2 .3 Tính kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi:
3.1. Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết trục-puly kép: 30
3.1.1. Phân tích chi tiết gia công
● Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết:
Với điều kiện làm việc và chức năng của trục-puly kép, chi tiết được chế tạo từ vật liệu thép 40Cr (theo mẫu) với các đặc tính cơ lý và thành phần hóa học (trung bình, %) như sau: Giới hạn chảy (kG/mm2) Giới hạn bền (kG/mm2) Độ giãn dài tương đối (%) Độ thắt tương đối(%) Độ dai va đập, (kGm/cm2) 80 100 10 45 6 Thành phần hóa học (trung bình %) như sau:
C Mn Cr S P V
0.40 0.70 1.00 0,035 0,035 0,002
Chi tiết có: L = 2350 (mm); Dmax = 150(mm) ta có tỷ số L/D = 15,667 > 10 do đó chi tiết gia công thuộc dạng trục dài. Nên khi gia công cần lưu ý tới các yêu cầu khi gia công chi tiết trục dài.
● Phân tích yêu cầu kỹ thuật và chọn phương pháp gia công lần cuối các bề mặt:
- Bề mặt trục ∅140 dùng để lắp puly kép được gia công độ chính xác đạt cấp 7, độ nhám bề mặt Ra=1,25 µm, chọn phương pháp gia công lần cuối là mài.
- Bề mặt trục ∅120 dùng để lắp ổ bi được gia công độ chính xác đạt cấp 6, độ nhám bề mặt Ra=1,25µm, chọn phương pháp gia công cuối là mài.
- Bề mặt trục ∅100 và ∅110 dùng để lắp vành đĩa đơn và vành đĩa kép được gia công độ chính xác đạt cấp 7, độ nhám bề mặt Ra=1,25µm, chọn phương pháp gia công cuối là mài.
- Bề mặt trục có lắp then, được gia công bằng dao phay ngón, chọn phương pháp gia công lần cuối là phay
- Bề mặt trục ∅135, ∅150 được gia công đạt cấp chính xác 14, chọn phương pháp gia công lần cuối là tiện thô.
- Sau khi nhiệt luyện chi tiết có thể sẽ bị cong vênh. Vì vậy cần phải nắn thẳng đểđảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho các nguyên công sau nhiệt luyện.
● Các biện pháp kỹ thuật đểđảm bảo các yêu cầu kỹ thuật quan trọng:
- Độ không đồng tâm trên tất cả các đường kính ≤ 0,02 (mm). - Độ không vuông góc giữa mặt đầu và đường tâm trục ≤ 0,12(mm) - Độ không thẳng của trục ≤ 0,01/100mm chiều dài.
Để đảm bảo các yêu cầu trên ta cần chọn và sử dụng chuẩn hợp lý để gia công chi tiết.
- Nhiệt luyện chi tiết trục đạt độ cứng bề mặt 35÷38HRC - Sử dụng luynet đỡ chi tiết cho các nguyên công gia công tinh
● Tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết .
- Trục có hình dáng thuôn nhỏ về hai đầu, bề mặt trụ thuận tiện cho việc lắp puly lên nó.
- Có rãnh thoát dao để thuận tiện khi gia công và mài trục
- Dung sai kích thước đều nằm trong phạm vi mà có thể chế tạo được bằng các phương pháp thông thường.
3.1.2. Xác định dạng sản xuất
Trọng lượng của chi tiết được xác định: Q = V.γ = 251,2kG Trong đó: V là thể tích của chi tiết =32dm3
γ: Trọng lượng riêng vật liệu, đối với vật liệu thép 40X:
γ = 7,852 (kG/dm3)
Dạng sản xuất là đơn chiếc
Với vật liệu chi tiết đã cho là thép 40Cr, dạng sản xuất đơn chiếc, ta có thể dùng các loại phôi: Phôi dập, phôi cán, phôi rèn và phôi đúc.
Đặc điểm của từng loại phôi: * Phôi dập:
- Ưu điểm:
+ Vật dập có độ bóng và độ chính xác cao hơn phương pháp rèn tự do. Khi áp dụng những phương pháp đặc biệt thì độ chính xác có thể đạt được rất cao.
+ Cơ tính của vật dập cao, đồng đều do giai đoạn nén khối gây ra.
+ Có thể dập được những chi tiết có hình dáng phức tạp, tiết kiệm được kim loại do hệ số sử dụng vật liệu cao hơn so với rèn tự do, thao tác đơn giản, không cần thiết có những bậc thợ cao.
+ Đạt năng suất lao động cao, dễ cơ khí hoá và tựđộng hoá. - Nhược điểm:
+ Giá thành chế tạo khuôn thường lớn, thường áp dụng cho sản xuất loạt lớn hàng khối.
