TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ Nguyễn Văn Tường – Đặng Xuân Phương BÀI GIẢNG CHẾ TẠO MÁY 1 Nha Trang, 2013 2 Mục lục Chủ đề Trang Chủ đề 1: Thông số hình học của dao tiện và cơ sở vật lý quá trình cắt 5 1.1. Kết cấu của dao tiện đầu thẳng 5 1.2. Các bề mặt trên chi tiết gia công 5 1.3. Các mặt tọa độ 5 1.4. Thông số hình học của dụng cụ cắt ở trạng thái làm việc 7 1.5. Các chuyển động trong qúa trình cắt 8 1.6. Các yếu tố của chế độ cắt 8 1.7. Các thông số hình học của lớp phoi cắt 9 1.8. Biến dạng dẻo khi cắt kim loại 9 1.9. Cơ chế tạo phoi 10 1.10. Các dạng phoi cắt : 10 1.11. Hiện tượng lẹo dao (edge build up formation) 11 1.12. Hiện tượng cứng nguội : 12 1.13. Hiện tượng rung động: 13 Chủ đề 2: Nhiệt cắt, mài mòn dao và dung dịch trơn nguội 14 2.1. Nguồn nhiệt và sự phân bố nhiệt 14 2.2. Nhiệt cắt và ảnh hưởng của một số yếu tố đến nhiệt cắt: 14 2.3. Quá trình và nguyên nhân mài mòn của dao 16 2.4. Các dạng mài mòn và tiêu chuẩn mài mòn dao 16 2.5. Dung dịch trơn nguội. 17 Chủ đề 3: Tốc độ cắt và lực cắt 19 3.1. Thời gian gia công cơ bản trên máy To 19 3.2. Năng suất máy N 19 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt 20 3.4. Lực cắt 22 3.5. Công suất cắt 23 3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 23 3.7. Lựa chọn chế độ cắt khi tiện 25 3.8. Tính lượng chạy dao 26 Chủ đề 4: Quá trình công nghệ và chất lượng bề mặt chi tiết máy 28 4.1 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ: 28 3 4.2 Các thành phần của quy trình công nghệ 28 4.3. Dạng sản xuất : 29 4.4. Các phương pháp tổ chức sản xuất : 29 4.5. Các yếu tốt đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy 29 4.6 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đến khả năng làm việc của chi tiết máy. 30 4.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 31 Chủ đề 5: Độ chính xác gia công 35 5.1 Khái niệm độ chính xác gia công : 35 5.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ. 35 5.3 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công 36 5.4 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công 42 5.5 Điều chỉnh máy để đạt độ chính xác 42 Chủ đề 6: Gá đặt chi tiết gia công 44 6.1. Định nghĩa về chuẩn 44 6.2. Phân loại 44 6.3 Các nguyên tắc cần tuân thủ khi chọn chuẩn 44 6.4 Quá trình gá đặt chi tiết gia công 46 Chủ đề 7: Chọn phôi, chuẩn bị phôi và xác định lượng dư gia công 49 7.1 Các phương pháp chế tạo phôi. 49 7.2 Lượng dư gia công và xác định kích thước phôi. 50 7.3 Các phương pháp gia công chuẩn bị phôi 53 Chủ đề 8: Tiện 56 8.1 Các chuyển động tạo hình 56 8.2 Khả năng công nghệ 56 8.3 Máy và dụng cụ 56 8.4 Đồ gá và phương pháp gá đặt trên máy tiện: 61 8.4.1 Đồ gá 61 8.5 Các phương pháp cắt khi tiện: 66 Chủ đề 9: Bào - xọc và chuốt 67 9.1 Chuyển động tạo hình 67 9.2 Đặc điểm và khả năng công nghệ 67 9.3 Dụng cụ cắt: 68 9.4. Thiết bị 70 9.5 Gá đặt khi bào và xọc 71 4 Chủ đề 10: Khoan, khoét, doa, ta-rô 73 10.1 Khoan 73 10.2 Khoét : 75 10.3 Doa 76 10.4 Cắt ren trong bằng tarô 77 Chủ đề 11: Phay 79 11. 