Lập quy trình chế tạo nhíp ôtô

BÀI TẬP LỚN m«n häc
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHỤ TÙNG
NhiÖm vô : LẬP QUUY TRÌNH CHẾ TẠO NHÍP ÔTÔ

Chương I . Tổng quan về đề tài
Chương II. Tính toán và thiết kế
Chương III. Quy trình chế tạo nhíp
Giáo viên giảng dạy :
Trần Đình Hiếu
1
LỜI NÓI ĐẦU
Trước nay công nghiệp hiện đại luôn là điểm tựa để thúc đẩy nền
kinh tế của đất nước phát triển, nói cách khác một nước phát triển là
nước có nền công nghiệp hiện đại. Trong đó phương tiện giao thông là
một ngành góp công rất lớn cho nền kinh tế của đất nước và nhu cầu đi
lại, trao đổi hàng hóa và dịch vụ của nhân dân. Nhưng bên cạnh đó vẫn
còn để lại những vấn đề bức xúc về môi trường và cảnh quan… mà nhu
cầu tiện lợi hóa các phương tiện giao thông là một trong những vấn đề
ưu tiên hàng đầu của bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới. Vì vậy, với
hoàn cảnh nước ta hiện nay thì việc đẩy mạnh công nghiệp chế tạo ô tô
là một trong những giải pháp hiệu quả được chính phủ lựa chọn. Với các
tiến bộ vượt bậc của nền khoa học kỹ thuật, ô tô ra đời ngày càng hiện
đại, kết cấu gọn nhẹ và đặc biệt có tính năng ưu việt hơn so với trước kia.
Để đạt được những yêu cầu kỹ thuật cao trong quá trình chế tạo nhằm
tạo được độ bền và khả năng lưu thông tốt thì những nhà chế tạo cũng đã
phải tính đến vận tốc và tải trọng có thể đạt đươc của ô tô vi vậy ta phải
tính đến khả năng chịu đựng của hệ thống treo ô tô.Và một trong những
bộ phận đóng vai trò quan trọng trong hệ thống treo tô đố là nhíp. Từ đó
cho thấy được vai trò quan trọng của nhíp trong ô tô.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng, xe thường chịu

tải trọng dao động do bề mặt đường mấp mô sinh ra. Những dao
động này ảnh hưỏng xấu tới tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây cảm
giác khó chịu đối với người ngồi trong xe. Các kết quả nghiên cứu về
ảnh hưởng dao động đối với con người đều đi tới kết luận là con
người phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của ôtô sẽ mắc
bệnh về thần kinh và não. Vì vậy tính êm dịu trong chuyển động là
một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe. Tính năng này phụ
thuộc vào khá nhiều yếu tố trong đó hệ thống treo đóng vai trò
quyết định.mà ta biết nhíp lá là một bộ phận quan trọng trong hệ
thống treo.
Các bộ phận của hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ hấp thụ và dập
tắt các dao động, rung động và va đập do mặt đường truyền lên.
Đảm bảo khả năng truyền lực và mômen giữa bánh xe với khung vỏ
xe.
Công dụng của nhíp lá trong hệ thống được cụ thể chính là phần tử
2
đàn hồi của hệ thống treo.
*.Phần tử đàn hồi:
Nhiệm vụ của phần tử đàn hồi là đưa tần số dao động của xe phù
hợp với vùng tần số người sử dụng. Ngoài ra, phần tử đàn hồi còn
có nhiệm vụ nối mềm bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động
tác dụng từ bánh xe lên khung xe trên các địa hình khác nhau đảm
bảo độ êm dịu khi chuyển động.
Phần tử đàn hồi có đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ
làm việc của xe.
Hình 1.1 Cấu tạo nhíp lá
Nhíp lá được sử dụng rộng rãi trên các loại xe tải có trọng tải từ nhỏ
đến lớn, xe bus, đoàn xe, xe chuyên dùng…vì nhíp có kết cấu đơn
giản dễ chế tạo. Nhíp vừa là bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng
và một phần làm nhiệm vụ giảm chấn. Tuy nhiên, nó ít được sử

