tiểu luận môn học vật liệu kỹ thuật nhíp ô tô - thép đàn hồi

Để đạt được những yêu cầu kỹ thuật cao trong quá trình chế tạo nhằm tạo được độ bền và khả năng lưu thông tốt thì những nhà chế tạo cũng đã phải tính đến vận tốc và tải trọng có thể đạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

VẬT LIỆU KỸ THUẬT

TÊN SẢN PHẨM:

NHÍP Ô TÔTHÉP ĐÀN HỒI

GVHD: Th.S Lê Văn Bình SVTH:Trương Việt Tuấn

MSSV:51132181 Lớp: 51ckot

1

Nha Trang, tháng 1năm 2011

LỜI NÓI ĐẦU

Trước nay công nghiệp hiện đại luôn là điểm tựa để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước phát triển, nói cách khác một nước phát triển là nước có nền công nghiệp hiện đại Trong đó phương tiện giao thông là một ngành góp công rất lớn cho nền kinh tế của đất nước và nhu cầu đi lại, trao đổi hàng hóa và dịch vụ của nhân dân Nhưng bên cạnh đó vẫn còn để lại những vấn đề bức xúc về môi trường và cảnh quan… mà nhu cầu tiện lợi hóa các phương tiện giao thông là một trong những vấn đề ưu tiên hàng đầu của bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới Vì vậy, với hoàn cảnh nước ta hiện nay thì việc đẩy mạnh công nghiệp chế tạo ô tô là một trong những giải pháp hiệu quả được chính phủ lựa chọn Với các tiến bộ vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật, ô tô ra đời ngày càng hiện đại, kết cấu gọn nhẹ và đặc biệt có tính năng ưu việt hơn so với trước kia Để đạt được những yêu cầu kỹ thuật cao trong quá trình chế tạo nhằm tạo được độ bền và khả năng lưu thông tốt thì những nhà chế tạo cũng đã phải tính đến vận tốc và tải trọng có thể đạt đươc của ô tô vi vậy ta phải tính đến khả năng chịu đựng của hệ thống treo ô tô.Và một trong những bộ phận đóng vai trò quan trọng trong hệ thống treo tô đố là nhíp Từ đó cho thấy được vai trò quan trọng của nhíp trong ô tô.

Do kiến thưc về vật liệu kĩ thuật còn hạn hẹp nên bài tiểu luận không tránh khỏi sai sót kính mong thầy cho ý kiến để những bài tiểu luận sau được hoàn thiện

Xin chân thành cảm ơn thầy LÊ VĂN BÌNH bộ môn kỹ thuật tàu thủy và tập thể 51 ôt đã giúp đỡ tôi hoàn thành bài tiểu luận này

Xin chân thành cảm ơn

Mục lục

trang

1:Tên sản phẩm ……… 5

-Ứng dụng trong thực tế ……… 5

- Khả năng thích nghi, khả năng thay thế……….…… ……… 8

-Ký hiệu của vât liệu theo TCVN hoặc tiêu chuẩn khác……… 9

2 Cấu trúc, tổ chức của vật liệu dùng để chế tạo sản phẩm… ……… 10

3.Cấu tạo sản phẩm……… 13

4.Các phương pháp tạo ra sản phẩm (hoặc vật liệu) này trong thực tế……… ……… 15

5.Hóa bền và nhiệt luyện:……… 17

-Cho vật liệu chính……… ……… 17

-Cho dụng cụ gia công, chế biến vật liệu chính trên……….

6.Các phương pháp kiểm tra đánh giá sản phẩm (vật liệu)…… ……… 22

7.Chống ăn mòn và bảo vệ vật liệu; bảo hành sản phẩm……… 24

8.Giải quyết rác thải sau sử dụng……… 26

9.Đề xuất……… 28

3

MÔN HỌC :VẬT LIỆU KĨ THUẬT

MỤC TIÊU:Trong thời đại kinh tế thị trường hiện nay nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng lên Đó là thuận lợi và cũng là thách thức đối với nghành công ngiệp là một sinh viên nghành kỹ thuật ô tô,nhưng hiểu biết về kết cấu ô tô là điều vô cùng cần thiết

NỘI DUNG THỰC HIỆN:

1:Tên sản phẩm :nhíp ô tô

-Ứng dụng trong thực tế.

