Bài Giảng Công Nghệ Chế Tạo Máy 2

- Mặt khác, khối lượng lao động lắp ráp cũng có liên quan chặt chẽ với quá trình thiết kế sản phẩm , viêc lắp ráp phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật do bản thiết kế đề ra, đảm bảo yêu c

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN

1 Tên học phần: Công nghệ Chế tạo máy 2a – Mã số:

2 Số tín chỉ: 02

3 Trình độ cho sinh viên năm thứ 5.

4 Phân bổ thời gian giảng dạy trong học kỳ: 2(2,1,4)/12

Số tiết thực lên lớp: 2 tiết/tuần x 15 tuần = 30 tiết

- Lý thuyết: 2 tiết/tuần x 11 tuần = 22 tiết chuẩn

- Bài tập, thảo luận: 2 tiết/tuần x 4 tuần = 8 tiết chuẩn

- Kiểm tra giữa kỳ: 2 tiết

- Thí nghiệm, thực hành:

Tổng số: 22 tiết chuẩn + 8 tiết chuẩn + 03 tiết = 33 tiết chuẩn

5 Các học phần học trước:

Nguyên lý và Dụng cụ cắt, Máy công cụ, Công nghệ Chế tạo máy 1a

6 Học phần thay thế, học phần tương đương: không

7 Mục tiêu của học phần:

Cung cấp cho người học những kiến thức về Công nghệ lắp ráp, TƯH, các phương pháp gia công mới, Công nghệ gia công trên máy điều khiển số, quản lý và đảm bảo chất lượng.v.v

8 Mô tả vắn tắt nội dung học phần:

Nội dung chính gồm các chương:

Chương 9: Công nghệ lắp ráp

Chương 10: Tối ưu hoá QTGC cắt gọt

Chương 11: Các phương pháp gia công tiên tiến

Chương 12: Công nghệ gia công trên máy CNC

Chương 13: Đảm bảo chất lượng sản phẩm trong chế tạo máy

Chương 14: Hướng phát triển của công nghệ chế tạo máy

9 Nhiệm vụ của sinh viên

1 Dự lớp ≥ 80 % tổng số thời lượng của học phần

2 Chuẩn bị thảo luận.: SV chuẩn bị ở nhà

3 Khác: Thực hành lập QTCN gia công trên trung tâm gia công đứng CNC tại TTTN Trường ĐH KTCN

4 - GS.TS Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB KHKT, Hà Nội.

- Sách tham khảo:

5 - TS Trần Minh Đức, Bài giảng Tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt, Bộ môn Chế tạo máy – Khoa Cơ khí – Trường ĐH KTCN, Thái Nguyên 2008

6 - Châu mạnh Lực (2001), Công nghệ gia công trên máy CNC, Đà Nẵng

7 - TS Nguyễn Quốc Tuấn, Bài giảng Các phương pháp gia công tiên tiến, Bộ môn Chế tạo máy – Khoa Cơ khí – Trường ĐH KTCN, Thái Nguyên 2008

8 – Y.C.Tam, CAM Training - The University of HONGKONG – 2007

9 B.H Amstead… , Manufacturing processes (seventh edition), John Wiley &

Sons, INC, USA 1977

10 Richard R Kibbe, Machine tool practices, Prentice Hall Ohio USA 1995

11 Steve F Krar, Technology of Machine Tools, New York 1995

11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên và thang điểm.

* Tiêu chuẩn đánh giá

- Thảo luận, bài tập: 10%

- Kiểm tra giữa học phần: 20%

Hìnhthức học

9.2.1 Phương pháp lắp lẫn hoàn toàn

9.2.2 Phương pháp lắp lẫn không hoàn toàn

9.2.3 Phương pháp lắp chọn

9.2.4 Phương pháp lắp sửa

9.4 Thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

9.4.1 Khái niệm và định nghĩa

9.4.2 Tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

9.4.3 Trình tự thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

9.4.4 Lập sơ đồ lắp

9.4.5 Kiểm tra chất lượng mối lắp

luận3-4 CHƯƠNG 10: TỐI ƯU HOÁ QUÁ TRÌNG GIA CÔNG

CẮT GỌT.

10.1 Khái niệm

10.1.1 Khái niệm về bài toán tối ưu

10.1.2 Khái niệm về tối ưu hoá QTGC cắt gọt

10.1.3 TƯH quá trình GC cắt gọt – một tất yếu khách

10.3 TƯH quá trình Tiện

10.3.1 Chỉ tiêu kỹ thuật về thời gian

10.3.2 Chi phí gia công khi tiện

10.3.2 Xác định chế độ cắt tối ưu khi tiện

10.3.4 Miền giới hạn khi tiện

1,2,3,5 Giảng

luận5- 8 CHƯƠNG 11: CÁC PP GIA CÔNG TIÊN TIẾN

11.1 Khái niệm & phân loại

11.2 Các phương pháp gia công theo nguyên lý cơ

11.2.1 Gia công bằng tia hạt mài - AJM

11.2.2 Gia công bằng tia nước và tia nước có hạt mài

11.2.3 Gia công bằng siêu âm - USM

11.3 Các phương pháp gia công theo nguyên lý điện

11.3.1 Gia công bằng điện hóa – ECM

11.3.2 Mài điện hóa - ECG

11.4 Các phương pháp gia công theo nguyên lý nhiệt

11.4.1 Gia công bằng xung điện – EDM

11.4.2 Gia công bằng laze - LBM

11.5 Các phương pháp gia công theo nguyên lý hóa

1,2,3,7,8,9,10,11

Giảng

Kiểm tra giữa kỳ

9-13 CHƯƠNG 12: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY

12.5 QTCN và PP thực hiện nguyên công trên máy CNC

12.6 Các mã lệnh cơ bản và lệnh chu trình trong một số hệ

điều khiển khác nhau

1,2,3,4,6,8,9,10,11

Giảng

luận

14 CHƯƠNG 13: ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG SẢN

PHẨM TRONG CHẾ TẠO MÁY

13.1 Khái niệm và các định nghĩa về chất lượng sản

phẩm

13.2 Những tính chất đặc trưng của CLSP công nghiệp.

1,2,3,4,6,8,9,10,11

Giảng

13.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

13.4 Một số nhận thức cần lưu ý về chất lượng sản phẩm

13.5 Các khái niệm và định nghĩa cơ bản về QLCL

13.6 Các nguyên tắc quản lý chất lượng

13.7 Chức năng của quản lý chất lượng

13.8 Một số phương pháp quản lý chất lượng

13.9 Quản lý CLSP theo mô hình tiêu chuẩn ISO

14.1 Gia công tốc độ cao

14.2 Công nghệ bôi trơn, làm nguội tối thiểu

14.3 Sử dụng máy CNC

14.4 Hệ thống sản suất linh hoạt FMS

14.5 Hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính

13 Thực hành (3 tiết).

- Lập QTCN gia công trên trung tâm gia công đứng CNC

14 Thí nghiệm (5 tiết).

- Bài số 1: Hệ thống sản xuất linh hoạt

Giáo viên giảng dạy

Th.S Phạm Ngọc Duy – Bm Chế tạo máy – K.Cơ khí – ĐH KTCNTN

ĐT 0977008004 – Email: Phamduytnut@gmail.com

CHƯƠNG 9 CÔNG NGHỆ LẮP RÁP 9.1 Khái niệm về công nghệ lắp ráp

9.1.1.Vị trí và nhiệm vụ của công nghệ lắp ráp

a/ Vị trí

- Một sản phẩm cơ khí thường gồm nhiều chi tiết hợp thành Sau quá trình gia công cơ, các chi tiết được lắp ráp với nhau tạo thành sản phẩm cơ khí hoàn chỉnh Nếu quá trình gia công cơ khí là giai đoạn chủ yếu của qúa trình sản xuất thì quá trình lắp ráp là giai đoạn cuối của quy trình sản xuất ấy Quá trình lắp ráp

lá quá trình lao động kỹ thuật phức tạp, nó có liên quan chặt chẽ tới quá trình gia công cơ và quá trình thiết kế sản phẩm

