B. Nội dung chính báo cáo
5.1. Yêu cầu kỹ thuật vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm chế tạo bạc trượt động cơ ôtô
động cơ ô tô [38]
Vật liệu bimetal dùng làm bạc trượt chủ yếu nói chung gồm hai nhóm: bimetal thép – hợp kim đồng và bimetal thép – hợp kim nhôm biến dạng. Dưới đây chỉ xét trường hợp sử dụng vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al+AO9-2), chế tạo bằng công nghệ phối hợp hàn nổ và biến dạng cán nguội đã trình bày trong các chuyên đề 3, 4 và 5 thuộc đề tài nàỵ
5.1.1. Phân loại băng bimetal thép – hợp kim nhôm làm bạc trượt động cơ ô tô
Băng bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al+AO9-2) là vật liệu hợp kim dạng hai lớp cơ bản là thép 08Kп (lớp nền chịu lực) và hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2 (lớp vật liệu chống ma sát, trực tiếp làm việc trong bộ đôi ma sát với cổ trục máy móc thiết bị hoặc động cơ) được hàn với nhau thông qua một lớp lót công nghệ trung gian có chiều dày rất nhỏ là nhôm kỹ thuật (Al) hoặc mác nhôm sạch của Mỹ (Al-1050).
Có nhiều phương án công nghệ chế tạo vật liệu bimetal nói chung và bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al+AO9-2) nói riêng, ví dụ như: cán dính ở trạng thái nóng hoặc nguội; hàn tiếp xúc; hàn ma sát; hàn nổ; các công nghệ phối hợp hàn nổ với cán. Trong điều kiện Việt Nam, do thiếu các máy cán dính chuyên dụng công suất lớn để tạo phôi vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050+AO9-2), nên đề tài chọn phương án phối hợp công nghệ hàn nổ với biến dạng dẻo bằng phương pháp cán nguội [1]÷[4], [7].
Xuất phát từ những yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu phôi bimetal thép – hợp kim nhôm chịu mòn; thép – hợp kim đồng chịu mòn, sử dụng trong chế tạo bạc trượt động cơ diesel và động cơ ô tô có công suất đến 500 mã lực, có thể phân loại băng bimetal thép – hợp kim nhôm làm bạc trượt theo kích thước tổng chiều dày các lớp vật liệu cấu thành (bảng 5.1) và phạm vi sử dụng theo chế độ tải trọng cho phép là tích số của áp lực tác dụng lên bạc (p) và tốc độ trượt (v) trong bộ đôi ma sát ở điều kiện làm việc trong ổ đỡ của máy móc, thiết bị, động cơ: p.v ≤ [p,v]. Ở đây: [p,v] - tải trọng cho phép, lấy theo các bảng tra chế độ làm việc của bạc trượt theo nhiều tài liệu kỹ thuật đã công bố hoặc Tiêu chuẩn ngành của các nước công nghiệp phát triển trên thế giới (có thể sử dụng tài liệu kỹ thuật của một số nhà máy sản xuất bạc trượt ở Liên Bang Nga).
Bảng 5.1. Kích thước và dung sai cho phép phôi vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm chịu mòn làm bạc trượt được khuyến dùng
Tổng chiều dày, δΣ, mm Chiều dày lớp thép, δFe,mm Danh nghĩa Dung sai Danh nghĩa Dung sai
Chiều rộng, B, mm (± 2 mm) Chiều dài, L, mm (± 5 mm) 2,6 + 0,20 1,8 + 0,20 − 0,10 80 ÷ 100 1000÷1200 2,8 + 0,20 2,0 + 0,20 − 0,10 90 ÷ 120 1000÷1200 3,2 + 0,20 2,2 + 0,22 − 0,10 100 ÷ 150 1000÷1200 5,6 + 0,25 4,1 + 0,25 − 0,10 100 ÷ 200 1000÷1200 6,0 + 0,25 5,5 + 0,25 − 0,10 100 ÷ 200 1000÷1200
Ghi chú: Cho phép điều chỉnh chiều rộng và chiều dài của băng bimetal so với kích thước danh nghĩa nêu trong bảng, tùy thuộc vào phôi hợp kim đúc và bimetal hàn nổ
Đối với bạc trượt động cơ ô tô con (4 ÷ 9 chỗ) và động cơ xe ô tô tải (3,5 tấn) hiện nay đang hoạt động phổ biến ở Việt Nam có thể tra cứu theo nhóm động cơ do các nước khác nhau sản xuất (ví dụ như: Nhật Bản; Hàn Quốc; Trung Quốc; Liên Bang Nga; Mỹ; Cộng hòa Liên Bang Đức,…). Có thể tra cứu một số gam động cơ ô tô các loại do Nhật Bản và Hàn Quốc sản xuất theo địa chỉ www.Keda-autobearing/keda
introduction [40].
Vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al+AO9-2) trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này chỉ giới hạn ở mức tải trọng tương ứng với xe ô tô con và xe ô tô tải nhỏ (đến 3,5 tấn), trong đó lớp hợp kim nhôm chịu mòn theo hệ Al – Sn – Cu và lấy theo chỉ tiêu các nguyên tố hợp kim hóa Sn và Cu trong Tiêu chuẩn ngành của Liên Bang Ngạ Cơ sở để chọn mác hợp kim chịu mòn này là: tải trọng cho phép khi làm
việc của bạc trượt: p ≤ 2000 MPa; tốc độ trượt v ≤ 25 m/s; nhiệt độ dầu bôi trơn khi động cơ làm việc hết công suất Tdau≤ 100 OC.
Với mục tiêu chế thử các loại bạc trượt của đề tài này, chọn kíh thước tổng chiều dày băng bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al+AO9-2) sau hàn nổ và cán nguội ở trong khoảng: δΣ = 2,6 ÷ 3,2 mm. Việc điều chỉnh chế độ nấu luyện và đúc – cán hợp kim nhôm AO9-2 đã được trình bày trong các chuyên đề 3, 4 và 5 của đề tài nàỵ
5.1.2. Điều kiện kỹ thuật phôi bimetal thép – hợp kim nhôm làm bạc trượt động cơ ô tô cơ ô tô
Điều kiện kỹ thuật của phôi vật liệu băng bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al+AO9-2) làm bạc trượt động cơ ô tô cỡ nhỏ gồm các tiêu chí cơ bản như sau:
1) Vật liệu lớp nền thép 08Kп sử dụng để sản xuất băng bimetal là thép các bon thấp (theo Tiêu chuẩn Nga ΓOCT 1050-74, hoặc Tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng) có thành phần hóa học cho trong bảng 2.2 và cơ tính cho trong bảng 2.3;
Bảng 5.2. Thành phần hóa học của thép 08Kп theo Tiêu chuẩn Nga ΓOCT 1050-74 Hàm lượng các nguyên tố trong thép, % ,k.l
Mác
thép C Si Mn Cr S P Fe
08Kп 0,05 ÷ 0,1 0,03 0,25 ÷ 0,30 0,1 0,04 0,035 Còn lại Bảng 5.3. Thành phần hóa học của thép 08Kп theo Tiêu chuẩn Nga ΓOCT 1050-74
Số TT Chỉ tiêu cơ lý tính Đơn vị đo Yêu cầu
1 Giới hạn chảy, σs MPa 180,0
2 Giới hạn bền, σb MPa 300,0
3 Độ cứng Brinen ở trạng thái ủ (đổi sang HV) 131HB
4 Độ dãn dài tương đối, δ % 35,0
5 Độ co ngang khi phá hủy kéo đứt, ψ % 60,0
2) Vật liệu lớp hợp kim nhôm chịu mòn AO9-1; AO9-2 và AO20-1 để sản xuất băng bimetal ở Nga có thành phần hóa học gồm các nguyên tố chính cho trong bảng 2.4. Cơ tính ở trạng thái sau đúc và ủ đồng đều hóa hợp kim AO9-2 cho trong bảng 2.5. Tổng khối lượng các nguyên tố khác: Fe; Si; Cu; Zn; Mn,… không lớn hơn 1,75 %. Bảng 2.4. Thành phần hóa học của một số hợp kim nhôm chịu mòn của Nga
Hàm lượng các nguyên tố chính, % khối lượng Mác hợp
kim Sn Cu Nguyên tố khác Al
Loại hợp kim chịu mòn làm bạc trượt AO9-1 8,5 ÷ 9,5 0,85 ÷ 1,0 ≤ 1,75 % Còn lại Hợp kim biến dạng AO9-2 8,5 ÷ 9,5 1,5 ÷ 2,0 ≤ 1,75 % Còn lại Hợp kim biến dạng AO20-1 18,5 ÷ 20,5 0,85 ÷ 1,0 ≤ 1,75 % Còn lại Hợp kim biến dạng Bảng 5.5. Cơ tính của hợp kim nhôm đúc sau ủ đồng đều hóa của đề tài
Số TT Chỉ tiêu cơ lý tính Đơn vị đo Yêu cầu
1 Giới hạn chảy, σs MPa 32 ÷ 46
2 Giới hạn bền, σb MPa 85 ÷ 95
3 Độ cứng Brinen ở trạng thái sau đúc/cán HV 24÷30/26÷35
4 Độ dãn dài tương đối, δ % 45 ÷ 52
5 Độ co ngang khi phá hủy kéo đứt, ψ % 45 ÷ 52 6 Độ dai va đập, KC N.m/cm2 30 ÷ 33
3) Trong một số trường hợp cá biệt, hợp kim AO9-2 sau khi đúc có thể cho phép một vài vết lõm và khuyết tật lẫn tạp chất bẩn (hình thành trong quá trình nguội trong khuôn khi đúc), nhưng độ sâu của chúng không được lớn hơn 1,0 mm, để có thể gia công phay bỏ lớp bề mặt này trước khi cán và hàn nổ;
4) Lớp hợp kim nhôm AO9-2 trên băng bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al- 1050+AO9-2) phải đảm bảo không ngậm khuyết tật do quá trình hàn nổ và cán như đã trình bày trong chương 4.
5) Chất lượng bề mặt lớp nền thép và lớp hợp kim nhôm phải đảm bảo không bị gỉ, và có độ bóng bề mặt đạt chuẩn ở mức Ra = 1,25 (tương ứng với chế độ gia công lần cuối khi cán nguội, phụ thuộc vào độ bóng bề mặt trục làm việc của máy cán tinh);
6) Độ bền bám dính 2 lớp bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050+AO9-2) phải đảm bảo chắc chắn trên toàn bộ diện tích bề mặt tiếp xúc và có giá trị không nhỏ hơn giá trị nhỏ nhất cho phép làm bạc trượt (σb.d≥ 35 MPa). Tuy nhiên, do quá trình biến dạng dẻo sau hàn nổ ở trạng thái nguội, dọc hai bên mép theo chiều rộng băng cán cho phép có các khuyết tật dạng nứt ngang với chiều sâu vết nứt tối đa không quá 5,0 mm;
7) Chất lượng cấu trúc tinh thể của lớp hợp kim chịu mòn AO9-2 phải đảm bảo yêu cầu hạt nhỏ mịn, các phần tử nguyên tố hợp kim hóa Cu (hoặc CuAl2) phân bố đều trong nền dung dịch rắn pha α(Al+Sn) theo bản mẫu cho trên hình 2.2;
8) Độ cứng các lớp băng bimetal sau cán và ủ lần cuối phải nằm trong giới hạn sau: - Lớp nền thép 08Kп: 170 ÷ 240 HB; Lớp hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2: 24 ÷ 30 HV;
9) Độ cong lượn dạng lưỡi liểm theo hai mép bên của băng bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm AO9-2 không được lớn hơn 20 mm tính trên 1000 mm chiều dàị
5.2. Quy định kiểm tra chất lượng, ký hiệu, bảo quản phôi bimetal làm bạc trượt
1) Việc kiểm tra giám định nghiệm thu băng bimetal thành phẩm theo từng lô cán ủ có kích thước đạt yêu cầu của điều kiện kĩ thuật nêu ở mục trên;
2) Kiểm tra sơ bộ bề mặt bên ngoài của lớp thép và hợp kim nhôm chịu mòn phải được thực hiện từng băng bimetal thành phẩm trên 100 % số lượng băng của lô cán ủ;
3) Trong mỗi một lô cán ủ lấy không nhỏ hơn 1 % số lượng băng bimetal, để thử nghiệm các chỉ tiêu giám định như sau:
+ Đo các kích thước hình học theo chiều dày tổng cộng; chiều rộng; chiều dài băng bimetal bằng dụng cụ đo tương ứng (palme, thước cặp, thước lá);
+ Đo độ cứng lớp nền thép 08Kпvà lớp hợp kim chịu mòn AO9-2;
+ Xác định tỉ lệ chiều dày giữa các lớp thép 08Kпvà hợp kim chịu mòn AO9-2; + Xác định độ bền bám dính giữa 2 lớp thép 08Kпvà hợp kim chịu mòn AO9-2; 4) Trong một lò ủ lấy không ít hơn 0,5 % số lượng băng để kiểm tra tổ chức tế vi và độ nhẵn bề mặt của 2 lớp băng bimetal thép 08Kп –hợp kim chịu mòn (Al+AO9-2);
5) Độ cứng lớp nền thép 08Kп và lớp hợp kim nhôm AO9-2 đo theo phương pháp ghi ở theo Tiêu chuẩn Việt Nam hoặc Tiêu chuẩn thế giới tương đương (ASTM), hoặc theo tiêu chuẩn Nga ΓOCT 1050-74;
6) Chiều dày lớp hợp kim nhôm AO9-2 được xác định bằng kính hiển vi đo độ dày với độ phóng đại thích hợp;
7) Đồ bền bám dính giữa các lớp 08Kп và hợp kim nhôm AO9-2 được xác định theo phương pháp kéo trượt ở phụ lục 1 kèm theo tài liệu này;
8) Trong trường hợp kết quả của kiểm tra không đạt yêu cầu thì phải kiểm tra lại lần 2 với số lượng mẫu tăng gấp đôi so với lần 1. Nếu kết quả mà vẫn không đạt yêu cầu thì phải loại bỏ toàn bộ cả lo cán ủ đó. Tuy nhiên, nhà sản xuất băng bimetal thép – hợp kim nhôm làm bạc trượt có quyền kiểm tra lại số lượng băng trong lô cán ủ nói trên để sử dụng từng băng một nếu đạt yêu cầụ
5.3. Công nghệ và thiết bị chế thử bạc trượt động cơ ô tô tải 3,5 ÷ 5 tấn
Theo số liệu cho trong tài liệu [40] (www.Keda-autobearing/keda introduction) ta thấy kích thước hình học của bạc trượt động cơ xe ô tô con 4-9 chỗ nhỏ hơn nhiều lần so với bạc trượt xe ô tô tải dưới 5 tấn. Do vậy, mặc dù có đăng ký loại sản phẩm bạc trượt cho động cơ xe ô tô con, nhưng đề tài không đi sâu nghiên cứu chế tạo laoij bạc này, vì công nghệ cũng tương tự như đối với bạc trượt động cơ xe ô tô tải dưới 5 tấn.
Để thử nghiệm các kết quả nghiên cứu ở phần trên báo cáo này, đề tài chọn loại bạc trung bình lắp cho động cơ ô tô tải loại 3,5 tấn vì có số lượng tương đối lớn đang hoạt động ở nước tạ
Nguyên lý về sơ đồ công nghệ tạo phôi bimetal thép 08Kn – hợp kim nhôm AO9-2 làm bạc trượt đã cho trên hình 3.1 (chương 3) và có thể tham khảo ở trang web [40] chúng tôi đề xuất công nghệ gia công cơ khí bạc trượt dạng hai nửa từ băng vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm.
Căn cứ sơ đồ nguyên lý công nghệ đề xuất trên hình 3.1 (chương 3), cần chọn các thiết bị tạo hình phôi bạc trượt dạng hai nửa và gia công chúng đến thành phẩm trên cơ sở năng lực thiết bị hiện có ở Việt Nam như sau:
5.3.1. Dập cắt tạo hình phôi bạc: Sử dụng máy dập hiện có tại Xưởng bạc trượt bimetal thuộc Công ty TNHH MTV Cơ khí Ngô Gia Tự (hình 5.1). bimetal thuộc Công ty TNHH MTV Cơ khí Ngô Gia Tự (hình 5.1).
Hình 5.1. Dập cắt phôi bimetal thép – hợp kim nhôm chuẩn bị gia công bạc trượt
tại Công ty TNHH MTV Cơ khí Ngô Gia Tự
5.3.2. Dập tạo hình hai nửa phôi bạc trượt
Bạc trượt kiểu hai nửa (bạc biên và bạc palie) trong động cơ diesel lắp trên các xe ô tô tải và xe ô tô con về nguyên lý khi ở trạng thái tự do (chưa lắp vào cổ biên hoặc ổ đỡ trên thân động cơ) đều có “độ bung” quy định, nó quyết định độ đàn hồi của bạc trong ổ đỡ, đồng thời với các vấu ở hai mặt đầu bạc sẽ đảm bảo chống xoay của chúng khi làm việc có tải trọng. Nguyên công này được thực hiện trên máy ép thủy lực (hình 5.2) và đồ gá dập chuyên dụng (hình 5.3).
Hình 5.2. Ảnh chụp minh họa nguyên công ép
tạo hình phôi bán trụ làm bạc trượt hai nửa
tại đơn vị phối hợp đề tài: Công ty Cơ khí NGô
Gia Tự
a)
b)
Hình 5.3. Nguyên lý dập tạo hình tấm vật liệu
bimetal tạo phôi bạc trượt 2 nửa: a)Bước 1:
tạo hình sơ bộ nửa hình trụ của phôi bạc; b) Bước 2”: chồn mặt đầu tăng độ tròn của phôi bạc; 1) Chày dập; 2) Tấm bimetal; 3)
Cối dập
Hình 5.4. Máy phay sử dụng để phay mặt đầu
phôi bạc trượt
Hình 5.5. Nguyên lý phay mặt đầu phôi bạc
trượt hai nửa nhờđồ gá phay chuyên dụng:
1) Dao phay mặt đầu; 2) Phôi bạc trượt sau dập tạo hình bán trụ; 3) Bulông – đai ốc
kẹp phôi; 4) Đế kẹp của đồ gá phay mặt
- Trên hình 5.3 biểu diễn nguyên lý dập hoặc ép tạo hình bán trụ cho các phôi bạc bimetal, phải tiến hành qua 2 bước:
1) Dập tạo hình sơ bộ;
2) Dập tinh chỉnh tăng độ tròn của phôi bán trụ.
Có thể thiết kế hai khuôn dập của 2 bước tạo hình nói trên ngay trên một tổ hợp khuôn sẽ tăng năng suất dập tạo hình các phôi bạc trượt dạng hai nửạ
- Thiết bị dập tạo hình ở nguyên công này có thể chọn là các máy dập công suất dưới 100 tấn là đủ. Trong diều kiện đề tài thực hiện tại Công ty Cơ khí Ngô Gia Tự, đã sử dụng máy ép thủy lực 100 tấn để ép tạo hình phôi bạc trượt (hình 5.2).
5.3.3. Phay mặt đầu lắp ghép hai nửa phôi bạc trượt
- Phôi bạc trượt từ vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm sau khi đã được dập tạo hình ở nguyên công 1 trên đây, cần phải phay bỏ hai mặt đầu, sao cho khi ghép hai nửa lại với nhau trong đồ gá gia công sẽ nhận được phôi hình trụ chuẩn;
- Sử dụng máy phay thông thường (hình 5.4) hoặc máy phay CNC để gia công hai mặt đầu nhờ đồ gá phay chuyên dụng ở nguyên công nàỵ Nguyên lý gá phay mặt đầu phôi bạc cho trên hình 5.5.
5.3.4. Tiện xén mặt bên, vát mép lỗ trong hai nửa bạc trượt
Trên hình 5.6 là sơ đồ nguyên lý tích hợp 2 nguyên công: 1) Xén mặt bên hai nửa phôi bạc trượt;
2) Vát mép lỗ trong hai nửa bạc trượt. Hai nguyên công này có thể tích hợp gia