Bài giảng thiết kế hệ thống sản xuất chương 2 các phương pháp gia công cơ khí

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.37 MB, 41 trang )

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

ựa chọn phương pháp gia công
hợp lý là bước rất quan trọng
trong xây dựng đề cương sản xuất chi
tiết một sản phẩm. Tùy thuộc vào sản
phẩm là sản phẩm mới hay chỉ là sự
cải tiến một sản phẩm sẵn có mà
chúng ta có thể lựa chọn các phương
pháp khác nhau. Ví dụ, một công ty
đã thành lập lâu năm giới thiệu một
sản phẩm cải tiến sẽ cố gắng tận
dụng, đến mức độ có thể các trang
thiết bị máy móc sẵn có tại công ty
mình. Trong khi đó, một công ty mới
xây dựng sẽ có phạm vi lựa chọn
trang thiết bị rộng hơn. Công ty đó có
thể đầu tư mua sắm trang thiết bị mới
hoặc mua lại dây chuyền công nghệ
của một công ty khác. Điều này có
thể lý giải là bởi có nhiều cách để
thực hiện một nguyên công. Ví dụ,
nếu một chi tiết đòi hỏi phải gia công
một mặt phẳng trên nó chúng ta có
thể sử dụng bất kỳ một trong số các
máy sau: máy bào, máy phay, và máy
mài mặt phẳng. Một cách tổng quát,
các sản phẩm bằng kim loại phải trải
qua quá trình sản xuất gồm ba bước:
tạo hình thô, gia công đạt kích thước
cố định, và gia công hoàn thiện bề

mặt. Một bảng phân tích quy cách

L

sản phẩm chi tiết phải chỉ ra tất các
nguyên công cần thiết trong quá trình
sản xuất ra sản phẩm đó. Bắt đầu từ
sản phẩm chính, mỗi chi tiết cấu
thành nó phải được xác định bởi kích
cỡ, hình dạng, vật liệu, dung sai và
nguyên công đòi hỏi. Người kỹ sư có
thể thiết kế một sản phẩm mà nó
không có khả năng được chế tạo; do
đó các kiến thức cơ bản về quy trình
công nghệ gia công cơ khí đóng vai
trò quan trọng trong việc xây dựng
một trình tự gia công hợp lý. Từ đó
biến một ý tưởng thiết kế thành một
sản phẩm hoàn chỉnh.
Tính kinh tế trong sản xuất phụ thuộc
vào sự lựa chọn mua sắm trang thiết
bị máy móc sao cho phù hợp. Việc
này phụ thuộc vào số lượng sản phẩm
cần sản xuất. Đối với sản xuất nhỏ, số
lượng ít thì các máy đa năng như máy
tiện, máy khoan là sự lựa chọn phù
hợp. Các máy chuyên dùng chỉ thích
hợp cho sản xuất số lượng lớn các
sản phẩm đã được tiêu chuẩn hóa.
Người kỹ sư chỉ có thể ra quyết định

lựa chọn máy móc tối ưu khi nắm
vững kiến thức về phương pháp sản
xuất, quy mô sản xuất, chất lượng sản

2

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

phẩm đòi hỏi, và ưu nhược điểm của
từng trang thiết bị được sử dụng.
Trong chương này, nhiều phương
pháp sản xuất khác nhau sẽ được giới
thiệu, mục đích ở đây là giúp người
học làm quen với những phương
pháp gia công và điều kiện áp dụng
của chúng. Hầu hết các phương pháp
được giải thích trên quan điểm về gia
công kim loại, vì kim loại tiếp tục
đóng vai trò chủ đạo trong hầu hết
các sản phẩm được sản xuất. Tiếp
theo, các hoạt động gia công được
phân loại theo:
1. Thay đổi hình dạng vật liệu

2. Gia công chi tiết đến kích
thước cố định:
a. Phương pháp gia công
truyền thống
b. Phương pháp gia công

không truyền thống
3. Gia công tinh (gia công hoàn
thiện)
4. Nối ghép các chi tiết hoặc vật
liệu
5. Thay đổi tính chất lý tính
Vật liệu phi kim như plastic đang
xuất hiện ngày càng nhiều trong các
sản phẩm. Quy trình tạo hình sản
phẩm plastic sẽ được đề cập ở cuối
chương.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

2.1 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG THAY ĐỔI HÌNH DẠNG VẬT LIỆU
Rất nhiều sản phẩm kim loại có hình dạng ban đầu là các thỏi, thanh.
Chúng được chế tạo từ quặng tinh luyện, nấu chảy rồi đổ vào khuôn để tạo
hình với kích thước phù hợp. Bảng 2.1 liệt kê các phương pháp gia công
làm thay đổi hình dạng của vật liệu và các loại máy móc được sử dụng.
Bảng 2.1.
Trang thiết bị sử
dụng để thay đổi hình
dạng của vật liệu.

Phương pháp
Đúc
Rèn (nóng và nguội)
Ép
Cán

Kéo dây
Dập
Uốn
Đột lỗ
Cắt
Ép
Vuốt
Hàn cắt
Tạo hình bằng thuốc nổ
Tạo hình bằng điện
Tạo hình bằng từ trường
Tạo hình bằng kết tủa điện
Tạo hình bằng bột kim loại
Tạo hình dẻo

Trang thiết bị/ máy móc
Khuôn, áo khuôn, máy đúc áp lực, máy
đúc dây chuyền
Búa, búa hơi, búa thả, máy ép rèn.
Máy ép, khuôn.
Máy cán hai trục đảo chiều, máy cán ba
trục liên tục.
Bệ chuốt và khuôn
Máy dập
Máy uốn điều khiển bằng trục khuỷu,
bánh lệch tâm, cam.
Máy đột lỗ, khuôn.
Máy cắt
Máy tiện tốc độ cao
Máy vuốt tạo hình

Đầu hàn oxyacetylene, máy cắt.
Thuốc nổ, khuôn.
Điện cực, tụ điện
Cuộn dây
Chất điện phân, điện cực, và khuôn.
Máy dập và khuôn
Khuôn, máy ép khuôn.