- Khối lượng lao động lắp ráp thường chiếm từ 10-15% khối lượng gia công cơ trong sản xuất loạt lớn hàng khối, 20-35% trong sản xuất hàng loạt, 30-45% trong sản xuất đơn chiếc

- Mặt khác, khối lượng lao động lắp ráp cũng có liên quan chặt chẽ với quá trình thiết kế sản phẩm , viêc lắp ráp phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật do bản thiết kế đề ra, đảm bảo yêu cầu của các mối ghép, yêu cầu về độ chính xác về truyền động Vì vậy, nếu thiết kế hợp lý thì khối lượng lao động lắp ráp sẽ giảm Nói chung, công nghệ lắp ráp là khâu cơ bản, trong những trường hợp đó nó quyết định tới chất lượng sản phẩm

Ví dụ: Mối ghép có độ dôi, nếu công nghệ lắp ráp hoàn thiện thì mối ghép chất lượng tốt, độ kín khít cao

b/ Nhiệm vụ

- Nhiệm vụ của công nghệ lắp ráp là căn cứ vào những điều kiện kỹ thuật của bản vẽ lắp sản phẩm mà thiết kế qui trình công nghệ lắp ráp hợp lý

* Yêu cầu

Công nghệ lắp ráp cần thoả mãn 2 yêu cầu sau:

- Đảm bảo tính năng kỹ thuật theo yêu cầu nghiệm thu sản phẩm

- Nâng cao năng suất lắp ráp, hạ giá thành sản phẩm

* Để đạt được các yêu cầu trên, cần phải giải quyết các vấn đề sau:

- Nghiên cứu kỹ yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, nắm vững nguyên lý hình thành chuỗi kích thước lắp ráp, lựa chọn phương pháp lắp ráp hợp lý

- Nắm vững công nghệ lắp ráp, sử dụng hợp lý các trang bị, đồ gá, dụng cụ kiểm, để giảm sức lao động và nâng cao năng suất, chất lượng lắp ráp.

9.1.2 Phân loại các mối lắp

a Mối lắp cố định

- Là mối lắp mà vị trí tương đối giữa các chi tiết trong quá trình làm việc không thay đổi

- Trong mối lắp cố định chia 2 loại:

+ Mối lắp cố định tháo được, ví dụ: bu lông, ốc vít, chêm chốt, then

+ Mối lắp không tháo được, ví dụ: hàn, định tán, dán,

+ Mối lắp di động không tháo được, ví dụ:Vòng bi cầu

Sơ đồ phân loại mối lắp

Hình 9.1 Phân loại mối lắp

+ Do ứng suất xuất hiện trong quá trình lắp gây lên sự dịch chuyển vị trí giữa các chi tiết.

+ Do thực hiện quá trình lắp và kiểm tra không chính xác

* Để đảm bảo độ chính xác lắp ráp, phải đạt được 3 yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo tính chất của từng mối lắp theo yêu cầu của thiết kế

- Phải đảm bảo mối quan hệ giữa các khâu trong chuỗi kích thước lắp ráp để đạt được tính năng và độ ổn định của máy

- Cần tìm cách giảm khe hở ban đầu của các mối lắp Với các mối lắp có yêu cầu cao, nên chọn phương pháp lắp điều chỉnh để có thể hiệu chỉnh vị trí khi chi tiết mòn trong quá trình làm việc

9.2 Các phương pháp lắp ráp

9.2.1 Phương pháp lắp lẫn hoàn toàn

* Nếu lấy một chi tiết bất kỳ lắp vào vị trí của nó trong sản phẩm mà không cần phải sửa chữa hoặc điều chỉnh mà vẫn đảm bảo mọi yêu cầu theo thiết kế thì gọi

là lắp lẫn hoàn toàn

* Ưu điểm:

- Đơn giản, cho năng suất lắp ráp cao, không đòi hỏi công nhân có trình độ cao,

có thể xây dựng định mức nhanh chóng và chính xác

- Dễ cơ khí hoá và tự động hoá

- Rất thuận tiện trong quá trình sửa chữa và sẵn có chi tiết thay thế

*Nhược điểm:

- Giả sử trong chuỗi lắp ráp có n khâu và các khâu có dung sai bằng nhau TAi

Do đó dung sai của khâu khép kín là:

TA Σ=n 1 Ai

1

i Ai

T ) 1 n (

* Phạm vi áp dụng:

- Phương pháp lắp ráp này thường được sử dụng trong sản xuất loạt lớn hàng khối

9.2.2 Phương pháp lắp lẫn không hoàn toàn.

* Thực chất của phương pháp này là cho phép mở rộng dung sai của các khâu thành phần trong chuỗi kích thước lắp ráp để dễ chế tạo Trong quá trình lắp ráp vẫn phải đảm bảo các yêu cầu thiết kế đã đề ra

- Giả sử chuỗi kích thước lắp ráp gồm 3 khâu:

A1+A2- AΣ=0

Giả sử TA1=TA2:

⇒ TAΣ=2TA1

Hình 9.2 Miền phân tán của khâu thành phần và khâu khép kín

Giả sử miền phân bố kích thước trùng với miền dung sai ⇒ Dung sai khâu khép kín bằng tổng dung sai hai bên

- Mở rộng miền dung sai khâu thành phần Giả sử mở rộng ra hai phía gấp đôi

⇒ Dung sai khâu khép kín tăng, xuất hiện phế phẩm nhưng có tỉ lệ rất nhỏ

* Nhược: Như vậy ở phương pháp này người ta phải chấp nhận một tỷ lệ phế phẩm nhất định Tỉ lệ này phụ thuộc rất nhiều vào dạng đường cong phân bố

* Phạm vi áp dụng: Phương pháp này có thể áp dụng cho các sản phẩm có độ chính xác cao và số khâu thành phần nhiều.

9.2.3 Phương pháp chọn lắp.

* Trong nhiều trường hợp, khi dung sai yêu cầu của khâu khép kín quá cao, đòi hỏi dung sai các khâu thành phàn quá bé, việc chế tạo gặp nhiều khó khăn Để chế tạo dễ dàng hơn, người ta mở rộng miền dung sai của các khâu thành phần Còn để đảm bảo độ chính xác lắp ráp của khâu khép kín, người

ta chọn các chi tiết có kích thước phù hợp lắp với nhau

* Có 2 phương pháp chọn lắp:

- Chọn lắp thường bước: ở phương pháp này, người ta đo kích thước của một

chi tiết rồi căn cứ vào yêu cầu của mối lắp để xác định kích thước cần lắp với

nó, sau đó chọn các chi tiết lắp có kích thước đã xác định ở trên Nhược điểm của phương pháp này là mất nhiều thời gian,

-Chọn lắp theo nhóm: Theo phương pháp này, loạt chi tiết sau khi chế tạo với

miền dung sai đã được mở rộng, trước khi lắp, người ta đo kích thước của chúng Tuỳ theo yêu cầu của mối lắp, phân các chi tiết đó thành từng nhóm nhỏ Lượng dao động kích thước trong từng nhóm phù hợp với yêu cầu của mối lắp Khi lắp ráp người ta lắp các chi tiết trong các nhóm tương ứng với nhau

Hình 9.3 Miền phân tán kích thước của các khâu thành phần trong pp chọn lắp

Ví dụ: Cần đảm bảo khe hở nhỏ nhất Smin=5µm, khe hở lớn nhất Smax=15µm trong mối ghép hình trụ trơn có kích thước danh nghĩa φ30 Sử dụng phương pháp chọn lắp Mở rộng miền dung sai trục và dung sai lỗ gấp 5 lần, sau đó người ta chế tạo kích thước trục và kích thước lỗ theo dung sai đã được mở rộng Sau khi chế tạo, phân thành 3 nhóm trục và 3 nhóm lỗ Rồi tiến hành lắp các nhóm trục và lỗ tương ứng: 1-1’,2-2’,3-3’

do luật phân bố của các loạt chi tiết không hoàn toàn giống nhau

Ví dụ: Để đảm bảo độ đồng tâm giữa tâm ụ động với tâm trục chính của máy

tiện theo phương thẳng đứng, người ta lựa chọn phương pháp lắp sửa

- Khi lựa chọn phương pháp lắp sửa, cần chú ý các vấn đề sau:

+ Không chọn khâu bồi thường là khâu chung của chuỗi kích thước quan hệ + Xác định lượng dư cần cạo sửa của khâu bồi thường một cách hợp lý

9.2.5 Phương pháp lắp điều chỉnh

- Về bản chất, phương pháp lắp điều chỉnh tương tự như phương pháp lắp sửa Nghĩa là người ta mở rộng dung sai các khâu thành phần trong chuỗi lắp ráp để dễ chế tạo, còn để đạt được yêu cầu của khâu khép kín, người ta tiến hành điều chỉnh một khâu nào đó, khâu đó gọi là khâu điều chỉnh

- Các kết cấu điều chỉnh thông thường là các kết cấu ren vít, chêm, bề mặt lệch tâm hoặc các vòng đệm có chiều dày khác nhau Nó cũng có thể là các chi tiết đàn hồi.

