NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ dập bán TINH BÁNH RĂNG côn XOẮN TRONG bộ VI SAI XE tải

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP BÁN TINH BÁNH RĂNG CÔN XOẮN TRONG BỘ VI SAI XE TẢI Phạm Văn Nghệ1, Hoàng Minh Tuấn2, Nguyễn Quang Thắng3 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nghepv.gcal@gmail.com; nghe.phamvan@hust.edu.vn Công ty TNHH Fumee Tech hoang.mtuan@fumee.vn Trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội nqthangbk@gmail.com TÓM TẮT: Hộp vi sai phận quan trọng hệ thống truyền động xe Các chi tiết bánh có u cầu xác kích thước, u cầu tính cao Vì vậy, bánh vi sai yêu cầu tạo hình cơng nghệ dập khối giúp tăng độ bền, tăng tuổi thọ, giảm chi phí gia cơng tiết kiệm vật liệu Tuy nhiên, bánh côn xoắn hộp vi sai chi tiết khó tạo hình sản phẩm có nhiều góc cạnh, đặc biệt phần xoắn, Việt Nam chế tạo bánh xoắn hồn tồn gia công cắt gọt dừng lại bước rèn tạo phôi Việc xác định thông số công nghệ hợp lý để dập bán tinh chi tiết bánh xoắn có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn việc phát triển công nghiệp hỗ trợ Việt Nam giai đoạn lâu dài Từ khóa: vi sai, bánh xoắn, dập bán tinh, tối ưu thông số công nghệ I ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ rèn dập phương pháp gia công kim loại áp lực để nhận chi tiết có hình dạng kích thước mong muốn Đây loại hình cơng nghệ ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt lĩnh vực khí, điện – điện tử, công nghiệp ô tô, tàu thủy, hàng khơng, cơng nghiệp quốc phòng, cơng nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, hóa chất, y tế, với sản phẩm đa dạng chủng loại lẫn kích thước Sở dĩ cơng nghệ rèn dập đóng vai trò quan trọng phát triển nhanh chóng chúng sở hữu nhiều ưu điểm bật so với loại hình cơng nghệ khác tiết kiệm ngun vật liệu (gia công không phoi), suất cao, cải thiện tính, khả tự động hóa sản xuất, sản phẩm có độ phức tạp xác cao,… Do nhu cầu thị trường nước loại xe ô tô ngày lớn, đồng thời chịu ảnh hưởng từ hiệu lực Hiệp định Thương mại Hàng hóa ASEAN (ATIGA), đòi hỏi cấp thiết doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô phải gia tăng tỷ lệ nội địa hóa, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm để cạnh tranh với sản phẩm ngoại nhập, trì ngành cơng nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô Việt Nam Tuy nhiên, với sản lượng ô tô sản xuất lắp, lắp ráp nước lớn (đạt 283.300 xe năm 2016), nhà sản xuất ô tô nước nội địa hóa số chi tiết đơn giản, hàm Trang 202 lượng công nghệ thấp gương, kính, ghế ngồi, dây điện ắc quy, săm lốp,… chi tiết có độ phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao phải nhập từ nước động cơ, khung gầm, vỏ, phận truyền động hộp số, cầu xe,… Vì vậy, nghiên cứu, áp dụng giải pháp công nghệ để sản xuất chế tạo phụ tùng, linh phụ kiện phục vụ cho ngành công nghiệp ô tô nước không nhu cầu nhà sản xuất lắp ráp tơ mà doanh nghiệp khí muốn tham gia vào ngành công nghiệp hỗ trợ Chi tiết bánh côn xoắn nằm vi sai chi tiết quan trọng hệ thống truyền động ô tô, máy kéo máy bay… chất lượng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng độ an toàn phương tiện Gia công cắt gọt phương pháp truyền thống để chế tạo bánh côn xoắn Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm hệ số sử dụng vật liệu cao, suất thấp, đồng thời thớ kim loại bị cắt gọt, không liên tục nên tính tuổi thọ khơng cao Hiện nay, công nghệ dập bán tinh ứng dụng rộng rãi chế tạo bánh ưu điểm tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm chi phí gia công cho suất cao, tạo thớ kim loại liên tục theo profin răng, tăng độ bền mỏi tuổi thọ bánh răng, thích hợp với điều kiện làm việc khắc nghiệt, chịu tải trọng lớn HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Hình