Tổng quan về khoan sâu, tìm hiểu về khoan sâu một lưỡi
, khoan nòng súng
Mô tả đồ án: Gồm các file như ảnh trên bao gồm tất cả các file 3D, xuất bản vẽ ra PDF, CAD, video mô phỏng cấu tạo + nguyên lý hoạt động+ THuyết minh
Giá: 650.000vnđ – Mã số: doantotnghiep.me_CTM0000052
Tải đồ án
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN SÂU
VÀ CÁC DỤNG CỤ KHOAN SÂU
- Lịch sử phát triển về thiết bị khoan sâu
Kể từ khi nhân loại biết sử dụng các công cụ lao động và dụng cụ vào sản xuất thì việc đục các lỗ trên các công cụ này là cần thiết, để đáp ứng được mục đích sử dụng của con người và để có thể đục được những cái lỗ đó rất tốn kém sức lực, khó khăn vì phương pháp đục rất thô sơ.
Hình 1.1: Dụng cụ khoan đá
Hình 1.2: Dụng cụ khoan đá có trục nối dài
Có một bước chuyển tiếp đó là dụng cụ khoan đã được cơ giới hóa, và sử dụng các tác động vật lý đến quá trình khoan và điều đó là cần thiết. Đó cũng là một bước ngoặt trong quá trình phát triển công nghệ khoan sâu.
Hình 1.3: Máy khoan sử dụng tác động vật lý
Bước tiếp theo là sự phát triển của các phương tiện cơ giới hóa dùng đòn bẩy và sức nặng của đá. Đó là một bước nhỏ trong sự chuyển biến nhưng tạo nên những nguyên tắc cơ bản của một máy khoan.
Hình 1.4: Tiền sử máy khoan đá
Trong một bảo tàng ngoài trời ở Sodertalje, Thụy Điển, có trưng bày một máy khoan thẳng hoạt động nhờ nước
Hình 1.5: Bảo tàng ngoài trời
Một số các máy khoan được trang bị tay quay, một khung bằng gỗ. Phôi được kẹp vào khung và khung này sẽ được chuyển đến vị trí chuẩn bị gia công. Sau đó, việc khoan sẽ được thực hiện trên các phôi.
Hình 1.6: Máy khoan sử dụng tay quay và khung gỗ
Quá trình làm việc của máy này không cần dùng chất làm mát (tức là gia công khô).
Sau đó, việc sử dụng nước làm mát đã mang lại một bước đột phá, cho phép lỗ sâu được sản xuất bằng máy đạt chất lượng tốt hơn.
Điều này thực chất là cơ sở cho sự ra đời của công nghệ khoan sâu.
Sự phát triển của máy công cụ và máy móc đã bị đẩy lên nhanh chóng. Kết quả của việc khoan dần được đồng nhất. Nhờ vào sự cải tiến liên tục mà công nghệ khoan phát triển mạnh và được ứng dụng ở nhiều nước.
Hình 1.7: Một số máy khoan sâu cổ xưa
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ khoan sâu không ngừng được cải tiến và được áp dụng rộng rãi vào các lĩnh vực như : gia công các thiết bị khí nén ( xilanh, thủy lực), nòng súng,…
1.2. Các phương pháp khoan sâu
Căn cứ vào các yếu tố như: đặc điểm lỗ khoan (đường kính và chiều dài lỗ ), Chi tiết cần khoan, độ rung động khi khoan mà người ta chế tạo ra các loại máy, các loại dao khác nhau. Ứng với nó người ta chia ra làm 3 phương pháp khoan
+ Phương pháp khoan BTA
+ Phương pháp khoan GUNDRILL
+ Phương pháp khoan SBR còn gọi là Skyving M/C
1.2.1. Phương pháp khoan GUNDRILL
Đây là phương pháp cổ điển, có lich sử hơn 150 năm. Nó được sử dụng để khoan các lỗ có phạm vi đường kính từ 0.95-35 mm với dung sai đường kính đạt tới IT9, độ nhám Ra đạt từ 0.1-3.2 μm. Tỷ lệ L/Dc tối đa có thể đạt tới 250 ( theo VDI 3208)
Hệ thống khoan Gundrill bao gồm nhiều bộ phận nhưng trung tâm là dụng cụ khoan của nó. Dung dịch cắt được bơm vào vùng gia công qua một lỗ nhỏ nằm trên mũi khoan và phoi được dung dịch cắt chuyển ra ngoài qua một rãnh chữ V trên thân dao tới thùng chứa phoi, ở đó dung dịch cắt sẽ được tách riêng ra đồng thời thùng chứa phoi cũng là bộ phận đỡ dụng cụ cắt.
