Nghiên cứu công nghệ hàn đắp phục hồi trục cam động cơ ô tô bị hỏng do mài mòn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------





----------

BÙI HUY TƯỞNG


NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ðẮP PHỤC
HỒI TRỤC CAM ðỘNG CƠ ÔTÔ
BỊ HỎNG DO MÀI MÒN



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá
nông, lâm nghiệp
Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ HUY LÂN



HÀ NỘI - 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
1


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất cứ
công trình nào khác.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
.......................................................
Hà Nội, Ngày tháng năm 2010
Tác giả luận văn


Bùi Huy Tưởng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
2



LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Thày giáo. TS Vũ Huy Lân, ñã trực tiếp hướng
dẫn, tận tình giúp ñỡ tôi trong quá trình làm ñề tài và hoàn thành Luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ
vật liệu – Khoa Cơ ðiện - trường ñại học Nông Nghiệp Hà Nội, bộ môn hàn
và công nghệ vật liệu viện Cơ khí trường ñại học Bách Khoa Hà Nội, PTN
trọng ñiểm công nghệ hàn và xử lý bề mặt ñã giúp ñỡ và tạo mọi ñiêu kiện
cho tôi trong quá trình thực hiện ñề tài.
Qua ñây tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thày, cô giáo ñã giảng dạy tôi
trong suốt quá trình học tập tại trường. Cảm ơn ban giám hiệu, tập thể giáo
viên trường Cao ñẳng Công nghiệp Nam ðịnh, tập thể giáo viên khoa cơ khí
và bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi và giúp ñỡ tôi hoàn
thành Luận văn này.



Tác giả luận văn


Bùi Huy Tưởng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
3




MỤC LỤC

Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn 2

Mục lục iii
Danh mục bảng i5

Danh mục hình 7

LỜI MỞ ðẦU
1
Chương I PHÂN TÍCH LỰA CHỌN QUY TRÌNH PHỤC HỒI TRỤC CAM
2
1.1 Công dụng và vật liệu chế tạo trục cam 2
1.2 ðiều kiện làm việc và những hư hỏng thường gặp của trục
cam
4
1.3 Lựa chọn phương án phục hồi trục cam 7

1.3.1 Phun phủ kim loại 7
1.3.2 Hàn ñắp 11
1.3.3 Chọn lựa phương pháp hàn phục hồi. 13
1.4 Yêu cầu kỹ thuật ñối với trục cam sau khi sửa chữa 17
1.5 Những khó khăn khi hàn ñắp phục hồi trục cam 20
1.6 Ứng suất dư và biến dạng của chi tiết hàn có liên quan với
trường nhiệt ñộ.
21
1.7 Chọn giải pháp công nghệ hàn
32
1.7.1 ðánh giá sơ bộ tính hàn của thép (kim loại cơ bản )
32
1.7.2 Chọn vật liệu hàn ñắp
33
1.8 Chọn chiều dày lớp trung gian
36
Chương II: LẬP QUY TRÌNH PHỤC HỒI CAM BỊ MÒN 39
2.1 Mài làm sạch trục trước khi hàn
40


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
4


2.2 Chọn vật liệu và chế ñộ hàn
41
2.2.1 Vật liệu hàn
41
2.2.2 Chọn chế ñộ hàn lớp lót

43
2.2.3 Chọn chế ñộ hàn lớp ñắp
44
2.3 Kỹ thuật hàn
47
2.3.1 ðề xuất phê chuẩn thợ hàn
47
2.3.2 Quy trình hàn thử trên mẫu
49
2.3.3 Kỹ thuật hàn ñắp trên trục cam
51
2.4 Xử lý nhiệt sau khi hàn
53
2.5 Gia công cơ khí
55
2.5.1 Chép hình cam bị mòn.
55
2.5.2 Mài cam sau khi hàn phục hồi
57
2.5.3 Thông số quá trình mài trục cam
58
Chương III. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VÀ ðÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 59
3.1 Kiểm tra khuyết tật
59
3.1.1 Qui trình kiểm tra ñánh giá sơ bộ bằng mắt thường
59
3.1.2 Qui trình kiểm tra bằng thẩm thấu
61
3.1.3 Qui trình kiểm tra bằng hạt từ
67

3.2 Kiểm tra biên dạng cam và ñộ biến dạng của trục cam
74
3.3 Kiểm tra ñộ cứng và ñộ bóng bề mặt
75
3.4 ðánh giá hiệu quả kinh tế
75
3.4.1 Mục ñích của ñánh giá hiệu quả kinh tế
75
3.4.2. Tính toán chi phí mối hàn
76
Chương IV THỰC NGHIỆM VÀ SỬ LÝ SỐ LIỆU 81
4.1 Tính toán và lựa chọn chế ñộ hàn
81
4.1.1 Cơ sở tính toán và lựa chọn
81
4.1.2 Xây dựng sơ ñồ thí nghiệm
83


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
5


4.1.3. Xác ñịnh tỷ lệ K và kiểm tra tính chống nứt nguội
85
4.2 Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu
86
4.2.1 Thông số chế ñộ hàn
86
4.2.2 ðánh giá tính chống nứt nguội

