Đồ án Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trục răng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ .......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình hội nhập và phát triển của đất nước ta hiện nay thì tất cả các lĩnh vực ngành nghề đều phát triển mạnh mẽ. Mặt khác quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đang diễn ra rất nhanh chóng. Các máy móc thiết bị hiện đại đều đã và đang được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực. Cùng với sự phát triển đó thì ngành công nghệ chế tạo máy đang từng bước đổi mới để phù hợp với điều kiện thực tế. Để có một nền kinh tế phát triển thì nền công nghiệp không thể không phát triển được. Chính vì vậy, nhà nước ta đã có những chính sách để tạo điều kiện cho ngành công nghiệp như có sự tham gia đầu tư từ nước ngoài, sự mọc lên của các công ty liên doanh, các doanh nghiệp nước ngoài. Như vậy, để tránh tụt hậu về kiến thức thì yêu cầu người kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật viên phải nắm vững kiến thức, trao rồi kiến thức, học hỏi kinh nghiệm, và phải biết vận dụng những kiến thức đó sao cho hợp lý nhất. Đối vối một sinh viên cơ khí như em thì cần phải cố gắng học tập tốt, nhất là những môn chuyên ngành. Đồ án công nghệ chế tạo máy là một điều kiện rất tốt để em có thể đọc thêm, hiểu thêm và tổng hợp các kiến thức và vận dụng chúng vào trong đồ án của mình. Và đề tài em được giao là: “Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trục răng”. Sau thời gian làm đồ án, được sự hưỡng dẫn tận tình của thầy giáo Thạc sĩ Hoàng Văn Quyết, các thầy trong bộ môn Chế tạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn cùng lớp đã giúp em hoàn thành được đồ án của mình. Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án, do sự tổng hợp ý kiến chưa đầy đủ, kinh nghệm thực tế còn thiếu nhiều nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu xót. Vậy em rất mong được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè. Thái Nguyên ngày … / …/2011 Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Dương Văn Nam PHẦN I PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG 1.1. Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết gia công Các chi tiết dạng trục là loại chi tiết được dùng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy. Chúng có bề mặt cơ bản cần gia công là mặt tròn xoay ngoài. Mặt này thường dùng làm mặt lắp ghép. Chi tiết dạng trục thường được dùng để truyền mô men xoắn giữa hai trục song song hoặc vuông góc hoặc tạo với nhau một góc. Nhờ truyền động cơ khí giữa các cặp bánh răng, bánh vít, trục vít ăn khớp hay nhờ truyền động đai ma sát... Trong quá trình làm việc trục dễ bị biến dạng do tác dụng của tải trọng và điều kiện làm việc. Vì vậy, chi tiết phải được gia công chính xác để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra như độ cứng xoắn, độ cứng uốn, độ đồng tâm, các bề mặt làm việc của trục cần phải được gia công chính xác, cơ tính đạt yêu cầu . Cụ thể chi tiết là trục răng Z14 dùng trong hộp tốc độ: 1. Chức năng của chi tiết: Trục răng là một thành phần cơ bản nằm trong kết cấu của hộp tốc độ, có chức năng nhận và truyền chuyển động: - Chức năng nhận chuyển động: + Là bộ phận nhận truyền động từ động cơ thông qua bộ truyền đai (hoặc xích) lắp trên cổ trục F38 cố định theo phương tiếp tuyến bằng then bằng B = 12mm. - Chức năng truyền chuyển động: + Là bộ phận truyền động từ phần răng có m = 3 và số răng Z = 14 cho trục bị động thông qua bánh răng bị động của bộ truyền. 