Thiết kế máy cán ren con lăn và chế tạo mô hình thu nhỏ

Hình 1.1 Mối ghép bu lông đai ốc Hình 1.2 Mối ghép bằng vít và mối ghép vít cấy Ghép bằng ren được dùng rất nhiều trong ngành chế tạo máy.Các chi tiết có ren chiếm trên 60% tổng số chi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CÁN REN CON LĂN VÀ

CHẾ TẠO MÔ HÌNH THU NHỎ

Người hướng dẫn: PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH

Sinh viên thực hiện: PHẠM MINH ĐINH

PHẠM MINH HẢI

Đà Nẵng, 2017

PHẦN I: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ REN VÀ MÁY CÁN REN

1.1 MỐI GHÉP REN:

1.1.1 Khái niệm:

Ghép bằng ren là loại mối ghép có thể tháo được Các chi tiết máy được ghép lại với nhau nhờ các chi tiết có ren như: bulong và đai ốc, vít…Tùy thuộc vào vít xiết ta có: mối ghép bulong (hình 1.1), mối ghép bằng vít và mối ghép bằng vít cấy (hình 1.2)

Hình 1.1 Mối ghép bu lông đai ốc

Hình 1.2 Mối ghép bằng vít và mối ghép vít cấy Ghép bằng ren được dùng rất nhiều trong ngành chế tạo máy.Các chi tiết có ren chiếm trên 60% tổng số chi tiết trong các máy hiện đại bao gồm: các chi tiết mối

DUT.LRCC

trục có ren để cố định và điều chỉnh ổ hoặc chi tiết quay…Mối ghép ren còn được dung nhiều trong các cần trục và các kết cấu thép dùng trong viêc xây dựng, vì nhờ chúng mà kết cấu được chế tạo và lắp ghép dễ dàng

1.1.2 Nguyên lý hình thành và ưu nhược điểm của mối ghép bulong ren:

A Nguyên lý hình thành:

Ren được hình thành khi cho một tiết diện phẳng(hình tam giác, hình vuông, hình thang,…) thuộc mặt phẳng kinh tuyến của bề mặt tròn xoay nào đó chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc

B Ưu nhược điểm:

Chủ yếu của mối ghép ren là có tập trung ứng suất tại chân ren, do đó làm giảm

độ bền mỏi của mối ghép

1.1.3 Phân loại và các thông số hình học của ren:

A Phân loại ren:

DUT.LRCC

Có nhiều cách để phân loại ren, sau đây là một số cách phân loại phổ biến:

1 Phân loại ren theo hình dạng mặt cơ sở:

- Ren hình trụ được dùng phổ biến hơn ren hình côn Ren hình côn thường chỉ được dùng để ghép các ống ,các bình dầu,nút dầu…

2 Phân loại theo chiều xoắn ống ren: Ren trái và ren phải

2 Phân loại theo số đầu mối ren ta có ren một mối, hai mối và ba mối,…Ren một mối thường được dùng phổ biến

3 Phân loại theo hệ đơn vị:

như để giảm bớt tập trung ứng suất ở chân ren và dập xước đỉnh ren, đỉnh ren và chân ren không được hợt bằng hoặc tạo góc lượn và bo tròn.Bán kính bo tròn chân ren r=H/6=0,144p Theo tiêu chuẩn quốc tế ISO thì bán kính góc lượn đối

bằng hệ đơn vị Anh (1inch=25,4mm) bước ren được đặc trưng bởi số ren trên chiều dài 1inch

4 Phân loại theo công dụng:

Ren ghép chặt: Dùng để ghép chặt các chi tiết máy lại với nhau Ren ghép chặt gồm các loại ren: ren hệ mét, ren ống, ren tròn, ren vít gỗ

Ren ghép chặt kín: Ngoài dùng để ghép chặt các chi tiết còn dùng để giữ không cho chất lỏng chảy qua ren( ren nối đường ống và phụ tùng nối ống) Ren có dạng tam giác nhưng không có khe hở hướng tâm và đỉnh được bo tròn

Ren của cơ cấu vít: Dùng đê truyền chuyển động hoặc để điểu chỉnh Ren của

cơ cấu vít có các loai: Ren vuông, ren hình thang cân, ren hình răng cưa

Ren ống dùng để ghép các ống với đường kính 1/16’’ đến 6’(1,5875 152,4) (mm) Ren ống là ren hệ anh có bước nhỏ, có biên dạng được bo tròn và không có khe

hở theo đỉnh và đáy để tăng độ kín khít.Kích thước chủ yếu của ren này là đường kính trong ống ren

