Thiết kế máy cán ren con lăn hớt vòng

Thiết kế máy cán ren con lăn hớt vòng

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lời cám ơn

LỜI CÁM ƠN

5 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, đến bây giờ em gần đến với ước mơ, mong mỏi, là ước vọng của cha mẹ đó hoàn thành Luận văn tốt nghiệp để trở thành một kỹ sư cơ khí Trong suốt thời gian qua, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ, ủng hộ rất lớn từ gia đình, Thầy Cô và bạn bè Nhưng em vẫn chưa một lần có thể nói lời cảm ơn đến mọi người Và bây giờ, khi sắp tốt nghiệp, em xin gửi những lời cảm ơn đó vào cuốn Luận văn tốt nghiệp này

Không lời nào có thể diễn tả hết công ơn của cha mẹ Cha mẹ đã dạy dỗ con từ lúc nhỏ đến bây giờ và cha me luôn là chỗ dựa vững chắc cho con.Vì vậy, con muốn gửi lời cảm ơn chân thành của mình trước tiên chính là cha mẹ Con cảm ơn cha mẹ nhiều lắm

Kính thưa các Thầy Cô, các Thầy, Cô trong trường đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn không chỉ kiến thức trong trường học mà còn kiến thức ngoài xã hội, lý lẽ làm một người kỹ sư, một con người chân chính Vì lẽ đó mà em muốn gửi lời cảm ơn chân thành của em đến các Thầy, Cô và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Thạnh Em rất chân thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Thạnh, đã nhiệt tình hướng dẫn những điểm thiếu sót, những kinh nghiệm về thực tế, cổ vũ động viên em không phải bằng những lời nói ngọt ngào mà bằng tinh thần của một giảng viên, một kỹ sư Bách Khoa Em xin chân thành cám ơn thầy rất nhiều

Em cũng xin gởi lời cám ơn đến tất cả những người bạn của mình, tập thể lớp CK08TKM, đội Sinh viên tình nguyện WINBK, các anh chị làm việc tại Trung Tâm

hỗ trợ sinh viên và việc làm trường Đại học Bách Khoa, đã động viên, hỏi thăm và khích lệ tinh thần mỗi khi em mệt mỏi, vui buồn Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến các thành viên của diễn đàn BKHCM.info, diễn dàn khoa học công nghệ Meslab.org, nhóm tải báo đã chia sẻ kiến thức, tài liệu để em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người !

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU

Trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay đồng thời với sự tiến bộ không ngừng của Khoa Học Kỹ Thuật , tự động hóa ngày càng được mở rộng và phát triển Các máy móc chuyên dụng phục vụ cho việc sản xuất hàng loạt xuất hiện đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển xản xuất nói riêng, thực hiện đường lối và chủ trương công nghiệp hóa và hiện đại hóa Đất nước của Đảng và Nhà Nước nói chung

Được sự đồng ý của Khoa Cơ Khí và Thầy hướng dẫn, em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “THIẾT KẾ MÁY CÁN REN CON LĂN” Sản phẩm là các chi ren tiêu chuẩn với độ bền cao vượt trội so với ren cắt thông thường

Với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Thạnh, đến nay, về cơ bản em

đã hoàn thành xong nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp Do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp không thể tránh được những sai sót nên em rất mong quý Thầy , Cô góp ý để cho em thêm kinh nghiệm để làm việc sau này

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tóm tắt luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn bao gồm 7 chương với nội dung được tóm tắt như sau :

CHƯƠNG 1 Tổng quan về máy cán ren

Nêu lên tổng quan, lịch sử hình thành của máy cán ren, ưu điểm nổi trội của ren lăn ép

so với ren được gia công cắt thông thường Giới thiệu thông tin về một số phương pháp tạo ren trong sản xuất

CHƯƠNG 2 Cơ sơ lý thuyết

Tóm tắt cơ sở lý thuyết về biến dạng trong quá trình cán Thông số hình học cơ bản, phân loại ren

CHƯƠNG 3 Lựa chọn phương án cán ren

Nêu các ưu nhược điểm của các phương pháp cán ren, từ đó chọn phương án cán ren thích hợp

CHƯƠNG 4 Cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Kiến thức do sinh viên tìm hiểu và thực hiện dựa trên phương pháp cán ren bằng con lăn hớt vòng Nguyên tắc làm việc, kết cấu bánh cán, các sai số và một vài nguyên ngân gây hỏng hóc có thể sảy ra khi làm việc Mô tả sơ lược máy cán ren sơ lược CHƯƠNG 5 Thiết kế, tính toán hệ thống truyền động

Cùng với bản vẽ kết cấu, chương này tính toán thiết kết các chi tiết truyền động máy cán ren sử dụng Tính toán dựa trên việc ứng dụng phần mềm tin học vào tính toán thiết kế do sinh viên tự tìm hiểu

CHƯƠNG 6 Thiết kế hệ thống thủy lực

Thiết kế, tính toán hệ thống thủy lực cho máy cán

CHƯƠNG 7 Thiết kế hệ thống điện

Thiết kế hệ thống điện điều kiển thiết lập hành trình, chế độ hoạt động bằng tay và tự động

CHƯƠNG 8 Vận hành và bảo dưỡng máy cán ren

Cách thiết lập, vận hành máy cán ren Xử lý 1 số sự cố có thể xảy ra Bảo dưỡng và bảo trí máy

