Bài giảng Kỹ thuật chế tạo máy (Trình độ Đại học)

n đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất cũng như chế tạo, lắp ráp, sửa chữa Với mục đích đó, tài liệu này cung cấp một lượng kiến thức có hệ thống, cụ thể, dễ áp dụng giúp cho người đọc nhanh chóng lựa chọn các nội dung về lý thuyết cơ bản nhất trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khi gia công cơ khí, nguyên nhân gây sai số trong quá trình gia công, đồ gá gia công cơ. Đồng thời giới thiệu các phương pháp gia công thông dụng để chế tạo ra các dạng bề mặt đạt yêu cầu khác nhau về chất lượng gia công. Tài liệu dùng cho SV ngành kỹ thuật Cơ- Điện tử trong việc học tập học phần Kỹ thuật chế tạo máy và cũng là tài liệu tham khảo cho SV các ngành học liên quan. Trong quá trình biên soạn tuy đã cố gắng, nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng nghiệp. Các ý kiến đóng góp xin gởi về tqdung@pdu.edu.vn; Bộ môn Cơ khí – Khoa Kỹ thuật công nghệ, trường Đại học Phạm Vĕn Đồng. Tác giả MỤC LỤC Nội dung Trang Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1 1.1. Khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận, cơ cấu máy và phôi 1 1.2. Quá trình sản xuất, quá trình công nghệ 2 1.3. Các thành phần của quá trình công nghệ gia công cơ 3 1.4. Các dạng sản xuất và các hình thức tổ chức sản xuất 7 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI 12 2.1. Khái niệm chung 12 2.2. Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt 21 2.3. Cơ sở vật lý quá trình cắt gọt kim loại 28 2.4. Lựa chọn hình dáng mặt trước và thông số hình học hợp lý của dao 2.5. Xác định chế độ cắt hợp lý khi gia công 42 Chương 3. CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY 63 3.1. Khái niệm chất lượng bề mặt 63 3.2. Yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt 63 3.3. Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả nĕng làm việc của chi tiết máy 67 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 71 3.5. Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt gia công chi tiết 78 Chương 4. ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 79 4.1. Khái niệm và định nghĩa 79 4.2. Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ 80 4.3. Các nguyên nhân sinh ra sai số gia công 82 Chương 5. CHUẨN 94 5.1. Định nghĩa và phân loại 94 5.2. Gá đặt chi tiết khi gia công 98 5.3. Nguyên tắc sáu điểm khi định vị chi tiết gia công 100 5.4. Cách tính sai số gá đặt 103 5.5. Các nguyên tắc khi chọn chuẩn 110 Chương 6. ĐẶC TRƯNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG 115 6.1. Chọn phôi và các phương pháp gia công chuẩn bị phôi 115 6.2. Đặc trưng các phương pháp gia công cắt gọt 128 6.2.1. Tiện 6.2.2. Bào và xọc 6.2.3. Phay 6.2.4. Khoan, khoét, doa và tarô 6.2.5. Mài Chương 7. THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ 151 7.1. Ý nghĩa của công việc chuẩn bị sản xuất 151 7.2. Các tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình công nghệ 152 7.3. Trình tự thiết kế một quy trình công nghệ 153 7.4. Một số bước cơ bản khi thiết kế quy trình công nghệ 153 . Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 1 CHƯƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1.1. Khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận, cơ cấu máy và phôi 1.1.1. Sản phẩm Sản phẩm là một danh từ quy ước để chỉ một vật phẩm được chế tạo ra ở giai đoạn cuối cùng của một quá trình sản xuất, tại một cơ sở sản xuất. Sản phẩm có thể là máy móc thiết bị hoàn chỉnh, sử dụng được ngay nhưng cũng có thể là bộ phận, cụ m máy hay ch i t iết dùn g đ ể l ắp ráp h ay th ay th ế. Ví dụ 1: + Nhà máy sản xuất xe đạp, xe máy, ô tô.... có sản phẩm là xe đạp, xe máy, ô tô. + Nhà máy sản xuất ổ lĕn thì sản phẩm lại là các ổ lĕn . 1.1.2. Chi tiết máy Chi tiết máy là đơn vị nhỏ nhất và hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, không thể tháo rời được để cấu tạo nên máy. Ví dụ 2: Bánh rĕng, trục, vít, lốp 1.1.3. Bộ phận máy (cụm máy) Bộ phận máy là hai hay nhiều chi tiết máy được liên kết với nhau theo những nguyên lý và quy luật nhất định. Nhưng tự nó chưa thể hoạt động độc lập được mà phải lắp ghép hay liên kết vào thành một sản phẩm hoàn chỉnh để hoạt động. Ví dụ 3: Xích, líp, moay ơcó quy luật làm việc riêng nhưng phải lắp vào xe đạp mới hoạt động được. 1.1.4. Cơ cấu máy Cơ cấu máy là một tổ hợp gồm hai hay nhiều chi tiết máy để thực hiện một nhiệm vụ xác định. Ví dụ 4: cơ cấu bánh rĕng di trượt dùng để thay đổi tỉ số truyền giữa hai trục. Một cơ cấu máy có thể là một bộ phận máy, nhưng các chi tiết máy trong một cơ cấu có thể nằm trong các cụm khác nhau. 1.1.5. Phôi Phôi hoặc bán thành phẩm là danh từ kỹ thu ật để ch ỉ vậ t ph ẩm được t ạo ra t ừ một quá tr ình sản x uất này chu yển san g mộ t qu á t r ình sản Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 2 xu ất kh ác. Ví dụ 5: Quá trình đúc, là quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn, sau khi kim loại đông đặc trong khuôn ta nhận được một vật đúc kim loại có hình dáng, kích thước theo yêu cầu. Những vật đúc này có thể là: - Sản phẩm của quá trình đúc. - Chi tiết đúc nếu không cần gia công cắt gọt nữa, có thể sử dụng được ngay. - Phôi đúc nếu vật đúc phải qua gia công cắt gọt như tiện, phay, bào ... 1.2. Quá trình sản xuất, quá trình công nghệ 1.2.1. Quá trình sản xuất Nói một cách tổng quát, quá trình sản xuất là quá trình con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ cho lợi ích của con người. Định nghĩa này rất rộng, có thể bao gồm nhiều giai đoạn. Ví dụ, để có một sản phẩm cơ khí thì phải qua các giai đoạn: Khai thác quặng, luyện kim, gia công cơ khí, gia công nhiệt, lắp ráp v.v... Nếu nói hẹp hơn trong một nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất là quá trình tổng hợp các hoạt động có ích để biến nguyên liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm có giá trị sử dụng nhất định, bao gồm các quá trình chính như: Chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, kiểm tra, lắp ráp và các quá trình phụ như: vận chuyển, chế tạo dụng cụ, sửa chữa máy, bảo quản trong kho, chạy thử, điều chỉnh, sơn lót, bao bì, đóng gói v.v...Tất cả các quá trình trên được tổ chức thực hiện một cách đồng bộ nhịp nhàng để cho quá trình sản xuất được liên tục. Sự ảnh hưởng của các quá trình nêu trên đến nĕng suất, chất lượng của quá trình sản xuất có mức độ khác nhau ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng, nĕng suất của quá trình sản xuất là những quá trình có tác động làm thay đổi về trạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất, đó chính là các quá trình công nghệ. 1.2.2 Quá trình công nghệ Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi trạng thái và tính chất của đối tượng sản xuất. Thay đổi tính chất và trạng thái bao Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 3 hàm; Thay đổi hình dạng, thay đổi kích thước, thay đổi tính chất cơ lý hóa của vật liệu và thay đổi vị trí tương quan giữa các bộ phận của chi tiết. Quá trình công nghệ gia công cơ là quá trình cắt gọt phôi để làm thay đổi kích thước và hình dáng của nó. Quá trình công nghệ nhiệt luyện là quá trình thay đổi tính chất vật lý và hóa học của vật liệu chi tiết. Quá trình công nghệ lắp ráp là quá trình tạo thành những quan hệ tương quan giữa các chi tiết thông qua các loại liên kết mối lắp ghép. Ngoài ra còn có các quá trình công nghệ như chế tạo phôi, như qúa trình đúc, quá trình gia công áp lực, vv Quá trình công nghệ hợp lý là quá trình công nghệ thỏa mãn được các yêu cầu của chi tiết như độ chính xác gia công, độ nhám bề mặt, vị trí tương quan giữa các bề mặt, độ chính xác về hình dáng hình học Quá trình công nghệ được thực hiện tại các chỗ làm việc. 1.3. Các thành phần của quá trình công nghệ 1.3.1. Nguyên công Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ, được hoàn thành một cách liên tục tại một chỗ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện đối với một đối tượng sản xuất không đổi. Ở đây, nguyên công được đặc trưng bởi 3 điều kiện cơ bản, đó là hoàn thành và tính liên tục trên đối tượng sản xuất và vị trí làm việc. Trong quá trình thực hiện quy trình công nghệ nếu chúng ta thay đổi 1 trong 3 điều kiện trên thì ta đã chuyển sang một nguyên công khác. Ví dụ 6: Tiện trục có hình như sau: Hình 1.1. Chi tiết trục Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 4 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 nếu tiện đầu A cho cả loạt xong rồi mới trở lại tiện đầu B cũng cho cả loạt đó thì thành hai nguyên công vì đã không đảm bảo được tính liên tục, có sự gián đoạn 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 để hạch toán và tổ chức sản xuất. Việc chọn số lượng 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 nĕng công nghệ nhất định (khả nĕng về tạo hình bề mặt cũng như chất lượng đạt được). Vì vậy, xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật và dạng bề mặt cần tạo hình mà ta phải chọn phương pháp gia công tương ứng hay nói cách khác chọn nguyên công phù hợp. 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, phay rãnh then thực hiện trên máy phay (Đối với các máy gia công cơ truyền thống). 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 nhằm mục đích đảm bảo sự cân bằng cho nhịp sản xuất, đạt hiệu qủa kinh tế nhất. 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, nĕng suất cao, không cần chính xác cao để đạt hiệu quả kinh tế (lấy phần lớn lượng dư); khi gia công tinh thì cần máy có độ chính xác cao để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. 1.3.2. Gá Trước khi gia công, ta phải xác định vị trí tương quan giữa chi tiết so với máy, dụng cụ cắt và tác dụng lên chi tiết một lực để chống lại sự xê dịch do lực cắt 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. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 5 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, tốt nhất nên dùng số lần gá ít nhất trong một nguyên công. Ví dụ 7: Để tiện các mặt trụ bậc A, B, C ta thực hiện 2 lần gá: - Lần gá 1: Gá lên 2 mũi chống tâm và truyền mômen quay bằng tốc kẹp để gia công các bề mặt C và B. - Lần gá 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 kẹp). 1.3.3. 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 8: Khi phay bánh rĕng bằng dao phay định hình, mỗi lần phay một rĕng, 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 rĕng bằng dao phay lĕn rĕng, mỗi lần phay là một vị trí (nhưng do tất cả các rĕng đều được gia công nên lần gá này có một vị trí). Khi thiết kế qui trình công nghệ cần lưu ý là giảm số lần gá đặt (trong khi vẫn giữ được vị trí cần thiết) bởi vì mỗi một lần gá đặt sẽ gây ra sai số gia công. 1.3.4. 