Hình 1.8: Nguyên lý thoát phoi của hệ thống gundrill
Phương pháp này chỉ dùng để gia công các lỗ nhỏ, ngắt phoi khó, dùng trong các trung tâm gia công hoặc máy tiện CNC với yêu cầu áp suất dung dịch cắt cao.
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý kiểu khoan mũi nhỏ
Dao khoan GUNDRILL:
Hình 1.10: Mô hình dao khoan kiểu mũi nhỏ
Thông thường Gundrill được sử dụng khi gia công các lỗ nhỏ có đường kính nhỏ hơn 20mm. Trong công nghiệp được sử dụng để khoan sâu các lỗ cấp dung dịch làm mát cho khuôn mẫu. Điểm mạnh của phương pháp này là có tuổi thọ dụng cụ cao, chất lượng bề mặt và độ thẳng đường tâm cao, nhưng có nhược điểm là lượng tiến dao chậm do sức bền của cán dao thấp.
Hệ thống gundrill có thể khoan với các loại vật liệu rất đa dạng, từ nhựa như Teflon và Composite, nhôm, các mác thép thông thường đến những mác thép dùng làm khuôn mẫu có độ cứng và độ bền cao như các mác SKD1, SKD11, SKD 4( Theo tiêu chuẩn JIS)….ngoài ra nó có thể gia công được các hợp kim khó gia công như hợp kim titanium và inconel… Hệ thống này có thể khoan được vật liệu có độ cứng tới 46HRC.
Ưu điểm của phương pháp Gundrill:
- Chất lượng bề mặt và độ chính xác của các lỗ gia công rất tốt
- Có thể sử dụng gia công các lỗ có đường kính nhỏ ( có thể tới 1mm)
- Với thông số hình học của cùng một lưỡi dao có thể gia công nhiều loại vật liệu, nếu cần có thể thay đổi thông số hình học lưỡi cắt rất nhanh bằng cách mài lại
- Thiết kế dụng cụ cắt rất đơn giản do đó chi phí cho dụng cụ giảm
- Tuổi bền dụng cụ cắt cao: Các mũi khoan kiểu Gundrill có thể mài lại từ 8-15 lần. Quá trình mài lại có thể thực hiện ngay tại phân xưởng gia công.
- Tuổi bền dụng cụ cao do dung dịch cắt được cung cấp vào từ mặt trong của phôi
- Ít nhạy cảm với sai số của bạc dẫn
- Dễ dàng thay đổi dụng cụ để gia công các lỗ có đường kính khác nhau
- Yêu cầu lưu lượng dung dịch cắt thấp
- Máy khoan kiểu Gundrill và các trang thiết bị đi kèm của nó rẻ hơn so với hai hệ thống STS và Ejector
Tuy nhiên nó vẫn có những nhược điểm sau đây:
- Năng suất thấp do tốc độ tiến dao chậm.
- Rất khó mài lại lưỡi cắt với mũi khoan cho lỗ dài và đường kính nhỏ.
- Yêu cầu áp lực dung dịch cắt cao.
- Chỉ gia công với tỷ lệ L/ D rất nhỏ.
- Không kinh tế với những lỗ gia công lớn hơn 50 mm.
1.2.2. Phương pháp khoan BTA/STS (Single Tube System)
STS là từ viết tắt của cụm từ “Single Tube System” trong khi đó BTA là viết tắt từ cụm “Boring and Trepanning Association”. Cả hai tên này cùng được sử dụng để mô tả một công nghệ. Đứng về mặt lịch sử thì công nghệ này được biết đến đầu tiên dưới cái tên BTA, được gọi bởi các tổ chức nghiên cứu của Đức, đến năm 1945 thì công nghệ này được bán rộng rãi ra toàn thế giới và ngày nay còn được mô tả với cái tên STS.
Hình 1.11: Nguyên lý của hệ thống gia công BTA/STS
Sự khác nhau chủ yếu giữa các phương pháp là cách thức cấp dung dịch cắt để thoát phoi ra ngoài. Trên hình ta thấy phương pháp này khá giống với phương pháp Gundrill. Dung dịch làm mát đi qua ống cấp vào van điều tết, từ đây nó được đưa vào vùng gia công qua khe hở giữa mặt ngoài mũi khoan và thành lỗ đã gia công. Dung dịch làm mát đi qua lưỡi cắt, mang theo phoi vừa được lưỡi cắt cắt ra (trong khi vẫn thực hiện chức năng làm mát vùng gia công). Sau đó phoi được chuyển ra theo ống bên trong cần khoan tới thùng chứa phoi.
