Thiết kế qui trình công nghệ chế tạo vỏ

Do bề mặt định vị khá lớn nên việc kẹp chặt trong quá trình gia công khá dễ dàng, ta có thể tận dụng các cơ cấu kẹp liên động để tăng năng xuất.. Tuy nhiên để thích hợp với điều kiện sản

Phân tích chức năng làm việc của chi tiết

Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế quy trình công nghệ chế tạo vỏ hộp ụ thay dao tự động số 003-510 cho máy tiện CNC với sản lượng 1000 chi tiết mỗi năm, phù hợp với dây chuyền công nghệ của Công ty cơ khí Hà Nội Bản vẽ chi tiết 003-510 được cung cấp bởi công ty HAMECO, và hình dạng không gian của vỏ hộp ụ thay dao được thể hiện thông qua phần mềm Pro/E.

Vỏ hộp ụ thay dao tự động của máy tiện CNC cần được chế tạo với độ chính xác cao, đảm bảo khả năng chịu lực lớn và giảm thiểu rung động trong quá trình cắt.

Vỏ hộp cần được sản xuất từ vật liệu FC 250 (Nhật Bản), tương đương với gang xám GX-40 (Việt Nam) Trước khi gia công cơ khí, phôi đúc phải được nhiệt luyện (ủ) để loại bỏ hoàn toàn các ứng suất dư.

Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết

Kết cấu của chi tiết ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ chế tạo, từ đó tác động đến năng suất, chất lượng sản phẩm và độ bền khi sử dụng Do đó, trong thiết kế vỏ hộp ụ thay dao tự động, cần chú ý đến kết cấu và hình dạng bề mặt.

 Hộp phải có kết cấu cứng vững để khi gia công không bị biến dạng và có thể dùng chế độ cắt cao, đạt năng suất cao

Các bề mặt làm chuẩn cần có diện tích đủ lớn để thực hiện nhiều nguyên công và cho phép quá trình gá đặt diễn ra nhanh chóng.

 Các bề mặt cần gia công của hộp không được có vấu lồi, lõm, phải thuận lợi cho việc gia công bằng nhiều dao

Các lỗ trên hộp cần có kết cấu đơn giản, không nên có rãnh hoặc hình dạng phức tạp, và bề mặt lỗ phải liên tục Đối với các lỗ đồng tâm, đường kính nên giảm dần từ ngoài vào trong Ngoài ra, các lỗ cần phải thông suốt và có chiều dài ngắn.

 Không nên bố trí các lỗ nghiêng so với mặt phẳng của các vách để khi gia công tránh hiện tượng dao khoan, khoét, doa bị ăn lệch hướng

 Các lỗ kẹp chặt của hộp phải là các lỗ tiêu chuẩn

Dựa trên các công nghệ đặc trưng cần thiết cho chi tiết dạng hộp, chúng ta tiến hành so sánh với kết cấu của vỏ hộp cần gia công và nhận thấy một số điểm hợp lý cũng như bất hợp lý.

Bề mặt định vị và kẹp chặt có thiết kế thuận lợi, giúp quá trình gia công trở nên dễ dàng hơn Với diện tích bề mặt lớn, việc kẹp chặt được thực hiện một cách hiệu quả, cho phép tận dụng các cơ cấu kẹp liên động nhằm nâng cao năng suất.

Bề mặt 2 lỗ ệ80 và ệ105 yêu cầu độ đồng tâm cao (≤0,05), do đó cần gia công đồng thời cả hai lỗ và phần rãnh Với chiều dài gia công của hai lỗ lên đến 345 mm, việc khoét và doa trở nên khó khăn Hơn nữa, kết cấu phức tạp của bề mặt nắp hộp đòi hỏi độ chính xác cao, khiến cho việc gia công trên máy cơ khí cổ điển trở nên khó khăn và cần thiết phải sử dụng máy CNC.

Do kết cấu của chi tiết khá phức tạp, điều kiện sản xuất của đơn vị sản xuất-Nhà máy cơ khí

Hà Nội hiện tại thiếu máy CNC, do đó cần thiết kế quy trình công nghệ hợp lý kết hợp giữa các máy cơ khí cổ điển và máy CNC.

Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

Vỏ hộp cần chế tạo có bề mặt định hình phức tạp, trong khi các bề mặt khác có kết cấu đơn giản Vỏ hộp đóng vai trò là chi tiết bao ngoài, hỗ trợ các trục của ụ thay dao, lắp ghép các mặt bích và kết nối với thân máy Để đảm bảo chức năng hoạt động, vỏ hộp ụ thay dao tự động cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhất định.

 Độ không đồng tâm giữa hai mặt lỗ ệ80 và ệ105 là 0,05 mm

 Độ vuông góc của mặt đầu với tâm lỗ không quá 0,03 mm

 Độ song song và vuông góc giữa các mặt phẳng là 0,03 mm

 Độ chính xác của các lỗ ệ67, ệ80, ệ105 là 0,03 mm

 Còn các yêu khác được thể hiện trên bản vẽ chế tạo

Yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất trong số các yêu cầu đã nêu là yêu cầu ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của trục ụ thay dao trong quá trình chuyển động Hình vẽ minh họa kết cấu của vỏ hộp ụ thay dao và bản vẽ chi tiết được mô tả đầy đủ trên bản vẽ số 1.

Xác định dạng sản xuất

Để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế trong sản xuất, cần xác định sản lượng chi tiết hàng năm và khối lượng sản phẩm Từ đó, quyết định hình thức sản xuất phù hợp, giúp tổ chức quản lý sản xuất và lựa chọn công nghệ hợp lý.

Sản lượng hàng năm được xác định theo công thức sau đây:

Trong đó: - N : Số chi tiết được sản xuất trong một năm;

- N1 : Số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong một năm;

- b : Số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ (5% đến 7%)

- a : Số chi tiết hỏng do chế tạo phôi (3% đến 6%)

Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức:

Trong đó: - V: Thể tích của chi tiết cần gia công

Trọng lượng riêng của vật liệu gang là 7,3 kg/dm³ Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp đúc để chế tạo phôi, với hình dạng sơ bộ của phôi trước khi gia công như sau:

Thể tích của phôi được xác đinh nhờ phần mềm Pro/E :

Căn cứ vào Q và N vừa tính toán được, tra Bảng

2 (Trang 13 - Quyển 3) có dạng sản suất là hàng loạt lớn.

Chọn phương pháp chế tạo phôi

Để đạt hiệu quả kinh tế cao, quy trình công nghệ và tổ chức sản xuất cần được lựa chọn hợp lý Điều này giúp tăng năng suất gia công và rút ngắn thời gian hoàn thành lô sản phẩm để kịp giao hàng Ngay từ giai đoạn chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi liệu, cần căn cứ vào dạng sản xuất để đưa ra lựa chọn phù hợp Đối với sản xuất vỏ hộp bằng gang ở quy mô lớn, phương pháp chế tạo phôi liệu duy nhất phù hợp là

Đúc trong khuôn cát và sử dụng máy để làm khuôn mang lại phôi với kích thước chính xác, tuy nhiên, chất lượng bề mặt không gia công còn hạn chế Vì vậy, việc làm sạch bề mặt phôi trước khi gia công là cần thiết.

Qui trình công nghệ để chế tạo phôi như sau:

 Chế tạo mẫu và lõi: Ta tạo mẫu bằng gỗ

 Tạo khuôn cát bằng dây truyền cơ khí hóa

 Tiến hành ủ bán sản phẩm sau quá trình đúc để làm mềm phôi đúc

 Cắt bavia, làm sạch bề mặt của phôi đúc phần ii tính toán các nguyên công.

Trình tự gia công cho chi tiết

Xác định đường lối công nghệ

Đối với sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, quy trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán nguyên công, kết hợp với việc sử dụng máy chuyên dụng Quy trình này chia thành các nguyên công đơn giản, với mỗi máy thực hiện một bước gia công nhất định và sử dụng đồ gá chuyên dụng Tuy nhiên, để phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước hiện nay, cần xem xét phương pháp tập trung nguyên công, kết hợp với máy vạn năng và đồ gá thiết kế thêm, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.

Chọn phương pháp gia công

Do yêu cầu về độ bóng và độ chính xác kích thước của một số bề mặt vỏ hộp, phương pháp gia công chi tiết sẽ được quyết định dựa trên những tiêu chí này.

 Bề mặt lỗ ệ67H7, ệ80H7, ệ105H7 có độ bóng

Ra = 1,6 mm (6  7) Cho nên nguyên công để gia công lỗ lần cuối là doa tinh

 Bề mặt phẳng có độ bóng Ra = 1,6 mm (6 

7) Cho nên nguyên công gia công bề mặt phẳng lần cuối là phay tinh (6).

