CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY-CÔNG NGHỆ ĐÚC

Ch­¬ng 1
Kh¸i qu¸t chung vÒ c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y


1.1 Quá trInh sản xuất và quá trinh công nghệ
1.1 .1.Quá trinh sản xuất. và quá trinh công nghệ
a.Quá trinh sản xuất.
Nói một cách tổng quát quá trinh sản xuất là quá trinh tác động của
con người vào của cải vật chất của thiên nhiên để biến nó thành sản phẩm
phục vụ cho lợi ích của con người.
Nói hẹp hơn, trong một nhà máy cơ khí, quá trinh sản xuất là quá
trinh tổng hợp các hoạt động có ích để biến nguyên vật liệu và bán
thành phẩm thành sản phẩm của nhà máy. Nó có thể gồm nhiều quá
trinh chính và quá trinh phụ. Các quá trinh trinh chính như: quá trinh
tạo phôi (úc, Rèn, Dập..), quá trinh gia công cơ khí (Tiện, Phay,
Bào ..), quá trinh nhiệt luyện, quá trinh lắp ráp, quá trinh kiểm tra và
các quá trinh phụ như: vận chuyển, sửa ch a thiết bị, sơn lót, bao bi
đóng gói
b. Quá trinh công nghệ.


- Quá trinh công nghệ gia công cơ: Là quá trinh làm thay đổi hinh
dáng, kích thước của đối tượng sản xuất.
- Quá trinh nhiệt luyện: Là quá trinh làm thay đổi tính chất vật lý, cơ
học (độ cứng), hoá học (cấu trúc hạt kim loại) của vật liệu.
- Quá trinh lắp ráp: Là quá trinh là quá trinh tạo thành mối liên kết
gia các chi tiết thông qua các mối lắp ghép gia chúng.
Xác định quá trinh công nghệ hợp lý rồi ghi thành vn kiện công nghệ
thi nó được gọi là quy trinh công nghệ.

1.1.2. Các thành phần của quá trinh công nghệ
a. Nguyên công: Là một phần của quá trinh công nghệ được hoàn thành
liên tục tại một chổ làm việc do một hay một nhóm công nhân thực hiện.
B

A

Ví dụ khi tiện các bề mặt A, B của trục như trong hinh vẽ:
- Nếu tiện mặt A xong, quay lại tiện mặt B luôn 1 nguyên công
- Nếu tiện mặt A xong cho cả loạt rồi trở đầu tiện mặt B 2 nguyên
công
Nguyên công là đơn vị cơ bản của quá trinh công nghệ được dùng để
hạch toán và tổ chức sản xuất. Việc phân chia nó chỉ là tương đối, tuỳ
thuộc vào điều kiện cụ thể nhưng nó có ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật. Một
quy trinh công nghệ có thể gồm nhiều nguyên công.


b.Gá (gá đặt): Là một phần của nguyên công được hoàn thành trong một
lần gá đặt chi tiết gia công. Một nguyên công có thể gồm một hay nhiều
lần gá.
B

A

Ví dụ: Khi tiện A xong rồi lại tiện B thi có 2 lần gá
c. Vị trí: Là một phần của nguyên công được xác định bởi vị trí của chi
tiết so với máy hoặc dao. Như vậy một lần gá có thể có một hoặc nhiều vị
trí.
d.Bước: Là một phần của nguyên công tiến hành gia công một hoặc một
tập hợp bề mặt bằng một hay một bộ dao với một chế độ cắt không đổi

trong suốt thời gian gia công đó.


e. ường chuyển dao: Là một phần của bước để hớt (cắt) đi một lớp vật
liệu có cùng chế độ cắt và bằng cùng một dao cắt.
f. ộng tác: Là một hành động của công nhân để điều khiển máy gia
công hoặc lắp ráp.
ộng tác tuy đơn giản nhưng là yếu tố rất quan trọng trong việc thực
hiện Tự động hoá quá trinh sản xuất.


1. 2.chất lượng bề mặt chi tiết máy
1.2.1. Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt
Gồm:
- Hinh dáng lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám...).
- Trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu lớp biến
cứng, ứng suất dư...).
- Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn,
khả nng chống xâm thực hoá học, độ bền mỏi...).
Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều
kiện gia công cụ thể.


1.2.1.1 Chất lượng hinh học của bề mặt gia công
Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có
nhng nhấp nhô. Nhng nhấp nhô này là do quá trinh biến dạng dẻo
của bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt, do vết của lưỡi cắt để lại trên bề
mặt gia công, do ảnh hưởng của rung động khi cắt và nhiều nguyên nhân
khác.

Bề mặt CTM sau khi mài


BÒ mÆt chi tiÕt m¸y sau khi gia c«ng (Mµi)


Hinh dáng hi nh học bề mặt CTM được đặc trưng bởi: độ nhấp nhô tế vi
(độ nhám) và độ sóng.
- ộ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt). ược xác định bởi hai thông số
sau:

Hinh 1 ộ nhám bề mặt CTM

+ Chiều cao nhấp nhô prôfin theo 10 điểm, RZ: Là trị số trung binh của
tổng các giá trị tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy
thấp nhất của prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.
5

Rz =

H
i =1

5

Max

H min
i =1

5


+ Sai lệch trung binh số học của prôfin Ra: là trị số trung binh của
khoảng cách từ đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi tới đường trung binh
OX.

