Thiết kế công nghệ dập khuôn cắt vành biên và quy trình công nghệ gia công cối cắt vành biên phôi trục khuỷu ts180

Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

Lời nói đầu
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại đất nớc, các ngành kinh
tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ s và các cán bộ kỹ thuật
có kiến thức tơng đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đÃ
học để giải quyết những vấn đề thờng gặp trong thực tế.
Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình đào tạo
sinh viên trở thành ngời kỹ s. Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp giúp cho
sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến thức đà đợc tiếp thu trong quá trình học
tập, đồng thời nâng cao khả năng vận dụng sáng tạo những kiến thức này để
làm đồ án cũng nh công tác sau này.
Là một sinh viên chuyên ngành cơ khí. Trong thời gian làm đồ án tốt
nghiệp em đợc giao nhiệm vụ: Thiết kế công nghệ dập khuôn cắt vành biên
và quy trình công nghệ gia công cối cắt vành biên phôi trục khuỷu
TS180.
Đây là một đề tài mới, tuy nhiên trong thời gian đi thực tập và làm đồ
án tốt nghiệp đợc sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hớng dẫn thạc sĩ Vũ Đình
Trung và kỹ s Bùi Ngọc Trân cùng với sự nỗ lực của bản thân em đà hoàn
thành bản đồ án đứng thời hạn.
Đồ ¸n tèt nghiƯp cđa em gåm cã thut minh vµ bản vẽ ở đó đà trình
bày đầy đủ quy trình công nghệ gia công dập trục khuỷu và cối cắt vành biên
phôi trục khuỷu TS180.
Tuy nhiên do trình độ hiểu biết về lý thuyết và thực tế còn hạn chế, do
đó trong đồ án này không thể tránh khỏi sai sót. Vậy em rất mong nhận đợc sự
chỉ bảo của các thầy và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng
nh các phơng án khác hợp lý hơn. Em xin chân thành cảm ơn hai thầy giáo hớng dẫn ThS Vũ Đình Trung và thầy giáo kỹ s Bùi Ngọc Trân cùng các thầy

giáo trong khoa cơ khí trờng đại học KTCN đà tận tình hớng dẫn. Em hoàn
thành đồ án đúng thời hạn.
Em xin chan thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 13 tháng 3 năm 2001
Sinh viên
Vũ Đình Hà

SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kü tht C«ng nghiƯp
1


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

Phần I

Phân tích tính công nghệ của chi
tiết chọn phơng án

I. Chức năng, điều kiện làm việc, công dụng và yêu
cầu kỹ thuật của chi tiết.
1. Chức năng, điều kiện làm việc, công dụng của chi tiết.
Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất trong động

cơ, cờng độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất. Công dụng của trục
khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên pitston chuyền qua thanh truyền và biến
chuyển động tịnh tiến cuả pitston thành chuyển động quay của trục để đa công
suất ra ngoài. (dẫn động các máy công tác khác).
Khối lợng của trục khuỷu thờng chiếm từ 7 15% khối lợng của động
cơ. Giá thành của trục khuỷu thờng chiếm từ 25 30% giá thành toàn bộ
động cơ.
Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng:
-Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực
quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay).
Những lực này có giá trị rất lớn và thay đổi theo chu kỳ nhất định nên
có tính chất va đập rất mạnh.
Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn, đồng thời còn gây ra hiện
tợng dao động dọc và xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng.
Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề
mặt ma sát cổ trục và chốt khuỷu.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
2


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

Tuổi thọ của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền phụ thuộc và tuổi thọ của
trục khuỷu vì vậy đối với kết cấu trục khuỷu, phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có sức bền lớn, độ cứng lớn trọng lợng nhỏ và ít hao mòn.
- Có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc của trục cần có độ
bóng bề mặt và độ cứng cao.
Không xẩy ra hiện tợng cộng hởng trong phạm vi tốc độ sử dụng.
Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều
của động cơ nhng đồng thời phải dễ chế tạo.
2. Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.
+0,.01

+0.015

- Tôi cao tần phần cổ trục 45 0,.015 và 58 0,.01 độ cứng đạt 52
58 HRC. Độ cứng bề mặt còn lại đạt 20 26HRC.HRC.
- Lỗ thoát dầu trên cổ trục phải trơn, vát mép hai đầu 8 x 1200.
- Kh«ng cho phÐp cã vÕt nøt, vÐt lõm, phân tầng, vẩy sắt, gấp nếp và
các h hỏng cơ khí khác.
- Tổ chức kim loại không đợc xốp, đốm trắng, phân tầng, lớp dạng gẫy.
- Dùng áo côn để kểm tra mặt côn, diện tích tiếp xúc 70%.
- Đờng tâm đối xứng của rÃnh then 12+0.027 cho phép lệch với đờng tâm cổ
trục chính không quá 0.2 mm. Độ lệch góc là 0,1.
- Độ không song song của đờng sinh cổ biên so với đờng tâm khuỷu
không quá 0,05/100.
- Độ côn, ô van, tang trống của bề mặt 45

