với nguyên công tinh.
Trong thực tế có nhiều kết cấu đầu mài khôn khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết mỗi đầu mài khôn đều có hai phần: phần làm việc và phần nối. Phần làm việc bố trí các thanh mài, phần nối dùng để kẹp chặt phần làm việc trên trục chính của máy nhờ các khớp nối.
Ưu điểm của mài khôn.
-Năng suất cao hơn hẳn mài nghiền nhờ nhiều thỏi đá làm việc. Lợng d có thể lớn hơn, trong nhiều trờng hợp còn lớn hơn cả mài trong và tiện tinh mỏng.
-Tuy mài bằng thanh mài nhng vận tốc thấp nên toả nhiệt ít (50 ữ 1000C), nhờ vậy kết cấu lớp bề mặt ít thay đổi sau khi gia công.
-Độ cứng vững của đầu khôn tốt, không bị biến dạng trục đá nên đảm bảo lỗ tròn.
-ít xảy ra rung động nên quá trình cắt êm, nhờ vậy có thể đạt độ chính xác và cấp độ nhám bề mặt cao.
Nhợc điểm của mài khôn.
-Hạt mài bị tách khỏi đầu khôn có thể cắm vào những lỗ nhỏ của mặt gia công làm cho chi tiết bị mài mòn nhanh khi có ma sát với chi tiết khác trong quá trình làm việc
-Mài khôn không sửa đợc sai lệch về vị trí tơng quan vì trong quá trình gia công đầu khôn tự lựa theo lỗ gia công. Sai lệch đó phải do nguyên công tr- ớc khắc phục nh tiện tinh, chuốt, mài.
-Không thích hợp khi gia công kim loại màu vì phoi của chi tiết loại này sẽ lấp kín các lỗ trên thanh mài rất nhanh làm cho thanh mài không thể tiếp tục mài đợc.
IV.1.2.Thiết kế đầu khôn để khôn lỗ nòng φ40,8+0,062. IV.1.2.1.Yêu cầu kết cấu đầu khôn.
-Đảm bảo độ chính xác về hình dạng và kích thớc của lỗ gia công.
-Đảm bảo đầu mài không bị ép lại khi gặp những mảnh cứng trên bề mặt gia công.
-Đầu mài có khả năng tự lựa khi trục của lỗ và của trục chính không trùng nhau.
-Thanh mài có khả năng tự lựa nhằm đảm bảo sự tiếp xúc của chúng trên suốt chiều dài lỗ để sửa đợc hình dạng của lỗ và để bù trừ khi các thanh mài bị mòn không đều.
-Có khả năng tự động nén các thanh mài lại khi đầu mài đi vào và đi ra khỏi lỗ.
-Có khả năng điều chỉnh nhỏ và thuận tiện lợng chạy dao hớng kính của các thanh mài.
Trên cơ sở các yêu cầu của đầu khôn khi thiết kế, ta tính chọn kết cấu của đầu khôn gia công lỗ φ40,8+0,062.
IV.1.2.2.Xác định kết cấu đầu khôn.
Do kích thớc lỗ trớc khi mài khôn tơng đối nhỏ(φ39 mm); hành trình mài khôn ngắn (373 mm); độ côn, độ ô van của lỗ do các nguyên công trớc (nh khoét, doa) để lại không có nhờ bộ phận dẫn hớng theo lỗ gia công trong quá trình gia công; nguyên công mài khôn chỉ với mục đích nâng cao độ chính xác kích thớc và độ nhám bề mặt của lòng nòng trớc khi tiến hành chuốt rãnh xoắn. Vì vậy, ta chọn kết cấu đầu khôn theo phơng pháp đẩy thanh mài với áp suất không đổi, tức là dùng lực lò xo trực tiếp đẩy thanh đá áp vào bề mặt lỗ trong quá trình gia công.
Chọn kết cấu đầu mài khôn đợc kẹp chặt trên khớp nối, điều này giúp cho việc định tâm tốt hơn đặc biệt trong trờng hợp trục của lỗ gia công và trục của trục chính không trùng nhau.
Các kích thớc cụ thể đợc ghi trong tập bản vẽ chi tiết đầu khôn.
Hình 4.7: Kết cấu thân đầu khôn.
