Nghiên cứu thiết kế công nghệ tạo hình để chế tạo chi tiết vỏ bugi động cơ đốt trong

Trình bày tổng quan về công nghệ chế tạo và sản phẩm. Nghiên cứu công nghệ ép chảy để chế tạo vỏ bugi động cơ đốt trong. Nghiên cứu ứng dụng phần mềm deform trong mô phỏng số quá trình chế tạo chi tiết vỏ bugi động cơ đốt trong. Mô phỏng số quá trình tạo hình chi tiết bỏ bugi.

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH ĐỂ CHẾ TẠO

CHI TIẾT VỎ BUGI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CHẾ TẠO MÁY

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Đỗ Thị Mơ, học viên lớp Cao học Công nghệ chế tạo máy – Khoá 2011 -

2013, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt

nghiệp là: “Nghiên cứu, thiết kế công nghệ dập tạo hình để chế tạo vỏ bugi động cơ

đốt trong”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê, ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, đồ thị, công thức đã được trích dẫn trong tài liệu tham khảo, nội dung công bố còn lại trong luận văn là của chính tác giả đưa ra Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Nam Định, tháng 03 năm 2013

Tác gi ả

Đỗ Thị Mơ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tgcnguoi Nhiệt độ gia công nguội ºC

FEM Phương pháp phần tử hữu hạn

Các phần mềm mô phỏng, thiết kế đồ hoạ: ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, CATIA, DYNAFORM, DEFORM, SOLIDWORK, CAD, PRO/ENGINEER

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… 1

LỜI CẢM ƠN……….2

MỤC LỤC……… 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT………5

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ………6

LỜI MỞ ĐẦU………9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ SẢN PHẨM 11

1.1 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC………11

1.2 VẬT LIỆU TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC 12

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC 13

1.3.1 Tạo hình ở trạng thái nóng và nguội……… 13

1.3.2 Các phương pháp gia công……… 14

a) Cán kim loại……… 14

b) Kéo kim loại……… 18

c) Ép chảy kim loại………22

d) Rèn tự do……… 24

e) Dập thể tích……… 25

f) Dập tấm……….26

1.3.3 Sản phẩm gia công áp lực……… 26

1.4 SẢN PHẨM VỎ BUGI……….29

1.4.1 Cấu tạo bugi………30

1.4.2 Hoạt động, ứng dụng của chi tiết bugi………30

1.4.3 Các yêu cầu kỹ thuật……… 31

1.5 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN………… 37

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY ĐỂ CHẾ TẠO VỎ BUGI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG……….38

2.1 CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY……… 38

2.1.1 Khái quát chung……… 38

2.1.2 Các phương pháp ép chảy……… 39

2.1.2.1 Ép chảy thuận……… 39

2.1.2.3 Ép chảy hỗn hợp……… 40

2.1.2.4 Ép chảy ống ……….41

2.1.3 Các bước công nghệ của quá trình ép chảy ……….41

2.1.4 Thiết bị ép chảy………42

2.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ……… 43

2.2.1 Trạng thái ứng suất, lực và công biến dạng khi ép chảy……….43

2.2.2 Các công thức tính toán……… 48

2.3 Kết luận chương 2……… 51

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DEFORM TRONG MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO CHI TIẾT VỎ BUGI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG……….53

3.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 53

3.1.1 Phương pháp kỹ sư……… 53

3.1.2 Phương pháp mô phỏng số……… 53

3.1.3 Nghiên cứu, phân tích bài toán ép chảy bằng mô phỏng số……….57

3.2 PHẦN MỀM DEFORM 3D……… 64

3.2.1 Giới thiệu chung và phạm vi ứng dụng……… 64

3.2.2 Giao diện phần mềm Deform 3D và cài đặt các thông số……… 66

3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3……… 73

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CHI TIẾT VỎ BUGI……….………75

4.1 THIẾT LẬP BÀI TOÁN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CHI TIẾT VỎ BUGI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG……… 75

4.1.1 Thiết lập mô hình hình học ……….75

4.1.2 Thiết lập mô hình vật liệu……… 77

4.1.3 Thiết lập mô hình điều kiện biên……… 79

4.1.4.Giải bài toán…….………80

4.2 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 81

4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4……… 92

KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN………93

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 95

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tgcnguoi Nhiệt độ gia công nguội ºC

FEM Phương pháp phần tử hữu hạn

Các phần mềm mô phỏng, thiết kế đồ hoạ: ANSYS, MARC, ABAQUS, PAM-STAMP, LARSTRAN/SHAPE, I-DEAS, CATIA, DYNAFORM, DEFORM, SOLIDWORK, CAD, PRO/ENGINEER

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ cán 15

Hình 1.2 Một số sản phẩm cán 17

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo máy cán 18

Hình 1.4 Sơ đồ kéo kim loại 19

Hình 1.5 Khuôn kéo 20

Hình 1.6 Máy kéo có tang cuộn 22

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại 22

Hình 1.8 Kết cấu khuôn ép 23

Hình 1.9 Sơ đồ rèn tự do 24

Hình 1.10 Sơ đồ dập kim loại 25

Hình 1.11 Các sản phẩm dập khối điển hình 27

Hình 1.12 Sản phẩm dập tấm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng 28

Hình 1.13 Sản phẩm rỗng 28

Hình 1.14 Sản phẩm ép 29

Hình 1.15 Bugi 29

Hình 1.16 Cấu tạo bugi 30

Hình 1.17 Vị trí đặt bugi trong cơ cấu phân phối khí 31

Hình 1.18.Đặc tính đánh lửa 32

Hình 1.19 Mối quan hệ điện cực và điện 33

Hình 1.20 Vùng nhiệt trên Bugi 34

Hình 1.21 Phân bố nhiệt 34

Hình 1.22 Trạng thái làm việc tốt/không tốt của đầu điện cực Bugi 35

Hình 1.23 Đánh lửa trên điện cực 36

Hình 1.24 Đầu điện cực bugi 36

Hình 2.1 Sơ đồ ép chảy thuận 39

Hình 2.2 Sơ đồ ép chảy ngược 40

Hình 2.3 Sơ đồ ép chảy hỗn hợp (ép chảy thuận có vỏ) 41

Hình 2.4 Sơ đồ ép chảy ống 41

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình công nghệ ép chảy để chế tạo chi tiết Bugi 42

Hình 2.6 Máy ép thuỷ lực nằm ngang 43

Hình 2.7 Sơ đồ quá trình ép chảy thuận 43

Hình 2.8 Sơ đồ trạng thái ứng suất và biến dạng trong ép chảy thuận 44

Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ giữa lực ép và hành trình chày 47

Hình 2.10 Hình dạng hình học vùng biến dạng của một số khuôn khác nhau 48

Hình 2.11 Sơ đồ xác định áp lực khi đột kín 49

Hình 3.1 Sơ đồ so sánh quá trình tối ưu hóa công nghệ giữa phương pháp truyền thống và phương pháp công nghệ mô phỏng số(công nghệ ảo) 57

Hình 3.2 Mô hình bài toán ép chảy ngược 58

Hình 3.3 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của thép C35 phụ thuộc vào nhiệt độ 59

Hình 3.4 Mô hình lưới phần tử chia cho phôi 59

Hình 3.5 Biến dạng của phôi qua các quá trình 60

Hình 3.6 Phân bố ứng suất trên phôi ở cuối quá trình 62

Hình 3.7 Kết quả mô phỏng số ép chảy thuận nghịch với 63

Hình 3.8 Kết quả mô phỏng số ép chảy thuận nghịch với bộ khuôn đã tối ưu 64

Hình 3.9 Các bước thực hiện bài toán mô phỏng 66

Hình 3.10 Giao diện chính của Deform 3D 67

Hình 3.11 Giao diện mô đun DEFORM-3D Pre 68

Hình 3.12 Cửa sổ cài đặt thông số điều khiển phần mềm 69

Hình 3.13 Thư viện vật liệu của Deform 3D 70

Hình 3.14 Tạo tiếp xúc giữa các đối tượng 71

Hình 3.15 Cửa sổ Deform 3D 72

Hình 4.1 Mô hình phôi 75

Hình 4.2 Mô hình chày ép 76

Hình 4.3 Mô hình cối ép 76

Hình 4.4 Lựa chọn vật liệu cho phôi 78

Hình 4.5 Các đường cong chảy của vật liệu (Đường cong quan hệ giữa ứng suất-

biến dạng) 79

Hình 4.6 Hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ 79

Hình 4.7 Các bước tạo hình 84

Hình 4.8 Sản phẩm vỏ bugi cuối quá trình tạo hình 85

Hình 4.9 Mức độ biến dạng 85

Hình 4.10 Lực biến dạng 86

Hình 4.11 Trạng thái ứng suất 87

Hình 4.12 Trạng thái phá hủy 88

Hình 4.13 Sự thay đổi tốc độ biến dạng 89

Hình 4.14 Trạng thái nhiệt 90

Hình 1.15 Sự phân bố nhiệt độ của chày ép 91

Hình 1.16 Sự phân bố nhiệt độ của cối ép 91

LỜI MỞ ĐẦU

Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đại hóa, cùng với xu thế phát triển của thời đại, nền kinh tế công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, sản phẩm có yêu cầu chất lượng ngày càng cao, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và phải đáp ứng được yêu cầu về chất lượng, giảm thời gian sản xuất đang là một đòi hỏi cấp thiết Do vậy, việc tối ưu hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chi phí thiết kế, sản xuất và hạ giá thành sản phẩm luôn là tiêu chí hàng đầu cho tất cả các nhà sản xuất

Trước đây, khi công nghệ thông tin chưa phát triển, tối ưu hoá công nghệ thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất và tối ưu dần trong quá trình sản xuất mà không có tính tổng quát nên hiệu quả thường không cao Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, tự động hoá đã giúp quá trình tối ưu hoá công nghệ một cách đơn giản, nhanh chóng và chính xác bằng phương pháp mô phỏng số trên máy tính đem lại hiệu quả cao trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất

Ở nước ta hiện nay, mô phỏng số vẫn là một vấn đề hầu như chưa được ứng dụng phổ biến vào sản xuất mà chỉ được nghiên cứu ở một số trường đại học cũng như các viện nghiên cứu Để góp phần vào sự phát triển chung của việc nghiên cứu công nghệ nhờ mô phỏng số và thúc đẩy kết quả tính toán mô phỏng số vào sản xuất công nghiệp, luận văn này tập chung nghiên công nghệ ép chảy vỏ bugi động

cơ đốt trong nhờ ứng dụng phần mềm DEFORM, nhằm đưa ra được công nghệ ép chảy tối ưu nhất, nhằm giảm chi phí thời gian và chi phí kinh tế khi sản xuất và chạy thử khuôn ép

Các vấn đề nghiên cứu trong luận văn được trình bày trong 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ gia công áp lực, trong đó giới thiệu tất cả các phương pháp gia công về áp lực như cán, kéo, ép kim loại, dập tấm,

dập khối… Đặc biệt là về công nghệ ép chảy Trong chương này còn giới thiệu về cấu tạo chi tiết bu gi và chức năng, nhiệm vụ của bugi trong động cơ đốt trong

Chương 2: Nghiên cứu công nghệ ép chảy để chế tạo vỏ bugi động cơ đốt trong, trong đó nghiên cứu về các phương pháp ép chảy, đặc biệt là các thông số như lực, công biến dạng trong quá trình ép chảy vỏ bugi động cơ đốt trong

Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Deform trong mô phỏng số quá trình chế tạo vỏ bugi động cơ đốt trong

Chương 4: Tính toán, mô phỏng số quá trình chế tạo vỏ bugi động cơ đốt trong bằng phần mềm DEFORM Trong đó trình bày từng bước mô phỏng về hình dáng, lực, công, ứng suất… để chế tạo vỏ bugi động cơ đốt trong

Phần kết luận đưa ra một vài tổng kết quan trọng và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ SẢN PHẨM

1.1 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC

Gia công kim loại bằng áp lực là một ngành cơ bản trong sản xuất cơ khí

Công nghệ gia công áp lực cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dáng và kích

thước phức tạp, đồng thời đảm bảo chất lượng về cơ tính tốt, năng suất cao, giá

thành hạ Do vậy, gia công áp lực, đặc biệt là công nghệ dập tạo hình có một vị trí

quan trọng trong công nghiệp chế tạo phụ tùng ôtô, máy kéo, xe máy, hàng dân

dụng và quốc phòng

Gia công kim loại bằng áp lực dựa trên biến dạng dẻo kim loại, thực hiện

bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm

cho làm thay đổi hình dạng của vật thể mà không phá hủy tính liên tục của chúng

* Đặc điểm của phương pháp:

- Kim loại gia công chủ yếu ở thể rắn Sau khi gia công, kim loại bị thay đổi

về hình dáng, tính chất cơ, lý (hạt mịn và chặt hơn, thay đổi tổ chức hạt thành thớ,

khử được các khuyết tật rỗ, nứt )

- Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong tạo hình bằng gia công áp lực Nhiệt độ

cao sẽ làm tăng tính dẻo của vật liệu, giảm trở lực biến dạng của vật liệu Căn cứ

vào nhiệt độ gia công người ta phân ra gia công nóng và gia công nguội

Gia công nóng là quá trình gia công thực hiện trên nhiệt độ kết tinh lại

Gia công nguội là quá trình gia công thực hiện dưới nhiệt độ kết tinh lại (Tktl =

0,4Tch)

- Là một phương pháp gia công có năng suất cao, có khả năng chế tạo hoàn

thiện một sản phẩm, giảm thời gian gia công và lượng dư cắt gọt

- Sản phẩm sau khi gia công có dạng thớ nên có độ bền cao hơn, khả năng

chịu lực tốt hơn, độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao hơn đúc

- Giảm được hao phí kim loại so với một số phương pháp chế tạo phôi khác

- Thiết bị, khuôn tạo hình đắt tiền, vì vậy không phù hợp với sản xuất đơn

chiếc

ó khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao

- Gia công áp lực được chia làm hai hướng công nghệ chính: Cán kim loại và rèn dập

1.2 VẬT LIỆU TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC

Vật liệu dùng trong gia công áp lực là loại vật liệu có tính dẻo cao như thép cacbon, thép hợp kim, kim loại màu Hiện nay, do yêu cầu của các ngành công nghiệp khác mà người ta có thể tạo hình vật liệu nhựa, composite kim loại

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt nhân

tố khác nhau: Thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng

a Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên

tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng, do đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

b Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuyếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại ở nhiệt độ thường, tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao Khi ta nung thép từ 20 đến 1000C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 100 đến 4000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt

độ này thì dẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng

cao thì sức chống biến dạng càng lớn

c Ảnh hưởng của biến cứng

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệnh mạng tăng ứng suất dư lớn Làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 đến 0,35 Tnc (Nhiệt độ nóng chảy), ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (Hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4 Tnc, trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

d Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo Úng suất dư ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo trong kim loại cũng giảm

e Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

- Sau khi rèn dập, các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng, nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng của kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt

độ nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến

dạng, do ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị giòn và có thể bị nứt

- Nếu lấy hai khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhưng tốc độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC

1.3.1 Tạo hình ở trạng thái nóng và nguội

* Gia công nóng

- Gia công nóng: Là hình thức gia công áp lực thực hiện ở nhiệt độ lớn hơn

nhiệt độ kết tinh lại

- Thực tế nhiệt độ gia công nóng kim loại T gcn = ( 0 , 7 − 0 , 9 )T nc

- Ở nhiệt độ gia công nóng kim loại có tính dẻo cao, trở lực biến dạng giảm,

do đó dễ gia công

- Gia công nóng có kèm theo quá trình phục hồi và kết tinh lại nên sau khi gia công kim loại được phục hồi tính dẻo, không bị biến cứng, phục hồi cơ lý hóa tính

- Tuy nhiên gia công nóng có nhược điểm: Ở trạng thái nóng khó gia công những chi tiết nhỏ và mỏng vì dễ cháy hỏng Kim loại nung ở nhiệt độ cao dễ bị oxy hóa tạo nên lớp vảy oxit phủ trên bề mặt vật gia công, làm độ bóng và độ chính xác thấp, chất lượng lớp bề mặt vật gia công thấp

- Sau khi gia công ở trạng thái nóng, nếu tốc độ làm nguội vật gia công quá lớn dễ gây biến dạng cong, vênh hoặc nứt

* Gia công nguội

- Gia công nguội là hình thức gia công bằng áp lực ở nhiệt độ dưới nhiệt độ kết tinh lại T gcnguoi <T kettinhlai (thực tế nhiệt độ gia công nguội thường là nhiệt độ phòng)

- Gia công nguội đạt độ chính xác, độ bóng và chất lượng bề mặt cao hơn gia công nóng

- Gia công nguội kim loại không bị oxy hóa, không bị cháy nên không hao phí kim loại, vật gia công không bị hao hụt

1.3.2 Các phương pháp gia công

a) Cán kim loại

- Quá trình cán là do kim loại biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng Hình dạng của khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dáng của sản phẩm Quá trình phôi chuyển động qua khe hở trục cán là nhờ

ma sát giữa hai trục cán với phôi

- Cán không những thay đổi hình dáng và kích thước phôi mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm

- Máy cán có hai trục cán đặt song song với nhau quay ngược chiều nhau Phôi có chiều dày lớn hơn khe hở giữa hai trục cán, dưới tác dụng của lực ma sát khi kim loại bị kéo vào giữa hai trục cán, biến dạng tạo ra sản phẩm Khi cán, chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng phôi tăng

* Lượng ép tuyệt đối : ∆h = ( h0 - h1) mm

* Quan hệ giữa lượng ép và góc ăn : ∆h = D.( 1 - cosα) mm

* Sự thay đổi chiều dài trước và sau khi cán gọi là lượng giãn dài: ∆l = l1 - l0

* Sự thay đổi chiều rộng trước và sau khi cán gọi là lượng giãn rộng:

+ Dạng hình: Các sản phẩm được chia ra dạng hình đơn giản (a) gồm

có thanh, thỏi tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, lục giác, bán nguyệt và dạng hình phức tạp (b) có tiết diện chữ V, U, I, T, Z

a Dạng hình đơn giản

b Dạng hình phức tạp

Hình 1.2: Một số sản phẩm cán + Dạng tấm: các sản phẩm dạng tấm được phân loại theo chiều dày của tấm thành:

+ Dạng hình đặc biệt: Các sản phẩm đặc biệt gồm có các loại có hình dáng đặc biệt theo yêu cầu riêng như vỏ ô tô và các loại tiết diện thay đổi theo chu kỳ

Sơ đồ máy cán:

Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo máy cán

1 Trục cán 2 Trục các đăng 3 Hộp giảm tốc

4 Khớp nối 5 Bánh đà 6 Hộp giảm tốc 7 Động cơ

b) Kéo kim loại

Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang của phôi giảm và chiều dài tăng Hình dáng và kích thước của chi tiết giống

lỗ khuôn kéo

Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội

Kéo sợi có thể cho ta sản phẩm có độ chính xác cấp 2÷4 và độ bóng cấp 7÷9

Kéo sợi dùng để chế tạo các thỏi, ống sợi bằng thép và kim loại màu

Kéo sợi còn dùng để gia công tinh bề mặt ngoài các ống cán có mối hàn và một số công việc khác

Có khả năng đạt độ chính xác cao hơn đúc

Vật liệu sau khi kéo bị cứng nguội, độ bền tăng, độ dẻo giảm

Khuôn làm bằng hợp kim cứng hoặc kim cương để tránh mài mòn nhanh

4P

Hình 1.4: Sơ đồ kéo kim loại

1.Phôi 2 Khuôn kéo 3 Sản phẩm 4 Lõi sữa lỗ

Khi kéo sợi phôi 1 được kéo qua khuôn kéo 2 với lỗ hình có tiết diện nhỏ hơn tiết diện phôi kim loại và biên dạng theo yêu cầu, tạo thành sản phẩm 3 Đối với kéo ống, khuôn kéo 2 tạo thành mặt ngoài ống còn lỗ được sửa đúng đường kính nhờ lõi 4 đặt ở trong

Tùy theo từng kim loại, hình dáng lỗ khuôn, mỗi lần kéo tiết diện có thể giảm xuống 15%÷35% Tỷ lệ giữa đường kính trước và sau khi kéo gọi là hệ số kéo dài

σ

g f P d

d K

cot1

11

0

++

=

0

d ,d1: Đường kính sợi trước và sau khi kéo (mm)

σ : Giới hạn bền của kim loại (N/ 2

k d

d k

d

k d

d k

d k n

n

n

1 0 2

Lực kéo sợi phải đảm bảo:

- Đủ lớn để thắng lực ma sát giữa kim loại và thành khuôn, đồng thời để kim loại biến dạng

- Ứng suất tại tiết diện đã ra khỏi khuôn phải nhỏ hơn giới hạn bền cho phép của vật liệu nếu không sợi sẽ bị đứt

- Lực kéo sợi có thể xác định như sau: σ ( f gα)

F

F F

F ,F1: Tiết diện trước và sau khi kéo ( 2

mm )

f : Hệ số ma sát giữa khuôn và vật liệu

- Kéo sợi dùng để chế tạo các thỏi, ống sợi bằng thép và kim loại mà có đường kính từ vài mm đến vài chục mm Kéo sợi còn để dùng gia công tinh bề mặt ngoài ống cán có mối hàn và một số công việc khác

Khuôn kéo sợi gồm khuôn 1 và đế khuôn 2, biên dạng lỗ hình của khuôn gồm 4 phần, đoạn côn I là phần làm việc chính của khuôn có góc côn β= 0

24 ÷ 0

36 (thường dùng nhất là 0

26 ), đoạn côn II có góc côn 0

90 là nơi để phôi vào chứa chất bôi trơn, đoạn thẳng III có tác dụng định kính, đoạn côn thoát phôi IV

có góc côn 0

60 để sợi ra dễ dàng không bị xước

Vật liệu chế tạo khuôn là thép cacbon dụng cụ, thép hợp kim hoặc hợp kim cứng thường dùng các loại sau: CD80, CD100, CD130, 30CrTiSiMo, Cr5Mo

IIIIVI

II

Hình 1.5: Khuôn kéo

Máy kéo sợi:

- Máy kéo sợi có nhiều loại, căn cứ vào phương pháp kéo có thể chia làm 2 loại: Máy kéo thẳng hay máy kéo có tang cuộn: Cũng có thể được phân loại theo số lượng khuôn kéo, số sợi được kéo đồng thời

- Máy kéo thẳng dùng khi kéo các sợi hoặc ống có đường kính lớn không thể cuộn được (∅6÷10 hoặc lớn hơn) Lực kéo của máy từ 0.2÷75 tấn, tốc độ kéo 15÷45 m/ph

Tùy theo kết cấu của máy mà có thể kéo 1 hoặc 3 sản phẩm cùng một lúc Để tạo chuyển động thẳng có thể dùng xích vít và êcu, thanh răng, bánh răng,đầu ép vv

- Máy kéo sợi có tang cuộn dùng khi kéo sợi dài có thể cuộn tròn được Máy

có tang cuộn có thể là một khuôn kéo a Nhiều khuôn kéo không trượt b và nhiều khuôn kéo có trượt c

- Trên máy kéo 1 khuôn dùng kéo những sợi hoặc thỏi co ∅6÷10 m Khi tang kéo 5 quay, sợi được kéo qua khuôn 2 đồng thời cuộn thành cuộn Theo tốc độ kéo, tang cấp sợi 1 liên tục quay để cấp cho khuôn kéo

- Trên máy kéo nhiều khuôn b sợi được kéo lần lượt qua một số khuôn (5÷19 khuôn) và nhờ tang kéo trung gian 4, các ròng rọc căng sợi 3 nên trong quá trình kéo không xảy ra hiện tượng trượt

- Máy kéo sợi nhiều khuôn có sự trượt c thì các khuôn kéo có tiết diện giảm dần và những khuôn kéo là những con lăn 3, sự quay của trống 5 đồng thời tạo nên tổng lực kéo của các khuôn

Hình 1.6: Máy kéo có tang cuộn

a - Máy kéo một khuôn

b - Máy kéo nhiều khuôn không trượt

c - Máy kéo nhiều khuôn có trượt

c) Ép chảy kim loại

Ép chảy là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim

loại chứa trong buồng kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ khuôn ép có tiết diện giống tiết diện ngang của chi tiết

Khi ép thanh, thỏi người ta có thể tiến hành bằng phương pháp ép thuận hoặc

ép nghịch Với ép thuận a khi pistong1 ép kim loại trong xilanh 2 bị ép qua lỗ hình của khuôn ép 4 chuyển động ra ngoài, cùng chiều chuyển động của pistong ép Với

ép nghịch b pistong 1 ép kim loại trong xilanh 2 bị ép qua lỗ hình của khuôn ép 4 chuyển động ra ngoài ngược chiều chuyển động của pistong ép Với ép thuận kết cấu đơn giản hơn nhưng lực ép lớn vì ma sát giữa kim loại và thành xilanh làm tăng lực ép cần thiết, đồng thời phần kim loại trong xilanh không thể ép hết lớn 10÷12%

Ép nghịch lực ép thấp hơn lượng kim loại còn lại trong xilanh ít hơn 6÷8%, nhưng kết cấu ép phức tạp

- Sơ đồ hình c trình bày nguyên lý ép ống, ở đây lỗ ống được tạo thành nhờ lõi 5 Phôi ép có lõi rỗng để đặt lõi 5, khi pistong 1 ép kim loại bị đẩy qua khe hở giữa lỗ hình của khuôn 4 và lõi tạo thành ống

- Vật liệu chế tạo khuôn là thép hợp kim chứa W, V, Mo, Cr vv hoặc hợp kim cứng

Ép chảy là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất cao, độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, trong quá trình ép, kim loại chủ yếu chịu ứng suất nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được những sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp Nhược điểm của phương pháp là kết cấu ép phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống mòn cao Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các thỏi kim loại màu có đường kính từ 5÷200 mm, các ống có đường kính ngoài đến 800 m, chiều dày 1.5÷8 mm và một số profil khác

d) Rèn tự do

Rèn tự do là một phương pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không

bị khống chế bởi một mặt nào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại với dụng cụ gia công (búa và đe) Dưới tác động của lực P do búa 1 gây ra và phản lực

N từ đe 3, khối kim loại 2 biến dạng, sự biến dạng chỉ khống chế bởi hai mặt trên và

dưới, còn các mặt xung quanh hoàn toàn tự do

P P

- Độ chính xác và độ bóng bề mặt không cao, năng suất thấp

- Chất lượng và tính chất kim loại từng phần của chi tiết khó đảm bảo giống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình

- Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề công nhân

- Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản

- Rèn tự do được dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ Chủ yếu dùng cho sữa chữa và thay thế

Hình 1.10: Sơ đồ dập kim loại

- Độ chính xác và chất lượng bề mặt cao hơn đúc, rèn tự do, giảm hao hụt kim loại và giảm gia công bề mặt chi tiết

- Khuôn phức tạp và mắc tiền nên chỉ thích hợp cho sản xuất hàng loạt

- Ít phụ thuộc vào tay nghề công nhân, dễ cơ khí hóa và tự động hóa

Máy dập thể tích: Máy dập trục khuỷu hay máy dập thủy lực

f) Dập tấm

Dập tấm là phương pháp biến dạng dẻo kim loại trong khuôn dưới tác dụng của ngoại lực, phôi ở dạng tấm tạo thành sản phẩm có hình dạng, kích thước theo yêu cầu Dập tấm nói riêng hay gia công kim loại bằng áp lực nói chung là phương pháp gia công phổ biến nhất trong nghành công nghệ chế tạo máy hiện nay Có được điều này là hoàn toàn nhờ vào những ưu điểm nổi trội mà các phương pháp gia công khác không làm được như:

- Năng suất lao động cao, dẫn đến giá thành sản phẩm giảm

- Hệ số sử dụng vật liệu cao, tiết kiệm vật tư

- Có thể sử dụng công nhân bậc thợ thấp

- Có khả năng tạo được các chi tiết có độ bền, độ cứng vững cao

- Đảm bảo được tính lắp ghép cho các chi tiết dập do độ chính xác của vật dập cao

- Dễ có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

Khi chiều dày của phôi nhỏ (thường s ≤ 4 mm), dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội hay còn gọi là dập nguội hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn Một chi tiết sản xuất bằng công nghệ dập tấm có thể thực hiện qua rất nhiều nguyên công công nghệ như: cắt

hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt trích v.v Một trong những nguyên công quan trọng nhất để tạo hình sản phẩm trong công nghệ dập tấm đó là dập vuốt

- Vật liệu dùng trong dập tấm: Thép cácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì và vật liệu phi kim như: Giấy cactông, êbôníc, fip, amiăng, da

-Dập tấm được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt ngành chế tạo máy bay, nông nghiệp, ô tô, thiết bị điện, dân dụng

1.3.3 Sản phẩm gia công áp lực

Có nhiều phương pháp trong sản xuất để chế tạo một chi tiết máy, một sản phẩm cơ khí như đúc, hàn, gia công áp lực, gia công cắt gọt…

Để chế tạo một chi tiết như bánh răng, trục khuỷu người ta có thể sự dụng những phương pháp đúc, hàn, cắt gọt rồi nhiệt luyện Mặc dù năng suất không cao,

cơ tính của sản phẩm chưa đạt được mức tối ưu do cấu trúc vật liệu chưa phù hợp, nhưng cũng có thể được xem là giải pháp khi thị trường nhỏ lẻ Nhưng khi thị trường pháp triển, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao thì buộc các chi tiết máy chịu tài trọng làm việc khắc nghiệt bắt buộc phải qua công nghệ GCAL để nâng cao cơ tính

Khi chế tạo một chi tiết như vỏ xe ô tô, vỏ két chứa, vỏ máy thì không thể chế tạo bằng phương pháp nào khác ngoài công nghệ GCAL

Công nghệ GCAL được chia thành 2 loại hình công nghệ chính đó là dập tấm và dập khối Các dạng sản phẩm này điển hình của dập tấm và dập khối được trình bày trên hình dưới đây

Hình 1.11 Các sản phẩm dập khối điển hình

Hình 1.12 Sản phẩm dập tấm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng

Công nghệ dập tấm và dập khối để tạo hình các chi tiết có sử dụng khuôn dập và thực hiện trên các thiết bị như máy búa, máy ép cơ khí, máy ép thủy lực, máy ép vít ma sát…

Công nghệ GCAL còn được biết đến với nhưng loại hình sản phẩm đặc biệt

đó là các sản phẩm dạng rỗng Các chi tiết này không chỉ được thực hiện trên các khuôn đặc biệt, mà còn cần phải có những thiết bị chuyên dùng, thiết bị được điều khiển theo chương trình nhằm tạo điều kiện cho quá trình tạo hình được chính xác hơn

Hình 1.13 trình bày các dạng sản phẩm rỗng được tạo hình bằng công nghệ dập thủy tĩnh (dập trong môi trường chất lỏng có áp suất cao)

Hình 1.13 Sản phẩm rỗng

Hình 1.14 Sản phẩm ép

1.4 SẢN PHẨM VỎ BUGI

Bugi là chi tiết cuối cùng của hệ thống đánh lửa Tuy nhiên, bugi có nhiệm

vụ rất quan trọng là phải phát sinh được tia lửa điện giữa hai điện cực (cực trung tâm và cực bên nối mát), để đốt cháy hỗn hợp không khí – xăng từ chế hòa khí đã được nạp vào buồng đốt

Hình 1.15: Bugi

Cũng cần nên biết khi hỗn hợp không khí – xăng cháy nổ trong buồng đốt,

nó làm nhiệt độ gia tăng lên khoảng 25000C và áp suất nén khoảng 50 kg/ cm2

Trong điều kiện khắc nghiệt như vậy, bugi phải luôn đảm bảo tính năng đánh lửa của nó, vì vậy bugi được chế tạo với các yêu cầu rất đặc biệt sau:

- Có độ bền cơ học cao

- Có khả năng chịu nhiệt cao và áp suất cao

- Đảm bảo tia lửa luôn mạnh và ổn định trong mọi điều kiện nhiệt độ

và áp suất khác nhau

1.4 1 Cấu tạo bugi

Hình 1.16 Cấu tạo bugi

1.4 2 Hoạt động, ứng dụng của chi tiết bugi

Bugi: Là công cụ để nguồn điện phát ra hồ quang qua một khoảng trống (giống như tia sét) Nguồn điện này phải có điện áp rất cao để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh Thông thường, điện áp giữa hai cực của nến điện khoảng từ 40.000 đến 100.000 vôn

Hình 1.17 Vị trí đặt bugi trong cơ cấu phân phối khí

Bugi phải cách ly được điện thế cao để tia lửa xuất hiện đúng theo vị trí đã định trước của các điện cực của nến, mặt khác nó phải chịu đựng được điều kiện

khắc nghiệt trong xilanh như áp suất và nhiệt độ rất cao, hơn nữa nó phải được thiết

kế để các bụi than không bám lại trên các bề mặt điện cực trong quá trình làm việc

Bugi sử dụng loại sứ cách điện để cách ly nguồn cao áp giữa các điện cực, nó

phải đảm bảo để tia lửa phóng ra đúng ở hai đầu của điện cực chứ không phải ở bất

cứ điểm nào thuộc hai cực Ngoài ra chất sứ này còn có tác dụng không để các bụi than bám vào trong quá trình sử dụng Sứ là vật liệu dẫn nhiệt rất kém, vì vậy vật

liệu rất nóng trong quá trình làm việc Sức nóng đã giúp làm sạch bụi than khỏi điện

cực

1.4.3 Các yêu cầu kỹ thuật

Bugi bao gồm có chức năng chính là đốt cháy hỗn hợp khí/nhiên liệu và truyền nhiệt từ buồng đốt

Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực trung tâm và điện cực nối đất của bugi để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu đã được nén trong xy-lanh

* Cơ cấu đánh lửa

Sự nổ của hỗn hợp không khí - nhiên liệu do tia lửa từ bugi được gọi chung

là sự bùng cháy Tuy nhiên, sự bùng cháy không phải xẩy ra tức khắc, mà diễn ra như sau.Tia lửa xuyên qua hỗn hợp không khí - nhiên liệu từ điện cực trung tâm đến điện cực tiếp đất Kết quả là phần hỗn hợp không khí-nhiên liệu dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hoá học (ôxy hoá) xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành cái

gọi là “nhân ngọn lửa” Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp không khí-nhiên

liệu bao quanh, và phần hỗn hợp này lại kích hoạt chung quanh nó Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình được gọi là lan truyền

ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra

từ tia lửa

Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ Hiện tượng này được

gọi là sự dập tắt điện cực Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa

sẽ bị tắt Điện cực càng bé thì hiệu ứng dập tắt càng nhỏ Và điện cực càng vuông thì càng dễ phóng điện Một số bugi có rãnh chữ “U” trong điện cực tiếp đất, hoặc rãnh chữ “V” trong điện cực trung tâm để tăng độ đánh lửa Những bugi này có hiệu ứng dập tắt thấp hơn các bugi không có rãnh trong điện cực; chúng cho phép hình thành những nhân ngọn lửa lớn Ngoài ra, một số bugi còn giảm hiệu ứng dập tắt

bằng cách sử dụng những điện cực mảnh

* Đặc tính đánh lửa

Hình 1.18 Đặc tính đánh lửa

Các yếu tố sau đây có ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi:

- Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vuông

hoặc nhọn lại dễ phóng điện Qua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa Vì vậy, cần phải thay thế bugi Các buji có điện

cực mảnh và nhọn thì phóng điện dễ hơn Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ chóng mòn và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn hơn Vì thế, một số bugi có các điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống mòn Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặc iridium

- Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu

Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động cơ

có thể bỏ máy Khi khe hở giữa cực trung tâm và cực tiếp đất tăng lên, sự phóng tia

lửa giữa các điện cực trở nên khó khăn Do đó, cần có một điện áp lớn hơn để phóng tia lửa

Vì vậy cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi

+ Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn Vì thế, trên thị trường có

những bugi có khe hở rộng đến 1,1 mm

Hình 1.19 Mối quan hệ điện cực và điện

+ Các bugi có điện cực platin hoặc iridium không cần điều chỉnh khe

hở vì chúng không bị mòn (chỉ cần thay thế)

* Vùng nhiệt Nhiệt lượng do một bugi bức xạ ra thay đổi tuỳ theo hình dáng và vật

liệu của bugi Nhiệt lượng bức xạ đó được gọi là vùng nhiệt

Hình 1.20 Vùng nhiệt trên Bugi

Kiểu bugi phát xạ ra nhiều nhiệt được gọi là kiểu bugi lạnh, bởi vì nó không bị nóng lên nhiều Kiểu bugi phát xạ ít nhiệt được gọi là kiểu nóng, vì nó giữ

lại nhiệt Mã số của bugi được in trên bugi, nó mô tả cấu tạo và đặc tính của bugi

Mã số có khác nhau đôi chút, tuỳ theo nhà chế tạo Thông thường, con số vùng nhiệt càng lớn thì bugi càng lạnh vì nó phát xạ nhiệt tốt

Hình 1.21 Phân bố nhiệt Bugi làm việc tốt nhất khi nhiệt độ tối thiểu của điện cực trung tâm

nằm trong khoảng nhiệt độ tự làm sạch: 450o C, và nhiệt độ tự bén lửa: 950oC

Vùng nhiệt thích hợp của bugi thay đổi tuỳ theo kiểu xe Việc lắp một bugi có vùng nhiệt khác đi sẽ gây nhiễu cho nhiệt độ tự làm sạch và nhiệt độ tự bén lửa

Để ngăn ngừa hiện tượng này, cần sử dụng kiểu bugi đã quy định để thay thế Sử dụng bugi lạnh khi động cơ chạy với tốc độ và tải trọng thấp sẽ làm

giảm nhiệt độ của điện cực và làm cho động cơ chạy không tốt Sử dụng bugi nóng khi động cơ chạy với tốc độ và tải trọng cao sẽ làm cho nhiệt độ của điện cực tăng cao, làm chảy điện cực

- Nhiệt độ tự làm sạch

Hình 1.22 Trạng thái làm việc tốt/không tốt của đầu điện cực Bugi

Khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định, nó đốt cháy hết các muội than đọng trên khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực này luôn sạch Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ tự làm sạch Tác dụng tự làm sạch của bugi xảy ra khi nhiệt độ của điện

cực vượt quá 450o C Nếu các điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm sạch này thì

muội than sẽ tích luỹ trong khu vực đánh lửa của bugi Hiện tượng này có thể làm cho bugi không đánh lửa được tốt

- Nhiệt độ tự bén lửa

Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy hỗn hợp không nhiên liệu mà không cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là “nhiệt độ tự bén

khí-lửa” Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 950 o C Nếu

nó xuất hiện, công suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng,

và các điện cực hoặc píttông có thể bị chảy từng phần

Hình 1.23 Đánh lửa trên điện cực

* Bugi có cực platin hoặc iriđi Trên các bugi kiểu này, điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất được

phủ một lớp mỏng platin hoặc iriđi Vì vậy, tuổi thọ của những bugi này dài hơn bugi thông thường Vì platin và iriđi chống được ăn mòn nên điện cực trung tâm có

thể vẫn nhỏ, tạo điều kiện đánh lửa tốt

Hình 1.24 Đầu điện cực bugi

- Bugi có c ực platin

Trong loại bugi này, platin được hàn đắp lên đầu điện cực trung tâm và điện

cực tiếp đất Đường kính của điện cực trung tấm nhỏ hơn so với bugi thông thường

- Bugi có c ực iriđi

Trong loại bugi này, iriđi (có khả năng chống ăn mòn cao hơn platin) được hàn đắp lên đầu điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất Đường kính điện cực trung tâm nhỏ hơn so với của bugi cực platin

1.5 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Vỏ Bugi được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau Hiện nay, nhiều doanh nghiệp ở Việt Nam chế tạo vỏ bugi theo phương pháp đúc, sau đó gia công cắt gọt Với phương pháp này năng suất, chất lượng chi tiết không cao, đặc biệt là khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật

Qua nghiên cứu về công nghệ Gia công áp lực, tôi nhận thấy rằng công nghệ này có ưu điểm bổi bật trong việc gia công loạt lớn và có khả năng nâng cao chất lượng sản phẩm Vì vậy tôi đề xuất đề tài nghiên cứu trong khuôn khổ luận văn của mình sẽ tập trung vào nghiên cứu công nghệ ép chảy để chế tạo vỏ Bugi Việc thiết

kế, nghiên cứu công nghệ này sẽ khả thi và thực hiện ở các doanh nghiệp sản xuất nội địa

Các nội dung thực hiện chính bao gồm:

- Nghiên cứu Công nghệ gia công áp lực, cụ thể là công nghệ ép chảy để chế

tạo vỏ bugi động cơ đốt trong

- Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số trong khảo sát phân tích công nghệ ép chảy chi tiết vỏ Bugi, tính toán các thông số công nghệ đầu vào và ứng dụng phần

mềm Deform mô phỏng quá trình biến dạng dẻo của kim loại khi ép chảy vỏ bugi động cơ đốt trong, để có thể đưa ra các thông số kỹ thuật tối ưu phục vụ cho việc thiết kế khuôn và chọn thiết bị công nghệ phù hợp Từ đó, l có thể nâng cao được

chất lượng và giảm giá thành sản phẩm

- Những thông số công nghệ rút ra được nhờ mô phỏng có thể coi là tối ưu và

là dữ liệu cơ bản để thiết kế, chế tạo khuôn Bởi vậy bộ khuôn chế tạo ra chắc chắn

có thể ép ra sản phẩm đạt yêu cầu, nếu có phải chỉnh sửa thì cũng ở mức độ nhẹ và

khối lượng công việc không nhiều Với việc áp dụng phương pháp thiết kế “ảo”,

thời gian thiết kế cũng như chi phí chế tạo khuôn giảm đáng kể Điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với những chi tiết phức tạp, kích thước lớn

CHƯƠNG 2:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY ĐỂ CHẾ TẠO VỎ BUGI ĐỘNG CƠ

ĐỐT TRONG

2.1 CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY

2.1.1 Khái quát chung

Ép chảy là quá trình gia công kim loại bằng áp lực trong đó vật liệu dưới tác dụng của chày ép được ép qua lỗ cối tạo ra sản phẩm dạng thanh đặc hoặc rỗng, có biên dạng mặt cắt ngang từ đơn giản đến phức tạp Ngoài ra, ép chảy cũng có thể tạo ra các sản phẩm dưới dạng chi tiết Sản phẩm của quá trình ép chảy có độ chính xác cao về hình dáng cũng như kích thước với hệ số sử dụng vật liệu lớn, vì hầu như không có vật liệu bỏ đi sau khi gia công như các phương pháp gia công cơ, hơn nữa ép chảy còn cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp mà các

ngang của sản phẩm

Ép chảy được ứng dụng để chế tạo các loại phôi dạng thanh profil định hình, ống có chiều dài vô hạn hoặc các chi tiết hoàn chỉnh hình trụ, côn, bậc, kiểu bu lông, hay các chi tiết rỗng có chiều dài hữu hạn

Đối với chi tiết Bugi rất thích hợp để chế tạo bằng công nghệ ép chảy chi tiết rỗng có chiều dài hữu hạn

Vật liệu ép chảy rất đa dạng Đối với sản phẩm dạng thanh thường từ kim loại và hợp kim màu, đặc biệt từ nhôm và hợp kim nhôm Đối với các chi tiết cơ khí

có thể từ vật liệu thép Các sản phẩm ép chảy được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân như: Ngành thiết bị công nghiệp, quân sự, giao thông vận tải, xây dựng và trang trí nội thất

Ưu điểm của ép chảy:

+ Độ chính xác và độ bóng bề mặt của chi tiết cao

+ Không sợ quá tải khuôn như dập trên khuôn

+ Sản phẩm ép chảy có chất lượng cao, không bị nứt rạn, không có rỗ khí

+ Sản xuất nhanh chóng, dễ dàng, năng suất cao với các dạng sản phẩm thanh

có profil có chiều dài vô hạn mà các phương pháp khác không thể gia công được

Nhược điểm của ép chảy:

+ Áp lực đơn vị cao nên lực tác dụng lên dụng cụ biến dạng lớn, làm giảm tuổi thọ khuôn, nhất là ở phần lỗ thoát kim loại khuôn rất nhanh mòn

+ Vật liệu khuôn phải làm bằng vật liệu tốt, chịu nhiệt và có tính chống mài mòn cao Tiêu hao năng lượng cho quá trình biến dạng lớn

2.1.2 Các phương pháp ép chảy

Tuỳ theo các điều kiện sản xuất và yêu cầu đối với sản phẩm mà có thể chia

ra các phương pháp ép chảy khác nhau, trong đó phương pháp chủ yếu và phổ biến nhất là ép chảy thuận và ép chảy ngược bằng chày cối cứng

2.1.2.1 Ép chảy thuận

Trong quá trình ép chảy thuận, phôi dịch chuyển tương đối với thành buồng

ép và hướng chảy của kim loại trùng với hướng chuyển động của chày ép

Hình 2.1 Sơ đồ ép chảy thuận Sản phẩm của quá trình ép chảy thuận thường có dạng thanh, ống hay profil định hình có chiều dài vô hạn Trong quá trình ép chảy thuận, chiều tác dụng lực trùng với chiều thoát của sản phẩm