+0,.01
0,.015

và 58

+0.015
0,.01

45

0.03
0.06

không quá 0,15.
- Độ không vuông góc của đờng tâm lỗ lắp đối trọng so với trục
khuỷu không quá 0,15.
II. Phân tích chi tiết gia công và xác định dạng sản
xuất.
1. Phân tích chi tiết gia công.
Căn cứ và kết cấu của chi tiết trục khuỷu, căn cứ và các phân loại vật
dập và bảng 6HRC.4(tr. 16HRC.4) [II]. Trục khuỷu là chi tiết có trục chính cong thuộc
phân nhóm 2, nhóm I.
Trên chi tiết các bậc giữa chốt khuỷu 54 và má khuỷu là nhỏ nên có
thể dập liền sau đó gia công cơ. Bậc giữa 76HRC. và 83 có chiều dài là 2 nên
tiến hành dập bậc 83. Các bậc còn lại đều dập đựơc.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
3


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

Các lỗ dầu bôi trơn, lỗ bu lông đối trọng, rÃnh then, lỗ lắp điều tốc
không thể dập đợc mà phải dập liền sau đó gia công cơ.
2. Xác định dạng sản xuất.
Dạng sản xuất là một khái niệm kinh tế kỹ thuật tổng hợp, nó phản ánh
mối quan hệ tác động qua lại giữa tính chất và nhiệm vụ sản xuất với đặc trng
các biện pháp công nghệ sản xuất cùng các biện pháp tổ chức kế hoạch trong
quản lý, sản xuất để đạt hiệu quả cao nhất.
a) Xác định sản lợng cơ khí.


Nck = NKH.mi(1+ ).

Theo công thức:
Trong đó: Nkc sản lợng cơ khí chi tiết cần gia công
Nkh Sản lợng theo kế hoạch Nkh=10000(C/năm)
mi = Số chi tiết cùng tên trong mỗi sản phẩm mi =1.
: hệ số dự phòng mất mát, h hỏng do chÕ t¹o,  = (36HRC.)%.
Chän  = 4%.
Nck = 10000.1.(1+4/10) = 14000 (chiếc /năm)
b) Xác định khối lợng chi tiết.
Khối lợng của chi tiết đợc tính theo công thức:
G =V.
Trong ®ã:
V: thĨ tÝnh cđa chi tiÕt (dm3);
 - träng lỵng riªng cđa vËt liƯu:

=7,852(kg/dm3).

3 ,14 . 45 2
3 ,14 . 582
3 ,14 .58 2
3 ,14 .362
V=
.17+
40+
.55+
.36 , 5
4
4
4
4
2
2
3 , 14 58+44 , 25
3 ,14 .54
+
.
.55+
41+2 . 88. 27 ,5 . ( 42,3+53 )=906070 mm
4
2
4

(

)

⇒ Q = 0,906HRC..7,85  7 (kg).

Víi sản lợng cơ khí 14000 chiếc/năm và khối lợng chi tiết là 7 (kg). Tra
bảng 2(tr.13).[I]. ta có dạng sản xuất hàng khối.

III. Chọn phơng án chế tạo phôi.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
4


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

1. Rèn tự do hoặc rèn khuôn.
Thờng dùng cho các loại thép các bon, thép hợp kim để rèn.
Ư điểm:
- Thích hợp với điều kiện sản xuất loạt vừa và nhỏ.
- Chi phí về trang bị công nghệ không đắt.
Nhợc điểm: Lợng d công nghệ lớn, khi gia công cắt gọt các thớ kim loại
bị cắt đứt , không liên tục do đó ảnh hởng đến sức bền của trục khuỷu.
2. Đúc.
Ưu điểm:

Trọng lọng phôi và lợng d gia công nhỏ, đồng thời có thể đúc đợc
những kết cấu phức tạp khiến cho việc phân bố kim loại bên trong cđa trơc
khủu cã thĨ thùc hiƯn theo ý mn để đạt đợc sức bền cao nhất.
Nhợc điểm:
- Thành phần kim loại đúc khó đồng đều.
- Khi đúc thép kết tinh không đều.
- Tinh thể phía trong thô hơn tinh thể mặt ngoài.
- Dễ xẩy ra các khuyết tật đúc nh rỗ khí, thiên tích, rạn nứt ...
3. Dập nóng thể tích.
a) Dập nóng thể tích trên máy búa dập.
Thực chất quá trình dập trên máy búa là sự điền đầy kim loại vào phần
rỗng của khuôn nhờ lực va đập.
Ưu điểm:
- Lợng d gia công nhỏ vì dập trên búa máy có nhiều mức độ chính xác
khác nhau. Lọng d gia công bé nên tiết kiệm đợc kim loại, giảm giờ
gia công cơ, giữ đợc mặt ngoài cơ tính cao.
- Năng suất lao động tơng đối cao.
- Thao tác máy dễ dàng.
Nhợc điểm:
- Máy làm việc ồn.
- Hoàn thành một bớc hay nguyên công phải cần vài nhát đập tăng thời
gian phụ.
b) Dập trên máy ép trục khuỷu.
Ưu điểm:
- Máy làm việc êm, thân máy và cụm trục khuỷu thanh truyền cứng
vững tốt, dẫn hớng êm chính xác.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
5


