Đồ án Thiết kế quy trình và trang bị công nghệ gia công piston động cơ máy kéo M30

LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta hiện nay đang có những chuyển biến lớn về mọi mặt, đặc biệt là sự phát triển của nền kinh tế. Quá trình Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước cũng đang có sự thay đổi nhanh chóng và tích cực, góp phần thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế. Trong sự phát triển đó, ngành Cơ khí đã chứng tỏ được tầm quan trọng không thể thiếu trong mọi mặt của nền kinh tế, từ những sản phẩm cơ khí đóng vai trò hàng hoá cho đến việc sản xuất, chế tạo các máy móc, thiết bị, công cụ sản xuất cho các ngành nghề khác. Nói cách khác, ngành Cơ khí đóng vai trò mũi nhọn trong quá trình Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước. Hiện nay, người kỹ sư Cơ khí nói chung và kỹ sư Chế tạo máy nói riêng cũng đang ngày một chứng tỏ được vai trò của mình trong sự phát triển của ngành Cơ khí cũng như trong nền kinh tế của đất nước. Mặt khác, người kỹ sư Cơ khí – Chế tạo máy cũng đang đứng trước những thử thách mới không kém phần khó khăn. Đó là phải tìm cách làm như thế nào để các sản phẩm Cơ khí được tạo ra có chất lượng cao, giá thành hạ, có khả năng cạnh tranh được trên thị trường trong nước cũng như quốc tế. Đối với sinh viên ngành Cơ khí – Chế tạo máy thì nhiệm vụ hàng đầu là phải nắm vững các kiến thức chuyên ngành cơ bản để có thể thiết kế, chế tạo, hoàn thiện hơn nữa các sản phẩm cơ khí. Đồng thời, phải tích cực tìm hiểu các thành tựu khoa học kỹ thuật mới trong lĩnh vực Công nghệ chế tạo máy để sau khi ra trường có thể đáp ứng được những yêu cầu trong vai trò kỹ sư Cơ khí – Chế tạo máy. Đồ án tốt nghiệp là thử thách đầu tiên để sinh viên ngành Cơ khí – Chế tạo máy chứng tỏ khả năng nắm bắt và vận dụng các kiến thức của mình trước khi trở thành một kỹ sư Cơ khí. Để có thể hoàn thành đồ án này sinh viên phải biết cách tổng hợp các kiến thức đã được học tập trong trường vận dụng một cách linh hoạt, kết hợp với các hiểu biết của mình về thực tế sản xuất trong ngành Cơ khí – Chế tạo máy ở Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của các thầy cô giáo trong khoa để tiến hành phân tích và đưa ra phương án thực hiện có hiệu quả. Vì vậy sau khi thực hiện xong đồ án thì sinh viên thu được rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm bổ ích cho công việc sau này. Với đề tài được giao: Thiết kế quy trình và trang bị công nghệ gia công piston động cơ máy kéo M30. Sau một thời gian làm việc tích cực dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Lưu Văn Nhang, đến nay em đã hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng, nhưng trong một khoảng thời gian ngắn với kiến thức hạn chế và hiểu biết về thực tế sản xuất còn rất ít nên đồ án của em không thể tránh khỏi nhiều sai sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên trong khoa. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới: - Thầy giáo: Th.S Lưu Văn Nhang, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. - Thầy giáo: TS Nguyễn Trọng Doanh, giáo viên duyệt đồ án. - Các thầy cô giáo trong bộ môn CNCTM – khoa Cơ khí trường ĐHBK Hà Nội, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa cơ khí và trong trường ĐHBK Hà Nội. - Các bạn sinh viên lớp CTM6 – K 44, đặc biệt là các bạn cùng nhóm làm tốt nghiệp. Hà Nội, ngày 10/05/2004 Sinh viên Trịnh Thế Nam Chương 1. Tổng quan về các phương tiện giao thông vận tải trong kỹ thuật hiện đại 1.1. Các phương tiện vận tải hiện nay Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển với tốc độ rất nhanh, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học thì các phương tiện vận tải trong kỹ thuật ngày nay cũng phát triển rất đa dạng và phong phú. Các phương tiện vận tải đóng một vai trò rất quan trọng trọng, là một trong những nhân tố thiết yếu của trong cuộc sống hiện đại ngày nay, nhu cầu về vận tải ngày nay là rất lớn, vì thế song song với nhu cầu đó thì các phương tiện giao thông vận tải cũng phải phát triển để đáp ứng với thực tế. Các phương tiện dùng để vận tải cũng rất đa dạng và gồm nhiều chủng loại và hình thức như vận chuyển dùng đường không như máy bay, vận tải đường thuỷ như các loại tàu thuyền… , vận tải đường bộ và đường sắt. Trong đó vận tải đường bộ đóng vai trò rất quan trọng, vận tải đường bộ thường dùng các loại phương tiện như: ôtô, máy kéo các loại xe gắn máy… trong đó ôtô, máy kéo đóng vai trò chính và chủ yếu trong các phương tiện vận tải đường bộ. Ôtô chủ yếu dùng để chuyên chở, vận chuyển hàng hoá hoặc hành khách, ngoài ra ôtô còn được trang bị các máy công tác đặc biệt để thực hiện các công việc đặc biệt như cứu hoả, nâng hàng… ôtô cũng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, quốc phòng, thể thao… 1.2. Vai trò của máy kéo trong cuộc sống Máy kéo có một vai trò rất quan trọng trong cuộc sống, nó được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực và các ngành trong nền kinh tế, nhu cầu về máy kéo ở nước ta hiện nay là rất lớn. Trong nông nghiệp: máy kéo chủ yếu được sử dụng để thực hiện các công việc trên đồng ruộng như cày, bừa, gieo hạt, chăm sóc cây trồng, cải tạo ruộng đồng, vận chuyển các sản phẩm vật tư nông nghiệp, thu hoạch nông sản… Một số máy kéo còn có bộ phận trích công suất đôi khi còn được liên hợp với các máy tĩnh tại như các máy bơm nước, tuốt lúa, nghiền thức ăn cho gia súc. Trong lâm nghiệp: máy kéo chủ yếu được sử dụng để thực hiện các công việc khai thác và vận chuyển gỗ, trồng rừng, san ủi mặt đường… Trong giao thông vận tải và xây dựng máy kéo dùng để vận chuyển hàng hoá trong các tuyến đường ngắn, đường xấu hoặc vận chuyển các cấu kiện có trọng lượng lớn, cồng kềnh, san ủi mặt bằng xây dựng, đào cống rãnh… Như vậy máy kéo đóng một vai trò rất lớn trong cuộc sống, trên máy kéo thì động cơ là một bộ phận chính là nơi tạo ra công suất để giúp máy kéo hoạt động được. 1.3. Bộ truyền tay biên piston trong động cơ máy kéo và các đặc tính cơ bản của chúng Bộ truyền tay biên piston gồm có: xecmăng, tay biên, trục khuỷu. Bộ truyền tay biên piston trong động cơ đốt trong có nhiệm vụ nhận lực từ khí thể và truyền đến tay biên để biến thành chuyển động quay của trục khuỷu để truyền công suất ra ngoài. / 1.3.1. Piston Piston cùng với xecmăng khí, xecmăng dầu trong quá trình làm việc của động cơ làm những nhiệm vụ chính sau: 1. Tạo thành buồng cháy tốt, bảo đảm bao kín buồng cháy giữ không để khí cháy lọt xuống cacte và dầu nhờn không sục vào buồng máy. 2. Tiếp nhận lực khí thể Pz và truyền lực này cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu đưa công suất ra ngoài. Trong các quá trình nén, piston nén khí nạp và trong quá trình thải piston làm nhiệm vụ như một bơm đẩy và quét khí. 1.3.1.1. Điều kiện làm việc của piston Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ máy kéo. Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt rất lớn ảnh hưởng xấu đến độ bền, tuổi thọ của piston. 1. Tải trọng cơ học: Chủ yếu là do lực khí thể và lực quán tính gây nên. Trong quá trình cháy áp suất khí thể tăng đột ngột có khi tới 10 đến 12 MPa hoặc cao hơn nữa. Ngoài ra lực quán tính tác dụng trên nhóm piston cũng rất lớn. Các lực này biến thiên theo chu kỳ nên đã gây ra va đập dữ dội của các chi tiết máy của nhóm piston vớ xy lanh và thanh truyền làm piston bị biến dạng và đôi khi làm hỏng piston. 2. Tải trọng nhiệt: Do tiếp xúc với nhiệt độ rất cao trong quá trình cháy (khoảng 2300 – 2700 0K) nên nhiệt độ đỉnh piston thường rất cao gây ra những tác hại sau đây: - Gây ra ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền của piston. - Gây biến dạng nhiệt khiến piston bị bó kẹt trong xy lanh và làm tăng ma sát giữa piston và xy lanh. - Giảm hệ số nạp làm giảm công suất động cơ. - Làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ. 3. Ma sát và ăn mòn hoá học Trong quá trình làm việc bề mặt thân piston thường làm việc ở trạng thái ma sát nửa khô do thiếu dầu bôi trơn. Hơn nữa do piston bị biến dạng trong quá trình làm việc nên ma sát càng lớn. Ngoài ra do đỉnh piston luôn tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mòn hoá học bởi các thành phần axít sinh ra trong quá trình cháy. Do điều kiện làm việc của piston như vậy nên khi thiết kế piston cần đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất. - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và bó kẹt. - Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính. - Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn. - Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không giảm sút và ít hao dầu nhờn. 1.3.1.2. Vật liệu chế tạo piston Do điều kiện làm việc của piston như trên nên vật liệu dùng để chế tạo piston phải có tính năng cơ lý sau đây: - Có sức bền cao và độ bền nhiệt lớn. - Trọng lượng riêng nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn. - Chịu mòn tốt và chịu ăn mòn hoá học. Ngày nay thường sử dụng là gang và hợp kim nhôm. Để thoả mãn các yêu cầu làm việc trên, piston được làm từ hợp kim nhôm với thành phần gồm có Si, Ni, Cu và các nguyên tố khác. Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất là hợp kim nhôm – niken, có trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn nhiệt cao và khả năng đúc lớn, tổn thất ma sát nhỏ, nhôm có độ cứng nhỏ HB = 90 – 120 nên dễ gia công. Độ truyền dẫn nhiệt tốt sẽ giúp cho nhiệt độ đỉnh piston thấp dẫn tới sẽ giảm được phụ tải nhiệt phần đỉnh. 1.3.1.3. Kết cấu của piston Piston có thể chia thành những phần như: đỉnh, đầu, thân và chân piston. Mỗi phần đều có nhiệm vụ riêng và những đặc