ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT TRỤC CHÍNH

LỜI NÓI ĐẦU

         Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật hiện nay, là những kỹ sư chế tạo máy trong tương lai chúng ta cần phải nắm vững được những kiến thức cơ bản trong nhà trường để có nền tảng kiến thức vững chắc mới mong tiếp nhận được những công nghệ khoa học tiên tiến trong thời đại hiện nay. Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước của nước ta ngành cơ khi chế tạo máy chiếm một vị thế hết sức quan trọng. Nhận thấy được điều này Đảng và Nhà nước ta có những chính sách hết sức đúng đắn cho ngành này. Một trong những chính sách đó là đào tạo ra một lực lượng lao động có trình độ trong ngành chế tạo máy.

         Là một sinh viên ngành chế tạo máy em tự thấy rằng môn học công nghệ chế tạo máy là một môn học rất quan trọng đối với bản thân mình. Để củng cố kiến thức được học của môn học Công nghệ chế tạo máy máy em được giao cho đề tài đồ án môn học công nghệ chế tạo máy. Sau một thời gian nghiên cứu và làm đồ án em đã hoàn thành được đồ án này.

         Qua đồ án này em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp em hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư chế tạo máy tương lai. Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn: Công nghệ chế tạo máy để đồ án của em được hoàn thiện hơn .

         Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy trong  bộ  môn  và  đặc biệt  là  sự  hướng  dẫn  tận  tình  của  thầy giáo

         Trong quá trình tính toán thiết kế, tính toán và lựa chọn số liệu không thể tránh khỏi thiếu sót. Mong thầy cô góp ý để em bổ sung được kiến thức hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cám ơn.

PHẦN I :    ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC
YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA TRỤC CHÍNH

 

1.     Điều kiện làm việc :

-         Trục là loại chi tiết dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy, nó thực hiện nhiệm vụ truyền chuyển động quay, momen xoắn cho nên chịu nhiều biến dạng phức tạp như xoắn, uốn, kéo, nén…

-         Trục chính là trục trực tiếp mang nhiệm vụ cắt gọt của máy.

1.1  Yêu cầu kỹ thuật của trục :

      -  Để đảm bảo độ tin cậy, độ bền của trục trong quá trình làm việc chúng ta cần thực hiện những vấn đề sau :

      -  Các cổ trục lắp ghép gia công với cấp chính xác 7- 10, đôi khi dùng cấp chính xác 5.

      -  Độ chính xác hình dáng hình học như độ côn, độ ô van  là ( 0,25 – 0,5 ) đường kính cổ trục.

      -  Dung sai chiều dài mỗi bậc trục cỡ (0,05 – 0,2 )mm.

      -  Độ lêch tâm giữa các cổ trục lắp ghép không quá 0,01- 0,03 mm

      - Độ không song song giữa các rãnh then hay then hoa với tâm trục không quá 0,01/100mm chiều dài.

      - Độ nhám của các cổ trục lắp ghép đạt R_a =1,25- 0,63, các mặt đầu

R_z = 40- 20, các bề mặt không lắp ghép R_z = 80 – 40.

      - Tính chất cơ lý của bề mặt, độ thấm tôi thì tùy vào trường hợp cụ thể mà đặt điều kiện kỹ thuật.

 Chọn vật liệu làm trục là thép 40X có thành phần hóa học như sau :

C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
0.36-0.44	0.17-0.37	0.5-0.8	0.035	0.035	0.3	0.8-1.1

 

       

 

PHẦN II :  ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT

 

Dạng sản xuất là một khái niệm đặc trư­ng có tính chất tổng hợp, là một yếu tố rất quan trọng trong việc thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết vì từ dạng sản xuất mà ta định h­ướng được trang thiết bị công nghệ sản xuất giúp cho việc xác định hợp lý biện pháp công nghệ, tổ chức sản xuất chế tạo ra sản phẩm đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

Trong chế tạo máy ng­ười ta phân biệt ba dạng sản xuất.

-Dạng sản xuất đơn chiếc.

- Dạng sản xuất hàng loạt (loạt lớn, loạt vừa, loạt nhỏ).

- Dạng sản xuất hàng khối.

Mỗi dạng sản xuất có những đặc điểm riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Muốn xác định dạng sản xuất trư­ớc hết ta phải xác định chỉ tiêu để đánh giá dạng sản xuất. Có nhiều quan điểm để đánh giá dạng sản xuất như­ng thường dùng hai yếu tố để xác định dạng sản xuất là:

- Sản lu­ợng hàng năm.

