Bài Giảng CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 2

BAØI 1: GIA COÂNG TINH BAÈNG BIEÁN DAÏNG DEÛO. BAØI 2: CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA COÂNG BAÈNG ÑIEÄN VAÄT LYÙ ÑIEÄN HOAÙ HOÏC. BAØI 3: THIEÁT KEÁ QTCN GIA COÂNG. BAØI 4: TIEÂU CHUAÅN HOAÙ QUAÙ TRÌNH COÂNG NGHEÄ. BAØI 5: CNGHEÄ GIA COÂNG CAÙC CHI TIEÁT ÑIEÅN HÌNH. BAØI 6: GIA COÂNG BEÀ MAËT REN. BAØI 7: GIA COÂNG BEÀ MAËT RAÊNG. BAØI 8: THIEÁT KEÁ QTCN LAÉP RAÙP.

CBGD: LÊ QUÝ ĐỨC

BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY - KHOA CƠ KHÍ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – TP.HCM ĐT: 8653896 – 0903820386

EMAIL: lequyduc@yahoo.com

NỘI DUNG MÔN HỌC

BÀI 1 : GIA CÔNG TINH BẰNG BIẾN DẠNG DẺO.

BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG

ĐIỆN VẬT LÝ & ĐIỆN HOÁ HỌC.

BÀI 3: THIẾT KẾ QTCN GIA CÔNG.

BÀI 4: TIÊU CHUẨN HOÁ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ BÀI 5: C/NGHỆ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH BÀI 6: GIA CÔNG BỀ MẶT REN.

BÀI 7: GIA CÔNG BỀ MẶT RĂNG.

BÀI 8: THIẾT KẾ QTCN LẮP RÁP.

BÀI 1: GIA CÔNG TINH BẰNG BIẾN DẠNG DẺO

• I- BẢN CHẤT

• Dưới áp lực của dụng cụ có độ cứng cao hơn độ cứng của vật liệu gia công, các nhấp nhô của bề mặt gia công bị biến dạng dẻo và bị ép xuống một mặt làm cho chiều cao nhấp nhô giảm xuống đồng thời sẽ tạo ra các nhấp nhô mới.

II- ĐẶC ĐIỂM GIA CÔNG TINH BẰNG BIẾN DẠNG DẺO

 Phương pháp gia công được sử dụng rộng rãi và có hiệu qủa

nhất, khi dùng phương pháp lăn ép bằng con lăn hoặc bi.

 Dùng g/công mặt ngoài, mặt phẳng, mặt lỗ, mặt định hình v.v…

 Các yếu tố ảnh hưởng đến mọi chỉ tiêu cơ bản của chất lượng

gia công là ứng suất pháp và ứng suất cắt ở vùng b/dạng cũng như tỷ lệ của chúng.

 Quá trình san phẳng các nhấp nhô xảy ra không phải nhờ hiện

tượng xô trượt kim loại theo hướng tiến dao dưới t/dụng của P t.

 Quá trình san phẳng các nhấp nhô xảy ra là phải nhờ hiện tượng

dát rộng kim loại dưới tác dụng của P k

 Tỷ lệ P t /P k tuỳ thuộc góc α - góc tiếp xúc của dụng cụ và nhấp

nhô ban đầu.

 Khi lăn ép có P t = 0 – lăn ép không có chạy dao dọc sẽ có độ

nhẵn cao nhất khi P t /P k ⇒ min có thể đạt Ra = 0.02  0,01.

• Hình 5-74

 Lăn ép bằng các dụng cụ đàn hồi sau lăn ép hình dáng chi tiết không đổi – không sửa được sai số hình dáng Khi đó đường kính chi tiết giảm đi một lượng: (khi trước g/công bề mặt phải đạt Ra <= 2.5): ∆d = k ( R bđ – R z )

 Lăn ép bằng dụng cụ không đàn hồi – sửa được hình dáng nhưng phải thỏa mãn theo điều kiện:

• ∆d >= (δ - δ’ ) hoặc (δ - δ’ ) <= k ( R bđ - R z ).