-Ưu điểm của phương pháp này là đạt được độ chính xác cao của khâu khép kín, đồng thời có khả năng điều chỉnh vị trí của các chi tiết sau một quá trình

- Độ chính xác của các chi tiết

- Tính chất của các mối lắp, phương pháp lắp ráp

-Đòi hỏi có mặt bằng diện tích lớn

- Công nhân cần có trình độ cao, có tính vạn năng cao

- Chu kỳ lắp ráp kéo dài nên năng suất thấp

* Phạm vi áp dụng

- Thường sử dụng khi lắp ráp các máy hạng nặng Nó cũng được áp dụng trong sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ

b/ Lắp ráp cố định phân tán.

- Là hình thức tổ chức lắp ráp mà các bộ phận của sản phẩm được lắp ráp tại nhiều địa điểm, sau đó các bộ phận đó được lắp ráp thành sản phẩm hoàn chỉnh tại một địa điểm nhất định.

- So với hình thức trên thì hình thức tổ chức lắp ráp này có năng suất cao hơn thợ lắp ráp không đòi hỏi có tính vạn năng cao Hình thức này phù hợp với các sản phẩm phức tạp, nó thường dùng trong các nhà máy cơ khí quy

mô sản suất trung bình

9.3.2 Lắp ráp di động

- Ở hình thức này, đối tượng lắp được di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác phù hợp với quy trình lắp ráp Ở mỗi vị trí lắp ráp, đối tượng được thực hiện 1 nguyên công lắp ráp nhất định Theo tính chất di động của đối tượng lắp, người ta phân ra làm 2 loại:

a Lắp ráp di động tự do

- Ở hình thức này, tại mỗi vị trí lắp thực hiện hoàn chỉnh một nguyên công lắp ráp, sau đó đối tượng láp mới được di chuyển đến vị trí tiếp theo ( thời gian mỗi nguyên công phụ thuộc vào công việc ở nguyên công đó)

- Việc di chuyển các đối tượng lắp được thực hiện bằng các phương tiện như

xe đẩy, cầu trục,

b Lắp ráp di động cưỡng bức.

- Là hình thức tổ chức lắp ráp mà quá trình di động đối tượng được điều khiển thống nhất phù hợp với nhịp của chu kỳ lắp Việc di chuyển các đối tượng lắp được thực hiện nhờ băng tải, xích tải, bàn quay,

Theo hình thức di động này người ta chia ra:

+ Lắp ráp di động cưỡng bức liên tục: Đối tượng lắp được di chuyển liên tục

và công nhân thực hiện các thao tác lắp trong khi đối tượng đang di chuyển

Vì vậy, ở hình thức này cần phải xác định vận tốc di chuyển của đối tượng một cách hợp lý để có thể hoàn thành công việc lắp

+ Lắp ráp di động cưỡng bức gián đoạn: Là phương pháp lắp ráp mà đối

tượng lắp dừng lại ở các vị trí lắp trong một khoảng thời gian xác định để công nhân thực hiện nguyên công lắp ráp, sau đó đối tượng tiếp tục di chuyển tới vị trí tiếp theo Tổng thời gian dừng và thời gian di chuyển phù hợp với nhịp của

9.3.3 Lắp ráp dây chuyền

- Là hình thức lắp ráp trong đó sản phẩm lắp được thực hiện một cách kiên tục qua các vị trí lắp ráp trong một khoảng thời gian xác định Trong lắp ráp dây chuyền, đối tượng lắp có thể di động cưỡng bức liên tục hay cưỡng bức gián đoạn Để thực hiện lắp ráp dây chuyền cần đảm bảo các điều kiện sau:+ Các chi tiết lắp ráp phải đảm bảo điều kiện lắp lẫn hoàn toàn

+ Cần phân chia quá trình lắp ráp thành các nguyên công sao cho thời gian tại mỗi nguyên công bằng nhau hoặc là bội số của nhau để đảm bảo tính đồng bộ của dây chuyền lắp ráp, xác định số lượng công nhân có trình độ phù hợp, lựa chọn trang thiết bị, đồ gá,

- Ưu điểm lắp ráp dây chuyền:

+ Năng suất cao

+ Mặt bằng nhỏ gọn

+ Công nhân có trình độ chuyên môn hoá cao

9.4 Thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

9.4.1 Khái niệm và định nghĩa

- Quá trình CN lắp ráp cũng chia thành các nguyên công, bước và động tác

a Nguyên công lắp ráp

- Nguyên công lắp ráp là một phần của quá trình lắp ráp được hoàn thành liên tục đối với một bộ phận hay sản phẩm tại một chỗ làm việc nhất định do một hay một nhóm công nhân thực hiện

b Bước lắp ráp

- Bước lắp ráp là một phần của nguyên công được quy định bởi sự không thay đổi vị trí của dụng cụ lắp

c Động tác: Là thao tác của công nhân

thực hiện công việc lắp ráp

Ví dụ: Nguyên công lắp bánh đai lên trục

Bước 1 lắp then nên trục

Bước 2 lắp bánh đai

Bước 3 Lắp vít hãm

Hình 9.4 Bv lắp bánh đai lên trục

9.4.2 Những tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình CN lắp ráp

1/ Bản vẽ lắp chung toàn bộ sản phẩm với đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật

2/ Bản kê đầy đủ các chi tiết

3/ Bản thuyết minh về đặc tính của sản phẩm

4/ Các yêu cầu kỹ thuật khi nghiệm thu, các yêu cầu đặc biệt khi lắp

5/ Sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm

6/ Điều kiện cụ thể về trang thiết bị lắp ráp

9.4.3 Trình tự thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp

1 Nghiên cứu bản vẽ lắp sản phẩm

2 Chọn phương pháp lắp

3 Lập sơ đồ lắp

4 Chọn hình thức tổ chức lắp ráp, lập quy trình công nghệ lắp

5 Xác định nội dung công việc cho từng nguyên công và bước lắp ráp

6 Xác định điều kiện kĩ thuật cho các mối lắp, cụm lắp ghép

7 Chọn dụng cụ, đồ gá

9.4.4 Lập sơ đồ lắp ráp

Trong một sản phẩm thường có nhiều bộ phận, mỗi bộ phận có nhiều cụm, mỗi cụm chia thành nhiều nhóm, mỗi nhóm gồm nhiều chi tiết hợp thành Mỗi nhóm chia nhỏ

đó được gọi là một đơn vị lắp

Trong mỗi đơn vị lắp thường có một chi tiết cơ sở Chi tiết cơ sở là chi tiết mà trong quá trình lắp ráp người ta sẽ lắp các chi tiết khác trên nó

Sau khi xác định chi tiết cơ sở người ta tiến hành xây dựng sơ đồ lắp, trong số các chi tiết của một đơn vị lắp người ta tìm một đơn vị lắp các chi tiết khác nên chi tiết cơ

sở theo một thứ tự xác định

* Khi lập hồ sơ lắp cần chú ý:

- Ko chênh lệch nhau quá lớn về số lượng chi tiết lắp, trọng lượng k/thước của chúng

- Chọn đơn vị lắp sao cho khi lắp thuận lợi nhất

- Bộ phận nào cần kiểm tra nên tách riêng để dễ dàng kiểm tra

9.4.5 Kiểm tra chất lượng lắp ráp

Trong quá trình lắp ráp sản phẩm có thể có những sai lệch do các nguyên nhân sau.+ Xác định khe hở của các mối lắp không chính xác

