Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng trục cam xe máy w110

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa Hà Nội ****************************** Luận văn Thạc sỹ Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy mài bóng trục cam xe máy w110 Giáo viên hớng dẫn: Học viên : Lớp : TS Hoàng Vĩnh Sinh Đặng Kiên Giang Cao học CNCK 2007 -2009 Hà Nội - 10 /2009 MỤC LỤC Trang Danh sách vẽ ký hiệu sử dụng luận văn Mục Lục Lời nói đầu Chương Mài nghiên cứu gia công mài 1.1 Bản chất trình mài 1.2 Đặc điểm q trình mài 1.3 Các phương pháp cơng nghệ mài 1.4 Đánh giá hiệu trình mài 14 1.5 Các phương pháp đặc tính cắt đá mài 14 1.6 Ưu nhược điểm phương pháp gia công đá mài 24 1.7 Các thơng số đặc trưng cho q trình mài 26 Chương Giới thiệu máy mài trục cam 29 2.1 Nguyên lý hoạt động máy mài cam 29 2.2 Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo số chi tiết quan trọng 33 2.3 Tính máy (Các thông số kỹ thuật máy) 38 2.4 Nguyên lý vận hành máy ( hướng dẫn sử dụng) 39 Chương Tối ưu hóa q trình mài trục cam cho xe máy honda W110 52 3.1 Giới thiệu trục cam yêu cầu kỹ thuật trục cam xe máy W110 52 3.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm xửt lý kết 55 3.3 Tiến hành thực nghiệm xử lý kết 56 3.4 Phân tích giải thích kết 58 Chương Kết luận hướng phát triển 59 4.1 Kết luận 60 4.2 Hướng phát triển 60 Phụ lục Bộ tài liệu vẽ chế tạo số chi tiết 61 Phụ lục Các kết đo kiểm 70 Tài liệu tham khảo 78 Lời nói đầu Việc ứng dụng mài nguyên công gia công lần cuối xuất cách khoảng triệu năm, mà dụng cụ thời tiền sử sản xuất trình mài (chipping-abrade) Các hạt mài tự nhiên sử dụng năm 1980, mà quặng phát khai thác để chế tạo Al2O3 SiC Các hạt mài nhân tạo tỏ có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên khống chế lượng tạp chất đó, điều khiển chất lượng hạt mài q trình sản xuất Cơng nghiệp sản xuất hạt mài điều khiển tính chất kích thước hạt, độ bền hạt phù hợp với ứng dụng mài khác Trong Thế chiến thứ II, việc cung cấp không liên tục kim cương tự nhiên để làm đá mài thúc đẩy nghiên cứu phát triển vật liệu thay chúng Năm 1955, nhiều phát kiến việc phát triển vật liệu mài đưa đến thành công chế tạo kim cương nhân tạo Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phương (CBN-Cubic Bor Nitride) chế tạo Kim cương CBN nhân tạo biết đến tên Superabrasive chúng có tính chất tốt, đáp ứng độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén hệ số dẫn nhiệt, … Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật nói chung ngành chế tạo máy nói riêng, ngày có nhiều loại vật liệu đời đáp ứng yêu cầu ngày cao lí tính tính chất đặc biệt khác, tính gia cơng loại vật liệu thấp (khó gia cơng), đồng thời chi tiết có yêu cầu ngày cao chất lượng độ xác Do phạm vi sử dụng phương pháp mài ngày mở rộng Quá trình mài bao gồm tượng: cắt (cutting), cày (ploughing) trượt (rubbing) Các tượng xảy đồng thời phụ thuộc vào tương tác hạt mài vật liệu gia công Mài cịn gọi dụng cụ cắt có lưỡi cắt khơng xác định, khơng xác định có nhiều tượng ngẫu nhiên, khơng