đồ án tốt nghiệp thiết kế quy trình và trang bị công nghệ gia công piston động cơ máy kéo m30

Để có thể hoàn thành đồ án này sinh viên phải biết cách tổnghợp các kiến thức đã được học tập trong trường vận dụng một cách linh hoạt, kết hợpvới các hiểu biết của mình về thực tế sản x

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta hiện nay đang có những chuyển biến lớn về mọi mặt, đặc biệt là sựphát triển của nền kinh tế Quá trình Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước cũngđang có sự thay đổi nhanh chóng và tích cực, góp phần thúc đẩy sự phát triển của nềnkinh tế Trong sự phát triển đó, ngành Cơ khí đã chứng tỏ được tầm quan trọng khôngthể thiếu trong mọi mặt của nền kinh tế, từ những sản phẩm cơ khí đóng vai trò hànghoá cho đến việc sản xuất, chế tạo các máy móc, thiết bị, công cụ sản xuất cho cácngành nghề khác Nói cách khác, ngành Cơ khí đóng vai trò mũi nhọn trong quá trìnhCông nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước

Hiện nay, người kỹ sư Cơ khí nói chung và kỹ sư Chế tạo máy nói riêng cũngđang ngày một chứng tỏ được vai trò của mình trong sự phát triển của ngành Cơ khícũng như trong nền kinh tế của đất nước Mặt khác, người kỹ sư Cơ khí – Chế tạomáy cũng đang đứng trước những thử thách mới không kém phần khó khăn Đó làphải tìm cách làm như thế nào để các sản phẩm Cơ khí được tạo ra có chất lượng cao,giá thành hạ, có khả năng cạnh tranh được trên thị trường trong nước cũng như quốc

tế

Đối với sinh viên ngành Cơ khí – Chế tạo máy thì nhiệm vụ hàng đầu là phảinắm vững các kiến thức chuyên ngành cơ bản để có thể thiết kế, chế tạo, hoàn thiệnhơn nữa các sản phẩm cơ khí Đồng thời, phải tích cực tìm hiểu các thành tựu khoahọc kỹ thuật mới trong lĩnh vực Công nghệ chế tạo máy để sau khi ra trường có thểđáp ứng được những yêu cầu trong vai trò kỹ sư Cơ khí – Chế tạo máy

Đồ án tốt nghiệp là thử thách đầu tiên để sinh viên ngành Cơ khí – Chế tạomáy chứng tỏ khả năng nắm bắt và vận dụng các kiến thức của mình trước khi trởthành một kỹ sư Cơ khí Để có thể hoàn thành đồ án này sinh viên phải biết cách tổnghợp các kiến thức đã được học tập trong trường vận dụng một cách linh hoạt, kết hợpvới các hiểu biết của mình về thực tế sản xuất trong ngành Cơ khí – Chế tạo máy ởViệt Nam, dưới sự hướng dẫn của các thầy cô giáo trong khoa để tiến hành phân tích

và đưa ra phương án thực hiện có hiệu quả Vì vậy sau khi thực hiện xong đồ án thìsinh viên thu được rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm bổ ích cho công việc sau này

Với đề tài được giao: Thiết kế quy trình và trang bị công nghệ gia công piston động cơ máy kéo M30 Sau một thời gian làm việc tích cực dưới sự hướng

dẫn của thầy giáo Th.S Lưu Văn Nhang, đến nay em đã hoàn thành đồ án này Mặc

dù đã có rất nhiều cố gắng, nhưng trong một khoảng thời gian ngắn với kiến thức hạnchế và hiểu biết về thực tế sản xuất còn rất ít nên đồ án của em không thể tránh khỏinhiều sai sót Em rất mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy cô giáo và cácbạn sinh viên trong khoa

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới:

- Thầy giáo: Th.S Lưu Văn Nhang, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoànthành đồ án tốt nghiệp

- Thầy giáo: TS Nguyễn Trọng Doanh, giáo viên duyệt đồ án

- Các thầy cô giáo trong bộ môn CNCTM – khoa Cơ khí trường ĐHBK

Hà Nội, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và trong trường ĐHBK HàNội

- Các bạn sinh viên lớp CTM6 – K 44, đặc biệt là các bạn cùng nhóm làmtốt nghiệp

Hà Nội, ngày 10/05/2004

Sinh viên Trịnh Thế Nam

Chương 1 Tổng quan về các phương tiện giao thông vận tải

trong kỹ thuật hiện đại 1.1 Các phương tiện vận tải hiện nay

Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển với tốc độ rất nhanh, cùng với sự pháttriển của các ngành khoa học thì các phương tiện vận tải trong kỹ thuật ngày naycũng phát triển rất đa dạng và phong phú Các phương tiện vận tải đóng một vai tròrất quan trọng trọng, là một trong những nhân tố thiết yếu của trong cuộc sống hiệnđại ngày nay, nhu cầu về vận tải ngày nay là rất lớn, vì thế song song với nhu cầu đóthì các phương tiện giao thông vận tải cũng phải phát triển để đáp ứng với thực tế.Các phương tiện dùng để vận tải cũng rất đa dạng và gồm nhiều chủng loại và hìnhthức như vận chuyển dùng đường không như máy bay, vận tải đường thuỷ như cácloại tàu thuyền… , vận tải đường bộ và đường sắt Trong đó vận tải đường bộ đóngvai trò rất quan trọng, vận tải đường bộ thường dùng các loại phương tiện như: ôtô,máy kéo các loại xe gắn máy… trong đó ôtô, máy kéo đóng vai trò chính và chủ yếutrong các phương tiện vận tải đường bộ Ôtô chủ yếu dùng để chuyên chở, vậnchuyển hàng hoá hoặc hành khách, ngoài ra ôtô còn được trang bị các máy công tácđặc biệt để thực hiện các công việc đặc biệt như cứu hoả, nâng hàng… ôtô cũng được

sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, quốc phòng, thể thao…

1.2 Vai trò của máy kéo trong cuộc sống

Máy kéo có một vai trò rất quan trọng trong cuộc sống, nó được sử dụng trongrất nhiều lĩnh vực và các ngành trong nền kinh tế, nhu cầu về máy kéo ở nước ta hiệnnay là rất lớn Trong nông nghiệp: máy kéo chủ yếu được sử dụng để thực hiện cáccông việc trên đồng ruộng như cày, bừa, gieo hạt, chăm sóc cây trồng, cải tạo ruộngđồng, vận chuyển các sản phẩm vật tư nông nghiệp, thu hoạch nông sản… Một sốmáy kéo còn có bộ phận trích công suất đôi khi còn được liên hợp với các máy tĩnhtại như các máy bơm nước, tuốt lúa, nghiền thức ăn cho gia súc

Trong lâm nghiệp: máy kéo chủ yếu được sử dụng để thực hiện các công việckhai thác và vận chuyển gỗ, trồng rừng, san ủi mặt đường…

Trong giao thông vận tải và xây dựng máy kéo dùng để vận chuyển hàng hoátrong các tuyến đường ngắn, đường xấu hoặc vận chuyển các cấu kiện có trọng lượnglớn, cồng kềnh, san ủi mặt bằng xây dựng, đào cống rãnh…

Như vậy máy kéo đóng một vai trò rất lớn trong cuộc sống, trên máy kéo thìđộng cơ là một bộ phận chính là nơi tạo ra công suất để giúp máy kéo hoạt độngđược

1.3 Bộ truyền tay biên piston trong động cơ máy kéo và các đặc tính cơ bản của chúng

Bộ truyền tay biên piston gồm có: xecmăng, tay biên, trục khuỷu Bộ truyềntay biên piston trong động cơ đốt trong có nhiệm vụ nhận lực từ khí thể và truyền đếntay biên để biến thành chuyển động quay của trục khuỷu để truyền công suất rangoài

1.3.1 Piston

Piston cùng với xecmăng khí, xecmăng dầu trong quá trình làm việc của động

cơ làm những nhiệm vụ chính sau:

1 Tạo thành buồng cháy tốt, bảo đảm bao kín buồng cháy giữ không để khícháy lọt xuống cacte và dầu nhờn không sục vào buồng máy

2 Tiếp nhận lực khí thể Pz và truyền lực này cho thanh truyền để làm quay trụckhuỷu đưa công suất ra ngoài Trong các quá trình nén, piston nén khí nạp và trongquá trình thải piston làm nhiệm vụ như một bơm đẩy và quét khí.

1.3.1.1 Điều kiện làm việc của piston

Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ máy kéo Trong quá trìnhlàm việc của động cơ, piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt rất lớn ảnh hưởngxấu đến độ bền, tuổi thọ của piston

1 Tải trọng cơ học:

Chủ yếu là do lực khí thể và lực quán tính gây nên Trong quá trình cháy ápsuất khí thể tăng đột ngột có khi tới 10 đến 12 MPa hoặc cao hơn nữa Ngoài ra lựcquán tính tác dụng trên nhóm piston cũng rất lớn Các lực này biến thiên theo chu kỳnên đã gây ra va đập dữ dội của các chi tiết máy của nhóm piston vớ xy lanh và thanhtruyền làm piston bị biến dạng và đôi khi làm hỏng piston

2 Tải trọng nhiệt:

Do tiếp xúc với nhiệt độ rất cao trong quá trình cháy (khoảng 2300 – 2700 0K)nên nhiệt độ đỉnh piston thường rất cao gây ra những tác hại sau đây:

- Gây ra ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền của piston

- Gây biến dạng nhiệt khiến piston bị bó kẹt trong xy lanh và làm tăng ma sátgiữa piston và xy lanh

- Giảm hệ số nạp làm giảm công suất động cơ

- Làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ

3 Ma sát và ăn mòn hoá học

Trong quá trình làm việc bề mặt thân piston thường làm việc ở trạng thái masát nửa khô do thiếu dầu bôi trơn Hơn nữa do piston bị biến dạng trong quá trình làmviệc nên ma sát càng lớn Ngoài ra do đỉnh piston luôn tiếp xúc với khí cháy nên bị

ăn mòn hoá học bởi các thành phần axít sinh ra trong quá trình cháy

Do điều kiện làm việc của piston như vậy nên khi thiết kế piston cần đảm bảocác yêu cầu sau đây:

- Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất

- Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính.

- Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn

- Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không giảm sút và ít haodầu nhờn

1.3.1.2 Vật liệu chế tạo piston

Do điều kiện làm việc của piston như trên nên vật liệu dùng để chế tạo pistonphải có tính năng cơ lý sau đây:

- Có sức bền cao và độ bền nhiệt lớn

- Trọng lượng riêng nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn

- Chịu mòn tốt và chịu ăn mòn hoá học

Ngày nay thường sử dụng là gang và hợp kim nhôm Để thoả mãn các yêu cầulàm việc trên, piston được làm từ hợp kim nhôm với thành phần gồm có Si, Ni, Cu vàcác nguyên tố khác

Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất là hợp kim nhôm – niken, có trọng lượngriêng nhỏ, độ dẫn nhiệt cao và khả năng đúc lớn, tổn thất ma sát nhỏ, nhôm có độcứng nhỏ HB = 90 – 120 nên dễ gia công Độ truyền dẫn nhiệt tốt sẽ giúp cho nhiệt