Lập tiến trình công nghệ

Trình tự các nguyên công có thể dùng để gia công vỏ hộp như sau;

1 Tiến hành đúc tạo phôi

Tiến hành đúc tạo phôi

2 Tiến hành nhiệt luyện, làm sạch phôi

Tiến hành nhiệt luyện, làm sạch phôi

3 Gia công cơ mặt đáy tạo chuẩn

Gia công cơ mặt đáy tạo chuẩn

4 Phay mặt trên Phay mặt trên

8 Phay mặt phẳng mặt định hình

Phay mặt phẳng mặt định hình

9 Khoét, doa đồng thời lỗ ệ80H7 và lỗ ệ105H7 Sau đó khoan các lỗ ren trên mặt bích lỗ ệ80H7

Khoét, doa đồng thời lỗ ệ80H7 và lỗ ệ105H7

10 Khoan các lỗ ren trên mặt bích lỗ ệ105H7

Khoan các lỗ ren trên mặt bích lỗ ệ80H7

Sau đó khoan các lỗ ren trên mặt trên lỗ ệ67H7

12 Gia công toàn bộ mặt định hình bằng máy

13 Khoan các lỗ ren trên mặt đáy

14 Khoan các lỗ ren trên mặt đỉnh

Gia công toàn bộ mặt định hình bằng máy CNC

15 Kiểm tra độ đồng tâm của 2 lỗ ệ80H7 và ệ105H7

Khoan các lỗ ren trên mặt đáy

16 Kiểm tra độ song song của tâm lỗ ệ67H7 với mặt đáy

Khoan các lỗ ren trên mặt đỉnh

Kiểm tra độ đồng tâm của 2 lỗ ệ80H7 và ệ105H7

18 Làm sạch bề mặt, sơn, đóng mác sản phẩm

Kiểm tra độ song song của tâm lỗ ệ67H7 với mặt đáy

20 Làm sạch bề mặt, sơn, đóng mác sản phẩm

Trong hai phương án trên ta nhận thấy rằng phương án 2 là phương án có tính công nghệ nhất

Phương án 2, mặc dù có nhiều nguyên công hơn, nhưng lại giảm thiểu các nguyên công tập trung và tăng sản lượng sản xuất Phương án này phù hợp với điều kiện sản xuất của nhà máy, tận dụng tối đa lượng máy móc hiện có, từ đó đảm bảo sản lượng tốt hơn Nó cho phép chế tạo sản phẩm với chất lượng đồng đều và độ chính xác cao hơn nhờ vào việc sử dụng chuẩn tính thống nhất trong quá trình gia công Để gia công các bề mặt, việc chọn chuẩn thống nhất là rất quan trọng Bề mặt đáy của hộp có tiết diện lớn, giúp đảm bảo độ cứng vững trong quá trình gia công và kẹp chặt Do đó, trước khi tiến hành gia công cơ, cần thực hiện nguyên công tạo chuẩn để bắt đầu quá trình này.

Thiết kế các nguyên công

6.4.1 Nguyên công 1 : Tiến hành chế tạo phôi:

Tham khảo lại phần chọn phương pháp chế tạo phôi

6.4.2 Nguyên công 2 : Tiến hành nhiệt luyện và làm sạch phôi:

Trong quá trình đúc, phôi sẽ bị biến cứng do nhiệt độ nóng chảy và ôxi hóa bề mặt, dẫn đến sự hình thành lớp xỉ và cơ tính không đồng đều Nếu gia công ngay, lưỡi cắt sẽ nhanh chóng bị mòn, có thể mẻ hoặc gãy, gây khó khăn trong quá trình gia công và làm giảm chất lượng bề mặt Do đó, cần tiến hành ủ để loại bỏ lớp kim loại biến cứng và khử ứng suất dư, từ đó tăng khả năng cắt gọt của phôi Cuối cùng, bề mặt phôi cần được làm sạch khỏi ba via và lớp xỉ.

