Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Nguyễn Quang Hưng

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Nguyễn Quang Hưng

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TỌA HÀ NỘI Phạm Ngọc Dũng (Chủ biên) Nguyễn Quang Hưng Giáo trình CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY (Giáo trình dùng trong các trường THCN Hà Nội) NHÀ XUẤT BẢN HÀ NỘI - 2007 2
2. Lời giới thiệu Thực hiện chủ trương của lãnh đạo thành phố Hà Nội và thực hiện một trong những chương trình mục tiêu của sở giáo dục và đào tạo Hà Nội ,giai đoạn từ nay đến 2005 và tiếp đến 2010 , để đẩy mạnh đào tạo nhân lực bậc trung học chuyên nghiệp và dạy nghề phục vụ công nghiệp hoá , hiện đại hoá thủ đô ,đó là : Biên soạn bộ chương trình giảng dạy và giáo trình các môn học trong các trường trung học chuyên nghiệp Hà Nội . Bộ chương trình và giáo trình sẽ được sử dụng trong hệ thống các trường trung học chuyên nghiệp công lập, bán công, dân lập và tư thục Hà Nội . Trường trung học công nghiệp Hà Nội đã tổ chức biên soạn một số giáo trình cho ngành "Sửa chữa , khai thác thiết bị cơ khí ", chuyên ngành cắt gọt kim loạivà chuyên ngành sửa chữa. Đây là một cố gắng lớn của các cán bộ và giáo viên của trường cùng ngành giáo dục chuyên nghiệp thành phố từng bước thống nhất nội dung dạy và học ở các trường trung học chuyên nghiệp trên địa bàn thành phố Hà Nội . Nội dung của các giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung đã được giảng dạy gần 30 năm ở trường THCN Hà Nội và một số trường bạn có đào tạo cùng chuyên ngành , kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo . Các giáo trình được xây dựng trên cơ sở "Chương trình đào tạo trung học chuyên nghiệp ngành sửa chữa , khai thác thiết bị cơ khí , chuyên ngành cắt gọt kim loại và sửa chữa " đã được hội đồng thẩm định của bộ giáo dục và đào tạo thông qua ngày 12/4/2002 . Giáo trình do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm giảng dạy của trường trung học công nghiệp Hà Nội biên soạn , theo định hướng cơ bản , phù hợp cấp học , câp nhật kiến thức mới và có tính đến tính đa ngành và tính liên thông ; các giáo trình được trình bầy ngắn gọn, dễ hiểu phù hợp với đối tượng học sinh trung học và cũng rất bổ ích với đội ngũ kỹ thuật viên và công nhân kỹ thuật để nâng caokiến thức và tay nghề . Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn , song giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Hy vọng nhận được sự góp ý của các đồng nghiệp khác ở các trường và bạn đọc để những giáo trình được biên soạn tiếp hoặc tái bản lần sau có chất lượng tốt hơn. Mọi ý kiến xin gửi về trường trung học công nghiệp Hà Nội , địa chỉ 131 phố Thái Thịnh , quận Đống Đa , thành phố Hà Nội . Hiệu trưởng Trường trung học công nghiệp Hà Nội Phạm Đình Tân 3
3. Lời nói đầu Giáo trình công nghệ chế tạo máy được biên soạn trên cơ sở " Chương trình đào tạo trung học chuyên nghiệp ngành Sửa chữa, khai thác thiết bị cơ khí, chuyên ngành cắt gọt kim loại và sửa chữa" đã được Hội đồng thẩm định của Bộ giáo dục và Đào tạo thông qua ngày 12/4/2002 . Nội dung được biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu. Giáo trình là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo vì vậy người dạy và người học cần tham khảo thêm các tài liệu có liên quan đối với ngành học để việc sử dụng có hiệu quả hơn. Hiện nay, trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, sửa chữa và khai thác thiết bị cơ khí là một ngành quan trọng của nền kinh tế quốc dân, được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực công và nông nghiệp. Cồng nghệ chế tạo máy là một môn chuyên môn chủ yếu của ngành sửa chữa và khai thác thiết bị. Trang bị những kiến thức cơ bản để lập quy trình công nghệ gia công chế tạo, lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa các sản phẩm cơ khí và máy móc thiết bị sao cho đạt yêu cầu kỹ thuật và kinh tế phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể. Cán bộ kỹ thuật và công nhân trong ngành khai thác và sửa chữa thiết bị cơ khí được đào tạo phải có kiến thức cơ bản, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất như sử dụng, chế tạo, sửa chữa, lắp ráp Với mục đích đó, môn học này cung cấp những lí luận cơ bản và những kinh nghiệm để thiết kế, chế tạo, sửa chữa và khai thác máy. Giáo trình được biên soạn với dung lượng 90 tiết, bao gồm 18 chương với sự thống nhất chi tiết về nội dung trong từng chương của K.S Phạm Ngọc Dũng và K.S Nguyễn Quang Hưng. Trong quá trình biên soạn, giáo trình đã nhận được sự đóng góp ý kiến của tập thể giáo viên Trường Trung học Công nghiệp Hà Nội, đặc biệt là Ban Lý thuyết Cơ Sở. Các tác giả đã có rất nhiều cố gắng và tâm huyết trong quá trình biên soạn giáo trình, tuy nhiên do tính chất phức tạp của công việc biên soạn chắc chắn không thể tránh khỏi những chỗ chưa thoả đáng, những khiếm khuyết nhất định. Các tác giả rất mong được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để giáo trình hoàn thiện hơn nữa.Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Nhà xuất bản Hà Nội, Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội hoặc Ban Lý thuyết Cơ Sở Trường Trung học Công nghiệp Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn! Các tác giả 4
4. B ÀI M Ở Đ ẦU (1 tiết) i. vị trí môn học : Môn học Công nghệ chế tạo máy có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kỹ thuật về thiết kế, chế tạo các loại máy và các trang bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải Hiện nay, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí được đào tạo ra phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửa chữa và sử dụng. Chính vì vậy, để làm công nghệ được tốt cần có sự hiểu biết sâu sắc về các môn khoa học cơ sở như: sức bền vật liệu, nguyên lý máy, chi tiết máy, máy công cụ, nguyên lý cắt, dụng cụ cắt, vật liệu học Các môn tính toán và thiết kế đồ gá, thiết kế nhà máy cơ khí, tự động hoá quá trình sản xuất sẽ hỗ trợ tốt cho môn học Công nghệ chế tạo máy và là những vấn đề có quan hệ khăng khít với môn học này. ii. Tính chất môn học : Môn học Công nghệ chế tạo máy không những giúp cho người học nắm vững các phương pháp gia công các chi tiết có hình dạng, độ chính xác, vật liệu khác nhau và công nghệ lắp ráp chúng thành sản phẩm mà còn giúp cho người học khả năng phân tích, đánh giá so sánh ưu khuyết điểm của từng phương pháp để chọn ra phương pháp gia công thích hợp nhất, biết chọn quá trình công nghệ hoàn thiện nhất, vận dụng được kỹ thuật mới và những biện pháp tổ chức sản xuất tối ưu để nâng cao năng suất lao động. Mục đích cuối cùng của công nghệ chế tạo máy là nhằm đạt được: chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và hiệu quả kinh tế cao nhất có thể được. Công nghệ chế tạo máy có nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế và tổ chức thực hiện quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định trong điều kiện quy mô sản xuất cụ thể. Mặt khác nó nghiên cứu các quá trình hình thành các bề mặt chi tiết và lắp ráp chúng thành sản phẩm. Nó có mối liên hệ chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất, được tổng kết từ thực tế sản xuất trải qua nhiều lần kiểm nghiệm của sản xuất để không ngừng nâng cao trình độ kỹ thuật rồi được đem ứng dụng vào sản xuất để giải quyết những vấn đề phức tạp hơn, khó khăn hơn. 5
5. iii. Mục tiêu môn học : Mục tiêu của môn học là tạo điều kiện cho người học nắm vững, vận dụng có hiệu quả các phương pháp thiết kế, xây dựng; quản lý các quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí về kỹ thuật sản xuất và tổ chức sản xuất nhằm đạt được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo yêu cầu trong điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể. Môn học còn truyền đạt những yêu cầu về chỉ tiêu công nghệ cần thiết nhằm nâng cao tính công nghệ trong quá trình thiết kế các kết cấu cơ khí góp phần nâng cao hiệu quả chế tạo chúng. Tóm lại, ta nhận thấy rằng ngành Chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị, công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cần thiết để các ngành này phát triển. Vì vậy việc phát triển khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực Công nghệ chế tạo máy có ý nghĩa hàng đầu nhằm thiết kế, hoàn thiện, vận dụng các phương pháp chế tạo, tổ chức và điều khiển quá trình sản xuất đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Căn cứ vào yêu cầu sử dụng, thiết kế ra nguyên lý của thiết bị; từ nguyên lý thiết kế ra kết cấu thực, sau đó là chế thử để kiểm nghiệm kết cấu và sửa đổi hoàn thiện rồi mới đưa vào sản xuất hàng loạt. Nhiệm vụ của nhà thiết kế là thiết kế ra những thiết bị đảm bảo phù hợp với yêu cầu sử dụng, còn nhà công nghệ thì căn cứ vào kết cấu đã thiết kế để chuẩn bị quá trình sản xuất và tổ chức sản xuất. Nhưng giữa thiết kế và chế tạo có mối quan hệ rất chặt chẽ. Nhà thiết kế khi nghĩ tới những yêu cầu sử dụng của thiết bị đồng thời cũng phải nghĩ đến những vấn đề về công nghệ để sản xuất ra chúng. Vì vậy nhà thiết kế cũng cần phải nắm vững kiến thức về công nghệ chế tạo. Từ bản thiết kế kết cấu đến lúc ra sản phẩm cụ thể là một quá trình phức tạp, chịu tác động của nhiều yếu tố khách quan và chủ quan làm cho sản phẩm cơ khí sau khi chế tạo có sai lệch so với bản thiết kế kết cấu. Như vậy khi chuẩn bị công nghệ chế tạo cần chú ý khống chế sai lệch đó trong phạm vi chế tạo cho phép. IV. Khái quát về nội dung : Chương trình môn học được thực hiện trong 90 tiết, bao gồm 18 chương: _ Chương 1 : Các khái niệm. _ Chương 2 : Chất lượng bề mặt. _ Chương 3 : Độ chính xác gia công. _ Chương 4 : Chuẩn và cách chọn chuẩn. _ Chương 5 : Thiết kế quy trình công nghệ. _ Chương 6 : Phôi và lượng dư gia công. _ Chương 7 : Đúc. _ Chương 8 : Gia công bằng biến dạng dẻo. _ Chương 9 : Hàn và cắt kim loại. 6
6. _ Chương 10 : Gia công chuẩn bị. _ Chương 11 : Các phương pháp gia công mặt phẳng. _ Chương 12 : Các phương pháp gia công mặt trụ. _ Chương 13 : Gia công định hình. _ Chương 14 : Gia công chi tiết họ hộp. _ Chương 15 : Gia công bánh răng. _ Chương 16 : Gia công vật liệu siêu cứng. _ Chương 17 : Lắp ráp máy. _ Chương 18 : Công nghệ phục hồi chi tiết máy. Ngoài phần lý thuyết chuyên môn, cuốn sách còn cung cấp một số bài tập ví dụ tham khảo và một số câu hỏi ôn tập sau mỗi chương giúp học sinh nắm vững bài học hơn. 7
7. Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA (3 tiết) Mục tiêu bài học _ Cung cấp và trang bị cho học sinh những kiến thức về quá trình hình thành sản phẩm cơ khí và các dạng sản xuất. _ Thông qua bài học, học sinh nắm được và phân biệt được: + Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ. + Các thành phần của quá trình công nghệ. + Các dạng sản xuất và đặc điểm. Nội dung I. Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ: 1. Quá trình sản xuất: Quá trình sản xuất là quá trình mà con người tác động trực tiếp vào đối tượng sản xuất nhờ công cụ sản xuất, nhằm biến đổi tài nguyên thiên nhiên hoặc bán thành phẩm thành các sản phẩm hoàn chỉnh, cụ thể đáp ứng yêu cầu của xã hội. Quá trình này có thể bao gồm nhiều giai đoạn. Ví dụ: để có một sản phẩm cơ khí thì phải qua khai thác quặng, luyện kim, gia công cơ khí, gia công nhiệt và hoá, lắp ráp Nói một cách hẹp hơn thì 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 của nhà máy. Trong đó có các quá trình như: chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt và hoá, kiểm tra, lắp ráp cùng với hàng loạt quá trình phụ như vận chuyển, sửa chữa, bảo quản, chạy thử, điều chỉnh, bao bì Từ quan điểm công nghệ chúng ta cần nghiên cứu từng phần của quá trình sản xuất trên, một trong các quá trình đó là quá trình công nghệ. 2. Quá trình công nghệ: _ Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi trạng thái, tính chất của đối tượng sản xuất. Thay đổi trạng thái và tính chất bao gồm: thay đổi hình dáng kích thước, tính chất lý hoá của vật liệu, vị trí tương quan giữa các bộ phận của chi tiết. 8
8. + Quá trình công nghệ gia công cơ là quá trình cắt gọt phôi, nhằm tạo ra hình dáng, kích thước, độ nhẵn bề mặt, độ chính xác của chi tiết. + Quá trình công nghệ nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính chất vật lý và hoá 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 chế tạo phôi như đúc, gia công áp lực Như vậy ta thấy rằng xác định quá trình công nghệ hợp lý rồi ghi thành văn bản công nghệ thì văn bản đó gọi là quy trình công nghệ. Chính vì vậy mà một quy trình công nghệ tối ưu phải thoả mãn những điều cơ bản sau: + Nâng cao chất lượng sản phẩm. + Hoàn thành sản lượng đã đề ra và giá thành của sản phẩm phải là rẻ nhất. + Đảm bảo sự an toàn cho người lao động trong quá trình sản xuất. II. Các thành phần của quy trình công nghệ : a) Nguyên công: Là một phần của quá trình công nghệ được hoàn thành liên tục tại một chỗ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện. Nếu thay đổi một trong các điều kiện như: tính làm việc liên tục, hoặc chỗ làm việc thì ta đã chuyển sang một nguyên công khác. VD: ta tiện trục như hình vẽ sau: 9