2. Điều kiện làm việc của chi tiết gia công: - Đây là chi tiết dạng trục có Lmax = 445mm, Dmax =48,42mm và Dmin = 27mm. Đây là trục có tỷ số L/D>10mm do đó được xếp vào loại truc dài. - Với chức năng chủ yếu nói trên, trục răng Z14 được làm việc trong các điều kiện sau: +0,01 +0,03 + Hai cổ trục F40 lắp vòng bi, đây chính là vị trí được nằm lên hai gối đỡ của thân hộp tốc độ. Trong quá trình làm việc trục chịu tác dụng của mô men uốn sinh ra do lực hướng kính. Đồng thời chịu mô men xoắn sinh ra do lực tiếp tuyến. Với kết cấu của bộ truyền trong hộp (truyền động bánh răng nghiêng) nên lực dọc trục có ảnh hưởng đáng kể. + Cổ trục F42là vị trí luôn tiếp xúc với vòng bít chắn dầu (tránh thoát dầu vào trong ổ trục) nên luôn luôn có chuyển động tỳ sát trên bề mặt. + Cổ trục F38 do lắp công xôn nên luôn luôn bị uốn. Đồng thời tại đó có rãnh then 12 nên trục luôn chịu lực dập, cắt. + Phần răng Z14, m = 3 do đặc điểm của bộ truyền. Nên phần sườn răng luôn chịu ứng suất tiếp xúc (gây mòn) và chịu ứng suất uốn (gây gãy). + Với việc bố trí phần trục có rãnh then phía ngoài một gối đỡ lắp ổ chứng tỏ đây là kiểu lắp công xôn nên trục được chế tạo phải cứng vững và đảm bảo độ đồng tâm. Việc gia công răng liền trục giữa hai ổ vừa làm tăng độ cứng vững trục, tiết kiệm nguyên công, hạ giá thành sản phẩm. Nhưng nhược điểm của cách bố trí này là khi làm việc bề mặt răng bị tróc rỗ, gẫy, mòn thì phải thay cả trục . Vật liệu để chế tạo chi tiết là thép 40X với thành phần hoá học là: %C %Cr %Mn %Si %Bo 0,36¸ 0,44 0,8¸ 1,1 0,5÷ 0,8 0,17÷0,37 <0,005 1.2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật và định ra phương pháp gia công tinh lần cuối 1. Phân tích yêu cầu kỹ thuật Khi chế tạo chi tiết dạng trục cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau: - Với bề mặt trục có rãnh then (L= 80mm) gia công đạt độ nhẵn Ra ≈ 0,63µm (Vì để lắp bánh răng và được truyền mô men xoắn nhờ mối ghép bằng then). Độ không song song giữa các bề mặt then và tâm là 0,05 mm/100 mm chiều dài , sai lệch của rãnh then theo chiều dài không quá 0,01mm. - Bề mặt Ф40 ( L=23mm) dùng để lắp ghép ổ lăn nên cần độ chính xác cao, độ bền, độ cứng cao cần gia công đạt độ nhẵn bóng Ra ≈ 0,63µm. Để đảm bảo điều kiện lắp ghép dung sai độ đồng tâm giữa 2 cổ trục là 0,045mm. - Bề mặt trục Ф42 không dùng lắp ghép nhưng vẫn phải gia công đạt độ nhẵn bóng Rz ≈ 40µm để tăng độ bền mỏi của chi tiết. 2. Định ra phương pháp gia công tinh lần cuối Dựa vào điều kiện làm việc và yêu cầu về độ chính xác của từng bề mặt ta chọn phương pháp gia công lần cuối như sau: -Với bề mặt có ren M27x1,5 tác dụng chủ yếu dùng để kẹp chặt nên có thể gia công lần cuối bằng phương pháp tiện ren tinh. - Bề mặt Ф42, Rz ≈ 40µm dùng phương pháp gia công tiện thô. - Bề mặt Ф40, Ra ≈ 0,63µm dùng phương pháp gia công là mài tinh. - Bề mặt Ф40, Ra ≈ 2,5µm dùng phương pháp gia công là tiện tinh. - Rãnh then dùng phương pháp gia công là phay. - Việc gia công răng liền trục Ф48,42 ta chọn phương pháp phay lăn răng . 1.3. Các biện pháp công nghệ để đạt được yêu cầu quan trọng - Với các chi tiết dạng trục răng yêu cầu về độ đồng tâm giữa các cổ trục là rất quan trọng (độ không đồng tâm giữa các đoạn trục và vòng tròn đỉnh răng £0,045). Để đảm bảo yêu cầu này khi gia công trục cần phải dùng chuẩn tinh thống nhất. Chuẩn thống nhất là hai lỗ tâm côn ở hai đầu của trục. Dùng hai lỗ tâm côn làm chuẩn có thể hoàn thành việc gia công thô và tinh hầu hết các bề mặt trục. - Độ không song song giữa 2 cạnh rãnh then so với đường tâm chi tiết £0,05. Để đảm bảo yêu cầu này ta dùng sơ đồ gá đặt chi tiết trên hai khối V ngắn với chuẩn tinh la mặt trụ ngoài kết hợp với vai trục. - Để đảm bảo độ cứng vững cho chi tiết trong quá trình gia công ta sử dụng luynet để đỡ chi tiết. - Ngoài ra để thuận tiện cho gia công và giảm tập trung ứng suất tại các vị trí tiếp giáp của các bậc trên trục thì cần phải tạo các rãnh thoát dao, các cung tròn. 1.4. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết gia công Tính công nghệ trong kết cấu có ý nghĩa rất quan trọng : - Ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. - Ảnh hưởng đến khối lượng gia công và năng suất lao động. - Ảnh hưởng đến tiêu hao nguyên vật liệu. - Cuối cùng là ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm. Qua bản vẽ trục răng ta thấy: - Đây là chi tiết dạng trục có Lmax = 445mm, Dmax =48,42mm và Dmin = 27mm. Đây là trục có tỷ số L/D>10mm do đó trong quá trình gia công để tránh biến dạng, chống võng trục ta sử dụng biện pháp tăng cứng vững bằng cách cho chi tiết tỳ phụ thêm vào các vấu tỳ của luynet. - Phần răng cấp chính xác 8 nên khi gia công răng không quá khó khăn về dao (dao tiêu chuẩn). - Các bề mặt trục có khả năng gia công được bằng các dao thông thường. - Kết cấu trục thoả mãn đường kính các bậc trục giảm dần về 2 phía thuận lợi cho việc gia công. - Các bề mặt gia công đều thuận lợi cho việc ăn dao, thoát dao dễ dàng. - Mặt khác trên trục có phay rãnh then bằng kín không thể thay bằng then hở, trục không đủ cứng vững để gia công trên máy chép hình thuỷ lực vì thế phải gia công lỗ tâm ở hai đầu trục. - Sau khi thực hiện xong các nguyên công gia công tiến hành nhiệt luyện chi tiết để có được độ cứng và độ bền cơ học cần thiết đảm bảo yêu cầu làm việc. Cuối cùng ta thực hiện nguyên công mài đạt độ chính xác yêu cầu. -Kết luận: Qua phân tích như trên ta thấy kết cấu trục như vậy là hợp lý có thể áp dụng gia công hoàn toàn bằng phương pháp cơ thông thường với trang thiết bị và điều kiện sẵn có của phân xưởng nhà máy cơ khí. PHẦN II XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT 2.1. Ý nghĩa của việc xác định dạng 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 đề ra phương án tổ chức sản xuất để tạo ra sản phẩm đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Trong điều kiện hiện nay việc xác định dạng sản xuất chủ yếu dựa vào sản lượng và khối lượng của chi tiết gia công. 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 làm 3 dạng sản xuất sau đây: - Sản xuất đơn chiếc ( Đặc điểm: sản lượng hàng năm ít) - Sản xuất hàng loạt ( Đặc điểm: sản lượng không quá ít chế tạo thành từng loạt theo chu kỳ) - Sản xuất hàng khối (có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định, trình độ chuyên môn hoá cao, trang thiết bị dụng cụ chuyên dùng) Mỗi dạng sản xuất có những đặc điểm riêng nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Việc xác định dạng sản xuất có ý nghĩa rất quan trọng, dạng sản xuất ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề quyết định đầu tư trang thiết bị máy móc , nhân lực , mặt bằng sản xuất ... Với dạng sản xuất loạt lớn cho phép vốn đầu tư vào trang thiết bị máy móc hiện đại , chuyên dùng, tổ chức sản xuất theo dây truyền. Với dạng sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ thì không nên đầu tư trang thiết bị máy móc mà nên tận dụng những cái đã có sẵn để sản xuất . Dựa vào đó ta lập được quy trình công nghệ gia công chi tiết hợp lý nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao. 2.2. Xác định dạng sản xuất Muốn xác định dạng sản xuất trước hết phải xác định được sản lượng cơ khí và khối lượng của chi tiếtn gia công. Sản lượng cơ khí được xác định theo công thức : N1 = N.m1 ( 1 + a/100 + b/100 ) ( chi tiết/ năm) N1 : Sản lượng cơ khí chi tiết cần chế tạo trong một năm N : Sản lượng kế hoạch trong năm chi tiết cần chế tạo N = 36000 chi tiết/năm a : Hệ số % dự trữ đề phòng cho hư hỏng ( a = 3 - 6%). Chọn a = 4% b : Hệ số % dự trữ đề phòng mất mát, bảo quản ( b = 5 - 7%). Chọn b = 6% Nck = 36000( 1 + 4/100 + 6/100 ) = 39600 ( chi tiết/năm) Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức: Q = g.V (kg) g : Trọng lượng riêng của vật liệu ( Thép 40X thì g = 7,85 kg/dm3) V : Thể tích của chi tiết (dm3) V = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6 + V7 Vậy V = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6 + V7 = 0,5948 (dm3) Q = V.g = 0,5948.7,852 = 4,67 (kg) Dựa vào bảng 2.6 [1] ta có dạng sản xuất hàng khối. Với dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định,trình độ chuyên môn hoá cao,trang thiết bị chuyên dùng. PHẦN III CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 3.1. Cơ sở việc lựa chọn phôi Phôi được xác định theo kết cấu của chi tiết, vật liệu, điều kiên, dạng sản xuất cụ thể của từng Nhà máy xí nghiệp. Chọn phôi tức là chọn phương pháp chế tạo xác định lượng dư, kích thước và dung sai của phôi . Việc xác định phương pháp tạo phôi hợp lý sẽ đảm bảo tốt yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, kích thước của phôi phải đảm bảo đủ lượng dư cho quá trình gia công. Hình dáng của phôi càng giống hình dáng của chi tiết bao nhiêu thì càng giảm được lượng dư gia công, yêu cầu này cho phép giảm số lần chạy dao, giảm thời gian gia công, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm. Việc tạo phôi phù hợp với việc chế tạo chi tiết trước hết phải căn cứ vào các yêu cầu sau: - Vật liệu và cơ tính mà chi tiết gia công đòi hỏi - Hình dáng kết cấu và kích thước của chi tiết gia công - Dạng sản xuất cụ thể - Khả năng đạt độ chính xác gia công, chọn phôi hợp lý - Điều kiện cụ thể của cơ sở sản xuất Với chi tiết gia công là trục răng vật liệu là thép 40X có cơ tính tốt độ bền cao dạng sản xuất là loại lớn ta có nhiều phương pháp chế tạo phôi khác nhau (như cán, rèn, dập, có thể bằng phương pháp đúc). Dựa vào các đặc điểm kết cấu hình dáng kích thước của chi tiết, yêu cầu kỹ thuật, độ bóng, độ đồng tâm, độ vuông góc và khả năng làm việc của nó: chi tiết làm việc chịu tải và mô men xoắn. Đồng thời căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương pháp mà ta đưa ra phương pháp chế tạo phôi hợp lý nhất là sử dụng phôi dập. 3.2. Phương pháp chế tạo phôi Phương pháp dập: Vật dập có độ bóng, độ chính xác cao có cơ tính đồng đều, có khả năng chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp tốn ít vật liệu, đạt năng suất lao động cao, dễ cơ khí hoá phù hợp với sản xuất loạt lớn, hàng khối. Theo trạng thái nhiệt độ phôi người ta phân ra: Dập nóng và dập nguội. Dập nguội - Ưu điểm: Vật dập có độ bóng bề mặt tốt, độ chính xác kích thước cao. - Nhược điểm: Sự biến dạng kim loại khó khăn, khả năng điền đầy kém, đòi hỏi phải có thiết bị công suất lớn, thiết bị và khuôn dập chóng mòn và có thể xuất hiện ứng suất dư trong kim loại. Phương pháp này thường áp dụng cho những nguyên công tinh xác, sửa đúng vào lần cuối cùng trước khi ra thành phẩm. Dập nóng * Dập nóng trên máy ép. - Ưu điểm: Phương pháp này phôi đạt độ bóng cao cơ tính tốt. Máy làm việc êm, độ cứng vững tốt, dẫn hướng êm chính xác. - Nhược điểm: Giá thành máy ép cao kích thước phôi ban đầu yêu cầu chính xác, khó đánh sạch lớp ô xi hoá nên yêu cầu thiết bị nung phức tạp. Do hành trình đầu búa nhất định nên tính chất vạn năng kém cần phải có thiết bị phụ để tạo phôi. * Dập nóng trên máy búa: - Ưu điểm: Phương pháp này cho phôi có hình dạng phức tạp độ chính xác cao, cơ tính của phôi tốt phù hợp với sản xuất hàng loạt và hàng khối, tiết kiệm kim loại, giảm thời gian gia công cơ do đó giá thành hạ. do hành trình của đầu búa lớn nên tính chất vạn năng cao hơn máy ép. Do lực tác dụng là lực va đập nên giảm tối thiểu lớp ô xi hoá tạo điều kiện cho việc làm sạch phôi. - Nhược điểm: Bên cạnh những ưu điểm trên máy búa có nhược điểm sau: Do lực tác dụng là lực va đập nên viếc chế tạo khuôn khó khăn làm tăng giá thành sản phẩm. Máy búa không linh hoạt bằng máy ép nên khó tự động hoá và cơ khí hoá. Tuy vậy phương pháp dập nóng trên máy búa có ưu điểm hơn nó đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế của chi tiết. * Dập nóng trên máy rèn ngang. - Ưu điểm: Gia công được những chi tiết có hình dáng phức tạp, năng suất đạt được cao (có thể đạt 900 sản phẩm trong một giờ), vật dập có độ chính xác và độ bóng bề mặt cao, điều kiện làm việc an toàn và thuận lợi. - Nhược điểm: Máy có cấu tạo phức tạp do đó hạn chế việc nâng cao công suất của máy và khối lượng chi tiết gia công. Kết luận: Qua phân tích các phương án ở trên ta nhận thâý phương án tạo phôi bằng dập nóng trên máy rèn ngang là ưu việt hơn cả nên ta chọn phương án này để chế tạo phôi trục răng trong quá trình sản xuất. Bản vẽ khuôn dập PHẦN IV THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG 4.1. Phân tích việc lựa chọn chuẩn định vị 4.1.1. Vấn đề chuẩn định vị khi gia công 1. Những yêu cầu chung khi chọn chuẩn Đối với các chi tiết dạng trục yêu cầu về độ đồng tâm giữa các cổ trục là rất quan trọng, để đảm bảo được yêu cầu này khi gia công trục cần phải dùng chuẩn tinh thống nhất. Việc phân tích lựa chuẩn định vị có ý nghĩa quan trọng, nó quyết định đến chất lượng chi tiết gia công. Do vậy việc chọn chuẩn phải thoả mãn hai yêu cầu sau: + Phân bố lượng dư trên toàn chi tiết trong suốt quá trình gia công đảm bảo độ đồng tâm giữa các cổ trục. + Năng suất cao, hạ giá thành sản phẩm. 2. Những lời khuyên chung khi chọn chuẩn -Khi chọn chuẩn phải xuất phát từ nguyên tắc 6 điểm để khống chế hết số bậc tự do cần thiết một cách hợp lý nhất. Trong một số trường hợp tuyệt đối tránh thiếu định vị hay siêu định vị . -Chọn chuẩn sao cho không bị lực cắt, lực kẹp làm biến dạng chi tiết gia công quá nhiều. Đồng thời lực kẹp phải nhỏ để giảm nhẹ sức lao động cho công nhân, đảm bảo lực kẹp an toàn. -Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá phải đơn giản sử dụng thuận lợi nhất và thích hợp với từng loại hình sản xuất. 4.1.2. Chọn chuẩn tinh 1. Những yêu cầu khi chọn chuẩn tinh - Đảm bảo phân bố đủ lượng dư cho các bề mặt cần gia công, chủ yếu nhằm đảm bảo độ chính xác kích thước. - Đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt gia công với nhau. 2. Các lời khuyên khi chọn chuẩn tinh - Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính. Chọn chuẩn tinh chính làm cho việc định vị trong quá trình gia công lắp ghép của chi tiết có tính thống nhất. Do vậy độ chính xác của các kích thước sẽ dễ dàng đạt được khi gia công, Ngoài ra còn giảm bớt được thời gian gia công v