Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế QTCN dập và khuôn dập trục khuỷu Thiết kế QTCN gia công trục khuỷu D20

Lời nói đầu T Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại đất nước, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tương đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thường gặp trong thực tế . Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò hết sưc quan trọng trong quá trình đào tạo trở thành người kỹ sư. Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời nâng cao khả năng vận dụng sáng tạo những kiến thức này để làm đồ án cũng như công tác sau này. Là một sinh viên chuyên ngành cơ khí. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em được giao nhiệm vụ: Thiết kế QTCN dập và khuôn dập trục khuỷu . Thiết kế QTCN gia công trục khuỷu D20.. Đây là một đề tài mới và khó đối với em. Tuy nhiên trong thời gian đi thực tập và làm đồ án tốt nghiệp được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Phú Hoa .Vơí sự học hỏi của bản thân em đã đưa ra một phương án gia công trục khuỷu D20 , theo em phương án này sẽ đảm bảo độ chính xác và yêu cầu kỹ thuật. Đồ án tốt nghiệp của em gồm có phần thuyết minh và phần bản vẽ mà ở đó đã trình bày đầy đủ quy trình công nghệ gia công, chế độ cắt và đồ gá dùng để gia công . Tuy nhiên do trình độ hiểu biết về lý thuyết và thực tế còn hạn chế, do đó trong đồ án này không thể tránh khỏi sai sót . Vậy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng như các phương án khác hợp lý hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn ThS.Nguyễn Phú Hoa cùng các thầy giáo trong khoa cơ khí TrườngĐHKTCNTN đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Đồng thời cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo và các bạn đã giúp đỡ em trong suốt 5 năm học qua cũng như trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp . Thái Nguyên ngày 26 tháng 12 năm 2000 Sinh viên Nguỹên Quốc Thịnh Phần I Phân tích tính công nghệ của chi tiết chọn phương án CHế TạO PHÔI I. Chức năng, điều kiện làm việc, công dụng và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. 1. Chức năng, điều kiện làm việc, công dụng của chi tiết. Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất trong động cơ, cường độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất. Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên pitston chuyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến cuả pitston thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài (dẫn động các máy công tác khác). Khối lượng của trục khuỷu thường chiếm từ 7 ? 15% khối lượng của động cơ. Giá thành của trục khuỷu thường chiếm từ 25 ? 30% giá thành toàn bộ động cơ. Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng: Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay). Những lực này có giá trị rất lớn và thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh. Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng. Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát cổ trục và chốt khuỷu. Tuổi thọ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền phụ thuộc và tuổi thọ của trục khuỷu vì vậy đối với kết cấu trục khuỷu, phải đảm bảo các yêu cầu sau: Có sức bền lớn, độ cứng lớn trọng lượng nhỏ và ít hao mòn. Có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc của trục cần có độ bóng bề mặt và độ cứng cao. Không xẩy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng. Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều của động cơ nhưng đồng thời phải dễ chế tạo. 2. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Tôi cao tần phần cổ trục ?40 và ?58 độ cứng đạt 52 ? 58 HRC. Độ cứng bề mặt còn lại đạt 20 ? 26HRC. Lỗ thoát dầu trên cổ trục phải trơn, vát mép hai đầu ?5 x 50o40’. Không cho phép có vết nứt, vét lõm, phân tầng, vẩy sắt, gấp nếp và các hư hỏng cơ khí khác. Tổ chức kim loại không được xốp, đốm trắng, phân tầng, lớp dạng gẫy. Dùng áo côn để kểm tra mặt côn, diện tích tiếp xúc ? 70%. Đường tâm đối xứng của rãnh then 12+0.027 và 8+0.036 cho phép lệch với đường tâm cổ trục chính không quá 0.2 mm. Độ lệch góc là ?0,1. Độ không song song của đường sinh cổ biên so với đường tâm khuỷu không quá 0,05100. Độ côn, ô van, tang trống của bề mặt ?40 và ?58 không quá 0,15. Độ không vuông góc của đờng tâm lỗ lắp đối trọng M16 so với trục khuỷu không quá 0,15. II. Phân tích chi tiết gia công và xác định dạng sản xuất. 1. Phân tích chi tiết gia công. Căn cứ vào kết cấu của chi tiết trục khuỷu, căn cứ vào cách phân loại vật dập theo bảng 64(tr. 164) II. Trục khuỷu là chi tiết có trục chính cong thuộc phân nhóm 2, nhóm I. Trên chi tiết các bậc giữa chốt khuỷu và má khuỷu là nhỏ nên có thể dập liền sau đó gia công cơ. Các bậc còn lại đều dập đựơc.Các lỗ dầu bôi trơn, lỗ bu lông đối trọng, rãnh then, lỗ lắp điều tốc không thể dập được mà phải dập liền sau đó gia công cơ. ký, bố trí nhân công làm việc hợp lý dẫn đến quá trình sản xuất đạt hiệu quả cao. 2. Xác định dạng sản xuất. Dạng sản xuất là một khái niệm kinh tế kỹ thuật tổng hợp, nó phản ánh mối quan hệ tác động qua lại giữa tính chất và nhiệm vụ sản xuất với đặc trưng các biện pháp công nghệ sản xuất cùng các biện pháp tổ chức kế hoạch trong quản lý, sản xuất để đạt hiệu quả cao nhất. a) Xác định sản lượng cơ khí. Theo công thức: Nck = NKH.mi(1+ ). Trong đó: Nkc sản lượng cơ khí chi tiết cần gia công Nkh sản lượng theo kế hoạch Nkh=10000(Cnăm) mi = Số chi tiết cùng tên trong mỗi sản phẩm mi =1. ?: hệ số dự phòng mất mát, hư hỏng do chế tạo, ? = (3?6)%. Chọn ? = 4%. Nck = 10000.1.(1+410) = 14000 (chiếc năm) b) Xác định khối lượng chi tiết. Hình vẽ : Thể tích chi tiết. Khối lượng của chi tiết được tính theo công thức: G.? =V Trong đó: V: thể tính của chi tiết (dm3); ? trọng lượng riêng của vật liệu?=7,852(kgdm3). V=v1+v2+v3+v4+v5+v5v6+v7+v8v9v10 Ta có: v1= ?d2.l14=3,14.402.164=20106,19mm3 v2=?d2.l24=3,14. 582.604=158524,76mm3 v3= v5= 115x90x36 =372600 mm3 v4=?d2.l14=3,14. 582.574=150598,52mm3 v6=?d2.l64=3,14. 582.824=2924781,91mm3 v7=?d2.l74=3,14. 542.604= 137413,26 mm3 v8=?d2.l84=3,14. 392.324=38226,89 mm3 v9=?d2.l94=2.3,14. 162.374=14878,58 mm3 v10=?d2.l104=2.3,14. 14,62.164=904,18 mm3 V = 1480394 mm3=?,480 dm3 G = v. =?,480.7,8=11,5 kg Với sản lượng cơ khí 14000 chiếcnăm và khối lượng chi tiết là 11,5 (kg). Tra bảng 2(tr.13).I. ta có dạng sản xuất hàng khối III. Chọn phương án chế tạo phôi. 1 Phương pháp tạo phôi trục khuỷu D20. Việc chế tạo trục khuỷu D20 để đạt được những yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, người kỹ sư công nghệ phải xác định được kích thước phôi và chọn phôi thích hợp với điều kiện sản xuất nên việc chọn phôi dựa trên những cơ sở sau: Vật liệu chế tạo phôi và cơ tính của vật liệu . Hình dáng và kết cấu của chi tiết. Khả năng đạt độ bóng của phương pháp tạo phôi . Điều kiện cụ thể sản xuất của nhà máy ở đây chi tiết trục khuỷu D20 vật liệu là thép 45X, với loại vật liệu này có độ dẻo độ dai tốt phù hợp với các phương pháp gia công cắt gọt sau này. Do những yêu cầu kỹ thuật của chi tiết đòi hỏi độ chính xác ,độ bền cơ tính và độ bóng bề mặt. Để thoả mãn các yêu cầu trên việc sản xuất phôi trục khuỷu D20 có các phương pháp như đúc, gia công áp lực: cán,rèn,dập nóng. Ta phải so sánh lựa chọn giữa các phương pháp để đưa ra phương án tạo phôi hợp lý đảm bảo cả về hai mặt kinh tế và kỹ thuật. 1. Rèn tự do hoặc rèn khuôn. Thường dùng cho các loại thép các bon, thép hợp kim để rèn. Ư điểm: Thích hợp với điều kiện sản xuất loạt vừa và nhỏ. Chi phí về trang bị công nghệ không đắt. Nhược điểm: Lượng dư công nghệ lớn, khi gia công cắt gọt các thớ kim loại bị cắt đứt , không liên tục do đó ảnh hưởng đến sức bền của trục khuỷu. 2. Đúc. Ưu điểm: Trọng lưọng phôi và lượng dư gia công nhỏ, đồng thời có thể đúc được những kết cấu phức tạp khiến cho việc phân bố kim loại bên trong của trục khuỷu có thể thực hiện theo ý muốn để đạt được sức bền cao nhất. Nhược điểm: Thành phần kim loại đúc khó đồng đều. Khi đúc thép kết tinh không đều. Tinh thể phía trong thô hơn tinh thể mặt ngoài. Dễ xẩy ra các khuyết tật đúc như rỗ khí, thiên tích, rạn nứt ... 3. Dập nóng thể tích. a) Dập nóng thể tích trên máy búa dập. Thực chất quá trình dập trên máy búa là sự điền đầy kim loại vào phần rỗng của khuôn nhờ lực va đập. Ưu điểm: Lưọng dư gia công nhỏ vì dập trên búa máy có nhiều mức độ chính xác khác nhau. Lưọng dư gia công bé nên tiết kiệm được kim loại, giảm giờ gia công cơ, giữ được mặt ngoài cơ tính cao. Năng suất lao động tương đối cao. Thao tác máy dễ dàng. Nhược điểm: Máy làm việc ồn. Hoàn thành một bước hay nguyên công phải cần vài nhát đập tăng thời gian phụ. b) Dập trên máy ép trục khuỷu. Ưu điểm: Máy làm việc êm, thân máy và cụm trục khuỷu thanh truyền cứng vững tốt, dẫn hướng êm chính xác. Chất lượng vật rèn trên máy ép cao, tiết kiệm lượng hao kim loại, năng xuất cao. Nhược điểm: Giá thành của máy ép cao. Khi quá tải thường xẩy ra hiện tượng kẹt máy, nhiều trường hợp rất khó giải quyết. Kích thước phôi ban đầu phải chính xác Khó đánh sạch lớp ôxy hoá nên yêu cầu thiết bị nung phải không có hoặc ít ôxy hoá. Tính chất vạn năng so với máy búa kém hơn nên phải có thiết bị phụ để tạo phôi. 2Chọn phương pháp chế tạo phôi. Dựa vào những phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp tạo phôi trên, với chi tiết trục khuỷu D20 vật liệu là thép 45X nên ta chọn phương án tạo phôi là dập nóng thể tích trên máy búa dập.

bộ giáo dục và đào tạotrờng đại học kỹ thuật công nghiệp THáI NGUYÊN

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn

NguyÔn Quèc ThÞnh K32M Trêng §å ¸n tèt nghiÖp - TrH Kü ThuËt C«ng nghiÖp

2

Nhận xét của giáo viên chấm đồ án

Lời nói đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại đất nớc, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các

kỹ s và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tơng đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để giải quyết những vấn

đề thờng gặp trong thực tế

T

Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò hết sc quan trọng trong quá trình đào tạo trở thành ngời kỹ s Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến thức đã đợc tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời nâng cao khả năng vận dụng sáng tạo những kiến thức này để làm đồ án cũng nh công tác sau này.

Là một sinh viên chuyên ngành cơ khí Trong thời gian làm

đồ án tốt nghiệp em đợc giao nhiệm vụ: '' Thiết kế QTCN dập và khuôn dập trục khuỷu Thiết kế QTCN gia công trục khuỷu

gian đi thực tập và làm đồ án tốt nghiệp đợc sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hớng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Phú Hoa Vơí sự học hỏi của bản thân em

đã đa ra một phơng án gia công trục khuỷu D20 , theo em phơng án này

sẽ đảm bảo độ chính xác và yêu cầu kỹ thuật.

Đồ án tốt nghiệp của em gồm có phần thuyết minh và phần bản vẽ mà ở đó đã trình bày đầy đủ quy trình công nghệ gia công, chế độ cắt và đồ gá dùng để gia công

Tuy nhiên do trình độ hiểu biết về lý thuyết và thực tế còn hạn chế, do đó trong đồ án này không thể tránh khỏi sai sót Vậy em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng nh các phơng án khác hợp lý hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn ThS.Nguyễn

Phú Hoa cùng các thầy giáo trong khoa cơ khí - TrờngĐHKTCNTN đã

tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án đúng thời hạn Đồng thời cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo và các bạn đã giúp đỡ

em trong suốt 5 năm học qua cũng nh trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp

Thái Nguyên ngày 26 tháng 12 năm 2000

Phân tích tính công nghệ của chi tiết chọn phơng án CHế TạO

PHÔI

I Chức năng, điều kiện làm việc, công dụng và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.

1 Chức năng, điều kiện làm việc, công dụng của chi tiết.

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất trong động cơ,cờng độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất Công dụng của trục khuỷu là tiếpnhận lực tác dụng trên pitston chuyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnhtiến cuả pitston thành chuyển động quay của trục để đa công suất ra ngoài (dẫn

động các máy công tác khác)

Khối lợng của trục khuỷu thờng chiếm từ 7  15% khối lợng của động cơ.Giá thành của trục khuỷu thờng chiếm từ 25  30% giá thành toàn bộ động cơ

Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng:

-Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quántính (quán tính chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay)

Những lực này có giá trị rất lớn và thay đổi theo chu kỳ nhất định nên cótính chất va đập rất mạnh

Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn, đồng thời còn gây ra hiện tợngdao động dọc và xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng

Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt masát cổ trục và chốt khuỷu

Tuổi thọ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền phụ thuộc và tuổi thọ của trụckhuỷu vì vậy đối với kết cấu trục khuỷu, phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có sức bền lớn, độ cứng lớn trọng lợng nhỏ và ít hao mòn

- Có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc của trục cần có độ bóng bềmặt và độ cứng cao

Không xẩy ra hiện tợng cộng hởng trong phạm vi tốc độ sử dụng

Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều của

động cơ nhng đồng thời phải dễ chế tạo

2 Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.

- Tôi cao tần phần cổ trục 40 0 08

và 580.02

độ cứng đạt 52  58HRC Độ cứng bề mặt còn lại đạt 20  26HRC.HRC

- Lỗ thoát dầu trên cổ trục phải trơn, vát mép hai đầu 5 x 50o40’.

- Không cho phép có vết nứt, vét lõm, phân tầng, vẩy sắt, gấp nếp và các hhỏng cơ khí khác

- Tổ chức kim loại không đợc xốp, đốm trắng, phân tầng, lớp dạng gẫy

- Dùng áo côn để kểm tra mặt côn, diện tích tiếp xúc  70%

- Đờng tâm đối xứng của rãnh then 12+0.027 và 8+0.036HRC. cho phép lệch với đờngtâm cổ trục chính không quá 0.2 mm Độ lệch góc là 0,1

- Độ không song song của đờng sinh cổ biên so với đờng tâm khuỷu khôngquá 0,05/100

- Độ côn, ô van, tang trống của bề mặt 40  0 08

và 580.02

không quá0,15

- Độ không vuông góc của đờng tâm lỗ lắp đối trọng M16HRC so với trụckhuỷu không quá 0,15

II Phân tích chi tiết gia công và xác định dạng sản xuất.

1 Phân tích chi tiết gia công.

Căn cứ vào kết cấu của chi tiết trục khuỷu, căn cứ vào cách phân loại vật dập theo bảng 6HRC.4(tr 16HRC.4) [II] Trục khuỷu là chi tiết có trục chính cong thuộc phân nhóm 2, nhóm I

Trên chi tiết các bậc giữa chốt khuỷu và má khuỷu là nhỏ nên có thể dập liền sau đógia công cơ Các bậc còn lại đều dập đựơc.Các lỗ dầu bôi trơn, lỗ bu lông đối trọng,rãnh then, lỗ lắp điều tốc không thể dập đợc mà phải dập liền sau đó gia công cơ

ký, bố trí nhân công làm việc hợp lý dẫn đến quá trình sản xuất đạt hiệu quả cao

2 Xác định dạng sản xuất.

Dạng sản xuất là một khái niệm kinh tế kỹ thuật tổng hợp, nó phản ánh mối quan hệ tác động qua lại giữa tính chất và nhiệm vụ sản xuất với đặc trng các biện pháp công nghệ sản xuất cùng các biện pháp tổ chức kế hoạch trong quản lý, sản xuất để đạt hiệu quả cao nhất

Trong đó: Nkc sản lợng cơ khí chi tiết cần gia công Nkh

V: thể tính của chi tiết (dm3);

 - trọng lợng riêng của vật liệu=7,852(kg/dm3)

V=v1+v2+v3+v4+v5+v5v6HRC.+v7+v8-v9-v10

Ta có:

v1= d2.l1/4=3,14.402.16HRC./4=20106HRC.,19mm3

Với sản lợng cơ khí 14000 chiếc/năm và khối lợng chi tiết là

11,5 (kg) Tra bảng 2(tr.13).[I] ta có dạng sản xuất hàng khối

III Chọn phơng án chế tạo phôi.

1/ Ph ơng pháp tạo phôi trục khuỷu D20.

Việc chế tạo trục khuỷu D20 để đạt đợc những yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, ngời kỹ

s công nghệ phải xác định đợc kích thớc phôi và chọn phôi thích hợp với điều kiện sản xuất nên việc chọn phôi dựa trên những cơ sở sau:

- Vật liệu chế tạo phôi và cơ tính của vật liệu

- Hình dáng và kết cấu của chi tiết.

- Khả năng đạt độ bóng của phơng pháp tạo phôi /*

- Điều kiện cụ thể sản xuất của nhà máy ở đây chi tiết trục khuỷu D20 vật liệu là thép 45X, với loại vật liệu này có độ dẻo độ dai tốt phù hợp với các phơng pháp gia công cắt gọt sau này.

Do những yêu cầu kỹ thuật của chi tiết đòi hỏi độ chính xác ,độ bền cơ tính và độ bóng bề mặt Để thoả mãn các yêu cầu trên việc sản xuất phôi trục khuỷu D20 có các phơng pháp nh đúc, gia công áp lực: cán,rèn,dập nóng Ta phải so sánh lựa chọngiữa các phơng pháp để đa ra phơng án tạo phôi hợp lý đảm bảo cả về hai mặt kinh

Nhợc điểm: Lợng d công nghệ lớn, khi gia công cắt gọt các thớ kim loại bị

cắt đứt , không liên tục do đó ảnh hởng đến sức bền của trục khuỷu

của trục khuỷu có thể thực hiện theo ý muốn để đạt đợc sức bền cao nhất.

Nhợc điểm:

- Thành phần kim loại đúc khó đồng đều

- Khi đúc thép kết tinh không đều

- Tinh thể phía trong thô hơn tinh thể mặt ngoài

- Dễ xẩy ra các khuyết tật đúc nh rỗ khí, thiên tích, rạn nứt

- Năng suất lao động tơng đối cao

- Thao tác máy dễ dàng

- Giá thành của máy ép cao

- Khi quá tải thờng xẩy ra hiện tợng kẹt máy, nhiều trờng hợp rất khó giảiquyết

- Kích thớc phôi ban đầu phải chính xác

- Khó đánh sạch lớp ôxy hoá nên yêu cầu thiết bị nung phải không có hoặc ít

ôxy hoá

- Tính chất vạn năng so với máy búa kém hơn nên phải có thiết bị phụ để tạophôi.

2/Chọn ph ơng pháp chế tạo phôi.

Dựa vào những phân tích u nhợc điểm của các phơng pháp tạo phôi trên, với chi tiếttrục khuỷu D20 vật liệu là thép 45X nên ta chọn phơng án tạo phôi là dập nóng thểtích trên máy búa dập

Phần II thiết kế công nghệ trên máy búa

I Phân loại vật dập.

Dựa vào bảng 6HRC.4 (tr.16HRC.6HRC.) [II], ta xác định đợc vật dập là chi tiết có trục chínhcong thuộc phân nhóm 2 nhóm I

II Thiết kế vật dập.

1 Mặt phân khuôn - Đ ờng phân khuôn.

Điều kiện cơ bản để chọn mặt phân khuôn là dễ lấy vật dập ra khỏi lòngkhuôn Với điều kiện nh vậy ta có các phơng án sau:

-Mặt phân khuôn là một mặt phức tạp bao gồm các mặt phẳng ngang nghiêng

-Mặt phân khuôn nh hình b Là mặt phẳng chia đôi vật dập ra làm 2 phầnbằng nhau Với phơng án này thì việc chế tạo khuôn đơn giải hơn, khả năng điền



 = 45 1 , 8

2 , 1





58 + 5 1 , 8

2 , 1



 = 6HRC.3 1 , 8

2 , 1





36HRC + 5 1 , 8

2 , 1



 = 41 1 , 8

2 , 1





90 + 5 1 8

5 1 , ,



 = 95 1 8

5 1 , ,





115+5 1 , 8

2 , 1



 =120 1 , 8

2 , 1





377+ 5,5 1 , 6

7 , 0



 = 382,5 1 , 6

7 , 0





Hình a:

Hình b

3 Xác định góc nghiêng và lòng khuôn.

Thực tế không thể dập đợc vật dập trên máy búa có bề mặt phẳng không thẳng đứngvì không thể nào lấy đợc vật dập ra khỏi lòng khuôn Chỉ có thể lấy đợc vật dập cóthành bên thẳng đứng hay có góc nghiêng bé bằng cơ cấu đẩy phôi riêng, những cơcấu này thực hiện trên máy búa rất khó khăn

Ngời ta xác định góc nghiêng lòng khuôn phụ thuộc vào kết cấu của vật dập

Cụ thể góc nghiêng phụ thuộc vào kính thớc và tỷ số truyền sau:

b -chiều rộng; h -chiều cao; l -chiều dài của vật dập ở đoạn có góc nghiêng

Bán kính lợn trong R nhỏ dẫn tới kim loại chảy rất khó thậm chí bị đứt, tạothành xoắn và gấp nếp ở các rãnh sâu và sắc cạnh

Dựa vào bán kính lợn của chi tiết và bảng 72.(tr.210).[II] ta có các góc lợntrên bản vẽ vật dập

Dựa vào lợng d và dung sai, góc nghiêng thành lòng khuôn, góc lợn ta xâydựng đợc bản vẽ vật dập nh hình vẽ

bản vẽ vật dập

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

12

5 Vành biên và xác định kích th ớc rãnh vành biên.

Vành biên là vành kim loại thừa xung quanh vật rèn trên mặt phân khuôn nó

ảnh hởng lớn đến quá trình dập

Có ba ý nghĩa và vai trò cơ bản của vành biên trong khi dập trên máy búa

- Vào cuối quá trình dập vành biên tạo ra xung quanh vật dập ngăn cản kimloại chảy ra mặt phân khuôn mà bức kim loại chảy vào lòng khuôn điền đầy vậtdập

- Trongthực tế khó tạo ra kích thớc của phôi và lòng khuôn trùng nhau, diệntích của các tiết diện ngang là không trùng nhau đợc Vì thế cần phải cho thể tíchcủa phôi lớn hơn thể tích của lòng khuôn, do đó sẽ có một ít kim loại chảy ra vànhbiên

*) Dạng vành biên: Có nhiều kiểu dạng vành biên

Dựa vào hình 75(tr.175) [II] ta chọn rãnh vành biên dạng một nh hình vẽ.Chọn kết cấu rãnh vành biên nh vậy làm cầu vành biên có độ bên lớn vì nửakhuôn trên bị đốt nóng ít hơn nửa khuôn dới

51.5 134,5 382,5

71,25

R R3

41,5 R2

*) Kích thớc rãnh vành biên.

Theo công thức xác định kích thớc rãnh vành biên (tr.177) [II]

hc = 0,015 F vd Trong đó Fvr : diện tích vật dập trên mặt chiếu bằng

Sr: diện tích tiết diện rãnh vành biên xác định theo bảng 6HRC.5 (tr.178).[II]

b, b1: chiều rộng cầu và rãnh vành biên

6 Xác định trọng l ợng đầu rơi của máy búa dập.

Lực tốn nhiều nhất để tạo nên vật dập là ở lòng khuôn cuối cùng, vì thế khixác định trọng lợng đầu rơi ta tính theo nhát dập cuối cùng làm biến dạng kim loại

Theo công thức 11.(tr.182).[II] ta có:

G =a.Fvd

trong đó:

a: là hệ số riêng, đối với máy búa tác dụng kép

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

14

Trọng lợng đầu rơi của máy G1 = 2,5 tấn

Hành trình làm việc lớn nhât khi chiều cao khuôn thấp nhất:

Nh vậy ta chon sơ bộ các bớc dập sơ bộ nh sau:

Uốn – Nguyễn Phú Hoa Tạo hình – Nguyễn Phú Hoa cắt ba via

Để xác định chính xác ta phải xác định qua phôi tính toán và biểu đồ tiếtdiện

2 Phôi tính toán và biểu đồ tiết diện.

Vật dập đợc dập tốt hay không là phụ thuộc vào phơng án công nghệ có hợp lí haykhông, chon các bớc dập dựa trên tiết diện ngang của vật dập kể cả vành biên, từngphần riêng biệt của vật dập theo chiều dài và các đại lợng tơng ứng của chúng

Cần phải tạo ra phôi có kim loại phân bố ở từng phần riêng đủ để điền đầylòng khuôn và lợng kim loại ra vành biên đồng đều nhng không phải chất kim loại

đầy lòng khuôn Mỗi diện tích tiết diện ngang của phôi chuẩn bị phải gần bằng tổngdiện tích tiết diện của vật dập và vành biên tơng ứng Tạo đợc phôi nh vậy khôngnhững vật dập có chất lợng cao, vành biên đồng đều, phế liệu ít mà còn giảm mòn

và h hỏng khuôn dập Để đạt đợc mục đích đó dẫn tới xây dựng phôi tính toán vàbiểu đồ tiết diện của vật dập

Thực tế đã chứng minh rằng, phơng pháp tốt nhất để xác định và giải quyếtphơng án công nghệ cơ bản này là phơng pháp xác định phôi tính toán và biểu đồtiết diện của nó

Để tính toán kích thớc phôi ta đi xác định theo trình tự sau:

-Xác định đờng kính tính toán dt

Diện tích tiết diện phôi tính toán ở vị trí bất kỳ St đợc tính theo công thức:

St = Svd + Sb =Svd + Sr

Trong đó:

St: diện tích tiết diệnvật dập ở vị trí bất kỳ

Sb: diện tích tiết diện vành biên

Sr: diện tích tiết diện rãnh vành biên

Đờng kính phôi tính toán ở vị trí bất kỳ đợc tính theo công thức:

t t

Đặt các đoạn đờng kính dt trên đờng thẳng của tiết diện ấy và nối các đầu

đoạn thành đờng liên tục ta đợc bản vẽ phôi tính toán hay biểu đồ đờng kính

Nếu ta chia các tiết diện St theo tỉ lệ M:

Nối các đầu cuối của các đoạn thẳng này ta đợc biểu đồ tiết diện phôi tínhtoán.

- Tính đờng kính trung bình của phôi

Phôi tính toán trung bình là phôi hình trụ có đờng kính dtb, có chiều dài lt vàthể tích bằng thể tích vật dập cộng với thể tích vành biên và lợng hao cháy

2 , 0

1807814

13 ,

- Xác định chiều dài phôi tính toán Lt:

Chia vật dập trên thành 3 đoạn, đoạn 1, 3 dãn dài trong quá trình uốn không

đáng kể tơng ứng với chiều dài L1 L3

Để xác định chiều dài phần uốn L2, qua phần đó xác định trục chính nghĩa là

đờng đi qua trọng tâm tiết diện ngang Muốn vậy ta chia đoạn 2 thành hai phần Do

đối xứng nên ta chỉ tính cho một phần, phần còn lại tính tơng tự

Để xác định, qua điểm O ta vẽ một loạt tia và xác định các điểm I, II,III.v.v là hình chiếu trọng tâm tiết diện ngang tơng ứng, OE, OF v.v trên mặtphân khuôn

Chiều dài đờng cong b-I-II-c chính là chiều dài của một phần (L2')

max 1





tb d d

80

5 , 272 '1

max 2





tb

d d

80

5 , 172 '2

Độ côn của thân phôi tính toán:

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

18

th

min k

min th

th



 min

8 , 45 5 , 0 8 , 45 75 , 0 4

71 14 , 3 82 , 3

5 , 0

75 , 0 4 82 , 3

4

2 2

min min

2 2

dk =93,5 (mm)

57 , 0 83

8 , 45 5 , 93

VËy ta cã c¸c bíc sau:

C¾t ph«iNung ph«iUèn

DËp tinhC¾t ba via (vµnh biªn)N¾n th¼ng

Sö lý nhiÖtPhun biKiÓm tra

IV kÕt cÊu vµ tÝnh to¸n c¸c lßng khu«n trªn m¸y bóa.

1 TÝnh to¸n thiÕt kÕ lßng khu«n cuèi cïng.

Lòng khuôn cuối cùng đợc chế tạo theo bản vẽ vật dập đặc biệt gọi là “ Bản

vẽ vật dập để chế tạo khuôn ”

Nguyên tắc thiết kế bản vẽ vật dập để chế tạo khuôn:

- Bản vẽ để chế tạo lòng khuôn cuối cùng dựa trên cơ sở bản vẽ vật dập đểkiểm tra

- Vật dập cần phải vẽ theo tỉ lệ của bản vẽ kiểm tra

- Khi gia công khuôn mà có thớc đã tính đến độ co ngót của kim loại thì chỉcần vẽ vật dập ở trạng thái nguội tức là tất cả các kích thớc đều không tính

đến độ co ngót Hầu hết các kích thớc ngời ta tính 1,5% độ co ngót

- Khi gia công khuôn chỉ có dụng cụ và thớc đo bình thờng cần phải vẽ bản

vẽ vật dập ở trạng thaí nóng mà tất cả các kích thớc đều tính đến độ congót

- Khi ghi kích thớc cần phải đơn giản hoá để dễ lấy dấu, làm dỡng vàkhuôn, chính là:

+ Cần phải cho đầy đủ kích thớc để dựng đờng phân khuôn;

+ Kích thớc theo chiều cao cho từ đờng phân khuôn;

- Trên bản vẽ không cần phải cho kích thớc tinh

- Trên bản vẽ vật dập để gia công khuôn không ghi dung sai trên kích thớcvật dập

- Trong điều kiện kỹ thuật của bản vẽ có thể chỉ cần ghi góc nghiêng thànhlòng khuôn, bán kính lợn cha ghi và những chú ý khác để cho bản vẽ đơngiản

- Bản vẽ cần phản ảnh dạng mà sẽ nhận đợc ở lòng khuôn cuối cùng nhữngthay đổi về hình dạng sau khi dập trên máy búa không phải ghi trên bản

vẽ này

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

20

Lòng khuôn dập tinh

Lòng khuôn dập tinh

2 Xác định tính toán lòng khuôn uốn.

Lòng khuôn uốn đợc xây dựng trên cơ sở hình chiếu bằng của nó nội tiếp vớihình bao của vật dập Khe hở giữa hình bao của lòng khuôn uốn với lòng khuôndập lấy từ 2  10 mm Để dễ dàng đặt phôi đã uốn vào lòng khuôn cuối cùng tachọn khe hở là 8mm Việc lấy kích thớc bao của lòng khuôn uốn rộng hơn kích th-

ớc bao của lòng khuôn dập ở những đoạn chuyển tiếp trên vật dập có ý nghĩa quantrọng Với các góc uốn gấp cần phải làm góc lợn lớn hơn để tạo điều kiện điền đầy

dễ dàng lòng khuôn và tránh những vết gấp tạo ra ở lòng khuôn dập Vị trí lòngkhuôn uốn trên mặt phân khuôn phải chọn sao cho kim loại dễ điền đầy lòng khuônnhất Tơng ứng với việc xây dựng biên dạng lòng khuôn uốn cần phải xác định vị trícủa nó trên khuôn sao cho phù hợp với lòng khuôn dập để dễ dàng thao tác Chọnmặt phân khuôn của lòng khuôn uốn sao cho phần lồi lên khỏi mặt phân khuôn củakhuôn dới và khuôn trên có độ bền tơng đơng nhau Trong quá trình sử dụng cầnphải sửa đồng thời cả hai nửa khuôn

Để đặt phôi trên lòng khuôn dới cần phải hai điểm tựa Để định tâm phôitrên các gối tựa của lòng khuôn thì biên dạng của nó phải có dạng lòng máng Đặcbiệt là trong trờng hợp phôi có khả năng lệch sang một phía trong khi uốn Với mục

đích nh vậy cần phải làm máng ngang ở nửa khuôn trên

Chiều sâu của rãnh (máng) xác định theo công thức:

hk = (0,1 0,2).hTrong đó:

Lòng khuôn uốn

3 tính toán thiết kế lòng khuôn cắt vành biên.

Sau khi dập vật dập trong khuôn hở trên máy búa thì cần phải có nguyêncông cắt vành biên - Đây là nguyên công quan trọng trong quy trình công nghệ dậptrục khuỷu

Thực chất của quá trình cắt vành biên là vật dập cùng với vành biên đợc đặtlên cối có lỡi cắt theo chu vi của vật dập, chày đẩy vật dập vào cối và tách khỏivành biên, chày đợc kẹp chặt trực tiếp vào đầu trợt máy ép hoặc qua áo chày

*) Tính lực cần thiết và chon máy cắt.

Lực để cắt cần thiết trong điều kiện lý tởng tính theo công thức:

Miệng khuôn để cặp kìm là để xoay thỏi kim loại hay xoay phôi cặp vào kìm

đồng thời để dễ lấy vật dập ra khỏi lòng khuôn

Ngoài ra miệng cặp kìm còn dùng để đổ những kim loại dễ chẩy nh chì haynhựa cứng để kiểm tra kích thớc lòng khuôn

Dựa vào bảng 6HRC.7 (tr.202).[II] chọn kích thớc của miệng cặp kìm:

144.5

51.5 R

82

R

382,5

V Thiết kế khuôn dập trên máy búa và kết cấu của khuôn.

1 Xác định tâm của lòng khuôn.

Tâm của lòng khuôn là điểm phản lực của tổng hợp tất cả các lực làm biếndạng kim loại Nếu lòng khuôn có chiều sâu đồng đều thì tâm lòng khuôn nằmtrùng với trọng tâm vật dập trên mặt phân khuôn Nếu chiều sâu lòng khuôn không

đều nhau thì tâm lòng khuôn không trùng với tọng tâm của vật dập

Nếu tâm lòng khuôn đặt trùng với tâm khuôn thì phản lực của máy búa sẽtrùng với tâm của đầu rơi máy búa suy ra khuôn xê dịch không đáng kể Nếu tâmlòng khuôn đặt không trùng với tâm khuôn thì sẽ tạo thành một cặp lực tạo nên mômen và làm xoay đầu trợt, cán piston sẽ bị uốn Mô men càng lớn thì làm phần dẫnhớng chóng bị mòn và có thể làm gãy cán piston và thân máy

Vì vậy phải tính toán sao cho đặt tâm lòng khuôn trùng với tâm khuôn tức làtâm của đầu trợt, tâm của piston máy búa, đồng thời là điểm giao nhau giữa đờngtâm chuôi khuôn và đờng tâm của lỗ chốt

2 Sắp xếp vị trí các lòng khuôn.

Sắp xếp vị trí lòng khuôn là một vấn đề quan trọng, nó có ảnh hởng chính

đến tuổi thọ của lòng khuôn và độ bền của máy búa Vì vậy khi sắp xếp vị trí các

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

24

lòng khuôn ta cần phải chú ý tới tâm của máy búa, tâm của khuôn và tâm của lòngkhuôn

Quá trình dập đối với trục khuỷu D20 đòi hỏi phải qua hai lòng khuôn Việc

bố trí cả lòng khuôn uốn và lòng khuôn dập lên một khối khuôn rất thuận lợi choquá trình dập, nhng việc chế tạo một khối khuôn lớn nh vậy là rất khó khăn, do đó

ta bố trí hai lòng khuôn ở hai khối khuôn khác nhau Lòng khuôn cuối cùng đợc chếtạo có kích thớc phù hợp với kích thớc của bản vẽ vật dập nóng các kích thớc củavật dập nóng đợc xác định theo kích thớc của vật dập có tính đến sự giãn nở nhiệtkhi dập

Miệng khuôn để cặp kìm làm song song với đờng tâm khuôn để công nhân

dễ thao tác

Ngoài ra khi sắp xếp các lòng khuôn cần có vị trí tơng quan lẫn nhau để tạocho công nhân có thao tác thật hợp lý nh: lòng khuôn uốn tơng ứng với lòng khuôndập để phôi lấy khỏi lòng khuôn uốn không phải quay mà có thể đặt luôn vào lòngkhuôn dập

chiều cao khoá khuôn h = 30 mm;

lực khoá khuôn phải chịu đựng khá lớn nên có thể gẫy vì thế chọn chiều rộng

có 1125 cm2 diện tích mặt chịu tải và 750 cm2 diện tích mặt và chạm

Khối khuôn chọn theo tiêu chuẩn OCT 78-31-55 hình 183(tr.334).[II] ta có:Kích thớc khối khuôn

- Chiều dầy cho phép tối thiểu của thành khuôn đợc xác định nhờ sự xác địnhcủa đại lợng phụ T

- với h = 47,5 mm; =10o , dựa vào đồ thị hình 179.(tr.330).[II]:

- Ta xác định đợc T = 80 mm

- Khoảng cách từ thành khuôn đến mép khuôn S =T = 80 mm

- Khoảng cách từ mép lòng khuôn dập đến miệng khuôn để cặp kìm: S =0,7.T.cos = 55(mm)

- Các kích thớc và yêu cầu kỹ thuật của khuôn đợc thể hiện trên bản vẽkhuôn

- Đặt khuôn trên máy búa để kiểm tra các điều kiện sau:

- Chiều cao toàn bộ của khuôn

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

26HRC

- Trọng lợng nửa khuôn trên không quá trọng lợng cho phép

- Khoảng cách tối thiểu từ khối khuôn đến thanh dẫn hớng là 20mm

Với máy búa có trọng lợng phần rơi quy chuẩn là 2,5 tấn có:

- Trọng lợng tối đa của nủa khuôn trên: 700kg

- Hành trình làm việc tối đa của máy búa khi chiều cao khuôn tối thiểu:1200mm

- Chiều cao tối đa của khuôn kể cả chuôi khuôn:36HRC.0 mm

- Khoảng cách giữa hai dẫn hớng: 6HRC.00 mm

- Kích thớc đầu trợt từ phía trớc đến phía sau: 700mm

- Kích thớc đe trung gian từ trớc đến sau: 900mmVậy các điều kiện trên đều thoả mãn

IV Góc kiểm tra và vật liệu làm khuôn.

1 Góc kiểm tra của khuôn.

Góc kiểm tra của khuôn thờng đợc làm ở góc trớc của khuôn, hai trong bốnmặt phẳng hông đợc để thô hai mặt còn lại phải gia công cơ Hai mặt hông này chỉcần gia công một rãnh rộng 5mm sâu 50mm kể từ mặt phẳng phân khuôn, hai mặtnày là mặt trớc và mặt hông trái

Góc kiểm tra làm chuẩn khi gia công và chuẩn để kiểm tra độ lệch khuôn khilắp và chỉnh khuôn trên máy búa Góc kiểm tra làm chuẩn cho tất cả các kích thớccủa khuôn trớc tiên là của tâm chuôi khuôn và tâm lỗ chốt định vị ở chuôi khuôn rồi

đến các kích thớc của lòng khuôn Các kích thớc theo chiều rộng khối khuôn chodung sai âm

Nếu phôi dập ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ cho phép thì cấu tạo của các hạtlớn dẫn đến cơ tính kém.

Khi nung không đủ nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt và thời gian làm nguội ngắn

sẽ dẫn đến nhiệt độ trên toàn bộ vật dập không đều làm cho độ dẻo ở tâm vật dậpkém Sự biến dạng của thép không đều làm tăng ứng suất bên trong và có thể làmnứt ở vùng tâm

Để tránh những khuyết tật vật dập, khi nung cần đảm bảo những yêu cầusau:

+ Nung phôi đảm bảo đúng nhiệt độ yêu cầu và đồng đều ở tất cả tiết diện.

+ Không dập ở nhiệt độ nhỏ và lớn hơn nhiêt độ cho phép.

+ Kim loại ôxy hoá ở mức tối thiểu và không thoát các bon ở bề mặt, muốn vậy phải nâng cao tốc độ nung nhng không đợc nhanh quá sẽ dẫn đến sự chênh lệnh nhiệt độ tạo lực co kéo lớn sinh ra nứt vật dập.

Đối với trục khuỷu làm bằng thép 45, dựa vào giản đồ trạng thái sắt cac bon

ta có:

-Nhiệt độ bắt đầu gia công: tbđ0 = tđ -(15002000)

Với tđ là nhiệt độ bắt đầu chảy (đờng đặc) Tra bảng 16HRC (tr.42) [II] Chọn tbđ0

2 Thời gian nung.

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

28

Chế độ nung hợp lý là phải nung kim loại đến nhiệt độ cần thiết trong mộtthời gian cho phép nhỏ nhất căn cứ vào tính dẫn nhiệt của kim loại, kích thớc tiếtdiện, bề mặt phôi, hiệu số nhiệt độ lò và phôi, các xếp phôi trong lò, loại lò

Thời gian nung và tốc độ nung của thép 45 phụ thuộc tốc độ dẫn nhiệt tiếtdiện phôi, thiết bị và cách xếp phôi trong lò

Thời gian nung đợc tính rheo công thức z = k..D D 

z- thời gian nung từ nhiệt độ từ 200 đến 12000

k- hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của thép chọn k=10

z: là thời gian nung, z = 19 phút

T: thời gian dập thực tế một phôi.Dựa vào khả năng làm việc của máy xác

định đợc T=2 phút Vậy số phôi cần nung để đảm bảo làm việc liên tục

*) u điểm: là tiết kiệm kim loại giảm lợng vẩy ôxýt há nhiều, tăng tuổi thọ

lòng khuôn, tăng năng suất lao động, dễ cơ khí hoá và tự động hoá, vệ sinh côngnghiệp và đảm bảo sức khoẻ, nâng cao chất lợng sản phẩm

*) Nhợc điểm :

Không thể ứng dụng đợc môi trờng bảo vệ ôxýt trong các lò này Lò điệncảm ứng và tiếp xúc không nung đợc phôi có tiết diện thay đổi và hình dáng phứctạp đồng thời lò này có giá thành cao

-Với lò đốt bằng than thờng là lò buồng có u điểm là phôi nung chòng đạtnhiệt độ rèn nhng có một số nhợc điểm nh nhiệt độ nung không đều nên phải trởliên tục, vẩy ôxýt lớn Tuy nhiên nó đợc dùng nhiều trong điều kiện của nớc ta hiệnnay

Qua phân tích u nhợc điểm của thiết bị nung với chi tiết là phôi trục khuỷu

điều kiện sản xuất ở việt nam ta chọn thiết bị nung là lò buồng đốt bằng than đá

Nguyễn Quốc Thịnh K32M Trờng Đồ án tốt nghiệp - TrH Kỹ Thuật Công nghiệp

30