THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT BÀN TRƯỢT ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
MỤC LỤC THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT BÀN TRƯỢT ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
PHẦN I: PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM Trang 3
1.1. Điều kiện làm việc Trang 3
1.2. Yêu cầu kỹ thuật Trang 4
PHẦN II: ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Trang 5
2.1. Các dạng sản xuất thường gặp Trang 5
2.2. Đặc điểm của các dạng sản xuất Trang 5
2.3. Định dạng sản xuất Trang 6
PHẦN III: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI Trang 9
PHẦN IV: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT
Trang 10
4.1 Phân tích chuẩn công nghệ và lập trình tự gia công Trang 10
4.2 Nội dung các nguyên công Trang 12
4.2.1 Nguyên công 1: Phay mặt đáy Trang 12
4.2.2 Nguyên công 2: Phay mặt trên Trang 14
4.2.3 Nguyên công 3: Khoan, doa và vạt mép 2 lỗ Φ10 Trang 15
4.2.4 Nguyên công 4: Phay hai mặt bên trái và phải Trang 16
4.2.5 Nguyên công 5: Phay hai mặt bên trước và sau Trang 18
4.2.6 Nguyên công 6: Phay hai rãnh thoát dao Trang 19
4.2.7 Nguyên công 7: Phay mặt đáy của rãnh chữ U Trang 20
4.2.8 Nguyên công 8: Phay hai mặt bên của rãnh chữ U Trang 22
4.2.9 Nguyên công 9: Khoan, khoét 4 lỗ Φ12, Khoét 4 lỗ Φ20 Trang 23
4.2.10 Nguyên công 10: Khoan, ta rô ren Φ20 x 1,5 Trang 24
4.2.11 Nguyên công 11: Nhiệt luyện Trang 26
4.2.12 Nguyên công 12: Mài các bề mặt đáy và bề mặt rãnh chữ U Trang 26
4.2.13 Nguyên công 13: Kiểm tra Trang 27
4.3 Tra lượng dư cho từng bước công nghệ Trang 28
4.4 Tra chế độ cắt Trang 29
4.5 Tính toán thời gian cơ bản Trang 52
PHẦN V: THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHO NGUYÊN CÔNG GIA CÔNG LỖ M20
Trang 60
5.1 Mục đích yêu cầu của nguyên công, sơ đồ định vị và kẹp chặt Trang 60
5.2 Tính toán lực kẹp cần thiết, chọn cơ cấu tọa lực kẹp và tính toán nguồn sinh lực Trang 60
PHẦN I:
PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA SẢN PHẨM
1.1. Điều kiện làm việc:
Hình 1.1 Bản vẽ chi tiết bàn trượt
Đây là chi tiết bàn trượt, chi tiết này được sử dụng nhiều ở trong các máy gia công như máy tiện, máy phay, máy CNC…
Chi tiết bàn trượt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn cao, chịu va đập và rung động nhiều, do đó mà độ bền và độ cứng của chi tiết yêu cầu cao.
1.2. Yêu cầu kỹ thuật:
Chi tiết bàn trượt là một chi tiết dạng hộp, bề mặt làm việc chủ yếu là mặt đáy và bề mặt rãnh chữ U, yêu cầu độ nhám bề mặt này (Ra = 2,5) và để cho quá trình lắp ghép chính xác, dễ dàng thì yêu cầu 2 lỗ Φ10 (Ra = 2.5). Các bề mặt còn lại đạt độ nhám (Rz = 80mm)
Ngoài ra còn có một số yêu cầu sau:
- Độ cứng mặt đầu đạt 55÷60 HRC
- Chiều sâu thấm cacbon đạt 0,8÷1,2 mm
- Độ không song song giữa 2 mặt bên rãnh không vượt quá 0,05/100mm
- Độ không vuông góc giữa mặt đầu so với tâm lỗ không vượt quá 0,01÷0,05/100mm bán kính
Vật liệu chế tạo bàn trượt là thép 20Cr được thấm cacbon từ 0,8 – 1,2 với cơ tính và ứng suất cho phép sau đây:
- Giới hạn bền khi kéo = 60 - 85 KG/mm2
- Giới hạn bền chảy = 30 - 63 KG/mm2
- Giới hạn mỏi 20 - 42 KG/mm2
Chi tiết yêu cầu về độ chính xác một số bề mặt tương đối cao đạt độ nhám Ra = 2.5, độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt chi tiết tương đối cao.
Về hình dạng của chi tiết tương đối đơn giản nên dễ dàng trong quá trình tạo phôi cũng như gia công.
