Giáo trình Công nghệ chế tạo máy (Nghề Công nghệ kỹ thuật cơ khí)

Vị trí Là một phần của nguyên công, được xác định bởi vị trí tương quan giữa chi tiết gia công với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt.. Đặc điểm: - Tại mỗi vị trí làm việc chỉ thực h

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH Tên môn học: Công nghệ chế tạo máy NGHỀ: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Vĩnh Phúc

TÊN MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Tính chất:

Là môn học cơ sở nghề có liên quan đến kiến thức Lý thuyết chuyên môn và

Mô đun đào tạo nghề

Môn học Công nghệ chế tạo máy chủ yếu nghiên cứu về qui trình công nghệgia công cơ khí Cách tính toán lượng dư gia công, cách tính sai số chuẩn và thiếtlập qui trình công nghệ

Ý nghĩa:

Công nghệ chế tạo máy là môn học giúp người học vận dụng kiến thức đãhọc vào thực tập, sản xuất thiết lập công nghệ gia công chi tiết, tạo ra sản phẩm đạtgiá trị sử dụng tốt, tính kinh tế cao, chất lượng, giá thành rẻ

Mục tiêu của môn học:

- Khái quát được những vấn đề cơ bản về gia công cơ khí;

- Nêu được các khái niệm về quá trình sản xuất và qui trình công nghệ;

- Hiểu các yếu tố qui trình công nghệ;

- Hiểu các loại chuẩn, lượng dư gia công;

- Biết cách tính toán sai số chuẩn và lượng dư gia công;

- Vận dụng những kiến thức của môn học vào thực tế, khi thiết kế công nghệ

và đồ gá thông dụng;

- Phân tích được quá trình định vị và kẹp chặt chi tiết;

- Phân tích được quá trình rà gá chi tiết khi gia công;

- Thiết kế được tiến trình hoặc qui trình công nghệ gia công cơ khí;

- Tích cực trong học tập, tìm hiểu thêm trong quá trình thực tập xưởng;

- Rèn luyện tính kiên trì, chủ động và tích cực, sáng tạo trong học tập

Nội dung môn học:

TT Tên các chương/ bài trong mô đun

Thời gian (tiết)

Ghi chú

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

5 Chương 5 Đặc trưng của

các phương pháp gia công

6 Chương 6 Công nghệ gia

công chi tiết hộp

7 Chương 7 Công nghệ gia

công chi tiết càng

8 Chương 8 Công nghệ gia

công chi tiết trục

9 Chương 9 Công nghệ gia

công chi tiết bạc

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Nội dung chương.

1.1 Quá trình sản xuất, quá trình công nghệ, quy trình công nghệ.

1.1.1 Quá trình sản xuất

Một cách tổng quát, quá trình sản xuất là quá trình con ngừời tác động vào tàinguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ lợi ích của con người.Trong nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất bao gồm các quá trình:

Hình 1.1 Phôi chi tiết tay biên

- Gia công cắt gọt: Phay các mặt đầu, khoan, khoét, doa các lỗ chính, lỗ kẹp chặt

2

Hình 1.2 Gia công cắt gọt tay biên

Ví dụ:

- Quá trình công nghệ gia công cơ

- Quá trình công nghệ nhiệt luyện

a) b)

Hình 1.4

a) Tiện đầu A; b) Đảo đầu tiện đầu B

- Phương án 2: Tiện 2 đầu A và B trên hai máy khác nhau hoặc tiện xong đầu A cho cả loạt chi tiết rồi mới tiện đầu B là 2 nguyên công

- Tiện xong trụ ngoài trên một máy tiện rồi phay rãnh then cũng là hai nguyên công

Hình 1.5

a) Tiện đầu A và B trên một máy; b) Phay rãnh then

Nhận xét: Nguyên công là đơn vị cơ bản của quy trình công nghệ, việc phân chia các nguyên công mang ý nghĩa kỹ thuật và ý nghĩa kinh tế

- Ý nghĩa kỹ thuật: tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà việc thực hiện nguyên công có thể là thô hay tinh

- Ý nghĩa kinh tế: tuỳ theo sản lượng mà chia nhỏ thành nhiều nguyên công hay tập trung ở một vài nguyên công để đảm bảo sự cân bằng của nhịp sản xuất

1.2.2 Bước

Là một phần của nguyên công để tiến hành gia công một (hoặc nhiều) bề mặt bằng

một (hoặc nhiều dao) với chế độ cắt không đổi Ví dụ: Gia công đoạn trục 1, 2

theo 1 bước hoặc 2 bước

a) b)

Hình 1.7

a) Gia công đồng thời bằng 2 dao là 1 bước b) Gia công lần

lượt bằng 1 dao là 2 bước: Bước 1 tiện cổ trục 1; Bước 2 tiện

cổ trục 2

1.2.3 Vị trí

Là một phần của nguyên công, được xác định bởi vị trí tương quan giữa chi tiết gia

công với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt Ví dụ: Khoan, khoét, doa 2 lỗ của

càng

Hình 1.6

1.2.4 Đường chuyển dao

Là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và cùng một dao

Ví dụ: Gia công đoạn trục 1 phải qua 2 lần chuyển dao mỗi lần cắt một lượng dư

nhất định

5

a) b)

Hình 1.8

a) Lần chuyển dao 1; b) Lần chuyển dao 2

Một bước có thể có nhiều đường chuyển dao

Dạng sản xuất được đặc trưng bởi các yếu tố sau:

- Sản lượng

- Tính ổn định của sản phẩm

- Tính lặp lại của quá trình sản xuất

- Mức độ chuyên môn hóa trong sản xuất

Căn cứ vào các yếu tố trên người ta chia ra 3 dạng sản xuất: sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối

1.3.1 Dạng sản xuất đơn chiếc

Là sản xuất có số lượng sản phẩm hàng năm ít (thường từ 1 đến vài chục chiếc) sản phẩm không ổn định, không có chu kỳ sản xuất lại

Đặc điểm:

- Sử dụng trang thiết bị, dụng cụ vạn năng

- Máy công cụ được bố trí theo loại thành từng bộ phận sản xuất khác nhau

- Tài liệu công nghệ dưới dạng phiếu tiến trình công nghệ

- Yêu cầu trình độ thợ cao

- Không thực hiện được việc lắp lẫn hoàn toàn

- Năng suất lao động thấp, giá thành cao

- Sử dụng máy vạn năng, đồ gá chuyên dùng

- Trình độ thợ trung bình

- Đảm bảo được nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn

Đây là dạng sản xuất phổ biến nhất trong ngành công nghệ chế tạo máy

Tuỳ sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm còn chia thành:

- Sản xuất hàng loạt nhỏ tương đương với sản xuất đơn chiếc

- Sản xuất hàng loạt vừa

- Sản xuất hàng loạt lớn tương đương với sản xuất hàng khối

Ví dụ: lĩnh vực chế tạo máy công cụ, máy nông nghiệp

1.3.3 Dạng sản xuất hàng khối

Là sản xuất có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định trong thời gian dài Đặc

điểm:

- Tại mỗi vị trí làm việc chỉ thực hiện cố định một nguyên công nhất định

- Thời gian thực hiện một nguyên công bằng nhịp sản xuất hoặc bội số của nhịp sản xuất

