CHƯƠNG 9: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ QTCN GC CHI TIẾT CK
9.6. Những nội dung thiết kế chính
9.6.3. Thiết kế nguyên công
Thiết kế nguyên công là một nội dung rất quan trọng trong khâu thiết kế quy trình
V1
1
V1
2
V1
mm
V2
1
V2
2
V2
m
Vn
1
Vn
2
Vn
m
B1 B2
Bn
Hình 9.2. Giản đồ thứ tự gia công ( Graph)
I – phôi thanh, II – phôi rèn thô, III – phôi rèn tinh, IV – phôi ghép, V – phương
pháp gia công, cắt gọt, .….... rèn dập,
.. .. .. nối ghép, --- nhiệt luyện, Trạng thái của đối tượng gia
công.
ZA trạng thái ban đầu, ZEj trạng thái trung gian, ZE trạng thái cuối cùng.
- Xác định phương pháp gia công cho các bề mặt trên chi tiết cơ khí.
- Chọn máy công cụ để thực hiện phương pháp gia công đã xác định.
- Xác định các bước công nghệ theo máy công nghệ đã chọn.
- Xác định chế độ cắt cho từng bước công nghệ phù hợp với máy công nghệ.
- Định mức thời gian gia công.
- Xác định số lượng máy và số lượng thợ cần thiết.
9.6.3.1. Xác định phương pháp gia công.
Phương pháp gia công được xác định phù hợp với từng bền mặt trên chi tiết cơ khí trên cơ sở đối chiếu những đặc trưng theo yêu cầu của từng bề mặt chi tiết gia công theo độ chính xác hình dạng, độ nhám, vị trí tương qua, kích thước gia công, kích thước phôi tương ứng, v.v... với khả năng công nghệ của từng phương pháp gia công (dạng bề mặt gia công, độ chính xác gia công về kích thước IT, độ nhám Ra, Rz, phạm vi gá đặt phôi trên máy gia công, lượng dư gia công nhiều nhất (Zmin), năng suất gia công v.v...)
9.6.3.2. Chọn máy công cụ.
Trong thực tế hiện nay có thể sử dụng hai loại máy công cụ: máy công cụ thông thường và máy công cụ NC hoặc CNC. Đối với hai loại máy này có những định hướng để lựa chọn nhằm thực hiện nguyên công như sau:
- Máy có khả năng thực hiện phương pháp gia công đã xác định
- Máy có phạm vi làm việc đảm bảo gia công an toàn thuận tiện, phù hợp với kích thước của trang bị, dụng cụ công nghệ và hành trình theo những phương và chiều nhất định.
- Chất lượng của máy đảm bảo chất lượng gia công chi tiết hoặc bề mặt theo tiến trình gia công chung (đảm bảo đạt độ chính xác cho kích thước IT, về hình dạng, độ nhám, vị trí tương quan v.v...)
- Phạm vi làm việc của máy về thông số công nghệ và kỹ thuật, công suất v.v... phải đảm bảo tạo điều kiện đạt hiệu quả gia công tốt về chất lượng và năng suất,
- Máy có phí tổn thời gian gia công (thời gian cơ bản, thời gian trực tiếp cắt vật liệu) ít để đạt năng suất gia công cao,
- Đảm bảo sư dụng máy hết khả năng về kĩ thuật và vốn thời gian làm việc, nhất là máy hiện đại và đắt tiền như loại máy gia công CNC,
- Khi sản lượng ít (gia công đơn chiếc, loại nhỏ) lên tập chung gia công chi tiết trên một số máy để giảm chi phí sản xuất, ví dụ, giảm chi phí vận chuyển v.v...
9.6.3.3.Xác định các bước công nghệ.
Nói chung, tuỳ theo ngững yêu cầu của từng bề mặt gia công theo bản vẽ thiết kế của chi tiết cơ khí và độ chính xác kích thước (IT), hình dáng, độ nhám (Ra,Rz), vị trí tương quan và lượng dư gia công ứng với bề mặt… mà một bề mặt của chi tiết có khí thường phải qua các bước như sau:
- Gia công thô với mục tiêu gia công cần đạt là năng suất gia công cao nhất.
- Gia công tinh với mục tiêu gia công cần đạt là chất lượng gia công (đạt độ chính xác yêu cầu về kích thước(IT), độ nhám (Ra,Rz), hình dáng, vị trí tương quan,…
Riêng đối với gia công lỗ trên phôi đặc có kích thước đường kính lỗ nhỏ hơn 30mm,đạt IT8 và Ra = 2,5 m (cấp nhãn bóng bề mặt là V7) phải qua các bước gia công
trong một nguyên công (một lần gá phôi) như sau: bước 1: khoan, bước 2:khoét, bước 3:doa.
