Bài giảng cơ khí đại cương

NỘI DUNG4 Các khái niệm về quá trình sản xuất Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm Khái niệm về độ chính xác gia công 1 2 3... Các khái niệm về quá trình sản xuấtQuá trình sản xuất là

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ

BẢN VỀ SẢN XUẤT CƠ KHÍ

Làm thế nào để từ quặng kim loại biến thành một sản phẩm cơ khí?

• Tất cả những vấn đề này được nghiên cứu trong bài học này.

Học viên nắm được khái niệm, và nội dung của dung sai chi tiết và lắp ghép,

kỹ thuật đo lường trong cơ khí

NỘI DUNG

4

Các khái niệm về quá trình sản xuất

Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm

Khái niệm về độ chính xác gia công

1

2

3

1 Các khái niệm về quá trình sản xuất

Quá trình sản xuất là quá trình tác động trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua

các công cụ sản xuất nhằm tạo ra những sản phẩm phục vụ cho nhu cầu củacon người từ tài nguyên thiên nhiên

1.1 Tổng quan về sản xuất cơ khí

6

Quá trình sản xuất cơ khí là quá trình tạo ra các sản

phẩm cơ khí từ vật liệu được lấy từ những nguồn tài nguyên thiên nhiên bằng những công nghệ khác nhau

Tổng quan quá trình sản xuất cơ khí có thể được mô tả tóm tắt bằng sơ đồ sau:

1.1 Tổng quan về sản xuất cơ khí

Quy trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất nhằm trực tiếplàm thay đổi trạng thái của đối tượng sản xuất theo một thứ tự chặt chẽ,bằng một công nghệ nhất định

1.2 Quy trình công nghệ

Quá trình công nghệ

a) Nguyên công: Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ, được

hoàn thành một cách liên tục tại một chỗ làm việc do một hay một nhómcông nhân thực hiện Nguyên công được đặc trưng bởi 3 điều kiện cơ bản,

đó là hoàn thành, tính liên tục trên đối tượng sản xuất và vị trí làm việc

1.2 Quy trình công nghệ

b) Bước: là một phần của nguyên công để trực tiếp làm thay đổi trạng thái,

hình dáng hay đặc tính kỹ thuật của sản phẩm bằng một hay một tập hợpdụng cụ với chế độ làm việc không đổi

1.2 Quy trình công nghệ

c) Động tác: là tập hợp các hoạt động, thao tác của công nhân để thực hiện

nhiệm vụ của bước hoặc nguyên công Ví dụ: động tác gá phôi; động tácthay dao

1.2 Quy trình công nghệ

1.3 Quá trình thiết kế

a) Sản xuất đơn chiếc: là dạng sản xuất mà sản phẩm được sản xuất ra

với số lượng ít, thường không lặp lại và không theo một quy luật nào.Chủng loại mặt hàng rất đa dạng, số lượng mỗi loại rất ít

b) Sản xuất hàng loạt: là dạng sản xuất mà sản phẩm được chế tạo theo

lô (loạt) được lặp đi lặp lại thường xuyên sau một khoảng thời gian nhất định với số lượng trong loạt tương đối nhiều (vài trăm đến hàng nghìn) như sản phẩm của máy bơm, động cơ điện

1.4 Dạng sản xuất

c) Sản xuất hàng khối: hay sản xuất đồng loạt là dạng sản xuất trong đósản phẩm được sản xuất liên tục trong một thời gian dài với số lượng rấtlớn Dạng sản xuất này rất dễ để cơ khí hóa và tự động hóa như xí nghiệpnghiệp sản xuất đồng hồ, ô tô, xe máy

1.4 Dạng sản xuất

a) Sản phẩm: là một danh từ quy ước để chỉ một vật phẩm được tạo ra ởgiai đoạn cuối cùng của một quá trình sản xuất, tại một cơ sở sản xuất Sảnphẩm có thể là máy móc hoàn chỉnh hay một bộ phận máy, cụm chi tiếtmáy, chi tiết máy

1.5 Sản phẩm và phôi

Chi tiết máy Cụm hoàn chỉnh Xe ô tô hoàn chỉnh

b) Chi tiết máy: là phần tử cấu tạo hoàn chỉnh có nhiệm vụ nhất địnhtrong máy Đặc điểm chung của các phần tử là có cấu tạo hoàn chỉnh, mỗimột phần tử đều có một chức năng nhất định trong máy và không thể tháorời được hơn nữa

