MỤC LỤC
MỤC LỤC…1
LỜI NÓI ĐẦU…2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU…4
1.1 Tổng quan về tối ưu hóa kết cấu. 4
1.1.1 Đặt vấn đề: 4
1.1.2 Khái niệm về tối ưu hóa kết cấu. 4
1.1.3 Một số ứng dụng về tối ưu hóa kết cấu. 9
1.1.4 Các điểm nóng trong tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho AM ………… 12
1.2 Các giải pháp tối ưu hóa kết cấu. 19
1.2.1 Đặc điểm của bài toán tối ưu hóa kết cấu. 19
1.2.2 Ưu nhược điểm của các phương pháp tối ưu kết cấu hiện nay. 19
CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU CHI TIẾT KHUNG HỘP. 22
2.1 Mô phỏng tối ưu hóa kết cấu. 22
2.2 Kết quả mô phỏng tối ưu hóa kết cấu. 23
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT KHUNG HỘP. 24
3.1 Phân tích sản phẩm và chọn phôi 24
3.1.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của chi tiết “Khung hộp”. 24
3.1.3 Xác định dạng sản xuất. 24
3.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi. 26
3.2.1 Chọn phôi. 26
3.2.2 Các bước đúc mẫu chảy từ công nghệ IN 3D FDM.. 27
3.3 Thiết kế tiến trình công nghệ gia công. 28
3.3.1 Phân tích và chọn lựa chuẩn gia công. 28
3.3.2 Chọn chuẩn thô. 28
3.3.3 Chọn chuẩn tinh. 29
3.3.4 Phân tích, lựa chọn đường lối công nghệ và phương pháp gia công. 29
3.3.5 Xác định trình tự công nghệ. 30
3.4 Lập tiến trình công nghệ. 31
3.5 Thiết kế nguyên công. 37
3.6 Xác định lượng dư gia công cho các bề mặt gia công. 60
3.6.1 Xác định lượng dư cho bề mặt đầu chi tiết. 61
3.6.2 Tra lượng dư cho các bề mặt còn lại. 62
3.7 Tính chế độ cắt cho các nguyên công phay tinh bề mặt. 63
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHO CÁC NGUYÊN CÔNG 68
4.1 Nguyên công 4: Phay CNC mặt I………………………..…………….68
KẾT LUẬN…………………………………………………………..……83
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………..…....84
LỜI MỞ ĐẦU
Đồ án tốt nghiệp được xem như là bước cuối cùng để hoàn thành sau 5 năm học tập và nghiên cứu ngành cơ khí chuyên ngành chế tạo máy. Nó là tổng hợp của tất cả những kiến thức suốt quá trình học tập từ các môn cơ sở ngành đến các môn chuyên ngành thể hiện được trình độ, cũng như kỹ năng của người kỹ sư cơ khí tương lai. Đồ án tốt nghiệp nó bao quát tất cả các kiến thức và sát với thực tế. Sau khi xác định được đề tài của đồ án tốt nghiệp: “Khung hộp”.
Trong quá trình tham gia thực hiện tại công ty được phân công thì việc thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài được giao là rất quan trọng, giúp cho việc làm đồ án sát với những công việc mà sau này ra trường sinh viên sẽ đảm nhận. Chính vì vậy, dưới sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo : TS……………., cán bộ trong công ty thực tập cũng như sự nghiên cứu của bản thân đã hoàn thiện được việc thu thập tài liệu đồ án tốt nghiệp theo như yêu cầu của giáo viên hướng dẫn đề ra. Tuy nhiên những gì tổng hợp được vẫn còn rất hạn chế vì vậy rất mong sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Dưới đây là quá trình tìm hiểu và thiết kế chế tạo của chúng em, rất mong được xem xét phê bình và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU
1.1 Tổng quan về tối ưu hóa kết cấu
1.1.1 Đặt vấn đề:
Trong thời đại công nghiệp hóa đất nước đặc biết với việc phát triển công nghệ cao chúng ta đang sống trong thời đại 4.0 và đang tiến vào kỷ nguyên của thời đại 5.0 chúng ta có thể thấy các tập đoàn công nghệ lớn họ đang muốn chinh phục vũ trụ với những tàu du hành, máy bay không người lái, các tòa nhà trọc trời, các linh kiện máy móc được áp dụng trong sản xuất với tải trọng siêu nhẹ và độ bền cực cao việc đó cần đòi hỏi các kỹ sư nghiên cứu phát triển các cơ cấu có cấu trục được tối ưu hóa kết cấu vậy tối ưu hóa liên kết được phát triển như một phương pháp thiết kế cấu trúc tiên tiến để tạo ra các cấu hình nhẹ và hiệu suất cao sáng tạo.