+ Điều chỉnh vị trí tương quan của các chi tiết lắp không đối xứng

+ Lực tác dụng, lực kẹp làm biến dạng

+ Tác động trong quá trình vận chuyển làm biến dạng gây ra thay đổi vị trí của chi tiết

và chất lượng sản phẩm

a Kiểm tra chất lượng mối lắp

Tuỳ theo mức độ phức tạp của sản phẩm mà có thể bố trí các nguyên công kiểm tra trung gian trong dây truyền lắp ráp, thông thường bố trí ở những vị trí gây sai lệch, đối với các mối lắp quan trọng thường phải kiểm tra 100% Với các mối lắp không quan trọng có thể kiểm tra định kỳ sau từng công đoạn lắp ráp Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật của mối lắp và điều kiện sản xuất có thể áp dụng các phương pháp sau đây

1 Kiểm tra trực tiếp: Chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của công nhân để đánh giá chất

luợng mối lắp (dùng bằng mắt, tai nghe)

Phương pháp này có năng suất cao nhưng có các nhược điểm sau:

+ Độ chính xác thấp, chất lượng không đều

+ Kết quả kiểm tra mang tính chất định tính không phải định lượng, áp dụng cho sản xuất nhỏ, mối ghép không quan trọng

2 Kiểm tra cơ khí: Là phương pháp kiểm tra có dụng cụ cơ khí để đo lường hoặc đánh

giá chất lượng mối ghép (dụng cụ đo vạn năng, căn mẫu)

Phương pháp này cho ta biết giá trị định lượng mối lắp Thường áp dụng trong sản xuất hàng loạt

3 Kiểm tra tự động.

Việc kiểm tra chất lượng lắp ráp được tự động hoá nhờ các thiết bị chuyên dùng Phương pháp này đạt độ chính xác cao, thường dùng trong lắp ráp dây truyền và lắp ráp tự động

b Cân bằng máy.

Những thiết bị có các bộ phận chuyển động quay nếu không cân bằng trong quá trình làm việc sẽ phát sinh lực toán tính li tâm hay các ngẫu lực gây lên dung động làm giảm độ chính xác và giảm tuổi thọ của thiết bị Vì vậy cân bằng máy là công việc cần thiết trong vấn đề lắp ráp Có hai biện pháp cân bằng là cân bằng tĩnh và cân bằng động

1.Cân bằng tĩnh.

2.Cân bằng động.

c Kiểm tra chất lượng sản phẩm.

1 Kiểm tra các thông số hình học: Là việc kiểm tra chính xác về vị trí tương quan

giữa các chi tiết và bộ phận máy

2 Kiểm tra động học: Là kiểm tra độ chính xác của từng bộ phận hay của toàn máy

3 Kiểm tra lực học: Là kiểm tra sự làm việc có tải của thiết bị trong điều kiện làm việc

của chúng với công thức toàn phần

CHƯƠNG 10 : TỐI ƯU HOÁ QUÁ TRÌNG GIA CÔNG CẮT GỌT

10.1 Khái niệm

10.1.1 Khái niệm về bài toán tối ưu.

* Bài toán tối ưu hóa tổng quát:

y = f (x) → max (min) (10.1)Với các điều kiện:

gi (x) ( ≤, = , ≥ ) bi , i = 1, , m (10.2)

x ∈ X ⊂ Rn (10.3)Bài toán (10.1) ÷ (10.3) được gọi là một quy hoạch, hàm f(x) được gọi là hàm mục tiêu, các hàm gi(x), i = 1, , m được gọi là các hàm ràng buộc, mỗi đẳng thức hoặc bất đẳng thức trong (10.2) được gọi là một ràng buộc Tập hợp:

D = {x ∈ X | gi(x) ( ≤, = , ≥ ) bi , i = 1, , m } (10.4)

Được gọi là miền ràng buộc (hay miền chấp nhận được)

Mỗi điểm x = ( x1,x2, , xn) ∈ D được gọi là một phương án

Một phương án X*∈ D đạt cực đại (hay cực tiểu) của hàm mục tiêu, cụ thể là:f(x*) ≥ f (x) , ∀x ∈D (Đối với bài toán max)

f(x*) ≤ f (x) , ∀x ∈D (Đối với bài toán min)

Được gọi là phương án tối ưu Khi đó giá trị f(x*) được gọi là giá trị tối ưu của bài toán

* Phân loại bài toán:

- Quy hoạch tuyến tính (QHTT)

- Quy hoạch tham số

- Quy hoạch động

- Quy hoạch phi tuyến

- Quy hoạch rời rạc

- Quy hoạch đa mục tiêu

* Các bước giải bài toán tối ưu:

- Xây dựng hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc

- Giải bài toán

- Biện luận kết quả

Tối ưu hoá QTGC cắt gọt là phương pháp nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu kinh tế với các thông số của chế độ gia công ứng với một hệ thống các giới hạn về chất lượng, kỹ thuật và tổ chức của nhà máy.

Như vậy, thực chất của việc xác định chế độ cắt tối ưu là giải bài toán tìm cực trị trong đó ít nhất có một điều kiện biên là một bất phương trình Quá trình đó bào gồm 3 bước sau đây:

- Xây dựng hàm mục tiêu

- Xây dựng miền giới hạn của bài toán

- Giải và biện luận kết quả

Trong thực tế, hiện nay tồn tại hai dạng bài toán tối ưu: tối ưu hoá tĩnh và tối ưu hoá động

10.1.3 TƯH quá trình gia công cắt gọt – một tất yếu khách quan.

Trong chế tạo cơ khí, gia công cắt gọt là phương pháp được áp dụng và chiếm tỷ lệ cao nhất so với các phương pháp gia công khác Do đó, nghiên cứu tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt sẽ góp phần rất lớn vào việc nâng cao hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của quá trình chế tạo cơ khí

Do sự phát triển không ngừng của khoa học - công nghệ mà các yếu tố liên quan đến quá trình cắt luôn luôn phát triển và thay đổi theo hướng tích cực

a Sự ra đời của các thiết bị gia công cắt gọt hiện đại.

Ngày nay các máy công cụ hiện đại được sử dụng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy chúng có những đặc điểm sau:

- Mức độ tự động hoá rất cao

- Có khả năng tạo hình các bề mặt rất phức tạp

- Đạt độ chính xác gia công cao

- Năng suất cao

- Giá thành máy cao, vốn đầu tư cho thiết bị rất lớn

⇒ Việc khai thác, sử dụng các máy chỉ có hiệu quả khi máy được làm việc với chế độ công nghệ tối ưu

b Sự xuất hiện của các loại vật liệu gia công mới

Để nâng cao chất lượng các sản phẩm cơ khí, một trong những hướng công nghệ rất hiệu quả là sử dụng các loại vật liệu mới như:

- Vật liệu có độ bền cao

- Vật liệu có độ cứng cao

Nhìn chung các loại vật liệu này khó gia công, công nghệ gia công cắt gọt các loại vật liệu này chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ và toàn diện nên chế độ công nghệ gia công các loại vật liệu này chưa có trong các sổ tay ⇒ Phải tính toán.

c Sự ra đời của các loại vật liệu dụng cụ cắt mới

Để nâng cao năng suất, chất lượng quá trình cắt gọt, có các hướng cơ bản:

- Nâng cao chất lượng các loại vật liệu dụng cụ cắt truyền thống

- Sử dụng các loại vật liệu dụng cụ mới

- Phủ bề mặt

- Liên tục cải tiến kết cấu dụng cụ, kết cấu và các thông số hình học phần cắt.+ Nâng cao chất lượng các loại vật liệu dụng cụ

* Hợp kim cứng ( HKC)

Thường dùng hai nhóm chính là BK và TK Để nâng cao chất lượng thường:

- Cải tiến công nghệ chế tạo vật liệu để làm thay đổi cấu trúc tế vi của vật liệu ⇒ nâng cao tính gọt của dụng cụ

Ví du: BK6 có kích thước hạt WC là 2 ÷ 5 µm thì có độ cứng HRA = 89,5 σb =

- Thêm vào HKC một số các bít như các bít Hafini HfC, các bít Ziriconi ZC

* Các loại thép gió mới

Trên cơ sở các loại thép gió P18, P9 người ta hợp kim hoá để tạo các loại thép gió mới

- Thép dụng cụ hợp kim hoá Côban: P9K5, P9K10, P6M5K8, P10φ5K5

- Thép dụng cụ có thành phần Vanađi cao: P9φ5, P6M5φ3

+ Vật liệu dụng cụ mới

* Vật liệu gốm

Vật liệu gốm dã được sử dụng rộng rãi để chế tạo dụng cụ cắt

- Độ cứng cao

- Độ bền nhiệt cao

- Độ dai va đập thấp

* Kim cương đa tinh thể (PKD)

* Nitơrít bo lập thể (Cubic Bonitrit CBN)

CBN có cấu trúc mạng lập phương thể tâm không tồn tại ở dạng tự nhiên mà được tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất cao (nhiệt độ từ 1800o ÷2700oC, áp suất từ 5000 ÷ 9000MPa).

