Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết bánh răng Z32

Chi tiết gia công là bánh răng có 32 răng với module 4, bên trong là lỗ then hoa có 6 răng. Chi tiết có phần trụ bậc ở hai bên, một bên có cắt rãnh 20 mm. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết bánh răng Z32, quy trình công nghệ gia công chi tiết, tính toán chế độ cắt, tính toán đồ gá.

Phần 1: PHÂN TÍCH CHI TIẾT BÁNH RĂNG Z32 1.1 Phân tích công dụng và điều kiện làm việc của chi tiết gia công

Hình 1.1: Bản vẽ chi tiết bánh răng Z32.

− Chi tiết gia công là bánh răng Z32 trong hợp tốc độ của máy tiệnT620M Đây là bánh răng di trượt, bên trong của bánh răng là lỗ thenhoa Bánh răng này dùng để đóng ngắt truyền động giữa các trụctrong hộp tốc độ bằng cách thay đổi vị trí của bánh răng thông quacác cần gạt

− Bánh răng Z32 làm việc trong môi trường kín, được bôi trơn bằngdầu, nhiệt độ và tốc độ làm việc tương đối cao.

1.2 Phân tích vật liệu chế tạo chi tiết gia công

− Thép C45 dùng cho các chi tiết có yêu cầu độ bền cao, làm việc ở tốc

độ không lớn và áp lực riêng trung bình như: Bánh răng, tay biên,cần, trục truyền làm việc trong ổ lăn, trụ trượt, bulong Vây, CTGCvới vật liệu thép C45 là hợp lý

Mác

thép

Hàm lượng của các nguyên tố, %

Cacbon Silic mangan photpho

LưuHuỳnh crom nikenKhông lớn hơn

Độ giãndàitươngđối δs, %

Độ thắttươngđối ψ,

%

Độ dai

va đậpak,kGm/cm2

Độ cứng HBThép

cánnóng

Thép ủ

1.3 Phân tích kết cấu, hình dạng của chi tiết gia công

Hình 1.2: Tên gọi các bề mặt gia công.

− Chi tiết gia công là bánh răng có 32 răng với module 4, bên trong là

lỗ then hoa có 6 răng Chi tiết có phần trụ bậc ở hai bên, một bên cócắt rãnh 20 mm Tất cả các cạnh được vát 2x45o Qua các đặc điểmtrên ta thấy kết cấu, hình dạng của CTGC tương đối đơn giản và hợp

lý, các bề mặt có thể gia công bằng các phương pháp thông thường(tiện, phay, xọc, chuốt, )

− Dựa vào hình dạng bên ngoài của CTGC ta thấy đây là chi tiết dạngbạc.

− Bề mặt đặc biệt quan tâm khi gia công là bề mặt:

+ Rãnh 20+0,02 cấp chính xác 7, Ra = 2,5

+ Lỗ then hoa Ø56+0,03 cấp chính xác 7, Ra = 1,6 + Rãnh then hoa cấp chính xác 10, Ra = 2,5

1.4 Phân tích độ chính xác gia công

+ Miền dung sai kích thước lỗ H7: vậy 20+0,02 →20H7

− Kích Ø56+0,03

+ Kích thước danh nghĩa Ø56

+ Sai lệch trên ES = 0,03

+ Sai lệch dưới EI = 0

+ Dung sai kích thước: ITD = ES – EI = 0,03 – 0 =0,03.

+ Tra bảng (1.4 trang 11 sách STDSLG)

+ Độ chính xác về kích thước đường kính lỗ cần đạtcấp chính xác 7

+ Miền dung sai kích thước lỗ H7: vậy Ø56+0,03 →Ø68H7

+ Miền dung sai kích thước lỗ F10: vậy → 14H10

+ Độ chính xác về kích thước đường kính lỗ cần đạtcấp chính xác 12.

+ Miền dung sai kích thước lỗ H12: vậy Ø68+0,3 →Ø68H12

 Các kích thước không chỉ dẫn dung sai:

− Kích thước khoảng cách giữa hai bề mặt gia công có cấp chính xác12

+ Kích thước 18 cấp chính xác 12 Tra bảng 1.4 trang

 Kích thước đầy đủ Ø 80 +0,3

+ Kích thước Ø114 cấp chính xác 12 Tra bảng 1.4trang 11 sách STDSLG ta được IT = 0,36 mm

 Kích thước đầy đủ Ø114-0,36.

+ Kích thước Ø136 cấp chính xác 12 Tra bảng 1.4trang 11 sách STDSLG ta được IT = 0,4 mm.

