Tính toán thiết kế máy tóp quay

§å ¸n tèt nghiƯp TÝnh to¸n, thiÕt kÕ m¸y tãp quay Lời nói đầu Trong xu hớng phát triển công ngiệp đại ngày nay, ngành gia công kim loại băng áp lực bật tính tiên tiến vai trò quan trọng đặc biệt mình, cho suất cao mà công nghiệp đại đòi hỏi Ngành gia công kim loại áp lực gia công chi tiết từ đơn giản đến phức tạp, với độ xác cao, tính, lý tính tốt chi tiết tiến hành gia công đợc cách dễ dàng, nhiều công việc ngành gia công cắt gọt lại phải chuẩn bị phôi cho ngành gia công áp lực nớc ta ngành gia công ¸p lùc (rÌn dËp) ®· cã tõ lÉu ®êi, nhng so với nớc tiên tiến giới ngành gia công áp lực (rèn dập) ta non u Trong nỊn kinh tÕ hiƯn cđa níc ta ngành gia công áp lực chắn đợc Đảng nhà nớc ta ý phát triển tiền đề sản xuất hàng loạt tính kinh tế cao tính kinh tế cao Muốn đẩy mạnh phát triển gia công kim loại áp lực cần phải có đủ thiết bị phục vụ cho từ thô sơ đến đại Trong thực tế sống nói chung ngành khí nói riêng có nhiều chi tiết đợc chế tạo phơng pháp tóp quay hay rèn quay Tóp quay (rèn quay) phơng pháp cao tốc (thuộc dạng gia công kim loại áp lực) chế tạo chi tiết có tiết diện đối xứng trục thay đổi từ phôi ban đầu Có nhiều dạng khác nhau: dạng trục với nhiều bậc khác nhau, trục côn, trục chính, trục mũ máy kéo sợi, loại kim khâu, nan hoa xe đạp, xe máy, trục đồng hồ; dạng ống (các ống vật; dạng ống (các ống vật liệu inox để chế tạo lan can cầu thang, đồ dùng gia dụng nhà nh bàn, ghế; dạng ống (các ống vật), loại ống có hình dạng phức tạp, kì dị tuỳ theo yêu cầu sử dụng áp dụng phơng pháp tóp quay so với phơng pháp tiện có u điểm hẳn: đảm bảo tiết kiệm kim loại cách đáng kể, giảm số nguyên công xuống vài lần, nâng cao độ bền đặc tính lý tốt nhiều Phơng pháp gia công kim loại tóp quay không tăng tính kinh tế sử dụng phôi mà cho phép nhận đợc chi tiết có độ xác, độ bóng cao so với nguyên công kết thúc nh mài đánh bóng Việc thành lập máy có đặc tính ổn định tin cậy, làm việc liên quan chặt chẽ đến khả công nghệ rộng rÃi trình tóp quay gia công dạng khác chi tiết máy Độ bền chủ yếu chi tiết là: lăn, vòng cách, đầu búa, khuôn, truc chính; dạng ống (các ống vật Nhợc điểm máy gây tiếng động làm việc, điều làm giảm phạm vi áp dụng phơng pháp tiên tiến vào ngành khác chế tạo máy Trong sản phẩm tóp quay, ta ý đến sản phẩm dạng ống inox mặt hàng đợc công ty nớc yêu cầu cung cấp với số lợng lớn Vấn đề ngiên cứu thiết kế máy để chế tạo chi tiết (phôi) dạng ống vật liệu inox, dạng trục nhỏ nh trục đồng hồ, kim khâu,; dạng ống (các ống vật Nếu vấn đề thành công có ý nghĩa quan trọng, hàng năm giảm đợc lợng ngoại tệ đáng kể để nhập phôi vào Việt Nam §å ¸n tèt nghiƯp TÝnh to¸n, thiÕt kÕ m¸y tãp quay Bộ môn Gia công áp lực- khoa Cơ Khí, trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội giao cho em nhiệm vụ tính toán thiết kế máy để chế tạo chi tiết dạng trục, dạng ống phơng pháp tóp quay Sau thời gian nghiên cứu, tìm tòi đợc giúp đỡ thầy cô giáo môn, đặc biệt đợc giúp đỡ nhiệt tình chu đáo thầy giáo Đỗ Văn Phúc em đà hoàn thành đồ án theo thời gian đà định Nhng đề tài mẻ trình độ kiến thức có hạn, thêm vào điều kiện thời gian hạn chế nên đồ án bớc đầu đà hoàn thành nhng chắn nhiều thiếu sót, để đa đồ án hoàn chỉnh mong đợc đóng góp ý kiến thày , cô môn bạn đồng nghiệp Mọi ý kiến đóng góp đọc giả xin gửi theo chỉ: Bộ môn Gia Công áp Lực phòng 305 tính kinh tế cao C5 Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp Tính toán, thiết kế máy tóp quay Phần I lý thuyết máy công nghệ gia công kim loại tóp quay Chơng I Sơ lợc trình tóp quay 1.1 Thực chất trình tóp quay Qúa trình tóp quay trạng thái khác gia công kim loại áp lực, tạo thay đổi hình dáng phôi theo yêu cầu vẽ tác động có chu kỳ khuôn, khuôn thực chuyển động quay chuyển động hớng kính chuyển động hớng kính trục phôi Trong phôi cố định chuyển động quay Khi sản phẩm có dạng hình vuông, tam giác tiết diện không tròn khác phôi đứng yên Phôi đặc rỗng (đa số trờng hợp), trục côn, trục vuông v.v tuỳ theo hình dáng sản phẩm chế tạo Thời gian từ nhát tới nhát khác phần giây (đến 3000 nhát lớn phút) Trong trình tóp thời kỳ làm việc đợc đặc trng chu kỳ làm việc trục (khi có tải đến giới hạn bền không tải không) Quá trình tóp quay đợc quy biến dạng dẻo phôi chuyển phần kim loại tác động nhiều lần áp lực theo chu vi, xảy chảy kim loại dọc theo trục phôi hai hớng ngợc Kết tóp tất phía nên phôi giảm đợc tiết diện ngang tăng chiều dài áp dụng tóp quay để gia công vật liệu chịu biến dạng dẻo lớn vật liệu ròn cao Tõ thùc tÕ thÊy r»ng tãp quay rÊt tèt ®èi với hợp kim nhôm, thép gió, vôn fram, môlipđen, vật liệu gốm vật liệu dẻo khác Tóp vật liệu dẻo tính theo sơ đồ biến dạng học xảy tóp quay Khi tóp quay nh dạng gia công áp lực khác giữ nguyên thể tích tăng đặc tÝnh bỊn cđa kim lo¹i dËp ngi, gia công cắt gọt giảm thể tích ban đầu, giảm chất lợng kim loại cắt vào thớ kim loại Tóp quay từ phôi trụ nhận đợc sản phẩm: trục bậc số bậc, côn (chiều dài không lớn), trụ với phần nón, côn chiều dài lớn, frofin vớn phần côn riêng chữ nhật, tam giác, elíp tiết diện không tròn khác Trong khuôn khổ đồ án khảo sát thay đổi hình dạng phôi tóp hớng dọc hớng ngang trờng hợp prôfin trụ, côn chi tiết vuông từ phôi trụ sử dụng máy dạng lăn Tính toán, thiết kế máy tóp quay Đồ án tốt nghiệp 1.2 Sơ đồ cấu tóp quay dạng lăn dạng cam - truyÒn d d1 s Hình 1- Vòng ôm; 2- Đầu búa; 3- Con lăn; 4- Khuôn 5- Đệm điều chỉnh; 6- Vòng cách; 7- Trục chính; 8- Phôi d1 d Hình2 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa; 5- Khuôn; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Trục chính; 8- Phôi s Tính toán, thiết kế máy tóp quay Đồ án tốt nghiệp d d1 s H×nh 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa; 5- Khuôn; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Trục chính; 8- Ph«i d Hình 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa 5- Đệm điều chỉnh; 6- Khu«n; 7- Ph«i; 8- Trơc chÝnh; 9- Trơc chÝnh Tính toán, thiết kế máy tóp quay Đồ ¸n tèt nghiÖp d d d1 s Hình 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa 5- Khu«n; 6- Trơc chÝnh; 7- Trơc chÝnh trong; 8- Ph«i H×nh 1- Vòng ôm; 2- Vành; 3- Vòng cách; 4- Con lăn; 5- Đầu búa; 6- Khuôn; 7- Lò xo; 8- Bánh đai d a Tính toán, thiết kế máy tóp quay Đồ án tốt nghiệp 10 11 H×nh 1- Trục lệch tâm; 2- Biên; 3- Con lăn ổ đỡ cố định; 4,5- Con lăn; 6- Đầu búa; 7- Phôi; 8- Trục chữ T 9- Vỏ; 10- ổ đỡ bất động; 11- Khuôn dập Hình 1- Trục lệch tâm; 2- Hộp điều chỉnh; 3- Bánh 4- Bánh trung tâm; 5- Biên; 6- Đầu búa có lắp khuôn dập Nguyên lý chung quay tơng đối đầu búa lăn (vòng cách), tiếp xúc với lăn, đầu búa vào nén phôi sau lực Đồ án tốt nghiệp Tính toán, thiết kế máy tóp quay li tâm (khi trục quay) lò so (khi trục cố định) làm đầu búa lại tiếp tục đến tiếp xúc với lăn khác 1.3 Phạm vi sử dụng tham sè cho phÐp cđa vËt gia c«ng Tãp quay gia công phôi nóng, nguội, phôi tròn, vuông, phôi đặc, rỗng, phôi cán nóng phôi kéo nguội Sự tạo hình mặt nhờ khuôn có hình dáng khoang làm việc tơng ứng với bề mặt đà cho, cấu trúc bên chi tiết rỗng, ống nhận đợc nhờ trục tâm Phần lớn nguyên công tóp quay đợc quy về: 1- Nhận đợc hình dáng côn, vuông, trụ (một nhiều bậc) nh prôfin phức tạp với phần trụ, côn bề mặt sản phẩm 2- Tạo trục, ngõng trục hình trụ côn phân bố khoảng cách kể từ bề mặt đầu trục 3- Tạo đầu nhọn cuối sản phẩm 4- Dập tinh vật liệu 5- Thực nguyên công lắp ráp Trong nguyên công ta đến nguyên công dËp tinh vËt liƯu Khi tãp víi trun ph«i lớn (một vài m/phút) cho vật liệu cán nóng dập tinh (calíp) (trong giới hạn 0,5 mm đờng kính) tiến hành nh hiệu chỉnh, giá thành vật liệu cán nóng cao dập tinh cán nguội nên thực hiƯn dËp tinh b»ng tãp quay víi møc ®é ®· biết giảm giá thành chế tạo sản phẩm Đờng kính nhỏ đạt đợc tóp quay hạn chế kích thớc rÃnh khuôn, không cho phép kim loại vào làm việc Giới hạn thấp 0,3 0,4 mm, giá trị lớn hạn chế công suất máy phụ thuộc yếu tố nh: vật liệu sản phẩm, mức độ sản phẩm, mức độ dập, đặc tính phôi (đặc, rỗng, nóng, nguội) Khi tóp quay phôi đờng kính đến 25 mm với thép thờng thép hợp kim hợp lý tóp nguội, lớn dập nóng Giá trị mức độ biến dạng lần tãp phơ thc vµo tÝnh chÊt vµ kÝch thíc vËt liệu phôi Việc tăng hàm lợng bon thép giảm giá trị tóp Giá trị tóp nguyên công đến 40% so với diện tích đầu, cực đại sản phẩm d = 20mm, tóp tiếp phải ủ Đối với sản phẩm đờng kính từ mm, giá trị tóp từ diện tích đầu tiến hành đến 87% (ví dụ kim khâu, tuốc-lơ-vít, v.v) với sản phẩm đ) với sản phẩm đ ờng kính 20 mm mức ®é tãp ®Õn 65% ( vÝ dơ nh c¸c trơc nhỏ) Tính toán, thiết kế máy tóp quay Đồ án tốt nghiệp Khả thực mức độ dập cao với sơ đồ học biến dạng (trang 85 cđa [I]) lµ mét tÝnh u viƯt quan träng cđa trình tóp quay so với trình khác gia công kim loại áp lực Mức độ xác đạt đợc tóp quay phụ thuộc trạng thái khuôn, máy, kích thớc sản phẩm, đặc tính tiến hành (nóng hay nguội) Chính xác nh bảng 9,10,11 [I], độ xác đạt đợc tóp trạng thái nguội cao tóp trạng thái nóng Bảng Độ xác chế tạo chi tiết hình trụ (mm) Nguyên công Đờng kÝnh Ngoµi Trong Tãp nãng 0,3 0,1 Tãp nguéi 0,1 0,01 Bảng 11 Độ xác độ bóng bề mặt tóp nguội hớng kính Nguyên công Kích thớc phôi Tinh chỉnh thỏi ) với sản phẩm đ) với sản phẩm đ D 20 d1 17 Tóp ) với sản phẩm đ) với sản phẩm đ) với sản phẩm đ 54 46 10,5 6,2 Tóp trục ) với sản phẩm đ) với sản phẩm đ Độ xác Độ bóng - 0,02 - 0,04 -0,04 -0,12 -0,015 -0,055 – tÝnh kinh tÕ cao 10 – tÝnh kinh tÕ cao - 10 Máy kiểu lăn đạt độ xác cao máy lệch tâm Độ bóng bề mặt sản phẩm phụ thuộc vào trạng thái khuôn (độ xác kích thớc khoang làm việc độ bóng nó) máy, lợng chuyển phôi loại phôi, trạng thái gia công (nóng hay nguội) v.v) với sản phẩm đ Với trạng thái hoàn hảo khuôn (về độ xác kích thớc rÃnh, độ bóng bề mặt cao) máy tóp nguội độ bóng bề mặt gia công nhận đợc cao Sản phẩm hình trụ d = 420 mm gia công hai đầu búa đạt độ bóng bề mặt 10÷∇ 11 Sau tãp quay trơc tõ thÐp X9C2 víi d1 = 11mm, d = 13mm ®é bãng cao mài cấp Mài đạt 7ữ tóp quay đạt 10ữ 11 , tóp đầu búa đạt 9ữ 10 Đồ ¸n tèt nghiÖp TÝnh to¸n, thiÕt kÕ m¸y tãp quay Máy dạng lăn số lần tóp phút đến 3000, máy tay quay truyền 600 800 Tức số lần tiếp xúc khuôn phôi lớn độ bóng lớn Khi giảm tiết diện 20% đảm bảo cải tiến đáng kể độ bóng bề mặt, mong muốn nâng cao độ bóng nâng mức độ biến dạng nhng không vợt cao Chất lợng bề mặt tóp phụ thuộc vào gia công sơ máy tiện nhấp nhô bề mặt xuất sau mài đợc san tốt sắc (tuy chiều sâu nhỏ hơn) 1.4 Đặc tính tóp quay 1.4.1 So sánh với phơng pháp khác Tóp quay phơng pháp gia công kim loại ¸p lùc, thêng qui vỊ qu¸ tr×nh rÌn nhng thùc chất không hoàn toàn nh Quá trình tóp quay có đặc tính khác: tính kinh tế cao Khi rèn xảy hai biến dạng kéo biến dạng nén tóp quay hai biến dạng nén biến dạng kéo Ta thấy đầu búa tiến đến tiếp xúc với phôi (đạt max ) có hai biến dạng kéo nhng làm thay đổi thể tích nhỏ, khuôn quay làm kim loại thay đổi hình dáng theo chu kỳ thể tích kim loại theo híng trơc I – tÝnh kinh tÕ cao I chịu biến dạng nén theo hớng kính , thời điểm kim loại theo hớng trục III tính kinh tế cao III chịu biến dạng kéo theo hớng trục, nh thời điểm có hớng chịu biến dạng kéo hớng chịu biến dạng nén Vậy phần thể tích kim loại chịu biến dạng chu kỳ kÐo nÐn Víi sai sè kh«ng lín ta cã thĨ lấy sơ đồ với hai biến dạng nén biến dạng kéo Nhờ sơ đồ nh tóp quay có điều kiện biến dạng dẻo lợi so với rèn đạt đợc mức độ biến dạng cao h¬n – tÝnh kinh tÕ cao So víi tãp quay: Rèn thờng khác tải trọng va đập tóp quay tính đến số lần tóp đặc biệt lớn tác động lên sản phẩm - áp lực nhanh Khi rèn dụng cụ làm việc tác động vào sản phẩm đến không tích trữ đợc lợng động Còn tãp quay cịng nh tãp híng kÝnh b»ng ph¬ng pháp dùng vận tốc dụng cụ (đầu búa) với độ xác lớn đợc điều khiển chi tiết dẫn động Mặt khác lợng kim loại bị biến dạng đầu vào đà xác định xác tơng ứng với yêu cầu sản phẩm Cơ tác động máy tác động lăn liên hệ động học lăn, đầu búa, khuôn phôi Tại thời điểm tiếp xúc khuôn với phôi có vận tốc tích tụ, tính toán vận tốc hành trình làm việc thay đổi theo đờng cong cứng, phụ thuộc vào đặc điểm động học máy mà không phụ thuộc vào đặc tính phôi