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 làm việc của máy duy trì không đổi (v, s, t, không đổi). Nếu thay đổi một trong các điều kiện như: bề mặt gia công hoặc chế độ cắt (tốc độ, lượng chạy dao hoặc chiều sâu cắt) thì ta đã chuyển sang bước khác. Hình 1.2. Chi tiết trục Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 6 Bước có thể là bước đơn giản và bước phức tạp. Ví dụ, khi tiên một trục bậc gồm ba đoạn với đường kính khác nhau (bằng một dao) thì ta phải thực hiện ba bước đơn giản. Còn khi tiện trục bậc đó đồng thời bằng nhiều dao thì ta có một bước phức tạp. Khi lắp ráp bước được xem là một quá trình nối ghép các chi tiết lại với nhau để đạt độ chính xác cần thiết hoặc các quá trình khác nhau như cạo sửa then để lắp nó vào vị trí, lắp một vòng bi trên trục Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước. Ví dụ 9: 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. 1.3.5. Đường chuyển dao Đường chuyển dao là một phần của một bước (hoặc một nguyên công) 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 10: Để tiện ngoài một mặt trụ có thể dùng cùng một chế độ cắt, cùng một dao để hớt làm nhiều lần; mỗi lần là một đường chuyển dao. 1.3.6. Động tác Động tác là một hành động của công nhân để điều khiển máy thực hiện việc gia công hoặc lắp ráp. Ví dụ 11: Bấm nút, quay ụ dao, đẩy ụ động ... Động tác là đơn vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ. Hình 1.3. Gia công chi tiết trục Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 7 Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu nĕng suất lao động và tự động hóa nguyên công. 1.4. Các dạng sản xuất và các hình thức tổ chức sản xuất 1.4.1. Các dạng sản xuất Sản lượng là số lượng máy, chi tiết hoặc phôi được chế tạo ra trong một đơn vị thời gian (nĕm, quí, tháng). Sản lượng hàng nĕm của chi tiết được xác định theo công thức: 1N N .m.(1 )100    Ở đây: N - số chi tiết được sản xuất trong một nĕm. N1 - số sản phẩm (số máy) được sản xuất trong một nĕm. m - số chi tiết trong một sản phẩm (một máy).  - Số chi tiết phế phẩm ( 3 6%)    - số chi tiết được chế tạo thêm để dự phòng (β=5÷7%) Qui trình công nghệ mà ta thiết kế phải đảm bảo được độ chính xác và chất lượng gia công, đồng thời phải đảm bảo tĕng nĕng suất lao động và giảm giá thành. Qui trình công nghệ này phải đảm bảo được sản lượng đặt ra. Để đạt được các chỉ tiêu trên đây thì qui trình công nghệ phải được thiết kế thích hợp với dạng sản xuất. Tùy theo sản lượng hàng nĕm và mức độ ổn định của sản phẩm mà ta chia ra ba dạng sản xuất sau: 1.4.1.1. Sản xuất đơn chiếc Dạng sản xuất đơn chiếc là sản lượng hàng nĕm ít, thường từ một đến vài chục chiếc. Sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều. Chu kỳ chế tạo không được xác định. Dạng sản xuất đơn chiếc có những đặc điểm sau: -Tại mỗi chỗ làm việc được gia công nhiều loại chi tiết khác nhau. - Gia công chi tiết và lắp ráp sản phẩm được thực hiện theo tiến trình công nghệ. - Sử dụng các thiết bị và dụng cụ vạn nĕng. Thiết bị được bố trí theo từng loại và theo từng bộ phận sản xuất khác nhau. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 8 - Sử dụng các đồ gá vạn nĕng. Đồ gá chuyên dùng chỉ được sử dụng để gia công những chi tiết thường xuyên được lặp lại. - Không thực hiện được việc lắp lẫn hoàn toàn, có nghĩa là phần lớn công việc lắp ráp điều được thực hiện bằng phương pháp cạo sửa. - Công nhân phải có trình độ tay nghề cao. - Nĕng suất lao động thấp, giá thành sản phẩm cao. Sản xuất đơn chiếc thường được sử dụng trong công nghệ sửa chữa, chế thử 1.4.1.2. Sản xuất hàng loạt Sản xuất hàng loạt là dạng sản xuất hàng nĕm không quá ít, sản phẩm được chế tạo theo từng loạt với chu kỳ xác định, sản phẩm tương đối ổn định. Sản xuất hàng loạt có những đặc điểm sau: - Tại các chỗ làm việc được thực hiện một số nguyên công có chu kỳ lặp lại ổn định. - Gia công cơ và lắp ráp được thực hiện theo qui trình công nghệ. - Sử dụng các máy vạn nĕng và chuyên dùng. - Các máy được bố trí theo qui trình công nghệ. - Sử dụng nhiều dụng cụ và đồ gá chuyên dùng. - Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn. - Công nhân có trình độ trung bình. Ví dụ 12: dạng sản xuất hàng loạt có thể là chế tạo máy công cụ, chế tạo máy công cụ Sản xuất hàng loạt là dạng sản xuất phổ biến trong ngành chế tạo máy. Tùy theo sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm chia thành: sản xuất loạt nhỏ, vừa và lớn. Sản xuất loạt nhỏ thường gần với sản xuất đơn chiếc. Sản xuất loạt lớn gần với sản xuất hàng khối. 1.4.1.3. Dạng sản xuất hàng khối Sản xuất hàng khối là dạng sản xuất trong đó sản phẩm được sản xuất liên tục trong một thời gian dài với số lượng rất lớn (mặt hàng ổn định, ít thay đổi) thực Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 9 hiện ổn định tại từng địa điểm. Xí nghiệp sản xuất hàng khối thường phân chia thành nhiều nguyên công nhỏ. Dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là: - Sản lượng hàng nĕm 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 thanh các tài 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 điều chỉnh máy giỏi. - Tổ chức sản xuất theo dây chuyền. Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến, có điều kiện cơ khí hóa và tự động hóa sản xuất, tạo điều kiện tổ chức các đường dây gia công chuyên môn hóa. Các máy ở dạng sản xuất này thường được bố trí theo theo thứ tự nguyên công của quá trình công nghệ. Ngoài ra, cần phải nắm vững các hình thức tổ chức sản xuất để sử dụng thích hợp cho các dạng sản xuất khác nhau. Bảng 1.1. Xác định dạng sản xuất Dạng sản xuất Q – khối lượng của chi tiết (kg) > 200 kg 4 – 200 kg < 4 kg Sản lượng hàng nĕm của chi tiết (chiếc) Đơn chiếc Hàng loạt nhỏ Hàng loạt vừa Hang loạt lớn Hàng khối < 5 55 – 100 100 – 300 300 – 1000 > 1000 < 10 10 - 200 200 – 500 500 – 1000 > 5000 < 100 100 – 500 500 – 5000 5000 – 50000 > 50000 Sau khi xác định được sản lượng hàng nĕm N của chi tiết ta phải xác định khối lượng của chi tiết. Khối lượng Q của chi tiết được xác định theo công thức : Q = V. (kg) Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 10 Ở đây: V- thể tích của chi tiết (dm3);  - khối lượng riêng của vật liệu ( của thép là 7,852kg/dm3;  của gang dẻo là 7,2kg/dm3;  của gang xám là 7kg/dm3;  của nhôm là 2,7kg/dm3 và  của đồng là 8,72kg/dm3 ). Khi có N và Q dựa vào bảng 1.1 để chọn dạng sản xuất phù hợp. 1.4.2. Các hình thức tổ chức sản xuất Có hai hình thức tổ chức sản xuất: 1.4.2.1. Sản xuất dây chuyền Trong sản hàng khối và hàng loạt lớn người ta thường dùng phương pháp theo dây chuyền (gia công cơ và dây chuyền lắp ráp) theo phương pháp này các máy được sắp xếp theo thứ tự nguyên công. Sau khi hoàn thành việc gia công một nguyên công, đối tượng sẽ chuyển sang máy tiếp theo để thực hiện nguyên công kế. Số máy và nĕng suất của máy cần tính toán để đảm bảo dây chuyền ổn định, bình thường, không ứ đọng. Gia công phải đồng bộ (đảm bảo nhịp sản xuất). Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại của chu kỳ gia công hoặc lắp ráp và được tính theo công thức: n T t N  (phút/chiếc) Trong đó: T- Khoảng thời gian làm việc (phút), N- số đối tượng sản xuất ra trong khoảng thời gian T. 1.4.2.2. Sản xuất không dây chuyền Trong đó mỗi nguyên công được thực hiện độc lập, không liên quan về thời gian, địa điểm làm việc đối với các nguyên công khác, thường dùng cho sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, nĕng xuất và hiệu quả sản xuất thấp. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 11 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Hãy phân biệt các khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận, cơ cấu máy và phôi. 2. Quá trình công nghệ là gì? Hãy nêu các thành phần của quá trình công nghệ. Cho ví dụ minh họa. 3. Có mấy dạng sản xuất? Hãy nêu đặc điểm, phạm vi ứng dụng của mỗi loại. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 12 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong ngành cơ khí. Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. - Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công. - Lớp kim loại bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt. Kinh nghiệm cho thấy rằng: nếu không hiểu biết và vận dụng tốt những kết quả nghiên cứu về cắt gọt thì không có thể tạo ra nền cơ khí chế tạo hiện đại. Mặt khác, nếu không có những thành tựu về nghiên cứu cắt gọt thì cũng không thể có việc tính toán thiết kế máy, dao, đồ gá và công nghệ một cách kinh tế. 2.1. Những khái niệm cơ bản có liên quan đến quá trình cắt kim loại 2.1.1. Hệ thống công nghệ cần thiết cho gia công cắt Muốn hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, con người phải sử dụng hệ thống thiết bị nhằm tách được lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã cho trên bản vẽ. Hệ thống thiết bị dùng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt được gọi là hệ thống công nghệ. Hệ thống công nghệ bao gồm: máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công, thường được viết tắt là hệ thống M - D - G - C. Trong đó: - Máy có nhiệm vụ cung cấp nĕng lượng cần thiết cho quá trình cắt gọt. - Dao trong hệ thống công nghệ có nhiệm vụ trực tiếp cắt bỏ lớp lượng dư gia công ra khỏi chi tiết nhờ nĕng lượng của máy cung cấp thông qua các chuyển động tương đối. - Đồ gá là một bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ xác định và giữ vị trí tương quan chính xác giữa dao và chi tiết gia công trong suốt quá trình gia công chi tiết. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 13 - Chi tiết gia công là một thành phần của hệ thống công nghệ - là đối tượng của quá trình cắt gọt. Mọi kết quả của quá trình cắt đều được phản ánh lên chi tiết gia công. Tất nhiên để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, mỗi bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ riêng, đồng thời phải có mối quan hệ hữu cơ với nhau. 2.1.2. Các phương pháp cắt kim loại Yêu cầu bề mặt gia công rất đa dạng, vì vậy phải có nhiều phương pháp cắt gọt để thoả mãn những yêu cầu đa dạng đó. Xuất phát từ mục đích nghiên cứu sử dụng khác nhau, cách phân loại các phương pháp gia công cũng không giống nhau. - Xuất phát từ nguyên lý tạo hình bề mặt phân ra gia công chép hình, gia công định hình, gia công bao hình. a. b. c. d. Hình 2.1. Một số phương pháp gia công a. Tiện chép hình theo dưỡng b. Tiện định hình bằng dao định hình c. Phay lĕn rĕng bằng phương pháp bao hình d. Phay định hình - Xuất phát từ yêu cầu chi tiết gia công ta có gia công thô, gia công bán tinh, gia công tinh, và gia công bóng. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 14 Phổ biến hơn cả là phân loại theo máy gia công. Theo cách phân loại này ta có: gia công trên máy tiện, gia công trên máy phay, gia công trên máy bào, gia công trên máy khoan, gia công trên máy mài,... a.Tiện b. Khoét c. Phay d. Mài Hình 2.2. Phân loại theo máy gia công Ngoài ra, còn cĕn cứ vào bề mặt gia công. Ta phân ra: gia công mặt phẳng, gia công mặt trụ ngoài, gia công lỗ, gia công rãnh,... 2.1.3. Sự hình thành các bề mặt trên chi tiết trong quá trình cắt Bất kỳ phương pháp gia công nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công cơ (quá trình cắt) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt có đặc điểm khác nhau. Xét tại một thời điểm nào đó trong quá trình gia công (ví dụ khi tiện), ba bề mặt trên chi tiết được phân biệt như hình 1.1 n t s Mặt đã gia công Mặt đang gia công Mặt sẽ gia công Vùng cắt Hình 2.3. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 15 Mặt sẽ gia công là bề mặt của phôi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật chuyển động của quá trình cắt. Tính chất của bề mặt này là tính chất bề mặt phôi. Mặt đang gia công là mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực hiện tách phoi. Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng cơ - lý phức tạp. Mặt đã gia công là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua. Tính chất của bề mặt này là phản ánh những kết quả của các hiện tượng cơ - lý trong quá trình cắt. Vùng cắt là phần kim loại của chi tiết vừa được tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt của dao nhưng chưa thoát ra ngoài. Đây là vùng đang xảy ra các quá trình cơ - lý phức tạp. 2.1.4. Các chuyển động cắt gọt và chế độ cắt khi gia công cơ Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công, tuỳ thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt, hệ thống công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt cần gia công. Những chuyển động tương đối nhằm hình thành bề mặt gia công gọi là chuyển động cắt. Những chuyển động cắt gọt được phân làm hai loại chuyển động: - Chuyển động chính . - Chuyển động phụ. 2.1.4.1. Chuyển động chính và tốc độ cắt v - Chuyển động chính là chuyển động tạo phoi, tiêu hao nĕng lượng cắt lớn nhất. - Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn như tiện, phay, mài,... hoặc cũng có thể là chuyển động tịnh tiến như bào, xọc, chuốt,... - Chuyển động chính có thể là do các cơ cấu chấp hành khác nhau thực hiện. Ví dụ: do chi tiết thực hiện như trong tiện; do dao thực hiện như trong bào, xọc, khoan, phay, ... Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng: - Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian. Đơn vị đo tương ứng là vg/ph (hoặc htk/ ph) Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 16 - Tốc độ chuyển động chính hay còn gọi là vận tốc cắt (tốc độ cắt) ký hiệu là v. đơn vị là m/ ph. Riêng trong mài được lấy đơn vị là m/s. Tốc độ cắt v là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương vận tốc cắt ứng với một đơn vị thời gian (ph) - Nếu chuyển động chính là chuyển động quay tròn thì giữa vận tốc cắt (v), số vòng quay n (vg/ph) và đường kính chi tiết D (mm) có quan hệ sau: v = (.D.n)/1000 (m/ph) (2.1) - Nếu chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến, thì giữa vận tốc cắt v (m/ph), số hành trình kép n (htk/ph) và chiều dài hành trình L (mm) có quan hệ sau: v = (2.L.n)/1000 (m/ph) (2.2) Hình 2.4. Các chuyển động trong quá trình cắt a. quá trình tiện; b. quá trình phay 2.1.4.2. Các chuyển động phụ Chuyển động phụ là những chuyển động tiếp tục tạo phoi. Như ta đã biết: lớp lượng dư là một khối không gian, do vậy để tách hết lớp không gian đó thì số chuyển động tối thiểu phải được thực hiện theo 3 phương của hệ toạ độ không gian vuông góc. Như vậy, ngoài chuyển động chính cần phải có hai chuyển động nữa vuông góc với nhau và vuông góc với phương chuyển động chính. Hai chuyển động này trong cắt gọt kim loại gọi là chuyển động chạy dao và chuyển động theo phương chiều sâu cắt. 1. Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s: Chuyển động chạy dao là chuyển động phụ nhằm cắt hết lượng dư trên bề mặt chi tiết. Phương chuyển động chạy dao được ký hiệu là s Để đặc trưng cho chuyển động chạy dao, ta thường dùng các đại lượng sau: a b . b. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 17 - Lượng chạy dao ký hiệu là s, đơn vị đo là mm/vg hoặc mm/htk - Tốc độ chạy dao ký hiệu Vs, đơn vị đo là mm/ph - Lượng chạy dao rĕng ký hiệu là Sz, đơn vị đo là mm/rĕng. a. Lượng chạy dao s: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một vòng quay (hoặc 1 hành trình kép) của chuyển động chính. Đơn vị đo là mm/vg hoặc mm/htk. b. Tốc độ chạy dao Vs: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một đơn vị thời gian, đơn vị đo là mm/ph. c. Lượng chạy dao rĕng Sz: là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao tương ứng với một lưỡi cắt. Đơn vị đo là mm/ rĕng (đại lượng này thường được dùng khi dao có nhiều lưỡi cắt ví dụ như dao phay,...) Như vậy ta có mối quan hệ giữa các đại lượng Vs, s và Sz như sau: Vs = s.n = Sz.z.n (mm/ph) (2-3) z là số rĕng hoặc số lưỡi cắt trên dao. 2. Chuyển động theo phương chiều sâu cắt và chiều sâu cắt t: Chuyển động theo phương chiều sâu cắt là chuyển động phụ nhằm cắt hết lớp chiều dày lớp lượng dư gia công cơ. Chuyển động chiều sâu cắt là chuyển động gián đoạn được điều chỉnh sau mỗi lần chạy dao. Đại lượng đo chiều sâu cắt là chiều sâu cắt t, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chiều sâu cắt ứng với mỗi lần chạy dao, đơn vị đo là mm. Trong cắt gọt kim loại người ta gọi các đại lượng đo chuyển động chính và các chuyển động phụ (v, s, t) là chế độ cắt khi gia công cơ. 2.1.5. Lớp cắt và tiết diện lớp cắt Lớp cắt là lớp kim loại cần hớt bỏ đi ứng với một lần chạy dao. Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vectơ vận tốc cắt v ta sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt (hình 1.5) Tiết diện lớp cắt có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 18 Từ hình 1.5 ta nhận thấy rằng: độ lớn của tiết diện lớp cắt (diện tích) được đặc trưng bởi hai cặp kích thước: (a, b) và (s, t). Tro...ng với khu vực III là tốc độ cắt ứng với thời điểm phoi bám biến mất. Vật liệu gia công càng dẻo thì tốc độ hình thành phoi bám càng thấp, chiều cao phoi bám càng cao hơn so vật liệu dòn. Ðặc điểm và cách khắc phục: - Đặc điểm: + Ưu điểm Hình 2.16. Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao phoi bám V Ch iều ca o p hoi bá m h I II III IV Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 38 Bảo vệ mũi dao, thay mũi dao trong khi cắt làm dao đỡ mòn vì độ cứng của lớp phoi bám cao hơn nhiều so với vật liệu bản thân (gấp 2,5  3,5 lần) Khi gia công thô phoi bám có lợi vì tĕng góc trước của dao, làm giảm lực cắt, khiến cho quá trình tạo phoi dễ dàng và bảo vệ lưỡi cắt khỏi mòn. + Nhược điểm Khi gia công tinh, phoi bám luôn thay đổi, gây rung động, làm giảm độ chính xác và độ trơn nhẵn của bề mặt gia công. - Cách khắc phục + Cách khắc phục hiện tượng phoi bám và nâng cao chất lượng bề mặt gia công bằng các phương pháp sau: + Gia công với tốc độ cắt hợp lí, nên tránh vùng tốc độ thường gây ra phoi bám, tức là: 5m/f  V  80m/f + Mài bóng mặt trước của dao + Tĕng góc trước của dao + Dùng dung dịch trơn nguội 2.3.4.3. Hiện tượng cứng nguội Hiện tượng cứng nguội là kết quả của biến dạng dẻo, sau khi gia công một lớp mỏng trên bề mặt chi tiết thay đổi tính chất ban đầu của nó và độ cứng tĕng lên, tức là tinh thể kim loại bị nát vụn kiến cho lớp kim loại trở nên bền và cứng hơn. Tính chất cơ lý của bề mặt gia công được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau: - Mức độ cứng nguội, được tính theo công thức: ( ).100%n u u H HH H   Trong đó: Hn - Độ cứng của lớp bề mặt kim loại sau khi biến dạngnguội Hu - Độ cứng của lớp bề mặt của vật liệu ban đầu - Chiều sâu cứng nguội Ví dụ sau khi gia công thép có độ cứng trung bình trong điều kiện bình thường, chiều sâu lớp cứng nguội như sau: Sau gia công thô bằng dao tiện: 0,4  0,5 mm Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 39 Sau gia công tinh bằng dao tiện: 0.07  0,08 mm Sau mài: 0,04  0,06 mm  Nguyên nhân. Do lan truyền của biến dạng dẻo sau khi gia công nên bề mặt của chi tiết gia công bị biến cứng. Lớp bề mặt chi tiết gi công còn chịu biến dạng phụ thêm do những nguyên nhân sau: + Do lưỡi cắt của dao bao giờ cũng có một bán kính cong  nhất định nên khi bắt đầu cắt, sự tiếp xúc của dao và chi tiết sẽ bắt đầu tại điểm A. Dao càng đi sâu vào chi tiết thì điểm có ứng suất lớn nhất càng hạ thấp thì khi quá trình cắt ổn định thì chiếm vị trí B (nằm ngay trên mặt trượt). Do đó chỉ có một lớp kim loại có chiều dày cắt a nằm trên đường BC được cắt thành phoi. Lớp kim loại nằm dưới đường BC không bị cắt mà bị nén, do đó chịu biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo nghĩa là bị biến cứng nguội. + Sau khi mũi dao đi qua, lớp bề mặt do sự đàn hồi được nâng lên một chiều cao h, do đó gây ra áp lực pháp tuyến và ma sát với mặt sau của dao. a A Chi tiết Gia công Dao 0 Phoi Vùng bị biến cứng Hình 2.17. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 40 Do kết quả của ma sát nên một lớp mỏng bề mặt chịu biến dạng thêm. Nếu bán kính cong của dao càng lớn thì diện tích tiếp xúc giữa mặt sau của dao và chi tiết gia công càng tĕng thì ma sát càng lớnvà mức độ biến dạng của lớp bề mặt càng tĕng. - Những vật liệu gia công có độ dẻo càng cao thì hiện tượng cứng nguội xảy ra với mức độ càng cao. - Tốc độ cắt thấp thì mức độ và chiều sâu cứng nguội tĕng - Góc trước của dao càng nhỏ thì mức độ cứng nguội càng tĕng - Dao càng bị mài mòn thì mức độ và chiều sâu cứng nguội càng lớn - Cắt gọt có dung dịch trơn nguội thì mức độ cứng nguội càng giảm  Ðặc điểm. - Ưu điểm Hiện tượng cứng nguội có tác dụng bảo vệ bề mặt, tĕng giới hạn mỏi của chi tiết sau khi gia công - Khuyết điểm Nếu trên bề mặt chi tiết sau khi gia công có vết nứt thì hiện tượng cứng nguội sẽ làm giảm giới hạn bền mỏi Lớp cứng nguội sẽ gây khó khĕn cho nguyên công gia công tinh Khi gia công thô, cứng nguội dễ gây cong vênh cho những chi tiết yếu cứng vững. 2.3.4.4. Hiện tượng mài mòn  0 F A a1 a  B h  Hình 2.18.   Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 41  Nguyên nhân Khi cắt gọt mặt trước của dao luôn tiếp xúc và có chuyển động tương đối với phoi, mặt sau của dao luôn tiếp xúc và có chuyển động tương đối với mặt gia công, mũi daovà lưỡi cắt tiếp xúc và có chuyển động tương đối với mặt đang gia công của chi tiết, vì thế quá trình cắt luôn xảy ra hiện tượng mài mòn dụng cụ cắt. Mặt khác nhiệt độ ở khu vực ma sát giữa dao – phoi – chi tiết rất lớn vì diện tích tiếp xúc của chúng rất bé so với các chi tiết khác. 2.3.4.5. Hiện tượng nhiệt 1. Nguồn gốc của nhiệt Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt gọt là một hiện tượng vật lý quan trọng, trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của bề mặt gia công làm huỷ dao và ảnh hưởng đến nĕng suất chất lượng cắt. * Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt dao do: - Công ma sát trong giữa các phần tử của vật liệu gia công trong khi biến dạng Q1. - Công ma sát ngoài giữa phôi và mặt trước của dao Q2. - Công ma sát giữa bề mặt gia công và bề mặt sau của dao Q3. - Công đứt phôi (tạo nên những mặt mới) Q4. * Phương trình cân bằng nhiệt: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Nếu cho rằng toàn bộ công cơ học khi cắt đều biến thành nhiệt thì: Q = 427 .. VP E VP E R zz  (Kcal/ph) Trong đó: Q : lượng nhiệt (Kcal) A : công cắt (KGm/ph) E : Tương đương giữa nhiệt và công (E = 427 KGm/KCal) Pz : lực cắt 2. Sự phân bố nhiệt cắt Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 42 Muốn điều khiển được quá trình cắt, điều quan trọng không chỉ biết được lượng nhiệt sinh ra mà cần phải biết được sự phân bố lượng nhiệt đó trong dao, phôi chi tiết. Sự phân bố nhiệt lên dao, phôi, chi tiết gia công và không khí được thể hiện trên hình vẽ sau: Tổng lượng nhiệt: Q = Qc + Qp + Qd + Qkk Trong đó: Qc : lượng nhiệt truyền vào chi tiết Qd : lượng nhiệt truyền vào dao Qp : lượng nhiệt truyền vào phôi Qkk : lượng nhiệt truyền vào môi trường. Thực nghiệm cho thấy: Qc = 4% Q Qd = (15÷20%) Q Qp = (75÷80%) Q Qkk = 1% Q 2.4. Lựa chọn hình dáng mặt trước và thông số hình học hợp lý của dao 2.4.1. Khái niệm về gia công tiện (a) (b) Chi tiết gia công Phoi 1 v Dao Qd (20%) Qc (4%) Qkk (1%) Qp (75%) Q (100%) Hình 2.19. Tỷ lệ phân tán nhiệt khi cắt thép Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 43 Tiện là một trong những phương pháp gia công chi tiết máy được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo cơ khí. Các chi tiết máy tròn xoay dạng đối xứng như trục, bánh rĕng, puli v.v... thường được gia công trên máy tiện bằng các loại dao khác nhau như các loại dao tiện, mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, tảo v.v... Trên máy tiện có thể gia công được các chi tiết hình trụ, hình côn, mặt định hình, mặt phẳng, mặt ren, vát cạnh, vê góc lượn. 2.4.2. Phân loại chi tiết gia công trên máy tiện Các loại chi tiết gia công trên máy tiện có thể chia ra hai loại: chi tiết đối xứng (thân tròn xoay) và chi tiết không đối xứng. - Chi tiết đối xứng : gồm chi tiết dạng thanh tròn có tỉ lệ l/d > 3, được gọi là chi tiết dạng trục. Loại chi tiết này bao gồm; trục trên, trục bậc, trục có ren hoặc rãnh then, trục có phần côn, phần định hình v.v... Trong đó lại chia ra thành trục không cứng vững như trục vit me, trục trên máy tiện, trục nặng như trục máy ép, trục tua bin, trục máy cán. - Chi tiết dạng ống lót (bạc): Đặc điểm của các chi tiết này là có lỗ, có tỉ lệ l/d 3 như bạc lót, ống lót, bạc có thành mỏng. Các chi tiết loại này lại chia ra hai loại là ống lớn và ống nhỏ. - Các chi tiết dạng đĩa: có tỉ lệ l/d 5.0 , gồm đĩa vòng đệm, mặt bích vô lĕng, đĩa xích, bánh rĕng v.v... - Các chi tiết không đối xứng gồm các chi tiết lệch tâm và những chi tiết khác như thanh giằng ống nối, khớp nối chữ thập v.v... Các chi tiết này được chia ra thành từng dạng khác nhau theo các đặc điểm kết cấu có ảnh hưởng đến quá trình công nghệ gia công. Những chi tiết cùng một dạng có hình dạng và kích thước gần giống nhau, được gia công theo một quy trình công nghệ. 2.4.3. Phân loại dao tiện Dựa vào công dụng dao tiện được chia làm các loại sau: 1. Dao tiện ngoài Là loại dao dùng để tiện trụ ngoài  Dựa vào dạng đầu cắt của dao tiện người ta chia làm 2 loại: Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 44 + Dao tiện đầu thẳng (hình 2.20.a) + Dao tiện đầu cong (hình 2.20.b) Hình 2.20.  Dựa vào chiều tiến của dao người ta chia làm 2 loại: + Dao tiện phải: Có chiều tiến dao từ phải sang trái. Khi úp bàn tay phải lên thân dao, ngón tay cái hướng về phía lưỡi cắt chính. Dao tiện phải được dùng rất phổ biến trong các nguyên công tiện trụ ngoài (hình 2.21.a). + Dao tiện trái: có chiều tiến dao từ trái sang phải. Khi úp bàn tay trái lên thân dao, ngón tay cái hướng về phía lưỡi cắt chính (hình 2.21.b). Hình 2.21. 2. Dao tiện lỗ Là loại dao dùng để tiện mặt trụ trong.  Dựa vào hình dạng lỗ suốt và lỗ không suốt người ta chia làm 2 loại: + Dao tiện lỗ suốt (hình a) + Dao tiện lỗ không suốt (lỗ kín) (hình b) Hình 2.22. a- Dao đầu thẳng b- Dao đầu cong a- Dao phải b- Dao trái a- Dao tiện lỗ suốt b- Dao tiện lỗ kín Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 45 3. Dao tiện rãnh và cắt đứt Là loại dao dùng để tiện rãnh hoặc cắt đứt Chia làm 2 loại: + Dao tiện rãnh ngoài hoặc cắt đứt (hình a) + Dao tiện rãnh trong (hình b) 2.4.4. Thành phần kết cấu của dao tiện Dao cắt kim loại được chia ra hai phần: phần thân dao, phần làm việc (hay còn gọi là phần cắt). 1. Phần thân (Cán dao) Dùng để gá dao vào bàn dao hoặc trục gá dao, nhằm đảm bảo vị trí tương quan giữa dao và chi tiết. Tiết diện thân dao có thể tròn, vuông, hình chữ nhật 2. Phần cắt gọt (Phần làm việc của dao) Là phần của dao trực tiếp tiếp xúc với chi tiết gia công để làm nhiệm vụ tách phoi, đồng thời là phần dự trữ mài lại dao khi dao đã bị mòn. a- Dao tiện rãnh ngoài b- Dao tiện rãnh trong Mặt trước Lưỡi cắt phụ Mặt sau phụ phụphụ Mũi dao Lưỡi cắt chính Mặt sau chính Phần thân dao Phần cắt Hình 2.24. Kết cấu của dao tiện Hình 2.23 Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 46 Phần cắt có thể thẳng, cong, đầu uốn, đầu vuốt. Theo điều kiện làm việc, dụng cụ cắt có thể được chế tạo dao phải hay dao trái. Về mặt kết cấu thì phần cắt của dao được tạo nên bởi các bề mặt và lưỡi cắt thích hợp, bao gồm: 1. Mặt trước dao: là mặt của dao để phoi trượt lên đó thoát ra khỏi vùng cắt trong quá trình gia công. 2. Mặt sau chính: là mặt của dao đối diện với bề mặt đang gia công trên chi tiết. 3. Mặt sau phụ: là mặt trên phần cắt dao đối diện với bề mặt đã gia công trên chi tiết. Dao cắt có thể có một mặt sau phụ hoặc nhiều mặt sau phụ. 4. Lưỡi cắt chính: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau chính. Trong quá trình cắt, phần lớn lưỡi cắt chính tham gia cắt gọt. Phần trực tiếp tham gia cắt gọt của lưỡi cắt chính gọi là chiều dài cắt thực tế của lưỡi cắt - đó chính là chiều rộng cắt b. 5. Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến giữa mặt trước và mặt sau phụ. Khi cắt có một phần của lưỡi cắt phụ cũng tham gia cắt. 6. Mũi dao: là giao điểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Mũi dao là vị trí của dao dùng để điều chỉnh vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công. Mũ i dao có thể nhọn r = 0, có thể tròn r  0, hoặc cạnh vát. 7. Lưỡi cắt chuyển tiếp: trong một số trường hợp (như dao phay mặt đầu) người ta cần tạo nên lưỡi cắt chuyển tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. 8. Chiều dài phần làm việc l: được tính từ mũi dao đến giao tuyến giữa mặt trước và thân dao. 9. Chiều cao làm việc h: là khoảng cách từ mũi dao đến mặt tỳ của thanh dao, h > 0 hoặc h < 0 2.4.5. Các định nghĩa cơ bản về các mặt tọa độ - Để xác định các thông số hình học của dao (hay các góc của dao) người ta qui các mặt tọa độ sau: 1. Mặt phẳng cắt (mặt cắt): là mặt phẳng được tạo thành bởi lưỡi cắt chính và véc tơ vận tốc cắt tại một điểm xét trên lưỡi cắt. Còn khi lưỡi chính cong, mặt Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 47 phẳng cắt được tạo thành bởi đường tiếp tuyến với lưỡi cắt chính tại điểm ta xét và véc tơ vận tốc cắt chính tại điểm đó. 2. Mặt phẳng đáy (mặt đáy): là mặt phẳng thẳng góc với véc tơ vận tốc cắt tại điểm đang xét. Như vậy mặt phẳng đáy luôn luôn vuông góc với mặt phẳng cắt. Chú ý: Vận tốc cắt là tốc độ dịch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và chi tiết được gia công. Ở trạng thái tĩnh hướng của véc tơ vận tốc cắt ngược với hướng quay của chi tiết. 3. Mặt phẳng làm việc quy ước Px (tiết diện ngang): là mặt phẳng thẳng góc với mặt đáy và song song với phương chạy dao dọc. 4. Mặt phẳng dọc trục thân dao Py (tiết diện dọc): là mặt phẳng đồng thời thẳng góc với mặt đáy và mặt phẳng làm việc quy ước. 5. Tiết diện chính: là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy 6. Tiết diện phụ: là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy. Mặt phẳng làm việc quy ước Mặt phẳng dọc trục thân dao Mặt mặt đáy Hình 2.25. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 48 - Các thông số hình học của dao nhằm xác định vị trí của mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ , lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ của đầu dao. Những thông số này được xác định ở tiết diện chính N - N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N1 - N1 và ở trên mặt cắt. 2.4.6.Thông số hình học phần cắt của dao tiện ở trạng thái tĩnh 1. Các thông số đo trên mặt đáy a. Góc nghiêng chính kí hiệu  = 450 : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và phương chạy dao đo trên mặt đáy. Độ lớn của góc nghiêng chính xác định vị trí của lưỡi cắt chính của dao trong hệ toạ độ xác định. - Khi chiều sâu cắt không thay đổi, nếu góc nghiêng φ có giá trị nhỏ thì chiều dài của lưỡi cắt trực tiếp tham gia cắt gọt tĕng, làm tĕng khả nĕng truyền nhiệt, biến dạng của phoi giảm làm tĕng tuổi thọ của dao. - Khi góc nghiêng φ có giá trị lớn, chiều dài lưỡi cắt trực tiếp tham gia cắt gọt giảm, làm giảm khả nĕng truyền nhiệt → tuổi thọ của dao giảm. b. Góc nghiêng phụ kí hiệu 1: là góc tạo bởi lưỡi cắt phụ của dao và phương chạy dao đo trên mặt đáy. Độ lớn của góc nghiêng phụ xác định vị trí của lưỡi cắt phụ của dao trong hệ toạ độ xác định. c. Góc mũi dao kí hiệu : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ đo trên mặt đáy. Độ lớn của góc mũi dao biểu thị độ bền của mũi dao. Thông thường giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ được nối với nhau bằng một đoạn cong có bán kính R, R gọi là bán kính của mũi dao. Độ lớn của R tuỳ thuộc vào vật liệu làm dao. Ta có mối quan hệ sau:  + 1 +  = 1800 (2.10) Trong đó: , 1 là những thông số độc lập,  là thông số phụ thuộc Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 49 2. Các thông số đo trên tiết diện chính N – N a. Góc trước kí hiệu ( = 50 – 150): là góc tạo bởi mặt trước dao và mặt đáy đo trên tiết diện chính N - N. Giá trị góc trước xác định vị trí của mặt trước dao trong hệ toạ độ xác định. Độ lớn của góc trước  ảnh hưởng đáng kể đến khả nĕng thoát phoi. Góc trước dương khi mặt trước thấp hơn mặt đáy, còn âm thì ngược lại. - Có tác dụng đảm bảo cho phôi thoát ra dễ dàng, làm giảm sự biến dạng của phôi và làm giảm ma sát giữa phôi và mặt trước của dao (phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu làm dao, tính chất gia công như: tiện thô, tinh) - Khi góc trước nhỏ phôi thoát ra khó khĕn, uốn cong nhiều, làm giảm chất lượng bề mặt. - Khi góc trước có giá trị lớn điều kiện thoát phôi dễ dàng. - Khi cắt vật liệu dẻo, để giảm ma sát giữa phôi và mặt trước cần chọn góc trước lớn. - Khi cắt vật liệu giòn với phôi có dạng vụn, biến dạng ít thì cần chọn góc trước nhỏ hoặc có thể bằng “0” để bảo vệ lưỡi cắt. b. Góc sau kí hiệu : là góc tạo bởi mặt sau chính của dao và mặt cắt đo trên tiết diện chính N -N. Giá trị góc sau xác định vị trí mặt sau chính của dao trong hệ toạ độ xác định. Độ lớn của góc sau xác định mức độ ma sát giữa mặt sau chính của dao và mặt đang gia công của chi tiết. Theo hướng A N - N N1 - N1 A N1 N1 N N  1       n 1 1 Hình 2.26. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 50 - Đối với vật liệu dẻo chọn góc sau lớn để giảm ma sát. - Đối với vật liệu giòn chọn góc sau nhỏ để tĕng độ bền dao. c. Góc sắc kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước và mặt sau chính của dao, trong tiết diện cắt chính N -N. Độ lớn của góc sắc quyết định độ bền của đầu dao. Thông thường dù có mài góc sắc  thật nhọn đi nữa thì vẫn để lại một cung tròn . Nếu chiều dày cắt a quá nhỏ so với  thì dao không cắt được chỉ xảy ra hiện tượng trượt. Chỉ khi   1/2 thì mới cắt được. Cung tròn  phụ thuộc vào vật liệu làm dao. Ví dụ: dao có  = 700, đối với dao thép gió:  = (12  15)10-3mm, với dao hợp kim cứng  = (18  24)10-3mm. - Đối với vật liệu mềm (β = 400-500 ) - Đối với vật liệu dẻo (β = 550-750 ) - Đối với vật liệu giòn (β = 750-850 ) d. Góc cắt kí hiệu : là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt cắt đo trong tiết diện chính N - N. Ta có mối quan hệ hình học sau:  +  +  =  +  = 900 (2.11) Trong đó  và  là những thông số độc lập; ,  là những thông số phụ thuộc 3. Các thông số đo trên tiết diện phụ N1 - N1 a. Góc trước phụ kí hiệu 1, là góc tạo bởi mặt trước của dao và mặt đáy đo trên tiết diện phụ N1 - N1. Độ lớn của góc trước xác định vị trí mặt trước dao trong hệ toạ độ xác định. b. Góc sau phụ kí hiệu 1: là góc tạo bởi mặt sau phụ của dao và mặt cắt đo trên tiết diện phụ N1 - N1. Độ lớn của góc sau xác định vị trí mặt sau phụ của dao trong hệ toạ độ xác định và quyết định mức độ ma sát giữa mặt sau phụ của dao và mặt đã gia công của chi tiết. 4. Thông số đo trên mặt cắt Góc nâng của lưỡi cắt kí hiệu : là góc được tạo bởi lưỡi cắt chính của dao và mặt đáy đo trên mặt cắt. Độ lớn của góc nâng lưỡi cắt biểu thị vị trí của lưỡi cắt chính trong hệ toạ độ xác định, giá trị của góc nâng lưỡi cắt  có thể lớn hơn, nhỏ Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 51 hơn hoặc bằng không. Giá trị của góc nâng  không những quyết định hướng thoát phoi khi cắt mà còn quyết định đến điểm tiếp xúc đầu tiên của dao và chi tiết khi cắt. Điều này có ý nghĩa lớn đối với độ bền của dao cũng như chất lượng gia công. - Khi góc nâng λ có giá trị âm, phoi thoát ra phía bề mặt chưa gia công. - Góc nâng có giá trị dương, phoi thoát về phía bề mặt đã gia công. Giá trị các thông số hình học của dao phải được xác định vừa đảm bảo điều kiện cắt, vừa đảm bảo khả nĕng làm việc của dao (tuổi bền dao). Ở lưỡi cắt chính  >0 mũi dao là điểm thấp nhất,  <0 mũi dao là điểm cao nhất. Bằng thực nghiệm, người ta xác định được các giá trị hợp lý góc độ của dao phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu dao với các điều kiện cắt khác nhau. 2.4.7. Chọn hình dáng hình học của dao tiện Các yếu tố hình học phần cắt của dao có ảnh hưởng rất lớn đến lực cắt, tốc độ cắt, độ mòn dao, chất lượng bề mặt gia công. Do đó, chọn các yếu tố này hợp lý là điều kiện cần thiết trước khi chọn chế độ cắt. Chọn các yếu tố này hợp lý sẽ tạo khả nĕng đưa cao nĕng suất khi gia công. Tùy vào từng loại vật liệu dao, điều kiện cắt, chế độ cắt, vật liệu gia công mà ta chọn hình dạng hình học hợp lý của dao khác nhau. 1. Chọn dạng mặt trước của dao:  Đối với dao thép gió  0 Hình 2.27. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 52 Dao làm bằng thép có ưu điểm là chịu uốn tốt song chịu nhiệt và chịu mài mòn kém hơn HKC. Thường có các dạng mặt trước như sau: - Mặt trước phẳng không có cạnh vát (hình 2.28a): dùng cho các loại dao gia công vật liệu dòn (gang, đồng thanh), gia công thép với lượng chạy dao S < 0,2 mm/vòng. a. b. c. d. Hình 2.28. Các dạng mặt trước của dao thép gió - Mặt trước phẳng có cạnh vát (hình 2.28b): dùng cho các loại dao gia công thép có độ cứng trung bình (σb = 700-900 N/mm2) với s > 0,2 mm/vòng. Cạnh vát f làm tĕng sức bền của lưỡi cắt, f = 0,2 ÷ 1 mm. Lượng chạy dao lớn thì chọn f lớn. - Mặt trước cong không có cạnh vát (hình 2.28c): dùng cho các loại dao gia công thép có độ cứng thấp và độ dẽo cao (σb < 700 N/mm2); với s ≤ 0,2 mm/vòng. Phoi dễ cuốn và dễ đứt. - Mặt trước cong có cạnh vát (hình 2.28d): thường dùng cho các loại dao tiện (trừ dao tiện định hình) gia công thép có độ cứng trung bình (σb = 700-900 N/mm2) với s > 0,2 mm/vòng. Ưu điểm chính là cuốn phoi, bẻ phoi tốt hơn và lực cắt giảm.  Đối với hợp kim cứng Hợp kim cứng có đặc điểm là dòn, chịu uốn kém song chịu mòn và chịu nhiệt tốt, thường được làm theo các dạng sau (hình 2.29): Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 53 a. b. c. Hình 2.29. - Mặt trước phẳng có cạnh vát âm: Dùng cắt thép có giới hạn bền σb > 800N/mm2, cũng có thể dùng cắt gang xám và gang rèn, góc trước của cạnh vát thường lấy γv = 0 ÷ -50, chiều rộng f = (1 ÷ 2)a, (a là chiều dày cắt). - Mặt trước cong có cạnh vát âm: Dùng cắt thép có σb ≤ 800N/mm2 với t = 1 ÷ 5mm, s = 0,3mm/vòng, mặt trước cong phoi dễ cuốn và dễ gãy. - Mặt trước phẳng có góc trước âm đơn: Dùng cắt thép có σb > 800N/mm2 và tốc độ cắt cao, nhưng độ cứng vững của hệ thống gia công phải tốt. Để tiết kiệm đá mài và giảm thời gian mài các dao tiện có lưỡi cắt bằng hợp kim cứng thường tạo thêm góc sau α’ để thoát đá khi mài. 2. Chọn các góc độ dao hợp lý - Chọn góc trước: Góc trước γ tĕng thì biến dạng và ma sát giảm, song nếu γ tĕng nhiều quá thì β giảm làm cho dao yếu, tuổi bền của dao giảm. Góc trước chọn dựa vào một yếu tố sau: + Vật liệu gia công: vật liệu càng dẻo thì chọn γ càng lớn, để giảm biến dạng do đó giảm lực cắt; vật liệu dòn ta nhận được phoi vụn, tải trọng tập trung ở mũi dao nên chọn góc trước nhỏ để làm tĕng tuổi bền dao. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 54 + Vật liệu làm dao: Đối với vật liệu làm dao chịu uốn tốt thì nên chọn góc trước có trị số lớn để giảm ma sát và biến dạng khi cắt. Đối với vật liệu làm dao dòn nên chọn γ nhỏ (thường γv <0) để tránh lưỡi dao bị vỡ khi cắt. + Điều kiện gia công: Khi gia công thô, chọn γ lớn để giảm lực Pz. Gia công tinh chọn γ nhỏ để có thể tĕng góc sau α. - Chọn góc sau α: Nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đối với α là chiều dày cắt a. Khi a giảm ma sát mặt sau tĕng, dao chóng mòn và làm cho lực cắt Py tĕng. Vì vậy khi gia công tinh nên chọn α lớn. - Chọn góc nghiêng chính φ và góc nghiêng phụ φ1: Các góc này có ảnh hưởng rất lớn đến độ cứng vững của hệ thống công nghệ. Trong khi cắt nếu s và t không đổi, cho góc φ thay đổi thì các thông số của diện tích lớp cắt a, b cũng thay đổi, dẫn đến các thành phần lực thay đổi. Thực nghiệm cho thấy nếu φ càng lớn thì rung động ít, tĕng độ cứng vững. Còn φ1 càng nhỏ thì độ bóng càng tĕng. - Chọn góc nâng của lưỡi cắt chính λ: Góc nâng của lưỡi cắt chính λ có ảnh hưởng đến phương thoát phoi, sức bền của lưỡi cắt và điều kiện cắt vào kim loại của từng điểm trên lưỡi cắt. Mũi dao thấp nhất khi λ>0, lúc đó điểm tiếp xúc đầu tiên của dao và chi tiết nằm phía trong của đỉnh dao do đó dao ít bị mẻ. Nếu λ<0 thì điểm tiếp xúc nằm ở đỉnh dao cho nên khi có tải trọng va đạp thì đầu dao dễ bị vỡ. + Khi gia công thô nên chọn λ>0 để đầu dao bền. + Khi gia công tính nên chọn λ<0 để phoi không đập vào bề mặt gia công. + Khi gia công có va đập bằng dao hợp kim cứng, sứ và kim cương thì chọn λ≥0. - Chọn bán kính mũi dao r: Bán kính mũi dao càng lớn, độ bóng gia công càng cao, đồng thời truyền nhiệt tốt làm tuổi bền của dao tĕng, nhưng nếu r quá lớn dễ gây ra rung động (hình 2.30a). Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 55 Để làm tĕng độ bóng bề mặt gia công dao còn có lưỡi dao còn có lưỡi cắt ngang với chiều dài bằng L = (1,2 ÷ 1,5)s (hình 2.30b). a. lưỡi dao có bán kính r b. lưỡi dao có lưỡi cắt ngan L Hình 2.30. Trị số của các góc và bán kính mũi dao được tra trong sổ tay công nghệ chế tạo máy. 2.5. Xác định chế độ cắt hợp lý khi gia công 2.5.1. Chọn chiều sâu cắt - Khi gia công thô chọn t = h (lượng dư gia công) như vậy chỉ cần một lần ĕn dao - Khi gia công bán tinh với lượng dư một phía h > 2 mm, nên cắt 2 lần + Lần thứ nhất: t1 = (2/3  3/4). h + Lần thứ nhất: t1 = (1/4  1/3). h - Gia công tinh cần độ bóng cao, có thể cắt 3 lần 2.5.2. Chọn lượng chạy dao Sau khi xác định t, ta chọn s, s bị hạn chế bởi; - Khi gia công thô: Độ bền, độ cứng vững của thân dao, độ bền của mảnh hợp kim, sức bền của cơ cấu chạy dao, độ cứng vững của chi tiết gia công và khả nĕng kẹp chặt chi tiết trên máy - Khi gia công bán tinh và tinh: Độ cứng vững của chi tiết gia công và thân dao, độ chính xác và độ bóng bề mặt gia công Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 56 a. Chọn s theo sức bền thân dao: Hình 2.31. - Khi cắt, do tác dụng của lực Pz dao có thể gãy do bị uốn. Để đảm bảo dao làm việc tốt, s phải được xác định như sau: Mu = Pz . l  [Mu] = W.[u] (N.mm) Trong đó: Mu – mô men uốn (N.mm) [Mu] - mô men uốn cho phép của thân dao (N.mm) l - chiều dài từ mũi dao đến mép của bàn dao (mm) W – mô đun chống uốn (mm3) [u] - ứng suất uốn cho phép (N/mm2) + Đối với thân dao hình chữ nhật: 2 .W 6 H B (mm3) Trong đó: B - chiều rộng của tiết diện thân dao (mm) H - chiều cao của tiết diện thân dao (mm) + Đối với thân dao tròn: W = D3/32 (mm3) Trong đó: D - đường kính thân dao (mm) - Trường hợp thân dao hình chữ nhật: Pz . l  [u] . 2 .W 6 H B B H l Pz Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 57 Hay Cp . tx . sy . Kp . l  [u] . 2 .W 6 H B   2 1 . . 6. . . . p uy x p p H B s C t K l  (mm/vòng) - Trường hợp thân dao tròn:   3 1 . 32. . . . p uy x p p D s C t K l   (mm/vòng) b. Chọn s theo sức bền của cơ cấu chạy dao: Khi cắt, lực hướng trục có xu hướng chống lại chuyển động của dao. Nếu lực này quá lớn thì có thể làm hỏng bánh rĕng nhỏ ĕn khớp với thanh rĕng , vì đó là khâu yếu nhất. Vì vậy phải chọn s để cơ cấu an toàn Trong các thuyết minh máy thường cho lực hướng trục cho phép [Px]. Muốn làm việc được thì: Px + f.(Pz + Py)  [Px] Trong đó: f - hệ số ma sát giữa xe dao và sống trượt của máy (thường f = 0,1) Vì Py /Pz = 1/2 , Px /Pz = 1/3 nên [Px]  Px + 0,1.(0,5Pz + Pz) = Px + 0,1.