Bài giảng công nghệ chế tạo máy

Trong công nghệ chế tạo máy, muốn đạt được chi tiết có hình dạng, kích thước và chất lượng phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật ghi trên bản vẽ ta phải thực hiện gia công qua nhiều nguyên công (hay nhiều bước). Tại mỗi nguyên công (hay mỗi bước) ta phải hớt đi một lượng kim loại nhất định

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG 17

Chương 1 Những khái niệm cơ bản 1

1.1 Khái kiệm về quá trình sản xuất 1

1.1.1 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ 1

1.1.2 Các thành phần của quá trình công nghệ 2

1.1.3 Các dạng sản xuất và các hình thức tổ chức sản xuất 6

1.2 Chất lượng bề mặt gia công 9

1.1.2 Khái niệm về chất lượng bề mặt gia công 9

1.2.2 Độ nhám bề mặt 10

1.2.3 Độ sóng bề mặt 12

1.2.4 Tính chất cơ lý của bề mặt gia công 13

1.2.5 ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính chất sử dụng của chi tiết máy 14

1.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết máy 21

1.2.7 Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt 27

1.2.8 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt 29

1.3 Độ chính xác gia công 30

1.3.1 Khái niệm về độ chính xác gia công 30

1.3.2 Tính chất của sai số gia công 31

1.3.3 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công 32

1.3.4 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công 35

1.3.5 các phương pháp xác định độ chính xác gia công 50

1.3.6 Điều chỉnh máy 52

Chương 2 Chuẩn 58

2.1 Chuẩn 58

2.2.1 Định nghĩa và phân loại 58

2.2.2 Quá trình gá đặt chi tiết gia công 62

2.2.3 Nguyên tắc sáu điểm khi định vị chi tiết gia công 66

2.2.4 Các nguyên tắc chọn chuẩn 74

2.2.5 Cách tính sai số gá đặt 78

2.2 Lượng dư gia công 84

2.2.1 Khái niệm 84

2.2.2 Phân loại lượng dư gia công 85

2.2.3 Phương pháp xác định lượng dư 89

2.2.4 Trình tự tính lượng dư gia công 92

2.3 Tính công nghệ trong kết cấu 95

2.3.1 Khái niệm về tính công nghệ trong kết cấu 95

2.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính công nghệ trong kết cấu 96

2.3.3 Các chỉ tiêu đánh giá tính công nghệ trong kết cấu 109

Chương 3 Các phương pháp gia công cắt gọt 113

3.1 Tiện 113

3.1.1 Khả năng công nghệ của tiện 114

3.1.2 Năng suất và chi phí gia công khi tiện 117

3.1.3 Các biện pháp công nghệ khi tiện 119

3.2 Bào và xọc 131

3.2.1 Khả năng công nghệ của bào và xọc 131

3.2.2 Các biện pháp công nghệ khi bào và xọc 132

3.2.3 Các biện pháp nâng cao độ chính xác khi bào 133

3.3 Phay 134

3.3.1 Khả năng gia công các dạng bề mặt của phay 136

3.3.2 Phay tốc độ cao 148

3.4 Khoan, khoét, doa, ta rô 151

3.4.1 Khoan 151

3.4.2 Khoét 159

3.4.3 Doa 161

3.4.4 Gia công ren bằng tarô và bàn ren 164

3.5 Chuốt 166

3.6 Mài 169

3.6.1 Đặc điểm và khả năng công nghệ của Mài 169

3.6.2 Các phương pháp mài 170

3.7 Mài nghiền 179

3.8 Mài khôn 184

3.9 Đánh bóng 191

3.10 Cạo 191

Chương 4 Phương pháp thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí 194

