Tài liệu Thiết kế máy cán ren con lăn

Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn LỜI CÁM ƠN 5 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, đến bây giờ em gần đến với ước mơ, mong mỏi, là ước vọng của cha mẹ đó hoàn thành Luận văn tốt nghiệp để trở thành một kỹ sư cơ khí. Trong suốt thời gian qua, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ, ủng hộ rất lớn từ gia đình, Thầy Cô và bạn bè. Nhưng em vẫn chưa một lần có thể nói lời cảm ơn đến mọi người. Và bây giờ, khi sắp tốt nghiệp, em xin gửi những lời cảm ơn đó vào cuốn Luận văn tốt nghiệp này. Không lời nào có thể diễn tả hết công ơn của cha mẹ. Cha mẹ đã dạy dỗ con từ lúc nhỏ đến bây giờ và cha me luôn là chỗ dựa vững chắc cho con.Vì vậy, con muốn gửi lời cảm ơn chân thành của mình trước tiên chính là cha mẹ. Con cảm ơn cha mẹ nhiều lắm. Kính thưa các Thầy Cô, các Thầy, Cô trong trường đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn không chỉ kiến thức trong trường học mà còn kiến thức ngoài xã hội, lý lẽ làm một người kỹ sư, một con người chân chính. Vì lẽ đó mà em muốn gửi lời cảm ơn chân thành của em đến các Thầy, Cô và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Thạnh. Em rất chân thành cám ơn thầy Nguyễn Văn Thạnh, đã nhiệt tình hướng dẫn những điểm thiếu sót, những kinh nghiệm về thực tế, cổ vũ động viên em không phải bằng những lời nói ngọt ngào mà bằng tinh thần của một giảng viên, một kỹ sư Bách Khoa. Em xin chân thành cám ơn thầy rất nhiều. Em cũng xin gởi lời cám ơn đến tất cả những người bạn của mình, tập thể lớp CK08TKM, đội Sinh viên tình nguyện WINBK, các anh chị làm việc tại Trung Tâm hỗ trợ sinh viên và việc làm trường Đại học Bách Khoa, đã động viên, hỏi thăm và khích lệ tinh thần mỗi khi em mệt mỏi, vui buồn. Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến các thành viên của diễn đàn BKHCM.info, diễn dàn khoa học công nghệ Meslab.org, nhóm tải báo đã chia sẻ kiến thức, tài liệu để em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người ! SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Lời cám ơn Trang 1 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn LỜI MỞ ĐẦU Trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay đồng thời với sự tiến bộ không ngừng của Khoa Học Kỹ Thuật , tự động hóa ngày càng được mở rộng và phát triển. Các máy móc chuyên dụng phục vụ cho việc sản xuất hàng loạt xuất hiện đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển xản xuất nói riêng, thực hiện đường lối và chủ trương công nghiệp hóa và hiện đại hóa Đất nước của Đảng và Nhà Nước nói chung. Được sự đồng ý của Khoa Cơ Khí và Thầy hướng dẫn, em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “THIẾT KẾ MÁY CÁN REN CON LĂN”. Sản phẩm là các chi ren tiêu chuẩn với độ bền cao vượt trội so với ren cắt thông thường. Với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Thạnh, đến nay, về cơ bản em đã hoàn thành xong nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệp. Do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp không thể tránh được những sai sót nên em rất mong quý Thầy , Cô góp ý để cho em thêm kinh nghiệm để làm việc sau này. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Lời mở đầu Trang 2 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn bao gồm 7 chương với nội dung được tóm tắt như sau : CHƯƠNG 1. Tổng quan về máy cán ren Nêu lên tổng quan, lịch sử hình thành của máy cán ren, ưu điểm nổi trội của ren lăn ép so với ren được gia công cắt thông thường. Giới thiệu thông tin về một số phương pháp tạo ren trong sản xuất. CHƯƠNG 2. Cơ sơ lý thuyết Tóm tắt cơ sở lý thuyết về biến dạng trong quá trình cán. Thông số hình học cơ bản, phân loại ren. CHƯƠNG 3. Lựa chọn phương án cán ren Nêu các ưu nhược điểm của các phương pháp cán ren, từ đó chọn phương án cán ren thích hợp. CHƯƠNG 4. Cán ren sử dụng con lăn hớt vòng Kiến thức do sinh viên tìm hiểu và thực hiện dựa trên phương pháp cán ren bằng con lăn hớt vòng. Nguyên tắc làm việc, kết cấu bánh cán, các sai số và một vài nguyên ngân gây hỏng hóc có thể sảy ra khi làm việc. Mô tả sơ lược máy cán ren sơ lược. CHƯƠNG 5. Thiết kế, tính toán hệ thống truyền động Cùng với bản vẽ kết cấu, chương này tính toán thiết kết các chi tiết truyền động máy cán ren sử dụng. Tính toán dựa trên việc ứng dụng phần mềm tin học vào tính toán thiết kế do sinh viên tự tìm hiểu. CHƯƠNG 6. Thiết kế hệ thống thủy lực Thiết kế, tính toán hệ thống thủy lực cho máy cán. CHƯƠNG 7. Thiết kế hệ thống điện Thiết kế hệ thống điện điều kiển thiết lập hành trình, chế độ hoạt động bằng tay và tự động. CHƯƠNG 8. Vận hành và bảo dưỡng máy cán ren Cách thiết lập, vận hành máy cán ren. Xử lý 1 số sự cố có thể xảy ra. Bảo dưỡng và bảo trí máy. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tóm tắt luận văn Trang 3 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn MỤC LỤC Lời cám ơn ....................................................................................................... 1 Lời mở đầu ....................................................................................................... 