CÔNG NGHỆ CHẾ tạo TRỤC CAM

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC CAM
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG – ĐỒ GÁ GIA CÔNG
I. Giới thiệu kết cấu và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết
1.1: Kết cấu
- Trục cam động cơ đốt trong là loại trục truyền lực không lớn mà chủ yếu chỉ
truyền chuyển động chủ yếu cho các chi tiết trong hệ thông phối khí (con đội, sup-
páp) cho bơm dầu, bơm nhiên liệu và hệ thống đánh lửa.
- Phụ thuộc vào số xilanh của động cơ và sự bố trí xilanh mà trục cam có chiều
dài, số cổ trục, số vấu cam, vị tí góc của vấu cam khác nhau.Nói chung cam là một
chi tiết có yêu cầu gia công cao, độ cứng vững của trục kém do đó cần phải có biện
pháp công nghẹ thích hợp khi gia công.
1.2: Yêu cầu kĩ thuật
- Độ chích xác của các cổ trục đạt cấp chính xác 2 (sai số 0,012-0,025) (TCVN)
- Độ ôvan và độ côn cho phép 0,08-0,1
- Dung sai theo đường kính ở phần tròn của cam: 0,04 - 0,05.Độ lệch theo bán
kính của phần nâng ở bề mặt cam 0,03-0,05.
- Độ sai góc của các vấu cam cho phép không quá 1
0
- 1,5
0
- Độ không đồng tâm của các cổ trục trên toàn chiều dài trụ không quá 0,015-
0,03.
- Độ không đồng tâm của phần tròn các vấu cam đối với các cổ trụ không quá
0,025-0,035.
- Độ vênh của mặt đầu lắp bánh răng cam so với đường tâm trục không quá
0,015-0,025 đo theo bán kính lớn nhất của mặt cầu.
1
- Độ bóng bề mặt các cổ trục ∇9 (Ra: 0,32)
- Độ bóng bề mặt vấu cam: ∇8 - ∇9 (Ra 0,63÷0,32)
- Độ cứng bè mặt các cổ trục và các vấụ cam bằng thép sau khi tôi phải đạt từ
54÷62HRC và có chiều sâu thấm tôi: 2÷5mm

- Đối với các vật liệu thép thấm cacbon, chiều sâu thấm phải đạt từ 1,5÷2,2mm.
- Đối với trục cam chế tạo từ phôi đúc, chiều sâu biến cứng trên bề mặt các vấu
cam 52÷58HRC,độ cứng các cổ trục: 255÷302HRC.
II. Vật liệu và phôi chế tạo trục cam.
1.1. Vật liệu
- Trục cam chế tạo bằng các loại thép 20, 20Ґ, 45, 40Ґ, 50Ґ.Hiện nay người ta
còn chế tạo trục cam bằng gang xám đặc biệt hoặc gang dẻo peclit.
- Trong đó thành phần gang xám :C (3,2÷3,4)%;Si (2,3÷2,5)%;Mn
(0,4÷0,7)%;Cr (0,3÷0,5)%;S không quá 0,1%;P 0,012%;Ni (0,5÷0,7)% .
- Trong đó thành phần gang dẻo: C(2,35÷2,45)%; Si (0,85÷1,0)%; Mn
(0,4÷0,5)%; Cr ≤0,06%;S và P không quá 0,15%;Al :0,015%.
1.2. Phôi trục cam
Phôi của trục cam chế tạo bằng thép được dập nóng trên máy búa hơi hoặc máy
dập và đúc tuỳ theo vật liệu của trục.
a) Trục cam phôi dập
- Phôi của trục cam chế tạo bằng thép được dập trên máy búa hơi hoặc máy dập
Để tăng độ chính xác của phôi thường chế tạo bằng hai khuôn :dập thô và dập tinh.
- Để giảm lượng thép thoát ra người ta thường sử dụng phôi là thép cán tròn
hoặc cán sơ bộ thành hình dạng gần giống trục cam (hình 1).
- Sau khi dập cần thường hoá bằng cách nung nóng phôi đến 850÷870 C,giữ
nhiệt 1 giờ sau làm nguội ngoài không khí. Sau thường hoá phôi đạt độ cứng là
230÷300HB. Trong sản xuất loạt nhỏ, phôi trục cam có thể là thép cán tròn.
2
`
1:Thép cán tròn
2:Cán tạo hình
3:Dập thô
4:Dập tinh
Hình 1: Quá trình tạo hình
phôi dập trục cam