Để gia công một số bề mặt đặc biệt của chi tiết cần thiết kế đồ gá thích hợp để đảm bảo kích thước chính xác, độ nhám thấp và cho năng suất cao…
PHẦN II:
ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT
2.1. Các dạng sản xuất thường gặp:
Dạng sản xuất (loại hình sản xuất) là một khái niệm kinh tế, kỹ thuật tổng hợp phản ánh mối quan hệ qua lại giữa các đặc trưng về kỹ thuật, về công nghệ của nhà máy với các hình thức tổ chức sản xuất, hạch toán kinh tế được sử dụng trong quá trình đó nhằm tạo ra các sản phẩm đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật.
Để phân loại dạng sản xuất có nhiều quan điểm khác nhau. Ở đây phân loại dạng sản xuất theo sản lượng hàng năm và khối lượng chi tiết.
Theo quan điểm này dạng sản xuất chia làm ba loại:
- Dạng sản xuất đơn chiếc.
- Dạng sản xuất hàng loạt.
- Dạng sản xuất hàng khối.
Trong DSX hàng loạt, căn cứ vào sản lượng người ta phân thành
- Dạng sản xuất loạt nhỏ
- Dạng sản xuất loạt vừa
- Dạng sản xuất loạt lớn
Dạng sản xuất loạt nhỏ có đặc điểm rất giống như với dạng sản xuất đơn chiếc. Dạng sản xuất loạt lớn có đặc điểm rất giống như với dạng sản xuất hàng khối. Vì vậy trong thực tế người ta phân dạng sản xuất thành ba loại sau:
- Dạng sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ.
- Dạng sản xuất loạt vừa.
- Dạng sản xuất loạt lớn, hàng khối.
2.2 Đặc điểm của các dạng sản xuất:
a. Dạng sản xuất đơn chiêc loạt nhỏ:Là dạng sản xuất mà sản lượng gia công của mỗi mặt hàng rất nhỏ, thường chỉ một đến vài chục chiễc. Số chủng loại mặt hàng nhiều, các mặt hàng không lặp lại hoặc lặp lại theo một chu kỳ.
Đặc điểm:
- Sử dụng máy: chủ yếu là máy vạn năng.
- Bố trí máy: thường bố trí máy theo nhóm máy.
- Đồ gá và các trang bị công nghệ: chủ yếu là vạn năng.
- Phương pháp gá đặt: chủ yếu sử dụng phương pháp rà gá.
- Phương pháp đảm bảo độ chính xác gia công: chủ yếu sử dụng phương pháp đo dò cắt thử.
- Định mức kĩ thuật: rất đơn giản, thường định mức theo kinh nghiệm.
- Bậc thợ: thợ đứng máy đòi hỏi tay nghề cao, không cần thợ điều chỉnh.
- Văn kiện công nghệ: được lập rất đơn giản thường chỉ sử dụng phiếu tiến trình công nghệ.
b. Dạng sản xuất loạt lớn thành khối: Là dạng sản xuất mà số chủng loại mặt hàng rất ít, sản lượng gia công của một mặt hàng rất lớn, sản phẩm rất ổn định, lâu dài.
Đặc điểm:
- Sử dụng máy: chủ yếu là máy chuyên dùng, máy tự động cho năng suất cao.
- Bố trí máy: theo quy trình công nghệ. Tại mỗi máy thường chỉ hoàn thành một công việc nhất định của một quy trình công nghệ nhất định.
- Đồ gá, trang thiết bị công nghệ: chủ yếu là chuyên dùng.
- Phương pháp gá đặt: chủ yếu sử dụng phương pháp tự động đạt kích thước.
- Phương pháp đảm bảo độ chính xác gia công: thường sử dụng phương pháp chỉnh sẵn dao.
- Định mức kỹ thuật: rất tỉ mỉ và chính xác, thường sử dụng các phương pháp như tính toán phân tích, bấm giờ, chép thực ngày làm việc.v.v.
- Bậc thợ: cần thợ điều chỉnh có tay nghề cao, thợ đứng máy không cần có tay nghề cao.
- Văn kiện công nghệ: được lập rất tỉ mỉ, thường phải sử dụng đến phiếu nguyên công.
c. Sản xuất loạt vừa: Là dạng sản xuất mà sản lượng của mỗi mặt hàng không quá ít, số chủng loại mặt hàng không quá nhiều, sản phẩm tương đối ổn định và lặp lại theo chu kỳ.
Đặc điểm: Kết hợp giữa hai dạng sản xuất trên.