theo quy luật, ví dụ thơng số hình học hạt mài, kích thước hạt, phân bố hạt bề mặt đá, vỡ hạt tách khỏi bề mặt đá hạt Chính thế, việc nghiên cứu điều khiển q trình mài phức tạp so với trình gia công khác Trong ngành chế tạo máy đại, mài chiếm tỷ lệ lớn, máy mài chiếm khoảng 30% tổng số máy cắt kim loại Đặc biệt ngành chế tạo trục cam xe máy, nguyên cơng mài chiếm khoảng 60% tồn quy trình cơng nghệ Luận văn đề tài nghiªn cøu, thiÕt kÕ chế tạo máy mai bóng trục cam xe máy w110 Máy thực việc mài bóng bề mặt vấu cam, ngun cơng cuối quy trình chế tạo trục cam xe máy W110 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Chương MÀI VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GIA CƠNG MÀI 1.1 Bản chất q trình mài Mài trình cắt gọt thực đồng thời nhiều hạt mài có lưỡi cắt khác phân bố ngẫu nhiên bề mặt đá mài Do hạt mài có hình dáng hình học đa dạng, khó xác định quan hệ kích thước, thơng số hình học dụng cụ cắt có lưỡi Song đa số hạt mài có góc trước âm vật liệu gia công chủ yếu biến dạng lớn mài Nghiên cứu riêng rẽ trình cắt hạt mài ta nhận thấy tương tự trình cắt dao tiện với góc trước âm (γ < 0) Vậy dựa vào mơ hình cắt tiện phay để xây dựng mơ hình cắt mài Do góc trước âm (γ < 0), nên vật liệu chịu biến dạng lớn cắt Trong mặt phẳng trượt ngang tồn lực ma sát lớn Giữa chi tiết đá lực ma sát tăng lên đáng kể Hình 1.1: Sơ đồ xác định góc trước hạt mài Gọi: ρ - Bán kính cong đỉnh hạt mài điểm x ax - Độ dày lớp phoi hớt điểm x γx - Góc trước điểm x ⎛ ρ − ax ⎞ ⎟⎟ ⎝ ρ ⎠ Khi đó: γx = arcsin ⎜⎜ [1-1] Do γx thay đổi theo vị trí cắt x mà mức độ biến dạng vật liệu khác nhau, đặc biệt: □ ax = γx = 900 lúc q trình cắt khơng xảy mà có tượng biến dạng bề mặt □ ax = ρ γx = lúc xảy trượt trơn bề mặt đá bề mặt chi tiết Một hạt mài tham gia q trình cắt khơng liên tục, vận tốc cắt lớn, thời gian mà hạt mài tác động lên bề mặt chi tiết nhỏ (từ 0,0001 ÷ 0,00005 giây), số lượng hạt mài lớn, nên q trình tạo phoi coi xảy liên tục Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -1- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 1.2 Đặc điểm trình mài Khi mài, phoi cắt khác hình dáng kích thước, hạt mài phân bố ngẫu nhiên bề mặt đá với chiều cao khác nhau, khoảng cách hạt khác nhau, hạt có kích thước hình dáng khác Các hạt mài làm việc tốc độ cao cắt số lớn phoi mỏng (tới 100 triệu phoi phút) Lớp phoi cắt hạt mài riêng lẻ bóc nhỏ (khoảng vài đến vài chục µm) Gọi bán kính cong mũi hạt mài ρ, chiều dày lớp kim loại hớt a Quá trình trình tách phoi hạt mài chia ba giai đoạn sau: Hình 1.2: Quá trình tách phoi hạt mài - Ở giai đoạn đầu (hình 1-2.a) mũi hạt mài bắt đầu va đập vào bề mặt gia công Lực phụ thuộc vào tốc độ mài trị số lượng chạy dao (lượng tiến dọc ngang đá vào vật gia cơng) Nếu bán kính cong ρ hạt nhỏ độ bền động học nhỏ [5], va đập tiếp xúc với vật mài hạt mài bị phá huỷ cắt gọt Nếu mũi hạt mài có bán kính cong ρ hợp lý cắt gọt thuận lợi Trường hợp bán kính cong hạt mài lớn chiều dày a nhiều, hạt mài trượt bề mặt vật mài, làm cho áp lực tăng dần Ở thời điểm vật