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

- Chất lợng vật rèn trên máy ép cao, tiết kiệm lợng hao kim loại, năng
xuất cao.
Nhợc điểm:
- Giá thành của máy ép cao.
- Khi quá tải thờng xẩy ra hiện tợng kẹt máy, nhiều trờng hợp rất khó
giải quyết.
- Kích thớc phôi ban đầu phải chính xác.
- Khó đánh sạch lớp ôxy hoá nên yêu cầu thiết bị nung phải không có
hoặc ít ôxy hoá.
- Tính chất vạn năng so với máy búa kém hơn nên phải có thiết bị phụ
để tạo phôi.
Dựa vào những phân tích trên, víi chi tiÕt trơc khủu TS 180 M vËt liƯu
lµ thép 45 nên ta chọn phơng án tạo phôi là dập nóng thể tích trên máy búa
dập.

Phần II

thiết kế công nghệ dập phôi
trục khuỷu trên máy búa

SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
6HRC.


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

I. Phân loại vật dập.
Dựa vào bảng 6HRC.4 (tr.16HRC.6HRC.) [II], ta xác định đợc vật dập là chi tiết cã trơc
chÝnh cong thc ph©n nhãm 2 nhãm I
II. ThiÕt kế vật dập.
1. Mặt phân khuôn - Đờng phân khuôn.
Điều kiện cơ bản để chọn mặt phân khuôn là dễ lấy vật dập ra khỏi lòng
khuôn. Với điều kiện nh vậy ta có các phơng án sau:
- Mặt phân khuôn là một mặt phức tạp bao gồm các mặt phẳng ngang
nghiêng và cong nh hình a.
Phơng án này có nhợc điểm là chế tạo khuôn rất khó khăn, khả năng
điền đầy khuôn là khó nên không dùng.
- Mặt phân khuôn nh hình b. Là mặt phẳng chia đôi vật dập ra làm 2
phần bằng nhau. Với phơng án này thì việc chế tạo khuôn đơn giải hơn, khả
năng điền đầy khuôn là tốt hơn.
Vậy ta chọn phơng án nh hình b.
Hình a:

Hình b

SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ tht C«ng nghiƯp
7




Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

2. Xác định lợng d và dung sai.
Dựa vào kÝch thíc cđa chi tiÕt :
B = 42,3 + 53 + 54/2 + 3 =125,3 mm
L = 299,5 mm
Víi cÊp chính xác cấp 1. Theo bảng 70 (tr.201) [II] ta tra lợng d và
dung sai:
45 + 3,5

+2
1,3

= 48,5

+2
1,3

58 + 3,6HRC.

+2
1,3

= 6HRC.1,6HRC.

+2
−1,3

54 + 4

+2
−1,3

= 59

+2
−1,3

96HRC. + 11,5

+1,8
−1,5

= 107,5

+1,8
−1,5

299.5 + 18,5

+1,8
−1,5

= 317,5

+1,8
−1,5

+1,8

+1,8

36HRC. + 2,5 1,5 = 41 1,5
3. Xác định góc nghiêng và lòng khuôn.
Thực tế không thể dập đợc vật dập trên máy búa có bề mặt phẳng không
thẳng đứng vì không thể nào lấy đợc vật dập ra khỏi lòng khuôn. Chỉ có thể
lấy đợc vật dập có thành bên thẳng đứng hay có góc nghiêng bé bằng cơ cấu
đẩy phôi riêng, những cơ cấu này thực hiện trên máy búa rất khó khăn.
Ngời ta xác định góc nghiêng lòng khuôn phụ thuộc vào kết cấu của
vật dập. Cụ thể góc nghiêng phụ thuộc vào kính thớc và tỷ sè truyÒn sau:
b- chiÒu réng; h -chiÒu cao; l - chiều dài của vật dập ở đoạn có góc

h
l
nghiêng. Dựa vào tỷ số b và b sẽ xác định đợc góc nghiêng.

Ta có tại má khuỷu phần lắp đối trọng:

77
h= 2

, b = 88, l = 27,5. Tra b¶ng 71.(tr205).[II] ta cã  = 50.
Nh vËy ta chän gãc nghiªng thành ngoài là 7 0 còn góc nghiêng thành
trong lấy tơng ứng là 100 .
Góc nghiêng thành 2 đầu lấy tơng ứng là 150.

SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kü tht C«ng nghiƯp
8


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

4. Bán kính lợn.
Khi dập trên máy búa nếu vật dập vuông thành sắc cạnh thì dập rất khó
khăn. Bán kính góc lợn trong R và ngoài r càng lớn càng dễ dập.
Bán kính lợn ngoài r càng nhỏ thì điền đầy lòng khuôn càng khó, ngoài
ra ở những chỗ đó tạo thành ứng suất tâp trung nên rÃnh lòng khuôn có thể bị
nứt, toét thậm chí có thể bị vỡ khuôn. Đòng thời góc nhọn gây nhiều khó khăn

trong quá trình nhiệt luyện và có thể tạo nên vết nứt.
Bán kính lợn trong R nhỏ dẫn tới kim loại chảy rất khó thậm chí bị đứt,
tạo thành xoắn và gấp nếp ở các rÃnh sâu và sắc cạnh.
Dựa vào bán kính lợn của chi tiết và bảng 72.(tr.210).[II] ta có các góc
lợn trên bản vẽ vật dập.
Dựa vào lợng d và dung sai, góc nghiêng thành lòng khuôn, góc lợn ta
xây dựng đợc bản vẽ vật dập nh hình vẽ.
Bản vẽ vật dập nóng

Theo B

Theo A

5. Vành biên và xác định kích thớc rÃnh vành biên.
Vành biên là vành kim loại thừa xung quanh vật rèn trên mặt phân
khuôn nó ảnh hởng lớn đến quá trình dập.
Có ba ý nghĩa và vai trò cơ bản của vành biên trong khi dập trên máy búa.
- Vào cuối quá trình dập vành biên tạo ra xung quanh vật dập ngăn cản
kim loại chảy ra mặt phân khuôn mà bức kim loại chảy vào lòng khuôn điền
đầy vật dập.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
9


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

- Trongthực tế khó tạo ra kích thớc của phôi và lòng khuôn trùng nhau,
diện tích của các tiết diện ngang là không trùng nhau đợc. Vì thế cần phải cho
thể tích của phôi lớn hơn thể tích của lòng khuôn, do đó sẽ có một ít kim loại
chảy ra vành biên.
*) Dạng vành biên: Có nhiều kiểu dạng vành biên.
Dựa vào hình 75(tr.175) [II] ta chọn rÃnh vành biên dạng một nh hình vẽ.
Chọn kết cấu rÃnh vành biên nh vậy làm cầu vành biên có độ bên lớn vì
nửa khuôn trên bị đốt nóng ít hơn nửa khuôn dới.
*) Kích thớc rÃnh vành biên.
Theo công thức xác định kích thớc rÃnh vành biên (tr.177) [II]
hc = 0,015 √ F vd .
Trong ®ã : Fvr : diƯn tÝch vật dập trên mặt chiếu bằng.
55
= 50.10+6HRC.3.40+83.25,+59.37,2+ (6HRC.3+6HRC.1). 2 +41.36HRC.,5=18826HRC.,3

Fvr
mm2

18826,3
hc = 0,015.
Tra b¶ng 6HRC.5 (tr.178) [II], Chän r·nh sè 6HRC. lo¹i 2:
hc = 3 (mm); R = 1,5 (mm); h1 = 5 (mm); b = 7; b1 = 30; Sr = 233 (mm2).
Thể tích rÃnh vành biên: Vb = .Sr.[Cvr + .(b + b1)].
Trong ®ã  hƯ sè tÝnh đến mức độ điền đầy rÃnh vành biên. Theo bảng
6HRC.6HRC. (tr.180) [II] cã  = 0,7.
Sr: diÖn tÝch tiÕt diÖn rÃnh vành biên xác định theo bảng 6HRC.5 (tr.178).[II].

b, b1: chiều rộng cầu và rÃnh vành biên.
Cvr: chu vi vật dập.
: hệ số phụ thuộc vào dạng vật dập
Theo bảng 76HRC.(tr.181).[II], xác định đợc = 5.
Cvr = 2.310 + 41+ 50 + (6HRC.3-50) + (83-6HRC.3).2 + 2.(83-59) + (81-41)
= 822 (mm2)
Suy ra Vb = 0,7.233.[822+5.44] = 16HRC.9950 (mm2).
R·nh vành biênnh vành biên

SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kü tht C«ng nghiƯp
10


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

*) Trọng lợng vật dập:
Qvr = Vvr..

3 , 14 . 502
3 , 14 . 632
3 , 14 . 632
3 , 14 . 0572

×17+
. 40+
. 55+
. 55+
4
4
4
4
3 , 14 . 412
3 ,14 . 832
3 , 14 . 592
+
. 36 ,5+
. 27 , 5 .2+
. ( 105−12 )=1079354
4
4
4
V vd =

Suy ra Qvd = 1079354.7.85 = 8,47 (kg).
6. Xác định trọng lợng đầu rơi của máy búa dập.
Lực tốn nhiều nhất để tạo nên vật dập là ở lòng khuôn cuối cùng, vì thế
khi xác định trọng lợng đầu rơi ta tính theo nhát dập cuối cùng làm biến dạng
kim loại.
Theo công thức 11.(tr.182).[II] ta có:
G =a.Fvd
Trong đó:
a: là hệ số riêng, ®èi víi m¸y bóa t¸c dơng kÐp; a = 8kg/cm2
Fvd: Tổng diện tích trên hình chiếu bằng của vật dập.