1.1.2 Khái niệm về tối ưu hóa kết cấu
- Tối ưu hóa kết cấu liên kết trừu tượng được phát triển như một phương pháp thiết kế cấu trúc tiên tiến để tạo ra các cấu hình nhẹ và hiệu suất cao sáng tạo khó đạt được với ý tưởng thông thường.
- Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing, AM) là một phương thức chế tạo sản phẩm bằng cách “đắp” từng lớp vật liệu lên nhau, mô phỏng theo thiết kế đã được vẽ sẵn trên phần mềm CAD. Sản xuất bồi đắp liên quan đến sản xuất kỹ thuật số trực tiếp của sản phẩm, được áp dụng rộng rãi cho các ứng dụng chung trong kinh doanh, công nghiệp, giáo dục, nghiên cứu, hoạch định chính sách.
- Trong ba thập kỷ qua, một số phương pháp tối ưu hóa cấu trúc liên kết đã được đề xuất, trong đó phương pháp dựa trên mật độ, tối ưu hóa cấu trúc tiến hóa (ESO), phương pháp thiết lập mức (LSM) là những phương pháp tiêu biểu nhất. Trong phương pháp dựa trên mật độ, bài toán tối ưu rời rạc 0-1 được chuyển thành bài toán tối ưu liên tục để nới lỏng dạng thiết kế nhị phân.
1.1.3 Một số ứng dụng về tối ưu hóa kết cấu
- Sản xuất phụ gia (AM), còn được gọi là in 3D, sản xuất các bộ phận thông qua việc ghép từng lớp vật liệu. AM mở ra khả năng sản xuất các cấu trúc phức tạp, đặc biệt là đối với các cấu trúc tối ưu hóa cấu trúc liên kết. Không có công cụ bổ sung, khuôn mẫu và quy trình phức tạp, AM linh hoạt cho bất kỳ cấu trúc phức tạp nào, điều này không chỉ tiết kiệm chi phí sản xuất mà còn rút ngắn chu kỳ sản xuất, đặc biệt là trong tạo mẫu nhanh và sản xuất hàng loạt nhỏ.
1.1.4 Các điểm nóng trong tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho AM
Việc xây dựng lại các sơ đồ tối ưu hóa cấu trúc liên kết, sản xuất phụ gia trực tiếp cho các ứng dụng là phương tiện chính để đạt được thiết kế và sản xuất tối ưu hóa nhanh chóng trong ngành. Để tiếp tục tận dụng tối đa lợi thế của cả tối ưu hóa cấu trúc liên kết và AM, nghiên cứu hiện tại về tối ưu hóa cấu trúc liên kết cho AM chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh: một là thiết kế cấu trúc đa quy mô/đa phân cấp sản xuất bồi đắp, và cách khác là tích hợp các ràng buộc thiết kế AM vào tối ưu hóa cấu trúc liên kết để đạt được tích hợp sản xuất và thiết kế sản phẩm.
1.1.4.1 Tối ưu hóa thiết kế đa quy mô/đa phân cấp kết cấu
Là một loại cấu trúc nhẹ và đa chức năng (độ bền cụ thể, nhiệt, tiêu tán năng lượng, độ rung, v.v.), cấu trúc mạng tinh thể cũng như cấu trúc vi xốp ngày càng thu hút được nhiều sự chú ý của các nhà nghiên cứu. Hình 1.7 cho thấy một số cấu trúc mạng với các cấu hình khác nhau. Không chỉ các quy trình phức tạp mà thời gian làm việc dài được yêu cầu để sản xuất các cấu trúc lưới thông qua các kỹ thuật thông thường (gia công, hàn, dệt, v.v.).