dụng trên xe con.
Đặc điểm của phần tử đàn hồi nhíp lá:
+ Trên xe con bố trí hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi là nhíp
lá thường có ít lá, độ cứng nhỏ. Trên xe tải và các loại xe khác, các
lá nhíp được lắp ghép thành bộ, có bộ phận kẹp ngang để tránh khả
năng xô ngang khi nhíp làm việc. Bộ nhíp được bắt chặt với dầm cầu
thông qua bulông quang nhíp, liên kết với khung thông qua tai nhíp
và quang treo (để các lá nhíp biến dạng tự do).
+ Do ma sát trong quá trình làm việc, các lá nhíp cọ sát lên nhau,
để giảm mài mòn và tải trọng va đập thường được bổ sung mỡ chì
giữa các bề mặt tiếp xúc của các lá nhíp (triệt tiêu khả năng giảm
3
chấn của lá nhíp – vai trò phụ).
+ Đường đặc tính đàn hồi của nhíp lá được coi là tuyến tính, tức là
độ cứng của nó không thay đổi khi tăng tải trọng. Đây là điều không
mong muốn đối với các chế độ hoạt động của xe. Khi tăng tải trọng,
cần thiết phải tăng độ cứng của nhíp.
Nhíp lá được chế tạo từ thép hợp kim cán nóng: thép silic 55C2,
60C2A…
*. Lò xo:
Phần tử đàn hồi lò xo được bố trí trên xe có tải trọng trung bình như
xe con, xe tải nhỏ. Đặc điểm của lò xo:
+ Lò xo chế tạo từ thép đàn hồi có tiết diện tròn hoặc vuông. Hình
dáng bao ngoài có nhiều loại khác nhau nhằm cải thiện đặc tính đàn
hồi của lò xo.
+ Đặc tính đàn hồi của phần tử đàn hồi lò xo có dạng tuyến tính
nên không có khả năng thay đổi nhiều độ cứng của hệ thống treo.
+ Phần tử đàn hồi lò xo thường được bố trí trên hệ thống treo độc
lập, một số ít bố trí trên cầu sau phụ thuộc.
+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, tạo không gian rộng để bố trí các

phần tử khác của hệ thống treo hoặc hệ thống lái, có tuổi thọ cao
hơn do không có ma sát khi làm việc, không phải chăm sóc bảo
dưỡng.
+ Nhược điểm: Không có khả năng dẫn hướng và giảm chấn. Do
vậy bố trí phức tạp hơn so với loại dùng nhíp lá, đó là phải có bộ
phận dẫn hướng riêng biệt.
Hình 1.2: Các dạng lò xo xoắn thông dụng
4
5
CHƯƠNG II: Tính toán thiết kế nhíp
I . Vật liệu chế tạo
Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính :
Nhíp ô tô làm việc trong điều kiện: chịu tải trọng tĩnh của xe và chịu va đập
mạnh nhưng không cho phép biến dạng dẻo.Khi xe chuyển động còn xuất
hiện lực đổi dấu.Vi vậy thép cần phải đạt được các yêu cầu như sau:
- Giới hạn đàn hồi cao,tức khả năng chống biến dạng dẻo cao(ở đây giới hạn
bền là không có ý nghĩa vì không cho phép biến dạng dẻo),do vậy ta cần
quan tâm chủ yếu tới tỉ lệ dh/ b càng gần tới 1 càng tốt , thường đạt trong giới
hạn 0,85 0,95.
- Độ cứng khá cao trong khoảng HRC:35 45 là thích hợp ; độ dẻo , độ dai
thấp dể không xảy ra biến dạng dư trong quá trình làm việc,nhưng nếu quá
thấp thì chi tiết dễ bị phá hỏng do quá giòn.
- Giới hạn mỏi phải cao để thích ứng với điều kiện làm việc có tải trọng thay
đổi theo chu kỳ
Vật liệu làm nhíp trên ôtô là một khu vực công nghệ vật liệu chuyên biệt.
Các nhà chế tạo khác nhau có thể chế tạo từ các vật liệu khác nhau và coi
đó như một “thông tin mang tính bản quyền” của hãng. Tuy vậy các nhà sản
xuất đều chế tạo từ công thức vật liệu cơ bản là thép Silic với ký hiệu .
0Si, Si, Si2. Các nguyên tố bổ sung làm tốt khả năng đàn hồi và độ bền
đề không công bố.

