Lựa chọn vật liệu trong thiết kế và chế tạo máy

Trong thiết kế và chế tạo máy theo yêu cầu, có 2 trường hợp xảy ra khi chọn vật liệu là: 

  • Khách hàng chỉ định loại vật liệu.
  • Người thiết kế tự lựa chọn vật liệu phù hợp.

Trường hợp 1 thì dễ, khách hàng là số 1, yêu cầu loại nào cứ lựa chọn đúng loại đó là được. Trường hợp thứ 2 đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm, kiến thức để lựa chọn đúng loại vật liệu chế tạo máy. Làm sao vừa đáp ứng yêu cầu khách hàng, vừa phù hợp với máy thiết kế.

Trong bài viết này, VCC tổng hợp và chia sẻ về cách lựa chọn vật liệu trong thiết kế và chế tạo máy. Bao gồm các mác thép thông dụng và các vật liệu khác như nhựa, nhôm,…

Các mác thép thông dụng được dùng trong chế tạo máy

1 Mác thép S50C, S55C, S45C

Giải thích ký hiệu: chữ S trong mác thép là thép kết cầu. Phần phía sau: 50C, 55C, 45C chỉ hàm lượng Cacbon trong thép. Loại thép này có 2 dạng là dạng trong và dạng tấm.

Lựa chọn mác thép thông dụng trong chế tạo máy
Mác thép S50C

2 Mác thép SS400

SS400 là thép được sản xuất theo tiêu chuẩn của Nhật Bản là JIS G 3101. Mác thép SS400 được sử dụng nhiều trong chi tiết máy, gia công khuôn mẫu…

Trong đó, SS là viết tắt của Steel Structure. Số 400 là độ bền kéo, tương đương 400 Mpa. Tất nhiên, đó chỉ là con số, thực thế SS400 chỉ đạt dưới 400 Mpa. 

Những mác thép không có chữ C phía sau chỉ loại thép có hàm lượng cacbon thông thường.

SS400 thuộc dạng thép cán nóng, được sử dụng tại những vị trí làm việc đòi hỏi cường độ thấp, không quan trọng và không ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt động của máy.

  • Ưu điểm: Giá thành rẻ, dễ gia công, dễ hàn. 
  • Nhược điểm: Không tôi cứng được.
Quy  cách thông dụng của mác thép SS400
Quy cách thông dụng của mác thép SS400

Những chi tiết cường độ cao sẽ sử dụng mác thép SC. 

Hai loại thép trên có thể xử lý bề mặt bằng cách mạ hóa học Nickel (Ni) hoặc xi mạ Chrom.

Các độ dày sẵn có 1.2; 1.4; 1.6; 1.8; 2.0; 2.3; 2.5; 2.8; 3.2; 3.6; 4.0; 4.5; 5.0; 5.6; 6.0; 6.3; 7.0; 8.0….

Tham khảo chi tiết tại: http://www.kouzai-net.com/migakisaizuhyou.html

Mác thép
Thành phần hoá học (%) 
C Si Mn Ni Cr P S
SS400 0.11 ~ 0.18 0.12 ~ 0.17 0.40 ~ 0.57 0.03 0.02 0.02 0.03
S50C 0.47 ~ 0.53 0.15 ~ 0.35 0.6 ~ 0.9 0.2 0.2 0.030 max 0.035 max
S55C 0.52 ~ 0.58 0.15 ~ 0.35 0.6 ~ 0.9 0.2 0.2 0.030 max 0.035 max
Bảng so sánh thành phần hóa học thép S50C, S55C và SS400
 
♦ Bảng so sánh Tính chất cơ lý tính:
Mác thép  Độ bền kéo đứt Giới hạn chảy Độ dãn dài tương đối độ cứng
N/mm² N/mm² (%)  
SS400 310 210 32  120Hv~140Hv
S50C 590 ~ 705 355 ~ 540 15 HBW143~187
S55C 610 ~ 740 365 ~ 560 13 HBW229~285

Giữa SS400, S45C và S55C chọn loại nào?

Cần độ cứng cao, mức chịu đựng tốt sẽ chọn S45C. Ngược lại mức chịu đựng (giới hạn kéo) không quá quan trọng thì dùng SS400. Tuy nhiên, với chi tiết cần hàn thì chọn SS400 là lựa chọn tốt nhất.

Vì dụ lựa chọn thép cho thiết kế chế tạo máy.

Thép SS400 bền kéo là 400(N/mm2), của S45C là 570(N/mm2). Nếu tôi S45C sẽ đạt cứng 690(N/mm2). Nhưng SS400 thì lại k tôi cứng lên được.

Hoặc khi chọn vật liệu cho trụ tròn, quay với tốc độ cao thì chắc chắn sẽ chọn S45C. Nhưng nếu tải nhẹ, không quá quan trọng mà cần tiết kiệm chi phí thì chọn sang SS400 dạng tròn.

2 Mác thép SUS304

SU304 cũng là 1 mác thép thông dụng trong chế tạo cơ khí, thậm chí nó được coi là loại thép phổ biến nhất trên thế giới. Mọi người thường gọi là inox 304, thép không gỉ 304.

Mác thép thông dụng SUS304
Mác thép thông dụng SUS304

SUS304 chứa 18Cr-8Ni, được sử dụng tại những vị trí không cần xử lý bề mặt, chống gỉ được, không bị nam châm hút.

SUS303 có bị nam châm hút. Theo lý thuyết, thép không gỉ đều không bị nam châm hút, tuy nhiên, SUS303 sau khi gia công thì cấu trúc thép từ austenite bị đổi sang martensite nên bị nam châm hút.

Nếu là thép tấm thì có sẵn các độ dày 0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0; 5.0; 6.0 ….

Độ dày tấm tiêu chuẩn của SUS304 có thể được chia như sau:

Có 2 phương pháp sản xuất ra SUS304 là cán nóng (JIS G4304) và cán nguội (JIS G4305).

cụ thể chi tiết hơn thì có thể tham khảo tiêu chuẩn JIS hoặc tìm từ khóa “sus304 板厚 jis”

Dung sai độ dày tấm inox SUS304 theo tiêu chuẩn JIS G4304

Độ dày tấm [mm] Chiều rộng [mm]
Dưới 1000 1000 trở lên
và ít hơn 1250
1250 trở lên
và nhỏ hơn 1600
2,00 trở lên và nhỏ hơn 2,50 ± 0,25 ± 0,3
2,50 trở lên và nhỏ hơn 3,15 ± 0,30 ± 0,35 ± 0,40
3,15 trở lên và ít hơn 4,00 ± 0,35 ± 0,40 ± 0,45
4,00 trở lên và nhỏ hơn 5,00 ± 0,40 ± 0,45 ± 0,50
5,00 trở lên và nhỏ hơn 6,00 ± 0,50 ± 0,55 ± 0,60
6,00 trở lên và nhỏ hơn 8,00 ± 0,60 ± 0,65 ± 0,65
8,00 trở lên và nhỏ hơn 10,0 ± 0,65 ± 0,65 ± 0,65
10.0 trở lên và nhỏ hơn 16.0 ± 0,70 ± 0,70 ± 0,70
16.0 trở lên và nhỏ hơn 25.0 ± 0,80 ± 0,80 ± 0,80
25.0 trở lên và nhỏ hơn 40.0 ± 0,90 ± 0,90 ± 0,90
40.0 trở lên và nhỏ hơn 63.0 ± 1,0 ± 1,0 ± 1,2
63.0 trở lên và nhỏ hơn 100 ± 1,1 ± 1,2 ± 1,3
100 trở lên và ít hơn 160 ± 1,3 ± 1,3 ± 1,4
160 trở lên và ít hơn 200 ± 1,6 ± 1,6 ± 1,7