9. f g e d a b c Hình 1.1 Tiện trục bậc Nếu ta tiện một đầu rồi trở đầu ngay để tiện đầu kia thì vẫn thuộc một nguyên công. Nhưng nếu tiện một đầu cho cả loạt xong rồi mới tiện đầu còn lại cũng cho cả loạt đó thì thành hai nguyên công. Hoặc là trên một máy chỉ tiện một đầu, còn đầu kia lại tiện trên một máy khác thì cũng là hai nguyên công. Mặt khác, sau khi tiện mặt trụ ở một máy, phay rãnh then ở trên máy khác thì cũng là hai nguyên công. Nguyên công còn là đơn vị cơ bản của quá trình công nghệ để hoạch toán và tổ chức sản xuất. Phân chia quá trình công nghệ ra thành các nguyên công có ý nghĩa: + ý nghĩa kỹ thuật là ở chỗ, tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà người kỹ thuật viên phải gia công các bề mặt của chi tiết đó bằng phương pháp mài, phay, khoan hay tiện + ý nghĩa kinh tế: phải tuỳ theo sản lượng và điều kiện sản xuất cụ thể mà chia nhỏ ra làm nhiều nguyên công (phân tán nguyên công) hoặc tập trung ở một vài nguyên công (tập trung nguyên công) nhằm mục đích đảm bảo sự cân bằng cho nhịp sản xuất. Hoặc trên một máy chính xác không nên làm cả việc thô và việc tinh mà phải chia thành hai nguyên công thô và tinh cho hai máy, máy chính xác và máy thô (vì máy gia công chính xác đắt hơn máy gia công thô). 10
10. b) Gá: Gá là một phần của nguyên công, được hoàn thành trong một lần gá đặt chi tiết. VD : gá tiện một đầu rồi đổi gá đầu kia là hai lần gá. Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều lần gá. c) Vị trí: Là một phần quan trọng của nguyên công, được xác định bởi một vị trí tương quan giữa chi tiết với máy hoặc giữa chi tiết với dao cắt. VD: mỗi lần phay một cạnh hoặc khoan một lỗ trên chi tiết có nhiều lỗ được gọi là một vị trí. Như vậy một lần gá có thể có một hoặc nhiều vị trí. d) Bước: Cũng là một phần của nguyên công tiến hành gia công một bề mặt (hoặc một tập hợp bề mặt) sử dụng dao (hoặc một bộ dao) đồng thời chế độ làm việc của máy duy trì không đổi (chế độ cắt không đổi). Nếu thay đổi một trong các điều kiện: bề mặt gia công hoặc chế độ làm việc của máy (như đổi tốc độ cắt, bước tiến hoặc chiều sâu cắt ) thì ta đã chuyển sang một bước khác. VD: trong hình I.1 ta tiện ba đoạn A, B, C là ba bước khác nhau; tiện bốn mặt đầu D, E, F, G là bốn bước độc lập với nhau. Tiện ngoài rồi đổi tốc độ, bước tiến và thay dao để tiện ren là hai bước khác nhau. Như vậy một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước. e) Đường chuyển dao: Là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế độ cắt và bằng cùng một dao. VD: để tiện ngoài một mặt trụ có thể dùng cùng chế độ cắt, cùng một dao để hớt làm nhiều lần; mỗi lần là một đường chuyển dao. Như vậy mỗi bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao. f) Động tác: Là một hành động của người công nhân để điều khiển máy thực hiện việc gia công hoặc lắp ráp. VD: bấm nút, quay ụ dao, đẩy ụ động. Động tác là đơn vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ. Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu năng suất lao động và tự động hoá nguyên công. III. Các dạng sản xuất : Dựa vào nhu cầu của xã hội và mức tiêu thụ của thị trường tiêu dùng, nhà máy cần phải sản xuất một số lượng sản phẩm trong một khoảng thời gian nhất định. Đó là kế hoạch sản xuất của nhà máy, kế hoạch này có thể do cấp trên giao cho, cũng có thể do bản thân nhà máy tự lập ra theo nhu cầu của xã hội và thị trường tiêu thụ. Khi đã có kế hoạch, nhà máy phải động viên toàn bộ lực lượng để thực hiện kế hoạch đó. Trong kế hoạch sản xuất, chỉ tiêu quan trọng nhất là sản 11
11. lượng hàng năm tính theo đơn vị sản phẩm (chiếc) hoặc trọng lượng (tấn) hoặc bằng giá trị tiền (đồng) tuỳ theo nghành sản xuất. Dạng sản xuất là một khái niệm đặc trưng có tính chất tổng hợp giúp cho việc xác định hợp lý đường lối, biện pháp công nghệ và tổ chức sản xuất để chế tạo ra sản phẩm đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Các yếu tố đặc trưng của dạng sản xuất là : + Sản lượng. + Tính ổn định của sản phẩm. +Tính lặp lại của quá trình sản xuất. + Mức độ chuyên môn hoá trong sản xuất. Tuỳ theo sản lượng hàng năm và mức độ ổn định của sản phẩm mà người ta chia ra ba dạng sản xuất sau: + Sản xuất đơn chiếc. + Sản xuất hàng loạt. + Sản xuất hàng khối. 1. Dạng sản xuất đơn chiếc: Dạng sản xuất đơn chiếc: có đặc điểm là sản lượng hàng năm ít, thường từ một đến vài chục chiếc, sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều, chu kì chế tạo lại không được xác định. Do vậy trong dạng sản xuất này thường chỉ dùng các trang thiết bị, dụng cụ công nghệ vạn năng. Máy móc được bố trí theo loại máy thành từng bộ phận sản xuất khác nhau. Tài liệu công nghệ có nội dung sơ lược, dưới dạng phiếu tiến trình công nghệ. Yêu cầu trình độ thợ phải cao. 2. Dạng sản xuất hàng loạt: Dạng sản xuất hàng loạt có sản lượng hàng năm không quá ít, sản phẩm được chế tạo thành từng loạt theo chu kì xác định. Sản phẩm tương đối ổn định. Tuỳ theo sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm mà người ta còn chia ra dạng sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, loạt lớn. Sản xuất loạt nhỏ gần và giống sản xuất đơn chiếc, còn sản xuất hàng loạt lớn gần và giống sản xuất hàng khối. 3. Dạng sản xuất hàng khối: Dạng sản xuất hàng khối: có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định; trình độ chuyên môn hoá sản xuất cao; trang thiết bị, dụng cụ công nghệ thường là chuyên dùng; quá trình công nghệ được thiết kế và tính toán chính xác và được ghi thành các tài liệu công nghệ có nội dung cụ thể và tỉ mỉ. Trình độ thợ đứng máy không cần cao, nhưng phải có thợ điều chỉnh máy giỏi. Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng các công nghệ tiên tến, có điều kiện cơ khí hoá và tự động hoá sản xuất, tạo điều kiện 12
12. tổ chức các đường dây gia công chuyên môn hoá. Các máy ở dạng sản xuất này thường được bố trí theo thứ tự nguyên công của quá trình công nghệ. Chú ý rằng việc phân chia ba dạng sản xuất như trên chỉ có tính chất tương đối. Trong thực tế người ta còn chia các dạng sản xuất như sau : + Sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. + Sản xuất hàng loạt. + Sản xuất loạt lớn và hàng khối. Với từng dạng sản xuất là trình độ chuyên môn hoá sản xuất nhất định. Trình độ chuyên môn hoá sản xuất được xác định tổng quát bằng hệ số chuyên môn hoá Kc. n Kc = ; m Trong đó: n là số nguyên công khác nhau được thực hiện trên một sản phẩm. m là số máy được sử dụng để gia công trong các nguyên công đó. Ngoài ra chúng ta còn phải nắm vững các hình thức tổ chức sản xuất để sử dụng thích hợp cho các dạng sản xuất khác nhau. Trong quá trình chế tạo, sản phẩm cơ khí thường được thực hiện theo hai hình thức tổ chức sản xuất, là sản xuất theo dây chuyền và không theo dây chuyền. _ Hình thức sản xuất theo dây chuyền thường được áp dụng ở qui mô sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Đặc điểm của hình thức này là : + Máy được bố trí theo thứ tự các nguyên công của quá trình công nghệ, nghĩa là mỗi nguyên công được hoàn thành tại một vị trí nhất định. Sau khi thực hiện nguyên công, đối tượng sản xuất được chuyển sang máy tiếp theo. + Số lượng chỗ làm việc (máy) và năng suất lao động tại một chỗ làm việc (máy) phải được xác định hợp lí để đảm bảo tính đồng bộ về thời gian giữa các nguyên công trên cơ sở nhịp sản xuất của dây chuyền. _ Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại chu kì gia công hoặc lắp ráp, nghĩa là trong khoảng thời gian này từng nguyên công của quá trình công nghệ được thực hiện đồng bộ và sau khoảng thời gian ấy một đối tượng sản xuất được hoàn thiện và được chuyển ra khỏi dây chuyền sản xuất. T tn = ( phút/chiếc) Trong đó : N tn _ nhịp sản xuất của dây chuyền. 13
13. T _ khoảng thời gian làm việc (phút). N _ số đối tượng sản xuất ra trong khoảng thời gian T . + Để đảm bảo tính đồng bộ của dây chuyền sản xuất và đảm bảo số lượng sản phẩm theo kế hoạch cần phải chú ý thoả mãn điều kiện : tnci = ktn Trong đó : tnci _ thời gian nguyên công thứ i của quá trình công nghệ. k - số nguyên dương. + Sản xuất theo dây chuyền cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao. Trong trường hợp này năng suất được xác định theo công thức : 1 Q = (chiếc/phút) tn Đặc điểm của hình thức sản xuất không theo dây chuyền là các nguyên công của quá trình công nghệ được thực hiện không có sự ràng buộc lẫn nhau về thời gian, địa điểm. Máy được bố trí theo kiểu, loại và không phụ thuộc vào thứ tự các nguyên công. Sản xuất không theo dây chuyền cho năng suất và hiệu quả kinh tế thấp hơn hình thức sản xuất theo dây chuyền. IV. Quan hệ giữa đường lối, biện pháp công nghệ và qui mô sản xuất trong việc chuẩn bị sản xuất: Số lượng các nguyên công của một quá trình công nghệ phụ thuộc vào phương pháp thiết kế các nguyên công. Trong thực tế người ta thường áp dụng hai phương pháp thiết kế các nguyên công tuỳ theo trình độ phát triển sản xuất của nghành Chế tạo máy, đó là phương pháp tập trung nguyên công và phân tán nguyên công. _ Tập trung nguyên công có nghĩa là bố trí nhiều bước công nghệ trong phạm vi một nguyên công, vì vậy số lượng nguyên công của quá trình công nghệ sẽ ít đi. _ Phân tán nguyên công có nghĩa là bố trí ít bước công nghệ trong phạm vi một nguyên công, như vậy số nguyên công của quá trình công nghệ sẽ nhiều lên. Hiện nay nhìn chung người ta có xu hướng vận dụng phương pháp tập trung nguyên công trên cơ sở tự động hoá sản xuất nhằm tăng năng suất lao động, rút ngắn chu kì sản xuất, giảm chi phí điều hành và lập kế hoạch sản xuất. Còn phương pháp phân tán nguyên công chỉ áp dụng ở qui mô sản xuất lớn nếu trình độ sản xuất kém (kỹ thuật sản xuất). 14
14. ở các nước công nghiệp phát triển, người ta áp dụng phương pháp tập trung nguyên công ở cả qui mô sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ theo hướng công nghệ linh hoạt hoá và tự động hoá trên cơ sở ghép nhóm đối tượng sản xuất theo mức độ giống nhau về kết cấu và công nghệ. Việc chuẩn bị công nghệ có vai trò quan trọng trong quá trình chuẩn bị kỹ thuật cho sản xuất. Mục đích của chuẩn bị công nghệ Chế tạo máy là đảm bảo quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí ổn định, đều đặn ứng với từng qui mô và điều kiện sản xuất nhất định; đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đã được xác định và đảm bảo kế hoạch sản xuất. Nhiệm vụ của giai đoạn chuẩn bị công nghệ là thiết kế, thử nghiệm quá trình công nghệ chế tạo sản phẩm, đồng thời giám sát và điều hành quá trình ấy trong thực tế sản xuất đạt hiệu quả tốt. Như vậy quan hệ giữa chuẩn bị công nghệ và quá trình công nghệ trong thực tế sản xuất có tính chất tương hỗ, hoàn thiện lẫn nhau. Giai đoạn chuẩn bị công nghệ nhằm thiết kế, thử nghiệm quá trình công nghệ để áp dụng vào sản xuất; Quá trình công nghệ trong thực tế khi triển khai sẽ thể hiện rõ những sai sót mà trong giai đoạn thiết kế, thử nghiệm quá trình công nghệ chưa thể phát hiện được. Thông tin ngược này từ quá trình sản xuất thực tế sẽ góp phần hoàn thiện chất lượng chuẩn bị công nghệ và tạo điều kiện để đạt hiệu quả sản xuất tốt hơn sau này. ứng với mỗi thành phần của quá trình công nghệ (nguyên công, gá, bước, ) cần phải xác định yêu cầu cụ thể về chất lượng, sản lượng thời gian và chi phí thực hiện nhằm đảm bảo tính chất chặt chẽ của quá trình công nghệ tuỳ theo quy mô sản xuất. ở quy mô sản xuất nhỏ (sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ) thường chỉ cần lập hồ sơ công nghệ dưới dạng phiếu tiến trình công nghệ, trong đó định thứ tự các nguyên công, hướng dẫn sơ bộ thực hiện từng nguyên công quan trọng. ở quy mô sản xuất lớn (sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối) phải lập hồ sơ công nghệ tỉ mỉ, chính xác, phải chia quá trình công nghệ tới mức phân cấp nhỏ nhất của nó là động tác. ở đây hồ sơ công nghệ cần phải lập và chuyển giao cho bộ phận sản xuất là phiếu tiến trình công nghệ, phiếu nguyên công và sơ đồ nguyên công với nội dung cụ thể về trang thiết bị, dụng cụ, thông số công nghệ, định mức vật tư, định mức thời gian và bậc thợ. Hiện tại trình độ chuẩn bị công nghệ trong nghành Chế tạo máy ở nước ta còn rất thấp, chủ yếu là thủ công. Vì vậy mà hiệu quả của việc chuẩn bị công nghệ đối với thực tế sản xuất chưa cao, điều đó ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả sản xuất trong các nhà máy Chế tạo máy. Còn ở các nước có nền công nghiệp phát triển người ta đang nâng cao dần trình độ chuẩn bị công nghệ trong nghành Chế tạo máy theo hướng cơ khí hoá và tự động hoá bằng cách sử dụng các thiết bị văn phòng bán tự động và ở mức cao hơn là sử dụng máy vi tính cho việc chuẩn bị và điều hành sản xuất. 15