điểm kết cấu riêng. - Đỉnh piston: là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh, nắp xylanh tạo thành buồng cháy. Về mặt kết cấu có các loại đỉnh piston như sau: + Đỉnh bằng: có diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. + Đỉnh lồi: có sức bền lớn, có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền dưới đỉnh nên trọng lượng nhỏ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ của đỉnh lồi thường cao hơn đỉnh bằng. / + Đỉnh lõm: là dạng đỉnh dùng trong động cơ diezen hoặc 2 kỳ có buồng cháy trực tiếp. Loại đỉnh này có kết cấu rất đa dạng. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng. - Đầu piston: bao gồm đỉnh piston và vùng đai lắp xecmăng khí, xecmăng dầu, làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy. Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn hướng của piston. Trong quá trình làm việc của động cơ đầu piston truyền phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (70 – 80 %) qua phần đai xecmăng, qua xecmăng đến xylanh rồi truyền cho nước làm mát động cơ. Dòng nhiệt chủ yếu đi qua các xecmăng do đó xecmăng vừa làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy vừa làm nhiệm vụ truyền dẫn tản nhiệt cho phần đầu piston. Kết cấu đầu piston phải đảm bảo những yêu cầu sau: + Bao kín tốt: cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cacte dầu và dầu bôi trơn từ cacte sục lên buồng cháy. Thông thường người ta dùng xecmăng để bao kín. Có hai loại xecmăng là xecmăng khí để bao kín buồng cháy và xecmăng dầu để ngăn dầu sục lên buồng cháy. Số xecmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ, tốc độ động cơ, số rãnh xecmăng khí và rãnh xecmăng dầu quyết định kích thước của vành đai xecmăng và chiều cao của phần đầu piston. + Tản nhiệt tốt cho đầu piston: đây là vấn đề rất quan trọng vì nếu không thì nhiệt độ của đỉnh piston sẽ quá cao gây nhiều tác hại như: rạn nứt, bó kẹt xecmăng, đầu piston, công suất động có giảm sút, ứng suất nhiệt tăng lên... Để tản nhiệt tốt thường dùng các biện pháp kỹ thuật sau đây: Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn. Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston. Dùng rãnh ngăn nhiệt để giảm lượng nhiệt truyền cho xecmăng thứ nhất. Rãnh ngăn nhiệt sẽ ngăn một phần dòng nhiệt truyền cho xecmăng thứ nhất, bảo vệ xecmăng này đồng thời hướng dòng nhiệt phân tán xuống phía dưới vành đai xecmăng phân tán đều cho các xecmăng số 2, số 3. Làm mát đỉnh piston, bố trí vị trí rãnh xecmăng thứ nhất gần khu vực làm mát của lót xylanh. Vị trí của rãng xecmăng dầu thứ nhất ảnh hưởng rất lớn đến chiều cao của phần đầu piston nên cũng không thể cách đỉnh quá xa. + Sức bền cao: để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người ta thiết kế các gân trợ lực. - Thân piston: là phần còn lại của piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh và chịu lực ngang N. Để dẫn hướng tốt, ít va đập khe hở giữa thân piston và xylanh phải nhỏ nên gây hiện tượng bó kẹt piston. Khi thiết kế phần thân piston thường phải giải quyết các vấn đề cơ bản sau: + Chiều cao của thân piston: tuỳ thuộc vào chủng loại động cơ, thân thường ngắn và vát bớt hai bên hông. Thân piston của