ộ nhám bề mặt CTM
l

1
1 n
Ra = hx dx hi
l0
n i =1
Với:
-l: Chiều dài chuẩn
- hx: Chiều cao nhấp nhô tính từ đường chuẩn
- n: Số nhấp nhô được đo


Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) độ nhám được chia thành 14 cấp, trong đó
thấp nhất là cấp 1 và cao nhất là cấp 14. Rz được dùng cho trường hợp độ nhám
từ cấp 1-5, cấp 13, 14. Còn từ cấp 6-12 thi sử dụng Ra.
Cấp độ nhám

Ra(àm)

Rz(àm)

Không lớn hơn

1
2
3

84
40
20

320
150
80

4
5

10
5

40
20

6
7
8

2,5
1,25
0,63

10
6,3
3,2

9
10
11
12

0,32
0,16
0,08
0,04

1,6
0,8
0,4
0,2

Chiều dài
chuẩn l
(mm)

8
2,5

0,8

0,25

13
0,02
0,08
0,1
14 đỏ là ký0,01
0,05 được sử dụng trên các bản vẽ
Ghi chú: Ch in đậm màu
hiệu độ nhám


Ký hiệu độ nhám trên các bản vẽ kỹ thuật:
Ghi theo Rz:
Ghi theo Ra:

Rz40

5

Trong thực tế sản xuất, người ta thường hay sử dụng ký hiệu để chỉ độ bóng
bề mặt. Ký hiệu này cũng được sử dụng rộng rải trong các bản vẽ của các nước
công nghiệp phát triển như Nhật Bản, ức, Mỹ v.v Tuy nhiên, khi ghi độ bóng
người ta thường kèm thêm phương pháp gia công.
Ví dụ: G có nghĩa là bề mặt đạt độ bóng đó bằng phương pháp mài.
:
Tương đương với Ra= 10-20àm
:
Tương đương với Ra= 2,5-5àm
: Tương đương với Ra= 1,25-0,32àm
: Tương đương với Ra= 0,16-0,01àm

G

- ộ sóng
ộ sóng là tập hợp tất cả độ nhấp nhô được lặp lại theo chu kỳ trên bề mặt chi
tiết. ộ sóng được xác định trên một chiều dài chuẩn lớn hơn so với độ nhám bề
mặt.


1.2.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công
Tính chất cơ lý được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi cấu trúc
tinh thể lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt.
a) Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt.
Trong quá trinh gia công dưới tức dụng của lực cắt làm xô lệch mạng
tinh thể của kim loại lớp bề mặt, gây biến dạng dẻo ở vùng trước và sau
lưỡi cắt làm cho kim loại của lớp bề mặt bị cứng nguội, chắc lại và có độ
cứng tế vi cao.

Sơ đồ cắt trong
gia công cắt gọt


Sù thay ®æi cÊu tróc tinh thÓ líp bÒ mÆt


Thay ®æi ®é cøng trong líp bÒ mÆt mµi


b. ứng suất dư trong lớp bề mặt.
Khi gia công trong lớp bề mặt chi tiết xuất hiện ứng suất dư. Các
nguyên nhân chính gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt gia công là :

Khi cắt một lớp mỏng vật liệu trường lực gây ra biến dạng dẻo không
đều. Khi trường lực mật đi biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư.
Biến dạng dẻo khi cắt làm chắc lớp kim loại bề mặt. Lớp kim loại bên
trong do không biến dạng dẻo nên vẫn binh thường. Lớp kim loại bên
ngoài có xu hướng tng thể tích nhưng không tng được nên gây ra ứng
suất nén, để cân bằng lớp bên trong gây ra ứng suất kéo.
Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ bề mặt, làm giảm môđun
đàn hồi của vật liệu. Sau khi cắt lớp bề mặt nguội nhanh, co lại gây ra
ứng suất dư kéo, để cân bằng lớp trong gây ra ứng suất dư nén.
Kim loại chuyển pha và nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc lớp kim loại bề
mặt và gây ra ứng suất dư nén nếu có xu hướng tng thể tích.


ứng suất dư dưới lớp bề mặt

Chiều sâu tính từ bề mặt

- o độ nhám: Bằng dụng cụ quang học hay bằng các thiết bị đo tiếp xúc
- o độ cứng tế vi: Dùng các thiết bị đo độ cứng
- o ứng suất dư: Dùng phương pháp chiếu tia Rơn-ghen


1.2.3. ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả
nng làm việc của chi tiết máy.
1.2.3.1 ảnh hưởng tới tính chống mòn.
1. ảnh hưởng của độ nhám bề mặt.
Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc với nhau có nhấp nhô tế vi nên ở giai
đoạn đầu hai bề mặt này chỉ tiếp xúc với nhau trên một số đỉnh nhấp nhô
cao, diện tích tiếp xúc chỉ bằng một phần diện tích tính toán và tại đó có
áp suất rất lớn, thường vượt quá giới hạn chảy, có khi vượt cả giới hạn

bền của vật liệu, làm cho các điểm tiếp xúc bị nén đàn hồi và biến dạng
dẻo các nhấp nhô, đó là biến dạng tiếp xúc. Biến dạng tiếp xúc được xác
định theo công thức kinh nghiệm sau :
= C.px (àm)
Trong đó :
C, x hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm.
p - áp suất tại chổ tiếp xúc.


