Trong sản xuất loạt nhỏ, đơn chiếc quy trình công nghệ chỉ bao gồm trình tự các nguyên công với một số thông số cần thiết như chỉ rõ máy, dao, thời gian gia công, bậc thợ.... - Các tài l
Trang 1Chương 7 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
7.1 Ý nghĩa của việc thiết kế qui trình công nghệ
Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết là một nội dung của chuẩn bị sản xuất Mỗi sản phẩm có nhiều phương án công nghệ, vấn đề là làm thế nào tìm ra một qui trình công nghệ có hiệu quả kinh tế cao nhất
Qui trình công nghệ được thiết kế nhằm mục đích hướng dẫn công nghệ, lập các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật, kế hoạch sản xuất và điều hành sản xuất
Thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ là lập nên những văn kiện, tài liệu
để phục vụ và hướng dẫn cho việc gia công các chi tiết trên máy, bao gồm cả việc thiết kế những trang bị cần thiết Mục đích là nhằm hướng dẫn công nghệ, lập các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, kế hoạch sản xuất và điều hành sản xuất
Mức độ phức tạp của qui trình công nghệ phụ thuộc vào dạng sản xuất Trong sản xuất loạt nhỏ, đơn chiếc quy trình công nghệ chỉ bao gồm trình tự các nguyên công với một số thông số cần thiết như chỉ rõ máy, dao, thời gian gia công, bậc thợ Còn sản xuất loạt lớn, hàng khối thì quy trình rất quy mô, tỷ mỷ, bao gồm nhiều tài liệu khác nhau
Để một quy trình công nghệ thiết kế ra được tốt thì phải có các điều kiện sau:
- Phải đảm bảo chất lượng sản phẩm
- Phương pháp gia công phải kinh tế nhất
- áp dụng được những thành tựu mới nhất trong khoa học kỹ thuật
- Phải thích hợp với điều kiện cụ thể của nhà máy, khả năng và lực lượng cán bộ, công nhân, thiết bị
- Phải tranh thủ sử dụng các sáng kiến kinh nghiệm hợp lý hóa sản xuất
- Ứng dụng những hình thức tổ chức sản xuất tiên tiến
Có hai trường hợp lập quy trình công nghệ, một là khi thiết kế một nhà máy mới, hai là trong những điều kiện của một nhà máy đang hoạt động
1 Lập quy trình công nghệ theo đồ án được dùng khi thiết kế những nhà máy mới, phân xưởng mới
Lúc đầu ta thiết kế một quy trình công nghệ theo các tài liệu ban đầu của vật phẩm chế tạo trong nhà máy đã cho Sau đó tính phụ tải của máy, đồng thời trên cơ sở quy trình đã thiết kế ta phải định trước việc phân nhóm loạt thiết bị này theo từng phân xưởng riêng và bố trí chúng Trường hợp này, điều kiện để
Trang 2lựa chọn trang thiết bị rộng rãi hơn, quy trình công nghệ phải linh hoạt để có thể sửa đổi theo yêu cầu
2 Lập quy trình công nghệ theo điều kiện sản xuất đang tồn tại được dùng khi phân xưởng, nhà máy đã có phải chế tạo những sản phẩm mới
Khi lập quy trình công nghệ theo cách này thì quy trình công nghệ chịu những hạn chế chặt chẽ hơn về thiết bị, diện tích, tải trọng máy, kế hoạch sản xuất nhưng lại được thừa kế những kinh nghiệm sản xuất
7.2 Các tài liệu cần thiết để thiết kế qui trình công nghệ
Để thiết kế một qui trình công nghệ cần có những tài liệu sau:
- Bản vẽ thiết kế chi tiết với đầy đủ các nội dung :
+ Mặt cắt, hình chiếu diễn tả rõ ràng
+ Ghi đầy đủ kích thước, dung sai và các điều kiện kỹ thuật khác
+ Ghi rõ những chỗ cần gia công đặc biệt (ví dụ: gia công khi lắp)
+ Ghi rõ vật liệu, phương pháp nhiệt luyện, độ cứng yêu cầu