87
4.2.3 Chỉ tiêu ñộ cứng và tính chống mài mòn
88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
PHỤ LỤC 92



DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1.1 Thành phần hoá học của thép cacbon kết cấu 40Cr 3
1.2 Cơ tính của thép cacbon kết cấu 40Cr 3
1.3 So sánh năng xuất hàn 14
1.4 So sánh về tiêu thụ ñiện 14
1.5 Vật liệu hàn cần thiết ñể tạo ra 1 kg kim loại nóng chảy 15
1.6 Giá thành một kg kim loại nóng chảy 15
1.7 Thành phần hoá học kim loại ñắp của que hàn E 10-UM -
60GRZ
33
1.8 Cơ tính của mối hàn ñắp với que hàn E 10-UM-60-GRZ 33
1.9 Kích thước, dòng ñiện của que hàn E 10-UM-60-GRZ 34
1.10 Thành phần hoá học của que hàn lõi hợp kim Ni-Fe 35
1.11 Cơ tính của que hàn có lõi là hợp kim Ni-Fe 36
1.12 Qui cách que hàn có lõi là hợp kim Ni-Fe 36
2.1
Thµnh phÇn hãa häc vËt liÖu hµn
41
2.2 Thông số hàn lớp trung gian 50
2.3 Thông số hàn của lớp thứ 2, 3 50

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
6


3.1 Mức ñộ chấp nhận cho các chỉ thị 65
3.2 Giới thiệu thời gian thấm: 66
4.1 Thành phần hoá học que hàn E 308 83
4.2 Kết quả thí nghiệm lớp hàn lót Ni – Fe 84
4.3 Kết quả thí nghiệm lớp hàn ñắp UTP – 61. 85
4.4 Mối quan hệ giữa chiều dày lớp trung gian và chiều cao ñắp. 86
4.5 Thông số chế ñộ hàn ñắp que hàn Ni-Fe và que hàn UTP 87



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
7


DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang
1.1 Cấu tạo trục cam 2
1.2 Phương pháp kiểm tra ñộ cứng 3
1.3 ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn I 4
1.4 ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn II 5
1.5 Một số dạng hỏng của trục cam 6
1.6 Dạng hỏng cong trục cam 6
1.7 Phương pháp phun phủ 8
1.8 Sơ ñồ nguyên lý ñầu phun kim loại bằng hồ quang ñiện 8

1.9 Sơ ñồ súng phun khí-bột kim loại ROTOTEC-80 9
1.10 Nguyên lý phun phủ plasma 10
1.11 Bề mặt cam bị mòn 11
1.12 Nguyên lý hàn hồ quang tay 11
1.13 Sơ ñồ nguyên lý của máy hàn tự ñộng 12
1.14 Kiểm tra khe hở ñầu trục cam 18
1.15 Kiểm tra ñộ cong trục cam 19
1.16 Kiểm tra vấu cam 20
1.17 Sự phân bố các tầng nhiệt ñộ theo mặt cắt ngang của trục khi hàn
ñắp
29
1.18
S¬ ®å t¹o thµnh øng suÊt tøc thêi vµ øng suÊt d− ë trôc khi hµn
31
2.1 Dạng hỏng của cam 39
2.2 Thao tác mài 40
2.3 Kết cấu que hàn ñiện 42
2.4 Một số dạng hỏng của que hàn 42
2.5 Tủ sấy que hàn 43
2.6 Máy hàn R3R-400 K1285-16 47
2,7 Kích thước mẫu hàn 49
2.8 Góc ñộ que hàn khi hàn trên mẫu 50
2.9 Vị trí nối que hàn 51
2.10 Thứ tự ñường hàn 52
2.11 Một số dụng cụ cầm tay 53
4.5. Tổ chức kim loại vùng mối hàn ñắp có lớp trung gian Ni-Fe 85

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
8


LỜI MỞ ðẦU

Trong công cuộc ñổi mới ñất nước hiện nay, công nghiệp hoá và hiện ñại
hoá là vấn ñề ñược ñặt lên hàng ñầu. Trong ñó ngành công nghiệp cơ khí ñã
có những bước phát triển vượt bậc, tuy nhiên phần lớn máy móc và thiết bị
phục vụ trong ngành cơ khí lại ñược sản xuất và nhập khẩu từ nước ngoài, có
nhiều chủng loại khác nhau. Trong quá trình vận hành sẽ xảy ra những sự cố
hỏng hóc chi tiết nên chi phí ñể thay thế và sửa chữa sẽ rất lớn do chúng ta
phải nhập chi tiết từ nước ngoài hoặc làm mới hoàn toàn.
Trong ñiều kiện kinh tế ñất nước ta hiện nay còn rất khó khăn về nhiều
mặt thì việc áp dụng các công nghệ khác nhau vào việc phục hồi các thiết bị
chi tiết máy ñể giảm giá thành là rất cần thiết. Hàn và hàn ñắp là một trong
những công nghệ chủ yếu ñóng vai trò quan trọng trong nhiệm vụ này, qua
kinh nghiệm và số liệu tổng kết trên thực tế, chi tiết ñược phục hồi bằng công
nghệ hàn chiếm từ 60 – 70% số chi tiết của ôtô, máy kéo, thiết bị cơ khí…
cần sửa chữa, mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong sản xuất.
Với nhiệm vụ “Nghiên cứu công nghệ hàn ñắp phục hồi trục cam
ñộng cơ ô tô bị hỏng do mài mòn”. ðây là một ñề tài thực tế, có tính ứng
dụng cao. Trong quá trình thực hiện ñã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian
và ñiều kiện hạn chế, do vậy bản luận văn của tôi còn nhiều thiếu sót, rất
mong nhận ñược sự góp ý của các thày và các bạn ñồng nghiệp.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
9


CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN QUY TRÌNH PHỤC HỒI TRỤC CAM
1.1.Công dụng và vật liệu chế tạo trục cam.
- Trục cam dùng ñể dẫn ñộng xupap ñóng mở theo quy luật nhất ñịnh,
trục cam bao gồm các phần cam xả, cam nạp và các cổ trục. Ngoài ra trong
một số ñộng cơ trên trục cam còn có cam dẫn ñộng bơm xăng, cam dẫn ñộng
bơm cao áp và bánh răng dẫn ñộng bơm dầu, bộ chia ñiện v.v…hình 1.2
- Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim thành phần cacbon
thấp như thép 15X, 15MH, 12XH3A, 18XBA… hoặc thép cacbon thành phần
cacbon trung bình như thép 40X hay thép 45.

Hình 1.1 Cấu tạo truc cam
1) Các cổ trục; 2) Vấu cam; 3) Bánh răng
Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của cam, cổ trục, mặt ñầu
trục cam) ñều ñược thấm than và tôi cứng bề mặt. ðộ sâu thấm than thường
vào khoảng 0,7 ÷ 2mm, ñộ cứng ñạt HRC 52 ÷ 55, các bề mặt khác và lõi trục
cam ñộ cứng thấp hơn, thường vào khoảng 30 ÷ 40 HRC.
ðối với trục cam xe Bella, theo thông tin ñược cung cấp từ ñơn vị yêu
cầu phục hồi sửa chữa, ñây là trục cam của xe Bella sản xuất từ liên xô cũ,
ñộng cơ 4 kì, 6 xylanh xếp hình chữ V, ñơn trục cam.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
10


Dựa vào yêu cầu khi chế tạo trục và kinh nghiệm thực tế khi sửa chữa
phục hồi trục cam thì loại vật liệu làm trục thường là thép kết cấu hợp kim
40X (GOST), thép 40Cr (TCVN), thành phần hoá học và cơ tính ñược thể
hiện trong bảng 1.1 và bảng 1.2,
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của thép cacbon kết cấu 40Cr [5].
Hàm lượng của các nguyên tố,(%) Mác
thép
C Si Mn Cr Ni P S
40Cr 0,36÷0,44 0,17÷0,37 0,5÷0,8 0,8÷1,10 ≤0,3 ≤0,035 ≤0,035
Bảng 1.2 Cơ tính của thép cacbon kết cấu 40Cr qua nhiệt luyện [5].

Mác thép

Giới hạn bền
σ
b
(MPa)
Giới hạn bền
chảy qui ước
σ
0,2
(MPa)
ðộ giãn dài
tương ñối δ

%

ðộ dai va ñập
a
k

J/cm
2

40Cr
980 785 10 59
- Yêu cầu về cơ tính
+ Khảo sát ñộ cứng bề mặt của cam: Ta sử dụng máy ño ñộ cứng
Rockwell, ño tại 5 ñiểm, ñộ cứng trung bình ñạt ≈ 55 ÷ 60HRC.







Hình 1.2 Phương pháp kiểm tra ñộ cứng


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
11


+ Khảo sát ñộ bóng bề mặt của cam: Qua kinh nghiệm thực tế khi sửa
chữa trục cam và tiêu chuẩn chung, khi tiến hành phục hồi sửa chữa trục cam,
thì nhám bề mặt trục cam ñạt từ cấp 8 trở lên.
1.2. ðiều kiện làm việc và những hư hỏng thường gặp của trục cam.