15. Câu hỏi ôn tập chương 1 1. Thế nào là quá trình sản xuất, quá trình công nghệ, quy trình công nghệ? 2. Hãy nêu các thành phần của quy trình công nghệ và nêu các ví dụ minh hoạ? 3. Hãy nêu các dạng sản xuất (định nghĩa, các căn cứ phân loại và ý nghĩa phân loại)? 4. Thế nào là tập trung nguyên công, phân tán nguyên công? Cho ví dụ minh hoạ? 5. Quan hệ dạng sản xuất với phân tán và tập trung nguyên công? 16
16. Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY (4 tiết) Mục tiêu bài học _ Trang bị cho học sinh những khái niệm về chất lượng bề mặt chi tiết máy và những ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết. _ Qua đó, giúp học sinh tìm ra các biện pháp khắc phục và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết máy. Nội dung I. Khái niệm về chất lượng bề mặt: 1. Khái niệm: Chất lượng sản phẩm là một chỉ tiêu quan trọng và phải đặc biệt quan tâm khi chuẩn bị công nghệ chế tạo sản phẩm. Nó bao gồm chất lượng chế tạo các chi tiết máy và chất lượng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh. Đối với các chi tiết máy thì chất lượng chế tạo chúng được đánh giá bằng các thông số cơ bản sau đây : + Độ chính xác về kích thước của các bề mặt. + Độ chính xác về hình dạng của các bề mặt. + Độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt. + Chất lượng bề mặt. ở đây ta nghiên cứu các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt, ảnh hưởng của nó tới khả năng làm việc của chi tiết máy, các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt, phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt trong quá trình chế tạo chi tiết máy. 17
17. 2. Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt: _ Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của lớp bề mặt với những tính chất quan trọng của lớp bề mặt cụ thể là : + Hình dạng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ) + Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng suất dư ). + Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hoá học, độ bền mỏi ). _ Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể và là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy. Lớp bề mặt chi tiết máy khác với lớp lõi về cấu trúc kim loại, tính chất cắt gọt và trạng thái biến cứng. Nguyên nhân chính của sự khác nhau là hiện tượng biến dạng dẻo của lớp bề mặt. Mức độ và chiều sâu biến cứng bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố; những yếu tố này cũng ảnh hưởng đến lực cắt và nhiệt cắt. Đối với bề mặt chịu tải lớn cần chú ý đặc biệt tính chất cơ lý của nó. 2.1. Tính chất hình học của bề mặt gia công: Tính chất hình học của bề mặt gia công được đánh giá bằng độ nhấp nhô tế vi và độ sóng bề mặt. a) Độ nhấp nhô tế vi: Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công. Như vậy bề mặt gia công có độ nhám (độ nhấp nhô tế vi). Độ nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công được đo bằng chiều cao nhấp nhô (Rz) và sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra) của lớp bề mặt, Trị số của Rz trong phạm vi chiều dài chuẩn L được xác định: + y L y y 13 yn-1 yn Hình 2.1 Sơ đồ xác định h3 h1 độ nhấp nhô tế vi của bề h2 h4 h10 h9 - y mặt chi tiết máy. 18
18. ()h + h + h + h + h − (h + h + h + h + h ) Rz = 1 3 5 7 9 2 4 6 8 10 5 Sai lệch prôfin trung bình cộng (Ra) là trị số trung bình của khoảng cách từ các đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi tới đường trục toạ độ Ox : 1 n + Tính gần đúng Ra ≈ ∑ yi n i=1 1 l + Tính chính xác Ra = ∫ yidx l x=0 Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) là cơ sở để đánh giá độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn l . _ Độ nhẵn bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với giá trị của Ra, Rz. Độ nhẵn bề mặt cao nhất ứng với cấp 14 (Ra ≤ 0,01µm; Rz ≤ 0,05 µm). Trên bản vẽ yêu cầu độ nhám cho theo Ra hoặc Rz. Trị số Ra cho khi yêu cầu độ nhẵn bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 6 tới cấp 12 (Ra=2,5÷0,04µm). Trị số Rz được ghi trên bản vẽ nếu yêu cầu độ nhẵn bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 (Rz =320÷20µm), hoặc từ cấp 13 đến cấp 14 (Rz = 0,08÷0,05µm). Trong thực tế sản xuất người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô, bán tinh, tinh và siêu tinh. Độ nhám bề mặt và độ chính xác về kích thước có quan hệ với nhau chặt chẽ. Theo kinh nghiệm người ta dựa vào cấp chính xác về kích thước để xác định độ nhám bề mặt tương ứng, cụ thể là giá trị của độ nhám bề mặt khoảng 5 ÷ 20% dung sai của kích thước cần đạt. Chiều dài Cấp nhẵn Ra Rz Chất lượng bề mặt chuẩn l bóng (µm) (µm) (mm) 1 80 320 2 40 160 8 Thô 3 20 80 4 10 40 2,5 5 5 20 2,5 Bán tinh 6 2,5 10 7 1,25 6,3 0,8 8 0,63 3,2 Tinh 9 0,32 1,6 10 0,16 0,8 0,25 19
19. 11 0,08 0,4 12 0,04 0,2 Siêu tinh 13 0,02 0,08 0,08 14 0,01 0,05 b) Độ sóng bề mặt: Là chu kì không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt (từ 1 ÷ 10 mm). Người ta dựa vào tỉ lệ gần đúng giữa chiều cao nhấp nhô và bước sóng để phân biệt độ nhấp nhô tế vi (độ nhám) bề mặt và độ sóng của bề mặt chi tiết máy. L + Độ nhám bề mặt ứng với tỉ h l lệ l/h = 0÷50 H + Độ sóng bề mặt ứng với tỉ lệ Hình 2.2 Tổng quát về độ nhám L/H = 50÷1000 h : chiều cao nhấp nhô tế vi. l : khoảng cách giữa hai đỉnh nhấp nhô tế vi. L : khoảng cách giữa hai đỉnh sóng. H : chiều cao của sóng và độ sóng của bề mặt chi tiết máy 2.2 Tính chất cơ lý của bề mặt gia công. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết máy được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi về cấu trúc mang tinh thể lớp bề mặt, độ lớn và dấu của ứng suất trong lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. a) Hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt: Trong quá trình gia công, tác dụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể lớp bề mặt kim loại và gây ra biến dạng dẻo ở vùng trước và vùng sau của lưỡi cắt. Phoi kim 20
20. loại được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt. Giữa các hạt tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất. Thể tích riêng tăng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt. Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn của lớp bề mặt được nâng cao; ngược lại tính dẻo dai của lớp bề mặt lại giảm. Tính dẫn từ và nhiều tính chất khác của lớp bề mặt bị thay đổi. Cuối cùng, lớp bề mặt kim loại bị cứng nguội, chắc lại, có độ cứng tế vi cao. Độ cứng tế vi là một tính chất cơ lý học quan trọng của lớp bề mặt. Mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt phụ thuộc vào tác dụng của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt. Lực cắt tăng làm cho mức độ biến dạng dẻo của vật liệu tăng, qua đó làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. Vậy mức độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỉ lệ tác động giữa hai yếu tố lực cắt và nhiệt cắt sinh ra trong vùng cắt. b) ứng suất dư trong lớp bề mặt: Khi gia công, trong lớp bề mặt chi tiết có ứng suất dư. Trị số, dấu, chiều sâu phân bố của ứng suất dư trong lớp bề mặt phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể. Những nguyên nhân chính gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt chi tiết máy: _ Khi cắt một lớp mỏng vật liệu, trường lực xuất hiện gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực trong lớp bề mặt. Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt. _ Biến dạng dẻo sinh ra khi cắt làm chắc lớp vật liệu bề mặt, làm tăng thể tích riêng của lớp kim loại mỏng ở ngoài cùng. Lớp kim loại ở bên trong do không bị biến dạng dẻo nên vẫn giữ thể tích riêng bình thường. Lớp kim loại ngoài cùng có xu hướng tăng thể tích, gây ra ứng suất nén; để cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư kéo. _ Nhiệt sinh ra ở vùng cắt có tác dụng nung nóng cục bộ các lớp mỏng bề mặt làm giảm mô đun đàn hồi của vật liệu, có khi làm giảm tới trị số nhỏ nhất. Sau khi cắt, lớp vật liệu bề mặt ở vùng cắt bị nguội nhanh, co lại, sinh ra ứng suất dư kéo ; để cân bằng thì lớp kim loại bên trong phải sinh ra ứng suất dư nén. _ Kim loại bị chuyển pha trong quá trình cắt, nhiệt sinh ra ở vùng cắt làm thay đổi cấu trúc vật liệu dần đến sự thay đổi về thể tích kim loại. Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén ; lớp kim loại có cấu trúc với thể tích riêng bé phải sinh ra ứng suất dư kéo để cân bằng. Để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết máy trong thực tế có nhiều phương pháp. Sau đây là một số phương pháp chính: 21
21. _ Độ nhám bề mặt chi tiết máy có thể được xác định bằng phương pháp quang học với kính hiển vi giao thoa. Nếu bề mặt có độ nhẵn bóng cao (cấp 10 ÷ 14). Có thể đo prôfin lớp bề mặt bằng mũi dò khi bề mặt có độ nhẵn tới cấp 11. Đối với các bề mặt lỗ thường phải in bằng chất dẻo lên bề mặt chi tiết rồi mới đo bản in trên các máy đo độ nhám bề mặt. _ Độ cứng bề mặt được xác định bằng máy đo độ cứng. Chiều sâu lớp biến cứng bề mặt được xác định bằng cách cắt mẫu, đem mài bóng rồi cho xâm thực hoá học để nghiên cứu cấu trúc lớp bề mặt. _ ứng suất dư trong lớp bề mặt được xác định bằng phương pháp chiếu tia Rơnghen rồi khảo sát phân tích biểu đồ Rơnghen; hoặc bằng phương pháp cấu trúc điện tử trên cơ sở hiện tượng khúc xạ của các điện tử (dựa vào hiện tượng phân chia các dòng điện tử bằng các nguyên tử và phân tử) tuỳ theo chiều dày lớp bề mặt cần khảo sát. Phương pháp chiếu tia Rơnghen cho phép xác định ứng suất dư trong lớp bề mặt với chiều dày khoảng 0,005 đến 0,01 mm; còn phương pháp cấu trúc điện tử có thể xác định ứng suất dư trong lớp bề mặt có chiều dày nhỏ hơn 0,003 mm. II. ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy: Chất lượng bề mặt ảnh hưởng tới khả năng làm việc, mối lắp ghép của chi tiết máy trong kết cấu tổng thể của máy. Ta khảo sát một số ảnh hưởng cơ bản của chất lượng bề mặt (độ nhấp nhô tế vi, lớp biến cứng bề mặt, ứng suất dư bề mặt) đối với khả năng làm việc của chi tiết máy (tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hoá học, độ chính xác các mối lắp). 1. ảnh hưởng đến tính chống mòn 1.1. ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi (độ nhám ): Chiều cao và hình dạng của nhấp nhô tế vi trên bề mặt cùng với chiều của vết gia công có ảnh hưởng đến ma sát và mài mòn chi tiết máy. Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhô tế vi (nhám) nên trong giai đoạn đầu của quá trình làm việc, hai bề mặt này chỉ tiếp xúc nhau ở một số đỉnh cao nhấp nhô; diện tích tiếp xúc thật chỉ bằng một phần của diên tích tiếp xúc tính toán. Tại các đỉnh tiếp xúc đó áp suất rất lớn, thường vượt qua giới hạn cháy, áp suất đó làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và làm biến dạng dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc. Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trựơt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô; các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên. Đó là hiện tượng mòn ban đầu, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm 65 – 70% lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi (mòn ban đầu ứng với chạy rà của kết cấu cơ khí). Trong giai đoạn này hình 22
22. dạng nhấp nhô và chiều cao của vết gia công cũng thay đổi. Sau giai đoạn này quá trình mài mòn trở nên bình thường và chậm. Đó là giai đoạn mòn bình thường. Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, cấu trúc bề mặt chi tiết bị phá hỏng. Như vậy quá trình mài mòn của một cặp chi tiết máy, xét trên cơ sở ma sát ở bề mặt tiếp xúc, thường qua ba giai đoạn: mòn ban đầu, mòn bình thường và mòn kịch liệt. Do vậy, khi chế tạo chi tiết máy, nếu giảm hoặc tăng chiều cao nhấp nhô tế vi tới trị số tối ưu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết, thì sẽ đạt được lượng mòn ban đầu ít nhất, qua đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy. 1.2. ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt: Lớp biến cứng bề mặt chi tiết máy có tác dụng nâng cao tính chống mòn. Biến cứng bề mặt làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phần tử và tác động tương hỗ cơ học ở bề mặt tiếp xúc nghĩa là hạn chế sự khuyếch tán oxy trong không khí vào bề mặt chi tiết máy để tạo thành các ôxít kim loại, như các ôxít sắt Feo, Fe2O3, Fe3O4 là các ôxít có tác dụng ăn mòn kim loại. Hiện tượng biến cứng bề mặt chi tiết máy còn hạn chế quá trình biến dạng dẻo toàn phần cuả chi tiết máy, qua đó hạn chế hiện tượng chảy và mài mòn của kim loại. 1.3 ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt: ứng suất dư ở lớp bề mặt chi tiết máy nói chung không có ảnh hưởng đáng kể tới tính chống mòn, nếu chi tiết máy làm việc trong điều kiện ma sát bình thường. Còn ứng suất bên trong, xét trên toàn bộ tiết diện của chi tiết máy, có thể ảnh hưởng đến tính chất và cường độ mòn của chi tiết máy. 2. ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy 2.1 ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt: Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi chi tiết máy chịu tải trong chu kì có đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô tế vi có ứng suất tập trung với trị số lớn, có khi trị số này vượt quá giới hạn mỏi của vật liệu. ứng suất tập trung này sẽ gây ra các vết nứt tế vi ở đáy các nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy. Như vậy ở trường hợp độ nhám bề mặt thấp (độ nhẵn bóng bề mặt cao) thì giới hạn mỏi của vật liệu tăng. Mặt khác độ bền của chi tiết máy cũng sẽ tăngkhi chi tiết chịu tải trọng va đập, nếu độ nhám bề mặt thấp. 2.2 ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt: 23
23. Bề mặt bị biến cứng có thể làm tăng độ bền mỏi. Chiều sâu và mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy ; cụ thể là hạn chế khả năng gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết, nhất là khi bề mặt chi tiết có ứng suất dư nén. Khi chi tiết máy làm việc ở môi trường có nhiệt độ cao, dưới tác dụng nhiệt quá trình khuyếch tán các phân tử kim loại trong lớp bề mặt sẽ tăng lên, làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy. 2.3 ảnh hưởng của ứng suất dư trong lớp bề mặt: ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có tác dụng nâng cao độ bền mỏi; ứng suất dư kéo lại hạ thấp độ bền mỏi chi tiết máy. 3. ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết: 3.1 ảnh hưởng của độ nhấp nhô tế vi bề mặt: Các chỗ lõm bề mặt do độ nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các tạp chất như axít muối Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hoá học đối với kim loại. Quá trình ăn mòn hoá học trên lớp bề mặt chi tiết làm các nhấp nhô mới hình thành. Quá trình ăn mòn hoá học này ở lớp bề mặt xảy ra dọc theo sườn dốc của các nhấp nhô tế vi, theo chiều từ đỉnh xuống đáy các nhấp nhô, làm cho các nhấp nhô cũ bị mất đi và các nhấp nhô mới hình thành. Hình 2.3 Quá trình ăn mòn hoá học trên lớp bề mặt chi tiết máy Như vậy bề mặt chi tiết máy càng ít nhám (càng nhẵn bóng) thì sẽ càng ít bị ăn mòn hoá học, bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt càng cao. Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (crôm, niken) hoặc bằng phương pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt. 3.2 ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt: Biến dạng dẻo và biến cứng bề mặt kim loại có mức độ khác nhau, tuỳ theo hướng các hạt tinh thể kim loại và thành phần cấu tạo của chúng. Hạt ferrit biến dạng nhiều hơn hạt peclit. Điều đó làm cho năng lượng nâng cao không đều và thế năng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau. Các hạt ferrit biến cứng nhiều hơn sẽ trở thành các anôt. Các hạt peclit bị biến cứng ít hơn sẽ trở thành các catôt. Đồng thời các mạng lưới nguyên tử bị lệch với mức độ khác nhau trong các hạt tinh thể. 24
24. Kết quả của biến dạng dẻo tạo nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại nhiều tinh thể trong đó sinh ra nhiều phân tử ăn mòn, nhất là ở mặt phẳng trượt, gây ra hiện tượng hấp thụ mạnh, tăng cường quá trình ăn mòn và khuyếch tán ở lớp bề mặt. Bề mặt chi tiết máy qua quá trình gia công sẽ bị biến cứng, độ nhám bị thay đổi làm cho tính chống ăn mòn hoá học của kim loại cũng bị thay đổi. 4. ảnh hưởng đến độ chính xác các mối lắp ghép: Độ chính xác lắp ghép của chi tiết máy phụ thuộc chất lượng các bề mặt lắp ghép. Độ bền các mối lắp ghép, trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép. ở đây chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tham gia vào trường dung sai chế tạo chi tiết máy. Trong giai đoạn mòn ban đầu chiều cao nhấp nhô giảm đi 65 – 75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép giảm đi. Như vậy đối với các mối lắp ghép lỏng, để đảm bảo độ ổn định của mối lắp trong thời gian sử dụng trước hết phải giảm độ nhấp nhô tế vi ( giảm độ nhám , tăng độ bóng bề mặt ) thông qua cách giảm trị số chiều cao nhấp nhô Rz. Giá trị hợp lý của chiều cao nhấp nhô Rz được xác định theo độ chính xác của mối lắp, tuỳ theo trị số của dung sai kích thước lắp ghép. Độ bền của mối lắp chặt có quan hệ trực tiếp với độ nhám của bề mặt lắp ghép. Chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tăng thì độ bền của mối lắp ghép chặt giảm. Do vậy chất lượng của bề mặt chi tiết máy có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc và các mối lắp ghép của chi tiết máy trong kết cấu cơ khí. III. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết máy: Trạng thái và tính chất của lớp bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công do nhiều yếu tố công nghệ quyết định. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết máy bị thay đổi dưới tác dụng của lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng cắt. ở các phương pháp cắt gọt (tiện, phay, bào ) thì tác động của lực cắt đối với tính chất cơ lý của lớp bề mặt thường mạnh hơn tác động của nhiệt cắt. ở quá trình biến dạng dẻo của vật liệu gia công tại vùng cắt, dưới tácđộng của lực cắt, xảy ra hiện tượng biến đổi về cấu trúc vật liệu, hiện tượng chuyển pha và xô lệch mạng tinh thể, hiện tượng biến cứng của lớp bề mặt, làm độ cứng tế vi tăng và độ dẻo dai giảm. Lớp bề mặt của chi tiết thép được phân chia thành ba vùng khác nhau: + Vùng ngoài : có mức độ biến dạng dẻo lớn mạng tinh thể và từng tinh thể kim loại bị biến đổi mạnh, cấu trúc vật liệu bị lộn xộn và độ cứng tế vi tăng. + Vùng giữa : có độ hạt lớn, mạng tinh thể bị xô lệch ít hơn và có độ cứng tế vi thấp hơn vùng ngoài. 25
25. +Vùng trong: mức độ biến dạng dẻo ít nhất, cấu trúc vật liệu gần như bình thường. Một hiện tượng nữa cần lưu ý khi khảo sát lớp bề mặt, đó là hiện tượng thoát các bon. Với các chi tiết rèn thì lớp bề mặt phân thành hai vùng: vùng ngoài bị thoát các bon nhiều, vùng trong bị thoát các bon ít; các chi tiết được rèn nóng trong khuôn thì chiều sâu lớp bề mặt bị thoát các bon tuỳ theo trọng lượng chi tiết có khi tới 150 ÷ 300 µm; ở các chi tiết rèn tự do thì chiều sâu này có thể tới 500 ÷ 1000 µm. Đối với phôi cán thì chiều sâu lớp bề mặt bị biến đổi có thể tới 150 µm, chiều sâu lớp bề mặt bị thoát các bon có thể tới 50 µm. Chi tiết đúc từ gang xám thường có lớp vỏ peclit dầy tới 300 µm, dưới lớp vỏ này lớp ferrit đóng vai trò trung gian giữa lớp vỏ và lớp lõi. Chi tiết đúc từ thép có lớp bề mặt thoát các bon với chiều sâu tới 200 µm. Nói chung quá trình hình thành tính chất hình học và tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết khi gia công cơ rất phức tạp. ở đây ta khảo sát những yếu tố cơ bản nhất trên cơ sở các nhóm yếu tố ảnh hưởng như sau : _ Các yếu tố ảnh hưởng có tính chất in dập hình học lên bề mặt gia công, ví dụ ảnh hưởng của dao cắt và chế độ cắt. _ Các yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt. _ Các yếu tố ảnh hưởng do dao động của máy, dụng cụ và chi tiết gia công. 1. ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 1.1 Các yếu tố mang tính chất hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt: Người ta đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt với chất lượng bề mặt chi tiết máy để tìm ra các biện pháp công nghệ thích hợp cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết máy. Nhất là giảm chiều cao nhấp nhô tế vi Rz (giảm độ nhám) để tăng độ nhẵn bóng bề mặt, cải thiện chiều sâu lớp biến cứng cũng như độ cứng bề mặt. Qua thực nghiệm, với phương pháp tiện người ta đã xác định mối quan hệ giữa các thông số: chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất hmin. R z (µ m ) 3 Hình 2.4 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi 2 Rz và lượng tiện dao S khi tiện. 1 0,05 0,1 0,15 0,2 S (m/ vßng) 26
26. Trên hình 2.4 đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quát giữa Rz , S và r, cụ thể là trong phạm vi giá trị của lượng chạy dao S > 0,15 mm/ vòng; Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị của lượng chạy dao S nhỏ hơn (S 0,15 mm/ vòng thì Rz = 8r 2 S hmin ⎛ rhmin ⎞ _ Khi S 20µm. Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,03 mm/ vòng) thì trị số của Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiên tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quá nhỏ sẽ kkhông có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết. Mặt khác với giá trị không đổi của lượng tiến dao S có thể đạt độ nhám bề mặt thấp hơn nếu vật liệu gia công có sức bền cao hơn. S1 m S 2 R"z ϕ R'z ϕ 1 1 ϕ ϕ 2 1 21 a) b) Rz Rz S1 S1 ϕ ϕ 1 r 1 ϕ 2 1 2 1 c) d) 27
27. Rz S1 S Rz 2 t ϕ r 2 1 ϕ 2 1 2 1 e) f) Hình 2.5 ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt Và chế độ cắt đến nhấp nhô bề mặt khi tiện. Hình 2.5 là ví dụ ảnh hưởng của hình dạnghình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện. ở đây khi tiện lượng chạy dao S1 đưa dao tiện từ vị trí 1 sang vị trí 2 (hình 2.5 a) để lại trên bề mặt chi tiết phần sót lại m tạo thành nhấp nhô bề mặt, phần sót lại m phụ thuộc vào bước tiến S1 và hình dạng hình học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ S1 đến S2 thì chiều cao nhấp nhô sẽ từ R’z giảm xuống còn R’’z 9b ( hình 2.5 b). Nếu thay đổi góc ϕ và ϕ1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 2.5 c). Nếu bán kính mũi dao tiện có dạng tròn là r1 thì hình thành dạng nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 2.5 d). Nếu tăng bán kính đỉnh của dao tiện lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm (hình 2.5 e). Phần thẳng lưỡi cắt trên dao tiện cũng có ảnh hưởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 2.5 f). Các thông số hình học của lưỡi cắt đặc biệt là góc trước γ và độ mòn dụng cụ cắt có ảnh hưởng tới chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và chiều sâu biến cứng tc. x tc = C . S . C và x : hệ số và mũ tuỳ theo loại vật liệu gia công. . S là lượng chạy dao từ 0,3 ÷ 0,5 mm/vòng Khi góc γ tăng, Rz và tc giảm. Độ mòn dụng cụ tăng thì Rz và tc tăng. Độ mòn cho phép của dụng cụ cắt đảm bảo trị số hợp lý của Rz và tc là khoảng u = 0,2 ÷ 0,4 mm. 28
28. Khi phay tinh hoặc bào tinh với dao rộng bản nếu lượng tiến dao S lớn và chiều rộng của lưỡi cắt B lớn hơn lượng tiến dao S ( B > S ) thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm. _ Ví dụ : khi phay tinh bằng dao phay mặt đầu có răng chắp có thể đạt giá trị chiều cao nhấp nhô tế vi Rz 60 m/s thì không cải thiện được chiều sâu lớp biến cứng bề mặt tc. Nói chung phương pháp mài cao tốc tạo điều kiện cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết máy, nâng cao năng suất cắt, nâng tuồi bền dụng cụ cắt. 1.2 Các yếu tố phụ thuộc biến dạng dẻo của lớp bề mặt: Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết máy bị biến dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể nhỏ biến thành cấu trúc sợi làm thay đổi rất nhiều hình dạng và trị số của nhấp nhô tế vi. Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chi tiết máy. Khi cắt thép cacbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt không cao phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhấp nhô tế vi bề mặt thấp, độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng vận tốc cắt đến khoảng 15 ÷ 20 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây biến dạng dẻo mạnh ở mặt trước và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao. Đó là do một ít kim loại bị chảy và bám vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ nóng chảy lên tới khoảng 3000° C, làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi. Lẹo dao biến mất ứng với vận tốc cắt khoảng từ 30 ÷ 60 m/ph. Với vận tốc cắt lớn hơn 60 m/ph thì lẹo dao không hình thành được, nên độ nhám giảm và độ nhẵn bóng bề mặt gia công tăng. Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt. Tăng vận tốc cắt sẽ làm giảm được hiện tượng vỡ vụn kim loại làm tăng độ nhẵn bóng bề mặt gia công. Lượng tiến dao S ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công. VD: khi gia công thép cacbon với giá trị của lượng tiến dao S = 0,2 ÷ 0,15 mm/vòng thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 29
29. mm/vòng thì độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng, độ nhẵn bóng bề mặt giảm. Nếu trị số của lượng tiến dao S > 0,15 mm/vòng thì độ nhám tăng lên. Như vậy để đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt cao và năng suất cắt cao nên trọn giá trị của lượng tiến dao S trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vòng đối với thép cacbon. Chiều sâu cắt cũng có ảnh hưởng tương tự như lượng tiến dao S đến độ nhám bề mặt gia công. Tuy nhiên không nên trọn giá trị của chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi cắt lưỡi dao sẽ bị trượt trên mặt gia công và cắt không liên tục (hiện tượng này ứng với giá trị của chiều sâu cắt 0,02÷0,03 mm). Vật liệu gia công ảnh hưởng đến độ nhấp nhô tế vi chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn. 1.3 ảnh hưởng do rung động của hệ thống công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công: Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ sẽ tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công. Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định, hệ thống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt gia công với bước sóng khác nhau. Khi hệ thống công nghệ có rung động , độ sóng và độ nhấp nhô tế vi sẽ tăng nếu lực cắt tăng , chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao. Tình trạng máy có ảnh hưởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công. Muốn độ nhẵn bóng bề mặt cao trước hết phải đảm bảo máy đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy khác xung quanh. 2. ảnh hưởng đến độ biến cứng bề mặt: Khi thay đổi chế độ cắt, kéo dài tác dụng của lực cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng bề mặt. Vận tốc cắt có tác dụng kéo dài hoặc rút ngắn thời gian tác động của lực cắt và nhiệt cắt trên bề mặt của chi tiết máy. Vận tốc cắt tăng làm giảm thời gian tác động của lực gây ra biến dạng kim loại, do đó làm giảm chiều sâu biến cứng và mức độ biến cứng bề mặt. Khi tăng lượng tiến dao thì có lúc làm tăng có lúc làm giảm mức độ và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt vì yếu tố quyết định là nhiệt cắt. Người ta có kết luận: khi vận tốc cắt v < 20 mm/ph thì chiều sâu lớp biến cứng tăng và ngược lại. Chiều sâu lớp biến cứng còn tăng theo giá trị lớn dần của lượng tiến dao S. Ngoài ra, biến cứng bề mặt cũng tăng nếu dụng cụ cắt bị mòn, bị cùn. 30
30. 3. ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt: Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt khi gia công phụ thuộc vào sự biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc kim loại. Chế độ cắt, hình dạng hình học của dụng cụ cắt, dung dịch trơn nguội là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến sự hình thành ứng suất dư trên lớp bề mặt gia công chi tiết máy. Các phần khác nhau trên bề mặt gia công chi tiết máy thường có ứng suất khác nhau, về trị số, về dấu, nên ảnh hưởng của chế độ cắt, của thông số hình học của dụng cụ cắt, của dung dịch trơn nguội đối với ứng suất dư cũng khác nhau. Người ta có thể nhận định sơ bộ như sau: _ Tăng vận tốc cắt (v) hoặc tăng lượng tiến dao (s) cũng có thể tăng mà cũng có thể giảm ứng suất trên bề mặt gia công chi tiết máy. _ Lượng tiến dao S làm tăng chiều sâu có ứng suất dư. _ Góc trước (γ) giảm đến trị số âm lớn (γ << 0) gây ra ứng suất dư nén tuỳ theo giá trị của vận tốc cắt (v) và lượng tiến dao (s). _ Gia công bằng dụng cụ cắt bình thường (không bằng đá mài hoặc hạt mài) vật liệu gia công giòn, thuường gây ra ứng suất dư nén, gia công vật liệu dẻo thường gây ra ứng suất dư kéo. _ Gia công bằng đá mài thường có ứng suất dư kéo lớn. Mài bằng đai mài có ứng suất nén. _ Trong những điều kiện gia công đã xác định có thể xuất hiện những ứng suất tiếp tuyến và ứng suất hướng trục có dấu khác nhau. Câu hỏi ôn tập chương 2 1. Trình bày các yêu tố cơ bản của gia công bề mặt? 2. Trình bày ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới lắp ráp, mài mòn, ăn mòn, tuổi thọ của chi tiết? 3. Trình bày các yếu tố cơ bản tăng cường độ nhẵn bóng bề mặt (dụng cụ cắt, chế độ cắt, rung động, vật liệu cắt)? 31
31. Chương 3 ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG CẮT GỌT (8 tiết) mục tiêu bàI học _ Nêu được các khái niệm về độ chính xác gia công cơ khí và những biện pháp nâng cao độ chính xác trong gia công cơ khí. _ Học sinh cần hiểu rõ các khái niệm về độ chính xác gia công, nắm được những nguyên nhân gây ra sai số gia công và ảnh hưởng của sai số gia công đến khả năng làm việc của chi tiết máy; biện pháp khắc phục. I. KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG Độ chính xác gia công bao gồm hai khái niệm: độ chính xác của một chi tiết và độ chính xác của loạt chi tiết. Độ chính xác kích thước (thẳng hoặc góc) được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kích thước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai kích thước đó. Độ chính xác về vị trí tương quan được đánh giá theo sai số về góc yêu cầu giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia trong hai mặt phẳng toạ độ vuông góc với nhau. Độ chính xác hình dạng hình học đại quan được đánh giá với độ chính xác hình học lý tưởng. VD: hình trụ được đánh giá qua độ côn, độ ôvan, đa cạnh với mặt phẳng được đánh giá về độ phẳng của nó so với mặt phẳng lý tưởng. Độ sóng của bề mặt là chu kỳ không phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi nhỏ (từ 1 đến 100 mm). Sai lệch hình học tế vi (độ nhấp nhô tế vi) còn gọi là độ nhám bề mặt được biểu thị bằng một trong hai hệ số Ra và Rz. Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong một miền rất nhỏ khoảng 1 mm 2 . 32
32. Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết gia công là một trong những chỉ tiêu quan trọng của độ chính xác gia công, nó ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của chi tiết máy nhất là các chi tiết chính xác và các chi tiết làm việc trong những điều kiện đặc biệt. Ví dụ: Trọng lượng của bộ piston trong một máy không được có sai số quá 20G để đảm bảo đặc tính động học và động lực học khi máy làm việc; Độ cứng bề mặt làm việc của sống trượt không thấp hơn 55 HRC. Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định mặc dù những nguyên nhân sinh ra từng sai số của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng xuất hiện giá trị sai số tổng cộng trên từng chi tiết lại khác nhau. Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần. Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi hoặc thay đổi nhưng theo một qui luật nhất định. Những sai số này gọi là sai số hệ thống không đổi hoặc sai số hệ thống thay đổi. Có một sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một qui luật nào cả. Những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên. II. Những nguyên nhân gây ra sai lệch trong quá trình gia công: 1. ảnh hưởng do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (MGDC): Hệ thống công nghệ MGDC (máy, đồ gá, dao, chi tiết) không phải là một hệ thống tuyệt đối cững vững mà ngược lại, khi chịu tác dụng của ngoại lực nó bị biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc. Trong quá trính cắt gọt các biến dạng này gây ra sai số kích thước và sai số hình dạng hình học của chi tiết gia công. Trong thực tế, một mặt lực cắt tác dụng lên chi tiết gia công, sau đó thông qua đồ gá truyền đến bàn máy, thân máy. Mặt khác, lực cắt cũng tác dụng lên dao cắt và thông qua cán dao, bàn dao truyền đến thân máy. Bất kỳ một chi tiết nào của các cơ cấu máy, đồ gá, dụng cụ hoặc chi tiết khi gia công chịu tác dụng của lực cắt ít nhiều đều bị biến dạng. Các biến dạng đều trực tiếp hoặc gián tiếp làm cho dao cắt rời khỏi vị trí tương đối so với mặt cần gia công đã được điều chỉnh sẵn gây ra sai số gia công. Khi cắt, dưới tác dụng của lực cắt trên hệ thống công nghệ MGDC xuất hiện lượng chuyển vị tương đối giữa dao và chi tiết gia công, giả sử ta gọi lượng chuyển vị đó là ∆. Lượng chuyển vị ∆ hoàn toàn có thể phân tích thành ba lượng chuyển vị x, y và z theo ba trục toạ độ của hệ toạ độ vuông góc, trong đó chuyển vị y có ảnh hưởng tới kích thước gia công nhiều nhất (vì y là chuyển vị theo phương pháp tuyến của bề 34
33. mặt gia công), lượng chuyển vị x không ảnh hưởng nhiều đến kích thước gia công. R + ∆ R Hình 3.2 ảnh hưởng của lượng vị ∆ đến kích thước gia công khi tiện Ví dụ: Khi tiện, dao tiện có lượng dịch chuyển là ∆ thì bán kính của chi tiết gia công sẽ tăng từ R đến R + ∆R. Ta có: R + ∆R = ()R + y 2 + z 2 2 ⎛ z ⎞ = (R+y) 1 + ⎜ ⎟ ⎝ R + y ⎠ Vì z là rất nhỏ so với R nên z/(R + y) là đại lượng nhỏ không đáng kể. Do đó tính gần đúng ta có: R + ∆R ≈ R + y ⇒ ∆R ≈ y Nếu là dao nhiều lưỡi hoặc dao định hình (tiện, phay, bào) thì có trường hợp cả ba lượng chuyển vị x, y, z đều có ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, lúc đó cần có sự phân tích cụ thể. Trong thực tế, để tính toán sự biến dạng (lượng chuyển vị) của hệ thống công nghệ MGDC là một vấn đề vô cùng phức tạp, vì đây không phải là biến dạng của một chi tiết mà là biến dạng của cả một hệ thống gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau. Người ta cần phải xác định ảnh hưởng tổng hợp của chúng đối với vị trí tương quan giữa chi tiết gia công và dao. 35
34. Chính vì vậy, để xác định ảnh hưởng này, thông thường nhà công nghệ phải dùng phương pháp thực nghiệm đó là phân lực cắt tác dụng lên hệ thống công nghệ MGDC thành ba thành phần Px, Py, Pz, sau đó đo biến dạng của hệ thống theo ba phương x, y, z . Gọi Py là thành phần lực pháp tuyến thẳng góc với mặt gia công và y là lượng chuyển vị tương đối giữa dao và chi tiết gia công theo hướng đó. Thông thường Py và y tỉ lệ với nhau; tỷ số Py / y được gọi là độ cứng vững của HTCN và ký hiệu là JΣ. JΣ = Py / y MN/mm ( kG/mm ). Như vậy trị số biến dạng y có quan hệ với lực tác dụng theo hướng đó và với độ cứng vững của hệ thống công nghệ MGDC. Từ đó ta có định nghĩa về độ cứng vững: “Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại sự biến dạng của nó khi có ngoại lực tác dụng vào“. Lượng chuyển vị y của dao tương đối với chi tiết gia công là tổng hợp các chuyển vị của các chi tiết và bộ phận chịu lực trong cả hệ. Do đó : n n p y y = ∑yi = ∑ i==11i J i Trong đó: yi : lượng chuyển vị của chi tiết hay bộ phận thứ i theo hướng pháp tuyến . Ji : độ cứng vững của chi tiết hay bộ phận thứ i . P n P P n P Theo định nghĩa thì y = Py/ JΣ nên ta có : y = ∑ y ⇔ y = ∑ y J ∑ i=1 J i J ∑ i=1 J i Nếu ta gọi ω=1/J là độ mềm dẻo, khi đó ta có định nghĩa về độ mềm dẻo như sau: “ Độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ là khả năng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ dưới tác dụng của ngoại lực”. Lúc này ta sẽ có: n ω∑ = ∑ωi i=1 Thông thường độ cứng vững của HTCN có thể viết dưới dạng : 1 1 1 1 1 = + + + J ∑ J m J d J g J ctgc Tóm lại, khi gia công, lực cắt tác dụng lên HTCN làm nó bị biến dạng và gây ra sai số gia công. Nói một cách khác thì sai số đó là do sự chuyển vị của các chi tiết máy trong HTCN, do biến dạng của chi tiết gia công (ngay tại điểm mà lực cắt tác dụng), hoặc do dao cắt bị cùn Để giảm biến dạng, nâng cao độ chính xác gia công, 36
35. thì biện pháp cơ bản là nâng cao độ cứng vững của HTCN người ta thường dùng một số biện pháp cơ bản như: _ Thiết lập các kết cấu cứng vững, giảm bớt số khâu trong HTCN, giảm bớt số chi tiết trong từng bộ phận, thay thế một số chi tiết nhỏ và yếu bằng một chi tiết lớn, phức tạp hơn nhưng cứng vững hơn. _ Nâng cao chất lượng chế tạo các chi tiết nhất là các bề mặt tiếp xúc. Nếu các mặt tiếp xúc chế tạo không phẳng thì khi lắp ráp chúng chỉ tiếp xúc với nhau ở các phần lồi của bề mặt, làm cho diện tích tiếp xúc nhỏ, độ cứng vững tiếp xúc giảm. _ Nâng cao chất lượng lắp ráp, loại trừ các khe hở của mối lắp ghép, làm cho độ cứng vững của nó tăng lên. Ngoài ra, phải thường xuyên định kỳ kiểm tra lại độ cứng vững của các bộ phận trong HTCN. _ Chế độ sử dụng máy hợp lý, độ cứng vững của HTCN không cố định mà thay đổi tuỳ theo điều kiện sử dụng như nhiệt độ làm việc, chế độ bôi trơn và tình trạng chịu tải Vì vậy khi gia công các chi tiết chính xác người ta thường cho máy chạy không một thời gian, bôi trơn liên tục các bộ phận làm việc, siết chặt lại các cơ cấu để bảo đảm cho hệ thống đạt đến điều kiện làm việc ổn định rồi mới gia công. _ Không dùng dao quá mòn, nên thay đổi các thông số hình học của dao cho phù hợp với điều kiện cụ thể nhằm giảm lực cắt khi gia công. 2. ảnh hưởng của độ chính xác của máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của chúng đến độ chính xác gia công: a) Sai số của máy công cụ : Các sai số hình học của máy do chế tạo như : _ Độ đảo trục chính theo hướng kính. _ Độ đảo của lỗ côn trục chính. _ Độ đảo mặt đầu của trục chính (hướng trục). _ Độ đảo và các sai số chế tạo khác của sống trượt, của bàn máy Các sai số này sẽ phản ánh toàn bộ hoặc một phần lên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống. Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính bàn máy hoặc bàn dao Nếu các chuyển động này có sai số tất nhiên nó sẽ phản ánh lên bề mặt gia công của chi tiết máy. Ví dụ: Nếu đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng nằm ngang thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình côn và Dmax D đường kính lớn nhất của nó là Dmax tính như sau: = + a 2 2 Với: a là độ không song song trên chiều dài L trong mặt phẳng nằm ngang. 37