động cơ diezen tốc độ thấp thường có chiều dài khá lớn để giảm áp suất do lực ngang N gây ra. + Vị trí tâm chốt: được bố trí sao cho piston và xylanh mòn đều, đồng thời giảm va đập va gõ khi piston đổi chiều. Một số động cơ có tâm chốt piston lệch so với tâm xylanh một giá trị e về phía nào đó sao cho lực ngang Nmax giảm để hai bên chịu lực của piston và xylanh mòn đều. + Dạng thân của piston: Thân piston thường không phải hình trụ mà tiết diện thường có dạng ô van hoặc vát ngắn hai phía đầu bệ chốt. Để khi piston chịu lực bị biến dạng thì cũng không bị bó kẹt trong xylanh. Piston bị biến dạng do chịu lực khí thể Pz, lực ngang N và do giãn nở nhiệt vùng bệ chốt. + Để chống bó kẹt piston có các biện pháp thiết kế sau: Chế tạo thân piston có dạng ô van có phương trục ngắn trùng với phương đường tâm chốt. Tiện vát hoặc đúc lõm phần thân ở hai đầu bệ chốt. Xẻ rãnh giãn nở trên thân piston (rãnh chữ U hoăc chữ T). Biện pháp này đảm bảo thân piston có độ đàn hồi nên không bị bó kẹt, hơn nữa do khe hở giảm xuống tối thiểu nên nhiệt độ của piston giảm xuống khá nhiều so với piston không sẻ rãnh. Đúc hợp kim có độ giãn nở dài nhỏ (ví dụ: hợp kim inva có thành phần là (30 ( 38)% Ni, (0 ( 8) % Cr còn lại là Fe, có độ giãn nở dài chỉ bằng 1/10 của hợp kim nhôm) vào bệ chốt piston để hạn chế giãn nở của thân piston theo phương vuông góc với tâm chốt. - Chân piston: chân piston thường có vành đai để tăng cứng vững. Mặt trụ a cùng với mặt đầu chân piston là chuẩn công nghệ khi gia công và là nơi điều chỉnh trọng lượng của piston sao cho đồng đều giữa các xilanh. Độ sai lệch về trọng lượng đối với động cơ máy kéo không quá (0,2 ( 0,6)%. 1.3.2. Thanh truyền 1.3.2.1. Vai trò Thanh truyền là chi tiết nối piston và trục khuỷu nhằm biến chuyển động tịnh tiến của piston trong xylanh thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu. 1.3.2.2. Điều kiện làm việc Trong quá trình làm việc thanh truyền chịu các lực tác dụng sau: - Lực khí thể trong xylanh. - Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston. - Lực quán tính của bản thân thanh truyền. Khi động cơ làm việc các lực trên thay đổi theo chu kỳ vì vậy tải trọng tác dụng lên thanh truyền là tải trọng động nên khi tính toán phải có hệ số an toàn hợp lý. Dưới tác dụng của các lực khi làm việc thân thanh truyền bị nén, uốn dọc, uốn ngang, đầu nhỏ thanh truyền bị biến dạng méo, nắp đầu to thanh truyền bị uốn và kéo. 1.3.2.3. Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo thanh truyền thường là thép cacbon và thép hợp kim. Động cơ ôtô máy kéo có thể dùng thép cacbon C40, C45 nhưng thường dùng loại thép hợp kim 45Mn2; 40CrNi; 40Cr; 40MnMo. 1.3.2.4. Kết cấu Kết cấu của thanh truyền được chia làm 3 phần là: đầu nhỏ, đầu to và thân thanh truyền. - Đầu nhỏ thanh truyền: Khi chốt piston lắp tự do với đầu nhỏ thanh truyền, trên đầu nhỏ thường phải có bạc lót. Đối với động cơ ôtô máy kéo thường là động cơ cao tốc, đầu nhỏ thường mỏng để giảm trọng lượng. Trong một số động cơ người ta thường làm vấu lồi trên đầu nhỏ để điều chỉnh trọng tâm thanh truyền cho đồng đều giữa các xylanh. Để bôi trơn bạc lót và chốt piston có những phương án như dùng rãnh hứng dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức do dẫn dầu từ trục khuỷu dọc theo thân thanh truyền . - Thân thanh truyền: Tiết diện thân thanh truyền thường thay đổi từ nhỏ đến lơn kể từ đầu nhỏ đến đầu to của thanh truyền để phù hợp với quy luật phân bố lực quán tính lắc của thanh truyền.Tiết diện thân thanh truyền có các dạng như sau: + Tiết diện chữ I: có sức bền đều theo hai phương, được dùng rất phổ biến, được tạo phôi bằng phương pháp rèn khuôn. + Loại tiết diện hình chữ nhật, ô van có ưu điển dễ chế tạo. - Đầu to thanh truyền: Để lắp ráp với trục khuỷu một cách dễ dàng, đầu to thanh truyền thường được cắt làm hai nửa và ghép với nhau bằng bulông hay vít cấy. Do đó bạc lót cũng phải được chia làm hai nửa và phải được cố định trong lỗ đầu to thanh truyền. 1.3.3. Bulông thanh truyền 1.3.3.1. Vai trò Bulông thanh truyền là chi tiết ghép nối hai nửa đầu to thanh truyền. Nó có thể ở dạng bulông hay vít cấy, tuy có kết cấu đơn giản nhưng rất quan trọng nên phải được quan tâm khi thiết kế và chế tạo. Nừu bulông thanh truyền do nguyên nhân nào đó bị đứt sẽ dẫn tới phá hỏng toàn bộ động cơ. 1.3.3.2. Điều kiện làm việc Bulông thanh truyền khi làm việc chịu các lực như: lực xiết ban đầu, lực quán tính của nhóm piston – thanh truyền. Những lực này đều là các lực có chu kỳ nên bulông thanh truyền phải có sức bền mỏi cao. 1.3.3.3. Vật liệu chế tạo Bulông thanh truyền thường được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần Crôm, Mangan, Niken... Tốc độ động cơ càng lớn, vật liệu bulông thanh truyền có hàm lượng kim loại quý càng cao. 1.3.3.4. Kết cấu Các phần chuyển tiếp trên bulông thanh truyền đều phải có bán kính chuyển tiếp trong khoảng (0,2 ( 1) mm nhằm giảm tập trung ứng suất. Phần nối giữa ren và thân thường làm thắt lại để tăng độ dẻo của bulông. Đai ốc có kết cấu đặc biệt để ứng suất tập trung trên các ren đồng đều. Ren được tạo thành bằng những phương pháp gia công không phoi như lăn, cán. Ngoài ra bulông thanh truyền còn được tôi, ram và xử lý bề mặt bằng phun cát, phun bi để đạt độ cứng HRC 26 ( 32. Khi lắp ghép phải dùng cờlê lực kế để đảm bảo mômen xiết đúng qui định của nhà chế tạo. 1.3.4. Xecmăng 1.3.4.1. Vai trò Xecmăng có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, xecmăng khí làm nhiệm vụ bao kín tránh lọt khí xuống cacte và xecmăng dầu không cho dầu từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy. 1.3.4.2. Điều kiện làm việc Xecmăng làm việc trong điều kiện rất xấu: chịu nhiệt độ cao, áp suất lớn, ma sát lớn trong điều kiện thiếu dầu bôi trơn và bị ăn mòn hoá học của khí cháy và của dầu nhờn. - Chịu nhiệt độ cao: Trong quá trình làm việc, xecmăng khí trực tiếp tiếp xúc với khí cháy, ma sát với thành vách xylanh, chuyển tải nhiệt từ đầu piston qua xecmăng sang xylanh để truyền cho nước làm mát, nên nhiệt độ làm việc của xecmăng rất cao nhất là đối với xecmăng khí thứ nhất. Khi xecmăng khí bị hở, không tiếp xúc khít với xylanh, để dòng khí chay thổi lọt qua chỗ bị hở làm cho nhiệt độ cục bộ vùng này rất lớn dẫn đến cháy xecmăng và piston. - Chịu va đập lớn: Khi làm việc, lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên xecmăng, các lực này có trị số rất