1.2 Các giải pháp tối ưu hóa kết cấu
1.2.1 Đặc điểm của bài toán tối ưu hóa kết cấu
- Tối ưu hóa kết cấu có một số đặc điểm sau:
+ Tính phi tuyến: Có thể là tuyến tính (Bài toán dàn, khung đơn giản) nhưng đa số là phi tuyến (bài toán thanh, khung, tấm …).
+ Tính tường minh: Có thể tường minh (Bài toán dàn) nhưng đa số không thể viết hàm ràng buộc tường minh.
+ Tính đa biến: Chủ yếu là tối ưu hóa hàm nhiều biến.
+ Tính rời rạc của biến: Chủ yếu là biến rời rạc.
1.2.2 Ưu nhược điểm của các phương pháp tối ưu kết cấu hiện nay.
* Phương pháp tìm kiếm trực tiếp:
o Thuận lợi khi giải bài toán tối ưu rời rạc.
o Tối ưu được bài toán tuyến tính lẫn phi tuyến.
* Phương pháp đồ thị:
o Chỉ tối ưu tuyến tính, bài toán tối đa hai biến.
o Tìm được nghiệm tối ưu toàn miền .
o Phải vẽ đồ thị, chỉ tối ưu kết cấu đơn giản (bài toán dàn đơn giản).
o Không thể tự động hóa quá trình tối ưu.
* Phương pháp tuyến tính hóa
o Có thể tối ưu phi tuyến, có thể tối ưu hàm nhiều biến.
o Tìm được nghiệm toàn miền .
o Đòi hỏi các hàm phải tường minh.
o Độ chính xác tối ưu thấp.
CHƯƠNG 2: TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU CHI TIẾT KHUNG HỘP
2.1 Mô phỏng tối ưu hóa kết cấu
Các cấu trúc liên kết phức tạp, bao gồm cấu trúc xốp, cấu trúc mạng tinh thể, cấu trúc tế bào, v.v. phổ biến trong môi trường tự nhiên. Hầu hết các cấu trúc phức tạp này thuộc về các dạng hình học khác không, có nhiều lỗ hoặc khoảng trống. sự phức tạp mang lại những lợi ích to lớn cho các thuộc tính. Trước hết, với sự trợ giúp của số lượng lớn các lỗ, trọng lượng của mô hình hình học có thể giảm đáng kể; Trong khi đó, việc tiêu thụ năng lượng, vật chất và thời gian sản xuất cũng có thể được giảm. Thứ hai, do sự tương đồng với cấu trúc tự nhiên, xốp các tính năng của cấu trúc cấu trúc liên kết phức tạp có thể được áp dụng như cấy ghép của con người hoặc giàn giáo cho kỹ thuật mô.
2.2 Kết quả mô phỏng tối ưu hóa kết cấu
Việc phân tích và thiết kế tối ưu hóa là rất quan trọng công nghệ trong phương pháp thiết kế cấu trúc liên kết phức tạp. Tuy nhiên, phần tử hữu hạn được ứng dụng phổ biến nhất phương pháp rất tốn thời gian. Và chia lưới quá trình có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích cuối cùng. Các cấu trúc phức tạp càng làm trầm trọng thêm gánh nặng của các phép tính. Một nền tảng phân tích nhẹ và thuận tiện nên được phát triển để thu thập hiệu quả các kết quả tính toán.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT KHUNG HỘP
3.1 Phân tích sản phẩm và chọn phôi
Dựa vào bản vẽ chi tiết Khung ta nhận thấy:
- Chi tiết có hình dạng càng, có nhiều lỗ và khoảng trống để lắp ghép.
- Chi tiết có chiều dài lớn nhất là 65 mm, gia công đạt cấp độ nhám 7
- Đường kính lỗ lớn nhất 11,5 mm, gia công đạt cấp độ nhám 8
- Đường kính lỗ ren nhỏ nhất 2,5 mm, gia công đạt cấp độ nhám 8
- Thành trong của chi tiết có hốc rộng 40.5mm, gia công đạt cấp độ nhám 6
- Các lỗ nhỏ được khoan suốt và taro ren.