mài bị nung nóng giữ lượng nhiệt lớn (hạt mài bị cùn mòn) - Tiếp theo giai đoạn hai, áp lực mài tăng lên, nhiệt lớp bề mặt mài tăng lên làm cho biến dạng dẻo kim loại tăng dần, lúc bắt đầu xảy trình cắt phoi (hình 1-2.b) - Khi chiều sâu cắt lớp kim loại đạt trị số a với điều kiện a ≥ ρ xảy việc tách phoi (hình 1-2.c) Vì vậy, trình làm việc hạt mài với chi tiết chia thành giai đoạn chủ yếu: trượt, nén, tách phoi Cung tiếp xúc hạt mài chi tiết thay đổi, cạnh mép cắt phân bố xếp theo hướng khác Bán kính cong hạt không giống mà luôn thay đổi q trình mài Những hạt mài có bán kính ρ lớn khơng thể cắt lớp kim loại mỏng, trường hợp này, hạt mài không cắt gọt được, mà xảy tượng “nạo” bề mặt kim loại, làm cho áp lực mài tăng lên, nhiệt phát sinh lớn Các hạt mài có chiều cao nhơ khỏi chất dính kết khơng nhau, đó, lực tác động lên chúng khác Nhiều hạt mài không tham gia vào trình cắt (chỉ khoảng 10% số hạt tham gia cắt thực sự), chúng theo quỹ đạo trùng với quỹ đạo hạt trước Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -2- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Sau thời gian làm việc, nhiều hạt mài bị mòn, tải trọng tác động lên chúng vượt giới hạn cho phép, đó, chúng bị sứt, vỡ mảnh, tróc hẳn khỏi chất dính kết tạo thành lưỡi cắt Hiện tượng gọi tượng tự mài sắc Như vậy, khác hẳn với phương pháp gia công cắt gọt khác, dụng cụ mài có khả tự mài sắc q trình gia cơng Trong q trình gia cơng tác động nhiệt cắt, vật liệu vùng gia cơng có xu hướng mềm hóa Mặt khác, hạt mài có độ cứng độ chịu nhiệt cao, nên mài có khả gia cơng vật liệu cứng (kể hợp kim cứng) Nhiệt cắt mài lớn, lượng nhiệt không kịp mơi trường hồn tồn, làm nóng tồn lớp kim loại bề mặt vật mài gây biến dạng nhiệt, thay đổi lý tính, vết cháy, vết nứt tế vi v…v… Hầu hết phoi tạo mài dung dịch trơn nguội lực ly tâm đẩy khỏi vùng gia công Tuy nhiên, gia cơng vật liệu mềm, phoi khơng hết chèn đẩy khe hở hạt mài, làm cho lưỡi cắt thực thơng số hình học hạt mài bị thay đổi, khả cắt giảm nhanh 1.3 Các phương pháp công nghệ mài 1.3.1 Mài phẳng Mài phẳng phương pháp gia công tinh mặt phẳng sau qua phay bào, chưa qua nhiệt luyện Ngày trình độ cơng nghệ nâng cao, xu hướng chung người ta tập trung nghiên cứu thực tối ưu hố q trình tạo phơi, giảm lượng dư gia cơng cắt gọt, nâng cao độ xác hình dạng, độ xác kích thước chất lượng bề mặt phơi, sau dùng mài thơ thay cho phương pháp gia công cắt gọt khác nhằm tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí gia cơng rút ngắn qui trình cơng nghệ, đặc biệt chi tiết khó gá đặt (ví dụ, séc măng) Mài phẳng thơng thường đạt độ xác cấp 7, Ra = 0,8ữ1,6 àm, nu chun b cụng ngh tốt đạt độ xác cấp 6, Ra = 0,4 µm Mài phẳng đá mài hình trụ thực máy mài phẳng có bàn máy chuyển động tịnh tiến thực tiến dao dọc Sdọc, đầu mang dao thực chuyển động tịnh tiến dao ngang Sngang để mài hết chiều rộng chi tiết tiến dao dọc Sdọc sau lượt mài để mài hết lượng dư gia cơng (hình 1-3.a) thực máy có bàn máy quay trịn quanh tâm cịn đầu đá thực chuyển động tiến dao ngang Sngang chuyển động tiến dao dọc Sdọc sau lượt mài (hình 13.b) Hình 1.3: Sơ đồ phương pháp mài phẳng đá mài hình trụ Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -3- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Phương pháp mài phẳng đá mài hình trụ có ưu điểm dễ phoi, dễ nhiệt dễ đưa dung dịch trơn nguội vào vùng cắt, đảm bảo độ xác cao Tuy nhiên diện tích tiếp xúc đá chi tiết nhỏ nên suất thấp Để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng đá có bề rộng lớn bề rộng chi tiết Trong trường hợp đầu đá thực tiến dao dọc Sdọc sau hành trình kép bàn máy, nhiên máy phải đảm bảo độ cứng vững phải sửa đá cẩn thận để tránh đầu đá bị côn đường sinh đá không thẳng dễ gây sai số in dập bề mặt chi tiết gia cơng Có thể dùng chu vi đá mặt đầu đá (hình 1.4) Đá mài có chuyển động quay trịn sau hành trình bàn máy có chuyển động chạy dao để cắt hết lượng dư Chi tiết kẹp bàn máy có chuyển động tịnh tiến quay theo bàn máy (chuyển động chạy dao) Hình 1-4: Sơ đồ mài phẳng đá mài mặt đầu 1.3.2 Mài trịn ngồi Mài trịn ngồi thường dùng để gia cơng mặt trụ ngồi Chi tiết đá mài có chuyển động tương đối sau: - Chi tiết quay tròn đồng thời chuyển động tịnh tiến dọc trục (chạy dao dọc); đá quay tròn sau hành trình lại sâu vào chi tiết lượng t (chạy dao ngang) Tập hợp chuyển động cho chất lượng gia công cao, máy phải có kích thước lớn - Chi tiết quay trịn, đá mài vừa quay tròn vừa thực hiên hai chuyển động chạy dao ngang dọc Mài trịn ngồi có tâm có tính vạn cao Khi mài gá chi tiết hai mũi tâm đầu mâm cặp, đầu mũi tâm Nên dung hai mũi tâm làm chuẩn tinh thống để lượng dư đảm bảo đồng tâm bậc trục Sau nhiệt luyện cần nắn thẳng sửa lại lỗ tâm trước mài Thông thường nên sử dụng phương pháp mài trịn ngồi có tâm tiến dao dọc (hình 1.5.a) với sngang = 0,005 ÷ 0,02 mm/1 hành trình kép để lực hướng kính bé, chi tiết biến dạng, nâng cao độ xác gia cơng Để nâng cao suất bóc phoi ta sửa đá vát góc 20 ÷ 30 (hình 1-5.b) Khi mài tinh hành trình cuối khơng thực tiến dao ngang mà thực tiến dao dọc mài hết hoa lửa Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -4- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Hình 1.5: Sơ đồ phương pháp mài trịn ngồi Khi chi tiết ngắn, đường kính lớn, độ cứng vững cao người ta dùng phương pháp tiến đá hướng kính (Sdọc = 0, Sngang ≠ 0) để tăng suất (hình 1.5.c) Với phương pháp mài định hình cách sửa đá có hình dạng âm chi tiết cần gia cơng Người ta tiến hành gia công đồng thời mặt trụ mặt đầu phương pháp tiến đá theo phương tạo với trục nằm ngang góc 450 (hình 1.5.d) Phương pháp cho suất cao độ xác khơng cao tốc độ cắt điểm đá khác dẫn tới đá mịn khơng 1.3.3 Mài trịn Chi tiết đá mài có chuyển động quay ngược nhau, đá mài có chuyển động ngang để ăn hết chiều sâu chi tiết Đá mài chi tiết có chuyển động dọc trục để gia công hết chiều dài chi tiết (hình 1.6) Hình 1.6: Sơ đồ phương pháp mài tròn Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -5- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Trong trường hợp chi tiết nặng, đá mài chuyển động hành tinh, vừa quay tròn quanh trục đá để cắt, vừa quay chậm xung quanh trục chi tiết Lượng chạy dao dọc đá mài chi tiết đảm nhiệm 1.3.4 Mài dây Mài dây (hình 1.7) ngày sử dụng rộng rãi chế tạo máy nhờ ưu điểm: cân sửa dây, dễ thay dây, thay đổi đặc tính trình mài cách thay đổi cặp lăn tiếp xúc Chất dính kết để làm dây mài có hệ số ma sát với kim loại bé, giảm lực cắt, nhiệt cắt, công suất, nâng cao chất lượng giảm giá thành gia cơng Hình 1.7: Sơ đồ phương pháp mài dây Để nâng cao độ bóng bề mặt, số máy mài dây người ta tạo thêm chuyển động dao động phụ cho dây mài 1.3.5 Mài vô tâm Khi mài vô tâm (hình 1.8) chi tiết đặt tự đỡ hai viên đá mài Một hai viên đá giữ nhiệm vụ cắt, viên đá dẫn (làm quay chuyển động chi tiết dọc trục) Mài vô tâm phương pháp cho hiệu kinh tế cao, giảm bớt thời gian kẹp chặt định tâm chi tiết, yêu cầu tay nghề cơng nhân khơng cao phế phẩm Ngồi q trình mài vơ tâm dễ tự động hố Khi mài vơ tâm có hai phương pháp chạy dao: chạy dao dọc chạy dao ngang Phương pháp chạy dao dọc dùng để mài chi tiết khơng có bậc, cịn chi tiết có bậc có chiều dài gần chiều rộng đá mài mài theo phương pháp chạy dao ngang Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -6- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Hình 1.8: Sơ đồ phương pháp mài vô tâm Trong trình mài, dịch chuyển chi tiết song song với trục (chuyển động chạy dao), thực nhờ đặt nghiêng bánh dẫn góc α mặt phẳng đứng (α = 1,50 ÷ 60) Khi đó: SM = vb.sinα (1-2) SM : Tốc độ dịch chuyển dọc trục chi tiết, (mm/ph) vb : Tốc độ bánh dẫn, (m/ph) α : góc nghiêng trục bánh dẫn, (độ) Do quay trục bánh dẫn góc α nên tiếp xúc bánh dẫn chi tiết thực tế đường mà điểm Muốn tránh tượng trượt người ta thường làm bánh dẫn có dạng hypecbol Thực tế, sửa bánh dẫn đơn giản, dùng bút chì kim cương đặt ngang tâm đá cho chuyển động dọc theo đường sinh chi tiết (theo đường tiếp xúc bánh dẫn chi tiết) Hình 1.8.b sơ đồ phương pháp mài vô tâm Bánh dẫn làm quay chi tiết với tốc độ vu (vu bé so với v đá) Con lăn quay theo chi tiết 2, tỳ chặt chi tiết vào lăn Cuối hành trình làm việc cần đẩy chi tiết khỏi vị trí làm việc 1.3.6 Mài khôn Mài khôn phương pháp gia công tinh lỗ mài Đầu khơn gồm thân có gắn số mài có độ hạt bé Khi làm việc, đầu khơn quay trịn với tốc độ v đồng thời có chuyển động tịnh tiến dọc trục lỗ với tốc độ thấp vo (khi mài thép gang v = 15 ÷ 75 m/ph vo = 12 ÷ 20 m/ph), mài thép tơi v = 18 ÷ 28 m/ph vo = ÷ 10 m/ph Mài khơn đạt độ xác độ bóng cao Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 -7- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Hình 3.3 Quan hệ độ nhám Ra với vận tốc quay khối lượng đối trọng Đặng Kiên Giang - CNCK 2007-2009 - 54 - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đánh bóng trục cam xe máy W110 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Từ kết thực nghiệm cho thấy với điều kiện biên ( đầu vào) không đổi :giấy mài, thời gian gia công, dầu bôi trơn làm mát … thông số : khối lượng đối trọng m=2.800g tốc độ quay trục cam v= 30 vịng/phút máy gia cơng độ nhám bề mặt vấu cam Ra