Đồ án Thiết kế qui trình công nghệ để chế tạo bánh răng trụ răng thẳng

Đồ án Thiết kế qui trình công nghệ để chế tạo bánh răng trụ răng thẳng Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 1 LỜI NÓI ĐẦU. Cơ khí là một ngành công nghiệp nặng. Nó có nhiệm vụ là chế tạo và sửa chữa các loại máy móc phục vụ trực tiếp cho quá trình sản xuất tạo ra của cải vật chất cho xa hội. Cho nên việc đầu tư để phát triển ngành cơ khí hiện đang là mối quan tâm đặc biệt của đảng và nhà nước ta. Việc phát triển ngành cơ khí phải được tiến hành đồng trên cả hai lĩnh vực phát triển nguồn nhân lực và các trang bị công nghệ hiện đại. Việc phát triển nguồn nhân lực có trình độ cao đáp ứng nhu cầu xã hội là nhiệm vụ trọng tâm của các trường đại học. Hiện nay trong các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kĩ sư cơ khí và cán bộ kĩ thuật cơ khí được đào tạo ra phải có kiến thức cơ bản tương đối rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất. Môn học công nghệ chế tạo máy có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kĩ sư và cán bộ kĩ thuật về thiết kế, chế tạo các loại máy và các thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, điện lực … Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế, trong chương trình đào tạo , đồ án môn học công nghệ chế tạo máy là môn học không thể thiếu được của sinh viên chuyên ngành chế tạo máy khi kết thúc môn học. Sau một thời gian tìm hiểu và với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Trọng Bình, đến nay em đã hoàn thành xong đồ án môn học đã được giao. Tuy nhiên do kinh nghiệm thực tế trong sản xuất còn ít ỏi, nên trong quá trình tính toán và thiết kế vẫn chưa lường các yếu tố phát sinh khi sản xuất, cho nên sẽ gặp phải sai sót nhất định. Cho nên em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn để khi làm đồ án tốt nghiệp sẽ hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn. Hà Nội - Ngày 25 tháng 9 năm 2003 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. ................................................................................................... 1 MỤC LỤC .......................................................................................................... 2 ĐỀ BÀI ............................................................................................................... 4 NỘI DUNG CỦA TÍNH TOÁN VÀ THUYẾT MINH. ....................................... 5 1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết: .................................................. 5 2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết: ................................... 6 3. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. .................................................................. 7 4. Xác định dạng sản xuất. ............................................................................... 8 5. Chọn phương pháp chế tạo phôi: ................................................................. 9 6. Trình tự gia công cho chi tiết. .................................................................... 10 6.1. Xác định đường nối công nghệ. .................................................................. 10 6.2. Chọn phương pháp gia công. ...................................................................... 10 6.3. Lập tiến trình công nghệ: ............................................................................ 11 6.4. Thiết kế các nguyên công. .......................................................................... 12 7. Tính lượng dư cho mỗi bề mặt gia công. ................................................... 21 7.1. Xác định lượng dư khi gia công bề mặt 130h11 (Ra = 1,25 mm). ............. 22 7.2. Tính lượng dư của các bề mặt còn lại. ......................................................... 25 8. Tính chế độ cắt. ........................................................................................... 