Chương 7. Quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình
7.4. Quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng trục
7.4.1. Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật
7.4.1.1. Đặc điểm và phân loại.
Trục là loại chi tiết đƣợc dùng rất phổ biến trong ngành Chế tạo máy, nó có nhiệm vụ truyền chuyển động quay, mômen xoắn cho nên chịu biến dạng phức tạp xoắn, uốn, kéo, nén.
Các chi tiết dạng trục có bề mặt cơ bản cần gia công là mặt tròn xoay ngoài, mặt này thường dùng làm mặt lắp ghép.
Tùy theo kết cấu mà ta có thể chia ra các chi tiết dạng trục ra các loại sau:
- Trục trơn: Trên suốt chiều dài l, trục chỉ có một kích thước đường kính d.
- Trục bậc: trên suốt chiều dài l của trục có một số kích thước đường kính khác nhau. Trên trục bậc có thể có rãnh then, rãnh then hoa hoặc có ren.
- Trục rỗng: có tác dụng làm giảm trọng lƣợng và có thể làm mặt lắp ghép.
- Trục răng: là loại trục mà trên đó có bánh răng liền trục.
- Trục lệch tâm: là loại trục có những cổ trục không cùng nằm trên một đường tâm nhƣ trục khuỷu.
7.4.1.2. Y u cầu kỹ thu t.
Khi chế tạo các chi tiết dạng trục cần bảo đảm các điều kiện kỹ thuật sau:
- Kích thước đường kính các cổ lắp ghép.
- Độ chính xác hình dáng hình học nhƣ độ côn, độ ôvan của các trục.
- Dung sai chiều dài mỗi bậc trục.
- Độ lệch tâm giữa các cổ trục lắp ghép không quá 0,01 0,03 mm.
- Độ không song song của các rãnh then hay then hoa đối với tâm trục.
- Độ nhám của các cổ trục
164
- Tính chất cơ lý của bề mặt trục nhƣ độ cứng bề mặt, độ thấm tôi thì tùy từng trường hợp cụ thể mà đặt điều kiện kỹ thuật.
Ngoài ra, đối với một số trục làm việc ở tốc độ cao thì còn có yêu cầu về cân bằng tĩnh và cân bằng động để khử rung động trong quá trình làm việc.
Tất cả các yêu cầu kỹ thuật cụ thể căn cứ vào mục đích sử dụng của trục mà người thiết kế đưa ra.
7.4.2. V t liệu, phôi và phương pháp chế tạo phôi.
7.4.2.1.V t liệu
Thường là các loại thép cacbon kết cấu như: C35, C40, C45 cho các trục thông thường; thép hợp kim kết cấu như thép crôm, crôm – niken: 18CrMnTi, 40Cr, 45Mn2, 50Mn... cho các trục chịu tải trọng lớn. Hiện nay ở một số trục của máy cán, trục khuỷu đã dùng vật liệu là gang rèn peclit, gang cầu có độ bền cao.
Trục đƣợc gia công nhiệt luyện đạt độ cứng HB =230÷260. Trong một số trường hợp để tăng độ bền mỏi cho bề mặt làm việc của trục, nó được xêmentít hoá với chiều sâu 0,7÷1,2 mm, đƣợc tôi và ram đạt độ cứng 55÷60HRC hoặc tôi bề mặt đạt độ cứng 48÷55HRC.
7.4.2.2. hương pháp chế tạo phôi
Việc chọn phôi để chế tạo các chi tiết trục phụ thuộc vào hình dạng kết cấu và sản lƣợng cần gia công hàng năm.
Tuỳ thuộc vào dạng sản xuất, kết cấu, kích thước trục và chất lượng của phôi người ta có thể áp dụng phôi cán với tiết diện đầy đủ hay ống, có thể chọn phôi rèn, dập và ngay cả phôi đúc. Trong một số trường hợp được làm từ các phần ghép lại.