Các chỗ lõm do nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các chất n mòn.
Như vậy chiều cao nhấp nhô càng thấp thi càng bị n mòn.
2. ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt.
Cấu trúc kim loại có hạt cứng (peclit) và hạt mềm (ferrit). Hạt mềm
biến dạng dẻo nhiều hơn khả nng biến cứng cao hơn mức nng
lượng nâng cao không đều thế nng điện tích của các hạt thay đổi
khác nhau ferrit trở thàh anốt (+) peclit trở thành catốt (-)
3. ảnh hưởng của ứng suất dư :
ứng suất dư hầu như không ảnh hưởng đến tính n mòn


1.2.3.2 ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy
1. nh hng ca nhỏm b mt:
ộ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất
là khi nó chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, vi ở đáy các nhấp nhô có ứng
suất tập trung lớn, có khi vượt quá giới hạn mỏi của vật liệu.
Với thép 45: RZ = 75 àm thi -1 = 195 MN/m2 (195 N/mm2).
RZ = 2 àm thi -1 = 282 MN/m2 (282 N/mm2).
2. nh hng ca lp bin cng b mt:
Bề mặt bị biến cứng có thể tng độ bền mỏi khoảng 20%. Chiều sâu và
mức độ biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của

chi tiết máy, vi nó hạn chế khả nng gây ra các vết nứt tế vi làm phá
hỏng chi tiết, nhất là khi bề mặt chi tiết có ứng suất dư nén.
3. nh hng ca ng sut d:
ứng suất dư nén trên lớp bề mặt có tác dụng làm tng độ bền mỏi của
chi tiết, còn ứng suất dư kéo thi ngược lại.

-1b = -1a - d

Với: -1a giới hạn mỏi khi không có ứng suất dư bề mặt; -1b giới hạn mỏi khi
có ứng suất dư bề mặt; d ứng suất dư bề mặt lớn nhất; hệ số phụ thuộc vật


1.2.3.3 ảnh hưởng đến tính n mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết
1. ảnh hưởng của độ nhám bề mặt.
Các chỗ lõm do nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các chất n mòn. Như
vậy chiều cao nhấp nhô càng thấp thi càng bị n mòn.
2. ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt.
Cấu trúc kim loại có hạt cứng (peclit) và hạt mềm (ferrit). Hạt mềm biến
dạng dẻo nhiều hơn khả nng biến cứng cao hơn mức nng lượng
nâng cao không đều thế nng điện tích của các hạt thay đổi khác nhau
ferrit trở thàh anốt (+) peclit trở thành catốt (-)
3. ảnh hưởng của ứng suất dư :
ứng suất dư hầu như không ảnh hưởng đến tính n mòn
1.2.3.4 ảnh hưởng đến độ chính xác các mối lắp ghép.
Nhận xét :
- ộ chính xác mối ghép phụ thuộc chất lượng bề mặt lắp ghép.
- ộ bền mối ghép (độ ổn định của chế độ lắp: chặt, lỏng, trung gian)
gia các chi tiết tuỳ thuộc độ nhám bề mặt lắp ghép

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết.
1. nh hưởng của các yếu tố hinh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt in
dập lên bề mặt gia công.
Chế độ cắt khi gia công bằng phương pháp cắt gọt (có phoi) gồm: Tốc độ
cắt V (m/ph); Lượng tiến dao: S (mm/vg ; Chiều sâu cắt : t (mm)
- Bước tiến dao S
S1

S1

T



Rz

Rz

T

1

1



,
1

2

Lượng tiến dao nhỏ

2

1

Lượng tiến dao lớn
+ Với S > 0,15 mm/vg :
+ Với S < 0,1 mm/vg :

S2
Rz =
8r
S 2 a min r.a min
Rz =
+
1 + 2
8r
2
S


Rz

Rz theo lý thuyết

Rz=S2/8r

0

0,01

0,02

0,03

0,05

S (m/vg)

Quan hệ gia chiều cao nhấp nhô Rz và lư
ợng chạy dao S (Lý thuyết)
- ảnh hưởng của chiều sâu cắt t
Chiều sâu cắt ảnh hưởng không đến độ nhám bề mặt trên phương diện
hinh học nhưng nó lại tác động thông qua lực cắt và rung động


BÒ mÆt chi tiÕt m¸y sau khi mµi b»ng ®¸ CBN víi c¸c tèc ®é chi tiÕt kh¸c
Dry grinding
Cool-air grinding
nhau
Vｆ

3

9

15

SEM observation after 200 grinding passes
V ｆ =3, 9, 15 mm/s, V ＝ 30 ｍ /s, a ＝ 7μ ｍ