Đúc - Casting
Đúc là rót hoặc bơm kim loại nóng chảy vào khuôn, sau đó kim loại
nguội đi và cứng lại tạo thành hình dạng mong muốn. Các phương pháp
đúc khác nhau cơ bản ở vật liệu làm khuôn và phương pháp điền đầy kim
loại (phương pháp rót kim loại nóng chảy vào khuôn). Chẳng hạn rót ở điều
kiện bình thường hay rót dưới áp lực cao. Các phương pháp đúc điển hình
gồm có đúc khuôn cát, đúc khuôn vỏ mỏng, đúc khuôn thạch cao, đúc
khuôn vĩnh cữu, đúc khuôn mẫu chảy, và đúc áp lực.

3

4

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.1.
Sơ đồ phương pháp
đúc áp lực.

Trong Hình 2.1, kim loại nóng chảy (molten metal) đựng trong phểu
được ép dưới áp lực của một pittong (plunger) vào trong hốc khuôn

(cavity). Các chốt đẩy (ejector pin) có nhiệm vụ tách hai nửa khuôn ra để
lấy chi tiết ra ngoài.
Rèn (Nóng và Nguội) – Forging (Hot and Cold)
Rèn nóng là dùng lực tác động, thường là dùng búa, tác động vào kim
loại đã được nung nóng tới nhiệt độ bằng 60% nhiệt độ nóng chảy (nhiệt độ
tuyệt đối) để tạo hình sản phẩm. Nhiều năm trước, rèn được làm thủ công
với lò lửa và đe. Hiện nay hầu hết nguyên công rèn được làm với búa máy.
Rèn là phương pháp tốt nhất để gia tăng sức bền và độ cứng của thép, đồng
thiếc, đồng thau, đồng đỏ, nhôm và magiê. Rèn khuôn hở, rèn khuôn định
hình, rèn chồn hay rèn máy, và rèn ép là các phương pháp rèn nóng khác
nhau. Bên cạnh đó còn có phương pháp rèn nguội: thỏi kim loại dưới tác
động của áp suất cực lớn sẽ bị chảy ra trong khuôn để tạo hình thành sản
phẩm.
Ép Đùn – Extruding
Phôi được làm từ bột kim loại hoặc hạt plastic bị ép chảy qua các
khuôn để tạo ra sản phẩm. Sản phẩm thường có dạng dài. Việc lựa chọn
phương pháp ép phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu; một số được ép nguội

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

với chất kết dính, trong khi số khác được nung nóng tới nhiệt độ cần thiết
rồi ép. Thông thường, bột kim loại sẽ bị nén thành các thỏi rồi sau đó nung
nóng trong môi trường không có chất oxy hóa, hoặc các hạt plastic bị nung
chảy trước khi cho vào ép.
Hình 2.2.
Sơ đồ phương pháp
ép đùn.

Hình 2.2 minh họa phương pháp ép đùn trực tiếp. Một pittong bơm đẩy

(Ram) ép kim loại chảy qua khuôn (Die) tạo thành sản phẩm có dạng dài.
Cán – Rolling
Phôi kim loại được đưa vào máy cán khi còn nóng và cán thành các
tấm, thanh, hoặc phiến. Các sản phẩm của cán thường phải qua thêm một
quá trình gia công nữa để chế tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh. Tấm có
mặt cắt ngang hình vuông hoặc hình tròn với diện tích mặt cắt ngang lớn
hơn 230 cm2. Thanh cũng tương tự tấm nhưng diện tích mặt cắt ngang nhỏ
hơn 230 cm2. Phiến có mặt cắt ngang hình chữ nhật với bề ngang tối thiểu
1

25.4 cm và chiều dày tối thiểu 1 inches (≈ 3.81 cm)
2

Hình 2.3.
Sơ đồ phương pháp
cán.

5

6

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.3 mô tả phương pháp cán. Phôi kim loại còn nóng được ép
chạy qua các con lăn (roller) của máy cán. Sau đó người ta dùng nước để
làm nguội phôi kim loại (water cooling).
Kéo/ Kéo Dây – Drawing/ Wire Drawing
Để chế tạo những chi tiết có dạng lõm sâu, như vỏ đồ hộp, người ta sử
dụng phôi là tấm thép phẳng. Trải qua một loạt các nguyên công trong đó

mỗi khuôn sẽ tạo hình chi tiết có hình dạng càng lúc càng gần hơn với hình
dạng hoàn thiện của sản phẩm. Những chi tiết có dạng lõm sâu thường
được chế tạo bởi máy ép thủy lực, bởi vì chúng tạo ra một lực ép chậm và
ổn định tại mức độ có thể kiểm soát được. Phương pháp sử dụng một loạt
các khuôn, khuôn sau nhỏ hơn khuôn trước, để sản xuất dây thép liên tục từ
phôi thanh được gọi là phương pháp kéo dây.

Hình 2.4.
Sơ đồ phương pháp
kéo dây.

