Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác trong khuôn kín
Để dập chính xác chi tiết (Ví dụ chi tiết bánh răng) cần thiết xem xét nhiều yếu tố như: thiết bị, độ chính xác và độ bền của dụng cụ, độ chính xác kích thước của phôi và điều kiện nung nóng phôi…
Độ chính xác của dụng cụ phải hơn độ chính xác của chi tiết ít nhất một cấp.
Dụng cụ phải được điều chỉnh sao cho độ lệch tâm của chày dập và cối là nhỏ nhất, trung tâm áp lực phải trùng với tâm đối xứng của chi tiết.
Độ chính xác của chi tiết phụ thuộc vào nhiệt độ nung nóng của phôi trước khi dập. Khi nhiệt độ càng cao thì càng khó dập chính xác do vật liệu bị oxy hoá bề mặt tạo ra vảy rèn, hơn nữa chi tiết bị biến dạng nhiệt. Nhưng ở nhiệt độ thấp quá trình tạo hình chi tiết rất khó khăn vì cần có lực dập lớn, khi lực dập lớn sẽ làm cho dụng cụ biến dạng, do đó giảm độ chính xác của chi tiết.
Ngược lại, nếu nhiệt độ của phôi trước khi dập cao, quá trình biến dạng của kim loại sẽ dễ dàng hơn nhưng chất lượng bề mặt chi tiết thấp, chi tiết bị biến
giữa chày và cối, tạo ra lớp bavia rất khó cắt, làm giảm năng suất lao động chung của quá trình sản xuất.
* Thiết kế khuôn chính xác, chọn mặt phân khuôn, góc nghiêng của khuôn phù hợp… nhằm thuận tiện cho quá trình điền đầy lòng khuôn, đặt phôi, lấy chi tiết ra khỏi khuôn và nâng cao độ chính xác của chi tiết.
* Xác định nhiệt độ của phôi dập (ở trạng thái nửa nóng) phù hợp để lực dập không quá lớn, nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác, chất lương bề mặt của vật dập.
* Xác định các thông số năng lượng, lực biến dạng hợp lý để chi phí năng lượng thấp nhất, đồng thời tránh hỏng khuôn do quá tải về lực
2.4. Thiết bị dập khối chính xác
Phương pháp dập khối chính xác có thể thực hiện trên nhiều thiết bị khác nhau như: dập trên máy búa, dập trên máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, máy rèn ngang…Mỗi một loại máy có những ưu, nhược điểm riêng. Tuỳ vào từng trường hợp, điều kiện cụ thể để áp dụng phương pháp dập này.
a) Dập khối khuôn kín trên máy búa
- Dập khối trên máy búa linh hoạt hơn trên máy ép cơ khí vì máy búa có hành trình mềm, tránh được hiện tượng quá tải và kẹt máy.
- Dập khối trong khuôn kín, chất lượng vật dập cao hơn, tiết kiệm kim loại nhưng khuôn phức tạp hơn.
- Kích thước chiều cao không đảm bảo khi phôi không chính xác. - Thích hợp với các vật dập dọc thấp.
- Khuôn kín gồm có: lòng khuôn và khoá khuôn kín. Lòng khuôn sâu hơn được bố trí lòng khuôn dưới.
b) Dập khối khuôn kín trên máy ép trục khuỷu
Năng suất lao động cao vì mỗi nhát dập là một chi tiết, trong khi máy búa phải nhiều lần dập trên một lòng khuôn mới ra sản phẩm.
Độ chính xác của vật dập cao hơn so với vật dập trên máy búa. Vì chiều dài hành trình máy cố định cho nên đảm bảo kích thước về chiều cao vật dập, cũng như phải cố định. Mặt khác vì khuôn dập trên máy ép trục khuỷu hoàn chỉnh hơn cho nên hạn chế sự dịch chuyển tương đối giữa hai nửa khuôn, vì thế vật dập có kích thước về mọi chiều chính xác hơn so với dập trên máy búa. Trên thực tế dung sai của vật dập trên máy ép trục khuỷu có thể đạt tới 0,2 0,5 mm trong khi đó trên máy búa phải là 0,8 1,0 mm.
Hệ số sử dụng kim loại cao vì có thể giảm lượng thêm và lượng dư nhỏ hơn so với dập trên máy búa vì khuôn dập trên máy ép trục khuỷu có thể sử dụng cần đẩy dể dàng
Điều kiện làm việc của công nhân tốt hơn.