-, Nhíp ôtô là bộ phận giảm xóc cho ôtôgồm các tấm thép được ghép lại Toàn

bộ tải trọng phần trên của xe được đặt

lên khung nhờ các nhíp này Bộ phận

nhíp ,nhờ có tính đàn hồi tốt nên giảm

được chấn động lên phần trên của xe

(nhất là khi đi trên đoạn đường gồ ghề).Đồng thời, nhíp cũng phải chịu ứng

suất chu kì (ứng suất nén và kéo thay

đổi theo chu kì c) Chốt nhíp có tác dụngtrượt qua lại Hai đầu

chốt được gắn trên giá và xoay được

Nhíp được làm bằng một số băng thép lò xouốn cong, được gọi là “lá nhíp”, các xếpchồng lên nhau theo thứ tự từ ngắn nhất đếndài nhất Tập lá nhíp này được ép với nhaubằng một bulông hoặc tán đinh ở giữa, và đểNói chung, nhíp càng dài thì càng mềm Số

lá nhíp càng nhiều thì nhíp càng cứng, chịuđược tải trọng lớn hơn Tuy nhiên, nhípcứng sẽ ảnh hưởng đến độ êm,để cho các lákhông bị xô lệch, chúng được kẹp giữ ở một

số vị trí Hai đầu lá dài nhất (lá nhíp chính)được uốn cong vòng để lắp ghép với khung

xe

Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính :

5

Nhíp ô tô làm việc trong điều kiện: chịu tải trọng tĩnh của xe và chịu va đập mạnh nhưng không cho phép biến dạng dẻo.Khi xe chuyển động còn xuất hiện lực đổi dấu.Vi vậy thép cần phải đạt được các yêu cầu như sau:

- Giới hạn đàn hồi cao,tức khả năng chống biến dạng dẻo cao(ở đây giới hạn bền là không có ý nghĩa vì không cho phép biến dạng dẻo),do vậy ta cần quan tâm chủ yếu tới tỉ

lệ dh/ b càng gần tới 1 càng tốt , thường đạt trong giới hạn 0,85 0,95

- Độ cứng khá cao trong khoảng HRC:35 45 là thích hợp ; độ dẻo , độ dai thấp dể không xảy ra biến dạng dư trong quá trình làm việc,nhưng nếu quá thấp thì chi tiết dễ bị phá hỏng do quá giòn

+ Độ võng của nhíp:

- Tác dụng của độ võng:

Khi nhíp bị uốn, độ võng làm cho các lá nhíp cọ vào nhau, và ma sát xuất hiện giữa các lánhíp sẽ nhanh chóng làm tắt dao động của nhíp Ma sát này được gọi là ma sát giữa các lá nhíp Đó là một trong những đặc tính quan trọng nhất của nhíp Tuy nhiên, ma sát này cũng làm giảm độ chạy êm của xe, vì nó làm cho nhíp bị giảm tính chịu uốn Vì vậy, nhíp thường được sử dụng cho các xe tải

Khi nhíp nẩy lên, độ võng giữ cho các lá nhíp khít với nhau, ngăn không cho đất, cát lọt vào giữa các lá nhíp và gây mài mòn

- Biện pháp giảm ma sát giữa các lá nhíp

Đặt các miếng đệm chống ồn vào giữa các lá nhíp, ở phần đầu lá, để chúng dễ trượt lên nhau Mỗi lá nhíp cũng được làm vát hai đầu để chúng tạo ra một áp suất

thích hợp khi tiếp xúc với nhau

-Khả năng thích nghi, khả năng thay thế

Mác thép cacbon lò xo, nhíp thường được gọi là thép lò xo thông dụng có môđun đàn hồi cao để hạn chế biến dạng đàn hồi Nên chúng được sử dụng để chế tao các chi tiết đàn hồi, chịu lực cao Đây là các vật liệu có giá thành không cao nên được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ô tô, máy kéo, trong vận tải đường sẳt và chế tạo máy công cụ