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Mục lục

MỤC LỤC

Lời cám ơn 1

Lời mở đầu 2

Tóm tắt luận văn 3

Mục lục 4

Danh mục hình 7

Danh mục bảng 9

CHƯƠNG 1 Tổng quan về máy cán ren 10

1.1 Tổng quan về máy cán ren 10

1.1.1 Cán ren – lăn ép ren 10

1.1.2 Lịch sử hình thành 10

1.1.3 Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt 10

1.2 Phân loại máy cán ren 12

1.2.1 Bàn cán ren phẳng 12

1.2.2 Cán bằng con lăn cán ren 13

1.2.3 Cán ren bằng đầu cán ren 14

CHƯƠNG 2 Cơ sơ lý thuyết 16

2.1 Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại 16

2.1.1 Biến dạng của kim loại 16

2.1.2 Biếng dạng dẻo của kim loại khi cán 17

2.1.3 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể 18

2.1.4 Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực 19

2.2 Ren 20

2.2.1 Định nghĩa ren 20

2.2.2 Thông số hình học của Ren 20

2.2.3 Phân loại ren 21

CHƯƠNG 3 Lựa chọn phương án cán ren 24

3.1 Sơ đồ khối tiền trình gia công 24

3.2 Quy cách của sản phẩm chung 24

3.3 Sản phẩm của luận văn 25

3.4 Lựa chọn phương án cán ren 25

3.4.1 Phương án 1 : Cán ren bằng bàn ren 25

3.4.2 Phương án 2 : Cán ren bằng đầu cán 26

3.4.3 Phương án 3 : Cán ren bằng bộ 2 con lăn 26

3.4.4 Phương án 4 : Cán ren bằng bộ 3 con lăn 27

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Mục lục

3.4.5 Lựa chọn loại con lăn 27

3.4.6 Tổng kết phương án lựa chọn phương pháp cán ren 29

CHƯƠNG 4 cán ren sử dụng con lăn hớt vòng 30

4.1 Phân biệt giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng 30

4.2 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng 31

4.2.1 Biên dạng mối ren 31

4.2.2 Đường kính và bề rộng con lăn hớt vòng 33

4.2.3 Phần dẫn, đạt chiều sâu và hiệu chuẩn 34

4.3 Quá trình tạo ren trên phôi đường kính khác nhau 35

4.3.1 Với phôi chuẩn 35

4.3.2 Với phôi không chuẩn 35

4.4 Phôi – đường kính trước khi gia công 36

4.5 Phiến nâng phôi 37

CHƯƠNG 5 Thiết kế hệ thống truyền động 40

5.1 Lựa chọn phương án truyền động 40

5.1.1 Phương án 1 : Truyền động 3 bánh răng 40

5.1.2 Phương án 2 : Truyền động 2 hộp giảm tốc trục vít bánh vít 41

5.2 Thông số thiết kế ban đầu 41

5.3 Phân phối tỉ số truyền 42

5.4 Tính toán bộ truyền đai 1 45

5.4.1 Thông số đầu vào 45

5.4.2 Kết quả tính toán, kiểm nghiệm 46

5.5 Tính toán bộ truyền đai 2 47

5.5.1 Thông số đầu vào 47

5.5.2 Kết quả tính toán kiểm nghiệm 48

5.6 Tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít 52

5.6.1 Thông số đầu vào 52

5.6.2 Kết quả tính toán kiểm nghiệm đầu ra 53

5.6.3 Bảng tổng hợp kết quả 54

5.7 Tính toán, thiết kế trục và then 55

5.7.1 Thiết kế sơ bộ các trục 55

5.7.2 Kiểm nghiệm then 56

5.7.3 Momen, phản lực tại các gối đỡ 59

5.8 Lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn 64

5.8.1 Ổ lăn trục vít 64

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Mục lục

5.8.2 Ổ lăn trục bánh vít 65

5.8.3 Ổ lăn trục cán 66

5.9 Lựa chọn khớp nối 68

5.10 Lựa chọn trục nối Các đăng 69

CHƯƠNG 6 Thiết kế hệ thống thủy lực 71

6.1 Thiết kế mạch thủy lực 71

6.2 Nguyên lý hoạt động 71

6.3 Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết 72

6.3.1 Tính toán, lựa chọn xylanh thủy lực 72

6.3.2 Bơm thủy lực: 73

6.3.3 Hệ thống van: 75

6.3.4 Hệ thống đường ống 77

6.3.5 Hệ thống lọc dầu 80

6.3.6 Thùng chứa dầu 81

CHƯƠNG 7 Thiết kế hệ thống điện 82

7.1 Lưu đồ mạch điện 82

7.2 Chế độ điều khiển 83

7.2.1 Chế độ cài đặt 83

7.2.2 Chế độ điều khiển bằng tay 83

7.2.3 Chế độ tự động 83

7.3 Sơ đồ mạch điện 84

7.4 Lựa chọn thiết bị điện 85

7.4.1 Công tắc hành trình 85

CHƯƠNG 8 Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren 87

8.1 Quy trình khởi động 87

8.1.1 Cài đặt sơ bộ 87

8.1.2 Thứ tự thực hiện chế độ máy 87

8.2 Xử lý sự cố 88

8.3 Bôi trơn và bảo quản 89

8.3.1 Nguyên tắc bảo quản và sử dụng 89

8.3.2 Bảo dưỡng máy 90

Tài liệu tham khảo 91

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Danh mục hình

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép 11

Hình 1.2 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép 11

Hình 1.3 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán 11

Hình 1.4 Máy cán ren bằng bàn phẳng 12

Hình 1.5 Bàn cán ren phẳng 13

Hình 1.6 Máy cán ren 2 con lăn 13

Hình 1.7 Cán ren bằng con lăn 14

Hình 1.8 Cán ren bằng đầu cán ren 14

Hình 2.1 Bến dạng trong kim loại 16

Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản 17

Hình 2.3 Sự trượt trong kim loại 18

Hình 2.4 Thông số hình học của ren 21

Hình 3.1 So đồ khối tiền trình gia công 24

Hình 3.2 Nguyên lý cán ren bằng bàn cán 25

Hình 3.3 Nguyên lý cán ren bằng đầu cán 26

Hình 3.4 Nguyên lý cán ren bằng 2 con lăn 26

Hình 3.5 Nguyên lý cán ren bằng bộ 3 con lăn 27

Hình 3.6 Con lăn góc nâng ren 28

Hình 3.7 Con lăn hớt vòng 28

Hình 3.8 Con lăn góc nâng vát cạnh 29

Hình 4.1 Sự khác biệt về mối ren giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng 30

Hình 4.2 Phiến nâng phôi 30

Hình 4.3 Trục phôi và trục con lăn hớt vòng, con lăn thường 31

Hình 4.4 Sơ đồ góc nâng ren 32

Hình 4.5 Biên dạng ren tiêu chuẩn 32

Hình 4.6 Xác định vị trí 2 con lăn 33

Hình 4.7 Vùng làm việc của con lăn 35

Hình 4.8 Hình thành ren trên phôi chuẩn 35

Hình 4.9 Hình thành ren trên phôi không chuẩn 36

Hình 4.10 Tính toán chiều cao phiến nâng phôi 38

Hình 4.11 Nâng phôi định tâm theo đường kính ngoài 38

Hình 4.12 Nâng phôi định tâm theo lỗ chống tâm 39

Hình 4.13 Hệ thống nâng và cấp phôi tự động bằng thủy lực 39

Hình 5.1 Sơ đồ máy cán ren - Phương án 1 40

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Danh mục hình

Hình 5.2 Sơ đồ máy cán ren – Phương án 2 41

Hình 5.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động 42

Hình 5.4 Kết quả tính toán bộ truyền xuất ra từ phần mềm 47

Hình 5.5 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 1 48

Hình 5.6 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 2 49

Hình 5.7 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 3 50

Hình 5.8 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 4 51

Hình 5.9 Thông số hình học trục vít xuất từ phần mềm 53

Hình 5.10 Thông số hình học bánh vít xuất từ phần mềm 53

Hình 5.11 Thông số lực tác dụng của bộ truyền trục vít bánh vít 54

Hình 5.12 Thiết kế sơ bộ trục 3 55

Hình 5.13 Thiết kế sơ bộ trục 4 56

Hình 5.14 Thiết kế sơ bộ trục cán 56

Hình 5.15 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 3 60

Hình 5.16 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 4 62

Hình 5.17 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục cán 63

Hình 5.18 Catalog nhà sản xuất khớp nối Flender 68

Hình 5.19 Kích thước khớp nối Flender 69

Hình 5.20 Thông số kích thước trục các đăng lựa chọn 69

Hình 6.1 Sơ đồ mạch thủy lực trong máy cán ren 71

Hình 6.2 Xylanh thủy lực Bosch Rexroth AG 73

Hình 6.3 Thông số kích thước xylanh Bosch Rexroth AG 73

Hình 6.4 Bơm bánh răng TAIWAN FLUID POWER 74

Hình 6.5 Van phân phối Yuken 75

Hình 6.6 Van đóng 2 cửa yuken 75

Hình 6.7 Van an toàn TAIWAN FLUID POWER 76

Hình 6.8 Van lưu lượng Yuken 76

Hình 6.9 Đồng hồ đo áp Paulo 77

Hình 6.10 Ống dẫn thủy lực 77

Hình 6.11 Bộ lọc dầu ASHUN 81

Hình 7.1 Lưu đồ mạch điện máy cán Ren 82

Hình 7.2 Sơ đồ mạch điện của máy cán ren 85

Hình 7.3 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài hành trình 85

Hình 7.4 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài ren cán 86

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng 32

Bảng 4.2 Dung sai kích thước đường kính phôi 37

Bảng 5.1 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động trục 1 đến truc 3 44