Với chất liệu cơ bản như vậy thép hợp kim kể trên có khả năng biến dạng
đàn hồi rất tốt, không nhanh bị lão hóa vật liệu do vậy độ bền mỏi cao, ít bị
biến dạng đàn trễ (biến dạng còn lại sau khi không chịu tải).
Mác thép cacbon lò xo, nhíp thường được gọi là thép lò xo thông dụng có
môđun đàn hồi cao để hạn chế biến dạng đàn hồi. Nên chúng được sử dụng
để chế tao các chi tiết đàn hồi, chịu lực cao. Đây là các vật liệu có giá thành
không cao nên được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ô tô, máy kéo,
trong vận tải đường sẳt và chế tạo máy công cụ.
Để đảm bảo khả năng làm việc của các phân tử đàn hồi chịu lực các thép lò
xo cần phải có giới hạn đàn hồi, giới hạn mỏi và độ bền tích thoát cao. Các
thép lò xo thường có hàm lượng cacbon cao ( 0,5-0,7% ) được tôi và ram ở
nhiệt độ 420-4500C thỏa mãn các yêu cầu đó.
Thép được tôi ra tổ chức mactenxit có giới hạn đàn hồi không cao. Giới hạn
đàn hồi được nâng cao rõ rệt khi hình thành tổ chức trootxtit. Trong tổ chức
này Ferit có mật độ cao các lệch kém chuyển động do bị biến cứng pha
mạnh. Ngoài ra chúng còn bị phong tỏa có hiệu quả bởi các hạt cacbít phân
tán.
Ngoài các tính chất đàn hồi cao, ram ra tổ chức trootxtit bảo đảm nâng cao
một chừng mực nào đó độ dẻo và độ dai (đặc biệt trong các thép không có xu
hướng ròn ram), nó quan trọng để giảm độ nhạy cảm với sự tập trung ứng
suất và tăng giới hạn mỏi.
Tôi đẳng nhiệt ra tổ chức bainit dưới cũng cho kết quả tốt. Nó cho phép có
được cơ tính cao khi chi tiết ít bị biến dạng.
6
Các lò xo không lớn và hình dạng ít phức tạp được chế tạo từ thép đã qua
nhiệt luyện. Đối với lò xo to đòi hỏi lực quấn lớn thì dùng thép ở trạng thái ủ.
Các chi tiết sau khi được chế tạo bằng cách quấn nóng hay rập nóng sẽ được
nhiệt luyện.
Thép để làm nhíp được cung cấp ở dạng băng, sau đó rập tạo hình và tôi,
ram ( hiện nay thường dùng lò chương trình tôi ram liên tục) sau đó bó.

Các mác thép cacbon bao gồm : C65, 70, 75, 80, 85, 65Mn, 70Mn (TCVN)
được đặc trưng bởi độ bền tích thoát không cao, đặc biệt khi nung nóng.
Chúng không có lợi để làm việc ở nhiệt độ trên 1000C. Do độ thấm tôi thấp
nên các thép này được dùng các lò xo tiết diện không lớn lắm.
Các thép lò xo, nhíp hợp kim thuộc về lớp peclít. Các nguyên tố hợp kim cơ
bản trong chúng là Si ( 1-3%), Mn (~1%). Trong các chi tiết có công dụng
quan trong hơn thì thép được hợp kim hóa them Cr (~1%) và Ni (<1,7%) các
nguyên tố hợp kim yêu cầu phải có ảnh hưởng ít tới giới hạn đàn hồi là tính
chất chủ yếu của họ thép này. Quan trong hơn là hợp kim hóa để nâng cao
độ thấm tôi, độ bền tích thoát ứng suất và gới hạn mỏi. Do đó hợp kim được
sử dụng cho những phần tử đàn hồi kích thước lớn và đảm bảo cho chúng
làm việc lâu hơn và độ tin cậy cao hơn.
Các mác thép Silic 50Si2, 60Si2, 70Si3A được dùng làm lò xo hay nhíp có
chiều dày 18 mm. Chúng có đặc điểm chống sự lớn lên của hạt khi tôi, nhưng
lại có xu hướng dễ thoát cacbon khi nung, đây là một dạng khuyết tật mặt rất
nguy hiểm vì giảm độ bền mỏi. Mác thép Si-Mn 60SiMnA đã hạn chế được
nhược điểm này và được dùng để chế tạo các lò xo có chiều dày nhỏ hơn 14
mm.
Các mác thép 50CrVA, 50CrMnVA có nhiệt độ ram cao hơn dòng thép Si và
Si-Mn khoảng 5200C, có khả năng chịu nhiệt cao hơn, độ dai cao hơn, ít
nhạy cảm với nhát cắt. Chúng được dùng làm nhíp các ôtô nhẹ, lò xo xupáp
và các lò xo có công dụng quan trọng khác và nhiệt độ làm việc khoảng
3000C.
Các thép 60Si2CrA và 60Si2Ni2A đươc tôi thấu trong các tiết diện tương ứng
là 50 và 80 mm và được dùng làm các lò xo và nhíp lớn có tải nặng và đặc
biệt. Các tính chất của thép được quyết định bởi hàm lượng Cacbon và nhiệt
độ ram. Ram được tiến hành ở nhiệt độ cao hơn một chút so với nhiệt độ ứng
với giới hạn đàn hồi cực đại để đảm bảo độ dẻo và dai.
Các mác thép 70Si3A, 60Si2CrA, 60Si2Ni2A có cơ tính cao nhất σb≥
1800MPa; σ0,2 ≥ 1600MPa; δ≥ 5%; Ψ ≥20%. Giới hạn đàn hồi đạt σ0,01=880

