Trường Đại học phương đôngKhoa Điện - Cơ Điện tử

Ts. Nguyễn Tiến Đào=*=

Hướng dẫn bài tập

Công nghệ Chế tạo phôi

Biên soạn nhân dịp kỷ niệm 10 năm ngày thành lập trường ĐHDL Phương Đông

(24 - 10 - 1994 - 24 - 10 - 2004 )

Hà nội, tháng 10 năm 2004

Phần một

Khái niệm mở đầu

1.1. Mục đích yêu cầu

Nắm kiến thức cơ sở ngành về các phương pháp Chế tạo phôi, tính kinh tế kỹ thuật các loại phôi. Tính toán, thiết kế, thiết lập được quy trình công nghệ chế tạo phôi đúc, gia công áp lực (rèn - dập), kết cấu hàn một cách hợp lý nhất.

1.2. Khái niệm và định nghĩa

1.2.1. Khái niệm về sản phẩma. Sản phẩm - danh từ quy ước chỉ một vật phẩm được chế tạo ra ở giai

đoạn cuối cùng của một quá trình sản xuất, tại một cơ sở sản xuất: máy, thiết bị hoàn chỉnh, sử dụng ngay, cũng có thể là bộ phận, cụm máy, chi tiết ... dùng lắp ráp, thay thế. Xe đạp, xe máy, ô tô... sản phẩm của nhà máy xe đạp, xe máy, ô tô ... ; phụ tùng là sản phẩm của nhà máy chuyên sản xuất phụ tùng (ổ bi, bánh răng, xích, líp, săm, lốp...).

b. Chi tiết máy đơn vị nhỏ nhất và hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật (không thể tách thêm ra được : bánh răng, trục, bi, vít, lốp ...)

c. Bộ phận máy (cụm máy) gồm một số chi tiết liên kết với nhau theo những nguyên lý và quy luật nhất định, nhưng tự nó chưa thể hoạt động độc lập được mà phải lắp ghép, liên kết với các chi tiết, bộ phận để hoạt động theo một quy luật nhất định. Ví dụ : xích, líp, moay ơ, săm... có quy luật làm việc riêng nhưng phải lắp vào xe đạp mới hoạt động được.

1.2.2. Khái niệm về phôiPhôi là một danh từ kỹ thuật quy ước, chỉ một sản phẩm tạo ra từ quá

trình sản xuất này chuyển sang quá trình sản xuất khác - bán thành phẩm.

- Vật đúc là sản phẩm được chế tạo từ quá trình sản xuất đúc.

- Vật đúc gọi là phôi đúc (bán thành phẩm), có lượng dư gia công cơ cần cắt gọt đi (tiện, phay, bào, mài...) để chi tiết máy đạt được độ bóng, độ chính xác...

Nếu vật đúc dùng ngay, không cần qua gia công cơ, nhiệt luyện (tạ, kiềng, lưỡi cày, bi nghiền) được gọi là chi tiết đúc.

Những vật đúc còn phải qua gia công rồi mới sử dụng gọi là phôi đúc hoặc bán thành phẩm.

Tương tự như vậy ta có phôi gia công kim loại bằng áp lực (phôi rèn - dập), phôi hàn hay cắt kim loại bằng khí, hồ quang, tia lửa điện, lade...

- Các phân xưởng chế tạo phôi đặc trưng bao gồm : phân xưởng đúc, rèn, dập, hàn, gò, cắt kim loại...

1.2.3. Đặc trưng Phôi (bán thành phẩm) là sản phẩm được tạo ra từ một quá trình sản

xuất còn cần tiếp tục gia công bằng một quá trình sản xuất khác để có chi tiết hoàn chỉnh. Thường thì phôi có độ bóng, độ chính xác thấp, với kích thước

2

lớn hơn chi tiết và bằng kích thước chi tiết cộng với tổng các lượng dư gia công.

1.2.4. Nguyên tắc cơ bản để chọn phôi

Khi lập quy trình công nghệ chế tạo một chi tiết máy cần chọn loại phôi và xác định kích thước phôi. Kích thước phôi được xác định bằng cách tính toán lượng dư gia công, còn chọn loại phôi dựa vào yêu cầu kỹ thuật và chức năng làm việc để chọn loại vật liệu cần thiết, kích thước hình dáng, kết cấu công nghệ hợp lý, dạng sản xuất (sản lượng), phương pháp chế tạo phôi và khả năng đạt độ chính xác của phương pháp gia công, đặc biệt phải căn cứ vào khả năng và điều kiện cụ thể của phân xưởng, xí nghiệp.