b) Trục cam phôi đúc.
- Phôi đúc được thực hiện đối với trục cam bằng gang.Có 2 phương pháp đúc có
thể nhận được độ cứng cao ở phần mặt nâng của vấu cam.
* Khuôn tổng hợp
- Là loại khuôn cát , ở phần mặt nâng của vấu cam có bố trí các mảnh khuôn kim
loại. Tại đây kim loại lỏng sẽ nguội nhanh hơn so với các phần khác do đó độ cứng
cao hơn.

Hình 2 : Khuôn đúc tổng hợp.
* Khuôn vỏ mỏng.
3
- Khuôn vỏ mỏng có cấu tạo từ tổng hợp cát và nhựa. Để tăng cường độ cứng của
mặt nâng ở vấu cam người ta thổi dòng khí lạnh vào khu vực cần làm nguội nhanh
sau khi rót kim loại lỏng vào khuôn ( sau hơn 1 phút). Đúc bằng khuôn này có khả
năng đạt độ chính xác rất cao, sai số về đường kính 0,12 – 0,13 mm về một phía.
Hình 3 giới thiệu sơ đồ khuôn đúc vỏ mỏng.
Hình 3 : Khuôn đúc vỏ mỏng trục cam.
1,2. giá đỡ ; 3,4. ống dẫn dòng khí lạnh ;
5. ống dẫn khí lạnh vào khu vực làm nguội
- Trục cam chế tạo từ gang hợp kim được đúc từ phương pháp trên có độ cứng cao
ở các bề mặt làm việc của vấu cam, do đó không cần tôi cứng vẫn đảm bảo được
khả năng chống mài mòn cao khi làm việc.
III. Tính toán lượng dư gia công và kích thước phôi
Trong nghành nghề chế tạo máy người ta thường áp dụng hai phương pháp sau
đây để xác định lượng dư gia công :
- Phương pháp thống kê kinh nghiệm: theo phương pháp này lượng dư trung gian
được xác định dựa trên cơ sở lượng dư tổng cộng của bề mặt lấy theo kinh nghiệm.
4
Các số liệu kinh nghiệm này thường được tổng hợp theo bảng trong sổ tay công
nghệ chế tạo máy 1 [7].

+ Ưu điểm: cho phép xác định nhanh lượng dư gia công cụ thể của các bước gia
công. Vì thế trị số lượng dư thường lớn hơn nhiều so với lượng dư tính toán.
+ Phạm vi sử dụng: chủ yếu dùng trong sản xuất nhỏ, trong sản xuất lớn dùng để
tham khảo.
- Phương pháp tính toán phân tích: người ta căn cứ vào từng điều kiện cụ thể của
quy trình công nghệ để xác định lượng dư. Để có lượng dư tổng cộng phải xác định
được tất cả các lượng dư trung gian tạo nên nó. Như vậy để có được lượng dư tổng
cộng chính xác thì cần phải có lượng dư trung gian chính xác, để có lượng dư trung
gian chính xác phải căn cứ vào việc phân tích tỷ mỉ các điều kiện cụ thể của một sơ
đồ gia công.
+ Ưu điểm: trị số lượng dư được xác định một cách chính xác theo những điều
kiện gia công cụ thể.
+ Nhược điểm: đòi hỏi người cán bộ công nghệ phải phân tích đánh giá một cách
thận trọng, chính xác nên tốn thời gian.
+ Phạm vi sử dụng: dùng trong sản xuất loạt lớn và loạt vừa, trong sản xuất nhỏ
dùng khi vật liệu quí hiếm.
Ở đây, ta dùng phương pháp tra lượng dư.
Theo bảng 1.43 Sổ tay gia công cơ ta có:
* Gia công cổ trục lớn nhất.
- Với kích thước của tiết diện của cổ trục lớn nhất là 52mm thì lượng dư và sai
lệch giới hạn là 6±2mm. Khi đó kích thước theo bề rộng của phôi là:
5
52+6 ± 2 = 58 ± 2 (mm).
- Với kích thước chiều dày của cổ trục là 28 mm thì lượng dư và sai lệch giới
hạn là: 6±2mm. Khi đó kích thước theo chiều cao của phôi là:
28 + 6 ± 2 = 34 ± 2 (mm).
* Gia công vấu cam
- Với kích thước của tiết diện của vấu cam là 36 mm thì lượng dư và sai lệch
giới hạn là 6 ± 2mm. Khi đó kích thước theo bề rộng của phôi là:
36+6 ± 2 = 12 ± 2 (mm).