Đây là phương pháp sử dụng cho các sản phẩm yêu cầu chất lượng cao. Hệ thống này dựa trên nguyên lý dung dịch được cấp từ bên ngoài và phoi được thoát ra theo lỗ bên trong cần khoan. Theo nguyên lý này thì phần mang lưỡi cắt được lắp ghép với phần chuôi nhờ mối ghép ren. Phoi sẽ được thoát ở bên trong cần khoan do đó không cần phải có các lỗ khoan ở cán cần khoan như một số phương pháp khác vì vậy mà hệ thông này rất cứng vững.
Hình 1.12: Kết cấu đầu khoan sâu (kiểu khoan BTA)
Hình 1.13: Cán nối dài dụng cụ cắt trong gia công lỗ sâu
Chất lượng sản phẩm cao gấp 5 lần so với phương pháp Gundrill, độ chính xác có thể đạt tới IT10, nên ứng dụng chủ yếu của phương pháp này là để gia công công đoạn cuối của những sản phẩm mà giá thành phôi rất đắt ví dụ như gia công lỗ trục cánh Turbine, trục máy nén, lỗ nòng của các loại pháo…..
Ưu điểm của phương pháp:
- Năng suất gia công cao
- Gia công lỗ có tỷ lệ L/D lớn
- Đầu dụng cụ có kết cấu đặc biệt, cho phép tích hợp nhiều nguyên công khác nhau (khoan rộng lỗ, lăn ép, khoan vòng, khoét hốc…)
- Về mặt lý thuyết, không có sự hạn chế nào về đường kính lỗ khoan lớn nhất
- Các bộ phận khác nhau của lưỡi cắt có thể được lắp ghép bằng các mảnh hợp kim cứng.
Nhược điểm của phương pháp:
- Nhạy cảm với độ chính xác lắp ghép của các chi tiết máy và dung sai của bạc dẫn
- Tốn thời gian đáng kể cho việc thay đổi đường kính khoan
- Quy trình công nghệ mài sắc lại dụng cụ phức tạp, chỉ làm với những dụng cụ chuyên dụng. Do đó, người ta thường không mài sắc lại để giảm chi phí dụng cụ. Việc điều chỉnh các mảnh hợp kim là rất phức tạp
- Nhạy cảm cao với dạng phoi, một mũi khoan có thể phù hợp với loại vật liệu này nhưng không phù hợp với vật liệu khác. Thậm chí chúng có cùng thành phần hóa học và cơ tính.
- Yêu cầu máy khoan thiết kế chuyên dụng, có độ chính xác cao, phức tạp trong bảo dưỡng và sửa dưỡng.
- Yêu cầu lưu lượng dung dịch cắt cao, với kích thước thùng chứa lớn, bơm công suất cao, nhiều bộ lọc, chi phí cho dung dịch cắt cao…
1.2.3. Phương pháp khoan Ejector/ DTS
Phương pháp này khá giống với phương pháp khoan BTA, chỉ khác ở cách cung cấp dung dịch trơn nguội, kết cấu cần khoan theo phương pháp này gồm hai ống đồng tâm lồng vào nhau. Momen khoan chủ yếu được truyền tới đầu khoan qua ống bên ngoài. Phương pháp này phù hợp với lỗ gia công với tỷ lệ L/D=50/1.
Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp ô tô để gia công các lỗ trục máy, piston, thân động cơ Diesel, Xilanh thủy lực…Trong công nghiệp đóng tàu ứng dụng để gia công lỗ dầu trong động cơ thủy, trục khuỷu…
Ưu điểm của phương pháp:
- Có thể sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đa năng
- Năng suất cao
- Chỉ yêu cầu dung dịch cắt với áp lực thấp
- Các bộ phận khác nhau của lưỡi cắt có thể được lắp ghép bằng các mảnh Carbit
- Dễ dàng thay đổi đầu khoan để thay đổi đường kính lỗ gia công, nhiều đầu khoan có thể dùng chung một chuôi gá đầu khoan.