- Các tài liệu về điều kiện gia công, khả năng công nghệ của nhà máy hay phân xưởng hiện tại như: số và chủng loại máy, khả năng gia công của máy, thiết bị; trình độ tay nghề công nhân…
- Các sổ tay tra cứu như: sổ tay thiết kế cơ khí, sổ tay công nghệ chế tạo máy…
- Tài liệu về khả năng công nghệ của các đơn vị cần hợp tác nếu cần
- Hình vẽ bộ phận của sản phẩm trong đó có chi tiết gia công
- Những tài liệu về thiết bị: thuyết minh máy, các tiêu chuẩn dao, đồ gá Ngoài ra, còn cần có các tài liệu, sổ tay khác như: tiêu chuẩn xác định lượng
dư, dung sai, vật liệu, sổ tay về đồ gá, tiêu chuẩn về chế độ cắt, định mức kinh tế
- kỹ thuật
7.3 Trình tự thiết kế qui trình công nghệ
- Tìm hiểu tính năng sử dụng, điều kiện làm việc của chi tiết hay sản phẩm; kiểm tra lại tính công nghệ của nó; tính ổn định của sản phẩm trong nhu cầu xã hội
- Xác định qui mô và điều kiện sản xuất
- Phân loại chi tiết, sắp đặt vào các nhóm
- Xác định dạng sản xuất
Trang 3- Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
- Xác định thứ tự các nguyên công, cách gá đặt chi tiết, lập sơ đồ các
nguyên công
- Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
- Xác định chuẩn và chọn cách định vị, kẹp chặt cho mỗi nguyên công
- Lập thứ tự các nguyên công
- Chọn máy cho mỗi nguyên công
- Xác định lượng dư và dung sai cho các nguyên công, căn cứ vào đó xác định kích thước cần thiết của phôi
- Xác định dụng cụ cắt và dụng cụ kiểm tra; chế tạo những dụng cụ cần thiết
- Xác định các thông số công nghệ (chế độ cắt, bôi trơn…)
- Xác định đồ gá, thiết kế những đồ gá cần thiết
- Xác định bậc thợ
- Định mức thời gian, năng suất và so sánh các phương án công nghệ
7.4 Một số bưóc thiết kế qui trình công nghệ cơ bản
7.4.1 Xác định tính công nghệ trong kết cấu chi tiết máy
1 Khái niệm chung
Tính công nghệ trong kết cấu chi tiết máy là một tính chất quan trọng của sản phẩm hoặc chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lượng tiêu hao kim loại ít nhất, khối lượng gia công và lắp ráp ít nhất, giá thành chế tạo ít nhất trong điều kiện
và qui mô sản xuất nhất định
2 Cơ sở xác định tính công nghệ chung
- Tính công nghệ trong kết cấu cơ khí phụ thuộc rất nhiều vào qui mô sản xuất, tính chất hàng loạt của sản phẩm Vì quy mô sản xuất và tính hàng loạt quyết định rất nhiều mức độ hợp lý của việc sử dụng phương pháp công nghệ này hay phương pháp công nghệ khác trong việc chế tạo sản phẩm Việc ứng dụng vào thực tế một phương hướng công nghệ nào đó đòi hỏi phải tiến hành hàng loạt công việc và chi phí để trang bị máy móc, đồ gá, dụng cụ Do đó, khi thiết kế phải lưu ý đến tính công nghệ của kết cấu
- Tính công nghệ trong kết cấu phải được nghiên cứu đồng bộ với kết cấu tổng thể của sản phẩm, không tách riêng từng phần tử kết cấu, trên cơ sở đảm bảo chức năng và điều kiện làm việc của nó Nếu chỉ tách riêng từng chi tiết
Trang 4riêng lẻ ra để nghiên cứu tính công nghệ thì có thể dẫn đến sự thay đổi rất nhiều,
có khi xét toàn bộ sản phẩm thì tính công nghệ trong kết cấu lại kém đi
- Tính công nghệ trong kết cấu cơ khí phải được chú trọng triệt để trong từng giai đoạn của quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí Vì quá trình sản xuất một mặt hàng rất phức tạp nên phải được xem xét từng bước về kết cấu để tìm cách giải quyết hợp lý các vấn đề nhằm đưa lại hiệu quả kinh tế lớn nhất