- Khối lư­ợng của một chi tiết.

Sản lư­ợng hàng năm được tính theo công thức:

N = m_i.N_i (1+  )

Trong đó:

N: là số chi tiết được sản xuất trong một năm .

N_i: là số sản phẩm yêu cầu trong một loạt     N_i = 4000 (ct)

m_i: là số loạt chi tiết trong sản phẩm.             m_i = 1

a : là số hệ số dự phòng do chế tạo sai hỏng.          Chọn a = 3%

b : là số chi tiết chế tạo thêm để dự trữ.         Chọn b = 5%

®      N = 1.5000(1 + ) = 5400 (ct/năm)

Trọng l­ượng của chi tiết được xác định theo công thức: Q = V. g

  Trong đó:

V: là thể tích của chi tiết (dm³)

 g: là khối l­ượng riêng của chi tiết.  g= 7,825 (kg/dm³)

 ®  V  = V₁ + V₂  + V₃ + V₄ + V₅ – V₀   ( V₀ thể tích trụ rỗng )

       V₁ =.3,14.0.27= 0,022 (dm³)

       V₂ =  .3,14.0.37 = 0,036 (dm³)  

            V₃ = .3,14.1,3 = 0,21 (dm)

        V₄ = .3,14.0.15 = 0,042 (dm)

        V₅ = .3,14.0.16 = 0,18 (dm)

        V₀ = .3,14.2.25 = 0,051 (dm)

      V = (0,022 + 0,,036 + 0,21 + 0,042 + 0,18) – 0,051 = 0,439 (dm)

      Q = 0,439 . 7,825 = 3,435 kg

Tra bảng 2.6 ( Sách Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy ) ta xác định được dạng sản xuất của chi tiết thuộc dạng: Sản xuất hàng loạt lớn.

   

              

 

PHẦN III :    LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI

 

3.1  Chọn phôi.

Để chế tạo một chi tiết máy đạt yêu cầu kỹ thuật và kinh tế thì ng­ười kỹ s­ư chế tạo máy phải xác định kích th­ước phôi dựa trên cơ sở sau:

         + Vật liệu chế tạo và cơ tính vật liệu.

     +  Hình dáng và kết cấu của chi tiết.

     +  Loại hình sản xuất.

     +  Khả năng đạt độ bóng của phương pháp chế tạo phôi .

     +  Khả năng cụ thể của nhà máy.

         Ở đây chi tiết gia công là trục chính máy khoan vật liệu chế tạo là thép 40X. Loại thép này có độ dẻo và độ dai tốt. Với hình dáng và kết cấu của chi tiết không phức tạp, dạng sản xuất hang loạt vừa đòi hỏi phải có độ chính xác cao. Mặt khác tính năng làm việc của chi tiết đòi hỏi cơ tính tốt.

3.2.   Phương pháp chế tạo phôi.

         Việc xác định phương pháp chế tạo phôi có ý nghĩa quyết định đến lượng dư gia công, trong sản xuất hang loạt vừa  phôi có hình dáng gần giống với chi tiết gia công do đó làm giảm lư­ợng dư­ gia công, dẫn đến làm giảm chi phí gia công.

         Có một số phương pháp chế lạo phôi sau đây:

Rèn tự do là phương pháp gia công bằng áp lực. Phương pháp này làm kim loại bị biến dạng theo tất cả các hư­ớng. Với phương pháp rèn tự do cho phôi có cơ tính tốt, lổ chức kim loại bền chặt chịu uốn, xoắn tốt. Như­ng nhược điểm làkhông chế tạo được phôi có hình dáng phức tạp. Phương pháp này có ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền. Nh­ưng độ chính xác thấp, không phù hợp với sản xuất loạt vừa và lớn.

3.2.1.   Phương pháp rèn khuôn.

         Phương pháp này chỉ sử dụng với chi tiết nhỏ, vừa cho độ bóng và độchính xác cao hơn phương pháp rèn tự do...phương pháp này phù hợp với dạng sản xuất loạt vừa và lớn nh­ưng chi phí cao.

 

 

3.2.2.    Phương pháp dập thể tích.

         Đây là hình thức rèn khuôn, nó th­ường dùng cho phôi có hình dáng phức tạp, có độ chính xác cao, cơ tính của phôi tốt, thư­ờng áp dụng trong sản xuất loạt vừa,lớn hàng khối. Phương pháp này có ư­u điểm tiết kiệm được kim loại, giảm thời gian gia công cơ khí, giảm được giá thành chế tạo sản phẩm.