4.1 Tổng quan 194

4.2 Yêu cầu kinh tế kỹ thuật 195

4.3 Yếu tố kỹ thuật, thời gian và không gian 197

4.4 Tiến trình chế tạo chi tiết cơ khí 199

4.5 Nội dung thiết kế công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí 200

4.6 Những nội dung thiết kế chính 203

4.6.1 Xác định kích thước phôi 204

4.6.2 Xác định thứ tự gia công 204

4.6.3 Thiết kế nguyên công 207

4.7 Các phương pháp thiết kế công nghệ cơ khí 212

4.8 Biện pháp tăng năng suất và giảm giá thành chế tạo chi tiết 213

4.9 So sánh các phương án công nghệ 215

4.10 Thiết kế công nghệ cơ khí bằng máy tính 218

4.11 Chuẩn bị công nghệ sửa chữa và phục hồi chi tiết cơ khí 229

Chương 5 Quy trình công nghệ chế tạo máy các chi tiết điển hình 232

5.1 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết dạng hộp 232

5.1.1 Yêu cầu kỹ thuật 233

5.1.2 Vật liệu và phương pháp chế tạo phôi 233

5.1.3- Tính công nghệ trong kết cấu 234

5.1.4 Quy trình công nghệ gia công chi tiết hộp 235

5.1.5 Biện pháp công nghệ thực hiện các nguyên công chính 237

5.2 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết dạng càng 247

5.2.1 Yêu cầu kỹ thuật 247

5.2.2 Vật liệu và phương pháp chế tạo phôi 247

5.2.3 Tính công nghệ trong kết cấu 248

5.2.4 Quy trình công nghệ gia công chi tiết càng 248

5.2.5 Biện pháp công nghệ thực hiện các nguyên công chính 250

5.3 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết dạng trục 255

5.3.1 Yêu cầu kỹ thuật 256

5.3.2 Vật liệu và phương pháp chế tạo phôi 257

5.3.3 Tính công nghệ trong kết cấu 257

5.3.4 Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục 257

5.3.5 Biện pháp công nghệ thực hiện các nguyên công chính 259

5.4 Công nghệ chế tạo các chi tiết dạng bạc 264

5.4.1 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết dạng bạc 264

5.4.2 Vật liệu và phương pháp chế tạo phôi 266

5.4.3 Tính công nghệ trong kết cấu 267

5.4.4 Quy trình công nghệ gia công chi tiết bạc 267

5.4.5 Biện pháp công nghệ thực hiện các nguyên công chính 271

5.5 Quy trình công nghệ chế tạo bánh răng 273

5.5.1 Phân loại 273

5.5.2 Độ chính xác 274

5.5.3 Vật liệu chế tạo bánh răng 275

5.5.4 Phương pháp chế tạo phôi 276

5.5.5 Nhiệt luyện bánh răng 276

5.5.6 Yêu cầu kỹ thuật 277

5.5.7 Tính công nghệ trong kết cấu 277

5.5.8 Chuẩn định vị 278

5.5.9 Quy trình công nghệ trước khi cắt răng 278

5.5.10 Các phương pháp gia công răng 279

5.5.11 Gia công bánh răng côn 306

5.5.12 Gia công bánh vít 314

Chương 6 Kinh tế kỹ thuật trong chế tạo máy 318

6.1 Định mức kỹ thuật 318

6.1.1 Định mức vật tư tiêu hao 318

6.1.2 Định mức thời gian lao động 322

6.2 Năng suất và giá thành sản phầm 333

6.2.1 Năng suất lao động 333

6.2.2 Các phương pháp tăng năng suất lao động 335

6.2.3 Giá thành sản phẩm 338

Chương 7 Công nghệ lắp ráp 344

7.1 Khái niệm về quá trình lắp ráp 344

7.2 Kỹ thuật lắp ráp 347

7.2.1 Các phương pháp ghép nối 347

7.2.3 Kết cấu của sản phẩm, bộ phận và chi tiết trong lắp ráp 350

7.3 Lập kế hoạch cho quá trình lắp 354

7.3.1 Những nguyên tắc cơ bản khi lập kế hoạch cho quá trình lắp ráp .354 7.3.2 Nguyên tắc tổ chức khi lắp ráp 356

7.3.3 Đánh giá kế hoạch lắp ráp và thiết kế hệ thống lắp ráp 358

7.4 Tự động hóa quá trình lắp rắp 359

7.4.1 Điều kiện để thực hiện tự động hóa quá trình lắp ráp 359

7.4.2 Các hình thức tự động hóa quá trình lắp ráp 360

7.4.3 Nội dung của tự động hóa trong lắp ráp 360

7.4.4 Ứng dụng robot công nghiệp trong lắp ráp 362

7.4.5 Điều khiển hệ thống lắp ráp 364

7.5 Tháo dỡ và tái sinh 366

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết máy 10

Hình 1.2 Độ sóng bề mặt 12

Hình 1.3 Nguyên nhân gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt 14

Hình 1.4 Mô hình hai bề mặt tiếp xúc 15

Hình 1.5 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết 16

Hình 1.6 Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu và sai lệch profin 17

Hình 1.7 Vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô 18

Hình 1.8 Quá trình ăn mòn hóa học trên bề mặt chi tiết máy 19

Hình 1.9 Mối lắp ghép lỏng 20

Hình 1.10 Mối lắp ghép chặt 20

Hình 1.11 Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện 22

Hình 1.12 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi RZ 23

Hình 1.13 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi RZ 24

Hình 1.14 Quan hệ giữa lực và góc khi bào 26

Hình 1.15 Phương pháp tự động đạt kích thước trên máy phay 34

Hình 1.16 Ảnh hưởng của lượng chuyển vị  đến kích thước gia công khi tiện 37

Hình 1.17 Sơ đồ tiện trục trơn trên hai mũi tâm 40

Hình 1.18: Chi tiết gá trên hai mũi tâm 42

Hình 1.19 Đường cong phân bố kích thước của cả loạt (σ) và đường cong phân bố theo kích thước trung bình của từng nhóm (σ1) 56

Hình 2.1 Chuẩn thiết kế 59

Hình 2.2 Chuẩn gia công 60

Hình 2.3 Chuẩn tinh chính và chuẩn tinh phụ 61

Hình 2.4 Định vị chi tiết để phay 63

Hình 2.5 Gá đặt trên mâm cặp 3 chấu 63

Hình 2.6 Rà khi gia công lỗ bạc lệch tâm 64

Hình 2.7 Phay bằng dao phay đĩa 65

Hình 2.8 Sơ đồ xác định vị trí của một vật rắn trong hệ tọa độ Đề-Các 66

Hình 2.9 Mâm cặp 3 chấu tự định tâm khống chế 4 bậc tự do 68

Hình 2.10 Hai mũi tâm khống chế 5 bậc tự do 68

Hình 2.11 Khối V dài khống chế 4 bậc tự do 69

Hình 2.12 Khối V ngắn khống chế 2 bậc tự do 70

Hình 2.13 Chốt trụ dài khống chế 4 bậc tự do 70

Hình 2.14 Chốt trụ ngắn khống chế 2 bậc tự do 71

Hình 2.15 Chốt trụ trám khống chế 1 bậc tự do 71

Hình 2.16 Chốt trụ dài và một mặt phẳng cùng tham gia định vị 73

Hình 2.17 Phôi đúc cho chi tiết dạng hộp 75

Hình 2.18 Chuẩn thô là mặt không gia công 76

Hình 2.19 Gia công lỗ biên 76

Hình 2.20 Trục bậc đồng tâm giữa các mặt 1 và 3 77

Hình 2.21 Bánh răng 77

Hình 2.22 Sơ đồ kẹp chặt khi gia công biên 78

Hình 2.23 Sai số do lực kẹp gây ra 79

Hình 2.24 Sự hình thành kích thước công nghệ 81

Hình 2.25 Ví dụ về lượng dư gia công 84

Hình 2.26 Lượng dư gia công mặt ngoài 85

Hình 2.27 Lượng dư gia công gia công mặt trong 86

Hình 2.28 Gia công mặt phẳng đối xứng 87

Hình 2.29 Lượng dư không đối xứng 88

Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý xác định lượng dư gia công cơ 90

Hình 2.31 Phương án chọn kết cấu khác nhau của chi tiết tay gạt 97

Hình 2.32 Đơn giản hóa các mặt định hình 98

Hình 2.33 Sơ đồ chỉ dẫn việc ghi kích thước 99

Hình 2.34 Sơ đồ ghi kích thước ở chi tiết dạng hộp 100

Hình 2.35 Sơ đồ ghi kích thước trên bề mặt côn 100

Hình 2.36 Sơ đồ ghi kích thước của một số lỗ bố trí trên một hàng 101

Hình 2.37 Kết cấu chi tiết dạng hộp 102

Hình 2.38 Phôi để chế tạo bánh răng được ghép từ hai yếu tố đơn giản 103

Hình 2.39 Sơ đồ ghép nối bằng hàn để tạo thành trục lệch tâm từ 104

ba chi tiết đơn giản 104

Hình 2.40 Hình dáng hình học rãnh phù hợp với dao cắt 104

Hình 2.41 Thay đổi kết cấu phù hợp với dao cắt có năng suất 105

Hình 2.42 Sửa kết cấu để có bề mặt gia công có kích thước nhỏ nhất 105

Hình 2.43 Phân biệt ranh giới mặt gia công trên các nguyên công 105

Hình 2.44 Kết cấu chi tiết cần có chỗ ăn dao vào và thoát dao ra 106

Hình 2.45 Kết cấu chi tiết cần tránh va đập khi cắt 106

Hình 2.46 Sơ đồ gia công mặt phẳng với cùng mức độ cao trên cùng một phía của chi tiết hộp với các dao khác nhau 107

Hình 2.47 Kết cấu mặt đầu và lỗ trên thành hộp 107

Hình 2.48 Kết cấu hai lỗ đối đầu nhau 108

Hình 2.49 Kết cấu lỗ gen trên mặt bích 108

Hình 2.50 Kết cấu các chi tiết lắp ráp với nhau 108

Hình 3.1 Tiện mặt ngoài 114

Hình 3.2 Khả năng công nghệ tạo hình của phương pháp tiện 115

Hình 3.3 Các phương pháp gá đặt chi tiết 120

Hình 3.4 Các loại luynet và cách gá chúng 121

Hình 3.5 Gá trên mâm cặp bốn chấu 122

Hình 3.6 Sơ đồ gá bằng chấu kẹp đàn hồi 123

Hình 3.7 Sơ đồ gá trên hai mũi tâm và trên trục gá 123

Hình 3.8 Sơ đố gá dao khi tiện ren 124

Hình 3.9 Sơ đồ gá dao khi gia công trục vít 125

Hình 3.10 Sơ đồ cắt khi tiện thô mặt ngoài 126

Hình 3.11 Sơ đồ cắt nhiều dao 126

Hình 3.12 Sơ đồ tiện lỗ trên máy tiện và máy doa 127

Hình 3.14 Sơ đồ cơ cấu lùi dao nhanh 129

Hình 3.15 Sơ đồ các phương pháp tiện ren năng suất cao 130

Hình 3.16 Khả năng gia công các mặt định hình có đường sinh thẳng của bào 131

Hình 3.17 Sơ đồ gia công dùng nhiều đầu dao và nhiều dao trên máy 132

bào giường 132

Hình 3.18 Sơ đồ gá dao bào khi gia công dùng nhiều dao 133

Hình 3.19 Kiểm tra gá dao bằng cách quan sát khe sáng 134

Hình 3.20 Các loại dao phay 135

Hình 3.21 Các dạng phay 136

Hình 3.22 Gia công mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu và dao phay trụ 137

