Báo cáo Thiết kế, chế tạo đồ gá gia công cơ khí phục vụ giảng dạy môn học ðồ án công nghệ chế tạo máy (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế, chế tạo đồ gá gia công cơ khí phục vụ giảng dạy môn học ðồ án công nghệ chế tạo máy (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ÐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY MÔN HỌC ÐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾS K C 0 0 3 9 5 9 TẠO MÁY MÃ SỐ: T2015-22 S KC 0 0 5 5 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 - 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY MÔN HỌC ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: T2015-22 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phan Thanh Vũ TP. HCM, 10/2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ: KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ GIA CÔNG CƠ KHÍ PHỤC VỤ GIẢNG DẠY MÔN HỌC ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số: T2015-22 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phan Thanh Vũ TP. HCM, 10/2015
4. DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1. Phan Thanh Vũ: Chủ nhiệm đề tài 1
5. MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5 PHẦN MỞ ĐẦU 8 I- TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 8 II- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 8 III- MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 9 IV- CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9 V- ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 9 VI- NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI 11 1.1 Nghiên cứu chi tiết 11 1.2 Xác định dạng sản xuất 12 1.3: Chọn phôi 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN CÔNG 19 2.1. Nguyên công 1: phay mặt phẳng đáy 1 21 2.2. Nguyên công 2: phay mặt phẳng 2 24 2.3 Nguyên công 3: khoét, doa lỗ ∅20 27 2.4 Nguyên công 4 : khoan, phay rãnh 29 2.5 Nguyên công 5 : tiện lỗ 5 31 2.6 Nguyên công 6 : tiện mặt 6,7,8 34 2.7 Nguyên công 7: Khoan và taro 3 lỗ 9 40 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHO NGUYÊN CÔNG 2, 3, 7 43 3.1.Thiết Kế Đồ Gá Cho Nguyên Công 2 43 3.2. Thiết Kế Đồ Gá Cho Nguyên Công 3 47 2
6. 3.3. Thiết Kế Đồ Gá Cho Nguyên Công 7 52 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 4.1 KẾT LUẬN 56 4.2 KIẾN NGHỊ 56 3
7. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1: Phương án gia công 15 4
8. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NC: nguyên công S: lượng chạy dao V: vận tốc cắt t: chiều sâu cắt n: số vòng quay N: công suất Z: số răng của dao cắt 5
9. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: KHOA CKM Tp. HCM, ngày 27 tháng 10 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo đồ gá gia công cơ khí phục vụ giảng dạy môn học Đồ án Công nghệ chế tạo máy. - Mã số: T2015-22 - Chủ nhiệm: Phan Thanh Vũ - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2. Mục tiêu: Chế tạo các đồ gá chuyên dùng bằng nhôm để làm mô hình giảng dạy, học tập. Tạo ra được một đoạn phim ghi lại toàn bộ việc tạo phôi (đúc) và gia công các đồ gá, từ đó giúp sinh viên có cái nhìn thực tế hơn về quá trình đúc cũng như gia công cơ khí theo quy mô lớn. Đoạn phim này sẽ được sử dụng để hướng dẫn sinh viên thực hiện Đồ án công nghệ chế tạo máy tốt hơn cũng như dùng trong giảng dạy theo hướng tiếp cận E/M Learning của trường. 3. Tính mới và sáng tạo: Chế tạo ra các đồ gá thực bằng nhôm giúp sinh viên có cái nhìn thực tế hơn về đồ gá. Đồng thời cung cấp một đoạn phim giúp cho việc tự học của sinh viên có hiệu quả hơn. 4. Kết quả nghiên cứu: Đã thiết kế và chế tạo thành công các đồ gá bằng nhôm phục vụ cho việc giảng dạy môn Công nghệ chế tạo máy và Đồ án công nghệ chế tạo máy của sinh viên. 5. Sản phẩm: - Tập thuyết minh về tính toán, thiết kế, chế tạo các đồ gá chuyên dùng. - Tập bản vẽ thiết kế, chế tạo các đồ gá chuyên dùng. - Một chi tiết gia công và các đồ gá chuyên dùng bằng vật liệu nhôm. - Đoạn phim ghi lại toàn bộ việc tạo phôi và gia công các đồ gá. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập hai môn Công nghệ chế tạo máy và Đồ án công nghệ chế tạo máy. Đăc biệt thông qua đoạn phim ghi lại toàn bộ việc tạo phôi và gia 6