1.4.5 Yêu cầu về cơ lý tính

− Độ cứng bề mặt bánh răng và then hoa đạt từ 45 ÷ 48 HRC

1.4.6 Kết luận

− Qua các phân tích về chi tiết gia công, ta thấy dung sai kích thước,hình dáng hình học, vị trí tương quan, nhám bề mặt đạt cấp chính xáccao nhất là IT7 Chất lượng bề mặt tương thích với độ chính xác kíchthước, hình dáng hình học và vị trí tương quan

Phần 2: CHỌN PHÔI, PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI VÀ XÁC ĐỊNH

LƯỢNG DƯ 2.1 Chọn phôi

− Trong cơ khí có nhiều dạng phôi: Cán, rèn, đúc, hàn, Dựa vào vậtliệu thép C45 và hình dạng tương đối đơn giản của chi tiết ta có thểchọn phôi đúc, cán hoặc phôi rèn

+ Phôi cán thường có lượng dư gia công nhiều vớinhững chi tiết phức tạp, có tiết diện thay đổi lớn,phải qua nhiều bước gia công và cần loại bỏ nhiềuvật liệu, hệ số sử dụng phôi thấp Thành phần hóahọc của kim loại chính xác nên dễ chọn chế độnhiệt luyện Dạng phôi nay thường dùng trong sảnxuất đơn chiếc Tuy nhiên, với một số trường hợpchi tiết gia công đơn giản như: Trục trơn,chốt, Thì việc sử dụng phôi cán trong sản xuấthàng loạt sẽ hiệu quả hơn các dạng phôi khác.+ Đúc có thể cho ra phôi gần giống với hình dạngcủa CTGC, khi gia công không cần loại bỏ nhiềuphoi Dạng phôi này thích hợp với sản xuất hàngloạt vừa trở lên Tuy nhiên, thành phần hóa họccủa thép đúc khó khống chế chính xác (trong điềukiện Việt Nam), cơ tính phôi trung bình

+ Phôi rèn có cơ tính bền chăt phù hợp với những chitiết như: Bánh răng, then hoa, Hình dạng phôigần giống với chi tiết gia công, lượng dư gia côngkhông nhiều nên phù hợp với sản xuất hàng loạtvừa trở lên Thành phần hóa học chính xác, dễ

chọn chế độ nhiệt luyện do phôi rèn cũng được lấy

từ phôi cán

+ Vì vậy, với yêu cầu về cơ tính cao của bánh răngcùng với dạng sản xuất hàng loạt vừa, ta thấy phôirèn là dạng phôi phù hợp hơn

2.2 Phương pháp chế tạo phôi

− Ta có hai phương pháp để chế tạo phôi rèn: Phương pháp rèn tự do(rèn tay) và phương pháp rèn khuôn

+ Rèn tự do là phương pháp gia công áp lực mà kimloại biến dạng không bị khống chế bởi một mặtnào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi với dụng

cụ gia công Độ chính xác, độ bóng bề mặt của chitiết không cao, năng suất thấp, chất lượng và tínhchất kim loại từng phần của chi tiết khó dảm bảogiống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giảnhay các bề mặt không định hình Chất lượng sảnphẩm phụ thuộc vào tay nghề của công nhân Thiết

bị và dụng cụ rèn đơn giản Rèn tự do được dùngrộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạtnhỏ Chủ yếu dùng cho sửa chữa và thay thế + Rèn khuôn là phương pháp gia công áp lực, vật rènđược nung lên đến nhiệt độ biến dạng tốt nhất sau

đó cho vào khuôn và rèn trên các loại máy búa,máy ép, Lòng khuôn có hình dạng và kích thướcsản phẩm Kim loại biến dạng dẻo trong khônggian lòng khuôn và tạo hình sản phẩm Với chi tiết

có hình dạng phức tạp có thể rèn qua nhiều khuôn

từ đơn giản đến phức tạp và cuối cùng là khuôn cóhình dạng tương ứng với hình dáng vật rèn So với

rèn tự do, rèn khuôn có độ chính xác và chất lượngcao hơn Có khả năng chế tạo được những chi tiếtphức tạp, năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự độnghóa nên thường được dùng rộng rãi trong sản xuấthàng loạt vừa trở lên Nhược điểm của phươngpháp này là giá thành khuôn cao và khuôn chóng

• Dùng cho phôi có hình dạng phức tạp, đạt độ chính xác cao

• Nâng cao cơ tính của phôi

• Thường áp dụng sản xuất loạt vừa trở lên

• Tiết kiệm kim loại, giảm thời gia gia công cơ khí

+ Nhược điểm:

• Do lực lớn và va đập nhiều nên tuổi thọ khuôn không cao

• Việc chế tạo khuôn tốn nhiều chi phí.Rèn khuôn trên máy ép trục khuỷu.