Hình 3.23 Sơ đồ gia công mặt phẳng bằng dao phay trụ 138

Hình 3.24 Sơ đồ gia công mặt bậc bằng dao phay ngón 138

Hình 3.25 Phay đồng thời nhiều bề mặt 139

Hình 3.26 Sơ đồ phay nhiều chi tiết trên cùng một lần gá 140

Hình 3.27 Sử dụng các đồ gá quay không liên tục 141

Hình 3.28 Sơ đồ gia công dùng đồ gá có bàn quay liên tục 141

Hình 3.29 Gia công các mặt trụ tròn xoay bằng phay 142

Hình 3.30 Các phương pháp phay rãnh then 143

Hình 3.31 Các phương pháp phay trục then hoa 144

Hình 3.32 Các phương pháp phay ren 145

Hình 3.33 Sơ đồ gia công các mặt định hình bằng dao phay định hình 146

Hình 3.34 Sơ đồ phay chép hình theo mẫu 147

Hình 3.35 Lựa chọn tốc độ cắt khi phay ở tốc độ cao ứng với các loại vật liệu khác nhau 148 Hình 3.36 Sự phân bố nhiệt phụ thuộc vào tốc độ cắt khi phay ở tốc độ cao .149

Hình 3.37 Nhiệt độ ở mặt trước của dao tiện khi gia công hợp kim nhôm 149

Hình 3.38 Mũi khoan ruột gà có lỗ gẫn dung dịch trơn nguội 151

Hình 3.39 Mũi khoan có kết cấu đặc biệt để khoan lấy lõi 151

Hình 3.40 Cấu tạo của mũi khoan ruột gà 151

Hình 3.41 Các nguyên nhân và các hiện tượng sai lệch xuất hiện khi khoan .153 Hình 3.42 Khoan trên máy tiện 154

Hình 3.43 Đầu khoan rêvonve và đầu khoan nhiều trục 154

Hình 3.44 Các kiểu mài mũi khoan 155

Hình 3.45 Mũi khoan dùng gia công lỗ bậc 156

Hình 3.46 Mũi khoan sử dụng tấm cắt quay 157

Hình 3.47 Mũi khoan sâu 158

Hình 3.48 Khả năng gia công các dạng bề mặt khác nhau của khoét 159

Hình 3.49 Các kiểu dẫn hướng khi khoét 160

Hình 3.50 Các kiểu doa tùy động có và không có bạc dẫn hướng 162

Hình 3.51 Dao doa tùy động 162

Hình 3.52 Các loại dao doa tay 163

Hình 3.53 Gia công ren bằng tarô 165

Hình 3.54 Gia công ren bằng khoan tarô kết hợp 166

Hình 3.55 Sơ đồ cấu tạo dao chuốt lỗ 167

Hình 3.56 Sơ đồ gá đặt chuốt có đệm cầu tự lựa 168

Hình 3.57 Sơ đồ chuốt mặt phẳng 168

Hình 3.58 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp mài tròn ngoài 171

Hình 5.59 Sơ đồ mài tròn ngoài không tâm 172

Hình 3.60 Sơ đồ các phương pháp mài lỗ có tâm 174

Hình 3.61 Sơ đồ các phương pháp mài lỗ không tâm 175

Hình 3.62 Sơ đồ các phương pháp mài phẳng bằng đá mài hình trụ 176

Hình 3.63 Sơ đồ mài mặt phẳng bằng mặt đầu của đá 177

Hình 3.64 Sơ đồ mài phẳng đá mài mặt đầu trên máy mài chuyên dùng có nhiều

trục đá 178

Hình 3.65 Sơ đồ mài định hình 179

Hình 3.66 Sơ đồ các dạng mài nghiền 180

Hình 3.67 Sơ đồ nghiền mặt trụ 182

Hình 3.68 Sơ đồ nghiền lỗ 183

Hình 3.69 Kết cấu đầu khôn 185

Hình 3.70 Vết gia công khi mài khôn 186

Hình 3.71 Các dạng sai lệch khi mài khôn 186

Hình 3.72 Sơ đồ mài siêu tinh xác 188

Hình 3.73 Sơ đồ chuyển động của mài siêu tinh xác 189

Hình 3.74 Sơ đồ gia công các chi tiết bằng mài siêu tinh xác 190

Hình 4.1 Ma trận phương án công nghệ 205

Hình 4.2 Sơ đồ khối phương án công nghệ 205

Hình 4.3 Giản đồ thứ tự gia công (Graph) 206

Hình 4.4 Quan hệ giữa giá thành Gi và sản lượng chế tạo N 217

Hình 4.5 Sơ đồ tổng quát về phương thức thiết kế công nghệ cơ khí ứng dụng kỹ thuật tin học 220

Hình 4.6 Quan hệ tương tác Người – Máy tính trong khâu chuẩn bị kỹ thuật cho sản xuất 223

Hình 4.7 Tổng quát về ứng dụng kỹ thuật tin học trong chuẩn bị công nghệ (cơ khí) 224

Hình 4.8 Các giai đoạn thiết kế công nghệ cơ khí ứng dụng kỹ thuật tin học 225

Hình 5.1 Chọn chuẩn định vị trên mặt bích 236

Hình 5.2 Sơ đồ định vị khi chọn chuẩn thô ở nguyên công đầu tiên 236

Hình 5.3 Sơ đồ định hướng dụng cụ khi doa lỗ chi tiết dạng hộp 240

Hình 5.5 Sơ đồ đo khoảng cách tâm hai lỗ 244

Hình 5.6 Sơ đồ kiểm tra độ song song theo hai phương 245

Hình 5.7 Kiểm tra độ song song giữa đường tâm lỗ và mặt đáy 245

Hình 5.8 Sơ đồ kiểm tra độ vuông góc giữa tâm lỗ và mặt đầu 246

Hình 5.9 Kiểm tra độ vuông góc giữa các lỗ 246

Hình 5.11 Sơ đồ định vị vơi chuẩn tinh thống nhất 249

Hình 5.12 Sơ đồ định vị phay hai mặt đầu dao 251

Hình 5.13 Sơ đồ định vị để gia công lỗ tiếp theo 252

Hình 5.14 Sơ đồ định vị gia công hai lỗ cùng một lúc 253

Hình 5.15 Sơ đồ kiểm tra độ không song song của hai lỗ càng 254

Hình 5.16 Sơ đồ kiểm tra độ vuông 255

Hình 5.17 Sơ đồ định vị trục bằng hai mũi tâm 258

Hình 5.18 Sơ đồ gia công mặt đầu trục trên máy phay ngang 260

Hình 5.19 Sơ đồ gia công đồng thời mặt đầu trục và lỗ tâm trên máy chuyên dùng 261