-1150 MPa, còn độ cứng đạt 40-48 HRC. Với độ bền và độ cứng như vậy,
thép này nhạy cảm với sự tập trung ứng suất cho nên trạng thái bề mặt có
ảnh hưởng rất lớn đến độ bền mỏi. Khi không có khuyết tật bề mặt giới hạn
mỏi của thép khi uốn thấp hơn 500 MPa, còn khi xoắn ~300MPa.
II . Cấu Tạo
Nhíp thường có cấu tạo như hình vẽ
7
Đầu nhíp:đầu dạng hình vuông ;đầu dạng hình thang ;đầu dạng trái xoan.

Đầu lá nhíp thường được uốn cong để cố định băng chôt treo
8
Các lá nhíp được định vị với nhau bằng bu lông xuyên tâm 1 và hạn chế
dịch chuyển ngang bằng các tấm ốp nhíp 3, và cả bộ nhíp được cố định
lên xe nhờ quang treo 2.
Đầu lá nhíp cái thường được uốn cong để cố định lá nhíp bằng chốt treo.
Tuy nhiên, cũng có loại nhíp thay cho việc uốn các đầu nhíp, người ta
dùng giá bắt nhíp và bu lông kéo.

Bộ nhíp được ghép lại với nhau tư nhưng lá nhíp dài ngắn khác nhau:
Nếu là nhíp chế tạo bởi một thanh đặc có chiều dày không đổi sẽ rất khỏe
nhưng lại kém đàn hồi.
Nếu nhíp có chiều dày bé thì có khả năng đàn hồi nhưng lại yếu.
9
Do vậy cấu trúc nhíp nhiều lá và có tiết diện thay đổi là tối ưu hơn cả về
hai phương diện kể trên. Để tạo cấu trúc như thế, nhà chế tạo phải làm
nhiều lá nhíp ghép lại với nhau, độ cong và chiều dài các lá nhíp cũng
khác nhau.
III. Tính Toán Thiết Kế
a.Xác định chiều dài của bộ phận nhíp
Ta có:

( )
Ll ⋅÷= 35,03,0
(2-19)
Trong đó:
l : Chiều dài của bộ phận nhíp.
L: Chiều dài cơ sở của ô tô.
Xác định chiều dài quy chuân l
'
l’=
l
2
1
(2-20)
Xác định chiều dày lá nhíp.

[ ]
Σ
⋅
⋅⋅
⋅=
fE
l
h
2'
3
2
σδ
(2-21)
Trong đó:

h: Chiều dày của lá nhíp.

δ
: Hệ số biến dạng nhíp ta chọn nhíp có gia cường nên
δ
= 1,4.

[ ]
σ
:ứng suất uốn cho phép của bộ nhíp

[ ]
( )
2
90008500 cmKG÷=
σ
.
E: Mô đun đàn hồi E = 2.10
6
KG/cm
2
.
Σ
f
: Độ võng toàn bộ của hệ thống treo.
Như vậy độ võng toàn bộ của hệ thống treo là:
f
Z
= f
d

+ f
t
Như vậy ta được chiều dài nhíp
Xác định chiều rộng của lá nhíp
Chiều rộng của lá nhíp được xác định theo công thức sau:

[ ]
2
2'
max
6
hnl
lP
b
⋅⋅⋅
⋅⋅
=
σ
(2-22)
10
Trong đó:
n: Số lượng lá nhíp trong bộ. Đối với ô tô vận tải
( )
7 16n = ÷
P
t
: Tải trọng tĩnh tác dụng lên nhíp.
G
k
: Trọng lượng phần treo khi ô tô đầy tải.

b. Tính bền lá nhíp :
Chọn loại vật liệu làm nhíp là thép 65T có ứng suất uốn cho phép [
u
σ
] =
600(MN/m
2
).
Đối với nhíp thiết kế là loại nhíp 1/2 êlíp , ứng suất uốn trong lá nhíp xác định
theo công thức :

2
1
.
6
k
t
u
l
fhE
δ
σ
=
(2-24)

Nhận thấy rằng ứng suất uốn trong các lá nhíp đều nhỏ hơn ứng suất uốn cho phép vì
vậy nhíp thiết kế đảm bảo điều kiện bền đặt ra.
.

