Giáo trình công nghệ chế tạo máy (nghề công nghệ kỹ thuật cơ khí)

Vị trí Là một phần của nguyên công, được xác định bởi vị trí tương quan giữa chi tiết gia công với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt.. Dạng sản xuất đơn chiếc Là sản xuất có số lư

TÊN MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Tính chất:

Là môn học cơ sở nghề có liên quan đến kiến thức Lý thuyết chuyên môn và

Mô đun đào tạo nghề

Môn học Công nghệ chế tạo máy chủ yếu nghiên cứu về qui trình công nghệ gia công cơ khí Cách tính toán lượng dư gia công, cách tính sai số chuẩn và thiết lập qui trình công nghệ

Ý nghĩa:

Công nghệ chế tạo máy là môn học giúp người học vận dụng kiến thức đã học vào thực tập, sản xuất thiết lập công nghệ gia công chi tiết, tạo ra sản phẩm đạt giá trị sử dụng tốt, tính kinh tế cao, chất lượng, giá thành rẻ

Mục tiêu của môn học:

- Khái quát được những vấn đề cơ bản về gia công cơ khí;

- Nêu được các khái niệm về quá trình sản xuất và qui trình công nghệ;

- Hiểu các yếu tố qui trình công nghệ;

- Hiểu các loại chuẩn, lượng dư gia công;

- Biết cách tính toán sai số chuẩn và lượng dư gia công;

- Vận dụng những kiến thức của môn học vào thực tế, khi thiết kế công nghệ

- Phân tích được quá trình định vị và kẹp chặt chi tiết;

- Phân tích được quá trình rà gá chi tiết khi gia công;

- Thiết kế được tiến trình hoặc qui trình công nghệ gia công cơ khí;

- Tích cực trong học tập, tìm hiểu thêm trong quá trình thực tập xưởng;

- Rèn luyện tính kiên trì, chủ động và tích cực, sáng tạo trong học tập

Nội dung môn học:

TT Tên các chương/ bài trong mô đun

Thời gian (tiết)

Ghi chú

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

5 Chương 5 Đặc trưng của

các phương pháp gia công

6 Chương 6 Công nghệ gia

công chi tiết hộp

7 Chương 7 Công nghệ gia

8 Chương 8 Công nghệ gia

công chi tiết trục 4 4

9 Chương 9 Công nghệ gia

công chi tiết bạc

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Nội dung chương

1.1 Quá trình sản xuất, quá trình công nghệ, quy trình công nghệ

1.1.1 Quá trình sản xuất

Một cách tổng quát, quá trình sản xuất là quá trình con ngừời tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ lợi ích của con người Trong nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất bao gồm các quá trình:

Hình 1.1 Phôi chi tiết tay biên

- Gia công cắt gọt: Phay các mặt đầu, khoan, khoét, doa các lỗ chính, lỗ kẹp chặt

2

Hình 1.2 Gia công cắt gọt tay biên

Ví dụ:

- Quá trình công nghệ gia công cơ

- Quá trình công nghệ nhiệt luyện

a) b)

Hình 1.4

a) Tiện đầu A; b) Đảo đầu tiện đầu B

- Phương án 2: Tiện 2 đầu A và B trên hai máy khác nhau hoặc tiện xong đầu A cho cả loạt chi tiết rồi mới tiện đầu B là 2 nguyên công

- Tiện xong trụ ngoài trên một máy tiện rồi phay rãnh then cũng là hai nguyên công

Hình 1.5

a) Tiện đầu A và B trên một máy; b) Phay rãnh then

Nhận xét: Nguyên công là đơn vị cơ bản của quy trình công nghệ, việc phân chia các nguyên công mang ý nghĩa kỹ thuật và ý nghĩa kinh tế

- Ý nghĩa kỹ thuật: tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà việc thực hiện nguyên công có thể là thô hay tinh

- Ý nghĩa kinh tế: tuỳ theo sản lượng mà chia nhỏ thành nhiều nguyên công hay tập trung ở một vài nguyên công để đảm bảo sự cân bằng của nhịp sản xuất

1.2.2 Bước

Là một phần của nguyên công để tiến hành gia công một (hoặc nhiều) bề mặt bằng

một (hoặc nhiều dao) với chế độ cắt không đổi Ví dụ: Gia công đoạn trục 1, 2

theo 1 bước hoặc 2 bước

a) b)