1.5 Sản phẩm và phôi

c) Phôi: còn gọi là bán thành phẩm là danh từ kỹ thuật được quy ước đểchỉ vật phẩm được tạo ra từ một quá trình sản xuất này chuyển sang mộtquá trình sản xuất khác

1.5 Sản phẩm và phôi

a) bộ phận máy: đây là một phần của máy, bao gồm 2 hay nhiều chi tiếtmáy được liên kết với nhau theo những nguyên lý máy nhất định (liên kếtđộng hay liên kết cố định) như hộp tốc độ, xích, mayor xe đạp v.v

1.6 Bộ phận máy và cơ cấu máy

b) Cơ cấu máy: đây là một phần của máy hoặc bộ phận máy có nhiện vụnhất định trong máy Ví dụ: cơ cấu truyền động của xe đạp gồm đĩa xích,xích và mayor.

1.6 Bộ phận máy và cơ cấu máy

Cơ cấu

truyền động

xích

Cơ cấu cam

Cơ cấu sinh

lực

Chất lượng bề mặt của chi tiết máy đóng một vai trò rất quan trọng rấtquan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc và tuổi thọ của chitiết máy Đặc trưng bởi hai yếu tố:

 Độ nhám bề mặt

 Tính chất cơ lý

2 Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm

2.1 Độ nhám bề mặt

2 Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm

Độ nhám bề mặt được đánh giá bằng hai chỉ tiêu đó là là Ra và Rz (m)

2.1 Độ nhám bề mặt

2 Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm

Rz là chiều cao nhấp nhô tế vi trung bình của 5 đỉnh cao nhất h1, h3, h5,h7, h9 so với 5 đáy thấp nhất h2, h4, h6, h8, h10 của profin trong khoảngchiều dài chuẩn L, Rz có thể tính bằng công thức sau:

2.1 Độ nhám bề mặt

2 Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm

Ra là sai lệch trung bình số học giá trị tuyệt đối các khoảng cách từ nhữngđiểm của profil bề mặt đến đường trung binh ox đo theo phương vuông gócvới đường trung bình trung trên chiều dài chuẩn L

2.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt sản phẩm

Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gồm cấu trúc tế vi bề mặt, độ cứng tế vi, trị

số và dấu của ứng suất dư bề mặt Tính chất cơ lý của lớp bề mặt ảnh hưởngnhiều đến tuổi thọ của chi tiết máy

• Mặt ngoài bị phá huỷ (1) do chịu lực ép và ma sát khi cắt gọt, nhiệt độtăng cao Ngoài cùng là màng khí hấp thụ dày khoảng từ 0,2-0,3 nm (nanomét)

• Lớp cứng nguội (2) là lớp kim loại bị biến dạng dẻo có chiều dày khoảng5(µm), với độ cứng cao thay đổi giảm dần từ ngoài vào, làm tinh chất cơ lýcủa bề mặt bị thay đổi

• Kim loại cơ bản từ vựng (3) trở vào giữ được cơ tính như ban đầu của vậtliệu

3.1 Khái niệm về độ chính xác gia công

a) Dung sai kích thước

• Kích thước: là giá trị bằng số của đại lượng đo chiều dài (chiều dài, chiềusâu, đường kính ) theo đơn vị đo được lựa chọn, trong kỹ thuật cơ khí đơn

vị được lựa chọn là milimet (mm)

1m = 1000 mm; 1mm = 1000 µm

• Kích thước danh nghĩa: là kích thước được xác định bằng tính toán dựatrên cơ sở chức năng của cho tiết,sau đó qui tròn (về phía lớn hơn) theo cácgiá trị của dãy kích thước thẳng danh nghĩa tiêu chuẩn

• Kích thước thực: Là kích thước nhận được từ kết quả đo trên chi tiết giacông với sai số cho phép Trị số kích thước thực thu được tùy thuộc vào sai

số của dung cụ đo

• Kích thước giới hạn và dung sai:: Để xác định phạm vi cho phép của sai

số chế tạo kích thước,người ta quy định hai kích thước giới hạn

 DN, dN: Kích thước danh nghĩa của lỗ và trục

 Dmax, dmax: Kích thước giới hạn lớn nhất

 Dmin, dmin: Kích thước giới hạn nhỏ nhất

 ES = Dmax - DN, es = dmax - dN : Sai lệch trên

 EI = Dmin - D, ei = dmin - dN : Sai lệch dưới

 TD = Dmax - Dmin = ∆D = ES - EI : Khoảng dung sai của lỗ

 Td = dmax - dmin = ∆d = es - ei : Khoảng dung sai của trục

Kích thước bị bao Kích thước bao

b) Miền dung sai và sơ đồ lắp ghép

Miền dung sai của kích thước được chia làm ba loại

 Dung sai đối xứng

 Dung sai không đối xứng

 Dung sai một bên

esei

T

0.2 0.1

30

b) Miền dung sai và sơ đồ lắp ghép

Mối ghép giữa kích thước bao và bị bao được chia làm 3 loại

ES

EIKTDN

es

ei

KT bao

KT bị bao

ES

EIKTDN

es

es

KT bao

KT bị bao

b) Miền dung sai và sơ đồ lắp ghép

b) Miền dung sai và sơ đồ lắp ghép

Trị số dung sai phụ thuộc vào cấp chính xác và kích thươc (m)

C) Sai lệch hình dáng và vị trí tương quan

 Sai số hình dáng hình học là những sai lệch về hình dáng hình học

của sản phẩm thực so với hình học khi thiết kế như độ thẳng, độ phẳng,

độ côn

 Sai lệch vị trí tương quan là sự sai lệch vị trí thực so với vị trí danh

nghĩa như độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đảo v.v

Một số dạng dung sai hình dáng

Một số dạng dung sai vị trí tương quan

d) Cấp chính xác

Cấp chính xác được qui định theo trị số từ nhỏ đến lớn theo mức độ chính

xác kích thước TCVN và ISO chia ra 20 cấp chính xác đánh số theo thứ tự

Hệ thống lắp ghép

 Lắp ghép theo hệ thống lỗ: là hệ thống lắp ghép lấy lỗ làm chuẩn.

Khi lắp ghép theo hệ thống lỗ thì lấy miền dung sai lỗ là H, có sai lệch

cơ bản EI=0

H

Lắp lỏng Lắp Lắp chặt

Trung gian

Hệ thống lắp ghép

 Lắp ghép theo hệ thống trục: là hệ thống lắp ghép lấy trục làm chuẩn,

để có được các kiểu lắp ghép khác nhau ta chọn dung sai lỗ khác nhau.Khi lắp ghép theo hệ thống trục thì lấy miền dung sai trục là h, có sailệch cơ bản es=0

hLắp lỏng Lắp Lắp chặt

Trung gian

Biểu diễn dung sai lắp ghép trên bản vẽ

Dụng cụ đo và phương pháp đo

Dụng cụ đo : Các dụng cụ đo thường gặp là các loại thước như thước thẳng,thước cuộn, thước dây, thước lá, thước cặp, thước đo góc, compa, panme,đồng hồ so, calíp, căn mẫu Các loại thiết bị đo tiên tiến thường dùng nhưđầu đo khí nén, đầu đo bằng siêu âm hoặc laze, thiết bị quang học, thiết bị

Dụng cụ đo và phương pháp đo

Thước lá: là thiết bị đo có độ chính xác thấp, các vạch chia chỉ đến 0,5 hoặc

1mm

Dụng cụ đo và phương pháp đo

Thước cặp: là dụng cụ đo vạn năng được dùng phổ biến để đo các kích

thước có giới hạn và ngắn như chiều dài, chiều sâu, đường kính lỗ hoặc trục

Dụng cụ đo và phương pháp đo

Panme: dụng đo đường kính ngoài, lỗ, rãnh với độ chính cao, có thể đạt

0,001mm Panme chỉ đo được kích thước giới hạn Ví dụ panme ghi 0 - 25chỉ đo được các kích thươc có giới hạn ≤ 25mm

Dụng cụ đo và phương pháp đo

Calíp - căn mẫu: là loại dụng cụ kiểm tra dùng trong sản xuất hàng loạt,

hàng khối Mỗi bộ Calíp - căn mẫu chỉ dùng để kiểm tra kích thước giới

Dụng cụ đo và phương pháp đo

Đồng hồ so: Dùng để đo kích thước thực sai lệch so với kích thước chọn

làm chuẩn bao nhiêu Độ chính xác của đồng hồ so có thể đạt đến ±0,01mm Đồng hồ so ứng dụng chủ yếu trong đo sai lệch về hình dáng và vịtrí tương quan như độ đảo, độ tròn, độ song song, độ không vuông góc, độđồng tâm

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU

DÙNG TRONG CƠ KHÍ

Vật liệu nào thường được dung trong cơ khí?