δ: Dung sai của phôi trước lăn ép.

δ’: Dung sai của phôi sau lăn ép.

R bđ : Nhấp nhô bề mặt trước lăn ép.

R z : Nhấp nhô bề mặt sau lăn ép.

III- CHẤT LƯỢNG ĐẠT ĐƯỢC SAU GIA CÔNG

a- Về mặt hình dáng

 Bằng dụng cụ đàn hồi thì không thay đổi

 Bằng dụng cụ không đàn hồi sẽ làm giảm độ sóng ban đầu và sinh ra sóng mới nguyên nhân là do:

• - Độ đảo của con lăn

• - Vật liệu cứng không đều

• - Bán kính cong của con lăn không đều

• - Độ nhẵn ban đầu không đều

• - Bước tiến dọc không đều.

• - Hệ thống công nghệ kém cứng vững

 Để giảm độ sóng khi lăn bằng con lăn đĩa ngoài việc giảm độ đảo hướng trục thì nên chọn đ/kính con lăn và phôi là bội số của nhau.

b- Về độ sóng

c- Về độ nhẵn

 Độ nhẵn theo hướng ngang cao hơn hướng dọc.

 Tỷ lệ chiều dài sóng so với chiều cao sóng lớn hơn khi gia công bằng các phương pháp gia công cắt gọt.

• Hình 10 - 3

 Độ nhẵn đạt Ra = 0.63 – 0.32 với S ≥ 0.5 mm/vòng

d- Hình dáng nhấp nhô

 Các nhấp nhô có bán kính đỉnh r lớn, còn góc dốc β nhỏ Hình 10 – 3

 Trị số của r vàø β phụ thuộc đường kính bi, bán kính con lăn đĩa, bán kính góc lươn con lăn côn.

 Tỷ lệ r/Rzmax rất lớn và nó đặc trưng cho diện tích tiếp xúc thực

 Lăn ép rung có thể điều chỉnh số hành trình kép và biên độ của bi nên sẽ thay đổi được hình dáng nhấp nhô.

Hình 10 -3: Profin bề mặt khi gia công bằng các phương pháp khác nhau a) Prôfin bề mặt sau khi tiện

b) Prôfin bề mặt sau khi mài

c) Prôfin bề mặt sau khi lăn ép

d) Bán kính đỉnh r và góc dốc sau lăn ép

 Nâng cao rất nhiều tính chất cơ lý của bề mặt (Cấu trúc, độ cứng ứng suất v.v )

 Lực quá lớn dẫn tới biến cứng quá độ làm xấu tính sử dụng của chi tiết vì vậy cần chọn thông số dụng cụ và chế độ làm việc tối ưu

• Bảng (10 – 1) nêu quan hệ của chất lượng và các thông số công nghệ.

 Nhìn chung khả năng của phương pháp này có thể đạt đến cấp chính xác 6 hoặc 7, Ra = 0,1  0,05 nếu Ra ban đầu ≤ 0,4

•e- Chiều của vết gia công

• Cũng giống như gia công bằng cắt gọt, trừ khi lăn ép

rung f- Tính cơ lý lớp bề mặt

•IV- DỤNG CỤ DÙNG ĐỂ GIA CÔNG

1- Lăn ép bằng con lăn hoặc bi: có thể gia công được mặt phẳng, mặt tròn trong và ngoài, các góc lượn…

a- Lăn ép bằng một con lăn.

Hình 10 – 4: Lăn ép bằng con lăn.

• b- Lăn ép bằng bi

 Lăn ép mặt phẳng: Dùng trên máy phay và có các chuyển động như khi phay dùng dao phay mặt đầu.

Hình 5 – 75a

 Lăn ép nhiều bi ly tâm:

Thường dùng gia công mặt tròn ngoài

 Lăn ép nhiều bi không ly tâm: thường dùng gia công mặt tròn trong.