Hình 5.20 Một số dạng kết cấu của bạc 265

Hình 5.21 Gia công các mặt của bạc trong một lần gá 268

Hình 5.22 Gia công các mặt của bạc sau hai lần gá 269

Hình 5.23 Gia công các mặt của bạc sau ba lần gá 269

Hình 5.24 Các bộ truyền bánh răng, bánh vít 274

Hình 5.25 Gia công bánh răng trụ bằng dao phay định hình 280

Hình 5.26 Sơ đồ gia công bánh răng trụ răng nghiêng 281

Hình 5.27 Phay bánh răng trụ chữ V bằng dao phay ngón 281

Hình 5.28 Sơ đồ chuốt răng bánh răng 283

Hình 5.29 Sơ đồ phay lăn răng 283

Hình 5.30 Dao phay lăn dạng trục vít 284

Hình 5.31 Sơ đồ phay lăn răng thẳng 285

Hình 5.32 Sơ đồ bố trí dao khi phay lăn răng thẳng 285

Hình 5.33 Các phương pháp tiến dao khi phay lăn răng 286

Hình 5.34 Các phương pháp tiến dao khi phay lăn răng 286

Hình 5.35 Sơ đồ phay lăn bánh răng nghiêng 287

Hình 5.36 Sơ đồ gá dao khi phay lăn răng nghiêng 287

Hình 5.37 Sơ đồ xọc bánh răng trong 289

Hình 5.38 Sơ đồ xọc răng bằng dao xọc bánh răng 290

Hình 5.39 Sơ đồ xọc răng nghiêng 291

Hình 5.40 Sơ đồ xọc răng bằng dao răng thẳng 291

Hình 5.41 Sơ đồ xọc răng bằng dao dạng thanh răng 292

Hình 5.42 Các hình dạng mặt đầu răng 293

Hình 5.43 Dao phay ngón 294

Hình 5.44 Dao phay định hình chuyển dùng 294

Hình 5.45 Sơ đồ chay rà bánh răng trụ bằng 3 bánh mẫu 295

Hình 5.46 Dao cà dạng bánh răng 296

Hình 5.47 Cà răng bằng dao cà dạng bánh răng 297

Hình 5.48 Cà rằng dao thanh răng 298

Hình 5.49 Sơ đồ tính toán tốc độ cắt 300

Hình 5.51 Sơ đồ mài răng bằng đá mài định hình 303

Hình 5.52 Mài răng bằng đá mài có prôfin hình thang 304

Hình 5.53 Mài răng bằng hai đá đĩa nghiêng một góc bằng góc ăn khớp 304

Hình 5.54 Mài răng bằng hai đá đĩa có trục quay vuông góc với trục bánh răng .304

Hình 5.55 Đá mài trục vít 305

Hình 5.56 Các loại bánh răng côn 306

Hình 5.57 Sơ đồ vị trí trục của truyền động bánh răng côn 306

Hình 5.58 Các dạng chiều cao răng của bánh răng côn 307

Hình 5.59 Sơ đồ phay bánh răng côn răng thẳng bằng dao phay đĩa 307

định hình 307

Hình 5.60 Sơ đồ bào theo dưỡng 308

Hình 5.61 Phay bánh răng côn răng thẳng bằng hai dao phay đĩa bao hình 309

Hình 5.62 Sơ đồ nguyên lý của máy bào răng Bilgram Reinecker 310

Hình 5.63 Sơ đồ bào bao hình bằng hai dao 311

Hình 5.64 Kết cấu của đầu dao 311

Hình 5.65 Sơ đồ gia công bánh răng côn răng dạng cung tròn 312

Hình 5.66 Sơ đồ gia công bánh răng côn răng dạng thân khai 313

Hình 5.67 Lăn răng bánh vít bằng tiến dao hướng kính 314

Hình 5.68 Lăn răng bánh vít bằng tiến dao tiếp tuyến 315

Hình 5.69 Gia công bánh vít bằng dao phay một lưỡi 316

Hình 6.1 Quan hệ về thời gian giữa đối tượng lao dộng, công cụ lao động và sức lao động trong quá trình công nghệ 324

Hình 6.2 Quan hệ giữa các khâu trong lĩnh vực tổ chức lao động khoa học .325

Hình 6.3 Các thành phần của thời gian lao động 329

Hình 6.4 Điều kiện về giải pháp đứng nhiều máy 332

Hình 6.5 Đồ thị quan hệ giữa giá thành C và số chi tiết gia công N 339

Hình 7.1 Các yếu tố liên quan đến quá trình lắp ráp/ tháo dỡ 345

Hình 7.2 Hệ thống lắp ráp phối hợp và tự động (Hãng Bosch) 347

Hình 7.3 Mục tiêu của hình thức lắp ráp đúng 351

Hình 7.4 Điều chỉnh lắp ráp bánh răng côn bằng khâu bồi thường MZK 352

Hình 7.5 Cấu trúc sản phẩm 355

Hình 7.6 Thống kê cụ thể các chi tiết 356

Hình 7.7 Một vị trí lắp rắp riêng lẻ 357

Hình 7.8 Các nhóm công việc khi lắp ráp 361

Hình 7.9 Chức năng điều khiển công việc theo DVI 2860 361

Hình 7.10 Các thành phần và các chuyển động theo chức năng theo VDI 2860 363

Hình 7.11 Phân bố sai lệch về vị trí 364

Hình 7.12 Hệ thống điều khiển trong lắp ráp 365

SPS – điều khiển theo chương trình lưu trữ 365

Hình 7.13 Mức độ và quá trình tái sinh 367

SPS – điều khiển theo chương trình lưu trữ 367

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Cấp độ nhám và các giá trị tương ứng 11

Bảng 1.2 Phương pháp gia công cơ và độ bóng tương ứng 27

Bảng 1.3 Mức độ và chiều biến cứng của các phương pháp gia công 28

Bảng 3.1 Độ chính xác khi gia công mặt đầu và mặt trụ khi gia công trên máy tiện 116

Bảng 3.2 Sự thay đổi lực cắt F, lực cắt đơn vị K và công suất P khi thây đổi chế độ cắt 118

Bảng 3.4 Độ chính xác và độ nhám bề mặt của một số dạng dao 132

Bảng 3.5 Cách chọn lượng dư nghiền 184

Bảng 3.6 Lượng dư cạo 192

Bảng 4.1 Các phương thức thiết kế công nghệ cơ khí 218

Bảng 6.1 Sự thay đổi về phân chia chức năng giữa Người và Máy 323

Bảng 6.2 Khả năng đứng nhiều máy tùy theo sự phân bố của thời gian thao tác bằng tay (tm) và thời gian máy chạy tự động (tM) 333