1 Các chuyển động tạo hình 79 11.2 Khả năng công nghệ 79 11.3 Máy, dụng cụ và các phương pháp phay 79 Chủ đề 12: Mài 91 12.1 Đặc điểm 91 12.2 Đá mài: 91 12.3 Chọn chế độ mài 92 12.4 Máy mài 92 12.5 Các phương pháp mài: 94 12.5 Đặc điểm chuyển động của mài 98 Chủ đề 13: Mài nghiền, mài khôn, mài siêu tinh 100 13.1 Mài nghiền (lapping) 100 13.2 Mài khôn (honing) 102 13.3 Mài siêu tinh (Superfinishing): 104 Chủ đề 14: Các phương pháp phi truyền thống 107 14.1. Gia công bằng tia lửa điện 107 14.2. Gia công bằng tia laser 112 14.3. Gia công bằng tia nước (Water jet machining) 117 14.4 Gia công bằng siêu âm (ultrasonic machining) 122 5 Chủ đề 1: Thông số hình học của dao tiện và cơ sở vật lý quá trình cắt 1.1. Kết cấu của dao tiện đầu thẳng Hình 1.1 Kết cấu của dao tiện. 1. Mặt trước; 2. Mặt sau chính; 3. Mặt sau phụ. 4. Mũi dao; 5. Lưỡi cắt phụ; 6. Lưỡi cắt chính. Dao tiện gồm hai phần chính: phần cắt (đầu dao) và phần thân. * Phần thân: dùng để gá dao vào bàn dao. * Phần cắt : có các lưỡi cắt trực tiếp làm nhiệm vụ cắt. Thông thường các mặt trên phần cắt là những mặt phẳng (có khi là mặt cong). Giao tuyến của chúng tạo thành các lưỡi cắt của dao. 1.2. Các bề mặt trên chi tiết gia công Trên chi tiết đang gia công người ta phân ra các bề mặt sau (hình 1.2) : Hình 1.2 Các bề mặt trên chi tiết gia công. 1. Bề mặt chưa gia công; 2. Bề mặt đang gia công; 3. Bề mặt đã gia công . 1.3. Các mặt tọa độ 1. Mặt phẳng cắt (mặt cắt): là mặt phẳng qua một điểm trên lưỡi cắt tiếp xúc với bề mặt đang gia công. 2. Mặt phẳng đáy: là mặt phẳng thẳng góc với véc tơ tốc độ cắt. Mặt đáy luôn vuông góc với mặt phẳng cắt. 3. Tiết diện chính: là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy. 4. Tiết diện phụ: là mặt phẳng thẳng góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy. 6 Hình 1.3 Các thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh Xét các góc độ của dao ở hai tiết diện chính và phụ như trên hình 1.4. Hình 1.4 Các góc độ của dao ở trạng thái tĩnh. -  : Góc trước chính . -  Góc sau chính. -  Góc sắc. -  Góc cắt. -  : Góc nghiêng chính. -  1 : Góc nghiêng phụ. -  Góc mũi dao. -  1 : Góc trước phụ. -  1 : Góc sau phụ. -  : Góc nghiêng của lưỡi cắt chính. Hình 1.5 Góc nghiêng của lưỡi cắt chính. 7 1.4. Thông số hình học của dụng cụ cắt ở trạng thái làm việc 1.4.1. Trục thân dao không thẳng góc với đường tâm máy (chi tiết) Hình 1.6 Gá trục dao không thẳng góc với đường tâm chi tiết. Khi làm việc, nếu gá dao nghiêng với tâm chi tiết một góc  thì ,  1 sẽ thay đổi. Trường hợp hình (1.6 b) thì :  ’ =  - (90 0 - ) ;  ‘ 1 =  + (90 0 - ) Trường hợp hình (1.6c) thì :  ’’ =  + (90 0 - );  ‘’ 1 =  - (90 0 - ) 1.4.2. Đỉnh dao gá cao hoặc thấp hơn tâm chi tiết Hình 1.7 Gá đỉnh dao cao hoặc thấp hơn tâm chi tiết a- Góc độ của dao trong mặt cắt X-X và Y-Y; b- Gá mũi dao ngang tâm. c- Gá mũi dao cao hơn tâm chi tiết; d- Gá mũi dao thấp hơn tâm chi tiết Khi gá dao thấp hơn tâm :  = const,  1y =  y + ,  1y =  y - ; Khi gá dao cao hơn tâm :  = const,  1y =  y - ,  1y =  y + . 1.4.3. Ảnh hưởng của chuyển động chạy dao Gọi lần lượt là véc tơ tốc độ của chuyển động quay tròn và chuyển động chạy dao. 8 a. Ảnh hưởng của chạy dao dọc (hình 1.8b): S d - lượng chạy dao dọc (mm/vòng); D - đường kính chi tiết. Ta có quan hệ:  dx =  x -  x ,  dx =  x +  x ; a ) b) Hình 1.8 Ảnh hưởng của chuyển động chạy dao đến các góc của dao. b. Ảnh hưởng của chạy dao ngang (hình 1.8a): : Véc tơ tốc độ của chuyển động chạy dao ngang. S n : Lượng chạy dao ngang (mm/vòng). Ta có quan hệ :  dy =  y -  y ,  dy =  y +  y . 