Luận văn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng bộ cam dẫn chày trên máy dập viên ZP33B, nhằm nâng cao chất lượng sản xuất viên nén cho ngành dược Việt Nam

n độ giới hạn. Với một biên độ dao động nhất định, khối lƣợng mòn vật liệu đầu ép trên một đơn vị chiều dài trƣợt của một đơn vị tải trọng pháp tuyến sẽ tăng tuyến tính theo số chu kỳ dao động tới biên độ dao đến 100 m. Khi vƣợt qua biên độ giới hạn này, tốc độ mòn sẽ đạt tới hằng số giống nhƣ tốc độ mòn trong trƣợt liên tục và trƣợt khứ hồi. Điều này cho phép đƣa ra một giới hạn trên có thể của biên độ trƣợt cho fretting. Ở biên độ nhỏ, đặc trƣng của fretting, vận tốc trƣợt tƣơng đối nhỏ hơn rất nhiều so với trƣợt thông thƣờng mặc dù biên độ dao động có thể cao. Tốc độ mòn do fretting tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến với biên độ trƣợt cho trƣớc. Trong trƣợt bộ phận, tần số dao động ít ảnh hƣởng tới tốc độ mòn trên một đơn vị chiều dài trƣợt trong dải tần số thấp. Tăng tốc độ biến dạng ở tần số cao dẫn đến tăng phá huỷ do mỏi và ăn mòn hoá học do nhiệt độ tăng. Tuy nhiên trong trƣợt toàn phần tần số ít có ảnh hƣởng. 2.3.4.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn fretting. Mòn fretting không phải là mòn chính gây hỏng bề mặt chi tiết, bởi vì biên độ dao động của máy ZP33B rất nhỏ. Để giảm đến mức thấp nhất mòn do fretting, máy lắp cam thiết kế phải giảm đến tối thiểu dao động, giảm ứng suất hoặc loại trừ việc thiết kế hai vật liệu cam và chày có cơ tính gần giống nhau. 2.3.5. Mòn do va chạm. 2.3.5.1. Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion). + Hiện tƣợng. Erosion là hiện tƣợng va chạm của các hạt mài cứng với bề mặt cam. Đây là một dạng của mòn cào xƣớc do hạt cứng gây ra nhƣng có đặc trƣng riêng đó là ứng suất tiếp xúc sinh ra do năng lƣợng động lực học của các hạt khi va chạm vào bề mặt. Tốc độ của hạt, góc va chạm kết hợp với kích thƣớc của các hạt tạo nên năng lƣợng va chạm của chúng tỷ lệ với bình phƣơng vận tốc. Các mảnh mòn do va chạm tách ra khỏi bề mặt sau một số chu kỳ va chạm nhất định. + cơ chế mòn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Tƣơng tự nhƣ mòn do cào xƣớc, nguyên nhân của mòn vật liệu cam do va chạm bề mặt là biến dạng dẻo và nứt tách phụ thuộc vật liệu cam và các thông số của quá trình. Hình dạng của các hạt mài ảnh hƣởng đến kiểu biến dạng dẻo xảy ra quanh vị trí va chạm và có quan hệ với lƣợng vật liệu bị đẩy ra. Trong trƣờng hợp vật liệu dòn, mức độ và sự khốc liệt của các vết nứt phụ thuộc vào độ sắc của các hạt, các hạt sắc gây mòn mạnh hơn so với hạt cùn. Đối với vật liệu dẻo, ngƣời ta đã quan sát đƣợc hai cơ chế mòn cơ bản do va chạm của hạt cứng đó là cắt (cutting erosion) và cày (ploughing erosion). Tuy nhiên mức độ mòn gây ra bởi hai cơ chế này cũng phụ thuộc vào góc va chạm. Ở chế độ cắt mòn xảy ra mạnh nhất theo phƣơng grazing và chế độ cày theo phƣơng vuông góc. Độ cứng bề mặt và tính dẻo của vật liệu đầu ép là hai tính chất quan trọng nhất của vật liệu chống lại mòn do va chạm cắt và biến dạng dẻo của hạt mài. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do va chạm của hạt cứng (erosion). Mòn do va chạm của các hạt mài là một vấn đề quan tâm trong trong nghiên cứu mòn vật liệu do va chạm hạt cứng, đối với quy trình vận hành máy do quá trình quay diễn ra chậm (tốc độ vài mét trên phút) vì vậy mà sự va chạm diễn ra không phức tạp, năng lƣợng va chạm nhỏ nên ảnh hƣởng gây mòn là rất nhỏ. 2.3.5.2. Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion). + Hiện tƣợng. Mòn do va chạm của các vật rắn là va chạm có chu kỳ của vai chầy với bề mặt cam. Trong phần lớn các ứng dụng va chạm liên quan đến trƣợt nghĩa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp. Mòn do va chạm của các vật rắn xảy ra nhờ cơ chế hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính, hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical. + Cơ chế mòn. Mòn do va chạm tỷ lệ thuận với yếu tố trƣợt bởi vì mòn chủ yếu xảy ra trong phần va chạm của trƣợt tƣơng đối. Va chạm pháp tuyến trên bề mặt cứng hơn có thể tạo nên cơ chế mòn do mỏi dƣới bề mặt. Một va chạm xảy ra cùng sự trƣợt (va chạm kết hợp) tạo nên mỏi bề mặt và hoặc dính, mòn do cào xƣớc. Các cơ chế mòn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 riêng biệt phụ thuộc vào hình học, vật liệu và các thông số của quá trình. Với các vật liệu có độ dai va đập cao, sự tham gia của mỏi bề mặt có thể bỏ qua. 2.3.5.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn va chạm. Mòn do va chạm không phải là mòn chính gây mòn chi tiết, vì vận tốc di chuyển của cam rất nhỏ, và các hạt mài có khối lƣợng rất nhỏ, khi tiếp xúc với bề mặt cam đƣợc nén từ từ do đó vận tốc va chạm gần bằng không. Tuy nhiên để hạn chế mòn, lý thuyết mòn do va chạm đã cho ta thấy cần phải hạn chế tối thiểu mòn do cào xƣớc băng biến dạng dẻo và mòn do mỏi. 2.3.6. Đánh giá ảnh hƣởng của các dạng hao mòn ở chi tiết cam. Mòn do dính: + Giới hạn chảy của vật liệu cam phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam, giới hạn mòn và lực ép của máy. + Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi tiết cam Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. + Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu đầu ép phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam và lực ép của máy. + Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. + Khắc phục và hạn chế biến dạng dẻo trên bề mặt cam tức là phải đảm bảo: - Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam phải phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam và lực ép của máy. - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. + Ƣu tiên tăng độ cứng bề mặt nhƣng không nên cao quá nhằm đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập dƣới vùng biến dạng của bề mặt chi tiết cam 2.4. Chỉ ra các hạn chế của chi tiết và xác định yêu cầu kỹ thuật chế tạo chi tiết Cam trƣợt của máy ZP33B trong quá trình làm việc vừa chịu nén vừa chịu mài mòn do trƣợt trên vai chầy, song lực nén nhƣ ta tính phần trên là nhỏ chủ yếu mài mòn bền mặt cam dẫn là do các quá trình mòn xẩy ra do tiếp xúc giữa vai chầy với cam Khi