CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY-CÔNG NGHỆ ĐÚC

Những nhấp nhô này là do quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt, do vết của l ìi cắt để lại trên bề mặt gia công, do ảnh h ởng của rung động khi cắt và nhiều

Chươngư1

Kháiưquátưchungưvềưcôngưnghệưchếưtạoưmáy

1.1 Quá trInh sản xuất và quá trình công nghệ

1.1 1.Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ

a.Quá trình sản xuất.

Nói một cách tổng quát quá trình sản xuất là quá trình tác động của con ng ời vào của cải vật chất của thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con ng ời

Nói hẹp hơn, trong một nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất là quá trình tổng hợp các hoạt động có ích để biến nguyên vật liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm của nhà máy. Nó có thể gồm nhiều quá trình chính và quá trình phụ Các quá trình trình chính nh : quá trình

tạo phôi ( úc, Rèn, Dập Đúc, Rèn, Dập ), quá trình gia công cơ khí (Tiện, Phay,

Bào ), quá trình nhiệt luyện, quá trình lắp ráp, quá trình kiểm tra và

các quá trình phụ nh : vận chuyển, sửa ch ữa thiết bị, sơn lót, bao bì

đóng gói…

b Quá trình công nghệ.

Là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi trạng thái, tính chất lý hoá của vật liệu, vị trí t ơng quan giữa các bộ phận của chi tiết.

- Quá trình công nghệ gia công cơ: Là quá trình làm thay đổi hình

dáng, kích th ớc của đối t ợng sản xuất

- Quá trình nhiệt luyện: Là quá trình làm thay đổi tính chất vật lý, cơ

học (độ cứng), hoá học (cấu trúc hạt kim loại) của vật liệu

- Quá trình lắp ráp: Là quá trình là quá trình tạo thành mối liên kết

giữa các chi tiết thông qua các mối lắp ghép giữa chúng

Xác định quá trình công nghệ hợp lý rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì nó đ ợc gọi là quy trình công nghệ

1.1.2 Các thành phần của quá trình công nghệ

a Nguyên công: Là một phần của quá trình công nghệ đ ợc hoàn thành liên tục tại một chổ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện

Nguyên công là đơn vị cơ bản của quá trình công nghệ đ ợc dùng để

hạch toán và tổ chức sản xuất Việc phân chia nó chỉ là t ơng đối, tuỳ

thuộc vào điều kiện cụ thể nh ng nó có ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật Một quy trình công nghệ có thể gồm nhiều nguyên công

AB

Ví dụ khi tiện các bề mặt A, B của trục nh trong hình vẽ:

- Nếu tiện mặt A xong, quay lại tiện mặt B luôn 1 nguyên công

- Nếu tiện mặt A xong cho cả loạt rồi trở đầu tiện mặt B 2 nguyên

công

b.Gá (gá đặt): Là một phần của nguyên công đ ợc hoàn thành trong một

lần gá đặt chi tiết gia công Một nguyên công có thể gồm một hay nhiều lần gá

c Vị trí: Là một phần của nguyên công đ ợc xác định bởi vị trí của chi

tiết so với máy hoặc dao Nh vậy một lần gá có thể có một hoặc nhiều vị trí

d.B ớc: Là một phần của nguyên công tiến hành gia công một hoặc một

tập hợp bề mặt bằng một hay một bộ dao với một chế độ cắt không đổi

trong suốt thời gian gia công đó

AB

Ví dụ: Khi tiện A xong rồi lại tiện B thì có 2 lần gá

e Đúc, Rèn, Dập ờng chuyển dao: Là một phần của b ớc để hớt (cắt) đi một lớp vật

1 2.chất l ợng bề mặt chi tiết máy

1.2.1 Các yếu tố đặc tr ng của chất l ợng bề mặt

1.2.1.1 Chất l ợng hình học của bề mặt gia công

Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý t ởng mà có những nhấp nhô Những nhấp nhô này là do quá trình biến dạng dẻo của

bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt, do vết của l ìi cắt để lại trên bề mặt gia công, do ảnh h ởng của rung động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác

Bề mặt CTM sau khi mài

BÒ mÆt chi tiÕt m¸y sau khi gia c«ng (Mµi)

H R

Hình dáng hình học bề mặt CTM đ ợc đặc tr ng bởi: độ nhấp nhô tế vi (độ nhám) và độ sóng

- ộ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) ợc xác định bởi hai thông số sau:

l x

n

dx

h l

R

1 0

1 1

Với:

-l: Chiều dài chuẩn

- hx: Chiều cao nhấp nhô tính từ đ ờng chuẩn

- n: Số nhấp nhô đ ợc đo

+ Sai lệch trung bình số học của prôfin Ra: là trị số trung bình của

khoảng cách từ đỉnh trên đ ờng nhấp nhô tế vi tới đ ờng trung bình OX

Cấp độ nhám Ra(m) Rz(m) Chiều dài chuẩn l

(mm) Không lớn hơn

1 2 3

84 40 20

320 150

4

6 7 8

2,5 1,25 0,63

10 6,3

9 10 11 12

0,32 0,16 0,08 0,04

1,6 0,8 0,4 0,2

Ghi chú: Ch ữ in đậm màu đỏ là ký hiệu độ nhám đ ợc sử dụng trên các bản vẽ

G

1.2.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công

Tính chất cơ lý đ ợc biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi cấu trúc

tinh thể lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt

a) Hiện t ợng biến cứng lớp bề mặt.

Trong quá trình gia công d ới tức dụng của lực cắt làm xô lệch mạng

tinh thể của kim loại lớp bề mặt, gây biến dạng dẻo ở vùng tr ớc và sau l ìi cắt làm cho kim loại của lớp bề mặt bị cứng nguội, chắc lại và có độ

cứng tế vi cao

Sơ đồ cắt trong gia công cắt gọt

Sự thay đổi cấu trúc tinh thể lớp bề mặt

Thay đổi độ cứng trong lớp bề mặt mài

b ứng suất d trong lớp bề mặt.

Khi gia công trong lớp bề mặt chi tiết xuất hiện ứng suất d Các nguyên nhân chính gây ra ứng suất d trong lớp bề mặt gia công là :

Khi cắt một lớp mỏng vật liệu tr ờng lực gây ra biến dạng dẻo không

đều Khi tr ờng lực mật đi biến dạng dẻo gây ra ứng suất d

Biến dạng dẻo khi cắt làm chắc lớp kim loại bề mặt Lớp kim loại bên trong do không biến dạng dẻo nên vẫn bình th ờng Lớp kim loại bên ngoài có xu h ớng tăng thể tích nh ng không tăng đ ợc nên gây ra ứng suất nén, để cân bằng lớp bên trong gây ra ứng suất kéo

Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ bề mặt, làm giảm môđun

đàn hồi của vật liệu Sau khi cắt lớp bề mặt nguội nhanh, co lại gây ra ứng suất d kéo, để cân bằng lớp trong gây ra ứng suất d nén

Kim loại chuyển pha và nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc lớp kim loại bề mặt và gây ra ứng suất d nén nếu có xu h ớng tăng thể tích

ứ ng suất d d ới lớp bề mặt

- o độ nhám: Bằng dụng cụ quang học hay bằng các thiết bị đo tiếp xúc

- o độ cứng tế vi: Dùng các thiết bị đo độ cứng

- o ứng suất d : Dùng ph ơng pháp chiếu tia Rơn-ghen

Chiều sâu tính từ bề mặt

1.2.3 ảnh h ởng của chất l ợng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy.

1.2.3.1 ảnh h ởng tới tính chống mòn.

1 ảnh h ởng của độ nhám bề mặt.

Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc với nhau có nhấp nhô tế vi nên ở giai

đoạn đầu hai bề mặt này chỉ tiếp xúc với nhau trên một số đỉnh nhấp nhô cao, diện tích tiếp xúc chỉ bằng một phần diện tích tính toán và tại đó có

áp suất rất lớn, th ờng v ợt quá giới hạn chảy, có khi v ợt cả giới hạn bền của vật liệu, làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc Biến dạng tiếp xúc đ ợc xác định theo công thức kinh nghiệm sau :

 = C.px (m)

Trong đó :

C, x – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm. hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm.

p - áp suất tại chổ tiếp xúc.

Các chỗ lõm do nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các chất ăn mòn Nh vậy chiều cao nhấp nhô càng thấp thì càng bị ăn mòn.

2 ảnh h ởng của lớp biến cứng bề mặt.

Cấu trúc kim loại có hạt cứng (peclit) và hạt mềm (ferrit) Hạt mềm biến dạng dẻo nhiều hơn  khả năng biến cứng cao hơn  mức năng l ợng nâng cao không đều  thế năng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau  ferrit trở thàh anốt (+) peclit trở thành catốt (-)

3 ảnh h ởng của ứng suất d :

ứng suất d hầu nh không ảnh h ởng đến tính ăn mòn

1.2.3.2 ảnh h ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy

1 Ảnh hưởng của độ nhỏm bề mặt:

ộ nhám bề mặt có ảnh h ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi nó chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô có ứng suất tập trung lớn, có khi v ợt quá giới hạn mỏi của vật liệu

Với thép 45: R Z = 75 m thì -1 = 195 MN/m 2 (195 N/mm 2 ).

R Z = 2 m thì -1 = 282 MN/m 2 (282 N/mm 2 ).

2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt:

Bề mặt bị biến cứng có thể tăng độ bền mỏi khoảng 20% Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh h ởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, vì nó hạn chế khả năng gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết, nhất là khi bề mặt chi tiết có ứng suất d nén

3 Ảnh hưởng của ứng suất dư:

ứng suất d nén trên lớp bề mặt có tác dụng làm tăng độ bền mỏi của chi tiết, còn ứng suất d kéo thì ng ợc lại

-1b = -1a - d

Với: -1a – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm giới hạn mỏi khi không có ứng suất d bề mặt; -1b – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm giới hạn mỏi khi

có ứng suất d bề mặt; d – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm ứng suất d bề mặt lớn nhất;  – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm hệ số phụ thuộc vật liệu

1.2.3.3 ảnh h ởng đến tính ăn mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết

 ferrit trở thàh anốt (+) peclit trở thành catốt (-)

3 ảnh h ởng của ứng suất d :

ứng suất d hầu nh không ảnh h ởng đến tính ăn mòn

1.2.3.4 ảnh h ởng đến độ chính xác các mối lắp ghép.

Nhận xét :

- ộ chính xác mối ghép phụ thuộc chất l ợng bề mặt lắp ghép

- ộ bền mối ghép (độ ổn định của chế độ lắp: chặt, lỏng, trung gian) giữa các chi tiết tuỳ thuộc độ nhám bề mặt lắp ghép

1.2.4 Các yếu tố ảnh h ởng đến chất l ợng bề mặt chi tiết.

1 nh h ởng của các yếu tố h Ảnh hưởng của các yếu tố h ình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt in dập lên bề mặt gia công.

Chế độ cắt khi gia công bằng ph ơng pháp cắt gọt (có phoi) gồm: Tốc độ cắt V (m/ph); L ợng tiến dao: S (mm/vg ; Chiều sâu cắt : t (mm)

S1

1

2 1

1

2 1

2 z

S

a r 1 2

a r

8

S R

,

- B ớc tiến dao S

0 0,01 0,02 0,03 S (m/vg)

Rz

0,05Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô Rz và l ợng chạy dao S (Lý thuyết)

- ảnh h ởng của chiều sâu cắt t

Chiều sâu cắt ảnh h ởng không đến độ nhám bề mặt trên ph ơng diện hình học nh ng nó lại tác động thông qua lực cắt và rung động

Rz theo lý thuyết

R z =S 2 /8r

SEM observation after 200 grinding passes

2 Các nguyên nhân phụ thuộc vào biến dạng dẻo

Mức độ biến dạng dẻo của lớp bề mặt phụ thuộc vào: vật liệu gia

công, chế độ cắt, thông số hình học của dụng cụ cắt, dung dịch trơn lạnh…

- ảnh h ởng của vật liệu gia công:

+ Vật liệu dẻo và dai (thép ít C) dễ bị biến dạng  độ nhám tăng khi biến dạng dẻo tăng

+ ộ cứng của vật liệu tăng  độ nhám giảm

+ Giảm tính dẻo của vật liệu = biến cứng bề mặt cũng làm giảm độ nhám

- ảnh h ởng của vận tốc cắt V (m/ph):

ảnh h ởng của tốc độ cắt tới chất l ợng bề mặt thông qua tốc độ biến

dạng, lực cắt cũng nh nhiệt cắt sinh ra trong quá trình gia công Nói chung, tốc độ cắt là một thông số quan trọng ảnh h ởng tới chất l ợng gia công chi tiết nói chung và độ nhám bề mặt nói riêng

+ Khi V < 20m/ph, do tốc độ biến dạng nhỏ,nhiệt cắt nhỏ nên chất l ợng bề mặt tốt

+ Khi V =20 - 40m/ph, cắt ở vùng tốc độ này chất l ợng bề mặt không tốt do xuất hiện lẹo dao Lẹo dao làm cho quá các thông số của dao thay đổi

+ Khi V>40m/ph: Chất l ợng bề mặt tốt do lẹo dao đã bị nóng chảy và bị phoi cuốn đi.

Nói chung khi gia công phải tránh vùng tốc độ cắt sinh ra lẹo dao

ộ nhám bề mặt đo đ ợc Đúc, Rèn, Dập

- Vật liệu chi tiết: C45

- Vật liệu dụng cụ cắt: P20

- Tốc độ chaỵ dao:0,2mm/vg;

- Chiều sâu cắt: 1mm

LÑo dao

LÑo dao ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trªn cïng mét l ìi c¾t

3 ả nh h ởng do rung động của hệ thống công nghệ

Nguyên nhân gây rung động là do lực cắt không đều Rung động sẽ tạo

ra chuyển động t ơng đối giữa phôi và dao  độ nhám và độ sóng bề

mặt Rung động trong quá trình gia công có hai loại: Rung động c ìng

bức và tự rung.

Giảm rung bằng cách:

- Tăng độ cứng vững cho hệ thống công nghệ

- iều chỉnh máy tốt, nâng cao độ chính xác của các cơ cấu truyền

30 70

10 6

Các dạng sai số: - Sai số trong từng chi tiết

- Sai số trong loạt sản phẩm

Thực tế, không thể chế tạo đ ợc chi tiết máy hoàn toàn tuyệt đối chính xác, vì vậy ng ời ta dùng giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công

1.3.1 Các ph ơng pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ

1 Ph ơng pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt.

“Phôi đ ợc vạch dấu và cắt đến đ ờng vạch dấu”

Cắt thử một phần mặt gia công và kiểm tra nếu đạt kích th ớc yêu cầu thì cắt tiếp, nếu không đạt thì chỉnh máy dựa theo du xích của máy

- Năng suất thấp

- Bậc thợ cao vì độ chính xác gia công tuỳ thuộc vào bậc thợ

- ộ chính xác phụ thuộc vào chiều sâu cắt nhỏ nhất

- Thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ gây ra phế phẩm

 Phù hợp với sản xuất nhỏ.