Dung sai độ dày tấm inox SUS304 theo tiêu chuẩn JIS G4305

Độ dày tấm [mm] Chiều rộng [mm]
Dưới 1250 1250 trở lên
và nhỏ hơn 1600
0,16 trở lên và nhỏ hơn 0,25 ± 0,03
0,25 trở lên và nhỏ hơn 0,30 ± 0,04
0,30 trở lên và nhỏ hơn 0,60 ± 0,05 ± 0,08
0,60 trở lên và nhỏ hơn 0,80 ± 0,07 ± 0,09
0,80 trở lên và nhỏ hơn 1,00 ± 0,09 ± 0,10
1,00 trở lên và nhỏ hơn 1,25 ± 0,10 ± 0,12
1,25 trở lên và nhỏ hơn 1,60 ± 0,12 ± 0,15
1,60 trở lên và nhỏ hơn 2,00 ± 0,15 ± 0,17
2,00 trở lên và nhỏ hơn 2,50 ± 0,17 ± 0,20
2,50 trở lên và nhỏ hơn 3,15 ± 0,22 ± 0,25
3,15 trở lên và ít hơn 4,00 ± 0,25 ± 0,30
4,00 trở lên và nhỏ hơn 5,00 ± 0,35 ± 0,40
5,00 trở lên và nhỏ hơn 6,00 ± 0,40 ± 0,45
6,00 trở lên và nhỏ hơn 8,00 ± 0,50 ± 0,50
8,00 trở lên và nhỏ hơn 10,0 ± 0,60 ± 0,60
10.0 trở lên và nhỏ hơn 16.0 ± 0,70 ± 0,70
16.0 trở lên và nhỏ hơn 25.0 ± 0,80 ± 0,80

Chi tiết về Inox 304 xem tại: Inox SUS 304 là gì? Các thông tin cần biết.

3 Thép cán nguội SPCC 

SPCC là tấm thép cán nguội thông dụng, có bề mặt khá nhẵn, tuy nhiên dễ gỉ. 

Độ dày phổ biến: 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 1.8; 2.0; 2.3; 2.5; 2.8; 3.2 là lớn nhất.

Loại thép này thường được sử dụng làm tấm chắn ngoài của đế máy hoặc cửa đóng mở,… Trước đó cần xử lý mặt bằng sơn gia nhiệt để chống gỉ.

Bảng thành phần hóa học

Symbol o f Class SPCC SPCD SPCE SPCF
Chemical Composition C max. 0.15 0.12 0.1 0.08
Si max.
Mn max. 0.6 0.5 0.45 0.45
P max. 0.1 0.04 0.03 0.03
% S max. 0.05 0.04 0.03 0.03

4 Thép hình

Thép hình là các loại thép định hình sẵn như hình chữ T, I, H, L,…. được làm bằng mác thép thông dụng như SS400 hoặc S45C và S50C.

Thép hình được sử dụng là khung gầm máy, phần khung bao bọc phần trên máy.

Phần thân máy có thể được làm bằng khung nhôm kết hợp với thép hình nếu có yêu cầu giảm trọng lượng máy.

Một số vật liệu khác dùng trong chế tạo máy

1 MC nylon (MC 901)

Nhắc tới nhựa MC nylon trong ngành gia công chế tạo cơ khí, chỉ có ít người là không biết. Chính là loại nhựa màu xanh dương hoặc trắng. 

  • Ưu điểm: Loại nhựa này bền cao, độ cứng cao, khả năng chống chịu va đập tốt. Đồng thời hệ số ma sát thấp, nhiệt độ biến dạng cao (100-150 độ C).
  • Nhược điểm: Hút nước mạnh khiến nó bị biến dạng.

Chia sẻ của anh Đ.V.H về nhược điểm này. Anh đã sử dụng MC nylon để làm đầu kẹp Jig. Jig kẹp sản phẩm trong quá trình test thì có 1 Jig nhúng trong nước, 1 Jig làm việc trong môi trường khô và sạch thông thường. Nên đã khẳng định điều này.

Bảng so sánh độ bền kéo của các loại MC Nylon
Biểu đồ so sánh độ bền kéo của MC nylon.