lƣợng mòn quá giới hạn cho phép thì tuổi thọ của cam hết, khi cam đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 chế tạo thành 6 mảnh, nếu kích thƣớc không đảm bảo độ chính xác sẽ xẩy ra 2 khả năng: hoặc là không lắp đƣợc, hoặc là tạo thành khe hở gây khó khăn khi vai chày trƣợt trên đó. Do đó yêu cầu kỹ thuật chế tạo cam là: + Độ cứng tính toán của vật liệu cam phải đảm bảo yêu cầu tuổi bền cam, giới hạn mòn và lực ép của máy. + Vật liệu cam phải có hệ số ma sát tiếp xúc với vai chày nhỏ + Tạo độ bóng trên bề mặt cam nhằm giảm các mấp mô và ma sát trên bề mặt chi tiết cam. + Tạo lớp màng bề mặt sao cho độ cứng bề mặt được tăng lên, độ dòn nhỏ và liên kết tốt với kim loại gốc trên bề mặt cam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO SẢN PHẨM BẰNG CÔNG NGHỆ CAO VÀ CÁC BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ BỀ MẶT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM 1. Giới thiệu chung Ngày nay các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lƣợng, độ chính xác gia công, mức độ tự động sản xuất và đặc biệt là yêu cầu về kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm phải đƣợc thay đổi một cách thƣờng xuyên và linh hoạt. Vì vậy nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới hoặc chép mẫu và thiết kế lại từ các sản phẩm đã có là rất lớn. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển công nghệ mới, trong đó có công nghệ CAD/CAM/CNC và kỹ thuật tái tạo ngƣợc. Từ những năm 90 của thế kỷ trƣớc, kỹ thuật tái tạo ngƣợc đã đƣợc nghiên cứu áp dụng trong lĩnh vực phát triển sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế các mô hình 3D từ mô hình cũ đã có nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật tái tạo ngƣợc ngày càng phát triển theo sự phát triển của máy quét hình, máy đo 3 chiều và các phần mềm CAD/CAM. Trong công nghệ gia công truyền thống để chế tạo một sản phẩm từ ý tƣởng hoặc nhu cầu sản xuất, ngƣời ta thiết kế mô hình CAD rồi đem sang máy công cụ để gia công. Tuy nhiên trong thực tế, đôi khi ngƣời ta cần chế tạo theo những mẫu có sẵn mà không có mô hình CAD tƣơng ứng nhƣ một số loại sản phẩm sau: - Các sản phẩm đồ cổ - Những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu - Những chi tiết không rõ xuất xứ hoặc coppy mẫu sản phẩm đã có - Những tác phẩm điêu khắc - Những chi tiết phức tạp - Bộ phận con ngƣời và động vật dùng trong kỹ thuật y sinh... Để tạo đƣợc mẫu của những sản phẩm này, trƣớc đây ngƣời ta đo rồi vẽ phác hoặc dùng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phƣơng pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là những chi tiết có hình dáng hình học phức tạp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Ngày nay ngƣời ta đã sử dụng máy đo 3 chiều CMM hoặc máy quét hình để quét hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạo đƣợc mô hình CAD 3D dƣới dạng khối hoặc bề mặt với độ chính xác cao. Mô hình 3D này có thể dễ dàng chỉnh sửa hoặc thay đổi kiểu dáng. Để nâng cao độ chính xác thiết kế và chế tạo sản phẩm cũng nhƣ năng xuất và hiệu quả khi chế tạo cam dẫn, tác giả ứng dụng kỹ thuật tái tạo ngƣợc trên máy đo 3 chiều CMM và các phần mềm CAD/CAM để thiết kế và phân tích độ chính xác thiết kế và chế tạo sản phẩm trên máy tiện vạn năng và máy phay CNC để gia công biên dạng cam dẫn. 2. Thiết kế tái tạo sản phẩm 2.1. Các phương pháp quét 2.1.1. Phương pháp quang học Phƣơng pháp quang học là phƣơng pháp dùng ánh sáng để quét vật thể nhƣ máy quét laser và máy quét ánh sáng trắng. Cả 2 loại máy này khi quét đều không tiếp xúc trực tiếp với vật. Máy quét laser: Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cƣỡng bức. Laser là loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng có thể nhìn thấy đƣợc. Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bƣớc sóng rất ngắn và góc phân kỳ rất nhỏ. Bƣớc sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia laser. Không giống nhƣ máy CMM thƣờng là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máy CMM cầm tay, việc đo đòi hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quét laser lại có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ chính xác khoảng 25 micron với khoảng cách 5 mét. Máy quét dùng ánh sáng trắng: Máy đo thông dụng của phƣơng pháp này là máy COMET 250. Bằng phép đo tam giác (triangulation) dùng ánh sáng trắng hệ thống máy chuyên ứng dụng cho các bộ phận nhỏ, đòi hỏi chính xác cao nhƣ các hình điêu khắc bằng tay Bằng kỹ thuật chiếu patented fringe (cho ánh sáng giao thoa), Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 COMET tạo ra đám mây điểm dữ liệu chính xác và dày đặc, từ đó tạo điều kiện để tạo ra mô hình 3D của vật thể. COMET số hóa bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ. Việc quét dùng tia laser hay ánh sáng trắng đều dựa trên nguyên lý tam giác. Ở biểu đồ trên, nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm nằm trong tầm quan sát của máy quay đặt ở đỉnh. Vì góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy quay là không đổi và hƣớng của tia sáng là xác định nên kích thƣớccủa bề mặt ánh sáng chiếu đến là có thể tính đƣợc. Trong hình trên nếu cửa xe di chuyển gần hơn, máy quay sẽ nhìn thấy điểm đƣợc đánh dấu nằm ở dƣới hơn và độ dày tính đƣợc sẽ lớn hơn. Hệ thống số hóa 3 chiều COMET: Mỗi lần chiếu của COMET 250 có thế tích là 230*180*250 mm và độ chính xác là +/-0.06mm Mỗi lần chiếu đo đƣợc 420000 điểm trong 30 giây. Với những vật lớn hay vật có hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều đƣợc đo. Không có hạn chế về số lần chiếu cũng nhƣ các vùng để đo với mỗi vật. Sắp xếp 1 cách tổng thể các vùng đƣợc số hóa COMET số hóa các bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ, đây là một hệ thống linh hoạt bởi các vùng tập trung dữ liệu cao đƣợc sắp xếp theo nhiều kỹ thuật khác nhau. Sau quá trình quét, các vùng đƣợc sắp xếp lại 1 cách tổng thể bởi phần mềm COMET để tạo nên 1 dải mây điểm 3 chiều. Không cố định, kích thƣớc của dải mây này có thể lên đến hàng triệu điểm. Tọa độ của những điểm này đƣợc hệ thống tính toán và kết quả thu đƣợc là đám mây điểm dày đặc chứa nhiều đƣờng hay mô hình đa giác. Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL. Phần mềm cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình CAD và các tính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu. Máy quét dùng ánh sang nhƣ COMET 250 chụp gần nửa triệu điểm trong 1 lần bấm thì phức tạp hơn một chút, nhƣng về nguyên lý cơ bản thì cũng giống nhƣ trên. Sự khác biệt giữa ánh sang trắng và laser: Xét về tính chất, 2 nguồn sáng này hoàn toàn khác nhau nhƣng khi chúng liên quan đến kết quả đo thì sự khác biệt chỉ là rất nhỏ. Theo toán học, cả 2 đều ứng dụng thuật toán dùng phép đo tam giác, vốn đã có cùng đặc điểm về độ chính xác và độ phân giải – chúng đều là các kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 chiếu dùng ánh sáng. Việc ngƣời dùng chọn loại kỹ thuật chiếu nào phụ thuộc vào ứng dụng. Ánh sáng laser đƣợc hội tụ vào 1 tia hay một bản để bao phủ một khu vực nhất định mỗi lần và do đó chỉ có thể đo một số điểm nhất định nằm trong dải tia laser đó. Ánh sáng trắng trong hệ thống COMET, có khả năng bao phủ cả một vùng mỗi lần. Mỗi lần quét trong vùng này có thể thu đƣợc 420000 điểm dữ liệu. Hơn nữa, bằng việc chiếu các kiểu bóng đã đƣợc mã hóa trong các vùng đó, rất nhiều điểm nữa có thể đo đƣợc so với các điểm thu đƣợc khi dùng tia laser. Điều này cho thấy đấy là hệ thống quét nhanh hơn nhiều so với đo 3 chiều CMM. Hệ thống laser có thể đƣợc tạo ra với chi phí thấp hơn do chi phí thấp. Tuy nhiên, hệ thống này lại chậm hơn nhiều so với hệ thống dùng ánh sáng trắng. Những hệ thống ứng dụng các nguồn sáng trên đã đƣợc xây dựng nhƣng chƣa thấy hệ thống nào nổi trội hơn về độ chính xác. Hệ thống laser dễ bị ảnh hƣởng với dữ liệu âm thanh với các bề mặt phản xạ nhƣng cũng có những kỹ thuật để khắc phục vấn đề này. Mỗi vùng nhỏ khoảng 8 inch2. Nếu vật quét có kích thƣớc lớn hơn 8’’, sẽ có nhiều lần quét hơn. Mỗi lần quét cần “gối” lên lần quét trƣớc đó để có đƣợc một vật hoàn chỉnh. Có nhiều kỹ thuật để quét những vật lớn và mỗi kỹ thuật sẽ cho ra những kết quả khác nhau. Một lần nữa, giải pháp quét tối ƣu phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Thƣờng thƣờng với 1 mô hình ô tô thực tế độ chính xác là 0.1mm và với cánh máy bay Boeing là 0.25 mm. COMET 250 rất thích hợp đối với những bộ phận có dung sai nhỏ nhƣ bộ phận trong xe máy và các dụng cụ tạo ra bằng việc phun vật liệu nóng vào khuôn đến những ứng dụng cần ít độ chính xác hơn nhƣ đồ chơi bằng nhựa. Sau khi quét hình các phƣơng pháp trên đều cho dữ liệu là đám mây điểm. Đám mây này phải đƣợc chuyển sang dạng lƣới tam giác để xây dựng mô hình mặt. 3.2.1.2. Phương pháp cơ học Dùng máy đo dạng tiếp xúc nhƣ máy đo toạ độ 3 chiều CMM để đo các thông số hình học hoặc quét hình theo phƣơng pháp toạ độ. Khi quét bằng phƣơng pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo có toạ độ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 (x,y,z) và tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu là tập hợp các biên dạng. Máy đo toạ độ là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phƣơng pháp toạ độ. Thông số cần đo đƣợc tính từ các toạ độ điểm đo so với gốc toạ độ của máy. Các loại máy này còn đƣợc gọi là máy quét hình vì chúng còn đƣợc dùng để quét hình dáng của vật thể. Có hai loại máy đo toạ độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo đƣợc dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo đƣợc điều khiển tự động bằng chƣơng trình số). Máy đo 3D có phạm vi sử dụng lớn. Nó có thể đo kích thƣớc chi tiết, đo profile, đo góc, đo độ sâu... Nó cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một chi tiết nhƣ độ song song, độ vuông góc, độ phẳng. ...Đặc biệt máy có thể cho phép đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian, nhƣ bề mặt khuôn mẫu, cánh chân vịt, mui xe ô tô... Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kế cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đều viết riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo.Ví dụ máy CMM của hãng Mitutoyo có các môdun phần mền sau đây: - Geopak: có nhiều cấp độ khác nhau, dùng cho đo lƣờng vật thể 3D, có thể xuất sang file dạng .gws, stl, igs.. để chuyển đổi dữ liệu đo thành dữ liệu chuỗi điểm cho thiết kế chi tiết bằng phần mềm Catia, Topsolid, Pro/Engineer - Scanpak: dùng để số hoá biên dạng 3D của vật thể, chuyên dùng để quét biên dạng và bề mặt 3D dùng cho tái tạo ngƣợc - Statpak : chuyên dùng để sử lý số liệu đo. - Gearpak: chuyên dùng cho đo bánh răng chuyển dữ liệu từ máy CMM sang máy kiểm tra bánh răng. - Tracepak: chƣơng trình quét vật thể 3D cho máy CMM vận hành bằng tay. Máy CMM có nhiều chủng loại khác khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ dò. Máy có thể chỉ có hệ điều khiển bằng tay hoặc có hệ điều khiển CNC/PC. Các máy CMM thƣờng đƣợc sử dụng để đo kích thƣớc, đo kiểm mẫu, góc, hƣớng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 hoặc chiều sâu.Các tính năng chung của máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, tái tạo ngƣợc, phần mềm SPC và bù nhiệt độ. Các thông số cơ bản đƣợc quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục X,Y,Z; độ phân giải và trọng lƣợng vật đo. Trong giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng máy đo 3 chiều CMM C544 tại trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp để scan và xây dựng lại mô hình 3D của sản phẩm 2.2. Quét hình bề mặt chi tiết - Gá đặt chi tiết: Chi tiết cần quét đƣợc cố định trên bản máy. Đặt bàn máp và vật đo lên bàn đo của máy CMM C544 sao cho các cạnh của bàn máp song song với các trục x, y của máy. - Khởi động và kiểm tra hệ thống: Lắp đầu đo 1.5mm và nối cán đầu đo sao cho có đủ chiều sâu đo hết đƣợc biên dạng và bề mặt sản phẩm. - Bật máy nén khí, máy sấy khí. - Bật van khí nén, kiểm tra mức khí ở mức 0,4 MPa. - Khởi động máy tính, Khởi động chƣơng trình MCOSMOS24. - Nhấn phím START trên joystick. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Hình 3.5. Giao diện phần mềm GEOPAK - Đặt tên cho chƣơng trình đo trong phần part manager. - Nhấn vào nút CMM learn mode. - Hiệu chuẩn đầu đo: Độ chính xác khi đo phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ phòng và độ chính xác của đầu đo, do vậy trƣớc khi đo ta phải hiệu chuẩn đầu đo. Sử dụng quả cầu hiệu chuẩn MasterBall đƣợc lắp trên bàn máy để hiệu chuẩn, ta phải đo quả cầu MB này trên 6 điểm bất kì của MB. Sau khi đo quả cầu có đƣờng kính 19.9956mm. Tiến hành dịch chuyển đầu đo bằng joystick (Một thiết bị để dịch chuyển máy bằng tay). Khi tiến hành đo MB ta nhấn vào nút MEAS trên joytick và chạm 6 điểm bất kỳ trên MB. Sau khi đo 6 điểm trên MB máy sẽ báo kết quả đƣợc hiệu chuẩn của đầu đo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 - Lập hệ toạ độ của chương trình đo: Tiến hành đo một điểm để chọn làm gốc toạ độ, click nút Element Point sau đó tiến hành đo 1 điểm. Đo một mặt phẳng để chọn mặt phẳng đó làm mặt phẳng chuẩn Oxy. Sau khi đã có một điểm và một mặt phảng, ta tiến hành lập hệ toạ độ bằng chọn menu Co-or sys. Click Align plane… để chọn mặt phẳng đã đo làm mặt phẳng chuẩn Oxy Click ok Create origin… để chọn 1 điểm làm gốc toạ độ Lúc này đã có hệ toạ độ cho chi tiết cần đo, vẫn giữ nguyên trục x, y, z theo toạ độ máy. - Đo biên dạng bao quanh vật thể: Nhấn menu Machine, chọn CNC on/off lúc này máy sẽ có khả năng chạy tự động. Click Element Contour, ta chọn chế độ tự động (Auto). Điều chỉnh Joytick để đầu đo tiến gần sát vật thể ở một cao độ nhất định, nhấn OK. Máy sẽ tự động quét biên dạng bao quanh chi tiết. Ta tiến hành lƣu chi tiết bằng cách nhấn menu Contour chọn Contour save. Sau khi đã lƣu chi tiết ta thoát khỏi chƣơng trình. Trở lại với màn hình Part Manager. Nhấn vào Menu CMM/ Patch Scanning Generator, Click chọn nút contour , chọn biên dạng bao ngoài đã đƣợc quét. Chọn hƣớng quét là hƣớng nằm trên mặt phảng XZ, với chiều sâu trục Z là -35.5mm. Chọn thông số về bƣớc là 1,2mm. Sau đó thoát khỏi chƣơng trình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Chạy lại phần CMM Learn Mode, chọn relearn, nhấn OK. Nhấn nút chạy chƣơng trình con . Lúc này máy sẽ tự động quét bề mặt vật thể từ chiều sâu z = - 35.5mm. Máy đã có “vùng hoạt động” để có thể tiến hành cắt lớp vật thể. “Vùng hoạt động” chính là biên dạng bao đã đƣợc quét từ trƣớc. Hình 3.6. Thiết lập các thông số Scan Hình 3.7. Dữ liệu quét hình Sau khi máy chạy xong, toàn bộ phần bề mặt đƣợc quét đƣợc hiển thi ở dạng lƣới điểm. Ta tiến hành xuất dữ liệu thành File dwg, gws, iges, dxf, stl... Để đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 các định dạng khác nhau. Phần mềm Transpak sẽ chạy và chuyển dữ liệu sang các dạng khác đƣợc tích hợp sẵn trong Mcosmos24 theo tuỳ chọn. 2.3. Xây dựng bề mặt Đây là giai đoạn quan trọng trong qui trình công nghệ vì nó quyết định đến độ chính xác của bề mặt cần chế tạo. Xây dựng bề mặt là tạo ra các bề mặt trơn từ các đám mây điểm hoặc từ các dữ liệu biên dạng thành bề mặt của vật thể. 2.3.1. Xây dựng lưới bề mặt từ các đám mây điểm Bằng cách nối các điểm cạnh nhau để tạo thành các hình tam giác. Tùy vào mức độ chính xác quét mà mật độ các đám mây điểm sẽ khác nhau. Những phần gấp khúc, lồi lõm hay những phần giao nhau của các bề mặt phải chọn mật độ điểm dày hơn, những mặt trơn thì có mật độ điểm thƣa hơn. Do đó khi xây dựng lƣới tam giác ở những vùng khác nhau thì chúng ta có mật độ tam giác cũng khác nhau tùy thuộc vào độ phân giải của từng vùng. Hình 3.8. Xây dựng lưới bề mặt 2.3.2. Đơn giản hoá lưới tam giác Bằng cách giảm số lƣợng tam giác không cần thiết và tối ƣu hoá vị trí các đỉnh. Sau đó nối các cạnh của mỗi tam giác trong lƣới sao cho các điểm hình học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 không thay đổi. Sau khi đơn giản hoá bề mặt vật thể sẽ trơn hơn và có độ phân giải thấp hơn nhƣng không làm thay đổi vị trí và hình dáng của vật thể. 2.3.3. Chia nhỏ lưới Chia nhỏ lƣới để tạo bề mặt trơn theo ý muốn. Tùy mức độ trơn cần thiết mà ta chia mật độ lƣới khác nhau, những mặt phẳng thì có thể chia các ô lƣới to hơn so với những chỗ lồi lõm và những phần giao nhau. Khi chia lƣới cần chú ý làm sao chia các lƣới càng vuông càng tốt vì nhƣ vậy độ mịn và độ chính xác tăng lên. Sau khi chia xong chúng ta đƣợc một bề mặt trơn theo ý muốn và chuyển chúng thành file CAD với nhiều định dạng khác nhau nhƣ : IGES, DXF, STL… 2.3.4. Các mô hình hình học Sau khi chuyển thành các file dạng CAD chúng ta tạo mô hình tham số CAD từ dữ liệu quét. Có thể đƣa về một trong những dạng mô hình sau: - Mô hình hình học Mô hình hình học là dùng CAD để biểu diễn toán học hình dạng hình học của đối tƣợng. Mô hình này cho phép ngƣời dùng CAD biểu diễn hình ảnh đối tƣợng lên màn hình, thực hiện một số thao tác lên mô hình nhƣ làm biến dạng hình ảnh, phóng to thu nhỏ, lập một mô hình mới trên cơ sở mô hình cũ. Từ đó, ngƣời thiết có thể xây dựng một chi tiết mới hoặc thay đổi một chi tiết cũ. Có nhiều dạng mô hình hình học trên CAD. Ngoài mô hình 2D phổ biến, các mô hình 3D có thể đƣợc xây dựng cho phép ngƣời sử dụng quan sát vật thể từ các hƣớng khác nhau, phóng to thu nhỏ, thực hiện các phân tích kỹ thuật nhƣ sức căng, tính chất cơ lý của vật liệu và nhiệt độ. - Mô hình lưới Sử dụng các đƣờng thẳng để biểu diễn vật thể. Mô hình này có những hạn chế lớn là không có khả năng phân biệt các nét thấy và nét khuất trong vật thể, không nhận biết đƣợc các dạng đƣờng cong, không có khả năng kiểm tra va chạm giữa các chi tiết thành phần và khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý. - Mô hình bề mặt và khối đặc Là mô hình tạo lập từ các điểm, các đƣờng thẳng và các bề mặt. Mô hình này có khả năng nhận biết và hiển thị các dạng đƣờng cong phức tạp, có khả năng nhận biết bề Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 mặt và cung cấp mô hình 3D, có khả năng mô phỏng quỹ đạo chuyển động nhƣ quỹ đạo của dao cắt hoặc chuyển động của các rôbốt. Mô tả toàn khối vật thể một cách rõ ràng và chính xác. Nó có thể mô tả các đƣờng thấy và đƣờng khuất của vật thể. Mô hình này trợ giúp đắc lực trong quá trình lắp ráp các phần tử phức tạp. Ngoài ra, mô hình còn có khả năng tạo mảng màu và độ bóng bề mặt. Hơn nữa, ngƣời sử dụng có thể kết hợp với các chƣơng trình phần mềm chuyên dụng khác để biểu diễn mô hình và tạo hình ảnh sống động cho vật thể. Sau khi xây dựng mô hình xong chúng ta tạo vật thể 