Bài giảng Công nghệ chế tạo máy 2

Chương 1 Thiết kế quá trình công nghệ gia công chi tiết máy Nội dung 1 1 Ý nghĩa của công việc chuẩn bị sản xuất 1 2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia công cơ chi tiết máy 1 3 Một số bước t[.]

Chương 1: Thiết kế quá trình công nghệ

gia công chi tiết máy

Nội dung

1.1 Ý nghĩa của công việc chuẩn bị sản xuất

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ

gia công cơ chi tiết máy

1.3 Một số bước thiết kế cơ bản

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY II

1.1 Ý nghĩa của việc chuẩn bị sản xuất

Cần

những

gì?

Sản phẩm cơ khí

1.1 Ý nghĩa của việc chuẩn bị sản xuất

Công tác chuẩn bị sản xuất:

1.1 Ý nghĩa của việc chuẩn bị sản xuất

Quy trình công nghệ

Bao gồm các văn kiện, tài liệu nhằm:

+ Hướng dẫn cho việc gia công trên máy

+ Đưa ra yêu cầu về sự cần thiết của trang thiết bị, máy móc, dụng cụ…

+ Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

+ Kế hoạch sản xuất

+ Điều hành sản xuất…

1.1 Ý nghĩa của việc chuẩn bị sản xuất

Quy trình công nghệ cần đảm bảo

1.1 Ý nghĩa của việc chuẩn bị sản xuất

Quy trình công nghệ cần có hai kiểu:

+ QTCN được lập cho nhà máy, phân xưởng đã có sẵn + QTCN lập cho nhà máy mới

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia

công cơ chi tiết máy

1.2.1 Tài liệu cần cho thiết kế QTCN

• Bản vẽ chế tạo đầy đủ:

+ Mặt cắt, hình chiếu…

+ Kích thước, dung sai, YCKT + Vị trí gia công, chất lượng BM + Vật liệu, độ cứng…

• Sản lượng yêu cầu

• Bản vẽ bộ phận sản phẩm có

chưa chi tiết gia công

• Tài liệu về thiết bị, dao, đồ

gá…

1.2.2 Trình tự thiết kế QTCN

+ Nghiên cứu bản vẽ, kiểm tra tính công nghệ

+ Phân loại, sắp chi tiết vào các nhóm

+ Chọn phôi và phương pháp chế tạo

+ Xác định chuẩn, định vị, kẹp chặt mỗi NC

+ Lập thứ tự nguyên công

+ Chọn máy cho mỗi NC

+ Tính lượng dư, dung sai giữa các NC

+ Chọn dụng cụ cắt, dụng cụ đo lường

+ Chọn đồ gá, thiết kế đồ gá (nếu cần)

+ Xác định chế độ cắt

+ Định bật thợ

+ Đinh mức thời gian, năng xuất, so sánh

phương án => PA tối ưu

+ Ghi vào phiếu công nghệ, vẽ sơ đồ NC

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia

công cơ chi tiết máy

Nghiên cứu bản vẽ

Thuận tiện gia công không? + Gá đặt

+ Kẹp chặt + Gia công + Khối lượng gia công

….

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia

công cơ chi tiết máy

Phân loại chi tiết

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia

công cơ chi tiết máy

Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Phôi dập

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia

công cơ chi tiết máy

Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Phôi hàn

1.2 Phương pháp xác định quá trình công nghệ gia

công cơ chi tiết máy

a) Tính công nghệ trong kết cấu

Bao gồm hai chỉ tiêu chính:

+ Khối lượng lao động

+ Khối lượng vật liệu tiêu tốn

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

a) Tính công nghệ trong kết cấu

Cách đánh giá tính CN trong kết cấu:

• Tính công nghệ trong kết cấu phụ thuộc vào tính chất của loạt sản phẩm, qui mô của sản xuất

• Tính công nghệ trong kết cấu phải được nghiên cứu đối với toàn bộ sản phẩm, không tách rời các chi tiết ra để đánh giá riêng lẻ.

• Khi nghiên cứu công nghệ trong kết cấu chúng ta phải đưa

ra và giải quyết triệt để trong từng giai đoạn sản xuất.

Vd: Khâu chế tạo phôi, gia công cơ, lắp ráp …

• Tính công nghệ trong kết cấu phải được tính đến đặc điểm của nơi sản xuất, máy móc, trang bị, nhà xưởng, cán bộ nhân viên, cán bộ kỹ thuật.