độ đỉnh piston thấp dẫn tới sẽ giảm được phụ tải nhiệt phần đỉnh

1.3.1.3 Kết cấu của piston

Piston có thể chia thành những phần như: đỉnh, đầu, thân và chân piston Mỗiphần đều có nhiệm vụ riêng và những đặc điểm kết cấu riêng

- Đỉnh piston: là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh, nắp xylanh tạothành buồng cháy Về mặt kết cấu có các loại đỉnh piston như sau:

+ Đỉnh bằng: có diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

+ Đỉnh lồi: có sức bền lớn, có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền dướiđỉnh nên trọng lượng nhỏ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ của đỉnh lồithường cao hơn đỉnh bằng

- Đầu piston: bao gồm đỉnh piston và vùng đai lắp xecmăng khí, xecmăng dầu,làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đườngkính thân vì thân là phần dẫn hướng của piston Trong quá trình làm việc của động cơđầu piston truyền phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (70 – 80 %) quaphần đai xecmăng, qua xecmăng đến xylanh rồi truyền cho nước làm mát động cơ.Dòng nhiệt chủ yếu đi qua các xecmăng do đó xecmăng vừa làm nhiệm vụ bao kínbuồng cháy vừa làm nhiệm vụ truyền dẫn tản nhiệt cho phần đầu piston Kết cấu đầupiston phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Bao kín tốt: cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cacte dầu và dầubôi trơn từ cacte sục lên buồng cháy Thông thường người ta dùng xecmăng để baokín Có hai loại xecmăng là xecmăng khí để bao kín buồng cháy và xecmăng dầu đểngăn dầu sục lên buồng cháy Số xecmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ, tốc độ động

cơ, số rãnh xecmăng khí và rãnh xecmăng dầu quyết định kích thước của vành đaixecmăng và chiều cao của phần đầu piston

+ Tản nhiệt tốt cho đầu piston: đây là vấn đề rất quan trọng vì nếu không thìnhiệt độ của đỉnh piston sẽ quá cao gây nhiều tác hại như: rạn nứt, bó kẹt xecmăng,đầu piston, công suất động có giảm sút, ứng suất nhiệt tăng lên Để tản nhiệt tốt

Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn.

Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston

Dùng rãnh ngăn nhiệt để giảm lượng nhiệt truyền cho xecmăng thứ nhất Rãnhngăn nhiệt sẽ ngăn một phần dòng nhiệt truyền cho xecmăng thứ nhất, bảo vệxecmăng này đồng thời hướng dòng nhiệt phân tán xuống phía dưới vành đaixecmăng phân tán đều cho các xecmăng số 2, số 3

Làm mát đỉnh piston, bố trí vị trí rãnh xecmăng thứ nhất gần khu vực làm mátcủa lót xylanh Vị trí của rãng xecmăng dầu thứ nhất ảnh hưởng rất lớn đến chiều caocủa phần đầu piston nên cũng không thể cách đỉnh quá xa

+ Sức bền cao: để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người tathiết kế các gân trợ lực

- Thân piston: là phần còn lại của piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho pistonchuyển động tịnh tiến trong xylanh và chịu lực ngang N Để dẫn hướng tốt, ít va đậpkhe hở giữa thân piston và xylanh phải nhỏ nên gây hiện tượng bó kẹt piston Khithiết kế phần thân piston thường phải giải quyết các vấn đề cơ bản sau:

+ Chiều cao của thân piston: tuỳ thuộc vào chủng loại động cơ, thân thườngngắn và vát bớt hai bên hông Thân piston của động cơ diezen tốc độ thấp thường cóchiều dài khá lớn để giảm áp suất do lực ngang N gây ra

+ Vị trí tâm chốt: được bố trí sao cho piston và xylanh mòn đều, đồng thờigiảm va đập va gõ khi piston đổi chiều Một số động cơ có tâm chốt piston lệch sovới tâm xylanh một giá trị e về phía nào đó sao cho lực ngang Nmax giảm để hai bênchịu lực của piston và xylanh mòn đều

+ Dạng thân của piston: Thân piston thường không phải hình trụ mà tiết diệnthường có dạng ô van hoặc vát ngắn hai phía đầu bệ chốt Để khi piston chịu lực bịbiến dạng thì cũng không bị bó kẹt trong xylanh Piston bị biến dạng do chịu lực khíthể Pz, lực ngang N và do giãn nở nhiệt vùng bệ chốt

+ Để chống bó kẹt piston có các biện pháp thiết kế sau:

Chế tạo thân piston có dạng ô van có phương trục ngắn trùng với phươngđường tâm chốt

Tiện vát hoặc đúc lõm phần thân ở hai đầu bệ chốt

Xẻ rãnh giãn nở trên thân piston (rãnh chữ U hoăc chữ T) Biện pháp này đảmbảo thân piston có độ đàn hồi nên không bị bó kẹt, hơn nữa do khe hở giảm xuống tốithiểu nên nhiệt độ của piston giảm xuống khá nhiều so với piston không sẻ rãnh.

