Đang tải... (xem toàn văn)
VIỆN KHOA HỌC & KỸ THUẬT VẬT LIỆU BỘ MÔN CƠ HỌC VẬT LIỆU & CÁN KIM LOẠI
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH
Tìm hiểu các phương pháp chế tạo bánh răng
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Thái Hùng Sinh viên: Phan Đức Toàn 20196247 ( trưởng nhóm ) Nguyễn Thành Nam 20196164
Nguyễn Trung Huy 20196117 Lê Việt Đức 20196057 Nhóm 4
Trang 2Hà Nội 02/2022
Trang 3Mục Lục
1 Tổng quan về bánh răng 1
1.1 Giới thiệu bánh răng 1
1.2 Phân loại bánh răng 1
1.2 Cấu tạo và các thông số của bánh răng 3
2 Các phương pháp chế tạo bánh răng 3
3 Thiết kế và chế tạo bánh răng 10
3.1 Lựa chọn đầu đề thiết kế 10
3.2 Lựa chọn thông số bánh răng 10
3.3 Điều kiện làm việc của bánh răng cần chế tạo 10
3.4 Lựa chọn vật liệu chế tạo bánh răng 10
3.5 Lựa chọn phương pháp chế tạo bánh răng 12
3.6 Thiết kế khuôn dập 12
3.7 Quy trình chế tạo bánh răng 12
3.8 Mô phỏng quá trình dập tạo hình trên phần mềm Deform 13
Trang 4Phân chia công việc:
Nguyễn Thành Nam Thiết kế khuôn, vẽ khuôn, bánh răng
Nguyễn Trung Huy Mô phỏng quá trình dập bánh răng.
tiết bánh răng
Trang 51 Tổng quan về bánh răng
1.1 Giới thiệu bánh răng
Bánh răng là một chi tiết máy quay được có các răng được cắt có thểkhớp nhau với một bộ phận khắc răng khác để truyền momen quay Các răngtrên hai bánh răng khớp nhau đều có hình dạng giống nhau.
Bánh răng thưRng được sS dụng theo că Tp Có thể tU 2 tới 3, 4 că Tp bánhrăng Các că Tp bánh răng nối tiếp nhau theo hình dạng song song Chúng có tácdụng để truyền đô Tng, phân phối tốc đô T nhanh hay châ Tm của đô Tng cơ, nói cáchkhác là chúng dVng để điều phối vâ Tn tốc quay tăng hay giWm.
Truyền động bánh răng được sS dụng rộng rãi trong nhiều loại máy và cơcấu khác nhau để truyền chuyển động quay tU trục này sang trục khác và đểbiến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại.
Hình 1.1 Hộp số oto gồm nhiều bánh răng
Bánh răng, bánh vít là những chi tiết được dVng để truyền lực và chuyểnđộng trong nhiều loại máy khác nhau Với sự phát triển của ngành chế tạo máyvà yêu cầu sữa chữa thay thế, các loại chi tiết này ngày càng được sWn xuấtnhiều hơn Ngày nay ở nhiều nước tiên tiến ngưRi ta đã xây dựng nhà máy, phânxưởng chuyên sWn xuất bánh răng, bánh vít với trình độ cơ khí hóa và tự độngcao.
1.2 Phân loại bánh răngBánh răng được phân loại :
+ Bánh răng trụ (răng thẳng, răng nghiêng, )
Trang 6Hình 1.2 Bánh răng trụ+ Bánh răng côn
Trang 7- Bánh răng trụ và răng côn không có mayơ và có mayơ, lỗ trơn và lỗthen hoa
- Bánh răng bâc lỗ trơn và lỗ then hoa.
- Bánh răng trụ, bánh răng côn và bành vít dạng đĩa.- Trục răng trụ và trục răng côn
1.2 Cấu tạo và các thông số của bánh răng
- Bánh răng có cấu tạo đơn giWn gồm các răng thẳng, song song được địnhvị xunh quanh chu vi của thân bánh răng với khoan lỗ ở giữa ăn khớpvới trục.
