Đồ Án Lựa Chọn Vật Liệu Lựa Chọn Vật Liệu Để Chế Tạo Trục Cán Tấm D800 Đảm Bảo Yêu Cầu Làm Việ.pdf

GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO1.1 Máy cán và chi tiết trục cán tấm 1.1.1 Giới thiệu về máy cán Cán là quá trình làm cho kim loại bị biến dạng giữa hai trục quay ngượcchiều nha

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG VẬT LIỆU

Bộ môn Cơ học vật liệu và Cán kim loại

**********

ĐỒ ÁN LỰA CHỌN VẬT LIỆU

LỰA CHỌN VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO TRỤC CÁN TẤM D800

ĐẢM BẢO YÊU CẦU LÀM VIỆC

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Lê Thái Hùng

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quốc Anh 20206322 Đinh Công Quốc Khánh 20206400

Khóa học : K65

Hà Nội, 05 – 2023

5 Nội dung thuyết minh và tính toán:

- Phương pháp chế tạo, lựa chọn các thông số hình học

- Phân tích chế độ/điều kiện làm việc, xác định chỉ tiêu cơ tính

- Lựa chọn vật liệu và kiểm tra/nghiệm bền chi tiết với vật liệu đã chọn

- Kết luận và đề xuất phương án vật liệu lựa chọn cùng các biện pháp giacông tăng bền đảm bảo yêu cầu làm việc

PGS.TS Lê Thái Hùng

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 5

I GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO 6

1.1 Máy cán và chi tiết trục cán tấm 6

1.1.1 Giới thiệu về máy cán 6

1.1.2 Giới thiệu chi tiết trục cán tấm 7

1.1.3 Cấu tạo chi tiết trục cán tấm 9

1.2 Quy trình chế tạo trục cán 10

1.2.1 Phương pháp chế tạo phôi 10

1.2.2 Rèn 11

1.2.3 Gia công cơ tiện định hình trục cán 11

1.2.4 Nhiệt luyện 11

1.2.5 Mài mòn trục 12

1.2.6 Hoàn thiện bề mặt trục 12

II THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC 12

2.1 Lựa chọn thông số hình học cho sản phẩm 12

2.2 Cấu tạo hình học và các kích thước cơ bản của trục cán 12

2.3 Điều kiện làm việc 14

III LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ NGHIỆM BỀN CHI TIẾT 14

3.1 Một số vật liệu 14

3.1.1 Thép C45 14

3.1.2 Thép hợp kim 42CrMo4 16

3.2 Nghiệm bền chi tiết 18

3.2.1 Tính toán lực tác dụng 18

CHƯƠNG 4: BẢN VẼ CHI TIẾT VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO, QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC 4.1 Bản vẽ sản phẩm 23

4.1.1 Bản vẽ chi tiết trục cán 23

KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, khoahọc kỹ thuật đang phát triển rất mạnh mẽ và không ngừng giữ một vịtrí quan trọng trong nền sản xuất Trong đó cơ khí chế tạo máy là mộttrong những ngành mũi nhọn của nước ta Tạo ra nhiều máy móc, sảnphẩm đáp ứng cho nhu cầu xã hội ngày càng cao Vì vậy đòi hỏi kỹ sư

cơ khí và cán bộ cơ khí phải có kiến thức sâu rộng, đồng thời phảibiết vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết vấn đề cụ thểtrong sản xuất, sửa chữa khi thực hành

Mục tiêu của đồ án là tạo điều kiện cho sinh viên áp dụngnhững kiến thức đã được truyền đạt trên giảng đường vào công việc

cụ thể Để từ đó nắm được các phương pháp thiết kế, hình thành cáchthức quản lý và tổ chức một quy trình sản xuất cụ thể phù hợp với quy

mô công ty

Với sinh viên Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, được giao cho đồ

án :“ Lựa chọn vật liệu cho trục cán tấm D800” với sự hướng dẫncủa PGS.TS Lê Thái Hùng, chúng em đã học hỏi thêm được rấtnhiều và đã hoàn thành đồ án Trong quá trình thực hiện, vừa làm vừatìm hiểu bằng kinh nghiệm với các tài liệu tham khảo nên có thể sẽ cócác sai sót Chúng em mong sẽ nhận được sự góp ý của thầy cô để cóthể hiểu sâu hơn và cho ra một sản phẩm hoàn chỉnh