+ Ưu điểm:

• Máy làm việc êm, độ cứng vững tốt, chính xác

• Tốc độ máy nhanh, có thể đẩy phôi tự động

• Năng suất cao, thích hợp cho quá trình tự động hóa

• Lực dập lớn nên có thể dập một lần la đạt kích thước phôi trong khimáy búa cần thực hiện nhiều lần.

• Giá thành của máy ép cao

• Có thể kẹt máy khi tính toán sai hành trình và thể tích khuôn

 Qua hai phương pháp rèn khuôn trên, ta thấy phương pháp rèn khuôn trên máy ép trục khuỷu có nhiều ưu điểm hơn Thích hợp cho sản xuất hàng loạt vừa.

− Để có được phôi có hình dạng tương tự với chi tiết gia công thì quátrình rèn cần trải qua nhiều bước: Rèn lần 1, rèn lần 2, rèn lần 3, làmsạch phần thừa

a) b) c) d) e)

Hình 2.3: a) Phôi, b) Rèn lần 1; c) Rèn lần 2; d) Rèn lần 3; e) Cắt kim loại thừa.

Hình 2.4: Bản vẽ khuôn rèn lần 1.

Hình 2.7: Bản vẽ khuôn cắt mép.

2.3 Xác đinh lượng dư

Tra bảng 3.17 trang 191 (sổ tay công nghệ chế tạo máy):

− Lượng dư và dung sai tất cả các bề mặt ngoài là:

− Lượng dư và dung sai tất cả các mặt lỗ, hốc là:

Hình 2.8: Bản vẽ lồng phôi.

Phần 3: Lập qui trình công nghệ 3.1 Mục đích

Xác định các trình tự gia công hợp lý nhằm đảm bảo độ chính xác về kíchthước, vị trí tương quan, hình dáng hình học và độ nhám bề mặt theo yêu cầuchi tiết cần chế tạo

3.2 Nội dung

− Chọn trình tự gia công các chi tiết

(Đính kèm phiếu hướng dẫn công nghệ)

Phần 4: BIÊN LUẬN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 4.1 Nguyên công I: Chuẩn bị phôi

Hình 4.10 Kích thước phôi ban đầu.

 Bước 1: Làm sạch phôi

 Bước 2 : Kiểm tra

− Kiểm tra về vị trí tương quan

 Bước 3 : Ủ kết tinh lại

Hình 4.11 Sơ đồ ủ kết tinh lại.

4.2 Nguyên công II: Tiện thô mặt B, lỗ bậc Ø80 +0,3 , trụ bậc Ø114-0,36 và mặt trụ Ø136-0,4

Hình 4.12 Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công II.

 Chọn Chuẩn gia công:

− Mặt E: Định vị 3 bậc tự do

− Mặt trụ ngoài Ø98 : Định vị 2 bậc tự do

 Chọn máy:

Máy tiện 1K62, máy có các thông số cơ bản như sau:

− Cấp tốc độ trục chính : 160-200-250-315-400-500-630-800-1000-1250-1600-2000

12,5-16-20-25-31,5-40-50-63-80-100-125-vòng/phút

− Công suất động cơ trục chính : 7,5 kW

So với công suất máy = 7,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn.

• Trong đó:

L = 57,5 mm: chiều dài gia công

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi

3mm: khoảng thoát dao

: tốc độ trục chính

S = 1 mm/vòng: lượng chạy dao

i = 1 số lần cắt

 Tm = 0,1 Phút

 Bước 2: Tiện thô lỗ bậc Ø80+0,3

− Đạt: Cấp chính xác 12; kích thước Ø80+0,3; kích thước 18±0,09; độnhám Rz40

+ Chọn lượng chạy dao: Theo bảng 18-1 trang 25

So với công suất máy = 7,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn

• Trong đó:

L = 29,5 mm: chiều dài gia công

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi

3mm: khoảng thoát dao

− Đạt: Cấp chính xác 12; kích thước Ø114-0,36; kích thước 18±0,09;kích thước Ø136-0,4; độ nhám Rz40

− Chọn dao:

T15K6 Tra bảng 4-6 trang 297 [1] ta được: h = 16 mm ; b = 12 mm ; L = 100

So với công suất máy = 7,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn.

• Trong đó:

L = 28 mm: chiều dài gia công

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi

3mm: khoảng thoát dao

Hình 4.16 Các thông số của dao tiện đầu cong.

+ Thời gian chạy máy:

• Trong đó:

L = 2 mm: chiều dài gia công

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi 3mm: khoảng thoát dao

: tốc độ trục chính

S = 1 mm/vòng: lượng chạy dao

i = 1 số lần cắt

 Tm = 0,02 Phút

4.3 Nguyên công III: Khoét doa lỗ Ø56 +0,03

Hình 4.17 Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công khoét doa lỗ Ø56+0,03

 Chọn Chuẩn gia công:

− Mặt B: Định vị 3 bậc tự do

− Mặt trụ ngoài Ø136-0,4 : Định vị 2 bậc tự do.

 Chọn máy:

+ Chọn tốc độ khoét : Theo bảng 5-105 trang 96

[2] ta được: v = 17 m/phút.

+ Tính số vòng quay: = = 100,26 vg/phút

 Theo máy lấy n = 95 vg/phút

được: N = 4,1 kW

So với công suất máy = 4,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn

+ Chọn lượng chạy dao: Theo bảng 5-26 trang 22

[2] ta được: s = 1,1 mm/vòng.

+ Chọn tốc độ khoét : Theo bảng 5-105 trang 96

[2] ta được: v = 14,8 m/phút.

+ Tính số vòng quay: n = = = 84,69 vg/phút

 Theo máy lấy n = 75 vg/phút

được: N = 4,1 kW

So với công suất máy = 4,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn

+ Chọn t: Dựa vào kích thước của phôi và chi tiết giacông ta chọn t = (55,91-55,65)/2 = 0,13 mm

[4] ta được: s = 1 mm/vòng.

+ Chọn tốc độ doa : Theo bảng 56-3 trang 108 [4] ta

được: v = 10 m/phút

+ Tính số vòng quay: n = = = 56,96 vg/phút

 Theo máy lấy n = 47,5 vg/phút

Công suất cắt: Do mô men xoắn khi doa nhỏ nên công suất cũng sẽnhỏ nến máy làm việc luôn đảm bảo an toàn

 Theo máy lấy n = 47,5 vg/phút

Công suất cắt: Do mô men xoắn khi doa nhỏ nên công suất cũng sẽnhỏ nến máy làm việc luôn đảm bảo an toàn

4.4 Nguyên công IV: Tiện thô mặt E, Ø98-0,3 và mặt D

Hình 4.18 Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công IV.

 Chọn Chuẩn gia công:

− Mặt A: Định vị 1 bậc tự do

− Mặt trụ trong Ø56+0,03 : Định vị 4 bậc tự do.

 Chọn máy:

Máy tiện 1K62, máy có các thông số cơ bản như sau:

− Cấp tốc độ trục chính : 160-200-250-315-400-500-630-800-1000-1250-1600-2000

12,5-16-20-25-31,5-40-50-63-80-100-125-vòng/phút

− Công suất động cơ trục chính : 7,5 kW

So với công suất máy = 7,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn.

• Trong đó:

L = 21 mm: chiều dài gia công

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi

3mm: khoảng thoát dao

: tốc độ trục chính

S = 1 mm/vòng: lượng chạy dao

i = 1 số lần cắt

 Tm = 0,04 Phút

 Bước 2: Tiện thô trục bậc Ø98-0,3

− Đạt: Cấp chính xác 12; kích thước Ø98-0,3; kích thước 28±0,11; độnhám Rz40

− Chọn dao:

T15K6 Tra bảng 4-6 trang 297 [1] ta được: h = 16 mm ; b = 12 mm ; L = 100

So với công suất máy = 7,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn.

• Trong đó:

L = 28 + 19 = 47 mm: chiều dài gia công của 2 bề mặt (Ø98-0,3 và mặtD)

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi

3mm: khoảng thoát dao

Dao tiện đầu cong gắn mảnh hợp kim cứng T15K6 Tra bảng 4-4 trang 295

+ Công suất cắt: Theo bảng 74-1 trang 51 [4] ta

được: N = 4,1 kW

So với công suất máy = 7,5 kW nên máy làm việc đảm bảo an toàn

• Trong đó:

L = 2 mm: chiều dài gia công

mm: khoảng dao trước khi chạm phôi

3mm: khoảng thoát dao

: tốc độ trục chính

S = 1 mm/vòng: lượng chạy dao

i = 1 số lần cắt

 Tm = 0,02 Phút

4.5 Nguyên công V: Chuốt lỗ then hoa

Hình 4.22 Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công V.