- Tính công nghệ trong kết cấu cơ khí phải được nghiên cứu trong từng điều kiện sản xuất cụ thể Những điểm trên nói lên tính tương đối về tính công nghệ của kết cấu trong gia công và lắp ráp Một kết cấu có tính công nghệ cao ở xí nghiệp này nhưng chưa hẳn là cao ở xí nghiệp khác
Để đánh giá được tính công nghệ cao hay thấp thì chỉ tiêu bao trùm nhất và
có thể dùng trong mọi trường hợp là giá thành chế tạo sản phẩm
Trong thực tế, thường dùng hai chỉ tiêu chính là khối lượng lao động và khối lượng vật liệu tiêu tốn để chế tạo ra sản phẩm
3 Chỉ tiêu đánh giá tính công nghệ
Đối với quá trình gia công cắt gọt, tính công nghệ của kết cấu chi tiết máy được xét trên cơ sở các yêu cầu cụ thể như sau:
- Trọng lượng kết cấu nhỏ nhất có thể để vừa đảm bảo ít hao tốn vật liệu vừa tăng hiệu suất sử dụng của máy móc, thiết bị sau này
- Giảm lượng vật liệu cắt gọt bằng cách thiết kế phôi và các bề mặt gia công hợp lý, xác định chính xác lượng dư gia công, giới hạn khối lượng cắt gọt chỉ ở những bề mặt quan trọng
- Đơn giản hóa kết cấu, đảm bảo gia công kinh tế (tách chi tiết phức tạp thành các chi tiết đơn giản, dễ gia công, gá được nhiều chi tiết khi gia công)
- Giảm quãng đường chạy dao bằng cách chọn chế độ cắt hợp lý
- Sử dụng vật liệu thống nhất, tiêu chuẩn, dễ kiếm và rẻ
- Quy định kích thước, dung sai, và độ nhám bề mặt hợp lý
- Sử dụng chi tiết máy và bề mặt trên chi tiết máy thống nhất, tiêu chuẩn
- Kết cấu hợp lý để gia công cơ khí, lắp ráp thuận tiện
- Tạo điều kiện sử dụng dụng cụ tiêu chuẩn, thống nhất
- Đảm bảo dụng cụ cắt làm việc thuận tiện, không bị va đập khi cắt
- Đảm bảo chi tiết đủ cứng vững, tạo điều kiện cắt gọt với chế độ cắt lớn
Trang 5- Góp phần giảm phí tổn điều chỉnh thiết bị, trang bị công nghệ, giảm số lần gá đặt chi tiết khi gia công
- Phân biệt rõ ràng giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công
4 Cơ sở xác định tính công nghệ trong gia công cơ
- Giảm lượng vật liệu cắt gọt bằng cách thiết kế phôi và các bề mặt gia công hợp lý, xác định chính xác lượng dư gia công, giới hạn khối lượng cắt gọt chỉ ở những bề mặt quan trọng
- Giảm quãng đường chạy dao khi cắt
- Đơn giản hóa kết cấu, đảm bảo gia công kinh tế
- Tạo điều kiện sử dụng dụng cụ thống nhất, tiêu chuẩn
- Đảm bảo dụng cụ cắt làm việc thuận tiện, không va đập khi cắt
- Đảm bảo chi tiết đủ cứng vững, tạo điều kiện cắt gọt với cùng chế độ cắt lớn
- Góp phần giảm phí tổn điều chỉnh thiết bị, trang bị công nghệ, giảm số lần gá đặt chi tiết khi gia công
- Phân biệt rõ giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công cũng như giữa các bề mặt ứng với các nguyên công khác nhau
- Chú ý đặc tính riêng về kết cấu chi tiết của sản phẩm trong trường hợp
áp dụng phương pháp gia công đặc biệt hoặc trang thiết bị công nghệ chuyên dùng
5 Ví dụ phân tích tính công nghệ của một số chi tiết
- Đảm bảo độ cứng vững cần thiết khi gia công (H.7.1)
Hình 7.1, a, chi tiết không đủ cứng vững Khi gia công dưới tác dụng của lực kẹp, lực cắt sẽ làm biến dạng và phát sinh sai số gia công Hình 7.1, b, chi
A
A
Hình 7.1 Đảm bảo độ cứng vững cần thiết khi
gia công
Trang 6tiết nhờ thêm các gân chịu lực nên độ cứng vững tăng, đảm bảo ổn định khi gia công