Đúc hợp kim có độ giãn nở dài nhỏ (ví dụ: hợp kim inva có thành phần là (30

 38)% Ni, (0  8) % Cr còn lại là Fe, có độ giãn nở dài chỉ bằng 1/10 của hợp kimnhôm) vào bệ chốt piston để hạn chế giãn nở của thân piston theo phương vuông gócvới tâm chốt

- Chân piston:

chân piston thường có vành đai để tăng cứng vững Mặt trụ a cùng với mặt đầuchân piston là chuẩn công nghệ khi gia công và là nơi điều chỉnh trọng lượng củapiston sao cho đồng đều giữa các xilanh Độ sai lệch về trọng lượng đối với động cơmáy kéo không quá (0,2  0,6)%

1.3.2 Thanh truyền

1.3.2.1 Vai trò

Thanh truyền là chi tiết nối piston và trục khuỷu nhằm biến chuyển động tịnhtiến của piston trong xylanh thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu

1.3.2.2 Điều kiện làm việc

Trong quá trình làm việc thanh truyền chịu các lực tác dụng sau:

- Lực khí thể trong xylanh

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston

- Lực quán tính của bản thân thanh truyền

Khi động cơ làm việc các lực trên thay đổi theo chu kỳ vì vậy tải trọng tácdụng lên thanh truyền là tải trọng động nên khi tính toán phải có hệ số an toàn hợp lý

Dưới tác dụng của các lực khi làm việc thân thanh truyền bị nén, uốn dọc, uốnngang, đầu nhỏ thanh truyền bị biến dạng méo, nắp đầu to thanh truyền bị uốn vàkéo

1.3.2.3 Vật liệu chế tạo

Vật liệu chế tạo thanh truyền thường là thép cacbon và thép hợp kim Động cơôtô máy kéo có thể dùng thép cacbon C40, C45 nhưng thường dùng loại thép hợp

a

- Thân thanh truyền: Tiết diện thân thanh truyền thường thay đổi từ nhỏ đếnlơn kể từ đầu nhỏ đến đầu to của thanh truyền để phù hợp với quy luật phân bố lựcquán tính lắc của thanh truyền.Tiết diện thân thanh truyền có các dạng như sau:

+ Tiết diện chữ I: có sức bền đều theo hai phương, được dùng rất phổ biến,được tạo phôi bằng phương pháp rèn khuôn

+ Loại tiết diện hình chữ nhật, ô van có ưu điển dễ chế tạo

- Đầu to thanh truyền: Để lắp ráp với trục khuỷu một cách dễ dàng, đầu tothanh truyền thường được cắt làm hai nửa và ghép với nhau bằng bulông hay vít cấy

Do đó bạc lót cũng phải được chia làm hai nửa và phải được cố định trong lỗ đầu tothanh truyền

1.3.3 Bulông thanh truyền

1.3.3.1 Vai trò

Bulông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền Nó có thể

ở dạng bulông hay vít cấy, tuy có kết cấu đơn giản nhưng rất quan trọng nên phảiđược quan tâm khi thiết kế và chế tạo Nừu bulông thanh truyền do nguyên nhân nào

đó bị đứt sẽ dẫn tới phá hỏng toàn bộ động cơ

1.3.3.2 Điều kiện làm việc

Bulông thanh truyền khi làm việc chịu các lực như: lực xiết ban đầu, lực quántính của nhóm piston – thanh truyền Những lực này đều là các lực có chu kỳ nênbulông thanh truyền phải có sức bền mỏi cao

Phần nối giữa ren và thân thường làm thắt lại để tăng độ dẻo của bulông Đai

ốc có kết cấu đặc biệt để ứng suất tập trung trên các ren đồng đều Ren được tạothành bằng những phương pháp gia công không phoi như lăn, cán Ngoài ra bulôngthanh truyền còn được tôi, ram và xử lý bề mặt bằng phun cát, phun bi để đạt độ cứngHRC 26  32 Khi lắp ghép phải dùng cờlê lực kế để đảm bảo mômen xiết đúng quiđịnh của nhà chế tạo

1.3.4 Xecmăng

1.3.4.1 Vai trò

Xecmăng có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, xecmăng khí làm nhiệm vụ bao kíntránh lọt khí xuống cacte và xecmăng dầu không cho dầu từ hộp trục khuỷu sục lênbuồng cháy

1.3.4.2 Điều kiện làm việc

Xecmăng làm việc trong điều kiện rất xấu: chịu nhiệt độ cao, áp suất lớn, masát lớn trong điều kiện thiếu dầu bôi trơn và bị ăn mòn hoá học của khí cháy và củadầu nhờn

- Chịu nhiệt độ cao: Trong quá trình làm việc, xecmăng khí trực tiếp tiếp xúcvới khí cháy, ma sát với thành vách xylanh, chuyển tải nhiệt từ đầu piston quaxecmăng sang xylanh để truyền cho nước làm mát, nên nhiệt độ làm việc củaxecmăng rất cao nhất là đối với xecmăng khí thứ nhất Khi xecmăng khí bị hở, khôngtiếp xúc khít với xylanh, để dòng khí chay thổi lọt qua chỗ bị hở làm cho nhiệt độ cục

bộ vùng này rất lớn dẫn đến cháy xecmăng và piston

- Chịu va đập lớn: Khi làm việc, lực khí thể và lực quán tính tác dụng lênxecmăng, các lực này có trị số rất lớn, luôn thay đổi chiều nên gây ra va đập mạnhgiữa xecmăng với rãnh xecmăng làm cho xemăng và rãnh xecmăng mòn thành bậc,làm tăng khả năng lọt khí.