CBN có độ cứng thấp hơn PKD nhưng có độ bền nhiệt cao (≤ 14000C) và trơ về mặt hoá học đối với các vật liệu có chứa sắt, do đó được dùng trước hết để gia công các loại thép hợp kim cao và các loại gang

+ Công nghệ phủ

* Phủ là phương pháp tạo ra trên bề mặt chi tiết (vật liệu nền) một hoặc nhiều lớp chức năng có giá trị sử dụng cao nhằm:

- Nâng cao khả năng chống ăn mòn hoá học,

- Cải thiện tính chất ma sát, nâng cao khả năng chống mài mòn,

- Điều chỉnh được các tính chất vật lý cũng như hoá học đặc biệt như nâng cao tính cách điện hoặc dẫn điễn của chi tiết

- Trang trí với các tác dụng đặc biệt

* TiN là vật liệu thông dụng nhất để phủ dụng cụ cắt Lớp phủ TiN có độ cứng cao, độ bền nhiệt cao Hợp kim cứng phủ TiN được dùng để gia công các loại hợp kim thấp và hợp kim cao với tốc độ cắt trung bình và cao

* Titan cacbonnitrit (TiCN) có thêm nguyên tử cacbon trong mạng Vì vậy, so với TiN, TiCN có độ cứng cao hơn TiCN dùng để gia công thép với tốc độ thấp

* TiTan Aluminium nitrit (TiAlN) có độ cứng cao hệ số ma sátt thấp tính dẫn nhiệt rất thấp do đó dụng cụ cắt với lớp phủ bằng TiAlN có thể làm việc với tốc độ cao hơn từ 20-50% so với dụng cụ cắt có lớp phủ TiN Đặc biệt dụng cụ cắt phủ TiAlN rất thích hợp với gia công thô

* Diamant để phủ có dạng đa tinh thể với kích thước hạt thích hợp từ 3-6µm Vì vậy, chiều dày lớp phủ diamant phải nhỏ hơn 6µm Do đó, độ cứng rất cao và tính đẫn nhiệt lớn nên dụng cụ cắt phủ diamant để gia công kim loại màu và hợp kim của chúng như nhôm và hợp kim nhôm, đồng và hợp kim đồng, gỗ, kêramik cũng như các vật liệu nhân tạo, vật liệu có tăng cường sợi Dụng cụ cắt có lớp phủ diamant không thích hợp với gia công thép

* Ngày nay, người ta thường phủ dụng cụ cắt nhiều lớp (có thể tới 10 lớp mỗi lớp dày 0,2µm) với thành phần khác nhau từ các vật liệu TiN, TiC, TiCN hoặc TiAlN để giảm ma sát ngăn cản sự khuếch tán để có thể cắt với tốc độ cắt lớn

* Hướng phát triển của vật liệu dụng cụ cắt lý tưởng như hình 10.1

Hình 10.1 Hướng pát triển của vật liệu dụng cụ cắt.

+ Các tiến bộ về kết cấu dụng cụ

d Các thành tựu về công nghệ bôi trơn - làm nguội.

* Các phương án bôi trơn - làm nguội như hình 10.2

Hình 10.2 Các phương pháp bôi trơn – làm nguội.

* Do những ưu điểm trên nên từ những năm 90 của thế kỷ XX, ở các nước công nghiệp phát triển người ta đã tiến hành nghiên cứu và thu được nhiều kết quả khả quan Cho đến nay công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu vẫn đang được hoàn thiện và đang áp dụng rộng rãi trong gia công cắt gọt ở các nước công nghiệp tiên tiến

* Ngoài ra, người ta còn phối hợp sử dụng các dụng cụ cắt có các lớp phủ khác nhau với công nghệ bôi trơn - làm nguội tối thiểu trong quá trình gia công cắt gọt để nâng cao để nâng cao tuổi bền của dụng cụ cắt.

e Gia công cắt gọt với tốc độ cao

* Gia công tốc độ cao là gia công với tốc độ cắt lớn gấp 5÷10 tốc độ cắt bình thường

* Đặc điểm gia công ở tốc độ cao như hình 10.3

Hình 10.3 Các đặc điểm của cắt ở tốc độ cao.

* Trong 10 năm trở lại đây, do các tiến bộ của công nghệ chế tạo dụng cụ cắt lên công nghệ gia công ở tốc độ cao được áp dụng rộng rãi trong sản xuất đặc biệt là công nghệ chế tạo khuôn mẫu

KẾT LUẬN: TƯH chế độ cắt là tất yếu, khách quan

10.1.4 Các phương pháp TƯH quá trình GC cắt gọt.

a Tối ưu hoá tĩnh.

Tối ưu hoá tĩnh là quá trình nghiên cứu và giải quyết bài toán xác định chế độ cắt tối ưu dựa trên mô hình tĩnh của quá trình gia công

Nhược điểm cơ bản của phương pháp tối ưu hoá tĩnh là không chú ý tới động lực học của quá trình cắt, nghĩa là không chú ý tới các đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian như:

- Độ cứng vật liệu gia công không đồng nhất

- Lượng dư gia công không đồng đều

- Lượng mòn của dao thay đổi theo thời gian

Sau khi xác định được các thông số cắt hợp lý người ta tiến hành điều chỉnh máy làm việc theo các thông số đó Trong quá trình làm việc các thông số bày không được điều chỉnh lại

Do các đặc điểm trên đây nên tối ưu hoá tĩnh chưa giải quyết vấn đề thật triệt để Mặc dù vậy, ngày nay tối ưu hoá tĩnh vẫn được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi vì phương pháp nghiên cứu đơn giản, không cần tới đo lường chủ động mà vẫn đảm bảo được tính hiệu quả.

b Tối ưu hoá động.

Tối ưu hoá động (còn gọi là tối ưu hoá trong quá trình cắt gọt) là quá trình nghiên cứu dựa trên mô hình động của quá trình cắt, do đó trong quá trình nghiên cứu có chú ý tới các đặc điểm mang tính ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian như lượng

dư không đều, độ cứng vật liệu không đồng nhất, lượng mòn của dao thay đổi theo thời gian

Theo hình 10.4, trong quá trình cắt người ta đo các đại lượng xuất hiện trong quá trình gia công như kích thước, chiều cao nhấp nhô bề mặt, sai số hình dạng của bề mặt gia công, độ mòn dao, lực cắt, nhiệt cắt, rung động của hệ thống công nghê Sau đó bộ phận xử lý nhanh chóng xác định ngay chế độ cắt tối ưu và chuyển kết quả cho bộ phận điều khiển để tiến hành tự động điều chỉnh máy làm việc theo chế độ công nghệ tối ưu tương ứng với thời điểm đó

Hình 10.4 Sơ đồ nghiên cứu tối ưu hoá động khi tiện.