Giá thành sản phẩm trên máy ép trục khuỷu hạ hơn vì tiết kiệm kim loại, có khi tới hàng trục phần trăm, năng suất lao động cao.
Nhược điểm của phương pháp dập thể tích trên máy ép trục khuỷu là giá máy ép trục khuỷu đắt hơn máy búa nhiều và khả năng mắc kẹt ở vị trí chết dưới khi dập trên máy ép trục khuỷu hay xảy ra, làm chậm chễ quá trình dập và đôi khi làm hỏng máy.
Do hành trình của máy ép cố định cho nên nếu phôi không đủ chính xác thì rất dẽ gây quá tải máy và khuôn. Muốn tránh được hiện tượng ấy ta phải làm các túi chứa kim loại. Nguyên tắc của túi chứa kim loại là khi thể tích phôi lớn hơn thể tích kim loại tính toán thì kim loại thừa chảy vào khoảng trống dự trữ kề với lòng khuôn, hoặc các lỗ khoan từ lòng khuôn ra. Sau khi dập xong cần phải cắt bỏ phần kim loại thừa ấy đi. Đòi hỏi cơ bản của các túi chứa là làm sao kim loại điền đầy lòng khuôn xong thì kim loại thừa mới chảy vào túi chứa. Nếu không sẽ làm cho kim loại chảy vào túi chứa quá sớm mà không điền đầy được lòng khuôn. Yêu cầu thứ hai đối với túi chứa là sau khi dập xong việc cắt bỏ túi chứa phải tương đối đơn giản. Tiện lợi nhất là có thể cắt bỏ phần kim loại thừa ngay trong quá trình sản xuất vật dập, cùng lắm thì để đến lúc gia công cơ, phần kim loại thừa được cắt đi cùng với lượng dư gia công cơ thành phoi. Nếu phải cắt phần kim loại thừa thành phôi thì có thể coi việc thiết kế khuôn là yếu nhất.
Trên hình 2.3 cho thấy sơ đồ một số loại túi chứa kim loại hay gặp trong khuôn kín dập trên máy ép trục khuỷu.
Có rất nhiều kiểu túi chứa kim loại thừa trong khuôn kín, nhưng tạm thời phân làm ba loại như sau:
- Loại I. Đặt ở đầu vật dập như trên các hình 2.3- a,b,c,d,e. Loại này có thể dập được cấu tạo bởi một lỗ thoát trụ hoặc côn (a) hoặc khe hở giữa cối và chày (d và e) hoặc khe hở giữa cần đẩy dưới và chày dưới (b). Nếu làm túi chứa kiểu này thường phải cắt bỏ lượng kim loại thừa trên máy tiện khi gia công vật dập.
- Loại II. Nếu vật dập có màng ngăn lỗ ( hình 2.3-c) thì ta làm túi chứa ngay trên màng, như vậy khi đột màng ngăn lỗ thì phần kim loại thừa cũng được cắt bỏ.
- Loại III. Đặt ở vành ngoài (hình 2.3-g) giống như vành biên trong khuôn hở. Chỉ khác ở khuôn hở ở chỗ rãnh thoát biên đặt ở giữa chiều cao vật dập còn túi chứa trong khuôn kín đặt ở gần đáy. Về kết cấu loại túi chứa này phức tạp hơn các loại khác vì trước khi dập ốc cối phải được nén chặt lại bằng lò xo, sau khi dập xong phải đẩy vật dập ra khỏi áo cối băng cần đẩy trên. Về mặt năng suất thì kiểu túi chứa này có ưu việt hơn vì có thể cắt phần kim loại thừa dễ dàng như cắt biên vậy. Nếu trong trường hợp sử dụng túi chứa kim loại gây ra hiện tượng không điền đầy lòng khuôn thì có thể khắc phục bằng cơ cấu đối áp (h.2.5). Trong các khuôn có cơ cấu đối áp cần đẩy dưới (hoặc trên) không tỳ cứng lên đế khuôn mà được đặt ở lò xo hoặc đệm đầu, đệm khí vv… khi cần đẩy bị nén lại sẽ có phản lực của cơ cấu lò xo sẽ làm cho áp lực tác dụng lên vật dập tăng lên dần dần. Nếu dùng đệm đầu thì khi đầu trượt của máy đi xuống sẽ làm cho cần đẩy dưới đi lên làm cho kim loại điền đầy các góc a.
Trên hình 2.5 biểu diễn sơ đồ khuôn kín dập trên máy ép trục khuỷu, có ba lòng khuôn.
Trong lòng khuôn chuẩn bị (I) kim loại được tạo hình sơ bộ, chủ yếu là chồn và tạo lỗ sơ bộ lòng khuôn tinh (II) chủ yếu làm nhiệm vụ dập theo nguyên tắc ép chảy. Sau khi dập qua hai lòng khuôn I và II nhiệt độ kim loại vẫn còn đủ cao để thực hiện đột màng ngăn lỗ nóng ngay trên lòng khuôn III và sau đó vật dập hoàn chỉnh được tháo ra khỏi chày nhờ cơ cấu cần gạt phôi.
Hình 2.5. Sơ đồ khuôn kín cơ cấu đẩy trên theo nguyên tắc đòn bẩy và cơ cấu đối
áp lò xo
Trong lòng khuôn tinh cơ cấu cần đẩy và cơ cấu cần đối áp được liên hệ với nhau như sau: Vòng 1 trực tiếp đẩy vật dập ra khỏi lòng khuôn, nó được tỳ với các đầu thanh đẩy 2. Đầu kia của các thanh đẩy được tỳ lên tấm đẩy 3. Tấm đẩy 3 được đặt trong hốc của bạc nối 4, vai của nó tỳ lên hệ thống lò xo đĩa của hệ thống đối áp. Tại một thời điểm nào đó trong quá trình dập kim loại chảy vào lòng và chạm vào vòng đẩy 1. Nhưng muốn đẩy lùi vòng 1 lên một chút để chảy vào túi chứa, kim loại phải thắng được lực đẩy của hệ thống lò xo đĩa. Nhờ vậy mà kim loại phải chảy
lên do đó làm cho kim loại bị nén ba chiều và dễ biến dạng hơn. Bằng cách này ta có thể dập được các vật liệu dòn như gang vv...
2.5. Ưu nhược điểm của phương pháp dập khối chính xác * Ưu điểm: * Ưu điểm:
- Có khả năng tạo hình chính xác.
- Kim loại có khả năng điền đầy lòng khuôn một cách nhanh chóng.
- Hệ số sử dụng vật liệu cao hơn vì không có vành biên như dập trong khuôn hở.
- Thớ kim loại trong vật dập không bị đứt đoạn vì không phải cắt vành biên, chất lượng sản phẩm tốt.
* Nhược điểm:
- Thể tích của phôi phải chính xác. - Lực dập lớn, dễ gây hỏng khuôn.
- Dập chính xác trong khuôn kín, nếu không sử dụng chốt tín hiệu hoặc nếu có sử dụng thì khi nó bị hỏng sẽ gây hiện tượng quá tải khuôn và làm vỡ khuôn.
- Dập chính xác đối với các vật dập tiết diện ngang hình tròn, hình vuông hoặc hình elip thì khuôn của nó thường có các cạnh sắc, rất hay bị vỡ.
2.6. Các sản phẩm dập khối chính xác điển hình
Sản phẩm của dập khối chính xác rắt đa dạng về chủng loại và kích cỡ với những chi tiết truyền động như các bánh răng, khớp nối… hay những chi tiết mang tính chất ghép nối như bulông, đinh tán…Hình 2.7 cho ta thấy một số các chi tiết thường gặp được sản xuất nhờ công nghệ dập khối chính xác.
2.7. Yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới quá trình dập khối chính xác
- Nhiệt độ. - Ma sát. - Thể tích.
- Vật liệu biến dạng. - Kết cấu của khuôn. - Lực tạo hình…
Đây là các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình đập khối chính xác. Phụ thuộc vào yêu cầu về cơ tính, môi trường làm việc của chi tiết, điều kiện thiết bị cho phép để ta lựa chọn các yếu tố sao cho phù hợp.
Chương 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP MA SÁT
3.1. Phân tích chọn phương án công nghệ 3.1.1. Phân tích chi tiết
Bánh răng côn thằng dùng để truyền chuyển động và mômen giữa 2 trục vuông góc với nhau, và được dùng trong nhiều loại máy công nghiệp, như hộp giảm tốc có tỉ số truyền thấp .
Hình 3.1. Bánh răng côn thẳng
Bánh răng côn thẳng là chi tiết quan trọng trong các cơ cấu truyền động. Với yêu cầu kĩ thuật cao: chịu lực cơ học, lực cắt lớn, sức bền mỏi cao, chịu được tải trọng kéo cũng như uốn rất tốt, nó lại có độ bền, độ ổn định lâu dài.