 Lăn ép nhiềi bi không ly tâm các lỗ có kích thước lớn.

• Hình 5 – 75c và 5 – 75d

2- Lăn ép giữa các con lăn.

• Lăn ép bằng một con lăn được dùng khá phổ biến nhưng có nhược điểm là lực tác dụng hướng kính từ một phía, nên hệ thống công nghệ – nhất là chi tiết gia công cần phải có độ cứng vững Để khắc phục người ta dùng p/pháp lăn ép nhiều con lăn ( lăn ép giữa các con lăn).

• Hình (10 – 6 ) và hình (10 – 7 )

Hình 10 – 6: Sơ đồ lực tác dụng khi lăn ép

bằng nhiều con lăn.

Hình 10 – 7: Lăn ép bằng hai con lăn.

3- Chà bằng mũi kim cương hoặc hợp kim cứng:

• Được dùng khi các phương pháp lăn ép nêu trên khó thực hiện Phương pháp này thường dùng gia công mặt trụ và mặt đầu.

• Hình (10 – 8 )

Hình 5 – 76: Chà sát bằng mũi kim cương

1- Vít đ/chỉnh áp lực 2- Oáng bọc

3- Đồng hồ so 4- Mũi kim cương 5- Chi tiết gia công 6- Oáng giữ dụng cụ 7- Thân.

•4- Nong lỗ bằng bi hoặc chày nong.

a- Nong lỗ bằng bi:

 Gia công lỗ thông.

 Có thể thực hiện bằng tay hoặc máy khá đơn giản.

 Độ thẳng tâm của lỗ sau khi gia công kém nên thường dùng gia công lỗ ngắn.

 Lỗ sau khi gia công đạt CCX7, Ra = 0,2 – 0,1khi bi có độ cx cấp 6

Hình (5 – 77)

Hình 5 – 77: Nong loã baèng bi

 Thường dùng gia công lỗ có đường kính nhỏ, khi gia công có thể đạt CCX7-8, Ra = 0,8 – 0,4 tuỳ thuộc việc chọn kết cấu chày, lượng dư và chế độ ép

Hình 5 – 78: Nong lỗ bằng chày nong a- Kết cấu của chày nong

b- Chày đẩy

c- Chày kéo.

Thường có ba loại

 Chày nong nhiều nấc tổ hợp cả lưỡi cắt và vòng nong.

 Chày nong nhiều nấc liền khối.

 Chày nong ghép các vòng nong

 Khi nong ép cần thiết phải dùng dung dịch trơn nguội.

c- Nong lỗ bằng chày nong nhiều nấc

Hình 5 – 79: Các loại chày nong.

B ÀI 2: PH ƯƠ NG PHÁP GIA CƠNG B NG Ằ

I N V T LÝ VÀ I N HỐ H C Đ Ệ Ậ Đ Ệ Ọ

1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG

2 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN

3 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG LAZE

4 GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM

5 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA

6 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP.

I- ĐẶ Đ Ể C I M CHUNG

1 - Ch t l ấ ượ ng và n ng su t gia công không ph thu c vào tính ă ấ ụ ộ

ch t c lý c a v t li u gia công mà ch ph thu c thông s ấ ơ ủ ậ ệ ỉ ụ ộ ố nhi t và thành ph n hoá h c c a nó ệ ầ ọ ủ

2- Có kh n ng ả ă đạ độ t chính xác cao ngay c khi không th c ả ự

hi n ệ đượ c b ng các bi n pháp g/công c t g t thông th ằ ệ ắ ọ ườ ng.

3- Không c n d/c g/công có ầ ụ độ ứ c ng cao h n v t li u gia công ơ ậ ệ 4- Ti t ki m ế ệ đượ c nguyên v/li u, nâng cao h s s d ng v/li u ệ ệ ố ử ụ ệ 5- Công ngh t ệ ươ ng đố đơ i n gi n, có kh n ng gia công m t b ả ả ă ộ ộ

ph n nh trên chi ti t l n ậ ỏ ế ớ

6- D c khí hoá và t ễ ơ ự độ ng hoá.