Trong quá trình làm việc mặc dù xuất hiện các yếu tố ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian như: độ cứng vật liệu cũng như lượng dư gia công không đồng đều, lượng mòn của dao thay đổi theo thời gian nhưng nhờ có các tín hiệu do hệ thống đo lường chủ động cung cấp, hệ thống xử lý nhanh luôn xác định được chế độ cắt hợp lý ở các thời điểm tương ứng để cung cấp kịp thời cho hệ thống điều khiển tự động đảm bảo cho máy luôn luôn làm việc với chế độ tối ưu

Như vậy, khác với tối ưu hoá tĩnh, ở tối ưu hoá động chế độ gia công chẳng những được điều chỉnh trước mà còn được tự động điều chỉnh ngay trong quá trình cắt

Tối ưu hoá động giải quyết vấn đề triệt để hơn so với tối ưu hoá tĩnh nhưng cũng

động và điều khiển thích nghi Tuy nhiên, do tính hiệu quả của nó, tối ưu hoá động sẽ được phát triển rất mạnh trong thế kỷ 21 này.

10.2 Cơ sở kinh tế – kỹ thuật của TƯH quá trình gia công cắt gọt.

Để điều khiển được quá trình gia công một cách kinh tế nhất trên cơ sở đảm bảo được độ chính xác yêu cầu cần phải xây dựng được các mô hình của các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt Mô hình lực tạo phoi và mô hình mài mòn dụng cụ cắt là hai mô hình quan trọng nhất trong các mô hình đó Dựa trên mô hình lực tạo phoi người ta xác định được yêu cầu về năng lượng và tính chất biến dạng của hệ thống công nghệ Dựa trên mô hình mài mòn sẽ xác định được tuổi bền của dụng cụ, từ đó xác định được các thông số công nghệ hợp lí trong quá trình gia công

Thông thường người ta sử dụng hai phương pháp sau đây để xây dựng các mô hình dưới dạng các biểu thức giải tích:

- Phương pháp thứ nhất: Dựa trên các tiên đề rồi dùng phương pháp diễn giải để

mô tả cơ chế tác động cơ lý của quá trình tạo phoi, từ đó rút ra các biểu thức giải tích

mô tả các đại lượng xuất hiện trong và sau quá trình cắt Khi sử dụng phương pháp này người ta phải đơn giản hoá các điều kiện biên của bài toán, ví dụ phải giả thiết rằng vật liệu luôn đồng nhất và đẳng hướng, do đó độ chính xác của mô hình đạt được thấp

- Phương pháp thứ hai: Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lí thuyết qui hoạch thực nghiệm kết hợp với xử lý số liệu theo phương pháp thống kê để rút ra các

mô hình Nhược điểm của phương pháp này là mô hình không mang tính tổng quát mà chỉ có giá trị tương ứng với các điều kiện công nghệ cụ thể nhưng lại có ưu điểm là đạt được độ chính xác cao và dễ áp dụng vào thực tiễn sản xuất Đặc biệt, do sự tiến bộ của công nghệ đo lường và công nghệ thông tin, thời gian thí nghiệm và xử lý số liệu rút ngắn đáng kể, vì vậy phương pháp này vừa đảm bảo tính kinh tế trong quá trình nghiên cứu vừa đạt được độ chính xác cao và dễ triển khai áp dụng vào sản xuất Do đó, hiện nay phương pháp này chẳng những được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu công nghệ cắt gọt mà còn được sử dụng rộng rãi cho việc nghiên cứu trong các lĩnh vực khác

Mô hình lực cắt và quá trình mài mòn - tuổi bền của dụng cụ cắt được thiết lập dựa trên bản chất vật lý của quá trình cắt cũng như dựa trên các tính chất đặc trưng của từng nguyên công

Trong đó: A - Tiết diện ngang của phoi (mm2).

a - Chiều dày phoi (mm) → a = S.sinϕ

ϕ - Góc nghiêng chính của dao (độ)

b - Chiều rộng phoi (mm) → b = t/sinϕ

t - Chiều sâu cắt (mm)

Giá trị các hệ số k1 và số mũ k2 phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể như vật liệu gia công, vật liệu dao, kết cấu bộ phận cắt của dụng cụ cắt, chế độ bôi trơn và làm nguội khi cắt

- d: Mũn do dớnh bỏm dẫn tới hiện tượng trúc lớp bề mặt.

v

độ mòn

Vùng lẹo dao

mòn tổng cộng

Tiện,phay,khoan chuốt

doa

a

bcd

Hỡnh 10.6 Cỏc hiện tượng mũn xuất hiện ở dụng cụ cắt.

Do ma sỏt giữa phoi và mặt trước mà mặt trước bị mũn lừm xuống Nơi mũn mạnh nhất nằm cỏch lưỡi cắt một khoảng a (hỡnh 10.7) Vết mũn lừm ở mặt trước làm cho điều kiện cắt bị thay đổi

Hỡnh 10.8 Chiều cao vết mũn mặt sau của dụng cụ cắt.

Chiều cao vết mũn mặt sau B của dụng cụ cắt (hỡnh 10.8) được dựng làm chỉ tiờu đỏnh giỏ quỏ trỡnh mũn

Lượng mũn mặt sau B của dao được xỏc định theo cụng thức:

2

C

C

- τ là thời gian cắt.

- C1 là hệ số:

5 4

C 0

Với C0, C2, C3, C4, C5 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia công

cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm

Quá trình mòn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian cắt τ và tốc độ cắt v (hình 10.9)

Hình 10.9 Quan hệ mòn với thời gian cắt τ và tốc độ cắt v

Khi lượng mòn dao B = [B] (lượng mòn cho phép) thì τ = T (tuổi bền của dao).Người ta cũng có thể biểu diễn tuổi bền T dưới các dạng sau:

T = A3.vA2.SA4 (10.9)

T = A5.vA2.SA4.tA6 (10.10)Trong đó A1÷ A6 là các hệ số và số mũ phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể và được xác định bằng thực nghiệm Khi cắt kim loại luôn luôn có:

A1, A3, A5 > 0

A2, A4, A6 < 0

6 4

A > >

Biểu thức (11.8) cho thấy tốc độ cắt có ảnh hưởng mạnh nhất tới tuổi bền T.Biểu thức (11.10) phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của bước tiến dao và chiều sâu cắt tới tuổi bền của dụng cụ Tuy nhiên, số mũ A6 thường rất nhỏ (A6≈ 0) do đó tA6 ≈ 1 cho nên khi tính toán người ta bỏ qua ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới tuổi bền của dao

và thường lấy T theo biểu thức (10.9) Hệ số A3 được biểu diễn như sau:

A3 = A30.A31.A32…A3pp (10.11)

Trong đó A3i là các hệ số xét đến ảnh hưởng của các yếu tố đặc trưng cho các điều kiện cắt cụ thể tới tuổi bền T, ở đây đặc biệt chú ý tới ảnh hưởng của cặp vật liệu gia công - vật liệu dụng cụ cắt

A3pp là hệ số đặc trưng cho ảnh hưởng của phương pháp gia công tới tuổi bền T

và được xác định bằng thực nghiệm

10.3 TƯH quá trình Tiện.

10.3.1 Hàm mục tiêu của quá trình tiện.

* Mô hình quá trình tiện như hình sơ đồ sau:

* Hàm mục tiêu:

Hàm mục tiêu tổng quát có dạng: y = f (xi) (10.12)

Trong đó: y - Chỉ tiêu tối ưu - chính là các đại lượng ra

xi - Các thông số công nghệ cần tối ưu - chính là các đại lượng vào

* Giới hạn vấn đề nghiên cứu:

- Các đại lượng vào: bộ thông số chế độ cắt (S,v,t)

- Đại lượng ra gồm các chỉ tiêu về kinh tế như:

+ Năng suất: Q = f(S,v,t) → max

+ Giá thành: K = f(S,v,t) → min

+ Lợi nhuận: m = f(S,v,t) → max

+ Thời gian gia công: τ = f(S,v,t) → min

Ở đây chỉ khảo sát hàm giá thành gia công K:

10.3.2 Chỉ tiêu kỹ thuật về thời gian.

* Xét sơ đồ cắt như hình vẽ sau:

Hình 10.10Để đơn giản hoá bài toán ta xét trường hợp chiều sâu cắt t không thay đổi trong quá trình gia công, ta có:

t

Z m Z t m

(10.14)

Trong đó: Z - lượng dư gia công một phía.

m - là số lần cắt

* Thời gian gia công cơ bản τo được tính theo công thức:

S v

C t

Z S v

L D m S n

L m

mi i

mi

0 1

0

=

πτ

+ l1 - lượng ăn tới

+ Di - đường kính phôi ở lần cắt thứ i

+ C1 - hằng số, C1 = πDi L

*Thời gian cắt thực của lần cắt thứ i τci được tính theo công thức:

S v

C t

Z S v

l D m S n

l m

ci m

i

ci c

C T

1 ) S

v

C ( t

Z

10.3.3 Chi phí gia công khi tiện.

a Hàm chi phí gia công khi tiện.