- Đảm bảo kết cấu đơn giản, dễ chế tạo (H.7.2)
Cùng là một chi tiết có hình dạng, kích thước và công dụng như nhau nhưng nếu gia công nguyên khối sẽ rất khó gia công (Các chi tiết a) Nếu tách chi tiết gia công thành các phần riêng để gia công, sau đó ghép lại sẽ dễ gia công hơn (Các chi tiết b)
- Tiết kiệm vật liệu chế tạo (H.7.3)
Chi tiết a (H.7.3) muốn gia công phải dùng phôi có kích thước lớn (đường chấm bên ngoài) Việc này vừa tốn nhiều vật liệu vừa mất nhiều thời gian gia công, mòn dao cắt…Nếu tách chi tiết thành 2 phần như hình 7.3, b thì khi đó phải dùng 3 đoạn phôi nhưng kích thước hợp lý; giảm lượng vật liệu tiêu hao, thời gian cắt gọt
- Tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động (H.7.4)
b/
a/
Hình 7.3 Chi tiết tiết kiệm vật liệu chế tạo
Hình 7.2 Chi tiết có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
Trang 7Chi tiết a (H.7.4) khi gia công phải thực hiện từng chi tiết (bánh răng) một, mất nhiều thời gian, năng suất không cao Chi tiết b có thể ghép 2 chi tiết trong một lần gia công, năng suất cao hơn nhưng không thể bằng các chi tiết c Với hình dạng hợp lý như các chi tiết c, có thể ghép nhiều chi tiết miễn sao hành trình của máy cắt cho phép và năng suất sẽ nâng cao nhiều lần
- Kết cấu phân biệt rõ bề mặt gia công và bề mặt không gia công
Để tạo điều kiện gia công dễ dàng, giữa bề mặt gia công (A) và không gia công (B) cần phải phân biệt rõ ràng hay nói cách khác phải có khoảng cách đủ lớn Trên hình 7.5, a giữa bề mặt gia công và không gia công khoảng cách chỉ có 0.5; còn trên hình 7.5, b khoảng cách đó là 2
- Kết cấu phân biệt rõ các bề mặt gia công ở các nguyên công khác nhau
c/
a/
Hình 7.4 Chi tiết tạo điều kiện nâng cao năng suất
b/
b/
a/
A B
Hình 7.5 Kết cấu phân biệt rõ bề mặt gia công và
bề mặt không gia công
A Bề mặt gia công; B Bề mặt không gia công
D = H a/
D < H b/
Hình 7.6 Kết cấu phân biệt rõ các bề mặt gia công ở các nguyên công khác nhau
Trang 8Các bề mặt gia công ở các nguyên công khác nhau cần được tách biệt rõ ràng sao cho sai số trong gia công không “cắt nhầm” bề mặt của nhau Khi kích thước rãnh then bằng lỗ khoan (H.7.6,a), gia công rãnh then trước, sau đó gia công lỗ Chỉ cần một sai số nhỏ cũng rất dễ cắt vào phần mặt rãnh then đã gia công Do đó, kích thước cần khác nhau đủ lớn (H.7.6, b)
- Kết cấu giảm hành trình cắt, giảm quãng đường chạy dao
Chi tiết a (H.7.7) muốn gia công 2 mặt phải thực hiện 2 lần cắt gọt Còn ở chi tiết b chỉ cần thực hiện một lần cắt gọt; giảm được quãng đường chạy dao và hành trình cắt
- Đảm bảo tiến dao thuận lợi (H.7.8, H.7.9)
Hình 7.8, a kích thước chiều cao H vừa đủ chiều cao theo thiết kế nên rất khó đảm bảo vì dao doa có độ côn nhất định tại mũi doa Hình b và c gia công sẽ
dễ hơn vì chiều sâu cho phép lớn hơn chiều cao cần thiết; kích thước H không rơi vào phần côn của mũi doa nên chính xác hơn
Hình 7.9, a, bề mặt tại lỗ khoan nghiêng so với hướng tiến mũi khoan làm cho mũi khoan dễ bị trượt khỏi vị trí định vị, gây sai số và gãy mũi khoan Ở hình b và c bề mặt tại lỗ khoan vuông góc với hướng tiến mũi khoan nên khoan
dễ dàng hơn
Hình 7.7 Kết cấu giảm hành trình cắt, giảm quãng đường chạy dao
c/
Hình 7.8 Kết cấu chi tiết đảm bảo tiến dao thuận lợi
Trang 9- Tránh va đập khi gia công.