2 Tóm tắt luận văn ............................................................................................... 3 Mục lục ............................................................................................................ 4 Danh mục hình ................................................................................................. 7 Danh mục bảng ................................................................................................. 9 CHƯƠNG 1. Tổng quan về máy cán ren......................................................... 10 1.1. Tổng quan về máy cán ren ................................................................... 10 1.1.1. Cán ren – lăn ép ren....................................................................... 10 1.1.2. Lịch sử hình thành ......................................................................... 10 1.1.3. Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt .................................................. 10 1.2. Phân loại máy cán ren .......................................................................... 12 1.2.1. Bàn cán ren phẳng ......................................................................... 12 1.2.2. Cán bằng con lăn cán ren ............................................................... 13 1.2.3. Cán ren bằng đầu cán ren .............................................................. 14 CHƯƠNG 2. Cơ sơ lý thuyết .......................................................................... 16 2.1. Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại ............................................ 16 2.1.1. Biến dạng của kim loại .................................................................. 16 2.1.2. Biếng dạng dẻo của kim loại khi cán ............................................. 17 2.1.3. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể ..................................................... 18 2.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực ............ 19 2.2. Ren ...................................................................................................... 20 2.2.1. Định nghĩa ren ............................................................................... 20 2.2.2. Thông số hình học của Ren ........................................................... 20 2.2.3. Phân loại ren ................................................................................. 21 CHƯƠNG 3. Lựa chọn phương án cán ren ..................................................... 24 3.1. Sơ đồ khối tiền trình gia công............................................................... 24 3.2. Quy cách của sản phẩm chung ............................................................. 24 3.3. Sản phẩm của luận văn. ........................................................................ 25 3.4. Lựa chọn phương án cán ren ................................................................ 25 3.4.1. Phương án 1 : Cán ren bằng bàn ren .............................................. 25 3.4.2. Phương án 2 : Cán ren bằng đầu cán. ............................................. 26 3.4.3. Phương án 3 : Cán ren bằng bộ 2 con lăn ....................................... 26 3.4.4. Phương án 4 : Cán ren bằng bộ 3 con lăn ....................................... 27 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Mục lục Trang 4 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn 3.4.5. Lựa chọn loại con lăn .................................................................... 27 3.4.6. Tổng kết phương án lựa chọn phương pháp cán ren ....................... 29 CHƯƠNG 4. cán ren sử dụng con lăn hớt vòng .............................................. 30 4.1. Phân biệt giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng .............................. 30 4.2. Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng ................................... 31 4.2.1. Biên dạng mối ren ......................................................................... 31 4.2.2. Đường kính và bề rộng con lăn hớt vòng ....................................... 33 4.2.3. Phần dẫn, đạt chiều sâu và hiệu chuẩn ........................................... 34 4.3. Quá trình tạo ren trên phôi đường kính khác nhau ................................ 35 4.3.1. Với phôi chuẩn .............................................................................. 35 4.3.2. Với phôi không chuẩn ................................................................... 35 4.4. Phôi – đường kính trước khi gia công ................................................... 36 4.5. Phiến nâng phôi ................................................................................... 37 CHƯƠNG 5. Thiết kế hệ thống truyền động ................................................... 40 5.1. Lựa chọn phương án truyền động ......................................................... 40 5.1.1. Phương án 1 : Truyền động 3 bánh răng ........................................ 40 5.1.2. Phương án 2 : Truyền động 2 hộp giảm tốc trục vít bánh vít .......... 