Nhận xét: Chi tiết “Khung hộp” thuộc dạng chi tiết điển hình dạng càng, nhiều lỗ và chỗ trống.
3.1.1 Phân tích yêu cầu kỹ thuật của chi tiết “Khung hộp”.
Từ hình dạng, kích thước và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết ta đưa ra nhận xét sau:
- Do chi tiết cần gia công có dạng hộp, chiều dài 68mm, đường kính nhỏ nhất 6.5mm. Với tỷ lệ kích thước của chi tiết cho thấy chi tiết hoàn toàn đủ độ cứng vững khi gia công.
- Vật liệu chế tạo chi tiết là Thép 20X13II, là một loại thép không rỉ trọng lượng nhẹ với độ bền cao. Khả năng công nghệ của các phương pháp khoan, doa và phay hoàn toàn có thể gia công được chi tiết theo phương án ta đã đưa ra.
3.1.3 Xác định dạng sản xuất.
Mass: khối lượng chi tiết kí hiệu Q (g)
Volume: Thể tích chi tiết, kí hiệu V (mm3)
Density: Khối lượng riêng của chi tiết (g/mm3)
Sử dụng phần mềm Fusion 360 trong thiết kế và tính toán.
Vậy khối lượng của chi tiết Q = 61,696 (g)
Cho nên dạng sản xuất của chi tiết yêu cầu là hàng đơn chiếc (bảng 1-1/trang 19, Công nghệ chế tạo máy – NXB Khoa học – Kĩ thuật).
3.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi.
3.2.1 Chọn phôi.
- Vật liệu được sử dụng là Thép 20X13II là là một loại thép không rỉ trọng lượng nhẹ với độ bền cao
- Thép 20X13II thường được sử dụng cho khung vỏ máy móc, do yêu cầu về độ cứng chống uốn, quan trọng hơn độ bền kéo, ví dụ như khối xi lanh động cơ đốt trong, vỏ bơm, thân van, hộp điện và khối đúc trang trí
Kết luận: Việc chọn vật liệu là Thép 20X13II là phù hợp với chi tiết yêu cầu của ta. Bởi vì nó đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật chi tiết, chức năng làm việc, cũng như tính công nghệ.
3.2.2 Các bước đúc mẫu chảy từ công nghệ IN 3D FDM
- Bước 1: Set up bản vẽ trên phần mềm Cura 5.0
Do yêu cầu chỉ cần giữ được đúng form từ chi tiết, nên em lựa chọn set up các tường dày của chi tiết mẫu là 2mm, phù hợp để nung chảy nhựa nhanh
- Bước 4: Ta dải 1 lớp thạch cao, cao 1/3 lên rồi đặt chi tiết in 3D vào, xong ta lấp thạch cao và nén chặt.
- Bước 5: Đem cốc sắt đi nung chảy, do nhiệt độ của lò nung cao khiến thạch cao khô và cứng lại, nhựa chảy ra theo rãnh thoát nhựa ra ngoài.
- Bước 6: Đem khuôn vừa làm đi đổ khuôn chi tiết khung đỡ.
- Bước 7: Để tách được chi tiết mới đúc ra khỏi khuôn, ta đem ngâm nước, khuôn tự động rã thành bột.
3.3 Thiết kế tiến trình công nghệ gia công.
3.3.1 Phân tích và chọn lựa chuẩn gia công.
- Khi chọn chuẩn để gia công, ta phải xác định chuẩn cho nguyên công đầu tiên và chuẩn cho nguyên công tiếp theo. Thông thường, chuẩn dùng cho nguyên công đầu tiên là chuẩn thô, còn chuẩn dùng cho các nguyên công tiếp theo là chuẩn tinh.
- Mục đích của việc chọn chuẩn là để đảm bảo:
+ Chất lượng chi tiết trong quá trình gia công.
+ Nâng cao năng suất và giảm giá thành.