Hình 1.7

a) Gia công đồng thời bằng 2 dao là 1 bước b) Gia công lần

lượt bằng 1 dao là 2 bước: Bước 1 tiện cổ trục 1; Bước 2 tiện

cổ trục 2

1.2.3 Vị trí

Là một phần của nguyên công, được xác định bởi vị trí tương quan giữa chi tiết gia

công với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt Ví dụ: Khoan, khoét, doa 2 lỗ của

càng

Hình 1.6

1.2.4 Đường chuyển dao

Là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và cùng một dao

Ví dụ: Gia công đoạn trục 1 phải qua 2 lần chuyển dao mỗi lần cắt một lượng dư

nhất định

5

a) b)

Hình 1.8

a) Lần chuyển dao 1; b) Lần chuyển dao 2

Một bước có thể có nhiều đường chuyển dao

Dạng sản xuất được đặc trưng bởi các yếu tố sau:

- Sản lượng

- Tính ổn định của sản phẩm

- Tính lặp lại của quá trình sản xuất

- Mức độ chuyên môn hóa trong sản xuất

Căn cứ vào các yếu tố trên người ta chia ra 3 dạng sản xuất: sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối

1.3.1 Dạng sản xuất đơn chiếc

Là sản xuất có số lượng sản phẩm hàng năm ít (thường từ 1 đến vài chục chiếc) sản phẩm không ổn định, không có chu kỳ sản xuất lại

Đặc điểm:

- Sử dụng trang thiết bị, dụng cụ vạn năng

- Máy công cụ được bố trí theo loại thành từng bộ phận sản xuất khác nhau

- Tài liệu công nghệ dưới dạng phiếu tiến trình công nghệ

- Yêu cầu trình độ thợ cao

- Không thực hiện được việc lắp lẫn hoàn toàn

- Năng suất lao động thấp, giá thành cao

- Sử dụng máy vạn năng, đồ gá chuyên dùng

- Trình độ thợ trung bình

- Đảm bảo được nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn

Đây là dạng sản xuất phổ biến nhất trong ngành công nghệ chế tạo máy

Tuỳ sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm còn chia thành:

- Sản xuất hàng loạt nhỏ tương đương với sản xuất đơn chiếc

- Sản xuất hàng loạt vừa

- Sản xuất hàng loạt lớn tương đương với sản xuất hàng khối

Ví dụ: lĩnh vực chế tạo máy công cụ, máy nông nghiệp

1.3.3 Dạng sản xuất hàng khối

Là sản xuất có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định trong thời gian dài Đặc

điểm:

- Tại mỗi vị trí làm việc chỉ thực hiện cố định một nguyên công nhất định

- Thời gian thực hiện một nguyên công bằng nhịp sản xuất hoặc bội số của nhịp sản xuất

- Máy được bố trí theo thứ tự của quy trình công nghệ

- Trình độ chuyên môn hoá cao

- Trang thiết bị, dụng cụ chuyên dùng

- Trình độ thợ đứng máy thấp, nhưng thợ điều chỉnh máy phải giỏi

- Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn

- Năng suất lao động cao giá thành sản phẩm hạ

Ví dụ: chế tạo ô tô, xe máy, vòng bi, đai ốc, thiết bị đo lường

Mô hình tổ chức theo dạng sản xuất này chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi số lượng chi tiết đủ lớn khi mọi chi phí cho việc tổ chức sản xuất được hoàn lại và giá thành của một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn so với sản xuất hàng loạt

Trong đó: T - khoảng thời gian làm việc (phút)

N - số đối tượng sản xuất ra trong thời gian T

* Xác định dạng sản xuất

Có nhiều cách để xác định dạng sản xuất dựa theo các đặc trưng của nó Một cách thông dụng nhất là dựa vào sản lượng và khối lượng của chi tiết cần sản xuất Sản lượng của một sản phẩm được xác định theo công thức:

N N m 1

1

N1 - số sản phẩm được sản xuất ra trong một năm

m - số chi tiết trong một sản Phẩm

- số chi tiết phế phẩm ( = 3 - 6%)

7

- số chi tiết được chế tạo dự trữ ( = 5 - 7%)

Sau khi xác định được sản lượng hàng năm N của chi tiết ta phải xác định khối lượng Q của chi tiết theo công thức:

Q V (kg) Trong đó: V- thể tích của chi tiết (dm3)

- khối lượng riêng của vật liệu (kg/dm3) Khối lượng riêng của thép là 7,852kg/dm3, của gang dẻo là 7,2kg/dm3, gang xám là 7kg/dm3, của nhôm là 2,7kg/dm3 và của đồng là 8,72kg/dm3

Khi có N và Q dựa vào bảng sau để chọn dạng sản xuất phù hợp

phần của một quy trình công nghệ, lấy ví dụ minh họa?