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

I GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO

1.1 Máy cán và chi tiết trục cán tấm

1.1.1 Giới thiệu về máy cán

Cán là quá trình làm cho kim loại bị biến dạng giữa hai trục quay ngượcchiều nhau (gọi là hai trục cán ) có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi làm chophôi bị biến dạng dẻo Kết quả là chiều cao của phôi bị giảm, chiều dài phôităng lên Đồng thời cán còn gọi là quá trình tác dụng một cách liên tục của dụng

cụ lên kim loại do đó đạt được năng suất cao

Hình dạng của khe hở giữa hai trục quyết định hình dạng của sản phẩm

Phôi cán thường là phôi vuông, hình chữ nhật có khối lượng thay đổituỳ theo dạng kết cấu của từng loại máy Có nhiều loại trục cán trong dàn cánnhư: trục cán thô, trục cán bán tinh và trục cán tinh Mỗi loại trục cán sẽ cho tacác sản phẩm nhất định khác nhau

Trục cán thô: Có nhiệm vụ cán giảm tiết diện đến một mức độ nhấtđịnh để chuẩn bị cho bước cán bán tinh và tinh sau này

Trục cán tinh: Có nhiệm vụ nắn và định hình dáng cho sản phẩm hoànchỉnh

Chất lượng về mặt sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác quacác trục cán Quá trình cán diễn ra phải đảm bảo đường tâm hai trục cán cũngnhư đường tâm của hai rãnh cán luôn trùng nhau

Các bộ phận chính của máy cán:

Hình 1.1 Các bộ phận chính của máy cán

I- nguồn động lực; II- Hệ thống truyền động; III- Giá cán 1: Trục cán; 2: Nền giá cán; 3: Trục truyền; 4: Khớp nối trục truyền; 5: Thân giá cán; 6: Bánh răng chữ V; 7: Khớp nối trục; 8:Giá cán;

9: Hộp phân lực; 10: Hộp giảm tốc; 11: Khớp nối; 12: Động cơ điện

- Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán, bao gồm hộp giảm tốc, khớp nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực

- Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùngcác loại động cơ điện một chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện

1.1.2 Giới thiệu chi tiết trục cán tấm

Việc phân loại trục cán dựa vào hình dạng sản phẩm mà trục cán cán ra

Các loại trục cán thường dùng là: trục cán thép hình, trục cán thép tấm,

trục cán thép ống; ngoài ra còn có các loại trục cán chuyên dùng như trục cán

ren, trục cán bi, trục cán phôi rèn, trục cán bánh xe lửa v.v

Trục cán là chi tiết trục tiếp làm biến dạng kim loại để tạo ra các sản

phẩm kim loại để tạo ra các sản phầm kim loại có kích thước theo yêu cầu

Trục cán tấm dùng để cán nóng thép tấm dày, dày vừa, mỏng; cán nguội

thép tấm cực mỏng và cán giấy kim loại

Cán là quá trình làm cho kim loại bị biến dạng giữa hai trục quay ngược

chiều nhau ( gọi là hai trục cán ) có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi làm cho

phôi bị biến dạng dẻo Kết quả là chiều cao của phôi bị giảm, chiều dài phôi

tăng lên Đồng thời cán còn gọi là quá trình tác dụng một cách liên tục của dụng

cụ lên kim loại do đó đạt được năng suất cao

Hình dạng của khe hở giữa hai trục quyết định hình dạng của sản phẩm

Hình 1.2a: Loại có cổ trục để lắp bạc lót

Hình 1.2b: Loại có cổ trục để lắp bi và

ổ bi

-Trục cán được chia làm 3 phần : ( như hình 1.3)

-Thân trục là đoạn trục trực tiếp tiếp xúc với vật các và đặc trưng bởi hai

kích thước là đường kính D và chiều dài thân trục L

Thân trục cán hình có tiện rãnh, khi phối hợp với trục cán cùng đôi sẽ tạothành lỗ hình

- Cổ trục ( hay còn gọi là ngõng trục ) là bộ phận trục cán đặt lên ổ đỡ.