Nhược điểm của phương pháp:
- Không thể sử dụng để gia công các lỗ có đường kính nhỏ hơn 20mm
- Dễ bị ảnh hưởng bởi độ chính xác lắp ghép của các chi tiết máy và dung sai cuả bạc dẫn.
- Không thể kiểm soát được sự kẹt phoi do thiết kế đặc biệt của chu trình thủy lực. Đây chính là nhược điểm lớn nhất của phương pháp Ejector/DTS.
1.3.Đặc điểm của công nghệ khoan sâu
1.3.1. Máy
Xuất phát từ những đặc điểm của lỗ là có chiều dài phôi lớn nên các máy sử dụng ở đây hầu hết là các máy chuyên dùng có thể gia công từ một phía hay hai phía với chiều dài băng máy đảm bảo sao cho băng máy lớn hơn 1.5 đến 2 lần chiều dài phôi.Với những lỗ quá dài cò thể sử dụng phương pháp nối dài thêm băng máy hoặc dùng hai băng máy quay đuôi nối tiếp nhau. Máy phải đảm bảo độ cứng vững trong quá trình gia công lỗ sâu.
Hình 1.14: Máy gia công lỗ sâu
1.3.2. Dụng cụ cắt
Dụng cụ cắt chuyên dùng cho gia công lỗ sâu khá đa dạng về chủng loại và kết cấu. Sự ra đời các vật liệu siêu cứng đã cho phép chế tạo ra những loại dao cắt nhiều lưỡi có tốc độ cao cho năng suất lớn.Các yêu cầu cơ bản của dụng cụ cắt này là:
+ Dễ dàng đưa dung dịch trơn nguội vào và thoát phoi ra khỏi vùng gia công
+ Dẫn hướng tốt và có độ cứng vững cao
+ Triệt tiêu tối đa lực làm cong cán dao
+ Mài và thay thế dễ dàng dụng cụ dùng trong gia công lỗ sâu thường được cấu tạo gồm 3 phần: Phần cắt, phần dẫn hướng và phần thân.
– Phần cắt: làm bằng thép gió, hợp Kim cứng hay các vật liệu siêu cứng (Ceramic, Kim cương) yêu cầu có độ bền nhiệt, bền mòn cao
-Phần dẫn hướng: Yêu cầu ma sát ít và khả năng đàn hồi cao, thường sử dụng gỗ hoặc chất dẻo tổng hợp
-Phần thân: Làm bằng thép thông thường, ngoài nối phần cắt và dẫn hướng còn sử dụng để nối thêm phần cán nối dài đầu cắt để gia công những lỗ có chiều dài lớn.
1.3.3. Dụng cụ đo kiểm
Lỗ gia công có chiều sâu lớn nên trong quá trình gia công bằng phương pháp cắt gọt rất khó có thể kiểm tra được những sai hỏng như: lệch trục lỗ, cong trục lỗ, chiều dày thành không đều, tạo bậc, gãy trục lỗ khi khoan hai đầu, lỗ ellip, phình tang trống, đa cạnh hóa bề mặt lỗ, lỗ bị côn. Do đó, quá trình đo kiểm đối với các lỗ sâu cần có những dụng cụ đo và kiểm tra chuyên dùng.
1.3.4. Dụng cụ phụ
Các dụng phụ bao gồm: Đồ gá, thiết bị cấp thu dung dịch trơn nguội, dụng cụ đo kiểm
-Đồ gá thường dùng: Mâm cặp 3 chấu, mâm cặp 4 chấu, khối V, luynet…
– Thiết bị cấp và thu dung dịch trơn nguội: Có kết cấu phức tạp, đòi hỏi phải đồng bộ, thiết bị cấp đa số sử dụng bơm cao áp, thiết bị thu được nối trực tiếp ở đầu lỗ gia công và có bộ phận lọc nhanh chóng để cấp trở lại.
1.3.5. Dung dịch trơn nguội
Dung dịch trơn nguội đóng vai trò rất quan trọng trong gia công lỗ sâu. Ngoài tác dụng bôi trơn và làm mát, dung dịch trơn nguội còn đóng vai trò cuồn phoi ra khỏi vùng cắt nhờ vào áp lực và giảm lực cắt vì vậy dung dịch trơn nguội được cấp liên tục đảm bảo với áp suất và lưu lượng đủ lớn. Thành phần dung dịch gồm 90% sunfoferejon + 10% dầu hỏa hoặ 7-10% Emuxi + 0.2% Na2CO3 + nước các loại
Dụng cụ cắt phải có kết cấu phù hợp sao cho quá trình cắt được tối ưu nhất đồng thời có thể dễ dàng đưa dung dịch trơn nguội vào vùng gia công và thoát phoi dễ dàng. Thường có 3 kiểu sau:
+ Đưa dung dịch qua lỗ trong thân dụng cụ, phoi thoát theo khe hở giữa cán và thành lỗ.
