Căn cứ vào hỡnh dỏng và kớch thước của trục khuỷu như trờn, ta nhận thấy đõy là loại chi tiết cú hỡnh dỏng kớch thước phức tạp nờn ta quy đổi chi tiết về dạng thõn dài hỡnh trụ.
Áp dụng cụng thức tớnh Bio cho chi tiết phức tạp :
Trong đú: ;
Với : Fmc :là diện tớch của mặt cắt ngang của tiết diện đặc trưng bằng diện tớch mặt cắt ngang của cổ trục lớn (cổ trục cú φ = 90mm)⇒R = 45mm
Fmc = πr2
P : Chu vi mặt cắt ngang của tiết diện đặc trưng P = 2πr
α : Là hệ số truyền nhiệt ta cú thể tra từ biểu đồ trờn hỡnh:4.3
α (W/m2 độ 200 150 100 50 0 250 500 750 1000
Thép đối l u tự nhiên môi tr ờng không khí
ở nhiệt độ lũ ,t1=8600C ta suy ra được α= 180w/m2 độ.
λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật nung Tra bảng 1.6 [I]
λ = 163,254KJ/mh Suy ra :
Bi =0,05 < 0,25. Do đú chi tiết được tớnh cho nung vật mỏng. Trước hết ta cần kiểm tra điều kiện (1.11)
(1.11)
Trong đú : Ntk : Cụng suất thiết kế của lũ Ntk = 60KW Fm : là mặt nung của cỏc chi tiết trong mẻ xếp : Fm = πDtb.l.n = 3,14. 85.10-3.860.10-3.6 = 1,38(m2)
(Với n = 6 là số lượng chi tiết ta tạm chọn cho một mẻ nung)
η : Hệ số hữu dụng của lũ : η= 0,8 t1 : Nhiệt độ lũ, t1 = 8600C
t2d : Nhiệt độ ban đầu của chi tiết t2d = 250C Thay vào (1.11) ta được
Hình:4.3 : Biểu đồ hệ số truyền nhiệt α của môi trờng không khí đối lu tự nhiên cho thép
Hay : 60 ≥(1,2ữ1,5).259,2. (Vụ lý)
Như vậy điều kiện (1.11) là khụng thoả món,do vậy ta sẽ tớnh thời gian nung theo trường hợp nhiệt độ lũ thay đổi.
+ Cụng suất thiết kế của lũ : Ntk = 60KW + Cụng suất hữu ích :
+ Số lượng chi tiết một mẻ nung tớnh theo cụng thức :
Trong đú :
t1 = 8600C : Nhiệt độ lũ
t2c =850: Nhiệt độ cuối của chi tiết
F : Diện tớch bề mặt nung của mặt chi tiết : F = πDtb.l = 3,14.85.10-3.860.10-3
F= 0,23m2
K:Hệ số tỷ lệ giữ nhiệt độ đạt được ở giai đoạn một và nhiệt độ đạt được ở giai đoạn cuối. Chọn K= 0,9
(Cỏi)
Tuy nhiờn, căn cứ vào hỡnh dỏng kớch thước của chi tiết và cụng suất của lũ để thuận lợi nhất cho cỏc thao tỏc trong sản xuất. Ta chọn số lượng chi tiết cho một mẻ là : n = 6 (cỏi).
+ Khối lượng mẻ nung : M = n.m+ Mgỏ
Với : m : là khối lượng một chi tiết m = 38kg Mgỏ = 20kg :là khối lượng của gỏ
+ Diện tớch bề mặt nung : Fm = F.n = 0,23.6=1,38(m2)
+ Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu
C : Nhiệt dung riờng, C = 0,5485KJ/Kg.độ (Tra bảng 1.6) [I]
C=548,5 J/Kg độ
+ Thời gian nung giai đoạn hai :
Vậy tổng thời gian nung của chi tiết là : τn= Kx (τ1+τ2)
Trong đú Kx : là hệ số sắp xếp chi tiết Tra bảng 1.5 ta được : Kx = 1,4
τn = 1,4 (0,7 + 0,41)= 1,6(h) c) Tớnh thời gian giữ nhiệt :
Trong thực tế thời gian giữ nhiệt được tớnh toỏn đơn giản. Khi nung tụi thộp Cacbon kớch cỡ 25 ữ 200mm, thời gian giữ nhiệt cú thể tớnh bằng 20 ữ 25% thời gian nung .Vậy thời gian giữ nhiệt là :
c) Thời gian thao tỏc cho mỗi mẻ ta chọn là: τtt =10 (phút) = 0,16(h)
→ Tổng thời gian một mẻ nung là :
τΣ=2,2(h)
Giỏ chi tiết sau khi đạt thời gian nung và giữ nhiệt được lấy ra bằng cầu trục và tụi cả gỏ chi tiết ở trong nước để hạn chế tối đa độ cong vờnh, biến dạng của chi tiết.Gỏ chi tiết được nhỳng thẳng đứng xuống bể nước.