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

a) Tính công nghệ trong kết cấu

Cơ sở xét tính CN trong kết cấu:

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

◼ Sự đơn giản và hợp lý của kết cấu

◼ Chọn vật liệu ban đầu và cách tạo phôi

◼ Độ chính xác và độ nhám bề mặt gia công

◼ Cách nghi kích thước và chọn dung sai

◼ Khối lượng lao động để sản xuất ra chi tiết và lắp ráp (phụ thuộc vào hình dáng hình học của chi tiết máy)

◼ Mức độ tiêu chuẩn hoá,điển hình hoá và thống nhất hoá các chi tiết máy

◼ Loại dao cụ và dụng cụ cần thiết cho sản xuất

a) Tính công nghệ trong kết cấu

Tính CN trong kết cấu thể hiện ở:

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

◼ Sự đơn giản và hợp lý của kết cấu đòi hỏi phải loại trừ tất cả các thành phần thừa không cần thiết cho chức năng của máy

◼ chọn các yếu tố kết cấu được tạo lên từ hình dạng hình học đơn giản nhất, đó là mặt phẳng và mặt trụ những

bề mặt này có thể gia công được trên các máy có động học đơn giản, bằng các dụng cụ tiêu chuẩn thông thường.

a) Tính công nghệ trong kết cấu

Tính CN trong kết cấu thể hiện ở:

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

◼ Cố gắng sử dụng hệ số vật liệu tiến gần đến 1

a Không hợp lý do tốn nhiều vật liệu

b Hợp lý do tốn ít vật liệu

0,75 g

g η

2

1 

=

Đâu là các yếu tố nâng cao tính công nghệ trong kết cấu?

❖ Thiết kế phôi và bề mặt gia công hợp lý, tối thiểu hóa lượng dư gia công

❖ Giảm quãng đường chạy dao

❖ Đơn giản hóa kết cấu, tách chi tiết phức tạp thành các chi tiết đơn giản

❖ Sử dụng được các dụng cụ tiêu chuẩn,thống nhất

❖ Chi tiết đủ cứng vững, cắt được với chế độ cắt gọt cao

❖ Giảm thiểu bề mặt gia công, giảm số lần gá đặt, điều chỉnh thiết bị

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

b) Lượng dư gia công

Cần xác định lượng dư hợp lý

❖ Không lớn quá: tốn vật liệu, sức lao động, năng lượng, dụng cụ cắt, vận

chuyển…

❖ Không nhỏ quá: không thể loại bỏ hết sai lệch của chi của phôi: độ nhám,

kích thước, dung sai hình học và vị trí tương quan.

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

Phân loại lượng dư:

Lượng dư trung gian: hiệu số kích thước do bước hay nguyên công trước để

lại (a) và kích thước hay bước nguyên công đang thực hiện (b)

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

Phân loại lượng dư:

Lượng dư tổng cộng: tổng chiều dày vật liệu cần hớt đi trong tất cả các bước

hoặc nguyên công trong suốt quá trình gia công, ký hiệu Zo

+ Đối với mặt ngoài: Zo = aph – act

+ Đối với mặt trong: Zo = act – aph aph

Phân loại lượng dư:

Lượng dư đối xứng: khi bề mặt gia công dạng tròn xoay, hoặc khi gia công

song song các bề mặt đối diện nhau

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

Phương pháp xác định lượng dư hợp lý:

❖ Phương pháp thống kê kinh nghiệm: xác định dựa trên tổng số lượng dư các bước gia công theo kinh nghiệm => loại này chủ yếu trong sổ tay, thường không thể tính đến các yếu tố ảnh hưởng (bước gia công, định vị, kẹp chặt, chế độ cắt….) => lượng dư lớn, không kinh tế

❖ Phương pháp tính toán phân tích: đề xuất bởi GS Kovan theo hai hướng:

+ Trường hợp dao điều chỉnh sẵn trên máy

+ Trường hợp rà gá

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

Tín toán lượng dư khi gia công mặt ngoài

1.3 Một số bước cơ bản khi thiết kế QTCN

Chương 2: Chọn phôi và PP gia công chuận bị phôi

1 Cơ sở kinh tế-kỹ thuật chọn phôi

◼ Chi phí phôi chiếm 20-50% gía thành sản phẩm

◼ Đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

◼ Đảm bảo chi phí phôi nhỏ nhất góp phần giảm chi sản xuất

Chọn vật liệu, phương pháp chế tạo phôi

◼ Chọn phôi phải quan tâm đến cơ tính của vật liệu, kích thước hình dáng, kết cấu của chi tiết