Khuôn của phương pháp kéo dây có cấu tạo như Hình 2.4. Hướng kéo
dây (drawing direction) từ bên trái hướng sang phải. Phôi kim loại sẽ đi
qua bộ phận khuôn có đường kính lớn ở bên trái sang bộ phân khuôn có
đường kính nhỏ hơn ở bên phải.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Dập - Swaging
Dập là phương pháp tạo hình nguội bằng cách dùng lực nén nén kim
loại chảy ra trong khuôn và tạo thành sản phẩm. Hình dạng sản phẩm phụ
thuộc vào thiết kế của khuôn. Kim loại sẽ đồng dạng với hình dạng của
khuôn, nhưng nó không bị giới hạn hoàn toàn mà có thể chảy ra theo hướng
của lực tác dụng.
Uốn - Bending
Với phương pháp uốn, thép dải hoặc thép tấm được tạo hình thành
thép góc (thép V), thép U, thép ống, hoặc các hình dạng phức tạp khác bằng
cách lăn chúng qua một loạt các con lăn. Phôi sẽ biến dạng dần dần và tạo
thành sản phẩm mong muốn. Kỹ thuật uốn vòng, tức là uốn kim loại thành

dạng vòng tròn, là cho thép tấm hoặc thép thanh chạy qua một loạt con lăn
(thường là 3). Các con lăn được đặt với khoảng cách tính toán sao cho
chúng uốn cong vật liệu thành hình cung với bán kính xác định trước.
Hình 2.5.
Sơ đồ phương pháp
uốn.

Hình 2.5 minh họa một máy uốn với ba con lăn được bố trí để uốn tấm
phôi thép theo bán kính xác định.

7

8

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Đột Lỗ - Punching
Các thép tấm được cho vào máy đột lỗ; trên máy có lắp đặt sẵn các
khuôn. Mũi đột của máy đột lỗ sẽ dập tạo hình sản phẩm theo hình dạng
của khuôn.
Hình 2.6 minh họa phương pháp đột lỗ một tấm thép kim loại- sheet
metal. Phôi thép được đặt lên một khuôn (die) của máy đột lỗ. Mũi đột
(punch) chuyển động theo hướng từ trên xuống và tạo ra lực cắt (punching
force). Giữa mũi đột và khuôn tồn tại một khe hở nhỏ (clearance) để thoát
phôi và lấy chi tiết.

Hình 2.6.
Sơ đồ phương pháp
đột lỗ.

Cắt – Shearing
Cắt kim loại với hai lưỡi dao cắt tạo ứng suất cắt lớn hơn ứng suất tối
đa của kim loại.
Ép Miết - Spinning
Ép miết là phương pháp sử dụng các phôi tấm kim loại có chiều dày
mỏng, ép chúng vào một vật mẫu, trong khi vật mẫu và phôi cùng quay tròn
trên máy tiện, để chế tạo sản phẩm với nhiều hình dạng khác nhau. Tổng
quát, phôi được kẹp vào sản phẩm mẫu làm bằng gỗ, plastic hoặc kim loại
và chúng được quay tròn trên máy tiện. Kim loại được ép vào vật mẫu

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

trong khi quay để tạo hình, dụng cụ ép là các công cụ cầm tay hoặc các con
lăn.
Hình 2.7.
Sơ đồ phương pháp
ép miết.

Hình 2.7 minh họa phương pháp ép miết. Phôi tấm (blank) được ép
vào vật mấu trong khi đang quay tròn bằng dụng cụ là con lăn (spinning
roller)
Vuốt – Stretch Forming
Trong vuốt, những tấm thép kim loại rất lớn với chiều dày mỏng được
tạo hình trên một máy nén kim loại. Quá trình này là sự kéo căng phôi kim
loại vượt quá giới hạn đàn hồi của nó và làm cho phôi biến dạng theo hình
dạng của khuôn.
Hình 2.8.
Sơ đồ phương pháp

vuốt.

9

10

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Trong Hình 2.8 phôi thép (sheet meta)l được kẹp chặt bởi các vấu kẹp
(gripping jaws) của một máy nén. Một pittong đẩy (ram) mang theo khuôn
định hình (form die) tác động vào phôi để làm nó bị biến dạng theo mong
muốn.
Hàn Cắt – Torch Cutting
Hàn cắt là phương pháp cắt các tấm thép lớn sử dụng mỏ hàn để đốt
cháy. Một mỏ hàn cắt tạo ra ngọn lửa cắt khác với ngọn lửa hàn ở chỗ mỏ
hàn của nó có nhiều lổ nhỏ bố trí thành hình tròn. Các lỗ này có tác dụng
tạo ra ngọn lửa gia nhiệt sớm. Ngọn lửa gia nhiệt sớm bao xung quanh một
tia phun khí oxy nguyên chất, tia oxy này được phun qua một lỗ trung tâm.
Khi ngọn lửa gia nhiệt sớm làm gia tăng nhiệt độ của điểm cần cắt đến một
nhiệt độ xác định, người công nhân lúc này mới bật tia phun khí oxy để đốt
cháy tạo thành một lỗ thủng xuyên qua tấm thép. Sau đó mỏ cắt được di
chuyển theo đường cắt để cắt sản phẩm. Phương pháp này có tính kinh tế
nhưng tạo ra một gờ gồ ghề và tiêu tốn một lượng đáng kể vật liệu.
Tạo Hình Bằng Thuốc Nổ - Explosive Forming
Tạo hình bằng nổ là phương pháp tạo hình sản phẩm rất nhanh dưới áp
suất cực lớn. Áp suất được tạo ra bởi một hoặc nhiều vụ nổ tác động trực
tiếp vào phôi. Năng lượng của các vụ nổ được tính toán phụ thuộc vào kích
cỡ của phôi và mức độ biến đổi hình dạng nhiều hay ít của sản phẩm. Vụ
nổ, cho dù xảy ra trong chất lỏng hay trong không khí, tạo ra những sóng

xung kích cường độ lớn. Chúng truyền qua môi trường giữa khối thuốc nổ
và phôi. Hình 2.9. minh họa bốn cách bố trí tạo hình nổ khác nhau. Trong
đó Cartridge: thuốc nổ. Blank: phôi. Die: khuôn. Vacuum line: rãnh thoát
khí. Piston: pittong. Rubber: nhựa.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.9.
Sơ đồ 4 phương pháp
tạo hình bằng nổ.

Tạo Hình Bằng Điện – Electrohydraulic Forming
Phương pháp tạo hình bằng điện là quá trình biến năng lượng điện từ
thành công có ích. Tương tự như tạo hình bằng nổ, nhưng áp suất đạt được
từ một cực đánh tia lửa điện thay vì một khối thuốc nổ. Một giàn tụ điện
được nạp đến hiệu điện thế rất cao và sau đó cho phóng điện xuyên qua
không gian giữa hai điện cực, môi trường trung gian là chất lỏng không dẫn
điện. Hiện tượng này làm phát sinh ra luồng sóng xung kích truyền đi với
vận tốc cực cao, tạo ra một áp suất lớn làm biến dạng phôi.

11

12

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.10.
Sơ đồ phương pháp

tạo hình bằng điện.

Hình 2.10 minh họa phương pháp tạo hình bằng điện trong đó phôi
tấm kim loại (sheet workpiece) được đặt giữa khuôn đúc (die) và giá đỡ
phôi (blankholder). Điện cực tia lửa điện (spark gap) được nạp tới hiệu
điện thế rất cao và cho phóng điện để tạo ra sóng xung kích ép phôi kim
loại biến dạng vào khuôn.
Tạo Hình Bằng Từ Trường – Magnetic Forming
Năng lượng điện trong tạo hình bằng từ trường được chuyển hoá thành
công có ích. Hình 2.11 là sơ đồ mạch điện từ trường. Mạch điện bao gồm
một giàn tụ điện, một nguồn điện, và một cuộn dây. Phụ thuộc vào hình
dạng sản phẩm cần chế tạo mà phôi được đặt hẳn vào bên trong cuộn dây
hay đặt gần cuộn dây. Đầu tiên, nguồn điện E được lấy từ một nguồn điện
cao thế từ bên ngoài và nạp vào giàn tụ điện. Khi đóng công tắc mạch, một
trường từ tính được tạo ra. Trường từ tính sản sinh ra dòng điện cảm ứng
trong phôi và tạo ra một lực tác động vào nó. Khi lực này vượt quá giới hạn
đàn hồi của vật liệu tạo nên phôi, phôi bị biến dạng và tạo ra sản phẩm
mong muốn.
Trong Hình 2.11. Charging switch: công tắc nguồn. High voltage
switch: nguồn cao thế. Capacitor coil: cuộn dây.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.11.
Sơ đồ phương pháp
tạo hình bằng từ
trường.

Tạo Hình Bằng Kết Tủa Điện – Electroforming

Tạo hình kim loại bằng kết tủa điện là một phương pháp tạo hình đặc
biệt trong đó sản phẩm được tạo ra bằng sự kết tủa của kim loại trên một
khuôn có tính dẫn điện. Phương pháp này rất hữu ích khi chúng ta muốn tạo
ra các sản phẩm có bề dày mỏng, độ chính xác cao, bề mặt bên trong khó có
thể gia công bằng các máy thông thường.
Hình 2.12 .
Sơ đồ phương pháp
kết tủa điện.

Trong Hình 2.12. một khuôn làm bằng thép không rỉ (stainless steel
mandrel) được nối vào một nguồn điện một chiều và nhúng vào một dung
dịch điện phân (nickel electroform). Kim loại sẽ kết tủa trên khuôn (nickel
deposit forming) và tạo thành sản phẩm mong muốn.
Tạo Hình Bằng Bột Kim Loại – Powder Metal Forming
Tạo hình bằng bột kim loại là khoa học và nghệ thuật tạo ra các chi
tiết từ bột kim loại dưới áp lực cao. Bột kim loại có thể được nung nóng

13

14

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy. Phương pháp dùng nhiệt trong và
sau quá trình tạo hình được gọi là sự nung kết. Kết quả là tạo ra sự dính kết
giữa các hạt kim loại với nhau, như vậy giúp gia tăng sức bền của vật liệu.
Đầu tiên phương pháp này chỉ ứng dụng với kim loại, sau này được nghiên
cứu áp dụng với gốm. Những hạt gốm cực nhỏ được ép dưới áp suất cao để
tạo hình sản phẩm và sau đó được nung cháy để việc kết dính xảy ra hoàn

toàn. Một ứng dụng là dùng để chế tạo vòng bi gốm cho các máy bơm.
Hình 2.13 .
Sơ đồ phương pháp
tạo hình bằng bột
kim loại.

Hình 2.13 minh họa phương pháp tạo hình bằng bột kim loại, trong đó
Metal power: bột kim loại; Binder: chất liên kết; Mixing: hòa trộn vào
nhau; Feedstock: nguyên liệu cơ bản; Injection moulding: đúc khuôn phun;
Sintering: nung kết.
Tạo Hình Dẻo - Plastic
Có sự khác biệt rất lớn giữa những hợp chất plastic khác nhau, và dẫn
tới có nhiều phương pháp gia công. Chẳng hạn như đúc khuôn ép, đúc ép
chuyển, đúc khuôn phun, đúc khuôn quay, và đúc thổi.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

2.2

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CHI TIẾT ĐẾN KÍCH THƯỚC
CỐ ĐỊNH
Máy công cụ được sử dụng để cắt gọt một lượng kim loại thừa từ chi
tiết và tạo ra sản phẩm. Lượng kim loại bị cắt gọt đi ở dưới dạng phoi.
Dụng cụ cắt hoặc phôi chuyển động tịnh tiến với nhau hoặc quay tròn. Tất
cả hoạt động gia công này có thể chia thành hai phương pháp: Phương Pháp
Truyền Thống và Phương Pháp Không Truyền Thống.