- Chịu ma sát lớn: Khi làm việc xecmăng trượt trên mặt gương xylanh với tốc

độ trượt rất cao, áp suất lớn nhưng lại thiếu dầu bôi trơn nên ma sát hầu như là ma sátkhô đến nửa khô

1.3.4.3.Vật liệu chế tạo

Một yêu cầu rất quan trọng đối với vật liệu chế tạo xecmăng là bảo đảm độ đànhồi ở nhiệt độ cao và chịu mòn tốt Hầu hết xecmăng được chế tạo bằng gang xámpha hợp kim Vì xecmăng đầu tiên chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất nên ởmột số động cơ xecmăng khí đầu tiên được mạ Crôm xốp có chiều dày 0,03  0,06

mm để tăng tuổi thọ của xecmăng này lên

1.3.4.4 Kết cấu

Xecmăng khí: Về đại thể, xecmăng có kết cấu đơn giản là một vòng hở miệng.Kết cấu của xecmăng khí được đặc trưng bằng kết cấu của tiết diện và miệngxecmăng

Xecmăng dầu: Thông thường ở rãnh xecmăng dầu của piston có rãnh thoátdầu Xecmăng dầu có nhiệm vụ gạt dầu bôi trơn và dàn dầu đều lên mặt xylanh

1.4 Thiết kế sơ bộ piston cho động cơ máy kéo M30

Theo máy mẫu ta có đường kính của piston là D = 110 mm

Theo [9] ta có các kích thước sơ bộ của piston như sau:

- Chiều dày đỉnh piston: 

Chương 2: Phân tích chi tiết gia công 2.1 Phân tích tính công nghệ của chi tiết gia công

Chi tiết có các kết cấu cho phép thoát dao dễ dàng khi gia công như các bậcđường kính ở phần đâu của piston khi gia công đã có các rãnh xecmăng cho phépthoát dao và gia công dễ dàng, các lỗ trên chi tiết là các lỗ thông nên khi gia công vàthoát dao được thao tác đơn giản và thực hiện dễ dàng

Các mặt gia công như các bậc đường kính, các rãnh xecmăng và lỗ ắc pisonkhi gia công dụng cụ cắt tiếp cận một cách dễ dàng và thuận lợi khí gia công

Khi gia công thì chuẩn tinh thống nhất là mặt trụ trong 94 và mặt đầu 110

là chuẩn tinh thống nhất trong suốt quá trình gia công và hai mặt định vị này có đủkích thước và độ lớn cần thiết để định vị chi tiết và vẫn đảm bảo độ cứng vững khigia công, và có thể thực hiện cắt ở chế độ cắt cao

Với yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt và nhiệt độ cao thì dung sai

và độ nhám cho ở các kích thước trên chi tiết là hợp lý như: lỗ ắc piston yêu cầu làmviệc có độ chính xác cao và tránh va đập nên cho độ nhám là Ra = 0,63 và dung sai là+0,025m là hợp lý, khi làm việc các rãnh để lắp xecmăng có yêu cầu độ đồng tâmcao nên cho độ không đồng tâm giữa các rãnh xecmăng không lớn hơn 0,05m làphù hợp và có khả năng gia công được

Trên chi tiết không tồn tại các lỗ tịt nên tạo thuận lợi cho quá trình gia công,nhưng với chi tiết có kết cấu tương đối phức tạp ở bên trong bao gồm các bậc đườngkính khác nhau như 94, 80, 86, các bán kính góc lượn và phần lồi của lỗ ắc nênphương pháp tạo phôi là tương đối khó khăn

Các phần kết cấu trên chi tiết là tương đối phù hợp, hai đầu piston được vátmép, các phần chuyển tiếp giữa các bậc có độ dày khác nhau đều có phần bán kínhchuyển tiếp và góc lượn phù hợp để tránh tập trung ứng suất trên chi tiết trong quátrình làm việc và trong lúc tạo phôi bằng phương pháp đúc thì tránh được hiện tượngchi tiết bị nứt do nguội không đều và tập trung ứng suất bên trong

2.2 Xác định dạng sản xuất

Muốn xác định dạng sản xuất, trước hết ta phải xác định được sản lượng phảisản xuất hàng năm của chi tiết gia công.

Sản lượng sản xuất hàng năm của chi tiết được xác định theo công thức sau:

N=N1 m.(1+α +β

100 )

trong đó:

N1: số lượng sản phẩm cần chế tạo trong năm theo kế hoạch

m: số lượng chi tiết trong một sản phẩm

 = 5%: lượng sản phẩm dự phòng do sai hỏng khi tạo phôi gây ra

 = 6%: lượng sản phẩm dự trù cho hỏng hóc và phế phẩm trong quá trìnhgia công cơ

Vậy sản lượng piston phải sản xuất hàng năm là:

: khối lượng riêng của vật liệu chi tiết,  = (2,6  2,7) kg/dm3

V: thể tích của chi tiết, V  0,461 dm3

Thay vào công thức tính khối lượng chi tiết ta có:

Q=0, 461.2.8=1,29kg

Theo bảng 2.6 [1] ta có dạng sản xuất là dạng sản xuất loạt lớn

2.3 Chọn phôi và phương pháp tạo phôi

Căn cứ vào độ phức tạp của chi tiết ta thấy chỉ có thể tạo

phôi bằng phương pháp đúc là hợp lý vì phương pháp đúc có thể

tạo ra các loại phôi có hình dạng phức tạp

Vì chi tiết có yêu cầu về độ chính xác cao nên khi tạo phôi cũng cần phải tạophôi có độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học tương đối cao để tạo cơ sởcho các bước gia công cơ sau này Mặt khác vật liệu chi tiết là hợp kim nhôm silumin

có tính đúc tốt

Trịnh Thế Nam Lớp CTM6 – K44 - 16 -

Vì vậy chọn phôi là phôi đúc và phương pháp tạo phôi là đúc trong khuôn kimloại Vì chỉ khi đúc trong khuôn kim loại mới đảm bảo được độ chính xác về hìnhdáng hình học và độ chính xác về kích thước của phôi.