5 Phân loại theo hình dạng ren:

Ren tròn được dùng chủ yếu trong các bulong,vít chịu tải va đập lớn hoặc trong các chi tiết máy làm việc trong môi trương bẩn và cần thiết phải nối.Ren tròn được dùng trong các chi tiết máy có vỏ mỏng hoặc trong các vật phẩm đúc bằng gang hoặc

DUT.LRCC

,góc ở đỉnh 30 Do bán kính cung tròn lớn nên có ít sự tập trung ứng suất

ren này được dùng nhiều trong các cơ cấu vít,nhưng hiện nay ít dùng và được thay thế bằng ren hình thang vì khó chế tạo,độ bền không cao,khó khắc phục khe hở dọc trục sunh ra do mòn

Ren hình thang cân có độ bền cao hơn ren vuông.Ren này có độ bền cao hơn ran tam giác,thuận tiện chế tạo và có độ bền cao hơn ren hình vuông.Ren hình thang cân có góc ở đỉnh =30 ,chiều cao làm việc h=0,5p khe hở hướng tâm 0,15 1mm phụ thuộc vào đường kính ren.Ren hình thang cân tiêu chuẩn hóa có đường kính d1=8 640mm,có thể sử dụng với ren bước lớn,trung bình và nhỏ.Ren hình thang cân được dùng trong truyền động chịu tải theo hai chiều

Ren (hình trụ) được đặc trưng bởi các thông số hình học chủ yếu sau đây:

Hình 1.4 Các thông số hình học của mối ghép ren d: Đường kính ngoài của ren,là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài (bulong,vít) đường kính này là đường kính danh nghĩa của ren.Đối với đai ốc đường kính ngoài D

d1: Đường kính trong của ren, là đường kính trụ bao đỉnh ren trong Đối với đai

ốc là D1

d2: Đường kính trung bình, là đường kính hình trụ phân đôi tiết diện ren, trên

đó chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh Đối với các ren tam giác có đường kính trong

và đường kính ngoài cách đều đỉnh tam giác của ren và rãnh ren, và đối với ren vuông:

d2 = (d + d1 )/2

h: chiều cao tiết diện làm việc của ren

P: bước ren là khoảng cách giữa 2 mặt song song của 2 den kề nhau,đo theo phương dọc trục bu long hay vít

DUT.LRCC

: góc tiết diện ren(góc ở đỉnh)

: góc nâng ren ( tham khảo chương trục vít ) là góc hợp bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc ( trên hình trụ trung bình) với mặt phẳng vuông góc với trục của ren:

tgƔ =Pz/Πd2

Các thông số hình học và dung sai kích thước của phần lớn các loại ren đã được tiêu chuẩn hóa

1.1.4 Các phương pháp gia công ren:

Có 2 phương pháp chế tạo ren: Gia công cắt gọt và gia công áp lực

1.1.4.1 Gia công cắt gọt:

Hình 1.5 Phay ren Phay ren là phương pháp gia công ren tương đối đơn giản, nhưng có năng suất cao, có 2 phương pháp phay ren cơ bản:

Phay ren chủ yếu với dao phay dĩa chủ yếu dùng để gia công các trục vít dài có ren hình thang hoặc chữ nhật Phay ren với dao phay lược hoặc dao phay gió lốc dùng

để gia công ren của bu lông hoặc vít tiêu chuẩn có chiều dài gia công ngắn hơn dao phay Phương pháp này dùng cho cả ren ngoài và ren trong Phay gió lốc dùng trong trường hợp chi tiết gia công lớn, đứng yên, đầu dao phay quanh chi tiết gia công

Trục của dao phay cần đặt lệch trục của phôi bằng một góc α Nhưng nếu đặt song song thì sai lệch cũng không nhiều Độ sai lệch càng lớn, khi bước ren và đường kính dao phay càng lơn, đường kính phôi càng nhỏ Đặc biệt khi gia công ren tam giác

có góc nâng nhỏ, độ sai lệch này không đáng kể

Việc dùng dao phay lược có các ưu điểm tối ưu rất có lợi Về thực chất, dao phay lược là một bộ dao phay dĩa, do đó thời gian trong quá trình phay được rút ngắn rất nhiều, vì các vòng ren trên suốt chiều dài cần cắt được các lưỡi dao gia công cùng một lúc

DUT.LRCC

Sau một vòng quay của chi tiết cần gia công, điểm cuối của vòng ren do dao trước tạo thành sẽ trùng với điểm đầu của vòng ren do đĩa dao khác thực hiện cho nên ren được cắt xong sau một vòng quay của phôi

Trên thực tế để ren đạt được chiều sâu cần thiết phôi cần quay quá một vòng Tùy thuộc vào cấu trúc của máy, chu kì gia công kết thúc khi phôi quay từ 1.2÷1.4 vòng Chiều dài dao phay cần dài hơn chiều dài ren cần cắt ít nhất 2÷3 ren

Sơ đồ nguyên lý gia công:

Hình 1.6 Các chuyển động gia công

Chuyển động chạy dao: gồm 3 chuyển động:

+ S2: Di chuyển dao dọc trục chi tiết

+ S3: Di chuyển dao vuông góc với chi tiết

+ S4: Chuyển động để quay hộp trục chính

Dao tiện ren:

Hình 1.7 Dao tiện ren

- Vật liệu làm dao tiện ren có thể là thép gió hoặc hợp kim, góc giữa các lưỡi cắt ( góc mũi dao) phải phù hợp với góc đỉnh ren (60o đối với ren hệ mét, 55o đối với ren

hệ Anh) Trong quá trình gia công dao có thể mở rộng góc rãnh ren vì thế góc mũi dao

có thể được mài nhỏ đi so với lý thuyết, tùy theo vật liệu làm dao ta có: Dao thép gió

DUT.LRCC

thì mài góc mũi dao nhỏ đi khoảng 10 – 20’, dao hợp kim thì mài góc mũi dao nhỏ đi khoảng 20 – 30’

- Thông thường góc trước dao tiện ren bằng không, góc sau cả hai bên bằng 3 – 5o

- Khi cắt ren có bước xoắn lớn thì người ta thường mài góc sau phía tiến dao lớn hơn một lượng bằng góc nâng của ren

- Để tăng năng suất cắt, người ta có thể dùng dao cắt ren răng lược, dao răng lược có thể là dao lăng trụ hoặc dao đĩa

2 Sơ đồ nguyên lý gia công

Hình 1.8 Các chuyển động gia công

là chuyển động tạo nên tốc độ cắt

Chuyển động chạy dao: gồm 2 chuyển động:

+ S2: Di chuyển dao dọc trục chi tiết

+ S3: Di chuyển dao vuông góc với chi tiết

Ren nhiều đầu mối :

- Trong một số mối ghép ren cần tháo xiết nhanh mà yêu cầu số ren tham gia

trong mối ghép lớn người ta dùng ren nhiều đầu mối

- Ren nhiều đầu mối gồm nhiều đường ren triển khai trên các đường xoắn ốc cách đều nhau trên mặt cơ sở Lúc này ta có bước xoắn bằng k lần bước ren

( k là số đầu mối)

- Để cắt ren nhiều đầu mối về kỹ thuật cơ bản thì cũng tương tự như cắt ren một đầu mối Người ta tuần tự cắt từng đường ren, các đường ren giống nhau và cách đều nhau Để phân độ khi cắt ren nhiều đầu mối người ta có nhiều cách:

ngang giữa các dao cách nhau một khoảng bằng chiều sâu cắt Bàn ren có kết cấu như

là một chiếc đai ốc làm bằng thép dụng cụ hoặc thép gió, trên bàn ren được khoan từ 3 – 8 lỗ để tạo các thông số cắt cho các lưỡi cắt, lưỡi cắt ở hai đầu được vát côn để quá trình cắt được bắt đầu dễ dàng hơn, phần trụ còn lại là phần sửa đúng gồm 5 – 6 vòng ren Bàn ren được sử dụng bằng cả hai mặt như nhau

Khi cắt ren bằng bàn ren người ta có thể gá bàn ren lên ụ động hoặc ổ dao

b Gá bàn ren trên ụ động: Bàn ren được kẹp chặt trong một giá kẹp bàn ren có

thể trượt dọc trên một thân có chuôi côn để lắp vào ụ động Quay tay quay ụ động để đưa bàn ren vào bắt đầu cắt, sau khi bàn ren đã cắt được 2 – 3 vòng ren thì bàn ren sẽ

tự động được kéo vào mà không xoay theo chi tiết nhờ vào một chốt trượt Cách gá này cho phép cắt ren có chiều dài ren giới hạn

c Gá bàn ren trên ổ dao: Bàn ren được lắp vào tay quay bàn ren gá trên một

giá có thể trượt trong một thân kẹp chặt trên ổ dao Để chống xoay cho bàn ren người

ta bố trí một thanh tì chặn vào một đầu của tay quay Tương tự như khi gá trên ụ động,

ta quay tay quay của bàn xe dao để đưa bàn ren vào vị trí cắt, sau khi bàn ren đã cắt được 2 – 3 vòng ren thì bàn ren sẽ tự động được kéo vào mà không cần phải tiến bàn

xe dao Cách gá này cho phép ta cắt ren dài vô tận

Chú ý:

- Cần vát cạnh đầu phôi để bàn ren có thể bắt đầu cắt dễ hơn

- Khi cắt ren bằng bàn ren, chi tiết được tiện với kích thước bé hơn kích thước danh nghĩa và khi cắt ren bằng tay, để bù trừ sự nén vật liệu

Cắt ren bằng Tarô:

Cắt ren trong lỗ bằng một dụng cụ cắt ren định hình có dạng là một con vít được gọi là Ta rô Tương tự như bàn ren, ta rô thực sự là một bộ gồm nhiều dao cắt ren được ghép nối tiếp dọc trục và có vị trí ngang giữa các dao cách nhau một khoảng bằng chiều sâu cắt Trên thân Ta rô có ghi ký hiệu mác vật liệu làm ta rô và loại ren Ngoài ra, để phân biệt thứ tự các cây tao rô trong bộ người ta ký hiệu bằng số vạch hoặc số vòng ở cán

Khi cắt ren bằng ta rô người ta có thể dùng tay quay ta rô hoặc trục gá ta rô

Mài ren:

DUT.LRCC

Hình 1.9 Mài ren Mài ren được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo dụng cụ để nâng cao độ chính xác của ren đã được gia công trước ở những máy khác

Các loại ren cần mài thường là ren của ta rô, của dưỡng, của trục vít, trục cán, dao phay trục vít… phần lớn những chi tiết này đều đã được nhiệt luyện, nên ren ít nhiều bị biến dạng

Sơ đồ nguyên lý gia công:

Hình 1.10 Các chuyển động gia công

+ Chuyển động chạy dao: gồm 2 chuyển động:

S2: Di chuyển dao dọc trục chi tiết

S3: Di chuyển dụng cụ vuông góc với chi tiết

Cán ren là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành chế tạo máy hiện đại Trong quá trình cán, độ mòn và độ chịu mòn của bề mặt ren được nâng cao, giá thành máy cán thấp mà năng suất cao, nên cán ren được dùng

để chế tạo nhiều loại ren trong sản xuất hàng loạt và hàng khối

Cán ren được thực hiện trên cơ sở biến dạng kim loại của chi tiết gia công Tùy thuộc vào dụng cụ cán, máy cán ren có thể phân thành 3 loại:

Hình 1.11 Cán ren

1.2 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN REN:

1.2.1 Cán ren – Lăn ép ren:

- Cán ren ( lăn ép ren) là phương pháp gia công không phoi Phôi được đặt giữa các dụng cụ lăn ép (bàn lăn hoặc con lăn) dưới tác dụng của áp lực trên bề mặt chi tiết gia công hình thành các vết lăn ép của dụng cụ Theo kết cấu của dụng cụ có thể phân

ra làm 2 loại chính là bàn lăn và con lăn Lăn ép ren có thể gia công ren ngoài cũng như ren trong, ren một đầu mối và nhiều đầu mối Lăn ép ren là một trong nhưng phương pháp chế tạo ren năng suất cao và kinh tế nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng hàng loạt Lăn ép ren dựa trên quá trình biến dạng dẻo của vật liệu để hình thành ren nên có thể nâng cao độ nhẵn bề mặt và độ bền của ren Ngoài ra so với cắt ren, lăn ép ren còn có ưu điểm là giá thành hạ, tiêu hao dụng cụ ít, tiết kiệm vật liệu Yếu tố hạn chế là phạm vi sử dụng của phương pháp lăn ép ren là độ cứng của vật liệu, hình dạng và kích thước của chi tiết Khuyết điểm của phương pháp này là hình thành

độ elip trên đường kính trung bình của ren

DUT.LRCC

1.2.2.Lịch sử hình thành

Nửa cuối thế kỉ 19, cán ren (lăn ép ren) hình thành sau quá trình phát triển của công nghiệp cán thép, xuất hiện ý tưởng chế tạo vít bắt gỗ bằng phương pháp lăn ép 2 con lăn (Tài liệu “Screws and Screw-making”, tác giả Britannia company, nhà xuất James H Wood, 1892 – Chương Machines for Screw-Making trang 161) Nhưng đến giữa thế kỉ 20, chủ đề “Ren vít chính xác cho doanh nghiệp” bắt đầu hình thành máy cán ren chính xác đầu tiên (Công ty Precision Screw Thread) và tiếp tục phát triển cho đến ngày nay

1.2.3.Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt

So với ren gia công cắt, ren lăn ép thể hiện rõ những ưu điểm vượt trội về cơ tính, kết cấu cũng như tiết kiệm vật liệu

Hình a.Ren cắt hình b.Ren cán Hình 1.12 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép

Kết cấu của ren lăn ép cho phép tăng thêm 30% cơ tính so với ren cắt bằng

phương pháp thông thường Tăng độ cứng bề mặt ren, giới hạn bền, năng suất của ren

Hình 1.13 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép Với cùng một kích thước ren giống nhau, cán ren thể hiện sự tiết kiệm vật liệu nâng cao giới hạn bền mỏi, không tạo phoi sau quá trình gia công, đồng thời bề

DUT.LRCC

Hình 1.14 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán Với ren cán, sản phẩm tạo ra tiết kiệm vật liệu hơn với phương pháp thông thường, giá thành giảm nhưng chất lượng vượt trội

1.2.4.Phân loại máy cán ren

Các máy cán ( lăn ép ren) có nhiều loại khác nhau, chia làm 2 loại chính với sự khác nhau về kết cấu của dụng cụ cán (lăn ép)

1.2.4.1 Máy cán ren bằng

Hình 1.15 Máy cán ren bằng bàn phẳng Dùng trên máy cán ren thường và máy cán ren tự động Bàn cán ren làm việc theo bộ, có hai chiếc: Một bàn không chuyển động, một bàn thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại Hướng của góc nâng ren trên bàn cán ngược lại với hướng ren được cán

Kích thước của bàn cán ren hệ mét có đường kính từ 16 ÷ 27mm Kích thước của các bàn cán để cán ren có đường kính nhỏ hơn 1,6mm và lớn hơn 27mm phụ thuộc vào loại máy và được xác định cho từng trường hợp cụ thể

Bàn cán ren phẳng khi cán các ren trên các sản phẩm có ≤ 600 Mpa thường được chế tạo bằng thép X12M; X12Φ1

Khi cán ren trên các sản phẩm có ≤ 850 Mpa thì bàn cán được chế tạo bằng thép 6X6B3MΦC có độ cứng HRC 57 ÷ 60

DUT.LRCC

Bộ phận cơ bản, quyết định quá trình tạo hình ren khi cán là phần tạo hình

Hình 1.16 Bàn cán ren phẳng

1.2.4.2 Máy Cán bằng con lăn

Hình 1.17 Máy cán ren 2 con lăn Cán ren được tiến hành trên máy bằng một bộ quả cán gồm 2 hoặc 3 quả cán Đường tâm của quá cán có thể song song hoặc không song song (cán bằng con lăn hớt vòng) với đường tâm phôi, phôi quay tự do

Thường người ta chế tạo quả cán ren theo 2 cấp chính xác : độ chính xác cao và

1.2.4.3 Cán ren bằng đầu cán ren

Được thực hiện trên các máy tiện ren vít thông thương, máy khoan, máy tiện tự động

Hình 1.19 Cán ren bằng đầu cán ren Được dùng phổ biến nhất là các loại đầu cán ren hướng trục tự mở đến cán các ren ngoài có góc ren nhọn, sắc và cán các ren ngoài hình thang

Các đầu mối cán ren có kết cấu khác nhau để cán các loại ren một hay nhiều đầu mối, phải hoặc trái trên phôi đặc hoặc rỗng Các quả cán đều có phần cấu tạo hình ren và phần sửa đúng Bộ quả cán có bước ren giống như bước ren cần cán của bất kỳ đướng kính ren nào trong một phạm vi đường kính nhất định Các quả cán trong một

bộ được phân biệt bằng số thứ tự, xác định bằng lượng dịch chuyển của ren tới mặt đầu của quả cán, lượng dịch chuyển này thay đổi liên tiếp trên mỗi quả cán để đám bảo gia công liên tục đường xoán vít trên chi tiết gia công

Đường kính phôi để cán lấy gần đúng bằng đường kính trung bình của ren gia công Trong trường hợp dùng máy có công suất lớn hoặc máy có chu kỳ làm việc tự động thì tốc độ cán có thể tới 70 ÷ 80 m/ph đối với ren hệ mét bước nhỏ và tới 25 m/ph đối với ren hệ mét bước lớn và ren thang Độ bền của quả cán giảm đi 2 ÷ 3 lần nếu khi cán trên các đầu của phôi có sãn các đường xoắn

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại

2.1.1 Biến dạng của kim loại

2.1.1.1.Khái niệm biến dạng của kim loại

Gồm có biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy

Hình 2.1 Biến dạng trong kim loại

II của đồ thị) Nguyên nhân của biến dạng dẻo là sự trượt mạng tinh thể

c Giai đoạn phá hủy:

Giai đoạn phá hủy là khi tải trọng đạt đến mốc cực đại (Pmax), vết nứt xuất hiện và mẫu bị phá hủy.(vùng III của đồ thị)

DUT.LRCC

2.1.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo

- Tải trọng tác dụng

- Cơ tính của vật liệu

Nhìn chung hai yếu tố trên ảng hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng dẻo của kim loại Khi có biến dạng dẻo xảy ra tức là có sự trượt và song tinh

Trượt là sự chuyển dời tương đối với nhau giữa các phần tinh thể theo những mặt và phương nhất định gọi là phương mặt trượt Các mặt và phương mặt trượt cơ bản

a) b)

c) Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản

Mạng tinh thể của kim loại bao gồm vô số mặt và phương tinh thể nhưng không phải mặt và phương nào cũng có thể là mặt và phương trượt Mặt và phương xảy ra trượt phải có liên kết nguyên tử bền hơn cả để khi chuyển dời mối liên kết giữa các nguyên tử thì nó không bị phá hủy Đồng thời mối liên kết giữa các mặt trượt với nhau phải yếu hơn

2.1.1.3.Ảnh hưởng của gia công đến tổ chức và tính chất của kim loại

Khi gia công dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng theo ba giai đoạn nối tiếp nhau: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, và biến dạng phá hủy Khi gia công kim loại bằng phương pháp cán sẽ làm thay đổi hình dạng bề mặt kim loại liên tục Do quá trình trượt tạo nên các đường trượt và giải trượt, mạng tinh thể ở vùng xung quanh mặt trượt bị xô lệch Do vậy sau khi bị biến dạng, ngoài biên giới hạt ra, một phần khá lớn mạng tinh thể của kim loại không sắp xếp trật tự Tác dụng ngoại lực

DUT.LRCC

càng lớn và thời gian càng lâu thì mức độ xô lệch mạng tinh thể càng cao Quá trình biến đổi nhƣ vậy sẽ làm thay đổi các thớ của kim loại tạo cho cơ tính bề mặt tốt hơn

Tăng độ bền cho vật liệu

2.1.2.Biến dạng dẻo của kim loại khi cán

2.1.2.1.Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể

Biến dạng còn lại khi bỏ tải trọng gọi là biên dạng dẻo.Biến dạng dẻo có thực hiện bằng trƣợt,đổi tính hoặc chuyển maxtenxit và khuyến tán Cơ chế của quá trình trƣợt :

Khi trƣợt tất cả các nguyên tử ở trên mặt trƣợt đều dịch chuyển đi đồng thờ i, nghĩa là ở mỗi thời điểm các nguyên tử đều dịch chuyển đi những đoạn bằng nhau Cách trƣợt nhƣ vậy gọi là trƣợt cứng Theo cách trƣợt này ứng suất tiếp tác dụng phải rất lớn để khắc phục đƣợc cùng một lúc tất cả các mối liên kết giữa các nguyên tử ở hai bên mặt trƣợt.Nhƣng trong thực tế ứng suất gây ra trƣợt của kim loại lại rất thấp

Do đó cơ chế trƣợt cứng ở trên không giải thích đƣợc tính dễ trƣợt của kim loại

Hình 2.3 Sự trƣợt trong kim loại Nếu nhƣ trong mạng tinh thể luôn luôn có lệch thì chúng luôn luôn là nơi xuất phát của các quá trình trƣợt, sự trƣợt tác động đến các nguyên tử ở trên mặt trƣợt một cách nối tiếp nhƣ chạy tiếp sức Cho nên ở mỗi thời điểm chỉ có một số lƣợng hạn chế các nguyên tử tham gia quá trinh trƣợt Do đó ứng suất gây ra trƣợt chỉ cần thấp

Hình trên trình bày quá trình trƣợt trong mạng tinh thể có lệch thẳng (lệch biên) Sự có mặt của bán mặt AB ở trong mạng tinh thể gây ra ở vùng xung quanh nó sự xô lệch đàn hồi đối xứng Do đó ứng suất (nén hay kéo) ở hai bên nó cũng mang tính chất đối xứng nên chúng sẽ cân bằng lẫn nhau

Theo sự trình bày cơ chế trƣợt có lệch nhƣ vậy thì ở mỗi thời điểm chỉ có một

số lƣợng hạn chế các nguyên tử ở xung quanh bán mặt AB tham gia trƣợt và có thể hình dung sự chuyển dịch của bán mặt lần lƣợt qua từng vị trí nhƣ là cuộc chạy tiếp sức

DUT.LRCC

2.1.2.2 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

Đa tinh thể là tập hợp của nhiều hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên Vùng ranh giới giữa các hạt có cấu tạo, tính chất khác vùng trung tâm Đây là những yếu tố cần phải tính đến khi nghiên cứu biến dạng của đa tinh thể Trong thực tế quá trình biến dạng dẻo thường xảy ra trong đa tinh thể kim loại Quá trình biến dạng dẻo của đa tinh thể chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi cấu trúc của đa tinh thể

Đó là tập hợp của các hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên và vùng biên giới hạt có sắp xếp không trật tự khác với bản thân hạt Chính vì vậy quá trình biến dạng dẻo đa tinh thể có các đặt điểm sau :

Hạt nào có phương mạng định hướng thuận lợi cho trượt sẽ bị biến dạng dẻo trước với ứng suất tương đối bé Ngược lại hạt nào có phương mạng định hướng không lợi cho trượt thì sẽ bị biến dạng dẻo sau với ứng suất lớn hơn

cạnh và bị chúng cản trở Do vậy các hạt trong đa tinh thể có thể bị trượt ngay theo nhiều hệ trượt khác nhau Và xảy ra đồng thời sự quay của các mặt và phương trượt

triển ở đây Vì không hình thành được các mặt và phương trượt

Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất :

loại lớn : ứng suất dư tế vi và ứng suất dư thô

trọng biến dạng và được cân bẳng trong phạm vi từng phần nhỏ của hạt hay trong từng hạt

Ứng suất dư thô tồn tại ở trong cả thể tích kim loại sinh ra do biến dạng không đồng đều trên tòan tiết diện mẫu

tiễn của biến dạng dẻo là sự biến đổi mạnh cơ tính của kim loại theo chiều hướng tăng bền hay còn được gọi là hóa bền, làm tăng giới hạn bền, giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi, độ cứng

tăng xô lệch mạng, làm nhỏ hạt, các yếu tố này làm giảm tính dẫn điện

2.1.3 Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực:

2.1.3.1.Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo

DUT.LRCC

Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi Trong quá trình biến dạng đàn hồi quan hệ giữa lực và biến dạng tuân theo định luật Huck, do đó kích thước của chi tiết sau gia công có sai khác với kích thước cùa chi tiết đang gia công

2.1.3.2.Định luật ứng suất dư

- Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân bằng nhau

tính dẻo, độ bền và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy Khi phân tích ứng suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu qủa do nó sinh ra

2.1.3.3.Định luật thể tích không đổi:

- Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực

2.1.3.4.Định luật trở lực bé nhất

phương nào có trở lực bé nhất

một điểm bất kỳ nào trên mặt phẳng thẳng góc vơi phương của lực tác dụng sẽ theo hướng thẳng góc với chu vi mặt phẳng ấy

2.1.3.5.Định luật đồng dạng

đồng dạng nhau

DUT.LRCC

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÁN REN

3.1 Sơ đồ khối quá trình gia công:

Hình 3 1 Sơ đồ khối quá trình gia công

Sản phẩm có thể cán một hoặc nhiều lần để đạt sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật

Số lần cán tùy thuộc vào bước ren, loại ren và vật liệu của chi tiết cán Độ cứng tối đa của phôi cán phụ thuộc vào vật liệu làm con lăn cán ren

3.2 Các phương án cán ren:

3.2.1 Phương án 1: Cán ren bằng bàn ren

Hình 3.2 Nguyên lý cán ren bằng bàn cán Nguyên lý làm việc này là tạo ren trên chi tiết trụ nhờ chuyển động tịnh tiến và

áp lực của bàn ren tác dụng vào ren chi tiết cần tạo ren

DUT.LRCC

Ưu điểm: Khả năng tự động cao, sản phẩm được hình thành trong thời gian ngắn

Nhược điểm: Đối tượng sản phẩm không nhiều, thường cho các chi tiết ren ngắn, máy khá cồng kềnh làm việc ồn Khả năng hỏng hóc, kẹt gây sự cố cao hơn các phương pháp khác

3.2.2 Phương án 2: Cán ren bằng đầu cán

Nguyên lý làm việc của phương pháp này là đầu cán ren được quay quanh trục,

có khoảng cách với cách mảnh dải quạt cố định không đổi Chi tiết được lăn và hình thành ren giữa đầu cán và dải quạt nhờ chuyển động quay của đầu cán Trục quay có thể là máy tiện ren vít thông thường, máy khoan, máy tiện tự động

Hình 3.3 Nguyên lý cán ren bằng đầu cán

Ưu điểm: Dễ dàng lắp với các máy công cụ thông thường Chi tiết tạo ren được hình thành nhanh chóng

Nhược điểm: Phạm vi chi tiết hạn chế ( ren kẹp chặt đường kính tối đa 10mm

Dễ hỏng hóc, kẹt gây nguy hiểm cho người sủ dụng

3.2.3 Phương án 3: Cán ren bằng bộ 2 con lăn

Hình 3.4 Nguyên lý cán ren bằng 2 con lăn

DUT.LRCC

Nguyên lý làm việc: chi tiết tạo ren được lăn giữa 2 con lăn quay cùng chiều Chi tiết và con lăn có tâm thẳng hàng hoặc chéo nhau Con lăn chuyển động theo chiều hướng kính hoặc phôi chuyển động hướng trục tạo hình vào bề mặt chi tiết tạo ra biến dạng hình thành ren cho chi tiết cần tạo ren

Ưu điểm: Có thể cán ren đường kính lớn ( tùy thuộc máy và vật liệu làm con lăn cán) Ren có chiều dài bất kì Khả năng làm việc ổn định, an toàn

Nhược điểm: Thường là các máy bán tự động Giá thành khá cao để chế tạo con lăn Dễ hình thành sai số hình học trên chi tiết

3.2.4 Phương án 4 : Cán ren bằng bộ 3 con lăn

Hình 3.5 Nguyên lý cán ren bằng bộ 3 con lăn Nguyên lý: Bộ quả cán gồm 3 con lăn quay cùng chiều với nhau bố trí như sơ

đồ Khi làm việc, phôi đươc giữa 3 con lăn, các con lăn quay và cùng tịnh tiến về tâm máy tạo áp lực gây biến dạng bề mặt chi tiết hình thành ren

Ưu điểm: máy đạt độ chính xác cao Áp lực được phân bố đồng đều trên chi tiết

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG

4.1 Sơ đồ động của máy:

2/ Bộ truyền đai thang

3/ Hộp giảm tốc bánh răng trụ

4/ Bộ truyền bánh răng phân lực

5/ Piston-xylanh thủy lực

Dựa vào ưu, nhược điểm và điều kiện kinh tế chọn phương án 1 để tiến hành thiết kế máy

DUT.LRCC

4.2 Xác định kích thước, kết cấu con lăn cán:

a/ Kích thước cơ bản của bu lông:

Hình 4.6 kích thước cơ bản bulong

DUT.LRCC

1 1

Vì vật liệu làm bu lông là thép CT31CT51 có giới hạn bền kéo từ

4.5 Xác định công suất dẫn động máy, chọn động cơ điện:

Tính cho trường hợp lực cán lớn nhất khi cán bu lông M8x1

1/ Xác định công suất dẫn động máy:

Tính sơ bộ l l1, 2 : theo sách TKCTM Nguyễn Trọng Hiệp / 118

+ l1 : Khoảng cách giữa gối đỡ trục và điểm đặt lực cán

ot

B B

Lấy M ms2 0, 03.M c 0, 03.66735020020( N mm)

d/ Công suất trên trục cán N N1N2

*Công suất khi cán: (tính ở cụm cán)

Chương 5: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

5.1 Phân phối t số truyền:

*T số truyền động chung của máy:

*Đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp khai triển để các bánh răng của cấp

+ Công suất vào: N v 4(kW)

1/ Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

+ Bánh nhỏ : thép C45 thường hóa

2

2

600( / ) 300( / )

b ch

+ Số chu kỳ làm việc của bánh lớn :

6

2 5.300.2.6.60.212,8 230.10

Gỉa sử lấy thời gian làm việc 5 năm, năm làm việc 300 ngày, 1 ngày làm việc 2

ca, mỗi ca 6 giờ N2 T n 2 ;

Trong đó T : Thời gian làm việc

Để ứng suất uốn cho phép, lấy hệ số an toàn n = 1,5 (vì thép thường hóa) và hệ

số tập trung ứng suất ở chân răng k  1,8

+ Giới hạn mỏi của thép C45 là :

' 2

A Z

9/ Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

+ Tính số răng tương đương của bánh nhỏ :

1

32

33cos (cos 7 24 ')

tđ

Z Z

tđ

Z Z



Tra bảng (3-18) + Hệ số dạng răng của bánh nhỏ : y1  0, 455

DUT.LRCC

+ Kiểm nghiệm ứng suất uốn tại chân răng bánh lớn :

2 1

2 1

2

0, 455 28, 2 25( / )

0,515

y

N mm y

2,5.32

80, 73( )cos 0,991

2,5.87

219, 48( )cos 0,991

760( ) cos 0, 991

x

a

n R

B/ Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm :

+ Thông số ban đầu :

T số truyền : i = 2,2

Số vòng quay bánh chủ động : n  212, 75( /v ph)

DUT.LRCC

Số vòng quay bánh bị động : n2  97( /v ph)

5, 29.0,97.0,98.0,995 4,93( )

N  kW 1/ Chọn vật liệu chế tạo bánh răng :

2 [tx ]  2, 6.HB 2, 6.160  416(N mm/ )

Để xác định ứng suất uốn cho phép lấy hệ số an toàn n = 15 , hệ số tập trung