41 5.2. Thông số thiết kế ban đầu..................................................................... 41 5.3. Phân phối tỉ số truyền ........................................................................... 42 5.4. Tính toán bộ truyền đai 1 ..................................................................... 45 5.4.1. Thông số đầu vào .......................................................................... 45 5.4.2. Kết quả tính toán, kiểm nghiệm ..................................................... 46 5.5. Tính toán bộ truyền đai 2 ..................................................................... 47 5.5.1. Thông số đầu vào .......................................................................... 47 5.5.2. Kết quả tính toán kiểm nghiệm ...................................................... 48 5.6. Tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít ....................................... 52 5.6.1. Thông số đầu vào .......................................................................... 52 5.6.2. Kết quả tính toán kiểm nghiệm đầu ra ........................................... 53 5.6.3. Bảng tổng hợp kết quả ................................................................... 54 5.7. Tính toán, thiết kế trục và then ............................................................. 55 5.7.1. Thiết kế sơ bộ các trục................................................................... 55 5.7.2. Kiểm nghiệm then ......................................................................... 56 5.7.3. Momen, phản lực tại các gối đỡ ..................................................... 59 5.8. Lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn ................................................................ 64 5.8.1. Ổ lăn trục vít ................................................................................. 64 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Mục lục Trang 5 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn 5.8.2. Ổ lăn trục bánh vít ......................................................................... 65 5.8.3. Ổ lăn trục cán ................................................................................ 66 5.9. Lựa chọn khớp nối ............................................................................... 68 5.10. Lựa chọn trục nối Các đăng................................................................ 69 CHƯƠNG 6. Thiết kế hệ thống thủy lực ......................................................... 71 6.1. Thiết kế mạch thủy lực ......................................................................... 71 6.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 71 6.3. Tính toán các thông số kỹ thuật của từng chi tiết. ................................. 72 6.3.1. Tính toán, lựa chọn xylanh thủy lực .............................................. 72 6.3.2. Bơm thủy lực: ............................................................................... 73 6.3.3. Hệ thống van: ................................................................................ 75 6.3.4. Hệ thống đường ống ...................................................................... 77 6.3.5. Hệ thống lọc dầu ........................................................................... 80 6.3.6. Thùng chứa dầu ............................................................................. 81 CHƯƠNG 7. Thiết kế hệ thống điện ............................................................... 82 7.1. Lưu đồ mạch điện ................................................................................ 82 7.2. Chế độ điều khiển ................................................................................ 83 7.2.1. Chế độ cài đặt................................................................................ 83 7.2.2. Chế độ điều khiển bằng tay ........................................................... 83 7.2.3. Chế độ tự động .............................................................................. 83 7.3. Sơ đồ mạch điện................................................................................... 84 7.4. Lựa chọn thiết bị điện........................................................................... 85 7.4.1. Công tắc hành trình ....................................................................... 85 CHƯƠNG 8. Vận hành, bảo dưỡng máy cán ren ............................................ 87 8.1. Quy trình khởi động ............................................................................. 87 8.1.1. Cài đặt sơ bộ ................................................................................. 87 8.1.2. Thứ tự thực hiện chế độ máy ......................................................... 87 8.2. Xử lý sự cố........................................................................................... 88 8.3. Bôi trơn và bảo quản ............................................................................ 89 8.3.1. Nguyên tắc bảo quản và sử dụng ................................................... 