- Máy được bố trí theo thứ tự của quy trình công nghệ

- Trình độ chuyên môn hoá cao

- Trang thiết bị, dụng cụ chuyên dùng

- Trình độ thợ đứng máy thấp, nhưng thợ điều chỉnh máy phải giỏi

- Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn

- Năng suất lao động cao giá thành sản phẩm hạ

Ví dụ: chế tạo ô tô, xe máy, vòng bi, đai ốc, thiết bị đo lường

Mô hình tổ chức theo dạng sản xuất này chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi sốlượng chi tiết đủ lớn khi mọi chi phí cho việc tổ chức sản xuất được hoàn lại và giáthành của một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn so với sản xuất hàng loạt

Trong đó: T - khoảng thời gian làm việc (phút)

N - số đối tượng sản xuất ra trong thời gian T

* Xác định dạng sản xuất

Có nhiều cách để xác định dạng sản xuất dựa theo các đặc trưng của nó Một cáchthông dụng nhất là dựa vào sản lượng và khối lượng của chi tiết cần sản xuất.Sản lượng của một sản phẩm được xác định theo công thức:

N N m 1

1

N1 - số sản phẩm được sản xuất ra trong một năm

m - số chi tiết trong một sản Phẩm

- số chi tiết phế phẩm ( = 3 - 6%)

7

- số chi tiết được chế tạo dự trữ ( = 5 - 7%)

Sau khi xác định được sản lượng hàng năm N của chi tiết ta phải xác định khối lượng Q của chi tiết theo công thức:

Q V (kg)Trong đó: V- thể tích của chi tiết (dm3)

- khối lượng riêng của vật liệu (kg/dm3) Khối lượng riêng của thép là7,852kg/dm3, của gang dẻo là 7,2kg/dm3, gang xám là 7kg/dm3, của nhôm là2,7kg/dm3 và của đồng là 8,72kg/dm3

Khi có N và Q dựa vào bảng sau để chọn dạng sản xuất phù hợp

phần của một quy trình công nghệ, lấy ví dụ minh họa?

Câu 2 Dạng sản xuất là gì? Trình bày các hình thức sản xuất?

Câu 3 Cho biết phương pháp xác định dạng sản xuất?

8

Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY

Mục tiêu:

- Hiểu được các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy

- Biết các phương pháp xác định chất lượng bề mặt

- Biết các thông số ảnh hưởng đên chất lượng bề mặt trong quá trình giacông chế tạo

- Có thể đề ra biện pháp đảm bảo chất lượng bề mặt chi tết máy

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cựcsáng tạo trong học tập

Nội dung chương.

2.1 Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công.

2.1.1 Tính chất hình học.

2.1.1.1 Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi)

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ranhững vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công Như vậy, bề mặt có độ nhám Độnhám bề mặt được đánh giá qua:

+ Chiều cao nhấp nhô Rz và

+ Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra

1. Chiều cao nhấp nhô Rz : là trị số trung bình của tổng các giá trị tuyệt đối của

chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của prôfin tính trongphạm vi chiều dài chuẩn đo l Trị số Rz được xác định như sau:

R (h1 h3 h9 ) (h2 h4 h10 )

9

Hình 2.1 Độ nhám bề mặt

a) Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối

của khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phươngpháp tuyến với đường trung bình

Trị số Ra được xác định như sau:

1

= ∑||

=1

- Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy

Ví dụ: Đối với các mối ghép có độ dôi lớn(lắp ghép ổ với trục), khi ép hai chi

tiết vào nhau để tạo mối ghép thì các nhấp nhô bị san phẳng, nhám càng lớn thì lượng san phẳng càng lớn, độ dôi của mối ghép càng giảm nhiều, làm giảm độ bền chắc của mối ghép

Đối với những chi tiết trong mối ghép động

(ổ trượt, sống dẫn, con trượt ), bề mặt làm

việc trượt tương đối với nhau nên khi nhám

càng lớn càng khó đảm bảo hình thành màng

dầu bôi trơn bề mặt trượt Dưới tác dụng của

tải trọng, các đỉnh nhám tiếp xúc với nhau

gây ra hiện tượng ma sát nửa ướt, thậm chí

cả ma sát khô, do đó giảm thấp hiệu suất làm

vịêc, tăng nhiệt

độ làm việc của mối ghép Mặt khác, tại các

đỉnh tiếp xúc, lực tập trung lớn, ứng

suất lớn vượt quá ứng suất cho phép phát sinh biến dạng dẻo phá hỏng bề mặt tiếp

xúc, làm bề mặt bị mòn nhanh, nhất là thời kỳ mòn ban đầu Thời kỳ mòn ban đầucàng ngắn thì thời gian phục vụ của chi tiết càng giảm

- Theo tiêu chuẩn Nhà nước thì độ nhẵn bề mặt được chia làm 14 cấp ứng vớigiá trị của Ra, Rz: Độ nhẵn bóng cao nhất ứng với cấp 14: Ra ≤ 0,01 m; Rz ≤0,05 m; Độ nhẵn bóng thấp nhất ứng với cấp 1: Ra ≤ 80 m; Rz ≤ 320 m

- Trong thực tế sản xuất, người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo cácmức độ: thô (cấp 1÷ 4), bán tinh (cấp 5 ÷ 7), tinh (cấp 8 ÷ 11), siêu tinh (cấp 12

÷14)

10

H×nh 2.2 Mèi ghÐp æ víi trôc

- Trên các bản vẽ chi tiết trị số Rz dùng cho cấp nhẵn bóng 1-5 và cấp 13, 14

Còn trị số Ra dùng cho cấp nhẵn bóng 6÷12

Bảng 2.1 Cấp độ nhám và các giá trị chiều dài chuẩn l tương ứng

Chất lượng bề Cấp nhẵn bóng Ra ( m) Rz( m) Chiều dài chuẩn

Độ sóng bề mặt là chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được

quan sát trong phạm vi lớn hơn độ

nhám bề mặt

+ Độ nhám bề mặt ứng với tỷ

lệ: l/h = 0 - 50+ Độ sóng bề mặt ứng với tỷ lệ:

L/H = 50 -1000Trong đó:

L- khoảng cách 2 đỉnh sóng Hình 2.3 Độ sóng bề mặt l- khoảng cách 2

đỉnh nhấp nhô tế vi

H- chiều cao của sóng

h- chiều cao nhấp nhô tế vi

2.1.2 Tính chất cơ lý.

- Tính chất cơ lý của lớp bề mặt được biểu thị qua độ cứng tế vi và giá trị của

ứng suất dư trong lớp bề mặt

- Độ cứng tế vi: phát sinh trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt.