 Chọn Chuẩn gia công:

− Mặt B: Định vị 3 bậc tự do

− Mặt trụ trong Ø56+0,03 : Định vị 2 bậc tự do.

 Chọn máy:

Máy chuốt ngang 7B56, máy có các thông số cơ bản như sau:

+ Trong mâm cặp: 160

− Tốc độ làm việc của hành trình chuốt, m/ph: 1,5 ÷ 13

Lực cắt P trên 1 mm chiều dai = 71N Theo bẳng 5-54 trang 45 [2]

Vì đây là máy chuyên dụng nên khi thiết kế nhà sản xuất đã tính toánmáy đủ công suất cho các dao chuốt đi qua được lỗ trên máy Do đó,chúng ta không cần kiểm tra công suất máy

Thời gian chạy máy: Phụ thuộc vào chiều dài của dao chuốt và tốc độ cắt

4.6 Nguyên công VI: Phay lăn răng bánh răng Z32

Hình 4.23 Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công VI.

 Chọn Chuẩn gia công:

− Chiều rộng lớn nhất của bánh răng trụ răng thẳng được gia công: 170

− Góc nghiêng lớn nhất của bánh răng được gia công: ±45o

− Đường kính lớn nhất dao phay trục vít: 125

− Dịch chuyển lớn nhất của bàn dao: 75

− Phạm vi tốc độ trục chính: 50 ÷ 500

 Gia công bánh răng

 Đây là máy chuyên dụng được sản xuất để gia công bánh răng với năngxuất cao Các thông số về máy và dao đã được tiêu chuẩn hóa Daođược chọn có module phù hợp với bảng thông sô của máy nên máy sẽđảm bảo công suất khi làm việc.

4.7 Nguyên công VII: Phay Rãnh 20 +0,02

Hình 4.25 Sơ đồ định vị và kẹp chặt nguyên công VII.

 Chọn Chuẩn gia công:

− Công suất động cơ trục chính : 7 kW.

118 – 150 – 190 – 235 – 300 – 375 – 475 – 600 – 750 960 1500

+ Chọn t: Dựa vào kích thước của phôi và chi tiếtgia công ta chọn t = 18 mm

Ne = = = 2,27 kW

So với công suất của máy = 7kW, máy làm việc đảm bảo an toàn

+ Chọn lượng chạy dao: Theo bảng 12-5 trang 127

So với công suất của máy = 7kW, máy làm việc đảm bảo an toàn.

Phần 5: THIẾT KẾ ĐỒ GÁ

ĐỒ GÁ CHUỐT THEN HOA

5.1 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của nguyên công:

Ở đây là dạng sản xuất hàng loạt nên việc chế tạo đồ gá chuyên dùng chonguyên công là cần thiết Để đảm bảo thuận tiện cho viêc gia công, an toàn chothiết bị máy móc và đạt được độ chính xác cao thì đồ gá được thiết kế sao cho cókhả năng tự lựa để lỗ tâm của then hoa luôn trùng với trục dao gia công

5.2 Phương pháp định vị và kẹp chặt:

5.2.1 Định vị:

− Mặt B: Định vị 1 bậc tự do (tịnh tiến theo phương oz)

− Mặt trụ trong Ø56 +0,03 : Định vị 4 bậc tự do ( Tịnh tiến theo ox, oy;xoay quanh ox, oy)

5.2.2 Kẹp chăt:

− Lực kẹp chính là lực cắt sinh ra khi chuốt hướng vào bề mặt định vị,vuông gốc với mặt B

5.3 Phương pháp tính lực kẹp

Hình 5.28 Sơ đồ kết cấu nguyên công chuốt then hoa.

− Với sơ đồ kết cầu nguyên công như hình 5.1, ta thấy khi gia công lực

cắt chính là nguyên nhân tạo ra lực kẹp giữ chặt chi tiết gia công đo

đó trong trường hợp này chúng ta không cần tính lực kẹp như cáctrường hợp thông thường

5.4 Xác định sai số chế tạo cho phép:

5.4.1 Sai số chuẩn:

Trong nguyên công chuốt này không có sai số chuẩn vì đồ gá này có khảnăng tự lựa, và kích thước gia công phụ thược và kích thước của dao