Bảng 7.1 Trình bày các phương pháp ghép nối trong lắp ráp 347

Bảng 7.2 Các phương pháp lắp ráp 349

Bảng 7.3 là một vài ví dụ cho các nguyên tắc khi thực hiện hình thức lắp ráp 353

Bảng 7.4 Robot được sử dụng trong quá trình lắp ráp 362

Bảng 7.5 Các dạng điều khiển trong quá trình lắp ráp tự động 366

Chương 1 Những khái niệm cơ bản 1.1 Khái kiệm về quá trình sản xuất

1.1.1 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ

Sự ảnh hưởng của các quá trình nêu trên đến năng suất, chất lượng củaquá trình sản xuất có mức độ khác nhau ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng,năng suất của quá trình sản xuất là những quá trình có tác động làm thay đổi vềtrạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất, đó chính là các quá trình công nghệ

b) Quá trình công nghệ

Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất, trực tiếp làm thayđổi trạng thái và tính chất của đối tượng sản xuất

Đối với sản xuất cơ khí, sự thay đổi trạng thái và tính chất bao gồm:

- Thay đổi trạng thái hình học (kích thước, hình dáng, vị trí tương quangiữa các bộ phận của chi tiết )

- Thay đổi tính chất (tính chất cơ lý như độ cứng, độ bền, ứng suất dư )

* Quá trình công nghệ bao gồm:

- Quá trình công nghệ tạo phôi: hình thành kích thước của phôi từ vật liệubằng các phương pháp như đúc, hàn, gia công áp lực

- Quá trình công nghệ gia công cơ: làm thay đổi trạng thái hình học và cơ

Quá trình công nghệ cho một đối tượng sản xuất (chi tiết) phải được xácđịnh phù hợp với các yêu cầu về chất lượng và năng suất của đối tượng Xácđịnh quá trình công nghệ hợp lý rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì các vănkiện công nghệ đó gọi là quy trình công nghệ

1.1.2 Các thành phần của quá trình công nghệ

a) Nguyên công

Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ, được hoàn thành mộtcách liên tục tại một chỗ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện ởđây, nguyên công được đặc trưng bởi 3 điều kiện cơ bản, đó là hoàn thành, tínhliên tục trên đối tượng sản xuất và vị trí làm việc Trong quá trình thực hiện quytrình công nghệ nếu chúng ta thay đổi 1 trong 3 điều kiện trên thì ta đã chuyểnsang một nguyên công khác

Ví dụ:

Nếu ta tiện đầu A rồi trở đầu để tiện đầu B (hoặc ngược lại) thì vẫn thuộc

một nguyên công vì vẫn đảm bảo tính chất liên tục và vị trí làm việc Nhưng nếutiện đầu A cho cả loạt xong rồi mới trở lại tiện đầu A, đầu B cũng cho cả loạt đóthì thành hai nguyên công vì đã không đảm bảo được tính liên tục, có sự giánđoạn khi tiện các bề mặt khác nhau trên chi tiết Hoặc tiện đầu A ở máy này, đầu

B tiện ở máy khác thì rõ ràng đã hai nguyên công vì vị trí làm việc đã thay đổi

Nguyên công là đơn vị cơ bản của quá trình công nghệ Việc chọn sốlượng nguyên công sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng và giá thành sản phẩm,việc phân chia quá trình công nghệ ra thành các nguyên công có ý nghĩa kỹ thuật

và kinh tế

* ý nghĩa kỹ thuật: Mỗi một phương pháp cắt gọt có một khả năng công

nghệ nhất định (khả năng về tạo hình bề mặt cũng như chất lượng đạt được) Vìvậy, xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật và dạng bề mặt cần tạo hình mà ta phải chọnphương pháp gia công tương ứng hay nói cách khác chọn nguyên công phù hợp

Ví dụ: Ta không thể thực hiện được việc tiện các cổ trục và phay rãnh then

ở cùng một chỗ làm việc Tiện các cổ trục được thực hiện trên máy tiện, phayrãnh then thực hiện trên máy phay

* ý nghĩa kinh tế: Khi thực hiện công việc, tùy thuộc mức độ phức tạp

của hình dạng bề mặt, tùy thuộc số lượng chi tiết cần gia công, độ chính xác,chất lượng bề mặt yêu cầu mà ta phân tán hoặc tập trung nguyên công nhằmmục đích đảm bảo sự cân bằng cho nhịp sản xuất, đạt hiệu qủa kinh tế nhất

Ví dụ: Trên một máy, không nên gia công cả thô và tinh mà nên chia gia

công thô và tinh trên hai máy Vì khi gia công thô cần máy có công suất lớn,năng suất cao, không cần chính xác cao để đạt hiệu quả kinh tế (lấy phần lớnlượng dư); khi gia công tinh thì cần máy có độ chính xác cao để đảm bảo cácyêu cầu kỹ thuật của chi tiết

b) Gá

Trước khi gia công, ta phải xác định vị trí tương quan giữa chi tiết so vớimáy, dụng cụ cắt và tác dụng lên chi tiết một lực để chống lại sự xê dịch do lựccắt và các yếu tố khác gây ra khi gia công nhằm đảm bảo chính xác vị trí tương

quan đó Quá trình này ta gọi là quá trình gá đặt chi tiết.

Gá là một phần của nguyên công, được hoàn thành trong một lần gá đặt chi tiết

Trong một nguyên công có thể có một hoặc nhiều lần gá

Ví dụ: để tiện các mặt trục bậc A, B, C ta thực hiện hai lần gá:

- Lần 1: Lần 1: Gá lên 2 mũi chống tâm và truyền mômen quay bằng tốc

để gia công các bề mặt C và B

- Lần 2: Đổi đầu để gia công bề mặt A (vì mặt này chưa được gia công ở lần gá trước do phải lắp với tốc)

c) Vị trí

Vị trí là một phần của nguyên công, được xác định bởi một vị trí tương

quan giữa chi tiết với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt

Một lần gá có thể có một hoặc nhiều vị trí

Ví dụ: Khi phay bánh răng bằng dao phay định hình, mỗi lần phay một

răng, hoặc khoan một lỗ trên chi tiết có nhiều lỗ được gọi là một vị trí (một lần

gá có nhiều vị trí) Còn khi phay bánh răng bằng dao phay lăn răng, mỗi lầnphay là một vị trí (nhưng do tất cả các răng đều được gia công nên lần gá này cómột vị trí)

d) Bước

Bước cũng là một phần của nguyên công khi thực hiện gia công một bề mặt (hoặc một tập hợp bề mặt) sử dụng một dụng cụ cắt (hoặc một bộ dụng cụ) với chế độ công nghệ (v, s, t) không đổi.

Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước

Ví dụ: Cũng là gia công hai đoạn trục nhưng nếu gia công đồng thời bằng

hai dao là một bước; còn gia công bằng một dao trên từng đoạn trục là hai bước

* Khi có sự trùng bước (như tiện bằng 3 dao cho 3 bề mặt cùng một lúc),

thời gian gia công chỉ cần tính cho một bề mặt gia công có chiều dài lớn nhất.

e) Đường chuyển dao

Đường chuyển dao là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và bằng cùng một dao.