10. công các đồ gá sẽ giúp sinh viên cảm thấy gần gũi hơn, không xa rời giữa lý thuyết với thực tế. Sản phẩm của đề tài được sử dụng để giảng dạy môn Công nghệ chế tạo máy và Đồ án công nghệ chế tạo máy tại Bộ môn Công nghệ chế tạo máy – Khoa Cơ khí máy. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Phan Thanh Vũ 7
11. PHẦN MỞ ĐẦU I- TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Ngoài nước Việc nghiên cứu về lĩnh vực đồ gá gia công cơ khí thì có nhiều nhưng mỗi nơi sẽ có yêu cầu, đặc thù đào tạo riêng nên cần thiết phải nghiên cứu cho phù hợp với nhu cầu của chúng ta. 2. Trong nước Đồ gá gia công là một phần không thể thiếu trong việc gia công chế tạo các chi tiết máy. Nó giúp quá trình gia công chi tiết được nhanh hơn, chính xác hơn, đạt chất lượng cao hơn, góp phần làm tăng năng suất. Hầu hết trong các công ty sản xuất gia công chế tạo máy hay chi tiết máy thì đều có bộ phận chuyên lo việc lập quy trình công nghệ và chế tạo đồ gá. Vì chúng có tầm quan trọng như vậy nên việc giảng dạy môn Công nghệ chế tạo máy cũng như Đồ án công nghệ chế tạo máy đều có các phần về thiết kế đồ gá. Tài liệu để học tập về đồ gá cũng đã có khá nhiều: - Hồ Viết Bình, Lê Đăng Hoành, Nguyễn Ngọc Đào, Đồ gá gia công cơ khí – Tiện – Phay – Bào – Mài, NXB Đà Nẵng, 2000 - PGS. TS. Trần Văn Địch, Đồ gá gia công cơ, NXB Khoa học kỹ thuật, 2002 (và các phiên bản sau) - PGS. TS. Trần Văn Địch, Sổ Tay & Atlas Đồ Gá, NXB Khoa học kỹ thuật, 2000 Một số giảng viên bộ môn cũng đã cho sinh viên thiết kế các đồ gá với các phương pháp gia công khác nhau để làm tài liệu giảng dạy. Tuy vậy những tài liệu, bản vẽ đó cũng chưa thể giúp sinh viên có được cái nhìn thực tế về đồ gá được. Thầy Hồ Viết Bình (Bộ môn Công nghệ chế tạo máy – ĐH Sư phạm kỹ thuật Tp. HCM) cũng đã từng cho sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp về việc thiết kế chế tạo đồ gá để làm mô hình giảng dạy học tập. Tuy nhiên, những đồ gá đó được làm bằng nhựa nên sinh viên sẽ có cảm giác không thực tế và vì đã được sử dụng lâu ngày nên một số đã bị hư hỏng. Chưa có đề tài nào có thực hiện các đoạn phim để giúp sinh viên thấy được quá trình đúc và gia công đồ gá. Với mục đích giúp sinh viên có cái nhìn thực tế về đồ gá nên tác giả đã chọn đề tài này để thiết kế, chế tạo một số đồ gá chuyên dùng bằng vật liệu nhôm. II- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sinh viên chưa tiếp cận với thực tế thì việc thiết kế đồ gá chuyên dùng là một vấn đề khó khăn. Đây lại là nội dung chủ yếu của hai môn học được coi là “xương sống” của ngành chế tạo máy đó là Công nghệ chế tạo máy và Đồ án công nghệ chế tạo máy. Mặc dù có nhiều tài liệu về đồ gá chuyên dùng nhưng học thông qua những mô hình học cụ 8
12. cụ thể thì chắc chắn hiệu quả sẽ tốt hơn nhiều. Xuất phát từ những yêu cầu đó, tác giả chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo đồ gá gia công cơ khí phục vụ giảng dạy môn học Đồ án Công nghệ chế tạo máy”. III- MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Chế tạo các đồ gá chuyên dùng bằng nhôm để làm mô hình giảng dạy, học tập. - Tạo ra được một đoạn phim ghi lại toàn bộ việc tạo phôi (đúc) và gia công các đồ gá, từ đó giúp sinh viên có cái nhìn thực tế hơn về quá trình đúc cũng như gia công cơ khí theo quy mô lớn. Đoạn phim này sẽ được sử dụng để hướng dẫn sinh viên thực hiện Đồ án công nghệ chế tạo máy tốt hơn cũng như dùng trong giảng dạy theo hướng tiếp cận E/M Learning của trường. IV- CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Cách tiếp cận Lựa chọn chi tiết điển hình Tìm hiểu quy trình đúc kim loại Thiết kế quy trình công nghệ gia công cho chi tiết. Trên cơ sở đó lựa chọn các nguyên công có các đồ gá điển hình để tiến hành chế tạo. Gặp và làm việc với các cán bộ kỹ thuật của các đơn vị kinh nghiệm về đúc và gia công chế tạo. Nghiên cứu công nghệ dạy học liên quan; Sử dụng các tài liệu (sách, bài báo khoa học ) có liên quan để thực hiện đề tài 2. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích lý thuyết - Phương pháp thiết kế V- ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu - Quá trình chế tạo chi tiết. - Đồ gá gia công cơ khí - Sinh viên khoa Cơ khí máy trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM 2. Phạm vi nghiên cứu - Quy trình làm đúc kim loại - Đồ gá chuyên dùng để gia công cơ khí VI- NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết: 9
13. - Tìm hiểu về các phương pháp tạo phôi, lựa chọn phương án phù hợp. - Chuẩn bị và gia công mẫu đúc và thực hiện đúc tạo phôi. - Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết đã chọn. - Chuẩn bị và gia công đồ gá, chi tiết. - Quay phim lại toàn bộ quá trình tạo phôi, gia công đồ gá để biên tập thành video dạy học. 10
14. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CHI TIẾT GIA CÔNG VÀ TẠO PHÔI 1.1 Nghiên cứu chi tiết 1.1.1 Công dụng Đây là chi tiết giá đỡ trục có nhiệm vụ đỡ những trục có kích thước tương đối dài, khống chế trục theo chiều hướng trục và hướng kính, giúp trục quay chính xác quanh tâm trong quá trình làm việc. 1.1.2 Phân tích chi tiết - Tên chi tiết: Gối đỡ trục - Chi tiết gồm 2 phần chính: thân và đế + Phần thân: Có dạng hình trụ bậc rỗng, chiều cao 60mm, lỗ rỗng có 2 phần, 1 phần có đường kính Ø30 mm và 1 phần Ø20 mm, phần trụ bậc ngoài có 3 phần: * Phần giữa có chiều cao 10mm có đường kính lớn nhất là trục ren M75mm phần này có gia công 3 lỗ M6 * Phần trên có đường kính Ø 40 * Phần dưới của thân có dạng trụ, phần này liền khối với đế + Phần đế: có chiều rộng là 60mm, chiều dài là 145mm, 2 đầu đế có gia công rãnh rộng 10mm nối tiếp phía trong là 1 cung R2mm. 1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật - Độ không song song giữa mặt mút và giữa lỗ trụ trong Ø60 và trụ ngoài Ø80. - Độ nhám tại những bề mặt làm việc Ø40, Ø60 là Ra1,6 - Độ nhám tại mặt dưới của đế, mặt đầu trụ là Rz20 - Độ nhám mặt bên trụ là Rz16 - Độ chính xác: 5 1.1.4 Vật liệu Gang xám: GX15-32 - Độ cứng HB: 163-229 chọn HB=200. kg - Giới hạn kéo: 16 k mm2 kg - Giới hạn nén:  n 32 2 mm - Khối lượng chi tiết: m=1,5 kg 11
15. 1.2 Xác định dạng sản xuất - Mục đích là xác định hình thức tổ chức sản xuất (đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa, hàng loạt lớn, hàng khối) để từ đó cải thiện tính công nghệ của chi tiết, chọn phương pháp chế tạo phôi thích hợp, chọn thiết bị hợp lý để gia công chi tiết. - Để thực hiện điều này trước hết ta cần xác định sản lượng chi tiết cần chế tạo trong một năm của nhà máy theo công thức sau [trang 13 Sách Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy, công thức 2]:  N N 0 .m. 1 100 với: + N 0 : số sản phẩm trong một năm theo kế hoạch : N0 150000 + m : số lượng chi tiết như nhau trong một sản phẩm : m 1 + : độ phế phẩm chủ yếu trong xưởng đúc, rèn : 4% +  : số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ :  6% - Khối lượng của chi tiết m= 1,5(kg) - Vậy: 4 6 N 150000.1. 