+ Đưa dung dịch qua khe hở giữa cán và thành lỗ, phoi thoát theo lỗ cán.
+ Dung dịch và phoi đi qua 2 lỗ cán lồng nhau
- 4. Các phương pháp đảm bảo độ chính xác gia công
1.4.1. Chọn chuẩn công nghệ trong gia công lỗ sâu
– Gia công lỗ sâu rất khó kiểm soát sai số trong quá trình cắt gọt nên việc chọn chuẩn công nghệ có ý nghĩa quyết định đối với chất lượng sản phẩm sau gia công.
– Chọn chuẩn hợp lý có thể giảm đáng kể sai số này. Theo quan điểm công nghệ thì bề mặt nào có yêu cầu kỹ thuật, độ chính xác cao được chọn làm chuẩn để gia công .Do vậy ở các nguyên mở rộng lỗ , bề mặt trụ trong có yêu cầu cao về hình dáng hình học, độ nhám được chọn làm chuẩn gia công. Khi đã có lỗ dùng mặt trong để làm chuẩn gia công mặt ngoài, Sau đó dùng mặt ngoài vừa gia công xong làm chuẩn để móc lỗ dẫn hướng, lúc này bề mặt lỗ dẫn hướng này được lấy làm chuẩn để gia công bề mặt trong còn lại. Quá trình lặp lại liên tục đến khi hoàn thành các nguyên công
-Các nguyên công tiện mặt trụ ngoài thì chuẩn là hai lỗ tâm của chi tiết
– Chuẩn của các bước gia công mặt đầu, vát mép, móc lỗ hướng là bề mặt trụ ngoài đã láng chuẩn vì khi đó việc rà tròn để điều chỉnh chi tiết được thực hiện trên bề mặt định vị này.
– Các nguyên công khoan, khoét mở rộng sau bước móc lỗ hướng thì chuẩn được xác định ban đầu là bề mặt trụ trong đã móc lỗ hướng. chiều sâu lỗ hướng phải đảm bảo định vị bốn bậc tự do cho đầu dao bị dao động ban đầu.Khi đầu dao đi qua hết chiều dài lỗ hướng thì chuẩn lúc này là bề mặt lỗ trong vừa gia công.
– Các nguyên công khoét tinh, doa, mài khôn không có bước móc lỗ hướng trước đó thì chuẩn là bề mặt trong vừa gia công ở nguyên công ngay trước đó. Khi đó các bề mặt trụ ngoài đã láng trước đó trở thành các mặt tì nơi mâm cặp, nơi đặt các Luynet.
1.4.2. Đảm bảo độ cứng vững của hệ thống công nghệ
-Quá trình gia công lỗ sâu, các trang thiết bị đều có chiều dài lớn, việc bảo đảm độ cứng vững sẽ hạn chế đáng kể sai số gia công
-Chiều dài phôi lớn dễ bị võng, kém ổn định
– Băng máy nhiều khi phải nối để gia công những chi tiết dài khe hở xuất hiện làm rung động trong quá trình cắt gọt.
-Cán dụng cụ được nối dài trong khi khoan đi sâu vào lỗ dễ cong vênh do rung động và vậy đây là vấn đề lớn trong quá trình đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và phải được chuẩn bị từ trước khi gia công.
-Sử dụng các cơ cấu làm tăng độ cứng vững của hệ thống (Luynet tĩnh, luynet động…)
-Chọn vật liệu và quy trình nhiệt luyện hợp lý
-Đảm bảo độ đồng tâm máy chắc chắn phải được bằng việc rà tròn và điều chỉnh.Độ đồng tâm giữa tâm lỗ chi tiết và tâm đầu dao cũng phải được đảm bảo nhờ cơ cấu dẫn hướng lắp trên toàn chiều dài của nó (đạt được nhờ mài)
-Nguyên công mài khôn, đầu mài khôn phải tự lựa thông qua khớp nối (khớp cầu, khớp các đăng) giữa đầu khôn và cán nối dài.
Tổng quan về khoan sâu, tìm hiểu về khoan sâu một lưỡi
No comments:
Post a Comment