89 8.3.2. Bảo dưỡng máy ............................................................................. 90 Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 91 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Mục lục Trang 6 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép....................................... 11 Hình 1.2 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép ...................................... 11 Hình 1.3 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán ............................. 11 Hình 1.4 Máy cán ren bằng bàn phẳng ............................................................ 12 Hình 1.5 Bàn cán ren phẳng ............................................................................ 13 Hình 1.6 Máy cán ren 2 con lăn ...................................................................... 13 Hình 1.7 Cán ren bằng con lăn ........................................................................ 14 Hình 1.8 Cán ren bằng đầu cán ren ................................................................. 14 Hình 2.1 Bến dạng trong kim loại ................................................................... 16 Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản. .................................................... 17 Hình 2.3 Sự trượt trong kim loại ..................................................................... 18 Hình 2.4 Thông số hình học của ren................................................................ 21 Hình 3.1 So đồ khối tiền trình gia công ........................................................... 24 Hình 3.2 Nguyên lý cán ren bằng bàn cán ....................................................... 25 Hình 3.3 Nguyên lý cán ren bằng đầu cán ....................................................... 26 Hình 3.4 Nguyên lý cán ren bằng 2 con lăn ..................................................... 26 Hình 3.5 Nguyên lý cán ren bằng bộ 3 con lăn ................................................ 27 Hình 3.6 Con lăn góc nâng ren ........................................................................ 28 Hình 3.7 Con lăn hớt vòng .............................................................................. 28 Hình 3.8 Con lăn góc nâng vát cạnh ................................................................ 29 Hình 4.1 Sự khác biệt về mối ren giữa con lăn thường và con lăn hớt vòng .... 30 Hình 4.2 Phiến nâng phôi................................................................................ 30 Hình 4.3 Trục phôi và trục con lăn hớt vòng, con lăn thường .......................... 31 Hình 4.4 Sơ đồ góc nâng ren ........................................................................... 32 Hình 4.5 Biên dạng ren tiêu chuẩn .................................................................. 32 Hình 4.6 Xác định vị trí 2 con lăn ................................................................... 33 Hình 4.7 Vùng làm việc của con lăn .............................................................. 35 Hình 4.8 Hình thành ren trên phôi chuẩn......................................................... 35 Hình 4.9 Hình thành ren trên phôi không chuẩn .............................................. 36 Hình 4.10 Tính toán chiều cao phiến nâng phôi .............................................. 38 Hình 4.11 Nâng phôi định tâm theo đường kính ngoài .................................... 38 Hình 4.12 Nâng phôi định tâm theo lỗ chống tâm ........................................... 39 Hình 4.13 Hệ thống nâng và cấp phôi tự động bằng thủy lực .......................... 39 Hình 5.1 Sơ đồ máy cán ren - Phương án 1 ..................................................... 40 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Danh mục hình Trang 7 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Hình 5.2 Sơ đồ máy cán ren – Phương án 2 .................................................... 41 Hình 5.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động..................................................... 42 Hình 5.4 Kết quả tính toán bộ truyền xuất ra từ phần mềm ............................. 47 Hình 5.5 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 1............................................................ 48 Hình 5.6 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 2............................................................ 49 Hình 5.7 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 3............................................................ 50 Hình 5.8 Kết quả kiểm bền đai 2 cấp 4............................................................ 51 Hình 5.9 Thông số hình học trục vít xuất từ phần mềm ................................... 53 Hình 5.10 Thông số hình học bánh vít xuất từ phần mềm ............................... 53 Hình 5.11 Thông số lực tác dụng của bộ truyền trục vít bánh vít ..................... 54 Hình 5.12 Thiết kế sơ bộ trục 3 ....................................................................... 55 Hình 5.13 Thiết kế sơ bộ trục 4 ....................................................................... 