Thớ kim loại chi tiết bánh côn xoắn dập bán tinh II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Xác định trình tạo hình Trong nghiên cứu này, trình tạo hình bao gồm ba ngun cơng Ngun cơng chồn kết hợp với đột lỗ từ phôi trụ tạo thành phôi trung gian, nguyên công thứ hai cán vòng để tăng đường kính đường kính ngồi phơi đến kích thước mong muốn Cuối ngun cơng dập bán tinh, sử dụng lòng khn kín để tạo hình bánh với biên dạng Số 37 Module/mm Hình Mơ hình 3D bánh xoắn thơng số Góc áp lực/0 22.5 Góc xoắn/0 35 Chiều rộng răng/mm vành 2.2 Vật liệu Vật liệu lựa chọn thép hợp kim SCM440, có hàm lượng Crom cao, có độ cứng khả chống chịu mài mòn tốt, sử dụng phổ biến để chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng, bào mòn va đập mạnh bánh răng, trục truyền động… dùng công nghiệp ô tô, xe gắn máy, chế tạo chi tiết máy cơng nghiệp Thành phần hóa học: Tiêu Mác C Mn P S Si Ni Cr Mo chuẩn thép JIS SCM440 0.300.750.035 0.04 0.150.25 0.8-1.2 0.15G4105 0.43 1.00 0.35 (max) 0.25 Tính chất lý: Sức bền kéo (MPa) Giới hạn chảy (MPa) Modun cắt (GPa) 655 556 80 Trang 203 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Modun đàn hồi (GPa) Hệ số Poisson Độ dãn dài tới điểm gãy (50 mm) Độ cứng Rockwell C (HRC) Khối lượng riêng (g/cm3) Khả gia công 190 -210 0.29 26% 52 7.8 65% 2.3 Các điều kiện biên mô a Thiết kế khuôn Kết cấu khuôn xây dựng phần mềm CAD-3D phù hợp với quy trình chế tạo chi tiết Hình Kết cấu khuôn dập chi tiết bánh côn xoắn Khuôn gồm phận khn khn lắp máy trục khuỷu dập nóng 1000 Nguyên lý hoạt động khuôn dựa nguyên tắc tạo hình chi tiết khn kín ưu điểm dập tạo hình khn kín vật dập xác Khn đóng kín nhờ chế nén lò xo q trình khn xuống theo đầu trượt máy, lò xo ln đảm bảo cho vùng tạo hình chi tiết kín suốt q trình biến dạng tạo hình Thông thường, yêu cầu công nghệ thường sử dụng thiết bị song động kết cấu thủy lực, khí nén để đóng khn Tuy nhiên, lực rèn dập nước ta hạn chế Đồng thời giảm chi phí chế tạo nên nhóm nghiên cứu ứng dụng nguyên lý tạo hình chế đóng kín khn lò xo b Mơ q trình biến dạng Trang 204 Nhóm nghiên cứu thực mơ q trình tạo hình dựa phương pháp phần tử hữu hạn Nguyên công dập bán tinh thực máy ép trục khuỷu dập nóng 1000T, hành trình đầu trượt 254 mm Nhiệt độ phơi đầu vào 1200oC vùng nhiệt độ nằm vùng nhiệt độ kết tinh lại vật liệu, khả biến dạng phôi lớn Hệ số ma sát 0.3, chia lưới 110 nghìn phần tử để kết mơ Với kích thước khối lượng chi tiết 110 nghìn phần tử cho ta kích thước phần tử 0.76 mm kích thước max phần tử 1.5 mm Với kích thước phần tử nhỏ nhiều so với bán kính góc lượn bề mặt góc cạnh khn cho kết xác HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM a- Mơ hình lưới phơi b- Kích thước phần tử phơi Hình Chia lưới mơ hình phơi đầu vào 2.4 Kết mô a Hướng chảy vật liệu Hình Hướng chảy vật liệu Vật liệu có xu hướng chảy điền đầy góc cạnh khn, Xu hướng chảy điền đầy nhanh vùng khác Tốc độ chảy vật liệu ảnh hưởng đến khả điền đầy vật liệu dập tạo hình, tốc độ cao khả a- Hành trình 40% điền đầy Tốc độ chảy điền đầy cuối trình dập khoảng 45 mm/giây, tốc độ nằm giới hạn tốc độ biến dạng vật liệu q trình dập tạo hình máy ép trục khuỷu 1000 phù hợp b- Hành trình 85% c- Hành trình 100% Hình Quá trình tạo hình chi tiết Trang 205 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Trong q trình tạo hình, vật liệu khơng chảy tập trung chỗ mà chảy răng, yếu tố cần thiết trình tạo hình Ta so sánh với mơ báo nghiên cứu khác để thấy trình tạo hình q trình đồng Do đó, phương pháp dập tạo hình chi tiết áp dụng phù hợp với tình hình rèn dập nước ta Hình Quá trình tạo hình bánh côn xoắn nghiên cứu giới b Ứng suất trình tạo hình Hình Ứng suất tạo hình Ứng suất thời điểm kết thúc vật dập lớn với giá trị 200 MPa bề mặt Kết mô cho thấy ứng suất bề mặt ứng suất khơng có điểm bất thường bề mặt, vật liệu điền đầy bề mặt c Nhiệt độ tạo hình Hình Nhiệt độ tạo hình Nhiệt độ sau dập đạt khoảng 1000oC Những vùng vật liệu biến dạng nhiều nhiệt độ cao tính chất biến dạng Nhiệt độ ảnh hưởng đến lực dập chất lượng sản phẩm Sau Trang 206 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM dập tạo hình từ phơi nóng nhiệt độ kết thúc dập phải lớn nhiệt độ kết tinh lại để ta có phương pháp giảm nhiệt để tạo tính vật liệu tốt phù hợp cho loại vật liệu d Lực dập Hình 10 Biểu đồ lực dập Lực dập tối đa 503 tấn, lực phù hợp với lực công nghệ máy ép trục khuỷu dập nóng 1000 Q trình tạo hình biên dạng răng, lực dập tăng lên nhanh độ phức tạp bề mặt Hình 10 Hình 11 Lực dập ảnh hưởng trực tiếp đến thiết bị Để tránh tình trạng hư hỏng tải lực dập thiết bị ta dựa kết mơ để chọn thiết bị phù hợp Hình 11 Đồ thị lực dập chi tiết bánh côn xoắn nghiên cứu thới KẾT LUẬN - Khả tạo hình biên dạng trình dập bán tinh tương tốt, lực dập đạt 503 tấn, phù hợp dập máy ép trục khuỷu dập nóng 1000T - Ứng suất trình tạo hình cao (200 MPa) yêu cầu lựa chọn vật liệu làm khuôn có độ bền cao chịu nhiệt - Nhiệt độ phôi dập 12000C, cần ý đến tượng oxy hóa tạo vảy rèn, ảnh hưởng tới độ xác chất lượng bề mặt bánh Ngoài cần lựa chọn phương pháp làm nguội phù hợp cho chi tiết để tránh tượng co ngót vật liệu phân bố ứng suất không - Nghiên cứu thành công kết cấu khuôn dập khối khuôn kín cấu lò xo cho thiết bị khơng có cấu song động, tiết kiệm chi phí cho sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm văn Nghệ, Đinh Văn Phong, Cơng nghệ dập tạo hình khối, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2008 Đinh Bá Trụ, Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, Học viện kỹ thuật Quân sự, 2000 Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên, Mơ số q trình biến dạng, NXB ĐHBK Hà Nội, 2011 Gao Zhenshan, Deng Xiaozhong, Chen Fuxiao, A study on gear tooth metal flowing law and process optimization of spiral bevel gear forging, 2013 Trang 207 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM A STUDY ON SEMI-FINISH FORGING TECHNOLOGY OF SPIRAL BEVEL GEAR IN THE TRUCK DIFFERENTIAL ABSTRACT: The differential is an important component in all cars and trucks Differential gears require high precision and high strength; therefore, if we apply advanced hot forging technologies to manufacture, it can help increase durability and lifetime, reduce machining cost and save more materials Nevertheless, spiral bevel gears in the differential are difficult to form because of corners and edges especially gear tooth corners; hence, currently in Vietnam spiral bevel gears can only be manufactured by machining competely or just producing preforms for further machining operations Determining technology parameters of semi-finish forging process of spiral bevel gear plays a very important roles in theory and practice for Vietnamese supporting industries development now and in the long run Keywords: differential, spiral bevel gear, semi-finish forging, optimize technology parameters Trang 208 ... Hình Thớ kim loại chi tiết bánh côn xoắn dập bán tinh II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Xác định trình tạo hình Trong nghiên cứu này, q trình tạo hình bao gồm ba ngun cơng Ngun công chồn kết hợp với đột... tải lực dập thiết bị ta dựa kết mô để chọn thiết bị phù hợp Hình 11 Đồ thị lực dập chi tiết bánh côn xoắn nghiên cứu thới KẾT LUẬN - Khả tạo hình biên dạng trình dập bán tinh tương tốt, lực dập. .. phôi trung gian, nguyên công thứ hai cán vòng để tăng đường kính đường kính ngồi phơi đến kích thước mong muốn Cuối nguyên công dập bán tinh, sử dụng lòng khn kín để tạo hình bánh với biên dạng Số