lớn, luôn thay đổi chiều nên gây ra va đập mạnh giữa xecmăng với rãnh xecmăng làm cho xemăng và rãnh xecmăng mòn thành bậc, làm tăng khả năng lọt khí. - Chịu ma sát lớn: Khi làm việc xecmăng trượt trên mặt gương xylanh với tốc độ trượt rất cao, áp suất lớn nhưng lại thiếu dầu bôi trơn nên ma sát hầu như là ma sát khô đến nửa khô. 1.3.4.3.Vật liệu chế tạo Một yêu cầu rất quan trọng đối với vật liệu chế tạo xecmăng là bảo đảm độ đàn hồi ở nhiệt độ cao và chịu mòn tốt. Hầu hết xecmăng được chế tạo bằng gang xám pha hợp kim. Vì xecmăng đầu tiên chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất nên ở một số động cơ xecmăng khí đầu tiên được mạ Crôm xốp có chiều dày 0,03 ( 0,06 mm để tăng tuổi thọ của xecmăng này lên. 1.3.4.4. Kết cấu Xecmăng khí: Về đại thể, xecmăng có kết cấu đơn giản là một vòng hở miệng. Kết cấu của xecmăng khí được đặc trưng bằng kết cấu của tiết diện và miệng xecmăng. Xecmăng dầu: Thông thường ở rãnh xecmăng dầu của piston có rãnh thoát dầu. Xecmăng dầu có nhiệm vụ gạt dầu bôi trơn và dàn dầu đều lên mặt xylanh. 1.4. Thiết kế sơ bộ piston cho động cơ máy kéo M30 Theo máy mẫu ta có đường kính của piston là D = 110 mm Theo [9] ta có các kích thước sơ bộ của piston như sau: - Chiều dày đỉnh piston: ( ( = (0,05 ( 0,1)D = (0,05 ( 0,1)110 ( = 5,5 ( 11 mm Chọn sơ bộ ( = 10 mm - Khoảng cách từ đỉnh đến xecmăng thứ nhất: c c = (1 ( 2) ( = (1 ( 2).10 c = 10 ( 20 mm - Chiều dày của phần đầu: S S = (0,05 ( 0,1)D = (0,05 ( 0,1).110 S = 5,5 ( 11 mm Chọn sơ bộ S = 8 mm - Chiều cao H của piston: H = (1 (1,6)D = (1 ( 1,6).110 =110 ( 176 mm - Vị trí của chốt piston: H - h H – h = (0,5 ( 1,2)D = (0, 5 ( 1,2).110 H – h = 55 ( 132 mm - Đường kính chốt piston: dch dch = (0,3 ( 0,45)D = (0,3 ( 0,45).110 dch = 33 ( 49,5 mm Chọn sơ bộ dch = 45 mm - Đường kính bệ chốt: db db = (1,3 ( 1,6)dch = (1,3 ( 1,6). 45 db = 58,5 ( 72 mm Chọn sơ bộ db = 65 mm - Đường kính lỗ trên chốt: do do = (0,6 ( 0,8)dch = (0,6 ( 0,8). 45 - Chiều dày phần thân: S1 S1 = (0,3 ( 0,5)S = (0,3 ( 0,5). 8 = 2,4 ( 4 mm - Số xecmăng khí: 3 ( 4 Chọn sơ bộ số xecmăng khí là 3. - Chiều dày hướng kính t của xecmăng khí: t = (1/26 ( 1/22)D = 4,2 ( 5 mm - Chiều cao a của xecmăng khí: a = 2,2 ( 4 mm - Số xecmăng dầu: 1 ( 3 Chọn sơ bộ số xecmăng dầu là 2. Chương 2: Phân tích chi tiết gia công 2.1. Phân tích tính công nghệ của chi tiết gia công Chi tiết có các kết cấu cho phép thoát dao dễ dàng khi gia công như các bậc đường kính ở phần đâu của piston khi gia công đã có các rãnh xecmăng cho phép thoát dao và gia công dễ dàng, các lỗ trên chi tiết là các lỗ thông nên khi gia công và thoát dao được thao tác đơn giản và thực hiện dễ dàng. Các mặt gia công như các bậc đường kính, các rãnh xecmăng và lỗ ắc pison khi gia công dụng cụ cắt tiếp cận một cách dễ dàng và thuận lợi khí gia công. Khi gia công thì chuẩn tinh thống nhất là mặt trụ trong (94 và mặt đầu (110 là chuẩn tinh thống nhất trong suốt quá trình gia công và hai mặt định vị này có đủ kích thước và độ lớn cần thiết để định vị chi tiết và vẫn đảm bảo độ cứng vững khi gia công, và có thể thực hiện cắt ở chế độ cắt cao. Với yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt và nhiệt độ cao thì dung sai và độ nhám cho ở các kích thước trên chi tiết là hợp lý như: lỗ ắc piston yêu cầu làm việc có độ chính xác cao và tránh va đập nên cho độ nhám là Ra = 0,63 và dung sai là +0,025(m là hợp lý, khi làm việc các rãnh để lắp xecmăng có yêu cầu độ đồng tâm cao nên cho độ không đồng tâm giữa các rãnh xecmăng không lớn hơn 0,05(m là phù hợp và có khả năng gia công được. Trên chi tiết không tồn tại các lỗ tịt nên tạo thuận lợi cho quá trình gia công, nhưng với chi tiết có kết cấu tương đối phức tạp ở bên trong bao gồm các bậc đường kính khác nhau như (94, (80, (86, các bán kính góc lượn và phần lồi của lỗ ắc nên phương pháp tạo phôi là tương đối khó khăn. Các phần kết cấu trên chi tiết là tương đối phù hợp, hai đầu piston được vát mép, các phần chuyển tiếp giữa các bậc có độ dày khác nhau đều có phần bán kính chuyển tiếp và góc lượn phù hợp để tránh tập trung ứng suất trên chi tiết trong quá trình làm việc và trong lúc tạo phôi bằng phương pháp đúc thì tránh được hiện tượng chi tiết bị nứt do nguội không đều và tập trung ứng suất bên trong. 2.2. Xác định dạng sản xuất Muốn xác định dạng sản xuất, trước hết ta phải xác định được sản lượng phải sản xuất hàng năm của chi tiết gia công. Sản lượng sản xuất hàng năm của chi tiết được xác định theo công thức sau:
trong đó: N1: số lượng sản phẩm cần chế tạo trong năm theo kế hoạch. m: số lượng chi tiết trong một sản phẩm. ( = 5%: lượng sản phẩm dự phòng do sai hỏng khi tạo phôi gây ra. ( = 6%: lượng sản phẩm dự trù cho hỏng hóc và phế phẩm trong quá trình gia công cơ. Vậy sản lượng piston phải sản xuất hàng năm là:
N = 7770 (chi tiết/năm) Trọng lượng của chi tiết: trọng lượng của chi tiết được tính theo công thức sau:
trong đó: (: khối lượng riêng của vật liệu chi tiết, ( = (2,6 ( 2,7) kg/dm3 V: thể tích của chi tiết, V ( 0,461 dm3. Thay vào công thức tính khối lượng chi tiết ta có:
Theo bảng 2.6 [1] ta có dạng sản xuất là dạng sản xuất loạt lớn. 2.3. Chọn phôi và phương pháp tạo phôi Căn cứ vào độ phức tạp của chi tiết ta thấy chỉ có thể tạo phôi bằng phương pháp đúc là hợp lý vì phương pháp đúc có thể tạo ra các loại phôi có hình dạng phức tạp. Vì chi tiết có yêu cầu về độ chính xác cao nên khi tạo phôi cũng cần phải tạo phôi có độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học tương đối cao để tạo cơ sở cho các bước gia công cơ sau này. Mặt khác vật liệu chi tiết là hợp kim nhôm silumin có tính đúc tốt. Vì vậy chọn phôi là phôi đúc và phương pháp tạo phôi là đúc trong khuôn kim loại. Vì chỉ khi đúc trong khuôn kim loại mới đảm bảo được độ chính xác về hình dáng hình học và độ chính xác về kích thước của phôi. Phần lõi của phôi được chế tạo rời từng phần sau đó ghép lại khi tiến hành tạo phôi. Lõi đúc được chia làm nhiều phần. Sau khi đúc, ta phải rửa sạch chi tiết, cắt đậu ngót, đậu hơi, khử ứng suất, và tăng cơ tính cho vật đúc bằng cách luộc trong dầu sôi từ 800 ( 1000 C. Chương 3: Thiết kế qui trình công nghệ gia công 3.1. Phân tích chuẩn và định vị Trong quá trình gia công cắt gọt, ta chọn chuẩn tinh thống nhất là mặt trụ (94 và mặt đầu (110 của piston để đảm bảo quá trình gia công đạt độ chính xác yêu cầu và biến dạng phôi ít nhất.