56 Hình 5.14 Thiết kế sơ bộ trục cán ................................................................... 56 Hình 5.15 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 3................................... 60 Hình 5.16 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục 4................................... 62 Hình 5.17 Biểu đồ nội lực, momen uốn tác dụng trục cán ............................... 63 Hình 5.18 Catalog nhà sản xuất khớp nối Flender ........................................... 68 Hình 5.19 Kích thước khớp nối Flender .......................................................... 69 Hình 5.20 Thông số kích thước trục các đăng lựa chọn ................................... 69 Hình 6.1 Sơ đồ mạch thủy lực trong máy cán ren. ........................................... 71 Hình 6.2 Xylanh thủy lực Bosch Rexroth AG ................................................. 73 Hình 6.3 Thông số kích thước xylanh Bosch Rexroth AG ............................... 73 Hình 6.4 Bơm bánh răng TAIWAN FLUID POWER ..................................... 74 Hình 6.5 Van phân phối Yuken ....................................................................... 75 Hình 6.6 Van đóng 2 cửa yuken ...................................................................... 75 Hình 6.7 Van an toàn TAIWAN FLUID POWER........................................... 76 Hình 6.8 Van lưu lượng Yuken ....................................................................... 76 Hình 6.9 Đồng hồ đo áp Paulo ........................................................................ 77 Hình 6.10 Ống dẫn thủy lực ............................................................................ 77 Hình 6.11 Bộ lọc dầu ASHUN ........................................................................ 81 Hình 7.1 Lưu đồ mạch điện máy cán Ren ....................................................... 82 Hình 7.2 Sơ đồ mạch điện của máy cán ren..................................................... 85 Hình 7.3 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài hành trình ............................. 85 Hình 7.4 Công tắc hành trình thiết lập chiều dài ren cán ................................. 86 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Danh mục hình Trang 8 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Thông số hình học cơ bản của con lăn hớt vòng ............................... 32 Bảng 4.2 Dung sai kích thước đường kính phôi .............................................. 37 Bảng 5.1 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động trục 1 đến truc 3 ................ 44 Bảng 5.2 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến truc 4 .................................................. 44 Bảng 5.3 Đặc tính kỹ thuật trục 3 đến trục 6 .................................................. 45 Bảng 5.4 Bảng thông số thiết kế bộ truyền đai 1 ............................................ 46 Bảng 5.5 Bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm bộ truyền đai 1 ....................... 46 Bảng 5.6 Thông số thiết kế bộ truyền đai 2 .................................................... 47 Bảng 5.7 Bảng tổng hợp kết quả tính toán bộ truyền đai 2 ............................. 51 Bảng 5.8 Thông số thiết kế đầu vào bộ truyền trục vít bánh vít ..................... 52 Bảng 5.9 Kết quả thông số hình học bộ truyền ............................................... 54 Bảng 5.10 Kết quả kiểm nghiệm và lực tác dụng sinh ra do bô truyền .......... 54 Bảng 5.11 Thông số lựa chọn then ................................................................. 57 Bảng 5.12 Thông số kiểm nghiệm then .......................................................... 57 Bảng 5.13 Kết quả kiểm nghiệm then bằng .................................................... 57 Bảng 5.14 Thông số thiết kế đầu vào then hoa răng chữ nhật ........................ 58 Bảng 5.15 Hệ số kiểm nghiệm then hoa ......................................................... 58 Bảng 5.16 Kết quả kiểm nghiệm then hoa răng chữ nhật ................................ 59 Bảng 5.17 Tổng hợp lực tạc các gối đỡ trên các trục ...................................... 64 Bảng 5.18 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn trục vít ............................................ 64 Bảng 5.19 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn trục vít ......................... 65 Bảng 5.20 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn bánh vít ........................................... 65 Bảng 5.21 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn bánh vít ....................... 65 Bảng 5.22 Bảng thông số lựa chọn ổ lăn gối 2 3 trục cán .............................. 66 Bảng 5.23 Bảng kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 2 3 trục cán ............ 67 Bảng 5.24 Thông số ổ bi lựa chọn ổ lăn gối đỡ 1 trục cán ............................. 67 Bảng 5.25 kết quả lựa chọn kiểm nghiệm ổ lăn gối 1 trục cán ........................ 