Bài giảng Cơ khí đại cương - Chương 1: Các khái niệm cơ bản trong sản xuất cơ khí

Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn Hàn & Cụng nghệ Kim loại Địa chỉ: P306 Nhà C1 – ĐHBK Hà Nội ĐT: 04.869 2204, Fax: 04.868 4543 Email: bmhan@hust.edu.vn Mụn học: Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Nội dung môn học: 1. Các khái niệm cơ bản về sản xuất cơ khí 2. Vật liệu dùng trong ngành cơ khí 3. Luyện kim 4. Các phơng pháp chế tạo phôi 5. Gia công cắt gọt 6. Xử lý và bảo vệ bề mặt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Quá trình sản xuất: Tài nguyên Chế tạo vật liệu Chế tạo phôi Gia công cắt gọt Xử lý và bảo vệ Sản phẩm Quặng, nhiên liệu, trợ dung Luyện kim Đúc, cán, rèn, dập, hàn, ... Tiện, phay, bào, khoan, ... Nhiệt luyện, hoá nhiệt luyện, sơn, mạ, phủ, ... Thép, gang, đồng, nhôm Phi kim Phế phẩm Phế phẩm Phế phẩm Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Chơng I: Các khái niệm cơ bản trong sản xuất cơ khí I. Khái niệm về sản phẩm, chi tiết máy, bộ phận máy, cơ cấu máy, phôi 1. Sản phẩm là một danh từ quy ớc chỉ vật phẩm đợc tạo ra ở giai đoạn chế tạo cuối cùng của một cơ sở sản xuất 2. Chi tiết máy là đơn vị nhỏ nhất và hoàn chỉnh của máy, đặc trng của nó là không thể tách ra đợc và đạt mọi yêu cầu kỹ thuật  2 nhóm chi tiết máy: - Nhóm chi tiết máy có công dụng chung - Nhóm chi tiết máy có công dụng riêng 3. Bộ phận máy là một phần của máy, gồm hai hay nhiều chi tiết máy đợc liên kết với nhau theo những nguyên lý máy nhất định 4. Cơ cấu máy là một phần của máy hoặc bộ phận máy có nhiệm vụ nhất định trong máy 5. Phôi là một danh từ quy ớc chỉ vật phẩm đợc tạo ra của một quá trình sản xuất này chuyển sang một quá trình sản xuất khác Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại II. Quá trình thiết kế, quá trình sản xuất, quy trình công nghệ 2. Quá trình thiết kế là quá trình con ngời sử dụng thành tựu khoa học (thông qua sự tích luỹ và bằng sự sáng tạo của mình) tạo ra sản phẩm thể hiện trên các bản vẽ kỹ thuật và bản thuyết minh tính toán 1. Quá trình sản xuất là quá trình con ngời (thông quá các công cụ sản xuất) tác động lên tài nguyên thiên nhiên hoặc bán thành phẩm để biến đổi chúng thành những vật phẩm có ích cho xã hội Quy trình sản xuất bao gồm nhiều giai đoạn ! 3. Quy trình công nghệ là một phần của quy trình sản xuất, làm thay đổi trạng thái của đối tợng sản xuất theo một thứ tự nhất định và bằng một công nghệ nhất định Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2. Bớc là một phần của nguyên công để làm thay đổi trạng thái, hình dáng của chi tiết máy bằng một hay một tập hợp dụng cụ với chế độ làm việc không đổi của dụng cụ IV. Các dạng sản xuất 1. Sản xuất đơn chiếc là dạng sản xuất chế tạo một hoặc một số ít sản phẩm, chu kỳ lặp lại rất ít và không theo một khoảng thời gian nhất định nào 2. Sản xuất hàng loạt là dạng sản xuất trong đó việc chế tạo sản phẩm theo từng loạt hay từng lô đợc lặp lại thờng xuyên sau một khoảng thời gian nhất định 3. Sản xuất hàng khối là dạng sản xuất trong đó sản phẩm đợc chế tạo với một số lợng rất lớn và liên tục trong một khoảng thời gian dài III. Các thành phần của quy trình công nghệ 1. Nguyên công là một phần của quy trình công nghệ do một nhóm công nhân thực hiện liên tục tại một chỗ làm việc để gia công một hay nhiều nhóm chi tiết cùng đợc gia công một lần Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại V. Khái niệm