7- N ng su t gia công nói chung th p ă ấ ấ

8- Gia công các b m t ph c t p và v t li u có ề ặ ứ ạ ậ ệ độ ứ c ng cao.

9- B n ch t c a các ph ả ấ ủ ươ ng pháp này là t o ra ph n ng hoá h c ạ ả ứ ọ

kim lo i ho c là t o ra s va ạ ặ ạ ự đậ p c a các h t mài ủ ạ để tách kim

lo i ra kh i b m t gia công ạ ỏ ề ặ

1- ĐẶC ĐIỂM

 Gia công kim loại bằng phương pháp tia lửa điện là một dạng gia công bằng phóng điện ăn mòn thực hiện được khi truyền năng lượng qua rãnh dẫn điện.

 Dùng dòng điện một chiều có điện thế từ 100V – 250V

do vậy khoảng cách giữa hai điện cực không lớn lắm.

 Toàn bộ quá trình phóng tia lửa điện xảy ra trong thời gian rất ngắn t = 10 -4 – 10 -7 giây sau đó mạch trở về vị trí ban đầu.

 Để duy trì q/trình g/công, ta di chuyển liên tục điện cực dương xuống để đảm bảo khe hở cho tụ điện làm việc.

GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN

Sơ đồ nguyên lý gia công xem

Hình 5 – 81

Hình 5 – 81: Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia lửa điện

 Quá trình phóng điện ở vùng gia công xem Nhiệt độ ở vùng gia công lên đến hàng ngàn độ.

Hình (11-10)

Hình 11 – 10: Quá trình phóng điện ở vùng gia công.

Hình 5 – 82: Quan hệ giữa U và khe hở 1- Môi trường gia công là không khí 2- Môi trường gia công là dầu hoả 3-Môi trường gia công là dầu biến thế

 Quan hệ giữa điện thế và khoảng cách xem

• Hình ( 5 – 82 )

2- KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ

 Chiều sâu lớp kim loại chi tiết gia công chịu ảnh hưởng

nhiệt và tính chất phá hỏng kim loại phụ thuộc thời gian tồn tại của xung điện.

 Hình dáng chi tiết gia công giống hình dáng dụng cụ

Hình (5 – 83)

Hình 5 – 83: Các dạng bề mặt phức tạp được gia công bằng tia lửa điện

 Năng lượng xung điện

 Thời gian tồn tại của xung điện

 Cường độ dòng điện

 Điện dung tụ điện

 Dung dịch trơn nguội

 Tính chất nhiệt của vật liệu gia công : Nhiệt nóng

chảy, bốc hơi, độ dẫn nhiệt

 Vật liệu làm điện cực dụng cụ.

 Năng suất và chất lượng g/công phụ thuộc chế độ g/công:

 Năng suất nói chung thấp bình thường đạt: 500 – 600

mm 3 /ph, độ nhám đạt Ra= 3.2 – 6.3 đôi khi đạt Ra = 1,6 – 0,8 (khi gia công HKC).

 Hiện tượng cứng nguội bề mặt xảy ra khá lớn

 Độ mòn của điện cực rất lớn có thể lên đến 50% - 100% so với thể tích kim loại bóc ra khỏi phôi làm cho năng suất và chất lượng thấp.

 Môi trường chất lỏng có tác dụng: hạn chế ảnh hưởng nhiệt, làm nguội điện cực dụng cụ đảm bảo ổn định qúa trình gia công (dùng chủ yếu là dầu hỏa đôi khi dùng dầu

DO hoặc nhớt).