6.4.3 Nguyên công 3 : Gia công tạo chuẩn thô sơ bộ:

Chi tiết gia công được định vị trên các phiến tì và chốt tì, với mặt đỉnh B hạn chế 3 bậc tự do nhờ phiến tì phẳng có khía nhám Bề mặt bích lỗ ệ67 hạn chế 2 bậc tự do nhờ hai chốt tì chỏm cầu, trong khi bề mặt bích ệ80 được định vị bằng một chốt tì chỏm cầu, khống chế 2 bậc tự do Như vậy, tổng cộng đã khống chế được 6 bậc tự do cho chi tiết, điều này rất thuận lợi cho việc sản xuất hàng loạt.

Kẹp chặt là bước quan trọng sau khi chi tiết được định vị trên đồ gá, sử dụng cơ cấu kẹp lò xo ren vít để đảm bảo lực kẹp vuông góc với bề mặt đỉnh Khi chi tiết đã được kẹp cố định, chúng ta sẽ tiến hành gia công theo các bước tiếp theo.

 Tiện thô bề mặt chuẩn A

 Tiện tinh bề mặt chuẩn A

- Chọn máy gia công: Chi tiết được gia công trên máy phay 6632 của Liên Xô công suất của động cơ là 10 kW

- Chọn dao: Dùng mảnh kim loại làm lưới cắt là BK6 có đường kính D0, số răng Z

- Lương dư gia công: - Gia công thô bề mặt chuẩn: t = 3,5 mm

- Gia công tinh bề mặt chuẩn: t 1,5 mm

- Chế độ cắt: Phay thô SZ = 0,15 (mm/răng) Phay tinh SZ = 0,05 (mm/răng)

 Khi đó tốc độ cắt xác định theo công thức: p v u y Z x m q

Trong đó: - Các hệ số Cv và các số mũ m, x, y được xác định theo cách tra bảng (Sổ tay công nghệ

- Tập 2) Đối với dao phay mặt đầu sử dụng mảnh hợp kim BK6 làm lưỡi cắt thực hiện chạy dao ta có:

- T là trị số trung bình tuổi bên của dao T = 180 (phút)

Hệ số hiệu chỉnh chung cho tốc độ được ký hiệu là kv, được tính bằng công thức kv = kMV.knv.kuv Trong đó, kMV là hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công, được trình bày trong Bảng 5-1 đến 5-4.

2) đối với gang ta có kMv 25 , 1

HB = 1 ở đây: - b : Giới hạn bền của vật liệu, b 190 Mpa

- nv là số mũ cho trong Bảng 5-2: nv 1,25

- knv là hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi: knv = 0,8

- kuv- hệ số phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt: kuv = 1

Tra bảng 5-5  knv còn bảng 5-6  kuv

Vậy kv = kMV.knv.kuv = 0,8.1.1 = 0,8

Tiến hành thay các giá trị m,x,y,CV,kv vào công thức ta xác định được Vthô:

Khi đó tốc đô quay của trục chính sẽ được xác định như sau:

Vậy ta chọn tốc độ quay của trục chính khi gia công là: ngc = 350 (vg/ph)

Tương tự ta có Vtinh:

 Khi đó công suất cắt của máy được tính như sau:

N = Pz.V/1020.60 (kW) ở đây lực cắt Pz được xác định bởi công thức như sau: w MV q n y Z x P

Với dao sử dụng mảnh hợp kim BK6 làm lưỡi cắt ta tiến hành tra bảng 5-41 để xác định các hằng số để xác định Pz như sau:

Còn chế độ cắt: t = 3,5 mm; SZ = 0,15(mm/răng)

Tra bảng 5-9 ta có kMP = 1

Thay các giá trị vào công thức (*) ta có:

Vậy công suất cắt được xác định như sau:

Máy có công suất đủ để cắt hết lượng dư kim loại theo yêu cầu gia công cơ Chúng ta chỉ cần tính toán cho nguyên công phay thô, vì công suất cắt trong phay thô lớn hơn so với phay tinh.

6.4.4 Nguyên công 4: Phay mặt đỉnh

Chi tiết gia công được định vị trên đồ gá, với mặt đầu chuẩn A hạn chế 3 bậc tự do nhờ định vị bằng mặt phẳng phiến tì Bề mặt có mặt bích ệ67 hạn chế 2 bậc tự do thông qua hai chốt tì chỏm cầu, trong khi mặt bích lỗ ệ80 hạn chế 1 bậc tự do nhờ 1 chốt tì chỏm cầu Tổng cộng, chúng ta đã khống chế được 6 bậc tự do cho chi tiết.