+ Chi phí cho thay dao Kthd

+ Chi phí cho mài dao Kmd

+ Chi phí cho lượng vật liệu chế tạo dao bị mòn Kdm

Do đó chi phí liên quan đến dao trong một giờ có dạng :

KD = Kthd + Kmd + Kdm (10.19)

Nếu sử dụng mảnh dao lắp ghép ta có:

KD = Kmc+ Kthd (10-20)

Trong đó: Kmc - chi phí chế tạo mảnh cắt

Kthd - chi phí thay dao

Chi phí chế tạo thân dao là đại lượng không biến đổi (không phụ thuộc vào chế độ công nghệ khi cắt) do đó không cần xét đến

Xây dựng được hàm chi phí gia công K khi tiện có dạng:

=  +τ + v S 

C T

1 K ) S v

C (

K t

Z

D pm 1 ML

(10.21)

b Hàm mục tiêu giá thành gia công.

Từ 10.21 ta thấy hàm K có dạng tích số của 2 thừa số, trong đó thừa số thứ nhất, nên nhiệm vụ của bài toán là xác định điểm xảy ra cực trị để tìm ra các thông số cắt tối

ưu chứ không quan tâm tới giá trị cực trị của hàm mục tiêu Vì vậy, để đơn giản hoá quá trình tính toán , thay vì khảo sát hàm chi phí gia công K cho ở (10.21) ta khảo sát hàm chi phí gia công K chỉ biểu diễn bằng thừa số thứ hai (10.22)

= +τ + v S 

C T

1 K ) S v

C (

K

D pm

1 ML

1 K S v

C K

D

1 ML

(10.23)

3v A S A A

T = vào (11.23) ta có:

2 D

1

S.v.A

C

KS.v

C.K

(10.24)Công thức 10.24 chính là hàm mục tiêu giá thành gia công khi tiện

10.3.4 Xác định chế độ cắt tối ưu khi tiện.

Từ K = k(v,S) cho ở (11.24), lấy dạo hàm riêng của v theo K ta có:

1 A 1 A 3

2 2 D 2

1

S v A

) 1 A (

C K v S

C K v

k

+ + +

Khi cắt kim loại luôn luôn có : A2 <0, |A2|>1 → A2+1< 0 nên luôn tồn tại v0 mà tại đó có đạo hàm bằng 0, nghĩa là hàm 10.25 có cực trị

0 S

v A

) 1 A (

C K v S

C K v

k

1 A 1 A 3

2 2 D 2

Ta có vận tốc cắt tối ưu v0:

2 4

/ 1

3 2 1

2 0

1

A A ML

D S A

A K

K C

Hình 10.11 Quan hệ giữa giá thành với vận tốc và lượng chạy dao.

10.3.5 Xác định lượng chạy dao tối ưu.

Tương tự, từ biểu thức (10.24), lấy đạo hàm riêng của S theo K ta có:

1 A 1 A 3

4 2 D 2

1

S.v.A

)1A.(

C.KS.v

C.K

S

k

+ +

Từ hình 10.12 ta thấy rằng, nếu cho S nhận các giá trị cố định sao cho:

S3< S2< S1 Thì : v0(1)< v0(2)< v0(3)

Trong đó v0(Si) là tốc độ cắt tối ưu ứng với các giá trị bước tiến cắt Si

10.3.6 Miền giới hạn khi tiện.

Hình 10.13 Miền giới hạn khi tiện.

-Các giới hạn về phía bước tiến dao nhỏ R1i

CHƯƠNG 11: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIÊN TIẾN

11.1 Khái niệm và phân loại.

Ngày nay, để nâng cao chất lượng sản phẩm, trong công nghiệp người ta sử dụng rất nhiều loại vật liệu mới có độ bền, độ cứng, tính chịu mài mòn cao như: các loại thép chịu nhiệt, thép hợp kim, thép không gỉ, hợp kim cứng Việc gia công các loại vật liệu này bằng các phương pháp cắt gọt thông thường gặp rất nhiều khó khăn, nhất là các bề mặt có biên dạng phức tạp Để khắc phục khó khăn trên, bên cạnh việc nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các phương pháp gia công cắt gọt truyền thống, đã và đang sử dụng các phương pháp gia công mới Cơ sở của phương pháp này là dựa vào sự tác dụng năng lượng của các hiện tượng vật lý lên bề mặt vật rắn hay các hiện tượng hoá học xuất hiện trong vùng cắt

* Các phương pháp gia công mới có những đặc điểm sau:

- Chất lượng và tính chất gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu mà chỉ phụ thuộc vào các thông số về nhiệt của nó

- Có khả năng tạo hình phức tạp, kích thước nhỏ, độ chính xác đạt được cao

- Không cần dụng cụ có độ cứng cao hơn vật liệu gia công

- Tiết kiệm nguyên vật liệu, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu

- Công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hoá

- Năng suất bóc kim loại không cao, thiết bị khá đắt tiền, giá thành gia công cao

* Phân loại các phương pháp gia công mới:

Dựa trên nguồn năng lượng chủ yếu để bóc tách vật liệu có thể chia các phương pháp gia công này thành 4 phương pháp cơ bản như sau:

1/ Phương pháp cơ khí:

Bao gồm các phương pháp như g/công bằng tia hạt mài, gia công bằng dòng chảy hạt mài, gia công bằng tia nước, g/công bằng tia nước + hạt mài, gia công bằng siêu âm Phương pháp cơ khí thường được áp dụng với các vật liệu gia công khó gia công bằng các kỹ thuật truyền thống vì có độ cứng, độ bền, tính giòn cao như: các loại gốm, thủy tinh, vật liệu composite hay vật liệu hữu cơ…

Những loại vật liệu này đặc biệt thích hợp cho phương pháp gia công theo nguyên lý cơ học và chúng phần lớn là không dẫn điện và vì chúng bị phá huỷ khi

cháy, hoá than hay nứt gãy khi gia công bằng nhiệt

2/ Phương pháp nhiệt:

Bao gồm các phương pháp như gia công bằng xung điện, cắt dây xung điện, mài xung điện, gia công bằng dòng điện tử, gia công bằng tia laze, gia công bằng quang Plasma

Các phương pháp nhiệt nói chung là không bị ảnh hưởng bởi các tính chất vật lý của vật liệu bị gia công do đó chúng thường được áp dụng để gia công các vật liệu đặc biệt cứng hoặc mềm.

Vì cơ chế lấy vật liệu là cơ chế nhiệt, chi tiết được dùng có các ứng dụng quan trọng cần được gia công tiếp theo để loại bỏ phần bị ảnh hưởng vì nhiệt

3/ Phương pháp điện:

Bao gồm các phương pháp như gia công điện hóa, mài điện hóa, mài xung điện hóa, khoan bằng dòng chất điện phân, khoan bằng mao dẫn, gia công điện phân ống hình Các phương pháp gia công không truyền thống theo nguyên lý điện giới hạn trong việc gia công các vật liệu dẫn điện Các vật liệu khó gia công bằng các phương pháp thông thường chiếm tỷ lệ lớn áp dụng phương pháp này Tuy nhiên, có một số lượng lớn các ứng dụng có thể lựa chọn vì khả năng của các phương pháp theo nguyên

lý điện ít bị mòn dụng cụ khi gia công các chi tiết phức tạp trong một lần chạy dao

4/ Phương pháp hóa:

Bao gồm các phương pháp như gia công quang hóa, phay hóa

Được ứng dụng rộng rãi do chi phí ban đầu của dụng cụ thấp, gia công bằng phương pháp hoá được sử dụng rộng rãi để sản xuất với giá rẻ các sản phẩm loạt lớn như lò xo lá, lá môtơ điện và mặt nạ ống hình vô tuyến Vì vật liệu được bóc tách bằng phản ứng hoá học nên không có lực tác động lên chi tiết Điều này cho phép gia công chi tiết mà không gây biến dạng hay bị phá huỷ