Mức độ và chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dụng lực cắt, mức độ biếndạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt

- ứng suất dư: Được sinh ra do các nguyên nhân lực cắt gây nên biến dạng dẻo

không đều ở từng khu vực, do nhiệt ở vùng cắt

2.2 Phương pháp xác định chất lượng bề mặt

11

Trong thực tế có nhiều phương pháp xác định chất lượng bề mặt chi tiết máy.Sau đây là một số phương pháp chính:

2.2.1 Đo độ nhám bề mặt

- Dùng máy đo prôfin

- Dùng máy đo quang học: dùng khi độ nhám nhỏ

- Dùng chất dẻo đắp lên chi tiết, đo độ nhám thông qua bề mặt chất dẻo đó: dùngkhi đo độ nhám các bề mặt lỗ

- Xác định độ nhám bằng cách so sánh (bằng mắt) vật cần đo với mẫu có sẵn: cho phép xác định cấp độ bóng từ 3 - 7

2.2.2 Đo ứng suất dư

- Dùng tia Rơnghen: chiếu tia Rơnghen kích thích trên bề măt mẫu một lớp dày5-10 m sau mỗi lần kích thích chụp ảnh đồ thị Rơnghen, rồi khảo sát phân tíchbiểu đồ Rơnghen Phương pháp này cho phép đo được cả chiều sâu biến cứng, tuynhiên tiến hành phức tạp và tốn thời gian (khoảng 10h cho một lần đo)

- Tính toán lượng biến dạng: Sau khi hớt từng lớp mỏng bằng phương pháp hoáhọc và điện cơ khí ta tính toán lượng biến dạng của chi tiết mẫu Dựa vào lượngbiến dạng này xác định được ứng suất dư

2.2.3 Đo biến cứng

- Độ cứng: dùng máy đo độ cứng, dựa trên nguyên tắc dùng mũi đâm đỉnh bằngkim cương hoặc bằng bi sắt đã được tôi cứng tác dụng lên bề mặt mẫu đo mộtlực P, sau đó xác định diện tích vết lõm S do mũi đâm tạo ra Độ cứng được xácđịnh theo công thức:

S

Trong đó: P- lực tác dụng của đầu đâm (N)

S- diện tích bề mặt do đầu đâm ấn xuống (mm2)

- Chiều sâu biến cứng: cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hóa học đểnghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt Hoặc dùng đầu kim cương tác động lần lượtxuống bề mặt mẫu từ ngoài vào trong , sau mỗi lần tác động lại xác định diệntích bị lún S cho đến khi S không thay đổi thì dừng lại và đo được chiều sâu biếncứng

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết máy

Trạng thái và tính chất của lớp bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công donhiều yếu tố công nghệ quyết định như tính chất vật liệu, thông số công nghệ, vậtliệu dao, sự rung động trong quá trình gia công, dung dịch trơn nguội

Người ta chia các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt thành 3 nhóm:

- Các yếu tố ảnh hưởng mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và của thông

số công nghệ lên bề mặt gia công

- Các yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt

- Các yếu tố ảnh hưởng do rung động máy, dụng cụ, chi tiết gia công

2.3.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

2.3.1.1 Thông số hình học của dụng cụ cắt và bước tiến dao

Xét sự hình thành độ nhấp nhô bề mặt khi gia công tiện nhận thấy: sau một vòng quay của chi tiết, dao thực hiện một lượng chạy dao là S (mm/v)

12

Khi dao chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2 có một phần kim loại không được hớt đi,phần kim loại không được hớt đi đó tạo thành độ nhấp nhô bề mặt.

Hình dáng và giá trị của chiều cao nhấp nhô phụ thuộc vào lượng chạy dao S vàcác thông số hình học của dụng cụ như: góc nghiêng, bán kính đỉnh dao (Hình2.4)

Hình 2.4 Ảnh hưởng của thông số hình học dụng cụ cắt

và bước tiến dao tới độ nhám bề mặt 2.3.1.2 Tốc độ cắt

Tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt Ảnh hưởng của tốc độ cắt tới độ nhám bề mặt thể hiện ở biểu đồ hình 2.5

2.3.1.3 Chiều sâu cắt t

Cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng chạy dao S đến độ nhám bề mặt gia công,nhưng trong thực tế, người ta thường bỏ qua ảnh hưởng này Vì vậy, trong quátrình gia công người ta chọn trước chiều sâu cắt t Nói chung, không nên chọn giátrị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó lưỡi cắt sẽ bị trượt và cắt không liên tục Giá trịchiều sâu cắt t ≥ 0,02 - 0,03 mm

2.3.1.4 Tính chất vật liệu

Có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo Vật liệudẻo và dai (thép ít Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vậtliệu cứng và giòn

Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, thường tiến hành thườnghóa ở nhiệt độ 850-8700 C (hoặc tôi thấp) trước khi gia công Để cải thiện điềukiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt người ta thường tiến hành ủ ở 9000 Ctrong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều

2.3.1.5 ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt

Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối có

chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện masát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công

Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệthống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc

sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên

bề mặt gia công với bước sóng khác nhau

Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăngnếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao Tình trạng máy có ảnh hưởngquyết định đến độ nhám của bề mặt gia công

Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp, trước hết phải đảm bảo HTCN đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy khác xung quanh.

2.3.2 Ảnh hưởng đến độ biến cứng bề mặt

Khi tăng lực cắt, nhiệt cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề mặttăng Nếu kéo dài tác dụng của lực cắt, nhiệt cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăngchiều sâu lớp biến cứng bề mặt

Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tác động của lực gây ra biến dạng kim loại, do

đó làm giảm chiều sâu biến cứng và mức độ biến cứng bề mặt Qua thực nghiệm, người ta có kết luận:

- V < 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng tăng theo giá trị của vận tốc cắt

- V > 20 m/ph: chiều sâu lớp biến cứng giảm theo giá trị của lượng chạy daoNgoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn

2.3.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệthống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc

sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên

bề mặt gia công với bước sóng khác nhau

Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăngnếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao Tình trạng máy có ảnh hưởngquyết định đến độ nhám của bề mặt gia công

2.4 Biện pháp đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy

thái và tính chất của lớp bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công do nhiềuyếu tố công nghệ quyết định như tính chất vật liệu, thông số công nghệ, vật liệudao, sự rung động trong quá trình gia công, dung dịch trơn nguội

Người ta chia các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt thành 3 nhóm:

- Các yếu tố ảnh hưởng mang tính in dập hình học của dụng cụ cắt và của thông

số công nghệ lên bề mặt gia công

- Các yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt

Các yếu tố ảnh hưởng do rung động máy, dụng cụ, chi tiết gia công

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 Câu 1 Chất lượng bề mặt chi tiết máy được đánh giá qua những chỉ tiêu nào? Câu

2 Cho biết ảnh hưởng của các thông số hình học dụng cụ cắt và bước tiến dao tới

độ nhám bề mặt chi tiết máy?

14

Chương 3 ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Mục tiêu:

- Trình bày được độ chính xác gia công, các yếu tố và mối quan hệ củachúng

- Xác định được các phương pháp đảm bảo độ chính xác

- Nêu lên được các nguyên nhân gây ra sai số gia công và biện pháp khắcphục

- Trình bày được độ nhám bề mặt đến tính năng làm việc của chi tiết máy

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cựcsáng tạo trong học tập

Nội dung chương.

