Đồ án nhíp oto và dao cắt

Đồ án cung cấp kiến thức về cấu tạo chi tiết,môi trường làm việc từ đó suy ra yêu cầu cơ tính. thiết kế quy trình sản xuất và quy trình nhiệt luyện cho chi tiết dao cắt và nhíp oto. Với sản lượng được cho trước đề xuất quy trình sao cho phù hợp và năng suất cao

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, theo thời đại mang lại những lợi ích cho con người về vật chất và tinh thần Xã hội đang hướng đến mục tiêu “côngnghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước” nhằm phục vụ cho nền công nghiệp hiện nay, ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị, công cụ cho các ngành kinh tế quốc dân Để phục vụ cho nền kinh tế phát triễn hiện nay chúng ta cần đẩy mạnh đội ngủ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao về tất

cả các lĩnh vực công nghiệp, đồng thời phải đáp ứng được những kỹ thuật tiên liến công nghệ tự động trong sản xuất cơ khí và cần đến các vật liệu có tính đa dạng với chất lượng ngày càng cao

Công nghệ nhiệt luyện là công nghệ làm thay đổi tính chất của vật liệu bằng cách thay đổi cấu trúc của vật liệu thông qua việc xử lý nhiệt Đặc biệt là trong cơ khí chế tạo máy, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần thiết như độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai, khảnăng chống mài mòn và chống ăn mòn… mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu Do đó có thể nói, nhiệt luyện là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng sản phẩm cơ khí

Hiện nay, nhà nước đang có chủ trương nội địa hoá các thiết bị sản xuất máy móc trong công nghiệp, các chi tiết đều đòi hỏi yêu cầu về cơ tính và chất lượng Để nâng cao chất lượng cho các chi tiết này thì nhiệt luyện là một quá trình không thể thiếu trong quy trình sản xuất Nhiệt luyện quyết định đến tuổi thọ của các sản phẩm Thông qua nhiệt luyện các chi tiết sẽ có tuổi thọ làm việc cao hơn, tiết kiệm cho kinh

tế sản xuất

Vị trí của nhiệt luyện trong dây truyền sản xuất cơ khí nhiệt luyện cũng có thể

là một nguyên công sơ bộ cho một nguyên công khác, cũng có thể là nguyên công cuối cùng trong dây truyền sản xuất cơ khí để nâng cao chất lượng sản phẩm, không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học kỹ thuật của mỗi quốc gia Nhưng muốn nhiệt luyện tốt các chi tiết để từ đó nâng cao chất lượng và hạ giá thành của sản phẩm thì công việc thiết kế xưởng nhiệt luyện phù hợp với quy trình nhiệt luyện cho các chi tiết đóng vai trò hết sức quan trọng

Tính toán đồ án môn học là một nội dung không thể thiếu trong quá trình đào tạo kỹ sư nhằm cung cấp kiến thức cơ bản cũng như kiến thức chuyên ngành giúp mỗisinh vinh có thêm kiến thức gần với thực tế sản xuất, là cơ sở đễ mỗi sinh viên tự hoàn thiện thêm những kiến thức đã học

Đồ án môn học “Thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện” với mục đích lập quy trình nhiệt luyện và lựa chọn thiết bị, nội dung tính toán bao gồm: Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết, tổng quan về vật liệu đã chọn, cơ sở lý thuyết về quy trình nhiệt luyện, tính toán lựa chọn thiết bị Đây là những nội dung tính toán và lựa chọn để lập những quy trình cụ thể cho chi tiết được giao với sản lượng cho trước.

Các quy trình nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có đủ các chỉ tiêu về độ bền, độ cứng cũng như các chỉ tiêu về độ dẻo dai, tính chống mài mòn chi tiết làm việc tốt trong các điều kiện cụ thể, trong khi lựa chọn vật lệu không lãng phí

Để giải quyết được các vấn đề trên người thiết kế phải vận dụng kiến thức tổnghợp các môn học như: tính toán kỹ thuật nhiệt luyện, thiết bị và thiết kế xưởng nhiệt luyện, tra cứu sổ tay nhiệt luyện và một số tài liệu chuyên ngành khác

Trong quá trình làm đồ án thiết kế xưởng, mặc dù đã cố gắng tìm tòi nghiên cứu các tài liệu và các ý kiến của thầy cô, bạn bè, xong không tránh khỏi những sai sót Vì vậy chúng em rất mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án thiết kế này được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo thuộc bộ môn Vật liệu học xử lý nhiệt và bề mặt đặc biệt là thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án trên

Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nhóm sinh viên thực hiện

Contents

1.1 Nhíp ô tô 5

1.1.1 Giới thiệu chung 5

1.1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính 6

1.1.3 Lựa chọn vật liệu 7

1.2 Dao phay tốc độ cao 10

1.2.1 Giới thiệu 11

1.2.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính 11

1.2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo 12

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ NHIỆT LUYỆN 14

2.1 Nhíp ô tô 14

2.1.1 Quy trình chế tạo 14

2.1.2 Nhiệt Luyện 15

2.2 Quy trình chế tạo dao phay tốc độ cao 16

2.2.1 Chế độ nhiệt luyện sơ bộ 16

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT LUYỆN 19

3.1 Nhíp ô tô 19

3.1.1 Lựa chọn sơ bộ thiết bị lò 19

3.1.2 Tính toán quá trình tôi 19

3.1.3 Tính toán thời gian ram 27

3.2 Dao phay tốc độ cao 30

3.2.1.Tính toán quá trình nung tôi 30

3.2.1.1 Thời gian nung 30

3.2.2 Tính toán quá trình ram 34

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ 38

4.1 Thiết bị dùng cho quá trình nhiệt luyện nhíp ô tô 38

4.1.1 Lò tôi 38

4.1.2 Lò ram 39

4.1.3 Bể làm nguội 40

4.2 Thiết bị dùng cho quá trình nhiệt luyện dao phay tốc độ cao 41

4.2.1 Lò tôi 41

4.2.2 Lò ram 42

4.2.3 Đồ gá 42

4.3 Thiết bị phụ 43

4.3.1 Xe nâng vận chuyển 43

4.3.2 Máy đo độ cứng cầm tay 44

4.3.3 Máy đo độ cứng 45

4.3.4 Cần trục 46

4.3.5 Kính hiển vi quang học và phần mềm phân tích ảnh 46

4.3.6 Kẹp gắp mẫu 47

4.3.7 Thiết bị bảo hộ 47

4.3.8 Quần áo bảo hộ: 48

4.3.9 Mũ bảo hộ: Thương hiệu : 3M – Mỹ 48

4.3.10 Thiết bị phòng cháy, chữa cháy 48

4.3.11 Bình chứa nitơ lỏng XL45 49

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ MẶT BẰNG XƯỞNG 49

5.1 Yêu cầu trong việc sắp xếp bố trí thiết bị và các khu vực trong nhà xưởng 49

5.1.1 Yêu cầu đối với bộ phận sản xuất 49

5.1.2 Yêu cầu đối với bộ phận kiểm tra sản xuất 49

5.1.3 Yêu cầu đối với khu vực sinh hoạt 49

5.1.4 Yêu cầu đối với nhà kho 50

5.1.5 Yêu cầu đối với cửa và đường đi 50

5.2 Chọn địa điểm, vị trí, hướng và kiểu nhà xưởng 50

5.2.1 Địa điểm vị trí 50

5.2.2 Hướng 50

5.2.3 Kiểu nhà xưởng 50

5.2.4 Yêu cầu trong việc sắp xếp, bố trí và các khu vực trong nhà xưởng 50

5.3 Thiết kế mặt bằng xưởng 51

5.3.1 Tiêu chuẩn diện tích cho các thiết bị 51

5.3.2 Kết cấu nhà xưởng 51

5.3.3 Thiết kế mặt cắt ngang: 51

5.3.4 Chọn kết cấu bao che 51

5.3.6 Chọn móng nhà 52

5.3.7 Cửa mái 52

5.3.8 Thiết kế mặt bằng xưởng 52

5.4 Thiết kế lưới điện 53

5.4.1 Lưới điện 3 pha 53

5.4.2 Lưới điện dân dụng 53

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CHI PHÍ SẢN XUẤT 53

6.1 Điện tiêu thụ cho nhiệt luyện 53

6.2 Tiền khấu hao thiết bị 55

6.2.1 Tính toán cho bộ nhíp 55

6.2.2 Tính toán cho dao phay ngón 55

6.3 Tiền lương của người lao động 55

6.4 Chi phí điện sinh hoạt và tiền dầu 56

CHƯƠNG 7: AN TOÀN LAO ĐỘNG 57

7.1 An toàn lao động chung 57

7.1.1 Thông gió 57

7.1.2 Chiếu sáng 57

7.1.3 Phòng cháy chữa cháy 57

7.2 Biện pháp đề phòng và chống tai nạn xảy ra khi nhiệt luyện 58

7.2.1 Chống độc hại 58

7.2.2 Phòng chống bỏng 58

7.2.3 Phòng tai nạn về mắt 58

7.2.4 Phòng chống điện giật 58

7.2.5 Quy tắc an toàn tập thể 59

7.3 An toàn lao động khi làm việc ở các thiết bị 59

Tài liệu tham khảo 60

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÍP Ô TÔ VÀ DAO CẮT

1.1 Nhíp ô tô

1.1.1 Giới thiệu chung

Nhíp ôtô là bộ phận giảm xóc cho ô tô gồm các tấm thép được ghép lại Toàn

bộ tải trọng phần trên của xe được đặt lên khung nhờ các nhíp này Bộ phận nhíp, nhờ có tính đàn hồi tốt nên giảm được chấn động lên phần trên của xe (nhất là khi

đi trên đoạn đường gồ ghề) Đồng thời, nhíp cũng phải chịu ứng suất chu kì Chốt nhíp có tác dụng trượt qua lại Hai đầu chốt được gắn trên giá và xoay được

Nhíp được làm bằng các lò xo uốn cong được gọi là ”lá nhíp “, các lá này xếpchồng lên nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài, tập lá nhíp này được gắn với nhau bằngmột bu lông hay đinh tán ở giữa Hai đầu lá nhíp dài nhất được uốn cong để ghép với khung xe Chức năng là cơ cấu dẫn hướng: truyền lực dọc, lực ngang và cả lực bên và một phần làm chức năng giảm chấn nhờ sự ma sát giữa các lá nhíp, ma sát trong các khớp cao su với nhau nghĩa là thực hiện toàn bộ chức năng của một hệ thống treo