Sau đú ta lại đưa cả gỏ chi tiết này vào lũ ram để ram cao ở nhiệt độ 6300C.
II.2. Tớnh thời gian nung cho quỏ trỡnh ram :
Do khối lượng của một mẻ là M = 228 + 20 =248 (Kg). Khối lượng của một chi tiết , m =38kg là tương đối lớn mà nhiệt độ ta chọn cho quỏ trỡnh ram cao là 6300C cũng khỏ cao. Do vậy việc tớnh thời gian nung ram sẽ được tớnh tương tự như quỏ trỡnh nung tụi.
Hoàn toàn tương tự như nung tụi ta cú : Tớnh Bio theo cụng thức : S = 45.10-2 (m) A = 1 ∝ = 90w/m2 độ λ = 171,626 Vật nung là vật mỏng
+ Cụng suất thiết kế của lũ ram là Ntk =25KW + Cụng suất hữu ích là :
n= 6 (cỏi). Vỡ ta sẽ ram cả gỏ chi tiết vừa được tụi xong để cho quy trỡnh sản xuất được thuận lợi nhất.
+ Khối lượng mẻ nung : M = n.m + Mgỏ
M = 6.38 + 20 = 228 + 20 =248(kg) + Diện tớch bề mặt nung :
Fm = F.n = 0,23.6 = 1,38(m2)
+ Thời gian nung chi tiết giai đoạn đầu
Trong đú:
C : Nhiệt dung riờng,(tra bảng1.6[1]), C = 0,525KJ/Kg.độ=525 J/Kg độ
α: Hệ số truyền nhiệt (Tra từ biểu đồ hệ số truyền nhiệt độ hỡnh 4.3),
α=90W/m3.độ
M= 248kg: Khối lượng mẻ ram t1=6400C : nhiệt độ của lũ
t2d=300C:nhiệt độ ban đầu của chi tiết Nh=15385W: cụng suất hữu ích của lũ. Suy ra:
+ Thời gian nung giai đoạn 2 :
(Với t2c=6300C là nhiệt độ ram chi tiết) Vậy tổng thời gian nung của chi tiết là
Thời gian giữ nhiệt trong quỏ trỡnh ram là :
Thời gian thao tỏc là : 0,1(h) = τtt
Thời gian cho một mẻ ram là :
τram = τn + τgn =τtt = 0,9+ 1,8+ 0,1 = 2,8 (h) = 3(h) II.3. Tớnh toỏn cho tụi bằng dũng cảm ứng
Chi tiết sau khi tụi trong H20+ ram cao đó đạt được tổ chức xoocbit ram với cơ tớnh như sau :
σb = 72 kg/mm2 φ = 55%
σ0+ 2= 45 kg/mm2 ak = 14kgm/cm2
σ= 22%
Độ cứng đạt được khoảng 220 ữ 260 HB
Đến đõy chỳng ta tiến hành tụi bề mặt cổ trục khuỷu bằng lũ tụi tần số.
Căn cứ vào tớnh chất làm việc của trục khuỷu như đó núi ở trờn và chế độ tụi + ram cao đó thực hiện ở khõu nhiệt luyện trước. Ta chọn nhiệt độ tụi của lớp nung cao tần là 9500C với chiều sõu lớp tụi đạt được là δ = 2,5mm.
Từ đồ thị (hỡnh 2.55 [1]) ,ta chọn được cụng suất riờng là q = 0,7kw/cm2 = 7.106 w/m2.
+ Tần số của dũng điện được tớnh từ cụng thức: (cm)
Với : δ2 là chiều sõu lớp tụi cần đạt được δ2 = δ = 2,5mm = 0,25cm
+ Tớnh thời gian nung giai đoạn 1 từ 200C đến điểm Quyri 7700C. Theo cụng thức : (1.42)[1] ta tớnh thời gian nung bề mặt chi tiết :
Trong đú : ϑ= t - tđ = 770 - 25 = 7450C Là nhiệt độ của chi tiết tớnh từ nhiệt độ ban đầu.
λ : Hệ số dẫn nhiệt của kim loại
λ = 42 w/m.độ
a : Hệ số khuyếch tỏn (dẫn nhiệt độ) của kim loại; a = 0,9.10-5 m2/s q : Cụng suất riờng ; q = 7.106w/m2
⇒
Từ cụng thức (1.41)[1], tớnh thời gian nung đến khoảng cỏch 2,5mm kể từ bề mặt chọn τ= 3,87 (s) khi đú : ϑ = = = = = ( tra bảng 1.14 [1] ) ϑ= 745,30C ≈ 7450C
Như vậy thời gian nung giai đoạn1 là : 3,87 (s) Thời gian nung giai đoạn 2 từ 770 ữ 950
ϑQM= Chọn τ = 0,35 9 (s) ta cú ϑQM = = = = (Tra bảng 1.14 [1]) ϑQM = 179,80C = 1800C Hay tM = 180 + 770 = 9500C
Như vậy thời gian nung giai đoạn 2 của lớp bề mặt là 0,35 9 (s)
Bõy giờ tớnh thời gian nung điểm biờn giới trong của lớp xõm nhập dũng cảm ứng (ở đõy bằng lớp tụi). Chọn τ = 0,63(s) Khi đú :
ϑQT = Chọn τ = 0,16 (s), khi đú : ϑQT = = ϑQT = = 180,80C = 1800C Hay: tt = 180 + 770 = 9500C.
Vậy tổng thời gian nung là mặt chi tiết đến 9500C là : 3,87 + 0,35 = 4,22 (s) Tổng thời gian nung sõu lớp 3,5mm đến 9500C là: 3,87 +0,63 = 4,5 (s)
Khi đú nhiệt độ trờn bề mặt đạt với thời gian nung sau quyri là 0,63 (s)
ϑQM = = = ϑQM = Ta lấy = 2800C Tức là : tM = 280 + 770 =10500C (thoả món).
Vậy tổng thời gian nung của một cổ trục : Στn = 4,22 + 4,5 =
II.4. Tính toán cho thiết bị phục vụ tôi tần số
Căn cứ vào kết quả tớnh được ở trờn của lũ tần số cú: f = 60KHz tra bảng (6.12 [2]). Ta chọn được thiết bị lũ tần số với cỏc đặc tớnh kỹ thuật như sau :
Kiểu thiết bị : AZ - 37 : AZ - 37
Cụng suất mỏy : 37 (KW) : 37 (KW)
Tần số làm việc : 60 - 74 (KHz) : 60 - 74 (KHz)
Số pha : 3 (pha) : 3 (pha)
Điện thế mạng : 380/220 (v) : 380/220 (v)
Cụng suất : 50 (KW) : 50 (KW)
Kiểu biến thế dương cực : ZTM - 50/6 : ZTM - 50/6
Số lượng và kiểu đốn phỏt : TP1 - 6/15 : TP1 - 6/15
Làm nguội đốn phỏt dương cực : H : H20
Làm nguội vũng cảm ứng : H : H20
Làm nguội chi tiết nung : Khụng khớ cưỡng bức + H : Không
khí cỡng bức + H20.
Tiờu hao nước làm nguội : 2500l/h : 2500l/h
Kớch thước ngoài : 4020 x 2200 (mm) : 4020 x 2200
(mm)
Chiều cao : 2250 (mm) : 2250 (mm)
Khi tụi cổ trục khuỷu cú thể tụi theo ba cỏch như sau :
+ Lớp tụi phõn bố trờn tất cả chiều rộng của bề mặt tới giỏp gúc lượn (hỡnh IV.2) :
Tuy nõng cao được tớnh chống mài mũn nhưng lại giảm độ bền mỏi của trục vỡ vựng gúc lượn vốn chịu ứng suất tập chung rất lớn cộng thờm với ứng suất dư do tụi nờn sẽ làm tăng nguy cơ tạo nờn cỏc vết nứt mỏi tế vi.
+ Tụi ở hai đầu gúc lượn và vựng kế cận chỉ để chứa lại một giải ở giữa cổ trục cú lỗ dầu bụi trơn (hỡnh 4.5):
Hỡnh 4.5
Do gúc lượn được tụi nờn sẽ chịu được ứng xuất nộn dư, nhờ đú khi cú ứng xuất kộo tỏc dụng nguy cơ sinh vết nứt mỏi ở đõy giảm hẳn. Cỏch tụi này vừa đảm bảo được tớnh chống mài mũn của trục vừa nõng cao được độ bền mỏi từ 1,5 - 1,8 lần.