2

TÌNH HUỐNG KHỞI ĐỘNG 1

 • Để giải quyết các câu hỏi trên, cần làm rõ: Tính chất của kim loại và hợp kim, thép, gang, kim loại màu và hợp kim màu, hợp kim cứng

• Tất cả những vấn đề này được nghiên cứu trong bài học này.

MỤC TIÊU

Giúp học viên nhận biết các khái niệm tổng quát về các loại vật liệu sử dụng

trong cơ khí: gang, thép, hợp kim.

Học viên nắm được khái niệm và phân loại về thép, các loại thép phổ biến

trong kỹ thuật cơ khí

Học viên nắm được khái niệm và phân loại về gang, các loại gang phổ biến

trong kỹ thuật cơ khí

Học viên nắm được khái niệm và phân loại về kim loại màu, hợp kim, các loại

hợp kim phổ biến trong kỹ thuật cơ khí

1 Tính chất của kim loại và hợp kim

Kim loại được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống

1.1 Cơ tính

a) Độ bền là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngoại lực mà

không bị phá huỷ và được ký hiệu σ, có 3 dạng độ bền:

 Độ bền kéo (σk)

 Độ bền uốn (σu)

 Độ bền nén (σn)

1.1 Cơ tính

8

a) độ bền là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngoại lực mà

không bị phá huỷ và được ký hiệu σ, có 3 dạng độ bền:

 Độ bền kéo (σk)

 Độ bền uốn (σu)

 Độ bền nén (σn)

Nguyên tắc thử độ bền uốn

1.1 Cơ tính

b) độ cứng là khả năng chống lún (biến dạng cục bộ) của vật liệu khi chịu

tác dụng của ngoại lực

Phương pháp kiểm tra độ cứng

10

 Độ cứng Brinell (HB): dung bi thép đã qua nhiệt luyện (D = 10, 5,

0.25mm), dựa vào diện tích vết lún để tính toán độ cứng của vật liệu

Phương pháp kiểm tra độ cứng

11

 Độ cứng Rockwell (HRA, HRB,HRC):

• Với thang đo B (HRB): dùng bi thép qua nhiệt luyện D =1.587mm (1/16”)

• Với thang đo A (HRA), C (HRC): dung mũi kim cương hình nón

có góc ở đỉnh là 120o (sử dụng phương pháp này khi vật liệu có

độ cứng cao)

Phương pháp kiểm tra độ cứng

 Độ cứng Vicker: dung mũi kim cương chóp 4 cạnh góc vát ở đỉnh

bằng 136o+, phương pháp này dung cho cả vật liệu mềm và cứng

1.1 Cơ tính

c) Tính dẻo là khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim khi chịu tác

dụng của ngoại lực Khi thử mẫu nó được thể hiện qua độ dãn dài tươngđối(δ%)

δ = l − l0

l0 ∗ 100%

l- Chiều dài mẫu sau khi kéo (mm)

l o - chiều dài mẫu ban đầu (mm)

1.1 Cơ tính

14

d) Độ dai va đập Khả năng chịu đựng các tải trọng đó mà không bị phá

huỷ của vật liệu gọi là độ dai va chạm

a𝑘 = A

F (𝐽/𝑚𝑚

2)

A- Công sinh ra va đập làm gãy mẫu

l o - Diện tích tiết diện mẫu

1.2 Lý tính

Lý tính là những tính chất của vật liệu thể hiện qua các hiện lượng vật lýkhi thành phần hóa học của vật liệu đó không bị thay đổi như khối lượngriêng, nhiệt độ nóng chảy, tính dãn nở nhiệt, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, từtính

1.3 Hóa tính

16

Hóa tính là độ bền của vật liệu đối với những tác dụng hóa học của các chấtkhác nhau trong môi trường làm việc như ôxy, nước, axit v.v mà không bịphá huỷ:

 Tính chịu nhiệt

 Tính chống ăn mòn hóa học

 Tính chống oxy hóa…

1.4 Tính công nghệ

Tính công nghệ là khả năng của vật liệu cho phép gia công theo một

phương pháp nào đó như tính đúc, tính hàn, tính rèn

• Tính đúc: được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co, độ hòa tan khí và

tính thiên tích Tính chống ăn mòn hóa học

• Tính rèn: là khả năng biến dạng dẻo của vật liệu dưới tác dụng của lực

để tạo thành hình dạng của chi tiết máy mà không bị phá hủy

• Tính hàn: là khả năng tạo sự liên kết giữa các chi tiết hàn, thép dễ hàn

nhưng gang, nhôm, đồng khó hàn

2 Thép

18

Thép: Thép các bon là hợp chất của Fe-C với hàm lượng các bon nhỏ hơn

2,14% Ngoài ra trong thép các bon còn chứa một số chất khác tùy theo loạithép, và được phân chia thành 2 loại cơ bản sau:

 Thép cacbon

 Thép hợp kim

2.1 Thép cacbon

Thép cacbon: Thép các bon là hợp chất của Fe-C với hàm lượng các bon

nhỏ hơn 2,14% Ngoài ra trong thép các bon còn chứa một lượng tạp chấtnhư Si, Mn, S, P (nồng độ tạp chất <0.03%), có 2 cách phân loại:

 Phân loại theo hàm lượng cacbon

 Phân loại theo công dụng

Phân loại

Hàm lượngcacbon

Dụng cụ: CD70, CD80…

Thép các bon chất lượng thường (CT31, CT33, CT34…)

Ứng dụng chủ yếu trong

lĩnh vực xây dựng

Thép các bon kết cấu (C08, C15, C20, C30…)

Thép các bon dụng cụ (CD70, CD80…)

Ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực cơ khí, thực phẩm, bao bì đóng gói…

Thép cacbon có công dụng riêng

2.2 Thép hợp kim

Khái niệm: Thép hợp kim là loại thép mà ngoài Fe, C và các tạp chất ra,

người ta còn cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định

để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp với yêu cầu sửdụng: Cr, Mnm Si, W, V, Mo…

Đặc điểm thép hợp kim

 Cơ tính: cao hơn thép cacbon, kể cả sau nhiệt luyện

 Tính chịu nhiệt: chống dão lên đến 600oC, chịu oxy hóa tới

800oC÷1000oC

 Tính chất vật lý, hóa học: chống gỉ cao kể cả trong môi trường axit,

bazo, chịu dàn hồi, giãn nở cao…

2.2 Thép hợp kim

Phân loại: Có nhiều cách phân loại thép hợp kim nhưng đơn giản và thụng

dụng nhất là phân loại theo công dụng

Phân loại

Hợp kim kết cấu:

Hàm lượng C = 0.1÷0.85% và hàm lượng hợp kimthấp: 15Cr, 20Cr, 40Cr…=> Dùng chế tạo chi tiết chịutải trọng cao, độ cứng, chịu mài mòn…

Hợp kim dụng cụ:

Hàm lượng cacbon C = 0.7÷1.40%, và có them các

nguyên tố Cr, W, Si, Mn => dung chủ yếu dao tiện, dao

bào, mũi khoan, ổ lăn, khuôn dập…

Hợp kim đặc biệt:

Thép không gỉ: 12Cr13, 20Cr13…

Thép bền nóng: 12CrMo, 04Cr9Si…

Thép từ tính: Cr-W, Fe-Ni-Al, Fe-Ni-AlCo…

2.3 Gang

26

Gang là hợp kim Fe-C, hàm lượng các bon trong khoảng 2,14 ÷ 6,67% C.

Cũng như thép trong gang có chứa các tạp chất Si, Mn, S, P và các nguyên

tố khác, có 4 loại gang chủ yếu:

 Gang trắng: có màu sáng trắng, cứng gòn và khó cắt gọt Sử dụng làm

bi nghiền, trục cán… hoặc dùng để luyện gang, thép khác

 Gang xám: có độ bền nén cao, chịu mài mòn và tính đúc tốt VD: GX

12-28, GX 15-32, GX 28-48… dùng chế tạo vỏ hộp số, nắp che, bánhđà…

 Gang cầu: Có độ bền và độ dẻo cao có thể sử dụng chế tạo các trục cán,

trục khuỷu… VD: GC 45-15, GC 60-2, GC 50-2

 Gang dẻo: được chế tạo từ gang trắng, có độ bền và độ dẻo lớn Thường

dung khi đúc các chi tiết có thành mỏng, hoặc phức tạp VD: GZ 33-8,

GZ 45-6, GZ 60-3