Đề tài Qui trình công nghệ chế tạo bánh xe

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH XE I. Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết : Bánh xe làm việc trong điều kiện khắc nghiệt , hệ thống bánh xe chịu toàn bộ tải trọng của cần trục và trọng lượng vật nâng. Quá trình xe chuyển động trên đường ray , tải trọng tác động thay đổi liên tục vành bánh xe chiïu tác động của moment uốn, moment xoắn phức tạp , việc thay đổi liên tục các moment sẽ tạo ứng suất tập trung cục bộ tại vành bánh xe và các ngỗng trục sẽ tạo các vết nứt , gây hư hỏng . + Bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và ray làm việc trong điều kiện thiếu bôi trơn, ma sát lớn, gây mòn nhanh và xuất hiện nhiệt lớn, làm ảnh hưởng đến tuổi bền của bánh xe. + Dao động xuất hiện trong trong quá trình cần trục chuyển động và trên bánh cũng xuất hiện dao động nội bộ phân tử quá trình này gây biến dạng cong vênh bánh, ta có thể khử ứng suất nội phân tử bằng cánh tạo các lỗ trên vành mayơ để ứng suất triệt tiêu tại tâm các lỗ . Tuy nhiên việc tạo lỗ trên vành mayơ phải tăng kích thước chiều dày của vành mayơ tăng lên đồng nghĩa với kích thước tổng thể của cần trục tăng thêm. Nếu ta thay đổi kết cấu mặt cắt, gia tăng kích thước vành gần ngỗng trục sẽ phù hợp hơn về mặt bố trí vật liệu, cũng như tải trọng ở ổ đỡ khiến trục kích thước cũng tăng dần về vị trí vành. Việc này sẽ tăng độ cứng vững cho bánh xe. Qua quá trình phân tích điều kiện và kết cấu làm việc của chi tiết ,chúng ta có thể rút ra bố trí tổng thể hình dáng của chi tiết như sau: mặt ngoài cùng của bánh hình dạng vành, vùng giữa dạng tấm chịu lực, càng dần về phía ngỗng trục thành dày của tấm tăng dần, cổ ngỗng trục sẽ dài hơn thành bánh, càng về tâm bánh đường kính ngỗng trục tăng dần để đảm bảo tải trọng ổn định và phù hợp với tính công nghệ. II. Chế tạo phôi : 1. Vật liệu chế tạo phôi : Dựa vào điều kiện tải trọng ,sức bền & tính kinh tế cho thấy .Vật liệu chế tạo, phải có tính kéo , nén tốùt . tại các bề mặt làm việc phải có độ cứng lớn (300 HB ¸ 350 HB), đồng thời phải chịu được độ bền ma sát trược lớn tính ổn định nhiệt cao. Tại lõi độ cứng giảm dần. Trước các yêu cầu về vật liệu chế tạo phôi cho thấy nếu sử dụng vật liệu gang để chế tạo sẽ không đạt các yêu cầu kỹ thuật trên, sử dụng hợp kim loại tốt sẽ đạt yêu cầu kỹ thuật. Tuy nhiên giá thành hợp kim hiên nay khá đắt không phù hợp tính kinh tế và nhất là điều kiện công nghệ chúng ta hiện nay chưa đủ sức chế tạo phôi bằng hợp kim màu. Nếu sử dụng thép cacbon , chất lượng tốt để chế tạo phôi, sau gia công nhiệt luyện bề mặt để đạt yêu cầu kỹ thuật, là có thể được Về mặt kinh tế thép cacbon giá thành tương đối rẻ, công nghệ nhiệt luyện chúng ta có thể làm được , phù hợp được về mặt giá cả sản phẩm. Tra cứu các tài liệu kỉ thuật nhiệt luyện và số liệu kĩ thuật làm việc của mác thép : 45XH là phù hợp với