◼ Phải chọn phôi hợp lý vì nếu kích thước phôi quá lớn thì vật liệu tiêu tốn cho nó quá lớn, tốn công sức gia công cắt gọt dẫn đến giá thành cao Nếu phôi quá nhỏ thì lượng dư không đủ để cắt hết phần không chính xác của phôi Vì vậy chọn phôi hợp lý sao cho hệ số

G

◼ Nếu chi tiết làm việc ở trạng thái chịu tải phức tạp như tải trọng thay đổi, kéo nén, uốn, xoắn đồng thời thì cần chọn phôi đã qua gia công áp lực.

◼ Nếu chi tiết dạng trục và có tiết diện ngang ít thay đổi nên chọn phôi là thép cán.

◼ Nếu chi tiết có yêu cầu chịu tải trọng không phức tạp nên chọn phôi chế tạo bằng phương pháp đúc.

◼ Nếu sản xuất đơn chiếc nên chọn phương pháp tạo phôi đơn giản như rèn tự do hay đúc trong khuôn cát

để giảm chi phí.

◼ Nếu sản xuất hàng loạt nên chọn các phương pháp tạo phôi chính xác như dập thể tích hay đúc trong khuôn kim loại, khuôn mẫu chảy để đạt độ chính xác cao giảm chi phí gia công.

2 Vật liệu phôi

a, Vật liệu kim loại:

a1, Thép : có nhiều loại nhưng trong ngành CTM thường

Tính công nghệ tôt: đúc, hàn, cắt gọt, gia công áp lực Nhược điểm so với thép hợp kim:

Theo công dụng chia ra:

Thép cacbon thông dụng (thép chất lượng thường):

Thép cacbon dụng cụ có hàm lượng cacbon cao 1,3%) tạp chất ít: CD70, CD80…CD130 có HB=187- 217

(0,7-Thép cacbon dụng cụ sau nhiệt luyện có độ cứng cao nhưng khả năng chịu nhiệt thấp nên dùng làm dụn cụ cắt tốc độ thấp: đục, dũa, taro…

Thép hợp kim: là thép cacbon có chứa các thành phần hợp kim Mn, Si, Ni, Cr, Ti, Mo, W và tạp chất thấp.

Có nhiều ưu điểm:

Trạng thái chưa nhiệt luyện cơ tính giống thép cacbon Sau nhiệt luyện thì độ bền cao nhưng độ dẻo, dai giảm Giữ được độ cứng lên đến 800 độ C chống được oxy hóa ở 800-1000độ C do đó tăng khả năng chống mài mòn và ăn mòn

Thép hợp kim dụng cụ có cacbon 0,7-1% sau nhiệt luyện đạt 60-62HRC dùng chế tạo khuôn đột, dập: 90CrSi, 100CrWMn…

Thép hợp kim đặc biệt là thép chứa các nguyên tố hợp kim phù hợp để cho thép có tính chất đặc biệt

Thép ổ lăn OL4805-OL90 ví dụ: OL100Cr2 (1%C+2%Cr)… dùng để chế tạo ổ lăn, trục cán, taro, vòi phun bộ đôi bơm cao áp…

Thép không gỉ là họ thép hợp kim có Cr>12% Không

bị gỉ và tính chống ăn mòn rất tốt

Thép hợp kim chịu nhiệt là thép có chứa Cr, Mo, W,

Ni, V, Si Thép có độ bền hóa học ở nhiệt độ cao, giữ được độ bền cơ học ở nhiệt cao

a2 Gang : hợp chất của Fe với cacbon với hàm lượng cao

với một số nguyên tố, P, S, Si, Mn

Gang trắng: khi làm nguội nhanh gang lỏng được gang trắng Ngoài ra có thêm Cr, Mo, Ni làm tăng tính chịu nhiệt, mài mòn, va đập Các bon tồn tại dạng Fe3C do đó gang cứng 450-650HB Tính đúc kém, khó gia công Dùng để chế tạo gang dẻo hay các chi tiết có yêu cầu tính chống mài mòn: bi nghiền, trục cán…

Gang xám: các bon tồn tại dưới dạng grafit tấm, 2,8-3,6% C; 1,2-2,8%Si và Mn, P, S được ký hiệu: GX15-32; GX21-40; GX24-44; GX 28-48 (độ bền kéo 24kg/cm2 và

độ bền nén 48kg/cm2)