Mỗi bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao

Ví dụ: bấm nút, quay ụ dao, đẩy ụ động

Động tác là đơn vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ

Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiêncứu năng suất lao động và tự động hoá nguyên công

1.1.3 Các dạng sản xuất và các hình thức tổ chức sản xuất

Dựa vào nhu cầu của xã hội và mức tiêu thụ của thị trường tiêu dùng, nhàmáy cần phải sản xuất một số lượng sản phẩm trong một khoảng thời gian nhấtđịnh Đó là kế hoạch sản xuất của nhà máy, kế hoạch này có thể do cấp trên giaocho, cũng có thể do bản thân nhà máy tự lập ra theo nhu cầu của xã hội và thịtrường tiêu thụ Khi đã có kế hoạch, nhà máy phải động viên toàn bộ lực lượng

để thực hiện kế hoạch đó Trong kế hoạch sản xuất, chỉ tiêu quan trọng nhất làsản lượng hàng năm tính theo đơn vị sản phẩm (chiếc) hoặc trọng lượng (tấn)hoặc bằng giá trị tiền (đồng) tuỳ theo nghành sản xuất Dạng sản xuất là mộtkhái niệm đặc trưng có tính chất tổng hợp giúp cho việc xác định hợp lý đườnglối, biện pháp công nghệ và tổ chức sản xuất để chế tạo ra sản phẩm đạt các chỉtiêu kinh tế kỹ thuật Các yếu tố đặc trưng của dạng sản xuất là :

+ Sản lượng

+ Tính ổn định của sản phẩm

+ Tính lặp lại của quá trình sản xuất

+ Mức độ chuyên môn hoá trong sản xuất.

Tuỳ theo sản lượng hàng năm và mức độ ổn định của sản phẩm mà người

ta chia ra ba dạng sản xuất sau:

+ Sản xuất đơn chiếc

+ Sản xuất hàng loạt

+ Sản xuất hàng khối

a) Dạng sản xuất đơn chiếc

Dạng sản xuất đơn chiếc có đặc điểm là:

- sản lượng hàng năm ít, thường từ một đến vài chục chiếc

- sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều

- chu kì chế tạo lại không được xác định

Do vậy trong dạng sản xuất này thường chỉ dùng các trang thiết bị, dụng

cụ công nghệ vạn năng Máy móc được bố trí theo loại máy thành từng bộ phậnsản xuất khác nhau Tài liệu công nghệ có nội dung sơ lược, dưới dạng phiếutiến trình công nghệ Yêu cầu trình độ thợ phải cao

b) Dạng sản xuất hàng loạt

Dạng sản xuất hàng loạt có đặc điểm là:

- Sản lượng hàng năm không quá ít

- Sản phẩm được chế tạo thành từng loạt theo chu kì xác định

- Sản phẩm tương đối ổn định

Tuỳ theo sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm mà người ta còn chia

ra dạng sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, loạt lớn Sản xuất loạt nhỏ gần và giống sảnxuất đơn chiếc, còn sản xuất hàng loạt lớn gần và giống sản xuất hàng khối

c) Dạng sản xuất hàng khối

Dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là:

- Sản lượng hàng năm rất lớn

- Sản phẩm rất ổn định

- Trình độ chuyên môn hóa sản xuất cao

Đối với dạng sản xuất này ta phải tổ chức kỹ thuật và công nghệ như sau:

- Trang thiết bị, dụng cụ công nghệ thường là chuyên dùng.

- Quá trình công nghệ được thiết kế và tính toán chính xác, ghi thành cáctài liệu công nghệ có nội dung cụ thể và tỉ mỉ

- Trình độ thợ đứng máy không cần cao nhưng đòi hỏi phải có thợ điềuchỉnh máy giỏi

- Tổ chức sản xuất theo dây chuyền

Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng các phương pháp công nghệtiên tiến, có điều kiện cơ khí hóa và tự động hóa sản xuất, tạo điều kiện tổ chứccác đường dây gia công chuyên môn hóa Các máy ở dạng sản xuất này thườngđược bố trí theo theo thứ tự nguyên công của quá trình công nghệ

Chú ý là việc phân chia thành ba dạng sản xuất như trên chỉ mang tínhtương đối Trong thực tế, người ta còn chia các dạng sản xuất như sau:

- Sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ

- Sản xuất hàng loạt

- Sản xuất loạt lớn và hàng khối

Ngoài ra, cần phải nắm vững các hình thức tổ chức sản xuất để sử dụngthích hợp cho các dạng sản xuất khác nhau

Trong quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí thường được thực hiện theo haihình thức tổ chức sản xuất là: sản xuất theo dây chuyền và không theo dâychuyền

d) Hình thức tổ chức sản xuất

* Hình thức sản xuất theo dây chuyền:

Thường được áp dụng ở quy mô sản xuất hàng loạt lớn và hàngkhối, đặc điểm của hình thức này là:

- Máy được bố trí theo thứ tự các nguyên công của quá trình công nghệ,nghĩa là mỗi nguyên công được hoàn thành tại một vị trí nhất định

- Số lượng chỗ làm việc và năng suất lao động tại một chỗ làm việc phảiđược xác định hợp lý để đảm bảo tính đồng bộ về thời gian giữa các nguyêncông trên cơ sở nhịp sản xuất của dây chuyền

Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại chu kỳ gia công hoặc lắp ráp,nghĩa là trong khoảng thời gian này từng nguyên công của quá trình công nghệđược thực hiện đồng bộ và sau khoảng thời gian ấy một đối tượng sản xuất đượchoàn thiện và được chuyển ra khỏi dây chuyền sản xuất.

* Hình thức sản suất không theo dây chuyền:

Thường được áp dụng ở quy mô sản xuất nhỏ và có đặc điểm nhưsau:

- Các nguyên công của qúa trình công nghệ được thực hiện không có sựràng buộc lẫn nhau về thời gian và địa điểm Máy được bố trí theo kiểu, loại vàkhông phụ thuộc vào thứ tự các nguyên công

- Năng suất và hiệu quả kinh tế thấp hơn hình thức sản xuất theo dâychuyền

Ngày nay, nhờ ứng dụng các thành tựu về điện tử, tin học, xử lý điện toán

và kỹ thuật điều khiển tự động, công nghệ của quá trình sản xuất được thực hiệnbởi các máy được điều khiển tự động nhờ máy tính điện tử, có khả năng lậptrình đa dạng để thích nghi với sản phẩm mới Dạng sản xuất như vậy được gọi

là sản xuất linh hoạt và cũng là dạng sản xuất đặc trưng và ngày càng phổ biến

trong xã hội

1.2 Chất lượng bề mặt gia công

1.1.2 Khái niệm về chất lượng bề mặt gia công

Thực tế đã chứng minh chất lượng bề mặt gia công có ảnh hưởng rất lớnđến khả năng làm việc của chi tiết máy và cũng là một trong những thông số đểđánh giá chất lượng chế tạo các chi tiết máy Vì thế Chất lượng bề mặt gia công

là một chỉ tiêu quan trọng khi chuẩn bị công nghệ chế tạo sản phẩm

Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công bao gồm:

+ Độ nhám bề mặt

+ Độ sóng bề mặt

+ Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ biến cứng, chiều sâu biếncứng, ứng suất dư…).

1.2.2 Độ nhám bề mặt

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kimloại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công Như vậy bề mặt giacông có độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt)

Độ nhám bề mặt là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn Độ nhám bề mặt đo bằng thông số: chiều cao nhấp nhô (Rz) và sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra) của lớp bề mặt.