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TRUYỀN THỐNG
Bảng 2.2 liệt kê 12 phương pháp gia công truyền thống. Nó cũng bao

gồm các loại máy móc thiết bị sử dụng trong mỗi phương pháp cũng như
các đặc tính và/hoặc ứng dụng nổi bật. Mỗi phương pháp được mô tả ngắn
gọn trong phần diễn giải.
Bảng 2.2. Máy móc sử dụng trong các phương pháp gia công truyền thống
Phương pháp Máy móc/ Thiết bị
Tiện
Máy tiện tốc độ cao
Máy tiện
Máy tiện bàn
Máy tiện đa công cụ
Máy tiện chuyên dùng
Máy tiện rơvonve
Máy tiện tự động
Máy tiện ren tự động

Bào

Máy bào

Cạo

Máy cạo

Khoan

Máy khoan cầm tay
Máy khoan máy
Máy khoan đứng
Máy khoan cần

Ứng dụng/ Đặc tính
Gia công gỗ, gia công ép kim loại, đánh bóng.
Điều chỉnh tốc độ bằng bánh côn điều tốc,
hoặc bánh răng truyền động.
Tương tự hoặc nhỏ hơn máy tiện tốc độ cao
Phiên bản chính xác của máy tiện bàn
Tùy ứng dụng.
Có loại máy tiện ngang và máy tiện dọc.
Máy tiện có một hay nhiều trục chính cho
phép thực hiện đồng thời nhiều nguyên công.
Máy tiện có một hay nhiều trục chính để chế
tạo vít, bulong, hoặc chi tiết có dạng hình trụ.
Máy bào giường hai trục, máy bào mép hở,
máy bào tấm kim loại, máy xén mép
Máy cạo ngang
Máy cạo dọc: xọc rãnh hoặc đục rãnh, chuyên
dùng.
Sử dụng cho nhiều mục đích.
Loại gắn trên bàn hoặc trên nền
Khoan lỗ hàng loạt.
Đầu khoan có thể dịch chuyển trên cánh tay

15

16

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

đòn dài

Hữu ích khi phải khoan nhiều lỗ kích thước
khác nhau
Máy khoan nhiều trục
Khoan đồng thời nhiều lỗ
Máy khoan tự động
Loại có bàn phân độ, di chuyển được
Máy khoan lỗ sâu
Khoan lỗ với chiều sâu lớn hơn các máy
khoan thông thường khác.
Máy khoét
Khoét tọa độ, khoét ngang, khoét dọc.
Máy doa
Các loại mũi doa tay, mũi doa có bàn cặp, mũi
doa cán lắp, mũi doa côn, mũi doa rộng lỗ,
mũi doa điều chỉnh, mũi doa chuyên dùng.
Máy cưa tịnh tiến đảo Ngang: cưa máy
chiều
Dọc: cưa và giũa
Máy cưa dĩa
Loại có dĩa cưa thép ma sát, dĩa mài
Máy cưa đai
Đai cưa, đai ma sát, đai dây
Máy chuốt
Máy chuốt đứng dọc đơn, máy chuốt đứng
kéo lên, máy chuốt đứng kéo xuống, máy
chuốt ngang và máy chuốt liên tục
Máy phay công-xôn trụ Máy phay cầm tay, máy phay ngang, máy
phay vạn năng, máy phay dọc.
Máy phay giường
Máy phay có một, hai hoặc ba trục chính

Máy mài xilanh
Mài mặt phẳng, mài không tâm, mài răng.
Máy phay lăn
Để cắt bánh răng
Máy vê đầu
Tạo hình gỗ, plastic và đôi khi cả kim loại.
Máy cầm tay và máy cố định
Máy khoan rơvonve

Khoét
Doa
Cưa

Chuốt

Phay

Mài
Phay lăn
Vê

Tiện – Turning. Tiện là phương pháp gia công trong đó phôi quay tròn tì
vào một dụng cụ cắt cố định. Máy được sử dụng là máy tiện. Trong nguyên
công này, phoi được cắt ra để tạo thành sản phẩm có dạng hình học đối
xứng. Mặt cắt ngang tại bất kỳ điểm nào trên trục đối xứng của chi tiết đều
là hình tròn.
Trong Hình 2.14, turning tool: dụng cụ cắt; workpiece: phôi; chips; phoi.
Bào - Planing. Bào là phương pháp cắt gọt kim loại bằng cách tịnh tiến
phôi qua lại tì vào một dụng cụ cắt. Dụng cụ cắt được kẹp cố định vào máy
bào.

Cạo - Shaping. Cạo là phương pháp cắt gọt bằng cách tịnh tiến qua lại
dụng cụ cắt trên toàn bộ bề mặt của phôi để tạo thành một mặt phẳng. Phôi
được giữ cố định không di chuyển.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.14 .
Sơ đồ phương pháp
tiện.