3.1.2. Phân tích phương án công nghệ
Các phương án công nghệ để sản xuất chi tiết
Phương án 1 : Đúc chi tiết +Các nguyên công:
-Nấu chảy thép
-Đổ thép nóng chảy vào lòng khuôn đã chuẩn bị sẵn -Sau khi nguội tháo dỡ khuôn lấy sản phẩm ra
-Gia công cơ khí: mài,đánh bóng ……. + Ưu điểm: - Độ chính xác chi tiết cao
- Giảm khối lượng gia công cơ khí + Nhược điểm:
- Không đảm bảođược độ bền của bánh răng. - Tốn nhiều thời gian cho sản xuất 1 chi tiết. - Khó tự động hóa sản xuất,và sản xuất hàng loạt. - Dễ xuất hiện khuyết tật bên trong chi tiết sau khi đúc.
Phương án 2: Dập nóng trên khuôn hở + Các nguyên công:
-Cắt phôi -Nung phôi -Dập tạo hình -Cắt biên -Gia công cơ + Ưu điểm:
- Cơ tính của bánh răng được cải thiện hơn so với đúc + Nhược điểm:
- Mất thêm nguyên công cắt Bavia - Hệ số sử dụng vật liệu không cao.
Phương án 3: Dập nóng trong khuôn kín + Các nguyên công:
-Cắt phôi. -Nung phôi.
+ Nhược điểm: - Cắt phôi chính xác.
- Đòi hỏi thiết bị phải phù hợp.
=> Chọn và xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chi tiết - Do yêu cầu sản xuất chi tiết với số lượng lớn.
- Chi tiết cần dập có hình dạng phức tạp.
- Chi tiết có dạng vật dập ngang, nhiều góc cạnh. - Chi tiết cần phải gia công cơ để đạt dộ chính xác cao.
Nên ta chọn phương án 3, dập nóng trong khuôn kín để chế tạo bánh răng côn.
3.2. Tính toán công nghệ dập khối bánh răng.
Chi tiết bánh răng côn
Hình 3.3. Mô hình 3D bánh răng côn thẳng
Tính toán xây dựng bản vẽ vật dập
- Xây dựng mô hình bánh răng trên phần mềm với các thông số hình học: Số răng: Z =10
Môdun: m = 5
Vât liệu thép cacbon C45
Giới hạn bền: b 600N mm/ 2
Giới hạn chày: c 340N mm/ 2
3.3. Xây dựng bản vẽ vật dập
Nhóm 3: Những vật dập chính xác thấp, sản xuất hàng loạt nhỏ, được gia công cắt gọt trên máy vạn năng.
Nhóm 4: Những vật dập mà tại một số phần của nó được tinh chỉnh phẳng nguội, độ chính xác cao hơn 3 nhóm trên.
Với chi tiết bánh răng côn trong bộ bánh răng vi sai của xe HUYNDAI trên ta sẽ chọn phương án gia công ở nhóm 1.
Ta sử dụng phần mềm thiết kế INVENTOR để xác định kích thước phôi. Khối lượng chi tiết là: 0,219 kg
Hình 3.4 Khối lượng bánh răng côn thẳng
3.3.1 Dung sai vật dập
Dung sai là độ chênh lệch cho phép của kích thước vật dập
Hình 3.5 Các kích thước của chi tiết
3.3.2 Xác định kích thước phôi ban đầu
Đây là chi tiết có tính chất đối xứng nên ta chọn phôi trụ tròn và thể tích của phôi được tính từ thể tích của vật dập và phần thừa sau khi dập. Với sự hỗ trợ của phần mềm INVENTOR từ bản vẽ vật dập, ta xác định được thể tích vật dập từ việc cân bằng thể tích ta có:
Vphôi=Vvật dập+Vhao cháy
Ta tính được Vvật dập=23148 mm3, từ đó ta có Vhao cháy=2%Vvật dập=462 mm3.
Từ bản vẽ vật dập ta xác định được kích thước lòng khuôn, từ đó ta chọn đường kính phôi sao cho dễ đặt vào long khuôn và phải có bán sẵn ngoài thị trường. Ở đây ta chọn phôi trụ tròn có đường kính d= 30 mm, từ đó ta xác định chiều cao của phôi qua công thức: Vphôi= πhd2/4.
3.4. Quy trình công nghệ gia công khuôn dưới
Ta tiến hành thiết kế và gia công khuôn. Tổng thể của bộ khuôn được thiết kế như sau:
Hình 3.5 Bản vẽ tổng thể bộ khuôn