Để đảm bảo khả năng làm việc của các phân tử đàn hồi chịu lực các thép lò xo cần phải

có giới hạn đàn hồi, giới hạn mỏi và độ bền tích thoát cao Các thép lò xo thường có hàm lượng cacbon cao ( 0,5-0,7% ) được tôi và ram ở nhiệt độ 420-4500C thỏa mãn các yêu cầu đó

Thép được tôi ra tổ chức mactenxit có giới hạn đàn hồi không cao Giới hạn đàn hồi được nâng cao rõ rệt khi hình thành tổ chức trootxtit Trong tổ chức này Ferit có mật độ cao cáclệch kém chuyển động do bị biến cứng pha mạnh Ngoài ra chúng còn bị phong tỏa có hiệu quả bởi các hạt cacbít phân tán

Ngoài các tính chất đàn hồi cao, ram ra tổ chức trootxtit bảo đảm nâng cao một chừng mực nào đó độ dẻo và độ dai (đặc biệt trong các thép không có xu hướng ròn ram), nó quan trọng để giảm độ nhạy cảm với sự tập trung ứng suất và tăng giới hạn mỏi

Tôi đẳng nhiệt ra tổ chức bainit dưới cũng cho kết quả tốt Nó cho phép có được cơ tính cao khi chi tiết ít bị biến dạng

Các lò xo không lớn và hình dạng ít phức tạp được chế tạo từ thép đã qua nhiệt luyện Đốivới lò xo to đòi hỏi lực quấn lớn thì dùng thép ở trạng thái ủ Các chi tiết sau khi được chếtạo bằng cách quấn nóng hay rập nóng sẽ được nhiệt luyện

Thép để làm nhíp được cung cấp ở dạng băng, sau đó rập tạo hình và tôi, ram ( hiện nay thường dùng lò chương trình tôi ram liên tục) sau đó bó

Các mác thép cacbon bao gồm : C65, 70, 75, 80, 85, 65Mn, 70Mn (TCVN) được đặc trưng bởi độ bền tích thoát không cao, đặc biệt khi nung nóng Chúng không có lợi để làmviệc ở nhiệt độ trên 1000C Do độ thấm tôi thấp nên các thép này được dùng các lò xo tiếtdiện không lớn lắm

Các thép lò xo, nhíp hợp kim thuộc về lớp peclít Các nguyên tố hợp kim cơ bản trong chúng là Si ( 1-3%), Mn (~1%) Trong các chi tiết có công dụng quan trong hơn thì thép được hợp kim hóa them Cr (~1%) và Ni (<1,7%) các nguyên tố hợp kim yêu cầu phải có ảnh hưởng ít tới giới hạn đàn hồi là tính chất chủ yếu của họ thép này Quan trong hơn là hợp kim hóa để nâng cao độ thấm tôi, độ bền tích thoát ứng suất và gới hạn mỏi Do đó hợp kim được sử dụng cho những phần tử đàn hồi kích thước lớn và đảm bảo cho chúng làm việc lâu hơn và độ tin cậy cao hơn

Các mác thép Silic 50Si2, 60Si2, 70Si3A được dùng làm lò xo hay nhíp có chiều dày 18

mm Chúng có đặc điểm chống sự lớn lên của hạt khi tôi, nhưng lại có xu hướng dễ thoát cacbon khi nung, đây là một dạng khuyết tật mặt rất nguy hiểm vì giảm độ bền mỏi Mác thép Si-Mn 60SiMnA đã hạn chế được nhược điểm này và được dùng để chế tạo các lò xo

có chiều dày nhỏ hơn 14 mm

Các mác thép 50CrVA, 50CrMnVA có nhiệt độ ram cao hơn dòng thép Si và Si-Mn khoảng 5200C, có khả năng chịu nhiệt cao hơn, độ dai cao hơn, ít nhạy cảm với nhát cắt Chúng được dùng làm nhíp các ôtô nhẹ, lò xo xupáp và các lò xo có công dụng quan

trọng khác và nhiệt độ làm việc khoảng 3000C

Các thép 60Si2CrA và 60Si2Ni2A đươc tôi thấu trong các tiết diện tương ứng là 50 và 80

mm và được dùng làm các lò xo và nhíp lớn có tải nặng và đặc biệt Các tính chất của thép được quyết định bởi hàm lượng Cacbon và nhiệt độ ram Ram được tiến hành ở nhiệt

độ cao hơn một chút so với nhiệt độ ứng với giới hạn đàn hồi cực đại để đảm bảo độ dẻo

và dai

Các mác thép 70Si3A, 60Si2CrA, 60Si2Ni2A có cơ tính cao nhất σb≥ 1800MPa; σ0,2 ≥ b≥ 1800MPa; σb≥ 1800MPa; σ0,2 ≥ 0,2 ≥ 1600MPa; δ≥ 5%; Ψ ≥20% Giới hạn đàn hồi đạt σb≥ 1800MPa; σ0,2 ≥ 0,01=880 -1150 MPa, còn độ cứng đạt 40-48 HRC Với độ bền và độ cứng như vậy, thép này nhạy cảm với sự tập trung ứng suấtcho nên trạng thái bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mỏi Khi không có khuyết tật

bề mặt giới hạn mỏi của thép khi uốn thấp hơn 500 MPa, còn khi xoắn ~300MPa

Kí hiệuVật liệu theo Ký hiệu của TCVN hoặc tiêu chuẩn khác.

Tiêu chuẩn Mác thép Độ

cứng

 bMpa

 sMpa

 s(%)

(%)

ak  b/Mpa

Việt Nam

(TCVN)

60Si2Ni2A 42

48HRC

1620



2070Nhật

(JIS)

429HB

[Bảng tham khảo một số loại vật liệu chế tạo nhíp]

VẬT LIỆU CHẾ TẠO NHÍP TRUNG QUỐC

2.Cấu trúc, tổ chức của vật liệu dùng để chế tạo sản phẩm

Đây là loại thép có thành phần cácbon nằm trong khoảng 0,5 – 0,7%, sau tôi và ram trung

bình có giới hạn đàn hồi cao Thép này chuyên dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi: lò xo, nhíp,…nên được gọi là thép đàn hồi

Thành phần hoá học:

- Cácbon: Các phần tử đàn hồi không cho phép có biến dạng dẻo cũng như bị phá huỷ

giòn khi làm việc nên thành phần các bon của thép đàn hồi không được quá thấp cũng

như không được quá cao Khoảng thành phần cácbon hợp lý của loại thép này là 0,5 – 0,7%(thường gặp 0,55 – 0,65%)

- Nguyên tố hợp kim: Các nguyên tố Mn, Si cho vào thép đàn hồi với mục đích nâng cao

tính đàn hồi Các nguyên tố khác như Cr, Ni, V được cho vào với mục đích ổn định tính đàn hồi của thép

Các mác thép-ứng dụng và nhiệt luyện thép đàn hồi:

Bảng sau trình bày kí hiệu, thành phần, các ứng dụng và qui trình nhiệt luyện một số

mác thép đàn hồi.

11

ĐỐI VỚI THÉP ĐÃ CHỌN : 60Si2Ni2A

Nhiệt độ chảy hoàn toàn và các nhiệt độ quan trọng như: nhiệt độ ủ,thường hoá và tôi.

Nhiệt độ chảy hoàn toàn :

Do khi mua về thép này chỉ cần phải tiến hành tôi và ram hoặc đã được tôi và ram ,nên ta quantâm tới nhiệt độ tôi và ram

Nhiệt độ tôi :880 C

Nhiệt độ ram:420 C

Nhiệt luyện và cơ tính của các thép tương đương

Tiêu chuẩn Mác thép Nhiệt độ

Tôi( C)

Môi trường Tôi( C)

Nhiệt độ Ram( C)Việt Nam

3.Cấu tạo

Nhíp thường có cấu tạo như hình vẽ

Đầu nhíp:đầu dạng hình vuông ;đầu dạng hình thang ;đầu dạng trái xoan

Đầu lá nhíp thường được uốn cong để cố định băng chôt treo

13

Các lá nhíp được định vị với nhau bằng bu lông xuyên tâm 1 và hạn chế dịch chuyển ngang bằng các tấm ốp nhíp 3, và cả bộ nhíp được cố định lên xe nhờ quang treo 2.

Đầu lá nhíp cái thường được uốn cong để cố định lá nhíp bằng chốt treo Tuy nhiên, cũng

có loại nhíp thay cho việc uốn các đầu nhíp, người ta dùng giá bắt nhíp và bu lông kéo

Bộ nhíp được ghép lại với nhau tư nhưng lá nhíp dài ngắn khác nhau:

Nếu là nhíp chế tạo bởi một thanh đặc có chiều dày không đổi sẽ rất khỏe nhưng lại kém đàn hồi

Nếu nhíp có chiều dày bé thì có khả năng đàn hồi nhưng lại yếu

Do vậy cấu trúc nhíp nhiều lá và có tiết diện thay đổi là tối ưu hơn cả về hai phương diện

kể trên Để tạo cấu trúc như thế, nhà chế tạo phải làm nhiều lá nhíp ghép lại với nhau, độ cong và chiều dài các lá nhíp cũng khác nhau

4.Các phương pháp tạo ra sản phẩm (hoặc vật liệu) này trong thực tế.

Gồm ba bước chính:

- Tạo Phôi: Có nhiệm vụ Tạo hình sản phẩm

- gia công cơ khí: Có nhiệm vụ gia công bề mặt, tạo độ cong, uốn dập

- nhiệt luyện hoàn chỉnh: Có nhiệm vụ nhiệt luyện, sơn phủ, lắp sản phẩm và hoànthiện

(từ phân xưởng gia công cơ khí chuyển sang)

Sau khi kết thúc quá trình sản xuất ở phân xưởng Nhiệt luyện hoàn chỉnh những sản phẩmhoàn thành được bộ phận KCS (bộ phận kiểm tra chất lượng sản phẩm) Xác nhận phù hợpvới tiêu chuẩn kỹ thuật quy định và ghi rõ số lượng thực tế của từng loại sản phẩm, đồngthời ký vào biên bản kiểm tra chất lượng lúc đó mới tiến hành nhập kho thành phẩm củacông ty

Sản phẩm của công ty tuy sản xuất nhiều loại sản phẩm (nhíp ô tô, phụ kiện đường sắt vàcác sản phẩm cơ khí khác) các loại sản phẩm này kiểu dáng có khác nhau nhưng cùnggần như sản xuất trên một dây chuyền, sản phẩm đều được sản xuất theo một quy trìnhkhép kín từ đầu đến cuối phần lớn máy móc thiết bị đều được nhập ngoại chủ yếu là của:Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Đức, các thiết bị chính gồm :

+ Băng chuyền

+ Máy cán, cắt ,uốn, tiện, phay, đột dập

+ lò nhiệt luyện, máy thử độ cứng và các thiết bị máy móc khác

Quá trình sản xuất công ty cũng chỉ sử dụng ít chủng loại vật liệu Vật liệu chính đượcnhập từ nước ngoài là chủ yếu

15

Máy cán nhíp

5:Hóa bền và nhiệt luyện:

0,55%C- Áp dụng đối với thép Cacbon trung bình 0,35

Gồm các phương pháp sau:

- Nung nóng bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao;

- Nung nóng bằng bằng ngọn lửa hỗn hợp khí Axetylen – Oxy;

- Nung nóng trong chất điện phân;

- Nung nóng trong muối hoặc kim loại nóng chảy

+ TÔI BỀ MẶT THÉP

Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

- Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

Nguyên lý nung nóng bề mặt

tỉ lệ nghịch với tần số f của nó theo công thức:- Chiều sâu của lớp bề mặt có dòng điệnchạy qua

: chiều sâu lớp bề mặt có mật độ dòng điện cảm ứng cao, cm;

.cm;: điện trở suất của kim loại nung, 

: độ từ thẩm của kim loại nung m/A;

- Thường chọn diện tích lớp tôi cứng bằng 20% tiết diện;

- Chiều dày lớp tôi tương ứng với thiết bị có tần số và công suất như sau:

100kW; 8000Hz, P  5mm cần f = 2500  = 4 

100kW. 250000Hz, P = 50  2mm cần f = 66000  = 1

Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

Các phương pháp tôi

- Nung nóng rồi làm nguội toàn bề mặt, áp dụng cho các bề mặt tôi nhỏ;

- Nung nóng rồi làm nguội tuần tự từng phần riêng biệt, áp dụng khi tôi bánh răng, trục khửu;

- Nung nóng rồi làm nguội liên tục liên tiếp, áp dụng đối với các chi tiết dài

Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

Tổ chức và tính chất của thép sau khi tôi cảm ứng

Nhiệt độ chuyển biến pha Ac1, Ac3 nâng cao lên do vậy độ tôi phải lấy cao hơn so với tôi thể tích thông thường là 100

nhỏ mịn nên sau khi tôi được M rất nhỏ mịn;- Độ quá nhiệt cao nên tốc độ chuyển biến

17

pha khi nung rất nhanh, thời gian chuyển ngắn hạt

- Để đảm bảo hạt nhỏ sau khi tôi cảm ứng trước đó thép phải được nhiệt luyện tôi + ram cao thành X ram tổ chức sau khi tôi cảm ứng là bề mặt M hình kim nhỏ mịn lõi X ram Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

* Cơ tính

- Sau khi tôi cảm ứng thép có cơ tính là:

62HRC;+ Bề mặt độ cứng đạt 55

30HRC;+ Lõi dẻo dai khoảng 20

+ Lớp bề mặt chịu ứng suất nén dư có thể tới 800N/mm2

Do đó chi tiết sau tôi có những đặc điểm dau:

+ Vừa chịu được ma sát, mài mòn vừa chịu tải trọng tĩnh và va dập cao, rất thích hợp với bánh răng trục truyền, chốt trục khuỷu,…

+ Chịu mỏi cao;

+ Chịu uốn, xoắn tốt

Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

Ưu, nhược điểm

* Ưu điểm

- Năng suất cao do thời gian nóng ngắn;

- Chất lượng tốt: tránh được các khuyết tật như Ôxy hoá, thoát cacbon, độ biến dạng thấp;

- Dễ cơ khí hoá, tự động hoá

Tôi cảm ứng được đáp ứng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn cho các chi tiết mà bề mặt không quá phức tạp.

* Nhược điểm

- Khó áp dụng cho các chi tiết có hình dáng phức tạp, tiết diện thay đổi đột ngột;

- Khi sản xuất đơn chiếc hàng loạt nhỏ, tính kinh tế thấp

CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN BỀ MẶT

HOÁ NHIỆT LUỆN

Nguyên lý chung

- Hoá nhiệt luyện là phương pháp nhiệt luyện như thấm, bão hoà nguyên tố hoá học vào

bề mặt của thép bằng cách khuếch tán ở trạng thái nguyên tử từ môi trường bên ngoài vào

và ở nhiệt độ cao, để làm thay đổi thành phần hoá học do đó làm biến đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt theo mục đích đã định

+ Nâng cao tính chống ăn mòn điện hoá và hoá học như thấm Crôm, Al, Si

Các giai đoạn hoá nhiệt luyện

Khi tiến hành hoá nhiệt luyện người ta đặt chi tiết thép vào môi trường (rắn, lỏng, hoặc khí) có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoặc nguyên tố cần thấm (khuyếch tán) rồi nung nóng đến nhiệt độ thích hợp Các giai đoạn nối tiếp nhau xảy ra như sau:

Nguyên lý chung