ĐỒ án THIẾT kế lựa CHỌN và sử DỤNG vật LIỆU CHUYÊN NGÀNH kết cấu hoặc chi tiết được giao lò xo giảm xóc xe máy

-Với việc lựa chọn mác thép chế tạo hợp lý, cùng với chế độ chế tạo, nhiệt luyện đúng kỹ thuật, một chiếc lò xo có thể có một tuổi thọ làm việc khá cao, đảm bảo được độ khả năng làm việc

Trường ĐKBK ĐHBK Hà CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Viện KH & KT Vật Liệu

-oOo -

-ĐỒ ÁN THIẾT KẾ LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU CHUYÊN NGÀNH (Design - Selection and Application of Materials) Kết cấu hoặc chi tiết được giao: Lò xo giảm xóc xe máy. Giảng viên hướng dẫn:

Họ và tên sinh viên:

Mã số:

Chuyên ngành: .

Commented [t1]: Điền thông tin

Mã số: MFS1

1 Phân tích điều kiện làm việc của chỉ tiết :

• Giới thiệu: Lò xo xe máy:

-Hệ thống giảm xóc xe máy ( phuộc) được thiết kế và

đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc giảm tác động rung

chấn khi di chuyển hoặc va chạm với các địa hình mấp mô,

đảm bảo an toàn cho xe, người điều khiển hay hàng hóa

-Hệ thống giảm xóc bao gồm xy lanh giảm chấn, lò xo và

các chi tiết phụ tùng khác đi kèm Trong đó lò xo giảm xóc - là

loại lò xo xoắn chịu nén dưới dạng vòng dây hình tròn, Đây

một chi tiết rất quan trọng, với sức cần khả năng đàn hồi, lò

xo chuyển hóa dao động va đập ở bánh xe thành dao động

điều hòa cho khung xe

-Với việc lựa chọn mác thép chế tạo hợp lý, cùng với

chế độ chế tạo, nhiệt luyện đúng kỹ thuật, một chiếc lò xo có

thể có một tuổi thọ làm việc khá cao, đảm bảo được độ khả

năng làm việc bền bỉ của xe và kết cấu trong cả các điều kiện

làm việc khắc nhiệt nhất

Formatted: No underline Formatted: Indent: Hanging: 2.54 cm

• Điều kiện làm việc và các yêu cầu:

Cơ tính:

- Chịu tải trọng tĩnh và va đập cao mà không được biến dạng dẻo Cần giới hạn đàn hồi cao, với tỉ lệ giới hạn đàn hồi và giới hạn bền gần tới 1, khoảng 0.85-0.95

-Lò xo chịu trọng lực của xe và người điều khiển Để

chống biến dạng dẻo, cần độ cứng khá cao, tuy nhiên không

được cao quá vì lò xo sẽ khó bị nén

-Chịu va đập khi Độ dẻo, độ dai đủ để không xảy ra biến

dạng dư trong quá trình làm việc, tuy nhiên không được thấp

quá vì gây phá hủy giòn

-Chịu tải trọng thay đổi có chu kỳ Cần giới hạn bền mỏi

cao hơn ứng suất làm việc, đảm bảo tuổi thọ sản phẩm lâu dài

Khác:

-Có độ chống ăn mòn nhất định do phải tiếp xúc với bùn

đất, nước mưa, độ ẩm không khí Có thể cải thiện bằng biện

pháp phun, phủ

-Chi tiết càng nặng càng tốn nhiêu liệu, yêu cầu nhẹ

-Giá thành rẻ, phù hợp với một chiếc xe máy dân dụng

2 Lập bảng yêu cầu cơ tính cho chi tiết

tính

Chỉ tiêu

Giới hạn bền nén ≥ 1000 [MPa]

Độ dai va đập

30-40 [

Mp a

MP a

√ ]

Commented [t3]: Các thông số này tính toán thế nào

hoặc tham khảo ở đâu phải nêu rõ

Formatted: No underline

3 Hàm chỉ tiêu hiệu năng chi tiết lò xo.

“ Vật liệu tốt nhất để làm lò xo (cùng năng lượng tích trữ mà thể

tích nhỏ nhất) phải có chỉ tiêu đàn hồi lớn nhất, xác định theo công

=

”

• Vật liệu kỹ thuật

(GS.TS Nguyễn Khắc Xương chủ biên), page 583.

: Giới hạn đàn hồi.

: Mô đun đàn hồi.

chia cho khối lượng riêng của từng loại vật liệu, càng nhỏ, hàm

1

“ Trong phương trình xác định khối lượng, ta chỉ việc thay khối lượng riêng bằng tích số là

được phương trình về giá mua vật liệu.”

Xương chủ biên), page 581.

Vậy hàm hiệu năng cực tiểu về giá:

2 =

: Đơn giá vật liệu [USD/kg].

4 Sử dụng CES lựa chọn vật liệu phù hợp.

• Vật liệu làm lò xo với khối lượng cực tiểu.

Hàm hiệu năng sử dụng:

2

1 =

-Có 112 vật liệu đạt được hàm hiệu năng cao

để làm lò xo với tiêu chí: nhẹ

-Trong đó có các loại: thép cacbon, thép hợp kim thấp, thép không gỉ, các loại hợp kim nhôm, titan, nickel

• Vật liệu làm lò xo với giá thành rẻ.

Hàm hiệu năng sử dụng: 2

2 =

-Có 36 loại vật liệu thỏa mãn tiêu chí giá thành rẻ nhất

-Phần lớn trong đó là thép hợp kim thấp và chỉ có duy nhất 1 mác thép cacbon thấp là AISI 1340

• Vật liệu làm lò xo đảm bảo về mặt cơ tính.

