Bài tập lớn môn các quá trình chế tạo Đề tài manufacturing processes of bicycle components

- Định hình: nguyên liệu thép thô được đưa vào máy định hình, các tấm của mắt xích được tạo ra bằng phương pháp dập cắt kim loại, trong khi đó các chốt và ống con lăn được hình thành từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



BÀI TẬP LỚN MÔN CÁC QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI: MANUFACTURING PROCESSES OF BICYCLE COMPONENTS

LỚP L04 - NHÓM 02 - HK222 NGÀY NỘP: 21/02/2023 Giảng viên hướng dẫn: Thầy Bành Quốc Nguyên

PHẦN 1: List components of a bicycle

1 Fork

Hình 1.1 RockShox Yari RC 160mm 29””

1 Steere tube Aluminum, Steel -Wheel size: 29”

-Travel: 150mm -Steere: Tappered -Axle: 15x110mm -Maximum rotor size: 220mm

-Upper tube type: 35mm -Max tire width: 81mm -Minimum rotor size: 180mm

2 Knob retaining screw Steel

3 Low speed compression adjuster knob Aluminum

4 High speed compression adjuster knob Aluminium

5 Compression dampler top cap Aluminum

6 Compression damper Aluminum

15 Rebound damper seal head

16 Rebound damper shaft

17 Maxle Stealth

26 Brake hose guide

Air spring piston

Top out bumper

Air spring shaft

Air spring seal head

Retaining ring

Lower leg

Air spring seal head

Bảng 1.1 Parts included in RockShox Yari RC 160mm 299””

2 Shock

Hình 1.2 RockShox Super Deluxe Select

No Part Material Description

bushing -Body eyelet: Bearing,

no pushing -Weight: 445g

2 Bushing

3 Compression adjuster knob

4 Compression threshold lever

13 resevoir valve cap

14 Rebound adjuster knob

15 Bottom out washer

23 Damper body eyelet

Bảng 1.2 Parts included in RockShox Super Deluxe Select

3 Rear Derailleur

Hình 1.3 Sram NX Eagle Rear Derailleur

1 Jockey pulley, idle pulley Steel - Weight: 339g

4 Parallelogram pivots Steel

7 Cable adjustment barrel Steel

Bảng 1.3 Parts included in Sram NX Eagle Rear Derailleur

4 Shifter

Hình 1.4 Sram NX Eagle Shifter

- Weight: 112g

3 Metal Plate: (Many) Steel

4 Upper, bottom cover Plastic

5 Thumb shifter part Plastic

Bảng 1.4 Parts included in Sram NX Eagle Shifter

5 Crankset

Hình 1.5 Sram NX Eagle Dub Crankset

165mm;

-Chainline: 49mm; -Chainring size: 30T; -Weight: 638g

Bảng 1.5 Parts included in Sram NX Eagle Dub Crankset

Cassette (SRAM PG1230 11-50t)

7 Chain (SRAM NX Eagle)

*Mô tả chi tiết:

Xích được sản xuất bằng sự kết hợp giữa quá trình tự động và thủ công Quá trình sản xuất thường bao gồm các bước sau:

- Lựa chọn nguyên liệu: xích được làm từ thép chất lượng cao, được lựa chọn cẩn thận để đáp ứng các tiêu chuẩn vật liệu cụ thể

- Định hình: nguyên liệu thép thô được đưa vào máy định hình, các tấm của mắt xích được tạo ra bằng phương pháp dập cắt kim loại, trong khi đó các chốt và ống con lăn được hình thành từ phương pháp rèn nguội

- Xử lý nhiệt và kiểm tra chất lượng: các mắt xích được xử lý nhiệt để tăng độ bền và độ bền của chúng Quá trình này bao gồm sưởi ấm các liên kết đến một nhiệt độ cụ thể, sau đó làm mát chúng một cách kiểm soát Các chốt và con lăn trải qua một quá trình phủ màng đặc biệt để tăng độ cứng và giảm sự mài mòn

- Hoàn thiện: các chi tiết được đưa qua một loạt các quy trình hoàn thiện, chủ yếu mài và đánh bóng, để đảm bảo rằng chúng đáp ứng các thông số kỹ thuật yêu cầu và có một bề mặt mịn

- Lắp ráp: các mắt xích riêng lẻ được lắp ráp thành một chuỗi bằng cách sử dụng máy móc chuyên dụng Các mắt xích được kết nối bằng chốt Sau đó xích hoàn thiện sẽ trải qua các quá trình thử nghiệm để kiểm tra khả năng chịu mài mòn, độ bền và độ dãn để đảm bảo rằng chúng đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của SRAM về sức mạnh, độ bền và hiệu suất

8 Bottom Bracket (SRAM DUB 68/73mm Threaded BB)

Bearing Cups

Spacers

Wave Washer

Dust Cover

Bottom Bracket (SRAM DUB 68/73mm Threaded BB)

9 Brakes (SRAM Guide RE)

Bleed Port Screws

Lever Blade Bushings

Pivot Pin

Piston Assembly

Washer

Snap Ring

Brakes (SRAM Guide RE)

Guide RE Lever Exploded View

10 Brake Rotors (Avid Centerline 200mm)

- Casting or forging: The raw material is heated and then cast or forged into a rough shape that approximates the final dimensions of the rotor

- Machining: The rough casting is then machined to the precise shape, dimensions, and tolerances required for the rotor This involves using specialized machines to remove excess material and create features such as cooling fins and mounting holes

- Finishing: The rotor is then finished with various processes to improve its performance and appearance For example, it may be heat-treated to improve its strength and durability, or it may be coated or anodized to protect it from corrosion and wear

- Quality control: Throughout the manufacturing process, the rotor undergoes rigorous testing and inspection to ensure that it meets the required quality standards This includes checking the dimensions, surface finish, and performance characteristics of the rotor

Brake Rotors (Avid Centerline 200mm)

* Phương pháp gia công rèn (dập thể tích): đĩa xích

1 Nguyên lý

- Rèn khuôn hở (Open-die Forging): là phương pháp rèn đơn giản nhất

Khối lượng của chi tiết từ 15 đến 500kg, kích thước chi tiết từ nhỏ đến lớn

Hình 1 (a) Đặt phôi trụ vào giữa khuôn (b) Biến dạng của phôi trong trường hợp

không có ma sát (c) Biến dạng của phôi trường hợp có ma sát Source: Manufacturing

Engineering and Technology Quy trình rèn khuôn hở có thể được mô tả bằng cách đặt phôi kim loại giữa hai tấm khuôn phẳng, giảm chiều cao của phôi bằng cách gây áp lực lên bề mặt khuôn

- Barreling (hiện tượng hình thành biên dạng thùng của phôi) gây ra bởi lực ma

sát chống lại biến dạng hướng ra ngoài của phôi tại bề mặt khuôn không được bôi trơn Barreling cũng xảy ra nhiều trong trường hợp phôi nóng đặt giữa khuôn lanh Vật liệu ở đỉnh và đáy của phôi nguội nhanh hơn tạo ra lực kéo cản trở sự biến dạng của phôi

- Cogging (Làm mỏng) Bởi vì diện tích giữa hai bề mặt khuôn nhỏ hơn của thanh

kim loại, chiều dày của một thanh kim loại dài có thể được giảm xuống bằng cách tác động lực lớn

Hình 2 (a) Làm mỏng thanh chữ nhật (b) Làm mỏng đường kính của một thanh trụ (c)

Làm mỏng bề dày của một chi tiết dạng vành khăn Source: Manufacturing

Engineering and Technology Lực dập: Lục dập của phương pháp rèn khuôn hở trên một phôi trụ có thể được xác định bằng công thức:

F = σfπr2(1 +2μr

3h) Trong đó: σf là ứng suất chảy dẻo của vật liêu, μ là hệ số ma sát giữa bề mặt khuôn và

bề mặt phôi, r, h là hai tham số đại diện cho kích thước phôi trụ

- Rèn khuôn kín: Trong quy trình rèn khuôn kín, phôi được tạo hình giống với

biên dạng khuông trong khi chịu áp lực bởi hai khuôn có biên dạng Phương pháp này thường đực tiến hành trong điều kiện nhiệt độ cao để giảm lực rèn và tăng độ dẻo của khuôn dễ tạo hình

Khuôn trong phương pháp rèn khuôn kín có thể được chế tạo thành hai hoặc nhiều chi tiết ghép lại để tạo hình cho các chi tiết có hình dạng phức tạp

Hình 3 Rèn khuôn kín Source: Manufacturing Engineering and Technology

- Preforming operation (quy trình tiền tạo hình): Mục đích để tăng khả năng điền

đầy vật liệu trong khuôn Fulerring (tạo rãnh), giới hạn phần phôi rèn Edging (tạo cạnh), vật liệu được tập hợp thành những một vùng nhất định Chi tiết sau

đó được tạo hình khối sử dụng khuôn khối Cuối cùng hoàn thiện bề mặt, cắt bỏ

ba via Lực rèn yêu cầu trong phương pháp rèn khuôn kín:

Hình 5 Phun bi xử lý bề mặt Source: wheelabratorgroup.cm

2 Gia nhiệt cho phôi, tẩy cặn

3 Gia nhiệt trước cho khuôn, nếu cần có thể bôi trơn cho khuôn

4 Rèn phôi trong một chuỗi khuôn phù hợp Nếu cần, loại bỏ phần vật liệu dư thừa, đặc biệt là ba via

5 Xử lý bề mặt chi tiết, kiểm tra độ chính xác về kích thước

6 Tiến hành xử lý sau khi rèn để nâng cao cơ tính của vật liệu

7 Kiểm tra các biến dạng bên trong và bên trong chi tiết rèn

Thiết bị:

Hình 6 Máy búa hơi nước - khí nén Source: Machining.vn

Hình 7 Máy ép trục khuỷu Source: Machining.vn

Hình 8 Máy ép thủy lực

Hình 9 Máy ép ma sát trục vít Source: Machining.vn

3 Tạo hình: Chất lượng, dung sai kích thước, độ nhám bề mặt của phương pháp rèn

phụ thuộc vào các bước đã nêu ở trên Thông thường dung sai kích thước trong khoảng

±0.5% và ±1% Với các chi tiết thép rèn tốt, dung sai thường nhỏ hơn 6mm

4 Các khuyết tật của phương pháp rèn:

Không điền đầy do thiếu vật liệu, thiết kế khuôn cũng như kỹ thuật rèn kém

Hình 10 Khuyết tật không điền đầy Source: researchgate.net

Rỗ bề mặt do hông làm sạch bề mặt của phôi rèn, tạo ra các rỗ nhỏ hoặc các vết nứt nhỏ trên chi tiết

Hình 11 Rỗ bề mặt Source: steeldata.info

Nguội nhanh: các vết nứt nhỏ xuất hiện ở các góc của chi tiết Nguyên nhân: Thiết kế khuôn của phù hợp, cạnh nhọn, làm lạnh quá nhanh sau khi rèn

Hình 11 Rỗ bề mặt Source: giesereilexkon.com

Lệch mặt khuôn do khuôn trên và khuôn dưới lệch nhau

Hình 11 Lệch mặt khuôn Source: civilmint.com

Xuất hiện vảy do quy trình làm lạnh chi tiết rèn không phù hợp Các vết nứt bên trong được hình thành khi làm nguội nhanh chi tiết rèn

Hình 11 Chi tiết có vảy Source: theengineeringpost.com

Nứt bề mặt: là khuyết tật liên quan đến nhiệt đó Khuyết tật này xảy ra khi rèn dưới nhiệt độ thấp, dẫn đến việc kim loại nguội nhanh và dễ nứt Do đó khi rèn cần chú ý đến nhiệt độ của phôi trong quá trình rèn

Hình 12 Nứt bề mặt chi tiết rèn Source: shdhforging.com

Nứt trong chi tiết: Nguyên nhân: Lượng vật liệu thừa rót vào khuôn

Hình 12 Nứt bên trong chi tiết rèn Source: Manufacturing Engineering and Technology

11 Headset (Cane Creek 10 IS Integrated Headset)

3 Top-Cover Essembly 7075 Aluminum

4 Bearing Steel

12 Bars (E13 TRS Base)

13 Stem (E13 Base)

No Part Material Description

14 Grips (Santa Cruz Palmdale Grips)

15 Front Hub (SRAM MTH 716, 15x110, Torque Cap, 32h)

No Part Material Description

plated

16 Rear Hub

Hình 1.6 SPRAM MTH 746 Rear Hub

7 Cassette Driver Steel

Bảng 1.6 Parts included in SPRAM MTH 746

17 Rims

Hình 1.7 WTB ST i29 TCS 2.0 29" Rims

18 Chain guide

Hình 1.8 E13 TRS Race SL ISCG05

Bảng 1.7 Parts included in Sram NX Eagle Rear Derailleur

3 Direct Mount Bashguard Plastic

19 Spokes

Hình 1.9 DT Competition Spokes

1 DT Competition Spokes 28 Aluminum, Steel

20 Front Tire

Same as Rear Tire

Hình 1.10 Maxxis Assegai 29"x2.5" EXO+ TR

No Subassembly Name Part Material Description

nylon

29" (dia) × 2.5" (height), tubeless

No Subassembly Name Part Material Description

21 Rear Tire Maxxis Assegai 29"

x2.5" EXO+ TR

Rubber, fabric, nylon

29" (dia) × 2.5" (height),

tubeless

22 Tubes Stans Sealant 2oz

Liquid Gel for tubeless tire

23 Seat Post Race Face Aeffect,

24 Saddle WTB Silverado Race

Cover

Cell foam, cover by spandex

21 Rear tire

Fig 21 Maxxis Asegai Rear Tire

1 Rear Tire Rubber 29" (dia) × 2.5" (mm), tubeless

2.1 Protential Processes of Tire

Mixing Process: Mix natural rubber and synthetic rubber, some certain additives are also used, the combined rubber is mixed together with additives and oils, then transferred to a hot mixer machine

Fig 21.1 Mixture rubber after mixing and hotting procees

Rolled out: The rubber mixture brought to ironed out, this process ends up in a mat like a state, after that the rubber mat goes to curing process and cooling approx eight hours After cooling step, it’s heated again in order to vulcanize the rubber Some leading brands will have quality check in this step

Fig 21.2 Flating the rubber mixture

Fig 21.3 Vulcanize the mat rubber

Extrusion: From rubber mat after vulcanize, the manufaturer will put it to a heated metal die, it make the tire thicker, after extrusion, it is then flattened into a long sheet using a rollers

Fig 21.4 Extrusion and flatten the rubber

Section construction: Because of the the bicycles tires are made using several layers of rubber, this step merge rubber layer and nylon layer together

Fig 21.5 Nylon for the first layer to bound with rubber

Fig 21.6 Carcass – the bonding of tan rubber and nylong

Tire assembly: Carcass is the first layer, then bead is placed on each side, The excess length of casing on each side is folded over the beads and covered with sidewall reinforcement then sealed in place with chafers The extrusion rubber is placed at the center section of the carcass This is when the brand logo is added as well

Fig 21.7 The first layer of tire

Fig 21.8 Fold the carcass over the bead on each side

Fig 21.9 The chafer to cover beads

Fig 21.10 The tread (extrusion rubber) at center

Pressure cooking (vulcanization): A specialized curing machine is used for the final step of this process The tire after assembly step is placed into this machine and then goes through pressurization, this involves subjecting the rubber to intense heat, this step make the layer have strong bonding This step is also give the tire its recognizable shape

Fig 21.11 Frame to shaping the tire

Fig 21.12 Tire product 2.2 Quy trình chế tạo saddle (yên xe)

- Lựa chọn nguyên liệu: Sẽ có từ 3 đến 4 loại nguyên liệu thô phục vụ cho việc chế tạo yên xe, bao gồm phần khung yên xe, phần nhựa nylon và một số loại đệm có tính mềm (cell foam) Cell foam sẽ được xử lí lưu hóa nhằm tăng độ đàn hồi, độ bền và độ ổn định

- Quá trình gia công bao gồm 5 bước như sau:

Bước 1: Tạo hình cho yên xe, ở bước này có thể sử dụng phương pháp đúc hoặc in 3d SLA, yên xe được tạo hình bằng cách đúc nhựa resin, nhựa resin được làm nóng sau đó qua đầu phun phun vào khung yên xe kim loại rồi để nguội Sau khi nguội, phần vỏ nhựa được đẩy ra khỏi khuôn, các khuyết tật trên

bề mặt hoặc trong lòng vỏ nhựa được xử lí và loại bỏ

Hình 22.1 Rót nhựa vào khuôn kim loại để tạo hình vỏ nhựa

Bước 2: Đệm sẽ được dán vào vỏ nhựa, lớp đệm có thể là loại xốp (bọt biển) dày nhằm mang lại cảm giác thoải mái cho người sử dụng, các miếng đệm được cắt bằng dao dựa trên biên dạng của vỏ nhựa, sau đó được đè vào vỏ nhựa sao cho phủ kín hình dạng của vỏ

Bước 3: Lớp bao (hay lớp trên cùng của yên xe) được cắt bằng tay thành các tấm phẳng

Bước 4: Các tấm bao (thông thường là da) được dán vào phần đế xốp ở bước 2, quá trình này bao gồm bọc tấm phủ xuống yên, xung quanh 2 bên và cả phần đáy yên xe Đế và bọc yên được dán lại bằng keo Các mép bọc đực cuộn chặt

để không bị hở Sau khi dán keo bọc vào đế, tấm bọc được bấm vào đế để cố định lại

Hình 22.2 Dán lớp trên cùng cho yên xe

Bước 5: Tạo hình khung frame, một số hãng sẽ sử dụng titan làm khung frame trong bước này, chiều dài tổng của khung sẽ khoảng 3m, sau đó tùy theo thiết

kế mà khung sẽ được gia công biến dạng chủ yếu là uốn bằng máy uốn chuyên dụng Sau đó khung sẽ được gắn vào yên xe bằng keo và ép vào yên xe bằng máy nén

Hình 22.3 Máy uốn tạo hình cho khung frame

Hình 22.4 Dán keo khung vào yên xe

Hình 22.5 Ép khung titan vào yên xe

2.3 Quy trình sản xuất khung xe Carbon

- Gia công bằng máy

- Join different part

- Xử lý bề mặt

- Sơn và dán decal

* Mô tả chi tiết

Bước 1: Chế tạo sợi cacbon: Nhiều sợi cacbon được ghép thành một cuộn carbon lớn sau đó được thấm epoxy resin để tăng tính kháng nước, mềm dẻo và chịu lực của vật liệu Các cuộn này còn được gọi là tấm sợi carbon Có nhiều loại tấm sợi carbon khác nhau: tấm dạng dệt và tấm đẳng hướng, từ đó độ cứng của vật liệu cũng khác nhau

So sánh tấm sợi carbon dạng dệt và dạng đẳng hướng