- Với kích thước của chiều dày của vấu cam là 14 mm thì lượng dư và sai lệch
giới hạn là 6±2mm. Khi đó kích thước theo bề rộng của phôi là:
14+6 ± 2 = 20 ± 2 (mm).
* Gia công phay hai mặt đầu
- Với kích thước của chiều dày trục cam là 28 mm thì lượng dư và sai lệch giới
hạn là 6±2mm. Khi đó kích thước theo bề rộng của phôi là:
28+6 ± 2 = 34 ± 2 (mm).
- Với kích thước của chiều dài của trục cam là 520,5 mm thì lượng dư và sai
lệch giới hạn là 21±5mm. Khi đó kích thước theo bề rộng của phôi là:
520,5 + 21 ± 5 =541,5 ± 5 (mm)
IV. Quy trình chế tạo chi tiết
Trục cam dạng phôi dập được thực hiện gia công theo các nguyên công sau
6
1: Nắn sửa thẳng phôi.
2: Gia công chuẩn phụ: hai lỗ tâm.
3: Nắn sửa phôi và kiểm tra theo hai lỗ tâm.
4: Gia công cở trục giữa để đỡ luynet (bao gồm tiện và mài).
5: Tiện xén hai bên bề mặt các cổ trục, vấu cam và tiện các cổ trụ ở hai phía đầu
trụ.
6: Nắn sửa lại trục.
7: Mài thô các cổ tên trục.
8: Gia công chuẩn định vị theo hướng góc cho các vấu cam (rãnh then hoặc lỗ
trên mặt bích).
9: Tiện các vấu cam và bánh lệch tâm.
10: Mài thô các vấu cam và bánh lệch tâm.
11: Gia công răng của bánh răng bơm dầu.
12: Khoan các lỗ dầu trên trục.
13: Gia công lỗ ren trên trục.
14: Gia công rãnh dẫn dầu trên cổ trục.
15: Nhiêt luyện làm cứng các cổ trục, vấu cam, bánh lệch tâm, răng xoắn.

16: Nắn sửa thẳng trục.
17: Mài tinh các cổ trục.
18: Mài tinh các vấu cam và bánh lệch tâm.
19: Đánh bóng các cổ trục, vấu cam, bánh lệch tâm.
20: Tổng kiểm tra.
7


3.1. Sơ đồ định vị và cắt gọt của các nguyên công.
1: Nắn sửa thẳng phôi.
2: Gia công chuẩn phụ hai lỗ tâm. + Phay hai mặt đầu trục
+ Khoan hai lỗ tâm


3: Nắn sửa phôi và kiểm tra theo hai lỗ tâm.
4: Gia công cở trục giữa để đỡ luynet (bao gồm tiện và mài).

5: Tiện xén hai bên bề mặt các cổ trục, vấu cam và tiện các cổ trụ ở hai phía đầu trụ.

6: Nắn sửa lại trục.
7: Mài thô các cổ tên trục.

8: Gia công chuẩn định vị theo hướng góc cho các vấu cam (rãnh then hoặc lỗ trên mặt bích).

9: Tiện các vấu cam và bánh lệch tâm.

10: Mài thô các vấu cam và bánh lệch tâm.

11: Gia công răng của bánh răng bơm dầu.

13: Gia công lỗ ren trên trục.



14: Gia công rãnh dẫn dầu trên cổ trục.


15: Nhiệt luyện làm cứng các cổ trục, vấu cam, bánh lệch tâm, răng xoắn.
16: Nắn sửa thẳng trục.
17: Mài tinh các cổ trục.

18: Mài tinh các vấu cam và bánh lệch tâm.

19: Đánh bóng các cổ trục, vấu cam, bánh lệch tâm.
20: Tổng kiểm tra.
V. Thiết kế đồ gá gia công cơ khí.
5.1. Cấu tạo:
5.2. Nguyên lý định vị và kẹp chặt phôi trên đồ gá.
Chi tiết được định vị bằng hai khối chữ V đặt ở thân trục cam- là mặt không gia
công do đây là nguyên công đầu tiên trong quy trình công nghệ. Đã hạn chế được 4
bậc tự do.Một bậc tự do còn lại ta sử dụng chốt tỳ - chỉ cần định vị 5 bậc tự do là đủ
cho đồ gá phay mặt đầu. Chi tiết được kẹp chặt nhờ cơ cấu 2 đòn kẹp.Lực xiết trong
quá trình gá phải đảm bảo đủ lớn để đảm bảo chi tiết được kẹp chặt, tránh rung
động, trượt trong quá trình gia công.
5.3. Nguyên lý định vị và kẹp chặt đồ gá trên máy công cụ.
Nguyên công này được thực hiện trên máy phay ngang. Đế đồ gá có 2 then
dẫn hướng. Phần bàn máy của máy phay có xẻ rãnh dạng chữ T ăn khớp với then
dẫn hướng của đồ gá.
Bàn của máy phay là một mặt phẳng lên hạn chế được 3 bậc tự do, Khi gá lắp

đồ gá trên máy phay nhờ rẵnh chữ T của bàn máy sẽ hạn chế được thêm 2 bậc tự
do nữa bậc tự do. Để kẹp chặt đồ gá ta dùng cơ cấu bulông đai ốc ở hai đầu đế đồ
gá. Lực xiết trong quá trình gá phải đủ lớn để đảm bảo đồ gá được kẹp chặt, tránh
rung động trong quá trình gia công.
5.4. Tính lực kẹp chặt tác dụng lên vật gia công.
Lùc c¾t khi phay cã c¸c thµnh phÇn P
z
, P
y
, P
o
.
).(1(KG)K
n.D
Z.B St.C
P
M
WpQp
UpYpXp
p
z
×=
Trong ®ã:
Z: sè r¨ng dao Z = 12.
D: đờng kính dao D = 80(mm).
n: Số vòng quay của dao n = 10(v/ph).
S : lợng chạy dao cho một răng S
z
= 0,5(mm/răng).
t: chiều sâu cắt t = 5(mm).

B: chiều rộng phay B = 52(mm).
Các trị số C
p
và các số mũ tra bảng 5 41[3] ta đợc.
C
p
= 101; X
p
= 0,88; Y
p
= 0,75; U
p
=1; W
p
= 0; q
p
= 0,85.
K
M
hệ số hiệu chỉnh xác định theo :
1,1
190
250
190
HB
K
55,0np
M
=

=






=
Trong đó n
p
= 0,55 tra bảng 5 9[3].
.(KG)991,1
09.80
01.52 0,35.011
P
00,8 5
10,750,88
z
=ì=
Thay vào (1)ta đợc:
Các thành phần lực khác:
P
y
= 0,4 . P
z

= 0,4 . 99 = 39,6(KG).
P
0
= 0,55 . P
z
= 0,55 . 99 = 54,5(KG).
Ta có sơ đồ gá đặt chi tiết lên khối V khi phay mặt đầu nh hình vẽ:

Xét tại điểm A trên hình vẽ ta có sơ đồ lực nh hình vẽ dới:
Ta thấy :
P
y
có xu hớng gây mất cân bằng cho chi tiết làm chi tiết bị lật quanh điểm A.
P
o
có xu hớng gây mất cân bằng cho chi tiết làm chi tiết bị trợt dọc trên khối V.
P
z
có xu hớng gây mất cân bằng cho chi tiết làm chi tiết quay quanh trục của nó.
Để đảm bảo điều kiện các thành phần lực gây ra không ảnh hởng tới quá trình
công nghệ ta đi xét ảnh hởng của các thành phần lực này.
Khi đó việc tính toán đồ gá sẽ đạt hiệu quả cao hơn trong sử dụng cũng nh việc
đảm bảo khả năng làm việc trong quá trình gia công.
a. ảnh hởng của thành phần P
y
:
P
y
có xu hớng gây mất cân bằng cho chi tiết gia công bị lật quanh điểm A:

== 0t.Pl.WM
y11A'
Phơng trình cân bằng:
.(KG)76,0
260
5.39,6
l
t.P
W
1
y
1
===
Do đó ta xác định đợc W
1
là:
b. ảnh hởng của thành phần P
o
.
Lực P
o
làm cho chi tiết gia công trợt trên khối V(theo điều kiện chống trợt dọc
trục).
a
w
pz
po
py
pyz
pv

d
d
n
A'
w
2
w
2
n
n
f
ms1
f
ms2
p
o
w
2

f
ms3
f
ms3
Phơng trình cân bằng:
2F
ms1
+ 2F
ms2
+ 2F
ms3

- kP
o
= 0.
2W + P
x
- 4(N
1
+N
2
) sin = 0
F
ms
= N . f
Trong đó: F
ms1
, F
ms2
, là ma sát giữa chi tiết và các bề mặt làm việc của khối V.
F
ms3
là ma sát giữa chi tiết và thanh kẹp.
)sin(1.f.2
f.PxPy.sin.K
WHay
2
+

=

sin
Px2.W
f
2.W.fK.Py +
=


.,3(KG)85
)
2
2
1(0,152
15.05,54
2
2
,9531,5
W
2
=
+ìì
ììì
=
Trong đó: K là hệ số an toàn K = 1,5; f là hệ số ma sát f = 0,15
c. ảnh hởng của thành phần P
Z
.
P
z
có xu hớng làm cho chi tiết quay quanh trục của nó(điều kiện chống xoay).
Phơng trình cân bằng: 2N

1
.R + 2N
2
.R KP
z
.R = 0 (1).

).2(
sin
)NN(2
W.2P.KP
21
3xy
+
+=

Mặt khác:
Từ (2) suy ra: 2(N
1
+ N
2
) = (K . P
x
+ 2W
3
). sin (3).
Thay (3) vào (1) ta có : K.P
z
- (K . P
x

+ 2W
3
). sin = 0.
(KG).642,2
2
2
.15,0.2
15,0.5,54.5,199.5,1
sin.2.f
K.Px.f - K.Pz
W
3
=

==
Ta thấy: W
3
> W
2
> W
1
.
Chọn W = W
3
= 642,2(KG)
d. Tính lực xiết bu lông.
[ ]
(mm).
.
1,3.Q.4

d
K
c
- Ta xác định đờng kính bu lông:
Đờng kính bu lông xác định theo công thức:
Trong đó:
.)KG(312
2
624
2
W
Q ===

c: hệ số an toàn c = 1,5 .
[ ]
K

[ ]
K

: ứng suất kéo cho phép của vật liệu, với thép CT30 =
25(kg/mm).
n
n

w
3
nf
2
nf

1
nf
1
p
z
.(mm),57
25.3,14
.1,3312.4
1,5d =
Do đó:
Tra bảng tiêu chuẩn chọn d = 18(mm) để đảm bảo đủ cứng vững cho quá trình
gia công
Tính lực xiết bu lông:
[ ]
'
1tb1
'
1tb1
Rtg)Rtg(WQ.l
RtgR)tg(
l.Q
W


++=
++
=
Xác định theo công thức:
Trong đó:
W: ngoại lực quay bu lông W = 642(KG).

: góc nâng của ren = 2
0
30.
r
tb
: Đờng kính trung bình của ren r
tb
= 6(mm).

1
:góc ma sát giữa ren bu lông và ren đai ốc
1
= arctg0,15 = 8
0
53.
.10,6(mm)
68
68
3
2
rR
rR
3
2
R
22
33
22
33
'

=


ì=


ì=
R : Bán kính ma sát đợc xác định
theo công thức:
l: chiều dài cánh tay đòn l = 150(mm).
[ ]
(KG).2,21
150
10,653'tg86)53'830'(tg2642
Q
000
=
ì+ì+
=
Do đó:
VI. KT LUN
Quỏ trỡnh tớnh toỏn thit k gỏ ó xỏc nh c gỏ phự hp vi
nguyờn cụng phay rónh trc cam.