Câu 2 Dạng sản xuất là gì? Trình bày các hình thức sản xuất?

Câu 3 Cho biết phương pháp xác định dạng sản xuất?

Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY

Mục tiêu:

- Hiểu được các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy

- Biết các phương pháp xác định chất lượng bề mặt

- Biết các thông số ảnh hưởng đên chất lượng bề mặt trong quá trình gia công chế tạo

- Có thể đề ra biện pháp đảm bảo chất lượng bề mặt chi tết máy

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập

Nội dung chương

2.1 Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công

2.1.1 Tính chất hình học

2.1.1.1 Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi)

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công Như vậy, bề mặt có độ nhám Độ nhám bề mặt được đánh giá qua:

+ Chiều cao nhấp nhô Rz và

+ Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra

1 Chiều cao nhấp nhô Rz : là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của

chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của prôfin tính trong

phạm vi chiều dài chuẩn đo l Trị số Rz được xác định như sau:

9

Hình 2.1 Độ nhám bề mặt

a) Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối

của khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương

pháp tuyến với đường trung bình

Trị số Ra được xác định như sau:

1

= ∑||

=1

- Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy

Ví dụ: Đối với các mối ghép có độ dôi lớn(lắp ghép ổ với trục), khi ép hai chi

tiết vào nhau để tạo mối ghép thì các nhấp nhô bị san phẳng, nhám càng lớn thì lượng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm nhiều, làm giảm độ bền chắc của mối ghép

Đối với những chi tiết trong mối ghép động

(ổ trượt, sống dẫn, con trượt ), bề mặt làm

việc trượt tương đối với nhau nên khi nhám

càng lớn càng khó đảm bảo hình thành màng

dầu bôi trơn bề mặt trượt Dưới tác dụng của

tải trọng, các đỉnh nhám tiếp xúc với nhau

gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm chí

cả ma sát khô, do đó giảm thấp hiệu suất làm

vịêc, tăng nhiệt

- Trong thực tế sản xuất, người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô (cấp 1÷ 4), bán tinh (cấp 5 ÷ 7), tinh (cấp 8 ÷ 11), siêu tinh (cấp 12

÷14)

10

H×nh 2.2 Mèi ghÐp æ víi trôc

- Trên các bản vẽ chi tiết trị số Rz dùng cho cấp nhẵn bóng 1-5 và cấp 13, 14 Còn trị số Ra dùng cho cấp nhẵn bóng 6÷12

Bảng 2.1 Cấp độ nhám và các giá trị chiều dài chuẩn l tương ứng

Chất lượng bề Cấp nhẵn bóng Ra ( m) Rz( m) Chiều dài chuẩn

Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được

quan sát trong phạm vi lớn hơn độ

nhám bề mặt

+ Độ nhám bề mặt ứng với tỷ

lệ: l/h = 0 - 50 + Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ:

L/H = 50 -1000 Trong đó:

L- khoảng cách 2 đỉnh sóng Hình 2.3. Độ sóng bề mặt l- khoảng cách

2 đỉnh nhấp nhô tế vi

H- chiều cao của sóng

h- chiều cao nhấp nhô tế vi

2.1.2 Tính chất cơ lý

- Tính chất cơ lý của lớp bề mặt được biểu thị qua độ cứng tế vi và giá trị của

ứng suất dư trong lớp bề mặt

- Độ cứng tế vi: phát sinh trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt

Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dụng lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt

- ứng suất dư: Được sinh ra do các nguyên nhân lực cắt gây nên biến dạng dẻo

không đều ở từng khu vực, do nhiệt ở vùng cắt

2.2 Phương pháp xác định chất lượng bề mặt

Trong thực tế có nhiều phương pháp xác định chất lượng bề mặt chi tiết máy Sau đây là một số phương pháp chính:

2.2.1 Đo độ nhám bề mặt

- Dùng máy đo prôfin

- Dùng máy đo quang học: dùng khi độ nhám nhỏ

- Dùng chất dẻo đắp lên chi tiết, đo độ nhám thông qua bề mặt chất dẻo đó: dùng khi đo độ nhám các bề mặt lỗ

- Xác định độ nhám bằng cách so sánh (bằng mắt) vật cần đo với mẫu có sẵn: cho phép xác định cấp độ bóng từ 3 - 7

