Nếu nói đến việc chọn vật liệu khi thiết kế thì 8 năm đầu làm việc là khoảng thời gian sướng nhất trước khi bước sang nghề này vì hồi đó chỉ duy nhất có việc xem xem nó là sắt hay nhôm, dày bao nhiêu thì đã có con số sẵn rồi, cứ thế làm. Cũng chính vì vậy nên chả biết tẹo gì về việc lựa chọn vật liệu cả.

Ngày đầu tiên khi nhận việc hình dáng thì có thể nghĩ được, nhưng một ｃái khiến mình méo mồm là chọn vật liệu gì, dầy bao nhiêu? vì chưa bao giờ phải chọn cả, và cũng chả biết chọn từ đâu. Đấy là ngày đầu nhiên nhận được cái nhìn tròn mắt từ người khác khi nghe nói mình đi làm đến 8 năm thiết kế trước đó 😀

Bài này được viết ở cấp độ Nhập môn

1.sẽ được chỉnh sửa dần theo kinh nghiệm cá nhân

2.Đặc thù công việc là các chi tiết khá nhỏ, hoặc dùng thép tấm

3.Vì làm cho cty nhật nên các mác thép cũng theo tiêu chuẩn nhật

Tại thời điểm hiện tại các loại thép hay được sử dụng:

0.S50C, S55C, S45C

Chữ S đầu là thép kết cấu, 45C, 50C, 55C là hàm lượng cacbon.(xem chi tiết ở phần SS400)  Thép này có cả dạng tròn lẫn dạng tấm.

1.SS400: 　là thép Cacbon thông thường (SS là Steel Structure ) hay thép kết cấu đúng như tên gọi của nó.thuộc dạng Thép cán nóng

Loại thép này ít khi xử lí nhiệt để tăng độ cứng cũng như cường độ được. cho nên nếu muốn dùng để làm các chi tiết cần cường độ cao thì người ta sẽ dùng vật liệu SC. Tuy nhiên do khả năng dễ gia công, dễ hàn và giá thành rẻ hơn nên nếu là những chỗ k quan trọng đòi hỏi cường độ thấp thì việc chọn SS400 sẽ tối ưu hơn.

Mặc dù con số 400 đằng sau cho biết độ bền kéo là 400 Mpa nhưng thực ra là dưới 400 Mpa

Xử lý bề mặt thì mình hay thấy là mạ hóa học Nickel (Electroless nickel plating tiếng nhật là無電解ニッケルメッキ) hoặc xi mạ (Chromate conversion coating tiếng nhật:クロメート)

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….

xem chi tiết trong trang web này: Click vào đây

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
♦ 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

Đến đoạn này thì thấy có 2 loại Thép S45C, S55C và SS400, vậy chọn cái nào, chọn ra sao?

Giữa SS400 và S45C thì người ta sẽ xem đến mức độ cứng(cao sẽ chọn S45C) , hay mức chịu đựng(giới hạn kéo) nếu k quá quan trọng thì dùng SS400

Ví dụ 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.

Vd khác: Khi chọn vật liệu cho trụ tròn, quay với tốc độ cao thì chắc chắn sẽ chọn S45C. Nhưng nếu tải nhẹ, k quá quan trọng mà muốn đỡ tốn tiền thì sẽ chọn sang SS400 dạng tròn.

Vd nữa: Với chi tiết phải hàn thì SS400 là lựa chọn tốt.

2.SUS304: thép này chứa 18Cr-8Ni là dòng đại biểu cho thép không gỉ và được sử dụng khá rộng rãi. khi t.ke đòi hỏi những chi tiết k cần phải xử lí bề mặt nhưng chống gỉ được. Không bị nam châm hút(SUS303 thì có). 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 ….

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

3.SPCC là thép tấm cán nguội khá thông dụng, bề mặt khá nhẵn, 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.

thường thì mình hay chọn nó làm tấm chắn ngoài của đế máy, cửa đóng mở… nên xử lý bề mặt phổ biến là sơn gia nhiệt(tiếng nhật là焼付塗装) gia nhiệt ở khoảng 120~200 độ trên 30p rồi sơn.

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.MC nylon mà đặc biệt thông dụng của dòng này là MC901

Loại nhựa này bền cao, cứng cao, bền va đập cao, h.số ma sát thấp, nhiệt độ biến dạng cao.

Nhược điểm hút nước mạnh nên bị biến dạng

Gần đây mình dùng nó là đầu kẹp Jig để kẹp chi tiết trong quá trình test sản phẩm.1 có 1 máy thì nhúng nước cả Jig, 1 máy thì làm trong môi trường khô sạch nên đã xuất hiện 2 vật liệu này cùng lúc.

hình bên là so sánh bền kéo của các MC nylon.

Ngoài MC Nylon thì còn 1 vật liệu nữa cũng được xem xét đến là Duracon hay còn gọi là POM(PolyOxyMethylene). Giữa MC Nylon và POM thì khá tương đồng nhưng về cơ bản thì POM ít hút ẩm hơn.

Thiết kế liên quan tới máy móc thì chọn MC Nylon hơn, trừ khi cần chi tiết nhựa dài và nhỏ đòi hỏi độ chính xác cao hơn thì POM sẽ dành ưu thế(Nếu sản xuất hàng loạt các chi tiết nhựa vài vạn chiếc thì POM sẽ giúp bớt sản phẩm lỗi hơn). Khổ cái POM đắt hơn MC Nylon.

Do vậy cần xét các yếu tố:

・Môi trường có nước k? (ví dụ như máy về thực phẩm chẳng hạn)

・Đòi hỏi độ chính xác cao không?

・giá thành ra sao?

Nhân thể nhắc đến nhựa thì có 1 đứa nữa thi thoảng dùng là  polyurethane (UretanGomu) dòng polieste độ mềm A70. 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…

5. Nhựa PET(Poly Ethylene Terephthalate)

Loại này thì đa phần được biết đến khi làm Khung che xung quanh máy do đặc tính trong suốt của nó. 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. Gần như mặc định thì cty mình dùng dày 5.

6. Nhôm

Vật liệu Nhôm khá phổ biến đặc biệt là mâm xoay, các cụm chi tiết lắp vào RoboCylinder do đặc điểm tải trọng mang theo của RoboCylinder nhỏ.

Các dòng hợp kim nhôm hay dùng thì có vài dòng chính(đầy đủ thì xem phần 7 của  bài này): A2017, A6065, A7075. Trong 3 loại này thì A2017 và A7075 khá cứng nên khi làm ren k phải thêm E-sert tiếng nhật là ヘリサート để tăng cường độ khi vặn ren(k bị bung khi siết quá mạnh)

7. Thép hình. có nhiều loại hình dáng như hình T, I, H, L, vuông, hình chữ nhật, tròn.

vật liệu thì thường là SS400(đôi khi có S45C, S50C)

được 1 điểm rất hay là trong Icad có sẵn tất cả các loại thép hình và kích thước theo tiêu chuẩn JIS nên hiếm khi phải đi tra kích thước của nó.

Thép hình hay được lựa chọn làm khung gầm máy, khung bao bọc phần trên máy. Riêng phần trên thân máy thì còn có thêm lựa chọn nữa là khung nhôm

với thép hình L thì chịu trọng lượng nhẹ. còn với máy lớn hơn thì cty hay dùng hình vuông.

Cũng có 1 trường hợp mà cty mình k thể dùng khung nhôm cho phần trên là máy đòi hỏi phải hút sạch không khí bên trong máy(tính từ trên gầm trở lên, và cũng k nhớ rõ áp suất bắt buộc là bao nhiêu nữa), k được phép dùng nhôm nên kết quả là phải hàn 1 khung Sus304 kết hợp kính cường lực 10mm tay thao tác phía trong thì phải dùng găng tay cao su. riêng quả khung hàn bằng SUS304 đấy cũng hơn 200 triệu. chưa tính các kính cường lực xung quanh, rồi các thiết bị chống rò khí vào trong.

************************************************************

Có 1 điều nên chú ý(và cũng là điều đầu tiên phải cân nhắc khi thiết kế kích thước của 1 chi tiết)

Khi dự định thiết kế 1 chi tiết mà bề mặt làm việc k cần xử lý gia công(phôi cắt ra dùng luôn) thì nên để ý đến kích thước thép tấm sẵn có trên thị trường.

ví dụ như các mác SS400 dưới đây thì tương ứng với độ dày t sẽ có bề rộng A.

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.

1

Hoặc mác S45C và S50C(厚み(T) là độ dầy, 幅(W) là độ rộng)

1

Thế nào là chi tiết k quan trọng? ví dụ đơn giản là khi dự định làm cửa bằng thép spcc mỏng  1.2mm, muốn gắn vào bản lề thì k để để làm ren trên tấm 1.2 mà cần 1 tấm làm  Nut đủ dài(thường thì cty mình k bao giờ bắt thẳng nut thường luôn) vậy cần 1 tấm SS400 dày 4.5 rộng 9 hoặc 13 tùy theo độ dài của bản lề. như vậy bề mặt của nó có sần sùi cũng k quan trọng nữa.