67 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Danh mục bảng Trang 9 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN REN 1.1.Tổng quan về máy cán ren 1.1.1.Cán ren – lăn ép ren Cán ren (lăn ép ren) là phương pháp gia công không phoi. Phôi được đặt giữa các dụng cụ lăn ép (bàn lăn hoặc con lăn) dưới tác dụng của áp lực trên bề mặt chi tiết gia công hình thành các vết lăn ép của dụng cụ. Theo kết cấu của dụng cụ có thể phân ra làm 2 loại chính là bàn lăn và con lăn. Lăn ép ren có thể gia công ren ngoài cũng như ren trong, ren một đầu mối và nhiều đầu mối. Lăn ép ren là một trong nhưng phương pháp chế tạo ren năng suất cao và kinh tế nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng hàng loạt. Lăn ép ren dựa trên quá trình biến dạng dẻo của vật liệu để hình thành ren nên có thể nâng cao độ nhẵn bề mặt và độ bền của ren. Ngoài ra so với cắt ren, lăn ép ren còn có ưu điểm là giá thành hạ, tiêu hao dụng cụ ít, tiết kiệm vật liệu. Yếu tố hạn chế là phạm vi sử dụng của phương pháp lăn ép ren là độ cứng của vật liệu, hình dạng và kích thước của chi tiết. Khuyết điểm của phương pháp này là hình thành độ elip trên đường kính trung bình của ren. 1.1.2.Lịch sử hình thành Nửa cuối thế kỉ 19, cán ren (lăn ép ren) hình thành sau quá trình phát triển của công nghiệp cán thép, xuất hiện ý tưởng chế tạo vít bắt gỗ bằng phương pháp lăn ép 2 con lăn (Tài liệu “Screws and Screw-making”, tác giả Britannia company, nhà xuất James H. Wood, 1892 – Chương Machines for Screw-Making trang 161). Nhưng đến giữa thế kỉ 20, chủ đề “Ren vít chính xác cho doanh nghiệp” bắt đầu hình thành máy cán ren chính xác đầu tiên (Công ty Precision Screw Thread) và tiếp tục phát triển cho đến ngày nay. 1.1.3.Ưu điểm ren lăn ép so với ren cắt So với ren gia công cắt, ren lăn ép thể hiện rõ những ưu điểm vượt trội về cơ tính, kết cấu cũng như tiết kiệm vật liệu. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tổng quan về máy cán ren Trang 10 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Ren cắt Ren lăn ép Hình 1.1 Kết cấu bên trong của ren cắt và ren lăn ép Kết cấu của ren lăn ép cho phép tăng thêm 30% cơ tính so với ren cắt bằng phương pháp thông thường. Tăng độ cứng bề mặt ren, giới hạn bền, năng suất của ren Ren cắt Ren lăn ép Hình 1.2 Kết cấu bên ngoài của ren cắt và ren lăn ép Với cùng một kích thước ren giống nhau, cán ren thể hiện sự tiết kiệm vật liệu nâng cao giới hạn bền mỏi, không tạo phoi sau quá trình gia công, đồng thời bề mặt gia công đạt độ bóng tốt. Hình 1.3 Vít me đai ốc bi gia công bằng phương pháp cán SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tổng quan về máy cán ren Trang 11 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Với ren cán, sản phẩm tạo ra tiết kiệm vật liệu hơn với phương pháp thông thường, giá thành giảm nhưng chất lượng vượt trội. 1.2.Phân loại máy cán ren Các máy cán (lăn ép ren) có nhiều loại khác nhau, chia làm 2 loại chính với sự khác nhau về kết cấu của dụng cụ cán (lăn ép). 1.2.1.Bàn cán ren phẳng Hình 1.4 Máy cán ren bằng bàn phẳng Dùng trên máy cán ren thường và máy cán ren tự động. Bàn cán ren làm việc theo bộ, có hai chiếc : một bàn không chuyển động, một bàn thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại. Hướng của góc nâng ren trên bàn cán ngược lại với hướng ren được cán. Kích thước của bàn cán ren hệ mét có đường kính từ 16 ÷ 27mm. Kích thước của các bàn cán để cán ren có đường kính nhỏ hơn 1,6mm và lớn hơn 27mm phụ thuộc vào loại máy và được xác định cho từng trường hợp cụ thể. Bàn cán ren phẳng khi cán các ren trên các sản phẩm có ≤ 600 Mpa thường được chế tạo bằng thép X12M; X12Φ1. Khi cán ren trên các sản phẩm có ≤ 850 Mpa thì bàn cán được chế tạo bằng thép 6X6B3MΦC có độ cứng HRC 57 ÷ 60. Bàn cán ren phảng có thể tạo ren đạt chính xác cấp 6. Bộ phận cơ bản, quyết định quá trình tạo hình ren khi cán là phần tạo hình. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tổng quan về máy cán ren Trang 12 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Hình 1.5 Bàn cán ren phẳng 1.2.2.Cán bằng con lăn cán ren Hình 1.6 Máy cán ren 2 con lăn Cán ren được tiến hành trên máy bằng một bộ quả cán gồm 2 hoặc 3 quả cán. Đường tâm của quá cán có thể song song hoặc không song song (cán bằng con lăn hơn vòng) với đường tâm phôi, phôi quay tự do. Số đầu mối dao động từ 2 đến 52, số đầu mối lớn hơn phụ thuộc vào đường kính ren nhỏ và bước ren nhỏ hơn. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tổng quan về máy cán ren Trang 13 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Thường người ta chế tạo quả cán ren theo 2 cấp chính xác : độ chính xác cao và độ chính xác bình thường. Hình 1.7 Cán ren bằng con lăn Quả cán cấp chính xác 1 bảo đảm tạo ra ren có vung dung sai không thấp hơn 4h, quả cán cấp chính xác 2 tạo ra ren có vùng dung sai không thấp hơn 6h. Quả cán ren thường được chế tạo bằng thép X12M, X6BΦ X12Φ1 đối với các sản phẩm có độ cứng HB 160 ÷ 200 và bằng thép 6X6B3MΦC đối với các sản phẩm có độ cứng HB 370 ÷ 400. 