• 3- PHẠM VI SỬ DỤNG GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN.

a- Gia công các lỗ trên vật liệu khó g/công ( Φ0.8, L ≤ 50 ); (Φ3 , l ≤ 80) các lỗ nhỏ có Φ = 0.1 → 0.5 (lỗ vòi phun cao áp … )

b- Gia công vật liệu có cơ tính cao, gia công hợp kim cứng

d- Nâng cao tuổi bền dụng cụ cắt từ 2 → 4 lần

e- Vật liệu dụng cụ càng ít mòn thì độ chính xác càng cao

f- Chỉ gia công được vật liệu dẫn điện.

I- ĐẶC ĐIỂM CỦA LAZE

 Laze là chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng rất ngắn và góc phân kỳ nhỏ.

 Có thể dùng hệ quang học tập trung nó trên diện tích nhỏ nên mật độ năng lượng sẽ cao (10 12 W/cm 2 ) do vậy nhiệt độ lên đế hàng ngàn độ làm chảy lỏng và đốt cháy kim loại.

 Sơ đồ máy tạo tia laze

• Hình ( 5 – 84 )

GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG LAZE

Hình 5 – 84: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy K – 3M

II- BẢN CHẤT GIA CÔNG BẰNG LAZE

 Là quá trình tác dụng nhiệt vào kim loại gia công

 Nhiệt độ tạo ra rất cao do tập trung năng lượng trên diện tích nhỏ.

 Mật độ năng lượng của chùm tia phân bố không đều trên vết tập trung.

 Kim loại gia công nhận năng lượng của chùm Laze và biến thành nhiệt năng

 Nhiệt năng đốt nóng vật liệu đến nhiệt độ phá hỏng

 Phá hỏng kim loại và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công

 Vật liệu gia công nguội dần khi hết xung Laze tác dụng.

 Vết tập trung có dạng bất kỳ, năng lượng đều hơn.

 Mất mát năng lượng nhiều, hiệu suất không cao

• Hình (11 – 23) hoặc ( 5 – 86 )

III- CÁC PHƯƠNG PHÁP TẬP TRUNG NĂNG LƯỢNG

a- Dùng thấu kính hội tụ:

 Vết tập trung có dạng tròn hoặc vệt dài do vậy có thể gia công lỗ các rãnh hẹp, hàn điểm

 Mật độ năng lượng phân bố không đều nên lỗ và rãnh dễ bị côn hoặc hẹp dần.

Hình (11-22 ) hoặc (5 – 85 )

b- Dùng hệ thống thấu kính có màn chắn

c- Sự phân bố năng lượng xem

Hình (11 – 24)

Hình 5 – 85: Tập trung laze bằng thấu kính

Hình 5 – 86: Tập trung laze bằng thấu kính có màn chắn

Hình 11 – 24: Sự phân bố mật độ năng lượng của chùm tia tại vị trí tác dụng

 Chiều dày kim loại hàn

 Kích thước mối hàn

 Tính nhiệt của vật liệu

 Năng lượng chùm tia và thời gian tồn tại của nó

 Vị trí mối hàn so với mặt phẳng tiêu của hệ tập

trung Laze

Hình (11 – 26 )

IV- PHẠM VI SỬ DỤNG GIA CÔNG LAZE.

1- Hàn kim loại bằng Laze.

 Hàn những mối hàn nhỏ

 Vùng xung quanh ít bị ảnh hưởng nhiệt

 Chất lượng hàn tuỳ thuộc:

2- Gia công lỗ nhỏ và rãnh hẹp

a- Kích thước lỗ chủ yếu phụ thuộc vào năng lượng chùm tia

E (J ) cụ thể:

 Tiêu cự của thấu kính F (mm).

 Vị trí mặt gia công và mặt phẳng tiêu ∆F (mm).

 Số lương xung Laze.

Hình (11 – 28 ).