2.3 Định dạng sản xuất:
Muốn xác đinh dạng sản xuất trước hết ta phải biết sản lượng hàng năm của chi tiết gia công. Sản lượng hàng năm được tính theo công thức sau:
N = N0.m (1+).(1+) (chiếc/năm)
Trong đó: N - số chi tiết sản xuất trong một năm.
N0 - Số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong 1 năm.
Theo đề bài : N0 = 5000 (Chiếc/năm).
m - Số lượng chi tiết như nhau trong một sản phẩm chế tạo (m = 1)
a - số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ (khoảng 10%÷20%)
Chọn a = 20%
β - số phần trăm chi tiết phế phẩm trong quá trình chế tạo (khoảng 3÷5%)
Lấy β = 5%
= 6300 (chiếc/năm).
Ta có khối lượng của chi tiết được tính theo công thức:
M = V. (kg)
Trong đó: M - là khối lượng của chi tiết (kg)
V - là thể tích của chi tiết (dm3)
- là khối lượng riêng của vật liệu.
Giả sử điền đầy chi tiết, khi đó thể tích chi tiết là:
Vα = 50 x 150 x 80 = 600000 (mm3)
Thể tích các khoảng trống phải cắt bỏ là:
4 lỗf20 mm: V1 = 4 x (π x 102 x 15) = 18840 (mm3)
4 lỗf12 mm: V2 = 4 x (π x 62 x 35) = 15825.6 (mm3)
2 lỗf10 mm: V3 = 2 x (π x 52 x 50) = 7850 (mm3)
1 lỗ ren M20: V4 = π x 102 x 25 = 7850 (mm3)
Hình hộp chữ nhật khoét: V5 = 70 x 25 x 80 = 140000 (mm3)
2 lỗ hình hôp chữ nhật nhỏ: V6 =2 x (2 x 3 x 80)= 960 (mm3)
Vậy thể tích thực của chi tiết là:
V = Vα– (V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6) = 408674,4 (mm3)
V = 0,4086744 (dm3)
Vật liệu làm chi tiết là thép có trọng lượng riêng là:
= 7,852 (kG/dm3)
Do đó trọng lượng của chi tiết là:
Q = V xg = 0,4086744 x 7,852 = 3,209 (kG)
Từ kết quả thu được ở trên và đối chiếu với bảng 2 cách xác định dạng sản xuất (Thiết kế đồ án CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY _GS.TS. NGUYỄN VĂN ĐỊCH – NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2007)
Với: Q < 4kG
N = 6300 (chiếc/năm)
Vậy ta chọn dạng sản xuất loạt lớn cho chi tiết.
PHẦN III:
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
Phôi được chế tạo bằng vật liệu thép 20Cr. Chi tiết có kết cấu đơn giản nhiều mặt phẳng đối xứng, kích thước khuôn khổ nhỏ và có yêu cầu kỹ thuật cao, dạng sản xuất hàng loạt vừa nên có thể chọn các phương pháp chế tạo phôi như: đúc trong khuôn kim loại, đúc trong khuôn vỏ mỏng hay dập nóng. Cả 3 phương pháp này đều cho năng suất, độ chính xác cao.
Tuy nhiên, với phương pháp đúc trong khuôn kim loại lại có những nhược điểm là vật đúc dễ bị nứt do tính co bóp của khuôn ruột kém ,chi phí chế tạo khuôn cao. Phương pháp này phù hợp hơn khi đúc hợp kim màu hơn là đúc thép 20Cr.
Phương pháp đúc trong khuôn vỏ mỏng phù hợp với chi tiết có thành mỏng, hình dáng phức tạp. Mặt khác phương pháp này còn đòi hỏi chất dính là nhựa nhiệt rắn bakelit đắt tiền, lại sinh ra khí độc hại khi cháy.
Riêng phương pháp dập nóng, ta có thể thu được chi tiết có độ nhám bề mặt, độ chính xác tương đối cao, cơ tính tốt và đạt năng suất cao, giảm lượng ba via, lại dễ cơ khí hoá và tự động hoá. Vì vậy ta chọn phương pháp chế tạo phôi là dập nóng trên máy dập đứng. Chọn phôi có hình dạng gần giống với chi tiết gia công để thuận tiện cho việc gia công và tiết kiệm kim loại.