2.3.2 Tính tai nhíp :
Tai nhíp chịu lực thẳng đứng Z và lực dọc X
K
(lực kéo tiếp tuyến)


ứng suất uốn ở tai nhíp :

u
u
u
W
M
=
σ
(2-26)
Trong đó :
2
.
max
c
Ku
hD
XM
+
=
(2-27)
11
X

Z
h
K

6
.
2
hb
W
u
=
(2-28)
Với :
- X
Kmax
: lực kéo tiếp tuyến cực đại hay lực phanh cực đại tác dụng lên tai nhíp .
X
Kmax
= X
Pmax
=
bx
Z.
ϕ
(2-29)
Trong đó:
- ϕ: hệ số bám.
- Z
bx
: Phản lực tác dụng lên bánh xe sau

L
aG
Z
bx
.
=
(2-30)
- G: trọng lượng toàn bộ của xe
- D : dường kính trong tai nhíp
ứng suất uốn ở tai nhíp :

2
max
.
3
c
c
Ku
hb
hD
X
+
=
σ
ứng suất nén ở tai nhíp :


c
K

n
hb
X
.
max
=
σ
(2-31)
ứng suất uốn tổng hợp tai nhíp :

nuth
σσσ
+=
ứng suất uốn tổng hợp cho phép [
th
σ
] = 350(MN/m
2
).
Ta tính ứng suất xong rồi so sánh với ứng suất cho phép
d. Kiểm nghiệm chốt nhíp :
Chốt nhíp được kiểm tra theo điều kiện bền dập :

bD
Z
cd
.
=
σ
(2-32)

Vật liệu làm chốt nhíp là thép cácbon hợp kim xêmăngtít loại 20 hay 20X với
[ ]
)/(30
2
mMN
cd
=
σ
.
Ta tính toán lại chốt nhíp để đạt độ bền
12
Chương III . Quy Trình Chế Tạo Nhíp
Gồm ba bước chính:
+ Tạo Phôi: Có nhiệm vụ Tạo hình sản phẩm
ta sử dụng phương pháp cán tạo hình sản phẩm.
+ Gia công cơ khí: Có nhiệm vụ gia công bề mặt, tạo độ cong, uốn
dập.
b1: sử dụng máy phay để phay bề mặt tạo mặt nhẵn
b2: sử dụng máy khoan để khoan lổ giữa nhíp(lổ bắt ốc định vị)
b3: tạo độ cong
b4: uốn 2 đầu nhip thành hinh tròn
13
+ Nhiệt luyện hoàn chỉnh: Có nhiệm vụ nhiệt luyện, sơn phủ, lắp sản
phẩm và hoàn thiện
TÔI BỀ MẶT THÉP
. Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao
- Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
Nguyên lý nung nóng bề mặt
tỉ lệ nghịch với tần số f của nó theo công thức:∆ - Chiều sâu của lớp bề
mặt có dòng điện chạy qua

: chiều sâu lớp bề mặt có mật độ dòng điện cảm ứng cao, cm;∆
.cm;Ω: điện trở suất của kim loại nung, ρ
: độ từ thẩm của kim loại nung m/A;µ
f: tần số của dòng điện Hz
Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao
Chọn tần số và thiết bị
- Tần số dòng điện quyết định chiều dày lớp nung nóng do đó quyết định
chiều sâu lớp tôi cứng;
- Thường chọn diện tích lớp tôi cứng bằng 20% tiết diện;
- Chiều dày lớp tôi tương ứng với thiết bị có tần số và công suất như sau:
100kW;≥ 8000Hz, P ÷ 5mm cần f = 2500 ÷ = 4 ∆
100kW.÷ 250000Hz, P = 50 ÷ 2mm cần f = 66000 ÷ = 1
Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao
Ta sử dụng phương pháp tôi là:
Đây là một chi tiết dài nên ta chọn phương pháp
Nung nóng rồi làm nguội liên tục liên tiếp
Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao
Tổ chức và tính chất của thép sau khi tôi cảm ứng
Nhiệt độ chuyển biến pha Ac1, Ac3 nâng cao lên do vậy độ tôi phải lấy
cao hơn so với tôi thể tích thông thường là 100
nhỏ mịn nên sau khi tôi được M rất nhỏ mịn;γ- Độ quá nhiệt cao nên tốc
độ chuyển biến pha khi nung rất nhanh, thời gian chuyển ngắn hạt
- Để đảm bảo hạt nhỏ sau khi tôi cảm ứng trước đó thép phải được nhiệt
luyện tôi + ram cao thành X ram tổ chức sau khi tôi cảm ứng là bề mặt M
hình kim nhỏ mịn lõi X ram.
14