2.2.2 Đo ứng suất dư

- Dùng tia Rơnghen: chiếu tia Rơnghen kích thích trên bề măt mẫu một lớp dày 5-10 m sau mỗi lần kích thích chụp ảnh đồ thị Rơnghen, rồi khảo sát phân tích biểu

đồ Rơnghen Phương pháp này cho phép đo được cả chiều sâu biến cứng, tuy nhiên tiến hành phức tạp và tốn thời gian (khoảng 10h cho một lần đo)

- Tính toán lượng biến dạng: Sau khi hớt từng lớp mỏng bằng phương pháp hoá học và điện cơ khí ta tính toán lượng biến dạng của chi tiết mẫu Dựa vào lượng biến dạng này xác định được ứng suất dư

2.2.3 Đo biến cứng

- Độ cứng: dùng máy đo độ cứng, dựa trên nguyên tắc dùng mũi đâm đỉnh bằng kim cương hoặc bằng bi sắt đã được tôi cứng tác dụng lên bề mặt mẫu đo một lực P, sau đó xác định diện tích vết lõm S do mũi đâm tạo ra Độ cứng được xác định theo công thức:

S

Trong đó: P- lực tác dụng của đầu đâm (N)

S- diện tích bề mặt do đầu đâm ấn xuống (mm2)

- Chiều sâu biến cứng: cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hóa học để nghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt Hoặc dùng đầu kim cương tác động lần lượt xuống bề mặt mẫu từ ngoài vào trong , sau mỗi lần tác động lại xác định diện tích bị lún S cho đến khi S không thay đổi thì dừng lại và đo được chiều sâu biến cứng

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết máy

Trạng thái và tính chất của lớp bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công do nhiều yếu tố công nghệ quyết định như tính chất vật liệu, thông số công nghệ, vật liệu dao, sự rung động trong quá trình gia công, dung dịch trơn nguội

Người ta chia các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt thành 3 nhóm:

- Các yếu tố ảnh hưởng mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và của thông

số công nghệ lên bề mặt gia công

- Các yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt

- Các yếu tố ảnh hưởng do rung động máy, dụng cụ, chi tiết gia công

2.3.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

2.3.1.1 Thông số hình học của dụng cụ cắt và bước tiến dao

Xét sự hình thành độ nhấp nhô bề mặt khi gia công tiện nhận thấy: sau một vòng quay của chi tiết, dao thực hiện một lượng chạy dao là S (mm/v)

Khi dao chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2 có một phần kim loại không được hớt đi, phần kim loại không được hớt đi đó tạo thành độ nhấp nhô bề mặt

Hình dáng và giá trị của chiều cao nhấp nhô phụ thuộc vào lượng chạy dao S và các thông số hình học của dụng cụ như: góc nghiêng, bán kính đỉnh dao (Hình 2.4)

Hình 2.4 Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt

và bước tiến dao tới độ nhám bề mặt 2.3.1.2 Tốc độ cắt

Tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt thể hiện ở biểu đồ hình 2.5

2.3.1.3 Chiều sâu cắt t

Cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng chạy dao S đến độ nhám bề mặt gia công, nhưng trong thực tế, người ta thường bỏ qua ảnh hưởng này Vì vậy, trong quá trình gia công người ta chọn trước chiều sâu cắt t Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó lưỡi cắt sẽ bị trượt và cắt không liên tục Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 - 0,03 mm

2.3.1.4 Tính chất vật liệu

Có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo Vật liệu dẻo và dai (thép ít Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn

Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, thường tiến hành thường hóa ở nhiệt độ 850-8700 C (hoặc tôi thấp) trước khi gia công Để cải thiện điều kiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt người ta thường tiến hành ủ ở 9000 C trong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều

2.3.1.5 ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt

Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có

chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công

Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc

sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên

bề mặt gia công với bước sóng khác nhau

Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao Tình trạng máy có ảnh hưởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công

Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp, trước hết phải đảm bảo HTCN đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy khác xung quanh

2.3.2 Ảnh hưởng đến độ biến cứng bề mặt

Khi tăng lực cắt, nhiệt cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề mặt tăng Nếu kéo dài tác dụng của lực cắt, nhiệt cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng bề mặt

Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tác động của lực gây ra biến dạng kim loại, do

đó làm giảm chiều sâu biến cứng và mức độ biến cứng bề mặt Qua thực nghiệm, người ta có kết luận:

- V < 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng tăng theo giá trị của vận tốc cắt

- V > 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng giảm theo giá trị của lượng chạy dao Ngoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn

2.3.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc

sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên

bề mặt gia công với bước sóng khác nhau

Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao Tình trạng máy có ảnh hưởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công