Trục cam có các bộ phận chính là các cam và các cổ trục, các chi tiết của
cơ cấu phân phối khí ñược dẫn ñộng liên hoàn từ trục cam ñến xupap. Quá
trình làm việc của cam ñược diễn ra như sau: Mặt làm việc của cam gồm hai
phần cung ρ và phần cung r. Vì vậy quy luật ñộng học con ñội hình nấm hoặc
hình trụ trên hai phần này cũng khác nhau. Trong giai ñoạn 1, con ñội trượt
trên mặt cam, từ A ñến A’ tương ứng với góc quay của cam từ θ = 0 ñến θ =
θ
max
. Giai ñoạn 2 con ñội trượt trên cung r từ A’ñến C ứng với góc quay γ = γ
max =
=
2
ϕ
θ
max
ñến γ = 0







Hình 1.3 ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn I [1]
- ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn I.
Chuyển vị của con ñội hình nấm khi con ñội trượt ñến một vị trí bất kỳ
nào ñó ứng với góc θ ( trên hình vẽ) chuyển vị của con ñội hình nấm có thể
xác ñịnh theo quan hệ sau: h
θ
= ab = ao – R

1
= ρ - (ρ - R
1
) cosθ - R
1

Hoặc h
θ
= (ρ - R
1
) (1- cosθ) (1.1)
+ Tốc ñộ của con ñội hình nấm: lấy ñạo hàm hai vế của phương trình
(1.1) ñối với thời gian ta có tốc ñộ của con ñội hình nấm.
R
1

O

A
B
A'
O
1

C
E
r
ρ
ϕ/2
ϕ/

2

O
2

O
1

R
1
ρ −R
1
θ
θmax
K
O
θ
O
1
r
b
O
2

a
tâm con ñội


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
12

v
2
=
θρωγ
θ
θ
θθ
sin)(.
1
R
dt
d
d
dh
dt
dh
−==
(1.2)
+ Gia tốc của con ñội hình nấm lấy ñạo hàm hai vế của phương trình
(1.2) ñối với thời gian ta có gia tốc của con ñội hình nấm.
θϖθ
γ
θ
θ
θθ
cos)(.
1
2

Rp
dt
d
d
dv
dt
dv
j −===
(1.3)
Khi θ = 0 gia tốc ñạt trị số cực ñại :
j
θmax
= ( ρ - R
1
) ω
k
2
(1.4)
- ðộng học của con ñội hình nấm trong giai ñoạn II.
+ Chuyển vị của con ñội hình nấm, khi con ñội hình nấm trượt ñến vị trí
bất kỳ nào ứng với góc γ trên mặt cung r thì chuyển vị của con ñội ñều có thể
tính theo quan hệ sau.






Hình 1.4 ðộng học của con ñội hình trụ ( hình nấm) trong giai ñoạn II [1]
h

γ
= ab = ao – R
1
= r + Dcosγ - R
1
(1.5)
+ Tốc ñộ của con ñội hình nấm. Lấy ñạo hàm hai vế của phương trình
(1.5) ñối với thời gian ta có công thức tính tốc ñộ của con ñội hình nấm
γωγγ
γ
θ
γγ
sin.V D
dt
d
d
dh
dt
dh
===
(1.6)
Trong ñó
===
γ
ω
θγ
dt
d
dt
d

tốc ñộ của trục cam.
+ Gia tốc của con ñội hình nấm. Lấy ñạo hàm hai vế của phương trình
(1.6) ñối với thời gian ta có công thức tính gia tốc của con ñội:
D
ρ

r
b
R
1

a

γ
γ
max

O
2

O



Tr
ường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
13


J

γ
=
γϖ
γ
γ
θ
γγ
cos.
2
D
dt
d
d
dv
dt
dv
−==
(1.7)
Nhận xét: Ta thấy trong quá trình làm việc của cam không chỉ chịu ma
sát (áp lực), mà còn xảy ra hiện tượng va ñập và có hiện tượng trượt. Do vậy,
những dạng hư hỏng thường gặp của trục cam là:
- Cổ trục: bị mài mòn, xước cổ trục do ma sát với bạc lót.

Hình 1.5 Một số dạng hỏng của trục cam
a)
Cổ trục cam bị mòn
, b)
Vấu cam bị mòn, rỗ
- Trục cam: Một trong những hư hỏng của trục cam dẫn tới hệ thống
phân phối khí làm việc không hiệu quả, có thể không làm việc ñược là do trục
cam bị cong, dẫn tới pha phối khí bị sai lệch.



ðường tâm trục khi bi cong ðường tâm trục thẳng bình thường
Hình 1.6 Dạng hỏng cong trục cam
- Vấu cam: làm việc trong ñiều kiện vừa chịu ma sát, chịu va ñập, vừa bị
ñốt nóng ở nhiệt ñộ cao, ñặc biệt là với cam ñiều khiển ñóng mở xupap xả.
Ngoài ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo thành axít ăn mòn.
Do ñó bề mặt làm việc của cam và ñáy xupap hay bị mài mòn, nứt, vấu cam
a
b


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
14


bị sứt mẻ, có thể còn bị cháy rỗ (hình 1.9b). Trong thực tế các cam của trục
cam thường mòn nhiều hơn so với cổ trục do các cam trong quá trình làm việc
luôn luôn bị va ñập. Khi trục cam phải ñem ra sửa chữa, thường là bề mặt các
vấu cam ñã bị mòn trong khi ñó các cổ trục của cam vẫn ñảm bảo làm việc
bình thường.

1.3. Lựa chọn phương án phục hồi trục cam.
Thông thường các hư hỏng do mài mòn lớp bề mặt, mất khả năng làm
việc khi ñó cần thay thế, sửa chữa. Vì vậy nhu cầu thay thế là rất lớn, mặt
khác sản xuất mới và nhập ngoại ñôi khi không thể ñáp ứng kịp, gây trở ngại
cho quá trình sản xuất.
ðể ñạt ñược yêu cầu công nghệ phục hồi chi tiết máy, phương hướng
nghiên cứu là:
+ Dùng các nguyên tố tạo cacbit, ñể nâng cao ñộ cứng lớp ñắp và các
nguyên tố biến tính, ñể cải thiện thành phần hóa học và cấu trúc tổ chức lớp
kim loại ñắp.
+ Xác ñịnh chế ñộ công nghệ hàn, ñể ñảm bảo các yêu cầu về cơ tính và
thành phần hóa học, cũng như khả năng làm việc của lớp ñắp.
ðối với dạng hỏng này, ta phải ñắp lên bề mặt bị mài mòn một lượng
kim loại, ñể bù lại kích thước ban ñầu và lượng dư gia công. Lớp kim loại ñắp
phải ñảm bảo các yêu cầu về cơ tính, ñiều kiện làm việc
Các phương pháp chủ yếu ñể phục hồi bề mặt bị mài mòn là:
+ Phun phủ kim loại.
+ Hàn ñắp.
1.3.1. Phun phủ kim loại.
Do trục cam bị mài mòn không quá lớn, nên chỉ yêu cầu lớp phủ không
cần quá dày. Với phạm vi tạo lớp phủ ñạt ñược từ vài chục µm ñến vài mm
thì bằng phương pháp phun phủ có thể tạo lớp phủ theo yêu cầu.
Nguyên lý của phương pháp công nghệ này là kim loại lỏng ñược dòng
không khí nén thổi làm phân tán kim loại thành các giọt kim loại rất nhỏ và
ñược phun lên bề mặt chi tiết cần ñược phun phủ .


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
15

Với phương pháp phun phủ bằng khí nhiệt sẽ không làm thay ñổi cấu
trúc của kim loại cơ bản, không gây biến dạng, tạo ra lớp phủ có ñộ cứng cao,
tính chống mài mòn tốt, hay có thể tạo nên lớp phủ ñặc biệt: các lớp phủ kim
loại, các lớp phủ keramik….

Hình 1.7 Phương pháp phun phủ
Có 3 phương pháp phun phủ kim loại.
- Phun phủ kim loại dùng ñầu phun bằng ñiện
ðầu phun hồ quang ñiện ñược sử dụng rộng rãi và có công suất lớn.
Nguyên lý làm việc của nó như hình vẽ. Hai dây (1) (ñiện cực) ñược chuyển
dịch bằng cặp bánh xe (3) ñi vào ống dẫn ñến vị trí tiếp xúc với nhau. Vòi
phun khí nén (2) ñược bố trí giữa hai ñiện cực.









Hồ quang ñiện và dòng
hạt kim loại lỏng
1
1
2
3
4
5

Hình 1.8 Sơ ñồ nguyên lý ñầu phun kim loại bằng hồ quang ñiện
1) Dây hàn. 2) Dòng không khí nén. 3) Con lăn cấp dây hàn.
4) Lớp kim loại ñắp. 5) Kim loại nền


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
16


- Phun phủ kim loại dùng ñầu phun bằng ngọn lửa khí cháy.
Các ñầu phun kiểu ngọn lửa khí ñều sử dụng ngọn lửa hỗn hợp khí từ các
khí cháy khác nhau với ôxy như axêtylen, mêtan, prôpan-butan, khí thiên
nhiên, khí dầu hoả, vv...Trong ñó ñại ña số các ñầu phun dùng ngọn lửa
axêtylen và ôxy, ngọn lửa này cho nhiệt ñộ cao nhất, vì vậy nó có thể phun
với vật liệu có nhiệt ñộ chảy cao ñến 2800
o
C. ( hình 1.9)

Hình 1.9 Sơ ñồ súng phun khí-bột kim loại ROTOTEC-80 (Thụy Sỹ)
1) bột phun; 2) miệng phun; 3) chốt ñiều chỉnh lượng bột
4 ) buồng khí C
2
H
2
; 5) buồng hỗn hợp khí cháy; 6) lỗ dẫn bột;
7) cửa dẫn ôxy; 8) cửa dẫn C
2
H
2
; 9) cần ñiều khiển phun.

Các ñầu phun hiện nay có rất nhiều loại, tuy nhiên chúng vẫn chưa ñáp
ứng ñược những yêu cầu ñòi hỏi cao của kỹ thuật.
- Phun phủ kim loại dùng ñầu phun plasma
Nguyên lý phun phủ plasma là dùng nguồn nhiệt plasma ñể làm chảy vật
liệu bột và áp lực khí thổi các hạt phun lên bề mặt chi tiết phun. Nhiệt ñộ của
tâm nguồn nhiệt plasma rất cao có thể ñạt tới 6000
0
C do ñó phun phủ plasma
có thể phun phủ ñược tất cả các vật liệu ( hình 2.4).
Ưu ñiểm của phương pháp phun phủ plasma:
- Có thể dùng ñể phun các loại vật liệu kim loại, hợp kim, ôxyt kim loại,
cacbit, gốm.


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
17


- Chất lượng lớp phủ ñạt cao
- Có thể dùng thay thế các phương pháp nói trên
- Có thể cơ khí hóa, tự ñộng hóa toàn bộ thiết bị ñể phun phủ trong các
ñiều kiện khác nhau.



Hình 1.10 Nguyên lý phun phủ plasma

Nhận xét
: Về các phương pháp phun phủ trên: Khi chi tiết làm việc
trong ñiều kiện chịu tải trọng va ñập thì nếu không ñủ ñộ bám dính thì sẽ có

hiện tượng bong từng mảng, róc lớp phụ ngoài. Trong trường hợp này bề mặt
cam cần phục hồi là phần tiếp xúc của vấu cam với con ñội làm việc trong
trạng thái vừa va ñập vừa có hiện tượng trượt, cho nên bề mặt bị mòn không
bao kín chu vi biên dạng cam. Nếu ta phun phục hồi lên bề mặt vấu cam thì
khi lớp phun phủ nguội sẽ dẫn ñến sự co kéo không ñều, khả năng bám dính
của lớp phun phủ với kim loại cơ bản thấp, trên thực tế thì phương pháp phun
phủ rất ít ñược áp dụng ñể phục hồi trục cam.


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
18



Hình 1.11 Bề mặt cam bị mòn
1.3.2. Hàn ñắp.
Hàn ñắp là tạo ra lớp kim loại phủ trên bề mặt chi tiết nhằm tăng kích
thước, tăng chất lượng bề mặt (ñộ cứng, khả năng, chống ăn mòn...). Hàn
ñắp thường ñược dùng ñể phục hồi các chi tiết máy bị mòn.
- Các phương pháp hàn ñắp ñể phục hồi trục cam
+ Hàn ñắp hồ quang tay: Hàn ñắp hồ quang tay là một phương pháp
hàn phục hồi ñầu tiên trong ngành sửa chữa phục hồi chi tiết máy, ñược sử
dụng rất phổ biến, sử dụng ñiện cực nóng chảy. ( hình 1.12)

Hình 1.12 Nguyên lý hàn hồ quang tay
Bề mặt nguyên thuỷ
Bề mặt bị mòn


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
19


Nó ñược áp dụng nhiều vì thiết bị ñơn giản, dễ vận hành, mất ít thời gian
cho công tác chuẩn bị, thao tác hàn rất linh ñộng có thể phù hợp với tất cả
chủng loại chi tiết, ñặc biệt là chi tiết có hình dạng phức tạp.
+ Hàn ñắp tự ñộng dưới lớp thuốc bảo vệ:
Phương pháp này thường áp dụng hàn các chi tiết có bề mặt phẳng hoặc
hình trụ, phương pháp này cho năng suất hàn ñắp tăng lên rõ rệt, ñiều kiện lao
ñộng và chất lượng hàn ñắp ñược cải thiện, tiêu hao ñiện năng và vật liệu hàn
ít. So với hàn tay, hàn ñắp tự ñộng có thể hợp kim hoá kim loại mối hàn ñạt
tới 30%, do ñó có thể tăng cơ tính lớp hàn ñắp, tăng khả năng chịu mài mòn,
va ñập của chi tiết sau phục hồi. Phương pháp này ñược áp dụng rất rộng rãi
cho các chi tiết hình trụ như trục khuỷu, trục pistong máy búa, buồng công tác
máy bơm, mũi khoan ñá, mũi khoan dầu khí..., các chi tiết phẳng như má kẹp
hàm, các mặt trượt chịu ma sát lớn, hàn bằng thép không rỉ cho các bề mặt
chịu mài mòn…

Hình 1.13 Sơ ñồ nguyên lý của máy hàn tự ñộng


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........

20


+ Hàn ñắp tự ñộng bằng dây lõi bột:
Trong hàn ñắp tự ñộng bằng dây lõi bột, kim loại lớp ñắp ñược hợp kim
hoá bằng các nguyên tố chứa trong lõi dây hàn ở dạng hỗn hợp cơ học, lõi
thuốc bột vừa có nhiệm vụ hợp kim hoá mối hàn vừa tạo ra môi trường khí
bảo vệ mối hàn. Trong một số trường hợp, ñể tăng khả năng bảo vệ mối hàn,
người ta dùng khí bảo vệ kết hợp như CO
2
, Ar… quá trình hàn ñắp các chi tiết
bằng dây lõi thuốc ñược dùng ñể phục hồi các chi tiết trong máy xây dựng và
khai thác như lưỡi gạt máy ủi, hàm nhai nghiền ñá, cánh xoắn trục vít tải…
Ưu ñiểm chủ yếu của phương pháp này là có phạm vi ứng dụng khá
rộng: tiết kiệm ñược các nguyên tố hợp kim ñồng thời kim loại lớp hàn ñắp có
thể ñược hợp kim hoá 40%.
+ Hàn ñắp hồ quang trong môi trường khí bảo vệ:
Hàn ñắp trong khí bảo vệ cho phép cơ khí hoá và tự ñộng hoá quá trình
hàn trong bất kì vị trí không gian nào phù hợp với bề mặt chi tiết hàn ñắp kể
cả vị trí hàn trần. Chúng ta cũng có thể cơ khí hoá cả việc hàn ñắp những chi
tiết nhỏ, ñiều ñó làm tăng năng suất lao ñộng lên 3 ÷ 5 lần so với hàn tay.
+ Hàn ñắp bằng Plasma bột:
Là phương pháp hàn tiên tiến có rất nhiều ưu ñiểm như nhiệt ñộ cao, tập
trung nhiệt lớn và có phần tham gia của kim loại cơ bản rất nhỏ và chiều dày
vùng ảnh hưởng nhiệt bé. Tuy nhiên, trường hợp trục cam ñang nghiên cứu
với kết cấu và kích thước như trên, phương pháp hàn ñắp plasma bột không
thật hợp lý và hiệu quả kinh tế thấp.
1.3.3. Chọn lựa phương pháp hàn phục hồi.
Trước khi lựa chọn một phương án hàn tối ưu nhất ta cần xem qua các ưu
ñiểm cũng như nhược ñiểm của mỗi phương pháp hàn ñể chọn ra phương án

hàn tốt nhất.


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
21


Bảng 1.3. So sánh năng suất hàn:
Phương pháp hàn
Dòng ñiện
(A)
Hệ số nóng
chảy
(g/Ah)
Hệ số sử
dụng máy
(%)
Năng suất
(Kg/h)
Hàn bán tự ñộng trong
CO
2

Dây ∅ 1,2 mm
Dây ∅ 2,0 mm

180 - 250
300 - 350

12,0

16,0

60
60

1,58
3,13
Hàn bán tự ñộng dưới
lớp thuốc dây ∅ 2,0
mm
300 - 350 180,0 50 3,0
Hàn tự ñộng dưới lớp
thuốc dây ∅ 0,5 mm

800 - 850

16,0

50

12,6
Hàn tự ñộng trong môi
trườngCO
2
dây ∅ 5 mm

800 - 850

16,0

50

6,8
Hàn thủ công que hàn
∅ 3mm YOHИ 13/35

160 - 180

8,0

70

0,96
Bảng 1.4. So sánh về tiêu thụ ñiện
Phương pháp hàn
Lượng ñiện
(Kwh/Kg)
ðiện áp hồ
quang (V)
Hàn bán tự ñộng trong CO
2

Dây ∅ 1,2 mm
Dây ∅ 2,0 mm

2,5
3,0

26
33 - 36

Hàn tự ñộng trong môi trường khí CO
2
dây ∅ 5
mm
5,5 38 - 30
Hàn bán tự ñộng dưới lớp thuốc dây ∅ 2 mm
3,7 36 - 38
Hàn tự ñộng trong môi trường CO
2
dây ∅ 5
mm
3,5 30 - 32
Hàn thủ công dây ∅ 3mm YOHИ 13/35
6,8 30 - 32


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
22


Bảng 1.5. Vật liệu hàn cần thiết ñể tạo ra 1 kg kim loại nóng chảy
Vật liệu hàn cần thiết ñể tạo ra 1kg kim loại
nóng chảy
Phương pháp hàn
Dây hàn

(Kg)
Que hàn
(Kg)
Khí hàn

(m
3
)
Thuốc
hàn (Kg)
Hàn bán tự ñộng trong khí
CO2
Dây ∅ 1,2 mm
Dây ∅ 2,0 mm


1,10
1,15


0,06
0,12

Hàn tự ñộng CO
2
dây ∅ 5
mm
1,20 0,15
Hàn bán tự ñộng dưới lớp
thuốc dây ∅ 0,2 mm

1,03

1,0
Hàn tự ñộng trong môi

trường dây CO
2
dây ∅ 5 mm

1,01

0,8
Hàn thủ công que hàn
∅ 3mm YOHИ 13/35

1,65

Bảng 1.6. Giá thành 1kg kim loại nóng chảy:
Gi¸ thµnh 1 Kg kim lo¹i nãng ch¶y
Phương pháp hàn
Dây
hàn
Que
hàn
khí ðiện Lượng
Giá
thành
Hàn bán tự ñộng trong
khí CO2
Dây ∅ 1,2 mm
Dây ∅ 2,0 mm


0,30
0,25

0,13
0,3


0,033
0,088


0,33
0,22


0,913
0,858
Hàn tự ñộng CO
2
dây
∅ 5 mm
0,22 0,32 0,110 0,1 0,850


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
23


Hàn tự ñộng trong môi
trường CO

2
dây ∅ 5
mm

Hàn thủ công que hàn
∅ 3mm YOHИ 13/35
0,33 0,136 0,71 0,1276
Các phương pháp phục hồi kể trên ñều có những ưu ñiểm và nhược ñiểm
nhất ñịnh. ðể chọn lựa ra phương án phục hồi trục cam tối ưu nhất, cần dựa
trên các yêu cầu sau: ñộ bền của trục cam, tính công nghệ, tính kinh tế của
quá trình phục hồi (vì ñây là sản xuất ñơn chiếc)…
ðộ bền của trục cam là yếu tố quan trọng nhất ñể ñưa ra phương pháp
phục hồi. Nếu ta dùng phương pháp phun phủ, thì do ñiều kiện trục cam làm
việc chịu tải trọng va ñập mạnh, và còn có hiện tượng trượt nên cần ñộ bám
dính cao, khi phục hồi bằng phương pháp phun phủ thì ñộ bám dính chưa cao,
theo yêu cầu (ñã gia công chế tạo). Nhưng với phương pháp hàn ñắp thì ñộ
bám dính của lớp ñắp là rất cao do có hiện tượng khuếch tán các nguyên tử
kim loại phủ vào phần kim loại cơ bản và lớp hàn ñắp. Vì vậy khi áp dụng
phương pháp hàn ñắp này thì khả năng làm việc của chi tiết không thua kém
chi tiết mới. Do ñó trong công nghệ phục hồi phụ tùng ô tô nói riêng thì người
ta thường sử dụng phương pháp hàn ñắp ñể phục hồi chi tiết.
Khi lựa chọn phương pháp hàn ñắp. Các phương pháp hàn ñắp tự ñộng
dưới lớp thuốc bảo vệ, hàn ñắp tự ñộng bằng dây lõi bột, hàn ñắp bằng
Plasma thì ta thấy ñiều kiện lao ñộng ñược cải thiện ñáng kể. Người thợ hàn
có thể làm việc trong ñiều kiện tốt, chất lượng lớp ñắp rất tốt, tiêu hao ít ñiện
năng và vật liệu hàn, cơ tính của mối hàn ñược cải thiện rõ rệt, dễ cơ khí hóa
và tự ñộng hóa hơn so với phương pháp hàn hồ quang tay. Tuy nhiên ñề tài ở
ñây là phục hồi một trục cam ô tô Bella bị hỏng do mòn, nếu áp dụng các
phương pháp phục hồi trên thì sẽ dẫn ñến rất tốn kém mất thời gian chuẩn bị
vì khối lượng công việc cũng như lượng hàn ñắp rất nhỏ (sản xuất ñơn chiếc).

Vậy ta chọn phương án hàn hồ quang tay ñể tiến hành hàn phục hồi



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật.. ...........
24


ðặc ñiểm của hàn hồ quang tay phục hồi:
+ Trong hàn hồ quang tay, phần kim loại cơ bản tham gia mối hàn
thường từ 15%...35%. Khi tỉ lệ này bị phá vỡ (ví dụ do tăng tốc ñộ chảy của
que hàn) thì sự hình thành của mối hàn có thể bị ảnh hưởng.
+ Hàn ñược ở mọi tư thế không gian khác nhau.
+ Năng suất thấp do cường ñộ dòng ñiện hàn bị hạn chế.
+ Hình dạng kích thước và thành phần hóa học mối hàn không ñồng ñều
do tốc ñộ hàn bị dao ñộng, làm cho phần kim loại cơ bản tham gia vào mối
hàn thay ñổi.
+ Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt tương ñối lớn do tốc ñộ hàn nhỏ.
+ ðiều kiện làm việc của thợ hàn mang tính ñộc hại (bức xạ hơi, khí
ñộc…)
+ Các khuyết tật như lẫn xỉ, rỗ khí xuất hiện nhiều làm ảnh hưởng ñến
quá trình gia công sau khi hàn.
+ Năng suất hàn thấp, chất lượng mối hàn phụ thuộc vào người thợ.
+ Ứng dụng phổ biến do chi phí ban ñầu thấp cũng như cách vận hành
ñơn giản, thích hợp cho sản xuất nhỏ và vừa.
Giải pháp cơ bản ñể nâng cao chất lượng hàn ñắp khi hàn hồ quang
tay phục hồi:
+ Giảm phần tham gia của kim loại cơ bản: giảm I
h
, tăng tốc ñộ hàn,

chọn que hàn ñường kính nhỏ,…
+ Chọn hệ số ngấu ψ
n
=b/h hợp lý ñể bảo ñảm hướng kết tinh của kim
loại mối hàn ít gây nứt nóng
1.4. Yêu cầu kỹ thuật ñối với trục cam sau khi sửa chữa.
1.4.1 Kiểm tra khe hở dầu của trục cam:
- Dùng panme ño trong xác ñịnh ñường kính cổ trục cam. (Hình 1.14)
- Dùng panme ño ngoài ño ñường kính cổ trục cam.
- Hiệu số hai kích thước trên ta ñược trị số khe hở dầu.
- Trị số khe hở dầu ñược xác ñịnh bằng biểu thức, D = 0,007 nhân với
căn bậc hai của ñường kính với d là ñường kính của cổ trục chính tính bằng
(mm).