26 8.1. Tốc độ cắt khi khoan được xác định như sau: ............................................. 26 8.2. Momen xoắn Mx và lực chiều chục Po......................................................... 27 9. Tính thời gian gia công cơ bản cho mỗi nguyên công. .............................. 27 9.1. Nguyên công 3: Gia công tạo chẩn.............................................................. 28 9.2. Nguyên công 4: Khoả mặt đầu, khoan lỗ và tiện tinh lỗ. ............................. 29 9.3. Nguyên công 5: Gia công mặt tròn xoay đạt  130h11 mm. ........................ 30 9.4. Nguyên công 6: Khoan bốn lỗ 8 mm. ........................................................ 30 9.5. Nguyên công 7: Gia công biên dạng răng.................................................... 31 9.6. Nguyên công 10: Mài bóng lỗ 20H7 sau khi nhiệt luyện. .......................... 31 10. Thiết kế đồ gá. ........................................................................................... 32 10.1. Xác định khoảng không gian tối đa của đồ gá. .......................................... 32 10.2. Xác định phương pháp định vị: ................................................................. 32 10.3. Kết cấu chi tiết dùng để định vị. ................................................................ 33 10.4. Vị trí của chi tiết khi gia công cơ: ............................................................. 34 10.5. Xác định phương chiều và điểm đặt lực của lực cắt và lực kẹp chặt. ......... 34 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 3 10.6. Xác định lực kẹp chặt cần thiết. ................................................................ 34 10.7. Xác định cơ cấu sinh lực kẹp chặt. ............................................................ 36 10.8. Chọn cơ cấu dẫn hướng và so dao. ............................................................ 37 10.9. Tính sai số chế tạo cho phép của đồ gá CT. ............................................... 38 10.10. Các chi tiết đã sử dụng trong đồ gá. ........................................................ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ................................................................................ 42 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 4 ĐỀ BÀI Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 5 NỘI DUNG CỦA TÍNH TOÁN VÀ THUYẾT MINH. 1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết: Theo đề bài ta phải ‘Thiết kế qui trình công nghệ để chế tạo bánh răng trụ răng thẳng có m = 5 mm và Z = 24 răng với sản lượng 5000 (chi tiết/năm). Với điều kiện sản xuất phù hợp với nền cơ khí ở Việt Nam. Có hình dạng như sau: So với các cơ cấu cơ khí truyền động khác thì chuyền động bằng bánh răng có các ưu điểm nổi bật sau: Kích thước của cơ cấu truyền tải nhỏ gọn mà khả năng tải lớn. Tỷ số chuyền chuyển động không thay đổi, quá trình ăn khớp êm. Hiệu suất làm việc cao có thể đạt 0,97  0,99. Tuổi thọ cao làm việc tin cậy. Do đó mà bánh răng là chi tiết cơ khí được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến trong các loại máy móc khác nhau. Chúng dùng để chuyền hoặc đảo chuyển động quay tròn cùng mômen xoắn giữa các trục (Nhờ cặp bánh răng ăn khớp với nhau) hoặc dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến (Nhờ bánh răng ăn khớp với thanh răng). Do bánh răng yêu cầu gia công không có kết cấu rãnh then nên khi làm việc bánh răng thực hiện quay tự do trên trục trơn, cho nên để bảo đảm quá trình làm việc ổn định thì kết cấu bánh răng phải cho phép khi lắp ráp thì kết cấu lỗ của bánh răng phải được định vị được bốn bậc tự do là rất quan trọng. Bánh răng cần chể tạo yêu cầu được chế tạo từ thép 40X tương đương với thép hợp kim 40Cr. Thành phần hoá học của thép 40X như sau. C Cr Mn Smax Si Pmax 0,40 1,00 0,7 0,35 ≤0,05 0,35 Việc cho thêm hàm lượng Cr sẽ cải thiện khả năng thấm Cacbon trong khi nhiệt luyện. Điều đó sẽ làm cho cơ tính của bánh răng đáp ứng nhu cầu làm việc 130h11 A 20H7 B C Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 6 của chi tiết. Vì độ cứng tăng đồng nghĩa với tính chống mài mòn tăng sẽ làm thời gian sử dụng bánh răng cũng tăng đáng kể. 2. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết: Ta đã biết rằng kết cấu của một chi tiết ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ chế tạo do đó cũng ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất và chất lượng của sản phẩm cùng độ bền khi làm việc. Vậy ngay từ khi thiết kế đối với bánh răng thẳng cần chú ý tới kết cấu và hình dạng bề mặt như sau. Hình dạng lỗ phải thật đơn giản để tránh phải sử dụng máy tự động. Mặt ngoài của bánh răng phải thật đơn giản, bánh răng có tinh công nghệ cao nhất là bề mặt ngoài có dạng mặt phẳng không có mayơ. Cố gắng tránh sử dụng bánh răng có mayơ ở cả hai phía (Giảm năng suất khi chế tạo). Bề dày bánh răng phải đủ để tránh biến dạng khi nhiệt luyện. Hình dạng và kích thước các rãnh (nếu có) phải thuận tiện cho việc thoát dao khi gia công cơ. Các bánh răng bậc nên có cùng một moduyl. Căn cứ theo những nét công nghệ điển hình cần có đối với bánh răng, ta tiến hành so sánh với kết cấu của bánh răng cần gia công nhận thì thấy rằng có một số điểm hợp lý và bất hợp lý như sau: Nhận thấy rằng ở cả hai phía của bánh răng đều tồn tại phần gờ cao hơn bề mặt bên của bánh răng là 4 mm. Điều đó sã làm hạn chế khả năng tăng năng suất khi gia công, do không thể gia công đồng thời nhiều chi tiết trong một lần gá đặt , nếu muốn tiến hành gia công nhiều chi tiết trong một lần gá thì ta phải sử dụng bạc đệm giữa hai bánh răng. Điều đó làm chiều dài hành trình chạy dao khi gia công tăng làm cho thời gian gi công cũng tăng theo. Mặt khác khi sử dụng bạc thì bề mặt dưới của bánh răng trên tồn tại một lớp ba via kim loại do không được cắt hết, vậy lại phát sinh thêm một nguyên công cắt ba via trong qui trình công nghệ. Do đường kính bánh răng là 130 mm < 150 mm nên ta có thể không cần thiết phần rãnh B có tác dụng giảm khối lượng của bánh răng tiết kiệm nguyên vật liệu. Tuy nhiên nếu có rãnh giảm khối lượng trong kết cấu bánh răng thì không những ta tiết kiệm được nguyên vật liệu mà còn được giảm chiều dài cần phải ra công ở hai mặt đầu của bánh răng điều đó sẽ làm thời gian gia công giảm đồng thời năng suất chế tạo cũng tăng theo. Hơn nữa trong một số trường hợp khi làm việc đòi hỏi bánh răng quay nhanh và đổi chiều đột ngột thì việc làm Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 7 giảm khối là rất quan trọng. Do vậy trong kết cấu bánh răng có rãnh giảm khối lượng là hoàn toàn hợp lý. Do đó ta có 3 phương án sử đổi kết cấu như sau: Trong cả ba phương án trên thì mỗi phương án đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định. Tuy nhiên phương án 2 là phù hợp hơn cả vì nó khống những đáp ứng việc sử dụng tiết kiệm nguyên vật liệu được đồng thời giúp cho quá trình gia công có năng suất cao. 3. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Nhận thấy rằng trong kết cấu của bánh răng ta cần chế tạo không có rãnh lắp then truyền mômen xoắn. Do đó trong quá trình làm việc bánh răng sẽ là chi tiết chung gian, có nhiệm vụ chuyền chuyển động từ trục này tới trục khác một cách gián tiếp. Vậy để đảm bảo rằng bánh răng ta chế tạo hoàn thành tốt nhiệm vụ của nó thì khi chế tạo ta phải chú ý tới các yêu cầu kỹ thuật sau: Độ đảo không đồng tâm giữa mặt lỗ và đường tròn cơ sở là 0,05 mm. Độ vuông góc của mặt đầu với tâm lỗ không quá 0,03 mm. Sau nhiệt luyện đạt độ cứng 55  60 HRC. Độ sâu khi thấm C là 1 2mm. Còn các yêu khác được thể hiện trên bản vẽ chế tạo. Ph­¬ng ¸n 1 Ph­¬ng ¸n 2 Ph­¬ng ¸n 3 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 8 Trong các yêu cầu kỹ thuật nói trên thì hai yêu cầu trên cùng là quan trọng nhất. Vì nó ảnh hưởng một cách trực tiếp tới khả năng làm việc của các bánh răng trong quá trình chuyển động. Nhận thấy rằng với các yêu