Thân đầu khôn dạng trụ có 4 rãnh để lắp rãnh lắp thanh đá; có 4 lỗ vuông góc với nhau từng đôi một để lắp lò xo đẩy thanh đá. ở hai đầu có ren M22 để lắp đai ốc giữ rãnh lắp thanh mài khỏi bị bật ra khỏi đầu khôn.
+ Đai ốc giữ:
Hình 4.8: Đai ốc giữ.
Đai ốc giữ có phần ren để lắp vào thân đầu khôn và phần gờ để giữ rãnh mài.
Mặt ngoài của đai ốc đợc khía nhám để vặn tay dễ dàng.
+ Rãnh lắp thanh mài:
Hình 4.9: Rãnh lắp thanh mài.
Tại hai đầu rãnh có gờ, rãnh đợc giữ lại nhờ hai gờ này tiếp xúc với đai ốc giữ.
+ Đầu nối:
Đầu nối để nối với thân đầu khôn nhờ mối ghép với trục tạo thành khớp nối. Nhờ vậy, đầu khôn có khả năng tự lựa trong quá trình mài.
+ Bulông-đai ốc.
-Số lợng bulông 1, chọn bulông tinh đầu sáu cạnh có d=10 (TCVN 1892- 76).
-Đai ốc tinh sáu cạnh số lợng 01, có d=10 (TCVN 1905-76). Từ đờng kính bulông tra theo TCVN 1892– 76 Sổ tay vẽ kỹ thuật Ta có kích thớc bulông nh sau.
d S H D r l l0
10 17 7 19.6 0.5 30 18
Kích thớc đai ốc tra theo TCVN 1905-76
d S H D
10 17 8 19.6
+ Chọn lò xo đẩy:
Căn cứ vào áp lực riêng của đá đã chọn là 2kG/cm2, chọn lò xo đẩy có kích thớc là φ10 x 40.
Bớc lò xo p = 5.
Diện tích mỗi thanh đá tiếp xúc với bề mặt gia công là Sđ ≈ 12.1 = 12 cm2.
⇒ Mỗi thanh đá tạo áp lực vào bề mặt gia công là Fđ = 2.12 = 24 kG. Hai lò xo nh nhau cùng đẩy hai thanh đá để tạo áp lực Fđ.
⇒ Mỗi lò xo đều chịu một lực nén là Fđ Ta có độ cứng của lò xo là C = x F = 63 , 20 240 = 11,63 N/mm
Trong đó: F – Lực đẩy hoặc lực kéo lò xo, F = Fđ = 24 kG = 240 N. x – là độ dịch chuyển của lò xo dới tác dụng của lực F. Tại thời điểm gia công, lò xo bị nén một đoạn là:
x = 40 - (40,8 -10 - 10 - 0,4 - 0,4) = 20,4 mm.
Căn cứ vào các thông số lò xo, chọn lò xo theo tiêu chuẩn có các thông số đã đợc chọn và tính toán ở trên.
+ Chọn áp lực riêng của đá mài:
Mài khôn lỗ φ40,8+0,062 mm là nguyên công gia công tinh, chọn áp lực riêng là 2kG/cm2.
-Số lợng thanh mài: 4 thanh.
-Chiều dài thanh mài từ 1/3 đến 1/4 chiều dài lỗ gia công nên ta chọn kích thớc của thanh mài là 120 x 10 x 10.
-Khi gia công thép chọn vật liệu hạt mài là Crun điện trắng.
-Gia công lần cuối nên chọn bột mài mịn có độ hạt là M28; chọn độ cứng của đá là cứng trung bình, CT2. Chất kết dính Bakêlit iđiôn có nhiều u điểm hơn so với chất kết dính Karemic nh chỉ phải gia công một lần và không để lại vạch và các vết xớc. Vì vậy ta chọn chất kết dính hữu cơ Bakêlit iđiôn để kết dính các hạt mài.
Từ các chi tiết của đầu khôn đã chọn, lắp các chi tiết với nhau ta sẽ có kết cấu đầu khôn hoàn chỉnh.
Hình 4.11: Kết cấu đầu khôn.
Nh vậy từ các chi tiết đã chọn, ta có thể chế tạo đầu khôn để khôn lỗ nòng φ40,8+0,062 mm.
IV.2.Thiết kế đồ gá chuốt rãnh xoắn nòng súng phóng lựu M79.