1.5. Các chuyển động trong qúa trình cắt Trong cắt gọt kim loại người ta chia ra các chuyển động tạo hình thành các chuyển động sau : - Chuyển động chính: là chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt. - Chuyển động phụ (hay còn gọi là các chuyển động chạy dao): là các chuyển động tạo ra năng suất và độ bóng bề mặt gia công. 1.6. Các yếu tố của chế độ cắt a. Tốc độ cắt V : Tốc độ cắt là khoảng dịch chuyển tương đối của lưỡi cắt với bề mặt chi tiết gia công theo hướng chuyển động chính trong một đơn vị thời gian. 9 b. Chiều sâu cắt t : Là chiều sâu lớp kim loại được cắt đi sau một lần chạy dao, đo theo phương thẳng góc với bề mặt gia công. c. Lượng chạy dao S : Là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy dao sau một vòng quay của chi tiết gia công (mm/vòng) và được gọi là lượng chạy dao vòng Sv. Ngoài ra người ta còn sử dụng lượng chạy dao phút Sph (mm/ph), lượng chạy dao giây Ss (mm/s). 1.7. Các thông số hình học của lớp phoi cắt Giả sử sau một vòng quay của phôi, dao dịch chuyển từ vị trí B sang vị trí A như hình 1.9: - a: Chiều dày của lớp phoi cắt a (chiều dày cắt) - b: Chiều rộng cắt Nếu lưỡi cắt thẳng, mũi dao gá ngang tâm chi tiết,  = 0 thì : b =t/sin; a = S.sin ; Diện tích lớp phoi cắt : F = a.b = S.t Hình 1.9 Các thông số hình học lớp phoi cắt. 1.8. Biến dạng dẻo khi cắt kim loại Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, tùy theo mức độ của lực tác dụng mà kim loại có thể bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo hoặc bị phá hủy. Quan hệ lực tác dụng P và biến dạng l theo định luật Húc như hình 1.10. 10 Hình 1.10 Biểu đồ biến dạng kim loại. 1.9. Cơ chế tạo phoi Khi cắt, dưới tác dụng của lực cắt P, dao bắt đầu nén vật liệu gia công theo mặt trước; dao tiếp tục chuyển động thì trong vật liệu gia công sinh ra biến dạng đàn hồi, biến dạng này nhanh chóng chuyển sang biến dạng dẻo và một lớp phoi có chiều dày a f được hình thành từ lớp kim loại bị cắt có chiều dày a (a f > a). Lớp phoi này sẽ di chuyển dọc theo mặt trước của dao. Giữa phoi và lớp kim loại được cắt có một khu vực biến dạng mà người ta gọi đó là miền tạo phoi. Hình 1.11 Qúa trình hình thành phoi cắt 1.10. Các dạng phoi cắt : - Phoi vụn : - Phoi xếp : - Phoi dây: [...]... Lực đẩy để thoát phoi theo mặt trước Khi T  Q + S thì có lẹo dao Hình 1. 13 Lẹo dao Có hai loại lẹo dao : - Lẹo dao ổn định - Lẹo dao chu kỳ 1. 11. 2 Những nhân tố ảnh hưởng đến lẹo dao 1 Tốc độ cắt V: 2 Chiều dày cắt a 3 Vật liệu gia công 11 4 Góc trước a) b) Hình 11 .14 Ảnh hưởng của tốc độ cắt (a) và chiều dày cắt (b) đến lẹo dao 1. 11. 3 Tác dụng của lẹo dao - Tác dụng tốt : + Bảo vệ mũi dao, thay mũi...Hình 1. 12 Các dạng phoi cắt a Phoi vụn; b Phoi xếp; c Phoi dây 1. 11 Hiện tượng lẹo dao (edge build up formation) 1. 11. 1 Hiện tượng và điều kiện hình thành: Khi cắt kim loại dẻo, dưới một điều kiện nhất định, ở phần mặt trước sát mũi dao có một lớp kim loại có cấu... đảm bảo hướng phun - Dung dịch bắn tung té, khó che đậy 17 Hình 2.8 Sử dụng dung dịch trơn nguội 18 Chủ đề 3: Tốc độ cắt và lực cắt 3 .1 Thời gian gia công cơ bản trên máy To Thời gian gia công cơ bản là thời gian cần thiết để máy cắt gọt hết chiều dài gia công Xét sơ đồ tiện như hình 4 .1 thì : Trong đó : - L = l + l1 + l2 (mm): chiều dài tổng cộng l1 = t cotg : lượng ăn tới của dao l2 = 2 - 5 mm : lượng... K: hệ số phụ thuộc cách gá đặt Khi gá trên mâm cặp thì K=3, một đầu mâm cặp một đầu chống tâm thì K =10 0, hai đầu chống tâm thì K=48 Nếu Py = 1/ 2 Pz thì Q = 1, 1.PZ 1, 1 Cpz txpz.Sypz.Vnpz.Kpz/kEJ  [f] Vậy : (mm/vòng) Lấy S = min (S1, S2, S3) làm trị số an toàn sau đó chọn lượng chạy dao thực có trên máy Sm  S * Nếu là dao hợp kim cứng thì phải kiểm tra sức bền mảnh hợp kim hàn vào thân dao Khi tiện... Modun chống uốn u = Mu/Wu = 6.Pz.l/BH2  [u] Hay Cpz txpz.S1ypz Vnpz Kpz.6l  [u ]BH2 Vậy (mm/vòng) b Tính s theo sức bền cơ cấu chạy dao: Muốn cơ cấu chạy dao làm việc được thì: Px + f (Pz + Py)  [Px] Với f - Hệ số ma sát giữa xe dao và sống trượt, thường f = 0 ,1 Vì Py/Pz = 1/ 2, Px/Pz = 1/ 3 nên [Px] Px + 0 ,1 (3/2 Px + 3 Px) = 1, 45 Px = 1, 45 Cpx.txpx Sypx2 Vnpx.Kpx Vậy (mm/vòng) c Chọn s theo độ... tiết máy 4 .1 Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ: Quá trình sản xuất là qúa trình con người tác động vào tài nguyên thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm cho xã hội Trong một nhà máy cơ khí thì quá trình sản xuất là tổng hợp các hoạt động để biến nguyên vât liệu thành sản phẩm, bao gồm: chế tạo phôi, gia công cơ, gia công nhiệt hóa, lắp ráp và hàng loạt quá trình phụ như: vận chuyển, chế tạo đồ... theo phương pháp này máy và dao đã được điều chỉnh trước (hình 5 .1) 35 Hình 5 .1 Ưu, nhược điểm của phương pháp tự động đạt kích thước: - Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm phế phẩm - Năng suất cao vì chỉ cắt một lần là đạt kích thước - Nâng cao hiệu quả kinh tế Phương pháp này cũng có một số hạn chế về mặt hiệu quả kinh tế nếu loại sản xuất bé vì : - Phí tổn về việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như... tạo nên các mặt mới) Q4 Phương trình cân bằng nhiệt: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Hoặc biểu diễn theo phương trình cân bằng nhiệt sau: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Qf + QCT + Qd + QKK Trong đó : Qf là lượng nhiệt ở phoi Qd là lượng nhiệt ở dao QCT là lượng nhiệt chi tiết QKK là lượng nhiệt ở không khí Hình 2 .1 2.2 Nhiệt cắt và ảnh hưởng của một số yếu tố đến nhiệt cắt: Nhiệt tập trung chủ yếu ở 3 khu vực (hình 2 .1) ... trình công nghệ 1 Nguyên công: là một phần của QTCN, nó được hoàn thành liên tục tại một địa điểm làm việc do một hoặc một nhóm công nhân thực hiện Ví dụ : tiện trục bậc như hình 4 .1 : Hình 4 .1 - Kẹp một đầu trong mâm cặp và đầu kia chống tâm, gia công hai mặt B, C - Trở đầu và gia công tiếp tại máy đó bề mặt A Vậy cả ba mặt A, B, C được gia công liên tục tại một địa điểm, trên một máy nên cả ba bề... Khi gia công thô S bị hạn chế bởi: - Sức bền thân dao (S1), - Sức bền cơ cấu chạy dao (S2), - Độ cứng vững của chi tiết gia công (S3 ) Lấy S = min (S1, S2, S3) làm trị số an toàn sau đó chọn lượng chạy dao thực có trên máy Sm  S Khi tiện tinh cần chọn s theo độ nhám 7.4 Tính chọn V và số vòng quay : Số vòng quay: So sánh số vòng quay tính được với số vòng quay thực trên máy Chọn nthực gần với ntính . nghệ 79 11 .3 Máy, dụng cụ và các phương pháp phay 79 Chủ đề 12 : Mài 91 12 .1 Đặc điểm 91 12 .2 Đá mài: 91 12 .3 Chọn chế độ mài 92 12 .4 Máy mài 92 12 .5 Các phương pháp mài: 94 12 .5 Đặc điểm. xọc 71 4 Chủ đề 10 : Khoan, khoét, doa, ta-rô 73 10 .1 Khoan 73 10 .2 Khoét : 75 10 .3 Doa 76 10 .4 Cắt ren trong bằng tarô 77 Chủ đề 11 : Phay 79 11 . 1 Các chuyển động tạo hình 79 11 .2. 1. 6. Các yếu tố của chế độ cắt 8 1. 7. Các thông số hình học của lớp phoi cắt 9 1. 8. Biến dạng dẻo khi cắt kim loại 9 1. 9. Cơ chế tạo phoi 10 1. 10. Các dạng phoi cắt : 10 1. 11. Hiện tượng lẹo