cầu như vậy thì kết cấu bánh răng như sau hoàn toàn đáp ứng được các điều kiện kỹ thuật đã đặt ra. Kết cấu như trên cho phép khi làm việc bánh răng khống chế đủ 4 bậc tự do (l/d = 30/20 >1,2), đồng thời kết cấu này cho phép ta khi gia công răng thì ta có thể gia công nhiều bánh răng cùng một lúc làm cho năng suất chế tạo tăng rút ngắn thời gian gia công, hạ giá thành chế tạo sản phẩm. Sau khi gia công cơ xong ta tiện hành thấm Cacbon cũng đạt độ cứng HRC 60  62 đảm bảo tính chống mài mòn cho bánh răng trong quá trình làm việc. 4. Xác định dạng sản xuất. Để việc sản xuất đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong khi sản phẩm chế tạo ra vẫn đáp ứng được các yêu câu đã đặt ra đối với sản phẩm. Ta phải căn cứ vào sản lượng chi tiết cần chế tạo hàng năm và khối lượng của mỗi sản phẩm để quyết định dạng sản xuất từ đó ta có hình thức tổ chức quản lý sản xuất và đường lối công nghệ hợp lý nhất hợp lý. Có như vậy hiệu quả kinh tế mới cao. Sản lượng hàng năm được xác định theo công thức sau đây: N = N1.m.[1 + (+a)/100] = 5000.1.(1 + 10%) = 5500 (Chi tiết). Trong đó: - 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; - b : Số chi tiết được chế tạo thêm để dự trữ (5% đến 7%) - a : Số chi tiết hỏng do chế tạo phôi (3% đến 6%) Trọng lượng của chi tiết được xác định theo công thức: Q = V. = 0,35.7,852 = 2,75 (Kg). Trong đó: - V: Thể tích của chi tiết cần gia công. 20 d 3 2l Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 9 - g : Trọng lượng riêng của vật liệu. g thép =7,852 (Kg/dm 3). Ở đây ta chọn phương pháp chế tạo phôi là phương pháp dập nóng khi đó hình dạng (sơ bộ) của phôi trước khi gia công có hình dạng như sau (Trang sau): Do đó thể tích của phôi được xác đinh như sau: V = V1 + V2 + V3  0,35 (dm 3). Vì : V1 = 3,14.32.(65 2 – 402).10-6 = 0,26376 (dm3) V2 = 3,14.12.(40 2 – 192).10-6 = 0,04669 (dm3) V3 = 3,14.32.19 2.10-6 = 0,03627 (dm3) Căn cứ vào Q và N vừa tính toán được ta tra Bảng 2 (Trang 13 - Quyển 3). Ta có dạng sản suất là hàng loạt lớn. 5. Chọn phương pháp chế tạo phôi: Ta biết rằng để đạt hiệu quả kinh tế cao thì qui trình công nghệ và công tác tổ chức sản xuất phải lựa chọn phải thật hợp lý. Có như vậy thì năng suất gia công mới tăng, rút ngắn tối đa thời gian cần thiết để gia công xong lô sản phẩm để kịp giao hàng. Để làm được điều đó thì ngay từ quá trình chọn phôi cùng phương pháp để chế tạo phôi liệu ta cũng phải căn cứ vào dạng sản suất để chọn lựa. Đối với việc sản suất bánh răng bằng thép ở dạng sản xuất hàng loạt lớn thì có hai phương chế tạo phôi liệu phù hợp đó là: Đúc trong khuôn cát. Rèn và dập nóng tạo phôi có hình dạng gần giống với chi tiết cần gia công. Trong hai phương pháp chế tạo trên thì phương pháp dập nóng thích hợp hơn. So sánh hai phương pháp chế tạo phôi thì nhận thấy rằng phôi chế tạo bằng phương pháp rèn dập có cơ tính cao hơn, còn phôi đúc do tính thiên tích và rỗ khí sẽ làm cơ tính không đồng đều ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của bánh răng. 1V 2V 3V 32 19 40 60 12 Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 10 Qui trình công nghệ để chế tạo phôi như sau: Chọn phôi ban đầu: Do bánh răng được chế tạo có kích thước 120mm.. Trước khi rèn và dập nóng kim loại ta phải làm sạch kim loại, cắt bỏ thép thanh tiết diện tròn ra từng phần nhỏ có kích thước phù hợp với bánh răng cần gia công, quá trình cắt đó được thực hiện trên máy cưa cần. Tiến hành dập trong khuân kín nhiều lần. Lần cuối cùng dập trong khuân kín thành có góc nghiêng 30. Tiến hành ủ bán sản phẩm sau quá trình dập để làm mềm phôi dập. Cắt bavia ở phôi dập. Hình dạng sơ bộ của phôi như sau: 6. Trình tự gia công cho chi tiết. 6.1. Xác định đường nối công nghệ. Đối với dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối thì qui trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán nguyên công kết hợp với việc sử dụng các máy chuyên dùng để gia công. Theo phương pháp đó thì qui trình công nghệ được chia ra thành các nguyên công đơn giản. Khi đó trên mỗi máy thực hiện một bước gia công nhất địch và sử dụng đồ gá chuyên dùng. Tuy nhiên để thích hợp với điều kiện sản xuất trong nước ta hiên nay thì trong quá trình thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết, ta cần xem xét thêm phương pháp tập trung nguyên công kết hợp với việc sử dụng các máy vạn năng cùng với đồ gá thiết kế thêm để nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất. 6.2. Chọn phương pháp gia công. Do yêu cầu khi làm việc mà một số bề mặt của bánh răng có những yêu cầu về độ bóng và độ chính xác kích thước nhất định. Chính điều này quyết định tới phương pháp gia công chi tiết: Ø124+0,5 3 4 + 0 ,5 Ø38 Ø80 3° 3° Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 11 Bề mặt lỗ 20H7 có độ bóng Ra = 1,6 mm (6  7). Cho nên nguyên công để gia công lỗ lần cuối là mài tinh. Bề mặt răng có độ bóng Ra = 1,25 mm (7  8). Cho nên nguyên công gia công bề mặt răng lần cuối là mài răng (8). 6.3. Lập tiến trình công nghệ: Trình tự các nguyên công có thể dùng để gia công bánh răng như sau; Th ứ tự Phương án 1. Phương án 2. 1 Tiến hành dập thể tích. Tiến hành dập thể tích. 2 Tiến hành nhiệt luyện. Tiến hành nhiệt luyện. 3 Gia công cơ tạo mặt chuẩn. Gia công cơ tạo chuẩn. 4 Khoả mặt đầu, khoan, tiện lỗ. Khoả mặt đầu và khoan lỗ. 5 Tiện mặt tròn xoay 130h11. Khoét vát mép và dao lỗ 20H7. 6 Khoan 4 lỗ 8. Tiện mặt tròn xoay 130h11. 7 Gia công biên dạng răng. Khoan 4 lỗ 8. 8 Thực hiện nhiệt luyện bánh răng. Gia công biên dạng răng. 9 Mài tinh lỗ đạt 20H7. Thực hiện nhiệt luyện bánh răng. 10 Mài biên dạng răng. Tiến hành mài biên dạng răng. 11 Tiến hành kiểm tra sản phẩm.. Mài tinh lỗ 20H7. 12 Tiến hành kiểm tra sản phẩm. Trong hai phương án trên ta nhận thấy rằng phương án 1 là phương án có tính công nghệ nhất. Nó cho phép chế tạo ra sản phẩm có chất lượng đồng đều và chính xác cao hơn, do đã sử dụng chuẩn tính thống nhất trong quá trình gia công. Chu Quốc Hiếu-Lớp CTM6-K44 Trang 12 Để gia công khoả mặt đầu và khoan lỗ 20 trên máy tiện có sử dụng mân cặp 3 chấu làm đồ gá, ta cần hạn chế được ít nhất 5 bậc tự do. Trong khi bề mặt tròn xoay ngoài chỉ có khả năng khống chế được 2 bậc tự do (l/d = 32/120 <1), do đó ta phải sử dụng thêm bề mặt đầu để hạn chế thêm 3 bậc tự do nữa. Thế nhưng do phôi được chế tạo bằng phương pháp dập nóng nên không thể tránh được việc trên bề mặt phôi vẫn tồn tại bavia hoặc nhấp nhô bề mặt đồng, thời vị trí tương quan giữa các bề mặt lại không đảm bảo chính xác. Cho nên không thể bảo đảm rằng trong quá trình kẹp chặt phôi không bị xô lệch khỏi vị trí định vị sẽ làm cho chất lượng gia công không bảo đảm. Do đó trước quá trình gia công cơ ta phải tiến hành nguyên công tạo chuẩn để bắt đầu gia công cơ. 6.4. Thiết kế các nguyên công. 6.4.1. Nguyên công 1: Tiến hành chế tạo phôi: Tham khảo lại phần chọn phương pháp chế tạo phôi. 6.4.2. Nguyên công 2: Tiến hành nhiệt luyện phôi: Do trong quá trình dập nóng phôi để tạo ra hình dáng ban đầu cho phôi trước khi tiến hnàh gia công cắt gọt tạo ra chi tiết. Dưới tác dụng của nhiệt độ và tải trọng dùng để gây biến dạng cơ học đã làm cho phôi tạo ra có bề mặt bị biến cứng và cơ tính không đồng đều do hiện tượng tập trung ứng suất gây ra. Do đó nếu tiến hành gia công ngay thì lưỡi cắt sẽ chóng bị mòn có thể mẻ hoặc gẫy làm quá trình gia công cơ gặp nhiều khố khăn, chất lượng bề mặt lại không ổn định. Vì quá trình cắt diễn ra không đồng đều. Vậy trước khi gia công cơ ta phải tiến hành nhiệt luyện để làm mền loại bỏ lớp kim loại biến cứng tăng khả năng cắt gọt của phôi. 6.4.3. Nguyên công 3: Gia công tạo chuẩn thô sơ bộ: - Sơ đồ định vị (Hình 1): - Định vị: Chi tiết gia công được định vị trên mâm cặp ba chấu tự định tâm, mặt đầu B hạn chế 3 bậc tự do nhờ định vị bằng mặt phẳng còn bề mặt tròn xoay C hạn chế 2 bậc tự do nhờ ba chấu kẹp. Như vậy ta đã khống chế được 5