Đối với từng bước công nghệ cần xác định rõ những yếu tố sau:
- Kích thước cần đạt,
- Độ chính xác kích thước (IT), hình dạng, vị trí tương quan, - Độ nhám bề mặt (Ra,Rz),
- Dụng cụ cắt, dụng cụ đo, - Lượng dư cắt,
- Chế độ cắt: tốc độ cắt, chiều sâu cắt, lượng tiến dao,…
9.6.3.4.Xác định chế độ cắt.
Chế độ cắt, gọi là thông số công nghệ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và năng suất gia công, nghĩa là có ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật của nguyên công. Giá trị chế độ cắt được xác định hợp lý để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công theo điều kiện gia công cụ thể của máy, trang bị, dụng cụ công nghệ và phôi gia công.
Chế độ cắt khi gia công cắt gọt gồm có những đại lượng sau đây:
- Vận tốc cắt (v), tính theo đơn vị m/phút, - Chiều sau cắt (t), tính theo đơn vị mm,
- Lượng chạy dao (S), tính theo đơn vị mm/vòng hoặc mm/phút, - Tốc độ quay của trục chính máy (n), tính theo đơn vị vòng/phút, - Số lần cắt hoặc số lần chạy dao (i),
Nói chung, giá trị của các đại lượng về chế độ cắt gia công chi tiết cơ khí phụ thuộc vào phương pháp gia công, kiểu loại và trạng thái máy gia công, kiểu loại và trạng thái, độ cứng vững của trang bị và dụng cụ công nghệ, tính chất của vật liệu phôi gia công và vật liệu dụng cụ cắt, trạng thái phôi và bán thành phẩm để gia công chi tiết (độ nhám, độ chính xác kích thước, độ cứng vững, năng lượng dư gia công,…), v.v…
Giá trị của chế độ cắt được xác định chủ yếu trong sản xuất bằng các bảng hoặc đồ thị trong các tài kiệu tra cứu về công nghệ cơ khí (sổ tay, tiêu chuẩn), rồi đối chiếu với phạm vi giá trị thực theo các thang chia giá trị trên máy gia công được sử dụng, có kiểm nghiệm lại công suất và năng suất gia công của máy.
Giá trị của chế độ cắt đã dược xác định, kiểm nghiệm và ghi trong quy trình công nghệ là cơ sở để xác định tổng thời gian gia công cần thiết cho 1 chi tiết cơ khí công nghệ cho toàn bộ sản lượng chế tạo, để định mức lao động và hoạch định sản xuất.
Giá trị của các đại lượng chế độ cắt khi gia công cắt gọt thường được xác định như sau:
1. Dựa vào lượng dư gia công (Z), độ cứng của vật liệu phôi, thông số hình học và độ cứng vững của dụng cụ cắt xác định trị số lớn nhất của đại lượng chiều sâu cắt (tmã), số lần cắt (i) như sau: i =
tmax
Z z/tmax
2. Trên cơ sở giá trị tmax, xét đến độ chính xác IT và độ nhám bề mặt yêu cầu cũng như độ cứng vững của hệ thống gia công và sức bền thân dao, tiến hành xác định giá trị lớn nhất của lượng tiến dao (Smax), từ đó dựa vào thang chia của máy sử dụng để xác định giá trị lượng chạy dao theo máy (S ).
3. Xác định tuổi thọ bền kinh tế (TKT), chiều sâu cắt lớn nhất (tmax), lượng tiến dao theo máy (Smax).
4. Xác định vận tốc cắt (n) theo các giá trị tuổi bền kinh tế (TKT), chiều sâu cắt lớn nhất (tmax), lượng tiến dao theo máy (Smax).
5. Xác định tốc độ quay (n) của trục chính máy gia công theo vận tốc cắt (v) rồi dựa vào thang chia về cấp vòng quay của máy để chọn tốc độ quay theo máy thực tế(nmáy), sau đó tính lại giá trị thức của vận tốc cắt (v).
7. Kiểm nghiệm lại lực cắt và công suất cắt theo máy đã chọn.
Ngoài cách trên còn có cách xác định giá trị tối ưu của các đại lượng chế độ cắt, ví dụ: S, t, v, trên cơ sở vận dụng lý thuyết toán tối ưu, cụ thể là phương pháp toán quy hoạch tuyến tính, với mô hình toán tối ưu ứng với từng phương pháp gia công cắt gọt và điều kiện gia công cụ thể, gồm:
- Hàm mục tiêu, ví dụ, khi gia công thô thì mục tiêu là năng suất gia công cao (max), khi gia công tinh: mục tiêu là chất lượng gia công cao.