+ Đòi hỏi công suất thiết bị lớn do đó hạn chế trọng lượng của vật dập. * Phôi cán:
- Ưu điểm:
+ Nâng cao chất lượng của phôi.
+ Năng suất đạt được rất cao (do tính liên tục)
- Nhược điểm: Chỉ cán được những sản phẩm không phức tạp lắm. * Phôi rèn:
- Ưu điểm:
+ Phương pháp gia công có tính linh hoạt cao, phạm vi gia công rộng (có thể gia công được vật nhỏ từ vài gam đến vài trăm tấn), có thể gia công được những vật lớn hơn so với dập thể tích.
+ Có thể chế tạo được những chi tiết có hình dáng, kích thước, khối lượng rất khác nhau.
+ Có khả năng biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ phức tạp, do đó làm tăng khả năng chịu tải trọng của vật liệu.
+ Dụng cụ và thiết bị tương đối đơn giản cho nên vốn đầu tư ít và tính linh hoạt trong sản xuất cao.
+ Nâng cao chất lượng kim loại đặc biệt là kim loại đúc. - Nhược điểm:
+ Độ bóng và độ chính xác đạt được không cao.
+ Sựđồng đều trong cả một loạt sản phẩm là không cao. + Lượng dư lớn, hệ số sử dụng vật liệu thấp.
+ Hệ số sử dụng vật liệu thấp do đó hiệu quả kinh tế không cao. + Năng suất thấp đặc biệt là khi rèn bằng tay.
+ Hình dáng, chất lượng phụ thuộc nhiều vào tay nghề công nhân. * Phôi đúc:
- Ưu điểm:
+ Sản phẩm đúc có thểđược chế tạo từ nhiều loại vật liệu.
+ Có thểđúc được những sản phẩm từđơn giản đến phức tạp, từ nhỏđến rất lớn. + Sản phẩm đúc có thể đạt được độ chính xác, độ nhẵn khá cao với những phương pháp đúc đặc biệt.
+ Tạo ra trên vật đúc các lớp vật liệu có cơ tính khác nhau. + Có thể cơ khí hoá, tựđộng hoá, năng suất cao.
- Nhược điểm:
+ Chưa tiết kiệm được kim loại do hệ thống rót, do sai hỏng… + Tỷ lệ phế phẩm còn cao vì khuyết tật đúc khá nhiều.
+ Kiểm tra khuyết tật khó khăn.
Vì hình dáng chi tiết không phức tạp lắm, các bậc ít thay đổi nên chọn phôi là phôi cán. Là phương án đảm bảo gia công đạt năng suất, chất lượng cao và đảm bảo tính kinh tế nhất.
- Chọn phương pháp chế tạo phôi là cán nóng.
3.1.4. Kích thước phôi:
- Đường kính phôi: Φ160 (mm) - Chiều dài phôi: L = 2360 (mm)
3.1.5. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết ● Chọn chuẩn tinh: ● Chọn chuẩn tinh:
+ Phân bốđủ lượng dư cho các bề mặt gia công
+ Đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt gia công với nhau. - Chú ý:
+ Nên chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính (thì khi đó vị trí chi tiết gia công sẽ giống vị trí chi tiết khi làm việc ⇒ cho độ chính xác cao nhất)
+ Nên chọn chuẩn sao cho tính trùng chuẩn càng cao càng tốt
+ Nên chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh thống nhất (khi đó giảm được số chủng loại đồ gá ⇒ giảm chi phí chế tạo ⇒ hạ giá thành của sản phẩm).
* Các phương án chọn chuẩn tinh
- Phương án 1: Chuẩn định vị là hai lỗ tâm côn ở hai đầu trục.
Phương án này khống chế năm bậc tự do chỉ còn duy nhất một bậc tự do không khống chế là quay quanh đường tâm chi tiết.
+ Ưu điểm:
Với chi tiết gá trên hai mũi tâm có thể gia công trên nhiều lần gá, đảm bảo lời khuyên chọn chuẩn tinh thống nhất.
Không gian gia công rộng, gia công hầu hết các mặt trụ ngoài đảm bảo kích thước tốt dù qua nhiều lần gá.
Có thể sử dụng kiểm tra sửa chữa, gá đặt chi tiết nhanh chóng. + Nhược điểm:
Mất công gia công lỗ tâm.
Khi gia công lỗ tâm chóng mòn và sinh nhiệt do ma sát sẽ làm biến dạng lỗ tâm, do đó phải sửa lại lỗ tâm khi bị mòn.
Độ cứng vững kém, phải dùng tốc để truyền chuyển động.