Gang xám biến trắng: khi làm nguội nhanh lớp bề mặt vật đúc gang xám (khuôn kim loại) Bề mặt là gang trắng bên trong lõi là gang xám Dùng chế tạo các chi tiết chịu tải lớn, chịu mài mòn lớn: trục cán, bánh xe tàu hỏa, chi tiết cam…

Gang cầu: khi biến tính gang xám bằng Mg, Ce và các nguyên tố đất hiếm để tạo grafit ở dạng cầu sau đó biến tính lần 2 với FeSi, CaSi để chống biến trắng GC40-10 (gang cầu có độ bền kéo> 400Kg/mm2 và độ dẻo

>10%) Cơ tính kém thép nhưng tính đúc tốt, gia công

dễ, rẻ thường dùng trục khuỷu, cam, bánh răng truyền lực

Gang giun: từ gang xám lỏng sau biến tính lần 1 và lần

2 nhận được loại trung gian mà grafit ở dạng giun (trung gian giữa tấm và cầu) Thường dùng thay thế cho gang cầu chế tạo chi tiết chịu va đập, chịu nhiệt, mài mòn: nắp, block xilanh động cơ diezen, secmang guốc phanh tàu hỏa, khuôn đúc thép

Gang dẻo: ủ gang trắng ở 760-1069độ C từ 60-120h grafit trong gang chuyển thành dạng cụm và thành gang dẻo Gang dẻo có cơ tính đặc biệt là rất dẻo: GZ35-10 (độ bền kéo>350kg/mm2, độ dẻo>10%) Dùng chế tạo các chi tiết có khôi lượng nhỏ, thành mỏng, chịu va đập dùng trong công chế tạo máy kéo, ô tô, máy nông nghiệp, máy dệt.

a3 Kim loại màu và hợp kim màu

◼ Đồng và hợp kim đồng: chủ yếu dùng ở dạng hợp kim đồng vì đồng nguyên chất cơ tính kém

La tông (đồng thau): hợp kim của đồng với Zn: bắt đầu

ký hiệu bằng L: LCuZn40Pb2 (40%Zn+2%Pb+58%Cu) Brông: hợp kim đồng với Sn, Zn, Al, Pb…brong thiếc (Sn<13,5%) có cơ tính cao, chống ăn mòn và chịu mài mòn Dùng làm bạc lót, bánh vít: BCuSn5Zn5Pb5

Al<9,4% chống ăn mòn, mài mòn trong không khí hay nước biển Dùng chế tạo máy bơm, gối đỡ

◼ Nhôm và hợp kim nhôm: Al nguyên chất (độ bền 60N/mm2, HB=25) nên chủ yếu dùng ở dạng hợp kim

vì nhẹ, bền, cứng, chống mài mòn, chịu nhiệt Thường dùng chế tạo piston, tay biên, vỏ hộp số xe máy

Hợp kim nhôm biến dạng: chế tạo các chi tiết bằng PP gia công áp lực nóng hay nguội:

Al-Mn: gia công biến dạng dùng làm các khung cửa Al-Mg: sử dụng trong công nghiệp ô tô, dệt, xây dựng Al-Cu, Al-Cu-Mg (đuara): chế tạo máy bay, ô tô, turbin

Al-Mg-Si: chế tạo các chi tiết làm việc nhiệt độ<150

Hợp kim nhôm đúc: có tính đúc tốt nhưng tính dẻo thấp (ký hiệu chữ đúc là Đ): AlSi12Cu2Mg1Mn0,6Ni1Đ (12%Si, 2%Cu, 1%Mg, 0,6%Mn, 1%Ni) chế tạo các chi tiết chịu nhiệt 250-350 độ C

b, Vật liệu phi kim

b1, Vật liệu Polyme

◼ Phân loại:

Polyme thiên nhiên: cao su, xenlulo…

Polyme tổng hợp: PVC, PE…

Polyme nhiệt dẻo: có khả năng chuyển từ rắn sang dẻo

Polyme nhiệt rắn: không thể chảy dẻo sau khi rắn lần đầu

◼ Công nghệ gia công vật liệu polyme:

Đúc phun: dùng chủ yếu Gia nhiệt tới trạng thái dẻo hay lỏng rồi phun vào khuôn

Đúc ép: ít dùng thường gia công polyme nhiệt cứng

Ngoài ra dùng các loại phôi trụ, tấm…

◼ ứng dụng: được sử dụng rộng dãi trong sản xuất Thay thế cho các chi tiết kim loại

b2, Vật liệu Composit

◼ Đặc điểm: hệ gồm nhiều pha (tối thiểu 2 pha) phân cách nhau bằng ranh giới pha: pha nền và pha cốt