Fvd = 188,26HRC.3 cm2
G = a. Fvd = 8.188,26HRC.3 = 1506HRC. kg.
Từ kết quả nhận đợc ta chọn trọng lợng đầu rơi của máy búa qui chế
theo bảng 6HRC.9.(tr.186HRC.).[II] Ta có:
Trọng lợng đầu rơi của máy G1 = 2 tấn .
Hành trình làm việc lớn nhât khi chiều cao khuôn thấp nhÊt:
Hmax = 1250mm ;
Hmin =700mm.
III. Chän c¸c bíc dËp. X¸c định kích thớc phôi.
1. Chọn các bớc dập.
Vật dập có khoảng cách giữa hai má khuỷu B = 37,2mm, đại lợng lệch
tâm e = 53mm. Khi dập trục khuỷu quá trình chuẩn bị chỉ có lòng khuôn uốn
là khuôn chuẩn bị duy nhất. Đúng ra cần phải vuốt trớc khi dập uốn, nhng do
phôi khuỷu lớn, nặng vuốt rất khó khăn nên tốt nhất làm rÃnh biên sâu để chứa
kim loại thừa.
Nh vậy ta chon sơ bộ các bớc dập sơ bộ nh sau:
Uốn Tạo hình cắt ba via.
Để xác định chính xác ta phải xác định qua phôi tính toán và biểu đồ
tiết diện.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
11




Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

2. Phôi tính toán và biểu đồ tiết diện.
Vật dập đợc dập tốt hay không là phụ thuộc vào phơng án công nghệ có
hợp lí hay không, chon các bíc dËp dùa trªn tiÕt diƯn ngang cđa vËt dËp kể cả
vành biên, từng phần riêng biệt của vật dập theo chiều dài và các đại lợng tơng
ứng của chúng.
Cần phải tạo ra phôi có kim loại phân bố ở từng phần riêng đủ để điền
đầy lòng khuôn và lợng kim loại ra vành biên đồng đều nhng không phải chất
kim loại đầy lòng khuôn. Mỗi diện tích tiết diện ngang của phôi chuẩn bị phải
gần bằng tổng diện tích tiết diện của vật dập và vành biên tơng ứng. Tạo đợc
phôi nh vậy không những vật dập có chất lợng cao, vành biên đồng đều, phế
liệu ít mà còn giảm mòn và h hỏng khuôn dập. Để đạt đợc mục đích đó dẫn tới
xây dựng phôi tính toán và biĨu ®å tiÕt diƯn cđa vËt dËp.
Thùc tÕ ®· chøng minh rằng, phơng pháp tốt nhất để xác định và giải
quyết phơng án công nghệ cơ bản này là phơng pháp xác định phôi tính toán
và biểu đồ tiết diện của nó.
Để tính toán kích thớc phôi ta đi xác định theo trình tự sau:
-Xác định đờng kính tính toán dt.
Diện tích tiết diện phôi tính toán ở vị trí bất kỳ St đợc tính theo công thức:
St = Svd + Sb =Svd + Sr
Trong ®ã:
St: diƯn tÝch tiÕt diƯn vËt dËp ë vÞ trÝ bÊt kú.
Sb: diƯn tÝch tiÕt diện vành biên.
Sr: diện tích tiết diện rÃnh vành biên.
Đờng kính phôi tính toán ở vị trí bất kỳ đợc tÝnh theo c«ng thøc:
2

π . dt

=St ⇒ d t =1 , 13. S t
4

Để tính dt ta cắt vật dập ở 9 tiết diện điển hình ta tính đợc các số liệu
theo bảng sau:
STT

SVTH:

tiết diện

svd(mm2)

sr(mm2)

1,4.sr hay 2.sr (mm2)

st (mm2)

dt mm)

1

0

233

46HRC.6HRC.

46HRC.6HRC.

25,39

2

1809

233

327

2136HRC.

52,3

3

2378,9

233

327

2705

58,7

4

2921

233

327

3248

6HRC.4,4

5

4178

233

327

4505

75,8

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiÖp
12




Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

6HRC.

5407

233

327

5734

85,5

7

2732

233

327

3059

6HRC.2,4

8

5407

233

327

5734

85,5

9

4178

233

327

4505

75,8

10

2205

233

327

2532

56HRC.,8

11

1854

233

327

2,181

52,7

12

1520

233

327

1848

48,5

Đặt các đoạn đờng kính dt trên đờng thẳng của tiết diện ấy và nối các
đầu đoạn thành đờng liên tục ta đợc bản vẽ phôi tính toán hay biểu đồ đờng
kính.