Để đảm bảo chất lượng của phôi đối với trục bánh răng thường sử dụng phôi rèn hoặc phôi dập vì với phương pháp này bảo đảm độ bền cơ học của vành răng cao hơn các phương pháp khác. Các trục trơn thường được chế tạo từ thép cán nguội. Trục có đường kính thay đổi không lớn được chế tạo từ phương pháp cán nóng.
Trong điều kiện sản suất hàng loạt đối với trục bậc thì phôi thường là phôi dập hoặc phôi rèn. Phôi rèn đƣợc rèn tự do trên máy búa. Phôi dập đƣợc dập trong khuôn lắp trên máy búa hoặc máy ép.
Trong điều kiện sản xuất hàng loạt và hàng khối phương pháp kinh tế chế tạo phôi trục bậc là phương pháp cán ngang.
7.4.3. Tính công nghệ trong kết cấu.
Để đảm bảo thuận tiện cho việc gia công trục, từ đó tạo điều kiện tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm, ngay từ khi thiết kế chi tiết dạng trục cần phải chú ý đến các vấn đề sau đây:
1) Các bề mặt trên trục có khả năng gia công được bằng các dao thông thường.
2) Việc hạ đường kính của các bậc trục cần phải ít nhất. Làm như vậy sẽ giảm bớt khối lƣợng gia công cơ, giảm sự tiêu hao vật liệu và đơn giản đƣợc việc điều chỉnh của máy gia công bằng nhiều dao. Nếu là trục bậc thì có thể đường kính tăng dần về một phía hoặc đường kính giảm dần về hai phía đầu trục.
165
3) Tính hệ số an toàn vừa phải để đường kính trục có kích thước phù hợp mà vấn đảm bảo đủ bền với chức năng làm việc của nó.
4) Nghiên cứu khả năng thay rãnh then kín bằng rãnh then hở để nâng cao đƣợc năng suất gia công.
Ngoài ra còn cần quan tâm đến việc thay thế trục bậc bằng trục trơn nếu điều kiện cho phép, vì việc chế tạo trục trơn d dàng hơn so với chế tạo trục bậc.
7.4.4. Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết dạng trục.
7.4.4.1. Chuẩn định vị.
a. Chuẩn tinh:
Đối với các chi tiết dạng trục yêu cầu về độ đồng tâm giữa các cổ trục là rất quan trọng. Để đảm bảo điều này cũng như yêu cầu độ chính xác tương quan giữa tâm trục và các bề mặt khác, chọn chuẩn để gia công trục có các phương pháp như sau:
- Định vị bằng hai lỗ tâm ở hai đầu trục:
n
Hình 7-27. Chuẩn tinh gia công trục
Dùng hai lỗ tâm côn làm chuẩn có thể hoàn thành việc gia công thô và tinh hầu hết các bề mặt của trục nhƣ: Mặt ngoài, mặt ren, mặt răng, rãnh then, then hoa... Để thực hiện được phương pháp dùng chuẩn này phải dùng hai mũi tâm gá vào hai lỗ tâm.
Khi dùng hai lỗ tâm định vị trên hai mũi tâm để gia công mặt ngoài sẽ không có sai số chuẩn cho kích thước đường kính các cổ trục, vì lúc đó chuẩn định vị trùng với chuẩn đo lường. Nhưng khi đó sẽ có sai số chuẩn theo hướng trục, ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước chiều dài các bậc trục khi gia công chiều dài các bậc trục theo phương pháp điều chỉnh sẵn dao nếu mũi tâm bên trái là mũi tâm cứng. Để khắc phục sai số này dùng chốt tỳ vào mặt đầu trục và mũi tâm tuỳ động.
Trong quá trình gia công mũi tâm sau có thể cố định hoặc quay cùng với chi tiết. Khi số vòng quay nhỏ mũi tâm sau có thể cố định, khi số vòng quay của chi tiết n
500 vòng/ph, việc cho dầu mỡ để bôi trơn lỗ tâm có khó khăn, d gây biến dạng lỗ tâm và d cháy mũi tâm, trong trường hợp đó dùng mũi tâm quay cùng chi tiết hoặc mũi tâm gắn mảnh hợp kim cứng.
Khi định vị bằng hai lỗ tâm trên hai mũi tâm, đối với những nguyên công cần có chuyển động quay tròn của chi tiết phải dùng tốc kẹp chặt trục và truyền mô men quay cho trục. Trong thực tế tồn tại hai loại tốc đầu thẳng và đầu cong tuỳ theo điều kiện mà trọn cho thích hợp. Với những trục dài phải truyền mômen quay từ giữa trục hoặc từ cả hai đầu trục.
Khi gia công những trục dài có tỷ lệ L/d > 10÷12 ngoài việc định vị nhƣ trên phải có biện pháp tăng cứng vững cho chi tiết bằng cách dùng luynét (khi tiện, mài) hoặc vấu tỳ phụ (khi phay, khoan) đỡ thêm chi tiết.
166
- Chuẩn để gia công là mặt ngoài phối hợp với lỗ tâm.
Khi đó trục đƣợc cặp vào mâm cặp hoặc ống kẹp ở một đầu và ở đầu kia lỗ tâm trục đƣợc gá trên mũi tâm. Cách định vị nhƣ vậy để thực hiện gia công mặt trục ngoài, gia công mặt ren, mặt răng, rãnh then, then hoa,v.v...
2
n
2
Hình 7-28. Chuẩn tinh là mặt trụ ngoài kết hợp với lỗ tâm
- Chuẩn gia công trục được chọn là mặt ngoài của trục.
Hình 7-29. Chuẩn là mặt ngoài của trục
Khi đó trục đƣợc cặp trên mâm cặp ba chấu, bốn chấu, ống cặp, mâm tự kẹp hoặc đặt trên khối V, trường hợp với trục dài có thể một đầu mâm cặp trên mâm cặp tự định tâm, còn đầu kia cho đỡ vào luynet. Cách định vị nhƣ vậy để thực hiện gia công mặt ngoài của bậc trục khác, các rãnh then, then hoa, mặt ren, mặt răng và lỗ làm với đường tâm trục một góc nào đó.
- Chuẩn là mặt trong của lỗ:
Đối với các trục rỗng, khi gia công tinh mặt ngoài chi tiết đƣợc định vị bằng mặt trong của lỗ đã gia công để đảm bảo độ đồng tâm giữa mặt trong và mặt ngoài.
Hình 7-30. Chuẩn là mặt trong của lỗ
167 b. Chuẩn thô:
Thường chọn chuẩn thô khi gia công trục là các ngõng trục khống chế 4 bậc tự do, mặt đầu hoặc vai trục khống chế một bậc tự do.
Hình 7-31. Chuẩn thô
7.4.4.2. Trình tự các nguy n công để gia công các bề mặt chi tiết dạng trục.
Việc lập trình tự gia công các bề mặt và chọn thiết bị để gia công chi tiết dạng trục phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản như hình dáng, kích thước, độ cứng vững, độ chính xác yêu cầu cũng nhƣ sản lƣợng hàng năm. Chế tạo các chi tiết dạng trục có thể chia ra các giai đoạn chính sau đây:
a. Gia công tạo chuẩn.
Đối với tất cả các loại phôi trục thì hầu nhƣ đều phải khoả hai mặt đầu và khoan hai lỗ tâm ở hai đầu trục. Với loại trục dài phải đỡ vào luynet khi gia công thì cần có thêm nguyên công gia công cổ đỡ.
Riêng loại trục từ phôi thanh thì trước khi khoả mặt đầu và khoan lỗ tâm cần cắt đứt phôi theo kích thước chiều dài hoặc bội số chiều dài trục.
b. Gia công cơ trước nhiệt luyện.
- Tiện thô và bán tinh các mặt trụ trên máy tiện (thường dùng hai lần gá để gia công cả hai đầu trục).
- Tiện tinh các mặt trụ. Nếu là trục rỗng thì sau khi tiện thô và bán tinh mặt ngoài, phải thực hiện khoan và doa lỗ rồi mới dùng lỗ định vị để gia công tinh mặt trụ ngoài.
- Mài thô một số cổ trục để đỡ chi tiết khi phay (nếu cần ).
- Nắn thẳng áp dụng cho trụ có <100 và L/d >10.
- Gia công các mặt định hình trên trục nhƣ rãnh then, then hoa, mặt cam, mặt răng...
- Gia công các lỗ vuông góc hoặc làm thành một góc với đường tâm trục, mặt có ren và các mặt không quan trọng khác.
c. Nhiệt luyện.
d. Nắn thẳng và s a sau nhiệt luyện để khắc phục biến dạng.
168 e. Gia công tinh sau nhiệt luyện.
- Mài thô và tinh các cổ trục.
- Mài thô và tinh các mặt định hình (nếu có ).
- Nắn thẳng và sửa (nếu cần).
- Đánh bóng các bề mặt . - Tổng kiểm tra.
7.4.5. Biện pháp thực hiện một số nguyên công chính.
7.4.5.1. Khoả mặt đầu và khoan lỗ tâm.
Khoả mặt đầu và khoan hai lỗ tâm ở hai đầu trục là nội dung cơ bản của việc gia công tạo chuẩn cho việc gia công chi tiết dạng trục. Hai lỗ tâm thường được chọn làm chuẩn tinh thống nhất trong quá trình gia công trục. Để gia công đƣợc hai lỗ tâm thì thường trước đó phải khoả hai mặt đầu trục. Việc khoả hai mặt và khoan hai lỗ tâm có thể thực hiện theo các phương pháp sau:
- Trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, thường tiến hành phay hai mặt đầu trục, sau đó lấy dấu rồi khoan lỗ tâm theo dấu. Cũng có thể thực hiện gá trục lên mâm cặp rồi xén mặt đầu, khoan tâm, sau đó đổi đầu để gia công phía còn lại, công việc đƣợc thực hiện trên máy tiện vạn năng thông thường.
S n
s n
Hình 7-32. Khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm
- Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, việc khoả mặt đầu và khoan lỗ tâm trên chi tiết trục đƣợc thực hiện theo 3 cách sau đây:
+ Phay mặt đầu trên máy phay có tang quay sau đó khoan lỗ tâm trên máy khoan chuyên dùng cả hai phía.
+ Phay mặt đầu trục trên máy phay nằm ngang và sau đó gia công hai lỗ tâm trên máy chuyên dùng.
169 n
n
S
s
S n
n
155
W
Hình 7-33. Phay mặt đầu, khoan lỗ tâm trên máy chuyên dùng
Hình vẽ chỉ ra sơ đồ gia công mặt đầu của trục trên máy phay nằm ngang ở dạng sản xuất hàng loạt. Sau mỗi lần chuyển dao tại vị trí II lấy ra đƣợc một trục đã gia công xong cả hai đầu, trục ở vị trí I đƣợc chuyển sang vị trí II để cắt đầu thứ hai, còn ở vị trí I phôi mới đƣợc đặt vào để gia công đầu thứ nhất.
Theo hai cách trên đây việc khoả mặt đầu và khoan tâm đƣợc thực hiện trên hai nguyên công, gây ra sai số gá đặt nên có ảnh hướng đến độ vuông góc giữa mặt đầu và đường tâm hai lỗ.
+ Trên một nguyên công đồng thời thực hiện phay mặt đầu và khoan tâm ở cả hai phía trên máy chuyên dùng. Cách này dùng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối.
7.4.5.2. Tiện thô và tinh mặt trụ ngoài của trục.
Công việc tiện thô và tinh mặt trụ ngoài đƣợc thực hiện trên các loại máy nhƣ máy tiện vạn năng thông thường, máy tiện có trang bị bàn dao chép hình thuỷ lực, máy bán tự động chép hình thuỷ lực, máy tiện một trục nhiều dao hoặc máy tiện nhiều trục nhiều dao, v.v... Chọn loại máy nào để gia công phụ thuộc vào điều kiện sản xuất và sản lƣợng của chi tiết.
Trong sản xuất hàng loạt nhỏ người ta gia công trên máy tiện vạn năng thông thường có trang bị thêm các thiết bị chép hình thuỷ lực.
Khi sản lƣợng không lớn với trục nặng và cứng vững có thể gia công trong một giai đoạn sau ba lần gá liên tiếp nhau nhƣ sau:
+ Lần gá một: tiện thô đầu thứ nhất của trục.
+ Lần gá hai: tiện thô, sau đó tiện tinh đầu thứ hai của trục.
+ Lần gá ba: tiện tinh đầu thứ nhất của trục.
Khi sản lƣợng ít, sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc gia công thô bậc đƣợc thực hiện trên máy tiện vạn năng thông thường.
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối việc gia công các mặt trụ người ta sử dụng máy tiện một trục nhiều dao, máy bán tự động và máy tự động nhiều trục nhiều dao.
170
Máy tiện một trục nhiều dao thường có hai bàn dao: bàn dao trước và bàn dao sau. Bàn dao trước có chuyển động dọc và ngang còn bàn dao sau chỉ có chuyển động ngang.
Trong sản suất hàng loạt và hàng khối người ta cũng dùng cả máy tiện bán tự động chép hình thuỷ lực để gia công trục bậc. Khi sử dụng phương pháp tiện bằng nhiều dao sẽ có một loạt yếu tố phụ ảnh hưởng đến độ chính xác gia công như:
- Sai số do vị trí của một vài con dao điều chỉnh không chính xác.
- Các dao mòn không điều nhau.
- Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ thay đổi ở các vị trí dọc theo trục vật gia công.
Nhưng có ưu điểm là giảm được thời gian gia công cơ bản. Trong trường hợp chiều dài các bậc trục khác nhau nhiều, để rút ngắn hành trình chạy dao cần chia nhỏ đoạn trục có chiều dài lớn nhất thành nhiều đoạn mà chiều dài mỗi đoạn gần tương đương với chiều dài các bậc trục còn lại. Chiều dài mỗi đoạn được xác định:
m Lp Lmax
Trong đó: Lmax- chiều dài bậc trục dài nhất;
m - số dao bố trí trong bậc có chiều dài lớn nhất Lmax.
Phương pháp bố trí nhiều dao trên bậc trục có chiều dài lớn nhất (hình) cho năng suất cao hơn phương pháp mỗi bậc trục cắt bằng một dao. Tuy nhiên với các trục sau khi tiện nếu không đƣợc mài nữa sẽ có vết tại vị trí dao dừng lại, thậm chí có thể gây nên bậc tại đó nếu giá dao không chính xác. Vì vậy trong trường hợp đó không dùng phương pháp này.
74.5.3. Gia công mặt lệch tâm tr n trục.
Mặt lệch tâm trên chi tiết dạng trục có thể là mặt không tròn xoay (VD mặt cam) hoặc tròn xoay nhưng không cùng đường tâm với trục (cổ biên trên trục khuỷu).
a. Gia công mặt lệch tâm tròn xoay có độ lệch tâm nhỏ và ngắn: Thường thực hiện trên máy tiện, chi tiết gia công đƣợc gá lên mâm cặp. Nếu là mâm cặp 3 chấu thì dùng miếng căn đệm hoặc bạc lệch tâm để đƣa tâm trục lệch với tâm bề mặt cần gia công một khoảng e theo yêu cầu. Nếu là mâm cặp 4 chấu thì rà gá. Có thể rà gá trực tiếp bằng dao hoặc dùng đồng hồ so. Phương pháp này cũng được dùng khi mài mặt lệch tâm.
Hình 7-34. Gia công mặt lệch tâm