36. L a x a Dm §õ¬ng t©m trôc chÝnh Sèng trù¬t Hình 3.3 Chi tiết tiện ra là hình côn khi trục chính máy tiện không song song với sống trượt của nó Nếu sống trượt không song song với đường tâm trục chính trong mặt phẳng thẳng đứng thì tiện ra trục có hình hypecbôl với đường kính lớn nhất là Dmax: D d 2 max = + b2 Trong đó: b là độ không song song trong mặt phẳng thẳng đứng 2 4 trên chiều dài L. Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang sẽ làm cho quỹ đạo chuyển động của mũi dao không thẳng khiến cho đường kính chi tiết gia công chỗ to chỗ nhỏ. Đường kính D’ tại mặt cắt nào đó được tính : D’ = D + 2δ Trong đó: D - đường kính nhận được ở tiết ' D D diện mà tại đó sống trượt trùng với vị trí tính toán. Sèng trù¬t δ - lượng dịch chuyển lớn nhất của sống trượt trên mặt phẳng nằm ngang so với vị trí tính toán. Hình 3.4 Chi tiết gia công có đường δ kính khác nhau khi sống trượt không thẳng. Độ lệch tâm của mũi tâm trước so với tâm quay của trục chính sẽ làm cho đường tâm của chi tiết gia công không trùng với đường tâm của hai lỗ tâm đã được gia công trước để gá đặt. Khi quay đường nối hai lỗ tâm sẽ đảo thành một hình chóp, 38
37. đỉnh là mũi tâm sau. Nếu gia công được trong một lần gá thì đường tâm của chi tiết vẫn là đường thẳng nhưng làm với đường nối hai lỗ tâm 1 góc α. Trên máy phay đứng, nếu trục chính của máy không thẳng góc với mặt phẳng của bàn máy theo phương ngang của bàn máy , thì mặt phẳng phay được sẽ không song song với mặt phẳng đáy của chi tiết đã định vị trên bàn máy. Độ không song song này chính bằng độ không thẳng góc của đường tâm trục chính trên cả chiều rộng của chi tiết gia công. Hình 3.5 Mặt phẳng gia công không song song với mặt phẳng đáy chi tiết α Sai số của bộ phận truyền động do chế tạo s không chính xác cũng gây ra sai số gia công. Ví dụ Bµn m¸y khi tiện ren nếu bước ren của trục vít me không chính xác sẽ làm cho bước ren sai đi. Khi gia công răng trên máy phay , nếu cơ cấu phân độ có sai số sẽ gây nên sai số bước răng của bánh răng được gia công. Máy móc sau một thời gian làm việc cũng bị mòn. Hiện tượng mòn trong quá trình sử dụng là do ma sát giữa các mặt co chuyển động tương đối với nhau. Nhất là khi có bụi phoi trộn lẫn với dầu bôi trơn thì hiện tượng mài mòn càng nhanh hơn. Ngoài ra , dầu bôi trơn và dung dịch trơn nguội còn gây nên hiện tượng ăn mòn hoá học ở những bộ phận nó tác dụng vào và làm mòn thêm nhanh. Trạng thái mòn của máy sẽ gây ra sai số gia công mang tính chất hệ thống. b) Sai số của đồ gá : Đồ gá nhằm đảm bảo đúng vị trí tương đối của chi tiết gia công với dụng cụ cắt. Sai số chế tạo lắp ráp đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công. Các chi tiết quan trọng của đồ gá như các chi tiết định vị, dẫn hướng, so dao nếu chế tạo có sai số hoặc bị mòn sau một thời gian sử dụng đều làm thay đổi vị trí tương quan giữa máy , dao và chi tiết gia công do đó cũng gây ra sai số gia công. Sai số này có thể xác định được bằng tính toán dựa vào dung sai các chi tiết chủ yếu của đồ gá hoặc có thể dựa vào các kích thước thực tế của các chi tiết đó đo được khi chế tạo. 39
38. Sai số do lắp ráp đồ gá lên máy cũng gây ra sai số gia công vì làm mất vị trí chính xác của nó so với dụng cụ cắt. Để đảm bảo độ chính xác gia công , độ chính xác của đồ gá được chế tạo ra phải cao hơn ít nhất là một cấp so với độ chính xác của kích thước cần đạt sẽ gia công trên đồ gá đó. c) Sai số của dụng cụ cắt: Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt dụng cụ trên máy công cụ đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Khi gia công bằng các dụng cụ dịnh kích thước thì sai số chế tạo dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. VD: mũi khoan , khoét , doa , chuốt nếu chế tạo không chính xác thì những sai số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến đường kính lỗ gia công; Dao phay ngón, dao phay đĩa dùng để gia công rãnh then thì sai số đường kính và chiều rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng rãnh then. Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mòn và làm ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công. Tuỳ theo mức độ mòn, dao có thể thay đổi cả hình dạng lẫn kích thước và sinh ra sai số trên chi tiết gia công. Khi dao tiện mòn ở mặt sau làm vị trí của mũi dao xa tâm quay của chi tiết và làm cho đường kính ngoài to lên còn đường kính trong thì bé đi. Khi gia công chi tiết nhỏ, ngắn độ mòn dao ảnh hưởng đến kích thước gia công của một chi tiết rất khó thấy mà chỉ thấy được ở những chi tiết gia công sau nếu đem so sánh kích thước của nó với kích thước của các chi tiết gia công trước. Khi gia công chi tiết có đường kính ngoài lớn, dài thì chỉ cần trong một lần chạy dao, dụng cụ đã có thể bị mòn nhiều làm cho đường kính của chi tiết gia công tăng dần và đường kính ở đầu kết thúc lần chạy dao đó to hơn hẳn kích thước ở phần đầu của quá trình cắt. Đối với cao dao tiện định hình, khi dao mòn (profil của dao thay đổi) gây ra sai số hình dạng trên chi tiết gia công. VD: dao tiện ren, đá mài ren, trong những trường hợp này do kết cấu của dao, vận tốc ở các phần khác nhau của lưỡi cắt làm cho đỉnh dao mòn nhanh hơn do đó góc nhọn của đỉnh ren được gia công lớn dần. Tóm lại: để khắc phục sai số hình học của máy, dao, đồ gá có thể dùng các biện pháp sau: + Sửa chữa định kì, thêm các cơ cấu hiệu chỉnh. + Giảm sai số gá đặt chi tiết gia công và đồ gá, giảm số lần gá. Nâng cao độ chính xác chế tạo đồ gá. + Nâng cao độ chính xác chế tạo dao nhất là dao định kích thước , dao định hình. Chọn vật liệu làm dao tốt , nhiệt luyện và mài dao tốt để nâng cao tuổi thọ của dao. + Chọn chế độ cắt hợp lý sao cho không ảnh hưởng đến năng suất nhưng quá trình mài mòn của dao chậm. 3. Biến dạng khi kẹp chặt chi tiết gia công: 40
39. Khi gia công các chi tiết cần được kẹp chặt trên máy công cụ thông qua đồ gá. Các chi tiết thường không đủ độ cứng vững đặc biệt là các chi tiết mỏng, dài gây ra biến dạng khi kẹp và chịu lực cắt khi gia công. Ví dụ khi kẹp các ống mỏng để tiện lỗ, ống sẽ biến dạng. Sau khi gia công xong, mặt trụ sẽ không tròn Tóm lại, để giảm biến dạng cần chọn đúng vị trí kẹp, bổ xung thêm gối tỳ phụ chống biến dạng, tăng thêm các gân cứng vững chống biến dạng cho đồ gá. 4. ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ MGDC đến độ chính xác gia công. Trong quá trình gia công , HTCN bị nóng lên do ma sát , nhiệt cắt truyền vào & do ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh. Mức độ nóng lên của các bộ phận & thứ tự bị nóng lên trước hay sau là do vị trí của chúng gần hay xa vùng nhiệt. Mặc dù có dung dịch trơn nguội tưới vào vùng đang gia công và các bộ phận truyền động được ngâm trong dầu nhưng bản thân các dung dịch đó cũng bị tăng nhiệt độ. Do nhiệt độ ở các bộ phận tăng lên không đều nhau nên gây ra biến dạng vì nhiệt của HTCN không đều nhau nên ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của chi tiết gia công. a) Sai số do biến dạng vì nhiệt của máy: Khi máy làm việc, nhiệt độ các bộ phận khác nhau sinh ra biến dạng không đều và máy sẽ mất chính xác; ảnh hưởng đến độ chính xác gia công nhiều nhất là biến dạng nhiệt của ổ trục chính. Nhiệt tăng làm cho tâm trục chính xê dịch theo hướng ngang và hướng đứng. Thông thường nhiệt tăng nhiều nhất ở ổ đỡ trục chính. Độ xê dịch hướng ngang của tâm trục chính, khi gia công trên hai mũi tâm trong vòng 4 đến 5 giờ đầu có thể lên tới 10 µm và khi gia công trên mâm cặp 3 chấu có thể đạt tới 17 µm. Khi tăng số vòng quay trục chính, xê dịch này sẽ tăng lên và tỉ lệ với n ( n : số vòng quay trục chính ). Ngoài ra, đối với những máy công cụ chính xác cao, ánh nắng mặt trời chiếu vào cũng làm cho máy mất chính xác. Để giảm biến dạng nhiệt của máy có những biện pháp sau: + Kết cầu của máy phải đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt. + Các bộ phận như động cơ , cơ cấu thuỷ lực phải bố trí sao cho trong quá trình làm việc chúng được nóng đều. + Các chi tiết của máy khi thiết kế phải có tiết diện đủ lớn để toả nhiệt, có độ bóng bề mặt hợp lý để giảm ma sát. + Các máy chính xác phải bố trí ở những nơi đủ ánh sáng nhưng lại phải đảm bảo không bị ánh nắng mặt trời chiếu vào nung nóng nó. b) Sai số do biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt: 41
40. Tuỳ theo chế độ cắt, vật liệu làm dao và vật liệu gia công mà tỉ lệ phân nhiệt phân bố vào phoi, chi tiết gia công, dụng cụ cắt và một phần toả ra môi trường xung quanh sẽ khác nhau. Khi nhiệt cắt truyền vào dao, dao bị nở dài, mũi dao vươn thêm về phía trước làm cho đường kính ngoài giảm đi còn đường kính lỗ tăng lên. Cho đến khi dao ở trạng thái cân bằng nhiệt thì dao không nở dài thêm nữa và nếu không có sự mòn dao thì kích thước gia công sẽ không đổi. c) Sai số do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công: Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền vào chi tiết gia công, làm nó biến dạng và gây ra sai số gia công. Nếu chi tiết được nung nóng toàn bộ thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu bị nóng không đều thì còn gây ra cả sai số hình dáng. Ví dụ: khi tiện một trục, nhiệt độ ở xung quanh vùng cắt không đều nhau, thay đổi từ 10 ÷ 45°C (hình 3.6 a) và trường nhiệt đó lại di chuyển liên tục theo mũi dao từ trái sang phải nên sau khi gia công xong, chi tiết sẽ có dạng như hình 3.6 b. 40° 20° 45° 10° 15° 35° 25° a) Trường phân bố nhiệt khi tiện b) Sự biến dạng chi tiết sau khi tiện Hình 3.6 Nhiệt độ của chi tiết gia công trong quá trình cắt phụ thuộc vào chế độ cắt. Khi tiện, nếu tăng vận tốc cắt và bước tiến, tức là rút ngắn thời gian nung nóng liên tục chi tiết gia công nên nhiệt độ của nó sẽ giảm. Còn chiều sâu cắt tăng thì nhiệt độ chi tiết gia công cũng tăng theo. Sai số do biến dạng nhiệt của chi tiết chỉ ảnh hưởng lớn đến độ chính xác gia công khi chi tiết mỏng, nhỏ, còn đối với chi tiết to ảnh hưởng này không lớn lắm. Những biện pháp để khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết là : + Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng đang gia công với một chế độ thích hợp có hiệu quả. + Chi tiết có yêu cầu chính xác cao phải sử dụng chế độ cắt thích hợp và gia công trong phân xưởng riêng. + Trước khi cắt gọt nên cho máy chạy không một lúc để cho nhiệt độ của các khâu trong máy tăng đến mức cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh (lúc đó lượng nhiệt tăng thêm lên đúng bằng lượng nhiệt truyền ra môi trường xung quanh) mới bắt đầu cắt. 42
41. 5. Sai số do rung động phát sinh ra trong quá trình cắt: Rung động của HTCN trong quá trình cắt làm tăng độ nhám và độ sóng bề mặt, làm cho dao mòn nhanh và còn làm cho lớp kim loại bề mặt bị cứng nguội, hạn chế khả năng cắt gọt. Rung động xảy ra phần lớn là do độ cứng vững của HTCN kém. Thông thường có hai loại: rung động cưỡng bức và tự phát. * Cưỡng bức: là do các lực kích thích từ bên ngoài vào. Rung động cưỡng bức có thể có hoặc không có chu kỳ tuỳ theo lực kích thích có hoặc không có chu kỳ. _ Nguyên nhân : + Các chi tiết máy, dao cắt hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không cân bằng động. + Có sai số của các chi tiết truyền động trong máy. + Lượng dư gia công không đều , bề mặt gia công không liên tục. + Các mặt tiếp xúc có khe hở. + Do rung động của các máy xung quanh. _ Biện pháp khắc phục : + Nâng cao độ cứng vững của HTCN. + Giảm lực kích thích từ bên ngoài truyền tới. + Các chi tiết truyền động của máy có độ chính xác cao. + Các chi tiết quay nhanh được cân bằng động. + Tránh cắt không liên tục. + Gia công các chi tiết có độ chính xác cao phải có cơ cấu giảm rung, có nền giảm rung cách ly với bên ngoài. * Tự phát (tự rung): là do bản thân quá trình cắt gây ra, nó được duy trì bởi lực cắt. Khi ngưng cắt hiện tượng tự rung biến mất. Tự rung gây trở ngại lớn đến việc nâng cao chất lượng và năng suất gia công. Để giảm bớt rung động tự phát ta có thể dùng các biện pháp sau : + Tránh hớt lớp phoi quá rộng và quá mỏng. + Chọn tốc độ cắt hợp lý sao cho không nằm vào vùng lẹo dao. + Thay đổi hình dạng hình học của dao sao cho giảm lực cắt ở phương có rung động. + Dùng dung dịch trơn nguội để giảm bớt mòn dao. + Nâng cao độ cứng vững của HTCN. + Sử dụng các trang bị giảm rung nhằm tiêu hao năng lượng tạo rung trong quá trình cắt. Khi tiện, các trang bị giảm rung có thể sử dụng như hình 3.7. 43
42. b) a) Hình 3.7 Cách gá lắp trang bị giảm rung khi tiện. 6. Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo: + Sai số của dụng cụ đo: khi chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh sẽ trực tiếp gây ra sai số gia công. + Sai số do phương pháp đo: Động tác đo, áp lực đo cũng gây ra sai số đo dẫn đến sai số gia công. + Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công, khi đo lường phải chọn dụng cụ đo cho phù hợp. 44
43. Câu hỏi ôn tập chương 3 1. Độ chính xác gia công là gì? có các yếu tố cơ bản nào? 2. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến độ chính xác gia công? 3. Độ cứng vững Hệ thống công nghệ (máy, gá, dao, chi tiết) ảnh hưởng thế nào đến độ chính xác gia công? Cho ví dụ minh hoạ? Biện pháp tăng cường độ chính xác gia công? 4. Độ chính xác chế tạo của máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của máy, dao, đồ gá ảnh hưởng đến độ chính xác gia công như thế nào? Biện pháp xử lý để tăng cường độ chính xác gia công? 5. Biến dạng do kẹp chặt ảnh hưởng thế nào đến độ chính xác gia công? Nêu biện pháp khắc phục và cho ví dụ minh hoạ? 6. Rung động ảnh hưởng thế nào đến độ chính xác gai công? Cho ví dụ minh hoạ? 7. Biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ ảnh hưởng thế nào đến độ chính xác gia công? Biện pháp khắc phục? 8. Dụng cụ đo và phương pháp đo ảnh hưởng thế nào đến độ chính xác gia công? Tại sao? Cho ví dụ minh hoạ? 9. Các biện pháp cơ bản để tăng cường độ chính xác gia công khi gia công bằng các phương pháp tiện, phay, khoan, khoét, doa, và mài. 45
44. Chương 4 CHUẨN VÀ CÁCH CHỌN CHUẨN (6 tiết) mục tiêu bàI học - Trang bị những kiến thức khi gá đặt chi tiết để gia công chi tiết. _ Nắm được khái niệm về nguyên tắc định vị và kẹp chặt chi tiết khi gia công. Nội dung I. Khái niệm về quá trình gá đặt chi tiết: 1. Khái niệm về quá trình gá đặt: Gá đặt chi tiết trước khi gia công gồm hai quá trình: định vị chi tiết và kẹp chặt chi tiết. _ Quá trình định vị là sự xác định vị trí chính xác tương đối của chi tiết so với máy và dụng cụ cắt trước khi gia công. Ví dụ: khi phay mặt B (hình 4.1), chi tiết B được định vị bằng mặt A để bảo đảm kích thước Η δ δH H H , dụng cụ cắt được điều chỉnh theo kích thước HδH, mà gốc kích thước là bàn máy (hoặc bề mặt A đồ định vị của đồ gá). Hình 4.1 Định vị chi tiết để phay. _ Quá trình kẹp chặt là quá trình cố định vị trí của chi tiết sau khi đã định vị để chống lại tác dụng của ngoại lực (chủ yếu là lực cắt) trong quá trình gia công chi tiết làm cho chi tiết không rời khỏi vị trí đã được định vị. Ví dụ: Gá đặt trên mâm cặp 3 chấu tự định tâm (hình 4.2). Sau khi đưa chi tiết lên mâm cặp, vặn cho các chấu cặp tiến vào sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm của trục chính của máy, đó là quá trình định vị. Sau đó tiếp tục vặn cho chấu cặp tạo nên lực kẹp chi tiết để chi tiết sẽ không bị dịch chuyển trong quá trình gia công sau này. Đó là quá trình kẹp chặt. 46
45. Hình 4.2 Gá đặt trên mâm cặp 3 chấu. Cần lưu ý rằng quá trình định vị là một quá trình vô cùng quan trọng trong gia công chi tiết, quá trình định vị bao giờ cũng xảy ra trước quá trình kẹp chặt. Không bao giờ hai quá trình này xảy ra đồng thời và cũng không bao giờ quá trình kẹp chặt xảy ra trước quá trình định vị. Gá đặt chi tiết hợp lý hay không là một trong những vấn đề cơ bản của việc thiết kế quy trình công nghệ. Vì nếu khi đã khống chế được những nguyên nhân khác sinh ra sai số gia công trong một mức độ nhất định thì độ chính xác của chi tiết gia công chủ yếu do quá trình gá đặt quyết định. Chọn được phương án gá đặt hợp lý còn giảm được thời gian phụ, đảm bảo độ cứng vững tốt để nâng cao chế độ cắt, giảm thời gian cơ bản. 2. Các phương pháp gá đặt chi tiết khi gia công: a) Phương pháp rà gá: Có hai trường hợp: rà trực tiếp trên máy và rà theo dấu đã vạch sẵn. Theo phương pháp này, người công nhân dùng mắt với những dụng cụ như bàn rà, mũi rà, đồng hồ đo hoặc hệ thống ống kính quang học để xác định vị trí của chi tiết so với máy hoặc dụng cụ cắt. Phương pháp rà gá thường được dùng trong sản xuất đơn chiếc hay loạt nhỏ hoặc trong những trường hợp mặt phôi quá thô không thể dùng đồ gá được. Ví dụ: Khi gia công lỗ d2 của bạc lệch tâm (hình 4.3) trên mâm cặp 4 chấu phải tiến hành rà để đảm bảo tâm lỗ O2 trùng với tâm trục chính của máy. 47
46. d 1 b d 2 nst o c O2 O1 k = a e Hình 4.3 Rà khi gia công lỗ bạc lệch tâm Hình 4.4 Phay bằng dao phay đĩa. b) Phương pháp tự động đạt kích thước: Theo phương pháp này, dụng cụ cắt có vị trí tương quan cố định so với vật gia công (tức là vị trí đã điều chỉnh). Vị trí này được bảo đảm cố định nhờ các cơ cấu định vị của Đồ gá. Khi gia công theo phương pháp này, máy và dao được điều chỉnh trước. Ví dụ: khi phay bằng dao phay đĩa 3 mặt (hình 4.4) dao đã được điều chỉnh trước để đảm bảo các kích thước a và b. ii. Nguyên tắc 6 điểm khi định vị chi tiết: 1. Nguyên tắc 6 điểm khi định vị chi tiết: Trong công nghệ chế tạo máy ta xẽ xét sự chuyển động của một vật rắn tuyệt đối trong không gian theo hệ toạ độ Đề Các. Nó gồm 6 bậc tự do chuyển động đó là: 3 bậc tịnh tiến dọc trục ox, oy, oz 3 bậc xoay quanh trục ox, oy, oz. Bậc tự do của một vật rắn tuyệt đối là khả năng di chuyển của vật rắn theo phương nào đó mà không bị bất kì một cản trở nào. Khi ta đặt một khối lập phương trong hệ toạ độ Đề Các, có thể thấy các chuyển động được khống chế như sau : 48
47. z 6' 6 4' 4 5' 5 1 3 2 o y 1' 3' 2' x Hình 4.5 Sơ đồ xác định vị trí của một vật rắn trong hệ toạ độ Đề Các Mặt phẳng xoy (khống chế 3 bậc tự do): Điểm 1: khống chế bậc tự do tịnh tiến dọc trục oz. Điểm 2: khống chế bậc tự do quay quanh trục ox. Điểm 3: khống chế bậc tự do quay quanh trục oy. ⇒ 3 điểm tạo thành một mặt phẳng khống chế 3 bậc tự do. Mặt phẳng xoz (khống chế 2 bậc tự do): Điểm 4: khống chế bậc tự do tịnh tiến dọc trục oy. Điểm 5: khống chế bậc tự do quay quanh trục oz. ⇒ 2 điểm tạo thành một đường thẳng khống chế 2 bậc tự do. Mặt phẳng yoz (khống chế 1 bậc tự do): Điểm 6: khống chế bậc tự do tịnh tiến dọc trục ox. ⇒ 1 điểm khống chế 1 bậc tự do. 49
48. Cần chú ý rằng: Mỗi mặt phẳng đều có khả năng khống chế 3 bậc tự do, nhưng ở mặt phẳng xoz và yoz chỉ khống chế 2 và 1 bậc tự do vì có những bậc tự do ở mặt này có thể khống chế nhưng ở mặt kia cũng đã được khống chế rồi do đó nó không khống chế nữa. Trong quá trình định vị chi tiết, không phải lúc nào cũng cần phải khống chế cả 6 bậc tự do, mà tùy theo yêu cầu gia công ở từng nguyên công, số bậc tự do có thể được khống chế nhỏ hơn 6. 2. Một số ví dụ điển hình: a) Mâm cặp 3 chấu tự định tâm: z Là mâm cặp với chiều dài mâm cặp lớn hơn đường kính chi tiết (L>D) khống chế bốn bậc tự do sau: o d Tịnh tiến dọc trục ox y Tịnh tiến dọc trục oz l Quay quanh trục ox x l > d Quay quanh trục oz Hình 4.6 Mâm cặp 3 chấu tự định tâm khống chế 4 bậc tự do b) Hai mũi tâm với mũi tâm trước cố định khống chế 5 bậc tự do: Mũi tâm trước cố định z khống chế 3 bậc tự do: Tịnh tiến dọc trục ox Tịnh tiến dọc trục oy y Tịnh tiến dọc trục oz Mũi tâm sau di động x khống chế 2 bậc tự do: Quay quanh trục ox Hình 4.7 Hai mũi tâm khống chế Quay quanh trục oz 5 bậc tự do. c) Khối V:* Khối V dài: 50
49. Với chiều dài khối V lớn z hơn đường kính trục chi tiết khống chế bốn bậc tự o do: y x Tịnh tiến dọc trục ox d Tịnh tiến dọc trục oz l L > D Quay quanh trục ox Quay quanh trục oz Hình 4.8 Khối V dài khống chế 4 bậc tự do * Khối V ngắn: Với chiều dài khối V nhỏ hơn đường kinh z trục chi tiết khống o chế hai bậc tự do: y Tịnh tiến dọc trục ox x Tịnh tiến dọc trục oz d L < D L Hình 4.9 Khối V ngắn khống chế 2 bậc tự do d) Chốt trụ : *Chốt trụ dài: Với chiều dài chốt trụ lớn hơn đường kính lỗ bị chốt khống chế bốn bậc tự do: Tịnh tiến dọc trục ox Tịnh tiến dọc trục oz Quay quanh trục ox Quay quanh trục oz * Chốt trụ ngắn: Với chiều dài chốt trụ < 1/3 đường kình lỗ bị chốt khống chế 2 bậc tự do. Tịnh tiến dọc trục ox Tịnh tiến dọc trục oz 51
50. z z y o o y x x Hình 4.10 Chốt trụ dài khống chế Hình 4.11 Chốt trụ ngắn khống chế 4 bậc tự do. 2 bậc tự do. * Chốt trám khống chế 1 bậc tự do Quay quanh trục oy Được phối hợp với mặt phẳng và một chốt trụ ngắn để định vị z chi tiết khi gia công o y x Hình 4.12 Chốt trụ trám khống chế 1 bậc tự do 52
51. 3. Siêu định vị: Trong công nghệ chế tạo máy còn có khái niệm về sự định vị đó là trường hợp 1 bậc tự do bị khống chế quá một lần hoặc bậc tự do của chi tiết sau khi định vị lớn hơn 6. Ví dụ ta xét trường hợp một chốt trụ dài và một mặt phẳng chính cùng tham gia định vị một chi tiết. z Hình 4.13 Chốt trụ dài và một mặt phẳng cùng tham gia định vị y x + Chốt trụ dài khống chế bốn bậc tự do: Tịnh tiến dọc trục ox Tịnh tiến dọc trục oz Quay quanh trục ox Quay quanh trục oz + Mặt phẳng khống chế 3 bậc tự do Tịnh tiến dọc trục oy Quay quanh trục ox Quay quanh trục oz ⇒ Ta thấy rằng bậc tự do quay quanh trục ox bị khống chế hai lần và bậc tự do quay quanh trục oz cũng bị khống chế hai lần. Như vậy trường hợp này gọi là siêu định vị. 53
52. Tóm lại nếu chi tiết bị khống chế quá 6 điểm tức là đã có một hay vài bậc tự do bị khống chế quá một lần thì gọi là siêu định vị. Vậy khi định vị chi tiết không được để rơi vào tình trạng siêu định vị vì nó sẽ gây ra sai số cho quá trình gia công. III. Định nghĩa và phân loại chuẩn: 1. Định nghĩa: Để bảo đảm những yêu cầu về chất lượng sản phẩm, về năng suất và giá thành một sản phẩm cơ khí hay một chi tiết máy, mỗi chi tiết khi được gia công cơ thường có các dạng bề mặt sau: bề mặt gia công, bề mặt dùng để định vị, bề mặt dùng để kẹp chặt, bề mặt dùng để đo lường, bề mặt không gia công. Tuy nhiên, trong thực tế có thể có một bề mặt làm nhiều nhiệm vụ khác nhau, ví dụ vừa dùng để định vị, vừa dùng để kẹp chặt hay kiểm tra. Do vậy, để xác định vị trí tương quan giữa các bề mặt của một chi tiết hay giữa các chi tiết khác nhau người ta đưa ra khái niệm về chuẩn, và định nghĩa chuẩn như sau: “ Chuẩn là tập hợp của những bề mặt, đường hoặc điểm của một chi tiết mà căn cứ vào đó người ta xác định vị trí của các bề mặt, đường hoặc điểm khác của bản thân chi tiết đó hoặc của chi tiết khác. như vậy, mặt, đường, điểm có trước ấy gọi là chuẩn”. Cần chú ý rằng tập hợp của những bề mặt, đường hoặc điểm có nghĩa là chuẩn đó có thể là một hay nhiều bề mặt, đường hoặc điểm. Vị trí tương quan của các bề mặt, đường hoặc điểm được xác định trong quá trình thiết kế hoặc gia công cơ, lắp ráp hoặc đo lường. Việc xác định chuẩn ở một nguyên công gia công cơ, chính là việc xác định vị trí tương quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công của chi tiết để đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công đó. 2. Phân loại chuẩn: a) Chuẩn thiết kế: Chuẩn thiết kế là chuẩn được dùng trong quá trình thiết kế và được hình thành khi lập các chuỗi kích thước trong quá trình thiết kế. Chuẩn thiết kế có thể là chuẩn thực hay chuẩn ảo. 54
53. Chuẩn thực như mặt A dùng để xác định kích thước các bậc của trục. Chuẩn ảo như điểm O (hình b), là đỉnh hình nón của mặt lăn bánh răng côn dùng để xác định góc côn (α). α A A1 A2 A3 a) b) Hình 4.14 Chuẩn thiết kế b) chuẩn công nghệ: Chuẩn công nghệ được chia ra: chuẩn gia công, chuẩn lắp ráp và chuẩn kiểm tra. * Chuẩn gia công dùng để xác định vị trí của những bề mặt, đường hoặc điểm của chi tiết trong quá trình gia công cơ. Chuẩn gia công bao giờ cũng là chuẩn thực. B H A A a) b) Hình 4.15 Chuẩn gia công Hãy xem xét 2 ví dụ trên, chúng ta thấy: _ Nếu gá đặt để tự động đạt kích thước cho cả loạt chi tiết máy thì mặt A làm cả 2 nhiệm vụ tỳ và định vị. _ Nếu rà gá từng chi tiết theo đường vạch dấu B (hoặc theo một bề mặt nào khác) thì mặt A chỉ làm nhiệm vụ tỳ, còn chuẩn định vị là đường vạch dấu B. Như vậy là chuẩn gia công có thể trùng hoặc không trùng với mặt tỳ của chi tiết lên đồ gá 55