Hình 1.5 Thông số cơ bWn của bánh răng
2 Các phương pháp chế tạo bánh răng
Phương pháp chế tạo bánh răng phụ thuộc vào điều kiện làm việc và vậtliệu lựa chọn để chế tạo bánh răng của tUng trưRng hợp
2.1 Phương pháp đúc
Đúc bánh răng là phương pháp chế tạo bánh răng nhR quá trình đông đặccủa kim loại bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn
Trang 8Hình 2.1 Quá trình đúc bánh răng
Hình 2.1 Bánh răng sau khi đúc xongQui trình chế tạo bánh răng bằng phương pháp đúc
Hình 2.1 các công đoạn gia công trục gang
Ưu điểm của phương pháp đúc: Có thể chế tạo được bánh răng với hình dạng gần đúng với một nguyên công đúc Có lợi thế với một số vật liệu chỉ có thể đúc như gang,
Nhược điểm: Quá trình đúc không kiểm soát được các khuyết tật vật liệu nên cơ tính sWn phẩm chưa cao Không phV hợp với sWn xuất hàng loạt.2.2 Phương pháp gia công áp lực
Phương pháp gia công áp lực nói chung làm phương pháp sS dụng ngoạilực tác dụng lên phôi kim loại làm biến dạng dẻo phôi kim loại thành hình dángnhư mong muốn Những phương pháp gia công áp lực cơ bWn gồm: Cán, kéo,rèn dập, uốn gấp, ép chWy, …
Ưu điểm chung của phương pháp gia công áp lực:
- Khuyết tật tU phôi đúc đã được kiểm soát → vật liệu có độ tin cậy cao.- CVng với quá trình biến dạng dẻo thì quá trình hóa bền cũng đồng thRi
xWy ra → Độ bền kim loại được tăng lên theo mức độ hóa bền.
4
Trang 9- Tiết kiệm kim loại, nhất là với sWn xuất hàng loạtNhược điểm chung của phương pháp gia công áp lực:- Đầu tư ban đầu lớn
- Chất lượng bề mặt thấp do thưRng phWi gia công ở nhiệt độ caoQuy trình chế tạo chung:
2.2.1 Cán bánh răng
Hình 2.3 Bánh răng trước quá trình tạo hình
Hình 2.4 Bánh răng sau quá trình tạo hình
Cán bánh răng sS dung phương pháp cán đặc biệt Phôi bánh răng đãđược xS lý nhiệt và được đặt giữa hai bánh răng chủ động quay cVng chiều dầntạo răng ăn khớp giữa bánh răng được chế tạo và hai bánh băng chủ động.
Ưu điểm: Độ bền các răng cao do sự biến dạng lớn và đồng đều giữa cácrăng.
Nhược điểm: Kích thước bánh răng giới hạn ở mức độ nhất địnhQuy trình chế tạo:
Trang 102.2.2 Dập bánh răng
Hình 2.5 Bánh răng được tạo hình bằng phương pháp dập khối
Công nghệ dập tạo hình khối là một trong những phương pháp gia côngkim loại bằng áp lực, khai thác tính dẻo của kim loại để làm biến dạng và điềnđầy vào lòng khuôn để tạo hình sWn phẩm có hình dạng và kích thước theo yêucầu.
Ưu điểm:Có thể tạo được các tU chi tiết tU rất nhỏ đến rất lớn Ngoài cácưu điểm chung của các phương pháp gia công áp lực, phương pháp dập rất thíchhợp cho việc cơ khí hóa- tự động hóa sWn xuất hàng loạt,
Nhược điểm: Đầu tư ban đầu lớn, không phV hợp cho sWn xuất đơn chiếc.Quy trình chế tạo:
6
Trang 112.2.3 Ép bánh răng
Hình 2.6 Trước khi ép bánh răng
Hình 2.7 Sau khi ép bánh răng
Ép là một quá trình gia công kim loại bằng áp lực, trong đó phôi kim loạiđược ép qua lỗ khuôn để có được hình dạng và kích thước yêu cầu cần thiết
Ưu điểm: Gồm các ưu điểm giống phương pháp dập, xong với phươngpháp ép, vật liệu có kích thước hạt đồng đều hơn so với phương pháp đập (ởnhiệt độ tạo hình nóng) nên cho cơ tính đồng đều hơn.