Phần lõi của phôi được chế tạo rời từng phần sau đó ghép lại khi tiến hành tạophôi Lõi đúc được chia làm nhiều phần

Sau khi đúc, ta phải rửa sạch chi tiết, cắt đậu ngót, đậu hơi, khử ứng suất, vàtăng cơ tính cho vật đúc bằng cách luộc trong dầu sôi từ 800  1000 C

Chương 3: Thiết kế qui trình công nghệ gia công 3.1 Phân tích chuẩn và định vị

Trong quá trình gia công cắt gọt, ta chọn chuẩn tinh thống nhất là mặt trụ 94

và mặt đầu 110 của piston để đảm bảo quá trình gia công đạt độ chính xác yêu cầu

và biến dạng phôi ít nhất

3.2 Lập tiến trình công nghệ gia công

Tiến trình công nghệ gia công chi tiết có rất nhiều phương án để gia công chitiết sau đây là hai phương án tiêu biểu:

Nguyê

2 Tiện thô 110, khoả đỉnh piston Tiện 110, rãnh xecmăng dầu và

xecmăng khí thứ 33

Tiện tinh 110, tiện rãnh xecmăng dầu và rãnh xecmăng khíthứ 3

Tiện đạt kích thước 109,7 và hai rãnh xecmăng khí đầu tiên

4 Tiện đạt kích thước 109,7 và hai

rãnh xecmăng khí

Tiện đạt kích thước 109,5 và rãnh ngăn nhiệt

5 Tiện đạt kích thước 109,5 và

6 Tiện đạt kích thước 109 Phay mặt đầu một bên lỗ ắc

7 Khoét thô, tinh lỗ ắc Phay mặt đầu bên lỗ ắc còn lại

8 Phay một bên mặt đầu lỗ ắc Khoét thô, tinh lỗ ắc

9 Phay mặt đầu lỗ ắc còn lại Doa thô lỗ ắc

11 Tiện một bên rãnh vòng hãm Tiện bên rãnh vòng hãm còn lại

12 Tiện bên rãnh vòng hãm còn lại Khoan 16 lỗ thoát dầu

13 Khoan 16 lỗ thoát dầu Khoan 10 lỗ thoát dầu

14 Khoan 10 lỗ thoát dầu Khoả đỉnh piston

16 Kiểm tra và sửa trọng lượng pison Kiểm tra và sửa trọng lượng pison

Phương án 1 và phương án 2 đều có thể đảm bảo được độ vuông góc của rãnhxecmăng và các bậc đường kính gia công khi gia công nhưng ở phương án 1 thì khoả

mặt đỉnh piston trước thì khi gia công các rãnh xecmăng thì đảm bảo được khoảngcách từ đỉnh piston đến các rãnh xecmăng thì đảm bảo được thể tích buồng đốt củađộng cơ khi làm việc hơn là phương án 2 khi gia công đỉnh piston sau khi gia côngcác rãnh xecmăng thì khoảng cách giữa đỉnh piston và các rãnh xecmăng không đảmbảo bằng ở phương án một, mặt khác ở phương án 2 khi gia công mặt đầu lỗ ắc ở bậcđịnh vị chống xoay cho chi tiết thì ở hai nguyên công phay mặt đầu lỗ ắc phải định vịvào bề mặt chuẩn thô là lỗ ắc chưa gia công hai lần là không hợp lý.

Vậy tiến trình công nghệ ta chọn phương án 1 là hợp lý

3.3 Tính lượng dư gia công cho bề mặt lỗ ắc

Phôi có dạng phôi đúc cấp chính xác II, khối lượng 1,29 Kg Tiến trình côngnghệ gia công lỗ ắc 45 gồm bốn bước: khoét thô, khoét tinh, doa thô, doa tinh

Chất lượng bề mặt phôi: cấp chính xác 1214 tra bảng 3.2 [1] ta có RZ = 200

2

)

trong đó:

i là bước công nghệ đang thực hiện;

i-1 là bước công nghệ sát trước;

 là sai số không gian;

Rz, Ta là chiều cao nhấp nhô tế vi và chiều sâu lớp khuyết tật do bướccắt sát trước để lại

Sai số không gian tổng cộng là:

l: chiều dài lỗ gia công, l = 94.

d: đường kính lỗ gia công, d = 45

Theo bảng 3.7 [1] ta có k = 0,8

ρ cv=√(0,8.45)2+(0,8 94)2=83,337 μmm

Bước khoét thô: để thực hiện bước này trước hết người ta phải gia công mặtđầu 110 và mặt trụ 94 để dùng làm chuẩn Để khống chế bậc tự do chống xoaycủa chi tiết người ta định vị vào mặt thô của vấu lỗ ắc Vậy độ lệch khuôn ở bước nàyđược tính theo công thức sau:

ρ lk=√ρ Φ1102 +ρ Φ 942 +ρ2phΦ 45

Khi gia công các mặt chuẩn 110 và 94 thì người ta định vị vào mặt thô bêntrong của piston Vậy sai số vị trí của mặt chuẩn 110 và 94 được tính theo côngthức sau:

ρ Φ110=ρ ph+ρ110

2

ρ Φ 94=ρ ph+ρ94

2Các mặt chuẩn 94 và 110 đều qua các bước công nghệ tiện thô và tiện tinh.Theo bảng 3.5 [1] với mặt trụ 94 ta có Rz =20 m, Ta = 25 m

Theo bảng 3.4 [1] với mặt đầu 110 ta có Rz =20 m, Ta = 30 m

ph(45) = 460 m

Với bước khoét thô độ lệch khuôn được tính theo công thức sau:

ρ lk=√ρ Φ1102 +ρ Φ 942 +ρ2phΦ 45

- Xác định sai số không gian còn sót lại.

+ Sai số không gian còn sót lại sau khoét thô là:

Vậy lượng dư gia công tối thiểu Zmin ở các bước công nghệ như sau:

- Ở bước khoét thô: 2Z imin=2(R zi−1+T i−1+√ρ

Theo bảng 3.5 [1] ta có chất lượng bề mặt sau khoét thô là: Rz = 50 m; Ta =

50 m Vậy ta có: lượng dư tối thiểu ở bước khoét tinh là:

Theo bảng 3.5 [1] ta có chất lượng bề mặt sau khoét tinh là: Rz = 30 m; Ta =

40 m Vậy ta có: lượng dư tối thiểu ở bước doa thô là:

2Z imin =2 ( 30+40+ √ 0,0079 2 +0,0023 2 ) =140,017 μmm

- Ở bước doa tinh: 2Z imin=2(R zi−1+T i−1)

Theo bảng 3.5 [1] ta có chất lượng bề mặt sau doa thô là: Rz = 50 m; Ta = 50

m Vậy ta có: lượng dư tối thiểu ở bước doa tinh là:

2Zimin=2 ( 10+25 ) =70 μmm

*Cột kích thước tính toán ta điền từ ô cuối cùng giá trị lớn nhất của kích thước theo bản vẽ Dt = 45,025 Các ô tiếp theo có giá trị bằng kích thước tính toán của bướctiếp sau trừ đi lượng dư tối thiểu

*Dung sai của các bước tra theo bảng 2.8 [3] ta có:

phôi = 390 m ; khoét thô = 160 m ; khoét tinh = 100 m; doa thô = 62 m; phôi = 25

m

*Cột kích thước giới hạn Dmax nhận được bằng cách làm tròn kích thước tính toán đến con số có nghĩa của dung sai bước tương ứng theo chiều giảm, còn Dmin nhận được bằng cách lấy hiệu của Dmax với dung sai của bước tương ứng

Bước doa tinh: Dmax = 45,025; Dmin = 45,025 – 0,025 = 45 mm

Bước doa thô: Dmax = 44,955; Dmin = 44,955 – 0,062 = 44,893 mm

Bước khoét tinh: Dmax = 44,815; Dmin = 44,815 – 0,140 = 44,715 mm

Bước khoét thô: Dmax = 44,612; Dmin = 44,612– 0,203 = 44,452 mm

Phôi: Dmax = 44,451; Dmin = 44,451 – 1,660 = 43,061 mm

*Cột lượng dư nhỏ nhất giới hạn Zgh min và lượng dư giới hạn Z gh max được tính như sau:

Zgh mini = Dmax i - Dmax i-1

Zgh maxi = Dmin i - Dmin i-1

Bước doa tinh: Zgh min = 45,025 – 44,905 = 70 m.

Lượng dư tổng cộng Z0min và Z0max bằng tổng các lượng dư trung gian và được

ghi ở dưới các cột tương ứng:

tinh 30 40 582 0,472 203,302 44,815 100 44,715 44,815 203 263Doa thô 10 25 0,008 0,0024 140,017 44,955 62 44,893 44,955 140 178 Doa

Kiểm tra: phôi - doa tinh = 390 – 25 = 365

Zmax - Zmin = 1939 – 1574 = 365

Lượng dư gia công cho các bề mặt khác tra bảng 1.64 [2] ta có lượng dư một

phía của bề mặt trụ 2 mm; đối với mặt đỉnh piston để tránh hiện tượng rỗ co và đậu

ngót thì ta tăng lượng dư lên là 4 mm

3.4 Thiết kế sơ bộ nguyên công.

3.4.1 Nguyên công 1: Gia công tạo chuẩn

Trong nguyên công này ta gia công các bề mặt dùng làm chuẩn tinh thống nhấtcho các nguyên công sau, các bề mặt chọn làm chuẩn tinh thống nhất là mặt đáy vàmặt trụ trong 94, đồng thời ta vát mép một đầu piston ngay ở nguyên công này.

3.4.1.1 Chọn máy, chọn dụng cụ đo, dụng cụ cắt, quyết định phương án và sơ

đồ gá đặt

Chọn máy ở nguyên công này là máy 16K20

Chọn dụng cụ đo là thước cặp để đo đường kính trong và thước cặp đo chiềudài có sai số cho phép là 0,05 mm và khoảng kích thước giới hạn đo là 170 mm

3.4.1.2 Quyết định phương án và sơ đồ gá đặt

Trong nguyên công này để đảm bảo lượng dư phân phối đều và để đảm bảo độchính xác tương quan giữa các bề mặt gia công và các bề mặt không gia công thì tachọn mặt chuẩn định vị ở nguyên công này là mặt trong của piston

3.4.1.3 Lượng dư gia công

Lượng dư ở nguyên công này không phải tính nên tra theo bảng 3.117 [3] ta cólượng dư của mặt đầu là Z = 2mm, lượng dư của mặt trụ trong 94 là 2Z = 4mm

3.4.1.4 Tính chế độ cắt

Nguyên công này gồm các bước sau:

Tiện thô mặt đầu 110

Tiện tinh mặt đầu 110

Tiện thô mặt đầu 110: t = 1,5 mm.

Tiện tinh mặt đầu 110: t = 0,5 mm

Tiện thô mặt trụ 94: t = 1,5 mm

Tiện tinh mặt trụ 94: t = 0,5 mm

3.3.1.4.1 Tính chế độ cắt cho bước khoả thô mặt đầu 110

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,7  1,0 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 0,8 mm/v

Thay vào công thức tốc độ cắt ta có:

- Thời gian nguyên công:

Thời gian nguyên công được tính theo công thức sau:

T ng=T cb+T ph+T phv+T k

trong đó:

Tng: thời gian nguyên công

Tcb: thời gian cơ bản.