- Các điều kiện giới hạn, ví dụ: các điều kiện ràng buộc của hàm mục tiêu theo điều kiện gia công và phương pháp gia công cụ thể (phạm vi điều chỉnh giá trị của chế độ cắt trên máy gia công, điều kiện đảm bảo bền kinh tế của dụng cụ cắt, điều kiện đảm bảo chất lượng gia công về độ chính xác IT và độ nhám bề mặt Ra, Rz, điều kiện đảm bảo công suất máy gia công, v.v...).
Giá trị tối ưu của chế độ cắt được xác định trước khi gia công, tức là ngoài quá trình cắt, rồi được chỉnh sẵn trên máy gia công theo những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định, chưa xét đến ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên trong quá trình cắt thực, làm cho giá trị thực tế về chế độ cắt có sai lệch so với giá trị tối ưu đã được tính toán trước. Để khắc phục hạn chế này, giải pháp tối ưu hoá liên tục và thích nghi với quá trình cắt (adaptive optimanisation) đã được xây dựng và đề xuất ứng dụng, nhằm đảm bảo giá trị tối ưu về chế độ cắt thích hợp với thời điểm cắt thực tế, cân bằng ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên, đảm bảo cho các đại lượng chế độ cắt luôn có giá trị tối ưu. Vấn đề xác định chế độ cắt tối ưu đã được trình bầy ở chương 14 (Tối ưu hoá quá trình cắt gọt) của giáo trình này.
9.6.3.5. Định mức thời gian gia công.
Định mức kỹ thuật cho quá trình chế tạo chi tiết cơ khí là một công việc phức tạp và nhậy cảm vì có tác động đến người lao động. Cơ sở định mức kỹ thuật sẽ được trình bầy cụ thể ở chương 18 của giáo trình này. Trọng tâm ở đây là định mức thời gian gia công trên cơ sở tính toán thời gian cần thiết để gia công hoàn chỉnh một chi tiết cơ khí ứng với từng nguyên công của quy trình công nghệ, nghĩa là tính toán giá trị của đại lượng thời gian từng chiếc (tk) như đã nêu ở mục 7.2 của chương này.
Mục tiêu ở đây là tận dụng với hiệu quả cao nhất quỹ thời gian làm việc của thợ, của máy; trang bị và dụng cụ công nghệ. Giá trị thời gian cần thiết để thực hiện từng nguyên công được xác định theo điều kiện sản xuất bình thường, từ đó xây dựng định
mức lao động đảm bảo hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của nguyên công và phù hợp với khả năng lao động của thợ.
9.6.3.7. Xác định số lượng máy và thợ cần thiết.
Số lượng máy gia công cần thiết (M) để thực hiện khối lượng công việc ứng với một nguyên công của quy trình công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí được xác định như sau:
M = TT mk
M m
.
. (9.5)
Trong đó TM - tổng giờ máy cần thiết để gia công cả sản lượng chi tiết, tính theo đơn vị giờ/năm.
k - là hệ số khả năng tăng năng suất, vượt định mức, ví dụ, k = 0,9 ÷ 0,95.
TM- quỹ thời gian làm việc thực tế của một máy theo chế độ một ca sản xuất/ngày, tính theo đơn vị giờ/năm, ví dụ, TM ≈ 2200 giờ/năm.
m - số ca sản xuất trong một ngày đêm, m = 1, 2, 3.
Số lượng thợ cần thiết (R) để thực hiện khối lượng công việc ứng với nguyên công được xác định với biểu thức sau: R =
N n
T k T .
(9.6)
với: Tn - số giờ cần thiết để gia công cả sản lượng chi tiết, tính theo đơn vị giờ/năm.
k - hệ số về khả năng tăng năng suất, vượt định mức, ví dụ, k = 0,9 ÷ 0,95.
TN - quỹ thời gian làm việc thực tế của một người thợ theo chế độ một ca sản xuất/ngày, tínhtheo đơn vị giờ/năm, ví dụ, TN ≈ 2000 giờ/năm.
Số lượng thợ cần thiết (R) để thực hiện khối lượng công việc ứng với nguyên công còn được xác định theo số máy cần thiết (M) cho nguyên công như sau: R = R0 . M
Với R0 là số thợ cần thiết để cùng vận hành một máy, M là số máy cần thiết của nguyên công.