- Đầu trục nối là phần trục cán để nối với bộ phận dẫn động hoặc truyền

động ( như đầu của trục chuyển động, đầu của trục cán khác ) hoặc rãnh củakhớp nối vạn năng

Dựa theo kết cầu của đầu nối và cổ trục, trục cán được chia thành 4 loại: a) Trục có đầu nối hoa mai: Loại này thường được dùng khi lượng điềuchỉnh giữa hai trục không lớn lắm, thường lắp ở ổ trượt và được bố trí trên máycán hình, máy cán tấm

b) Trục cán có đầu nối dẹt: Nó được nối với đầu nối vạn năng của trụctruyền động, truyền được mômen xoắn khá lớn và cho phép lượng điều chỉnhkhe hở giữa hai trục cũng khá lớn Nó thường được lắp kèm theo ổ đỡ trượt vàđược bố trí ở máy cán hình và hoặc máy cán tấm

c) Trục cán có đầu nối tròn, xẻ rãnh: Nó được lắp kèm ổ đỡ lăn, lượngđiều chỉnh khe hở rất nhỏ và thường được dùng trong máy cán tấm

d) Trục cán có cổ trục hình côn ( trục cán ổ ma sát ướt ): Nó thườngđược lắp kèm với ma sát ướt và dùng trong máy cán tấm nguội, với lượng điềuchỉnh khe hở giữa hai trục rất nhỏ

1.2 Quy trình chế tạo trục cán

Trục cán là chi tiết mang đầy đủ các đặc điểm của một chi tiết dạngtrục, có các bề mặt gia công cơ bản là các mặt tròn xoay, kết cấu dạng trục bậc,đường kính các đoạn trục phân bố giảm dần về hai phía đầu Các bề mặt trònxoay trên trục gia công không phức tạp, biện pháp gia công tinh lần cuối có thểtiện tinh hoặc mài, các nguyên công trung gian có thể sử dụng máy và dao thôngthường

Trục cán yêu cầu một số yếu tố quan trọng để đáp ứng các yêu cầu

kỹ thuật và ứng dụng cụ thể Dưới đây là một số yêu cầu chung cho trục cán:

Độ cứng: Trục cán cần có độ cứng đủ để chịu được tải trọng

và áp lực trong quá trình cán, mà không gây mất dạng hay uốn cong quá mức.Điều này đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình cán

Độ bền: Trục cán cần có độ bền cao để chống lại các lực tácđộng và mài mòn trong quá trình vận hành Độ bền phụ thuộc vào vật liệu và

xử lý nhiệt của trục cán

Bề mặt: Bề mặt của trục cán cần được gia công một cáchchính xác và mịn để đảm bảo chất lượng sản phẩm cán và giảm ma sát trongquá trình hoạt động Bề mặt của trục cán cũng cần được bảo vệ khỏi mài mòn

và ăn mòn

Đảm bảo năng suất cao, giá thành hợp lí.

Phương pháp chế tạo phổ biến, tiêu hao kim loại ít nhất

1.2.1 Phương pháp chế tạo phôi

Đối với phôi đúc thì phương pháp chính tạo phôi là đúc phôi, đểchọn được phương pháp đúc hợp lý ta tìm hiểu một số phương pháp đúc+ Đúc trong khuôn kim loại

=> Có thể chế tạo được vật đúc có độ nhẵn bề mặt cao, khuôn dùng nhiều lần+ Đúc áp lực

=> Vật đúc có độ bóng, độ chính xác cao, giảm được lao động nặng nhọc chocông nhân, giảm thời gian sản xuất

+ Đúc trong khuôn cát

=> Vật liệu làm khuôn có sẵn, rẻ tiền , dễ kiếm.