3.1 Khái niệm và định nghĩa.

Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, về tínhchất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết máy được gia công so với chi tiết máy lý tưởngtrên bản vẽ thiết kế

* Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công:

- Độ chính xác kích thước: được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kíchthước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó

- Độ chính xác hình dáng hình học: là mức độ phù hợp lớn nhất của chúng vớihình dạng hình học lý tưởng của nó và được đánh giá bằng độ côn, độ ôvan, độkhông trụ, độ không tròn (bề mặt trụ), độ phẳng, độ thẳng (bề mặt phẳng)

- Độ chính xác vị trí tương quan: được đánh giá theo sai số về góc xoay hoặc sựdịch chuyển giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia (dùng làm mặt chuẩn) tronghai mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau và được ghi thành điều kiện kỹ thuậtriêng trên bản vẽ thiết kế như độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đốixứng

- Độ chính xác hình dáng hình học tế vi và tính chất cơ lý lớp bề mặt: độ nhám

bề mặt, độ cứng bề mặt

3.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ

3.2.1 Phương pháp cắt thử

Bản chất: Gá phôi lên trên máy, cắt đi một lớp phoi trên phần ngắn của mặt gia

công, dừng máy và kiểm tra kích thước Nếu chưa đạt kích thước ăn dao vào sâuthêm rồi lại cắt thử và kiểm tra lặp lại quá trình trên cho đến khi đạt kích thướcmới gia công trên toàn bộ chiều dài L Nếu đã đạt kích thước thì gia công trên toàn

bộ chiều dài

Trước khi cắt thử, thường phải lấy dấu để người thợ không làm hỏng phôi khi cho dao ăn sâu hơn mức cho phép ngay từ lần cắt thử đầu tiên

Ưu điểm:

- Trên máy không chính xác vẫn có thể đạt độ chính xác gia công cao

- Loại trừ ảnh hưởng của dao mòn, do dao luôn được điều chỉnh đúng kích thước

15

- Đối với phôi không chính xác người thợ có thể phân bố lượng dư đều đặn do

có quá trình rà hoặc vạch dấu

- Không cần có đồ gá phức tạp

- Độ chính xác gia công bị giới hạn bởi bề dày bé nhất của phoi:

+ Đối với dao tiện hợp kim cứng có mài bóng lưỡi cắt: t min = 0,005

+ Đối với dao tiện đã mòn: t ≥ 0,02 - 0,05 mm

- Dễ sinh ra phế phẩm

- Năng suất thấp, tay nghề công nhân yêu cầu cao, do đó giá thành gia công cao Với những ưu nhược điểm trên, phương pháp này thường được áp dụngtrong sửa chữa, chế thử, sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ Ngoài ra trong nguyên cônggia công tinh như mài vẫn dùng phương pháp cắt thử ngay trong dạng sản xuấthàng loạt để loại trừ ảnh hưởng do mòn đá và đạt độ chính xác cao

3.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước

Bản chất: Trước khi gia công vị trí của dao

so với phôi hoặc ngược lại được điều chỉnh

chính xác và vị trí này được giữ cố định trong

suốt quá trình gia công

Ví dụ: Phay mặt bậc bằng dao phay đĩa 3 mặt

cho cả loạt phôi Khi gia công cả loạt phôi,

nếu không kể đến độ mòn của dao (coi như

dao không mòn) thì các kích thước a và b

nhận được trên chi tiết gia

công của cả loạt đều bằng nhau Hình 3.1 Phương pháp tự động

- Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm bớt phế phẩm

- Độ chính xác đạt được hầu như không phụ thuộc vào trình độ tay nghề công nhân đứng máy và chiều dày lớp phoi bé nhất có thể cắt được

- Chỉ cần cắt một lần là đạt kích thước yêu cầu, do đó năng suất cao

- Nâng cao hiệu quả kinh tế

- Chỉ thực sự đem lại hiệu quả khi xét đến các mặt sau:

+ Phí tổn về việc thiết kế, chế tạo đồ gá, phí tổn về công, thời gian điều chỉnh máy và dao

+ Chi phí chế tạo phôi chính xác

- Độ chính xác giảm nếu như chất lượng dụng cụ không tốt, mau mòn

Phương pháp này thường áp dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng

khối

3.3 Nguyên nhân gây ra sai số gia công

Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện mặc dù những nguyênnhân gây ra sai số gia công của mỗi chi tiết là như nhau song sai số tổng cộng trêntừng chi tiết lại khác nhau Điều này cho thấy trong quá trình gia công

16

tồn tại những loại sai số khác nhau và xuất hiện với cường độ khác nhau Các sai

số này bao gồm:

Sai số hệ thống không đổi:

- Sai số lý thuyết của phương pháp cắt

- Sai số chế tạo của dụng cụ cắt, độ chính xác và mòn của máy, đồ gá

- Độ biến dạng của chi tiết gia công

- Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian

- Biến dạng vì nhiệt của máy, đồ gá, dụng cụ cắt

Sai số ngẫu nhiên:

- Tính chất vật liệu (độ cứng) không đồng nhất

- Lượng dư gia công không đều (do sai số của phôi)

- Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi (sai số gá đặt)

- Sự thay đổi của ứng suất dư

- Do gá dao nhiều lần

- Do mài dao nhiều lần

- Do thay đổi nhiều máy để gia công một loạt chi tiết

- Do dao động nhiệt của chế độ cắt gọt

Sau đây sẽ tìm hiểu các nguyên nhân gây ra các loại sai số trên

3.3.1 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (MGDC )

Hệ thống công nghệ không phải là hệ thống tuyệt đối cứng vững, nên khi chịutác dụng của ngoại lực nó sẽ bị biến dạng kết quả là làm thay đổi vị trí dao phôi vàgây ra sai số gia công

Lực cắt tác dụng lên chi tiết gia công, sau đó thông qua đồ gá truyền đến bàn máy,thân máy Mặt khác, lực cắt cũng tác dụng lên dao và thông qua cán dao, bàn daotruyền đến thân máy Bất kỳ một chi tiết nào của các cơ cấu máy, đồ gá, dụng cụhoặc chi tiết gia công khi chịu tác dụng của lực cắt ít nhiều đều bị biến dạng Vị tríxuất hiện biến dạng tuy không giống nhau nhưng các biến dạng đều trực tiếp hoặcgián tiếp làm cho dao rời khỏi vị trí tương đối so với mặt cần gia công, gây ra sai

số Như vậy lực cắt đóng vai trò quyết định đến sự biến dạng của MGDC

3.3.2 Độ chính xác và tình trạng mòn của máy, đồ gá, dao

3.3.2.1 Ảnh hưởng của máy

Việc hình thành các bề mặt gia công là do các chuyển động cắt của những bộ phậnchính của máy như trục chính, bàn xe dao, bàn máy Nếu các chuyển động này cósai số, tất nhiên nó sẽ phản ánh lên bề mặt gia công của chi tiết máy Các sai sốhình học của máy khi chế tạo như: độ đảo trục chính, sai số sống trượt, độ vuônggóc của bàn máy với trục chính sẽ được phản ánh lên chi tiết gia công

- Nếu đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt của thânmáy trong mặt phẳng nằm ngang thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình côn.(Hình 3.2.a)

17

- Nếu đường tâm trục chính của máy tiện không song song với sống trượt củathân máy trong mặt phẳng thẳng đứng thì khi tiện chi tiết có dạng hypecpôlôit.(Hình 3.2.b)

a)

Hình 3.2.

- Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng

nằm ngang thì chuyển động của mũi dao không

thẳng, làm cho đường kính chi tiết gia công chỗ

to, chỗ nhỏ (Hình 3.3)

- Độ lệch tâm của mũi tâm trước

với tâm quay của trục chính sẽ làm

cho đường tâm của chi tiết gia công

không trùng với đường tâm của hai

- Nếu chi tiết được gia công trong một lần

gá thì đường tâm của chi tiết là một đường

thẳng, nhưng nếu gia công với hai lần gá

(đổi đầu) thì mỗi đoạn cắt có một đường

tâm riêng (Hình 3.5)

Hình 3.5

- Nếu trục chính máy phay đứng không thẳng góc với mặt phẳng của bàn máytheo phương ngang thì mặt phẳng phay được sẽ không song song với mặt phẳngđáy của chi tiết đã được định vị trên bàn máy Độ không song song này chínhbằng độ không vuông góc của đường tâm trục chính trên cả chiều rộng của chitiết gia công (Hình 3.6.a)

- Nếu trục chính máy phay đứng không thẳng góc với mặt phẳng của bàn máy theo phương dọc của bàn máy thì bề mặt gia công sẽ bị lõm (Hình 3.6.b)

Hình 3.6

3.3.2.2 Ảnh hưởng của đồ gá

Sai số chế tạo, lắp ráp đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia

công Nếu đồ gá chế tạo có sai số hoặc bị mòn sau một thời gian sử dụng sẽ làmthay đổi vị trí tương quan giữa máy, dao và chi tiết gia công, do đó, gây ra sai sốgia công

Để đảm bảo độ chính xác gia công độ chính xác của đồ gá được chế tạo ra phải caohơn ít nhất một cấp so với độ chính xác của kích thước cần đạt được sẽ gia côngtrên đồ gá đó

- Dao phay ngón, phay đĩa dùng để gia công rãnh then thì sai số đường kính vàchiều rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng rãnhthen.

Khi gia công bằng các loại dao định hình (dao tiện định hình, dao phay môđun), nếu prôfin của lưỡi cắt có sai số sẽ làm sai bề mặt gia công

- Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt, dao sẽ bị mòn và cũng gây ảnh hưởngrất lớn đến độ chính xác gia công

Ngoài ra, việc gá đặt dao không chính xác cũng gây nên sai số kích thước và hình dạng hình học của chi tiết gia công

3.3.3 Biến dạng nhiệt của máy, dao và chi tiết

3.3.3.1 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của máy

Khi máy làm việc, hệ thống công nghệ bị nóng lên do ma sát, do nhiệt cắt truyềnvào, nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch khoảng 10 - 15 0C, sinh rabiến dạng không đều và máy sẽ mất chính xác

Ảnh hưởng đến độ chính xác gia công nhiều nhất là biến dạng nhiệt của ổ trụcchính Nhiệt tăng làm cho tâm trục chính xê dịch theo hướng ngang và hướng đứng

vì các điểm trên nó có nhiệt độ khác nhau Cụ thể: Độ xê dịch hướng ngang củatâm trục chính, khi gia công trên hai mũi tâm trong vòng 4-5 giờ đầu có thể lên tới

10 m, khi gia công trên mâm cặp 3 chấu có thể đạt tới 17 m Do đó chi tiết giacông ở đầu ca và cuối ca sẽ có kích thước khác nhau

( m)

10 8 6 4 2 0

2 4 68 10 12 14 16 18 20 22 24 T (giê)

Hình 3.7 Xê dịch theo phương ngang của tâm ụ trước máy tiện

khi bị nung nóng trong trường hợp chống tâm hai đầu Để khắc phục

sai số gia công do biến dạng nhiệt gây ra có thể:

- Cho máy chạy không tải chừng 2 - 3 giờ rồi mới tiến hành điều chỉnh máy

- Kết cấu máy đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt

- Các bộ phận như động cơ hay hệ thống thuỷ lực phải bố trí sao cho nhiệt độcủa chúng ít ảnh hưởng đến máy đồng thời có khả năng giảm rung động chomáy

- Các chi tiết của máy khi thiết kế phải có tiết diện đủ lớn để tản nhiệt, có độ bóng bề mặt hợp lý để giảm ma sát

3.3.3.2 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của dao cắt

Tại vùng cắt, hầu hết công cơ học cần thiết cho qúa trình cắt đều chuyển thành

nhiệt Tùy theo chế độ cắt, vật liệu làm dao, vật liệu gia công mà tỷ lệ phần nhiệtphân bố vào phoi, chi tiết gia công, dụng cụ cắt và môi trường xung quanh sẽ khácnhau

20

Khi nhiệt cắt truyền vào dao, dao bị nở dài, mũi dao vươn thêm về phía trước làmcho đường kính ngoài giảm đi, đường kính lỗ tăng lên Cho đến khi dao ở trạngthái cân bằng nhiệt thì dao không nở dài thêm nữa và nếu không có sự mòn dao thìkích thước gia công sẽ không đổi.

3.3.3.3 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công

Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền vào chi tiết gia công, làm nó biến dạng và gây

ra sai số gia công Nếu chi tiết được nung nóng toàn bộ thì chỉ gây ra sai số kíchthước, còn nếu bị nóng không đều thì còn gây ra cả sai số hình dáng

Nhiệt độ của chi tiết gia công trong quá trình cắt phụ thuộc vào chế độ cắt Nếutăng vận tốc cắt và lượng chạy dao, tức là rút ngắn thời gian nung nóng liên tục chitiết gia công thì nhiệt độ của nó sẽ nhỏ Còn chiều sâu cắt tăng thì nhiệt độ chi tiếtgia công cũng tăng theo

Ví dụ: khi tiện nhiệt độ ở xung quanh vùng cắt không đều nhau, thay đổi từ 100

C-450C, đồng thời trường nhiệt độ đó lại di chuyển liện tục theo mũi dao, nên khi giacông xong chi tiết sẽ bị loe một đầu

Hình 3.8 Sự phân bố của nhiệt độ trên chi tiết gia công khi tiện

3.3.5 Sai số do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết.

Việc gá đặt chi tiết gồm hai giai đoạn: định vị và kẹp chặt, quá trình này cũng có sai số và ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác gia công

3.3.5 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo.

Trong quá trình chế tạo, việc kiểm tra, đo lường cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Những sai số do đo lường bao gồm:

- Sai số do dụng cụ đo: tuy là dụng cụ để đánh giá độ chính xác gia công nhưng bản thân nó khi chế tạo, lắp ráp cũng bị sai số

- Sai số do phương pháp đo như chọn chuẩn , cách đọc, lực đo không đều

- Sai số do độ mòn của dụng cụ sau một thời gian sử dụng

Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công, khi đo lườngphải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo phù hợp với độ chính xác theo yêu cầu

3.5 Điều chỉnh máy.

3.5.1 Điều chỉnh tĩnh.

Hệ thống công nghệ không phải là hệ thống tuyệt đối cứng vững, nên khi chịutác dụng của ngoại lực nó sẽ bị biến dạng kết quả là làm thay đổi vị trí dao phôi vàgây ra sai số gia công

Lực cắt tác dụng lên chi tiết gia công, sau đó thông qua đồ gá truyền đến bàn máy,thân máy Mặt khác, lực cắt cũng tác dụng lên dao và thông qua cán dao, bàn daotruyền đến thân máy Bất kỳ một chi tiết nào của các cơ cấu máy, đồ gá, dụng cụhoặc chi tiết gia công khi chịu tác dụng của lực cắt ít nhiều đều bị biến dạng Vị tríxuất hiện biến dạng tuy không giống nhau nhưng các biến dạng đều trực tiếp hoặcgián tiếp làm cho dao rời khỏi vị trí tương đối so với mặt cần gia công, gây ra sai

số Như vậy lực cắt đóng vai trò quyết định đến sự biến dạng của MGDC

3.5.2 Điều chỉnh theo chi tiết cắt thử nhờ calip thợ.

Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền vào chi tiết gia công, làm nó biến dạng và gây

ra sai số gia công Nếu chi tiết được nung nóng toàn bộ thì chỉ gây ra sai số kíchthước, còn nếu bị nóng không đều thì còn gây ra cả sai số hình dáng

Nhiệt độ của chi tiết gia công trong quá trình cắt phụ thuộc vào chế độ cắt Nếutăng vận tốc cắt và lượng chạy dao, tức là rút ngắn thời gian nung nóng liên tục chitiết gia công thì nhiệt độ của nó sẽ nhỏ Còn chiều sâu cắt tăng thì nhiệt độ chi tiếtgia công cũng tăng theo

3.5.3 Điều chỉnh theo dụng cụ đo vạn năng.

Trước khi gia công vị trí của dao so với phôi

hoặc ngược lại được điều chỉnh chính xác và

vị trí này được giữ cố định trong suốt quá

trình gia công

Ví dụ: Phay mặt bậc bằng dao phay đĩa 3 mặt

cho cả loạt phôi Khi gia công cả loạt phôi,

nếu không kể đến độ mòn của dao (coi như

dao không mòn) thì các kích thước a và b

nhận được trên chi tiết gia

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3

Câu 1 Thế nào là độ chính xác gia công của chi tiết máy? Nêu các chỉ tiêu đánhgiá độ chính xác gia công?

Câu 2 Cho biết các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ?

Chương 4 CHUẨN

Mục tiêu:

- Phân biệt được quá trình định vị và quá trình kẹp chặt

- Phân loại được chuẩn

- Thực hiện được cách gá đặt, định vị, kẹp chặt chi tiết gia công

- Tính được các loại sai số

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cựcsáng tạo trong học tập

Nội dung chương

4.1 Định nghĩa và phân loại chuẩn

4.1.1 Định nghĩa

Tập hợp của những bề mặt, đường hoặc điểm của một chi tiết mà căn cứ vào đóngười ta xác định vị trí của các bề mặt, đường hoặc điểm khác của bản thân chi tiết

đó hoặc của chi tiết khác

Việc xác định chuẩn ở một nguyên công gia công cơ chính là việc xác định vị trítương quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công của chi tiết để đảm bảo nhữngyêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công đó

Ví dụ: Chuẩn thực như mặt A (hình a) dùng để xác định kích thước các bậc củatrục Chuẩn ảo như điểm O (hình b) là đỉnh hình nón của mặt lăn bánh răng côndùng để xác định góc côn

23

Hình 4.2 Chuẩn thiết kế

a) chuẩn thực; b) chuẩn ảo 4.1.2.2 Chuẩn công nghệ

Chuẩn công nghệ gồm: Chuẩn gia công; Chuẩn lắp ráp; Chuẩn kiểm tra

- Chuẩn gia công: dùng để xác định vị trí của những bề mặt, đường hoặc điểm của chi tiết trong quá trình gia công cơ Chuẩn này bao giờ cũng là chuẩn thực

Ví dụ: Khi phay mặt phẳng

Hình 4.3 Chuẩn gia công

Nếu gia công theo phương pháp tự động đạt kích thước thì mặt A làm cả 2 nhiệm

vụ mặt tỳ và mặt định vị (Hình 4.3a) Nếu gia công chi tiết theo đường vạch dấu B(rà gá) thì mặt A chỉ làm nhiệm vụ mặt tỳ còn mặt định vị là đường vạch dấu B(Hình 4.3b)

Như vậy, chuẩn gia công có thể trùng hoặc không trùng với mặt tỳ của chi tiết lên

đồ gá hoặc lên bàn máy

Chuẩn gia công được chia ra thành chuẩn thô và chuẩn tinh:

- Chuẩn thô: là những bề mặt dùng làm chuẩn chưa qua gia công, hoặc mới chỉ qua bước gia công sơ bộ

- Chuẩn tinh: là những bề mặt dùng làm chuẩn đã qua gia công.

+ Chuẩn tinh còn được dùng trong quá trình lắp ráp thì gọi là chuẩn tinh chính.+ Chuẩn tinh không được dùng trong quá trình lắp ráp thì gọi là chuẩn tinh phụ

Ví dụ: Khi gia công bánh răng, người ta thường dùng mặt lỗ A để định vị Mặt

lỗ này sau đó sẽ được dùng để lắp ghép với trục Vậy, lỗ A được gọi là chuẩn tinh chính Các chi tiết trục thường có 2 lỗ tâm ở hai đầu Hai lỗ tâm này được dùng làm chuẩn để gia công trục, nhưng về sau sẽ không tham gia vào lắp ghép,

do vậy đây là chuẩn tinh phụ (Hình 4.4)

24

Hình 4.4 Chuẩn tinh chính và chuẩn tinh phụ

- Chuẩn lắp ráp: là chuẩn dùng để xác định vị trí tương quan của các chi tiếtkhác nhau của một bộ phận máy trong quá trình lắp ráp Chuẩn lắp ráp có thểtrùng với mặt tỳ lắp ráp và cũng có thể không

- Chuẩn kiểm tra (hay

chuẩn đo lường): là

chuẩn căn cứ vào đó để

tiến hành đo hay kiểm

tra kích thước về vị trí

giữa các yếu tố hình

học của chi tiết máy

Ví dụ: Khi kiểm tra độ

không đồng tâm của các

bậc trên một trục, người

ta thường dùng hai lỗ

tâm của trục làm chuẩn,

Hình 4.5 Chuẩn kiểm tra

chuẩn này được gọi là

chuẩn kiểm tra

Hình 4.6 Sơ đồ phân loại chuẩn

*Chú ý: Trong thực tế, chuẩn thiết kế, chuẩn công nghệ (chuẩn gia công, chuẩn

kiểm tra, chuẩn lắp ráp) có thể trùng hoặc không trïng nhau Do vậy, trong quátrình thiết kế, việc chọn chuẩn thiết kế trùng chuẩn công nghệ là tối ưu vì lúc đó

25

mới sử dụng được toàn bộ miền dung sai; nếu không thỏa mãn điều trên thì ta chỉ

sử dụng được một phần của trường dung sai

Tổng hợp lại ta có sơ đồ phân loại chuẩn như hình 4.6

4.2 Quá trình gá đặt chi tiết khi gia công

Gá đặt chi tiết bao gồm hai quá trình: định vị chi tiết và kẹp chặt chi tiết

- Định vị là sự xác định chính xác vị trí tương đối của chi tiết so với dụng cụ cắttrước khi gia công

- Kẹp chặt là quá trình cố định vị trí của chi tiết sau khi đã định vị để chống lạitác dụng của ngoại lực (chủ yếu là lực cắt) trong quá trình gia công làm cho chitiết không được xê dịch và rời khỏi vị trí đã được định vị

* Chú ý : trong quá trình gá đặt, bao giờ quá trình định vị cũng xảy ra trước, chỉ

khi nào quá trình định vị kết thúc thì mới bắt đầu quá trình kẹp chặt Không baogiờ hai quá trình này xảy ra đồng thời hay quá trình kẹp chặt xảy ra trước quá trìnhđịnh vị

Ví dụ: Quá trình gá đặt chi tiết trên mâm cặp ba chấu tự định tâm

- Khi đưa các chấu cặp để nó tiếp xúc với chi tiết là quá trình định vị, sau đó tiếptục xoay chìa vặn để các chấu cặp tiến vào là quá trình kẹp chặt

4.3 Nguyên tắc định vị 6 điểm

4.3.1 Khái niệm về bậc tự do của một vật rắn tuyệt đối

Bậc tự do theo một phương nào đó của một vật rắn tuyệt đối là khả năng di chuyểncủa nó theo phương đó mà không bị bất kỳ một cản trở nào.Nếu vật rắn không thể

di chuyển theo phương nào đó, có nghĩa là nó bị khống chế bậc tự do theo phươngđó

6 bậc tự do của vật thể đều bị khống chế thì vật thể có được một vị trí trong không gian và chỉ một mà thôi.

Ví dụ: Xác định vị trí một khối hộp chữ nhật đặt trong hệ tọa độ Đề Các như

+ Điểm 1 hạn chế bậc tự do tịnh tiến theo Oz +

Điểm 2 hạn chế bậc tự do quay quanh Oy

+ Điểm 3 hạn chế bậc tự do quay quanh Ox (Hình 4.8b)

Mặt phẳng đáy của hộp chữ nhật đ-ợc gọi là mặt chuẩn chính.

- Tịnh tiến khối hộp chữ nhật tiếp xúc với mặt phẳng yOz có thêm 2 chuyển động bị khống chế là :

+ Điểm 4 khống chế bậc tự do tịnh tiến theo Ox

+ Điểm 5 khống chế bậc tự do quay quanh Oz (Hình 4.8c)

Mặt phẳng bên của hộp chữ nhật gọi là mặt chuẩn dẫn h-ớng

- Tiếp tục tịnh tiến khối hộp chữ nhật tiếp xúc với mặt phẳng zOx có thêm 1 chuyển động bị khống chế là: )

+ Điểm 6 khống chế bậc tự do tịnh tiến theo Oy (Hình 4.8d)

Mặt đầu của hộp chữ nhật gọi là mặt chuẩn chặn

* Chú ý:

- Mỗi mặt phẳng đều có khả năng khống chế 3 bậc tự do nhưng trong ví dụ trên

ở mặt phẳng yOz chỉ cần khống chế 2 bậc tự do và mặt phẳng zOx chỉ cần

27

khống chế 1 bậc tự do vì có những bậc tự do ở mặt phẳng này có thể khống chếnh-ng ở mặt xOy đã khống chế rồi do đó không cần khống chế nữa Như vậy, chitiết hình hộp chữ nhật đã đ-ợc khống chế 6 bậc tự do, tức là nó có 1 vị trí xác định

- Trong thực tế, tùy theo yêu cầu gia công ở từng nguyên công để xác định sốbậc tự do cần khống chế Mặt khác, số bậc tự do được khống chế còn phụ thuộcvào kích thước của bề mặt định vị, vào các mối lắp giữa bề mặt định vị của chitiết và các bề mặt định vị của đồ gá

Ví dụ: Khi phay mặt phẳng để đạt kích thước H± ta chỉ cần khống chế 3 bậc

tự do: tịnh tiến theo Oz, quay quanh Ox và Oy là đủ, bởi 3 bậc tự do này ảnh hưởng đến kích thước gia công

Hình 4.9 Bậc tự do cần khống chế khi phay mặt phẳng

- Một bậc tự do được khống chế thể hiện bằng một ký hiệu hoặc bằng một dấu chấm trên sơ đồ định vị

4.3.3 Vận dụng nguyên tắc 6 điểm khi định vị chi tiết

4.3.3.1 Định vị chi tiết trên khối V: (Hình 4.10)

- Định vị chi tiết trên khối V dài (L>D):

Một khối V dài tương đương với 4 điểm khống chế 4 bậc tự do:

- Định vị chi tiết trên khối V ngắn (L<D): (Hình 4.11)

Một khối V ngắn tương đương với 2 điểm khống chế 2 bậc tự do:

28

- Định vị chi tiết bằng chốt trụ dài (L>D): (Hình 4.12)

Một chốt trụ dài tương đương với 4 điểm khống chế 4 bậc tự do:

4.3.3.4 Định vị chi tiết trên mâm cặp 3 chấu tự định tâm: (Hình 4.16)

- Khi cặp dài (L>D): Khống chế 4 bậc tự do:

* Chú ý:

Số bậc tự do khống chế không lớn hơn 6 hoặc nếu có 1 bậc tự do nào đó bị khốngchế quá 1 lần gọi là siêu định vị Siêu định vị làm cho phôi gia công bị kênh hoặclệch, không đảm bảo được vị trí chính xác gây ra sai số gá đặt phôi ảnh hưởng đến

độ chính xác gia công Do đó trong quá trình định vị không được để xảy ra hiệntượng siêu định vị

Ví dụ: Khi định vị bằng chốt trụ dài, nếu mặt tỳ ở dưới cũng định vị 3 điểm thì chi

tiết có 2 điểm định vị của chốt quay quanh Ox và Oy trùng với 2 điểm định vị củamặt tỳ dưới Mỗi bậc tự do quay quanh Ox và Oy bị khống chế 2 lần, như vậytrường hợp này gọi là siêu định vị Khi đó chốt có thể bị cong hoặc chi tiết bị kênh.(Hình 4.17)

Z D

Sự dịch chuyển của gốc kích thước là do tác dụng của lực kẹp, làm biến dạng bềmặt của chi tiết dùng để định vị với những thành phần định vị của đồ gá

31

Trong ví dụ ở hình vẽ sau, khi lực kẹp thay đổi từ Wmin đến Wmax thì phôi cũngchuyển vị từ ymin đến ymax và do đó, kích thước gia công thay đổi từ

Sai số của đồ gá sinh ra do chế tạo đồ gá không chính xác, do độ mòn của nó và do

gá đặt đồ gá trên máy không chính xác:

- Sai số do lắp đặt đồ gá lên máy khá nhỏ, có thể điều chỉnh được để giá trị sai

lệch là 0,1mm Còn trên quan điểm công nghệ thì ta

chú ý đến sự hình thành của kích thước đó trong quá

trình công nghệ như thế nào? Mặt A hay mặt B sẽ

được gia công trước; sự hình thành kích thước

chuỗi kích thước công nghệ

ra sao để tránh bớt phế phẩm? Giả sử, mặt A được gia công ở nguyên công sát trước, mặt B đang được gia công thì kích thước 100 có gốc ở A và hướng

về mặt B Như vậy, kích thước công nghệ có hướng rõ rệt, hướng đó đi từ gốc kích thước tới mặt gia công

Khái niệm về gốc kích thước chỉ dùng trong phạm vi công nghệ, nó có thể trùng hoặc không trùng với chuẩn thiết kế Về mặt công nghệ, điều quan trọng cần biết

là gốc kích thước khi gia công và chuẩn định vị ở nguyên công đó có trùng nhau không? Nếu không trùng sẽ sinh ra sai số chuẩn, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

thước khi gia công mặt N là mặt M và chuẩn định vị là mặt K thì khi gia công mặt

N, kích thước B chịu ảnh hưởng của sự biến động của gốc kích thước là H (chuẩnđịnh vị không trùng với gốc kích thước) Khi đó, sai số chuẩn của kích thước B là

cA = H

Như vậy: “Sai số chuẩn phát sinh khi chuẩn định vị không trùng với gốc kíchthước và có trị số bằng lượng biến động của gốc kích thước chiếu lên phương kíchthước thực hiện”