Sau khi định vị trên đồ gá, chúng ta sử dụng cơ cấu kẹp ren vít lò xo liên động để tạo lực kẹp chặt, với phương lực kẹp vuông góc với bề mặt chuẩn A Tiếp theo, tiến hành các bước gia công theo thứ tự đã định.

- Chọn máy gia công: Chi tiết được gia công trên máy phay 6632 của Liên Xô công suất của động cơ là 10 kW

- Lương dư gia công: - Gia công thô bề mặt đỉnh: t = 3,5 mm

- Gia công tinh bề mặt đỉnh: t 1,5 mm

Hệ số hiệu chỉnh chung cho tốc độ được ký hiệu là kv, được tính bằng công thức kv = kMV.knv.kuv Trong đó, kMV là hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công, được trình bày trong Bảng 5-1 đến 5-4.

Vậy kv = kMV.knv.kuv = 0,8.1.1 = 0,8

6.4.5 Nguyên công 5: Tiến hành gia công bề mặt phía có bích ệ80H7

- Sơ đồ định vị (Hình 3):

Chi tiết gia công được định vị trên đồ gá, với mặt đầu chuẩn A hạn chế 3 bậc tự do nhờ định vị bằng mặt phẳng phiến tì Bề mặt có mặt bích ệ67 hạn chế 2 bậc tự do thông qua hai chốt tì chỏm cầu, trong khi mặt bích lỗ ệ105 hạn chế 1 bậc tự do nhờ 1 chốt tì chỏm cầu Như vậy, tổng cộng đã khống chế được 6 bậc tự do cho chi tiết.

Sau khi định vị trên đồ gá, chúng ta sử dụng cơ cấu kẹp ren vít lò xo để tạo lực kẹp chặt, với phương lực kẹp vuông góc với bề mặt chuẩn A Tiếp theo, tiến hành các bước gia công theo thứ tự đã định.

- Chọn máy gia công: Chi tiết được gia công trên máy phay 6P82 của Liên Xô công suất của động cơ là 7,5 kW

- Lương dư gia công: - Gia công thô bề mặt : t = 3,5 mm

- Gia công tinh bề mặt : t = 1,5 mm

- Chế độ cắt: Phay thô SZ = 0,15 (mm/răng)

Phay tinh SZ = 0,05 (mm/răng)

Hệ số hiệu chỉnh chung cho tốc độ, ký hiệu là \$k_v\$, được tính bằng công thức \$k_v = k_{MV} \cdot k_{nv} \cdot k_{uv}\$ Trong đó, \$k_{MV}\$ là hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công, được trình bày trong Bảng 5-1 đến 5-4.

Vậy kv = kMV.knv.kuv = 0,8.1.1 = 0,8

6.4.6 Nguyên công 6: Phay bề mặt có bích lỗ ệ105H7

- Sơ đồ định vị (trang sau) :

Chi tiết gia công được định vị trên đồ gá với mặt đầu chuẩn A, hạn chế 3 bậc tự do nhờ định vị bằng mặt phẳng phiến tì Bề mặt có mặt bích ệ67 hạn chế 2 bậc tự do thông qua hai chốt tì chỏm cầu, trong khi mặt bích lỗ ệ80 hạn chế 1 bậc tự do nhờ 1 chốt tì chỏm cầu Như vậy, tổng cộng đã khống chế được 6 bậc tự do cho chi tiết.

Sau khi định vị trên đồ gá, chúng ta sử dụng cơ cấu kẹp ren vít lò xo để tạo lực kẹp chặt, với phương lực kẹp vuông góc với bề mặt chuẩn A Tiếp theo, tiến hành các bước gia công theo thứ tự đã định.

- Chọn máy gia công: Chi tiết được gia công trên máy phay 6P82 của Liên Xô công suất của động cơ là 7,5 kW

- Lương dư gia công: - Gia công thô bề mặt : t = 3,5 mm

- Gia công tinh bề mặt : t = 1,5 mm

Tính lượng dư cho mỗi bề mặt gia công

Tính thời gian gia công cơ bản cho mỗi nguyên công

Xác định số lượng máy

Thiết kế đồ gá

Tiêu đề	Thiết kế qui trình công nghệ chế tạo vỏ
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ khí và chế tạo máy
Thể loại	Đề tài tốt nghiệp
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	135
Dung lượng	1,45 MB