Hơn nữa, vì hoạt động gia công tiến hành trên tất cả các mặt của chi tiết một cách đồng thời vì vậy năng suất gia công cao

* Tương lai của các phương gia công không truyền thống chắc chắn phát triển bền vững vì:

- Khả năng gia công vật liệu của chúng và các khả năng này ngày càng được cải tiến nhờ những tác động có lợi của điều khiển bằng máy tính, điều khiển thích nghi và lập trình theo phương pháp dạy học (như cho rôbôt)

- So sánh với các phương pháp thông thường, các phương gia công không truyền thống có hầu hết các khả năng gia công ngoại trừ một điểm là tốc độ bóc tách vật liệu thấp so với các phương pháp thông thường Tuy nhiên nhiều cải tiến trong tốc độ gia công của các phương gia công không truyền thống đã được tiến hành trong những năm gần đây và có nhiều lý do để tin rằng xu hướng này còn tiếp tục tăng Điều này sẽ tác động bằng sức cạnh tranh của phương gia công không truyền thống và phạm vi ứng dụng của chúng

Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp gia công không truyền thống đặc biệt là ở nước ta còn vấp phải một số vấn đề như: Giá thành đầu tư lớn, hiệu quả kinh tế cũng

như những hiểu biết về các phương pháp gia công không truyền thống còn nhiều hạn chế và mới chỉ áp dụng phổ biến một số phương pháp.

11.2 Các phương pháp gia công theo nguyên lý cơ.

11.2.1 Gia công bằng tia hạt mài (AJM – Abrasive Jet Machining).

a Bản chất:

AJM là một phương pháp gia công loại bỏ vật liệu từ phôi thông qua việc sử dụng hạt mài đưa vào trong một dòng khí tốc độ cao Phương pháp AJM loại bỏ vật liệu bằng sự va chạm của hạt mài có kích thước nhỏ hơn 10 ÷ 50 µm lên bề mặt phôi

b Sơ đồ nguyên lý:

Nguyên lý của phương pháp AJM như hình 11.1

c Đặc điểm và khả năng công nghệ:

Phương pháp AJM chủ yếu để gia công lần cuối và làm sạch với tốc độ bóc vật liệu thấp Tốc độ điển hình khi gia công kính là 16 mm3/phút Với kim loại thì thay đổi

từ 1,6 ÷ 4,1 mm3/phút Với vật liệu gốm tốc độ cắt cao hơn khoảng 50% so với cắt kính

Hình 11.1 Các bộ phận của hệ thống AJM

Đầu phun: Làm bằng WC hoặc Saphia, đầu phun tròn có đường kính lỗ từ (0,12

÷ 1,25)mm, đầu phun chữ nhật có kích thước lỗ từ (0,08x0,5 ÷ 0,18x3,8)mm (chỉ có với WC)

Sự cắt bỏ vật liệu: một vài thông số ảnh hưởng đến đặc tính của phương pháp AJM, các biến cơ bản bao gồm: kiểu vật liệu gia công, tốc độ dòng cắt, kiểu và kích thước hạt mài, khoảng cách giữa phôi và đầu phun

Nói chung tốc độ cắt bỏ vật liệu cao hơn khi cắt vật liệu cứng hơn hay khi các hạt mài lớn hơn và có tốc độ tác động lớn hơn

Độ chính xác và chất lượng bề mặt: Phương pháp AJM cho bề mặt dạng như hạt

và mờ Độ nhám thay đổi từ (0,15 ÷1,5) µm tuỳ thuộc vào kích thước hạt mài (tham khảo bảng 1) Dung sai của phương pháp AJM có thể thay đổi từ ±(0,13 ÷ 0,05) mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

18 16 14 12

Hình 11.3 Ảnh hưởng giữa khoảng cách đầu phun tới phôi.

Bảng 1: Chất lượng bề mặt khi gia công thép không gỉ 316 đã nhiệt luyện bằng phương pháp AJM với các loại hạt mài khác nhau.

- Dòng khí làm giảm nhiệt sinh ra khi cắt các vật liệu nhạy cảm với nhiệt

- Tải trọng truyền vào phôi nhỏ cho phép cắt các vật liệu giòn

- Đầu phun có thể hướng trực tiếp vào các vùng nhỏ khó tiếp cận

*/ Nhược điểm:

- Tốc độ cắt bỏ vật thấp

- Dễ cắt lệch

- Nguy cơ các hạt mài găm vào chi tiết gia công

- Vát quá nhiều khi cắt sâu, mặc dù lượng nghiêng có thể giảm bằng cách nghiêng đầu phun

*/ Các ứng dụng của phương pháp AJM

- Khoan và cắt những phần nhỏ của kính, gốm hay kim loại được tôi cứng

- Khắc các số chi tiết lên các bộ phận kim loại hay nhựa

- Gia công kính ở nhiệt độ thấp

- Cắt các mẫu phức tạp trên các vật liệu giòn

- Làm sạch ôxit trên các bề mặt kim loại

- Làm sạch chất bẩn gốc kim loại trên bề mặt gốm

- Xén, cắt nghiêng và làm sạch các linh kiện điện tử

- Loại bỏ các chất làm mờ và màng bẩn khỏi các tài liệu và hiện vật ở bảo tàng

Hình 11.4 Khắc lên chất dẻo cứng bằng AJM.

11.2.2 Gia công bằng tia nước và tia nước có hạt mài (WJM& AWJM) (Water Jet Machining & Abrasive Water Jet Machining)

Hình 11.4.1 Sơ đồ hệ thống gia công

HÖ thèng gia c«ng b»ng tia níc cã h¹t mµi gåm bèn phÇn c¬ b¶n: HÖ thèng läc níc, hÖ thèng t¹o ¸p, ®Çu c¾t vµ hÖ thèng cÊp h¹t mµi.

HÖ thèng gia c«ng b»ng tia níc kh¸c hÖ thèng gia c«ng b»ng tia níc cã h¹t mµi ë chç kh«ng cã hÖ thèng cÊp h¹t mµi vµ ®Çu c¾t cã cÊu t¹o kh¸c.

- Hệ thống lọc nước

Hệ thống lọc nớc dùng để cung cấp nớc tinh khiết cho hệ thống tạo áp Các hạt

có kích thớc lớn hơn 1 à m phải đợc loại bỏ để tránh mòn cho các chi tiết trong

hệ thống tạo áp

- Hệ thống tạo áp

Hệ thống này có bơm để tạo áp suất cao và ổn định

Có ba kiểu bơm bao gồm bơm khuyếch đại, bơm trục khuỷu và bơm trực tiếp.

- Đầu cắt

Vòi tăng áp, buồng trộn và vòi phun là các bộ phận cơ bản của đầu cắt

Hỡnh 11.4.2 Đầu cắt cho gia công bằng tia nớc

Hỡnh 11.4.3 Đầu cắt cho gia công bằng tia nớc có hạt mài

Vòi tăng áp có thể làm bằng saphia, ruby hoặc kim cơng với đờng kính lỗ từ 0,08 đến 0,8 mm

Các vòi phun có đờng kính trong từ 0,5 đến 1,5 mm, có chiều dài phổ biến từ

Lu lợng hạt mài từ 0,08 đến 0,5 kg/phút, và kích thớc hạt mài dao động từ 0,1

Có thể cắt các chi tiết dạng lới;

Không sinh nhiệt trong quá trình cắt nên không làm thay đổi cơ tính của chi tiết gia công;

Rất sạch, an toàn cho ngời và môi trờng;

Dụng cụ cắt rất đơn giản, chỉ có một vòi phun;

Dễ dàng tự động hoá và có thể gia công không có công nhân;

Hạt mài có thể tái chế, tạo khả năng giảm giá thành gia công

- Nhược điểm:

Giá thành gia công cao;

Chất lợng cắt không phải lúc nào cũng đáp ứng đợc yêu cầu và ổn định ( Khó kiểm soát đợc độ chính xác kích thớc).

- Phạm vi ứng dụng

Cắt các bản mạch in, thẻ nhớ;

Cắt các chi tiết dạng lới;