54. hoặc lên bàn máy. * Chuẩn gia công còn chia ra chuẩn thô và chuẩn tinh. _ Chuẩn thô là những bề mặt dùng làm chuẩn chưa được gia công. Trong hầu hết các trường hợp, thì chuẩn thô là những yếu tố hình học thực của phôi chưa gia công. Chỉ trong trường hợp phôi đưa vào xưởng đã ở dạng gia công sơ bộ thì chuẩn thô mới là những bề mặt đã gia công. Những trưòng hợp như vậy thường gặp trong sản xuất máy hạng nặng, ở đó các vật rèn lớn chuyển đến từ các nhà máy luyện kim đã qua tiện thô, mục đích là để phát hiện phế phẩm của quá trình tạo phôi, vận chuyển dễ và giảm khối lượng gia công cơ. _ Chuẩn tinh là những bề mặt dùng làm chuẩn đã qua gia công. Nếu chuẩn tinh còn được dùng trong quá trình lắp ráp sau này thì gọi là chuẩn tinh chính. Còn những chuẩn tinh không được sử dụng trong quá trình lắp ráp sau này thì gọi là chuẩn tinh phụ. Lç A 1 2 a) b) Hình 4.16 Chuẩn tinh Ví dụ: Mặt lỗ A của bánh răng được dùng làm chuẩn tinh khi gá đặt để gia công răng, đồng thời cũng được dùng để lắp với trục (khi lắp ráp). Nên lỗ A được gọi là chuẩn 56
55. tinh chính. Mặt 1 và 2 của pittông được dùng để làm chuẩn tinh phụ vì khi lắp ráp không dùng đến nó. * Chuẩn lắp ráp là chuẩn dùng để xác định vị trí tương quan của các chi tiết khác nhau của một bộ phận máy trong quá trình lắp ráp. Chuẩn lắp ráp có thể trùng với mặt tỳ lắp ráp và cũng có khi không. Ví dụ: khi lắp ráp thân động cơ đốt trong cần bảo đảm độ thẳng góc giữa tâm lỗ xylanh (mặt E) với tâm ổ lắp trục khuỷu M là 0,05/1000 mm. Khi tiến hành lắp các chi tiết 1, 2, 3, 4 phải đảm bảo những yêu cầu về: _ Độ song song của M với mặt lắp C1. _ Độ song song của hai mặt D2 và C2. _ Độ vuông góc của tâm lỗ chi tiết 3 với mặt D3. Hình 4.17 Chuẩn lắp ráp. * Chuẩn kiểm tra (hay còn gọi là chuẩn đo lường) là chuẩn căn cứ vào đó để tiến hành đo hay kiểm tra kích thước về vị trí giữa các yếu tố hình học của chi tiết máy. Trong thực tế có khi chuẩn thiết kế, chuẩn gia công, chuẩn lắp ráp và chuẩn kiểm tra không trùng nhau và có khi hoàn toàn trùng nhau. IV. Những điểm cần tuân thủ khi chọn chuẩn: Khi chọn chuẩn để gia công các chi tiết máy, ta phải xác định chuẩn cho nguyên công đầu tiên và chuẩn cho nguyên công tiếp theo. Thông thường chuẩn dùng ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công chi tiết máy là chuẩn thô, còn chuẩn dùng ở các nguyên công tiếp theo thường là chuẩn tinh. Mục đích của việc chọn chuẩn là để bảo đảm hai yêu cầu: _ Chất lượng của chi tiết trong quá trình gia công. _ Nâng cao năng suất và giảm giá thành. 57
56. 1. Chọn chuẩn thô: _ Chuẩn thô thường được dùng ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công cơ. Việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, nó có ảnh hưởng đến những nguyên công sau và đến độ chính xác gia công của chi tiết. Khi chọn chuẩn thô cần chú ý hai yêu cầu: + Phân phối đủ lượng dư cho các bề mặt gia công. + Bảo đảm độ chính xác cần thiết về vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công với những bề mặt sắp gia công. Ví dụ, khi gia công mặt A, mặt B và lỗ O của một chi tiết hộp bằng phôi đúc B (hình 4.18), ta chia ra hai trường hợp: + Trường hợp lỗ đúc đặc (chưa có lỗ) thì có thể lấy o mặt A làm chuẩn thô để gia công lỗ, rồi ngược lại n m lấy lỗ làm chuẩn để gia công mặt A. Cuối cùng lấy mặt A để gia công mặt B. A Hình 4.18 Phôi đúc cho chi tiết hộp + Trường hợp lỗ đúc rỗng, thì phải lấy mặt lỗ làm chuẩn thô để gia công mặt A, rồi sau đó lấy mặt A làm chuẩn để gia công mặt B và lỗ. Như vậy lượng dư sẽ phân phối đều, tránh được phế phẩm do lỗ đúc bị lệch. Vì nếu lỗ đúc lệch lượng dư phân bố không đều khi cắt dễ bị lệch, sinh ra sai số hình dạng hình học (độ côn, độ ô van ) và lực cắt không đều sẽ sinh ra rung động và nếu lỗ đúc lệch nhiều quá sẽ không đủ lượng dư để gia công lỗ. _ Dựa vào những yêu cầu trên khi chọn chuẩn thô cần tuân thủ 5 điểm sau: 1/ Nếu chi tiết gia công có một bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt đó làm chuẩn thô, vì như vậy sẽ làm cho sự thay đổi vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công là nhỏ nhất. Ví dụ: Lấy mặt A làm chuẩn thô để gia công các mặt B, C và D để đảm bảo độ đồng tâm với A. 58
57. D B Hình 4.19 Chuẩn thô là mặt không gia công A C 2/ Nếu có một số bề mặt không gia công, thì nên chọn bề mặt không gia công nào có yêu cầu độ chính xác về vị trí tương quan cao nhất đối với các bề mặt gia công làm chuẩn thô. 3/ Trong các bề mặt phải gia công, nên chọn mặt nào có có lượng dư nhỏ, đều làm chuẩn thô. 4/ Cố gắng chọn bề mặt làm chuẩn thô tương đối bằng phẳng, không có mép rèn dập (bavia), đậu ngót, đậu rót hoặc quá gồ ghề. 5/ Chuẩn thô chỉ nên dùng một lần trong cả quá trình gia công. 1 2 3 Hình 4.20 Trục bậc đồng tâm giữa các mặt 1 và 3. Chẳng hạn khi gia công trục bậc (hình 4.20), nếu lần gá thứ nhất dùng mặt 2 làm chuẩn để gia công mặt 3 và gá lần thứ hai vẫn dùng mặt 2 làm chuẩn để gia công mặt 1 thì sẽ khó bảo đảm độ 2. Chọn chuẩn tinh: Khi chọn chuẩn tinh người ta cũng đưa ra 5 điểm cần tuân theo: 59
58. 1/ Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính, như vậy sẽ làm cho chi tiết lúc gia công có vị trí tương tự lúc làm việc. Vấn đề này rất quan trọng khi gia công tinh. Chẳng hạn khi gia công răng của bánh răng, chuẩn tinh được chọn là bề mặt lỗ A. Lỗ A cũng là bề mặt sau này được lắp với trục truyền động của bánh răng ( hình 4-21) A Hình 4.21 Bánh răng 2/ Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với Η gốc kích thước để sai số chọn chuẩn = 0 δ Η δ H εc(A) = 0 A Hình 4.22 Sự hình thành sai số chuẩn K 3/ Chọn chuẩn sao cho khi gia công chi tiết không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp. Mặt chuẩn phải đủ diện tích định vị. Ví dụ như sơ đồ kẹp chặt khi gia công biên sau: W W W Hình 4.23 Sơ đồ kẹp chặt khi gia công biên 4/ Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản và thuận tiện khi sử dụng. 5/ Cố gắng chọn chuẩn thống nhất, có nghĩa là trong nhiều lần gá cũng chỉ dùng một chuẩn để thực hiện các nguyên công của cả quá trình công nghệ. Vì khi thay đổi chuẩn sẽ sinh ra sai số tích lũy ở những lần gá sau. 60
59. Ví dụ. Khi gia công các mặt của một vỏ hộp ( hình 4.20) có thể so sánh hai trường hợp chọn chuẩn thống nhất khi tính sai số chuẩn cho các kích thước a, b, h, để thấy rằng khi chọn chuẩn thống nhất sai số chuẩn sẽ nhỏ hơn. Hình 4.24 Sơ đồ định vị khi gia công các mặt vỏ hộp a, Tính sai số chọn chuẩn cho các kích thước a, b, h khi gia công ở truờng hợp chọn chuẩn không thống nhất. - Khi gia công để đạt kích thước a (hình 4.20 a) chuẩn định vị là mặt đáy (3 điểm) và mặt K (2 điểm) kẹp chặt từ mặt L. εc(a) = δA 61
60. - Khi gia công để đạt được kích thước b (hình 4.20 b). Định vị bằng mặt đáy (3 điểm), mặt L (2 điểm) và kẹp chặt từ mặt K. εc(b) = δa + δA + δB - Khi gia công để đạt kích thước h. Định vị như gia công để đạt được kích thước b (hình 4.20 c). εc(h) = δa + δb + δA + δB Hình 4.25 Sơ đồ định vị khi gia công các mặt vỏ hộp b) Tính sai số chọn chuẩn các kích thước a, b, h, khi gia công các mặt nói trên ở trường hợp chọn chuẩn thống nhất ( hình 4-20). ở đây khi gia công ta chọn chuẩn thống nhất là mặt đáy (3 điểm) và hai lỗ được định vị bằng một chốt trụ ngắn và một chốt trám. Như vậy là chi tiết được định vị 6 điểm. , - Khi gia công để đạt kích thước a thì : ε c(a) = δA , - Khi gia công để đạt kích thước b : ε c(b) = δa + δA , - Khi gia công để đạt kích thước h : ε c(h) = δa + δb + δA Sau khi đã tính được sai số chuẩn cho các kích thước a, b, h trong hai truờng hợp ta so sánh kết quả của chúng. ở trường hợp thứ hai ( khi chọn chuẩn thống nhất) ta định vị bằng chốt ở lỗ đã , gia công, nên sai số kích thước A nhỏ hơn với kích thước A nghĩa là δA' < δA Ta viết lại kết quả trên: Khi chọn chuẩn chuẩn thống nhất Khi chọn chuẩn không thống nhất , ε c(a) = εA εc(a) = εA 62
61. , ε c(b) = εa + εA εc(b) = εa + εA + εB , , ε c(h) = εa + εb + εA εc(h) = εa + εb + εA + εB Từ nhận xét trên ta có thể suy ra: , ε c(a) < εc(a) , ε c(b) < εc(b) , ε c(h) < ε c(h) Điều đó cho ta kết luận khi chọn chuẩn thống nhất sai số chọn chuẩn cho các kích thước thực hiện sẽ nhỏ hơn khi chọn chuẩn không thống nhất. 63
62. Câu hỏi ôn tập chương 4 1. Gá đặt là gì, ý nghĩa của nó? 2. Trình bày khái niệm về bậc tự do? 3. Hãy nêu nguyên tắc 6 điểm khi địng vị? Cho ví dụ minh hoạ. 4. Thế nào là siêu định vị? Tác hại của nó, cho ví dụ? 5. Định nghĩa và phân loại chuẩn? Cho ví dụ minh hoạ. 6. Trình bày nguyên tắc chọn chuẩn thô, chuẩn tinh? Cho ví dụ minh hoạ. 64
63. CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ (4 tiết) mục tiêu bàI học _ Trang bị những kiến thức để thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết. _ Học sinh nắm được khái niệm về quy trình công nghệ và thiết kế được quy trình công nghệ gia công chi tiết phù hợp điều kiện sản xuất. Nội dung I. Khái niệm về thiết kế quy trình công nghệ: Bất cứ một sản phẩm trước khi đi vào sản xuất đều phải qua giai đoạn chuẩn bị sản xuất, giai đoạn này vô cùng quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng và giá thành của sản phẩm. Một trong những công việc chính của giai đoạn chuẩn bị sản xuất là thiết lập quy trình công nghệ gia công cơ. Quy trình công nghệ bao gồm những tài liệu để phục vụ và hướng dẫn cho việc gia công chi tiết trên máy (các đồ gá, các loại dao chuyên dùng ) Quy trình công nghệ là pháp lệnh được dùng cho nhà máy, phân xưởng căn cứ vào đó mà thực hiện việc gia công các chi tiết máy. Đó còn là tài liệu cơ bản để lập chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, làm công tác kế hoạch, điều độ sản xuất trong xí nghiệp. Mức độ phức tạp của quy trình công nghệ phụ thuộc vào dạng sản xuất: trong sản xuất hàng loạt nhỏ, quy trình công nghệ chỉ bao gồm trình tự các nguyên công (với các thông số cơ bản như loại máy, dao, thời gian gia công, bậc thợ ); trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối thì phải quy mô, tỉ mỉ, bao gồm nhiều loại tài liệu khác nhau Tính công nghệ trong kết cấu là đặc tính quan trọng của sản phẩm. Kết cấu công nghệ hợp lý nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật để sản phẩm có đủ khẳ năng chịu lực và làm việc lâu dài với lượng tiêu hao và sử dụng kim loại ít nhất; tính công nghệ tốt nhất nghĩa là dễ gia công chế biến, khối lượng gia công, sửa chữa , lắp ráp ít nhất với giá thành thấp nhất. Vì thế khi thiết kế sản phẩm cần đảm bảo tính công nghệ kết cấu. Do đó cơ sở nhằm nâng cao tính công nghệ kết cấu bao gồm : _ Quy mô sản xuất và tính chất của loạt sản phẩm để xác định chi phí, máy móc, đồ gá, dụng cụ nhằm đảm bảo tính ổn định và lặp lại của sản phẩm. _ Tính tổng thể của sản phẩm không thể tách riêng từng chi tiết . _ Trong quá trình sản xuất trên cơ sở tính chất tổng thể của sản phẩm phải giải quyết từng giai đoạn, từ việc chế tạo phôi, gia công cơ, lắp ráp, chế tạo thử và sản xuất hàng loạt nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao. _ Đặc điểm của cơ sở sản xuất, trang bị công nghệ tiên tiến với những kinh nghiêm và khả năng tối đa có được của đơn vị sản xuất. 65
64. Do vậy khi sản xuất đã đi vào ổn định thì việc thiết kế quy trình công nghệ là không thể thiếu được và những quy trình công nghệ hợp lý đã được duyệt thi phải được tất cả mọi người tuân thủ một cách tuyệt đối. II. Tài liệu dùng để lập quy trình công nghệ : Muốn thiết kế một quy trình công nghệ ta phải có những tài liệu cơ bản ban đầu như sau : _ Bản vẽ chi tiết bao gồm các hình chiếu, mặt cắt, hình cắt và các hình biểu diễn phải rõ ràng, đầy đủ các kích thước, dung sai, điều kiện kỹ thuật Phải ghi rõ những chỗ cần gia công đặc biệt, vật liệu và phương pháp nhiệt luyện, độ cứng cần đạt, các yêu cầu kỹ thuật khác nếu có _ Bản vẽ lắp bộ phận trong đó có bản vẽ chi tiết cần gia công. _ Sản lượng chi tiết cần gia công , kể cả số lượng dự trữ. _ Bản vẽ phôi có ghi đầy đủ lượng dư và mọi điều kiện kỹ thuật của phôi. _ Các loại sổ tay về vật liệu, đồ gá, dao, máy _ Các định mức về bậc lương, bậc thợ Như vậy khi đã có đủ các tài liệu trên, ta phải nắm vững và sử dụng các tài liệu đó một cách thành thạo mới có thể thiết lập được một quy trình công nghệ hợp lý nhất. III. Trình tự thiết kế một quy trình công nghệ : _ Nghiên cứu, đọc và tìm hiểu về bản vẽ chi tiết, xác định dạng sản xuất. _ Phân loại chi tiết, sắp đặt vào nhóm (càng, hộp, bánh răng trục, bạc). _ Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi. _ Tính toán và tra bảng lượng dư. _ Vạch thứ tự các nguyên công. _ Thiết kế hoặc chọn đồ gá chuyên dùng cho từng nguyên công. _ Chọn máy, dao cắt. Xác định chế độ cắt hợp lý. _ Xác định cấp bậc thợ. _ Định mức thời gian cho mỗi nguyên công và thời gian hoàn thành chi tiết. _ Ghi phiếu công nghệ và vẽ sơ đồ các nguyên công. Tóm lại nội dung các bước trên đều rất cần thiết, nhưng mức độ thì khác nhau tuỳ theo dạng sản xuất và tình hình cụ thể mà trình tự có thể bị thay đổi. Chú ý : * Khi xác định trình tự các nguyên công cần theo các nguyên tắc sau : 66