1 165000 chi tieát 100 naêm - Vậy theo bảng thống kê [2], trang 14 Sách Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy thì dạng sản xuất của chi tiết là hàng khối. Kết luận: Vì là dạng sản xuất hàng khối nên khi thiết kế quy trình công nghệ ta phải phân tích thật kỹ, để gia công đạt năng suất cao ta phải chọn máy chuyên dùng hoặc đồ gá chuyên dùng trên máy vạn năng. 1.3: Chọn phôi Chọn dạng phôi - Có rất nhiều phương pháp để tạo nên phôi. Do đó cần phải phân tích (phân tích ưu điểm, khuyết điểm) giữa các kiểu tạo phôi với nhau nhằm tìm ra phương pháp tạo phôi thích hợp. 1.3.1.1 Phôi rèn dập: - Phôi rèn dập bằng tay hay bằng máy đều cho độ bền cơ tính cao, tạo nên ứng suất dư trong chi tiết nhưng lại tạo cho chi tiết dẻo và tính đàn hồi tốt. - Chi tiết đã cho làm bằng gang xám nên việc chế tạo phôi theo phương pháp này là không hợp lý vì gang xám có tính dòn nên khi rèn làm cho chi tiết dễ làm cho chi tiết bị hiện tượng nứt nẻ. 12
16. 1.3.1.2. Phôi cán - Chi tiết làm bằng phôi cán cũng có cơ tính gần giống như phôi rèn dập. 1.3.1.3 Phôi đúc - Phôi đúc có cơ tính không cao bằng phôi rèn dập, nhưng việc chế tạo khuôn đúc cho những chi tiết khá phức tạp vẫn dễ dàng, thiết bị lại khá đơn giản. Đồng thời chi tiết rất phù hợp với những chi tiết có vật liệu là gang vì có những đặc điểm như sau: + Lượng dư phân bố đều. + Tiết kiệm được vật liệu. + Giá thành rẻ, được dùng phổ biến. + Độ đồng đều của phôi cao, do đó việc điều chỉnh máy khi gia công giảm + Tuy nhiên phôi đúc khó phát hiện khuyết tật bên trong (chỉ phát hiện lúc gia công) nên làm giảm năng suất và hiệu quả. Kết luận: - Từ các phương pháp tạo phôi như trên, ta nhận thấy phôi đúc là phù hợp với chi tiết đã cho nhất vì có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác đặc biệt khi vật liệu chi tiết là gang xám - Vậy ta chọn phương pháp để tạo ra chi tiết này là dạng phôi đúc. 1.3.2 Phương pháp chế tạo phôi - Trong đúc phôi có những phương pháp như sau: 1.3.2.1 Đúc trong khuôn cát mẫu gỗ - Chất lượng bề mặt vật đúc không cao, giá thành thấp, trang thiết bị đơn giản, thích hợp cho dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. - Loại phôi này có cấp chính xác: IT16  IT17 - Độ nhám bề mặt: Rz 160m 1.3.2.2 Đúc trong khuôn cát mẫu kim loại: - Nếu công việc thực hiện bằng máy thì có cấp chính xác khá cao, giá thành cao hơn so với đúc trong khuôn mẫu bằng gỗ. Loại này phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt vừa và lớn. - Loại phôi này có cấp chính xác: IT15IT16 - Độ nhám bề mặt: Rz 80m 1.3.2.3 Đúc trong khuôn kim loại: - Độ chính xác cao nhưng giá thành thiết bị dầu tư lớn, phôi có hình dáng gần giống với chi tiết. Giá thành sản phẩm cao. Loại này phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. 13
17. - Loại phôi này có cấp chính xác: IT14 IT15 - Độ nhám bề mặt: Rz 40m 1.3.2.4 Đúc ly tâm: - Loại này chỉ phù hợp với chi tiết dạng tròn xoay, đặc biệt là hình ống, hình xuyến. 1.3.2.5 Đúc áp lực: - Dùng áp lực để điền đầy kim loại trong lòng khuôn. Phương pháp này chỉ thích hợp với chi tiết có độ phức tạp cao, yêu cầu kỹ thuật cao. Trang thiết bị đắt tiền nên giá thành sản phẩm cao 1.3.2.6 Đúc trong vỏ mỏng: - Loại này tạo phôi chính xác cho chi tiết phức tạp được dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Kết luận: - Với những yêu cầu của chi tiết đã cho, tính kinh tế cũng như dạng sản xuất đã chọn ta sẽ chọn phương pháp chế tạo phôi là: “Đúc trong khuôn cát, mẫu gổ, làm khuôn bằng tay” + Phôi đúc đạt cấp chính xác là: II + Cấp chính xác kích thước: IT16 + Độ nhám bề mặt: Rz 80m Bản vẽ lồng phôi: Hình 1.1: Bản vẽ lồng phôi 14
18. Bản vẽ khuôn đúc: Hình 1.2: Bản vẽ khuôn đúc 15
19. Bản vẽ mẫu đúc: Hình 1.3: Bản vẽ mẫu đúc chi tiết Mẫu đúc của các đồ gá và chi tiết: 16
20. Hình 1.4: Mẫu đúc chi tiết Hình 1.5: Mẫu đúc đồ gá khoét, doa 17 Hình 1.6: Mẫu đúc của đồ gá phay
21. Hình 1.7: Mẫu đúc của đồ gá khoan 3 lỗ 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4