- Chiều cao nhấp nhô (RZ): Là trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh caonhất và 5 đáy thấp nhất của nhấp nhô trong chiều dài chuẩn L

Hình 1.1 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết máy

- Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra) là trị số trung bình của khoảng cách

từ các đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi tới đường trung bình trong phạm vi chiều dài chuẩn L Ra được tính theo công thức:

1 | y |

- L: Chiều dài tiêu chuẩn;

- yi : Tung độ của profin được đo từ đường thẳng chuẩn;

Độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với giá trị của Ra, Rz như trong bảng dưới đây:

Bảng 1.1 Cấp độ nhám và các giá trị tương ứng

Chất lượng

bề mặt

Cấp độ nhám

R a (µm) R z (µm) Chiều dài chuẩn L

(mm) Không lớn hơn

Thô

()

123

844020

32015080

2,51,25

0,320,160,08

1,60,80,4

0,020,01

0,1

Độ nhám bề mặt và độ chính xác về kích thước có quan hệ với nhau chặtchẽ Theo kinh nghiệm người ta dựa vào cấp chính xác về kích thước để xác

định độ nhám bề mặt tương ứng, cụ thể là giá trị của độ nhám bề mặt khoảng 5 ÷20% dung sai của kích thước cần đạt được.

1.2.3 Độ sóng bề mặt

Là chu kì không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trongphạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt (từ 1 ÷ 10 mm) Người ta dựa vào tỉ lệ gầnđúng giữa chiều cao nhấp nhô và bước sóng để phân biệt độ nhám bề mặt và độsóng của bề mặt chi tiết máy

Hình 1.2 Độ sóng bề mặt

+ Độ nhám bề mặt ứng với tỉ lệ: l / h = 0 ÷ 50

+ Độ sóng bề mặt ứng với tỉ lệ: L / H = 50 ÷ 1000

Trong đó:

- h : chiều cao nhấp nhô tế vi;

- l : khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi;

- L : khoảng cách giữa hai đỉnh sóng (bước sóng)

- H : chiều cao của sóng (độ sóng) của bề mặt chi tiết máy

1.2.4 Tính chất cơ lý của bề mặt gia công

a Hiện tượng biến cứng bề mặt

Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinhthể lớp bề mặt kim loại và gây ra biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau củalưỡi cắt Khi đó giữa các hạt tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất Thể tích riêngtăng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt Điều đó dẫn đến thay đổi cơ tính lớp

bề mặt, các thay đổi đó bao gồm:

- Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn của lớp bề mặt được nâng cao;

- Tính dẻo dai của lớp bề mặt lại giảm;

- Tính dẫn từ và nhiều tính chất khác của lớp bề mặt bị thay đổi

Cuối cùng, lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại, có độ cứng tế vi cao (độ cứng tế vi là một tính chất cơ lý học quan trọng của lớp bề mặt).

Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố:

- Tác dụng của lực cắt: Lực cắt tăng làm cho mức độ biến dạng dẻo của vậtliệu tăng, qua đó làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt

- Nhiệt trong vùng cắt: Nhiệt cắt tăng sẽ làm hạn chế hiện tượng biếncứng lớp bề mặt

Vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỉ lệ tác động giữahai yếu tố lực cắt và nhiệt cắt sinh ra trong vùng cắt

b Ứng suất dư trong lớp bề mặt

Khi gia công, trong lớp bề mặt chi tiết có ứng suất dư Trị số, dấu, chiềusâu phân bố của ứng suất dư trong lớp bề mặt phụ thuộc vào điều kiện gia công

cụ thể

Những nguyên nhân chính gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt chi tiết máy:

- Khi cắt một lớp mỏng vật liệu, trường lực xuất hiện gây ra biến dạngdẻo không đều ở từng khu vực trong lớp bề mặt Khi trường lực mất đi, biếndạng dẻo gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt

- Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp vật liệu bề mặt, làm tăng thểtích riêng của lớp kim loại mỏng ở ngoài cùng Lớp kim loại ở bên trong dokhông bị biến dạng dẻo nên vẫn giữ thể tích riêng bình thường Lớp kim loạingoài cùng có xu hướng tăng thể tích, gây ra ứng suất nén; để cân bằng thì lớpkim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư kéo.

Hình 1.3 Nguyên nhân gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt

- Nhiệt sinh ra ở vùng cắt có tác dụng nung nóng cục bộ các lớp mỏng bềmặt làm giảm mô đun đàn hồi của vật liệu, có khi làm giảm tới trị số nhỏ nhất.Sau khi cắt, lớp vật liệu bề mặt ở vùng cắt bị nguội nhanh, co lại, sinh ra ứngsuất dư kéo ; để cân bằng thì lớp kim loTại bên trong phải sinh ra ứng suất dưnén

1.2.5 ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính chất sử dụng của chi tiết máy

Chất lượng bề mặt ảnh hưởng tới khả năng làm việc, mối lắp ghép của chitiết máy trong kết cấu tổng thể của máy Ta khảo sát một số ảnh hưởng cơ bảncủa chất lượng bề mặt (độ nhám, lớp biến cứng bề mặt, ứng suất dư bề mặt) đốivới khả năng làm việc của chi tiết máy (tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống

ăn mòn hoá học, độ chính xác các mối lắp)

1.2.5.1 Ảnh hưởng đến tính chống mòn

a) Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi nên trong giai đoạnđầu của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một số đỉnh caonhấp nhô;diện tích tiếp xúc thực chỉ bằng một phần của diện tích tính toán

Hình 1.4 Mô hình hai bề mặt tiếp xúc

Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượngtrượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô; các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp

ghép tăng lên Đó là hiện tượng mòn ban đầu.

Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiềucao nhấp nhô giảm 65 ÷ 75%; lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suấttiếp xúc giảm đi Sau giai đoạn mòn ban đầu (chạy rà) này, quá trình mài mòn

trở nên bình thường và chậm, đó là giai đoạn mòn bình thường (giai đoạn này,

chi tiết máy làm việc tốt nhất)

Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra,

nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết máy bị phá hỏng

Mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết masát với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu được biểu thị như sau:

Hình 1.5 Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết

Các đường a, b, c tương ứng với 3 độ nhám ban đầu khác nhau, độ nhám của đường c là cao nhất RZ(c) > RZ(b) > RZ(a)

Quá trình mòn theo thời gian:

0 ÷ ti : giai đoạn mòn ban đầu

ti ÷ Ti : giai đoạn mòn bìn thường

Ti trở đi: giai đoạn mòn kịch liệt

Tuổi thọ của cặp chi tiết có độ nhám bề mặt ban đầu cao nhất (đường c) tương ứng với giai đoạn mòn bình thường ngắn nhất nên tuổi thọ thấp nhất: T3 <

T2 < T1

Như vậy khi chế tạo chi tiết máy cần giảm hoặc tăng độ nhám tới trị sốtối ưu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết máy thì sẽ đạt được lượng mònban đầu ít nhất, qua đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy

Ở đây, ta đề cập đến giá trị độ nhấp nhô ban đầu tối ưu (Ra tối ưu , RZ tối ưu ) vìvậy còn phải xét đến điều kiện làm việc nặng hay nhẹ của chi tiết máy

Hình 1.6 Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu và sai lệch profin

trung bình cộng R a

Lượng mòn ban đầu ít nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm Ra1, Ra2; đó

là giá trị tối ưu của Ra Nếu giá trị của Ra nhỏ hơn trị số tối ưu Ra1, Ra2 thì sẽ bịmòn kịch liệt vì các phấn tử kim loại dễ khuếch tán Ngược lại, giá trị của Ralớn hơn trị số tối ưu Ra1, Ra2 thì lượng mòn tăng lên vì các nhấp nhô bị phá vỡ

và cắt đứt

Tóm lại:

- Độ nhám ban đầu phải đạt giá trị tối ưu để giảm độ mòn của chúng xuống mức nhỏ nhất

- Nếu độ nhám quá cao, các nhấp nhô sẽ bị phá vỡ và cắt đứt

- Nếu độ nhám quá nhỏ (quá nhẵn) các phần tử sẽ bị khuếch tán dẫn đến quá trình mòn càng xẩy ra nhanh chóng

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng

Lớp biến cứng bề mặt của chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chốngmòn Biến cứng bề mặt làm hạn chế sự khuếch tán ôxy trong không khí vào bềmặt chi tiết máy để tạo thành các ôxít kim loại gây ra ăn mòn kim loại Ngoài

ra, biến cứng còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần của chi tiết máy,qua đó hạn chế hiện tượng chảy và hiện tượng mài mòn

Ngoài phương pháp gia công cắt gọt, người ta dùng các phương pháp giacông biến dạng dẻo để tăng biến cứng bề mặt: phun bi, lăn bi, nong ép

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt

Ứng suất dư lớp bề măt ảnh hưởng không đáng kể đến tính chống mòncủa chi tiết máy

1.2.5.2 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết

a) Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt thấp (độ nhẵn bóng bề mặt cao) thì giới hạn mỏi của vậtliệu tăng, bởi khi độ nhám bề mặt càng lớn thì các vết nứt tế vi càng tăng

Nguyên nhân của hiện tượng này là do: Ứng suất tập trung với trị số lớnhơn ở các đáy của các nhấp nhô, ứng suất này sẽ hình thành các vết nứt tế vi,làm giảm độ bền mỏi của chi tiết Đây là nguồn gốc phá hỏng chi tiết.

Hình 1.7 Vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng

Lớp biến cứng bề mặt giúp tăng độ bền mỏi của chi tiết (khoảng 20%)

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt

ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi; ứngsuất dư kéo lại hạ thấp độ bền mỏi chi tiết máy

1.2.5.3 Ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn hóa học

Hình 1.8 Quá trình ăn mòn hóa học trên bề mặt chi tiết máy

Như vậy bề mặt chi tiết máy nhẵn bóng thì càng ít bị ăn mòn hoá học, bánkính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hoá học của lớp bềmặt càng cao Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiếtmáy một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (crôm, niken) hoặc bằng phươngpháp cơ khí nhằm làm chắc lớp bề mặt

b) Ảnh hưởng của lớp biến cứng

Biến dạng dẻo gây nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại, trong đósinh ra nhiều phần tử ăn mòn, nhất là ở mặt trượt Điều này gây ra hiện tượnghấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mòn và khuếch tán ở lớp bề mặt

Sau khi gia công, lớp bề mặt bị biến cứng, tăng lớp biến cứng bề mặt thìkhả năng chống ăn mòn tăng lên

Các phương pháp làm tăng lớp biến cứng bề mặt: Nhiệt luyện, lăn ép…

c) Ảnh hưởng do ứng suất dư bề mặt

Ứng suất dư ít ảnh hưởng đến tính chống ăn mòn của chi tiết

1.2.5.4 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến tính năng lắp ghép

Chiều cao nhấp nhô Ra, Rz tham gia vào dung sai chế tạo chi tiết máy

Đối với lỗ: dung sai của kích thước đường kính lỗ sẽ giảm đi một lượng

Đối với mối ghép lỏng: chiều cao nhấp nhô RZ có thể giảm đi 65 ÷ 70%,làm khe hở lắp ghép tăng lên do dó làm giảm độ chính xác của mối lắp ghép Vìvậy với mối lắp lỏng cần giảm độ nhám (tăng độ nhẵn).

Hình 1.9 Mối lắp ghép lỏng

Đối với mối ghép chặt: Chiều cao nhấp nhô tế vi RZ tăng thì độ bền lắpghép giảm Vì khi lắp ghép, các nhấp nhô bị san bằng làm cho độ dôi thực tế củamối lắp ít hơn so với trên thực tế tính toán

Hình 1.10 Mối lắp ghép chặt

Tóm lại, độ chính xác các mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộcvào chất lượng các bề mặt lắp ghép Độ bền các mối lắp ghép, trong đó độ ổnđịnh của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bềmặt lắp ghép

1.2.6 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 giacông do nhiều yếu tố công nghệ quyết định như tính chất vật liệu, thông số côngnghệ, vật liệu 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:

- Thông số hình học của dụng cụ cắt.

- 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

1.2.6.1 Ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

a) Thông số hình học của dụng cụ cắt

Để nghiên cứu, ta xét phương pháp tiện Qua thực ngiệm, người ta đã xácđịnh mối quan hệ giữa các thông số: độ nhấp nhô tế vi Rz, lượng tiến dao S, bánkính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất có thể cắt được Tùy theo giá trị thực tế

của lượng chạy dao S mà ta có thể xác định mối quan hệ trên như sau:

Hình 1.11 Ảnh hưởng của thông số hình học của dao tiện

và chiều cao nhấp nhô (hình 1.11f)

b) Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt

Khi gia công vật liệu dẻo, bề mặt ngoài sẽ biến dạng rất nhiều làm cho

cấu trúc của nó thay đổi Khi đó, hình dạng hình học và độ nhấp nhô đều thayđổi

Khi gia công vật liệu giòn, có một số phần nhỏ lại phá vỡ, làm tăng độ

nhấp nhô bề mặt

c) Tốc độ cắt V: là yếu tố cơ bản nhất, ảnh hưởng tới sự phát triển của biến dạng

dẻo khi tiện:

- Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại

tách dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp Khi

tăng vận tốc cắt đến khoảng V = 20 - 40 v/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có

giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại bịchảy dẻo Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng

hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt

gia công Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùngkim loại biến dạng bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sátcủa dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao biến mất khi vận tốc cắt khoảng V

= 30 - 60 v/ph) Với vận tốc cắt V > 60 v/ph thì lẹo dao không hình thành được

nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng

Hình 1.12 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi R Z

- Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị trượt và vỡ rakhông có thứ tự làm tăng tốc độ nhấp nhô tế vi bề mặt Tăng tốc độ cắt sẽ giảmđược hiện tượng vỡ vụ của kim loại, làm tăng độ nhắn bóng bề mặt gia công

d) Lượng chạy dao S: Là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh hưởng nhiều

đến chiều cao nhấp nhô RZ Điều đó không những do liên quan về hình học củadao mà còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của lớp bề mặt

Hình 1.13 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi R Z

Khi gia công thép Carbon, với giá trị lượng chạy dao S = 0,02 ÷ 0,15mm/vg thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất Nếu giảm S < 0,02mm/vg thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi,kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên