Thiết kế máy ép kiểu cơ khí EK63

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 3 PHẦN A CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÁP LỰC 1.1 THỰC CHẤT ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÁP LỰC 1.1.1 Thực chất - Là một trong nhữ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY ÉP KIỂU CƠ KHÍ EK63

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN THANH VIỆT

Sinh viên thực hiện: ĐINH SĨ NGỌC

Đà Nẵng, 2019

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 2

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật hiện đại trên thế giới, thì nước ta cũng từng bước đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Vấn

đề này đặt ra cho nền công nghiệp nước ta những yều cầu bức thiết về việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào tất cả các lĩnh vực trong đời sống xã hội, đặc biệt là ngành cơ khí Để đáp ứng những nhu cầu thực tiễn đặt ra, ngành cơ khí đã từng bước cơ khí hoá,

tự động hoá trong các khâu từ thiết kế sản phẩm, chế tạo sản phẩm đến khâu tiêu thụ sản phẩm trên thị trường Tuy nhiên việc sử dụng và cải tiến các thiết bị máy móc cũ vẫn được ưa chuộng vì kết cấu đơn giản, phù hợp với đại đa số các phân xưởng từ nhỏ đến vừa Vì vậy đề tài em chọn là “ Thiết kế máy ép kiểu cơ khí EK63 “ Dưới sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Thanh Việt

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp Thầy đã hướng dẫn tận tình, giải đáp các thắc mắc mà em gặp phải Em xin chân thành cảm ơn thầy nói riêng cũng như các cán bộ giảng viên của Khoa Cơ Khí – Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng đã ân cần truyền đại kiến thức chuyên môn trong thời gian 5 năm vừa qua

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 3

PHẦN A

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÁP LỰC

1.1 THỰC CHẤT ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÁP LỰC 1.1.1 Thực chất

- Là một trong những phương pháp cơ bản để chế tạo ra các chi tiết máy thay thế cho

phương pháp đúc hoặc gia công cắt gọt

- Gia công kim loại bằng áp lực thực hiện bằng cách dung ngoại lực tác dụng lên kim loại ở nhiệt độ rèn hoặc nhiệt độ bình thường làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi , kết quả sẽ làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá hủy tính

liên tục và độ bền của chúng Lực làm biến dạng có thể là lực động hoặc lực tĩnh

- Gia công kim loại bằng áp lực ngoài tác dụng tạo hình và kích thước còn có tác dụng cải thiện và đồng đều hóa tổ chức kim loại trên toàn bộ sản phẩm loại trừ một số khuyết

tật của đúc , nâng cao cơ tính chi tiết gia công

1.1.2 Đặc điểm

- Kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia công thường không những làm thay đổi hình dáng và kích thước mà còn thay đổi cả tính chất cơ lý hóa tính của kim loại như : Kim loại mịn chặt hơn , hạt đồng đều , khử các khuyết tật ( rổ khí, rổ co,…) do đúc gây nên

, nâng cao cơ tính và tuổi bền của chi tiết

- Gia công áp lực thường dung để chuẩn bị phôi cho gia công cắt gọt , giảm lượng dư

gia công cơ , nâng cao độ chính xác và năng suất cắt gọt

- Gia công áp lực thường có thể gia công được nhiều kim loại khác nhau : Thép Cacbon, Thép hợp kim , Hợp kim màu ,…Độ dẻo của hợp kim càng cao thì gia công càng dễ

dàng

- Phôi dùng khi gia công áp lực có thể là phôi thanh, thỏi đúc ,thép tấm,

- Gia công kim loại bằng áp lực cho năng suất cao vì có khả năng cơ khí hóa và tự động

hóa cao

1.2 KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI

1.2.1 Biến dạng dẻo của kim loại

a) Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể

- Nếu vật tinh thể thống nhất và phương không đổi trong toàn bộ thể tích thì gọi là đơn

tinh thể

- Đơn tinh thể là khối kim loại có mạng tinh thể đồng nhất khi ứng suất sinh ra trong

kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

- Theo hình thức trượt ,một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định , mặt phẳn-g này gọi là mặt trượt (H.a ) Trên mặt trượt các phần tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên

Hình 1.1 : Sơ đồ biến dạng dẻo trong đơn tinh thể

- Theo hình thức song tinh , một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí mới

và đối xứng với nhau qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh.( H.b) Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt dịch chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh

- Các nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây

ra biến dạng dẻo trong kim loại các mặt trượt là mặt có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé , nhưng khi có song tinh thì trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn

b) Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

- Đa tinh thể gồm rất nhiều tinh thể nhỏ gọi là hạt tinh thể , có cùng cấu trúc mạng nhưng định hướng khác nhau mang tính ngẫu nhiên và được liên kết với nhau bằng biên giới hạt

- Trong đa tinh thể các hạt có định hướng khác nhau và biên giới hạt giữa chúng là các cản trở chuyển động lệch mạng Sự khác nhau về định hướng thể hiện ở chỗ trượt sẽ chỉ bắt đầu trong một số hạt có định hướng thuận lợi (dẻo vi mô ) Để lệch có thể trượt trong toàn bộ đa tinh thể mà vẫn đảm bảo tính liên tục cần phải có ít nhất năm hệ trượt hoạt động độc lập Vì vậy ngay từ đầu trượt phức tạp đã xảy ra trong đa tinh thể với ứng suất cao hơn nhiều so với trượt trong đơn tinh thể cùng loại mạng Biên hạt chính

là nơi mà các lệch trượt bị dừng lại , tạo thành một tập hợp với số lượng lệch đáng kể Tạo ra một trường ứng suất bổ sung cùng với ngoại lực đủ để kích thích nguồn tạo lực trong các hạt lân cận hoạt động cứ như vậy quá trình biến dạng dẻo được thực hiện từ hạt này qua hạt khác Quá trình này sẽ khó khan nếu như kích thước của hạt nhỏ , vì khi đó số lượng lệch trong tập hợp sẽ giảm và trường ứng suất sẽ yếu đi

- Khi ở nhiệt độ cao hơn 0.5º nhiệt độ nóng chảy, biên hạt có thể đóng góp vào biến dạng dẻo do chúng trượt được Khi đó vai trò cản trở chuyển động của chúng sẽ không còn mạnh nữa

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 5

- 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 nhiều yếu tố khác nhau : Thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ , trạng thái ứng suất chính ,ứng suất ngoài , ma sát dư, lực quán tính và 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 dẻo hơn nhôm và sắt Đối với các hợp kim kiểu mạng tinh thể thường phức tạp và 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 tang xô lệch mạng cũng như làm giảm tính dẻo của kim loại

b) Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn đến nhiệt độ , hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ , dao động nhiệt của các nguyên tử tăng , đồng thời xô lệch mạng giảm ,khả năng khuếch 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 nhiệt

độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao Khi ta nung théo từ 20ºC đến 100ºC thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 100ºC đến 400ºC độ dẻo giảm nhanh , độ giòn tăng ( Đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 600ºC ) Quá nhiệt độ này thì dẻo tăng nhanh Ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng Cacbon cao thì sức chống lại biến dạng càng lớn

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư

- Khi kim loại bị biến dạng nhiều thì các hạt tinh thể bị vỡ vụn , xô lệch mạng tăng , ứng suất dư lớn Làm cho tính dẻo giảm mạnh ( Hiện tượng biến cứng ) Khi nhiệt độ kim loại đạt đến nhiệt độ nóng chảy, ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo của kim loại được phục hồi ( 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 có hạt đồng đều và lớn hơn , mạng tinh thể hoàn thiện 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 nén

- Ứng suất dư ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo 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 của mọi phía nên chai cứng hơn , sức chống lại 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

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC

- Khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao

- Năng suất cao

c) Công nghệ dập tấm

- Các nguyên công cơ bản

+ Nhóm nguyên công cắt : Thực hiện tách một phần phôi ra khỏi phần khác bằng đường cắt hở hoặc kín

+ Nhóm nguyên công tạo hình : Làm thay đổi hình dáng phôi ban đầu để nhận được vật dập có hình dáng và kích thước theo yêu cầu

 Nguyên công cắt :

- Nhóm nguyên công này bao gồm : Cắt đứt, dập cắt và đột lỗ

+ Cắt đứt : Là nguyên công tách một phần phôi bằng đường cắt hở

Để thực hiện nguyên công này có thể dùng máy cắt có dao hai lưỡi song song, máy cắt có dao một hoặc hai lưỡi dao nghiêng , máy cắt dạng dĩa

+ Dập cắt và đột lỗ : Là nguyên công cắt phôi theo một đường cắt kín Khi dập cắt phần bao bởi đường cắt là sản phầm ,khi đột lỗ phần phôi ngoài đường cắt là sản phẩm

- Dụng cụ cơ bản để dập cắt và đột lỗ là bộ cối và chày Khe hở giữa cối và chày khoảng (5-10%) chiều dày phôi (s)

- Để đảm bảo chất lượng phôi khi cắt và dập cần chú ý :

+ Đường kính lỗ không quá bé đối với chi tiết thép ( d> s )

+ Khoảng cách giữa hai lỗ phải đủ lớn

+ Đường cắt tránh tạo thành góc nhọn sắc

+ Hai cạnh giáp nhau phải có góc lượn

 Nguyên công tạo hình :

- Uốn : Nguyên công làm thay đổi trục của một phần phôi so với các phần khác Khi

uốn phần trên của phôi chịu nén ,phần dưới chịu kéo có thể gây ra vết nứt tại vùng uốn Mặt khác do biến dạng đàn hồi ,sau khi uốn góc uốn của phôi thường lớn hơn góc của khối V Do vậy khi uốn cần phải chọn góc lượn của mũi chày đủ lớn , góc của khối V nhỏ hơn góc cần uốn của phôi từ 1-10º

- Dập vuốt : Nguyên công tạo hình các chi tiết hoặcc phôi dạng ống từ tấm phôi phẳng

Người ta chia dập vuốt thành hai dạng :

+ Dập vuốt có làm mỏng thành

+ Dập vuốt không làm mỏng thành

Khi dập vuốt không làm mỏng thành , chiều dày chi tiết bằng chiều dày phôi ban đầu Với các chi tiết chiều cao thành vật dập không lớn hơn chiều dày nhiều , dùng chày dập

và khuôn để dập , còn chiều cao của vật dập lớn hơn chiều dày nhiều , thường dùng vật

ép để tránh hiện tượng gấp mép ở miệng của vật dập

P

1 2 3

- Quá trình biến dạng của phôi trong lòng khuôn phân thành 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn đầu chiều cao của phôi giảm, kim loại biến dạng và chảy ra xung quanh, theo phương thẳng đứng phôi chịu ứng suất nén, còn phương ngang chịu ứng suất kéo

+ Giai đoạn 2: kim loại bắt đầu lèn kín cửa ba-via, kim loại chịu ứng suất nén khối, mặt tiếp giáp giữa nữa khuôn trên và dưới áp sát vào nhau

+ Giai đoạn cuối: kim loại chịu ứng suất nén khối triệt để, điền đầy những phần sâu

và mỏng của long khuôn, phần kim loại thừa sẽ tràn qua cửa bavia vào rãnh chứa bavia cho đến lúc 2 bề mặt của khuôn áp sát vào nhau

b) Đặc điểm

- Độ chính xác và độ bóng bề mặt phôi cao (cấp 6 - 7; RZ = 80 - 20)

- Chất lượng sản phẩm đồng đều và cao, ít phụ thuộc tay nghề công nhân

- Có thể tạo phôi có hình dạng phức tạp hơn rèn tự do

- Năng suất cao, dễ cơ khí hoá

c) Phân loại

 Phân loại theo trạng thái nhiệt của phôi

- Người ta chia thành dập khuôn nóng và dập khuôn nguội

+ Dập khuôn nóng là phương pháp mà phôi liệu gia công được nung đến nhiệt độ rèn Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì sự biến dạng của kim loại luôn dễ dàng Khả năng điền thấu được tốt Không yêu cầu công suất của thiết bị quá cao, khuôn

dễ mòn , Tuy nhiên khi rèn dập với khuôn nóng chất lượng bề mặt của chi tiết bị hạn chế Độ chính xác về kích thước thấp Bộ khuôn phải chịu nhiệt tốt

Vì vậy người ta thường dùng dập khuôn nóng để dập những chi tiết yêu cầu độ bóng

bề mặt , độ chính xác không cao

P

4 3

1

2

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 9

+ Dập khuôn nguội : Phương pháp này ta chỉ nung phôi đến nhiệt độ rèn hoặc có khi không nung Vì thế khả năng biến dạng khó khăn, khả năng điền thấu kém đòi hỏi công suất thiết bị cao Bộ khuôn chóng mòn, gây ứng suất dư trong bề mặt kim loại Dập khuôn nguội thì chất lượng bề mặt tốt, độ chính xác về kích thước cao , cho nên thường dùng cho các nguyên công chính xác, sửa đúng vào lần cuối cùng trước khi ra sản phẩm

 Phân loại theo kết cấu lòng khuôn :

- Dập trong khuôn kín :

+ Là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với với gia công song song hay gần song song với phương của lực tác dụng , vật dập có hay không có Ba-via Dập trong khuôn kín thì tính dẻo của kim loại tăng , tính điền thấu được tốt Yêu về công suất thiết bị không lớn Tuy nhiên dập trong khuôn kín thì yêu cầu việc tính toán phôi phải chính xác yêu cầu chất lượng nung cao

a) Dập trong khuôn kín b) Dập trong khuôn hở

1: Nửa khuôn dưới 2: Lòng khuôn 3 : Vành Bavia 4 : Nủa khuôn trên

- Dập trong khuôn hở :

+ Là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công thẳng góc với phương của lực tác dụng Cửa Ba-via không hạn chế Sự biến dạng của kim loại ra xung quanh Mặt phân khuôn là mặt tiếp giáp giữa hai khuôn Bề mặt này thông thường là mặt phẳng nhưng đôi khi cũng có thể là mặt gãy khúc, mặt cong hay mặt định hình

+ Dập trong khuôn hở thì tính dẻo của kim loại thấp Sự điền thấu không cao Kim loại thừa tạo thành Ba-via là điều không thể tránh khỏi có khi chiếm tới 20% khối lượng phôi Yêu cầu về công suất thiết bị lớn Nhưng việc tính toán phôi lại không yêu cầu quá chính xác Mặt phân khuôn tương đối đơn giản

- Trường hợp các điều kiện kĩ thuật dập trong khuôn kín đảm bảo, vật dập sẽ không có Bavia thì được gọi là dập không Bavia Dập không Bavia không những tiết kiệm được

1 2 3 4

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 10

kim loại mà còn cho phép giảm công suất yêu cầu của thiết bị dập 40% so với dập trong khuôn hở

 Phân loại theo cách bố trí lòng khuôn trên khối khuôn

- Người ta chia dập khuôn thành dập trong khuôn có một lòng khuôn và dập trong khuôn có nhiều lòng khuôn

+ Dập trong khuôn có một lòng khuôn thì phôi phải được dập sơ bộ trước hoặc có thể dùng ngay thép định hình Vì vậy nó chỉ được sử dụng trong sản xuất dạng trung bình, kết cấu khuôn đơn giản, yêu cầu về thiết bị không cao

+ Rèn trong nhiều lòng khuôn thì phôi liệu được đưa vào những lòng khuôn kế tiếp nhau trên cùng một khối khuôn Thiết kế những bộ phận này phức tạp và có thể dùng trên những máy công suất lớn

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 11

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ DẬP THỂ TÍCH

2.1 ỨNG DỤNG CỦA CÁC THIẾT BỊ DẬP THỂ TÍCH

- Thiết bị dập thể tích có thể làm được những công việc như dập trong khuôn kín, dập trong khuôn hở, ép tinh, đột lỗ, cắt bavia, có thể dập được những chi tiết có hình dáng phức tạp và những chi tiết lớn

2.2 CÁC THIẾT BỊ DẬP THỂ TÍCH THƯỜNG DÙNG

2.2.1 Máy dập trục khuỷu

- Có lực ép lớn, hiện nay người ta đã chế tạo được những loại máy ép kiểu này có lực

ép từ 200 – 10000 tấn Máy ép thường bao gồm các bộ phận chủ yếu như động cơ, hệ thống truyền dẫn dây đai Trục truyền, hệ thống bánh răng, bánh đà, ly hợp và trục khuỷu, hệ thống phanh, tay biên, đầu trượt, bàn ép , cơ cấu đẩy phôi và lấy chi tiết ra,

hệ thống bôi trơn, hệ thống điều khiển , thân máy và nền móng

- Máy ép trục khuỷu có hai loại : Hành trình đầu con trượt cố định được gọi là hành trình cứng Có loại hành trình đầu con trượt điều chỉnh được gọi là hành trình mềm

- Ưu điểm :

+ Độ chính xác của sản phẩm cao, năng suất lao động tăng gấp ( 1,5-3 lần )

+ Năng lượng tổn thất ít

+ Độ an toàn lớn, ít chấn động khi làm việc

+ Khả năng cơ khí hóa, tự động hóa cao

- Nhược điểm :

+ Yêu cầu tính toán phôi khắt khe, khuôn chóng mòn

+ Phôi phải được làm sạch trước khi dập Việc làm sạch phôi trước khi dập có thể tiến hành bằng cách nung nóng trong lò kín Sau khi nung có thể làm sạch bằng tia nước Quá trình làm sạch bằng tia nước chỉ thực hiện trong vài giây nên nhiệt độ của phôi giảm xuống không đáng kể

- Nguyên lí làm việc :

+ Động cơ (1) qua bộ truyền đai (2) truyền động cho trục (4) Bánh răng chủ động(5) được lắp trên trục (4) ăn khớp với bánh răng bị động (6) được lắp trên trục khuỷu (8) Khi đóng ly hợp (7) Trục khuỷu (8) quay kết hợp với tay biên (10) biến chuyển động quay tròn thành chuyển động tịnh tiến lên và xuống của đầu trượt thực hiện chu trình

ép

- Đặc điểm :

+ Chuyển động của đầu trượt êm hơn máy búa, năng suất cao, tổn hao năng lượng ít Nhưng có nhược điểm là phạm vi điều chỉnh hành trình bé Đòi hỏi phôi phải tính toán chính xác và làm sạch trước khi dập

- Do kết quả của những vấn đề kĩ thuật trên mà máy ép thủy lực không tạo ra được lực

ép tĩnh Máy làm việc êm không chấn động và có khả năng cho lực tác dụng lớn hơn bất kì một loại máy rèn dập nào

9 3

2

11

13 12 10

8

7 6

4 5 1

- Máy dập ma sát trục vít có hai loại : Hai bánh xe ma sát và ba bánh xe ma sát Trong

đó loại hai bánh xe ma sát được sử dụng phổ biến hơn Hiện nay người ta chế tạo nhiều máy ép ma sát điều khiển bằng điện, làm việc nhát một bằng bàn đạp, năng suất cao dễ điều khiển

- Nguyên lí làm việc :

+ Động cơ (1) truyền chuyển động cho bộ truyền đai (2) làm quay trục (5) Trên có lắp các đĩa ma sát (4) và (7) Khi nhấn bàn đạp (17) cần điều khiển đi lên đẩy trục (5) dịch sang phải và đĩa ma sát (4) tiếp xúc với đĩa ma sát (6) làm trục vít quay theo chiều đưa đầu búa đi xuống Khi đến vị trí cuối cùng của đầu ép Vấu (14) tỳ vào cử (15) làm cho cần điều khiển di chuyển xuống đẩy trục (5) dịch chuyển qua trái và đĩa ma sát (7)

tỳ vào đĩa ma sát (6) làm trục vít quay theo chiều ngược lại Đầu trượt đi lên khi vấu (14) tỳ vào cử (13) cần được nhấc lên , trục được đẩy sang phải và sau đó lặp lại

3

7 6 4

2 1

8 5

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 15

PHẦN B CHƯƠNG III

PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.1 PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU KĨ THUẬT

- Hiện nay các thiết bị dùng trong dập nguội có nhiều chủng loại phù hợp với từng yêu cầu công nghệ khác nhau trong ngành gia công áp lực Ở đây ta phải thiết kế máy dập thể tích phục vụ cho qui trình công nghệ sản xuất chấn lưu mà cụ thể là dùng cho các nguyên công đột, cắt các loại tôn mà trong các chủng loại mát hay được sử dụng rộng rãi là loại máy ép lệch tâm và máy dập thể tích trục khuỷu

- Nguyên lí làm việc của hai máy này là tương tự nhau Đều sự dụng tay quay thanh truyền trong truyền động cơ khí để biến đổi chuyển động quay của các trục lệch tâm hay trục khuỷu thành chuyển động đi lại của đầu trượt để thực hiện nhiều nguyên công trong công nghệ dập tấm như cắt hình, đột lỗ, dập sâu uốn, Những chủng loại máy ép này dùng trục lệch tâm có hành trình làm việc của đầu ép nhỏ Và lực ép bé hơn so với máy ép trụ khuỷu Vì vậy ta lựa chọn phương án là thiết kế máy ép trục khuỷu

- Cấu tạo của máy ép trục khuỷu thường có : Thân hở và thân kín

+ Kiểu thân hở : Khoảng làm việc thường hở 3 phía (phía trước và hai hông ) Loại này lực ép thường không lớn hơn 100 tấn

+ Kiểu thân kín : Máy làm việc thường hở hai phía trước và sau Ở hông có các cửa

sổ Dùng khi dập tự động các phôi bằng Thân máy được chia ra kiểu một trục và kiểu hai trục

3.2 PHÂN TÍCH KẾT CẤU MÁY

3.2.1 Lựa chọn phương án truyền động

- Ở đây ta lựa chọn phương án truyền động 2 cấp vì có những ưu điểm sau

+ Momen tạo ra ở trục khuỷu lớn, máy làm việc êm

+ Kích thước của bộ truyền đai, bánh đà nhỏ, => Máy đỡ cồng kềnh

2 1

8 9

52

?

12 : Then chủ động ( Then tựa)

13 : Then bị động ( Then làm việc) 14,15 : Vấu

16 : Bánh răng

17 : Trục rỗng

18 : Chốt

19 : Ðuôi 20,21 : Bạc

11 10 9

12

13 8

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 20

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ TĨNH HỌC

4.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Để biến chuyển động của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của đầu trượt người

ta áp dụng cơ cấu tay quay thanh truyền ( Khuỷu – tay biên ) Chiều dài tay quay R chính là bán kính lệch tâm của trục khuỷu Chiều dài L của biên là khoảng cách giữa hai tâm của 2 ổ bi ở hai đầu biên trên và dưới Khi đầu trượt chuyển động đi lại có hai

vị trí mà ở đó tâm biên và tâm khuỷu cùngg trên đường trục người ta gọi đó là điểm chết trên ( ĐCT ) và điểm chết dưới ( ĐCD )

- Khoảng cách giữa hai vị trí đó là hành trình toàn phần S của đầu trượt và S = 2R là một trị số không đổi Mỗi vòng quay của trục khuỷu, đầu trượt thực hiện hai hành trình

đi xuống và đi lên

Sa

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 21

Hình 4.1 : Phân tích động học cơ cấu tay biên - trục khuỷu

+ Hmin ,Hmax : Chiều cao khép kín nhỏ nhất và lớn nhất của máy

+ S : Hành trình của toàn bộ máy

+ Sα: Hành trình tức thời của máy tương đương góc quay α

+ α : Góc quay của trục khuỷu từ đường trục tới bán kính trục khuỷu ( ngược chiều quay của khuỷu )

+ β : Góc kẹp giữa biên và đường trục

+ R = OA ; L =An

+ ω : Tốc độ góc ( Coi như không đổi ) của trục khuỷu

+ K : Hệ số tay biên : K = R L⁄

+ B1, B2 : Điểm chết trên và điểm chết dưới của máy

a) Hành trình của đầu trượt

- Theo hình 4.1 [11] - Trang 16 ta có

Sα = R + L – Rcosα – Lcosβ

= R( 1- cosα) + L(1- cosβ)

AM = Rsinα = Lcosβ => Sinβ = (Rsinα)/L

Cosβ = ( 1 – Sin2β)1/2 = ( 1 – K2Sin2α )1/2

- Tiến hành thay số vào các công thức trên

 Đối với máy ép trục khuỷu đơn, lực ép danh nghĩa được tạo nên khi góc quay của trục khuỷu từ 5 -30 ̊ Tính từ điểm chết dưới của đầu trượt, ngược chiều chuyển động

đi xuống của đầu trượt Để đạt được hiệu quả tốt nhất khi dập ta chọn góc α = 30̊ Vì lực dập ở đó lớn

4.3 LỰC ÉP DANH NGHĨA VÀ LỰC ÉP CHO PHÉP CỦA ĐẦU TRƯỢT

- Một trong những thông số kĩ thuật cơ bản và quan trọng là lực ép danh nghĩa hay còn gọi là lực ép Đối với máy ép trục khuỷu là góc quay trục khuỷu α từ ( 15 -30̊ ) tính từ điểm chết dưới của đàu trượt ngược với chiều đi xuống của nó

- Lực ép danh nghĩa không phải là lực cố định mà phụ thuộc vào góc quay và chiều dài hành trình S (mm) của đầu trượt Như vậy muốn xác định lực ép danh nghĩa ta phải xác định phần hành trình làm việc của đầu trượt Trong thực tế, hành trình có lực danh nghĩa rất nhỏ so với hành trình làm việc của đầu trượt Trong tính toán của thuyết minh lực ép danh nghĩa chỉ phát sinh khi hành trình đầu trượt gần tới điểm chết dưới

- Lực ép danh nghĩa là lực lớn nhất tác dụng vào đầu trượt không làm hư hổng đến các

bộ phận máy Do đó khi tính toán lực ép cần lưu ý máy ép có một hệ số an toàn và độ bền trong phạm vi giới hạn đã cho gọi là lực ép cho phép của đầu trượt Ta chọn lực

ép danh nghĩa P = 63 tấn =630 KN

4.4 PHÂN TÍCH LỰC TRÊN CƠ CẤU

- Trong quá trình chuyển động công tác của máy ép ( Cơ cấu tay quay con trượt ) chịu tác dụng của các lực sau :

+ Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng chuyển động

+ Lực ép đầu trượt

+ Trọng lực các khớp động

+ Lực ép làm biến dạng và cắt vật liệu Pc

+ Lực quán tinh Pqt

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 24

Hình 4.2 : Sơ đồ lực tác dụng

4.5 TĨNH HỌC CỦA CƠ CÁU BIÊN – TRỤC KHUỶU

- Lực quán tính của cơ cấu chấp hành biên, trục khuỷu rất nhỏ và có thể bỏ qua được Đới với máy ép tự động, lực quán tính của các máy cỡ trung bình và cỡ lớn cũng không vượt quá 10% lực ép danh nghĩa Còn đối với máy ép thông dụng có số hành trình nhỏ hơn nhiều so với máy ép tự động nên lực quán tính còn nhỏ hơn Vì thế trong phần này

ta chỉ xét đến tĩnh học của các cơ cấu

- Khi tính toán các lực tĩnh tác dụng lên các khâu của các lực ma sát Lực tác dụng lên đầu trượt của máy ép thường lớn tạo cho các khớp nối cũng phải có các kích thước lớn Vì vậy bỏ qua ma sát ở các khớp nối mỗi khi tính toán sẽ dẫn tới sai số đáng kể và đôi khi không chính xác, ví dụ như khi tính toán đến quá trình kẹt máy

- Việc xác định các lực tác dụng lên cơ cấu cũng như khi tính toán động học của cơ cấu

ấy có thể bằng phương pháp đồ thị hoặc giải tích

- Để tính toán độ bền của các chi tiết và bộ phận máy cũng như tính năng lượng cần biết :

+ Các lực thực tế tác dụng lên thanh , dầm của máy ép bao gồm :

PttPc

Pat

PkZ

OR

N

B

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 25

+ Trong 4 lực này chỉ cần chú ý đến trở lực có ích và lực ma sát Và khi tính toán các

cơ cấu phụ mà trở lực có ích không lớn lắm hoắc tính máy có số hành trình quá lớn thì lực quán tính mới được xét đến

4.5.1 Trường hợp lí tưởng

- Ta coi rằng kích thước của các cơ cấu đã biết ở mỗi vị trí của trục khuỷu tương ứng với góc quay α Lực đã cho PD tác dụng lên đầu trượt được xác định bằng trở lực có ích hoắc bằng trị số lực ép danh nghĩa của máy khi tính toán máy ép

PD +PB = PAB

PH : Lực tác dụng lên thanh dẫn hướng

PAB : Lực tác dụng dọc tay biên

Chỉ số “u” tương ứng với trở lực trong trường hợp lí tưởng

- Đại lượng R.(sinα +𝐾

2.sin2α + K.e.cosα ) trong công thức được gọi là cách tay đòn momen xoắn trong trường hợp lí tưởng

4.5.2 Trong trường hợp thực tế

- Theo nguyên lí máy, do momen ma sát ở khớp nối của biên Lực tác dụng lên biên A

PAB sẽ không hướng theo trục tâm mà sẽ hướng theo tiếp tuyến chung của 2 vòng tròn

ma sát của đầu lớn và đầu nhỏ của tay biên Ta kí hiệu :

A

O R

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 27

+ ro : Bán kính ở ổ tựa của trục khuỷu

+ rA : Bán kính ngỗng khuỷu ( ngỗng lắp biên)

+ rB : Bán kính khớp nối với đầu trục

+ μ : Hệ số ma sát ở khớp nối và thanh dẫn hướng

+ ρA,ρB : Bán kính vòng tròn ma sát ở đầu lớn và đầu nhỏ của biên

+ φ : góc ma sát tg φ = μ

+ γ: Góc kẹp giữa biên và đường tiếp tuyến giữa hai vòng ma sát

- Nếu phân tích sự cân bằng của A,B ta sẽ thấy lực tác dụng lên biên hướng từ phía phải B lên phía trái A

- Từ tâm B kẻ đường thằng BC song song với tiếp tuyến của các vòng tròn ma sát tại

A và B rồi hạ đường vuông góc AC từ tâm A Với đường thẳng ấy rõ ràng là trong

MKdα = PD.dα + f.PHn.dSα + f.PAB.rb.dβ + f.PAB.ra.( dα + dβ ) + f POI.roI.dα + f.POII.rOII.dα

- Trong đó : POI, rOI , POII, rOII tương ứng với các phản lực và bán kính thứ nhất và thứ hai của trục khuỷu Thành phần thứ hai trong biểu thức trên có thể bỏ qua với PHn < 0,3 PD và tích số f PHn không bượt quá 3 số hạng đầu tiên

mk = mku + mkf

Mk = PD.mk = PD.( mku + mkf )

- Cánh tay đòn lí tưởng 𝑚𝑘𝑢 phụ thuộc vào vị trí của trục khuỷu và được tính với giá trị của α, còn cánh tay đòn ma sát coi như cố định và được tính bằng hệ số ma sát và kích thước của cơ cấu Hệ số ma sát ở các khớp nối và ổ được lấy như nhau ( f = 0,06 ) khi bôi trơn bằng mỡ và f = 0,04 khi bôi trơn bằng dầu

- Nếu Mk cố định thì lực tác dụng lên đầu trượt cũng lớn khi góc α càng nhỏ, lức sẽ đạt giá trị lớn nhất khi α = 0

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 29

CHƯƠNG V THIẾT KẾ CÁC KẾT CÁU MÁY CHÍNH

5.1 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 5.1.1 Tính chọn động cơ điện

- Việc chọn đông cơ điện cho máy là một vấn đề quan trọng trong việc thiết kế để cho động cơ không bị làm việc quá tải , tổn hao năng lượng, làm giảm tuổi thọ của động cơ

Vì vậy tiến trình tính toán động cơ điện sao cho có số vòng quay thích hợp, để đảm bảo yêu cầu ta cần tính công suất máy

n = 52 (lần/phút) : Số lần dập trong 1 phút

- Lực phanh được tính theo công thức :

Q = M.g + M.R.ω2 (Cosα + λcos2α)

- Lực quán tính của đầu trượt được tính theo công thức

Pqt = - M.R.ω2.cosα => Phụ thuộc vào góc α

Đối với máy ép trục khuỷu lực dập danh nghĩa ứng với góc quay α = 5-30̊ tính từ điểm chết dưới của đầu trượt ngược với chiều chuyển động đi xuống của nó Do đó để tính lực quán tính lớn nhất khi cosα lớn nhất Cosα lớn nhất khi α nhỏ nhất nên chọn α = 5̊ Vậy ta có lực phanh được tính như sau

Q = 292,5.9,8 + 292,5.0,5.(5,44)2.( cos5̊ + 0,1.cos10̊ ) = 7604 (N)

=> Công suất dập là : Nd = (63000 +7604).0,0866 =6119 (W)

* Xác định công suất động cơ điện

Ta có : N ≥ Nd η⁄ = 6119 0.858⁄ = 7113 W = 7.113W

Với η = η1 η2 η34 : Hiệu suất của máy => η = 0,94.0,97.0,9853 =0,858

η1 :Hiệu suất của bộ truyền đai ( =0,94 )

η2 : Hiệu suất của bộ truyền bánh răng ( = 0.97 )

η3 : Hiệu suất của ổ trượt ( = 0,985 )

- Theo [12] ta chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha kí hiệu AOԥ2-51-4 có các thông

số :

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 30

+ N = 7.5 KW ; n =1460 v/p ; η =0.88

5.1.2 Phân phối tỉ số truyền

- Tỉ số truyền chung của máy

Hình 5.1 : Sơ đồ nguyên lí truyền động

5.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI

5.2.1 Thiết kế bộ truyền đai

3 = 140 mm Kiểm nghiệm vận tốc đai :

0,55.(800+140) +10,5 ≤ A ≤ 2.(800+140)

 527,5 ≤ A ≤ 1880 mm Với i = 5,1 => A = 0,9D2 = 0,9.800 = 720 mm

d) Tính chính xác chiều dài L và khoảng cách trục A

- Theo khoảng cách trục A đã chọn chiều dài đai

- Kiểm nghiệm số vòng quay trong 1 giây :

h ho

t

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 33

Tính chiều rộng bánh đai B = ( Z – 1).t +25 = 3.20+ 25 = 100 mm

h) Tính lực căng ban đầu và lực căng tác dụng lên trục

- Lực căng ban đầu đối với mỗi đai

+ So = o.F = 1,2.138 = 165,6 N

Với o là ứng suất ban đầu o = 1,2 N/mm2

F =138 mm2 ( Diện tích tiết diện một đai )

k) Xác định kết cấu của bánh đai Vật liệu chế tạo bánh đai

- Bánh đai truyền động từ động cơ qua trục Để kết cấu máy đơn giản ta sử dụng bánh đai làm bánh đà Do đó cần tính chính xác kích thước cơ bản của bánh đai dựa theo momen quán tính của bánh đà

- Vì bánh đai làm việc với v = 10,7m/s Nên bánh đai được chết tạo bằng gang

SVTH : Đinh Sĩ Ngọc – 14C1VA 34

5.3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

- Bộ truyền bánh răng được dùng phổ biến trong các bộ truyền của máy vì có cấu tạo đơn giản, hiệu suất truyền động với tuổi bền cao, phạm vi tốc độ lớn, sửa chữa bảo trì

- Ứng suất tiếp xúc của bánh nhỏ

+ Đối với gang k = 1

 Vậy ứng suất uốn cho phép của bánh răng lớn và bánh nhỏ

[]𝑢1 = 1,5 249,4.1

1,5.1,8 = 138,56 N/mm2[]𝑢2 1,5.105.1

Theo [12] Dấu “ – “ khi ăn khớp trong Dấu “ + “ khi ăn khớp ngoài

Trong đó :

i : Tỉ số truyền của bộ truyền ( i =5,1 )

k : Hệ số tải trọng ( k= 1,3)

N : Công suất của bộ truyền ( N = 7,5 0,94 = 6,97 KW )

n2 : Số vòng quay của bánh lớn cũng chính là số lần dập trong một phút

[]𝑡𝑥 : Ứng suất tiếp xúc của bánh lớn ( []𝑡𝑥 = 306 N/mm2 )

5.3.4 Định hướng tải trọng K và khoảng cách trục chính xác

- K = Ktt.Kd ( Thiết Kế CTM – Nguyễn Trọng Hiệp )

Do đó ta tính lại khoảng cách trục A

A = Asb √ K

Ksb

3 = 390.√1,9575

1,3

3

= 518 mm

5.3.5 Xác định modul và chiều rộng bánh răng

- Xác định Modul bánh răng Theo [12] ta có

- Để tránh hiện tượng cắt chân răng hoặc nhọn răng ta có

+ Theo điều kiện cắt chân răng : ξ = 0,1

+ Theo điều kiện nhọn rẳng : ξ = 0,1

5.3.5 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng

+ Theo Thiết Kế CTM – Nguyễn Trọng Hiệp

 u = 19.1.10

6 K.N y.m 2 z.n.b ≤ []u

- Trong đó : m : modul của bánh răng

N : Công suất của bộ truyền

- Ứng suất của bánh răng nhỏ

+  u1 = 19.1.10

6 1,3.6,97 0,392.10 2 18.265.140 = 6,57 N/mm2 ≤ []u1 = 138,56 N/mm2

- Ứng suất của bánh răng lớn

+  u1 = 19.1.10

6 1,3.6,97 0,517.10 2 97.52.130 = 5,02N/mm2 ≤ []u2 = 87,5 N/mm2

5.3.6 Các thông số chủ yếu của bộ truyền

- Lực hướng tâm Pr = P.tgα = 2644.tg20 = 962 N

- Từ những yêu cầu trên ta có thể chọ thép C45 có

- Với N : Công suất truyền (KW) N = 6,97 KW

K6 K2

 Vậy Ax có chiều ngược lại với hình vẽ

 Tính momen tại các tiết diện nguy hiểm

- Tại tiết diện n-n

Momen được xác định theo công thức :