1.2.3.Cán ren bằng đầu cán ren Được thực hiện trên các máy tiện ren vít thông thương, máy khoan, máy tiện tự động. Hình 1.8 Cán ren bằng đầu cán ren Được dùng phổ biến nhất là các loại đầu cán ren hướng trục tự mở đến cán các ren ngoài có góc ren nhọn, sắc và cán các ren ngoài hình thang. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tổng quan về máy cán ren Trang 14 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Các đầu mối cán ren có két cấu khác nhau để cán các loại ren một hay nhiều đầu mối, phải hoặc trái trên phôi đặc hoặc rỗng. Các quả cán đều có phần cấu tạo hình ren và phần sửa đúng. Bộ quả cán có bước ren giống như bước ren cần cán của bất kỳ đướng kính ren nào trong một phạm vi đường kính nhất định. Các quả cán trong một bộ được phân biệt bằng số thứ tự, xác định bằng lượng dịch chuyển của ren tới mặt đầu của quả cán, lượng dịch chuyển này thay đổi liên tiếp trên mỗi quả cán để đám bảo gia công liên tục đường xoán vít trên chi tiết gia công. Đường kính phôi để cán lấy gần đúng bằng đường kính trung bình của ren gia công. Trong trường hợp dùng máy có công suất lớn hoặc máy có chu kỳ làm việc tự động thì tốc độ cán có thể tới 70 ÷ 80 m/ph đối với ren hệ mét bước nhỏ và tới 25 m/ph đối với ren hệ mét bước lớn và ren thang. Độ bền của quả cán giảm đi 2 ÷ 3 lần nếu khi cán trên các đầu của phôi có sãn các đường xoắn. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Tổng quan về máy cán ren Trang 15 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn CHƯƠNG 2.CƠ SƠ LÝ THUYẾT 2.1.Cơ sở lý thuyết về biến dạng của kim loại 2.1.1.Biến dạng của kim loại 2.1.1.1.Khái niệm biến dạng của kim loại Gồm có biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy. a. Biến dạng đàn hồi Là biến dạng bị mất đi sau khi bỏ tải trọng P b a c p l O Hình 2.1 Bến dạng trong kim loại Nếu giá trị của tải trọng nhỏ hơn điểm P trên đồ thị thì biến dạng sẽ mất đi ngay sau khi bỏ tải trọng. b. Biến dạng dẻo Là biến dạng vẫn còn lại ngay sau khi bỏ tải trọng. Nó xảy ra khi tải trọng đặt vào đủ lớn ( P ˃ Pb ). 2.1.1.2.Nhưng nhân tố ảnh hướng đến biến dạng dẻo - Tải trọng tác dụng. - Cơ tính của vật liệu. Nhìn chung hai yếu tố trên ảng hưởng rất lớn đến quá trình biến dạng dẻo của kim loại . Khi có biến dạng dẻo xảy ra tức là có sự trượt và song tinh. Trượt là sự chuyển dời tương đối với nhau giữa các phần tinh thể theo những mặt và phương nhất định gọi là phương mặt trượt . Các mặt và phương mặt trượt cơ bản. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Cơ sơ lý thuyết Trang 16 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn a) b) c) Hình 2.2 Mặt trượt và phương trượt cơ bản. a) Là lục phương diện tâm b) Lục giác xếp chặt c) Lập phương thể tâm Mang tinh thể của kim loại bao gồm vô số mặt và phương tinh thể nhưng không phải mặt và phương nào cũng có thể là mặt và phương trượt . Mặt và phương xảy ra trượt phải có liên kết nguyên tử bền hơn cả để khi chuyển dời mối liên kết giữa các nguyên tử thì nó không bị phá hủy . Đồng thời mối liên kết giữa các mặt trượt với nhau phải yếu hơn. 2.1.1.3.Ảnh hưởng của gia công đến tổ chức và tính chất của kim loại Khi gia công dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại sẽ biến dạng theo ba giai đoạn nối tiếp nhau: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, và biến dạng phá hủy. Khi gia công kim loại bằng phương pháp cán sẽ làm thay đổi hình dạng bề mặt kim loại liên tục. Do quá trình trượt tạo nên các đường trượt và giải trượt, mạng tinh thể ở vùng xung quanh mặt trượt bị xô lệch. Do vậy sau khi bị biến dạng, ngoài biên giới hạt ra, một phần khá lớn mạng tinh thể của kim loại không sắp xếp trật tự. Tác dụng ngoại lực càng lớn và thời gian càng lâu thì mức độ xô lệch mạng tinh thể càng cao. Quá trình biến đổi như vậy sẽ làm thay đổi các thớ của kim loại tạo cho cơ tính bề mặt tốt hơn. Tăng độ bền cho vật liệu. 2.1.2.Biếng dạng dẻo của kim loại khi cán 2.1.2.1.Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể Biến dạng còn lại khi bỏ tải trọng gọi là biên dạng dẻo.Biến dạng dẻo có thực hiện bằng trượt,đổi tính hoặc chuyển maxtenxit và khuyến tán . Cơ chế của quá trình trượt : SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Cơ sơ lý thuyết Trang 17 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Khi trượt tất cả các nguyên tử ở trên mặt trượt đều dịch chuyển đi đồng thờ i, nghĩa là ở mỗi thời điểm các nguyên tử đều dịch chuyển đi những đoạn bằng nhau. Cách trượt như vậy gọi là trượt cứng. Theo cách trượt này ứng suất tiếp tác dụng phải rất lớn để khắc phục được cùng một lúc tất cả các mối liên kết giữa các nguyên tử ở hai bên mặt trượt.Nhưng trong thực tế ứng suất gây ra trượt của kim loại lại rất thấp. Do đó cơ chế trượt cứng ở trên không giải thích được tính dễ trượt của kim loại. Hình 2.3 Sự trượt trong kim loại Nếu như trong mạng tinh thể luôn luôn có lệch thì chúng luôn luôn là nơi xuất phát của các quá trình trượt, sự trượt tác động đến các nguyên tử ở trên mặt trượt một cách nối tiếp như chạy tiếp sức. Cho nên ở mỗi thời điểm chỉ có một số lượng hạn chế các nguyên tử tham gia quá trinh trượt. Do đó ứng suất gây ra trượt chỉ cần thấp. Hình trên trình bày quá trình trượt trong mạng tinh thể có lệch thẳng (lệch biên). Sự có mặt của bán mặt AB ở trong mạng tinh thể gây ra ở vùng xung quanh nó sự xô lệch đàn hồi đối xứng. Do đó ứng suất (nén hay kéo) ở hai bên nó cũng mang tính chất đối xứng nên chúng sẽ cân bằng lẫn nhau. Theo sự trình bày cơ chế trượt có lệch như vậy thì ở mỗi thời điểm chỉ có một số lượng hạn chế các nguyên tử ở xung quanh bán mặt AB tham gia trượt và có thể hình dung sự chuyển dịch của bán mặt lần lượt qua từng vị trí như là cuộc chạy tiếp sức. 2.1.3.Biến dạng dẻo trong đa tinh thể Đa tinh thể là tập hợp của nhiều hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên. Vùng ranh giới giữa các hạt có cấu tạo, tính chất khác vùng trung tâm. Đây là những yếu tố cần phải tính đến khi nghiên cứu biến dạng của đa tinh thể. Trong thực tế quá trình biến dạng dẻo thường xảy ra trong đa tinh thể kim loại. Quá trình biến dạng dẻo của đa tinh thể chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi cấu trúc của đa tinh thể. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Cơ sơ lý thuyết Trang 18 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn Đó là tập hợp của các hạt có phương mạng định hướng một cách ngẩu nhiên và vùng biên giới hạt có sắp xếp không trật tự khác với bản thân hạt. Chính vì vậy quá trình biến dạng dẻo đa tinh thể có các đặt điểm sau : - Khi tác dụng tải trọng lên đa tinh thể, các hạt sẽ bị biến dạng khác nhau. Hạt nào có phương mạng định hướng thuận lợi cho trượt sẽ bị biến dạng dẻo trước với ứng suất tương đối bé. Ngược lại hạt nào có phương mạng định hướng không lợi cho trượt thì sẽ bị biến dạng dẻo sau với ứng suất lớn hơn. - Sự biến dạng dẻo của mỗi hạt luôn có ảnh hưởng đến hạt bên cạnh và bị chúng cản trở. Do vậy các hạt trong đa tinh thể có thể bị trượt ngay theo nhiều hệ trượt khác nhau. Và xảy ra đồng thời sự quay của các mặt và phương trượt. - Vùng biên giới hạt có sắp xếp không trật tự, do đó sự trượt rất khó phát triển ở đây. Vì không hình thành được các mặt và phương trượt. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất : - Sau biến dạng dẻo trong kim loại có tồn tại ứng suất dư. Chia làm hai loại lớn : ứng suất dư tế vi và ứng suất dư thô. - Ứng suất dư tế vi là loại ứng suất tồn tại ở trong kim loại sau khi bỏ tải trọng biến dạng và được cân bẳng trong phạm vi từng phần nhỏ của hạt hay trong từng hạt. Ứng suất dư thô tồn tại ở trong cả thể tích kim loại sinh ra do biến dạng không đồng đều trên tòan tiết diện mẫu. - Biến dạng dẻo làm biến đổi cơ tính của kim loại. Kết quả có giá trị thực tiễn của biến dạng dẻo là sự biến đổi mạnh cơ tính của kim loại theo chiều hướng tăng bền hay còn được gọi là hóa bền, làm tăng giới hạn bền, giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi, độ cứng. - Biến dạng dẻo làm biến đổi lý hóa tính của kim loại. Biến dạng dẻo làm tăng xô lệch mạng, làm nhỏ hạt, các yếu tố này làm giảm tính dẫn điện. 2.1.4.Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực 2.1.4.1.Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi. Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo qui luật Huc. Do đó kích thước chi tiết sau khi gia công khác với kỹ thuật của chi tiết đang gia công. SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Cơ sơ lý thuyết Trang 19 Luận văn tốt nghiệp Thiết kế máy cán ren con lăn 2.1.4.2.Định luật ứng suất dư Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân bằng nhau. Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đau khi biến dạng làm giảm tính dẻo, độ bền và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Khi phân tích ứng suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu qủa do nó sinh ra. 2.1.4.3.Định luật thể tích không đổi: Thê tích của vật thể trươc và sau khi cán không biến dạng. Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. 2.1.4.4.Định luật trở lực bé nhất Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương nào có trở lực bé nhất. Đường đi của chất điểm xác định theo nguyên tắc : hướng di chuyển của một điểm bất kỳ nào trên mặt phẳng thẳng góc vơi phương của lực tác dụng sẽ theo hướng thẳng góc với chu vi mặt phẳng ấy. 2.1.4.5.Định luật đồng dạng Trong điều kiện biến dạng đồng dạng,hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạng nhau. 2.2.Ren 2.2.1.Định nghĩa ren Ren được tạo thành trên cơ sở đường xoắn ốc trụ ( hoặc côn ). Cho một hình phẳng quét theo đường xoắn ốc và luôn năm trong mặt phẳng qua trụ OO (), hình phẳng sẽ quét thành mối ren. Hình phẳng có thể là tam giác, hình vuông, hình thang, hình bán nguyệt… sẽ tạo nên ren tam giác, ren vuông, ren hình thang, ren bán nguyệt (thường gọi là ren tròn)… 2.2.2.Thông số hình học của Ren d - đường kính ngoài của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài, đường kính này là đường kính danh nghĩa của ren. Đối với đai ốc, đường kính ngoài là D d1 – đường kính trong của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong. Đối với đai ốc là D1 SVTH : Nguyễn Hữu Thương GVHD : Nguyễn Văn Thạnh Cơ sơ lý thuyết Trang 20