Bảng 5.2 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến truc 4 44

Bảng 5.3 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến trục 6 45

Bảng 5.4 Bảng thông số thiết kế bộ truyền đai 1 46

Bảng 5.5 Bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm bộ truyền đai 1 46

Bảng 5.6 Thông số thiết kế bộ truyền đai 2 47

Bảng 5.7 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bộ truyền đai 2 51

Bảng 5.8 Thông số thiết kế đầu vào bộ truyền trục vít bánh vít 52

Bảng 5.9 Kết quả thông số hình học bộ truyền 54

Bảng 5.10 Kết quả kiểm nghiệm và lực tác dụng sinh ra do bô truyền 54

Bảng 5.11 Thông số lựa chọn then 57

Bảng 5.12 Thông số kiểm nghiệm then 57

Bảng 5.13 Kết quả kiểm nghiệm then bằng 57

Bảng 5.14 Thông số thiết kế đầu vào then hoa răng chữ nhật 58

Bảng 5.15 Hệ số kiểm nghiệm then hoa 58

Bảng 5.16 Kết quả kiểm nghiệm then hoa răng chữ nhật 59

Bảng 5.17 Tổng hợp lực tạc các gối đỡ trên các trục 64

Bảng 5.18 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn trục vít 64

Bảng 5.19 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn trục vít 65

Bảng 5.20 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn bánh vít 65

Bảng 5.21 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn bánh vít 65

Bảng 5.22 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn gối 2 3 trục cán 66

Bảng 5.23 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 2 3 trục cán 67

Bảng 5.24 Thông số ổ bi lựa chọn ổ lăn gối đỡ 1 trục cán 67

Bảng 5.25 kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 1 trục cán 67

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tổng quan về máy cán ren

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN REN

1.1.Tổng quan về máy cán ren

1.1.1.Cán ren – lăn ép ren

Cán ren (lăn ép ren) là phương pháp gia công không phoi Phôi được đặt giữa các dụng cụ lăn ép (bàn lăn hoặc con lăn) dưới tác dụng của áp lực trên bề mặt chi tiết gia công hình thành các vết lăn ép của dụng cụ Theo kết cấu của dụng cụ có thể phân

ra làm 2 loại chính là bàn lăn và con lăn Lăn ép ren có thể gia công ren ngoài cũng như ren trong, ren một đầu mối và nhiều đầu mối Lăn ép ren là một trong nhưng phương pháp chế tạo ren năng suất cao và kinh tế nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng hàng loạt Lăn ép ren dựa trên quá trình biến dạng dẻo của vật liệu để hình thành ren nên có thể nâng cao độ nhẵn bề mặt và độ bền của ren Ngoài ra so với cắt ren, lăn ép ren còn có ưu điểm là giá thành hạ, tiêu hao dụng cụ ít, tiết kiệm vật liệu Yếu tố hạn chế là phạm vi sử dụng của phương pháp lăn ép ren là độ cứng của vật liệu, hình dạng và kích thước của chi tiết Khuyết điểm của phương pháp này là hình thành

độ elip trên đường kính trung bình của ren

1.1.2.Lịch sử hình thành

Nửa cuối thế kỉ 19, cán ren (lăn ép ren) hình thành sau quá trình phát triển của công nghiệp cán thép, xuất hiện ý tưởng chế tạo vít bắt gỗ bằng phương pháp lăn ép 2 con lăn (Tài liệu “Screws and Screw-making”, tác giả Britannia company, nhà xuất James H Wood, 1892 – Chương Machines for Screw-Making trang 161) Nhưng đến giữa thế kỉ 20, chủ đề “Ren vít chính xác cho doanh nghiệp” bắt đầu hình thành máy cán ren chính xác đầu tiên (Công ty Precision Screw Thread) và tiếp tục phát triển cho đến ngày nay

1.1.3.Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt

So với ren gia công cắt, ren lăn ép thể hiện rõ những ưu điểm vượt trội về cơ tính, kết cấu cũng như tiết kiệm vật liệu

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tổng quan về máy cán ren

Kết cấu của ren lăn ép cho phép tăng thêm 30% cơ tính so với ren cắt bằng phương pháp thông thường Tăng độ cứng bề mặt ren, giới hạn bền, năng suất của ren

Với cùng một kích thước ren giống nhau, cán ren thể hiện sự tiết kiệm vật liệu nâng cao giới hạn bền mỏi, không tạo phoi sau quá trình gia công, đồng thời bề mặt gia công đạt độ bóng tốt

Hình 1.3 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán

Hình 1.2 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép

Hình 1.1 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tổng quan về máy cán ren

Với ren cán, sản phẩm tạo ra tiết kiệm vật liệu hơn với phương pháp thông thường, giá thành giảm nhưng chất lượng vượt trội

1.2.Phân loại máy cán ren

Các máy cán (lăn ép ren) có nhiều loại khác nhau, chia làm 2 loại chính với sự khác nhau về kết cấu của dụng cụ cán (lăn ép)

1.2.1.Bàn cán ren phẳng

Dùng trên máy cán ren thường và máy cán ren tự động Bàn cán ren làm việc theo bộ, có hai chiếc : một bàn không chuyển động, một bàn thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại Hướng của góc nâng ren trên bàn cán ngược lại với hướng ren được cán

Kích thước của bàn cán ren hệ mét có đường kính từ 16 ÷ 27mm Kích thước của các bàn cán để cán ren có đường kính nhỏ hơn 1,6mm và lớn hơn 27mm phụ thuộc vào loại máy và được xác định cho từng trường hợp cụ thể

Bàn cán ren phẳng khi cán các ren trên các sản phẩm có ≤ 600 Mpa thường được chế tạo bằng thép X12M; X12Φ1

Khi cán ren trên các sản phẩm có ≤ 850 Mpa thì bàn cán được chế tạo bằng thép 6X6B3MΦC có độ cứng HRC 57 ÷ 60