3D từ dữ liệu quét mô hình chi tiết. Hình 3.9. Mô hình Lưới và mô hình bề Mặt 2.4. Chỉnh sửa và hoàn thiện mẫu 3D từ dữ liệu quét Sau khi quét xong dữ liệu quét thƣờng không thoả mãn các yêu cầu tái tạo bắt buộc. Vì vậy việc chỉnh sửa dữ liệu sau khi quét là hết sức cần thiết, đây là khâu quyết định đến chất lƣợng của sản phẩm, tuỳ theo yêu cầu thực tế mà hình dáng kích thƣớc của vật có thể thay đổi theo yêu cầu. Để chỉnh sửa dữ liệu quét ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng nhƣ: Geomagic, Rapidform,Catia, Pro/Engineer, Solidedge, Inventor… Mỗi phần mềm có đặc trƣng riêng mạnh về lĩnh vực nào đó vì vậy tuỳ theo quá trình chỉnh sửa mà sử dụng phần mềm cho thích hợp và đạt hiệu quả. Giữa các phầm mềm này có thể chuyển đổi định dạng cho nhau. Ở đay tác giả sử dụng phần mềm Catia để thiết kế và hoàn thiện sản phẩm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 Hình 3.10. Sản phẩm 3D Đã thiết kế hoàn thiện (cam số 1) Hình 3.11. Sản phẩm 3D Đã thiết kế hoàn thiện (cam số 3) 3. Chế tạo sản phẩm 3.1. Phân tích chi tiết chế tạo Công dụng của cam dẫn Nhƣ đã phân tích về tính năng của máy và sản phẩm phần chƣơng 2, Cam dẫn chày có tác dụng dẫn hƣớng chày đi theo biên dạng của cam đi lên hoặc xuống dƣới. Cam có kết cấu lắp ráp từ 6 mảnh, cam đƣợc lắp ráp trên mâm trụ có đƣờng kính 375mm. Bản vẽ chế tạo cam nhƣ hình 3.12, 3.13 với các giá trị nhƣ bảng 3.1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Hình 3.12. Bản vẽ chế tạo sản phẩm số 1 Hình 3.13. Bản vẽ chế tạo sản phẩm số 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Giá trị các kích thƣớc đƣợc cho nhƣ bảng 3.1 STT Sản phẩm số 1 Sản phẩm số 2 Ghi chú Kích thƣớc Giá trị Kích thƣớc Giá trị 1 L1 12 L1 12 2 L2 14 L2 14.582 3 L3 7 L3 7.274 4 L4 36.4 L4 36.4 5 L5 11.815 L5 14.048 6 L6 36.997 L6 7 7 L7 194.5 L7 32 8 RL8 187.5 RL8 187.5 9 RL9 198.5 RL9 198.499 10 RL10 201.5 RL10 201.499 11 L11 38.484 Bảng 3.1. Giá trị kích thước chế tạo cam Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật Trong quá trình làm việc, bề mặt biên dạng cam luôn tỳ ép vào chày để dẫn hƣớng chính xác các vị trí của chày. Do đó biên dạng cam có yêu cầu về độ chính xác và tính chống mài mòn cao. Bề mặt tiếp xúc và làm việc của cam yêu cầu về độ nhám bề mặt Ra = 1.25, sai số về thiết kế và chế tạo ± 0.015, mặt trụ trong của cam lắp ráp với mâm quay do đó cần về độ chính xác kích thƣớc và và độ đồng tâm với các cam dẫn khác cùng lắp trên mâm. Biên dạng cam chịu mài mòn lớn trong quá trình làm việc vì vậy chi tiết sau khi chế tạo cần nhiệt luyện không bị cong vênh hay rạn nứt và có biện pháp nâng cao tính chống mài mòn bề mặt biên dạng cam Vật liệu chế tạo Do yêu cầu về tính chống mài mòn cao và các dạng hỏng chủ yếu do mòn bề mặt làm việc nên tác giả chọn vật liệu chế tạo là thép 9XC - 9CrSi. Sau khi phân tích thành phần hoá học trên máy quang phổ ta đƣợc kết quả nhƣ bảng 3.2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 Thành phần các nguyên tố thép 9XC - 9CrSi N.tố C Cr Mn Si Ni Ti P % 0.823 1.113 0.5862 1.2351 0.0332 0.0299 0.0241 N.tố Mo V Cu W Al Fe % 0.0192 0.1499 0.2876 0.1768 0.0011 95.447 Bảng 3.1. Thành phần hoá học thép 9CrSi 9CrSi là thép hợp kim hóa tốt, đƣợc sử dụng rất phổ biến, dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tƣơng đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn. Để có cơ tính cao nhất, thép phải qua nhiệt luyện hóa tốt (tôi + ram cao) nên có tên thép hóa tốt. Thép có độ cứng 217HB; giới hạn bền là: 800N/mm2 3.2. Quy trình công nghệ chế tạo và gia công cam dẫn Nhƣ đã phân tích, cam dẫn gồm 6 mảnh có kích thƣớc tƣơng quan nhƣng biên dạng cam khác nhau đƣợc lắp trên mâm trụ, các bề mặt và biên dạng cam sau khi phân tích về điều kiện làm việc, lắp ráp và yêu cầu về độ chính xác, cam đƣợc chế tạo theo quy trình sau: 1. Tạo phôi bằng phương pháp đúc 2. Tiện mặt trong, ngoài và mặt đầu tổng thể phôi 3. Cắt tách thành 6 mảnh phôi để gia công phay biên dạng cam 4. Lập chương trình và gia công trên máy phay CNC 5. Nhiệt luyện 6. Đánh bóng bề mặt biên dạng gia công 7. Thấm các bon để tăng khả năng chống mài mòn 8. Kiểm tra, phân tích và đánh giá độ chính xác tái tạo cam trên máy đo 3 chiều CMM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 Hình 3.14. Tiện và cắt phôi Trong giới hạn của đề tài, tác giả trình bày quy trình thiết kế công nghệ và gia công biên dạng cam trên máy phay CNC 3.3. Thiết kế chương trình gia công 3.3.1. Thiết kế CAM trên phần mềm Mastercam Sau khi đã hiệu chỉnh, sửa chữa và thiết kế bề hoàn thiện sản phẩm dạng 3D, ta tiến hành thiết kế công nghệ và lập quy trình gia công trên máy VMC-85S với hệ điều khiển là Fanuc OMD trên phần mềm Mastercam Hình 3.15. Thiết kế chương trình gia công trên Mastercam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 - Khai báo phôi gia công - Vào Jop setup để khai báo phôi - Click Post processor để chọn hệ điều hành phù hợp với hệ điều hành của máy gia công. - Nhập kích thƣớc để tạo phôi gia công hoặc click Bounding box để khai báo phôi. - Expand: nhập các khoảng cách thừa của phôi so với chi tiết. Click OK để kết thúc Hình 3.16. Khai báo phôi, vật liệu và hệ điều khiển - Thiết lập các tham số công nghệ Với sản phẩm gia công là bề mặt phức tạp, Để có thể tối ƣu hoá đƣờng toolpath nhằm đạt độ chính xác và năng xuất gia công thì cần phải lập trình cho nhiều nguyên công với các Toolpath thành phần khác nhau trên một lần gá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Hình 3.17. Thiết lập các thông số công nghệ - Mô phỏng, kểm tra và xuất chương trình NC:Sau khi đã thiết lập các thông số công nghệ, tiến hành mô phỏng quá trình phay trên máy tính nhằm phát hiện và sửa chữa các sai sót có thể, sau khi đã kiểm tra và hiệu chỉnh đạt yêu cầu ta thực hiện xuất chƣơng trình NC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Hình 3.18. Mô phỏng quá trình gia công 3.3.2. Kết nối chương trình với máy CNC Hiện nay hầu hết các máy CNC đều đƣợc kết nối với máy tính để ứng dụng công nghệ CAD/CAM, tuỳ từng hệ điều khiển của máy CNC mà có phƣơng thức truyền chƣơng trình khác nhau. Với hệ điều khiển Heidenhain có 3 phƣơng thức truyền chƣơng trình - Truyền qua cổng Enthernet - Truyền quan cổng RS232 bằng phần mềm chuyên dùng là TNCremoNT - Truyền quau ổ USB Với máy VMC-85S có hệ điều khiển là Fanuc OMD có cổng truyền RS232, có thể dùng phần mềm DNC Server và thiết lập các tham số truyền nhƣ hình vẽ Hình 3.19. Giao diện phần mềm DNC Server Để máy có thể nhận đƣợc tín hiệu truyền DNC, các tham số truyền của trung tâm gia công, máy tính và của phần mềm phải tƣơng thích nhau Cài đặt và thiết lập các tham số máy VMC-85S Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Hình 3.20. Các tham số truyền Máy tính và phần mềm DNC Server 3.3. Điều chỉnh máy để gia công - Thiết lập gốc toạ độ phôi Gốc toạ độ của chƣơng trình thiết kế trên máy tính và gốc của phôi khi khai báo phải thống nhất, để khai báo chính xác cần lập trình cho dao chạy không và điều khiển bằng tay để di chuyển dao chạm phôi và upload giá trị và gốc toạ độ G54 trong tham số máy nhƣ hình vẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Hình 3.21. Thiết lập gốc toạ độ - Thiết lập Bù đường kính dao Khi thiết kế công nghệ CAD/CAM có thể tuỳ chọn chức năng bù tự động hoặc bù theo giá trị trực tiếp trên hệ điều khiển và nhập giá trị vào tham số bù Bù trái Bù phải Hình 3.22. Bù đường kính dao - Bù chiều dài dao Trong quá trình gia công phải dùng nhiều dao có chiều dài khác nhau trong một chƣơng trình thì luôn chọn dao thứ nhất làm chuẩn và mặc định có chiều dài = 0, các dao sử dụng nguyên công sau đƣợc so sánh với dao thứ nhất và cũng đƣợc nhập giá trị l vào bảng tham số của máy Hình 3.23. Bù chiều dài dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 3.4. Gia công Cam trên máy VMC-85S Sau khi đã gá đặt, thiết lập gốc toạ độ, thiết lập các chức năng bù dao, tiến hành gia công sản phẩm nhƣ hình vẽ Hình 3.24. Gia công Cam trên trung tâm gia công VMC-85S 4. Biện pháp công nghệ bề mặt nâng cao tuổi bền của cam dẫn Để nâng cao tính chống mài mòn trên các bề mặt làm việc của cam dẫn. Nhƣ đã phân tích về điều kiện làm việc, sau khi chế tạo cam cần đƣợc sử lý bằng các công nghệ bề mặt, ở đây tác giả sử dụng phƣơng pháp hoá nhiệt luyện và thấm N lớp bề mặt. Hóa - Nhiệt luyện là đƣa chi tiết vào trong môi trƣờng thấm có thành phần, nhiệt độ thích hợp trong thời gian đủ để nguyên tố cần thấm đi sâu vào trong chi tiết sau đó đem nhiệt luyện để cải thiện hơn nữa tính chất của lớp bề mặt. 4.1. Thấm N lớp bề mặt Thấm Nitơ là quá trình khuếch tán Nitơ nguyên tử vào bề mặt kim loại. Lƣợng Nitơ trong tự nhiên khá lớn nhƣng chúng chủ yếu tồn tại ở dạng phân tử, trơ về mặt hóa học, ngoài ra, kích thƣớc của phân tử này quá lớn để có thể khuếch tán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 qua bề mặt vật liệu. Do đó, kỹ thuật thấm Nitơ tập trung vào những nguồn cung cấp Nitơ nguyên tử. Thấm nitơ không phụ thuộc vào phƣơng pháp thấm - là quá trình khuếch tán nitơ vào kim loại và quá trình khuếch tán này, sau khi nguyên tử nitơ đi qua bề mặt vật liệu, sẽ tiếp tục chừng nào nhiệt độ còn đủ cao và có sự cung cấp liên tục nitơ nguyên tử trên bề mặt. Nói cách khác, quá trình khuếch tán là giống nhau với mọi quá trình thấm nitơ, còn sự khác nhau là ở nguồn cung cấp nitơ. Yếu tố thứ hai này có ảnh hƣởng quyết định tới các tính chất nhận đƣợc của bề mặt sau thấm. 4.2. Các phương pháp thấm Nitơ truyền thống Có 3 phƣơng pháp thấm Nitơ truyền thống thƣờng đƣợc áp dụng trong công nghiệp là: Thấm Nitơ bằng bể muối với nguồn cung cấp Nitơ (và cả carbon) là muối nóng chảy; Thấm Nitơ thể khí sử dụng NH3 và Thấm Nitơ plasma. Thấm Nitơ plasma sử dụng trƣờng điện từ để tách phân tử Nitơ thành dạng ion Nitrex không sử dụng các bể muối do các vấn đề về môi trƣờng và an toàn. Hơn nữa, phƣơng pháp này không nhiều ƣu điểm ngoài việc nung nóng nhanh chi tiết. Do đó, không cần thiết mô tả phƣơng pháp này thêm. Thấm Nitơ plasma đƣợc sử dụng bởi Nitrex trong một số ứng dụng nhất định, sẽ đƣợc đề cập trong một bài riêng. Trong quá trình thấm nitơ thể khí, nitơ nguyên tử đƣợc tạo ra từ a- mô- ni- ăc. Dạng cổ điển của phƣơng pháp này dựa trên việc phân hủy a- mô- ni- ăc thành các khí thành phần- nitơ và hyđrô. Một thiết bị đơn giản gọi là burette đƣợc sử dụng để kiểm tra tốc độ phân hủy sau những khoảng thời gian nhất định và điều chỉnh lƣợng a- mô- ni- ăc phù hợp. 4.3. Vật liệu thấm Thông thƣờng các hợp kim hệ sắt, bao gồm thép không gỉ, gang, thậm chí hợp kim Titan đều có thể đƣợc thấm Nitơ. Tuy nhiên, các hợp kim khác nhau có các đặc tính khác nhau chẳng hạn trạng thái bề mặt, tốc độ khuếch tán tự nhiên và xu hƣớng hình thành Nitrit (ái lực với Nitơ). Cần hiểu rằng một quy trình thấm Nitơ sẽ tạo ra các kết quả khác nhau trên các vật liệu khác nhau. Do đó, nhiều ngƣời sử dụng gặp phải những khó khăn, đặc biệt nếu họ dùng phƣơng pháp cổ điển và không có đủ kiến thức và kinh nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 4.4. Tính chất của lớp thấm nitơ Khi một bề mặt tiếp xúc với môi trƣờng thấm, nó sẽ hình thành hai lớp riêng biệt. Lớp ngoài gọi là lớp hợp chất (hay lớp trắng, lớp liên kim) với chiều dày trong khoảng từ 0 -25 m. Dƣới lớp trắng là lớp khuếch tán hay vùng khuếch tán. Hai lớp này tạo thành lớp thấm (lớp vỏ). Tuy nhiên, nhƣ đã nói tới ở trên, tùy thuộc vào vật liệu và độ cứng ban đầu của nó, tính chất của các lớp này sẽ khác nhau rõ rệt nhƣ hình 3,25. Hình ảnh của hai vết đo độ cứng Vicke dƣới đây minh họa sự khác nhau giữa một quá trình đƣợc khống chế và không đƣợc khống chế. Mẫu bên trái đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp cổ điển và trên bề mặt có các vết nứt do lớp bề mặt dòn. Mẫu bên phải đƣợc xử lý bằng quy trình Nitreg® cho độ cứng tƣơng đƣơng và không bị nứt. Mẫu đƣợc xử lý theo Nitreg®, do đó, cho độ dai của lớp cao hơn. Hình 3.25 Tích chất của lớp thấm N Kết quả này chỉ có đƣợc với sự khống chế nồng độ nitơ trên bề mặt thấm thông qua một cách thức mới là khống chế thế - nitơ (Kn). Hiểu biết và ứng dụng đúng các nguyên tắc trong mối quan hệ giữa thế - nitơ, nhiệt độ và thời gian là nền tảng của kỹ thuật Nitreg®. Hình 3.23 cho thấy khả năng tạo ra các lớp trắng và lớp khuếch tán khác nhau. Dần dần, khả năng khống chế thế nitơ trở thành 1 yêu cầu trong các tiêu chuẩn