2 Nhựa POM

Ngoài MC Nylon thì còn có nhựa Duracon hay còn gọi là nhựa POM (PolyOxy Methylene). Về các đặc tính hóa điện, 2 loại vật liệu này khá giống nhau. Thậm chí POM có ưu điểm là ít hút ấm hơn. Tuy nhiên, giá thành của POM cao hơn nên chỉ khi nào cần thiết mới được lựa chọn. Ví dụ như chi tiết nhựa dài đòi hỏi độ chính xác cao, trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt…

Để biết nên lựa chọn loại nhựa nào, cần xét tới các yếu tố như: 

  • Môi trường làm việc độ ẩm cao không
  • Độ chính xác đòi hỏi cao không
  • Chi phí cho máy thiết kế ra sao…

Polyurethane (UretanGomu) dòng polieste độ mềm A70 cũng là loại thi thoảng được sử dụng. Loại này hay dùng làm phần che chắn lớp kim loại để các chi tiết sản phẩm nặng không va đập vào thành của băng tải…

3 Nhựa PET (Poly Ethylene Terephthalate)

Phần nhựa trong suốt làm khung bảo vệ máy chính là loại nhựa này. Độ dày thì tùy thị trường sẽ có độ dày rơi vào khoảng 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 4.0; 5.0; 6.0; 8.0; 10.0.

Máy assemply chế tạo máy theo yêu cầu
Máy tự động lắp ráp sử dụng trong sản xuất linh kiện, chi tiết ô tô

4 Nhôm 

Nhôm là vật liệu phổ biến được sử dụng trong thiết kế chế tạo máy. Thường sử dụng làm chi tiết mâm xoay, các cụm chi tiết lắp ráp, các tấm sile trượt trên các thiết bị robot, xi lanh…. Do đặc tính nhôm nhẹ, sử dụng nhôm sẽ giảm trọng lượng chịu tải thiết bị. Tuy nhiên, nhôm dẻo nên độ gia công chính xác không được cao như inox… Khi thiết kế cần chú ý điều này. 

Các loại nhôm hay được sử dụng là A2017, A6065, A7075. Trong đó A2017 và A7075 có độ cứng cao hơn. 

Hoặc có thể sử dụng mác nhôm khác như A5052 đã được xử lý alumite.

Chú ý khi lựa chọn mác thép thông dụng và các chất liệu khác trong thiết kế và chế tạo máy

  • Lựa chọn vật liệu để gia công 1 chi tiết nên chú ý tới kích thước sẵn có của tấm thép trên thị trường. 

Ví dụ nếu ta định làm 1 chi tiết dầy 4.5, rộng 19 thì rất sẵn có, nhưng nếu làm dầy 10 mà rộng 19 thì lại k có nên nếu muốn làm sẽ phải lấy loại rộng 25 cắt nhỏ thành 19. Điều này làm tăng chi phí gia công không cần thiết.

Bảng thông số mác thép S45C và S50C
Bảng thông số mác thép S45C và S50C. Trong đó (T) là độ dầy, (W) là độ rộng
  • Nếu không am hiểu, đừng ngại học hỏi từ các đồng nghiệp đi trước, đã có kinh nghiệm.

Công ty Cổ phần Công nghệ Năng Lực Việt

Email: contact@vcc-group.vn

Hotline/Zalo: 0934683166

Website: www.vcc-tech.vn

Trụ sở chính và nhà máy tại Hà Nội: Lô đất số B2-3-3b Khu công nghiệp Nam Thăng Long - P. Thụy Phương - Q. Bắc Từ Liêm - TP. Hà Nội.
Tel: (+84)24.37805300 - Fax: (+84)24.37805301

HN: https://g.page/vcc-group-vn?share

VPĐD Hải Phòng: Số 25 Điện Biên Phủ , Phường Máy Tơ , Quận Ngô Quyền , Thành Phố Hải Phòng.
Tel: (+84)0225.883.2161 - Fax: (+84)0225.883.2162

HP: 

VPĐD TP.HCM: 195 Đường N, Mega Village Khang Điền, Quận 9, Phường Phú Hữu, Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh.

HCM:https://goo.gl/maps/huFadV8gnfdVYJUr6