Nhược điểm: Đầu tư ban đầu lớn,…Quy trình chế tạo :
2.3 Phương pháp cắt gọt
Hình 2.8 Bánh răng trước khi cắt gọt
Trang 12Hình 2.9 Bánh răng sau khi cắt gọt
Gia công kim loại bằng cắt gọt là phương pháp tạo hình dáng cho chi tiếtgia công bằng cách cắt bỏ một lớp kim loại dư trên bề mặt vật gia công (phôi)để thu được một chi tiết có kích thước, hình dáng chất lượng bề mặt và các yêucầu kỹ thuật khác trên bề mặt chi tiết phV hợp với bWn vẽ thiết kế Lớp kim loạibị cắt bỏ gọi là phoi.
Được chế tạo bằng phương pháp đúc Sau khi đúc xong chi tiết có thể tiếptục gia công nhiệt luyện, xS lý bề mặt trục cán để đWm bWo độ chính xác Trụccán được chế tạo bằng gang có các ưu điểm như chịu nén, chịu tWi, chịu màimòn tốt.
Ưu điểm : gia công cắt gọt cho ra chi tiết bánh răng có hình dạng, kíchthước chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao.
Nhược điểm : Đây là phương pháp gia công có phoi nên rất lãng phí vậtliệu
Quy trình chế tạo:
Chuẩn bị phôi( thưRng là phôi đã qua cán, rèn) → Gia công cắt gọt →Nhiệt luyện
2.4 Phương pháp luyện kim bột
Hình 2.10 Bánh răng sau quá trình ép thiêu kết
8
Trang 13Luyện kim bột là một quá trình tạo hình kim loại tU các vật liệu bột kimloại được thực hiện bằng cách ép và thiêu kết các khối bột kim loại gần giốngvới hình dạng thực của thành phần cuối cVng.
Ưu điểm: Nguyên liệu được sS dụng gần như triệt để SWn phẩm có tínhđồng nhất cao ít phWi gia công lại Có thể tạo ra được các vật liệu mà phươngpháp nấu đúc truyền thống không thể tạo ra được.
Nhược điểm: KhW năng sWn xuất hàng loạt chưa cao Độ bền của sWnphẩm thấp hơn so với các phương pháp khác do tổ chức kim loại có nhiều lỗxốp và và màng oxit ở biên giới hạt.
Quy trình chế tạo:
Luyện bột → trộn → ép tạo hình → thiêu kết → nghiền rung → xS lý thứcấp → xS lý nhiệt → xS lý bề mặt → kiểm tra chất lượng → thành phẩm.2.5 Phương pháp in 3D
Trang 143 Thiết kế và chế tạo bánh răng
3.1 Lựa chọn đầu đề thiết kế
Thiết kế và chế tạo một chi tiết bánh răng trong hộp số oto.
3.2 Lựa chọn thông số bánh răngBánh răng trụ răng thẳng.
Modun M = 3, số răng z= 30, góc ăn khớp = 20°⍺
Hình 3.1 Bánh răng lựa chọn
3.3 Điều kiện làm việc của bánh răng cần chế tạo
Bánh răng hộp số làm việc trong môi trưRng chịu tWi trọng tĩnh và va đậpmạnh Bề mặt làm việc bị mài mòn do ma sát, cọ sát, chịu ứng suất lớn, lõi chịuứng suất uốn VVng chân răng dễ bị phá hủy Là chi tiết máy làm việc dưới tWitrọng theo chu kì.
3.4 Lựa chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Với điều kiện làm việc của bánh răng như trên, ta đặt các yêu cầu về vậtliệu như sau:
10
Trang 15- Bề mặt răng phWi có độ bền tiếp xúc cao, độ cứng cao
- Răng phWi có độ bền mỏi cao, kết hợp với các chỉ tiêu độ bền, độ dẻo, độdai va đập,…(cơ tính tổng hợp)
TU các điều kiện trên chọn vật liệu chế tạo là thép hợp kim thấm cacbon16CrMo4
Vật liệu làm phôi (16CrMnO4)
- 16CrMo4 là loại thép hợp kim Crom – Molipden, việc bổ sung thêm nguyêntố Cr và Mo giúp cho thép có khW năng chịu mài mòn, chịu nhiệt tốt, độ dẻodai, tính đàn hồi cao, chống ăn mòn oxi hóa tốt Hàm lượng cacbon cao hơncho khW năng xS lý nhiệt và sức mạnh lớn hơn so với một số loại thép khác Thành phần hóa học
0.13-0.20 0.15-0.35 0.5-0.8 0.9-1.2 0.2-0.3 0.4 < 0.035 < 0.0353 Đặc điểm cơ tính
- Ứng dụng:
+ Chế tạo các chi tiết chịu lực, chịu nhiệt, chịu ăn mòn, các bộ phận quan trọng củamáy móc; bánh răng trục truyền động, thiết bị của máy hóa; các chi tiết quan trọngchịu các loại tWi trọng động biến đổi va đập lớn như trục truyền động của động cơ; cácchi tiết rèn yêu cầu độ bền cao.
+ Ngoài ra, loại thép này được ứng dụng phổ biến trong ngành chế tạo động cơ ô tô,xe gắn máy, chế tạo chi tiết máy công nghiệp
+ Do có khW năng chịu mài mòn, chịu va đập, chịu nhiệt độ tốt, thép thanh hợp kim16CrMo4 rất thích hợp để sS dụng chế tạo máy Đây cũng là ứng dụng phổ biến nhấtcủa thép 16CrMo4.
- Ưu điểm:
Mác thép này có rất nhiều những ưu điểm nổi trội như :+ Độ ổn định thành phần tốt và ít chứa yếu tố có hại.
Trang 16+ Độ tinh khiết của thép cao.+ Lớp khS nhiễu nhỏ.+ Ít có khuyết tật bề mặt.+ Tỷ lệ nứt lạnh thấp.+ Độ cứng nóng tốt.
3.5 Lựa chọn phương pháp chế tạo bánh răng
Với vật liệu 16CrMo4 và các ưu điểm, ưu thế về độ bền, cơ tính củaphương pháp gia công áp lực và ưu thế về năng suất sWn xuất, ta chọn phươngpháp dập tạo hình(dập khối) làm phương pháp chế tạo bánh răng.
3.6 Thiết kế khuôn dập
Chọn khuôn dập là khuôn hở,mặt phân khuôn là mặt phẳng trên của bánhrăng Kích thước lòng khuôn lớn hơn bánh răng khoWng 2% để bV trU đi phầndãn nở nhiệt do tạo hình ở trạng thái nóng.
Hình 3.2 Khuôn dập của nguyên công cuối
3.7 Quy trình chế tạo bánh răng
1 Chuẩn bị phôi đúc dạng trụ (R=40mm,L=33,4mm) với thể tích lớn hơnthể tích bánh răng khoWng 2-3% (trU đi lượng oxit, gia công cơ sau đó).
Hình 3.3 Phôi2 Nung phôi đến nhiệt độ tạo hình
3 Cho phôi đã nung đều nhiệt vào thực hiện các nguyên công dập.
12
Trang 174 Gia công cơ bánh răng và bề mặt bánh răng đúng với dung sai kíchthước với cấp chính xác CCX8 – CCX6.
5 Nhiệt luyện bánh răng với chế độ nhiệt luyện: Thấm Cacbon + Tôi vàram thấp.
3.8 Mô phỏng quá trình dập tạo hình trên phần mềm Deform
Mô phỏng quá trình dập khối bánh răng tại nhiệt độ 1000, hệ số ma sát 0.1, tốc độdập 1mm/sec với vật liệu thép hợp kim 16CrMo4 trên phần mềm Deform 3D:- Phôi ban đầu
- Sản phẩm sau quá trình dập
Trang 194 Tài liệu tham khảo
[1] Tài liệu môn học “Công nghệ tạo hình khối”
[2] Chi tiết máy (tập 2), Nguyễn Trọng Hiệp, NXB giáo dục
[3] Vật liệu kim loại kỹ thuật, Lê Thị Chiêu, NXH Bách khoa Hà Nội