Lựa chọn phương pháp đúc trong khuôn kim loại vì:

+ Chế tạo được vật đúc có độ chính xác và độ bóng cao, chất lượng khuôn

Đối với phôi thép cán thì ta thường dùng phương pháp rèn tự do Rèn tự do

là quá trình gia công kim loại bằng áp lực rèn (thông qua búa tay hoặc búa máy)

để thay đổi hình dáng của phôi liệu Ở đây ta sẽ dùng rèn máy vì có năng suất cao hơn rèn tay và có thể gia công được vật lớn Rèn tự do giúp tiết kiệm kim loại, nâng cao độ chính xác và năng suất cắt Thay đổi tổ chức kim loại từ đó cảithiện cơ tính, tăng độ bền biến dạng cho phôi

1.2.3 Gia công cơ tiện định hình trục cán

Tiện tròn là phương pháp phổ biến để gia công định hình các loại trục lăncán

Gia công trên máy tiện, mục đích làm định hình các bề mặt gia công, đảmbảo các kích thước chuẩn dựa trên bãn vẽ

Phương pháp này giúp định hình các bề mặt của trục cán, loại bỏ lượng dưcủa phôi thép

1.2.4 Nhiệt luyện

Nhiệt luyện là nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữnhiệt tại đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ quyđịnh và để làm thay đổi tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo

ý muốn

Thông thường với các mác thép Cácbon thấp, ủ kết tinh lại ở nhiệt độ(650oC ÷ 750 C) là dạng nhiệt luyện phổ biến Với chế độ nhiệt luyện trên, ta cóothể nhận ddược sự kết hợp cần thiết giữa cơ tính và tính dẻo của thép

Quy trình nhiệt luyện trục cán bằng thép C45 là ủ hoàn toàn, tôi và ramcao hay nhiệt luyện hóa tốt Ủ hoàn toàn khử ứng suất bên trong, làm mềm thép

và làm nhỏ hạt thép Tôi giúp tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn Ram caolàm giảm ứng suất bên trong để không gây ra nứt, cong vênh, gẫy và hư hỏngchi tiết khi làm việc

Chế độ nhiệt luyện như sau: ủ hoàn toàn ở (850 C ÷ 880 C) để dễ gia o ocông cắt gọt Sau đó tôi ở 840oC và ram cao ở (560 C ÷ 600 C) o o

1.2.6 Hoàn thiện bề mặt trục

Trục cán sẽ được đem đi đánh bóng:

Đánh bóng là quá trình sử dụng các vật liệu như bàn chải, bông, bánhđánh bóng hoặc các chất tạo mờ để làm bề mặt trục trở nên sáng bóng và mịnmàng

Nó cung cấp một bề mặt trên sản phẩm có khả năng phản xạ ánh sángcao và cải thiện tính chất trượt và chống ma sát, chống ăn mòn

II THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC

2.1 Cấu tạo hình học và các kích thước cơ bản của trục cán

Lấy kích thước đường kính trục cán D làm chuẩn, các kích thước

khác có quan hệ với D như sau:

Chiều dài bề mặt làm việc của trục cán L được tính theo tỷ lệ sau: Đối với giá cán 2 và 3 trục:

L/D = (2,2 ÷ 2,7) cho máy cán phá

L/D = (1,6 ÷ 2,5) cho máy cán hình, cán ống L/D = (2,2 ÷ 2,8) cho máy cán tấm

Đối với giá cán 4 trục và nhiều trục:

L/D = (3 ÷ 5) cho trục làm việc

L/D = (1,5 ÷ 2,5) cho trục tựa

Đối với các máy cán tấm mỏng, băng thép mỏng và giấy kim loại

D có thể lấy theo kinh nghiệm sau:

D = 2.000.h min

h min là chiều dày nhỏ nhất của sản phẩm (mm)

Đường kính cổ trục d được tính như sau:

d = (0,55 ÷ 0,65)D (mm) cho trục cán hình

d = (0,70 ÷ 0,75)D (mm) cho trục cán tấm

Chú ý: Đối với các ổ lăn dùng vòng bi thì d phải lấy bằng đường kính trong

của vòng bi đã chọn có dung sai lắp ghép dương để lắp chặt với vòng bi

2.2 Lựa chọn thông số hình học cho sản phẩm

2.3 Điều kiện làm việc

Trục cán luôn tiếp xúc với phôi cán ở nhiệt độ cao của phôi vừa trong lònung, khi đó lượng nhiệt sẽ truyền sang trục là rất lớn

Mặt khác khi dùng một ngoại lực để đưa vật cán vào hai trục cán đangquan ngược chiều nhau nhờ ma sát tiếp xúc vật cán được ăn liên tục vào trục cán

và biến dạng làm tăng chiều dài, rộng và giảm chiều cao

Tại thời điểm trục cán tiếp xúc trục cán thành phần lực ma sát nằm ngangphải lớn hơn thành phần áp lực pháp tuyến nằm ngang mới đảm bảo phôi cán ănvào trục cán ( hay còn gọi là điều kiện ăn vào ).

Ngoài điều kiện làm việc trên khi cán trục cán chủ động phải truyền mômen xoắn từ động cơ truyền tới rất lớn, chịu va đập với phôi khi bắt đầu tiếp xúcvới lỗ hình của trục cán đặc biệt bản thân trục cán còn phải chịu lực ma sát rấtlớn khi cán tại hai ngõng trục lắp trên ổ trượt

=> Trong điều kiện làm việc như vậy trục cán hay có hiện tượng cong vênh,mòn, sứt mẻ, bề mặt bị tróc rỗ hoặc bị gãy khi trục quá tải Để đảm bảo điềukiện làm việc tốt cho trục, cần phải lựa chọn vật liệu cho trục cán hợp lý và cócác biện pháp kỹ thuật để xử lý

III LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ NGHIỆM BỀN CHI TIẾT

3.1 Một số vật liệu

Với chi tiết làm việc với tải trọng không cao thì dùng vật liệu là gang xám

GX 12-18, GX 24-44 Những chi tiết có độ cứng vững thấp làm việc với tảitrọng va đập thì nên chọn gang dẻo GD 37-12, gang rèn Còn những chi tiết làmviệc với tải trọng lớn, để tăng độ bền nên dùng các vật liệu thép cacbon20,40,45, thép hợp kim 18CrNiMoA, 18Cr2Ni4WA, 42CrMoA,…

→ Ta xét hai loại chính: thép cacbon C45 và thép hợp kim 42CrMo4:

3.1.1 Thép C45

Thép C45 là một loại thép hợp kim có hàm lượng carbon cao lên đến0,45% Ngoài ra loại thép này có chứa các tạp chất khác như silic, lưu huỳnh,mangan,crom… Có độ cứng, độ kéo phù hợp cho việc chế tạo khuôn mẫu Ứngdụng trong cơ khí chế tạo máy, các chi tiết chịu tải trọng cao và sự va đập mạnh.Thành phần thép là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chấtlượng của thép C45 Vì vậy, nhân công làm thép phải tuân thủ nghiêm ngặt hàmlượng nguyên tố để đảm bảo chất lượng của mác thép

Các thành phần hóa học của thép C45:

Trong điều kiện nhiệt độ bình thường, độ cứng của thép C45 khoảng 23HRC Do đó, độ cứng của thép c45 tương đối cao Người ta thường sử dụng cácphương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép Tùy theo độ cứng cần sử dụng,người ta có thể sử dụng phương pháp tôi dầu, tôi cao tần, tôi nước Sau khi nhiệtluyện, độ cứng thép C45 đạt được khoảng 50 HRC.

Mác thép tương đương theo từng tiêu chuẩn:

Tiêu chuẩn JIS (Nhật Bản): SCM440

Tiêu chuẩn GB (Trung Quốc): 42CrMo

Tiêu chuẩn DIN (Đức) : 42CrMo4

Tiêu chuẩn AISI (Mỹ): 4140

Thành phần hóa học:

Độ cứng:

+ Trước khi nhiệt luyện, thép có độ cứng ở vào khoảng 28-32HRC đối với dạng thép tấm, thép thanh và độ cứng vào khoảng 19-20HRC đối với thép ở dạng lap tròn đặc

+ Sau khi nhiệt luyện ( tôi dầu) độ cứng của thép hợp kim có thể đạt tới50-55HRC

Đặc điểm cơ tính: