B. Nội dung chính báo cáo
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 công trên một đồ gá tiện.
Để tiện xén và vát mép mặt bên thứ 2 cần gá phôi lại lần 2.
Sai số do gá lắp đều nằm trong phạm vi cho phép trong dung sai theo bản vẽ chế tạọ Thiết bị gia công: máy tiện vạn năng, máy tiện CNC (nếu có).
Hình 5.6. Nguyên lý tiện hai mặt bên và vát mép đồng thời với tiện tinh lỗ trong của bạc trượt:
1) Mâm cặp máy tiện; 2) Đồ gá tiện lỗ trong, xén mặt đầu và vát mép bạc trượt hai nửa; 3) Dao tiện; 4) Ụ kẹp dao tiện; 5) Phôi bạc trượt hai nửa sau nguyên công phay đúng mặt đầu
5.3.5. Mài mặt lưng bạc trượt
Hai nửa bạc trượt sau khi đã tiện tinh lỗ trong được mài tinh mặt lưng bạc trên máy mài ngoài thông dụng, sử dụng đồ gá mài tương ứng với mỗi loại bạc trượt.
Trên hình 5.7 thể hiện ảnh chụp đồ gá mài ngoài lưng bạc trượt hai nửa và nguyên lý thiết kế đồ gá nàỵ
Hình 5.7. Đồ gá mài mặt lưng bạc trượt trước
khi gia công tinh mặt trong
Hình 5.8. Máy khoan cần sử dụng để khoan
lỗ cấp dầu của bạc trượt
5.3.6. Tiện tinh lỗ trong và rãnh chứa dầu các nửa bạc trượt
Nguyên công tiện tinh lỗ trong và tiện móc rãnh chứa dầu trên hai nửa bạc trượt có thể thực hiện nhờ đồ gá triện lỗ giống như cho trên hình 5.5 ở trên.
Thiết bị sử dụng: máy tiện vạn năng hoặc máy tiện CNC (nếu có).
5.3.7. Khoan lỗ và phay rãnh cấp dầu bôi trơn
Nguyên công này được thực hiện trên máy khoan cần hoặc máy phay thông dụng, nhờ đồ gá khoan (phay) tương ứng.
5.3.8. Dập vấu chống xoay hai nửa bạc trượt
Bạc trượt hai nửa sau các nguyên công trên đây đạt chuẩn kích thước tinh theo bản vẽ chế tạo, cần qua nguyên công dập vấu chống xoay trong đồ gá dập vấu tương ứng với mỗi loại kích thước đường kính bạc. Vị trí dập vấu chống xoay quy định trong bản vẽ chế tạo, lấy theo mẫu của các động cơ cần lắp bạc cụ thể.
5.3.9. Đóng số ký hiệu, mạ phủ bảo vệ, bao gói, bảo quản bạc trượt
Bạc trượt hai nửa sau khi đã được gia công hoàn thiện, cần phải đóng dấu ký hiệu nhãn mác thương mại; mạ phủ một lớp chống ôxy hóa bề mặt bạc; bao gói và bảo quản theo quy định của nhà sản xuất. Trong khi đóng gói bạc trượt thành phẩm, cần có chỉ dẫn sử dụng lắp ráp kèm theo của nhà sản xuất.
Như vậy: quy trình công nghệ và thiết bị sử dụng để gia công chế tạo các loại bạc trượt hai nửa từ vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm là khá đơn giản, dễ thực hiện trong điều kiện ở mỗi doanh nghiệp cơ khí trong nước mà không cần phải đầu tư thêm máy móc thiết bị gia công cơ khí.
5.4. Kết quả giám định mẫu bạc trượt bimetal chế thử
Việc giám định chất lượng bạc trượt chế thử của đề tài được thực hiện theo một số tiêu chí chính như:
1) Khảo sát mòn nhanh mẫu vật liệu hợp kim AO9-2 trên thiết bị thí nghiệm được đề xuất TRIBOTESTER của hãng TTO-TRIBOtechnic để phỏng đoán độ bền mòn của nó;
2) Kiểm tra kích thước hình học bạc (ở trạng tái bung tự do);
3) Tổ chức tế vi biên giới 2 lớp thép 08Kn và hợp kim nhôm AO9-02, khảo sát trên mẫu lấy từ phôi băng bimetal sau cán mỏng đạt kích thước yêu cầu đủ lượng dư gia công bạc thành phẩm;
4) Lắp ráp vào động cơ xe ô tô tải trọng 3,5 tấn và thử nghiệm không tải trong phòng thí nghiệm và chạy thử khảo nghiệm trên xe tải TẬP LÁI của một cơ sở đào tạo lái xe theo thỏa thuận hợp tác nghiên cứu của đề tàị
5.4.1. Mô hình thí nghiệm thử mòn nhanh hợp kim nhôm chịu mòn
Việc đề xuất mô hình thí nghiệm thử mòn nhanh lớp vật liệu hợp kim nhôm chịu mòn tùy thuộc vào chế độ đặt tải thử trong quy mô phòng thí nghiệm được đề cập trong chuyên đề 6 đề tài này
Đề tài lựa chọn 2 phương án thử mòn nhanh như sau:
1) Sử dụng thiết bị thử mòn nhanh TRIBOTESTER của hãng TTO-TRIBOtechnic để thử mẫu chuyên dụng (hình 5.9):
+ Có 2 phương pháp thử: mẫu trụ được kẹp chặt trên đầu chất tải và tiếp xúc trực tiếp với đĩa ma sát chuyển động quay ở phía dưới (hình 5.9 b) hoặc mẫu thử tiếp xúc trực tiếp với chi tiết đối ứng chuyển động tịnh tiến qua lại (hình 5.9 c).
+ Tốc độ quay (hoặc tịnh tiến) của chi tiết đối ứng với mẫu thử mòn nhanh được điều chỉnh theo các định mức khác nhaụ Thiết bị này có tích hợp phần mềm xử lý số liệu đo đối với cả hai phương án đặt tải (hình 5.10 a và 5.10 b) và cho kết quả tính toán tự động (hình 5.10 c).
+ Như vậy, đây là một trong số các thiết bị thí nghiệm ma sát học có tính năng hiện đại, vừa đo được lượng mòn nhanh của vật liệu mẫu thử, vừa xác định được hệ số ma sát trong mỗi trường hợp đặt tải theo chế độ thử quy ước. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm ở đây mới là cơ sở khoa học để phỏng đoán độ bền mòn của vật liệu thử, phạm vi thử còn có hạn chế và có thể chưa đáp ứng được điều kiện thử mòn nhanh ở tải trọng lớn;
a)
b)
c)
Hình 5.9. Giới thiệu máy thử mòn nhanh TRIBOTESTER của hãng TTO-TRIBOtechnic hiện
có tại Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội: a) Giới thiệu
c)
Hình 5.10. Giới thiệu phần mềm chuyên dụng của máy thử mòn nhanh TRIBOTESTER
của hãng TTO-TRIBOtechnic
2) Phương án thử mòn nhanh sản phẩm bạc trượt đã gia công đến thành phẩm, với mức tải trọng tương đương tải trọng làm việc trên thực tế của động cơ. Ở ngoài nước người ta chế tạo các băng thử bạc trượt động cơ, cho phép thử nghiệm nhiều loại bạc trượt ở điều kiện làm việc bình thường và quá tải so với điều kiện trên thực tế sử dụng. Để chế tạo được các băng thử như vậy cần có đầu tư nhiều kinh phí, trong đề tài này chưa thể thực hiện được. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đề tài đã có đề xuất thiết kế mô hình thử mòn nhanh đối với các chi tiết bạc trượt có đường kính tới 150 mm như đã đề cập trong chuyên đề 6 [37]. Để chế tạo thiết bị này cần có đầu tư mới về nguồn kinh phí nếu đề tài được phát triển ở mức cao hơn.
5.4.2. Kiểm tra kích thước hình học và hình thái bề mặt
- Kích thước hình học bạc biên và bạc paliê động co ô tô tải 3,5 tấn sau gia công đến thành phẩm được cho trong bảng 5.6. Chiều dày tổng cộng 2 lớp của bạc được gia công theo cốt sửa chữa lần 1 là: δ = 2,2 ÷2,4 mm.
- Hình thái bề mặt bạc trượt sau khi gia công tinh và có lớp mạ phủ bảo vệ khỏi ôxy hóa được thể hiện bởi ảnh chụp cho trên hình trên hình 5.11.
Bảng 5.6. Kết quả kiểm tra bạc trượt trimetal chế thử trước khi lắp ráp vào động cơ thử nghiệm trên xe tải 3,5 tấn
Kích thước hình học bạc biên Kích thước hình học bạc paliê TT D, mm B, mm H, mm Đánh giá: đạt/không D, mm B, mm H, mm Đánh giá: đạt/không 1 162,0 27,5 80,0 Đạt 126,0 33,0 62,0 Đạt 2 162,0 27,5 80,0 Đạt 126,0 33,0 62,0 Đạt 3 162,0 27,5 80,0 Đạt 126,0 33,0 62,0 Đạt
Ghi chú: 1 – lắp cho động cơ xe HUYNDAI 3,5 tấn, biển kiểm soát 14C.032.10;
2 – Lắp cho động cơ xe VINAXUKY 5 tấn, biển kiểm soát 14N.4237;
3 – Lắp cho động cơ xe ISUZU 5 tấn, biển kiểm soát 14N.4643;
D – Đường kính ngoài; B – Chiều rộng; H – Chiều cao ở trạng thái bung tự do của bạc.
a)
b)
Hình 5.11. Ảnh chụp bạc trượt động cơ ô tô tải HUYNDAI 3,5 tấn sau gia công tinh và mạ phủ
lớp bảo vệ bề mặt: a)Bạc biên; b) Bạc paliê.
5.4.3. Tổ chức tế vi và độ cứng lớp thép và lớp hợp kim nhôm chịu mòn
Vật liệu bimetal thép 08Kп – hợp kim nhôm (Al-1050 + AO9-2) sau khi cán đạt kích thước phù hợp để chế tạo bạc biên và paliê động cơ ô tô con (4 ÷ 9 chỗ) và xe tải (3,5 tấn và 5 tấn) được lấy mẫu kiểm tra tổ chức tế vi biên giới liên kết 2 lớp và xác định một số chỉ tiêu cơ học như độ cứng lớp thép và lớp hợp kim nhôm AO9-2.
Từ nghiên cứu lý thuyết, có thể cho rằng ở trạng thái ngay sau khi cán nguội đạt kích thước phôi chế tạo bạc của vật liệu bimetal thép – hợp kim nhôm là tốt nhất, vì nó vấn giữ được độ biến cứng vật liệu các lớp ở một mức độ nhất định nào đó, làm tăng khả năng chịu tải trọng của lớp hợp kim nhôm chịu mòn, còn lớp nền thép có độ đàn hồi tốt hơn so với trạng thái ủ (đảm bảo tầm đạp của bạc tốt hơn). Vì thế, sau lượt cán cuối cùng ở nguyên công cán phôi bimetal, vật liệu không phải qua nhiệt luyện.
Trên hình 5.12 là ảnh chụp tổ chức tế vi tại biên giới lớp thép 08Kп, lớp nhôm lót trung gian Al và lớp hợp kim nhôm AO9-2 với độ phóng đại x 200. Từ đó cho thấy:
a) Lớp thép 08Kn, x200 b) Lớp nhôm trung gian Al giữa các lớp thép 08Kn và hợp kim nhôm AO9-2, x200
c) Lớp hợp kim nhôm AO9-2, x 200 gid)ớ Si 2 lơđồớp bimetal thép 08Kn – hđo độ cứng tế vi vùng lân cợp kim nhôm ận biên (Al + AO9-2)
Hình 5.12. Ảnh chụp tổ chức tế vi vùng lân cận biên giới lớp thép 08Kп (a); lớp nhôm trung
gian Al nằm giữa 2 lớp thép và hợp kim nhôm chịu mòn AO9-2 (b); lớp trên mẫu vật liệu bimetal
thép – nhôm – hợp kim nhôm cán đạt chiều dày yêu cầu để chế tạo bạc trượt
- Các lớp vật liệu thép 08Kп, lớp nhôm lót trung gian Al và lớp hợp kim nhôm AO9-2 khi xem xét riêng biệt trên một số vị trí khảo sát điển hình trên biên giới giữa chúng đều có đặc tính bị biến dạng dẻo mạnh, cấu trúc hạt có tính dị hướng kéo dài dọc theo hướng cán rõ rệt và cấu trúc các lớp đó khá đồng đều;
- Trong miền khảo sát các lớp vật liệu đều không phát hiện thấy các khuyết tật đúc và tạp chất khác. Cấu trúc hạt tăng cứng (Cu, hoặc CuAl2) phân bố đều trong nền lớp hợp kim nhôm AO9-2. Điều đó đảm bảo lớp hợp kim chịu mòn chịu tải đều theo toàn bộ bề mặt tiếp xúc với chi tiết đối ứng trong bộ đôi ma sát khi làm việc tốt;
- Độ cứng tải trọng nhỏ (độ cứng tế vi) của các lớp thép và hợp kim nhôm ở vùng lân cận biên giới giữa chúng đạt yêu cầu kỹ thuật đề rạ
Nhận xét:
Bạc trượt chế thử áp dụng cho động cơ xe ô tô tải 3,5 tấn đạt yêu cầu kỹ thuật về: kích thước hình học; độ bền bám dính 2 lớp thép 08Kn và hợp kim AO9-2 (lấy theo số liệu băng bimetal); hình thái bề mặt; tổ chức tế vi lân cận vùng biên giới 2 lớp; độ cứng các lớp, đủ điều kiện để lắp ráp thử nghiệm trong động cơ (trên băng thử).
5.5. Kết quả lắp ráp thử nghiệm bạc trượt bimetal quy mô phòng thí nghiệm
a) Lắp rắp trên băng thửđộng cơ
- Kết quả lắp ráp và thử ở quy mô trong Phòng thí nghiệm trên băng thử của Xưởng sửa chữa ô tô phục vụ cho Trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng cho trong bảng 5.7 (xem Biên bản giám định được lập ở Tp. Uông Bí, tỉnh Quàng Ninh và cho trong phần Phụ lục).
Bảng 5.7. Kết quả giám định lắp ráp, thử nghiệm bạc trượt trimetal trong động cơ ô tô TT Chỉ tiêu giám định Động cơ xe
HUYNDAI
Động cơ xe VINASUKY
Động cơ xe
ISUZU Ghi chú 1 Khe hở quy ước giữa bề
mặt lớp hợp kim chịu mòn AO9-2 với cổ trục, mm
0,02 ÷ 0,03 0,02 ÷ 0,03 0,02 ÷ 0,03 Đạt: cốt sửa chữa
lần 1 2 Thời gian thử không tải
trên băng thử, giờ
02 02 02 Đạt yêu
cầu 3 Thời gian thử có tải nhẹ
(số nguội) sau khi lắp trên băng thử, giờ
03 03 03 Đạt yêu
cầu
4 Kết luận về tính khả dụng của bạc trượt chế thử
Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Có thể sử dụng
b)Đánh giá sơ bộ về tính khả dụng của bạc trượt chế thử
- Bạc trượt gồm có 02 loại là bạc biên và bạc paliê, chế thử đạt yêu cầu kỹ thuật về kích thước hình học, đảm bảo các tiêu chí vật liệu: độ cứng lớp hợp kim nhôm AO9-2 và lớp thép 08Kп, chất lượng bám dính giữa các lớp vật liệu trimetal tốt;
- Đã lắp ráp và chạy thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm trên băng thử của Xưởng sửa chữa ô tô đạt yêu cầu kỹ thuật theo các tiêu chí cơ bản trong sửa chữa động cơ ô tô, chạy rà thử nghiệm với thời gian quy định không tải, có tải số nguội đạt yêu cầu, không xẩy ra sự cố kỹ thuật hay hỏng hóc động cơ;
- Bạc trượt trimetal thép 08Kп – nhôm Al1050 – hợp kim nhôm AO9-2 có tính