(3/2Px + 3Px) [Px]  1,45Px = 1,45 . Cp . tx . sy . Kp Suy ra:   1 1,45. . . p xy x p p P s C t K  (mm/vòng) c. Chọn s theo độ cứng vững của chi tiết gia công: Khi tiện nhất là các chi tiết dài đường kính bé do lực hướng kính mà chi tiết bị uốn cong. Khi tiện xong chi tiết sẽ có sai số về hình dạng và kích thước. Tuỳ theo phương pháp kẹp chi tiết mà độ cứng vững có thể lớn, nhỏ khác nhau. Do đó chi tiết được tiện sẽ không có hình dạng trụ như mong muốn mà có dạng tang trống. Lượng chạy dao s được chọn sao cho sau khi gia công xong, chi tiết vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 58 Sai số của chi tiết gây ra bởi 2 lực Pz và Py Hợp lực của 2 lực Pz và Py cho ta lực Q. Lực Q sẽ làm cho chi tiết bị uốn cong theo phương của nó. Độ võng f do Q gây ra được tính theo công thức: 2 2 z yQ P P  3 EJ Qlf K  Trong đó: l- chiều dài của chi tiết gia công, kể cả đoạn nằm trong mâm cặp của máy (mm) E- mô đun dàn hồi của vật liệu gia công N/mm2 J- mô men quán tính của tiết diện ngang của chi tiết gia công (mm4) J = .D4 /64  0,05D4 K- hệ số phụ thuộc cách gá của chi tiết Đối với chi tiết hình trụ thường có 3 phương pháp kẹp chi tiết như trên hình vẽ + Một đầu kẹp mâm cặp, đầu kia tự do K = 3 + Một đầu kẹp mâm cặp, đầu kia chống tâm K = 100 + Hai đầu chống tâm K = 48 Nếu lấy Py = 0,4Pz thì Q = 1,1Pz, ta có: 31,1. . EJ zP lf K  Để đảm bảo độ chính xác chi tiết gia công thì độ võng f phải nhỏ hơn độ võng cho phép [f] Nghĩa là: 31,1. . [f] EJ zP lf K   ta rút ra: 3 EJ.[ ] 1,1.z K fP l  Hay : 3 EJ.[ ] . . . 1,1. x y p p K fC t s K l  Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 59 Cuối cùng ta có:  3 3EJ1,1. . . .py xp p K f s l C t K  Trị số độ võng cho phép có thể chọn + Khi tiện thô: [f] = 0,2  0,4 mm + Khi tiện bán tinh: [f] = 0,1 mm + Khi tiện tinh: [f] = 0,2. mm,  - dung sai kích thước gia công Thường lấy [f] = 0,25.i mm, i - dung sai kích thước ở bước đang thực hiện. d. Đảm bảo độ bền của mãnh hợp kim cứng Để bảo đảm bền cho mãnh hợp kim cứng, cần có điều kiện:  z zP P Trong đó: [Pz]: lực lớn nhất cho phép tác dụng lên mãnh hợp kim cứng (N) Vậy:   4 . . . [P ] . . xpz ypz Pz pz z zypz xpz Pz pz C t s k P S C t k   (mm/vòng) e. Độ nhẵn bề mặt gia công Khi gia công tinh lượng chạy dao còn phụ thuộc vào độ nhấp nhô bề mặt gia công. Được xác định theo công thức thực nghiệm: - Khi cắt thép: 0,651,075 .0,21 zR rS  - Khi cắt gang: 1,15 .0,89 zR rS  Trong đó: r: bán kính mũi dao (mm) Rz: chiều cao nhấp nhô trung bình (µm) Sau khi tính được s1, s2, s3, s4, s5 ta chọn lượng chạy dao có trị số nhỏ nhất rồi đem so với lượng chạy dao có trên máy gia công. Lượng chạy dao trên máy có thể chọn bằng hoặc nhỏ hơn lượng chạy dao tính toán. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 60 Nghĩa là:  1 2 3 4 5min , , , ,Ms s s s s s 2.5.3. Chọn vận tốc ... chỉnh kích thước đường kính bằng ren vít. Dao doa máy có loại có lỗ để lắp vào trục dao và loại chuôi côn lắp vào trục chính của máy. Dao doa có thể có rĕng liền hoặc rĕng chắp. Khi doa lỗ, việc xác định lượng dư cần được hết sức chú ý, nếu lượng dư quá lớn dao chịu tải nhiều, do đó dao chóng mòn, nếu lượng dư nhỏ quá, dao dễ bị trượt, kẹt ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt. Thông thường với các lỗ ф5 ÷ ф80mm, chọn lượng dư khi doa thô khoảng 0,2 ÷ 0,4mm, khi doa tinh khoảng 0,05÷0,15mm. Khi doa thường sử dụng tốc độ cắt thấp (8 ÷ 10m/ph) và lượng tiến dao lớn 0,8 ÷ 1,5mm/vòng (khi doa thép), 1,7 ÷ 3 mm/vg (khi doa ngang). Hình 6.28. Dao Doa Dao doa khi lắp vào trục chính máy thường xảy ra hiện tượng lay rộng lỗ do nhiều nguyên nhân như: do độ không đồng tâm giữa trục dao doa và trục chính của máy, do mài dao doa không đều, xuất hiện hiện tượng lẹo dao ở một số lưỡi cắt. Để tránh hiện tượng trên, ngoài khắc phục các nguyên nhân, thường trục dao doa được lắp tuỳ động, dao doa khi đó được định hướng theo lỗ gia công. Để đảm bảo độ chính xác khi doa tuỳ động, người ta sử dụng bạc dẫn hướng trục dao. Ngoài dùng trục dao tuỳ động, còn có thể dùng dao doa tuỳ động, dao doa tuỳ động thường có hai lưỡi, lưỡi dao có khả nĕng xê dịch ít nhiều theo hướng kính để tự lựa theo lỗ gia công. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 147 Doa thường chỉ dùng gia công các lỗ tiêu chuẩn, không nên doa các lỗ quá lớn (ф > 80 mm), lỗ phi tiêu chuẩn, lỗ ngắn, lỗ có rãnh dọc, lỗ có vật liệu quá cứng hoặc quá mềm. Nĕng suất khi doa không cao; dao doa chế tạo phức tạp; yêu cầu về độ chính xác, độ mòn của dao doa khắt khe, cho nên chỉ dùng doa khi cần thiết. 6.4.3. Tiện trong lỗ Tiện lỗ là phương pháp thường dùng để gia công các lỗ có sẵn khi tạo phôi (lỗ rèn, đúc sẵn), các lỗ phi tiêu chuẩn, lỗ lớn, lỗ ngắn. Vì khi gia công những lỗ nhỏ, dài, kích thước dao tiện lỗ bị giới hạn bởi kích thước lỗ gia công nên độ cứng vững của trục dao thấp. Tiện lỗ tuỳ thuộc vào hình dạng và kích thước chi tiết, có thể thực hiện theo một trong hai cách: + Cách thứ nhất là chi tiết quay, dao thực hiện chuyển động tiến dao, cách này thường dùng trên các máy tiện vạn nĕng, tiện đứng, tiện rơ-vôn-ve + Cách thứ hai là chi tiết đứng yên, dao quay kết hợp với tiến dao thường dùng trên các máy doa. Hình 6.29. Sơ đồ tiện lỗ trên máy tiện và máy doa Để nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt khi tiện lỗ, người ta thường dùng bạc dẫn hướng để nâng cao độ cứng vững của trục dao. Trên máy tiện, bạc dẫn hướng có thể gá đặt trên đồ gá hoặc trên máy và điều chỉnh để đường tâm trục dao trùng với tâm quay của chi tiết. a) b) d) c) Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 148 Trên máy doa, trục dao có thể dẫn hướng một phía hoặc dẫn hướng hai phía. Khi dẫn hướng hai phía, trục dao được lắp tuỳ động. Khi tiện lỗ để giảm bớt ảnh hưởng của lực cắt có thể bố trí hai dao đối xứng nhau. Tiện lỗ trên máy tiện tương tự như khi tiện mặt trụ ngoài, nhưng dao tiện lỗ thường có góc sau lớn hơn so với dao tiện ngoài và thường gá dao cao hơn tâm của chi tiết để giảm bớt khả nĕng gây rung động và cọ xát mặt sau của dao vào mặt gia công. Dao tiện lỗ lắp trên trục dao sau khi điều chỉnh được giữ chặt bằng ren vít. Điều chỉnh dao cho kích thước đường kính lỗ có thể kiểm tra bằng pan-me hoặc bằng đồng hồ so. 6.4.4. Mài lỗ Mài lỗ là là phương pháp gia công tinh các lỗ có yêu cầu độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao. Mài lỗ có thể đạt cấp chính xác 7 – 6, Ra = 3,2 – 0,2 μm. Chuyển động cắt và bản chất của quá trình mài lỗ tương tự như mài tròn ngoài nhưng phạm vi sử dụng hạn chế nhiều so với mài tròn ngoài, vì kích thước của đá mài lỗ bị khống chế bởi kích thước lỗ gia công. Để đảm bảo độ chính xác, chất lượng bề mặt khi gia công cùng như nâng cao nĕng suất, trục đá và đá mài cần chọn đủ lớn để đảm bảo độ cứng vững khi gia công. Đường kính đá mài thường chọn từ 0,7 ÷ 0,9 đường kính lỗ gia công. Mài lỗ có thể thực hiện trên các máy mài lỗ, máy mài tròn vạn nĕng, máy mài lỗ không tâm Mài lỗ thường dùng trong các trường hợp sau: + Mài các lỗ có độ cứng cao (lỗ đã qua tôi). + Mài các lỗ lớn, lỗ phi tiêu chuẩn, lỗ có kết cấu không thuận tiện cho các phương pháp gia công khác và có yêu cầu độ chính xác cao. + Mài các lỗ cần sửa lại sai lệch về vị trí tương quan của lỗ do các nguyên công trước để lại. 6.4.4.1. Mài lỗ có tâm: có hai cách thực hiện là chi tiết quay và chi tiết đứng yên. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 149 * Chi tiết quay: Thông thường các chi tiết nhỏ dạng tròn xoay dễ gá trên mâm cặp như: đĩa, bạc, bánh rĕng thường được dùng theo cách thứ nhất. Khi đó chuyển động quay của chi tiết ngược chiều với chuyển động quay của đá mài. Ngoài ra còn chọn chiều rộng của đá, lượng tiến dao dọc và lượng tiến dao ngang. Hình 6.30. Mài lỗ khi chi tiết gá trên mâm cặp * Chi tiết đứng yên: được áp dụng cho chi tiết lớn và có hình dạng phức tạp, cồng kềnh như thân động cơ, thân hộp rất khó khĕn để có thể quay tròn khi gá đặt. Trong trường hợp này ngoài chuyển động quay của đá mài và các chuyển dộng chạy dao còn có thêm chuyển động quay hành tinh của đá xung quanh tâm lỗ gia công. 6.4.4.2. Mài lỗ không tâm: là phương pháp mài lỗ có nĕng suất cao, thường được dùng để gia công các chi tiết có yêu cầu độ đồng tâm cao giữa lỗ và mặt trụ ngoài trong sản suất hàng loạt lớn và hàng khối. Chi tiết gia công quay nhờ đá dẫn và các con lĕn đỡ, con lĕn ép. Đá mài ngoài chuyển động cắt khi quay còn thực hiện các chuyển động chạy dao dọc và ngang. Mài lỗ không tâm thường dùng để gia công những bạc thành mỏng cần bảo đảm độ đồng tâm cao giữa lỗ và đường kính ngoài. Khi đó mặt ngoài phải gia công tinh để làm chuẩn. Hình 6.31. Mài lỗ không tâm Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 150 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày cách chọn phôi và các phương pháp chuẩn bị phôi. 2. Trình bày đặc điểm, khả nĕng công nghệ và phạm vi sử dụng của các phương pháp gia công mặt phẳng (Bào – xọc, phay, mài). 3. Trình bày đặc điểm, khả nĕng công nghệ và phạm vi sử dụng của các phương pháp gia công mặt trụ ngoài (tiện mặt trụ ngoài, mài mặt trụ ngoài). 4. Trình bày đặc điểm, khả nĕng công nghệ và phạm vi sử dụng của các phương pháp gia công mặt trụ trong (khoan, khoét, doa, tiện, mài). 5. Trình bày phương pháp gia công ren (tiện ren, phay ren). 6. Trình bày các phương pháp gia công mặt định hình. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 151 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ 7.1. Ý nghĩa của công việc chuẩn bị sản xuất Bất cứ sản phẩm nào trước khi đưa vào sản xuất đều phải qua giai đoạn chuẩn bị sản xuất. Một trong những công việc chính của công tác chuẩn bị sản xuất là thiết lập quy trình công nghệ gia công cơ. Thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ là lập nên những vĕn kiện, tài liệu để phục vụ và hướng dẫn cho việc gia công các chi tiết trên máy, bao gồm cả việc thiết kế những trang bị cần thiết. Mục đích là nhằm hướng dẫn công nghệ, lập các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, kế hoạch sản xuất và điều hành sản xuất. Mức độ phức tạp của QTCN phụ thuộc vào dạng sản xuất. Trong sản xuất loạt nhỏ, đơn chiếc quy trình công nghệ chỉ bao gồm trình tự các nguyên công với một số thông số cần thiết như chỉ rõ máy, dao, thời gian gia công, bậc thợ... Còn sản xuất loạt lớn, hàng khối thì quy trình rất quy mô, tỷ mỷ, ... Để một quy trình công nghệ thiết kế ra được tốt thì phải có các điều kiện sau: - Phải đảm bảo chất lượng sản phẩm. - Phương pháp gia công phải kinh tế nhất. - Áp dụng được những thành tựu mới nhất trong khoa học kỹ thuật. - Phải thích hợp với điều kiện cụ thể của nhà máy, khả nĕng và lực lượng cán bộ, công nhân, thiết bị... - Phải tranh thủ sử dụng các sáng kiến kinh nghiệm hợp lý hóa sản xuất. - Ứng dụng những hình thức tổ chức sản xuất tiên tiến. Có hai trường hợp lập quy trình công nghệ, một là khi thiết kế một nhà máy mới, hai là trong những điều kiện của một nhà máy đang hoạt động. Thiết kế quá trình công nghệ nhằm mục đích hướng dẫn công nghệ, xác lập các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, kế hoạch sản xuất và điều hành sản xuất. Ngày nay do nhu cầu xã hội về đa dạng hoá sản phẩm, thay đổi mẫu mã nhanh, người ta đã tạo ra quá trình công nghệ linh hoạt. Quá trình công nghệ được thiết lập cần phải có độ tin cậy nhất định. Độ tin cậy có thể do yếu tố chủ quan và khách quan Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 152 7.2. Các tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình công nghệ Muốn thiết kế một quy trình công nghệ tốt, trước hết chúng ta phải có các tài liệu ban đầu sau: - Bản vẽ chế tạo của chi tiết với đầy đủ: + Mặt cắt, hình chiếu diễn tả rõ ràng. + Ghi đầy đủ kích thước, dung sai và các điều kiện kỹ thuật khác. + Ghi rõ những chỗ cần gia công đặc biệt (ví dụ: gia công khi lắp). + Ghi rõ vật liệu, phương pháp nhiệt luyện, độ cứng yêu cầu. - Sản lượng chi tiết kể cả thành phần dự trữ. - Hình vẽ bộ phận của sản phẩm trong đó có chi tiết gia công. - Những tài liệu về thiết bị: thuyết minh máy, các tiêu chuẩn dao, đồ gá... Ngoài ra, còn cần có các tài liệu, sổ tay khác như: tiêu chuẩn xác định lượng dư, dung sai, vật liệu, sổ tay về đồ gá, tiêu chuẩn về chế độ cắt, định mức kinh tế - kỹ thuật... - Yªu cÇu kü thuËt cña s¶n phÈm: * TÝnh n¨ng sö dông * ChØ tiªu kü thuËt * VËt liÖu - Qui m« s¶n xuÊt: * S¶n l-îng hay tÝnh thêi gian thêi gian * Nhu cÇu (thÞ tr-êng) tr-êng) - §iÒu kiÖn s¶n xuÊt: §iÒu kiÖn xuÊt: §iÒu kiÖn s¶n xuÊt n¬i thùc hiÖn c«ng hiÖn c«ng nghÖ -Kh¶ n¨ng c«ng nghÖ: ThiÕt kÕ qu¸ tr×nh tr×nh c«ng ghÖ, so s¸nh so s¸nh vµ chän ph-¬ng ph-¬ng ¸n tèi -u - Qu¸ tr×nh c«ng c«ng nghÖ hîp lý -Qu¸ tr×nh c«ng c«ng nghÖ tèi -u: -u: * Tèi -u ho¸ ho¸ ph-¬ng ¸n c«ng c«ng nghÖ * Tèi -u ho¸ qu¸ ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ §Çu vµo ChuyÓn ®æi §Çu ra Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 153 7.3. Trình tự thiết kế một quy trình công nghệ Thiết kế quy trình công nghệ nên theo trình tự như sau: - Nghiên cứu bản vẽ chi tiết, kiểm tra lại tính công nghệ của nó. - Phân loại chi tiết, sắp đặt vào các nhóm. - Xác định dạng sản xuất. - Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi. - Xác định chuẩn và chọn cách định vị, kẹp chặt cho mỗi nguyên công. - Lập thứ tự các nguyên công. - Chọn máy cho mỗi nguyên công. - Tính lượng dư giữa các nguyên công và dung sai nguyên công. - Chọn dụng cụ cắt và dụng cụ đo lường. - Chọn đồ gá, nếu cần thì thiết kế đồ gá. - Xác định chế độ cắt. - Định bậc thợ. - Định mức thời gian và nĕng suất, tính toán kinh tế, so sánh phương án. - Ghi vào phiếu công nghệ, vẽ các sơ đồ nguyên công. 7.4. Một số bước cơ bản khi thiết kế quy trình công nghệ 7.4.1. Kiểm tra tính công nghệ trong kết cấu chi tiết Tính công nghệ trong kết cấu là một tính chất quan trọng của sản phẩm hoặc chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lượng tiêu hao kim loại ít nhất, khối lượng gia công và lắp ráp ít nhất, giá thành chế tạo thấp nhất trong điều kiện và quy mô sản xuất nhất định. Khi nghiên cứu nâng cao tính công nghệ của kết cấu cơ khí, ta phải dựa vào một số cơ sở sau đây: Tính công nghệ của kết cấu phụ thuộc rất nhiều vào quy mô sản xuất, tính chất hàng loạt của sản phẩm. Vì quy mô sản xuất và tính hàng loạt quyết định rất nhiều mức độ hợp lý của việc sử dụng phương pháp công nghệ này hay phương pháp công nghệ khác trong việc chế tạo sản phẩm. Việc ứng dụng vào thực tế một phương hướng công nghệ nào đó đòi hỏi phải tiến hành hàng loạt công việc và chi phí để trang bị máy móc, đồ gá, dụng cụ... Do đó, khi thiết kế phải lưu ý đến tính công nghệ của kết cấu. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 154 Tính công nghệ của kết cấu cần phải được nghiên cứu đối với toàn bộ sản phẩm. Nếu chỉ tách riêng từng chi tiết riêng lẻ ra để nghiên cứu tính công nghệ thì có thể dẫn đến sự thay đổi rất nhiều, có khi xét toàn bộ sản phẩm thì tính công nghệ trong kết cấu lại kém đi. Nghiên cứu tính công nghệ của kết cấu phải được đặt ra và giải quyết triệt để trong từng giai đoạn của quá trình sản xuất. Vì quá trình sản xuất một mặt hàng rất phức tạp nên phải được xem xét từng bước về kết cấu để tìm cách giải quyết hợp lý các vấn đề nhằm đưa lại hiệu quả kinh tế lớn nhất. Nghiên cứu tính công nghệ của kết cấu phải tính đến đặc điểm của nơi sẽ sản xuất ra sản phẩm ấy. Những điểm trên nói lên tính tương đối về tính công nghệ của kết cấu trong gia công và lắp ráp. Một kết cấu có tính công nghệ cao ở xí nghiệp này nhưng chưa hẳn là cao ở xí nghiệp khác. Trong thực tế, thường dùng hai chỉ tiêu chính là khối lượng lao động và khối lượng vật liệu tiêu tốn để chế tạo ra sản phẩm. Đối với quá trình gia công cắt gọt, tính công nghệ của kết cấu chi tiết máy được xét trên cơ sở các yêu cầu cụ thể như sau: - Giảm lượng vật liệu cắt gọt bằng cách thiết kế phôi và các bề mặt gia công hợp lý, xác định chính xác lượng dư gia công, giới hạn khối lượng cắt gọt chỉ ở những bề mặt quan trọng. - Giảm quãng đường chạy dao khi cắt. - Đơn giản hóa kết cấu, đảm bảo gia công kinh tế (tách chi tiết phức tạp thành các chi tiết đơn giản, dễ gia công, gá được nhiều chi tiết khi gia công). - Tạo điều kiện sử dụng dụng cụ tiêu chuẩn, thống nhất. - Đảm bảo dụng cụ cắt làm việc thuận tiện, không bị va đập khi cắt. - Đảm bảo chi tiết đủ cứng vững, tạo điều kiện cắt gọt với chế độ cắt lớn. - Góp phần giảm phí tổn điều chỉnh thiết bị, trang bị công nghệ, giảm số lần gá đặt chi tiết khi gia công. - Phân biệt rõ ràng giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công. ***. Một số ví dụ về tính công nghệ của chi tiết máy: - Đảm bảo độ cứng vững khi gia công: Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 155 a) Chi tiết có thành mỏng nên kém cứng vững khi gia công lỗ b) Chi tiết có thêm gân trợ lực để tĕng cứng vững khi gia công - Đảm Bảo kết cấu đơn giản, dễ gia công a) Kết cấu phức tạp, rất khó gia công b) Kết cấu gồm hai chi tiết nên dễ gia công hơn - Tiết kiệm vật liệu a) Kết cấu tốn nhiều vật liệu b) Kết cấu gồm hai chi tiết nên tốn ít vật liệu hơn - Tạo điều kiện nâng cao nĕng suất gia công Hình 7.1 Hình 7.2 Hình 7.3 Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 156 a) Kết cấu hạn chế khả nĕng gia công nhiều chi tiết cùng một lúc b,c) Kết cấu cho phép gia công nhiều chi tiết cùng một lúc - Tạo điều kiện dùng dụng cụ cắt tiêu chuẩn để tĕng nĕng suất a) Sử dụng dao phay ngón để gia công rãnh then nên nĕng suất thấp b) Sử dụng dao phay đĩa để gia công nên nĕng suất cao hơn - Phân biệt rõ bề mặt gia công và bề mặt không gia công a) Kết cấu chưa phân biệt rõ mặt gia công và không gia công b) Kết cấu hợp lý hơn 7.4.2. Xác định lượng dư gia công Hình 7.4 Hình 7.5 Hình 7.6 Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 157 7.4.2.1. Khái niệm và định nghĩa Muốn đạt được chi tiết có hình dạng, kích thước và chất lượng theo yêu cầu kỹ thuật thiết kế 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 lớp kim loại nhất định. Lớp kim loại được hớt đi trong quá trình gia công được gọi là lượng dư gia công. Lượng dư gia công cơ là lớp kim loại được hớt đi khỏi bề mặt phôi trong quá trình gia công cơ khí để đạt được những yêu cầu kỹ thuật của chi tiết do người thiết kế yêu cầu. Ý Nghĩa: Xác định lượng dư gia công hợp lý sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế. + Lượng dư gia công quá lớn sẽ dẫn đến: - Tốn vật liệu, làm cho hệ số sử dụng vật liệu giảm xuống. - Tĕng khối lượng để gia công chi tiết. - Tốn nĕng lượng điện (vì phải cắt nhiều lần hoặc phải dùng máy có công suất lớn). - Hao mòn dụng cụ cắt. - Máy mòn nhanh. - Vận chuyển nặng. Ngoài ra, lượng dư lớn còn gây khó khĕn cho việc gia công trên máy điều chỉnh sẵn, tĕng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ, làm giảm độ chính xác gia công. Tất cả những yếu tố trên làm cho giá thành của sản phẩm tĕng. + Lượng dư gia công quá nhỏ sẽ dẫn đến: - Lượng dư không đủ để hớt đi sai lệch của phôi. - Lượng dư quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng trượt giữa dao và chi tiết, dao sẽ bị mòn nhanh, bề mặt gia công không đạt được độ bóng cao. - Tĕng phế phẩm và tĕng giá thành sản phẩm. 7.4.2.2. Phân loại lượng dư gia công 1. Lượng dư trung gian: Lượng dư trung gian là lớp kim loại được hớt đi ở mỗi bước hay mỗi nguyên công. Lượng dư trung gian là hiệu số kích thước do bước hay nguyên công sát Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 158 trước để lại và kích thước do bước (hay nguyên công) đang thực hiện tạo nên. Ta ký hiệu lượng dư trung gian là Zb. + Đối với trường hợp gia công mặt ngoài: Zb = a – b (7.1) + Đối với trường hợp gia công mặt trong: Zb = b – a (7.2) Ở đây:- Zb: Lượng dư trung gian. - a: Kích thước của bước hay nguyên công sát trước để lại - b: Kích thước của bước hay nguyên côngđang thực hiện tạo nên. Hình 7.7. lượng dư gia công a- gia công mặt ngoài; b- gia công mặt trong 2. Lượng dư tổng cộng: Lượng dư tổng cộng là lớp kim loại cần hớt đi trong tất cả các nguyên công(hay các bước). Lượng dư tổng cộng được ký hiệu bằng Z0 và bằng hiệu số kích thước của phôi và của chi tiết. + Đối với trường hợp gia công mặt ngoài: Z0 = ap- act (7.3) + Đối với trường hợp gia công mặt trong: Z0 = act - ap (7.4) Ở đây : Z0 - Lượng dư tổng cộng. ap - Kích thước của phôi. act - Kích thước của chi tiết. Như vậy lượng dư tổng cộng bằng tổng các lượng dư trung gian: Z0 = n biZ 1 (7.5) Ở đây; n là tổng số bước hoặc nguyên công. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 159 3. Lượng dư đối xứng: Lượng dư đối xứng tồn tại khi gia công các mặt tròn xoay (tròn ngoài, tròn trong) đối xứng khi gia công các mặt phẳng đối xứng. Khi gia công mặt tròn ngoài Zb = 2 ba dd  (7.6) Hoặc 2Zb = da-db và 2Zb= la-lb (7.7) Khi gia công mặt tròn trong Zb = 2 ab dd  (7.8) Hoặc 2Zb= db-da và Zb= lb -la (7.9) Ở đây : 2Zb là lượng dư gia công đường kính hoặc lượng dư hai phía khi gia công các mặt đối xứng; da và db là kích thước bề mặt ở bước hay nguyên công trước (da) và ở bước hay nguyên công đang thực hiện (db); la và lb là kích thước giữa các mặt phẳng ở bước hay nguyên công trước (la) và ở bước hay nguyên công đang thực hiện (lb). 