Rõ ràng khi gia công bằng phương pháp tiện, kết cấu chi tiết ở hình 7.10, a
là không hợp lý; vì với đế hình vuông khi tiện sẽ gây ra va đập khi tiện ở vùng ngoài cùng của đế.Và như vậy, kết cấu chi tiết ở hình b là hợp lý
- Tạo điều kiện dùng dụng cụ cắt tiêu chuẩn và đạt năng suất cao:
+ Thiết kế các lỗ, lỗ ren, trục, trục vít, đai ốc phải theo tiêu chuẩn vì như vậy mới sử dụng được các dụng cụ cắt tiêu chuẩn (mũi khoan, khoét, doa, taro, bàn ren…) và các chi tiết tiêu chuẩn đã được sản xuất thống nhất (bulong, đai ốc, vòng bi…)
+ Thiết kế rãnh then bán nguyệt (gia công bằng dao phay dĩa) năng suất gia công cao hơn gia công rãnh then bằng (gia công bằng dao phay ngón) (H.7.111)
Hình 7.9 Kết cấu bề mặt tạo điều kiện khoan dễ dàng
Hình 7.10 Kết cấu tránh va đập khi gia công
Hình 7.111 Kết cấu gia công cho năng suất cao
Trang 107.4.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi là một điều kiện đảm bảo cho việc chế tạo chi tiết đạt các chỉ tiêu kính tế kỹ thuật và ít phế phẩm
Xem chi tiết ở chương 5
7.4.3 Lập thứ tự nguyên công
- Thứ tự gia công các bề mặt chi tiết phụ thuộc vào tính logic của quá trình biến đổi trạng thái, tính chất của chi tiết máy, lý thuyết chuẩn công nghệ và điều kiện sản xuất cụ thể
- Dựa vào trạng thái cuối cùng của bề mặt gia công; căn cứ vào qui trình công nghệ điển hình (sẽ nghiên cứu sau)
- Có thể sử dụng một số mô hình hay sơ đồ để lập trình tự gia công cho dễ
và chính xác
- Khi thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết máy phải chú ý xác định hợp lý tiến trình công nghệ ứng với các bề mặt của chi tiết, sao cho chu kỳ gia công hoàn chỉnh một chi tiết là ngắn nhất, góp phần hạn chế chi phí gia công, đảm bảo hiệu quả sản xuất
- Cơ sở của việc xác định trình tự gia công hợp lý là tiến trình công nghệ gia công các chi tiết điển hình: càng, hộp, trục, bạc, bánh răng và điều kiện cụ thể
* Các nguyên tắc khi xác định trình tự gia công hợp lý:
- Chọn chuẩn thô và cách thực hiện nguyên công thứ nhất thật cẩn thận
- Tiếp đó xác định trình tự các nguyên công sau và chọn chuẩn tinh
- Căn cứ vào yêu cầu độ chính xác và độ nhám bề mặt mà chọn phương pháp gia công lần cuối của các bề mặt quan trọng
Ví dụ: Ta cần gia công một lỗ có yêu yêu cầu đạt cấp chính xác 7, Ra = 1,25 Khi đó, với sản xuất loạt nhỏ ta có thể dùng trình tự: Khoan - khoét - doa; hay khoan - tiện - mài Nếu sản xuất loạt lớn thì có thể dùng: Khoan - chuốt
- Cố gắng bảo đảm tính thống nhất về chuẩn tinh
- Chú ý tới các nguyên công có thể sinh ra phế phẩm Những nguyên công này nên đặt trước để tránh lãng phí hoặc bố trí thêm việc kiểm tra trung gian
- Chú ý tới những nguyên công dễ sinh ra biến dạng (như gia công thô, nhiệt luyện) Tách những nguyên công này khỏi nguyên công gia công tinh hoặc thêm vào quy trình những nguyên công chỉnh sửa như nắn thẳng
- Cố gắng giảm số lần gá, tăng số vị trí trong mỗi lần gá
