Trong ngành chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí quan trọng. Bánh răng là những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy. Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt gọt kim loại phức tạp nhất, ngoài sự hiểu biết sâu sắc về lý thuyết ăn khớp bánh răng còn có khả năng tính toán các thông số hình học của bánh răng, phân tích và biết cách điều chỉnh hợp lý. Trong gia công cắt gọt các bề mặt phức tạp, đặc biệt là gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn. Ta sử dụng trang thiết bị hiện đại (Trung tâm gia công CNC) kết hợp với phần mềm Proe nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả kinh tế và độ chính xác gia công bánh răng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -& - HỒ VĂN RIỀU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng- năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -& - HỒ VĂN RIỀU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC Chuên ngành: Công nghệ Chế tạo máy Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU ĐỨC BÌNH Đà Nẵng- năm 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Hồ Văn Riều MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu .3 3.1 Phạm vi nghiên cứu .3 3.2 Đối tượng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Dự kiến cấu trúc luận văn Chương 2: Thiết kế truyền bánh côn cong dạng cung tròn máy cnc Chương 3: Chế tạo truyền bánh côn cong dạng cung tròn máy cnc Chương 4: Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN 1.1 Tính tầm quan trọng truyền bánh côn cong Phân loại: 1.2 Ưu điểm nhược điểm, phạm vi sử dụng truyền 10 1.3 Những khó khăn, hạn chế gia công truyền máy truyền thống .12 1.4 Các kết nghiên cứu lĩnh vực gia công bánh côn cong giới nước 14 1.4.1 Kết nghiên cứu lĩnh vực gia công bánh côn cong giới 14 1.4.2 Kết nghiên cứu lĩnh vực gia bánh côn cong nước 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC 20 2.1 Thông số hình học truyền bánh côn cong dạng cung tròn 20 2.2 Độ xác truyền bánh côn cung tròn 24 2.3 Thiết kế truyền bánh côn cong cung tròn Inventor 28 CHƯƠNG CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC 31 3.1 Chọn vật liệu nhiệt luyện 31 3.2 Chế độ nhiệt luyện 32 3.2.1 Nhóm bánh chịu tải thường 32 3.2.2 Nhóm bánh chịu tải nặng .34 3.3 Phương pháp chế tạo phôi 36 3.3.1 Đúc khuôn kim loại 37 3.3.2 Dập nguội thể tích 38 3.3.3 Ép kim loại bột 38 3.3.4.Cán nóng bánh côn cong 39 3.4 Yêu cầu kỹ thuật 40 3.5 Tính công nghệ kết cấu .41 3.6 Phân tích chọn chuẩn định vị 43 3.7 Thiết kế sơ phương án công nghệ 43 3.7.1 Chọn xác định dạng sản xuất 43 3.7.2 Chọn phôi phương pháp tạo phôi 44 3.8 Thiết kế sơ tiến trình công nghệ gia công bánh .45 3.8.1 Chọn chuẩn định vị gia công trước cắt 45 3.8.2 Xác định bước công nghệ gia công cho bề mặt 49 3.9 Chế tạo truyền dùng menu Manufacturing phần mềm Pro/Creo3.0 .53 3.9.1.Thiết lập trình tự chế tạo bánh nhỏ z =18 .53 3.9.2 Thiết lập bánh lớn 64 3.10 Chương trình G-code gia công rãnh(xem bảng phụ lục) 65 3.11 Lựa chọn dao gia công .65 3.12 Dung dịch trơn nguội 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN 68 4.1 Hiệu kinh tế gia công máy CNC 68 *Các tiêu hiệu kinh tế 68 4.2 Nâng cao hiệu gia công máy CNC 70 4.3 Các yếu tố đảm bảo gia công tối ưu máy CNC 70 4.3.1 Các yếu tố giảm giá thành gia công .70 4.3.2 Các yếu tố nâng cao suất lao động .71 4.3.3 Các yếu tố giảm chi phí quy đổi tăng hiệu kinh tế hàng năm 71 4.4 Hướng phát triển đề tài .72 4.5 Tài liệu tham khảo 73 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang hình 1.1 Các dạng côn cong 1.2 Các dạng chiều cao bánh côn cong 1.3 Vị trí tương quan hai trục 1.4 Các hướng xoắn 10 1.5 Ứng dụng bánh côn cong 12 1.6 Phương pháp gia công giới 16 2.1 Thông số truyền bánh côn cong 21 2.2 Các thông số theo hướng cắt dọc trục 21 2.3 Các thông số theo vị trí ăn khớp 22 2.4 Các dạng vết tiếp xúc 26 2.5 Kiểm tra độ xác truyền qua vết tiếp xúc 27 2.6 Kết thiết kế truyền 29 2.7 Thiết kế hoàn thiện truyền 30 3.1 Phân bố lớp lớp chuyển tiếp nung 32 3.2 Sơ đồ nhiệt luyện thép 20CrNi3A 35 3.3 Sơ đồ cán nóng bánh côn 38 3.4 Kết cấu truyền bánh côn cong 41 3.5 Tính khối lương chi tiết 43 3.6 Khuôn dập chi tiết 44 3.7 Sơ đồ định vị gia công mặt A, B, vát mép 45 3.8 Gia công mặt đầu C, lỗ kẹp chặt 46 3.9 3.13 Gia công 47 Mô gia công bánh nhỏ côn cong phần 59 mềm Pro/Creo 3.0 Chế tạo xong rãnh 59 Mô gia công bánh lớn côn cong phần 60 mềm Pro/Creo 3.0 Kết đạt chế tạo truyền 60 3.14 Lựa chọn dao 3.10 3.11 3.12 62 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong ngành chế tạo máy, truyền động bánh chiếm vị trí quan trọng Bánh cấu đóng vai trò chủ yếu hầu hết máy, có ảnh hưởng đến chất lượng làm việc, an toàn tuổi thọ máy Gia công bánh lĩnh vực cắt gọt kim loại phức tạp nhất, hiểu biết sâu sắc lý thuyết ăn khớp bánh có khả tính toán thông số hình học bánh răng, phân tích biết cách điều chỉnh hợp lý Trong gia công cắt gọt bề mặt phức tạp, đặc biệt gia công bánh côn cong dạng cung tròn Ta sử dụng trang thiết bị đại (Trung tâm gia công CNC) kết hợp với phần mềm Pro/e nhằm nâng cao suất, hiệu kinh tế độ xác gia công bánh Khi gia công bánh côn cong dạng cung tròn phương pháp cắt hai phía ta thấy phương pháp cắt phía lồi, phía lõm răng, sử dụng rộng rãi đạt độ xác 6÷8 Nếu cắt phương pháp khía theo phương pháp khía rãnh cắt riêng biệt đầu dao hai khía Năng suất không cao, độ xác 8÷9 dùng sản xuất loạt nhỏ Cắt phương pháp gá cố định, phương pháp mà hai khía bánh cắt theo phương pháp bao hình đầu dao khía phương pháp dùng chủ yếu cắt bánh nhỏ đạt cấp xác 6÷8 Gia công bánh côn cong dạng cung tròn phương pháp bao hình: phương pháp sử dụng để cắt bánh lớn nhỏ có góc côn chia nhỏ 680 Nhờ cấu bao hình mà lượng dư theo chiều dài không thay đổi, tuổi bền dao cắt tinh tăng chất lượng gia công tinh tăng Gia công bánh côn cong dạng cung tròn phương pháp chép hình, bao hình tiến dao dọc trục: Phương pháp chép hình sử dụng cắt bánh sản xuất loạt lớn hàng khối thực máy chuốt chuyên dùng 609, 610 hãng Gleason(Mỹ) So với cắt phương pháp bao hình, độ xác phương pháp chép hình tăng 10÷20%, tuổi bền tăng 2÷3 lần Phương pháp bao hình dùng để cắt tinh máy cắt vạn đầu dao hai phía hía dùng sản xuất hàng khối loạt lớn Phương pháp tiến dao dọc trục dùng sản xuất đơn hàng loạt nhỏ loại máy 650, 655 hãng gleason(Mỹ) Gia công bánh côn cong dạng cung tròn phương pháp tổ hợp: phương pháp dùng để cắt bánh lớn nhỏ có moodun ≥ 2,5 mm lần gá Phương pháp thực máy 650, 655 hãng Gleason(Mỹ) đạt cấp xác ÷ Gia công bánh côn cong dạng cung tròn đầu dao hợp kim cứng: Trong việc xây dựng công nghiệp ngày phát triển đòi hỏi yêu cầu độ xác cắt côn cong nhiệt luyện sử dụng rộng rãi công nghiệp chế tạo ô tô va chế tạo máy Phương pháp đạt cấp xác cấp dùng loại máy 675, 650 hãng Gleason(Mỹ) cho phép giảm sai số bước vòng độ dảo vành sau nhiệt luyện, đồng thời giảm tiếng ồn ăn khớp Ngày nhờ kết hợp với máy tính gia công bánh côn cong dạng cung tròn cá loại máy điều khiển số (NC, CNC) tự động hóa có độ 64 3.9.2 Thiết lập bánh lớn Trình tự lập trình gia công bánh lớn giống mục 3.9.1 Hình 3.12 Mô gia công bánh lớn côn cong phần mềm Pro/Creo 3.0 Hình 3.13 Kết đạt chế tạo truyền Nguồn: Trung tâm gia công CNC 65 3.10 Chương trình G-code gia công rãnh(xem bảng phụ lục) 3.11 Lựa chọn dao gia công Lựa chọn dao vấn đề quan trọng gia công máy CNC Việc chọn lựa dao mang lại hiệu kinh tế nâng cao chất lượng bề mặt Trong trình gia công để tránh máy báo lỗi ta có số tiêu chí lựa chọn sau - Gia công thô chọn dao phay ngón Ø3 (Hình 3.14) - Gia công tinh chọn dao phay trụ Ø2( Hình 3.14) a/ Chọn dao phay trụ, phần cắt gọt có đường kính 1/2.b ≤ d < b ( b chiều rộng chân răng) Trường hợp 1: Phần cắt gọt có đường kính d > b ( b chiều rộng chân răng) máy báo lỗi gia công xảy cắt lẹm phần chân Trường hợp Phần cắt gọt có đường kính d h ( h chiều cao răng) Trường hợp 1: Nếu chọn dao có chiều dài lưỡi cắt l ≤ h( h chiều cao răng) máy không báo lỗi Tuy nhiên cắt hết chiều sâu rãnh phần đầu lớn lưỡi cắt cắt lẹm vào đỉnh dẫn đến phế phẩm Trường hợp 2: Nếu chọn dao có chiều dài lưỡi cắt l lớn nhiều so với chiều cao Trường hợp dẫn đến phần cắt gọt yếu, biến dạng, dễ gãy dao c/ Chọn vật liệu dao 66 Do vật liệu làm bánh 20CrNi3A gia công trước nhiệt luyện nên ta lựa chọn loại vật liệu dao thép gió, hình dáng đường kính (hình 3.14) Hình 3.14 Lựa chọn dao Nguồn: Trung tâm gia công CNC Long Biên- Hà Nội 3.12 Dung dịch trơn nguội Hiện việc lựa chọn dung dịch trơn nguội để làm mát gia công tốc độ cao máy CNC đa dạng Tuy nhiên nước ta chia làm hai phương pháp sử dụng chất lỏng sử dụng khí nén: - Chất lỏng: Sử dụng dung dịch VIPEC VM-H22 & VM-H46 ( nước pha trộn chất phụ gia bôi trơn, phụ gia chống rỉ) - Làm mát khí nén: Khi tốc độ cắt lớn sinh nhiệt vùng cắt cao sử dụng phương pháp làm thoát nhiệt nhanh vùng cắt khắc phục nhược điểm sử dụng dung dịch trơn nguội Ngoài hai phương pháp có phương pháp khác sử dụng rộng rãi nước tiên tiến: - Làm mát Phun sương: Phương pháp xé tơi chất lỏng vào vùng cắt 67 - Làm mát cách phun nitơ lỏng: Đây dung dịch bôi trơn làm nguội sử dụng Nitơ lỏng, dòng nitơ đưa vào vùng nhiệt cắt Hiện phương pháp phát triển để thực công việc làm mát bôi trơn - Phương pháp gia công lạnh: Vật liệu gia công làm lạnh đến nhiệt độ thấp trước gia công thay phương pháp làm mát nói Việc lựa chọn phương pháp làm mát làm tăng hiệu trình cắt gọt, tiến trình gia công ổn định, làm tăng độ bóng bề mặt, làm tăng tuổi thọ dao, chống mài mòn máy rỉ dụng cụ thiết bị 68 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Hiệu kinh tế gia công máy CNC Hiệu kinh tế gia công chi tiết máy CNC tiêu quan trọng để xác định cần thiết sử dụng máy CNC trình công nghệ phạm vi ứng dụng Các máy CNC có giá thành cao so với máy vạn thông thường, hiệu sử chúng phải thể suất lao động, độ xác, hệ số chất tải khả thực chương trình lập sẵn *Các tiêu hiệu kinh tế Các tiêu hiệu kinh tế gia công CNC bao gồm: hiệu kinh tế hàng năm E0; thời gian hoàn vốn T0; hiệu kinh tế suốt thời gian sử dụng máy Ec giảm giá thành gia công ∆C - Hiệu kinh tế hàng năm Hiệu kinh tế hàng năm E0 sử dụng máy CNC xác định chi phí quy đổi hàng năm để chế tạo khối lượng sản phẩm sau: E0= P1-P2=(C1+mk1)β-(C2+mk2) (đồng)(4.1) P1, P2- chi phí quy đổi năm phương án chuẩn( gia công máy vạn năng) phương án mới(gia công máy CNC) C1, C2- giá thành gia công năm phương án chuẩn phương án (đồng) K1, K2- vốn đầu tư cố định lưu động (đồng) 69 β- hệ số chi phí quy đổi, β= xy ( x hệ số tăng suất tương máy CNC so với máy vạn năng, y tỷ số quỹ thời gian nguyên công máy CNC máy vạn năng); m- hệ số hiệu đầu tư(m= 0,15) Ta nhận thấy hiệu kinh tế hàng năm máy CNC tăng β tăng, C K2 giảm Trong trường hợp hệ số x công thức β= xy tăng chi phí quy đổi Theo phương án chuẩn giảm chi phí quy đổi Theo phương án - Thời gian hoàn vốn Trong thời gian hoàn vốn T0 sử dụng máy CNC xác định Theo công thức: ( K − βK ) T0= βC − C (năm) (4.2) Gia công máy CNC có hiệu T 0