St
Nếu ta chia các tiết diện St theo tỉ lệ M: h = M

Nối các đầu cuối của các đoạn thẳng này ta đợc biểu đồ tiết diện phôi
tính toán.
- Tính đờng kính trung bình của phôi.
Phôi tính toán trung bình là phôi hình trụ có đờng kính dtb, cã chiỊu dµi
lt vµ thĨ tÝch b»ng thĨ tÝch vật dập cộng với thể tích vành biên và lợng hao
cháy.
Vt = Vvd +Vb +Vh
Trong đó:
Vt : Thể tích phôi tÝnh to¸n
Vvd : ThĨ tÝch vËt dËp
Vb : ThĨ tÝch vành biên
Vh : Thể tích mất vì hao cháy
0,2. V vd

0,2
.1079354=21 , 59
100
Vh = 100
mm3
Vt = 1079354 + 16HRC.9950 + 2159 =125146HRC.3 mm3

√

=

Vt

=1 ,13 .

√

1251463
=71
317 ,5
mm

dtb = 1,13. Lvd
- X¸c định chiều dài phôi tính toán Lt:
Chia vật dập trên thành 3 đoạn, đoạn 1, 3 dÃn dài trong quá trình uốn
không đáng kể tơng ứng với chiều dài L1 L3.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiÖp
13


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

Để xác định chiều dài phần uốn L2, qua phần đó xác định trục chính
nghĩa là đờng đi qua trọng tâm tiết diện ngang. Muốn vậy ta chia đoạn 2 thành
hai phần. Do đối xứng nên ta chỉ tính cho một phần, phần còn lại tính tơng tự.

Để xác định, qua điểm O ta vẽ một loạt tia và xác định các điểm I, II,
III.v.v... là hình chiếu trọng tâm tiết diện ngang tơng ứng, OE, OF .v.v... trên
mặt phân khuôn.
Chiều dài đờng cong b-I-II-c chính là chiều dài của một phần (L2').
Do đó: L2 =2 x L2'.
Dựa vào kích thớc vật dập ta tính đợc:
- L1 = 111,5 + 40,6HRC. =152,1 (mm).
- L3 = 57,9 (mm).
- L2 =2 x 92,5 =185 (mm)
Để đảm bảo kim loại điền đầy khuôn tại hai má khuỷu ta chọn đờng
kính phôi lớn hơn đờng kính phôi trung bình tính toán một chút ta lấy
dp=75mm.
Vậy kích thớc phôi tính toán là: 75x395
- Chọn các bớc dập.
Phôi tính toán chia ra làm hai phần và xét từng đoạn.
d 1max 85 , 5
=
=1 , 27
d
75
tb
Đoạn 1 cã: 1 =
L ' 1 250
=
=3,5
d
75
1 = tb
d 2max 85 , 5
=

=1,3
d
75
tb
2 =

Đoạn 2:

L ' 2 165
=
=2, 45
2 = d tb 75
d k d min

với:

l th
Độ côn của thân phôi tính toán: K=
dk - kích thớc chuyển tiếp giữa phần đầu và thân.

dk =

SVTH:



3 ,82 .

V th
l th

Vũ Đình Hà - K32MA

0 ,75 . d 2min 0,5 .d
min

Trờng Đại häc Kü tht C«ng nghiƯp
14


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp
2



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn
2

d
d
V th = . th . lth d k = 3 , 82. π . th −0 ,75 . d min−0,5 . d min=
4
4

√

682
2
3 ,82 . 3 ,14 .
−0 , 75 . 48 , 5 −0,5. 48 ,5

4
dk = 91,3 (mm).



k=

91 , 348 ,5
=0 , 75
57

Dựa vào đồ thị 118(240).[II] thì phải sử dụng lòng khuôn ép tụ hở.(EH)
Nhng nếu sử dụng lòng khuôn uốn(chuẩn bị dạng 2) để thay thế cho EH thì sẽ
đơn giản hơn.
Vậy ta có các bớc sau:
Cắt phôi
Nung phôi
Uốn
Dập tinh
Cắt ba via(vành biên)
Nắn th¼ng
Sư lý nhiƯt
Phun bi
KiĨm tra

EI
II III

I
0

K

IV M
V N
VI J
VII F

VIII G

SVTH:

Vũ Đình HàL1- K32MA
= 152

dmin = 48,5

Trờng Đại học Kỹ tht C«ng nghiƯp

L2 = 185

15

dTB = 71

L3 = 57



LTT = 395

Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

hmin

IV. kết cấu và tính toán các lòng khuôn trên máy búa
1. Tính toán thiết kế lòng khuôn cuối cùng
Lòng khuôn cuối cùng đợc chế tạo theo bản vẽ vật dập đặc biệt gọi là
Bản vẽ vật dập để chế tạo khuôn .
Nguyên tắc thiết kế bản vẽ vật dập để chế tạo khuôn:
- Bản vẽ để chế tạo lòng khuôn cuối cùng dựa trên cơ sở bản vẽ vật dập
để kiểm tra.
- Vật dập cần ph¶i vÏ theo tØ lƯ cđa b¶n vÏ kiĨm tra.
- Khi gia công khuôn mà có thớc đà tính đến độ co ngót của kim loại thì
chỉ cần vẽ vật dập ở trạng thái nguội tức là tất cả các kích thớc đều không tính
đến độ co ngót. Hầu hết các kích thớc ngời ta tính 1,5% độ co ngót.
- Khi gia công khuôn chỉ có dụng cụ và thớc đo bình thờng cần phải vẽ
bản vẽ vật dập ở trạng thaí nóng mà tất cả các kích thớc đều tính đến độ co
ngót.
- Khi ghi kích thớc cần phải đơn giản hoá để dễ lấy dấu, làm dỡng và
khuôn, chính là:
+ Cần phải cho đầy đủ kích thớc để dựng đờng phân khuôn;
+ Kích thớc theo chiều cao cho từ đờng phân khuôn;
- Trên bản vẽ không cần phải cho kích thớc tinh
- Trên bản vẽ vật dập để gia công khuôn không ghi dung sai trên kích
thớc vật dập.
- Trong điều kiện kỹ thuật của bản vẽ có thể chỉ cần ghi góc nghiêng
thành lòng khuôn, bán kính lợn cha ghi và những chú ý khác để cho bản vẽ

đơn giản.
- Bản vẽ cần phản ảnh dạng mà sẽ nhận đợc ở lòng khuôn cuối cùng.
những thay đổi về hình dạng sau khi dập trên máy búa không phải ghi trên
bản vẽ này.
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại häc Kü tht C«ng nghiƯp
16HRC.


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

Lòng khuôn dập tinh

2. Xác định tính toán lòng khuôn uốn.
Lòng khuôn uốn đợc xây dựng trên cơ sở h×nh chiÕu b»ng cđa nã néi
tiÕp víi h×nh bao cđa vật dập. Khe hở giữa hình bao của lòng khuôn uốn với
lòng khuôn dập lấy từ 2 10 mm. Để dễ dàng đặt phôi đà uốn vào lòng
khuôn cuối cïng ta chän khe hë lµ 8mm. ViƯc lÊy kÝch thớc bao của lòng
khuôn uốn rộng hơn kích thớc bao của lòng khuôn dập ở những đoạn chuyển
tiếp trên vật dËp cã ý nghÜa quan träng. Víi c¸c gãc n gấp cần phải làm góc
lợn lớn hơn để tạo điều kiện điền đầy dễ dàng lòng khuôn và tránh những vết
gấp tạo ra ở lòng khuôn dập. Vị trí lòng khuôn uốn trên mặt phân khuôn phải
chọn sao cho kim loại dễ điền đầy lòng khuôn nhất. Tơng ứng với việc xây

dựng biên dạng lòng khuôn uốn cần phải xác định vị trí của nó trên khuôn sao
cho phù hợp với lòng khuôn dập để dễ dàng thao tác. Chọn mặt phân khuôn
của lòng khuôn uốn sao cho phần lồi lên khỏi mặt phân khuôn của khuôn dới
và khuôn trên có độ bền tơng đơng nhau. Trong quá trình sử dụng cần phải
sửa đồng thời cả hai nửa khuôn.
Để đặt phôi trên lòng khuôn dới cần phải hai điểm tựa. Để định tâm
phôi trên các gối tựa của lòng khuôn thì biên dạng của nó phải có dạng lòng
máng. Đặc biệt là trong trờng hợp phôi có khả năng lệch sang mét phÝa trong
khi n. Víi mơc ®Ých nh vËy cần phải làm máng ngang ở nửa khuôn trên.
Chiều sâu của rÃnh(máng) xác định theo công thức:
Trong đó:

SVTH:

hk = (0,1 0,2).h
h là trị số vị trí tơng ứng của lòng khuôn.

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiÖp
17


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

3. tính toán thiết kế lòng khuôn cắt vành biên.

Sau khi dập vật dập trong khuôn hở trên máy búa thì cần phải có
nguyên công cắt vành biên - Đây là nguyên công quan trọng trong quy trình
công nghệ dập trục khuỷu.
Thực chất của quá trình cắt vành biên là vật dập cùng với vành biên đợc
đặt lên cối có lỡi cắt theo chu vi của vật dập, chày đẩy vật dập vào cối và tách
khỏi vành biên, chày đợc kẹp chặt trực tiếp vào đầu trợt máy ép hoặc qua áo
chày.
*) Tính lực cần thiết và chon máy cắt.
Lực để cắt cần thiết trong điều kiện lý tởng tính theo công thức:
P = Fc.c
Trong đó:
Fc: diện tích cắt;
c: giới hạn bền trợt (cắt); có c = 0,8.b
Thực chất trong quá trình cắt không những chỉ có ứng suất trợt mà còn
xuất hiện ứng suất kéo và ứng suất uốn. Đồng thời lực cắt lại tăng khi lỡi cắt
bị cùn. Tất cả các nguyên nhân đó thực tế lực cắt phải nhân với hệ số đến 1,7.
Vậy: P = 1,7.0,8.Fc.b
1,4.Fc.b
Diện tích cắt khi chiều dầy Z và chu vi vật dập Cvd
Fc = Z.Cvd
Do đó lực cắt cần thiÕt:
Pt =1,4.Z.Cvd.b
Theo thiÕt kÕ ta cã: Z = 6HRC. (mm).
Cvd = 822 (mm).
Tra b¶ng 100.(tr.401).[II] ta cã b = 15 kg/mm2
Thay vào công thức ta có:
Pt =1,4.6HRC..822.15 =10350 (kg).
Tính thêm hệ số an toàn 1,25 ta chọn máy búa 10 tấn.
Lòng khuôn cắt
SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ tht C«ng nghiƯp
18


