Nghiên cứu công nghệ hàn đắp phục hồi trục cam động cơ ô tô bị hỏng do mài mòn

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, cao học, thạc sĩ, tiến sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------      ---------- BÙI HUY TƯỞNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ðẮP PHỤC HỒI TRỤC CAM ðỘNG CƠ ÔTÔ BỊ HỎNG DO MÀI MÒN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ HUY LÂN HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 1 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. . Hà Nội, Ngày tháng năm 2010 Tác giả luận văn Bùi Huy Tưởng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 2 LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Thày giáo. TS Vũ Huy Lân, ñã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp ñỡ tôi trong quá trình làm ñề tài và hoàn thành Luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ vật liệu – Khoa Cơ ðiện - trường ñại học Nông Nghiệp Hà Nội, bộ môn hàn và công nghệ vật liệu viện Cơ khí trường ñại học Bách Khoa Hà Nội, PTN trọng ñiểm công nghệ hàn và xử lý bề mặt ñã giúp ñỡ và tạo mọi ñiêu kiện cho tôi trong quá trình thực hiện ñề tài. Qua ñây tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thày, cô giáo ñã giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Cảm ơn ban giám hiệu, tập thể giáo viên trường Cao ñẳng Công nghiệp Nam ðịnh, tập thể giáo viên khoa cơ khí và bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi và giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này. Tác giả luận văn Bùi Huy Tưởng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 3 MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn 2 Mục lục iii Danh mục bảng i5 Danh mục hình 7 LỜI MỞ ðẦU 1 Chương I PHÂN TÍCH LỰA CHỌN QUY TRÌNH PHỤC HỒI TRỤC CAM 2 1.1 Công dụng và vật liệu chế tạo trục cam 2 1.2 ðiều kiện làm việc và những hư hỏng thường gặp của trục cam 4 1.3 Lựa chọn phương án phục hồi trục cam 7 1.3.1 Phun phủ kim loại 7 1.3.2 Hàn ñắp 11 1.3.3 Chọn lựa phương pháp hàn phục hồi. 13 1.4 Yêu cầu kỹ thuật ñối với trục cam sau khi sửa chữa 17 1.5 Những khó khăn khi hàn ñắp phục hồi trục cam 20 1.6 Ứng suất dư và biến dạng của chi tiết hàn có liên quan với trường nhiệt ñộ. 21 1.7 Chọn giải pháp công nghệ hàn 32 1.7.1 ðánh giá sơ bộ tính hàn của thép (kim loại cơ bản ) 32 1.7.2 Chọn vật liệu hàn ñắp 33 1.8 Chọn chiều dày lớp trung gian 36 Chương II: LẬP QUY TRÌNH PHỤC HỒI CAM BỊ MÒN 39 2.1 Mài làm sạch trục trước khi hàn 40 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 4 2.2 Chọn vật liệu và chế ñộ hàn 41 2.2.1 Vật liệu hàn 41 2.2.2 Chọn chế ñộ hàn lớp lót 43 2.2.3 Chọn chế ñộ hàn lớp ñắp 44 2.3 Kỹ thuật hàn 47 2.3.1 ðề xuất phê chuẩn thợ hàn 47 2.3.2 Quy trình hàn thử trên mẫu 49 2.3.3 Kỹ thuật hàn ñắp trên trục cam 51 2.4 Xử lý nhiệt sau khi hàn 53 2.5 Gia công cơ khí 55 2.5.1 Chép hình cam bị mòn. 55 2.5.2 Mài cam sau khi hàn phục hồi 57 2.5.3 Thông số quá trình mài trục cam 58 Chương III. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VÀ ðÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 59 3.1 Kiểm tra khuyết tật 59 3.1.1 Qui trình kiểm tra ñánh giá sơ bộ bằng mắt thường 59 3.1.2 Qui trình kiểm tra bằng thẩm thấu 61 3.1.3 Qui trình kiểm tra bằng hạt từ 67 3.2 Kiểm tra biên dạng cam và ñộ biến dạng của trục cam 74 3.3 Kiểm tra ñộ cứng và ñộ bóng bề mặt 75 3.4 ðánh giá hiệu quả kinh tế 75 3.4.1 Mục ñích của ñánh giá hiệu quả kinh tế 75 3.4.2. Tính toán chi phí mối hàn 76 Chương IV THỰC NGHIỆM VÀ SỬ LÝ SỐ LIỆU 81 4.1 Tính toán và lựa chọn chế ñộ hàn 81 4.1.1 Cơ sở tính toán và lựa chọn 81 4.1.2 Xây dựng sơ ñồ thí nghiệm 83 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 5 4.1.3. Xác ñịnh tỷ lệ K và kiểm tra tính chống nứt nguội 85 4.2 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu 86 4.2.1 Thông số chế ñộ hàn 86 4.2.2 ðánh giá tính chống nứt nguội 87 4.2.3 Chỉ tiêu ñộ cứng và tính chống mài mòn 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 92 DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Thành phần hoá học của thép cacbon kết cấu 40Cr 3 1.2 Cơ tính của thép cacbon kết cấu 40Cr 3 1.3 So sánh năng xuất hàn 14 1.4 So sánh về tiêu thụ ñiện 14 1.5 Vật liệu hàn cần thiết ñể tạo ra 1 kg kim loại nóng chảy 15 1.6 Giá thành một kg kim loại nóng chảy 15 1.7 Thành phần hoá học kim loại ñắp của que hàn E 10-UM - 60GRZ 33 1.8 Cơ tính của mối hàn ñắp với que hàn E 10-UM-60-GRZ 33 1.9 Kích thước, dòng ñiện của que hàn E 10-UM-60-GRZ 34 1.10 Thành phần hoá học của que hàn lõi hợp kim Ni-Fe 35 1.11 Cơ tính của que hàn có lõi là hợp kim Ni-Fe 36 1.12 Qui cách que hàn có lõi là hợp kim Ni-Fe 36 2.1 Thµnh phÇn hãa häc vËt liÖu hµn 41 2.2 Thông số hàn lớp trung gian 50 2.3 Thông số hàn của lớp thứ 2, 3 50 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 6 3.1 Mức ñộ chấp nhận cho các chỉ thị 65 3.2 Giới thiệu thời gian thấm: 66 4.1 Thành phần hoá học que hàn E 308 83 4.2 Kết quả thí nghiệm lớp hàn lót Ni – Fe 84 4.3 Kết quả thí nghiệm lớp hàn ñắp UTP – 61. 85 4.4 Mối quan hệ giữa chiều dày lớp trung gian và chiều cao ñắp. 86 4.5 Thông số chế ñộ hàn ñắp que hàn Ni-Fe và que hàn UTP 87 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 7 DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Cấu tạo trục cam 2 1.2 Phương pháp kiểm tra ñộ cứng 3 1.3 ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn I 4 1.4 ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn II 5 1.5 Một số dạng hỏng của trục cam 6 1.6 Dạng hỏng cong trục cam 6 1.7 Phương pháp phun phủ 8 1.8 Sơ ñồ nguyên lý ñầu phun kim loại bằng hồ quang ñiện 8 1.9 Sơ ñồ súng phun khí-bột kim loại ROTOTEC-80 9 1.10 Nguyên lý phun phủ plasma 10 1.11 Bề mặt cam bị mòn 11 1.12 Nguyên lý hàn hồ quang tay 11 1.13 Sơ ñồ nguyên lý của máy hàn tự ñộng 12 1.14 Kiểm tra khe hở ñầu trục cam 18 1.15 Kiểm tra ñộ cong trục cam 19 1.16 Kiểm tra vấu cam 20 1.17 Sự phân bố các tầng nhiệt ñộ theo mặt cắt ngang của trục khi hàn ñắp 29 1.18 S¬ ®å t¹o thµnh øng suÊt tøc thêi vµ øng suÊt d− ë trôc khi hµn 