Bàn cán ren phảng có thể tạo ren đạt chính xác cấp 6

Bộ phận cơ bản, quyết định quá trình tạo hình ren khi cán là phần tạo hình

Hình 1.4 Máy cán ren bằng bàn phẳng

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tổng quan về máy cán ren

1.2.2.Cán bằng con lăn cán ren

Cán ren được tiến hành trên máy bằng một bộ quả cán gồm 2 hoặc 3 quả cán Đường tâm của quá cán có thể song song hoặc không song song (cán bằng con lăn hơn vòng) với đường tâm phôi, phôi quay tự do

Số đầu mối dao động từ 2 đến 52, số đầu mối lớn hơn phụ thuộc vào đường kính ren nhỏ và bước ren nhỏ hơn

Hình 1.6 Máy cán ren 2 con lăn Hình 1.5 Bàn cán ren phẳng

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tổng quan về máy cán ren

Thường người ta chế tạo quả cán ren theo 2 cấp chính xác : độ chính xác cao và

1.2.3.Cán ren bằng đầu cán ren

Được thực hiện trên các máy tiện ren vít thông thương, máy khoan, máy tiện tự động

Được dùng phổ biến nhất là các loại đầu cán ren hướng trục tự mở đến cán các ren ngoài có góc ren nhọn, sắc và cán các ren ngoài hình thang

Hình 1.7 Cán ren bằng con lăn

Hình 1.8 Cán ren bằng đầu cán ren

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Tổng quan về máy cán ren

Các đầu mối cán ren có két cấu khác nhau để cán các loại ren một hay nhiều đầu mối, phải hoặc trái trên phôi đặc hoặc rỗng Các quả cán đều có phần cấu tạo hình ren và phần sửa đúng Bộ quả cán có bước ren giống như bước ren cần cán của bất kỳ đướng kính ren nào trong một phạm vi đường kính nhất định Các quả cán trong một

bộ được phân biệt bằng số thứ tự, xác định bằng lượng dịch chuyển của ren tới mặt đầu của quả cán, lượng dịch chuyển này thay đổi liên tiếp trên mỗi quả cán để đám bảo gia công liên tục đường xoán vít trên chi tiết gia công

Đường kính phôi để cán lấy gần đúng bằng đường kính trung bình của ren gia công

Trong trường hợp dùng máy có công suất lớn hoặc máy có chu kỳ làm việc tự động thì tốc độ cán có thể tới 70 ÷ 80 m/ph đối với ren hệ mét bước nhỏ và tới 25 m/ph đối với ren hệ mét bước lớn và ren thang Độ bền của quả cán giảm đi 2 ÷ 3 lần nếu khi cán trên các đầu của phôi có sãn các đường xoắn

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

CHƯƠNG 2.CƠ SƠ LÝ THUYẾT

2.1.Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại

2.1.1.Biến dạng của kim loại

2.1.1.1.Khái niệm biến dạng của kim loại

Gồm có biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy

a Biến dạng đàn hồi

Là biến dạng bị mất đi sau khi bỏ tải trọng

Nếu giá trị của tải trọng nhỏ hơn điểm P trên đồ thị thì biến dạng sẽ mất đi ngay

sau khi bỏ tải trọng

- Cơ tính của vật liệu

Nhìn chung hai yếu tố trên ảng hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng dẻo của

kim loại Khi có biến dạng dẻo xảy ra tức là có sự trượt và song tinh

Trượt là sự chuyển dời tương đối với nhau giữa các phần tinh thể theo những

mặt và phương nhất định gọi là phương mặt trượt Các mặt và phương mặt trượt cơ

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

a) Là lục phương diện tâm b) Lục giác xếp chặt

c) Lập phương thể tâm Mang tinh thể của kim loại bao gồm vô số mặt và phương tinh thể nhưng không phải mặt và phương nào cũng có thể là mặt và phương trượt Mặt và phương xảy ra trượt phải có liên kết nguyên tử bền hơn cả để khi chuyển dời mối liên kết giữa các nguyên tử thì nó không bị phá hủy Đồng thời mối liên kết giữa các mặt trượt với nhau phải yếu hơn

2.1.1.3.Ảnh hưởng của gia công đến tổ chức và tính chất của kim loại

Khi gia công dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng theo ba giai đoạn nối tiếp nhau: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, và biến dạng phá hủy Khi gia công kim loại bằng phương pháp cán sẽ làm thay đổi hình dạng bề mặt kim loại liên tục Do quá trình trượt tạo nên các đường trượt và giải trượt, mạng tinh thể ở vùng xung quanh mặt trượt bị xô lệch Do vậy sau khi bị biến dạng, ngoài biên giới hạt ra, một phần khá lớn mạng tinh thể của kim loại không sắp xếp trật tự Tác dụng ngoại lực càng lớn và thời gian càng lâu thì mức độ xô lệch mạng tinh thể càng cao Quá trình biến đổi như vậy sẽ làm thay đổi các thớ của kim loại tạo cho cơ tính bề mặt tốt hơn Tăng độ bền cho vật liệu

2.1.2.Biếng dạng dẻo của kim loại khi cán

2.1.2.1.Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể

Biến dạng còn lại khi bỏ tải trọng gọi là biên dạng dẻo.Biến dạng dẻo có thực hiện bằng trượt,đổi tính hoặc chuyển maxtenxit và khuyến tán Cơ chế của quá trình trượt :

a) b) c)

Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản.

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

Khi trượt tất cả các nguyên tử ở trên mặt trượt đều dịch chuyển đi đồng thờ i, nghĩa là ở mỗi thời điểm các nguyên tử đều dịch chuyển đi những đoạn bằng nhau Cách trượt như vậy gọi là trượt cứng Theo cách trượt này ứng suất tiếp tác dụng phải rất lớn để khắc phục được cùng một lúc tất cả các mối liên kết giữa các nguyên tử ở hai bên mặt trượt.Nhưng trong thực tế ứng suất gây ra trượt của kim loại lại rất thấp

Do đó cơ chế trượt cứng ở trên không giải thích được tính dễ trượt của kim loại

Nếu như trong mạng tinh thể luôn luôn có lệch thì chúng luôn luôn là nơi xuất phát của các quá trình trượt, sự trượt tác động đến các nguyên tử ở trên mặt trượt một cách nối tiếp như chạy tiếp sức Cho nên ở mỗi thời điểm chỉ có một số lượng hạn chế các nguyên tử tham gia quá trinh trượt Do đó ứng suất gây ra trượt chỉ cần thấp

Hình trên trình bày quá trình trượt trong mạng tinh thể có lệch thẳng (lệch biên) Sự có mặt của bán mặt AB ở trong mạng tinh thể gây ra ở vùng xung quanh nó sự xô lệch đàn hồi đối xứng Do đó ứng suất (nén hay kéo) ở hai bên nó cũng mang tính chất đối xứng nên chúng sẽ cân bằng lẫn nhau

Theo sự trình bày cơ chế trượt có lệch như vậy thì ở mỗi thời điểm chỉ có một

số lượng hạn chế các nguyên tử ở xung quanh bán mặt AB tham gia trượt và có thể hình dung sự chuyển dịch của bán mặt lần lượt qua từng vị trí như là cuộc chạy tiếp sức