Khoan - Drilling. Khoan là phương pháp gia công lỗ bằng cách ép một mũi
khoan đang quay tròn vào chi tiết cần gia công. Hoặc chúng ta có thể giữ
mũi khoan cố định, phôi quay tròn ép vào mũi khoan.
Khoét – Boring. Khoét là phương pháp gia công rộng một lỗ đã được
khoan từ trước.
Doa - Reaming. Doa là phương pháp gia công tinh lỗ đạt độ bóng và dung
sai cao.
Cưa - Sawing. Cưa là phương pháp sử dụng một dụng cụ cắt, gọi là lưỡi
cưa, thực hiện chuyển động cắt tịnh tiến qua lại hoặc chuyển động cắt liên
tục. Cưa được sử dụng để cắt phôi thanh thành từng đoạn nhỏ phục vụ cho
bước gia công kế tiếp.
Chuốt - Broaching. Chuốt là phương pháp cắt gọt kim lọai sử dụng dao cắt
có hình dạng dài, có một loạt răng bố trí với chiều sâu cắt tăng dần và
chuyển động theo một hướng cố định. Mục đích ban đầu của chuốt là tạo ra
các lỗ hình vuông hoặc tạo các đường rãnh, nhưng sau này chuốt còn dùng
để gia công các mặt ngoài.

17

18

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.15 .
Sơ đồ kết cấu dao
chuốt.

Hình 2.15. mô tả kết cấu của dao chuốt. Trong đó cutting motion:
hướng chuyển động cắt; cutting length: chiều dài cắt; roughing teeth: răng
cắt thô; semi-finishing teeth: răng cắt bán tinh; finishing teeth: răng cắt tinh;
chip breaker: cơ cấu bẻ phoi.
Phay - Milling. Phay là phương pháp gia công được sử dụng rất rộng rãi
trong đó dụng cụ cắt quay tròn để thực hiện hành động cắt gọt trên phôi.
Ứng dụng của phay gần như không có giới hạn, từ gia công tinh mặt phẳng
đến gia công bánh răng đến gia công rãnh then.
Trong Hình 2.16. Tool: dụng cụ cắt. Tool rotation: chiều cắt.
Workpiece: phôi. Width of cut: chiều rộng cắt. Depth of cut: chiều sâu cắt.
Chips: phoi. Feed: độ ăn dao.
Hình 2.16 .
Sơ đồ phương pháp
phay.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Mài - Grinding. Mài là phương pháp sử dụng đá mài quay tròn để thực
hiện hành động cắt gọt. Máy mài hoặc phôi sẽ thực hiện chuyển động ăn
dao.

Phay lăn - Hobbing. Phay lăn là phương pháp gia công bánh răng, bao gồm
một dao cắt có dạng trục vít quay tròn tì vào một phôi cũng quay tròn.
Vê - Routing. Kỹ thuật vê sử dụng một dụng cụ cắt với lưỡi cắt rất nhỏ,
thường có đường kính đến 3⁄4 inch, quay với tốc độ rất cao lên tới 40,000
vòng/phút để tạo các rãnh nông với nhiều hình dạng khác nhau.

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KHÔNG TRUYỀN THỐNG
Trong những năm gần đây, nhiều trang thiết bị và nhiều ứng dụng đặc
biệt đã được nghiên cứu để gia công nhiều loại vật liệu khác nhau. Một số
ứng dụng cải thiện năng suất gia công, một số nghiên cứu khác giới thiệu
vật liệu mới; hoặc ứng dụng phương pháp mới chế tạo sản phẩm với dung
sai rất khó đạt được bằng kỹ thuật gia công thông thương.
Bảng 3.3 liệt kê tám phương pháp gia công không truyền thống, các
trang thiết bị sử dụng, đặc tính, và/hoặc ứng dụng. Mỗi phương pháp được
mô tả ngắn gọn trong phần diễn giải.
Siêu Âm - Ultrasonic.
Phương pháp siêu âm chủ yếu được sử dụng để gia công vật liệu cứng
và giòn. Hệ thống bao gồm một dụng cụ cắt siêu âm, một bộ biến năng transducer, hạt mài, và dung môi mang tải – abrasive solution. Sơ đồ hoạt
động thể hiện ở Hình 2.17. Giá đỡ dao được gắn vào bộ biến năng. Bộ biến
năng sản sinh ra sóng năng lượng đàn hồi với tần số từ 20 đến 30 kilohertz,
biên độ dao động từ 0.001 đến 0.005 inch. Điều này là nguyên nhân làm
cho giá đỡ dao dao động. Chuyển động của dao như vậy sẽ làm cho các hạt
mài trong dung môi mài mòn phôi với vận tốc rất cao. Khối lượng phoi cắt
gọt đi phụ thuộc vào kích thước và biên dạng của dụng cụ cắt. Cacbua Bo
hoặc vật liệu có kích thước lỗ sàng là 280 trở lên được sử dụng như là hạt
mài. Phương pháp này chủ yếu để gia công cacbua, thép dụng cụ, đá quý,
và pha lê tổng hợp. Các ưu điểm của phương pháp này là không cần công

19

20

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

nhân tay nghề cao, chi phí dụng cụ thấp, và không xuất hiện ứng suất nhiệt
trong sản phẩm.
Hình 2.17 .
Sơ đồ phương pháp
siêu âm.