Phương pháp tính sai số chuẩn: Thực tế có hai phương pháp để tính sai số chuẩn:Phương pháp cực đại cực tiểu và phương pháp xác suất Trong khuôn khổ của giáotrình ta chỉ tìm hiểu phương pháp cực đại - cực tiểu

* Phương pháp cực đại - cực tiểu:

Lập chuỗi kích thước công nghệ cho kích thước cần tính sai số chuẩn L sao cho L

là khâu khép kín Khi đó, L đóng vai trò là một hàm số mà các biến số là các khâuthành phần của chuỗi kích thước công nghệ (có thể là khâu có kích thước thay đổi

xi hoặc khâu có kích thước không đổi aj )

đó hoặc của chi tiết khác

Việc xác định chuẩn ở một nguyên công gia công cơ chính là việc xác định vị trítương quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công của chi tiết để đảm bảo nhữngyêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công đó

4.6 Các nguyên tắc chọn chuẩn

Mục đích của việc chọn chuẩn khi gia công các chi tiết máy là để bảo đảm :

- Chất lượng của chi tiết máy

Nâng cao năng suất và giảm giá thành.

Thông thường, chuẩn dùng cho nguyên công đầu tiên là chuẩn thô, còn chuẩn dùng trong các nguyên công tiếp theo là chuẩn tinh

4.6.1 Nguyên tắc chọn chuẩn thô

Việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, nó có ảnh hưởng đến các nguyên công tiếp theo và độ chính xác gia công của chi tiết Khi chọn chuẩn thô phải chú ý hai yêu cầu sau:

- Phân phối đủ lượng dư cho các bề mặt gia công

- Bảo đảm độ chính xác cần thiết về vị trí tương quan giữa các bề mặt không giacông và các bề mặt sắp gia công

Ví dụ: Chi tiết dạng hộp, phôi đúc, cần gia công các bề mặt A, B và lỗ O (Hình

4.21)

* Trường hợp 1: Không có lỗ đúc sẵn Trước

hết lấy mặt B làm chuẩn thô để gia công mặt

A sau đó lấy mặt A làm chuẩn để gia công hai

bề mặt B và O

* Trường hợp 2: Có lỗ đúc sẵn Khi đó phải

Lấy lỗ làm chuẩn để gia công mặt B Như vậy

lượng dư phân bố đều, tránh phế phẩm khi lỗ

bị đúc lệch, vì nếu lỗ đúc lệch, lượng dư phân

bố không đều thì khi gia công, lỗ

bị lệch tâm hoặc có sai số hình dạng hình Hình 4.21.

học do lực cắt thay đổi Trường hợp lỗ đúc

bị lệch quá sẽ không đủ lượng dư để gia

công lỗ

Dựa vào các yêu cầu trên, người ta đưa ra 5 nguyên tắc khi chọn chuẩn thô:

1 Nếu chi tiết gia công có một bề mặt không

gia công thì nên chọn bề mặt đó làm chuẩn

thô, vì như vậy sẽ làm cho sự thay đổi vị trí

tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt

không gia công là nhỏ nhất

Ví dụ 1: Hình bên, là chi tiết có các bề mặt B, C,

D được gia công, duy nhất chỉ có bề mặt A là

không gia công Ta chọn bề mặt A làm chuẩn thô

để gia công các mặt B, C, D để đảm bảo độ đồng

tâm với A (Hình 4.22)

2 Nếu có một số bề mặt không gia công thì

nên chọn bề mặt không gia công nào có yêu

cầu độ chính xác về vị trí tương quan cao nhất đối với các bề mặt gia công làmchuẩn thô

Ví dụ: Khi gia công lỗ biên, nên lấy mặt A làm chuẩn thô để đảm bảo lỗ có bề dày

đều nhau vì yêu cầu về vị trí tương quan giữa tâm lỗ với mặt A cao hơn đối vớimặt B (Hình 4.23)

34

Hình 4.22.

Hình 4.23.

3 Nếu tất cả các bề mặt phải gia công, nên chọn mặt nào có lượng dư nhỏ,

đều làm chuẩn thô

Ví dụ: Khi gia công thân máy tiện, người ta chọn mặt B làm chuẩn thô để gia công

mặt A, sau đó lấy mặt A làm chuẩn tinh để gia công mặt B, vì khi đúc, mặt B nằm

ở nửa khuôn dưới, do đó mặt B có cấu trúc kim loại tốt, bề mặt đúc nhẵn, đều đặn.(Hình 4.24)

B

A

Hình 4.24.

4 Cố gắng chọn bề mặt làm chuẩn thô tương đối bằng phẳng, không có bavia,

đậu ngót, đậu rót hoặc quá gồ ghề

5 Chuẩn thô chỉ nên dùng một lần trong cả quá trình gia công.

Ví dụ: Từ phôi thép cán ban đầu, để gia công được DA, DB, DC ( Hình 4.25) ta

có thể chọn chuẩn thô như sau:

- Nguyên công 1: Gá phôi lên mâm cặp máy

tiện bằng mặt M, gia công DC

- Nguyên công 2: Trở đầu, gá phôi lên mâm cặp

bằng mặt M, gia công DA

Lúc này trục gia công ra sẽ có độ không đồng tâm

giữa DC và DA vì đã dùng chuẩn thô cho

hai nguyên công

Để đảm bảo gia công chính xác, ta phải làm như

- Nguyên công 2: Chọn chuẩn tinh là một đoạn bề mặt ngoài vừa tiện ở nguyên công 1, khoả đầu, khoan tâm đầu A, gia công DA.

- Nguyên công 3: Gá đầu D A (hoặc D C ) lên mâm cặp, đầu kia chống tâm để gia

công tiếp mặt D B

4.6.2 Nguyên tắc chọn chuẩn tinh

Khi chọn chuẩn tinh, người ta cũng đưa ra 5 nguyên

việc Vấn đề này rất quan trọng khi gia công tinh

Ví dụ: Khi gia công răng của bánh răng, chuẩn tinh

được chọn là bề mặt lỗ B của bánh răng, chuẩn tinh

này cũng là chuẩn tinh chính vì sau này nó sẽ được

lắp với trục (Hình 4.26)

2 Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với gốc kích

thước để sai số chọn chuẩn bằng 0

Ví dụ: Khi phay để đạt kích thước A ta chọn mặt K làm

chuẩn định vị Như vậy gốc kích thước trùng với chuẩn

định vị (Hình 4.27)

Hình 4.27.

3 Chọn chuẩn sao cho khi gia công, chi tiết

không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp Mặt

chuẩn phải đủ diện tích định vị

4 Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản

và thuận tiện khi sử dụng

A

5 Cố gắng chọn chuẩn thống nhất, tức là trong

nhiều lần cũng chỉ dùng một chuẩn để thực

Bhiện các nguyên công của cả quá trình công

nghệ, vì khi thay đổi chuẩn sẽ sinh ra sai số

hai lỗ B, C Chuẩn tinh này sẽ được dùng trong

suốt quá trình gia công chi tiết, trừ nguyên công tạo mặt chuẩn A và hai lỗ B, C.Mặt A khống chế 3 bậc tự do, lỗ B khống chế 2 bậc tự do bằng chốt trụ ngắn, lỗ

C khống chế 1 bậc tự do chống xoay quanh đường tâm của lỗ B bằng chốt trám.(Hình 4.28)