2.1.3.Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

Đa tinh thể là tập hợp của nhiều hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên Vùng ranh giới giữa các hạt có cấu tạo, tính chất khác vùng trung tâm Đây là những yếu tố cần phải tính đến khi nghiên cứu biến dạng của đa tinh thể Trong thực tế quá trình biến dạng dẻo thường xảy ra trong đa tinh thể kim loại Quá trình biến dạng dẻo của đa tinh thể chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi cấu trúc của đa tinh thể

Hình 2.3 Sự trượt trong kim loại

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

Đó là tập hợp của các hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên và vùng biên giới hạt có sắp xếp không trật tự khác với bản thân hạt Chính vì vậy quá trình biến dạng dẻo đa tinh thể có các đặt điểm sau :

- Khi tác dụng tải trọng lên đa tinh thể, các hạt sẽ bị biến dạng khác nhau Hạt nào có phương mạng định hướng thuận lợi cho trượt sẽ bị biến dạng dẻo trước với ứng suất tương đối bé Ngược lại hạt nào có phương mạng định hướng không lợi cho trượt thì sẽ bị biến dạng dẻo sau với ứng suất lớn hơn

- Sự biến dạng dẻo của mỗi hạt luôn có ảnh hưởng đến hạt bên cạnh và

bị chúng cản trở Do vậy các hạt trong đa tinh thể có thể bị trượt ngay theo nhiều hệ trượt khác nhau Và xảy ra đồng thời sự quay của các mặt và phương trượt

- Vùng biên giới hạt có sắp xếp không trật tự, do đó sự trượt rất khó phát triển ở đây Vì không hình thành được các mặt và phương trượt

Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất :

- Sau biến dạng dẻo trong kim loại có tồn tại ứng suất dư Chia làm hai loại lớn : ứng suất dư tế vi và ứng suất dư thô

- Ứng suất dư tế vi là loại ứng suất tồn tại ở trong kim loại sau khi bỏ tải trọng biến dạng và được cân bẳng trong phạm vi từng phần nhỏ của hạt hay trong từng hạt Ứng suất dư thô tồn tại ở trong cả thể tích kim loại sinh ra do biến dạng không đồng đều trên tòan tiết diện mẫu

- Biến dạng dẻo làm biến đổi cơ tính của kim loại Kết quả có giá trị thực tiễn của biến dạng dẻo là sự biến đổi mạnh cơ tính của kim loại theo chiều hướng tăng bền hay còn được gọi là hóa bền, làm tăng giới hạn bền, giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi,

độ cứng

- Biến dạng dẻo làm biến đổi lý hóa tính của kim loại Biến dạng dẻo làm tăng xô lệch mạng, làm nhỏ hạt, các yếu tố này làm giảm tính dẫn điện

2.1.4.Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực

2.1.4.1.Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo qui luật Huc

Do đó kích thước chi tiết sau khi gia công khác với kỹ thuật của chi tiết đang gia công

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

2.1.4.2.Định luật ứng suất dư

Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân bằng nhau

Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đau khi biến dạng làm giảm tính dẻo,

độ bền và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy Khi phân tích ứng suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu qủa do nó sinh ra

2.1.4.3.Định luật thể tích không đổi:

Thê tích của vật thể trươc và sau khi cán không biến dạng

Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực

2.2.2.Thông số hình học của Ren

d - đường kính ngoài của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài, đường kính này là đường kính danh nghĩa của ren Đối với đai ốc, đường kính ngoài là D

d1 – đường kính trong của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong Đối với đai ốc là D1

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

d2 – đường kính trung bình, là đương kính hình trụ phân đôi tiết diện ren, trên

đó chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh Đối với các ren tam giác có đường kính trong

và đường kinh ngoài cách đều đỉnh tam giác của ren và rãnh ren

h – chiều cao tiết diện làm việc của ren

p – bước ren, là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren trên kề nhau,

đo theo phương dọc của bulong hay vít

pz – đối với ren 1 đầu mối thì pz = p, đối với ren có z đầu mối thì pz = z.p

– góc tiết diện ren (góc ở đỉnh)

– góc nâng ren, là góc hợp bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc (trên hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục ren

2.2.3.Phân loại ren

Phân loại theo công dụng và hình dạng tiết diện có thể phân loại như sau :

2.2.3.3.Ren của cơ cấu vít

Dùng để truyền chuyển động hoặc để điều chỉnh Ren của cơ cấu vít có các loại: ren vuông, ren hình thang cân, ren hình răng cưa…

2.2.3.4.Ren hệ mét

Hình 2.4 Thông số hình học của ren

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

Ren hệ mét có tiết diện là tam giác đều, góc ở đỉnh α= 600 để dễ gia công cũng như để giảm bớt tập trung ứng suất ở chân ren và dập xước đỉnh ren, đỉnh ren và chân được hớt bằng hoặc tạo góc lượn và bo tròn, bán kính bo tròn chân ren r= h/6= 0,144p

Ren hệ mét chia làm 2 loại: ren hệ mét bước lớn và ren hệ mét bước nhỏ, các kích thước đã được tiêu chuẩn hóa Kí hiệu của ren hệ mét bước lớn là M, tiếp sau trị

số đường kính vòng ngoài d ( ví dụ M14) còn đối với ren bước nhỏ, thì ta thêm bước ren p (ví dụ ren bước nhỏ hệ mét, đường kính 14mm, bước ren 0.75-M14x0.75) Đối với bước ren nhỏ vì giảm bước ren nên chiều sâu rãnh ren và góc nâng của ren cũng giảm bớt, do đó khi cùng đường kính ngoài, đường kính trong d1 của ren bước nhỏ lớn hơn so với đường kính trong của bước ren lớn , do đó độ bền của thân bulồng cũng tăng lên Góc nâng γ giảm làm tăng khả năng tự hãm của ren

2.2.3.5.Ren hệ Anh

Có tiết diện hình tam giác cân , góc ở đỉnh α= 550 đường kính được đo bằng hệ đơn vị Anh (1inch= 25,4mm), bước ren được đặc trưng bởi số ren trên chiều dài 1 inch

2.2.3.6.Ren ống

Dùng để ghép kín các ống, ren ống là ren hệ Anh có bước nhỏ, có biên dạng được bo tròn và không có khe hở theo đỉnh và đáy để tăng độ kín khít Kích thước chủ yếu của ren này là dường kính trong của ống

2.2.3.7.Ren tròn

Dùng chủ yếu trong các bulông, vít chịu tải trọng va đập lớn hoặc trong các chi tiết máy có vỏ mỏng, hoăc trong các vật phẩm đúc bằng gang hoặc chất dẻo biên dạng ren tròn là các cung tròn được nối với nhau bằng các đoạn thẳng ngắn, góc ở đỉnh 300,

do bán kính cung tròn lớn nên có sự tập trung ứng suất

2.2.3.8.Ren vuông

Tiết diện là hình vuông, α=0, nên hiệu suất cao Trước đây loại ren này được dùng trong các cơ cấu vít, nhưng hiện nay ít dùng và được thay thế bằng ren hình thang vì khó chế tạo, độ bền không cao, khó khắc phục khe hở dọc trục sinh ra do mòn