         Như­ợc điểm: do dập trên máy búa nên lực ép lớn, va đập nhiều nên cần chế tạo khuôn có độ cứng độ bền cao dẫn đến việc chế tạo khuôn khó khăn cũng như giá thành t­ương đối cao.

3.2.3.    Phương pháp cán.

         Phương pháp này cũng có ưu điểm là dễ chế tạo và năng suất cao, rẻ tiền, đơn giản. Nh­ưng có như­ợc điểm là cơ tính vật liệu không cao, phôi có hình dáng đơn giản. Nó chỉ phù hợp với những chi tiết có đường kính thay đổi nhỏ.

3.2.4.   Phương pháp dập nóng.

         Phương pháp náy có ­ưu điểm là độ nhẵn bóng bề mặt cao (không có ba via), giảm thời gian gia công, tiết kiệm được vật liệu, cơ tính cao.

         Như­ợc điểm là giá thành máy ép cao, khi quá tải thư­ờng xảy ra kẹt máy, nhiều trư­ờng hợp khó giải quyết, kích th­ước phôi ban đầu yêu cầu phải có độ  chính xác cao.

        Qua phân tích ở trên và dựa vào chi tiết cần gia công có đ­ường kính thay đổi. Ta chọn phôi bằng phương pháp dập nóng, phương pháp này có những ­ưu điểm mà ta cần.

Khuôn dập

 

 

PHẦN IV:  THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
CHẾ TẠO CHI TIẾT

4.1. Phân tích đặc điểm về yêu cầu kỹ thuật các bề mặt gia công.

-     Trục có chiều dại không lớn lắm nên có thể gia công trên máy tiện thông thường hầu hết các kích thước.

-     Các bậc trục đòi hỏi chất lượng bề mặt không cao Ra = 1,25 nên máy tiện có thể gia công đạt được độ chính xác trên thông qua 2 bước tiện thô và tiện tinh.

-     Trục là trục bậc có kích thước đường kính giảm dần về 1 phía thuận tiện cho việc gia công trong 1 nguyên công bao gồm nhiều bước.

-       Bề mặt của bậc trục ϕ35 có rảnh then bán nguyệt có thể gia công bằng dao phay đĩa.

-     Tĩ lệ giữa đường kính và chiều dài tương đối nhỏ nên độ cứng vững của trục khi gia công tương đối cao.

-     Giữa các bậc trục có rảnh thoát dao làm giảm ứng suất gây ra gãy trục, rảnh thoát dao có thể gia công trên máy tiện bằng dụng cụ dao cắt đứt.

-     Trục phải qua nhiệt luyện để đạt độ cứng đúng với yêu cầu. Vì trục là trục rỗng tương đối dài nên sau khi nhiệt luyện dể gây ra biến dạng do nhiệt.

-     Các bề mặt bậc trục có đường kính ϕ35 và ϕ45 dùng để lắp ghép nên đòi hỏi độ chính xác gia công cao cần gia công tinh sau nhiệt luyện bằng phương pháp mài.

-     Bề mặt lỗ ϕ17 là bề mặt làm việc có độ nhám là Ra = 1,25 nên độ chính xác gia công cần đạt là IT9 cần trải qua các bước khoan, khoét, doa.

ð  Kết luận.

• Hầu hết các bề mặt gia công là bề mặt trụ, nên có thể gia công trên cùng 1 máy nên giảm được thời gian gia công và hiệu quả kinh tế cao.
• Các bề mặt yêu cầu độ chính xác cao không cao nên có thể gia công trên các máy công cụ thường có của cơ sở sãn xuất.
• Độ đồng tâm các bậc trục ϕ35, ϕ45, ϕ66 là  <0.01/100 nên đòi hỏi quá trình gia công phải đảm bảo không xảy ra xê dịch lớn trong khi gia công cần định vị và kẹp chặt tốt.

 

 

4.2.1. Phân tích chọn chuẩn gia công.

Để thực hiện gia công đảm bảo chính xác ta phải chọn chuẩn thô cho nguyên công đầu tiên. Đảm bảo đạt được các yêu cầu sau:

-       Chuẩn thô được chọn phải đảm bảo phân bố đủ lượng dư cho các nguyên công còn lại.

-       Phải đảm bảo đạt  được độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công và các bề mặt khác của chi tiết.

Dựa trên các nguyên tắc sau:

-       Nếu chi tiết có 1 bề mặt không gia công thì lấy bề mặt đó làm chuẩn thô.

-       Nếu có nhiều hơn 1 bề mặt không gia công thì nên chọn chuẩn thô là bề mặt có yêu cầu về độ chính xác vị trí tương quan so với các mặt gia công cao nhất.

-       Nếu tất cả các bề mặt đều gia công thì nên chọn bề mặt có lượng dư nhỏ nhất làm chuẩn thô.

-       Chuẩn thô nên chọn là bề mặt tương đối bằng phẳng, không có đậu ngót, bavia.

-       Chuẩn thô nên dùng chỉ 1 lần trong quá trình gia công.

Dựa trên các nguyên tắc trên ta chọn bề mặt bậc trục ϕ45 làm chuẩn thô cho nguyên công đầu tiên.

Tiếp theo phải xác định chuẩn tinh thông nhất cho các bước công nghệ tiếp theo nhằm đảm bảo tránh sai lệch về kích thước và dung sai của chi tiết. Để chọn chuẩn tinh phải dựa vào các nguyên tắc sau:

-       Chuẩn tinh là chuẩn thống nhất.

-       Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính.

-       Chọn chuẩn định vị trùng với chuẩn đo để tránh gây ra sai số chuẩn.

-       Chọn chuẩn tinh sao cho kết cấu đồ gá gia công là đơn giản và hợp lý nhất.

-       Các bề mặt chọn làm chuẩn phải có kích thước đủ lớn, hình dáng ổn định cho phép định vị và kẹp chặt tốt.

Trên cơ sở đó chọn lổ ϕ17 làm chuẩn tinh chính cho quá trình gia công chi tiết.

4.2.2. Trình tự nguyên công.

Nguyên công 1: Tiện mặt đầu, tiện trơn  F66, F120 & khoan khoét doa  lỗ  F17

      Bước 1: Tiện mặt đầu.

         Bước 2:Tiện trơn  F66

         Bước 3: Tiện trơn  F120

         Bước 4: Khoan lỗ  F14,25

         Bước 5: Khoét lỗ   F16,2

         Bước 6: Doa lỗ  F17.

Nguyên công 2: Tiện các đoạn trục còn lại,tiện mặt đầu nhỏ, tiện rãnh tiện, tiện ren, tiện vát mép.

Bước 1: Tiện mặt đầu

Bước 2: Tiện thô, tinh các đoạn trục F35, F45, F60, F32.

Bước 3: Cắt các rãnh 3x1.5

Bước 4: Tiện ren trong M20x1,5

Bước 5: Tiện ren ngoài M32x1,5.

Nguyên công 3:  Khoan 3 lỗ ϕ10.

Nguyên công 4: Phay rảnh then bán nguyệt đạt bán kính R11.

Nguyên công 5: Nhiệt luyện đạt độ rắn 45-48 HRC  bằng phương pháp tôi cao tần và ram trung bình.

Nguyên công 6:Mài bề mặt bậc trục ϕ35, ϕ45 đạt cấp chính xác 7, đạt độ nhám Ra 0,15.

Nguyên công 7: Kiểm tra độ đồng tâm các bậc trục ∅35, ∅45, ∅66  sao cho đạt  <0.01/100.

4.2.3. Chọn máy chọn dao và trang bị công nghệ cho các nguyên công.

4.2.3.1.Nguyên công 1. Tiện mặt đầu, tiện trơn đạt kích thước F66, F120 và khoan, khoét, doa  lỗ đạt F17

a) Sơ đồ gá đặt :

b) Định vị :

      Mặt trụ F45 định vị bằng mâm cặp 3 chấu hạn chế 4 bậc tự do.

       Mặt đầu định vị bằng chốt tì có khía nhám hạn chế 1 bậc tự do.

c) Kẹp chặt :

        Phương chiều của lực kẹp như hình vẽ.

        Cơ cấu kẹp chặt cơ khí dùng mỏ kẹp.

d) Chọn máy:

Chọn máy tiện T6M16 có thông số của máy :

-                   Chiều cao tâm 160mm

-                   Khoảng cách giữa hai tâm 750mm

-                   Công suất động cơ 4,5 kW.

-                      Đường kính trục chính 35 mm

-                      Côn moóc số 5.

-                      Số vòng quay trục chính (v/ph) 44-66-91-120-173-240-350-503-723-958-1380-1980

-                      Lượng tiến dọc (mm/v):0,06-0,07-0,09-0,1-0,12-0,13-0,15-0,18-0,19-0,21-0,23-0,24-0,30-0,33-0,36-0,370,42-0,46-0,47-0,53-0,56-0,65-0,71-0,74-0,83-0,93-1,07-1,12-1,3-1,49-1,61-1,862,24-2,6-3,24.

-                      Lượng tiến dao ngang (mm/v): 0,04-0,05-0,07-0,08-0,09-0,1-0,11-0,13-0,14-0,15-0,17-0,19-0,2-0,22-0,24-0,26-0,270,3-0,31-0,35-0,39-0,41-0,44-0,48-0,52-0,54-0,61-0,68-0,78-0,82-0,95-1,09-1,221,36-1,63-1,9-2,45.

e) Chọn dao :

- Bước 1, 2, 3: Chọn dao tiện phải đầu cong, có gắn mảnh hợp kim cứng với các thông số sau:

H	B	L	m	a	r
25	16	140	8	14	1

- Bước 4: Chọn mũi khoan ruột gà bằng thép gió: Loại chuôi côn. Kiểu 1

Đường kính mũi khoan: ϕ14,25.

Chiều dài L :320mm

Chiều dài l: 250mm

(Tra bảng 4-40/tr285 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1).

- Bước 5: Chọn mũi khoét liền khối chuôi côn:

Đường kính mũi khoét: ϕ 16,2.

Chiều dài L: 320 mm.

Chiều dài l : 240 mm.

(Tra bảng 4-47/tr298 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1).

- Bước 6:Chọn mũi doa lền khối kiểu chuôi côn:

Đường kính mũi doa: ϕ17.

Chiều dài L: 320 mm.

Chiều dài l: 210 mm.

(Tra bảng 4-49/tr302 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tâp 1).

4.2.3.2. Nguyên công 2. Tiện các đoạn trục còn lại, tiện mặt đầu nhỏ, tiện rãnh thoát dao, tiện ren.

a) Sơ đồ gá đặt :

b) Định vị :

         Định vị mặt trụ trong lỗ  F17 bằng trục gá bung hạn chế 4 bậc tự do.

         Định vị mặt đầu  F66 bằng chốt tỳ đầu phẳng hạn chế 1 bậc tự do.

c) Kẹp chặt:

         Kẹp chặt bằng tốc kẹp.

d) Chọn máy:

      Chọn máy tiện T6M16 có thông số của máy :

-                      Chiều cao tâm 160mm

-                      Khoảng cách giữa hai tâm 750mm

-                      Công suất động cơ 4,5 kW.

-                      Đường kính trục chính 35 mm

-                      Côn moóc số 5.

-                      Số vòng quay trục chính (v/ph) 44-6691-120-173-240-350-503-723-958-1380-1980

-                      Lượng tiến dọc (mm/v):0,06-0,07-0,09-0,1-0,12-0,13-0,15-0,18-0,19-0,21-0,23-0,24-0,30-0,33-0,36-0,370,42-0,46-0,47-0,53-0,56-0,65-0,71-0,74-0,83-0,93-1,07-1,12-1,3-1,49-1,61-1,862,24-2,6-3,24.

-                      Lượng tiến dao ngang (mm/v): 0,04-0,05-0,07-0,08-0,09-0,1-0,11-0,13-0,14-0,15-0,17-0,19-0,2-0,22-0,24-0,26-0,270,3-0,31-0,35-0,39-0,41-0,44-0,48-0,52-0,54-0,61-0,68-0,78-0,82-0,95-1,09-1,221,36-1,63-1,9-2,45.

e) Chọn dao :

       - Bước 1,2: Chọn dao tiện mặt ngoài có các thông số:  

Dao tiện phải đầu cong, có gắn mảnh hợp kim cứng .Kích thước dao

H	B	L	m	a	r
25	16	140	8	14	1

(Tra bảng 4-4/tr261 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1)

      - Bước 3:Chọn dao tiện rãnh(dao cắt đứt) có gắn mảnh hợp kim cứng  với các kích thước dao sau:

H	B	L	l	a	r	φ
20	12	120	50	3	0,2	900

 (Tra bảng 4-10/tr265 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1)

- Bước 3,4: Chọn dao tiện mặt ngoài có các thông số:  

Dao tiện phải đầu cong, có gắn mảnh hợp kim cứng .Kích thước dao

H	B	L	m	a	r
25	16	140	8	14	1

(Tra bảng 4-4/tr261 Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1)