3.3.2 Chọn chuẩn thô.
- Chuẩn thô thường được dùng ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công cơ. Việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, có ảnh hưởng đến các nguyên công tiếp theo và độ chính xác gia công của chi tiết.
- Hai yêu cầu khi chọn chuẩn thô:
+ Đảm bảo phân bố đủ lượng dư cho các bề mặt gia công.
+ Đảm bảo chính xác vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công với các bề mặt sắp gia công.
3.3.3 Chọn chuẩn tinh.
- Chọn chuẩn tinh phải đảm bảo chất lượng của chi tiết sau khi gia công.
- Khi chọn chuẩn tinh người ta đưa ra 5 nguyên tắc sau:
+ Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính, khi đó chi tiết lúc gia công sẽ có vị trí tương tự lúc làm việc. Vấn đề này rất quan trọng khi gia công tinh.
+ Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng gốc kích thước để sai số chọn chuẩn bằng 0.
+ Chọn chuẩn sao cho khi gia công chi tiết không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp. Mặt chuẩn phải đủ diện tích định vị.
3.3.4 Phân tích, lựa chọn đường lối công nghệ và phương pháp gia công.
- Khi xác định trình tự các nguyên công cần theo các nguyên tắc sau:
+ Nghiên cứu để chọn chuẩn thô và cách thực hiện nguyên công thứ nhất cẩn thận.
+ Tiếp đó, xác định trình tự các nguyên công và cách chọn chuẩn tinh.
+ Căn cứ vào cấp độ nhám bề mặt và cấp độ chính xác yêu cầu mà phương pháp gia công lần cuối của các bề mặt quan trọng.
3.3.5 Xác định trình tự công nghệ.
Sau khi nghiên cứu chi tiết ta chọn tổ chức phương án gia công cho các bề mặt như hình.
3.4 Lập tiến trình công nghệ.
Tiến trình công nghệ gia công chi tiết như bảng 2.1.
3.5 Thiết kế nguyên công.
a. Nguyên công 1: Phay CNC mặt B
- Chọn chuẩn ( thô ) : Mặt A của phôi.
- Đồ gá: Ê tô.
- Định vị: Phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, má tĩnh ê tô khống chế 2 bậc tự do.
- Kẹp chặt: Phôi được kẹp chặt bằng lực kẹp của eto.
- Thiết bị công nghệ: Máy CNC
- Dụng cụ cắt: Dao phay ngón.
- Số lần gá đặt: 1
c. Nguyên công 3: Khoan lỗ phi 11,5 mặt G.
- Chọn chuẩn: Mặt phẳng B của phôi
- Đồ gá: Êtô
- Định vị: Phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, má tĩnh ê tô khống chế 2 bậc tự do
- Kẹp chặt: Phôi được kẹp chặt bằng lực kẹp của má động eto
- Thiết bị công nghệ: Máy CNC
- Dụng cụ cắt: Mũi khoan có gắn mảnh hợp kim
- Số lần gá đặt: 1
e. Nguyên công 5: Khoan CNC Lỗ phi 4 mặt K.
- Chọn chuẩn: Mặt B của phôi
- Đồ gá: Bàn gá nghiêng chữ L chốt định vị xọc ngang qua lỗ 11,5 mm .
- Định vị: Phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, 1 chốt trụ có ren khống chế 2 bậc tự do, 1 chốt tỳ cầu định vị mặt bên khống chế 1 bậc tự do
- Kẹp chặt: Phôi được kẹp chặt bằng lực xiết của cơ cấu bu lông đai ốc
- Thiết bị công nghệ: Máy CNC
- Dụng cụ cắt: Mũi khoan có gắn mảnh hợp kim
- Số lần gá đặt: 1
g. Nguyên công 7: Khoan CNC lỗ xiên phi 9 mặt L
- Chọn chuẩn: Mặt phẳng B của phôi
- Đồ gá: Bàn nghiêng chữ L, chốt trụ xọc xuyên qua các lỗ ren M2.5
- Định vị: Phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, 1 chốt tỳ trụ cố định vị lỗ phi 11,5 khống chế 2 bậc tự do, 1 chốt tỳ trám định vị lỗ phi 4 mặt K khống chế 1 bậc tự do
- Kẹp chặt: Phôi được kẹp chặt bằng lực xiết của cơ cấu bu lông đai ốc
- Thiết bị công nghệ: Máy CNC
- Dụng cụ cắt: Mũi khoan có gắn mảnh hợp kim
- Số lần gá đặt: 1
j. Nguyên công 9: Khoan CNC 2 lỗ phi 2 và taro M2,5 mặt I.