2.2.3.9.Ren hình thang cân

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Cơ sơ lý thuyết

Ren này có hiệu suất cao hơn ren tam giác, thuận tiện chế tạo và có độ bền cao hơn ren vuông Ren hình thang cân có góc ở đỉnh α=300, chiều cao làm việc h=0,5p khe hở hướng tâm 0,15÷1mm phụ thuộc vào đường kính ren Ren hình thang cân tiêu chuẩn hóa có đường kính d1 =8÷640mm, có thể sử dụng với ren bước lớn, trung bình

và nhỏ Ren hình thang cân được dùng truyền động chịu tải theo hai chiều

2.2.3.10.Ren đỡ

Dùng trong truyền động chịu tải một chiều (trong kích vít, máy ép…) Để tăng hiệu suất và dễ chế tạo thì mặt chịu lực có góc nghiêng nhỏ (khoảng 30) Góc lượng chân ren của vít được tăng lên để giảm sự tập trung ứng suất chiều cao làm việch= 0,75p Ren đỡ tăng bền có góc nghiêng mặt không làm việc 450 làm giảm sự tập trung ứng suất và độ bề mỏi tăng lên 1,5 lần

2.2.3.11.Ren côn

Đảm bảo độ không thẩm thấu và không cần dùng thêm vòng đệm kín Chúng được sử dụng để nối các đường ống, nút vít, nút tháo dầu… độ không thẩm thấu đạt được băng cách ép sát các biên dạng theo đỉnh Xiết ren côn có thể bù trừ độ mòn và tạo độ dôi cần thiết theo độ côn ta phân biệt ren côn có 3 dạng với độ côn 1÷16:

2.2.3.13.Ren vít vặn các chi tiết có độ bền thấp

Có biên dạng tam giác, chiều dày ren theo đường kín trung bình nhỏ hơn nữa bước ren một cách đáng kể để đảm bảo độ bền với chi tiết mà nó vặn vào

Cấp chính xác đường kính ren có khe hở : vít có cấp chính xác 3÷9 và đai ốc 4÷8 tương ứng với miền dung sai đối với vít ( bulông) h,g,f,e,d và đối với đai ốc H,G,F,E

Khi cán ren cần phải khảo sát về biến dạng dẻo, các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng dẻo cũng như các thay đổi về cấu trúc, tổ chức, cơ tính và tính chất của kim loại do biến dạng dẻo sinh ra

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lựa chọn phương án cán ren

CHƯƠNG 3.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÁN REN

3.1.Sơ đồ khối tiền trình gia công

Các chi tiết ren tiêu chuẩn hệ mét

Sản phẩm có thể cán một hoặc nhiều lần để đạt sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật

Số lần cán tùy thuộc vào bước ren, loại ren và vật liệu của chi tiết cán Độ cứng tối đa của phôi cán phụ thuộc vào vật liệu làm con lăn cán ren

3.2.Quy cách của sản phẩm chung

Sản phầm là các chi tiết máy có ren tiêu chuẩn hệ mét, ren kẹp chặt, ren vis gỗ, ren ống Ren kẹp chặt có đường kính từ 2 đến 100mm, bước ren từ 0,5 đến 6mm, chính xác nâng cao hay chính xác bình thường Ren có một hoặc nhiều đầu mối ( tối

đa 35 đầu mối )

Tùy thuộc vào vật liệu làm con lăn cán, vật liệu được cán có thể đến đô cứng

370 – 400 HB Các mác thép tiêu chuẩn thường sử dụng ở Việt Nam được sử dụng để làm chi tiết ren như CT3, CT10, C20, C30, C35, C45…

Hình 3.1 So đồ khối tiền trình gia công

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lựa chọn phương án cán ren

3.3.Sản phẩm của luận văn

Các chi tiết có ren tiêu chuẩn bước ren lớn nhất 2mm Đường kính và bước ren

hệ mét tham khảo Bảng 17.2 [1] Đường kính ngoài có thể lên đến 56mm

Ren cán là loại 1 đầu mối

Vật liệu là thép với giới hạn bền < 400 Mpa

3.4.Lựa chọn phương án cán ren

Phương pháp khác nhau dựa trên hình dáng và kết cấu của dụng cụ cán

3.4.1.Phương án 1 : Cán ren bằng bàn ren

Nguyên lý làm việc này là tạo ren trên chi tiết trụ nhờ chuyển động tịnh tiến và

áp lực của bàn ren tác dụng vào ren chi tiết cần tạo ren

Ưu điểm : Khả năng tự động cao, sản phẩm được hình thành trong thời gian ngắn

Hình 3.2 Nguyên lý cán ren bằng bàn cán

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lựa chọn phương án cán ren

Nhược điểm : Đối tượng sản phẩm không nhiều, thường cho các chi tiết ren ngắn, máy khá cồng kềnh làm việc ồn Khả năng hỏng hóc, kẹt gây sự cố cao hơn các phương pháp khác

3.4.2.Phương án 2 : Cán ren bằng đầu cán

Nguyên lý làm việc của phương pháp này là đầu cán ren được quay quanh trục,

có khoảng cách với cách mảnh dải quạt cố định không đổi Chi tiết được lăn và hình thành ren giữa đầu cán và dải quạt nhờ chuyển động quay của đầu cán Trục quay có thể là máy tiện ren vis thông thường, máy khoan, máy tiện tự động

Ưu điểm : Dễ dàng lắp với các máy công cụ thông thường Chi tiết tạo ren được hình thành nhanh chóng

Nhược điểm : Phạm vi chi tiết hạn chế ( ren kẹp chặt đường kính tối đa 10mm

Dễ hỏng hóc, kẹt gây nguy hiểm cho người sủ dụng

3.4.3.Phương án 3 : Cán ren bằng bộ 2 con lăn

Nguyên lý làm việc : chi tiết tạo ren được lăn giữa 2 con lăn quay cùng chiều Chi tiết và con lăn có tâm thẳng hàng hoặc chéo nhau Con lăn chuyển động theo chiều

Hình 3.3 Nguyên lý cán ren bằng đầu cán

Hình 3.4 Nguyên lý cán ren bằng 2 con lăn

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lựa chọn phương án cán ren

hướng kính hoặc phôi chuyển động hướng trục tạo hình vào bề mặt chi tiết tạo ra biến dạng hình thành ren cho chi tiết cần tạo ren

Ưu điểm : Có thể cán ren đường kính lớn ( tùy thuộc máy và vật liệu làm con lăn cán) Ren có chiều dài bất kì Khả năng làm việc ổn định, an toàn

Nhược điểm : Thường là các máy bán tự động Giá thành khá cao để chế tạo con lăn Dễ hình thành sai số hình học trên chi tiết

3.4.4.Phương án 4 : Cán ren bằng bộ 3 con lăn

Nguyên lý : Bộ quả cán gồm 3 con lăn quay cùng chiều với nhau bố trí như sơ

đồ Khi làm việc, phôi đươc giữa 3 con lăn, các con lăn quay và cùng tịnh tiến về tâm máy tạo áp lực gây biến dạng bề mặt chi tiết hình thành ren

Ưu điểm : máy đạt độ chính xác cao Áp lực được phân bố đồng đều trên chi tiết ít gây sai số hình học

Nhược điểm : máy phức tạp, yêu cầu về chuyển động cao Giá thành cao

 Dựa vào ưu nhược điểm, em chọn phương án 3 “cán ren bằng bộ cán 2 con

lăn” để thiết kế Trong bộ 2 con lăn, lựa chọn loại con lăn gồm các phương

án sau

3.4.5.Lựa chọn loại con lăn

3.4.5.1.Phương án 3.1 : Con lăn với góc nâng ren

Hình 3.5 Nguyên lý cán ren bằng bộ 3 con lăn

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lựa chọn phương án cán ren

Con lăn với góc nâng ren có trục song song với trục phôi Con lăn quay và tịnh tiến theo phương hướng kính lăn ép vào chi tiết tạo ren cần gia công Ưu điểm : máy thiết kế đơn giản, khả năng chính xác cao Nhược điểm : mỗi góc nâng, ren hướng phải hoặc hướng trái và đường kính phôi tạo ren tương ứng với một cặp con lăn Lăn

ép ren trên toàn bộ chiều dài chi tiết cần gia công

3.4.5.2.Phương án 3.2 : Con lăn hớt vòng

Con lăn với các rãnh lăn ép song song nhau Góc nâng ren được tạo thành do điều chỉnh độ nghiêng của trục gắn con lăn Ưu điểm của con lăn này là cán được nhiều đường kính khác nhau, ren nghiêng trái hoặc nghiêng phải với cùng một cặp con lăn Lực cán nhỏ, phôi cán có chiều dài giới hạn hoặc vô tận Nhược điểm của bánh cán này là dễ gây sai số hình dáng ren, góc nâng ren nhỏ khó điều chỉnh chính xác

3.4.5.3.Phương án 3.3 : Con lăn có góc nâng vát cạnh

Hình 3.6 Con lăn góc nâng ren

Hình 3.7 Con lăn hớt vòng

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Lựa chọn phương án cán ren

Tương tự như con lăn có góc nâng, loại con lăn này được vát 1 bên để tạo điều kiện dễ dàng cho sự tiến vào của phôi Hai con lăn có khoảng cách trục cố định, phôi tiến theo chiều hướng trục vào bánh cán Bánh cán được vắt để phôi tiến vào dễ dàng

Ưu nhược điểm tương tự như con lăn góc nâng ren, phôi có thể tiến liên tục với chiều dài giới hạn hoặc vô tận

3.4.6.Tổng kết phương án lựa chọn phương pháp cán ren

Dựa vào ưu nhược điểm, tính da dạng trong sản phẩm cán ren của từng loại, em

quyết định chọn phương án 3.3, bộ 2 con lăn hớt vòng làm đề tài thiết kế

Từ nhà sản xuất HI-FILE TOOLS, catalog Thread Rolling Dies

Chọn cặp con lăn model TSUGAMI T15

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

CHƯƠNG 4.CÁN REN SỬ DỤNG CON LĂN HỚT VÒNG

4.1.Phân biệt giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng

Con lăn thường và con lăn hớt vòng đều thực hiện phương pháp cán bằng cách cho phôi chạy hướng trục Tại vị trí cán đạt kích thước, tâm của phôi và 2 con lăn thẳng hàng nhau Phôi được nâng lên đạt độ cao làm việc nhờ một phiến thép có chiều rộng và chiều cao phụ thuộc vào bước ren và đường kính phôi cần tạo ren được gọi là phiến nâng ren Một số nhà sản xuất thiết kế những tấm nâng có con lăn trên đỉnh, trên con lăn có những rãnh nhằm hạn chế tối đa sai lệch do việc tăng đường kính ngoài khi hình thành ren

Hình 4.1 Sự khác biệt về mối ren giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng

Hình 4.2 Phiến nâng phôi

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Điểm khác biệt trên con lăn thường và con lăn hớt vòng là kết cấu hình học của các đường mối ren trên con lăn Con lăn thường có mối ren đi theo hình xoắn ốc, con lăn hớt vòng có đường mối ren hình khuyên, song song đồng trục với nhau

Nguyên tắc tạo ren đối với con lăn thường là ứng với mỗi đường kính, bước ren, chiều ren khác nhau cần tạo, sẽ có các cặp con lăn khác nhau nguyên nhân là do ứng với mỗi đường kính và bước ren khác nhau, góc nâng ren sẽ khác nhau

Điều này tạo ra ưu điểm cho con lăn hớt vòng, với kết cấu máy phức tạp hơn nhưng điều chỉnh được góc nâng ren, theo đó có thể điều chỉnh ren trái hoặc ren phải, trên lý thuyết, con lăn hớt vòng còn có thể cán được những đường kính khác nhau trong giới hạn sai lệch cho phép

Vì 3 trục chéo nhau nên việc hình thành ren được thực hiện chậm từng đoạn theo chiều dọc trục của phôi, phôi đạt kích thước tại điểm giao nhau giữa 3 trục cán trên mặt chiếu bên, lực cán ren của con lăn hớt vòng nhỏ hơn phương pháp cán với con lăn thường Tuy nhiên ren cán bằng con lăn hớt vòng dễ hình thành sai số hình dang do diều chỉnh máy

4.2 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng

4.2.1.Biên dạng mối ren

Trên ren tiêu chuẩn hệ mét, có bước ren P, đường kính ngoài d dễ dàng tìm được góc nâng ren γ, ta có thể thể hiện đường đỉnh ren trên măt phẳng :

Hình 4.3 Trục phôi và trục con lăn hớt vòng, con lăn thường

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Con lăn hớt vòng với những mối ren song song nhau Từ sơ đồ trên ta dễ dàng nhận thấy P’ khoảng cách giữa các đỉnh ren cũng chính là khoảng cách của các mối ren trên con lăn hớt vòng

P’ = dπsin(γ) = Pcos(γ)

Với biên dạng ren tiêu chuẩn

Theo các định luật biến dạng và hình dáng hình học của ren tao thành, các mối ren trên bánh cán có biên dạng với các thông số cơ bản như sau : [Tài liệu 1985]

Hình 4.4 Sơ đồ góc nâng ren

Hình 4.5 Biên dạng ren tiêu chuẩn

Bảng 4.1 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

h1 Dung sai mòn của đầu ren h1 h1 = -0,04P

Dung sai chiều cao chân ren h2 h2 = -0,025P

Bán kính góc lượn ở đỉnh R R = 0,07P

Bước ren hớt vòng đã hiệu chỉnh

Góc profin ren đã hiệu chỉnh

4.2.2.Đường kính và bề rộng con lăn hớt vòng

Cũng giống như các loại con lăn khác, đường kính con lăn ảnh hưởng đến công suất và phạm vị làm việc của con lăn đối với phôi Với máy được thiết kế sử dụng 2 con lăn hớt vòng, được bố trí 2 bên của phôi đường kính d theo như sơ đồ nguyên lý cán

Hình 4.6 Xác định vị trí 2 con lăn

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Qua sơ đồ ta thấy, 2 trục cán được bố trí tại vị trí cách nhau 180 độ và bắt buộc phải phải cách nhau theo chiều doc trục một khoảng bằng ½ khoảng cách giữa các mối ren P’

Trong sản xuất hàng loạt, để khắc phục điều này mà không tạo thêm sự phức tạp của máy cán cũng như thay thế con lăn của người sử dụng Nhà sản xuất chế tạo con lăn với bề rộng lẻ nửa khoảng cách mối ren P’, cụ thể theo công thức :

B = P’(k+0.5) Với k thuộc N và do nhà sản xuất quyết định

Việc còn lại của người sử dụng là lắp vào trục cán của máy và sử dụng Đó cũng có thể là lý do người ta không sản xuất máy cán ren sử dụng 3 con lăn hớt vòng

4.2.3.Phần dẫn, đạt chiều sâu và hiệu chuẩn

Ứng với mỗi loại bước ren trên đường kính khác nhau, trên bề rộng bánh cán có phần dẫn, phần hiệu chuẩn và điểm đạt chiều sâu

Phần dẫn là phần ren cán hình thành đồng thời dẫn phôi đi vào vùng cán sâu hơn để đạt kích thước Điểm đạt chiều sau ren là giao điểm giữa 3 trục theo hướng nhìn vuông góc với 3 trục này, tại đó ren đạt chiều cao như cài đặt Phần hiệu chuẩn là sau của điểm đạt kích thước đến khi phôi ra khỏi vùng ăn với con lăn

Theo đó, phần ren trong vùng dẫn l1 sẽ chưa được hình thành dầy đủ, chưa đủ chiều sâu và bề rộng Phần hiệu chuẩn này ảnh hưởng đến chiều dài ngắn nhất của ren

có thể dùng phương pháp cán này

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

4.3.Quá trình tạo ren trên phôi đường kính khác nhau

4.3.1.Với phôi chuẩn

Theo công thức tính P’ ở trên, ứng với mỗi góc nâng ren tính toán ta có được P’ khác theo đó Việc sử dụng con lăn với bước P’ đúng theo góc nâng cần thiết để tạo phôi được gọi là phôi chuẩn

Theo đó, ren được hình thành bằng cách đẩy đều kim loại về 2 bên của mối ren Điều này khá quan trọng vì nó sẽ tạo ra cặp lực trực đối triệt tiêu lẫn nhau cả 2 bên Không sinh ra ứng xuất trên mối ren Ren cán được hình thành 1 cách thuận lợi

4.3.2.Với phôi không chuẩn

Hình 4.7 Vùng làm việc của con lăn

Hình 4.8 Hình thành ren trên phôi chuẩn

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, phôi được điều chỉnh góc nâng không đúng như yêu cầu Trong phạm vi sai lệch nhỏ về góc, ren vẫn được hình thành theo sơ đồ như bên dưới :

Khác với phôi chuẩn, các mối ren được tạo thành từ mối ren của con lăn đối diện xuất hiện tại mối ren của con lăn nhưng không thẳng trục Kết quả là mối ren có

xu hướng ép lệch về 1 bên, điều này tạo ra sự chênh lệch ứng suất có thể dẫn đến hỏng mối ren, gây tiếng ồn khi gia công đồng thời có thể tách một phần phoi nhỏ ra khỏi chi tiết

Ứng suất sẽ lớn hơn khi đầu chi tiết được đặt gần với điểm đạt kích thước Phần hiệu chuẩn l2 sẽ không hiệu chuẩn được chân ren Điều này gián tiếp sinh ra biên dạng ren đường cong mà không còn là đường thẳng

Trong giới hạn sai số hình học cho phép, phương pháp này cho ưu điểm về khả năng của một cặp con lăn hớt vòng so với con lăn thường

4.4.Phôi – đường kính trước khi gia công

Tùy vào cơ tính vật liệu của phôi, lớp phủ mạ bên ngoài, biên dạng ren cán cần thực hiện mà phôi có đường kính ban đầu khác nhau Phôi cán ren bằng con lăn hớt vòng được tính toánh giống như phôi với con lăn thường Cụ thể với ren tiêu chuẩn hệ Mét ta có đường kính phôi được xác định bàng các công thức sau 1985/50 :

√ √ Đối với ren cán tiến hành mã bọc sau khi cán thì đường kính phôi

√

Hình 4.9 Hình thành ren trên phôi không chuẩn

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Df – đường kính phôi trước khi cán ren, mm;

Dn - đường kính ngoài của ren cán, mm;

Dt – đường kính trong của ren cán, mm;

Dtbmax – đường kính trung bình lớn nhất của ren cán, mm;

A = 0,01mm – đối với théo đã qua nhiệt luyện;

A = 0,05mm – đối với théo đã qua ủ;

– góc profin của ren

T – chiều dày lớp phủ bọc, mm (khi mạ crôm t ~ 0,025mm, khi mạ kẽm t ~ 0,013mm);

P – bước ren, mm;

Đường kính phôi theo công thức trên cần được kiểm tra lại và hiệu chỉnh theo kết quả cán thử trên các mẫu tương ứng Dung sai đường kính phôi lấy bằng ½ dung sai đường kính trung bình của ren gia công, tương ứng với cấp 5 TCVN bảng dung sai đường kính phôi trước khi cán ren

0,025 0,03 0,035 0,045

0,048 0,058 0,07 0,084

0,08 0,1 0,12 0,14

4.5.Phiến nâng phôi

Bảng 4.2 Dung sai kích thước đường kính phôi

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Phiến nâng có tác dụng nâng tâm phôi lên vị trí làm việc Với mỗi đường kính

và bước ren cần tạo khác nhau, ứng với 1 chiều cao phiến nâng Phiên nâng có kết cấu đơn giản, có thể gia công dễ dàng Chiều cao phiến nâng được xác định bằng công thức :

Y = A – B – X

Với A là chiều cao từ mặt đáy đế phiến nâng đến chiều cao làm việc

B – chiều cao đế phiến nâng

X = d/2 – 0,2

Ngoài ra, người ta còn chế tạo những cơ cấu nâng phôi định vị tâm với độ chính xác và ứng dụng tự động cao

Hình 4.10 Tính toán chiều cao phiến nâng phôi

Hình 4.11 Nâng phôi định tâm theo đường kính ngoài

SVTH : Nguyễn Hữu Thương cán ren sử dụng con lăn hớt vòng

Hình 4.12 Nâng phôi định tâm theo lỗ chống tâm

Hình 4.13 Hệ thống nâng và cấp phôi tự động bằng thủy lực

SVTH : Nguyễn Hữu Thương Thiết kế hệ thống truyền động

CHƯƠNG 5.THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

5.1.Lựa chọn phương án truyền động

Gồm 2 phương án truyền động chính là từ bộ ba bánh rang ăn khớp hoặc 2 hộp giảm tốc trục vít bánh vít Động cơ đi qua hộp số 4 cấp tạo ra dải tốc độ khác nhau cho trục cán, đáp ứng nhiều nhu cầu về sản xuất Phương án truyền động được trình bày như bên dưới :

5.1.1.Phương án 1 : Truyền động 3 bánh răng

Hình 5.1 Sơ đồ máy cán ren - Phương án 1