Chọn phôi hợp lý đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (tính năng kỹ thuật tốt nhất, giá thành hạ, chi phí sản xuất thấp, tiết kiệm nguyên vật liệu, dễ chế tạo, quy trình công nghệ đơn giản, hợp lý). Muốn vậy ta chọn hệ số sử dụng vật liệu hợp lý.

Hệ số sử dụng vật liệu K là tỷ số giữa khối lượng chi tiết mct và khối lượng phôi mph , đặc trưng bằng :

Trong đó : mct - khối lượng chi tiết, (kg) ;mph - khối lượng phôi, (kg).

Hệ số sử dụng vật liệu K - đặc trưng cho trình độ kỹ thuật chế tạo phôi. Hiện nay, với trình độ kỹ thuật tiên tiến người ta phấn đấu để hình dáng, kích thước phôi ngày càng gần với hình dáng, kích thước của chi tiết, nghĩa là cho K tiến dần tới 1.

Khi K = 1 ta không cần gia công cơ nữa sẽ tiết kiệm nguyên vật liệu, thời gian, trang thiết bị gia công ... dẫn đến giá thành sản phẩm hạ.

1.2.5. Quá trình thiết kế

Quá trình thiết kế là quá trình khởi thảo, tính toán, thiết kế ra một dạng sản phẩm thể hiện trên bản vẽ kỹ thuật, thuyết minh, tính toán, công trình ... Đó là quá trình tích lũy kinh nghiệm, sử dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật để sáng tạo sản phẩm mới ngày càng hoàn thiện, phù hợp yêu cầu ngày càng cao của con người. Bản thiết kế là cơ sở để thực hiện quá trình sản xuất, là cơ sở pháp lý để kiểm tra, đo lường, nghiệm thu sản phẩm, thực hiện hợp đồng v.v...

1.2.6. Quá trình sản xuất

3

Quá trình sản xuất là quá trình tác động trực tiếp con người thông qua công cụ sản xuất (dụng cụ, thiết bị ... ) nhằm biến đổi tài nguyên thiên nhiên, bán thành phẩm ... thành sản phẩm cụ thể đáp ứng yêu cầu của xã hội. Quá trình sản xuất được thực hiện trên cơ sở bản vẽ thiết kế. Sơ đồ quá trình sản xuất cơ khí giới thiệu trên hình 1.1.

Mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất tương ứng với một công đoạn, một phân xưởng, một bộ phận ... làm những nhiệm vụ chuyên môn khác nhau: chuẩn bị công cụ, tổ chức sản xuất, bố trí chỗ làm việc, mua sắm, bảo quản nguyên liệu, nhiên liệu, vật liệu, chuẩn bị phôi, gia công cơ khí, nhiệt luyện,

4

Gang, thép,Cu,Al,Zn...

Tài nguyên thiên nhiên

Vật liệu

Chế tạo phôi

Gia công cắt

Xử lý nhiệt

Chi tiết máy

Quặng, nhiên liệu, trợ dung

Luyện kim

Đúc, cán, rèn, dập, hàn, cắt...

Tiện, phay, bào, khoan, doa, mài

Nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện :ủ, Thường hóa, tôi, ram, thấm

Sơn, mạ, tráng, phủ, bao gói...

Vật liệu phi kim loại

Phế phẩmphế liệu

Gia công nguội, lắp, sửa chữa ...

Bảo vệ bảo quản

Lắp ráp

Phế phẩmphế liệu

Sản phẩm

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình sản xuất cơ khí

hóa nhiệt luyện, kiểm tra, lắp ráp, sơn, mạ, tráng, phủ, bao bì đóng gói... Quá trình sản xuất được chia ra thành các công đoạn nhỏ, theo quy trình công nghệ (QTCN).

1.2.7. Quá trình công nghệ (quy trình công nghệ - QTCN):Quá trình công nghệ là một phần của quá trình sản xuất trực tiếp làm

thay đổi trạng thái của đối tượng sản xuất theo một thứ tự chặt chẽ, bằng một công nghệ nhất định. Thành phần quá trình công nghệ bao gồm:

a. Nguyên công :

Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ do một (hoặc một nhóm) công nhân thực hiện liên tục tại một chỗ làm việc để gia công một chi tiết (hoặc một nhóm chi tiết cùng gia công một lần), đặc trưng bởi :

- Tính cố định : mỗi nguyên công có một vị trí làm việc không đổi. Sản phẩm chuyển sang chỗ làm việc khác là chuyển sang nguyên công khác (cho dù công việc gia công có giống nhau).