4. Lượng dư không đối xứng: Lượng dư không đối xứng tồn tại khi các bề mặt được gia công không phụ thuộc lẫn nhau (hình 7.9) Hình 7.8. Lượng dư đối xứng a- gia công mặt ngoài; b- gia công mặt trong Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 160 Như vậy ta có; Zb1 = a1- b1 (7.10) Zb2 = a2- b2 (7.11) Lượng dư gia công một phía là một trường hợp đặc biệt của lượng dư gia công không đối xứng khi có một bề mặt đối diện không được gia công. 7.4.2.3. Phương pháp xác định lượng dư Trong ngành chế tạo máy thường áp dụng hai phương pháp xác định lượng dư gia công: Phương pháp thống kê - kinh nghiệm và phương pháp tính toán - phân tích. 1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm: Phương pháp thống kê kinh nghiệm được phổ biến trong sản xuất. theo phương pháp này thì lượng dư gia công được xác định bằng tổng giá tri lượng dư theo kinh nghiệm. Nhược điểm của phương pháp này là không tính đến điều kiện gia công cụ thể, nên lượng dư gia công thường lớn hơn giá trị cần thiết.giá trị lượng dư của các bước (hay nguyên công) được cho trong sổ tay công nghệ chế tạo máy. 2. Phương pháp tính toán - phân tích: Phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố tạo thành lượng dư do giáo sư Kovan đề xuất. Hình 7.9. Lượng dư không đối xứng Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 161 Khi gia công loạt chi tiết trên máy được điều chỉnh sẵn, vì kích thước của phôi dao động trong phạm vi dung sai, nghĩa là amin đến amax, cho nên kích thước của chi tiết đạt được là bmin và bmax. Lượng dư gia công tương ứng là Zbmin và Zbmax (hình 7.10) Trong trường hợp này ta có: Zbmin = amin - bmin (7.12) Zbmax = amax - bmax (7.13) Thay amax = amin + a và bmax = bmin + b vào công thức (6.13) ta được: Zbmax = amin + a - bmin - b Hoặc Zbmax = Zbmin + a - b (7.14) Đối với trường hợp gia công mặt tròn ngoài đối xứng có các công thức sau: 2Zbmin = Damin - Dbmin (7.15) 2Zbmax = Damax – Damin (7.16) Khi gia công mặt tròn trong đối xứng (hình 6.5) ta có: 2Zbmin = Dbmax - Damax (7.17) 2Zbmax = Dbmin – Damin (7.18) Hình 7.10. Phôi có kích thước nhỏ nhất và lớn nhất Ymax,Ymin-biến dạng lớn nhất và nhỏ nhất; CH –kích thước điều chỉnh Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 162 Lượng dư trung gian là lượng dư gia công ứng với từng bước công nghệ, phải đảm bảo loại trừ được các sai số ở bước công nghệ sát trước và sai số gá đặt ở nguyên công đang thực hiện. Như vậy lượng dư trung gian nhỏ nhất (hình 7.12) bao gồm các yếu tố sau đây: - Rza: là chiều cao nhấp nhô do nguyên công hay bước sát trước để lại. - Ta: là chiều sâu lớp hư hỏng bề mặt do nguyên công hay bước sát trước để lại. - ρa: là sai lệch vị trí không gian do nguyên công hay bước sát trước để lại. sai lệch này là độ cong vênh, độ lệch tâm, độ không song song của chi tiết. - b : sai số gá đặt do nguyên công (hay bước) đang thực hiện tạo nên. Hình 7.11. Phôi có kích thước nhỏ nhất và lớn nhất Ymax,Ymin – biến dạng lớn nhất và nhỏ nhất; CH – kích thước điều chỉnh Hình 7.12. Các yếu tố tạo thành lượng dư gia công Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 163 Như vậy lượng dư nhỏ nhất Zbmin được xác định như sau: Khi gia công mặt phẳng ngoài không đối xứng: Zbmin = amin – bmin = (Rza + Ta) + ρa + b (7.19) Khi gia công mặt phẳng trong không đối xứng: Zbmin = bmin – amin = (Rza + Ta) + ρa + b (7.20) Khi gia công mặt phẳng ngoài đối xứng: 2Zbmin = amin – bmin = 2((Rza + Ta) + ρa + b ) (7.21) Khi gia công mặt phẳng trong đối xứng: 2Zbmin = bmin – amin = 2((Rza + Ta) + ρa + b ) (7.22) Khi gia công mặt tròn ngoài đối xứng: 2Zbmin – damin – dbmin = 2(( Rza + Ta) + a b  ) (7.23) Vì phương của a và  b không trù ng nhau và khó xác định, cho nên khi tính 2Zbmin để gia công mặt tròn ngoài đối xứng ta phải dùng công thức: 2Zbmin = 2 2 2( )za a a bR T       (7.24) Khi gia công mặt tròn trong đối xứng ta cũng dùng công thức (7.24) để xác định 2Zbmin. Tuy nhiên, tùy từng điều kiện gia công cụ thể mà một số yếu tố tạo thành lượng dư trong các công thức (7.19)  (7.24) không tồn tại, do đó các công thức trên được rút gọn hơn nhiều. xét các trường hợp sau đây: Sau nguyên công đầu tiên đối với gang và kim loại màu thì Ta = 0, bởi vì gang và kim loại màu có độ hạt lớn và ít bị biến dạng dẻo, do đó lớp hư hỏng bề mặt do biến dạng dẻo gây ra không đáng kể. - Khi chuẩn định vị trùng với bề mặt gia công (như mài vô tâm, doa tùy động, chuốt lỗ, mài nghiền) thì sai số chuẩn b = 0. - Bước hay nguyên công lần cuối với mục đích tĕng độ bóng bề mặt thì 2Zbmin= 2Rza hay Zbmin Rza. - Bề mặt qua nhiệt luyện, sau đó qua mài, khi mài phải giữ laị lớp bề mặt đã sử lý nhiệt nên đại lượng Ta khi mài sau nhiệt luyện bằng 0. - Trị số pa tùy thuộc vào dạng phôi và kích thước phôi. Đối với phôi dập: ρa = 22 ck pp  (7.25) Ở đây: pk là độ lệch của khuôn dập; Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 164 pc là độ cong của đường tâm phôi (phụ thuộc vào chiều dài phôi). Độ cong của đường tâm phôi pc được xác định theo công thức: Pc = Lc . (7.26) Ở đây: c - độ cong đơn vị ( )/ mmm ; L - chiều dài của phôi(mm); Đối với các nguyên công (các bước) tiếp theo cần tính giá trị của sai lệch không gian còn lại pcl (p1;p2;p3) theo giá trị của sai lệch không gian ban đầu (sai lệch không gian của phôi pp) có tính đến hệ số giảm sai K. Ví dụ: sau khi gia công thô thì p1 = 0.06pp; sau khi gia công bán tinh thì p2= 0.04pp; sau khi gia công siêu tinh thì p3 = 0.03pp 7.4.3. Thiết kế các nguyên công 7.4.3.1. Chọn máy Khi gia công cắt gọt, máy cắt được xác định theo các nguyên tắc sau: - Máy được chọn phải đảm bảo thực hiện được phương pháp gia công đã xác định, ứng với chi tiết gia công. - Máy được chọn phải đảm bảo đạt yêu cầu chất lượng gia công. Thông thường chọn máy có cấp chính xác lớn hơn cấp chính xác cần thực hiện từ 1 từ 2 cấp. - Công suất và phạm vi điều chỉnh thông số công nghệ của máy phải tạo điều kiện gia công tốt, nghĩa là đạt chất lượng và nĕng suất gia công tốt. - Tùy thuộc vào dạng sản xuất mà chọn máy cho hợp lý. Với sản xuất loạt nhỏ, ta sử dụng máy vạn nĕng; với sản xuất lớn ta dùng các máy chuyên dùng. 7.4.3.2. Chọn chuẩn, phương án gá đặt phôi và trang bị công nghệ Chọn chuẩn công nghệ nhằm đảm bảo gá đặt phôi đạt hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cao. Phôi được gá đặt với trang bị công nghệ tiêu chuẩn, trang bị công nghệ tổ hợp từ các bộ phận tiêu chuẩn hay trang bị công nghệ chuyên dùng. 7.4.3.3. Xác định các thông số công nghệ Thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt gọt đối với chi tiết máy là: vận tốc cắt, số vòng quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, số lần cắt. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 165 Giá trị của các thông số công nghệ phụ thuộc từng phương pháp gia công, từng loại máy, từng kiểu trang bị công nghệ và tính chất của vật liệu gia công. Việc xác định thông số công nghệ trong thực tế chủ yếu bằng đồ thị hoặc tra trong sổ tay, rồi đối chiếu với phạm vi giá trị thực trên máy, kết hợp với việc kiểm tra lại công suất và nĕng suất gia công. Để đảm bảo chất lượng gia công và hiệu quả kinh tế, cần xác định giá trị tối ưu của thông số công nghệ. Nói chung, khi gia công thô thì mục tiêu chủ yếu là đạt nĕng suất gia công cao; ngược lại khi gia công tinh thì mục tiêu lại là chất lượng gia công. 7.4.3.4. Xác định thời gian gia công Thời gian gia công được xác định đảm bảo nguyên tắc tận dụng hiệu quả cao nhất vốn thời gian làm việc của trang thiết bị, dụng cụ công nghệ và sức lao động. Trong thực tế, thường xác định thời gian gia công theo hai phương pháp là bấm giờ và dựa vào định mức tiêu chuẩn. Nói chung, phương pháp bấm giờ sát thực tế hơn nên đạt hiệu quả tốt hơn vì thời gian cần thiết để thực hiện các công việc trong quá trình gia công được xác định trên cơ sở quan sát, phân tích từng động tác. 7.4.3.5. Xác định số lượng máy và công nhân Số lượng máy cần thiết cho một nguyên công được xác định theo tổng khối lượng của nguyên công, tính ra tổng giờ máy cần thiết, đối với sản lượng quy định và vốn thời gian làm việc thực tế hàng nĕm của một máy tùy theo chế độ làm việc hàng ngày (mấy ca/ngày). . . m M T KM T M  với: + T m là tổng giờ máy cần thiết để gia công sản lượng chi tiết (giờ/nĕm). + k là hệ số xét đến khả nĕng vượt định mức, tĕng nĕng suất (k = 0,9 _ 0,95). + T M là vốn thời gian làm việc thực tế của một máy theo chế độ một ca sản xuất hàng ngày (T M = 2200 giờ/nĕm). + m là số ca sản xuất hàng ngày (m = 1 đến 3). + M là số máy tính toán cần thiết cho nguyên công. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 166 Số lượng công nhân cần thiết cho nguyên công cũng được xác định trên cơ sở tổng khối lượng lao động của nguyên công hàng nĕm và vốn thời gian làm việc thực tế của một công nhân hàng nĕm theo chế độ một ca sản xuất hàng ngày. .n c T kR T  với: + T n là tổng giờ người cần thiết cho cả sản lượng (giờ/nĕm). + TC là vốn thời gian làm việc thực tế của một công nhân theo chế độ một ca sản xuất hàng này (TC = 2000 giờ/nĕm). 7.4.4. So sánh các phương án công nghệ Khi thiết kế quy trình công nghệ gia công cơ các chi tiết máy, điều mong muốn nhất của chúng ta là đạt hiệu quả kinh tế cao nhất hoặc là tối ưu. Vì vậy, cần phải tiến hành phân tích tính kinh tế trong thiết kế quy trình công nghệ gia công. Khi so sánh các phương án công nghệ cần chú ý đến sản lượng giới hạn (NG). Giá trị NG cho biết phạm vi ứng dụng kinh tế của từng phương án công nghệ. Khi hai phương án công nghệ có giá thành gia công là G1 và G2 xấp xỉ nhau, hoặc trong điều kiện thiết bị hiện có thiết kế các phương án công nghệ khác nhau thì chúng ta phải dựa vào giá thành gia công của nó để so sánh. Trường hợp 1: - Phương án công nghệ có số nguyên công khác nhau ít. Khi sản lượng không đổi, có thể cĕn cứ vào công thức tính giá thành sản phẩm cho chi tiết. - Phương án công nghệ có nhiều nguyên công khác nhau, cần so sánh giá thành cả nĕm. Trường hợp 2: Khi đầu tư cơ bản của hai phương án khác biệt nhau rất lớn. Lúc này người ta cĕn cứ vào “thời gian hoàn vốn” để so sánh. Bài giảng:Kỹ thuật Chế tạo máy GVC. Trương Quang Dũng Trang 167 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Cho biết ý nghĩa của công việc chuẩn bị sản xuất. 2. Trình bày các tài liệu ban đầu để thiết kế quy trình công nghệ. 3. Trình tự thiết kế một quy trình công nghệ. 4. Trình bày một số bước cơ bản khi thiết kế quy trình công nghệ. 5. Trình bày các phương pháp thiết kế quá trình công nghệ gia công chi tiết máy 6. Một số bước thiết kế cơ bản TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào, “Công nghệ chế tạo máy”, Trường ĐH. SPKT TP.HCM, năm 2000. [2]. Hồ Viết Bình, Lê Đăng Hoành, Nguyễn Ngọc Đào, “Đồ gá gia công cơ khí”, NXB Đà Nẵng, năm 2000. [3]. GS.TS. Trần Văn Địch, “Đồ gá”, NXB KH & KT, 2009. [4]. GS.TS. Trần Văn Địch, “Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Tập 1,2,3”, NXB KH & KT, 2002. [5]. PGS,TS. Phạm Đăng Phước, “Công nghệ chế tạo máy”, NXB Đà Nẵng, năm 2010.