Tuy nhiờn cỏch tụi này cũng chưa được ỏp dụng rộng rói ngay ở cỏc nước cụng nghiệp phỏt triển vỡ nú gặp phải một số khú khăn như : Làm tăng sự cong vờnh của trục, khú nắn thẳng. Điều này sẽ dẫn tới phải để thờm lượng dư cho phần mài kết thỳc và tăng chi phớ gia cụng. Khụng những vậy mà cũn phải luụn luụn sửa đỏ mài để mài gúc lượn đó tụi nờn rất tốn đỏ do vậy khụng kinh tế.
+ Như vậy chỳng ta sẽ ỏp dụng cỏch tụi đoạn giữa của trục khuỷu (hỡnh 4.6) :
Hỡnh 4.6
Cỏch tụi này vừa khụng ảnh hưởng xấu đến độ bền mỏi vừa đảm bảo được tớnh chống mài mũn. Cũn để giải quyết vấn đề ứng xuất dư ở gúc lượn ta sẽ tiến hành biến cứng gúc lượn để tạo nờn ứng xuất nộn dư bằng cỏch lăn ép sau khi
tụi.Tuy nhiờn với hỡnh dỏng của gúc lượn cổ trục việc thực hiện lăn ép là rất khú khăn, do vậy ta sẽ tiến hành phun bi để biến cứng.
Tụi cảm ứng cổ trục khuỷu phải chỳ ý đến ảnh hưởng của lỗ thoỏt dầu ở giữa bề mặt cổ. Như đó biết, mộp lỗ sắc nhọn là nơi tập trung dũng điện fucụ nen rất đễ bị quỏ nhiệt và khi làm nguội dễ bị nứt, do đú phải trỏnh hiệu ứng gúc nhọn ở đõy bằng cỏch vỏt mộp,nhất là ở loại lỗ khoan nghiờng từ cổ lờn chốt, một mộp của lỗ cú gúc rất nhọn, rất dễ xảy ra quỏ nhiệt và nứt.
Với cỏch nhỡn như vậy loại lỗ thoỏt dầu thoạt tiờn cú phương hướng tớnh tới chiều sõu 3 -5mm rồi sau đú mới đổi phương, là loại cú cấu trỳc thớch hợp hơn với tụi cảm ứng.
Trong thực tế nhiệt luyện, để giải quyết sự quỏ nhiệt cỏc lũ dầu người ta thường dựng cỏch nút lỗ bằng gỗ, amiăng, đồng và thộp ( hỡnh 4.7) :
Chưa được tụi Quỏ nung a) 1 2
b) 1 2
c) 1 2
Chưa được tụi Quỏ nung
Hỡnh 4.7:Sơ đồ phõn bố dũng điện (đường mũi tờn ở dóy hỡnh bờn trỏi) và vựng tụi (phần nền đậm ở dóy hỡnh bờn phải) khi :
a. Khụng cú nút hoặc dựng nút gỗ hay amiăng ; b - dựng nút thộp ; c: dựng nút đồng.
Khi khụng dựng nút, dũng điện cảm ứng chạy trờn chu vi cổ sẽ lượn qua l làm cho mật độ dũng ở phần mộp, theo phương vuụng gúc với dũng điện, cú sự tập trung dũng điện lớn gõy ra quỏ nhiệt và nứt, nhưng ở vựng mộp cũn lại, mật độ dũng điện nhỏ gõy thiếu nhiệt và cú độ cứng thấp (hỡnh vẽ). Cú thể khắc phục một phần vựng mộo bị quỏ nhiệt và nứt bằng cỏch dựng nút gỗ hau amiăng ẩm, khi nung một phần nhiệt này bị nút hấp thụ, trước đõy người ta đó dựng loại nút này, song do hiệu quả khụng cao nờn gần đõy rất ít sử dụng. Ngược lại nếu dựng nút bằng đồng sẽ làm dũng điện phõn bố lệnh ao trong nút (do đồng cú điện trở nhỏ hơn) và do đú vị trớ cỏc vựng quỏ nhiệt và độ cứng thấp cú vị trớ đối lại với khi khụng cú nút như biểu diễn ở hỡnh vẽ trờn. Song do tốc độ nung núng cảm ứng của
đồng chậm, đồng thời dẫn nhiệt mạnh nờn kết quả đạt được vẫn bảo đảm tốt, hơn nữa sau khi tụi dễ rỳt nút ra nờn dưdợc ỏp dụng trong sản xuất. Khi dựng nút thộp với cựng mỏc làm trục khuỷu, dũng điện phõn bố rất đều trờn bề mặt cổ, kể cả vựng quanh lỗ nờn cho kết quả tốt nhất như biểu diễn ở hỡnh vẽ. Nhưng loại nút này chỉ cú tỏc dụng khi nú tiếp xỳc khớt với bề mặt lỗ, điều này rất khú thực hiện, vỡ trong quỏ trỡnh nung núng nút bị biến dạng dần dần và giữa chỳng xuất hiện khe hở. Để tiếp xỳc tốt người ta thường mạ đồng cho nút thộp.