- Tính liên tục : công việc được thực hiện liên tục trong nguyên công. Nếu có sự gián đoạn trong công việc thực hiện là chuyển sang nguyên công khác.

- Nguyên công là đơn vị cơ bản, chủ yếu của quá trình công nghệ. Nó ảnh hưởng đến độ chính xác, năng suất của quá trình sản xuất. Nguyên công là đơn vị cơ sở để tính chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm.

b. Bước là một phần của nguyên công, trực tiếp thay đổi trạng thái kỹ thuật sản phẩm bằng một hay một nhóm dụng cụ với chế độ làm việc không đổi. Khi thay dụng cụ, chuyển bề mặt, đổi chế độ ... là chuyển sang một bước mới.

c. Động tác là một phần của bước hoặc nguyên công, tập hợp các hoạt động, thao tác của công nhân để thực hiện nhiệm vụ của bước (nguyên công).

Động tác là yếu tố cơ bản để định mức thời gian và năng suất.

1.2.8. Dạng sản xuất

a. Sản xuất đơn chiếc: sản phẩm sản xuất ít lặp lại, không theo một quy luật nào. Chủng loại mặt hàng rất đa dạng, số lượng không nhiều, sử dụng dụng cụ thiết bị vạn năng, bố trí quy trình công nghệ theo nhóm. Trình độ bậc thợ cao, khó cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất thấp, giá thành cao. Khó thống nhất hóa, khó tiêu chuẩn hóa, thường chỉ dùng trong sửa chữa, thay thế.

b. Sản xuất hàng loạt: sản phẩm sản xuất theo lô (loạt) được lặp đi lặp lại sau một khoảng thời gian nhất định (chu kì), số lượng nhiều (vài trăm đến hàng nghìn sản phẩm). Tùy theo khối lượng, kích thước, mức độ phức tạp và số lượng mà phân ra dạng sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất hàng loạt vừa, sản xuất hàng loạt lớn. Trang thiết bị, dụng cụ... ở đây sử dụng chuyên môn

5

hóa có kèm theo vạn năng hẹp. Việc tự động hóa cũng thuận lợi, dễ dàng hơn, năng suất cao hơn, giá thành hạ hơn.

Quy trình công nghệ trong sản xuất hàng loạt chia thành các nguyên công riêng biệt: mỗi máy (chỗ làm việc) chỉ thực hiện một số ít các nguyên công nhất định. Ví dụ loạt lớn thực hiện dưới 5 nguyên công/chỗ làm việc; loạt vừa, 6 10 nguyên công/chỗ làm việc, loạt nhỏ trên 10 nguyên công/chỗ làm việc.

c. Sản xuất hàng khối (đồng loạt): sản phẩm được sản xuất liên tục trong một thời gian dài với số lượng rất lớn (mặt hàng ổn định, ít thay đổi). Xí nghiệp sản xuất hàng khối thường phân chia thành nhiều nguyên công nhỏ và thực hiện ổn định tại từng địa điểm; trang thiết bị, dụng cụ chuyên dùng. Sản xuất hàng khối dễ cơ khí hóa, tự động hóa, năng suất rất cao, giá thành sản phẩm hạ. Ví dụ điển hình của sản xuất hàng khối là sản phẩm của xí nghiệp đồng hồ, văn phòng phẩm, ôtô, xe máy, xe đạp, bu lông, ốc vít...

1.2.9. Độ chính xác gia công

a. Độ chính xác gia công: đặc tính quan trọng của các ngành sản xuất nhằm đáp ứng yêu cầu của thiết bị, sản phẩm để có khả năng làm việc chính xác, chịu tải trọng cao, áp lực lớn, nhiệt độ cao, tốc độ cao ... Độ chính xác gia công là mức độ chính xác đạt được khi gia công so với thiết kế - biểu thị bằng sai số về kích thước (sai lệch trên, sai lệch dưới), sai lệch về hình dáng hình học (độ thẳng, phẳng, côn, méo...), sai lệch vị trí tương đối các yếu tố hình học (độ không song song, không vuông góc, không đồng tâm, độ đảo...) - gọi chung là sai số gia công.

Độ chính xác gia công phần nào được thể hiện ở hình dáng hình học tế vi lớp bề mặt. Đó là độ bóng hay độ nhẵn bề mặt, còn gọi là nhám.

Dung sai: sai số cho phép của kích thước, hình dáng, vị trí thực so với kích thước danh nghĩa (trên bản vẽ) để đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật, chức năng làm việc và giá thành hợp lý ...

Độ chính xác gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan (độ chính xác dụng cụ, thiết bị, dụng cụ đo, trình độ tay nghề công nhân, điều kiện làm việc...). Không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối về kích thước, hình dáng, vị trí... mà thường có sai số. Ví dụ : 400,1 200,1, 20+0,2, 20H7...

TCVN, ISO qui định 19 cấp chính xác : 01, 0, 1, 2,3, ..., 17.

Bảng 1.1 giới thiệu về ký hiệu sai số hình dáng và bảng 1.2 giới thiệu về ký hiệu các sai số vị trí tương đối của các bề mặt chi tiết gia công.

b. Độ bóng bề mặt (nhám): độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt sau gia công, được thể hiện bằng đại lượng Ra và Rz (m). Trong đó :

- Ra : sai lệch trung bình số học các giá trị tuyệt đối Yi của độ nhấp nhô tế vi trên chiều dài chuẩn L, được tính theo công thức :

6

- Rz : chiều cao nhấp nhô tế vi trên chiều dài chuẩn L với giá trị trung bình của 5 đỉnh cao nhất h1 , h3 , h5 , h7 , h9 , và 5 đáy thấp nhất h2 , h4 , h6 , h8 , h10 , được tính trung bình như sau :

TCVN 2511-78, ISO quy định 14 cấp độ nhám, ký hiệu kèm theo các trị số.

Hình 1.2 giới thiệu phương pháp ghi ký hiệu độ nhẵn trên bản vẽ.

tương ứng cấp 5

1.3. Tiêu chuẩn quy định cho bản vẽ kỹ thuật

1.3.1. Khổ giấy

Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2-74) quy định khổ giấy các bản vẽ kỹ thuật cho trong bảng 1.3.

Bảng 1.3. Khổ giấy dùng trong các bản vẽ kỹ thuật

Ký hiệu 44 24 22 12 11

Kích thước 118984 594841 594420 297 420 297 210

7

TT Tên gọi Ký hiệu TT Tên gọi Ký hiệu

1 Độ không thẳng

2 Độ không phẳng

3 Độ không tròn

4 Độ không trụ

1 Độ không song song

2 Độ không vuông góc

3 Độ không đồng trục

4 Độ không đối xứng

5 Độ không cắt nhau

6 Độ đảo hướng tâm

Bảng 1.1. Ký hiệu sai số hình dáng Bảng 1.2. Ký hiệu sai số vị trí tương đối

Ra20 ~Thô

Hình 1.2. Ghi kí hiệu độ nhẵn trên bản vẽ

Ra20

1

TCVN193-66 A0 A1 A2 A3 A4

Chú ý : . Cho phép dùng khổ giấy A5 (ký hiệu 1/21 có kích thước 148210).. Các khổ giấy phụ khác lấy kích thước bằng bội số kích thước của khổ

giấy 11 (A4) với hệ số tăng là số nguyên.

1.3.2. Khung tên và khung bản vẽ

. Sau khi chọn khổ giấy, phải vẽ khung bản vẽ, khung tên (hình 2.1a, b, c) trước khi vẽ các hình chiếu của bản vẽ các sản phẩm.

. Phần lề cách mép khổ giấy 5 mm, riêng phần đóng gáy lấy 25 mm.

1.3.3 Tỷ lệ

TCVN 3 - 74 quy định tỷ lệ hình vẽ trong bản vẽ kỹ thuật theo bảng 1.4.

Bảng 1.4. Tỷ lệ hình vẽ trong bản vẽ kỹ thuật (TCVN 3-74)

Tỷ lệ 1 : 2 1:2,5 1: 4 1: 5 1: 10 1: 15 1: 75

Thu nhỏ 1: 20 1 :25 1: 40 1: 50 1: 100 1: 200 1: 400

8

25 55

5

Khung tên

Khung bản vẽ

25

Khung tên

5

5

5a. Khổ giấy đặt ngang b. Khổ giấy đặt dọc

Thiết kế:

Kiểm tra:

Tên đơn vị, cơ quan,xí nghiệp ...