◼ Phân loại: composit cốt nền, cốt sợi, tấm, lớp, tổ ong

◼ Tính chất, ứng dụng:

Liên kết các phần tử cốt thành khối vật liệu thống nhất Bảo vệ cốt tránh các tác động cơ học, hóa học, môi trường

Vật liệu composit nền polyme cốt sợi thủy tinh có độ bền cao, chống ăn mòn môi trường nước bẩn, axit dùng chế tạo các ống dẫn nước thải nhà máy hóa chất, bọc thiết bị chứa dung dịch tẩy sợi…

Vật liệu composit nền polyme cốt SiO2 và sỏi có độ bền nén cao, hệ số giãn nở thấp, bền trong không khí, nước bẩn Sử dụng chế tạo thân máy CNC, thân đồ gá, bàn máy, vỏ máy bơm…

Vật liệu composit polyme cốt Al dạng hạt cầu thêm sợi cacbon có độ bền ngang thép nhưng rất nhẹ Chế tạo cánh tay robot.

Vật liệu composit hạt thô nền kim loại thực chất là hợp kim cứng (WC, TiC, TaC) Dùng làm dụng cụ cắt

3 Các loại phôi

a, Phôi chế tạo bằng phương pháp ĐÚC

◼ Ưu nhược điểm PP đúc

Có thể đúc được tất các loại kim loại và hợp kim

Đúc được các chi tiết có hình dạng phức tạp

Có thể đạt độ chính xác cao hay thấp tùy thuộc đầu tư công nghệ đúc

Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất cao

Nhược điểm là tốn kim loại vào hệ thống đậu rót hay đậu ngót, kiểm tra chất lượng phải có thiết bị hiện đại

Đầu tư ban đầu thấp

Dễ cơ khí hóa, tự động hóa

Độ chính xác đúc không cao làm lượng dư gia công lớn, hệ số sử dụng vật liệu thấp.

Chất lượng phôi đúc thấp, hay rỗ co, rỗ khí, rỗ xỉ, lõm

co, chất lượng bề mặt thấp

Đúc trong khuôn kim loại

Độ chính xác về hình dạng và kích thước cao

Tổ chức vật đúc mịn chặt, chất lượng bề mặt cao

Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất cao

Khối lượng vật đúc hạn chế, khó chế tạo vật đúc phức tạp, thành mỏng, bề mặt CT dễ bị biến cứng

b, Phôi chế tạo bằng GIA CÔNG ÁP LỰC:

Cơ tính vật liệu được cải thiện

Độ chính xác hình dạng, kích thước, chất lượng bề mặt phôi cao

Rút ngắn được các bước của quá trình công nghệ

Dễ cơ khí hóa, tự động hóa nên năng suất cao

Khó chế tạo các chi tiết phức tạp

Không dùng được với các kim loại có tính dẻo thấp: gang, hợp kim đồng…

Tính linh hoạt kém

b, Phôi chế tạo bằng GIA CÔNG ÁP LỰC:

◼ Phôi từ thép cán

Thép cán được sử dụng rộng dãi Các tấm thép được tiêu chuẩn hóa Chất lượng bề mặt cao, thành phần hóa học ổn định hơn phôi đúc

Phôi cán các chi tiết có tiết diện ngang hình trụ, hình chữ nhật thường cắt từ phôi thép: trục, bánh răng, bộ đôi bơm cao áp…

Sử dụng phôi cắt từ thép cán cho hệ số sử dụng vật liệu thấp nên thường sử dụng trong sản xuất đơn chiếc hay sản xuất hàng loạt với điều kiện hình dạng, kt tiết diện ngang của phôi gần giống chi tiết

◼ Phôi từ thép cán

◼ Phôi rèn tự do

PP gia công có tính linh hoạt cao, phạm vi rộng (gia công vật nhỏ từ vài gam đến hàng trăm tấn) Gia công được các vật lớn hơn bằng dập thể tích

Biến tổ chức hạt thành tổ chức phức tạp do đó làm tăng khả năng chịu tải

Thiết bị đơn giản, vốn đầu tư ít

Độ chính xác KT và hình dạng thấp do đó để lại lượng

dư gia công lớn, hệ số sử dụng vật liệu thấp

Chất lượng không đều phụ thuộc tay nghề công nhân Năng suất thấp