Có sai số chuẩn theo phương chiều trục nếu mũi tâm bên trái là mũi tâm cứng khi gia công trục bậc theo phương pháp chỉnh sẵn dao.
Chi tiết cần gia công thì dài, nặng nên gá đặt khó khăn hơn. - Phương án 2: Chuẩn định vị là mặt trụ ngoài kết hợp với lỗ tâm.
+ Ưu điểm:
Độ cứng vững cao hơn phương án 1 Khả năng truyền mômen cao. Gá đặt nhanh chóng.
Không có sai số chuẩn kích thước dọc trục. Không gian gia công rộng .
+ Nhược điểm:
Độđồng tâm của chi tiết được gia công kém.
Sự chính xác của mâm cặp ba chấu tựđịnh tâm làm giảm độ chính xác vị trí tương quan giữa các bề mặt.
Kết luận : Chọn chuẩn tinh là phương án 1
● Chọn chuẩn thô.
- Yêu cầu khi chọn chuẩn thô:
+ Đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công với các bề mặt gia công.
+ Phân bốđủ lượng dư cho các bề mặt sẽ gia công. - Lời khuyên khi chọn chuẩn thô:
+ Theo một phương kích thước nhất định, nếu trên chi tiết có 1 bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt không gia công đó làm chuẩn thô.
+ Theo một phương kích thước nhất định, nếu trên chi tiết gia công có 2 hay nhiều bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt không gia công nào có yêu cầu đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan so với bề mặt gia công là cao nhất làm chuẩn thô.
+ Theo một phương kích thước nhất định, nếu trên chi tiết gia công có tất cả các bề mặt đều được gia công thì nên chọn bề mặt phôi của bề mặt nào yêu cầu phân bố lượng dư nhỏ và đồng đều nhất làm chuẩn thô.
+ Nếu có nhiều bề mặt đủ tiêu chuẩn làm chuẩn thô thì nên chọn bề mặt bằng phẳng trơn tru nhất làm chuẩn thô.
3.1.6. Các bước nguyên công chế tạo trục
Chọn phôi chế tạo trục puly-kép là phôi cán Φ150, vật liệu thép 40Cr Các bước nguyên công:
- Nguyên công 1: Tôi cải thiện.
- Nguyên công 2: Tiện mặt đầu, khoan lỗ tâm.
- Nguyên công 3: Đảo đầu, Tiện mặt đầu, khoan lỗ tâm.
- Nguyên công 4: Tiện thô bề mặt trụ ngoài Φ150, Φ140, Φ120, Φ100, Φ135. - Nguyên công 5: Đảo đầu, tiện thô Φ140, Φ120, Φ110, Φ135.
- Nguyên công 6: Tiện tinh Φ140, Φ120, Φ110. - Nguyên công 7: Tiện rãnh, tiện vát mép.
- Nguyên công 8: Đảo đầu, Tiện tinh Φ140, Φ120, Φ110. - Nguyên công 9: Tiện rãnh, tiện vát mép.
- Nguyên công 10: Phay rãnh then.
- Nguyên công 11: Khoan và taro ren M16 tại mặt đầu bậc trụΦ100.
- Nguyên công 12: Đảo đầu, khoan và taro ren M16 tại mặt đầu bậc trụΦ110. - Nguyên công 13: Kiểm tra trung gian.
- Nguyên công 14: Nhiệt luyện bề mặt đạt độ cứng 36÷38HRC. - Nguyên công 15: Mài bề mặt trụ ngoài Φ110, Φ120, Φ140.
- Nguyên công 16: Đảo đầu, Mài bề mặt trụ ngoài Φ100, Φ120, Φ140. - Nguyên công 17: Tổng kiểm tra.
(Trình tự sơđồ các nguyên công được đính kèm vào Phụ lục )
3.1.7. Lượng dư gia công
● Phương pháp xác định lượng dư:
a. Phương pháp thống kê - kinh nghiệm
Phương pháp thống kê - kinh nghiệm được sử dụng phổ biến trong sản xuất. Theo phương pháp này thì lượng dư gia công được xác định bằng tổng giá trị lượng dư theo kinh nghiệm.
- Ưu điểm của phương pháp này là cho phép xác định nhanh lượng dư cụ thể ở các bước nguyên công
- Nhược điểm của phương pháp này là không tính đến điều kiện gia công cụ thể, cho nên lượng dư gia công thường lớn hơn giá trị cần thiết.
Giá trị lượng dư của các bước(hay nguyên công) được cho trong sổ tay công nghệ chế tạo máy
b. Phương pháp tính toán - phân tích
Phương án này dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố tạo thành lượng dư do giáo sư Kovan đề xuất.