về chất lợng bề mặt của sản phẩm 1. Độ nhẵn bề mặt (độ nhấp nhô bề mặt): 1.1. Các khái niệm và định nghĩa. - Bề mặt hình học là bề mặt đợc xác định bởi kích thớc trên bản vẽ không có nhấp nhô sai lệch về hình dáng - Bề mặt thực là bề mặt giới hạn của vật thể, ngăn cách nó với môi trờng xung quanh - Bề mặt đo đợc là bề mặt nhận đợc khi đo về bề mặt thực bằng các dụng cụ đo  Chiều dài chuẩn L là chiều dài phần bề mặt đợc chọn để đánh giá độ nhấp nhô bề mặt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Độ nhẵn bề mặt là tập hợp những mấp mô có bớc tơng đối nhỏ trên bề mặt thực, đợc xét trong phạm vi chiều dài chuẩn L - Chiều dài đo là chiều dài tối thiểu của phần bề mặt cần thiết để xác định một cách tin cậy nhấp nhô bề mặt. Nó bao gồm một số chiều dài chuẩn - Đờng trung bình của Profin đo đợc sao cho tổng bình phơng khoảng cách từ các điểm của Profin đến đờng đó (y1, y2, ...yn) là nhỏ nhất trong giới hạn chiều dài chuẩn F1 + F3 + Fn-1 = F2 + F4+Fn  Sai lệch trung bình số học Ra là trị số trung bình các khoảng cách từ những điểm của Prôfin đo đợc đến đờng trung bình của nó, trong giới hạn chiều dài chuẩn dxy L R L oa 1 n i ia y L R 1 1 Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại  Chiều cao mấp mô trung bình Rz là trị số trung bình của những khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của Profin đo đợc, trong giới hạn chiều dài chuẩn 5 )...()...( 1042931 hhhhhhRz  Trong đó h1, h3 +h9 và h4, h4,..h10 là khoảng cách từ các đỉnh cao nhất và các đáy thấp nhất của Prôfin đến một đờng bất kỳ song song với đờng trung bình 1.2. Phân cấp và ký hiệu độ nhẵn bề mặt Độ nhẵn bề mặt đợc xác định bằng 1 trong 2 chỉ tiêu sau: - Sai lệch trung bình số học Ra - Chiều cao mấp mô trung bình Rz Tiêu chuẩn Nhà nớc TCVN 2511- 78 quy định 14 cấp độ nhẵn bề mặt Đối với cấp 6 12, chủ yếu dùng thông số Ra, Đối với cấp 13,14 và 1 5 chủ yếu dùng thông số Rz. Ký hiệu: 20zR 5,2 Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2. Tính chất có lý lớp bề mặt Cấu trúc của lớp bề mặt kim loại sau khi gia công cơ bao gồm các lớp sau: 1: Lớp thứ nhất là một màng khí hấp thụ trên bề mặt: 2 -3 Ao 2: Lớp thứ hai là lớp Ôxy hoá: 40 - 80Ao 3: Lớp thứ 3 là lớp kim loại bị biến dạng: 50.000Ao, Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại VI. Khái niệm về độ chính xác gia công cơ khí 1. Khái niệm về tính lắp lẫn và dung sai Tính lắp lẫn của một chi tiết hay bộ phận máy là khả năng thay thế cho nhau không cần lựa chọn và sửa chữa mà vẫn bảo đảm đợc các điều kiện kỹ thuật và kinh tế hợp lý Sai phạm trong phạm vi cho phép để bảo đảm tính lắp lẫn gọi là dung sai ( ) = Dmax - Dmin hoặc có thể viết (IT) = ES (es) + EI (ei) IT: dung sai ES, es: sai lệch trên EI, ei: sai lệch dới ES, EI: dùng cho lỗ es, ei: dùng cho trục Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Kích thớc danh nghĩa là kích thớc cơ bản, đợc xác định theo chức năng của chi tiết và dùng làm căn cứ để tính độ sai lệch --> Kích thớc danh nghĩa sử dụng trong các kết cấu phải đợc chọn tơng ứng với kích thớc trong TCVN 192 - 66 “Kích thớc u tiên” --> Chọn kích thớc danh nghĩa theo tiêu chuẩn cho phép giảm số lợng, chủng loại các dụng cụ đo lờng và cắt gọt, tạo điều kiện phân loại các quá trình công nghệ và đơn giản hoá sản xuất - Dung sai có trị số phụ thuộc vào kích thớc danh nghĩa và đợc ký hiệu bằng các chữ số - cấp chính xác Tiêu chuẩn Việt Nam đợc quy định 19 cấp chính xác theo thứ tự độ chính xác giảm dần: 01, 0, 1, 2...17 >> Miền dung sai theo TCVN và ISO đợc ký hiệu bởi một chữ (ký hiệu sai lệch cơ bản) và một số (ký hiệu dung sai): Ví dụ: H7, H11, D6... (đói với lỗ), g6, f5, e6... (đối với trục) >> Trên các tài liệu kỹ thuật, mỗi kích thớc cần quy định dung sai theo TCVN và ISO đợc ký hiệu nh sau: 18H7, 40g6, 40H11... Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Miền dung sai của hệ trục và lỗ Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Lắp ghép đợc tạo thành do sự nối ghép giữa hai chi tiết --> Tính chất của lắp ghép đợc đặc trng bởi hiệu các kích thớc của hai chi tiết trớc khi lắp, nghĩa là bởi trị số của độ hở hoặc độ dô i có trong mối ghép - Trục là tên gọi đợc dùng để ký hiệu các bề mặt trụ ngoài của chi tiết - Lỗ là tên gọi đợc dùng để ký hiệu các bề mặt trụ trong của chi tiết ->> Trục cơ bản là trục mà sai lệch trên của nó bằng không. ->> Lỗ cơ bản là lỗ mà sai lệch dới của nó bằng không ->> Kích thớc danh nghĩa của mối ghép là kích thớc danh nghĩa chung cho lỗ và trục. ->> Dung sai lắp ghép là tổng dung sai của lỗ và trục - Độ hở là hiệu giữa các kích thớc của lỗ và trục nếu kích thớc của lỗ lớn hơn kích thớc của trục. Lắp ghép này đợc gọi là lắp ghép lỏng - Độ dôi là hiệu giữa các kích thớc của trục và lỗ trớc khi lắp, nếu kích thớc của trục lớn hơn kích thớc của lỗ. Lắp ghép này đợc gọi là ghép chặt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2. Khái niệm về độ chính xác gia công - Độ chính xác gia công là mức độ đạt đợc khi gia công các chi tiết thực so với độ chính xác thiết kế đề ra. - Sai lệch gia công càng lớn tức là độ chính xác gia công càng kém Trong thực tế độ chính xác gia công đợc biểu thị bằng: - sai lệch về kích thớc ->> biểu thị bằng dung sai - sai lệch hình dáng ->> biểu thị bằng: + Sai lệch hình dáng hình học nh độ phẳng, độ côn, độ ôvan + Sai lệch về vị trí tơng quan giữa các yếu tố hình học của chi tiết (độ song song hai đờng tâm, độ thẳng góc giữa mặt đầu và tâm, v.v..) + Độ chính xác của hình dáng hình học tế vi (độ nhẵn bề mặt) Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 3. Các phơng pháp đo và dụng cụ đo 3.1. các phơng pháp đo 3.1.1. Đo trực tiếp: với phơng pháp đo này, giá trị của đại lợng đo đợc xác định trực tiếp theo chỉ số trên dụng cụ đo hoặc theo độ sai lệch kích thớc của vật đo so với kích thớc mẫu Đo trực tiếp tuyệt đối: Đo trực tiếp kích thớc cần đo và giá trị của kích thớc nhận đợc trực tiếp trên vạch chỉ thị của dụng cụ đo Đo trực tiếp so sánh: Đo trực tiếp kích thớc cần đo, nhng khi đo chỉ xác định trị số sai lệch của kích thớc so với mẫu; giá trị của kích thớc sẽ tính bằng phép cộng đại số kích thớc mẫu với giá trị sai lệch đó 3.1.2. Đo giá n tiếp: Đặc điểm của đo gián tiếp là giá trị của đại lợng đo đợc xác định gián tiếp qua kết quả đo trực tiếp các đại lợng có liên quan đến đại l- ợng đo 3.1.3. Đo phân tích (từng phần): Bằng phơng pháp này, các thông số của chi tiết đợc đo riêng rẽ, không phụ thuộc vào nhau Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 3.2. các dụng cụ đo Đo kích thớc lỗ a) Thớc cặp, chính xác 0,05mm b) Panme đo trong, cx 0,01mm c) Đồng hồ đo lỗ, cx 0,01mm Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Calip giới hạn a) Calip trục hai đầu b) Calip một phía c) Calip phẳng hai đầu Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 4. Tiêu chuẩn hoá trong ngành Cơ khí: Tự đọc sách giáo khoa