Ví dụ:

Dùng một xung Laze gia công thép với năng lượng chùm tia E = 350J thì có thể gia công lỗ đạt chiều sâu Hmax = 12,7mm và D = 0,2 – 0,3 mm.

b- Hình dáng lỗ thường côn và phụ thuộc rất nhiều vào vị trí

mặt gia công và mặt phẳng tiêu ∆F (mm )

Hình ( 11 - 29 ).

c- Độ nhám bề mặt thường đạt Ra 2.5 - 0.32 đôi khi đạt Ra 0.16 d- Độ cứng tế vi bề mặt tăng cao gia công thép có thể đạt

6000N/mm chiều sâu bé (h≅ 32 µm).

e- Thời gian gia công ngắn nên năng suất cao

f- Có thể thực hiện trong không khí (Các phương pháp khác

khó thực hiện được).

g- Có thể gia công vật liệu phi kim loại.

Hình 11 – 29: Hình dáng lỗ thay đổi theo mặt phẳng tiêu cự

• GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM.

I- BẢN CHẤT VÀ SƠ ĐỒ GIA CÔNG

1- Là phương pháp gia công cơ

2- Dùng năng lượng va đập của một số rất lớn các hạt mài

có tần số cao lên mặt gia công để tách ra các hạt kim loại có kích thước vaiø µm Mật độ 3.10 4 - 10 5 hạt/cm 2 Với tần số va đập 18 – 25 KHz

3- Sơ đồ gia công

(Hình 11-30) hoặc (5 – 87) 4- Vật liệu dụng cụ thường làm bằng thép dụng cụ hoặc

thép hợp kim.

2- KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ &PHẠM VI SỬ DỤNG

1- Gia công được vật liệi kim loại phi kim loại và bán dẫn.

2- Khi chi tiết cố định thì gia công được lỗ (thông hoặc không thông), lỗ định hình thẳng hoặc cong, cắt rãnh hoặc cắt đứt.

3- Khi chi tiết có chuyển động phụ thì có thể thực hiện được các nguyên công: phay, mài, tiện, cắt đứt …

Hình 11 – 31 hoặc (5 – 88) 4- Độ mòn dụng cụ cao do vậy ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất và giá thành gia công (gia công thủy tinh dụng cụ mòn 1% - 1.5%; HKC 40% - 60% có khi đến 150% khối lượng kim loại bóc ra).

6- Hạt mài dùng nhiều lọai nhưng dùng lọai cacbit Bo sẽ cho năng suất cao nhất.

7- Chất lỏng được dùng có thể là nước, dầu madút, cồn, dầu biến thế… nhưng dùng nước cho năng suất cao hơn.

8- Gia công vật liệu càng dòn và kém bền thì năng suất càng cao như thủy tinh cho 9.000mm 3 /phút còn HKC chỉ đạt 200mm 3 /phút.

9- Chủ yếu gia công các bề mặt nhỏ và vật liệu rất cứng mà các biện pháp khác khó gia công.

5- Năng suất gia công phụ thuộc:

 Vật liệu gia công,ø dụng cụ và hình dáng dụng cụ

 Tần số , biên độ dao động của dụng cụ

 Aùp lực dụng cụ lên chi tiết gia công

 Tính chất và nồng độ hạt mài

 Tiết diện và chiều sâu cần gia công.

III- ĐỘ CHÍNH XÁC

• Tuỳ theo: Sự đồng nhất của hạt mài, dao động ngang của dụng cụ, chế độ gia công, độ mòn dụng cụ…Khi gia công có thể đạt:

 Gia công lỗ có thể đạt độ chính xác 0.05 – 0.01mm

 Trong quá trình gia công dụng cụ mòn cả ở mặt đầu và thành bên làm ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước,

 Dao động ngang của dụng cụ gây sai lệch cả kích thước và hình dáng

 Độ côn tuỳ theo độ mòn dụng cụ mà có thể đạt 1 0 /L = 5 – 10mm

 Độ nhám tuỳ thuộc hạt mài, dung dịch và vật liệu gia công đạt Rz12 –Ra0.2

• Bảng (5 – 6)