Nghiên cứu và lựa chọn công nghệ chế tạo bánh răng phi tiêu chuẩn sử dụng trong truyền động cơ cấu quay máy xúc mỏ lộ thiên

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT LƯU TRƯỜNG MINH NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG PHI TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG TRONG TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU QUAY MÁY XÚC MỎ LỘ THIÊN Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị mỏ, dầu khí Mã số: 60.52.12 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đinh Văn Chiến HÀ NỘI -2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2012 Tác giả luận văn LƯU TRƯỜNG MINH MỤC LỤC Trang phụ bìa………………………………………………………………….1 Lời cam đoan………………………………………………………………….2 Mục lục……………………………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị .…………………………………………….6 Danh mục bảng…………………………………………………… ……8 CHƯƠNG MỞ ĐẦU - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG……………………………………………………………….12 1.1 Giới thiệu truyền bánh 12 1.1.1 Truyền động bánh trụ 13 1.1.2 Truyền động 14 1.1.3 Truyền động bánh côn 14 1.1.4 Truyền động bánh vít 15 1.1.5 Truyền động xoắn vít 16 1.2 Thơng số hình học bánh 17 1.2.1 Thơng số hình học truyền bánh trụ thẳng 17 1.2.2 Thơng số hình học truyền bánh trụ nghiêng 19 1.2.3 Thơng số hình học truyền bánh nón thẳng 21 1.3 Thiết lập quy trình cơng nghệ 23 1.3.1 Đặc điểm hình dạng chi tiết 23 1.3.2 Công nghệ chế tạo bánh truyền thống 24 1.3.3 Các dạng hỏng truyền bánh 24 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG PHI TIÊU CHUẨN…………………………………………………………………… 31 2.1 Sơ lược sản xuất chi tiết dạng khối 31 2.1.1 Nhóm cơng nghệ đúc 31 2.1.2 Phương pháp gia công áp lực 32 2.2 Sơ lược công nghệ dập tạo khối 34 2.2.1 Khái niệm 34 2.2.2 Ưu nhược điểm cơng nghệ dập khối tạo hình 35 2.3 Sơ đồ công nghệ tổng quát phân loại công nghệ dập tạo khối 36 2.3.1 Sơ đồ công nghệ tổng quát 36 2.3.2 Phân loại công nghệ dập tạo khối 37 2.4 Nghiên cứu công nghệ dập khối gia công chi tiết bánh phi tiêu chuẩn 40 2.5 Nghiên cứu cơng nghệ dập khối xác bánh 40 2.5.1 Khái niệm cơng nghệ dập khối xác 40 2.5.2 Khái quát chung trình dập khối xác chế tạo bánh 41 2.5.3 Dập thể tích bánh 48 2.5.4 Ép bánh 49 2.5.5 Các máy thiết bị dùng để chế tạo phôi dập 50 2.5.6.Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến q trình dập xác 55 2.5.7 Các sản phẩm dập khối điển hình 55 CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BÁNH RĂNG PHI TIÊU CHUẨN………………………………………….56 3.1 Giới thiệu phương pháp mơ số tính tốn thiết kế bánh phi tiêu chuẩn 56 3.1.1 Mô số - “công nghệ ảo” 56 3.1.2 Vai trị ưu điểm mơ số thiết kế tối ưu công nghệ 57 3.1.3 Nghiên cứu công nghệ ép chảy phương pháp mô số 57 3.2 Giới thiệu phần mềm mô Deform 58 3.2.1 Các bước cài đặt 59 3.2.2 Giao diện Deform 3D thông số 59 3.3 Thiết lập phương án công nghệ 65 3.3.1 Chọn vật liệu 67 3.3.2 Chuẩn bị phôi bánh 67 3.3.3 Thiết lập mơ q trình tạo hình chi tiết bánh 68 3.3.4 Thiết lập mơ hình hình học 68 3.3.5 Các bước thực mô 70 3.4 Phân tích kết mơ dập xác chi tiết bánh phi tiêu chuẩn 73 3.4.1 Kết tạo hình 73 3.4.2 Kết trạng thái lực 74 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Truyền động bánh trụ……………………………………… 13 Hình 1.2 Truyền động bánh cơn………………………………………14 Hình 1.3 Truyền động trục vít……………………………… ………15 Hình 1.4 Thơng số truyền bánh trụ……………………………… 17 Hình 1.5 Thơng số hình học truyền bánh nghiêng…………….20 Hình 1.6 Tính hệ số trùng khớp…………………………………………… 21 Hình 1.7 Kích thước bánh nón……………………………… 22 Hình 1.8 Kết cấu bánh nón……………………………………….22 Hình 1.9 Bánh hành tinh…………………………………………… 28 Hình 1.10 Bánh vệ tinh cầu sau ô tô………………………………28 Hình 1.11: Sơ đồ động cấu quay……………………………………… 29 Hình 2.1 Các sản phẩm dập khối………………………………………… 35 Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ tổng qt……………………………………… 36 Hình 2.3 Sơ đồ cơng nghệ dập tạo khối…………………………………….37 Hình 2.4 Dập phơi khn hở………………………………………… .38 Hình 2.5 Dập phơi khn kín………………………………………… 38 Hình 2.6 Sơ đồ dập thể tích bánh răng…………………………………… .48 Hình 2.7 Sơ đồ ép bánh răng……………………………………………… 49 Hình 2.8 Máy búa nước – khơng khí ép……………………………… 51 Hình 2.9 Máy ép trục khuỷu……………………………………………… 52 Hình 2.10 Máy ép trục vít………………………………………………… 53 Hình 2.11 Máy rèn ngang………………………………………………… 53 Hình 2.12 Máy ép thủy lực………………………………………………… 54 Hình 2.13 Các bánh dập khối………………………………………… 55 Hình 3.1 Giao diện Deform……………………………………………… 59 Hình 3.2 Cửa sổ New Deform………………………………………… 60 Hình 3.3 Cửa sổ SIMULATION CONTROL…………………………… 60 Hình 3.4 Cửa sổ Main…………………………………………………… 61 Hình 3.5 Cửa sổ chọn vật liệu…………………………………………… 62 Hình 3.6 Cửa sổ Deform 3D-Post………………………………………… 64 Hình 3.7 Kích thước phơi…………………………………………… 67 Hình 3.8 Mơ hình phơi…………………………………………………… 68 Hình 3.9 Mơ hình chày ép………………………………………………… 69 Hình 3.10 Mơ Hình cối…………………………………………………… 69 Hình 3.11 Mơ hình phơi chia lưới……………………………………… 70 Hình 3.12 Mơ hình vị trí phơi cối lắp ghép……………………………… 71 Hình 3.13 Chọn ma sát dung sai……………………………………… 71 Hình 3.14 Khoảng dịch chuyển chày………………………………… 72 Hình 3.15 Chọn số bước mơ phỏng……………………………………… 72 Hình 3.16 Kết chi tiết tạo thành lực……………………………… 74 Hình 3.17 Chi tiết tạo thành lực phá ép hiệu chày…………… 74 Hình 3.18 Kết dập bánh từ phía……………………………… 77 Hình 3.19 Lực phá hủy phơi nhiệt độ 1000oC………………………… 78 Hình 3.20 Lực phá hủy phơi nhiệt độ 6500C…………………………… 79 Hình 3.21 Lực phá hủy phôi nhiệt độ 20 0C…………………………… 79 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Phân loại phương pháp tạo hình bánh biến dạng dẻo ………………………………………………………………………… … 43 Bảng 4.1 Thông số bánh răng………………………… …………… 65 Bảng 4.2 Bảng thông số so sánh khoảng dịch chuyển chày ………… 75 Bảng 4.3 So sánh kết lực ép chày ……………………………… 75 Bảng 4.4 Kết tạo hình……………………………………………… 76 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện ngành công nghiệp phát triển với tốc độ vũ bão toàn giới Việc chế tạo sử dụng loại máy - thiết bị nhằm nâng cao số lượng chất lượng sản phẩm sản xuất xem xét thiết kế cách hoàn chỉnh Trên máy thiết bị mỏ ngành công nghiệp khác sử dụng nhiều chi tiết phi tiêu chuẩn có bánh phi tiêu chuẩn Do tính chất phức tạp truyền động bánh đặc biệt bánh phi tiêu chuẩn, lĩnh vực chế tạo nước ta có nhiều thiết bị sử dụng loại (Bơm, bàn quay máy xúc EKG 5A, bánh vệ tinh) nhiên loại bánh chủ yếu nhập từ nước ngoài, sản phẩn nước chưa đáp ứng nhu cầu Mục đích đề tài Trên sở thực tế phát triển công nghệ chế tạo bánh nay, nghiên cứu lựa chọn công nghệ chế tạo bánh phi tiêu chuẩn sử dụng truyền động cấu quay máy xúc mỏ lộ thiên Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu loại bánh công nghệ chế tạo bánh - Nghiên cứu đặc điểm bánh phi tiêu chuẩn - Tính tốn lựa chọn công nghệ chế tạo bánh phi tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện làm việc bàn quay máy xúc mỏ lộ thiên Nội dung nghiên cứu + Đặc điểm truyền động bánh phi tiêu chuẩn máy mỏ (bàn quay máy xúc) + Giới thiệu số loại bánh truyền động phi tiêu chuẩn chế tạo nước nước + Ưu nhược điểm loại bánh 10 - Giới thiệu cơng nghệ chế tạo bánh phi tiêu chuẩn + Công nghệ truyền thống (hàn, đúc ) + Cơng nghệ tiên tiến: - Tính tốn lựa chọn phương pháp gia cơng + Tính tốn lực tác động lên bánh + Nghiên cứu khả biến dạng, dạng hỏng thường gặp + Mô khả làm việc, chịu lực, biến dạng + Lựa chọn vật liệu chế tạo bánh phi tiêu chuẩn + Lựa chọn công nghệ gia công bánh phi tiêu chuẩn Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp bao gồm:mơ phỏng, thống kê, phân tích, sử dụng cơng cụ tốn học, tin học đánh giá, nghiên cứu tài liệu, kết áp dụng thực tế sản xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Tạo sở khoa học cho việc chế tạo bánh phi tiêu chuẩn dùng truyền động quay máy xúc phù hợp với điều kiện mỏ lộ thiên Việt Nam Ý nghĩa thực tiễn: Từ kết mơ phỏng, ứng dụng tính tốn, lựa chọn công nghệ chế tạo máy phù hợp với điều kiện Việt Nam chế tạo bánh phi tiêu chuẩn Cơ sở liệu - Các tài liệu Máy thiết bị mỏ dùng giảng dạy trường Đại học Mỏ - Địa Chất - Các tài liệu công nghệ chế tạo bánh dùng loại máy thiết bị - Các đề tài, dự án nghiên cứu bánh 69 sản phẩm Trong trình dập ép sản phầm gồm có: Chày, cối phơi Chính ta xây dựng mơ hình học chày, cối phơi theo thực tế tốn Sau có phôi ta tiến hành lựa chọn chày ép cho mô hình mơ Chày có dạng sau: Hình 3.9 Mơ hình chày ép Và mơ hình cối: chi tiết bánh có lỗ nên ta chế tạo cối có hình dạng sau: Hình 3.10 Mơ Hình cối 70 3.3.5 Các bước thực mô Trước thực mô ta phải thiết lập hình dạng chi tiết phơi, chày cối Ở phần thiết lập hình dạng chi tiết tơi sử dụng phần mềm Inventer sau chuyển dạng *.STL cho Deform sử dụng Hình 3.11 Mơ hình phôi chia lưới Bước Mở DEFORM – F3 - Ở trạng thái nguội nhiệt độ phôi khoảng 20-200oC, nhiệt độ chày cối khoảng 20-200oC - Ở trạng thái nửa nóng nhiệt độ phơi khoảng 650-850oC, nhiệt độ chày cối khoảng 20-200oC (thông thường chọn nhiệt độ chày cối khoảng 1500 có truyền nhiệt từ phơi sang) - Ở trạng thái nóng nhiệt độ phôi khoảng 1000-1200oC, nhiệt độ chày cối khoảng 20-200oC Bước Chọn số lượng đối tượng mô phỏng: Ở ta chọn phôi + chày + cối Bước Chọn tên phôi, nhiệt độ phơi, hình dạng phơi - Ta chọn phơi hình trụ rỗng Và chia lưới cho phôi: Ở ta chọn 30.000 phần tử cho phôi (chia nhiều phần tử mơ phân tích chi tiết, xác, hình mơ mịn) 71 - Chọn vật liệu cho phôi: Ta chọn tiêu chuẩn Đức DIN-C45[702000F(20-1100C)], Bước Điều chỉnh vị trí chi tiết Ở bước ta phải điều chỉnh vị trí chi tiết cho thích hợp Chày phía trên, phơi đặt cối, cối phía phơi chày Các vị trí phải đặt ngắn khơng sai lệch Hình 3.12 Mơ hình vị trí phơi cối lắp ghép Bước Chọn ma sát dung sai cho chuyển động Hình 3.13 Chọn ma sát dung sai 72 Chọn ma sát: Ở bước ta chọn ma sát cho chuyển động theo mức: Dập nguội: 0,08; dập nửa nóng:0,12; dập nóng: 0,25-0,7 Chọn dung sai: ta chọn dung sai cho sai lệch trình tạo phôi: 0,3 mm Bước 8: Chọn khoảng dịch chuyển chày Hình 3.14 Khoảng dịch chuyển chày Bước 9: Chọn số bước mơ Hình 3.15 Chọn số bước mô 73 Bước 10: Để kiểm tra xuất file mô ấn nút general database 3.4 Phân tích kết mơ dập xác chi tiết bánh phi tiêu chuẩn Ta tiến hành dập mô chế độ nhiệt phôi là: - Dập ép nguội 200C - Dập ép nửa nóng 6500C - Dập nóng 10000C 3.4.1 Kết tạo hình Qua trình theo dõi thay đổi biến dạng ta thấy không đồng biến dạng Vì sau tạo thành bánh ta cần thực dịch chỉnh bánh phay, rũa để chi tiết hoàn thiện 74 3.4.2 Kết trạng thái lực Hình 3.16 Kết chi tiết tạo thành lực Hình 3.17 Chi tiết tạo thành lực phá ép hiệu chày Lực ép hiệu lớn 990 Mpa tương đương 9900kg/cm2 Ở hình 3.16 thể lực bánh sau tạo thành màu xanh đậm thể chỗ chi tiết bền khó bị phá hủy Hình 1.17 màu đỏ thể thể phần chi tiết dễ ép So sánh kết thông số trạng thái sau: Bảng kết so sánh khoảng dịch chuyển chày ép (mm) 75 Bảng 4.2 Bảng thông số so sánh khoảng dịch chuyển chày Nhiệt độ phôi Số bước Bước 10 Bước 20 Bước 30 Bước 40 Bước 50 Bước 60 Bước 70 Bước 80 Bước 90 Bước 100 Bước 110 10000C 6500C 200C 8,75 7,5 17,5 15 26,2 22,5 35 30 43,7 36,9 51,8 44,2 59,7 51,4 65,4 58,1 70,4 64,2 74,5 68,6 77,1 71,8 Bảng 4.3 So sánh kết lực ép chày Lực ép nhiệt độ 7,49 15 22,5 30 37,5 44,8 52 58,9 65,2 70,9 74,9 10000C 6500C 200C Bước 10 0,0 154 10 23,4 Bước 20 8,98 3,73 15,7 Bước 30 65,2 6,77 15,7 Bước 40 53,1 10,4 6,53 Bước 50 119 89,2 110 Bước 60 136 119 117 Bước 70 175 137 139 Bước 80 231 178 173 Bước 90 267 248 221 Bước 100 252 254 252 Bước 110 274 257 294 Số bước Bảng 4.4 Kết tạo hình 76 Nhiệt độ Số bước 10000C 6500C 200C Bước 10 Bước 50 Bước 60 Bước 80 Bước 100 Qua kết tạo hình bảng 4.4 ta thấy chi tiết dập nhiệt độ 20oC cho 77 chất lượng tốt nhất, chế độ nhiệt lại tạo nhiều bavia - Dập bánh từ phía Hình 3.18 Kết dập bánh từ phía Qua q trình mơ cho thấy dập khn từ phía thiết bị dập, khn thiết kế khơng xác làm cho dạng khơng xác, khơng (khn trên, khn bị lệch), thiết kế khuôn phức tạp, lấy chi tiết khỏi khn khó khăn Trong luận án khơng đề cập tới q trình mơ dập ép từ phía 78 Hình 3.19 Lực phá hủy phơi nhiệt độ 1000oC Lực làm biến dạng phôi nhiệt độ 1000oC tính theo Damage phần mềm Deform 0,595 lớn 79 Hình 3.20 Lực phá hủy phôi nhiệt độ 6500C Lực làm biến dạng phơi nhiệt độ 650oC tính theo Damage phần mềm Deform 1,70 lớn Hình 3.21 Lực phá hủy phôi nhiệt độ 20 0C 80 Lực làm biến dạng phơi nhiệt độ 650oC tính theo Damage phần mềm Deform 0,603 lớn Như ta thấy chi tiết tạo nhiệt độ 650oC có độ bền cao Nhận xét: Qua so sánh trường hợp ép bánh nhiệt độ 1000oC, 650oC, 20oC ta nhận thấy mức độ biến dạng, ứng suất, lực biến dạng tương đối Nhưng dập nhiệt độ 6500C cho chất lượng chi tiết bền vững luận án chọn phôi dập nhiệt độ 6500C 81 KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu, tìm hiểu hoạt động phận bàn quay máy xúc mỏ lộ thiên lý thuyết gia công, chế tạo bánh Tác giả lựa chọn công nghệ dập khối để chế tạo bánh phi tiêu chuẩn nhằm đáp ứng mục tiêu đặt cần nghiên cứu đề tài Qua việc nghiên cứu, tính tốn thơng số ảnh hưởng đến q trình tạo hình dập khối như: trạng thái ứng suất, trạng thái biến dạng, lực dập, nhiệt độ dập, tìm hiểu phát triển phương án ứng dụng công nghệ ảo với thông số thực tế dập khối Sử dụng phần mềm Inventer mơ q trình dập ép phần mềm Deform nhằm tối ưu hóa cơng nghệ chế tạo bánh Q trình mơ dập bánh phi tiêu chuẩn sử dụng truyền động máy mỏ cho thấy bánh phi tiêu chuẩn có số mơ đun nhỏ, số nhỏ sử dụng phương pháp dập, ép phù hợp Qua phân tích đánh giá kết mơ giúp cho người thiết kế nhanh chóng lựa chọn cơng nghệ, tối ưu nhờ mô số ứng dụng thực tế sản xuất Các kết nghiên cứu mô số luận văn dừng lại mặt lý thuyết, phần nghiên cứu luận văn triển khai thí nghiệm dập khối chi tiết thực tế để chứng minh tính đắn kết mô số chế tạo bánh phi tiêu chuẩn cụ thể 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Trần Văn Địch tác giả khác Công nghệ chế tạo máy (trọn tập) NXB khoa học kỹ thuật Hà nội,2001 Nguyễn Mậu Đằng (Chủ Biên) (2006), Cơng nghệ tạo hình tấm, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà nội PGS TS Trần Văn Địch (2003), Công nghệ chế tạo bánh NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Trọng Giảng (2004), Thuộc tính học vật rắn, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đoàn Văn Ký người khác (1997), Máy thiết bị khai thác mỏ - NXB Giao thông vận tải Phạm Văn Nghệ, Đinh Văn Phong, Nguyễn Mậu Đằng, Trần Văn Cứu, Nguyễn Trung Kiên (2008), Công nghệ dập tạo hình khối, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội Phạm Văn Nghệ (Chủ biên) (2005), Máy búa máy ép thủy lực, nhà xuất Giáo dục Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2005), Máy ép khí, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà nội Phạm Văn Nghệ (Chủ biên) (2006), Công nghệ tạo hình khối, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10 Phạm Văn nghệ, Nguyễn Như Huynh (2005), Ma sát bôi trơn gia công áp lực, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội 11 Nguyễn Tất Tiến (2004), Lý thuyết biến dạng dẻo, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 12 Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn Đắc Trung (2006), Lý thuyết dập tạo hình, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 83 13 Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung kiên (2011), Mơ số q trình biến dạng, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 14 Nguyễn Đắc Trung, Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Mậu Đằng, Nguyễn Trung Kiên, Lê Trung Kiên, Lê Gia Bảo (2010), Công nghệ gia công áp áp lực, Bộ môn gia công áp lực- Đại học Bách Khoa Hà Nội 15 PGS TS Nguyễn Văn Yến giáo trình Chi tiết máy NXB giao thơng vận tải ... chế tạo bánh nay, nghiên cứu lựa chọn công nghệ chế tạo bánh phi tiêu chuẩn sử dụng truyền động cấu quay máy xúc mỏ lộ thiên Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu loại bánh công nghệ chế tạo. .. chế tạo bánh - Nghiên cứu đặc điểm bánh phi tiêu chuẩn - Tính tốn lựa chọn cơng nghệ chế tạo bánh phi tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện làm việc bàn quay máy xúc mỏ lộ thiên Nội dung nghiên cứu +... truyền động bánh phi tiêu chuẩn máy mỏ (bàn quay máy xúc) + Giới thiệu số loại bánh truyền động phi tiêu chuẩn chế tạo nước nước + Ưu nhược điểm loại bánh 10 - Giới thiệu công nghệ chế tạo bánh