yêu cầu kĩ thuật Các thông số của mác thép 45XH: d =70 KG/mm 2 E = 225800 KG/mmM2 D = (300 ¸350) 0 C %C =0.35 2. Dạng sản xuất : Số lượng sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp đến dạng sản xuất, nó phụ thuộc vào mức cầu của thị trường, sản lượng cung cấp của nhiều nhà sản xuất cùng sản xuất một loại mặt hàng, cụ thể phụ thuộc vào hợp đồng sản xuất giữa nhà chế tạo và nhà phân phối sản phẩm . Phụ thuộc vào mức độ sản xuất mà người ta chia dạng sản xuất ra làm 3 loại : + Sản xuất hàng khối lớn + Sản xuất hàng loạt vừa + Sản xuất đơn chiếc Để xác định được mức độ sản xuất người ta dựa vào hai yếu tố sau: + Sản lượng sản xuất hàng năm ( sản phẩm hoặc bán thành phẩm) Được tính theo công thức sau : N = N1* m [ 1+ (b+a)/100] Trong đó + N1: sản phẩm làm theo đơn đặt hàng + m : số chi tiết trong một sản phẩm + b : luợng sản phẩm gối đầu + a : số sản phẩm hư hỏng Trọng lượng sản phẩm hoặc bán thành phẩm : Xác định bằng hệ thức sau : M = V x r Trong đó : + M : khối lượng sản phẩm hoặc bán thành phẩm + V : thể tích của sản phẩm hoặc bán thành phẩm + r : khối lượng riêng của vật liệu Sản lượng hàng năm sản xuất theo yêu cầu N1 = 12 chi tiết /năm Trọng lượng sản phẩm tính theo bản vẽ chế tạo M = 64.5 KG Cân đối giữa số lượng va trọng lượng chi tiết được chế tạo trong năm, sản xuất ở dạng đơn chiếc. 3. Chế tạo phôi : Phương pháp chế tạo phôi ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành sản phẩm chi tiết tuỳ thuộc vào dạng sản xuất, mức độ chính xác mà ta chọn cách chế tạo phôi cho phù hợp với yêu cầu sản xuất Một số phương pháp tạo phôi thông dụng : * Đúc : tạo được phôi có hình dáng phức tạp , độ chính xác tương đối cao , tạo được phôi có trọng lượng lớn trang bị đầu tư thấp. Tuy nhiên đúc cũng có một số nhược điểm lớn phần phôi liệu thừa do phễu rót và đậu rót, hay tạo bọ khí, gây ứng xuất tập trung không có lợi trong quá trình sử dụng. * Rèn khuôn (dập thể tích) : tạo phôi có dạng phức tạp, độ chính xác cao đạt được cơ tính tốt tránh được các rỗmọt, tính đồng nhất kim loại cao. Tuy nhiên giá thành kinh tế chế tạo phôi cao, không tạo được phôi có trọng lượng lớn, tốn thời gian gia nhiệt * Cán : năng suất cán rất cao cơ tính tốt, giá thành trên một đơn vị sản phẩm thấp nhờ vào năng xuất cao.Tuy nhiên sản phẩm cán có trọng lượng lớn cần phải gia nhiệt để giảm áp lực cán tăng tuổi thọ cho bánh cán và máy cán, biến dạng dẻo trên bề mặt kim loại tạo lớp cứng trên bề mặt điều đó không có lợi cho một số sản phẩm. * Ngoài các phương pháp nói trên còn rất nhiều phương pháp tạo phôi khác. Tuỳ thuộc vào điều kiện cần, tình hình sản xuất mà người chế tạo chọn phương pháp tạo phôi cho hiệu quả với điều kiện sản xuất . * So sánh cách tạo phôi : Phương án 1: Tạo phôi bằng phương pháp rèn khuôn năng xuất cao cơ tính tốt , ở vị trí rãnh bánh xe, nơi tiếp xúc giữa bánh xe và ray sẽ làm liền thành khối để phù hợp với điều kiện công nghệ và tuổi bền của khuôn sau đó sẽ gia công sau , ở vành mặt đầu sẽ làm nghiêng đi một góc 3 ¸ 50 để tạo điều kiện thoát khuôn tốt. Quá trình rèn sẽ tạo lỗ Ỉ 100 mm nhưng không thông suốt, để tránh áp lực khuôn rèn tập trung ứng xuất dễ gây nứt khuôn. Nhờ năng suất cao nên giá thành trên một đơn vị sản phẩm thấp nhưng phải sản xuất ở số lượng lớn thì chi phí giá thành cho đầu tư khuôn cũng như máy móc, trang thiết bị mới hiệu qủa và phù hợp với điều kiện kinh tế. Phương án 2: Tạo phôi bằng phương pháp đúc mẫu gỗ, khuôn cát, lõi cát thuận lợi cho việc tạo phôi có trọng lượng lớn giá thành chế tạo mẫu thấp ít tốn kém, thời gian chế tạo nhanh . Tuy nhiên phế phẩm lớn khả năng chính xác thấp , lượng dư gia công lớn và tính đồng nhất kim loại không cao, phần lớn hạt kim loại nhỏ tập trung phía ngoài do nguội nhanh. Hạt kim loại lớn nằm trong do nhiệt phía trong thoát chậm nên tổ chức hạt không tốt. Quá trình đúc chi tiết sẻ đúc liền nơi rãnh tiếp xúc với ray và tạo góc nghiêng 3 ¸ 50 để phù hợp với điều kiện công nghệ, sua đó sẽ gia công sau. Vì năng suất không cao nên giá thành tạo phôi trên một đơn vị sản phẩm cao . tuy nhiên phí đầu tư ban đầu thấp không cần nhiều các thiết bị máy móc cũng như qui trình công nghệ phức tạp phù hợp cho chế tạo sản phẩm lớn hoặc sản xuất đơn chiếc * Nhận xét : + Ở phương án một phương pháp tạo phôi hiệu quả , cho năng xuất và chất lựơng cao tuy nhiên phí đầu tư lớn nên không phù hợp cho sản xuất đơn chiếc + Phương án 2 tuy kém hiệu quả hơn về mặt năng suất nhưng chi phí đầu tư thấp xét về hiệu quả kinh tế phương án hai đạt hiệu quả cao hơn phương án một. Vì vậy ta chọn phương án hai để chế tạo phôi. III. Thiết kế nguyên công : 1. Nguyên công 1 Bước 1 : Tiện sơ bộ mặt bên của bánh xe. Bước 2 : Tiện tinh mặt bên của bánh xe. Hình 7.1 Tiện một đầu này xong quay đầu và tiện nửa còn lại. Kẹp chặt : mâm cặp 3 chấu. Định vị hạn chế 5 bậc tự do Tiện thô : Dao tiện :T15K6 t= 3 mm S= 1,35 mm/vòng n=38 v/ph V= 92 m/ph tgc= 14,5 ph Máy tiện : 1259 Đường kính gia công lớn nhất : 780 Chiều dài gia công : 350 Số trục chính : 6 Giới hạn số vòng quay/phút : 19-269 Số cấp tốc độ : 24 Công suất động cơ : < 55 Kw Tiện tinh : Dao tiện :T15K6 t= 0,5 mm S= 0,2 mm/vòng n=110 v/ph V= 265 m/ph tgc= 27,86 ph Máy tiện : 1259 2. Nguyên công 2 : Tiện sơ bộ vành, gờ và các bề mặt tiếp xúc gồm các bước : Bước 1 : Tiện sơ bộ bề mặt. Tiện thô vành bánh xe và bo tròn gờ với đương kính r=5mm Hình 7.2 Bước 2 : Tiện tinh vành bánh xe. Tiện tinh bề mặt tiếp xúc. Các thông số gia công như nguyên công 1 và tgc= 8,3 ph (tiện tinh) ; tgc= 4,8 ph (tiện thô) 3. Nguyên công 3 : Hình 7.3 - Dao tiện lỗ tiêu chuẩn gán mãnh hợp kim cứng BK6 : Góc nghiêng trước của dao ( = 900) - Chiều sâu cắt Bước thô t = 2 mm Bước tinh t = 0.3 mm - Số vòng quay : n thô =75,22 v/ph ntinh = 201,6 v/ph - Lượng tiến dao Sthô = 0.2 mm/ v Stinh = 0.05 mm/v - Vận tốc cắt : Vthô =167,8 m/ph Vtinh =449,8 m/ph - Thời gían gia công : thô T=14,25 ph tinh T=20,8 ph 4. Nguyên công 4 : Xọc để gia công rãnh then. Hình 7.4 Kẹp chặt trên mâm cặp 4 chấu để gia công rãnh then Định vị: Mặt đáy 3 bậc tự do, mặt bên 2 bậc tự do Các thông số gia công : Dao xọc : P18 t= 1,6 mm S= 0,12 mm/htk n=61,1 htk/ph V= 22 mm/ph tgc= 1,96 ph Máy xọc : 5107 Đường kính gia công : 1000 Số hành trình kép/ph : 400,700,1200,2000 Chạy dao vòng/htk : 0,0125 - 0,56 Đường kính dao : 30 Công suất động cơ : 0,6 Kw 5. Tính và tra chế độ cắt : Tính cho các nguyên công tiện bao gồm tiện sơ bộ và tiện tinh. Công việc được thực hiện trên máy 1295, công suất động cơ N= 50 Kw * Tiện bề mặt : * Tiện thô : Chiều sâu cắt : t = 2÷ 8 mm Chọn t = 3 mm Lượng chạy đao : S (mm/vòng) S =1,1 ÷ 1,5 mm/vòng (tra bảng 25.1[6] ) Chọn S = 1,35 mm/vòng Tốc độ cắt : v (m/ph) Xác định theo công thức : Trong đó : T =30÷60 phút : trị số trung bình của tuổi bền, lấy T =45 ph CV =292 : hệ số điều chỉnh xV=0,15 yV=0,3 m=0,18 ( Tra bảng 1-1 [6] ) : hệ số phụ thuộc vật liệu gia công (bảng 2-1 [6] ) = 600 N/mm2. kn = 1 nv = -1 knv = 1 (do không có vỏ cứng bảng 7-1 [6] ) kuv=1 ( thép đúc bảng 8-1 [6] ) suy ra : kv = kmv.knv.kuv = 0,72.1.1 = 0,72 Số vòng quay trục chính : nm =(19 ÷ 269) v/ph (lấy nm = 38 v/ph) Lực cắt P (N) : chia 3 thành phần theo tọa độ của máy -lực cắt theo hướng tiếp tuyến : Pz -lực cắt theo hướng kính : Py -lực cắt theo hướng trục : Px Pxyz=Cp.tx.Sy.vn.Kp = Pz=Cp.tXpz.SYpz.vnz.Kpz =300.31.1,350,75.84-0,15 = 515,7 (KG) Công suất cắt : Nc (Kw) Nc < Nm.=50.0,8 =40 vậy thỏa về công suất. * Tiện tinh : Chiều sâu cắt : t = 0,5 mm (t = lượng dư gia công Zb) Lượng chạy đao : S (mm/vòng) Chọn S = 0,2 mm/vòng Tốc độ cắt : v (m/ph) Xác định theo công thức : Trong đó : T =30 ÷ 60 phút : trị số trung bình của tuổi bền, lấy T =45 ph CV =292 : hệ số điều chỉnh xV=0,15 yV=0,3 m=0,18 ( Tra bảng 1-1 [6] ) : hệ số phụ thuộc vật liệu gia công (bảng 2-1 [6] ) b = 600 N/mm2. kn = 1 nv = -1 knv = 1 (do không có vỏ cứng bảng 7-1 [6] ) kuv=1 ( thép đúc bảng 8-1 [6] ) suy ra : kv = kmv.knv.kuv = 0,72.1.1 = 0,72 Số vòng quay trong một phút : nm =(19 ÷ 269) v/ph (lấy nm = 110 v/ph) Lực cắt P (N) : chia 3 thành phần theo tọa độ của máy Pxyz=Cp.tx.Sy.vn.Kp = Tra bảng 11-1 [6] ta có các thông số : Cpz, Xpz, Ypz, nz, Kpz Pz=Cp.tXpz.SYpz.vnz.Kpz =300.(0,5)1.(0,2)0,75.110-0,15 = 22,16 (KG) Công suất cắt : Nc (Kw) Nc < Nm. =50.0,8 =40 vậy thỏa về công suất. *Tiện lỗ: Máy tiện như trên Định vị và kẹp chặt không thay đổi Dao tiện lổ tiêu chuẩn gắn mảnh hợp kim cứng Thông số dao Mảnh hợp kim cứng BK6 = 900 Tiện thô : Tính vận tốc cắt Chọn chiều sâu cắt t = 2 mm V= (CV x KV / Tm x tx x Sy ) = 324 x 0.72 / 500.2 x 2 0.2 x 0.2 0.4 = 167,8 m/ p Các thông số tra bảng : Cv = 324 Kv = K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 = 0,72 T = 30 ÷ 60 m = 0.2 t = 2 x = 0.2 y = 0.4 S = 0.2 Số vòng quay n = 167,8 x 1000 / 3.14 x 710 = 75,22 v/ ph Tiện tinh : Tính vận tốc cắt Chọn chiều sâu cắt t =0.3 mm V= (CV x KV / Tm x tx x Sy ) = 324 x 0.72 / 500.2 x (0.3) 0.2 x 0.05 0.4 = 449,8 m/ p Các thông số tra bảng tương tự như trên. Số vòng quay n = 449,8 x 1000 / 3.14 x 710 = 201,6 v/ ph * Xọc rãnh then : Các kích thước then : Bề rộng rãnh then b = 28 mm Chiều dài rãnh then l = 110 Chiều sâu rãnh then k =16 Chiều sâu cắt : t = 1,6 mm Lượng chạy đao : S (mm/hành trình kép) S =0,1 ÷ 0,13 mm/htk (tra bảng 32.3 [6] ) Chọn S = 0,12 mm/htk Tốc độ cắt : v (m/ph) V=22 mm/ph (tra bảng 33.2 [6] ) Trạng thái bề mặt gia công : không có vỏ cứng, phôi đúc Số vòng quay trục chính : nm =(19 ÷ 269) v/ph (lấy nm = 50 v/ph) Lực cắt P (N) : chia 3 thành phần theo tọa độ của máy Pxyz=Cp.tx.Sy.vn.Kp = Tra bảng 11-1 [6] ta có các thông số : Cpz=408 ; Xpz=0,72 ; Ypz=0,8 ; nz=0 Kp=1,1 ; Kxp=1 ; Kyp =1 ; Krpz =1 (bảng 15-1 [6] ) Suy ra Kpz =1,1 Pz=Cp.tXpz.SYpz.vnz.Kpz =408.(1,6)0,72.(0,12)0,8.(22)0.1,1 = 115,442(KG) Công suất cắt : Nc (Kw) So với công suất máy danh định đảm bảo làm việc an toàn. Số hành trình trong 1 phút : 6. Lượng dư gia công : Chất lượng bề mặt phôi : (bảng 10.[7]) Phôi đúc : cấp chính xác 7-9 ; Rz =250 m ; Ti =350 m Các thông số đạt được sau khi gia công bề mặt : (bảng 12.[7]) Gia công thô: cấp chính xác 3-4 ; Rz =50 m ; Ti =50 m Gia công tinh : cấp chính xác 4-5 ; Rz =20 m ; Ti =30 m Sai lệch vị trí không gian : k = 0,7 mm : đường cong giới hạn trên 1mm chiều dài (phôi đúc) c = k = 0,7 mm Sai số kẹp chặt : k= 160 m (bảng 21 [7] ) c = 60 m Sai số kẹp chặt còn lại ở nguyên công tinh : gd2 = 0,05. gd =0,05.170,88 =8,54 m Lượng dư nhỏ nhất của tiện thô : 2Zmin = 2.( Rz + Ti + ) = = 2( 250 + 350 +) =2.1374,4 m Lượng dư nhỏ nhất của tiện tinh : 2.Zmin = 2( 50 +) =2.88,6 m Lượng dư lớn nhất : 2Zmax = 2Zmin + TD = 2.1374 + (170-50) = 2868 m TD : hiệu dung sai của bước sát trước và bước hoàn thành 7. Thời gian gia công : 7.1 Nguyên công 1và 2 : Tiện tinh : a. Bề mặt bên : L2=(1 ÷3) mm = 2 (mm) b. Bề mặt làm việc : L2=(1 ÷ 3) mm = 2 (mm) Tiện thô : a. Bề mặt bên : L2=(1 ÷ 3) mm = 2 (mm) b. Bề mặt làm việc : L2 = 2 mm 7.2 Nguyên công 3 : Tiện thô L=180 mm ; L1=t/tgϕ=0 ; L2 = 2÷5 Tiện tinh 7.3 Nguyên công 4 : Gia công xọc : S= 0,12 mm/htk h = 13,4 mm *Thời gian gia công tổng cộng : Ttc =To + Tp + Tpv + Ttn = T0 : thời gan cơ bản Tp : thời gian phụ ; Tp = 10%.T0 Tpv : thời gian phụ việc ; Tpv = 3%.T0 Ttn : thời gian nghỉ ngơi tự nhiên của công nhân. ; Ttn = 5%.T0 Nguyên công 1: T0 = 14,5+27,8=42,3 (ph) Ttc = 42,3+4,2+1,2+2,1 = 49,8 (ph) Nguyên công 2 : T0 = 8,3+4,8= 13,1 (ph) Ttc = 13,1+1,3+0,39+0,65 = 15,4 (ph) Nguyên công 3 : T0 = 12,09+18,05= 30,14 (ph) Ttc = 30,14+0,9+1,5+3,014 = 35,5 (ph) Nguyên công 4 : T0 = 1,96 (ph) Ttc = 1,96+0,098+0,05+0,19 = 2,3 (ph)