31 2.1 Dạng hỏng của cam 39 2.2 Thao tác mài 40 2.3 Kết cấu que hàn ñiện 42 2.4 Một số dạng hỏng của que hàn 42 2.5 Tủ sấy que hàn 43 2.6 Máy hàn R3R-400 K1285-16 47 2,7 Kích thước mẫu hàn 49 2.8 Góc ñộ que hàn khi hàn trên mẫu 50 2.9 Vị trí nối que hàn 51 2.10 Thứ tự ñường hàn 52 2.11 Một số dụng cụ cầm tay 53 4.5. Tổ chức kim loại vùng mối hàn ñắp có lớp trung gian Ni-Fe 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 8 LỜI MỞ ðẦU Trong công cuộc ñổi mới ñất nước hiện nay, công nghiệp hoá và hiện ñại hoá là vấn ñề ñược ñặt lên hàng ñầu. Trong ñó ngành công nghiệp cơ khí ñã có những bước phát triển vượt bậc, tuy nhiên phần lớn máy móc và thiết bị phục vụ trong ngành cơ khí lại ñược sản xuất và nhập khẩu từ nước ngoài, có nhiều chủng loại khác nhau. Trong quá trình vận hành sẽ xảy ra những sự cố hỏng hóc chi tiết nên chi phí ñể thay thế và sửa chữa sẽ rất lớn do chúng ta phải nhập chi tiết từ nước ngoài hoặc làm mới hoàn toàn. Trong ñiều kiện kinh tế ñất nước ta hiện nay còn rất khó khăn về nhiều mặt thì việc áp dụng các công nghệ khác nhau vào việc phục hồi các thiết bị chi tiết máy ñể giảm giá thành là rất cần thiết. Hàn và hàn ñắp là một trong những công nghệ chủ yếu ñóng vai trò quan trọng trong nhiệm vụ này, qua kinh nghiệm và số liệu tổng kết trên thực tế, chi tiết ñược phục hồi bằng công nghệ hàn chiếm từ 60 – 70% số chi tiết của ôtô, máy kéo, thiết bị cơ khí… cần sửa chữa, mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong sản xuất. Với nhiệm vụ “Nghiên cứu công nghệ hàn ñắp phục hồi trục cam ñộng cơ ô tô bị hỏng do mài mòn”. ðây là một ñề tài thực tế, có tính ứng dụng cao. Trong quá trình thực hiện ñã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và ñiều kiện hạn chế, do vậy bản luận văn của tôi còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận ñược sự góp ý của các thày và các bạn ñồng nghiệp. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . 9 CHƯƠNG I PHÂN TÍCH LỰA CHỌN QUY TRÌNH PHỤC HỒI TRỤC CAM 1.1.Công dụng và vật liệu chế tạo trục cam. - Trục cam dùng ñể dẫn ñộng xupap ñóng mở theo quy luật nhất ñịnh, trục cam bao gồm các phần cam xả, cam nạp và các cổ trục. Ngoài ra trong một số ñộng cơ trên trục cam còn có cam dẫn ñộng bơm xăng, cam dẫn ñộng bơm cao áp và bánh răng dẫn ñộng bơm dầu, bộ chia ñiện v.v…hình 1.2 - Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH, 12XH3A, 18XBA… hoặc thép cacbon thành phần cacbon trung bình như thép 40X hay thép 45. Hình 1.1 Cấu tạo truc cam 1) Các cổ trục; 2) Vấu cam; 3) Bánh răng Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của cam, cổ trục, mặt ñầu trục cam) ñều ñược thấm than và tôi cứng bề mặt. ðộ sâu thấm than thường vào khoảng 0,7 ÷ 2mm, ñộ cứng ñạt HRC 52 ÷ 55, các bề mặt khác và lõi trục cam ñộ cứng thấp hơn, thường vào khoảng 30 ÷ 40 HRC. ðối với trục cam xe Bella, theo thông tin ñược cung cấp từ ñơn vị yêu cầu phục hồi sửa chữa, ñây là trục cam của xe Bella sản xuất từ liên xô cũ, ñộng cơ 4 kì, 6 xylanh xếp hình chữ V, ñơn trục cam.