Bảng 3.3. Máy móc sử dụng trong các phương pháp gia công không truyền
thống
Phương pháp
Siêu âm
Gia công xung điện
Laser
Gia công điện hóa
Hóa chất ăn mòn
Luồng tia ăn mòn

Chùm tia electron
Hồ quang plasma

Máy móc/ Thiết bị
Ứng dụng
Dụng cụ cắt, bộ biến năng, hạt Gia công các vật liệu cứng,
mài, dung môi mang tải
vật liệu giòn
Máy cắt dây EDM

Gia công khuôn, đặc biệt với
vật liệu rất cứng
Laser ruby, laser khí, laser Điều khiển laser bằng máy
lỏng, laser bán dẫn.
tính trong cắt và hàn kim loại.
Cực âm, mạch điện, chất điện Dụng cụ cắt được tạo hình
phân.
giống hình dạng mong muốn
của chi tiết.
Dung dịch kiềm, axit hóa học
Kiềm cho nhôm, axit cho thép
Súng phun, không khí, CO2, Khắc, cắt, cạo, khoan vật liệu
oxit nhôm, silicon, bột carbide, dễ vỡ.
dolomit, natri bicarbonate.
Máy phát chùm tia electron
Hàn, cắt kim loại.
Mỏ hàn plasma
Dùng nhiệt độ rất cao để cắt
kim loại

Gia Công Xung Điện – Electrical Discharge.
Phương pháp gia công xung điện đang phát triển mạnh và được áp
dụng rộng rãi trong sản xuất gia công khuôn và dụng cụ cắt. Đặc biệt khi
chi tiết được chế tạo từ vật liệu rất cứng mà việc gia công cơ khí thông
thường rất khó thực hiện. Về cơ bản, việc gia công được thực hiện bởi hàng
loạt tia lửa điện hoặc xung điện phóng ra giữa dụng cụ cắt và phôi. Dụng cụ

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

cắt có thể được làm bằng đồng, than chì, hoặc bất cứ vật liệu có tính dẫn
điện nào. Một chất lỏng điện môi, thường là dầu khoáng nhẹ, được bơm
chảy qua môi trường giữa dụng cụ cắt và phôi. Mục đích là cuốn trôi các
chất phân hủy và ngăn chặn phôi hoặc dụng cụ cắt bị đốt cháy. Lợi thế của
phương pháp gia công xung điện là nó có thể được dùng để gia công khuôn
chế tạo từ carbide hoặc thép dụng cụ rất cứng. Hình 2.18 là sơ đồ lắp đặt
của phương pháp này, trong đó Automatic tool feed: ăn dao tự động.
Coolant in electrode: làm nguội trong điện cực. Circuit: mạch điện.
Workpiece: phôi.
Hình 2.18 .
Sơ đồ phương pháp
gia công xung điện.

Laser.
Máy laser là thiết bị tạo ra một chùm tia sáng đơn sắc hẹp cường độ
cao và xung rất ngắn. Laser chủ yếu được ứng dụng trong các dự án khoa
học nghiên cứu, và trong truyền thông liên lạc. Tuy nhiên nó bắt đầu được
sử dụng để gia công cơ khí, đặc biệt trong cắt gọt kim loại và hàn kim loại.
Tia laser có thể đục lỗ một tấm thép không rỉ chiều dày 0.05 inch chỉ với
một xung năng lượng đơn.
Một ứng dụng khác là trong lĩnh vực cân bằng động máy. Tia laser có
thể được kích hoạt bởi một đèn chớp vốn đang được sử dụng trong các thiết
bị cân bằng động. Việc cắt gọt kim loại từ chi tiết nặng hơn diễn ra một
cách có chọn lọc đến khi thiết bị được cân bằng hoàn toàn. Chi tiết cần điều
chỉnh không cần phải dừng lại trong suốt quá trình vận hành.

21

22

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Gia Công Điện Hóa – Electrochemical Machining.
Nguyên lý gia công điện hóa tương tự như kỹ thuật mạ điện. Sự khác
biệt là ở chỗ cực dương là phôi và cực âm là dụng cụ cắt. Gia công điện hóa
tạo ra sản phẩm không có ứng suất cắt, có thể tạo sản phẩm hình dạng phức
tạp rất khó gia công trên các máy công cụ thông thường.
Hình 2.19.
Sơ đồ phương pháp
gia công điện hóa.

Hình 2.19 là sơ đồ phương pháp gia công điện hóa. Dòng điện một
chiều (DC power) chạy qua dụng cụ cắt (tool) và phôi (workpiece). Dụng
cụ cắt có hình dạng là hình dạng của sản phẩm. Tại bề mặt của phôi, kim
loại bị phân hủy và như vậy hình dạng của dụng cụ cắt sẽ được sao chép lại
trên phôi.
Gia Công Bằng Hóa Chất Ăn Mòn – Chemical Milling.
Đây là phương pháp gia công kim loại có kiểm soát: kim loại được ăn
mòn để tạo thành các khuôn đa mặt, các chi tiết với trọng lượng nhẹ, các
thép tấm với chiều dày nhỏ dần, và các cấu kiện được gia cứng đồng nhất.
Bước đầu tiên của phương pháp này là làm sạch hoàn toàn phôi kim loại.
Sau đó phủ lên phôi một lớp chống ăn mòn hóa học tại những diện tích
không cần gia công (nếu phải gia công toàn bộ chi tiết thì bước này không
cần thiết). Chi tiết sau đó được ngâm trong dung dịch kiềm nóng để kim
loại tại diện tích không được bảo vệ bị ăn mòn. Lượng kim loại bị ăn mòn
sẽ phụ thuộc vào thời gian phôi ở trong dung dịch. Cuối cùng, chi tiết được
rửa sạch và gỡ bỏ lớp chống ăn mòn đã phủ ở bước đầu tiên. Các đặc điểm
của nghiền bằng hóa chất so với phương pháp phay là:
- Lượng kim loại ăn mòn có thể không đồng nhất từ tất cả bề mặt.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

-

Kim loại có thể cắt gọt đi sau khi chi tiết đã được tạo hình.
Không cần công nhân tay nghề cao.
Chi phí vận hành và chi phí thiết bị ít hơn so với dùng máy phay.

Hình 2.19.
Sơ đồ phương pháp
gia công bằng hóa
chất ăn mòn.

Trong Hình 2.19. Hanger: dây treo. Agitator: máy trộn. Tank: bể.
Workpiece: phôi. Mask: lớp mặt nạ. Heating or cooling: làm nóng hay làm
nguội. Chemical reagent: thuốc thử hóa học.
Gia Công Bằng Luồng Tia Ăn Mòn – Abrasive Jet Machining.
Phương pháp gia công bằng luồng tia ăn mòn có rất nhiều ứng dụng
trong công nghiệp điện tử và gia công cơ khí. Những hạt mài nghiền rất nhỏ
[từ 27 đến 50 micron (µm)] được trộn lẫn trong không khí hay khí trơ dưới
áp suất cao. Hỗn hợp này sau đó được thổi vào phôi ở dạng tia rất nhỏ với
một lực bắn thích hợp. Vòi phun được điều chỉnh thủ công hay được gắn
vào thiết bị chuyên dùng. Phương pháp này có thể được dùng để khắc, cắt,
cạo, hoặc khoan vật liệu mỏng dễ vỡ mà rất khó gia công bằng phương
pháp khác. Ví dụ là cắt ren trong, cắt ren ngoài trên ống thủy tinh, khoan
tinh thể thạch anh, cắt các tấm titan mỏng mà không làm gãy hoặc vỡ vật
liệu rất dễ vỡ này. Hình 2.20 minh họa hoạt động gia công bằng luồng tia
ăn mòn, trong đó Air and abrasive particles: dòng khí hạt mài mòn.

Workpiece: phôi.

23

24

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

Hình 2.20.
Sơ đồ phương pháp
gia công bằng hóa
chất ăn mòn.

Gia Công Bằng Chùm Tia Electron – Electron Beam Machining.
Trong phương pháp này, năng lượng nhiệt được sản sinh bằng cách
bắn các tia electron tốc độ cao vào phôi. Khi năng lượng của electron tập
trung vào một điểm trên phôi, năng lượng nhiệt sẽ làm bốc hơi kim loại một
cách cục bộ. Phương pháp này phải được tiến hành trong môi trường chân
không.
Gia Công Bằng Hồ Quang Plasma – Plasma Arc Machining.
Bên trong một mỏ hàn plasma, khí gas bị nung nóng bởi một hồ quang
vonfram đến một nhiệt độ mà nó bị ion hóa và hoạt động như một chất dẫn
điện. Tại trạng thái này hồ quang khí được gọi là plasma. Mỏ hàn được
thiết kế sao cho khí gas tiếp giáp rất gần với cột hồ quang qua một lỗ phun
nhỏ. Phương pháp này có thể được sử dụng để thay thế các nguyên công gia
công thô như tiện và bào. Ưu điểm của gia công bằng hồ quang plasma là
có thể cắt tất cả kim loại với mọi độ cứng. Nhược điểm là tạo ra một bề mặt
xù xì và có thể gây hư hại bề mặt gia công do sự oxy hóa và quá nhiệt.

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ

2.3

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẠT ĐỘ BÓNG BỀ MẶT
Các phương pháp này được sử dụng để gia công các bề mặt có độ
nhẵn, độ chính xác, độ thẩm mỹ cao, hoặc một lớp phủ bảo vệ. Bảng 3.4
liệt kê mười phương pháp gia công tinh và các loại máy móc thiết bị, và/
hoặc vật liệu sử dụng cho mỗi loại.
Đánh Bóng - Polishing
Đánh bóng sử dụng các bánh xe hoặc dây đai được phủ các hạt mài
mòn để đánh bóng bề mặt chi tiết. Những vết xước hoặc những lỗi nhỏ trên
bề mặt chi tiết có thể được loại trừ. Khối lượng kim loại được lấy đi và chất
lượng bề mặt tạo thành phụ thuộc vào tốc độ dây đai, áp lực dây đai, kích
cỡ của hạt mài cũng như đặc tính của vật liệu làm nên phôi.
Mài Bằng Đai – Abrasive Belt Grinding
Phương pháp mài bằng đai, hay còn gọi là mài năng lượng cao, được
dùng để cắt bỏ phôi và chuẩn bị bề mặt phôi. Hành động mài được thực
hiện bằng cách sử dụng một đai mài được kéo căng chuyển động trên
những ròng rọc chính xác với tốc độ cao, từ 250 đến 6000 feet mỗi phút.
Ứng dụng của mài bằng đai là gia công thô những bề mặt phẳng, ống và gia
công tinh những sản phẩm của phương pháp đột lỗ, rèn, và đúc.
Gia Công Bằng Thùng Trống Quay – Barrel Tumbling
Phương pháp này sử dụng để khử các bavia, rỉ sắt, rìa, gờ, và oxit. Nó
cũng được sử dụng để nâng cao chất lượng bề mặt. Chất lượng bề mặt chi
tiết tạo thành theo phương pháp này sẽ đồng nhất, điều khó có thể đạt được
nếu gia công thủ công. Chi tiết được đặt trong thùng trống quay tròn, hoặc
trong thùng chứa lắc lư, bên trong có chứa dung môi có tính chất mài mòn,
nước hoặc dầu, và một số hợp chất hóa học. Khi thùng trống quay, bề mặt

phía trên của phôi sẽ trượt về phía thấp hơn của thùng trống và hình thành
hành động đánh bóng. Kết quả tương tự với thùng chứa lắc lư khi toàn bộ
vật chứa trong thùng cùng chuyển động như nhau. Phương pháp này có tính
kinh tế cao khi người ta cần làm sạch một số lượng lớn các chi tiết có kích
thước nhỏ.

25

Bài giảng thiết kế hệ thống sản xuất chương 2 các phương pháp gia công cơ khí

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về