kỹ thuật. Đặc điểm của lớp thấm N trên nền thép là có độ sít chặt rất cao, nhờ đó sẽ tạo ra độ cứng bề mặt khá lớn ( > 80 HRA) nhƣng lại làm giảm khả năng khuyếch tán sâu của N vào thép. Theo một số kết quả nghiên cứu thì chiều sâu thấm của lớp thấm N rất mỏng (0.1 max so với 1.2 mm của thấm C) nên lớp thấm N chủ yếu có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 tác dụng trang trí, chống ăn mòn hóa học và một số dạng mài mòn cũng nhƣ khả năng chịu nhiệt. Có một phƣơng pháp khác để tăng chiều sâu thấm N là thấm hỗn hợp C - N, nhƣng phƣơng pháp này có một nhƣợc điểm là hỗn hợp khí C - N có thể tạo ra xyanua nên hiện nay không còn đƣợc sử dụng nhiều. Đối với Cam dẫn đƣợc chế tạo bằng thép 9CrSi, để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra, quá trình gia công thƣờng gồm các bƣớc nhƣ sau: - Gia công, chế tạo sản phẩm (có làm sạch via) - Nhiệt luyện: Tôi thể tích + ram để đạt độ cứng ~ 58 - 62 HRC. - Đánh bóng bề mặt - Thấm N thể khí (dùng khí NH3). 5. Kết luận chƣơng 3 Bằng phƣơng pháp tái tạo ngƣợc đề tài đã thiết kế và chế tạo cam dẫn theo các yêu cầu về kỹ thuật và điều kiện làm việc cụ thể của sản phẩm. Để nâng cao chất lƣợng và tuổi bền của cam dẫn, đề tài đã sử dụng biện pháp hoá nhiệt luyện và thấm Nitơ bề mặt làm việc. Do đó đã làm tăng độ bền và tính chống mài mòn của biên dạng răng dẫn của cam, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và chất lƣợng của sản phẩm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 CHƢƠNG 4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 1. Độ chính xác chế tạo cam dẫn Nhƣ đã trình bày, trong quá trình thiết kế và xây dựng bề mặt từ dữ liệu đo và Scan sản phẩm mẫu, ta đƣợc dữ liệu các đám mây điểm thì các sai số tích luỹ từ quá trình quét và xây dựng bề mặt là có ảnh hƣởng trực tiếp tới độ chính xác tái tạo ngƣợc. Ngoài ra, còn rất nhiều nguyên nhân khác gây ra sai số gia công nhƣ: Độ chính xác của máy và hệ thống công nghệ, mòn dụng cụ cắt, các yếu tố công nghệ S, V, t, biến dạng đàn hồi của phôi gia công, lực cắt và nhiệt cắt xuất hiện trong quá trình gia công... Tuy nhiên, sai số gia công và chế tạo sản phẩm là một bài toán rất lớn và phức tạp, vì vậy trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, ta cố định một số thông số và khảo sát, đánh giá sai số tái tạo ngƣợc theo các mô hình hình học khi thiết kế sản phẩm. Sản phẩm tái tạo ngƣợc đƣợc đo, kiểm tra và phân tích dữ liệu sai số gia công đƣợc mô tả nhƣ bảng 3.3. STT Sản phẩm gốc (mm) Sản phẩm RE (mm) Kích thƣớc Giá trị Giá trị Sai số 1 L1 12.005 12.015 -0.01 2 L2 14.1304 14.0102 0.1202 3 L3 7.0268 7.0336 -0.0068 4 L4 36.413 36.402 0.011 5 L5 11.825 11.8146 0.0104 6 L6 36.997 36.986 0.011 7 L7 194.52 194.504 0.016 8 RL8 187.458 187.495 -0.037 9 RL9 198.56 198.547 0.013 10 RL10 201.504 201.499 0.0049 Bảng 3.3. Giá trị sai số tái tạo ngược cam dẫn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 2. Các dạng sai số tái tạo ngược cam dẫn Các sai số hình dáng hình học - Độ không phẳng của mặt phẳng - Độ không thẳng của đƣờng thẳng - Độ không trụ của mặt trụ - Độ không tròn của mặt trụ - Độ côn, độ lõm, độ trống của mặt trụ Các sai số vị trí tương quan: - Độ song song của hai bề mặt - Độ vuông góc của hai bề mặt - Độ đồng tâm giữa hai mặt trụ - Độ đối xứng giữa hai bề mặt - Độ giao nhau giữa hai đƣờng thẳng - Độ đảo hƣớng kính của mặt trụ so với đƣờng tâm - Độ đảo mặt đầu so với đƣờng tâm. 3. Phân tích các sai số tái tạo ngược 3.1. Sai số quét hình Khác với phƣơng pháp quét bằng laze, scan trên máy đo 3 chiều là phƣơng pháp đo tiếp xúc, khi đó các bề mặt phức tạp đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian vì phải đo và lấy dữ liệu của từng điểm, mật độ đo càng dày thì số điểm đo càng lớn tƣơng ứng với độ chính xác càng cao, vì vậy việc chọn mật độ phân bố điểm đo có ảnh hƣởng rất lớn đến độ chính xác tái tạo ngƣợc. Trong đề tài tác giả chia vùng và chọn mật độ điểm để quét hình nhƣ sau: Tại các vị trí có mặt cong phức tạp chọn mật độ cá điểm là 0.5mm cho mỗi dải đo, còn tại biên dạng và mặt cong trơn tác giả đã chọn mật độ dải đo là 1mm. Vì vậy khi sử lý để xây dựng lƣới tam giác đã có sai số nhƣ bảng 3.3. 3.2. Sai số khi tạo lưới tam giác Bằng cách nối các điểm cạnh nhau để tạo thành các hình tam giác, do những phần gấp khúc, lồi lõm hay những phần giao nhau của các bề mặt thƣờng có mật độ điểm dày hơn, còn những mặt phẳng trơn thì có mật độ điểm thƣa hơn. Do đó khi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 xây dựng lƣới tam giác ở những vùng khác nhau thì chúng ta có mật độ tam giác cũng khác nhau tùy thuộc vào độ phân giải của từng vùng. Khi nối tập hợp điểm thành tập hợp ô lƣới tam giác ta thƣờng phải đơn giản hoá các điểm và xoá đi các điểm không cần thiết, đây chính là nguyên nhân gây ra sai số khi xây dựng bề mặt từ các lƣới tam giác này. Tuy nhiên khác với quét hình bằng phƣơng pháp không tiếp xúc là có thể quét hàng triệu điểm tại một vùng nhỏ, với đo 3 chiều tiếp xúc do số lƣợng điểm đo thƣờng ít hơn rất nhiều và phụ thuộc vào chọn dải đo, vì vậy phần lớn các điểm đo đều đƣợc dùng để tạo lƣới tam giác. Do đó sai số gây ra trong kỹ thuật này chủ yếu vẫn là chọn mật độ và dải đo khi San sản phẩm. 3.3. Sai số do đơn giản hoá lưới tam giác Bằng cách giảm số lƣợng tam giác không cần thiết và tối ƣu hoá vị trí các đỉnh. Sau đó nối các cạnh của mỗi tam giác trong lƣới sao cho các điểm hình học không thay đổi. Sau khi đơn giản hoá bề mặt vật thể sẽ trơn hơn và có độ phân giải thấp hơn. Tuy nhiên khi giảm số lƣợng tam giác tại những mặt cong hoặc những chỗ lòi lõm phức tạp thì các biên dạng của lƣới liền kề đƣợc nối trực tiếp với nhau bởi đƣờng thẳng hoặc Spline, đây cũng là nguyên nhân gây ra sai số tạo hình bề mặt. Trong sản phẩm tái tạo ngƣợc tác giả giữ nguyên số lƣợng tam giác đƣợc tạo tại các bề mặt cong phức tạp nhằm nâng cao độ chính xác tạo hình, ở các vùng bề mặt trơn tác giả đã giảm 1/2 số lƣới tam giác nhằm giảm dung lƣợng và độ phân giải của bề mặt đƣợc trơn hơn, tuy nhiên đây chính là nguyên nhân gây ra các sai lệch về kích thƣớc bao của sản phẩm. 3.4 . Sai số do khi chia nhỏ lưới Chia nhỏ lƣới đã đƣợc đơn giản hoá để tạo bề mặt trơn theo ý muốn. Tùy mức độ trơn cần thiết mà ta chia mật độ lƣới khác nhau, những mặt phẳng thì có thể chia các ô lƣới to hơn so với những chỗ lồi lõm và những phần giao nhau. Khi chia nhỏ lƣới tuỳ theo trình độ và tƣ duy thiết kế của từng ngƣời thì các khoảng lƣới đƣợc chia cũng khác nhau do đó sai số cũng khác nhau. Trong phần thực nghiệm do vùng bệ mặt trơn đã đƣợc đơn giản nền để đảm bảo độ trơn và nhẵn tại các cung lƣợn, vùng lồi, lõm phức tạp tác giả đã chia nhỏ từ 0.5 - 0.75 tam giác và chỉnh sửa làm trơn bề mặt vì vậy các sai số bán kính trên hình 3.2 là rất lớn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 3.5. Sai số khi hiệu chỉnh bề mặt Quá trình xây dựng bề mặt từ lƣới tam giác, bề mặt tạo thành đôi khi không trơn và không đồng nhất với nhau vì vậy ngƣời thiết kế phải cắt xén phần bề mặt không phù hợp và tạo các đƣờng cơ mới để tạo ra bề mặt trơn và đẹp hơn. Do khi vẽ các đƣờng cơ mới do không còn đám mây điểm để cố định thông số Spline vì vậy sản phẩm bản vẽ tiếp tục có sai số tích luỹ. Từ những phân tích trên thấy rằng sai số tái tạo ngƣợc khi sử dụng máy đo 3 chiều kiểu tiếp xúc thì nguyên nhân gây sai số chủ yếu do chọn mật độ điểm đo và dải đo. Từ đây có thể đƣa ra đƣợc dự báo kỹ thuật về độ chính xác tái tạo ngƣợc. 4. Lắp đặt, chạy thử: Sau khi đã chế tạo hoàn chỉnh bộ cam trên của máy ZP33B gồm 6 mảnh, ta tiến hành lắp đặt chạy thử trên máy. + Chạy không tải: Trong quá trình máy chạy không tải, quan sát ta thấy các vai chày tỳ theo đúng vào các biên dạng của cam đã thiết kế chế tạo. Máy chạy êm, không có tiếng kêu hoặc chuyển động gì khác lạ..V...V.... + Chạy có tải: Khi có tải máy chạy bình thƣờng, các sản phẩm viên nén đƣợc kiểm tra đảm bảo đạt yêu cầu về kích thƣớc, độ cứng đủ tiêu chuẩn của GMP (tiêu chuẩn Đông Nam Á). Các chuyển động của chày và cối đảm bảo chính xác về vị trí tƣơng quan. Nhƣ vậy biên dạng cam dẫn chế tạo bằng phƣơng pháp tái tạo ngƣợc cho độ chính xác cao. Quá trình chạy thử ở nhà máy cho thấy biện pháp công nghệ bề mặt đã làm giảm mòn biên dạng cam và tăng tuổi bền cho cam. Do thời gian thực nghiệm ngắn và phụ thuộc chủ yếu vào nhà sản xuất nên cho chạy thử máy ở ZP33B của Công ty cổ phần Dƣợc Hải Phòng và đã có xác nhận của công ty. 5. Kết luận chƣơng 4 Từ kết quả nghiên cứu trên tác giả đã sử dụng các phần mềm CAD/CAM để sử lý và xây dựng bề mặt sản phẩm từ dữ liệu đo 3 chiều trêm máy CMM-C544 và đƣa ra một số định hƣớng sau đây: Kỹ thuật tái tạo ngƣợc trên các máy đo 3 chiều CMM cho độ chính xác cao và tin cậy. Tuy nhiên nó phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ đo và trình độ ngƣời thiết kế. Với sản phẩm có yêu cầu cao về độ chính xác cần chọn dải đo nhỏ (khoảng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 0.05- 0.25mm), đối với công cụ thiết kế là các phần mềm phải đủ mạnh và chuyên dùng vì khi xây dựng bề mặt ta mới có thể tối ƣu đƣợc toạ độ các điểm và tạo các lƣới để tạo bề mặt trơn mà không ảnh hƣởng gì đến độ chính xác tạo hình sản phẩm. Ngoài ra năng lực và trình độ thiết kế cũng là yếu tố quyết định độ chính xác tái tạo ngƣợc. Khi cần tái tạo ngƣợc sản phẩm có độ chính xác cao ngoài việc tối ƣu thiết kế và sử lý dữ liệu nhƣ trên đã phân tích cần xét đến ảnh hƣởng của độ chính xác gia công khi chế tạo sản phẩm, vì có rất nhiều nguyên nhân gây ra sai số gia công nhƣ: ảnh hƣởng của hệ thống công nghệ, ảnh hƣởng của nhiệt cắt, lực cắt, rung động, mòn dụng cụ... . Từ đó sẽ có đƣợc sai số tổng hợp và đƣa ra phƣơng án bù sai số khi chế tạo và gia công sản phẩm. phần bù sai số chế tạo phải đƣợc giải quyết trong các chuyên đề khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN Với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng bộ cam dẫn chày trên máy dập viên ZP33B nhằm nâng cao chất lượng sản xuất viên nén cho ngành Dược Việt Nam”. Tác giả đã đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của PGS.TS. Vũ Quý Đạc, đề tài đã đƣợc hoàn thành và đạt đƣợc kết quả sau: Khảo sát, phân tích tình hình sản xuất viên nén của ngành dƣợc, nghiên cứu quá trình sản xuất phụ tùng máy dập viên của Việt Nam. Từ đó phân tích điều kiện làm việc, động lực học của máy dập viên ZP33B, đặc biệt là bộ cầu trƣợt trên của máy. Phân tích, tính toán lực tác dụng lên bề mặt cam dẫn, tính toán và phân tích quá trình mòn của cam, sử dụng phần mềm Cosmos để tính toán và kiểm tra ứng suất, biến dạng của cam từ đó đƣa ra biện pháp công nghệ chế tạo và biện pháp công nghệ bề mặt thiết kế và chế tạo cam dẫn. Ứng dụng kỹ thuật Kỹ thuật tái tạo ngƣợc để thiết kế và chế tạo cam dẫn đã nâng cao đƣợc độ chính xác chế tạo sản phẩm. Tuy nhiên do thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp có hạn và trình độ của bản thân tác giả còn hạn chế và nên đề tài sẽ không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp, để đề tài này đƣợc hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! PHẠM QUANG BÌNH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] . PGS-TS Nguyễn Đăng Bình và PGS-TS Phan Quang Thế. Một số vấn đề về ma sát, mòn và bôi trơn trong kỹ thuật.Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.năm 2006. [2] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm văn Hùng.Ma sát học. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật(2006). [3] Nghiêm Hùng, giáo trình vật liệu học. Trƣờng đại học Bách khoa Hà nội.1999. [4] Nguyễn Hùng, Kim loại học và nhiệt luyện,Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.(1997) [5] Lê Công Dƣỡng, vật liệu học (chủ biên 1974). [6] hiết kế chi tiết máy. Nguyễn Văn Lẫm. Nhà xuất bản giáo dục [7] Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Nguyễn Đắc Lộc (2003). [8] Sổ tay công tay vật liệu chế tạo máy, thép và gang, Lƣu Minh Trí nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1976. [9] Phƣơng pháp phần tử hữu hạn trong kỹ thuật. Trƣờng đại học Bách khoa Hà nội. năm 2000. [10] Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trƣờng, nghiên cứu cải tiến máy dập thuốc ZP33 của Nguyễn Bá Lam, Đinh Hữu Hào, Nguyễn Đắc Thắng (do thầy Cao Thanh Long hƣớng dẫn) năm 2007 [11] Luận văn thạc sĩ kỹ thuật của Đinh Xuân Ngọc năm 2008.