- Chọn chuẩn: Mặt phẳng B của phôi
- Đồ gá: Bàn gá nghiêng chữ L chốt định vị xọc ngang qua lỗ 11,5 mm .
- Định vị: Phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, 1 chốt trụ có ren khống chế 2 bậc tự do, 1 chốt trám khống chế 1 bậc tự do vào lỗ phi 4
- Kẹp chặt: Phôi được kẹp chặt bằng lực xiết của cơ cấu bu lông đai ốc
- Thiết bị công nghệ: Máy CNC
- Dụng cụ cắt: Mũi khoan có gắn mảnh hợp kim
- Số lần gá đặt: 1
k. Nguyên công 10: Kiểm tra chi tiết
3.6 Xác định lượng dư gia công cho các bề mặt gia công.
Khi xác định lượng dư gia công cho các bề mặt cần căn cứ vào:
- Vật liệu chi tiết.
- Phôi và phương pháp chế tạo phôi.
- Tiến trình công nghệ gia công bề mặt.
- Sơ đồ gá đặt chi tiết gia công bề mặt được chỉ định tính toán lượng dư.
- Kích thước và yêu cầu kĩ thuật đối với bề mặt gia công.
3.6.1 Xác định lượng dư cho bề mặt đầu chi tiết.
- Yêu cầu kỹ thuật:
+ Nhám bề mặt đạt Ra 1,25.
+ Cấp chính xác đạt cấp 7.
+ Vật liệu chế tạo là gang xám 15-32
- Các nguyên công trải qua khi gia công khỏa mặt đầu là:
+ Phay khỏa mặt đầu chi tiết.
+ Đảo gá phay khỏa mặt đầu chi tiết.
Phay tinh: D2max = 24,005 + 0,247 = 24,252 (mm).
Phôi: D1max = 24,252 + 0,659 = 24.911 (mm).
- Cột dung sai: Cột dung sai được ghi theo dung sai của từng nguyên công.
- Cột kích thước giới hạn: Dmax nhận được bằng cách làm tròn kích thước tính toán với con số có nghĩa của dung sai của bước tương ứng theo chiều giảm, còn Dmin nhận được bằng cách lấy hiệu của Dmax với dung sai của bước tương ứng:
- Cột lượng dư giới hạn được xác định như sau:
+ 2Zmax : là tổng các kích thước giới hạn lớn nhất.
+ 2Zmin : là tổng các kích thước giới hạn nhỏ nhất.
3.6.2 Tra lượng dư cho các bề mặt còn lại.
Căn cứ vào phương pháp chế tạo phôi tra lượng dư cho các bề mặt còn lại như bảng 2.15.
3.7 Tính chế độ cắt cho các nguyên công phay tinh bề mặt.
- Bước gia công phay tinh.
+ Chiều sâu cắt: Do bề mặt gia công có dạng phẳng nên lượng dư gia công phay tinh tính theo phương vuông góc với bề mặt là 3,113 mm nên chọn t = 1,556 mm.
+ Lượng chạy dao: Theo bảng 5-12 (Sổ tay CNCTM-T2): ta tra được S = 0,31 mm/v.
Thay các số liệu đã tìm được vào công thức tính v ta có: vt = 67 [m/p]. (Với kí hiệu vt là vận tốc cắt tính toán).
+ Số vòng quay tính toán của trục chính:
Chọn theo máy nm = 710 [v/p].
- Công suất cắt:
Công suất cắt được tính theo công thức: N = 0,93 (KW)
- Thời gian gia công:
Như vậy ta có T0 = 0,7 [ph].
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHO MỘT NGUYÊN CÔNG ĐIỂN HÌNH
4.1 Nguyên công 4: Phay CNC mặt I
Trong nội dung này chúng ta sẽ thiết kế đồ gá cho nguyên công phay khỏa mặt đầu chi tiết. Nội dung bao gồm: Thiết kế đồ gá, nguyên lí làm việc của đồ gá. Đồ gá phay được dùng trên máy CNC để xác định vị trí tương đối giữa phôi và dao phay, đồng thời để kẹp chặt chi tiết để phay mặt I.
a. Xác định máy:
Chúng ta đã xác định máy cho nguyên công phay mặt đầu là máy phay CNC với số hiệu chính như sau:
- Máy: Theo sổ tay CNCTM ta chọn máy cho phay mặt C là máy phay DECKEL MAHO – DMU 60T.CNC với các thông số sau:
+ Kích thước máy:
Dài: 2800 mm
Rộng: 200 mm
Cao: 2240 mm
- Lập trình:
+ Trực triếp trên máy tính của hệ điều khiển.
+ Trên máy tính cá nhân bằng phần mềm CAM.
- Vẽ đồ họa không gian 3 chiều và mô phỏng quá trình gia công trên máy tính của hệ điều khiển.
- Xác định các điểm chuẩn bằng đầu dò tự động.
b. Phương pháp định vị và kẹp chặt:
Định vị chi tiết lên đồ gá nhờ 1 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do kết hợp với 1 chốt ren đai ốc khống chế 2 bậc tự do, 1 chốt trám khống chế 1 bậc tự do.
Kẹp chặt nhờ lực kẹp của bu lông và chốt ren.
c. Tính lực kẹp cần thiết:
* Tính lực kẹp W bu lông:
- Lực cắt: Pz = 156,62 (N)
- Momen xoắn Mx = 15,643 [Nm]
- Lực hướng kính: Py = 0.3 Pz = 0.3x156,62 = 46,986(N)
- Lực chạy dao: Ps = (0.3-0.4) Pz = 0.3x156,62 = 46,986 (N)
- Lực hướng trục: Px = 0,9. Pz = 0,9 x156,62 = 140,958 (N)
- Lực Pv = (0.85-0.95) x Pz = 0.85x156,62 = 133,127 (N)
Vậy lực kẹp của Bu lông và đai ốc là W=29,36 (N)
d. Chọn các phần tử của cơ cấu kẹp chặt:
* Chọn bu lông kẹp:
Thay số vào công thức trên ta có: d = 0,8 mm
Để tăng độ cứng vững và phù hợp với kết cấu của đồ gá ta chọn d =10 mm.
Trong quá trình làm việc, bulông kẹp trong đồ gá có thể chịu nén, uốn, xoắn, kéo từ đó sinh ra các dạng hư hỏng thường gặp như: cong, đứt thân bulông, đứt các đường ren. Để đảm bảo cho bulông kẹp đủ bền phải tính toán bền cho bulông dựa vào các thuyết bền của SBVL.
* Chọn đai ốc:
Từ đường kính bulông ở trên, ta chọn đai ốc M10.
* Tai hồng: ta chọn ở bảng 8-29/433 được:
e. Tính sai số cho phép của đồ gá:
Cuối cùng ta được: [ect] = 0,043 mm.
f. Nguyên lí làm việc của đồ gá:
Đồ gá thực hiện nguyên công phay mặt I được thiết kế làm việc theo nguyên lí sau:
+ Mở các thanh kẹp và đặt chi tiết lên phiến tỳ.
+ Kẹp chặt bằng các đai ốc với lực kẹp như đã tính toán.
+ Đưa kết cấu lên bàn máy khi chi tiết đã ở vị trí cần gia công cố định bằng các bu lông.
4.2 Nguyên công 7: Khoan lỗ xiên phi 9 trên mặt L
Trong nội dung này chúng ta sẽ thiết kế đồ gá cho nguyên công khoan lỗ ciên chi tiết. Nội dung bao gồm: Thiết kế đồ gá, nguyên lí làm việc của đồ gá. Đồ gá phay được dùng trên máy CNC để xác định vị trí tương đối giữa phôi và mũi khoan, đồng thời để kẹp chặt chi tiết để phay mặt C.
b. Phương pháp định vị và kẹp chặt:
Định vị chi tiết lên đồ gá nhờ 1 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do kết hợp với 1 chốt trám định vị lỗ ren M2,5 khống chế 1 bậc tự do, 1 chốt trám định vị lỗi phi 11,5 khống chế 1 bậc tự do.
Kẹp chặt nhờ lực kẹp của bu lông đai ốc và mỏ kẹp
c. Tính lực kẹp cần thiết:
Khi khoan lỗ có hai thành phần lực tác dụng lên vật gia công đó là:
+ Mô men cắt Mc
+ Lực kẹp chặt W
+ Lực cắt Po .
+ Lực ma sát Fms
- Ta lập được phương trình cân bằng mô men : K.Mc £ Po.f2.R + Fms.l (1)
Mô men cắt :
Mc = 10.CM. Dq.Sy.Kp = 10.0,0345 .392.0,60,8.1 = 348,71 Nm
Từ (1) ta có K. Mc £ 19,5.475.0,3 + W.0,15.49,8
Thay số vao ta có W³ (2,691.348,71.1000 - 19,5.0,3.475 )/0,15.49,8 = 12189(N
d. Chọn các phần tử của cơ cấu kẹp chặt:
* Chọn bu lông kẹp:
Thay số vào công thức trên ta có: d = 3,12 mm
Để tăng độ cứng vững và phù hợp với kết cấu của đồ gá ta chọn d=6mm.
Trong quá trình làm việc, bulông kẹp trong đồ gá có thể chịu nén, uốn, xoắn, kéo từ đó sinh ra các dạng hư hỏng thường gặp như: cong, đứt thân bulông, đứt các đường ren. Để đảm bảo cho bulông kẹp đủ bền phải tính toán bền cho bulông dựa vào các thuyết bền của SBVL.
* Chọn đai ốc:
Từ đường kính bulông ở trên, ta chọn đai ốc M6. Tra bảng 8.28/433 cho tay quay cố định
* Kiểm bền cho bulong:
Khi tiến hành gá kẹp chi tiết gia công, bulong chịu cắt. Ta kiểm nghiệm bền cho bulong.
Từ đó ta có tc = 858,4.4/ (42.p) = 68,34 < 136 = [tc] .
Vậy chốt đảm bảo bền.
e. Tính sai số cho phép của đồ gá:
Cuối cùng ta được: [ect] = 0,043 mm
f. Nguyên lí làm việc của đồ gá:
Đồ gá thực hiện nguyên công khoan lỗ xiên mặt L được thiết kế làm việc theo nguyên lí sau:
+ Mở các thanh kẹp và đặt chi tiết lên phiến tỳ.
+ Kẹp chặt bằng các đai ốc với lực kẹp như đã tính toán.
+ Đưa kết cấu lên bàn máy khi chi tiết đã ở vị trí cần gia công cố định bằng các bu lông.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian gần 3 tháng làm đồ án, được sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí, đặc biệt là thầy giáo: TS……………. đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành đúng thời hạn và đảm bảo các nhiệm vụ được giao.
Qua quá trình làm đồ án đã giúp em làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu từ quý thầy cô và các bạn.
Do thời gian, tài liệu, kiến thức bản thân còn hạn chế nên nội dung đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý kiến của các thầy giáo cùng các bạn để nội dung để đề tài em được hoàn thiện hơn./
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 20...
Học viên thực hiện
(Ký và ghi tên)
......................
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hướng dẫn tính toán thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy
Nguyễn Trọng Bản, Trần Thành, Nguyễn Quang Hoài, Hoàng Mạnh Long -HVKTQS - 2002
2. Sổ tay và Atlas đồ gá
Trần Văn Địch - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - 2005
3. Chế độ cắt gia công cơ khí
Nguyễn Ngọc Đào - Hồ Viết Bình - NXBĐN 2002.
4. Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Tập 1,2,3
Nguyễn Đắc lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tôn, Trần Xuân Việt
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - 2001
5. Sổ tay dung sai.
Đỗ Xuân Mua
Học viện KTQS - 1986
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"