Hình 1.1.1 Hình ảnh lá nhíp

Quy trình chế tạo nhíp ô tô tải trọng thường có các thông số như sau :

- Chiều dài của bộ nhíp: 775mm (khi đã uốn cong)

- Chiều rộng của bộ nhíp: 76,2mm

- Bao gồm 6 lá nhíp, chịu tải trọng 2721,5kg

- Chiều rộng của bộ nhíp là 61,11mm, vậy mỗi lá nhíp dày 10mm, bỏ qua các khe

hở giữa các lá nhíp

1.1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính

- Điều kiện làm việc

Nhíp ô tô làm việc trong điều kiện :

Nhíp ô tô chịu tải trọng tĩnh lớn vì chịu toàn bộ tải trọng của xe, trong quá tình làm việc, nhíp chịu tải tuần hoàn hay chịu va đập mạnh nhưng không cho phép biến dạng dư- được thể hiện trong hình 1.1.2a và 1.1.2b

Hình:1.1.2aKhi xe chuyển động còn xuất hiện lực đổi đấu do mặt đường không bằng phẳng,nhíp

là bộ phận giảm xóc chính của xe Nó có thể chịu lực xoắn khi tăng tốc và phanh

Hình 1.1.2b

-Yêu cầu cơ tính

Vì có ma sát giữa các lá nhíp nên nhíp khó hấp thu các rung động nhỏ từ mặt đường Bởi vậy nhíp thường được sử dụng cho các xe cỡ lớn, vận chuyển tải trọng nặng, nên cần chú trọng đến độ bền hơn

Giới hạn đàn hồi phải cao, nhíp không cho phép bị biến dạng dẻo trong quá trình làm việc Ở đây ta cần quan tâm tới chủ yếu tỉ lệ σdh/σb gần 1 càng tốt,thường trong khoảng 0,85÷0,95

Trong quá trình làm việc, nhíp phải chịu tải trọng tĩnh không được phép biến dạng dẻo, làm việc trong giới hạn đàn hồi, vì vậy giới hạn đàn hồi và modun đàn hồi của nhíp phải cao Độ cứng của nhíp yêu cầu trong quá trình làm việc trong khoảng HRC: 40÷45 là thích hợp Giới hạn mỏi phải cao để thích ứng với điều kiện

có tải trọng thay đổi thay chu kì (mặt đường luôn không bằng phẳng tuyệt đối)

1.1.3 Lựa chọn vật liệu

Chi tiết chúng ta cần gia công lá nhíp ô tô thuộc loại vật liệu đàn hồi do vậy hàm lượng C= (0,550,65)% Ta cần phải chọn ở khoảng này vì :

Hàm lượng các bon mà có %C<0,55 thì nếu ta có gia công và nhiệt luyện tôi

và ram trung bình thì giới hạn đàn hồi không đạt yêu cầu Lúc này độ cứng sẽ thấp, độ dẻo dai lớn do vậy không phù hợp với yêu cầu làm việc của tiết máy.Hàm lượng các bon mà cao tức %C>0,7 thì sau khi tôi và ram trung bình chitiết sẽ cứng, giòn, nên cũng không phù hợp

Chi tiết sau gia công, chế tạo cần có độ đàn hồi, độ cứng cao với yêu cầu này nên chọn Mn,Si Hai nguyên tố này làm tăng rất mạnh độ cứng (độ bền) song cũng làm giảm mạnh độ dai (độ dẻo) chúng ta cũng không được chọn hàm lượng chúng quá lớn vì nếu quá lớn sẽ gây ra cho chi tiết quá cứng và giòn Qua phân tích trên

có các mác thép đàn hồi để sử dụng làm nhíp như sau: C60, C70, 65Mn, 60Si2, 50CrMn, 60Si2CrA, 60Si2Ni2A… ta lựa chọn mác 60Si2CrA làm nhíp ô tô tải trọng 3 tấn vì tính thông dụng cũng như giá thành phù hợp của mác thép trên.Trong bảng 1.1.1 là thành phần hóa học và bảng 1.1.2 là các chỉ tiêu cơ tính của mác thép 60Si2CrA theo tiêu chuẩn Việt Nam

Bảng 1.1.1.Thành phần hóa học của mác thép 60Si2CrA (Sổ tay nhiệt luyện –Tr144)

Độ dai vađập, ak[kJ/m2]

Độ cứng[HRC]

Độ giãn dài Độ co thắtδ

[ %]

Ψ[%]

 Vai trò của các nguyên tố hợp kim trong thép:

- Cacbon: Trong thép cacbon là nguyên tố quan trọng nhất (không kể sắt) Tổ chức và tính chất của thép chủ yếu do cacbon quyết định Cacbon tồn tại trong thép dưới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể sắt và dạng liên kết trong hợp chất Fe3C (xementit) Các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độ bền thấp, pha xêmentit là pha cứng và giòn Sự kết hợp pha này sẽ cho các tổ

Khi hàm lượng cacbon tăng lên, độ bền, độ cứng tăng theo, độ dẻo, độ dai giảm đi Độ bền tăng lên đến cực đại vào khoảng 0,81,0% C và sau đó nếu tăng tiếp hàm lượng cacbon thì độ bền sẽ giảm xuống Một cách định lượng, cứ tăng 0,1% C, độ cứng tăng khoảng 2025 HB, độ bền tăng khoảng 6080 MPa,

độ dãn dài tương đối và độ co thắt tỷ đối giảm lần lượt là 24% và 15%, độ dai va đập giảm 200kJ/m2 Do đó thép 60Si2CrA có hàm lượng cacbon trong khoảng 0,6% sau khi áp dụng các công nghệ phù hợp sẽ đảm bảo được độ cứng,tính đàn hồi thích hợp điều kiện làm việc thay đổi theo chu kì

- Mangan: Mangan còn làm tăng mạnh độ thấm tôi của thép với hệ số 3,8 Tuy nhiên lượng mangan trong thép chỉ trong khoảng 0,5-0,8% nên ảnh hưởng của

nó đến cơ tính là không đáng kể Chủ yếu là giảm lượng FeO và tác hại của lưu huỳnh khi nấu luyện Chú ý khi nung mangan có thể gây lớn hạt

- Silic:Si làm tăng nhanh độ bền độ cứng của thép,đường ảnh hưởng của hàm lượng Si dến độ cứng gần như tuyến tính Hàm lượng Si > 3,5%, Si làm tăng

HB ít hơn Mn Hàm lượng Si >2% độ dai va đập gần như không đổi Ngoài ra

Si còn làm tăng độ thấm tôi, nâng cao tính cứng nóng trong thép

Với mác thép này hàm lượng Silic và Mangan có tác dụng chính là nâng cao giới hạn đàn hồi và giới hạn mỏi cho vật liệu

- Crom: Cr tăng tính thấm tôi (tăng bền, tăng khả năng chống mài mòn,tăng tính cứng nóng, tăng cơ tính tổng hợp , cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt

độ cao Ngoài ra Crom còn tăng mạnh tính oxy hóa do tạo Cr2O3 rất bền)

- Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất có hại: P, S.P gây thép có hiện tượng bở nguội và S gây thép có hiện tượng giòn nóng, do đó cần hạn chế lượng tạp chất này tối đa trong thép, hàm lượng P,S < 0,035%

Bảng 1.1.3 Bảng các mác thép tương đươngTiêu

chuẩn

Mácthép

Thành phần %

(Việt

Nam)

60Si2CrA

0.56 0.64 1.4-1.8

-0.70 0.9-1.2

0.40-P<0,03S<0,03GBT

(Trung

Quốc)

60Si2CrA

0.56 0.64 1.4-1.8

-0.70 0.9-1.2

0.40-P<0,03S<0,03ΓOCT

(Nga ) 60C2XA

0.56 0.64 1.4-1.8

-0.70 0.7-1.0

0.40-P<0,03S<0,03JIS

(Nhật) SUP 12

0.59 1.2-1.6

0.52-0.9 0.6-0.9

0.6-P<0,03S<0,03UNS

(Mỹ)

G92540

0.52-0.59 1.2-1.6

0.9 0.6-0.9

0.6-P<0,03S<0,03

Trong trường hợp không có các loại thép trên ta có thể sử dụng mác 60Si2CrVA hoặc

mác 60Si2Ni2A làm mác thép thay thế Thành phần hóa học của mác thép 60Si2CrVA

và 60Si2Ni2A được cho trong bảng 1.1.4-Sổ tay tra cứu thép gang thông dụng

Bảng 1.1.4 Thành phần hóa học của mác thép 60Si2CrVA và 60Si2Ni2A

S≤0.03

1.2 Dao phay tốc độ cao

1.2.1 Giới thiệu

Hình 1.2.1 Hình ảnh dao phay tốc độ cao

Trong các nhà máy cơ khí, cắt gọt là nguyên công có khối lượng lớn hơn cả,tiêu phí nhiều năng lượng, máy móc, nhân công và chiếm tỷ lệ cao trong giá thành sản phẩm Do đó tạo ra các dụng cụ cắt có thể cắt gọt với tốc độ cao (năng suất cao )

là yêu cầu thường xuyên ( Hình 1.2.1 là hình ảnh của chiếc dao phay cắt tốc độ cao)

1.2.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính

1.2.2.1 Điều kiện làm việc

Các loại dao làm việc trong điều kiện tiện, phay, bào, doa… tuy có những nét khác biệt song về cơ bản là giống nhau

-Dao phay có lưỡi cắt chịu áp lực rất lớn để tạo công cơ học phá huỷ để tách kim loại -Dao phay làm việc trong điều kiện chịu ma sát mạnh với phoi để biến dạng và bẻ gãyphoi

-Dao phay làm việc với tốc độ cao và năng xuất làm việc lớn

1.2.2.2.Yêu cầu cơ tính

Dựa vào điều kiện làm việc của dao phay tốc độ cao vì vậy dao phay phải có các yêu cầu cơ tính sau đây để đảm bảo điều kiện làm việc

- Dao phải có độ cứng cao hơn hẳn phôi, yêu cầu phải có độ cứng HRC > 60

-Dao phải có tính chống mài mòn cao để chống tạo thành rãnh lõm ,yêu cầu này đặc biệt quan trọng đối với trường hợp gia công chính xác

-Tính cứng nóng cao ,khi cắt gọt với tốc độ cao,dao bị nóng lên song vẫn giữ được tổchức mactenxit với độ cao (HRC>60 ) đủ để cắt Khác với độ cứng,tính cứng nóng được xác định bằng nhiệt độ ram cao nhất mà ở đó độ cứng của thép vẫn còn cao tới

58 HRC

Ngoài ba yêu cầu chính đó ra thép làm dụng cụ cắt phải thỏa mãn các yêu cầu khác :

Độ bền ( uốn khi tiện ,xoắn khi khoan nhờ kết hợp với thiết kế ), độ dai đảm bảo (tuy không yêu cầu cao để tránh mẻ ,gãy lưỡi cắt )

1.2.3 Lựa chọn vật liệu chế tạo

Vật liệu để chế tạo dao :

Dựa vào các yêu cầu về cơ tính của dao phay tốc độ cao thì vật liệu được lựa chọn phù hợp để chế tạo dao phay tốc độ cao là thép gió Thép gió có tính cắt tốt, nó

có độ cứng không cao hơn các loại thép chế tạo dao thông thường khác Đặc biệt thép gió có tính cứng nóng rất cao khoảng 630 6500C, có thể cắt với tốc độ ≥40/m.Tính chống mài mòn và tuổi bền cao (8-10 lần ) Tính chống mài mòn cao, do chúng chứa coban và có > 2 % vanadi

TCVN

-0,8

17,0-18,5

1,00

3,80-4,40

1,00-1,40

0,5 80W18Cr4V

Bảng 1.2.1 Thành phần hóa học (%) của các mác thép gió thường gặp

 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim

Hàm lượng cacbon cao biến đổi từ ( 0,7-1,5 % ) đủ để hòa tan vào mactenxit và tạo thành cabit với các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh là W ,Mo và đặc biệt V Khi thêm 1% V phải đưa thêm 0,1-0,15 % vào thép Cả hai tác dụng đó làm cho thép gió cứng nóng và làm tăng mạnh tính chống mài mòn

- Crom : Có trong mọi loại thép gió với hàm lượng giống nhau có tác dụng làm tăng mạnh tính thấm tôi

- Vonfram : Là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất không những có tỷ lệ cao nhất la nguyên tố tạo tính cứng nóng cho thép do tạo thành cacbit mạnh và ở kiểu mạng phức tạp nên khó bị phân hủy ở nhiệt độ cao

- Molipden : Được dùng thay thế vonfram đắt lại có tỷ lệ quá cao

- Vanadi : Là nguyên tố tạo cacbit mạnh VC rất ít hòa tan vào ausetenit khi nung , trong thép ở dạng phần tử cứng, phân tán làm tăng tính chống mài mòn

và giữ cho hạt nhỏ khi tôi

- Coban : Không tạo thành cacbit nhưng khi lượng coban vượt quá 5% tính cứng nóng của thép gió tăng lên rõ rệt

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ NHIỆT LUYỆN

2.1 Nhíp ô tô

2.1.1 Quy trình chế tạo

Bảng 2.1.1 Sơ đồ chế tạo nhíp ô tôQuy trình chế tạo:

-Tạo phôi: dùng máy cán và cắt để tao hình dạng ban đầu cho chi tiết

- Ủ : Tạo độ dẻo thuận lợi cho gia công chi tiết

- Gia công cơ khí: gia công bề mặt và tạo độ uốn độ cong

 Dùng máy phay để tạo nhẵn bề mặt, dùng máy khoan để khoan lỗ giữa các nhíp, lỗ bắt vít

 Tạo độ cong uốn hai đầu nhíp thành hình tròn

-Các lá có cùng kích thước được gá lại với nhau đưa vào lò tôi

Sau khi tôi, các lá nhíp được đem ram trong các gá đình hình để giữ cho nhíp không bị biến dạng tiếp theo, nhờ đó không cần đến nguyên công sửa chữa trước khi lắp ráp

Trong chế tạo nhíp người ta áp dụng biện pháp truyền thống là sau sau khi nhiệtluyện thì tiến hành biến cứng bề mặt bằng phương pháp phun bi có thể nâng cao rất mạnh giới hạn mỏi Đối với nhíp ô tô và lò xo xupap người ta thường dùng loại bi có đường kính 0,3 mm Do kết quả của va đập, trên bề mặt của bi có ứng suất nén dư cao tới hơn 100 kG/mm2 trên chiều dày 5 mm Phun bi là công nghệ tốt nhất để làm chai

bề mặt chi tiết, từ đó nâng cao được sức bền mỏi của nhíp

Để nâng cao giới hạn bền mỏi, ngoài biện pháp phun bi có thể dùng cách mài bóng, bởi vì mài bóng làm mất các vết nứt tế vi là nguồn gốc đầu tiên gây các vết nứt mỏi

Tôi+ ram trungbình

Gia công cơ khí

Ủ hoàn toànPhôi

mặtSản phẩm

Vì vậy trong một số trường hợp yêu cầu đặc biệt cao, nhíp ô tô cũng được mài bóng cấp 9-10 sau khi tôi Song, làm như vậy sẽ làm tăng giá thành rõ rệt.

Với nhíp ô tô tải trọng thường ( 3 tấn) ta sẽ bỏ qua phương pháp này để giảm giá thành của lá nhíp

2.1.2 Nhiệt Luyện

2.1.2.1 Nhiệt luyện sơ bộ

Thép được cung cấp dưới dạng thanh, băng Phương pháp nhiệt luyện sơ bộ được áp dụng đối với dòng thép này là ủ hoàn toàn để ra tổ chức hoàn toàn là austenite

và sau đó làm nguội chậm cùng lò để ra tổ chức là peclit hạt với độ cứng phù hợp cho việc gia công tạo hình cho chi tiết

Nhiệt độ ủ hoàn toàn đối với thép 60Si2CrA là 860oC Sau khi ủ 60Si2CrAthép có độ cứng vào khoảng 250HB phù hợp cho việc gia công tạo hình chi tiết

Hình 2.1.1 Sơ đồ nhiệt luyên sơ bộ (ủ) của thép 60Si2CrA

2.1.2.2 Nhiệt luyên kết thúc

 Tôi:

Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng và giữ nhiệt để thép xuất hiện tổ chức austenit, sau đó tiến hành làm nguội nhanh để tổ chức austenit chuyển thành tổ chức Martensite Với mác thép này ta tiến hành tôi ở nhiệt độ 870oC

Nhiệt độ tôi: Tt� =Ac3 + (3050�C) =870oC ( Sổ tay nhiệt luyện-Tr144), khi tôi phải chú ý tránh xảy ra các khuyết tật:

- Nứt và biến dạng do ứng suất dư bên trong (ứng suất nhiệt và ứng suất tổ chức) mà chủ yếu do nguội nhanh khi tôi Nếu ứng suất bên trong vượt quá giới hạn bền của vật liệu, thép sẽ bị nứt và không thể chữa được

- Oxy hóa và thoát cacbon: Hiện tượng sẽ tạo nên oxit sắt và gây thoát cacbon ở

Môi trường làm nguội là dầu nóng (60-80oC) để giảm độ nhớt, độ bám dính trên

chi tiết

 Ram:

Ram thép là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép sau tôi lên đến nhiệt độ

thấp hơn Ac1, để các tổ chức nhận được sau tôi phân hóa thành các tổ chức có cơ tính

phù hợp với điều kiện làm việc Chi tiết nhíp sau tôi phải ram trung bình ở 410�Cđể

đạt được tổ chức troxtit ram Sau khi ram trung bình độ cứng giảm đi rõ rệt, nhưng vẫn

còn khá cứng (với thép 0,55-0,65%C HRC= 40-45) như vậy là vẫn đảm bảo đáp ứng

được điều kiện tải trọng và va đập của nhíp Thêm vào đó, ứng suất nội được khử hoàn

toàn, giới hạn đàn hồi đạt cao nhất σdh =0,9σb, độ dẻo độ dai tăng lên

Hình 2.1.2 Quy trình nhiệt luyện kết thúc tổng quát nhíp ô tôKiểm tra sau nhiệt luyện : tiến hành kiểm tra độ cứng, độ cong vênh, vết nứt…

2.2 Quy trình chế tạo dao phay tốc độ cao

2.2.1 Chế độ nhiệt luyện sơ bộ

Do thành phần hợp kim cao từ (10-20%) và cabon cao nên thép gió thuộc loại

ledeburit ( khi ủ ) ,mactenxit ( khi thường hóa ,ở trạng thái cung cấp ) Thép chứa

nhiều cabit (15-25%), sau khi đúc cacbit chủ yếu ở trạng thái cùng tinh leduburit hình

xương cá nên rất giòn và phải làm nhỏ chúng bằng biến dạng nóng (cán, rèn )

Thép được cung cấp dưới dạng phôi lớn nên thường được rèn tới kích thước

hợp lý để chế tạo dao.Sau khi rèn bị biến cứng ,thép được qua ủ không hoàn toàn ở

Tiện tinh mặt trụ

Phay 4 rãnh xoắn Tiện mặt trụ

Phay khỏa hai mặt đầu

Chuẩn bị

phôi

Phay mặt vát nguyên lần thứ 1,2,3,4

Phay rãnh tròn lần thứ 1,2,3,4

(840-860 ) đạt độ cứng HB 241-269 với tổ chức Peclit ( dạng xoocbit )+ cacbit nhỏ mịn phân bố đều ,có thể chịu gia công cắt được [2].

Hình 2.2.1: Chế độ nhiệt luyện sơ bộ

Đối với thép gió việc lựa chọn nhiệt độ tôi là rất quan trọng Khi nung tôi ở nhiệt độ thấp ở khoảng nhiệt độ dưới Ac1 thì chưa có chuyển pha xảy ra nên cần phải nung cao hơn Ac1 Khi nung quá Ac1( đối với thép này nhiệt độ Ac1 khoảng 850 trong thép gió mới có chuyển biến Peclit thành Austenit ,tuy nhiên nếu tôi ở 850 ÷900 chỉ đạt được HRC 45 ÷50 chưa đủ để cắt Tiếp tục nâng cao nhiệt độ ,cabit hợp kim bắt đầu hòa tan càng nhiều vào austenit làm pha này càng giàu nguyên tố hợp kim và cả cabon Ở nhiệt độ 1000 cabit của Crom đã hòa tan được nhiều Nhưng cabit của W và Mo mới bắt đầu hòa tan Khi tiếp tục nâng nhiệt độ lên đến 1680 cabit của W và Mo mới hòa tan hoàn toàn vào ausenit khi tôi tạo ra mactenxit có tính cứng nóng cao đảm bảo điều kiện làm việc của cho dao Vì vậy lựa chọn nhiệt độ tôi cho thép gió ở nhiệt độ 1280

và khoảng dao động nhiệt độ là ±5

Khi nung tôi thép gió P18 ,tránh ứng xuất nhiệt gây biến dạng ,cong vênh chi tiết ,ta nâng nhiệt độ phân cấp

+ Giai đoạn 1 : Nâng nhiệt độ 650 oC và giữ nhiệt để hòa tan cacbit

+ Giai đoạn 2 : Tiếp tục nâng nhiệt đến 850oC và giữ nhiệt

+ Giai đoạn 3 : Nâng nhiệt đến 1280 oC và giữ nhiệt trong thời gian ngắn sau đó tiến hành tôi

-Môi trường tôi : phun khí Nitơ

Tổ chức tế vi sau tôi đáng gần : Mactenxit giàu Vonfram , ausenit dư ( 30 % ) và cacbit (15-20%) và độ cứng là 62 HRC

0 C

850 o C

650 o C

Sơ đồ nhiệt luyện tôi thép gió

Hình 2.2.1 Sơ đồ nhiệt luyện tôi thép gióRam thép gió nhằm giảm mất ứng suất bên trong ,khử bỏ ausetenit dư ,tăng độ cứng cho chi tiết Thép gió được ram 2 -4 lần ( thường là 3 ) ở 550 -570 ,mỗi lần trong 1h.Chuyển biến xảy ra như sau ,khi nung tới 550 cabit vonfram nhỏ mịn mới bắt đầu tiết ra khỏi dung dịch rắn làm ausetenit nghèo hợp kim đi Sau mỗi lần ram chỉ có một

tỷ lệ nhất định khoảng ( 50-70% ) ausetenit dư chuyển biến và lại gây lại ứng suất bên trong mới ,nên sau đóphải đi ram thêm 1-3 lần nữa để quá trình xảy ra hoàn toàn

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT LUYỆN

3.1 Nhíp ô tô

3.1.1 Lựa chọn sơ bộ thiết bị lò

Loại lò Tên lò Nhiệt độ

cao nhất lò

T0 max

Côngsuất kW Kích thước

- Khối lượng của một bộ nhíp : m=V =20 kg/ 6 lá nhíp

- Số lượng bộ nhíp cần làm trong 1 năm:12500 chi tiết/ năm/12 tháng, một năm xưởng làm việc 305 ngày (trừ ngày nghỉ và lễ tết), mỗi ngày xưởng phải sản xuất 41 bộ

- Chiều dầy của mỗi lá nhíp là 10 mm

Các thông số truyền nhiệt của mác thép (Thiết bị nhiệt luyện- Tr21,23)

- Hệ số dẫn nhiệt trung bình =150(kJ/m.h.K) =41,7W/mK

- Nhiệt dung riêng trung bình c=0,55 (kJ/Kg.K)=550J/kg.K

3.1.2 Tính toán quá trình tôi

a) Tính toán thời gian nung khi tôi

Tính nhiệt độ trung bình của vật nung

Trong đó :

- : Nhiệt độ ban đầu của vật nung, = 25 + 273=298K

- : Nhiệt độ cuối gian đoạn của vật nung, =870 + 273 = 1143K

Tính toán hệ số Bio:

- Nhiệt dung riêng c = 550 (J/Kg.K)

- Hệ số dẫn nhiệt =150 (KJ/m.h.K)= 41,7(W/m.K)

- Xác đinh hệ số truyền nhiệt của lò tại 870 0 C =120 (W/m2.K)

- S :là chiều dài truyền nhiệt của vật nung S= 5mm = 0,005m= 0,5 chiều rộng của mỗi lá nhíp.

 Bi == 0,014< 0,25

Vậy vật nung là vật mỏng

Công suất làm việc hữu ích của lò:

==40 (kW)

- : Hệ số sử dụng hữu ích của lò , =0,7-0,8 , chọn =0,8

- Công suất thiết kế lò , = 60 kW

Số chi tiết trong một mẻ để có thể sử dụng hệ công suất hữu ích của lò

- : nhiệt độ của lò , = 880 + 273 =1153K

- : nhiệt độ cuối dai đoạn nung của chi tiết , =870 +273 =1143K

- : diện tích bề mặt nung của một chi tiết : 0.19 m2

Các thông số hình vẽ được xử lý bằng phần mềm solidworks.

Hình 3.1.1 Hình ảnh và các thông số hình vẽ lá nhíp 1.Vậy : N1 ==14 (lá)

Hình 3.1.2 Hình ảnh và các thông số hình vẽ lá nhíp 2

: diện tích bề mặt nung của lá nhíp thứ 2 là:0.11 m2

Vậy : N2 ==24(lá)

Hình 3.1.3 Hình ảnh và các thông số hình vẽ lá nhíp 3.: diện tích bề mặt nung của lá nhíp thứ 3 là:0.09 m2.

Vậy : N3 ==29(lá)

Hình 3.1.4 Hình ảnh và các thông số hình vẽ lá nhíp 4

Vậy : N4 == 35(lá)

Hình 3.1.5 Hình ảnh và các thông số hình vẽ lá nhíp 5.: diện tích bề mặt nung của lá nhíp thứ 5 là:0.063 m2

Vậy : N5 == 42(lá)

Hình 3.1.6 Hình ảnh và các thông số hình vẽ lá nhíp 6.: diện tích bề mặt nung của lá nhíp thứ 6 là:0.053 m2

Giá được làm từ thép tấm được khoan lỗ khối lượng khay: 15kg

Khối lượng chi tiết trong một mẻ := 14.6,6=92.4(Kg)

Xếp 7 chi tiết trong 1 khay, mỗi mẻ cho vào 2 khay:

Ntt>>Ntk = 60kW quá trình nung chi tiết đến 8700C trong lò phải trải qua 2 giai đoạn.

Hình 3.1.8 :Sơ đồ biểu thị sự thay đổi nhiệt độ của lò và chi tiết

Giai đoạn 1 : Nhiệt độ của lò thay đổi Sau khi xếp chi tiết vào lò , nhiệt độ của lò giảm dần là so nhiệt thoát ra cửa lò với nhiệt cung cấp cho chi tiết

Khi kết thúc giai đoạn 1 chi tiết đạt nhiệt độ

Thời gian nung tại giai đoạn 1

Giai đoạn 2 : Nhiệt độ lò không đổi nhệt độ chi tiết tăng từ 8460C lên đến 8700CThời gian nung giai đoạn 2

68(s)1 (ph)

Thời gian nung = = 23 + 1= 24 (ph)

Thời gian nung cần thiết :

Tương tự với các lá thép còn lại:

Hình dạng khay cho các lá nhíp còn lại như sau :mgiá =15kg, F giá=2,8 m2

Hình 3.1.9 Hình ảnh gá cho các lá nhíp có kích thước nhỏ hơnThông

số

Lá nhíp

Mct[kg]

M một mẻ[kg]

F mẻ[m2]

N tính toán[kW]

quá trình nung chi tiết đến 8700C trong lò phải trải qua 2 giai đoạn

Tính toán thời gian nung cho tất cả các lá nhíp theo bảng 3.1.1 dưới đây:

2[phút]

5 840 22 1,53 1,8 42,3

b) Tính toán thời gian giữ nhiệt khi tôi

Thời gian giữ nhiệt tính theo kinh nghiệm, với thép hợp kim thấp thông thường giữ nhiệt 2,5 phút / một mm chiều dày, mỗi lá nhíp dày 10mm

Vậy thời gian giữ nhiệt: gn = 25 phút

3.1.3 Tính toán thời gian ram

Nhiệt độ ram 410oC

Trong đó :

- : Nhiệt độ ban đầu của vật nung, = 25 + 273=298K

- : Nhiệt độ cuối gian đoạn của vật nung, =410 + 273 = 683K

Hệ số dẫn nhiệt : =140KJ/m.h.K=38.8(W/m.K)

Nhiệt dung riêng: C=530 (J/Kg.K)

Hệ số truyền nhiệt trung bình trong lò : =40 (W/m2 K)

== 0,0051<0,25 suy ra vật nung mỏng

- S chiều dày truyền nhiệt của chi tiết = 0.5 chiều rộng của mỗi lá nhíp:0,005 m Công suất làm việc hữu ích của lò:

==18 (kW)

- : Hệ số sử dụng hữu ích của lò , =0,7-0,8 , ta chọn=0,8

- : Công suất thiết kế của lò , = 36 kW

Số chi tiết cho một mẻ :

- k: hệ số tỉ lệ giữa nhiệt độ đạt được ở giai đoạn đầu và nhiệt độ nung cuối cùng cần đạt , k =0,850,95 chọn k =0,9

- : nhiệt độ của lò , = 420 + 273 =693K

- : nhiệt độ cuối giai đoạn nung của chi tiết , =410 +273 =683K

- : diện tích nung của bề mặt chi tiết :

Số gá[cái]

Mm

[phút]

2[phút]

n[phút]

+ A=10

+ b=1

+ D=10 (mm)

Thời gian giữ nhiệt gn =10 + 1 10= 20 ph

3.2 Dao phay tốc độ cao

3.2.1.Tính toán quá trình nung tôi

3.2.1.1 Thời gian nung

Khi nung để tôi được chia làm 3 giai đoạn Gồm 3 lần nung nâng nhiệt tới 650, 850,

1280 oC và giữ nhiệt tại ba nhiệt độ này

- Tính toán nhiệt độ trung bình của vật nung theo công thức:

T2d: Nhiệt độ ban đầu của vật nung, T2d =25oC = 298K

T2c: Nhiệt độ cuối giai đoạn ủ của vật nung, T2c = 1280oC = 1543K

 T2tb = 1298K = 1025oC

Các số liệu khác

- Hệ số dẫn nhiệt λ= 73,8 [W/m.K]

- Nhiệt dung riêng C= 495[J/kg.K]

Tra theo hình 1.3.1[1] xác định hệ số truyền nhiệt α = 230[W/m2.K]

- Hệ số Bio:

Bio = S= 0,0085= 0,014< 0,25 vật là vật mỏng

Trong đó -S : chiều dày truyền nhiệt của vật nung

-D : Chiều dày vật nung

Vật nung từ hai phía S = S= D = 0,017 [m] = 8,5×10-3 [m]

Công suất hữu ích của lò ( 1.4.1 [1])