2 Ph ơng pháp tự động đạt kích th ớc trên máy điều chỉnh sẵn.

ặc điểm :

Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt)

Dao có vị trí t ơng quan cố định so với phôi (cho một loạt chi tiết) Tr ớc

khi cắt một loạt phôi phải điều chỉnh máy, dao

Phôi có vị trí cố định trên máy bằng đồ gá phôi

VD: Khi phay mặt phẳng trên máy phay đứng:

- Phôi phải chính xác  chế tạo phôi bằng ph ơng

pháp tiên tiến: đúc trong khuôn kim loại, rèn khuôn, đúc áp lực…

 Thích hợp với sản xuất hàng loạt lớn

1.3.2 Các nguyên nhân sinh ra sai số

+ Biến dạng tiếp xúc (biến dạng dẻo)

Biến dạng gây ra sai số kích th ớc, sai số hình

dạng của bề mặt gia công.

Biến dạng của hệ thống công nghệ có bản chất

phức tạp  phải khảo sát qua thực nghiệm.

VD: Khi tiện, lực cắt đ ợc phân ra thành 3 thành

phần : Px, Py, Pz

Px: lực dọc trục phôi.

Py: lực vuông góc trục phôi  gây biến dạng

phôi nhiều nhất.

Pz: lực tiếp tuyến.

Sơ đồ cắt khi tiện

Lực cắt khi Tiện

ịnh nghĩa : ộ cứng v Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) ững của hệ thống

công nghệ là khả năng chống lại sự biến

dạng của nó khi có ngoại lực tác dụng

vào.

L ợng chuyển vị y của dụng cụ cắt đối với

phôi là tổng hợp các chuyển vị của các

phần tử trong hệ thống công nghệ

(Kg/mm) y

P

J  y



i

y i

J

P

J

P J

P J

1

J

1 J

1 J

 : độ mềm dẻo của hệ thống

ộ mềm dẻo của hệ thống là khả n Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) ăng biến dạng đàn hồi của nó d

ới tác dụng của ngoại lực.

a) ảnh h ởng của độ cứng vững hệ thống công nghệ.

* Khảo sát tiện trục trơn, chi tiết đ ợc gá trên hai mũi tâm:

Sai số do chuyển vị của hai mũi tâm gây ra Giả sử xét vị trí C trên hình vẽ, lực cắt pháp tuyến ở điểm đang cắt là Py Do mũi tâm kém cứng vững nên B  B’ (BB’ = ys) ;

A  A’ (AA’ = ytr), nếu coi chi tiết gia công là cứng tuyệt đối thì lực tác dụng lên các

gối là :

L

x P P

; L

x L P

y t

Sơ đồ tiện gá trên hai mũi tâm

Biến dạng của đ ờng tâm chi tiết

L ợng chuyển vị của hai mũi tâm sẽ là:

L

x J

P J

P y

; L

x L J

P J

P

y

tr

y tr

tr tr

s

y s

s

Vị trí t ơng đối của mũi dao so với tâm chi tiết là:

1 tr

s

L

x L ) y y

( y

' DC CD

'

CC        

2 2

tr

y 2

2

s

y 1

L

x J

P L

) x L ( J

P





Nhận xét : Khi thay đổi vị trí dao dọc theo trục

phôi thì quan hệ giữa r1 và x là bậc hai.

- Sai số gây ra do biến dạng của chi tiết gia công: Thực tế thì chi tiết gia công không phải là vật rắn tuyệt đối, nên theo lý thuyến biến dạng vật rắn, ng ời ta tính toán đ ợc rằng, với chi tiết gá trên hai đầu mũi tâm thì độ võng tại điểm gia công là :

L

) x L ( x EI 3

P r

2 2

y 2

L

P r

3 y max

) x L ( x L

x J

1 L

) x L ( J

1 P r

r r

2 2

2 2 tr 2

2 s

y 2

1

Tổng biến dạng của chi tiết:

tr s

y min

1 tr

s

tr min

J J

P r

; J J

J L

J

P