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

4. Miệng khuôn để cặp kìm
Miệng khuôn để cặp kìm là hốc đặc biệt ở phía trớc khuôn ở các lòng
khuôn cuối cùng, sơ bộ và chuẩn bị.
Miệng khuôn để cặp kìm là để xoay thỏi kim loại hay xoay phôi cặp
vào kìm đồng thời để dễ lấy vật dập ra khỏi lòng khuôn.
Ngoài ra miệng cặp kìm còn dùng để đổ những kim loại dễ chẩy nh chì
hay nhựa cứng để kiểm tra kích thớc lòng khuôn.
Dựa vào bảng 6HRC.7 (tr.202).[II] chọn kích thớc của miệng cặp kìm:

55
55
V. Thiết kế khuôn dập trên máy búa và kết cấu của khuôn.
1. Xác định tâm của lòng khuôn.
Tâm của lòng khuôn là điểm phản lực của tổng hợp tất cả các lực làm
biến dạng kim loại. Nếu lòng khuôn có chiều sâu đồng đều thì tâm lòng khuôn
nằm trùng với trọng tâm vật dập trên mặt phân khuôn. Nếu chiều sâu lòng
khuôn không đều nhau thì tâm lòng khuôn không trùng với trọng tâm của vật

dập.
Nếu tâm lòng khuôn đặt trùng với tâm khuôn thì phản lực của máy búa
sẽ trùng với tâm của đầu rơi máy búa suy ra khuôn xê dịch không đáng kể.
Nếu tâm lòng khuôn đặt không trùng với tâm khuôn thì sẽ tạo thành một cặp
SVTH: Vũ Đình Hà - K32MA
Trờng Đại học Kỹ thuật C«ng nghiƯp
19


Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế khuôn QTCN chế tạo khuôn

lực tạo nên mô men và làm xoay đầu trợt, cán piston sẽ bị uốn. Mô men càng
lớn thì làm phần dẫn hớng chóng bị mòn và có thể làm gÃy cán piston và thân
máy.
Vì vậy phải tính toán sao cho đặt tâm lòng khuôn trùng với tâm khuôn
tức là tâm của đầu trợt, tâm của piston máy búa, đồng thời là điểm giao nhau
giữa đờng tâm chuôi khuôn và đờng tâm của lỗ chốt.
2. Sắp xếp vị trí các lòng khuôn
Sắp xếp vị trí lòng khuôn là một vấn đề quan trọng, nó có ảnh hởng
chính đến tuổi thọ của lòng khuôn và độ bền của máy búa. Vì vậy khi sắp xếp
vị trí các lòng khuôn ta cần phải chú ý tới tâm của máy búa, tâm của khuôn và
tâm của lòng khuôn.
Quá trình dập đối với trục khuỷu đòi hỏi phải qua hai lòng khuôn. Việc
bố trí cả lòng khuôn uốn và lòng khuôn dập lên một khối khuôn rất thuận lợi
cho quá trình dập, nhng việc chế tạo một khối khuôn lớn nh vậy là rất khó
khăn, do đó ta bố trí hai lòng khuôn ở hai khối khuôn khác nhau. Lòng khuôn

cuối cùng đợc chế tạo có kích thớc phù hợp với kích thớc của bản vẽ vật dập
nóng. các kích thớc của vật dập nóng đợc xác định theo kích thớc của vật dập
có tính đến sự giÃn nở nhiệt khi dập.
Miệng khuôn để cặp kìm làm song song với đờng tâm khuôn để công
nhân dễ thao tác.
Ngoài ra khi sắp xếp các lòng khuôn cần có vị trí tơng quan lẫn nhau để
tạo cho công nhân có thao tác thật hợp lý nh: lòng khuôn uốn tơng ứng với
lòng khuôn dập để phôi lấy khỏi lòng khuôn uốn không phải quay mà có thể
đặt luôn vào lòng khuôn dập.
3. Cân bằng lực trợt và khoá khuôn
Khi dập trục khuỷu, do cấu tạo của vật dập trên mặt phân khuôn nên tạo
nên lực trợt đẩy nửa khuôn trên và dới.
Để cân bằng lực trợt này nên tạo cho khuôn có bậc để chống lại sự
chuyển dịch đó gọi là khoá khuôn. Khoá khuôn nh vậy gọi là khoá đối. Kết
cấu của khoá khuôn nh hình vẽ:

SVTH:

Vũ Đình Hà - K32MA

Trờng Đại học Kỹ tht C«ng nghiƯp
20