Tên bản vẽ

Biểu tượng: Tỷ lệ:

Tờ số:

Vật liệu:

20 30 15 20

8

32

140

8

20 20

Hình 1.3. Khổ giấy : a. Đặt ngang ; b. Đặt dọc ; c. Khung bản vẽ

c. Khung bản vẽ

Nguyên hình 1 : 1 (ưu tiên)

Phóng to 2:1 4:1 5:1 10:1 20:1 25:1 40:1 50:1 100:1

Chú ý : Tỉ lệ ưu tiên 1 : 1; tỉ lệ thường dùng 1 : 2 và 2 : 1.Ngoài các tỷ lệ đã cho trong bảng có thể dùng thêm các tỷ lệ 50:1, 100:1.

1.3.4. Biểu tượng

Trong bản vẽ có kí hiệu biểu tượng (hình 1.4) :a. Hệ hình chiếu châu Âu (hệ thống tiêu chuẩn ISO), Việt nam (TCVN).b. Hệ hình chiếu châu Mỹ.c. Nếu trên bản vẽ không ghi biểu tượng thì đó là kí hiệu quy ước hệ

hình chiếu ISO hoặc TCVN.

1.3.5. Đường nét

Đường nét trên bản vẽ kỹ thuật theo TCVN 8 - 85, cho trong bảng 1.5.

9

Nét cơ bản

Nét liền mảnh

Nét lượn sóng

Nét đứt

Nét chấm gạch

Nét cắt

Nét ngắt

Bảng 1.5. Đường nét trên bản vẽ kỹ thuật (TCVN 8 - 85)

Tên nét vẽ Hình dạng Kích thước ứng dụng

28 13

35203

0

34820

b=0,61,5

b/4b/3

b/2

1,5 b

Đường bao, giao tuyến (thấy), mặt cắt rời, hình cắt...

Đường dóng, đường kích thước, đường gạch cắt, chi tiết phụ...

Đường cắt lìa, phân cách giữa hình chiếu và hình cắt

Đường khuất, giao tuyến khuất

Đường trục, đường tâm, đường biểu diễn vị trí giới hạn chi tiết

chuyển động...

Đường cắt

Đường cắt lìa

b/4b/3

b/4b/3

b/4b/3

Hình 1.4. Kí hiệu biểu tượng a. Hệ hình chiếu Châu Âu (ISO), TCVN ; b. Hệ hình chiếu Châu Mỹ

a. b.

1.3.6. Chữ, số và dấu

Chữ viết, chữ số, dấu trên bản vẽ kỹ thuật theo TCVN 8-85 :

a ă â b c d đ e ê f g h i j k l m no ô ơ p q r s t u v w x y z

ầ ắ ẩ ẵ ậ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0a ă â b c d đ e ê f g h i k l m n

o ô ơ p q r s t u v w x y zầ ắ ẳ ẵ ậ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

a ă â b c d đ e ê f g h i j k l m no ô ơ p q r s t u v w x y z à á ả ã ạ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0+ - : / < >

1.3.7. Ký hiệu mặt cắt ngang vật liệu trên bản vẽ kỹ thuật trong (bảng 1.6)

10

...

...

.

Bảng 1.6. Ký hiệu mặt cắt vật liệu trên bản vẽ kỹ thuật

Tên vật liệu Mặt cắt Tên vật liệu Mặt cắt

Kim loại

Vật liệu phi kim loại

Gỗ

Gỗ dán

Bê tông

Bê tông cốt thép

Gạch

Vật liệu trong suốt

Chất lỏng

Vật liệu cách nhiệt (lớp)

Đất

Cát

‘. ‘ . ‘. ‘. ‘ . ‘.

.‘. ‘

_-_- _-__ - -

Trường Đại học Phương Đông

Khoa ...

Môn học

Công nghệ chế tạo Phôi

Bài tập số 1

Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo phôi Đúc

cho chi tiết số . . .

Người thực hiện :

Lớp :

Mã số sinh viên :

Người hướng dẫn :

Ngày hoàn thành :

Tháng ... năm 200 ...

11

Mẫu bìa(bìa ngoài, bìa trong)