- Ưu điểm của phương pháp này là lượng dư được tính một cách chính xác theo những điều kiện gia công cụ thể.
- Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi phải phân tích, tính toán nên tốn nhiều thời gian.
=>Ta dùng phương pháp thống kê – kinh nghiệm (tra lượng dư theo bảng)
● Tra lượng dư cho các bề mặt
* Tiện mặt đầu trục: a = 1,4 (mm)
* Tra lượng dư cho bề mặt trụ ngoài ∅100: - Mài trục: 2a = 0,5 (mm)
- Tiện tinh trục sau khi tiện thô: Bảng 3-120 [9] 2a = 1,2 (mm) - Tiện thô: 2a = 160 – 100 - 0,5 - 1,2 = 58,3 (mm)
- Lượng dư tổng cộng: 2a = 60 (mm)
* Tra lượng dư cho bề mặt trụ ngoài ∅120: - Mài trục: 2a = 0,9 (mm)
- Tiện tinh trục sau khi tiện thô: Bảng 3 - 120 [9] 2a = 1,9(mm) - Tiện thô: 2a = 160 - 120 – 0,9 – 1,9 = 37,2 (mm)
- Lượng dư tổng cộng: 2a = 40 (mm)
* Tra lượng dư cho bề mặt trụ ngoài ∅140: - Mài trục: 2a = 1 (mm)
- Tiện tinh trục sau khi tiện thô: Bảng 3 - 120 [9] 2a = 2(mm) - Tiện thô: 2a = 160 - 140 – 1 – 2 = 17 (mm)
- Lượng dư tổng cộng: 2a = 20 (mm)
* Tra lượng dư cho bề mặt trụ ngoài ∅135: - Tiện thô: 2a = 160 - 135 = 25 (mm)
- Lượng dư tổng cộng: 2a = 25 (mm)
- Tiện thô: 2a = 160 - 150 = 10 (mm) - Lượng dư tổng cộng: 2a = 10 (mm)
* Tra lượng dư cho bề mặt trụ ngoài ∅110: - Mài trục: 2a = 0,5 (mm)
- Tiện tinh trục sau khi tiện thô: Bảng 3-120 [9] 2a = 1,2 (mm) - Tiện thô: 2a = 160 – 110 - 0,5 - 1,2 = 48,3 (mm)
- Lượng dư tổng cộng: 2a = 50 (mm)
3.1.8. Tính toán và tra chếđộ cắt:
● Tính toán chếđộ cắt nguyên công IV: Tiện thô bề mặt trụ ngoài Φ150, Φ140 , Φ120, Φ100, Φ135
*Bước 1: Tiện bề mặt trụ ngoài Φ150
* Chọn máy:
- Kích thước của máy phù hợp với kích thước của chi tiết gia công và phạm vi gá đặt phôi trên máy.
- Phải đảm bảo được năng suất gia công
- Máy phải có khả năng làm việc tối ưu với chếđộ cắt tối ưu. - Chọn máy phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Chọn máy tiện 165 với các thông số cơ bản của máy như sau:
+ Đường kính lớn nhất của vật gia công trên máy: Dmax = 1000 mm + Đườn kính lớn nhất của chi tiết trên bàn dao: 600 mm
+ Khoảng cách giữa hai mũi tâm: 5000 mm + Đường kính lỗ trục chính: 80 mm + Số tốc độ của trục chính: 24 + Phạm vi tốc độ trục chính: 5÷500 + Công suất động cơ (kW): P = 22 + Kích thước tổng thể của máy: 8050x2000x1760 * Chọn dụng cụ cắt: - Vật liệu dụng cụ cắt:
+ Với vật liệu chi tiết gia công là thép hợp kim 40Cr nên để tăng năng suất và chất lượng bề mặt gia công chọn vật liệu phần cắt là HKC hai Cácbit: T15K6
+ Vật liệu phần thân là: C45
+ Phần thân dao: B x H x L = 25 x 40 x 200 (mm) + Theo bảng4.27 [VI] chọn:
Mặt trước của dao cong có cạnh vát âm: f = 1,5 (mm), góc vát=(-30÷ 50) + Theo bảng 4.32[VI] Chọn góc trước γ = 100, góc sau α = 80
+ Góc nghiêng phụϕ1ảnh hưởng tới độ bền lưỡi dao. Chọn ϕ1 = 150 + Chọn góc nâng λ = 00
+ Bán kính mũi dao: r = 2 (mm) - Xác định độ mòn cho phép của phần cắt:
+ Trị số độ mòn của phần cắt phụ thuộc vào kiểu dao tiện, vật liệu gia công, vật liệu phần cắt và điều kiện làm việc.