Bài tập cơ khí Đại cương Đề số sản phẩm bánh răng thẳng

Chương 3: Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm Có nhiều phương pháp gia công bánh răng thẳng, ta chọn phươngpháp bao hình.. Qúa trình cắt răng diễn raliên tục, khi cắt thì dụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HÀ NỘI - 07/2022

MỤC LỤC

Chương 1: Giới thiệu sản phẩm 1 Chương 2: Lựa chọn vật liệu chế tạo cho sản phẩm 3 Chương 3: Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm 6 Chương 4:Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm 18 Chương 5: Kết luận 20

tf

Chương 1: Giới thiệu sản phẩm

 Ngành cơ khí được ví như “quả tim của ngành công nghiệp nặnggiúp đảm bảo sản xuất các công cụ, phương tiện và máy móc nhằmchuyển đổi lao động thủ công thành lao động máy móc để nângcao năng suất lao động, đồng thời tạo điều kiện cho lao động vàsinh hoạt của con người nhẹ nhàng, hiệu quả hơn cũng giúp conngười mở rộng tầm nhìn chinh phục thiên nhiên

 Một trong những sản phẩm của cơ khí ứng dụng phổ biến và hiệuquả vào mọi lĩnh lực liên quan đến máy móc,chuyển động đó chính

là bánh răng thẳng

 Bánh răng thẳng là loại bánh răng có cấu tạo đơn giản gồm cácrăng thẳng,song song được định vị xung quanh chu vi của thânbánh răng với lỗ rỗng ở giữa ăn khớp với trục,có tác dụng truyềnmômen

Hình 1.1 Cặp bánh răng thẳng

 Bánh răng thẳng có nhiều ưu điểm như có hình dạng và cấu tạođơn giản dễ chế tạo,tỉ lệ hư hỏng rất thấp,tỉ lệ sản phẩm hoànthành có thể đạt đến 99%,thời gian sản xuất ngắn dẫn đến chi phísản xuất thấp mang lại lợi nhuận cao cho các nhà sản xuất.

Hình 1.2 Bánh răng thẳng

 Bánh răng thẳng được ứng dụng rất rộng rãi vì chính những ưuđiểm mà sản phẩm này có,như các thiết bị có chuyển động

Hình 1.3a Hình 1.3b

Bánh răng thẳng trong hộp số Bánh răng thẳng trong đồng hồ

Chương 2: Lựa chọn vật liệu chế tạo cho sản phẩm

 Với tác dụng truyền động, điều phối tốc độ nhanh chậm của động

cơ máy, nên khi hoạt động, bánh răng phải:

 Làm việc trong môi trường chịu tải trọng lớn, có thể thay đổi chu kì

 Chịu lực ma sát liên tục khi hoạt động

 Vùng chân răng dễ bị phá hủy do chịu ứng suất uốn lớn

 Như vậy đòi hỏi vật liệu làm bánh răng phải:

 Có khả năng chịu mài mòn tốt

 Chịu nhiệt tốt vì môi trường làm việc sinh nhiệt lớn

=> Vì vậy ta lựa chọn thép S45C làm vật liệu chế tạo bánh răng thẳng

Hình 2.1 Các bó thép S45C

 Thép S45C là thép cacbon trung bình chất lượng cao Thép S45Cđược sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏicường độ cao hơn và chống mài món tốt hơn thép cacbon thấp nhưSS400,CT3,A36,… và các ứng dụng điển hình là chế tạo bánhrăng, trục khuỷu, bu lông,…

 Tên gọi hay cách gọi thép S45C:

 Tiếng Việt: Thép S45C hay thép C45, CK45, hay 1045

 Tiếng Anh: S45C Steel, 45C Steel

- Những mác thép tương đương:

Tiêu chuẩn ASTM A29 JIS 4051 EN 10083-2 DIN 17350

Bảng 2.1 Các mác thép tương đương trên thế giới

- Thành phần hóa học của thép S45C

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của thép S45C

 Thép S45C được sản xuất tại Nhật Bản có thể ứng dụng sản xuất với nhiều dạng khác nhau như thép tấm S45C, thép tròn đặc S45C, thép lục giác S45C, thép ống S45C

 Với hàm lượng cacbon trong thép S45C nên độ cứng thép S45C

khá tốt và chịu đựng được lực va đập cao, ứng lực tàn dư nhỏ

 Tính chất cơ học của thép S45C

)

Môđun cắt (Shear Modulus )

Độ bền kéo (Tensile Strength )

Độ bền uốn (Yield Strength )

Hệ số Poisson (Poisson’

s ratio)

Độ giãn dài giới hạn (Elongatio

n at Break)

Khả năng gia công (Machinability )

Rút gọn mặt cắt (Reductio

n of Area)

190-210

(GPa)

205 (GPa)

80 (GPa)

569 (Mpa)

343 (Mpa)

Bảng 2.3 Tính chất cơ học của thép S45C

 Khối lượng riêng của thép S45C:

 7.87 g/cc theo Metric

 0.284 lb/in3 theo Imperial

 Độ cứng của thép S45C:

 Độ cứng Rôcoen (Hardness Rockwell B) : 84 HRB

 Độ cứng Brinen (Hardness Brinell) : 163 HB

 Độ cứng Vicke (Hardness Vicker) : 170 HV

 Độ cứng của thép S45C như vậy là tương đối lý tưởng với nhóm

thép cacbon trung bình ( C%= 0.25-0.5 )

Chương 3: Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm

 Có nhiều phương pháp gia công bánh răng thẳng, ta chọn phươngpháp bao hình Đây là phương pháp cắt răng mà dụng cụ cắt khôngcần có biên dạng lưỡi cắt là rãnh răng Qúa trình cắt răng diễn raliên tục, khi cắt thì dụng cụ cắt sẽ lăn tương đối trên vành của bánhrăng gia công(phôi)

 Phay ăn răng: Răng sẽ được tạo từng bước một nhờ vào một loạtnhát cắt liên tiếp, cả dao và phôi đều quay sao cho trục dao vuônggóc với bề mặt của phôi

Hình 3.1 Hình ảnh phương pháp phay răng lăn

*TRÌNH TỰ GIA CÔNG CHI TIẾT BÁNH RĂNG THẲNG

1.Nguyên công 1: Tạo phôi

 Chọn phôi: ta chọn phôi thép thanh tròn S45C đường kính

70mm,chiều dài 6000mm

 Cắt phôi: ta chọn máy cưa vòng CICULAR SAW C-160A

Hình 3.2 Máy cưa vòng CICULAR SAW C-160A

 Cắt với hình dạng và kích thước: dày 52mm và có đường kính 70mm

2.Nguyên công 2: Khoan lỗ

 Chọn mũi khoan xoắn chuôi côn thép gió HSS với mũi khoan

 Khoan lỗ: khoan 1 lỗ Ø36, chọn tốc độ quay của trục chính vàbật máy,hạ mũi khoan xuống cho khoan thử vào phôi rồi nângmũi khoan lên để kiểm tra độ đồng tâm của mũi khoan và tâmlỗ.Qúa trình khoan điều khiển bước tiến đều và làm nguội mũikhoan bằng dung dịch,khi khoan thủng lỗ thì rút mũi khoan rakhỏi lỗ và tắt máy

 Khoan lỗ với kích thước như hình bên

 Chọn máy xọc CNC EASTAR CNC-300

 Gá phôi trên mâm 3 chấu cố định và tiến hành chính xác theo yêu cầu

* Tạo bánh răng ngoài

 Ta chọn máy phay lăn răng 5K328

 Ta chọn dao phay lăn răng

17,0-4,40%

3,80-1,40% 0,50% 80W18Cr4V Bảng thành phần của thép gió P18

 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim

 W(vonfram): là nguyên tố quan trọng nhất, có hàm lượng caonhất(8,5-19%) làm tăng tính cứng nóng

 C(cacbon): (0,7-1,4%) làm tăng độ cứng và tăng tính chống màimòn

 Cr(crom): (3,8-4,4%) làm tăng tính thấm tôi của thép do đó làmtăng sức bền và tuổi thọ của dao cắt

 V(tồn tại dưới dạng cacbit vanadi VC)(1-2,6%) làm tăng độcứng và khả năng chịu mài mòn nhưng làm giảm tính công nghệmài

 Co(coban) làm tăng tính cứng nóng

 Mo(molypden) làm tăng tính cứng nóng

 Ta chọn dao phay răng lăn M4 được làm từ thép gióP18(80W18Cr4V)

 Dựa vào bảng thành phần thép gió P18 ở trên, ta nhận thấy trongthép P18 có các thành phần hóa học làm cho nó bền vững hơn sovới các loại thép gió khác, ở đây thành phân của Vonfram chiểm tỉ

lệ nhiều nhất(17-18,5%),không những tạo độ cứng cho dao màcòn tạo khả năng chịu nhiệt tốt cho dao, đây là yếu tố quan trọngquyết định tới tuổi thọ của dao phay lăn răng vì trong quá trình làmviệc thì dao phải chịu nhiệt độ cắt rất lớn

 Gá phôi vào giữa trục sao cho tâm trục và tâm mặt phôi trùng với nhau,rồi kiểm tra độ đồng tâm

Hình minh họa gá phôi và kiểm tra độ đồng tâm

 Sau đó tiến hành hành phay răng,với điều kiện trục dao vuông gócvới trục gá phôi,ở đây Vchính=V quay của trục dao(dao),cònVbt=V quay của trục phôi(phôi),đảm bảo tốc độ Vchính,Vbt,sốrăng và kích thước răng đúng như yêu cầu sản phẩm

Kích thước yêu cầu của răng bánh răng sản phẩm

1 2

3 4

Hình minh họa quá trình hình thành bánh răng trong quá trình phay

4 Nguyên công 4: Xử lý nhiệt luyện

 Sau khi gia công tạo hình xong cho phôi (bánh răng),ta chọn

phương pháp TÔI để xử lý nhiệt giúp phôi (bánh răng) cải thiện cơtính Cụ thể là TÔI BỀ MẶT(TÔI CAO TẦN) với nhiệt độ 800-

820 độ C, và làm nguội trong môi trường dung dịch muối như

dung dịch NaCl,Na2CO3(10%) hay dung dịch kiềm NaOH,KOH với nồng độ thích hợp có tốc độ làm nguội đạt 1100-1200 độ C/s

 Ta chọn lò tôi cao tần 40KVA

 Sau khi TÔI sẽ làm tăng tính giòn và ứng suất dư bên trong, vật dễ

bị cong vênh

 Giải pháp:Để ứng lực d và giảm tính giòn của phôi ta tiến hành RAM,cụ thể ở đây ta chọn RAM ở nhiệt độ cao trong khoảng 500-

650 độ C

5 Nguyên công 5: Kiểm tra sản phẩm

 Kiểm tra kích thước phôi đảm bảo theo yêu cầu bản vẽ sau mỗinguyên công,nhiệt luyện

 Kiểm tra lại sau các bước nguyên công sản phẩm đầu ra có đảmbảo đúng kích thước yêu cầu

Chương 4:Lựa chọn phương pháp xử lý

nhiệt cho sản phẩm

 Bánh răng làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đậptương đối cao, bề mặt tiếp xúc bị mài mòn.Vì vậy sau khi gia côngtạo hình theo đúng kích thước yêu cầu bản vẻ,cần phải xử lý nhiệtluyện giúp cải thiện cơ tính

 Đầu tiên ta chọn phương pháp TÔI

 TÔI là quá trình nung nóng vật phẩm thép lên tới nhiệt độ nhấtđịnh tương ứng với từng loại thép(cụ thể trong trường hợp này

là thép S45C),giữ ở nhiệt độ đó một thời gian để ổn định cấutrúc (Austenit) của kim loại và làm nguội đột ngột (nhanh) trongmôi trường tương ứng với từng loại thép(môi trường dung dịchmuối),đạt tổ chức Mactenxit bão hòa C

 Mục đích của TÔI: tăng mạnh độ cứng,tăng độ bền và chốngmài mòn

 Chọn dung dịch muối là môi trường làm nguội vì dung dịchmuối có tốc độ làm nguội nhanh hơn dầu và nước, đồng thờimuốn tăng độ cứng của vật (bánh răng ) thì phải tăng tốc độ làmnguội nhanh

 Chọn phương pháp TÔI cho thép S45C(0,42-0,48%C),vì đốitượng của phương pháp TÔI là thép C trung bình (0,25-0,50%C),cụ thể hơn là TÔI BỀ MẶT(TÔI CAO TẦN) là

 Tuy nhiên sau khi tôi, bánh răng sẽ giảm độ dai và độ dẻo,tăngtính giòn đồng thời tăng ứng suất dư bên trong,vật dễ bị nứt vàcong vênh

 Giải pháp:Khử ứng lực d và giảm tính giòn của thép thì sau khiTÔI hải tiến hành RAM

 Phương pháp RAM sau khi tôi

 Để cải thiện cơ tính và nâng cao tuổi thọ của bánh răng, cầnphải khử hoặc giảm ứng lực d bên trong của bánh răng sau khiTÔI

 Sau khi TÔI, bánh răng lại được nung nóng lần nữa tới nhiệt độthấp hơn nhiệt độ nung (150-680 độ C), giữ nhiệt độ đó mộtthời gian và để nguội trong không khí

 Các phương pháp RAM:

 `RAM ở nhiệt độ thấp: nâng cao độ dai,không giảm độ cứng củakim loại,thường dung cho các loại dụng cụ cắt gọt kim loại

 `RAM ở nhiệt độ trung bình: giảm độ cứng và độ bền của kimloại, nâng cao độ dai và giãn dài nên thường ứng dụng nhiệtluyện lò xo

 `RAM ở nhiệt độ cao: khử gần hết ứng lực d bên trong vật vànâng cao độ bền của kim loại,ứng dụng cho xử lý nhiệt luyệncác chi tiết máy quan trọng

 Ta chọn phương pháp RAM ở nhiệt độ cao cho bánh răng

Chương 5: Kết luận

 Bánh răng thẳng là chi tiết quan trọng, là sự kết nối giữa các chitiết trong máy, giúp truyền chuyển động và quyết định tới tốc độ

và hiệu quả hoạt động của máy móc

 Vì vậy chế tạo bánh răng thẳng phải cần đảm bảo độ chính xác rấtcao về tính toán, thiết kế đảm bảo các quy chuẩn về yêu cầu kíchthước kĩ thuật,cơ tính và khả năng truyền tải(chịu tải trọng)

 Mỗi nhà sản xuất chế tạo bánh răng thẳng cần phải tính toán, tìmvật liệu, phương pháp gia công và công nghệ phù hợp để đáp ứngyêu cầu sản phẩm khách hang đưa ra và tăng hiệu quả kinh tế

 Hiện nay,ở Việt Nam ngành công nghiệp nặng sản xuất chế tạo rấtphát triển, con người Việt Nam thực sự rất khéo léo,sáng tạo và đểđưa sản phẩm thương hiệu Việt (bánh răng thẳng nói riêng,sảnphẩm cơ khí mang tính sáng tạo hiệu quả nói chung) mang tầm cỡthế giới, là sinh viên thuộc chuyên ngành của lĩnh vực cơ khí,taluôn phải nắm vững kiến thức nền tảng, cập nhật công nghệ mới vàáp dụng vào sản phẩm cơ khí xứng danh thương hiệu Việt