Chọn bước Limit Stage với thông số như sau:

-Chọn độ cứng lớn nhất của lò xo vào 4400 Mpa, tương đương 45-46 HRC vì nếu lớn hơn có thể sẽ khiến lò xo khó biến dạng đàn hồi

-Mô đun đàn hồi chọn 213 GPa đem lại cho kết cấu lò xo khả năng cứng vững lớn, chống lại biến dạng dư

Kết quả:

-Có 86 loại vật liệu thỏa mãn tiêu chí cơ học đề ra.

-Gồm các loại thép cacbon thấp, hợp kim thấp, hợp kim đúc

5 Lựa chọn 3-5 loại vật liệu thích hợp nhất.

Tổng hợp 3 bước chọn lọc ở trên, ta được:

Kết quả:

-5 mác thép phù hợp nhất: AISI 4340, AISI 5130, AISI

5140, AISI 8650, AISI 9255

6 Lựa chọn 1 loại vật liệu thích hợp nhất.

• So sánh:

AISI 4340

<0.4%S

đàn hồi

bền nén

đàn hồi

mỏi

đập

- Từ bảng so sánh trên,mác thép phù hợp nhất để làm vật liệu lò xo là: AISI 9255, vì:

• AISI 9255 vẫn đảm bảo được các cơ tính tương đương so với các mác thép trên, trong khi sử dụng các nguyên tố hợp kim rẻ hơn cũng như tổng hàm lượng hợp kim cũng thấp hơn, mang tính kinh tế cao nhất trong 5 loại

-Tác dụng của từng nguyên tố hợp kim trong AISI 9255:

• C: Nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yêu đến tổ chức và tính chất của thép Với hàm lượng trên, thép đạt cơ tính tổng hợp: độ cứng, độ dẻo và dai đều khá cao, giới hạn đàn hồi đạt cao nhất

• Mn: Công dụng chính làm tăng độ thấm tôi, khiến quá trình tôi có thể thực hiện trong môi trường làm nguội chậm hơn, tránh biến dạng do làm nguội nhanh, mà vẫn đạt hiệu quả hóa bền nhiệt luyện

• Si: Tăng độ cứng, độ bền, đặc biệt tăng mạnh giới hạn đàn hồi của thép Nhưng cần lưu ý thoát cacbon khi nhiệt luyện

7 Công nghệ chế tạo và quy trình nhiệt luyện Formatted: No underline

Formatted: Indent: Left: 0 cm

công nghệ:

Phôi cuộn

ở trạng thái ủ

Nén lò xo

Phun phủ

(kiểm tra?)

dầu

Nắn thẳng

và cắt phôi

Nung nóng

Quấn nóng tạo hình

lò xo

Nhằm ổn định cơ tính để dễ dàng vận chuyển, gia công chế

tạo Với mác AISI 9255 ta ủ hoàn toàn, để nguội cùng lò, mục

đích giảm độ cứng, tăng độ mềm dẻo

để dễ dàng nắn thẳng, cắt gọt

-Ủ hoàn toàn: Ac3 + (20÷30) oC = 796 + (20÷30) oC = 816 ÷ 826

o

Cđộ C

Sau tạo hình, chi tiết sẽ được tiến hành nhiệt luyện tôi +

ram trung bình, khi đó tổ chức nhận được là troxtit ram Độ

cứng khá, độ dẻo và dai tốt và đặc biệt có giới hạn đàn hồi cao

Tôi dầu để tránh ứng suất nhiệt làm biến dạng kết cấu lò xo

-Tôi dầu: Ac3 + (30÷50) oC = 796 + (30÷50) oC = 826 ÷ 846 oCđộ

C

-Ram trung bình : 425 oCđộ C

Formatted: Subscript Formatted: Superscript

Formatted: Subscript

8 So sánh cơ tính và chỉ tiêu hiệu năng sau khi áp dụng các công nghệ nhiệt luyện.

Trạng thái ủ:

Sau nhiệt luyện kết thúc:

So sánh:

Giới hạn đàn hồi

Giới hạn bền nén

Độ cứng

Mô đun đàn hồi

Giới hạn mỏi

Độ dai va đập

[Mpa MPa .√ ]

Giới hạn bền nén và giới hạn chảy tăng lên khoảng 3 lần

• Về chỉ tiêu hiệu năng:

Hàm hiệu năng sử dụng:

2

=

So sánh trước và sau nhiệt luyện:

2

216 000

=

435

216000 1

9 Kết luận.

Việc tính toán và tối ưu hóa lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện thực tế hoàn toàn có thể thực hiện được nhờ sự trợ giúp của một số phần mềm

Sử dụng chương trình CES có khả năng giúp cho việc lựa chọn, tính toán giảm bớt thời gian cũng như tối ưu hóa các chỉ tiêu về kinh tế thuận lợi nhất

Trong trường hợp để chế tạo một chiếc lò xo xe máy, phân tích điều kiện làm việc thực tế và sử dụng CES, giúp ta lựa chọn được vật liệu lò xo phù hợp nhất là mác thép AISI 9255

AiSI AISI 9255 với chế độ nhiệt luyện thích hợp: tôi dầu + ram 425 oCđộ C có hệ số an toàn là 1.5, khá nhẹ và giá thành hợp lý, là lựa chọn tốt nhất cho vật liệu lò xo giảm xóc xe máy Với các lớp phun phủ chống ăn mòn thích hợp, tuổi thọ của chi tiết có thể lên tới 15 năm hoặc hơn