Tph: thời gian phụ, Tph = 10%Tcb

Tphv: thời gian phục vụ chỗ làm việc gồm: thời gian phục vụ kỹ thuật (Tpvkt) để thay đổi dụng cụ, sửa đá (Tpvkt = 8%Tcb); thời gian phục vụ tổ chức (Tpvtc) để tra dầu cho máy, thu dọn chỗ làm việc, bàn dao ca (Tpvtc = 3%Tcb)

Tk: thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân (Ttn = 5%T0)

T ng=T cb+0,1.Tcb+0,11Tcb+0,05Tcb=1,26T cb

Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,07 = 0,088 ph

3.4.1.4.2 Tính chế độ cắt cho bước khoả tinh mặt đầu 110

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,2  0,3 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 0,2 mm/v

kuv là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt, theo bảng 5.6 [4]

- Thời gian nguyên công: Tng

Theo như bước trên ta có: Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,13 = 0,164 ph

3.4.1.4.3 Chế độ cắt cho bước tiện vát mép piston

Ở bước này ta dùng luôn dao và chế độ cắt của bước tiện mặt đầu 110 để vátmép nhưng với bước tiến dao được điều chỉnh bằng tay

Ta có chế độ cắt ở bước này là: t = 5 mm; n = 500 v/ph; V = 172,788 m/ph

3.4.1.4.4 Tính chế độ cắt cho bước tiện thô mặt trụ 94

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,6  0,8 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 0,8 mm/v

- Thời gian nguyên công: Tng.

Theo như bước trên ta có: Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,073 = 0,092 ph

3.4.1.4.5 Tính chế độ cắt cho bước tiện tinh mặt trụ 94

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

L bd=L c+L1

Theo bảng 5.3 [1] ta có: L1 = 3 mm

Theo sơ đồ nguyên công ta có Lc = 15,5 mm

Vậy Lbd = 15,5 + 3 = 18,5 mm.

- Chiều sâu cắt: t = 0,5 mm

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,1  0,2 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 0,125 mm/v

Lực cắt được tính theo công thức:

- Thời gian nguyên công: Tng

Tương tự như bước trên ta có: Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,185 = 0,233 ph

Trong nguyên công này công suất cắt lớn nhất là Nc = 0,733 kW ở bước khoảthô mặt đầu 110 Ta có: Nm. = 10.0,8 = 8 kW

Ta thấy Nc < Nm., vậy máy đảm bảo đủ công suất gia công

3.4.2 Nguyên công 2: Tiện thô 110 và khoả đỉnh piston.

- Chọn máy: chọn máy gia công ở nguyên công này là máy 16K20

- Dụng cụ đo: chọn dụng cụ đo là thước cặp để đo đường kính ngoài và thướccặp đo chiều dài có sai số cho phép là 0,05 mm và kích thước giới hạn đo là 170 mm

- Dụng cụ cắt: Chọn dao ở nguyên công này là dao thép gió P18, theo bảng 4.4[3] chọn dao là dao tiện ngoài thân cong trái có các kích thước cơ bản là:

Khoả thô mặt đỉnh piston

Khoả tinh mặt đỉnh piston

Vát mép piston

3.4.2.4.1 Tính chế độ cắt cho bước tiện thô 110

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,7  1,0 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 1,0 mm/v

kMV là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tính cơ lý của hợp kim nhôm, theobảng 5.4 [4] ta có kMV = 0,8.

knv là hệ số phụ thuộc vào tình trạng bề mặt phôi, theo bảng 5.5 [4] ta có: knv = 1,0

kuv là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt, theo bảng 5.6[4] ta có: kuv = 1,0

- Thời gian nguyên công: Tng

Tương tự như trên ta có: Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,843 = 1,062 ph

3.4.2.4.2 Tính chế độ cắt cho bước khoả thô đỉnh piston

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

Theo sơ đồ nguyên công ta có L c=

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,7  1,0 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 1,0 mm/v

kuv là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt, theo bảng5.6 [4] ta có: kuv = 1,0.

- Thời gian nguyên công: Tng

Tương tự ta có: Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,315 = 0,397 ph.

3.4.2.4.3 Tính chế độ cắt cho bước khoả tinh đỉnh piston

- Chiều dài dịch chuyển của bàn dao công tác Lbd:

Theo sơ đồ nguyên công ta có L c=

D

2=

111

2 =55 , 5 mmVậy Lbd = 55,5 + 4,5 + 3 = 63 mm

- Chiều sâu cắt: t = 0,5 mm

- Lượng chạy dao của bàn dao:

Theo bảng 5.75 [4] ta có lượng chạy dao của bàn dao là: S = 0,2  0,3 mm/v.Chọn theo lý lịch máy ta có lượng chạy dao ở bước này là: S = 0,2 mm/v

- Thời gian nguyên công: Tng

Tương tự ta có: Tng = 1,26.Tcb = 1,26.0,60 = 0,756 ph

Trong nguyên công này công suất cắt lớn nhất là Nc = 1,617 kW ở bước khoảthô mặt đầu 110 Ta có: Nm. = 10.0,8 = 8 kW

Ta thấy Nc < Nm., vậy máy đảm bảo đủ công suất gia công

3.4.2.4.4 Chế độ cắt cho bước tiện vát mép piston

Ở bước này ta dùng luôn dao và chế độ cắt của bước tiện mặt đầu 110 để vátmép nhưng với bước tiến dao được điều chỉnh bằng tay.

- Chọn máy: chọn máy gia công ở nguyên công này là máy 16K20

- Dụng cụ đo: chọn dụng cụ đo là thước cặp để đo đường kính ngoài và thướccặp đo chiều dài có sai số cho phép là 0,05 mm và kích thước giới hạn đo là 170 mm

Tiện thô rãnh xecmăng dầu

Tiện tinh rãnh xecmăng dầu

Tiện thô rãnh xecmăng khí

Tiện tinh rãnh xecmăng khí