Từ đó ta chế tạo khuôn dập như hình sau:
Trong đó: 1 – Nữa khuôn dưới
2 – Lòng khuôn
3 – Mặt phân khuôn 4 – Nữa khuôn trên
5 – Rãnh đuôi én
Hình 3.1 Bản vẽ khuôn dập
PHẦN IV:
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT
4.1Phân tích các đặc điểm về yêu cầu kĩ thuật:
Trước khi tiến hành gia công trên các nguyên công, chi tiết phải được gá đặt vào vị trí yêu cầu. Gá đặt gồm hai giai đoạn: Định vị và kẹp chặt. định vị là quá trình xác định ví trí chính xác của phôi trong hệ tọa độ tương đối so với dụng cụ cắt, còn kẹp chặt có nhiệm vụ cố định vị trí vừa định vị, chống dịch chuyển của phôi liệu trong quá trình gia công. Quá trình định vị bao giờ cũng được thực hiện trước, quá trình kẹp chặt thực hiện sau.
Trong sản xuất hàng loạt và loạt lớn quá trình gá đặt được thực hiện trên đồ gá thoe phương pháp tự động đạt kích thước nhờ các mặt chuẩn trên chi tiết.
Chọn chuẩn hợp lí sẽ cho phép nâng cao độ chính xác gia công, đơn giản quá trình gá đặt và kết cấu của các cơ cấu định vị và kẹp chặt, giảm bớt thòi gian phụ. Trong phần lớn các trường hợp, để gia công một chi tiết hoàn thiện thường phải sử dụng nhiều loại máy với nhiều sơ đồ gá đặt và bề mặt chuẩn khác nhau.
Có một số loại mặt chuẩn sau:
Chuẩn thiết kếlà chuẩn được sử dụng trong quá trình thiết kế. Chúng được dùng để xác định vị trí của các bề mặt và khoảng cách tính toán của chúng so với bề mặt còn lại.
Chuẩn đo là chuẩn mà dựa vào đó người ta xác định các kích thước cần thực hiện khi gia công hoặc kiểm tra vị trí tương đối của bề mặt chi tiết.
Chuẩn công nghệ là các bề mặt chuẩn được sử dụng để xác định vị trí của phôi trong quá trình chế tạo và lắp ghép.
Chuẩn gia công dùng để xác định vị trí của các bề mặt cần gia công. Chuẩn gia công bao giờ cũng là chuẩn thực. Chuẩn gia công sẽ tiếp xúc trực tiếp với các phần tử định vị của đồ gá. Chuẩn gia công có thể là chuẩn thô hoặc chuẩn tinh.
Chuẩn thô là những bề mặt dùng làm chuẩn nhưng chưa qua gia công.
Chuẩn tinh là những bề mặt được dùng làm chuẩn và đã được qua gia công trước.
Chuẩn lắp ráp là bề mặt được sử dụng để xác định vị trí tương quan của các phần tử tham gia vào quá trình lắp ráp.
Chọn chuẩn phải được thực hiện sao cho đảm bảo tốt hai yêu cầu quan trọng của quá trình gia công:
- Đảm bảo chất lượng chi tiết
- Nâng cao năng suất và giảm giá thành
Trong quá trình gia công người ta thường sử dụng hai loại chuẩn là chuẩn thô và chuẩn tinh. Khi chọn chuẩn thô ta dựa vào 5 nguyên tắc chọn chuẩn thô:
- Nếu trên chi tiết có một bề mặt không gia công tốt nhất ta chọn bề mặt đó làm chuẩn thô để gia công các bề mặt còn lại.
- Nếu trên chi tiết có tất cả các bề mặt gia công ta chọn chuẩn thô là bề mặt không gia công nào có yêu cầu độ chính xác vị trí tương quan cao nhất so với các mặt gia công cao nhất.
- Nếu tất cả các bề mặt của chi tiết đều phải gia công thì nên chọn mặt nào đó có lượng dư nhỏ, yêu cầu độ chính xác vị trí so với các bề mặt còn lại là cao nhất làm chuẩn thô.
- Chuẩn thô nên chọn là các mặt có độ bằng phẳng tốt, không có đậu rót hoặc quá gồ gề.
- Chuẩn thô chỉ nên dùng một lần trong cả quá trình gia công.
