Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Phan Văn Hiệp

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ chế tạo máy - Phan Văn Hiệp

1. Giáo trình Công nghệ chế tạo máy
2. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 1.1.1 Qúa trình sản xuất Quá trình sản xuất là quá trình con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm phục vụ lợi ích của con người. Theo nghĩa rộng, ví dụ, để có một sản phẩm cơ khí thì con người phải thực hiện các quá trình như khai thác quặng, luyện kim, gia công cơ, gia công nhiệt, hoá, lắp ráp, kiểm tra, . Theo nghĩa hẹp, ví dụ trong một nhà máy cơ khí thì quá trình sản xuất là quá trình tổng hợp các hoạt động có ích của con người để biến nguyên liệu và thành phẩm thành sản phẩm của nhà máy. Quá trình tổng hợp đó bao gồm: chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, hoá, kiểm tra, lắp ráp và hàng loạt các quá trình phụ khác như chế tạo dụng cụ, chế tạo đồ gá, vận chuyển, sữa chữa máy, chạy thử, điều chỉnh, sơn lót, bao bì, đóng gói, bảo quản trong kho, . 1.1.2 Quá trình công nghệ Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm thay đổi trạng thái và tính chất của đối tượng sản xuất. Thay đổi trạng thái và tính chất bao hàm: thay đổi hình dạng, thay đổi kích thước, thay đổi tính chất cơ lý hoá của vật liệu và thay đổi vị trí tương quan giữa các bộ phận của chi tiết. Quá trình công nghệ gia công cơ là quá trình cắt gọt phôi để làm thay đổi kích thước và hình dạng của nó. 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 quá trình đúc (công nghệ đúc), quá trình gia công áp lực, Xác định quá trình công nghệ hợp lý rồi ghi thành văn kiện công nghệ thì các văn kiện công nghệ đó được gọi là quy trình công nghệ. Quá trình công nghệ hợp lý là quá trình công nghệ thoả mãn được các yêu cầu của chi tiết như độ chính xác gia công, độ nhám bề mặt, vị trí tương quan giữa các bề mặt, độ chính xác hình dáng học, Quá trình công nghệ được thực hiện tại các chỗ làm việc. 1.1.3 Chỗ làm việc Chỗ làm việc là một phần của xưởng sản xuất được dùng để thực hiện công việc bằng một hoặc một nhóm công nhân. Tại đây được bố trí các loại dụng cụ, đồ gá, máy cắt gọt, thiết bị nâng hạ, giá đỡ phôi, chi tiết hoặc đơn vị lắp ráp. 1.2 THANH PHẦN SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY CHẾ TẠO MÁY 1
3. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Các nhà máy chế tạo máy bao gồm các đơn vị sản xuất riêng biệt được gọi là các phân xưởng và các cơ cấu khác. Thành phần của các phân xưởng và các cơ cấu được xác định bằng sản lượng của sản phẩm, đặc tính của qui trình công nghệ, yêu cầu đối chất lượng sản phẩm và các yếu tố sản xuất khác, đồng thời bằng mức độ chuyên môn hóa sản xuất và sự hợp tác của nhà máy với các xí nghiệp khác trong ngành cũng như ngoài ngành . Chuyên môn hóa đòi hỏi phải tập trung sản xuất một khối lượng lớn hàng hóa ( của một dạng sản phẩm nhất định) trong từng nhà máy. Sự hợp tác đòi hỏi cung cấp phôi (phôi đúc, phôi rèn, phôi dập) và thiết bị (hoặc cơ cấu) khác từ nhà máy chuyên môn hóa. Nếu một nhà máy được thiết kế sẽ nhận phôi đúc từ nhà máy khác thì trong thành phần của nhà máy này không có phân xưởng đúc. Ví dụ, một số nhà máy chế tạo máy công cụ nhận phôi đúc từ một nhà máy đúc phôi chuyên môn hóa, nhà máy này có khả năng cung cấp các loại phôi đúc cho tất cả các khách hàng theo một trình tự tập trung hóa cao độ. Thành phần của thiết bị cung cấp năng lượng của nhà máy cũng rất đa dạng, tuỳ thuộc vào khả năng hợp tác với các xí nghiệp công nghiệp khác đối với việc cung cấp năng lượng điện, ga, hơi nước, Trong sản xuất lớn có rất nhiều nhà máy đã biết hợp tác với các nhà máy chuyên môn hóa để được cung cấp các bộ phận sản phẩm dùng cho sản phẩm được chế tạo tại nhà máy, ví dụ, các nhà máy chế tạo ô tô và chế tạo máy kéo đã đặt hàng các động cơ từ các nhà máy khác. Thành phần của một nhà máy chế tạo máy được chia ra các nhóm sau đây: 1) Các phân xưởng chuẩn bị phôi: đúc thép, đúc gang, đúc hợp kim màu, rèn dập 2) Các phân xưởng gia công: gia công cơ, nhiệt luyện, dập nguội, sơn, mạ, lắp ráp 3) Các phân xưởng phụ: dụng cụ, chế thử, chế tạo khuôn mẫu, thí nghiệm, sửa chữa cơ khí, sửa chữa điện 4) Các kho chứa: vật liệu, dụng cụ, khuôn mẫu, nhiên liệu, sản phẩm 5) Các trạm cung cấp năng lượng: điện , nhiệt, hơi ép và khí nén, nước 6) Các cơ cấu vận chuyển. 7) Các thiết bị vệ sinh-kỹ thuật: sưởi ấm, thông gió, đường ống cấp nước, hệ thống cống rãnh 8) Các bộ phận chung của nhà máy: phòng thí nghiệm trung tâm, phòng thí nghiệm công nghệ, phòng thí nghiệm đo lường trung tâm, các văn phòng, trạm xá, nhà ăn, hệ thống liên lạc 1.3. CÁC THÀNH PHẦN CỦA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2
4. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Quy trình công nghệ gia công cơ được chia ra các thành phần: nguyên công, gá, vị trí, bước, đường chuyển dao công tác. 1. Nguyên công. Nguyên công là một phần của quy trình công nghệ được hoàn thành liên tục tại một chỗ làm việc do một hay nhiều nhóm công nhân thực hiện để gia công một hay một số chi tiết cùng lúc (khi không có công nhân nào phục vụ thì đó là nguyên công được tự động hoá hoàn toàn). Nếu thay đổi một trong những điều kiện như: tính làm việc liên tục hoặc chỗ làm việc thì ta đã chuyển sang một nguyên công khác. Ta xét trường hợp gia công trục bậc trên hình 1.1. 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 chi tiết rồi mới tiện đầu kia cho cả loạt chi tiết thì ta có hai nguyên công. Hoặc là trên một máy chỉ tiện một đầu, còn đầu kia được tiện trên máy khác thì ta cũng có hai nguyên công. Sau khi tiện xong ở một (hay hai máy tiện) tiến hành phay rãnh then H trên máy phay thì sẽ có nguyên công khác (nguyên công phay). Nguyên công là đơn vị cơ bản của quy trình công nghệ. Phân chia quy trình công nghệ ra thành các nguyên công có ý nghĩa kỹ thuật và ý nghĩa kinh tế. Ý nghĩa kỹ thuật là ở chỗ tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà phải gia công bề mặt nào đó bằng phương pháp bào, phay hay mài. Ý nghĩa kinh tế (ví dụ, trường hợp gia công trục bậc trên hình 1.1) là ở chỗ tuỳ theo sản lượng và điều kiện cụ thể mà chia quy trình công nghệ ra làm nhiều nguyên công (phân tán nguyên công) hoặc tập trung ở một vài nguyên công (tập trung nguyên công) nhằm đảm bảo sự cân bằng của 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 thô và máy chính xác). 2. Gá. Gá là một phần của nguyên công được hoàn thành trong một lần gá đặt một hoặc nhiều chi tiết cùng lúc. Ví dụ, trên một đầu của chi tiết ( hình 1.1) rồi gá lại chi tiết ở đầu kia là hai lần gá đặt. Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều lần gá. 3. Vị trí. Vị trí là một phần của nguyên công được xác định bởi một vị trí tương quan giữa chi tiết gia công và máy hoặc giữa chi tiết gia công và đồ gá hay dụng cụ cắt. Ví dụ, mỗi lần phay một cạnh hoặc khoan một lỗ trên chi tiết có nhiều lỗ được gọi là một vị trí. Trường hợp gia công một lỗ nhưng qua nhiều bước khác nhau mhư khoan, khoét, doa (hình 1.2) cũng được xem là chi tiết có nhiều vị trí. 3
5. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Khi thiết kế quá trình công nghệ cần lưu ý là giảm quá trình gá đặt (trong khi vẫn giữ được số vị trí cần thiết) bởi vì trong mỗi lần gá đặt sẽ gây ra sai số gia công. Khi lắp ráp, đối tượng lắp cùng với đồ gá(ví dụ, đồ gá vệ tinh) trên băng tải xích có thể dịch chuyển tới vị trí mới để thực hiện nguyên công lắp ráp. 4) Bước. Bước là một phần của nguyên công để tiến hành gia công một bề mặt (hoặc nhiều bề mặt) bằng một dao hoặc nhiều dao với chế độ cắt không thay đổi. Nếu thay đổi một trong các điều kiện như: bề mặt gia công hoặc chế độ cắt (tốc độ, lượng chạy dao hoặc chiều sâu cắt) thì ta đã chuyển sang một bước khác. Ví dụ, tiện ba đoạn A, B, C (hình 1.1) là ba bước khác nhau. tiện bốn mặt đầu D, E, F, G (hình 1.1) là bốn bước độc lập với nhau. Sau khi tiện ngoài ta thay dao, thay đổi tốc độ và bước tiến dao (lượng chạy dao) để tiện ren là hai bước khác nhau. Hoặc khi gia công lỗ chính xác lần lượt bằng các phương pháp khoan, khoét, doa thì có ba bước khác nhau. Bước có thể là bước đơn giản và bước phức tạp. Ví dụ, khi tiện một trục bậc gồm ba đoạn với đường kính khác nhau (bằng một dao) thì ta phải thực hiện ba bước đơn giản. Còn khi tiện trục bậc đó đồng thời bằng nhiều dao thì ta có một bước phức tạp. Khi lắp ráp các bước được xem là một quá trình nối ghép các chi tiết lại với nhau để đạt độ chính xác cần thiết hoặc các quá trình khác nhau như cạo sửa then để lắp nó vào vị trí, lắp một vòng bi trên trục, . Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước. 5) Đường chuyển dao. 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. Ví dụ, để tiện mặt trụ ngoài ta có thể dùng một dao với cùng một chế độ cắt để hớt làm nhiều lần, mỗi lần là một đường chuyển dao, hoặc khi mài một bề mặt nào đó ta phải thực hiện nhiều đường chuyển dao. Như vậy, mỗi bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao. 6) Động tác. Động tác là một hành động của người công nhân để điều khiển máy khi gia công hoặc lắp ráp. Ví dụ: bấm nút, quay ụ dao, đẩy ụ động, thay đổi chế độ cắt, còn đối với lắp ráp thì động tác là lấy chi tiết, lau sạch chi tiết, bôi mỡ trên chi tiết, cầm clê, siết đai ốc, Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian kh i gia công và lắp ráp, đồng thời để nghiên cứu năng suất lao động và tự động hoá nguyên công. 1.4. SẢN LƯỢNG VÀ SẢN LƯỢNG HÀNG NĂM 4
6. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Sản lượng là số máy, chi tiết hoặc phôi được chế tạo ra trong một đơn vị thời gian (năm, quí, tháng). Sản lượng hàng năm của chi tiết được xác định theo công thức:  β  N = N .m 1 +  1  100  Ơû đây: N- số chi tiết được sản xuất trong một năm; N1- số sản phẩm ( số máy) được sản xuất trong một năm; m- số chi tiết trong một sản phẩm (số máy); β- số chi tiết được chế tạo thêm để dự phòng (β = 5÷7%) Nếu tính đến số α% chi tiết phế phẩm (chủ yếu trong các phân xưởng đúc và rèn) thì ta có công thức xác định N như sau:  α + β  N = N .m 1 +  1  100  Trong đó:α = 3÷6% Số lượng máy, chi tiết hoặc phôi được chế tạo theo một bản vẽ nhất định được gọi là xeri (loạt). Mỗi một loại máy mới ra đời đều đánh số xeri (số loạt) 1.5. CÁC DẠNG SẢN XUẤT Qui trình công nghệ mà ta thiết kế phải đảm bảo được độ chính xác và chất lượng gia công, đồng thời phải đảm bảo tăng năng xuất lao động và giảm giá thành. Qui trình công nghệ này phải đảm bảo được sản lượng đặt ra. Để đạt được các chỉ tiêu trên đây thì qui trình công nghệ phải được thiết kế thích hợp với dạng sản xuất. Tuỳ theo sản lượng hàng năm và mức độ ổn định của sản phẩm mà người ta chia ra ba dạng sản xuất : sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối. 1.5.1 sản xuất đơn chiếc Sản xuất đơn chiếc là sản xuất có số lượng sản phẩm hàng năm rất ít (thường từ một đến vài chục chiếc), sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều, chu kỳ chế tạo lại không được xác định. Sản xuất đơn chiếc có những đặc điểm sau: -Tại mỗi chỗ làm việc được gia công nhiều loại chi tiết khác nhau (tuy nhiên các chi tiết này có hình dáng hình học và đặc tính công nghệ tương tự). - Gia công chi tiết và lắp ráp sản phẩm được thực hiện theo tiến trình công nghệ (qui trình công nghệ sơ lược). - Sử dụng các thiết bị và dụng cụ vạn năng. Thiết bị (máy) được bố trí theo từng loại và theo từng bộ phận sản xuất khác nhau. - Sử dụng các đồ gá vạn năng. Đồ gá chuyên dùng chỉ được sử dụng để gia công những chi tiết thường xuyên được lặp lại. 5
7. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp - Không thực hiện được việc lắp lẫn hoàn toàn, có nghĩa là phần lớn công việc lắp ráp đều được thực hiện bằng phương pháp cạo sửa. ở đây việc lắp lẫn hoàn toàn chỉ được đảm bảo đối với một số mối ghép như ren, mối ghép then hoa, các bộ phận truyền bánh răng và các bộ phận truyền xích. - Công nhân phải có trình độ tay nghề cao. - Năng suất lao động thấp, giá thành sản phẩm cao. Ví dụ, dạng sản xuất đơn chiếc là chế tạo các máy hạng nặng hoặc các sản phẩm chế thử, các sản phẩm được chế tạo theo đơn đặt hàng. 1.5.2 Sản xuất hàng loạt - Sản xuất hàng loạt là sản xuất có sản lượng hàng năm không quá ít, sản phẩm được chế tạo theo từng loạt với chu kỳ xác định, sản phẩm tương đối ổn định. - Sản xuất hàng loạt là sản xuất phổ biến nhất trong ngành chế tạo máy (70÷80% sản phẩm của ngành chế tạo máy được chế tạo theo từng loạt). Sản xuất hàng loạt có những đặc điểm sau đây: - Tại các chỗ làm việc được thực hiện một số nguyên công có chu kỳ lặp lại ổn định. - Gia công cơ và lắp ráp được thực hiện theo quy trình công nghệ (quy trình công nghệ được chia ra các nguyên công khác nhau). - Sử dụng các máy vạn năng và chuyên dùng. - Các máy được bố trí theo quy trình công nghệ. - Sử dụng nhiều dụng cụ và đồ gá chuyên dùng. - Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn. - Công nhân có trình độ tay nghề trung bình. Tuỳ theo sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm mà người ta chia ra: sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất hàng loạt vừa và sản xuất hàng loạt lớn. Sản xuất hàng loạt nhỏ rất gần với sản xuất đơn chiếc, còn sản xuất hàng loạt lớn rất gần với sản xuất hàng khối. Ví dụ, dạng sản xuất hàng loạt có thể là chế tạo máy công cụ, chế tạo máy nông nghiệp, Trong dạng sản xuất hàng loạt vừa có thể tổ chức các dây chuyền sản xuất linh hoạt (dây chuyền sản xuất thay đổi). Điều này có nghĩa là sau một khoảng thời gian nhất định (2-3 ngày) có thể tiến hành gia công loạt chi tiết khác có kết cấu và qui trình công nghệ tương tự. 1.5.3 Sản xuất hàng khối Sản xuất hàng khối là dạng sản xuất có sản lượng rất lớn, sản phẩm ổn định trong thời gian dài (có thể từ 1 đến 5 năm). Sản xuất hàng khối có những đặc điểm sau đây: 6
8. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp - Tại mỗi vị trí làm việc (chỗ làm việc) được thực hiện cố định một nguyên công nào đó. - Các máy được bố trí theo quy trình công nghệ rất chặt chẽ. - Sử dụng nhiều máy tổ hợp, máy tự động, máy chuyên dùng và đường dây tự động. - Gia công chi tiết và lắp ráp sản phẩm được thực hiện theo phương pháp dây chuyền liên tục. - Sử dụng đồ gá chuyên dùng, dụng cụ chuyên dùng và các thiết bị đo tự động hoá. - Đảm bảo nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn. - Năng suất lao động cao, giá thành sản phẩm hạ. - Công nhân đứng máy có trình độ tay nghề không cao nhưng thợ điều chỉnh máy lại có trình độ tay nghề cao. -Ví dụ, dạng sản xuất hàng khối có thể là chế tạo ô tô, chế tạo máy kéo, chế tạo vòng bi, chế tạo các thiết bị đo lường, Sản xuất hàng khối chỉ có thể mang lại hiệu quả kinh tế đối với sản lượng của chi tiết (hoặc của sản phẩm) đủ lớn, khi mà tất cả mọi chi phí cho việc tổ chức sản xuất hàng khối được hoàn lại và giá thành một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn so với sản xuất hàng loạt. Hiệu quả kinh tế khi chế tạo số lượng lớn sản phẩm được tính theo công thức: c ≥ n − Sl Sk Ở đây: N – số đơn vị sản phẩm: C – chi phí cho việc thay đổi từ dạng sản xuất hàng loạt sang dạng sản xuất hàng khối; Sl – giá thành của một đơn vị sản phẩm trong sản xuất hàng loạt; Sk - giá thành của một đơn vị sản phẩm trong sản xuất hàng khối. Điều kiện xác định hiệu quả của sản xuất hàng khối trước hết là sản lượng và mức độ chuyên môn hoá của nhà máy đối với từng loại sản phẩm cụ thể. Nhưng điều kiện thích hợp nhất của sản xuất hàng khối là chỉ chế tạo một loạt sản phẩm với một kết cấu duy nhất. Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học và kỷ thuật thì kết cấu của sản phẩm cũng cần được thay đổi để có chất lượng hoàn thiện hơn. Trong những trường hợp như vậy quy trình công nghệ cũng cần được hiệu chỉnh lại. 1.6 NHỊP SẢN XUẤT Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối thường sử dụng phương pháp sản xuất dây chuyền ( cả gia công lẫn lắp ráp). Theo phương pháp này thì các máy được bố trí theo thứ tự các nguyên công. Số vị trí (chỗ làm việc) và năng suất phải được tính toán sao cho đồng bộ ( không bị đình đốn giữa các nguyên công). Muốn cho dây chuyền sản xuất đồng bộ phải tuân theo nhịp sản xuất nhất định. 7
9. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại chu kỳ gia công ( hoặc lắp ráp) và được tính bằøng công thức: F t = q Ơû đây: t – nhịp sản xuất (phút); F – thời gian làm việt tình theo ca, tháng, năm (phút ); q – số lượng sản phẩm (hoặc chi tiết) được chế tạo ra trong thời gian F. Ví dụ, trong một ngày làm việc 8 giờ, ta có: F = 8 x 60 phút = 480 phút.Gia 480 công được q = 160 chi tiết. Như vậy nhịp xản xuất t = = 3 phút. Co ùnghĩa là 160 thời gian của mỗi nguyên công là 3 phút (kể cả vận chuyển) hoặc là bội số của 3 (ví dụ, ở nguyên công cắt răng cần có 4 máy làm việc mới kịp cho nguyên công trước đó bởi vì mỗi máy cắt một chi tiết mất 12 phút tức là bội số của 3). 1.7. XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT Sau khi xác định được sản lượng hàng năm N của chi tiết theo công thức (1.2) ta phải xác định khối lượng của chi tiết. Khối lượng Q của chi tiết được xác định theo công thức : Q = V.γ Ơû đây: V- thể tích của chi tiết (dm3); γ -khối lượng riêng của vật liệu (γ của thép là 7,852kg/dm3; γ của gang dẻo là 7,2kg/dm3; γ của gang xám là 7kg/dm3 ; γ của nhôm là 2,7kg/dm3 và γ của đồng là 8,72kg/dm3 ). Khi có N và Q dựa vào bảng 1.1 để chọn dạng sản xuất phù hợp . Khi thiết bị đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo máy sinh viên thường gặp các dạng sản xuất hàng loạt vừa, hàng loạt lớn và hàng loạt khối để thiết kế quy trình công nghệ với các đồ gá chuyên dùng , máy chuyên dùng , máy bán tự động , dao đặc chủng v,v Bảng 1.1 .xác định dạng sản xuất Dạng sản xuất Q - khối lượng của chi tiết > 200kg 4 -200kg 1000 > 5000 > 50000 1.8. TẬP TRUNG VÀ PHÂN TÁN NGUYÊN CÔNG 8
10. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng loạt khối gia công chi tiết có thể được thực hiên theo phương pháp tập trung nguyên công hoặc theo phương pháp phân tán nguyên công . 1.8.1. Phương pháp tập trung nguyên công Tập trung nguyên công có nghĩa là bố trí nhiều bước công nghệ vào một nguyên công và được thực hiện trên một máy. Thông thường tập trung nguyên công được thực hiện với các bước công nghệ gần giống nhau như : khoan, khoét, doa, cắt ren hoặc tiện ngoài, tiện trong, v,v . phương pháp tập trung nguyên công được ứng dụng cho những chi tiết phức tạp có nhiều bề mặt gia công. Để gia công các loại chi tiết này người ta phải dùng máy có năng suất cao. Đó là các máy tổ hợp, máy nhiều trục chính (gia công được tiến hành tuần tự trên từng trục chính và đồng thời trên nhiều vị trí khác nhau). Trong trường hợp này thời gian gia công một chi tiết bằng thời gian gia công trên một trục chính. Năng suất gia công tăng nhờ gia công song song và sự trùng hợp của thời gian máy. Thời gian phụ bằng thời gian quay của bàn máy đi một vị trí. Ngoài các máy tổ hợp và máy nhiều trục chính ra người ta còn dùng các máy nhiều dao để thực hiện gia công theo phương pháp tập trung nguyên công. Ngoài năng suất cao ra, phương pháp tập trung nguyên công còn cho phép nâng cao hệ số sử dụng mặt bằng sản xuất. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là dùng máy có độ phức tạp cao và điều chỉnh máy cũng rất khó khăn. 1.8.2.phương pháp phân tán nguyên công phương pháp phân tán nguyên công có nghĩa là chia quy trình công nghệ ra nhiều nguyên công nhỏ, mỗi nguyên công được thực hiện trên một máy. Trong trường hợp này người ta sử dụng các máy thông dụng, các dụng cụ tiêu chuẩn và các trang bị công nghệ đơn giản. Nhờ những nét đặc trưng đó mà phương pháp phân tán nguyên công có tính linh hoạt cao, cụ thể là quá trình chuyển đổi đối tượng gia công được thực hiện rất nhanh chóng và chi phí không đáng kể. Hiện nay trong lĩnh vực chế tạo máy, nhìn chung người ta có xu hướng áp dụng phương pháp tập trung nguyên công trên cơ sở tự động hoá sản xuất nhằm tăng năng suất lao động, rút ngắn chu kỳ sản xuất giảm chi phí điều hành và lập kế hoạch sản xuất. Còn phương pháp phân tán nguyên công chỉ áp dụng ở quy mô sản xuất lớn nếu trình độ sản xuất kém nhìn từ góc độ kỹ thuật sản xuất. Chương 2 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG 9
11. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG chất lượng bề mặt gia công được đánh giá bằng hai yếu tố đặc trưng: - Tính chất cơ lý của lớp kim loại bề mặt. - Độ nhám bề mặt. Chất lượng của lớp kim loại bề mặt được tạo thành bởi tính chất của kim loại và phương pháp gia công cơ. Trong quá trình gia công cơ dưới tác dụng của lưỡi cắt dụng cụ, trên bề mặt kim loại tạo thành những vết lồi, lõm và cấu trúc của lớp bề mặt cũng thay đổi (lớp bề mặt bị biến dạng dẻo và tạo thành biến cứng, đồng thời xuất hiện ứng xuất dư). Mức độ biến cứng và chiều sâu biến cứng phụ thuộc vào phương pháp gia công và chế độ cắt (lượng chạy dao, chiều sâu cắt và tốc độ cắt). Khi tăng lượng chạy dao và tốc độ cắt, chiều sâu biến cứng tăng lên, ngược lại khi tăng tốc độ cắt thì chiều sâu biến cứng giảm xuống. Các sai số của bề mặt gia công được phân biệt theo dấu hiệu hình học như sau: - Sai số hình dáng (độ ô van, độ côn, độ tang trống, độ đa cạnh,v,v .) - Độ sóng bề mặt. - Độ nhám bề mặt (được tạo thành bằng những vết lồi, lõm dưới tác dụng của lưỡi cắt). Bề mặt có thể có độ sóng và độ nhám cao (bề mặt 1 trên hình 2.1), độ sóng và độ nhám vừa phải (bề mặt 2 trên hình 2.1), bề mặt tương đối bằng phẳng nhưng có độ nhám cao (bề mặt 3 trên hình 2.1) hoặc bề mặt phẳng với độ nhám thấp (bề mặt 4 trên hình 2.1). Sai số hình dáng hình học là một trong những yếu tố của độ chính xác gia công, vì vậy các sai số này được nghiên cứu sâu ở chương 3 (độ chính xác gia công). Độ sóng bề mặt xuất hiện khi gia công có rung động của hệ thống công nghệ (Máy - Dao – Đồ gá – Chi tiết gia công), quá trình cắt không liên tục, độ đảo của dụng cắt, v,v . thông thường độ sóng bề mặt xuất hiện khi gia công các chi tiết có kích thước vừa và lớn bằng các phương pháp tiện, phay và mài. Bề mặt chi tiết được gia công bằng các dụng cụ có lưỡi cắt (dao tiện, dao phay, dao bào, v.v ) có độ nhám với các đặc tính khác nhau: - Độ nhám dọc (trùng với phương của vectơ tốc độ cắt – hình 2.2 a). - Độ nhám ngang (vuông góc với phương của vectơ tốc độ cắt – hình 2.2 b). Độ nhám dọc xuất hiện khi lực cắt có biến đổi gay ra rung động. Ngoài ra, độ nhám dọc còn xuất hiện do nguyên nhân của lẹo dao (hiện tượng lớp kim loại bị dính chặt trên mũi dao). Độ nhám ngang thông thường lớn hơn độ nhám dọc. Khi gia công tinh bằng bề mặt bằng dụng cụ hạt mài, độ nhám bề mặt theo các phương ngang và dọc gần như nhau. Chất lượng, bề mặt gia công phụ thuộc vào những yếu tố sau đây: Tính chất của vật liệu gia công. - Phương pháp gia công (tiện, bào, phay, mài, v.v .). - Chế độ cắt (tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt). 10
12. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp -Độ cứng vững của hệ thống công nghệ (Máy – Dao – Đồ gá – Chi tiết gia công). -Thông số hình học của dao. -Dung dịch trơn nguội. 2.2.ĐỘ NHÁM BỀ MẶT Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi) là tập hợp tất cả những bề lồi, lõm với bước cực nhỏ và được quan sát trên một khoảng ngắn tiêu chuẩn. Hình 2.3 là độ nhám bề mặt gia công được phóng đại lên nhiều lần. Để đánh giá độ nhám, trước hết ta phải vẽ được đường thẳng chuẩn. Đường thẳng chuẩn là đường trung bình được vẽ sao cho trong phạm vi chiều dài chuẩn 1 tổng diện tích (phần gạch đứng) từ hai phía (của đường chuẩn) bằng nhau. Hình 2.3. độ nhám bề mặt Chiều dài chuẩn 1 là chiều dài dùng để đánh giá các thông số của độ nhám (1 = 0,01 đến 25 mm). l h Ra – sai lệch profin trung bình Smi cộng bằng giá trị trung bình cộng của Si các giá trị chiều cao h tính từ đường b2 b3 trung bình trong phạm vi chiều dài b1 bi p chuẩn 1. x 0 a Ra được xác định theo công thức m sau: hi R n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 ∑ hi 1 H H H H H H H H H 1 H R = ∫ hdl ≈ i -h a 1 n 0 ở đây: 1 – chiều dài chuẩn; h – tung độ của profin đựơc đo từ đường chuẩn; n – số lượng tung độ của profin được đo. Rz – chiều cao nhấp nhô bằng giá trị trung bình giữa năm đỉnh cao nhất và năm đỉnh thấp nhất của profin được đo trong phạm vi chiều dài chuẩn 1:     + + + + − + + + +  (H1 H 3 H 5 H 7 H 9 ) (H 2 H 4 H 6 H 8 H10 )  Rz =    5      Sm – bước nhấp nhô theo đường trung bình bằng giá trị trung bình của các bước nhấp nhô (theo đường trung bình) trong phạm vi chiều dài chuẩn 1: n ∑ Smi S m = 1 n Ơû đây : n – bước nhấp nhô (theo đường trung bình) trong phạm vi chiều dài chuẩn; 11
13. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp S – bước nhấp nhô theo đỉnh bằng giá trị trung bình của các bước nhấp nhô (theo đỉnh) trong phạm vi chiều dài chuẩn 1; n ∑ S mi S = 1 n ở đây :n – bước nhấp nhô (theo đỉnh) trong phạm vi chiều dài chuẩn 1: Đường thẳng cách đều đường trung bình được vẽ cách đỉnh cao nhất của độ nhám một lượng là p. Đại lượng p được chọn khoảng 5 ÷ 90% Rmax (chiều cao nhấp nhô cực đại). Hình dáng l1+l2+l2 của độ nhám ảnh l1 l2 l3 hưởng đến phần vật liệu. Chiều dài a của phần vật liệu i ở vị trí nào đó là h tổng chiều dài của phần kim loại đi qua các điểm của L L độ nhám (hình 2.4). Hình 2.4. đường cong của phần vật liệu. Đôi khi phần vật liệu F đựơc đánh giá theo (%) của bề mặt gia công: 1 F = i 100% L Ơû đây : 1i – chiều dài của độ nhám ở một vị trí nào đó; L – chiều dài của phần bề mặt được quan sát. Đường cong a (xem hình 2.4) cho phép xác định giá trị của phần vật liệu ở các độ cao khác nhau của profin bề mặt. Đường cong này cho biết phần không gian giữa các mặt song song đi qua các đỉnh cao nhất và thấp nhất của độ nhám được điền đầy bằng lớp kim loại. Đường cong a của phần vật liệu đặc trưng cho khả năng chịu tải của bề mặt. Mỗi một điểm của đường cong này được dựng bằng cách cộng tất cả các khoảng cách bề rộng của độ nhám (I1 + I2 + I3) nằm trên cùng một độ cao h (h là tung độ đường cong) . Mức độ điền đầy bề mặt bằng kim loại càng cao thì độ chống mòn và độ kín khít của các bề mặt lắp ghép càng cao. Như vậy, cùng một chiều cao của độ nhám, phần vật liệu sẽ khác nhau hay nói cách khác thì hình dáng của độ nhám khác nhau thì phần vật liệu sẽ khác nhau. Ngoài các thông số trên đây người ta còn đánh giá độ nhám theo chiều cao nhấp nhô lớn nhất Rmax. Chiều cao nhấp nhô Rmax là khoảng cách giữa hai đỉnh cao nhất và thấp nhất của độ nhám (xem hình 2.3). 12
14. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Theo tiêu chuẩn nhà nước thì độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với các giá trị Ra và Rz. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bóng bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 (Ra = 0.01µm ; Rz = 0.05 µm). Trên bản vẽû chi tiết máy, yêu cầu về độ nhám bề mặt được cho theo giá trị của Ra hoặc Rz. Trị số Ra được cho khi yêu cầu độ nhám bề mặt (độ nhẵn bóng bề mặt) cần đạt từ cấp 6 đến cấp 12 (Ra = 2.5 ÷ 0.04 µm). Trị số Rz đựơc ghi trên bản vẽ nếu yêu cầu độ nhám bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 (Rz = 320 ÷ 20 µm) hoặc từ cấp 13 đến 14 (Rz = 0.08 ÷ 0.05 µm). Ký hiệu độ nhám bề mặt theo Ra được thể hiện như sau: 0.63Ư(giá trị Ra ≤ 0.63 µm) còn ký hiệu Rz là Rz 20Ư (giá trị Rz ≤ 20 µm). Trong thực tế sản xuất rất nhiều khi người ta đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết máy theo các mức độ: thô (cấp 1 ÷ 4), bán tinh (cấp 5 ÷ 7), tinh (cấp 8 ÷ 11), và siêu tinh (cấp 12 ÷14). Bảng 2.1.Cấp độ nhám và các giá trị tương ưng Chất lượng Cấp độ Ra(µm) Rz(µm) Chiều dài Ghi trên Bề mặt nhám Không lớn hơn chuẩn (mm) bản vẽ 1 84 320 8 Thô 2 40 150 3 20 80 Rz 4 10 40 2.5 5 5 20 Bán tinh 6 2.5 10 0.8 7 1.25 6.3 8 0.63 3.2 9 0.32 1.6 0.25 Ra Tinh 10 0.16 0.8 11 0.08 0.4 12 0.04 0.2 Siêu tinh 13 0.02 0.1 0.08 Rz 14 0.01 0.05 2.3.ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NHÁM BỀ MẶT TỚI TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA CHI TIẾT MÁY Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ma sát và độ mòn của chi tiết máy phụ thuộc vào chiều cao và hình dáng của độ nhám bề mặt và phương của vết gia công. u( m) Hình 2.5 là các đường cong chi độ nhám tối ưu (các điểm O1 và O2) ứng với độ mòn ban đầu nhỏ nhất của các bề mặt tiếp xúc . ta thấy : 2 1 đối với điều kiện làm việc nặng đường cong 13 01 02 Ra(µ m)
15. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp mòn dịch chuyển về phía trên và bên phải ( đường cong 2 ) độ nhám tối ưu có giá trị lớn hơn. Thực tế cho thấy độ mòn ban đầu của chi tiết máy có thể san phẳng 65 ÷ 75% chiều cao của độ nhám và như vậy trong một số trường hợp điều kiện lắp ghép có thể bị phá hỏng. Do độ nhám bề mặt cần được chọn trên cơ sở trường dung sai δ: Khi đường kính lắp ghép > 50mm: Rz = (0,1 ÷ 0,15) δ Khi đường kính lắp ghép trong khoảng 18 ÷ 50 mm: Rz = ( 0,15 ÷ 0,2) δ Khi đường kính lắp ghép < 18 mm: Rz = ( 0,2 ÷ 0,25) δ Ơû đây: trường dung sai δ và độ nhám Rz có đơn vị đo là µm. Độ nhám bề mặt tăng có ảnh hưởng xấu đến độ bền của mối ghép căng ( lắp chặt) bởi vì khi ép, độ nhám bề mặt bị chèn xuống làm cho độ bền của mối ghép giảm xuống. Chẳng hạn, độ bền của mối ghép giữa trục chính và bánh xe tàu hoả có độ nhám 36,5 µm giảm 40% so với độ bền của mối ghép có độ nhám 18 µm. Độ nhám bề mặt giảm ( độ nhẵn bóng bề mặt tăng) cho phép nâng cao độ bền mỏi của chi tiết. Ví dụ, bề mặt thực hiện thép được đánh bóng có độ bền mỏi cao hơn 40% so với bề mặt không được đánh bóng. Độ nhám bề mặt còn ảnh hưởng rất lớn đến tính chống ăn mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết ( hình 2.6). Các chỗ lõm trên bề mặt chi tiết (đáy các nhấp nhô tế vi) là nơi chứa các tạp chất như axít, muối,v,v 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 sảy ra dọc sườn dốc của các nhấp nhô tế vi theo chiều từ đỉnh xuống đáy ( theo mũi tên hình 2.6) các nhấp nhô, làm cho các nhấp nhô cũ bị biến mất và các nhấp nhô mới hình thành. Như vậy, bề mặt chi tiết máy có độ nhám càng thấp ( độ nhẵn bóng càng cao) thì càng ít bị ăn mòn hoá học. Bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hoá học bằng phương pháp mạ (mạ crôm, mạ niken) hoặc bằng các phương pháp cơ khí tạo ra lớp cứng nguội bề mặt. 2.4.ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN CỨNG BỀ MẶT TỚI TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA CHI TIẾT MÁY Bề mặt biến cứng có thể tăng độ bền mỏi của chi tiết lên khoảng 20%, tăng độ chống mòn của nó lên 2 ÷ 3 lần. 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 nó hạn chế khả năng gây ra các vết nứt 14
16. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp làm phá hỏng chi tiết. Tuy nhiên, bề mặt quá cứng ( mức độ biến cứng quá cao) sẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy. 2.5. ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG SUẤT DƯ BỀ MẶT TỚI TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA CHI TIẾT MÁY Ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có khả năng làm tàng độ bền mỏi của chi tiết còn ứng suất dư kéo trên lớp bề mặt làm giảm độ bền mỏi của chi tiết. Ví dụ, đối với chi tiết từ vật liệu thép độ bền mỏi của nó có thể tăng lên 50% ghi trên lớp bề mặt có ứng suất dư nén và độ bền mỏi giảm 30% khi trên lớp bề mặt có ứng suất dư kéo. 2.6. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG 2.6.1. Thông số hình học của dụng cụ cắt Qua thực nghiệm đối với phương pháp tiện người ta đã xác định được mối quan hệ với thông số độ nhám ( chiều cao nhấp nhô tế vi) Rz, lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r và chiều dày phôi nhỏ nhất Hmin. Hình 2.7 mô tả sự hình thành độ nhám bề mặt khi gia công bằng các loại dao tiện khác nhau. Ở đây khi tiện, sau một vòng quay của chi tiết gia công dao thực hiện một lượng ăn dao S1 (mm/vòng)và dịch chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2 (hình 2.7a). trong trường hợp này trên bề mặt gia công còn lại phần kim loại chưa được hơt đi (phần m). phần m này chính là độ nhám bề mặt sau khi gia công. Ta thấy, hình dáng và giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào lượng chạy dao S1 và hình dáng của lưỡi cắt. Ví dụ, khi giảm lượng chạy dao từ S1 xuống S2, chiều cao nhấp nhô tế vi ( chiều cao độ nhám) Rz giảm xuống ' (hình 2.7b). Nếu thay đổi góc Rz nghiêng chính ϕ và góc nghiêng phụ ϕ1 thì chiều cao và hình dáng của độ nhám sẽ thay đổi (hình 2.7c). khi gia công bằng dao có bán kính mũi dao lớn thì hình dáng của độ nhám cũng có dạng được vẽ tròn (hình 2.7d). nếu tăng bán kính mũi dao tới r2 thì chiều cao của độ nhám Rz giảm xuống (hình 2.7e). Trong quá trình hình thành độ nhám khi tiện bằng dao có bán kính mũi dao không lớn và lượng chạy dao lớn thì độ nhám bề mặt không chỉ chịu ảnh hưởng của bán kính mũi dao mà còn chịu ảnh hưởng của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ (hình 2.7g) có nghĩa là ảnh hưởng của các góc ϕ vàϕ1 . Từ những lập luận trên đây mà giáo sư người nga Trebưsep đã đưa ra công thức biểu thị mối quan hệ giữa Rz với s,r và h min như sau : 15
17. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp S 2 - Khi s > 0,15 mm/vòng thì: Rz = 8r s 2 h  rh  - Khi s < 0,1 mm/vòng thì: Rz = + min  1 + min  8r 2  s 2  Ở đây, chiều dày phoi kim loại h min phụ thuộc vào bán kính mũi dao r. nếu mài lưỡi dao cắt bằng đá kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt khi r = 10µm thì µ µ h min = 4 m. mài dao hợp kim cứng bằng đá thường nếu r = 40 m thì ≥ µ h min 20 m. Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0,03mm/vòng ) thì trị số của Rz lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quá nhỏ sẽ không có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt. 2.6.2. ảnh hưởng của tốc độ cắt Tốc độ cắt có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt (hình 2.8). Khi cắt thép cacbon ở tốc độ cắt thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách dễ, biến dạng của lớp kim loại không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ đến khoảng 15 ÷20 m/phút thì nhiệt cắt vàlực cắt đều tăng, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau của 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 một ít kim loại bị chảy và bám vào mặt trước và một phần sau của dao. Về cấu trúc, thì lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ nóng chảy lên tới khoảng 3000°C, bám rất chắc vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công. Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng bị phá huỷ, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi. Biến mất ứng với tốc độ cắt trong khoảng 30 ÷ 60m/phút. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/phút thì lẹo dao không hình thành được, nên độ nhám bề mặt gia công giảm (độ nhẵn bóng bề mặt tăng ). Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không theo thứ tự do đó làm tăng độ nhấp nhô (độ nhám )bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tương vỡ vụn của kim loại và như vậy làm giảm độ nhấp nhô bề mặt. 2.6.3. ảnh hưởng của lượng chạy dao Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói ở trên, còn có ảnh hưởng lớn đến mức độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công, làm cho độ nhám thay đổi. Hình 2.9 là đồ thị quan hệ giữa lượng chạy dao S và chiều cao nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt) R z khi gia công thép cacbon. 16
18. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Khi gia công với lượng chạy dao S = 0,02 ÷ 0,15 mm/vòng thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi giảm. Nếu gia công với S 0,15 mm/vòng thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học, làm cho độ nhám bề mặt tăng lên (đoạn BC trên hình 2.9). Như vậy, để đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,05 đến 0,12 mm/vòng đối với thép cacbon. 2.6.4.Aûnh hưởng của chiều sâu cắt Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt. Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó độ nhám có thể tăng. Ngược lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trượt trên bề mặt gia công và sảy ra hiện tượng cắt không liên tục, do đó độ nhám bề mặt lại tăng. Hiện tượng gây trượt dao thường ứng với giá trị chiều sâu cắt trong khoảng 0,02 ÷ 0,03 mm. 2.6.5. Aûnh hưởng của vật liệu gia công Vật liệu gia công ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt (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 làm cho độ nhám bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giòn. Để đạt độ nhám bề mặt thấp ( độ nhẵn bóng bề mặt cao) người ta thường tiến hành thướng hoá thép cacbon ở nhiệt độ 850 ÷ 870°C trước khi cắt gọt. Độ cứng của vật liệu gia công tăng thì chiều cao nhấp nhô tế vi giảm và hạn chế ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhô tế vi. Khi độ cứng của vật liệu gia công đạt tới giá trị HB = 5000 N/mm 2 thì ảnh hưởng của tốc độ cắt tới chiều cao nhấp nhô tế vi (R z ) hầu như không còn. Mặt khác, giảm tính dẻo của vật liệu gia công bằng biến cứng bề mặt cũng làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi. 2.6.6.Ảnh hưởng rung động của hệ thống công nghệ Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ 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 dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao, ví dụ, khi mài. 17
19. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Tình trạng của máy có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt gia công. Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp trước hết phải đảm bảo có đủ độ cứng vững cần thiết. Độ nhám của bề mặt gia công còn phụ thuộc vào độ cứng vững của chi tiết khi kẹp chặt. Ví dụ, khi kẹp chi tiết gia công dạng trục một đầu (kẹp côngxôn), độ nhám bề mặt tăng dần từ đầu được kẹp chặt sang đầu không được kẹp chặt. Khi chi tiết gia công được chống tâm hai đầu thì độ nhám bề mặt tăng dần từ hai đầu tới tâm của chi tiết ( nếu tỉ lệ 1 ≤ giữa chiều dài 1 và đường kính d phôi d 15). 2.7. PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT Để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công, trước hết phải chuẩn bị hệ thống công nghệ thật tốt, đặc biệt ở khâu gia công tinh. Mục tiêu ở đây là xác định và áp dụng có hiệu quả các biện pháp công nghệ nhằm cải thiện chất lượng bề mặt về các yếu tố như: độ nhám ( độ nhẵn bóng) bề mặt, chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt, ứng suất dư của lớp bề mặt. 2.7.1. Phương pháp đạt độ bóng bề mặt Có thể chọn phương pháp gia công với chế độ cắt S, V, t hợp lý để tạo ra độ bóng (độ nhám) bề mặt theo yêu cầu. Bảng 2.2 cho biết các phương pháp gia công cơ có khả năng tạo ra các cấp độ bóng tương ứng. Bảng 2.2. Phương pháp gia công cơ và độ bóng tương ứng Phương pháp gia công Cấp độ bóng Tiện, bào thô 3 Tiện, bào tinh 4 ÷ 6 Tiện, bào rất tinh 6 ÷ 7 Phay thô 4 Phay tinh 5 ÷ 7 Phương pháp gia công Cấp độ bóng Khoan, khoét 3 ÷ 6 Doa 6 ÷ 8 Chuốt 6 ÷ 7 Chuốt tinh 7 ÷ 8 Mài thô 5 ÷ 6 Mài tinh 7 ÷ 8 Mài rất tinh 9 ÷ 10 Mài nghiền 9 ÷ 13 Mài khôn 7 ÷ 10 Mài siêu tinh xác 10 ÷ 14 Đánh bóng bằng bột mài 11 ÷ 13 12 ÷ 14 18
20. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Đánh bóng bằng vải 2.7.2. Phương pháp đạt độ cứng bề mặt Độ cứng bề mặt ( mức độ và chiều sâu biến cứng) phụ thuộc vào các phương pháp gia công và các thông số hình học của dao. Bảng 2.3 cho biết các phương pháp gia công có khả năng tạo ra mức độ và chiều sâu biến cứng khác nhau. Bảng 2.3. Mức độ và chiều sâu biến cứng của các phương pháp gia công. Phương pháp gia công Mức độ biến cứng Chiều sâu biến cứng (µm) (%) Tiện thô 120 ÷ 150 30 ÷ 50 Tiện tinh 140 ÷ 180 20 ÷ 60 Phay bằng dao phay mặt đầu 140 ÷ 160 40 ÷ 100 Phay bằng dao phay trụ 120 ÷ 140 40 ÷ 80 Khoan và khoét 160 ÷ 170 180 ÷ 200 Doa 150 ÷ 160 150 ÷ 200 Chuốt 150 ÷ 200 20 ÷ 75 Phay lăn răng và xọc răng 160 ÷ 200 120 ÷ 150 Cà răng 120 ÷ 180 80 ÷ 100 Mài tròn thép chưa nhiệt luyện 140 ÷ 160 30 ÷ 60 Mài tròn ngoài thép ít cacbon 160 ÷ 200 30 ÷ 60 Mài tròn ngoài thép nhiệt luyện 125 ÷ 130 20 ÷ 40 Mài phẳng 150 16 ÷ 25 2.7.3. Phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt Quá trình hình thành ứng suất dư bề mặt khi gia công phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và hiện tượng chuyển pha trong cấu trúc kim loại. Quá trình này rất phức tạp. Khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi, quá trình hình thành ứng suất dư trên bề mặt phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, đồng thời cũng phụ thuộc vào dụng cụ cắt, thông số hình học của dao và dung dịch trơn nguội. Như ta đã biết, ứng suất dư nén có ảnh hưởng tốt đến độ bền của chi tiết máy, còn ứng suất dư kéo có ảnh hưởng ngược lại. Khi bào, muốn đạt ứng suất dư nén thì dao phải có góc trước γ âm. Các thành phần khác nhau trên bề mặt gia công chi tiết máy thường có ứng suất dư khác nhau về trị số 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 khác nhau. Dựa vào những kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư trong lớp bề mặt của chi tiết gia công có thể kết luận sơ bộ như sau: 19
21. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp 1) Tăng tốc độ cắt (V) hoặc tăng lượng chạy dao (S) cũng có thể tăng hoặc giảm ứng suất dư trên bề mặt gia công của chi tiết máy. 2) Lượng chạy dao (S) làm tăng chiều sâu có ứng suất dư. 3) Góc trước (γ) có trị số âm gây ra ứng suất dư nén (ứng suất dư có lợi). 4) Gia công vật liệu giòn bằng dụng cụ cắt có lưỡi gây ra úng suất dư nén, còn gia công bằng vật liệu dẻo thường gây ra ứng suất kéo. 5) Gia công bằng đá mài thường gây ra ứng suất dư kéo, còn gia công bằng đá mài thường tạo ra ứng suất dư nén. 2.8. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT 2.8.1. Đánh giá độ nhám bề mặt Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta dùng các phương pháp sau đây: 1) Phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich). 2) Phương pháp đo độ nhám R a , R z và R max bằng máy đo profin. 3) Phương pháp so sánh bằng mắt. Trong các phân xưởng sản xuất người ta mang vật mẫu so sánh với bề mặt gia công và kết luận xem bề mặt gia công đạt độ bóng cấp nào (phương pháp này cho phép xác định đựơc cấp bóng từ 3 đến 7). 2.8.2. Đánh giá mức độ và chiều sâu biến cứng Để đánh giá mức độ và chiều sâu biến cứng người ta chuẩn bị một mẫu kim cương rồi đưa mẫu này lên kiểm tra ở máy đo độ cứng. Nguyên lý kiểm tra như sau: dùng đầu kim cương tác động lên bề mặt mẫu một lực P, sau đó xác định diện tích bề mặt do mẫu kim cương ấn xuống. Độ biến cứng được xác định theo công thức: P H = v S 2 Ở đây: H v - độ biến cứng (N/mm ). P – lực tác dụng của đầu kim cương (N); S – diện tích bề mặt do đầu kim cương ấn xuống (mm 2 ). Để đo chiều sâu biến cứng, dùng đầu kim cương tác động lần lượt xuống bề mặt từ ngoài vào trong, sau mỗi lần tác động lại xác định diện tích bị lún S cho đến khi diện S không thay đổi thì dừng lại và đo được chiều sâu biến cứng. 2.8.3 Đánh giá ứng suất dư Để đánh giá (xác định) ứng suất dư người ta thường dùng các phương pháp sau đây: 1) phương pháp tia Rơnghen. Dùng tia Rơnghen kích thích trên bề mặt mẫu một lớp dày 5 ÷ 10 µm và sau mỗi lần kích thích ta chụp ảnh đồ thị Rơnghen. Phương pháp này cho phép đo được cả chiều sâu biến cứng. Tuy nhiên, phương pháp này rất phức tạp và tốn nhiều thời gian cho điều chỉnh đồ thị Rơnghen (mất khoảng 10 giờ trong một lần đo). 2) Tính toán lượng biến dạng Sau khi hớt từng lớp mỏng kim loại bằng phương pháp hoá học và điện cơ khí ta tính toán lượng biến dạng của chi tiết mẫu. Dựa vào lượng biến dạng này ta xác định 20
22. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp được ứng suất dư. Cũng có thể dùng tia Rơnghen để đo khoảng cách giữa các phần tử trong lớp kim loại biến dạng và không biến dạng. Với khoảng cách này có thể xác định được ứng suất dư. Chương 3 ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG. I.KHÁI NIỆM: Khi thiết kế và chế tạo 1 máy nào đó, bên cạnh việc tính toán động học, tính toán độ bền, độ cứng vững và độ chống mòn còn cần phải tính toán độ chính xác cuả nó. Độ chính xác là đặc tính chủ yếu cuả chi tiết máy. Trong thực tế, không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công xuất hiện các sai số . Vì vậy , độ chính xác gia công có thể rất khác nhau. Nâng cao độ chính xác gia công và độ chính xác lắo ráp sẽ làm tăng độ bền và tuổi thọ cuả máy. Ví dụ: khi tăng độ chính xác cuả vòng bi (giảm khe hở) xuống từ 20 đến 10 m thì thời gian phục vụ cuả nó tăng lên từ 740 đến 1200 h . Độ chính xác của quá trình xản xuất đóng vai trò quan trọng nhất . Nâng cao độ chính xác cuả phôi cho phép giảm khối lượng gia công cơ , giảm khối lượng thi công và tiết kiệm nguyên vật liệu . Các phôi có độ chính xác như nhau ở tất cả các nguyên công là 1 trong những điền kiện tiên quyết để tự động hoá quá trình gia công và lắp ráp. Nâng cao độ chính xác gia công cơ cho phép loại bỏ công việc điều chỉnh khi lắp ráp, tạo điều kiện cho việc lắp lẫn hoàn toàn và thực hiện phương pháp lắp ráp theo dây chuyền. Như vậy nó không chỉ giảm nhẹ công việc sữa chữa máy khi vận hành. Khi giải quyết vấn đề độ chính xác trong chế tạo máy , nhà công nghệ cần đảm bảo : -Độ chính xác gia công và lằp ráp với năng xuất và hiệu quả kinh tế cao. -Các thiết bị kiểm tra độ chính xác thực tế khi gia công và lắp ráp . -Xác định đúng sai của các nguyên công và kích thước phôi và phương pháp đạt được kích thước trong quá trình gia công . Ngoài ra , nhà công nghệ còn phải nghiên cứu độ chính xác thực tế cuả quá trình và phân tích các nguyên nhân gây ra sai số gia công và lắp ráp. Độ chính xác gia công cuả chi tiết máy là mức độ giống nhau về kích thước , hình dáng hình học, vị trí tương quan cuả chi tiết gia công trên máy và chi tiết lý tưởng trên bản vẽ . Như vậy , độ chính xác cuả chi tiết được đánh giá theo các yếu tố sau đây : 21
23. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp 1.Độ chính xác kích thước : Đó là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích thước góc . Độ chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số cuả kích thước thực so với kích thước lý tưởng được ghi trên bản vẽ. 2.Độ chính xác hình dáng hình học: Đó là mức độ phù hợp giữa hình dáng hình học thực và hình dáng hình học lý tưởng cuả chi tiết. VD : khi gia công chi tiết hình trụ , độ chính xác hình dáng hình học được đánnh giá qua độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh , độ tang trống còn khi gia công mặt phẳng , độ chính xác hình dáng hình học được đánh giá qua độ phẳng cuả nó so với độ phẳng lý tưởng . 3.Độ chính xác vị trí tương quan: Độ chính xác này thực chất là sự xoay đi 1 gốc nào đó cuả bề mặt này so với bề mặt kia (dùng làm khuôn). Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành 1 điều kiện kỹ thuật trên bản vẽ thiết kế . VD : độ song song , độ vuông gốc , độ đồng tâm Cần nhớ rằng độ chính xác càng cao (sai số càng nhỏ) thì giá thành càng cao(hình 3.1). Độ chính xác gia công trong điều kiện sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố , do đó người ta thường gia công chi tiết với “độ chính xác kinh tế” chứ không phải “độ chính xác có thể đạt tới”. + “Độ chính xác kinh tế “ là độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường với giá thành hạ nhất. 22
24. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp + “Độ chính xác có thể đạt tới” là độ chính xác đạt được trong những điều kiện đặc biệt không tính đến giá thành gia công (máy chính xác, đồ gá tốt, công nhân có tay nghề cao ) . Hình 3.2 mô tả mối quan hệ giưã giá thành gia công và độ chính xác (sai số)  ở các phương pháp cắt gọt khác nhau . Đường 1 mô tả mối quan hệ giưã và  khi tiện thô, đường 2 – khi tiện tinh và đường 3- khi mài. Ta thấy đường cong 2 cắt cả 2 đường cong 1 và 3 tạo ra 3 vùng I, II ,III khác nhau. Như vậy, vùng I có thể gọi là độ chính xác có thể đạt tới (độ chính xác cao nhất), vùng II là độ chính xác kinh tế còn vùng III là độ chính xác đảm bảo. Ta có thể phân tích các đường cong này như sau: VD : bằng phương pháp tiện tinh (đường cong 2) . có thể đạt được mức độ chính xác ở vùng 1 nhưng giá thành c cao, vì vậy bằng phương pháp mài cho ta giá yhành hạ hơn (đường cong 3). Độ chính xác ở vùng III có thể đạt được bằng tiện tinh (đường cong 2) nhưng tốt hơn là dùng phương pháp tiện thô (đường cong 1) . Để đạt độ chính xác ở vùng II tốt nhất là dùng phương pháp tiện tinh vì có giá thành hạ nhất. 3.2. TÍNH CHẤT CỦA SAI SỐ GIA CÔNG: Khi gia công một loạt cho tiết trong cùng 1 điều kiện xác định mặc dù những nguyên nhân gây ra từng sai số cuả từng chi tiết là giống nhau nhưng sai số tổng cộng trên từng chi tiết là khác nhau .Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất khác nhau cuả các sai số thành phần . Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết cuả cả loại đều có giá trị không đổi theo 1 quy luật nào đó . Những sai số này gọi là sai số hệ thống cố định hoặc hệ thống thay đổi. Có 1 số sai số khác mà giá trị cuả chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo 1 quy luật nào cả. Những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên . 1.Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống cố định: 23
25. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp -Sai số lý thuyết cuả phương pháp cắt. -Sai số chế tạo cuả máy, dao, đồ gỗ. -Biến dạng nhiệt cuả chi tiết gia công. 2.Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi (theo thời gian gia công): -Dụng cụ bị mòn theo thời gian gia công. -Biến dạng nhiệt cuả máy, dao và đồ gỗ. 3.Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên: -Độ cứng cuả vật liệu không đồng đều. -Lượng dư gia công không đồng đều. -Vị trí cuả phôi trong đồ gá thay đổi(dẫn đến sai số gá đặt). -Thay đổi cuả ứng xuất dư. -Gá dao nhiều lần. -Thay đổi nhiều lần. -Thay đổi nhiều máy để gia công một loạt chi tiết. -Dao động nhiệt cuả quá trình cắt. 3.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẠT ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG: Để đạt độ chính xác gia công người ta thường dùng 2 phương pháp sau đây: -Phương pháp cắt thử. -Phương pháp tự động đặt kích thước. 3.3.1.Phương pháp cắt thử: Bản chất cuả phương pháp là sau khi gá phôi trên maý người công nhân đưa dao vào và tiến hành cắt thử 1 lượng dư nhất định , sau dó dùng máy để kiểm tra kích thước. Nếu chưa đạt yêu cầu thì lại điều chỉnh dao ăn sâu thêm nưã rồi lại cắt thử và kiểm tra , công việc được lặp lại cho đến khi đạt được kích thước yêu cầu. Trước khi cắt thử , phôi thường được lấy dấu để người thợ có thể đưa dao vào vị trí (đã lấy dấu) 1 cách nhanh chóng và để tránh phế phẩm (do dao được đưa vào quá sâu). *Phương pháp cắt thử có những ưu điểm sau: -Trên máy không chính xác vẫn có thể đạt được độ chính xác cao(nhờ vào tay nghề cuả người công nhân). -Loại trừ ảnh hưởng cuả mòn dao khi gia công cả loạt chi tiết (do dao luôn luôn được điều chỉnh đúng vị trí). -Không cần chế tạo đồ gá đắt tiền mà chỉ cần người thợ rà gá chính xác. *Tuy nhiên phương pháp rà gá có những nhược điểm sau: 24
26. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp -Độ chính xác gia công phụ thuộc vào bề dày nhỏ nhất cuả lớp phoi được hớt đi. VD: khi tiện bằng dao hợp kim (có mài bóng lưỡi) bề dày phoi có thể cắt được không nhỏ hơn 0.5mm, còn khi tiện bằng dao đã mòn thì bề dày phoi có thể cắt được không nhỏ hơn 0.5mm. Như vậy ,khi gia công bằng phương pháp cắt thử người thợ không thể điều chỉnh được dao để lưỡi cắt có thể hớt đi bề dày phoi bé hơn bề dày phoi nói trên , do đó không thể đảm bảo được kích thước có sai số nhỏ hơn bề dày lớp phoi đó . -Người thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ mệt, do đó dễ gây ra phế phẩm. -Năng suất thấy do phải cắt nhiều lần. -Do năng suất thấp nên giá thành gia công cao. Với những nhược điểm trên ,cho nên phương pháp cắt thử chỉ được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, trong sản xuất thử hàng loạt lớn và hàng khối, phưong pháp cắt thử chủ yếu được dùng ở nguyên công mài bởi vì lượng mòn của đá có thể bù lại bởi điều chỉnh đá bằng tay trong quá trình gia công. Nếu sử dụng hệ thống điều chỉnh tự động thì phương pháp cắt thử sẽ không còn được sử dụng đối với nguyên công mài. 3.3.2.Phương pháp tự động đạt kích thước: Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối để đạt được độ chính xác gia công chủ yếu người ta dùng phương pháp tự động đặt kích thước . Bản chất cuả phương pháp này là trước khi gia công , dụng cụ cắt được điều chỉnh sẵn để có vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công .Nói cách khác thì chi tiết gia công cũng phải có vị trí xác định so với dụng cụ cắt. Vị trí này cuả chi tiết gia công được đảm bảo nhờ cơ cấu định vị cuả đồ gá. Còn đồ gá cũng có vị trí xác định trên máy nhờ cơ cấu định vị riêng. 25
27. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp VD: khi phay phôi (chi tiết gia công) 2 để đặt kích thước a và b (hình 3.3a) bàn máy phay được điều chỉnh sao cho mặt tỳ cuả má tĩnh 1 ở êtô cách trục quay cuả dao phay 1 đoạn k=D\2 +a(D- đường kính da phay). Trong trường hợp này mặt bên cuả dao phay 3 nằm cách mặt đứng cuả má tĩnh cuả ê tô một đoạn bằng b. Việc điều chỉnh máy này được thực hiện bằng phương pháp cắt thử hoặc nhờ cơ cấu so dao cuả đồ gá chuyên dùng. Sau khi điều chỉnh xong , việc gia công được tiến hành tự động mà không cần phải dịch chuyển bàn máy theo 2 phương pháp ngang và đứng. Do trong quá trình gia công các kích thước k và b cố định nên độ chính xác cuả các kích thước a và b cuả chi tiết gia công sẽ như nhau đối với cả loạt phôi được gia công tện máy. Một ví dụ khác , khi tiện mặt đầu cuả phôi 2 (hình 3.3b) kích thước a được xác định bằng khoảng cách c tính từ mặt đầu cuả đồ gá l tới mặt tỳ 4 (mặt tỳ 4 được dùng để hạn chế dịch chuyển cuả dao 3) vá kích thước b tính từ mặt tỳ 4 tới đỉnh dao 3 , có nghĩa là a=c-b. Nếu các kích thước điều chỉnh c và b cố định thì độ chính xác cuả kích thước a cũng cố định. Như vậy , khi sử dụng phương pháp tự động đặt kích thước thì việc đảm bảo độ chính xác gia công không phải người công nhân thực hiện mà do : thợ điều chỉnh (có nhiệm vụ điều chỉnh máy); thợ chế tạo dụng cụ (có nhiệm vụ chế tạo đồ gá )và nhà công nghệ (có nhiệm vụ xác định chuẩn công nghệ , kích thước phôi và phương pháp gá đặt nó trên đồ gá). Phương pháp tự động đặt kích thước có những ưu điểm sau đây: + Đảm bảo độ chính xác gia công , giảm phế phẩm . Độ chính xác gia công không phụ thuộc vào bề mặt dày nhỏ nhất cuả lớp phoi được cắt và trình độ tay nghề cuả công nhân. + Chỉ cắt 1 lần là đạt kích thước, không mất thời gian lấy dấu và cắt thử do đó năng suất gia công tăng. + Sử dụng hợp lý nhân công có trình độ tay nghề cao. Với sự phát triển cuả tự động hoá quá trình sản xuất , những công nhân có trình độ tay nghề cao có khả năng điều chỉnh máy khác nhau. + Nâng cao hiệu quả kinh tế. Nhược điểm: + Chi phí cho việc thiết kế , chế tạo đồ gá cũng như chi phí cho việc điều chỉnh máy , điều chỉnh dao có khi vượt quá hiệu quả kinh tế do phương pháp đem lại. + Chi phí cho việc chế tạo phôi chính xác đôi khi không bù lại được nếu các chi tiết gia công quá ít. 26
28. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp + Nếu dụng cụ mau mòn thì kích thước đã được điều chỉnh sẽ thay đổi nhanh , do đó cần phải điều chình lại nhiều lần. Điều chỉnh gây tốn kém cả về thời gian và kinh phí, đồng thời làm cho độ chính xác giảm. 3.4.CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA SAI SỐ GIA CÔNG: Hệ thống công nghệ (máy-dao-đô gá-chi tiết gia công) là 1 hệ thống đàn hồi . Sự thay đổi các giá trị biến dạng đàn hồi dưới tác dụng cuả lực cắt sẽ gây ra sai số kích thước và sai số hình học cuả chi tiết gia công. Lực cắt thay đổi là do lượng dư gia công không cố định, tính chất cơ lý cuả vật liệu gia công không cố định và do mòn dao . Biến dạng đàn hồi cuả hệ thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt và độ cứng vững cuả bản thân hệ thống đó. 3.4.1.1.Độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ: Độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ là khả năng chống lại biến dạng cuả nó do ngoaiï lực gây ra . Độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ được biểu diễn định lượng bằng công thức sau: P J= y (3.1) y Ơû đây J- độ cứng vững (kn/m hoặc kg/m) py-lực tác dụng theo hướng kính cuả bề mặt gia công (Kn hoặc Kg) y- lượng dịch chuyển của mũi dao theo phương tác dụng của lực(mm) Độ cứng vững của hệ thống công nghệ cũng có thể được biểu diễn qua số gia ∆ Py J= ∆ (3.2) y Ơû đây ∆ Py và ∆ y số gia của lực tác dụng và của lượng dịch chuyển (hay biến dạng ) có cùng đơn vị đo như công thức (3.1) Đôi khi người ta còn dùng khái niệm độ mềm dẻo(khả năng biến dạng của hệ thống công nghệ dưới tác dụng của ngoại lực )để biểu diễn giá trị đảo ngược của độ cứng vững Độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ đựơc xác định theo công thức sau y ω = (3.3) Py Ở đây : ω độ mềm dẻo (m/kn hoặc mm/Kg) Py -lực tác dụng (Kn hoặc kG) Hoặc 27
29. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp 1 ω = (3.4) J ở đây :J - độ cứng vững Trong ba thành phần lực cắt Px, PY và Pz thì Py (lực hướng kính )có ảnh lớn nhất đến lượng biến dạng đàn hồi .Vì vậy ,để đơn giản khi tính toán ta chỉ giới hạn lực Py. Bây giờ ta nghiên cưú ảnh hưởng của lực PZ tới độ chính xác gia công .ảnh hưởng không lớn lắm .Ta giả sử rằng ,khi tiện chi tiết dạng trục và Dao bị biến dạng theo phương tiếp tuyến một lượng ∆ Z(hình 3.4) Từ tam giác ABC có thể xác định lượng tăng bán kính ∆ Y do biến dạng của dao ∆ Z theo phương tiếp tuyến: ∆ ≈ ∆ α Y Z .tg (3.5) Từ tam giác vuông OAC ta có : 2∆ Z tgα = (3.6) D Do đó ( ∆ ) 2 ∆ Y=2 Z (3.7) D ở đây D - đường kính của chi tiết gia công (mm) Do biến dang đàn hồi của dao có giá trị không lớn ,cho nên thay đổi bán kính ∆ Y của chi tiết gia công rất nhỏ 28
30. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Aûnh hưởng của thành phần PX (thành phần lực dọc trục chi tiết )tới biến dạng của hệ thống công nghệ theo hướng kính còn nhỏ hơn nhiều. 3.4.1.2 biến dạng tiếp xúc và biến dạng của chính bản thân chi tiết: Lượng biến dạng đàn hồi cuả chính bản hệ thống công nghệ (hoặc của các phần tử trong hệ thống )phụ thuộc vào biến dạng của bản thân các chi tiết và biến dạng tiếp xúc cuả các bề mặt lắp ghép Biến dạng bản thân chi tiết (biến dạng kéo,biến dạng nén, biến dạng uốn, biến dạng xoắn hoặc tổng hợp các biến dạng đó) được tính theo công thức cuả sức bền vật liệu hoặc theo lý thuyết đàn hồi. VD: khi tiện trục trơn có chống tâm 2 đầu, độ võng cuả chi tiết có thể được tính theo xà đạt trên 2 gối đỡ. Độ võng y cuả chi tiết có giá trị lớn nhất khi dao nằm ở giưã trục và nó được xác định theo công thức: P L3 y= Y (3.8) 48EI Độ võng y ở bất kỳ vị trí nào cuả chi tiết được tính theo công thức sau đây: P x 2 ( L − x) 2 y= Y . (3.9) 3EI L Ở đây L là chiều dài cuả chi tiết (mm). E là mođun đàn hồi. I là mođun quán tính cuả tiết diện chi tiết(chi tiết có tiết diện tròn thì I=0,05 D4 là đường kính cuả chi tiết) . x là khoảng cách tính từ mặt đầu bên trái cuả trục. Như vậy khi dao nằm ở giưã trục thì độ cứng vững cuả trục sẽ là : P 48EI J= X = (3.10) y L3 Khi dao nằm ở vị trí cách mặt đầu bên trái cuả chi tiết 1 khoảng x thì độ cứng vững cuả chi tiết được tính theo công thức: 3EIL J= 2 (3.11) x 2 ( L − x) Đối với trục trơn được kẹp một đầu (kẹp côngxôn) trên mâm cặp thì độ võng lớn nhất được tính theo công thức: P L3 y= Y (3.12) 3EI Như vậy độ cứng vững của chi tiết sẽ là: 3EI J= (3.13) L3 29
31. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Trong trường hợp kẹp 1 đầu trên mâm cặp và 1 đầu chống tâm , độ võng y cuả chi tiết sẽ là: P L3 y= Y (3.14) 100EI Và độ cứng vững cuả chi tiết : 100EI J= (3.15) L3 Biến dạng tiếp xúc phụ thuộc vào độ nhám bề mặt, độ sóng bề mặt, sai số hình dáng học , tính chất đàn hồi cuả vật liệu tiếp xúc, điều kiện bôi trơn và đặt tính tải trọng cuả bền mặt tiếp xúc. Độ cứng vững tiếp xúc được xác định rheo công thức: ξ = q y Ở đây: ξ độ cứng vững tiếp xúc (N/mm3 hoặc kG/mm3) . q là áp lực riêng (N/mm2 hoặc kG/mm2) . y biến dạng (mm). 3.4.1.3.Xác định độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ bằng phương pháp tính toán: Để xác định độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ cần phải xác định lượng chuyển vị tương đối giữa mũi dao và chi tiết gia công dưới tác dụng cuả lực cắt cố định. Như ta đã biết, biến dạng cuả toàn bộ hệ thống bằng tổng các biến dạng cuả các khâu thành phần cuả hệ thống đó. Độ cứng vững cuả các khâu thành phần có thể được xác định bằng phương pháp thực nghiệm . Như vậy biến dạng tổng hợp y được tính theo công thức: y=y1+y2+y3+y4 +yn . (3.16) Ở đây y1,y2,y3,y4 ,yn biến dạng cuả các khâu thành phần. Cũng tương tự độ mềm dẻo cuả hệ thống. ω = ω 1+ ω 2+ ω 3+ ω 4 + ω n . (3.17) Hoặc độ mềm dẻo được viết dưới dạng khác . 1 1 1 1 1 1 = + + + + + (3.18) J J1 J 2 J 3 J 4 J N Ở đây J1,J2,J3,J4 ,Jn độ cứng vững cuả các khâu thành phần . J là độ cứng vững cuả hệ thống. Biến dạng đàn hồi cuả hệ thống công nghệ thường biến đổi(không cố định) do đó nó gây ra sai số kích thước và hình dạng cuả chi tiết gia công. Điều này có thể dễ thấy khi tiện trục trơn có chống tâm 2 đầu(hình 3.5). 30
32. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Giả sử rằng thành phần lực cắt Py gây ra biến dạng đàn hồi cuả ụ sau y2 khi dao di chuyển từ ụ sau về ụ trước và y2 biến đổi theo đường thẳng BC. Còn biến dạng đàn hồi cuả ụ trước y1 biến đổi theo đường thẳng ED. Độ võng(độ uốn) cuả đường tâm chi tiết dưới tác dụng cuả lực Py được biểu diễn bằng đường nét đứt . các biến dạng trên đây xẩy ra ở phía bên kia tính từ đường tâm cuả chi tiết gia công. Dưới tác dụng cuả thành phần lực Py mũi dao bị biến dạng về phiá bên này tính từ đường tâm cuả chi tiết gia công. Như vậy tất cả biến dạng cuả hệ thống công nghệ làm cho kích thước cuả đường kính chi tiết tăng lên so với kích thước điều chỉnh .Tuy nhiên kích thước cuả chi tiết gia công thay đổi theo chiều dài. VD: ở 1 vị trí A-A nào đó đường kính thực dt(A-A) cuả chi tiết gia công sẽ bằng : dt(A-A)=ddc + 2(yt(A-A) + y2(A-A) + yd(A-A) + yct(A-A)). (3.19) Ở đây:ddc - đường kính điều chỉnh. dt(A-A) - đường kính thực cuả chi tiết gia công tại vị trí A-A . yt(A-A) - biến dạng cuả ụ trước tại vị trí A-A . y2(A-A) - biến dạng cuả ụ sau tại vị trí A-A . yd(A-A) - biến dạng cuả mũi dao tại vị trí A-A . yct(A-A)) - biến dạng cuả chi tiết gia công tại vị trí A-A . Có thể thấy giá trị thực cuả đường kính chi tiết ở 1 vị trí nào đó ảnh hưởng cuả tổng biến dạng đàn hồi cuả tất cả các khâu trong hệ thống tại chính điểm đó . Để làm ví dụ cho tính toán độ cứng vững của hệ thống chúng ta trọn trường hợp khi dao nàm ở giữa của chi tiết gia công .Bản thân của chi tiết gia công được xem là độ cứng vững tuyệt đối .Khi đóbiến đổi của đường kính chi tiết sẽ chịu ảnh hưởng đàn hồi của ụ trước ,ụ sau và của bàn xe dao .Các giá trị của giá trị đàn hồi đó được tính như sau 31
33. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp P ybd= Y (3.20) J bd Py y1= (3.21) 2J1 P y2= Y (3.22) 2J 2 Ơû đây: ybd - biến dạng đàn hôì của bàn xe dao y1 - biến dạng đàn hôì của bàn ụ trước. y2 - biến dạng đàn hôì của bàn ụ sau. Jbd – độ cứng vững cuả bàn xe dao. J1 – độ cứng vững cuả bàn ụ trước. J2 – độ cứng vững cuả bàn ụ sau. Py – thành phần lực hướng kính(bàn xe dao chịu tác dụng cuả toàn P bộ thành phần lực Py còn ụ trước và ụ sau chỉ chịu tác dụng cuả Y ). 2 Tổng biến dạng cuả ụ trước và ụ sau ở vị trí điểm giưã cuả chi tiết sẽ là 1  P P  P  1 1  y0=y1 + y2 =  Y + Y  = 4  +  (3.23) 2  2J1 2J 2  4  J1 J 2  Như vậy biến dạng cuả máy ym được tính như sau. P P  1 1  ym= Y + Y  +  (3.24) J bd 4  J1 J 2  Ta đưa ra khái niệm “độ cứng vững cuả máy” Jm có quan hệ với biến dạng cuả máy ym như sau : P ym= Y (3.25) J m Cân bằng 2 phương trình(3.24) và(3.25) ta được: 1 1 1  1 1  = +  +  (3.26) J m J bd 4  J1 J 2  VD: bằng phương pháp thực nghiệm ta xác định được độ cứng vững cuả các khâu thành phần trong hệ thống công nghệ như sau: J1=100000N/mm(10000kG/mm). J2=50000N/mm(5000kG/mm). Jbd=100000N/mm(10000kG/mm). Khi đó độ cứng vững cuả máy Jm . 32
34. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp 1 1 1  1 1  = + +  +  ≈ 57.000 N/m (5.700 Kg/mm) J m 100.000 4  100.000 50.000  Nếu dao nằm ở vị trí ụ sau thì độ cứng vững cuả máy Jm: 1 1 1 = + (3.27) J m J bd J 2 Hoặc 1 1 1 = + ≈ 33.000 N/m (3.300 kG/mm) J m 100.000 50.000 Khi dao nằm ở vị trí cách mặt đầu bên trái cuả trục (chi tiết gia công) độ cứng vững cuả máy Jm tại điểm đó được xác định theo công thức : 1 1  x  2 1  x  2 1 = +  −  +   1 2 (3.28) J m J bd  L  J  L  J Ở đây Jbd độ cứng vững cuả bàn xe dao . J1 độ cứng vững cuả ụ trước . J2 độ cứng vững cuả ụ sau . L chiều dài cuả chi tiết gia công(trục). x khoảng cách từ 1 vị trí nào đó cuả chi tiết gia công cách mặt đầu bên trái cuả nó. Trong trường hợp này độ cứng vững cuả chi tiết gia công được giả định là tuyệt đối. Cũng cần lưu ý rằng đôi khi người ta cho rằng độ cứng vững cuả 1 số bộ phận cuả máy là tuyệt đối và chúng hầu như không ảnh hưởng đến độ chính xác cuả chi tiết gia công. Các bộ phận đó thường là thân máy bệ máy hộp tốc độ , hộp xe dao, bệ máy ,thân máy 3.4.1.4.Ảnh hưởng do sai số cuả phôi: Khi gia công dao bị mòn làm lực cắt Py và biến dạng đàn hồi cuả hệ thống công nghệ tăng lên, do kích thước cuả chi tiết máy cũng bị biến động . Còn sự biến động cuả độ cứng vật liệu và lượng dư gia công sẽ gây ra sai số hình dáng học cuả chi tiết Hơn nưã trong thực tế cũng tồn tại hiện tượng in dập(di truyền công nghệ 33
35. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp ) sai số hình dáng hình học cùng tính chất cuả phôi và chi tiết gia công như độ côn ,độ đảo, độ ôvan Dưới đây ta xét trường hợp phôi có sai số hình dáng hình học và ảnh hưởng đến độ chính xác cuả chi tiết gia công(hình 3.6). Giả sử phôi có độ ôvan(sai số hình dáng ph) max − min ∆ ph= D ph D ph (3.29) Do đó khi tiện tinh hoặc bán tinh, chi tiết cũng có sai số tương tự(sai số hình dáng dưới dạng ôvan). ∆ max − min ct=D ct D ct (3.30) Ta thấy độ ôvan cuả phôi tạo ra lượng dư không đồng đều, làm cho chiều sâu cắt biến đổi từ tmin đến tmax ứng với chiều sâu cắt tmin và tmax là biến dạng đàn hồi ymin và ymax . Gọi tỷ số  là trị số chính xác hoá. ∆ ε = ph ∆ (3.31) ct Và K là hệ dố giảm sai(hệ số in dập): ∆ ct K= ∆ (3.32) ph Như vậy chi tiết sau 1 lần cắt gọt thì sai số sẽ giảm đi K lần so vời trước lúc cắt nếu quá trình gia công gồm n lần chạy dao với hệ số K1,K2, ,Kn thì hệ số giảm sai tổng cộng K. K =K1.K2 Kn (3.33) VD:K1=K2=K3= Kn=0.1 thì K =0.1n 34
36. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Do đó muốn đạt độ chính xác cao cần phân ra nhiều lần cắt (cắt thô , cắtbán tinh, cắt tinh). Đương nhiên không nên gia công để cho K1=K2=K3= Kn vì như vậy sẽ không kinh tế . Trong thực tế khi thiết kế quy trình công nghệ cần chú ý đến quy luật sau: K1<K2<K3< Kn. Vì những hệ số K1<K2 ban đầu có thể đạt được giá trị nhỏ 1 cách nhanh chống để có kinh tế cao(những nguyên công đầu là những nguyên công thô, sử dụng máy, dao. Đồ gá ít tiền nên phải đạt giá trị K nhỏ hơn ngay). 3.4.1.5.Xác định độ cứng vững bằng phương pháp thực nghiệm: Có 2 phương pháp để xác định độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ bằng thực nghiệm: xác định độ cứng vững tĩnh và độ cứng vững động. 1.Xác định độ cứng vững tĩnh: Độ cứng vững tỉnh được xác định khi gá chi tiết trên máy ở trạng thái tĩnh(trạng thái không làm việc). Hình 3.7 là sơ đồ nguyên lý xác định độ cứng 35
37. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp vững tĩnh cuả các bộ phận cuả trục chính máy ở trạng thái tĩnh. Tải trọng P được tăng dần và dùng đồng hồ so 2 đẻ xác định lượng biến dạng đàn hồi cuả trục chính 1 . Lực P tăng dần từ 0-> 1 giá trị cực đại nào đó (phụ thuộc vào loại và kích thước cuả máy). Sau khi lực P đạt giá trị cực đại thì nó sẽ giảm dần và dùng đồng hồ so 2 để xác định lượng biến dạng tương ứng. Khi tăng và giảm lực P, đồ thị quan hệ giưã biến dạng y và lực P: y=f(P) được xây dựng như trên hình 3.8. Ta thấy 2 đường cong khi tăng và giảm lực không trùng nhau. Điều này được giảm thích rằng ngoài biến dạng đàn hồi cuả hệ thống công nghệ còn có biến dạng tiếp xúc và ma sát ở các bề mặt lắp ghép. Nếu tại 1 điểm nào đó trên các đường công ta vẽ đường tiếp tuyến với đường cong thì tg( là góc giưã tiếp tuyến và trục y) là độ cứng vững cuả bộ phận máy. 36
38. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Cũng tương tự như vậy ta có thể xây dựng các đường cong biến dạng cuả chi tiết gia công và bàn xe dao máy tiện trong trường hợp khi dao nằm ở vị trí điểm giữa cuả chi tiết gia công. Sơ đồ nguyên lý cuả trường hợp này được trình bày trên hình 3.9. Trục mẫu 1(chi tiết gia công được gá trên 2 mũi tâm cuả máy tiện). Lực kế 4 được gá giưã trục gá 1 và bàn xe dao 5 để tăng hoặc giảm lực theo ý muốn. Các đồng hồ so 2 và 3 được dùng để đo lượng biến dạng cuả trục gá 1 và cuả bàn xe dao 5. Khi xác định được lượng biến dạng ta có thể xây dựng được đồ thị giưã y(lượng biến dạng) và lực P do lực kế tạo nên. Lực cắt(trong trường hợp này được thay bằng lực cuả lực kế) được đặt ở mũi dao (do lực này gây ra) được quy ước là giá trị dương. Lực ngược chiều tác động vào chi tiết gia công sẽ xẩy ra theo 2 hướng ngược chiều nhau(dịch chuyển cuả chi tiết đi về hướng cuả đồng hồ so 2, còn dịch chuyển cuả dao và cuả bàn xe dao đi về hướng cuả đồng hồ so 3), Gốc toạ độ để tính độ biến dạng cuả chi tiết gia công và cuả mũi dao được quy ước là hình chiếu cuả mũi dao(khi chưa có lực tác dụng) lên mặt phẳng vuông góc với trục cuả chi tiết gia công . Trên cơ sở lý luận trên đây ta xây dựng được đặc tính biến dạng cuả hệ thống công nghệ như trên hình 3.10. Đồ thị có 2 nhánh: nhánh biến dạng dương(ABC) và nhanh biến dạng âm (A’B’C’) được tạo ra bởi tăng lực (AB và A’B’) và giảm lực (BC và B’C’). Hiệu giữa giá trị biến dạng sau khi biến lực hoàn toàn và gaí trị ban đầu cuả nó (cuả biến dạng) được gọi là biến dạng dư (Z’ và Z’’) .Hiệu giưã các giá trị cuả 37
39. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp biến dạng dư sau khi giảm lực hoàn toàn được gọi là sự gián đoạn cuả đặt tính đàn hồi công nghệ Z. Trong trường hợp có khe hở giưã các bềmặt tiếp xúc và có sự là ép độ nhám bề mặt sẽ xẩy ra sự trượt 1 phần đối với 1 phần khác cuả hệ thống công nghệ 1 lượng là Z0 là: Z0=Z-(Z’+Z’’) (3.34) Lượng dịch chuyển tương đối lớn nhất và hi tiết gia công trong trường hợp này là khoảng cách DD’. 2.Xác định độ cứng vững động: Phương pháp xác định độ cứng vững động(khi máy làm việc) cho phép đánh giá độ cứng vững cuả máy chính xác hơn phương pháp xác định độ cứng vững tĩnh(khi máy chưa làm việc). Bởi vì độ cứng vững tĩnh không tính đến ảnh hưởng cuả rung động và va đập (khi gia công) biến dạng cuả hệ thống công nghệ . Tính toán độ chính xác theo độ cứng vững tĩnh làm cho sai số gia công giảm, cho nên độ chính xác gia công cao được tính toán theo độ cứng vững động , 38
40. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp còn độ cứng vững có thể được dùng để kiểm tra độ cứng vững cuả các maý mới. Để xác định độ cứng vững động (trên máy gia công) ta gia công trục bậc hoặc trục lệch tâm(hình 3.11). Trong trường hợp này phôi phải có độ cứng vững cao (cao hơn độ cứng vững cuả máy 5-6 lần) để loại trừ ảnh hưởng cuả máy tới độ chính xác gia công. Khi dao chuyển từ bậc này sang bậc khác ,chiều sâu cắt và biến dạng đàn hồi cuả hệ thống công nghệ thay đổi, vì vậy xẩy ra hiện tượng in dập cuả các đoạn bậc có giá trị nhỏ hơn.Hiện tượng in dập sai số đầu vào là cơ sở để xác định độ cứng vững động. Theo nguyên lý cắt kim loại thì thành phần lực hướng kính được xác định theo công thức : X PY= CP.t p .S YP (3.35) Lượng biến dạng cuả bộ phận máy khi gia công bậc thứ i: ω ω i X i yi= Py = Cpt p S YP (3.36) 1000 1000 Hiệu biến dạng khi gia công các bậc kề nhau với lượng chạy dao không đổi sẽ là: Y ω X p 1 ( p − X P ) yi – yi-1=CpS t t − (3.37) 1000 i 1 Ta ký hiệu: 39
41. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp X P − X P ∆ t i t i − 1 = ph (3.38) Ơû đây: ph – sai số cuả phôi (chiều cao cuả bậc). Và yi-yi-1= ct (3.39) Ơû đây: ct –sai số cuả chi tiết (lượng in dập cuả chiều cao bậc). Từ công thức (3.37) xác định đọ mềm dẽo như sau: ∆ ω = 1000 ct 1 YP ∆ (3.40) C p S ph ∆ ph ω Tỷ số ∆ là hệ số xác định hoá , cho nên độ mềm dẽo i sẽ là: ct ω = 1000 1 y p ε (3.41) C p S . Như vậy, độ cứng vững cuả máy: 1000 = X P ε j= ω Cp.S . (3.42) i 3.4.1.6.Các phương pháp nâng cao độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ: Tăng độ cứng vững cuả hệ thống công nghệ có thể được thực hiện bằng các biện pháp sau đây: 1.Tăng độ cứng vững cuả từng khâu trong hệ thống công nghệ bằng cách chọn kích thước và hình dáng hợp lý, chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện hợp lý. 2.Tăng độ cứng vững tiếp xúc bằng cách giảm độ nhám và độ sóng bề mặt đồng thời tạo ra độ căng(trong mối lắp ghép chặt) và khe hở(trong mối lắp ghép lỏng) hợp lý. 3.Giảm số khâu hệ thống công nghệ , bởi vì như ta đã biết : độ mềm dẽo cuả hệ thống công nghệ là tổng mềm dẽo cuả các khâu thành phần. 4.Sử dụng caác phương pháp làm tăng độ cứng vững cuả toàn bộ hệ thống như các chốt tỳ và các luynet điều chỉnh hoặt trục điều chỉnh. 3.4.2.Aûnh hưởng cuả độ chính xác cuả máy tới sai số gia công: Thông thường máy công cụ có những sai số hình học như sau: -Độ đảo hướng kính cuả trục chính. -Độ đảo cuả lỗ côn trục chính. -Độ đảo mặt đầu cuả trục chính. -Các sai số cuả các bộ phận khác như sống trượt , bàn máy Các sai số trên đây sẽ phản ánh 1 phần hoặc toàn bộ lên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống. Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động 40
42. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao Nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt cuả chi tiết gia công. VD: nếu đường tâm cuả trục chính máy tiện không song song với sống trượt cuả thân máy trong mặt phẳng nằm ngang thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình côn(hình 3.12). Đường kính lớn nhất cuả chi tiết Dmax được tính như sau: D D max = + a (3.43) 2 2 ở đây: a – độ không song song trên chiều dài L trong mặt phẳng nằm ngang. Nếu sống trượt không song song với đường tâm cuả trục chính trong mặt phẳng đứng thì chi tiết gia công sẽ có hình hypecboloit với đường kính lớn nhất Dmax là: d 2 Dmax= + b 2 (3.44) 4 ở đây: b – độ không song song trong bề mặt đứng trên chiều dài L. Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang thì quỹ đạo chuyển động cuả mũi dao không thẳng làm cho đường kính cuả chi tiết gia công không đều nhau(hình 3.13). Đường kính D’ tại 1 vị trí nào đó bằng: D’=D + 2 (3.45) D – đường kính cuả chi tiết ở tiết diện mà ở đó sống trượt trùng với vị trí đúng theo tính toán.  - lượng dịch chuyển lớn nhất cuả sống trượt trên bề mặt nằm ngang so với vị trí tính toán. 41
43. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Độ lệch tâm cuả mũi tâm trước so với tâm quay cuả trục chính sẽ làm cho đường tâm cuả chi tiết gia công không trùng với đường tâm cuả 2 lỗ tâm đã được gia công trước để làm chuẩn(hình 3.14). Nếu độ lệch tâm của mũi tâm trước là e thì trong khi quay đường nối hai lỗ tam sẽ đảo thành một hình chót mà đỉnh là mũi tâm sau. Hình 3.14. Đường tâm của trục chính không trùng với đường tâm của hai mũi tâm Sau khi gia công, tại một mặt cắt A – A’ nào đó (thẳng góc với phương chạy dao) tiết diện vẫn là hình tròn nhưng tâm của nó bị lệch so với đường nối hai lỗ một lượng là e1 và được xác định theo tỷ lệ: e 1 1 = 1 (3.46) e L Nếu gia công trong một lần gá đặt thì đường tâm của chi tiết vẫn là đường thẳng nhưng nó làm đường nối hai lỗ tâm một góc α (radian): 42
44. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp e α = (3.47) L Ơû đây: L- chiều dài của chi tiết gia công. Hình 3.15. Chi tiết được gia công trong hai lần gá đặt Nhưng nếu phải gia công trong hai lần gá đặt (trở đầu chẳng hạn) thì mỗi đoạn cắt sẽ có một đường tâm riêng và chúng không trùng nhau như trên hình 3.15. Đối với các máy công cụ khác cũng vậy, sai số chế tạo của máy sẽ trực tiếp gây ra sai số gia công. Ví dụ, trên máy phay đứng, nếu trục chính của máy không thẳng góc với bàn máy theo phương ngang của bàn máy thì mặt phẳng gia công sẽ song song với mặt đáy của chi tiết đã định trên bàn máy. Độ không song song này sẽ bằng độ không vuông góc của đường tâm trục chính so với bàn máy (hình 3.16) Hình 3.16. Mặt phẳng gia công không song song với mặt phẳng đáy của chi tiết 43
45. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Nếu trục chính không vuông góc với bàn máy theo phương dọc thì bề mặt gia công sẽ bị lõm (hình 3.17). Hình 3.17. Mặt phẳng gia công bị lõm. Đối với máy tiện nếu sống trựơt của thân máy bị mòn nó sẽ làm cho bàn xe dao tụt xuống và vị trí tương đối của dao so với chi tiết gia công bị thay đổi và gây ra sai số gia công. Thông thường sống trượt của máy sẽ mòn nhanh hơn vì chụi lực lớn hơn, do đó làm cho dao bị hư. (hình 3.18) Hình 3.18. Sơ đồ tính lượng dịch chuyển y của dao theo lượng ∆ của sống trượt Lượng dịch chuyển y của dao theo phương ngang được tính theo công thức: H y= ∆ (3.48) B ở đây: H – chiều cao tính từ mặt đáy của sống trượt tới tâm của tâm chi tiết. B – khoảng cách giữa hai sống trượt. ∆ - lượng mòn của sống trượt. 44
46. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Nếu lượng dịch chuyển y thay đổi theo chiều dài của sống trượt thì nó khôgn chỉ gây ra sai số kích thước mà còn gây ra sai số hình dáng hình học của chi tiết gia công. 3.4.Ảnh hưởng của sai số của đồ gá tới độ chính xác gia công Sai số chế tạo và lắp ráp của 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, v.v nếu có sai số do chế tạo hoặc mòn sẽ làm thay đổi vị trí tương đối giữa máy-dao-chi tiết, do đó gây ra sai số gia công. Sai số này có thể xác định được bằng tính toán dựa vào dung sai của các chi tiết chủ yếu của đồ gá hoặc có thể dựa vào kích thước thực của các chi tiết đó khi chế tạo. Nhìn chung, tốc độ mòn đồ gá cũng như của máy công cụ rất chậm, vì vậy sai số về hình học của đồ gá sẽ phản ánh lên chi tiết được gia công là như nhau và mang tính hệ thống. Ngoài ra, sai số do lắp ráp đồ gá lên máy cũng gây ra sai số gia công vì nó làm mất vị trí chính xác của đồ gá so với dụng cụ cắt. Để đảm bảo độ chính xác khi gia công thì 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 gia công. 3.4.4. Ảnh hưởng của sai số của dụng cụ cắt tới độ chính xác gia công độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài món của nó và sai số gá đặt trên máy đều ảnh hưởng tới độ chính xác gia công. Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước ( ví dụ: như mũi khoan, mũi khoét, dao dao, dao chuốt ) thì sai số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Khi gia công rãnh then bằng dao phay ngón, dao phay đĩa thì sai số đường kính và bề rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng của rãnh then. Sai số bước ren, góc nâng caocủa ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình của các loại tarô và bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công. Khi gia công các mặt định hình bằng các dao định (như giao tiện định hình, dao phay răng môđun) thì sai số prophin của dao sẽ gây ra sai số hình dạng bề mặt. Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công. Độ mòn mặt sau h (hình 3.19) có ảnh hưởng lớn nhất đến kích thước gia công. Trong trường hợp này mũi dao lùi ra khỏi chi tiết gia công một lượng là U. 45
47. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Hình 3.19. Aûnh hưởng của độ mòn mặt sau của dao tới kích thước đường kính của chi tiết gia công Khi gia công trục dài, độ mòn của dao sẽ gây ra sai số hình dáng hình học (độ côn), còn khi gia công trục có độ dài nhỏ thì độ mòn của dao sẽ gây ra sai số kích thước cho cả loạt chi tiết (kích thước đường kính ngoài tăng dần). Nếu gia công lỗ thì kích thước đường kính trong giảm dần. Hình 3.20 là qui luật mòn dao khi cắt. ở đầu giai đoạn cắt ban đầu (I) dao mòn nhanh. Độ mòn ở giai đoạn này được gọi là mòn dao ban đầu (Uh). Độ mòn ban đầu Uh phụ thuộc vào chiều dai đường cắt Lh, vật liệu làm dao, vật liệu gia công, chất lượng mài và đánh bóng phần cắt. Chiều dài đường cắt Lh của phần này thường nằm trong khoảng 500 ± 1500 m Hình 3.20. Quan hệ độ mòn dao U và chiều dài cắt L. ở giai đoạn hai (II) dao mòn bình thường, lượng mòn có quan hệ với chều dài đường cắt theo đường thẳng. Đường thảng này làm với trục hoành một góc α . Cường độ mòn của giai đoạn này U0 (um/km) được xác định công thức: Ơû đây: U2- lượng mòn trong giai đoạn hai(um); 46
48. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp L2 – chiều dài đường cắt trong giai đoạn hai (km) Chiều dài đường cắt ở giai đoạn II (L2) khi gia công thép bằng dao tiện T15K6 có thể đạt 40000 m (40 km). Giai đoạn III là giai đoạn mòn kich liệt, có thể làm cho dao bị gẫy, vì vậy cần phải mài lại dao hoặc thay dao. Lượng mòn dao U (um) ảnh hưởng đến độ chính xác gia công được xác định theo công thức: Ơû đây: L – chiều dài đường cằt bằng m và được xác định tuỳ theo phương pháp gia công. Khi tiện, chiều dài đường cắt (m) được tính theo công thức: Ơû đây: D – đường kính gia công (mm); 1 – chều dai gia công (mm); S – lượng chạy dao dọc của dao (mm/vòng). Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì L được tính như sau: Ơû đây: 1 – chiều dài gia công trên chitiết (mm); B – bề rộng phay (mm); S0 – lượng chạy dao vòng (mm/vòng); Sz – chạy dao răng (mm/răng); Z – số răng của dao phay. Các công thức trên đây được dùng để tính độ mòn trong giai đoạn II (mòn trung bình), không kể sự mòn nhanh của giai đoạn I. Đối với dao mới hoặc dao mài lại, để xác định chính xác độ mòn dao trong quá trình cắt phải kể đến chiều dài cắt ban đầu Lh và độ mòn của giai đoạn đầu Uh. Khi đó lượng mòn tổng cộng được tính theo công thức: Ơû đây: Lb – chiều dài đường cắt bổ sung (m). Bảng 3.1. Cường độ của dao khi tiện tinh Vật liệu gia công Vật liệu dao Tốc độ cắt Cường độ U0 m/phút m/km Thép hợp kim có T15K6 8,5 = 92 kG/mm2 T30K4 3,5 T30K6 135 2,0 BK3 9,5 BK4 20,0 Thép 20 T30K4 4,0 150 T15K6 8,0 47
49. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Thép 20 T30K4 4,0 120 T15K6 8,0 Thép 45 T15K6 120 12 T30K4 480 3.0 Gang xám BK8 100 13,0 15 – 36 120 18,0 140 35,0 Gang hợp kim BK3 90 2,5 HB = 230 120 18,0 240 11,0 Chiều dài đường cắt bổ sung Lb trung bình có thể lấy khoảng 1000m. Khi tính lượng còn mòn U thì giá trị lượng mòn tương đối (cường độ mòn) U0 đựơc chọn theo bảng 3.1. Dưới đây xét ví dụ tính lượng mòn U theo phương pháp trên. Tiện tinh trục (vật liệu là thép 20) với lượng dư đường kính 3 mm, lượng chạy dao S = 0,3 mm/vòng. Chiều dài trục 1=2000 mm, đường kính trục D=2000 mm. Cần xác định độ côn do mòn dao gây ra. Các bước tính toán được tiến hành như sau: + Chiều dài đường cắt L : + Chọn giá trị cường độ mòn U0 theo bảng 3.1 (đối với vật liệu là thép 20, chọn vật liệu dao là T15K6 với tốc độ cắt V = 150 m/phút) bằng 8 um/km. + Lấy chiều dài đường cắt bổ sung Lb =1000 m. Khi đó: Như vậy đường kính của chi tiết gia công tăng lên do độ mòn dao gây ra là: 42 x 2 = 84 um = 0,084 mm. Trong khi đó dung sai của cấp chính xác 3 khi tiện trục có đường kính 200 mm bằng 90 um. Điều này cho thấy sai số hình dáng hình học (độ côn) của chi tiết do mòn dao gây ra nằm trong pạhm vi dung sai cho phép . 3.4.5. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy tới độ chính xác gia công Khi máy làm việc, các bộ phận khác nhau của nó bị nung nóng chủ yếu là do nhiệt ma sát, nhiệt phát ra từ động cơ và hệ thống thuỷ lực. Nhiệt độ của các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10 ± 500C,tron đó nhiệt độ ở hai ổ trục chính có giá trị lớn nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác gia công. Nhiệt độ tăng lên làm cho tâm trục chính xê dịch theo cả hai phương ngang và đứng. Do đó các chi tiết gia công ở đầu và cuối ca làm việc sẽ có các kích thước khác nhau. 48
50. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Hình 3.21 là quan hệ phụ thuộc giữa lượng xê dịch của tâm ụ trước ∆ của máy tiện và nhiệt nung nóng khi gia công bằng chống tâm hai đầu. Từ đồ thị trên ta thấy trong khoảng 3 ± 5 giở ụ chính bị nung nóng nhanh (nhiệt độ tăng nhanh) nhưng sau đó xu hướng ổn định. Độ xê dịch này có thể đạt tới 10 ± 17 um. Khi tăng số vòng quay của trục chính độ xê dịch sẽ tăng lên và tỷ lệ với n (n là số vòng quay của trục chính). Hình 3.21. Xê dịch phương ngang của tâm ụ trước ∆ của máy tiện khi nó bị nung nóng trong trường hợp gia công bằng chống tâm hai đầu. T – thời gian làm việc của máy (giờ); I,II – tăng nhiệt và giảm nhiệt (khi máy làm việc và khi máy dừng). Như vậy, biến dạng nhiệt theo phương ngang của ụ trước sẽ gây ra sai số đường kính và khi gia công các chi tiết lớn có thể gây ra sai số hình dáng hình học. Ngoài ra, nhiệt độ trong phòng hoặc ánh nắng mặt trời cũng làm cho các máy có độ chính xác cao bị nung nóng và mất chính xác. Để giảm biến dạng nhiệt của máy người ta dùng những biện pháp sau đây: + Kết cấu của máy phải đảm bảo điều kiện toà nhiệt tốt. + Các bộ phận như động cơ, hệ thống thuỷ lực phải được bố trí sao cho nhiệt độ của chúng ít ảnh hưởng đến máy đồng thời có khả năng giảm rung động cho máy. + Các chi tiết máy phải có đủ diện tích để toả nhiệt. + Chọn thùng chứa dầu hợp lý để dầu có khả năng toả nhiệt nhanh chóng trong quá trình làm việc. + Các máy có độ chính xác cao phải được bố trí ở nơi có đủ ánh sáng nhưng tránh ành hưởng của ánh nắng mặt trời. 3.4.6. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dao cắt tới độ chính xác gia công 49
51. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Khi cắt nhiệt độ truyền vào dao với tỷ lệ không lớn ( 10 20%). Tuy nhiên, tỷ lệ nhiệt này cũng gây ra biến dạng đáng kể của dao cắt. Hình 3.22 là quan hệ phụ thuộc giữa độ giãn dài của phần gia công – xôn của dao và thời gian cắt. Chiều sâu cắt cho cả 4 trường hợp là t= 0,25 mm, còn lượng chạy dao tương ứng S = 0,1 mm/vòng. Độ giãn dài của dao có thể đạt tới 30 50 um. Ta thấy, độ giãn dài của dao tăng lên khi tốc độ cắt tăng lên. Độ giãn dài của dao Ld có thể được xác định theo công thức: Ơû đây: C – hệ số (C = 45 khi chế độ cắt: t 1,5 mm; S 0,2 mm/vòng và V =100 200 m/phút); Ld – chiều dài côngxôn của dao (mm); F – tiết diện của dao cắt (mm2); - giới hạn bền của vật liệu gia công (kG/mm2); t -chiều sâu cắt (mm); S – lượng chạy dao (mm/vòng); V – vân tốc cắt (m/phút); Theo hình 3.22 ta thấy ở giai đoạn đầu khi mà nhiệt độ chưa được cân bằng thì độ giãn dài của dao có ảnh hưởng đến kích thước gia công. Khi gia công các chi tiết nhỏ thì độ giãn dài của dao gây ra sai số kích thước còn khi gia công các chi tiết lớn nó gây ra sai số hình học. Hình 3.23. Aûnh hưởng của gia công gián đoạn tới biến dạng nhiệt của dao. 1 – khi gia công liên tục; 2 – khi gia công gián đoạn . A – nung nóng; b – làm nguội. Khi gia công loạt chi tiết trong thời gian dao nghỉ (khi chuyển từ chi tiết này sang chi chi tiết khác), dao được làm nguội, do đó chiều dài của nó giảm xuống tới vị trí xuất phát của lần cắt tiếp theo ( gia công chi tiết theo). Ngoài ra, 50
52. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp khi cắt không liên tục (trên bề mặt gia công có các rãnh) hiện tượng dao được nung nóng và làm nguội cũng xảy ra tương tự (tương ứng với dao dài ra và ngắn lại). Hình 3.23 là sơ đồ nguyên lý mô tả hiện tượng dao bị dài ra và ngắn lại khi cắt gián đoạn. Trong trường hợp, nếu quá trình cắt xảy ra một cách nhịp nhàng ( thời gian làm cho dao nguội T1 = T2) thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dao sẽ cố định đối với tất cả các chi tiết trong loạt. Nếu như độ nhịp nhàng của quá trình cắt không được đảm bảo thì biến dạng nhiệt của dao không ổn định, do đó nó sẽ gây ra sai số kích thước gia công. Tuy nhiên khi gia công gián đoạn, nhìn chung biến dạng nhiệt (độ dài) của dao giảm xuống (đường cong 2 trên hình 3.23 thấp hơn đường cong 1). Đối với loại dao như dao phay, dao chuốt, dao cắt răng ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chúng tới độ chính xác gia công ít hơn so với các loại dao tiện. Còn đối với các loại đá mài thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chúng tới độ chính xác gia công còn ít hơn bởi vì vật liệu chất kết dính (như Keramit, vuncanit và bekelit) phát hiện rất yếu và hệ số giãn của chúng rất nhỏ. Vì vậy, khi mài và các nguyên công khác tương tự thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt ( các loại đá mài) tới độ chính xác gia công không đáng kể và có thể bỏ qua. 3.4.7. Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết tới độ chính xác gia công Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia công, làm cho nó biến dạng và gây ra sai số gia công. Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu nó bị nung nóng cục bộ, không đều thì ngoài sai số kích thước còn gây ra sai số hình dáng. Nhiệt độ được truyền vào chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt. Ví dụ, khi tiện với tốc độ cắt và lượng chạy dao cao, có nghĩa là rút ngắn thời gian tác động nhiệt tới chi tiết gia công thì nhiệt độ giảm. Chẳng hạn, khi tăng tốc cắt từ 30 đến 150 m/phút với chiều sâu cắt không đổi (3 mm) và lượng chạy dao 0,44 mm/vòng thì nhiệt độ của chi tiết giảm từ 240C xuống 110C. Khi tăng lượng chạy dao từ 0,11 đến 0,44 mm/vòng với tốc độ cắt không đổi (140m/phút) và chiều sâu cắt 3 mm thì nhiệt độ của chi tiết giảm từ 360C xuống 110C. Trong trường hợp tăng chiều sâu cắt thì nhiệt độ của chi tiết tăng. Ví dụ, khi tăng chiều sâu cắt từ 0,75 đến 4mm thì nhiệt độ của chi tiết tăng từ 40C lên 110C (tốc độ cắt 130 m/phút và lượng chạy dao trong trường hợp này không thay đổi). Nhiệt độ của chi tiết có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác khi gia công các chi tiết thành mỏng. Khi gia công các chi tiết lớn, ảnh hưởng của nhiệt độ tới 51
53. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp độ chính xác gia công là không đáng kể. Hình 3.24 là sơ đồ mô tả nhiệt độ của chi tiết gia công phát sinh trong quá trình cắt. Ta thấy:nhiệt độ của chi tiết này thay đổi theo chiều dài của nó. Hiện tượng này làm cho việc tính toán sai số gia công có thể rất khó khăn. Hơn nữa, các sai số gia công có thể đạt các giá trị rất lớn so với dung sai gia công. Ví dụ khi gia công thân máy bằng gang có chiều dài 2000 mm vàchiều cao 600 mm, nhiệt độ ở phía đựơc gia công chỉ có 2,40C nhưng gây ra độ võng trên toàn chiều dài 0,02 mm. Cũng tương tự, sai số gia công theo độ thẳng trên toàn chiều dài 1000 mm sẽ là 0,01 mm. Nếu chi tiết được nung nóng đều thì nhiệt độ trung bình của nó được xác định theo công thức sau: Ơõ đây: C – nhiệt dung của vật liệu chi tiết (k/Cal/Kg.độ hoặc Jun/Kg.độ) y – mật của vật liệu chi tiết (kG/m3) V – thể tích của chi tiết (m3) Biến dạng nhiệt AL của chi tiết theo phương của một kích thước chiều dài L nào đó được xác định theo công thức: Ơõ đây: - hệ số giãn dài của chi tiết. Ví dụ: Trên máy khoan đứng 3 trục chính có bàn quay 3 vị trí (một vị trí cấp phôi) người ta khoan và doa lỗ ống gang với đường kính ngoài D = 40mm, đường kính lỗ D = 20mm và chiếu dài l = 40mm. Hãy xác định lượng giảm của đường kính lỗ sau khi chi tiết được làm nguội tới nhiệt độ của môi trường. Số vòng quay của trục chính n = 310 vòng/phút, lượng chạy dao S = 0,36mm/vòng., công suất của trục chính N = 956,8w (1,3 mã lực). Cách giải: 52
54. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Lượng nhiệt Q (kcal) tỏa ra sau khoan bằng: 75.N.t 60 Q= 0 (3.57) 427 ở đây ts = thời gian cơ bản khi khoan. Thời gian cơ bản ts được tính như sau: L 40 t0= = = 0,5 phút nS 310.0,36 Khi đó Q bằng: 75.1,3.0,5,60 Q= = 6,85kCal= 13,7 kJun = 13700 Jun 427 Giả sử rằng 50% nhiệt được truyền vào chi tiết: Q’ = 0,5Q = 3,42 kcal Thể tích của chi tiết V: π ( D 2 − d 2 ) 3,14(42 − 22 ) V = L = .4 = 38 cm3 4 4 Chọn tỷ trọng của gang y = 7.600 kg/m3 và nhiệt dung của nó C = 440 jun/kg độ (0,11kcal.độ)n ta xác định được nhiệt độ nung nóng của chi tiết: 13700 t= = 1070 C (3.58) 440.7600.0,000038 Nếu bỏ qua nhiệt độ nung nóng chi tiết khi doa thì sai số đường kính ∆d sẽ là: ∆d = 0,000012.20.107 = 0,026mm (Hệ số dãn làα = 0,000012). Giá trị 0,026mm tương ứng với dung sai của độ chính xác cấp 2, do đó để giảm sai số gia công cần phải làm nguội chi tiết trước khi doa. Để khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết gia công người ta dùng những biện pháp sau đây: - Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công theo chế độ hợp lý. - Gia công chi tiết có yêu cầu nhiệt độ chính xác cao trong phân xưởng riêng. - Trước khi gia công nên cho máy chạy không môt thời gian để cân bằng nhiệt (để cho nhiệt độ của các khâu trong máy tăng đến mức cân bằng nhiệt với 53
55. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp môi trường xung quanh, có nghĩa là lượng nhiệt tăng thêm lên đúng bằng lượng nhiệt truyền ra môi trường xung quanh). 3.4.8. Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt tới độ chính xác gia công. Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đ6ỏi theo chu kỳ, do đó ghi lại trên bề mặt chi tiết hình dáng không bằng phẳng. Nếu tần số rung động thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ sóng bề mặt, nếu tần số rung động cao và biên độ thấp sẽ sinh ra độ nhám bề mặt. Ngoài ra, do rung động chiều sâu cắt, tiết diện phôi và lực cắt sẽ tăng, giảm theo chu kỳ làm ảnh hưởng đến độ chính xác giá công. Rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và tự rung động. 3.4.8.1. Rung động cưỡng bức. Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên ngoài truyền vào. Rung động cưỡng bức có thể có hoặc không có chu kỳ tùy theo lực kích thích có hoặc không có chu kỳ. Nguồn gốc sinh ra rung động cưỡng bức là: - Các chi tiết máy, dao hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không được cân bằng tốt. - Các chi tiết truyền động trong máy có sai số lớn. - Lượng dư gia công không đều. - Bề mặt gia công không liên tục - Các bề mặt tiếp xúc có khe hở lớn. Để giảm rung động cưỡng bức người ta sử dụng các biện pháp sau đây: - Nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ - Giảm lực kích thích từ bên ngoài. - Các chi tiết truyền động cần phải được gia công với độ chính xác cao. - Các chi tiết quay nhanh cần được cân bằng tốt. - Tránh cắt không liên tục - Khi gia công các chi tiết có độ chính xác cao cần phải có cơ cấu giảm rung và có nền móng giảm rung cách ly với bên ngoài. 3.4.8.2. Tự rung động. Rung tự động (hay là tự rung) là rung động sinh ra bởi quá trình cắt và nó được duy trì bởi lực cắt. Khi ngừng cắt thì hiện tượng tự rung cũng kết thúc. Để giảm bớt tự rung người ta dùng các biện pháp sau đây: 54
56. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp - Không nên cắt lớp phoi quá rộng và quá mỏng - Chọn chế độ cắt hợp lý sao cho không nằm trong vùng có xuất hiện lẹo dao. - Thay đổi hình dáng 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 của hệ thống công nghệ. - Sử dụng các cơ cấu giảm rung. 3.4.9. Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt tới độ chính xác gia công. Để gia công được trên máy, chi tiết phải được định vị và kẹp chặt. Hai quá trình này (định vị và kẹp chặt) được gọi là gá đặt. Bản thân gá đặt này cũng có sai số và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Sai số gá đặt bao gồm: - Sai số chuẩn ε c - Sai số kẹp chặt ε k - Sai số đồ gá ε đg sai số đồ gáđặt ε đg được tính theo công thức: ε gđ= ε c + ε k + ε đg (3.59) Phép cộng vectơ (công thức 3.59) được giải thích là : phương của các sai số rất khó xác định hay nói cách khác là phương của chúng không trùng nhau. Để xác định giá trị ε đg ta dùng công thức: ε ε 2 + ε 2 + ε 2 đg= c k dg (3.60) Vấn đề gá đặt chi tiết sẽ được nghiên cứu sâu ở chương 5 Chuẩn. 3.4.10. Ảnh hưởng của dụng cụ đo và hương pháp đo tới độ chính xác gia công. Dụng cụ đo và phương pháp đo cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Bản thân dụng cụ đo khi chế tạo cũng có sai số, do đó khi dùng nó để xác định độ chính xác của chi tiết sẽ cho ta kết quả không chính xác. Ngoài ra phương pháp đo (gá chi tiết gia công lên dụng cụ đo hoặc đồ gá, sau khi điều chỉnh chuỗi kích thước rồi thực hiện phép đo) cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công). 55
57. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công cần phải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo hợp lý. . 3.5. ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐỒNG THỜI BẰNG NHIỀU DAO. Một trong những hướng quan trọng của công nghệ chế tạo máy hiện tại là tập trung hóa nguyên công nhờ phương pháp gia công đồng thời bằng nhiều dao và sử dụng nhiều trục chính xác cùng lúc. Phương pháp này cho phép nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế. Vì giảm được số lần gá đặt do đó giảm được sai số gá đặt cho nên sai số vị trí tương quan của các bề mặt gia công về nguyên tắc sẽ giảm xuống. Tuy nhiên, trong trường hợp này có thể xuất hiện một số sai số riêng biệt(có gắn liền với biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ) làm cho độ chính xác kích htước và hình dáng hình học giảm. Ví dụ: khi gia công bậc bằng nhiều dao với cùng thời điểm xuất phát và kết thúc (hình 3.25a), biến dạng đàn hồi y1 của của ụ trước và y2 =của ụ sau dưới tác động của tổng hợp lực Ry của mũi dao đã làm cho đường tâm của chi tiết gia công chuyển dịch và xoay đi một góc α (hình 3.25b) do đó gây ra sai số kích thước và hình dáng hình học của từng đoạn (hình 3.25c). trong trườnghợp này sai số kích thước và hình dáng hình học giảm dần về phía đầu trái. Việc tính toán các sai số 56
58. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp này được thực hiện trên cơ sở xác định biến dạng của ụ trước và ụ sau và kích thước thẳng của từng đoạn bậc gia công. Khi gia công lỗ bậc đồnhg thời bằng nhiều dao trên máy doa kim cương. Nung nóng của nhiều dao làm việc đồng thời tác động qua lại với nhau làm cho sai số tổng cộng và độ nhám bề mặt tăng lên. Trong trường hợp này giá trị sai số biến động tùy thuộc vào số lượng và vị trí tương quan của các dao làm việc đồng thời (hình 3.26). Hình 3.26. ảnh hưởng của gia công đồng thời bằng nhiều dao tới độ chính xác của lỗ doa trên vật liệu thép 45. a. Trục giá nhiều dao để tiện ba lỗ bậc với V = 180m/phút, S = 0,06mm/vòng, t = 0,1mm, b = độ không tròn (sai số hình dáng hình học), c = độ nhám bề mặt, I = dao 3 làm việc, II = dao 3 và 2 cùng làm việc đồng thời, III – dao 3 và 1 cùng làm việc đồng thời, IV 0 các dao 3 và 2 và 1 cùng làm việc đồng thời. Khi gia công trên máy doa kim cương đồng thời bằng nhiều trục chính (mỗi trục chính có nhiều dao) thì sai số hình dáng hình học (độ không tròn và độ không trụ) của các lỗ tăng lên tỷ lệ thuận với số lượng trục chính (hình 3.27). Trong trường hợp này với kết cấu của máy doa kim cương có nhiều trục chính thì mỗi trục chính khi làm việc sẽ giảm độ chính xác (trung bình là 10 – 15%). Các ví dụ trên đây cho thấy rằng khi tổ chức gia công đồng thời bằng nhiều dao và dùng nhiều trục chính cần phải tính đến khả năng xuất hiện các sai số bổ sung đối với từng điều kiện cụ thể otrng các nguyên công chịu ảnh hưởng của độ cứng vững của hệ thống công nghệ. 57
59. Giáo trình công nghệ chế tạo máy Ths. Phan Văn Hiệp 3.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG. Để xác định độ chính xác gia công người ta thường dùng đến các phương pháp sau: - Phương pháp thống kê kinh nghiệm - Phương pháp tính toán phân tích - Phương pháp thống kê xác suất 3.6.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm Phương pháp này rất đơn giản, nó dựa vào “ độï chính xác kinh tế” để đánh giá. Độ chính xác kinh tế (như trên đã nói) là độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường. Như vậy, trong thực tế người ta chỉ căn cứ vào từng phương pháp gia công cụ thể để đánh giá chính xác đạt cấp nào và tương ứng từng cấp chính xác có thể tính ra gần đúng dung sai (độ chính xác) của nguyên công. Nhìn chung phương pháp này mang tính chất định tính hơn là định lượng. 3.6.2. Phương pháp tính toán phân tích. Khi gia công trên máy đã điều chỉnh sẵn thì sai số tổng cộng được tính theo công thức: ∆ =∆y + ε+ ∆H + ∆ m+ ∆ I+ ∆hd (3.6.1) ở đây∆y – sai số kích thước xuất hiện khi có biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ. ε– Sai số gá đặt (gồm sai số chuẩn, sai số kẹp chặt và sai số đồ gá). ∆H - Sai số phát sinh do điều chỉnh máy gây ra. ∆m - Sai số đo dụng cụ do điều chỉnh máy gây ra. ∆I sai số do biến dạng nhiệt độ của hệ thống công nghệ gây ra Σ ∆hd sai số hình dạng hình họa do sai số của máy và biến dạng của chi tiết gây ra. Một số thành phần của sai số trên đây có thể không xuất hiện trong một số trường hơp. Ví dụ: khi gia công một loại trục xoay hoặc các mặt phẳng đối xứng thì không có ε . Khi gia công loại nhỏ chi tiết mà không thay dao thì không tính ∆ m (trong trường hợp này sai số tổng cộng bằng hiệu của các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất sẽ giảm). Ví dụ: 58