Khi trục khuỷu làm bằng thộp 45 (C45), núi chung người ta ỏp dụng cỏch tụi tự ram bằng cỏch định thời gian phun nước làm nguội như đó trỡnh bày ở trờn. Cũn trong trường hợp làm bằng thộp hợp kim 40X (40Cr) hay 50r (50Mn) thỡ quỏ trỡnh tự ram như vậy là chưa đủ, vỡ chưa giảm ứng suất dư đến mức cần thiết nờn sau đú phải đem ram thờm ở trong lũ.
Trục khuỷu cần nhiệt luyện là chi tiết cú hai loại cổ trục khỏc nhau do vậy ta phải thiết kế hai loại vũng cảm ứng cú kớch thước khỏc nhau. Một cho tụi cổ trục lớn φ 90, một cho tụi cổ bộ φ 80 làm nguội bằng cỏch nhau H20 qua cỏc lỗ phun trờn vũng cảm ứng.Tương ứng là thời gian làm nguội cho mỗi cổ trục cũng khac nhau. Sau khi tiến hành nung tụi đạt nhiệt độ, đủ thời gian ta ngắt điện và đúng cõự dao mỏy bơm ngay để tiến hành bơm nước làm nguội. Chi tiết sau khi tụi cảm ứng được tự ram.
Tuy nhiờn hai cổ trục này cú đường kớnh gần bằng nhau,chiều sõu lớp tụi giống nhau. Do vậy trờn thực tế ta chỉ cần tớnh cho một cổ trục(Cụ thể ở đõy ta tớnh cho cổ trục lớn,φ = 90mm), cũn thời gian làm nguội cho cổ trục kia ta lấy bằng cổ trục
ta tớnh.
Tớnh thời gian làm nguội cho cổ trục lớn (φ = 90mm)
Cú bỏn kớnh R1 = 45mm +Tớnh Bio theo cụng thức :
Trong đú α là hệ số truyền nhiệt. Tra bảng (1.12[1]), chọn phun yếu ta được
α= 30000kJ/m2.h.K = 8333W/m2K
S : Là diện tớch đặc trưng = (là chiều dàylớp bề mặt được tụi) ;
S = 1 = m
λ là hệ số dẫn nhiệt của vật nung tra bảng (1.6 [1]). Ta được λ = 160 KJ/m.h.k =45W/mK.
⇒ ở đõy ta tớnh cho nung vật mỏng
+Thời gian làm nguội tớnh theo cụng thức :
Trong đú : : M :Khối lượng của phần cổ trục cần làm nguội
MC1 = V2. ρ = 2.π.R1.δ.l. ρ=2.3,14.0,045.0,0025.0,04.7800 = 0,2(kg) (Với : l = 40mm=0,04m là chiều dài cổ trục)
α = 8333w/m2K : hệ số toả nhiệt hữu dụng F : Diện tớch của toàn bộ cổ trục được làm nguội F = π. D. l = 3,14. 0,090. 0,04 = 0,01(m2)
tmt : Nhiệt độ mụi trường làm nguội tmt = 250C
tđ : Nhiệt độ ban đầu của chi tiết, tđ = 9500C tc : Nhiệt độ cuối của chi tiết ; tc = 400C
ở đõy chỳng ta tụi từng cổ trục một do vậy phải tớnh thờm thời gian thao tỏc để chuyển vũng cảm ứng từ cổ trục này sang cổ trục kia, ta chọn τtt = 15 phút.
Để tụi được hết tất cả cỏc cổ của một trục ta phải thực hịờn 7 lần chuyển vũng cảm ứng. Do vậy tổng thời gian thao tỏc cho một trục là Στtt = 7.15 =105 phút.
+Tổng thời gian tụi một cổ trục = tổng thời gian nung một cổ trục + thời gian