Chuẩn tinh là những bề mặt được chọn làm chuẩn đã qua gia công cơ. Khi chọn chuẩn tinh ta cũng tuân theo 5 điểm sau:
- Sử dụng nguyên tắc dùng chuẩn thống nhất
- Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính
- Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với chuẩn đo để tránh gây ra sai số chuẩn
- Chuẩn tinh để gia công các mặt được chọn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản và thuận tiện khi sử dụng
- Chọn chuẩn sao cho khi gia công chi tiết không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp
Từ đó ta phân tích chọn chuẩn thô chi tiết bàn trượt là bề mặt trên cho nguyên công đầu tiên khi gia công mặt đáy vì nó có kích thước đủ lớn, khá bằng phẳng và cho phép gá đặt phôi thuận lợi trên đồ gá, Còn mặt đáy sau khi gia công xong sẽ được sử dụng làm chuẩn tinh để gia công các bề mặt còn lại, do đó mà tránh gây ra sai số chuẩn. Sau khi gia công xong ta cần lật chi tiết lại và gia công bề mặt rãnh chữ U và chọn mặt trên làm chuẩn tinh thứ hai.
4.2 Trình tự các nguyên công gia công:
4.2.1 Nguyên công 1: Phay mặt đáy
4.2.2 Nguyên công 2: Phay bề mặt trên
4.2.3 Nguyên công 3: Khoan, doa và mạt mép lỗ Φ10
4.2.4 Nguyên công 4: Phay hai mặt bên trái và phải
4.2.5 Nguyên công 5: Phay hai mặt trước và sau
4.2.6 Nguyên công 6: Phay hai rãnh thoát dao
4.2.7 Nguyên công 7: Phay mặt đáy của rãnh chữ U
4.2.8 Nguyên công 8: Phay hai mặt bên của rãnh chữ U
4.2.9 Nguyên công 9: Khoan, khoét lỗ Φ12; khoét lỗ Φ20
4.2.10 Nguyên công 10:Khoan và ta rô lỗ ren M20
4.2.11 Nguyên công 11: Nhiệt luyện
4.2.12 Nguyên công 12: Mài bề mặt đáy và các bề mặt rãnh chữ U
4.2.13 Nguyên công 13: Kiểm tra
*chọn máy dao thiết bị công nghệ cho các nguyên công 5.000(chiếc/năm)
Dạng sản suất hàng loạt vừa
Vật liệu:20Cr
+ 0,18 ¸ 0,24 %C
+ 0,17 ¸ 0,37 %Si
+ 0,5 ¸ 0,8%Mn
+ 0,7÷1 % Cr
4.2.1 Nguyên công 1: Phay mặt đáy
F Sơ đồ định vị và kẹp chặt:
Hình 4.1 Sơ đồ định vị và kẹp chặt khi phay mặt đáy
Định vị: mặt phẳng đáy dùng phiến tì tinh khống chế 3 bậc tự do và mặt bên cũng được khống chế 2 bậc tự do bằng 2 chốt tì cố định
Kẹp chặt chi tiết sử dụng cơ cấu kẹp ren vít hướng từ phải qua trái
F Các bước gia công sau:
..............................................
W= =3661N
Phương trình cần bằng đảm bảo không bị xoay.
Mms K.Mx
a) Chọn cơ cấu tạo lực kẹp và tính toán nguồn sinh lực.
Dùng cơ cấu kẹp ren vít thông qua đòn kẹp
Ta có lực kep chặt tác dựng lên chi tiết là:
Q = 2W = 73,4.2 = 146,8 kG
c. Tính toán sai số chuẩn và sai số kẹp chặt .
εgđ = εc+ εk+ εct+ εm+ εđc (công thức 60/87 sách TK ĐA CNCTM)
Trong đó:
εc – sai số chuẩn, ta có εc= 0 (do chuẩn định vị trùng với gốc kích thước – công thức trong bảng 19/44 sách TK ĐA CNCTM)
εk – sai số kẹp chặt, do lực kẹp gây ra (vì phương của lực kẹp vuông gốc với chuẩn kích thước gia công ta có εk= 0μm)
εm – sai số mòn, do đồ gá bị mòn gây ra
Theo công thức 61/88 sách TK ĐA CNCTM ta có: εm= β.(μm)
Trong đó:
β – hệ số phụ thuộc vào kết cấu đồ định vị, ta chọn β= 0
N – số lượng chi tiết được gia công trên đồ gá, N= 5000
Nên ta có: εm= β.= 0.= 0(μm)
εđc – sai số sinh ra trong quá trình lắp ráp và điều chỉnh đồ gá, ta lấy εđc= 5(μm)
εgđ – sai số gá đặt, ta lấy theo giá trị sai số gá đặt cho phép [εgđ]= (δ- dung sai nguyên công)
Nên [εgđ]= = = 10(μm)
[εct] – sai số chế tạo cho phép của đồ gá
Ta có: [εct] =
[εct] = = 8,66(μm)
