Đồ án chế tạo lục giác hexkey và lò xo

Đồ Án Môn Học
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay nền công nghiệp Việt Nam đang đi theo xu hướng tự chủ trong công
nghệ và thiết bị, vì thế một kỹ sư không chỉ cần hiểu biết cách sử dụng, ứng các
công nghệ hiên đại, máy móc vào sản xuất mà còn phải có khả năng thiết kế dây
truyền sản xuất, bố trí xưởng sản xuất sao cho hợp lí với nhu cầu sản xuất của
công ty. Vì thế mà thiết kế xưởng nhiệt luyện là nội dung vô cùng quan trọng trong
chương trình đào tạo kỹ sư nhằm giúp các sinh viên có kiến thức gần với thực tiễn
sản xuất trong công nghiệp, là môn học để sinh viên vận dụng các kiến thức đã
học vào trong một tổng thể.
Công nghệ nhiệt luyện nhằm làm thay đổi tính chất vật liệu bằng cách thay
đổi cấu trúc của vật liệu thông qua việc xử lý nhiệt. Đăc biệt trong cơ khí chế tạo
máy, nhiệt luyện đóng vai trò vô cùng quan trọng vì không những nó giúp cho các
chi tiết sau khi gia công có độ bền, độ cứng, độ dẻo, dộ dai …. phù hợp với mong
muốn của người sử dụng mà nó còn tạo ra những chi tiết có tính công nghệ rất
cao. Do đó có thể nói, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng quyết định đến chất
lượng sản phẩm cơ khí sau cùng. Lựa chọn được công nghệ nhiệt luyện phù hợp
và tính toán sao cho quá trình xử lý hiệu quả và tiết kiệm nhất sẽ đảm bảo được
chất lượng sản phẩm luôn ổn đinh, giúp cho nhà đầu tư tiết kiệm và thu được lợi
nhuận kinh tế cao.
Đồ án môn học: “Thiết kế xưởng nhiệt luyện” gồm các bước phân tích lựa
chọn vật liệu, lập quy trình nhiệt luyện, tính toán lựa chọn thiết bị và thiết kế
xưởng nhiệt luyện. Để làm được tất cả những điều trên sinh viên phải vận dụng
toàn bộ các kiến thức đã được học và tìm tòi từ nhiều nguồn thông tin thực tế từ
các công ty đã sản xuất các sản phẩm tương tự.
Nhờ có sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn và các bạn chúng em đã có thể hoàn
thành được đồ án môn học. Vì đây là lần đầu tham gia thiết kế một xưởng nhiệt
luyện nên trong quá trình làm không thể tránh khỏi sai sót, chúng em mong được
thầy cô xem xét là chỉ bảo thêm để đồ án thiết kế xưởng này có thể hoàn thiện
hơn.
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới TS. Nguyễn Anh Sơn là người trực tiếp

hướng dẫn chúng em trong quá trình thực hiện đồ án này, các thầy cô bộ môn vật
liệu học và xử lí nhiệt luyện đã truyền đạt kiến thức chuyên môn cho chúng em.
Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Hữu, Phạm Tiến Đạt
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

1


Đồ Án Môn Học

Mục lục

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

2


Đồ Án Môn Học

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG SẢN PHẨM XƯỞNG NHIỆT
LUYỆN
1.1 Lò xo giảm xóc xe máy.
1.1.1 Giới thiệu chung.
Giảm xóc xe máy là một thiết bị cơ khí được thiết kế để làm giảm những
rung động hoặc những va đập và làm biến đổi, tiêu tan năng lượng động lực.
Hệ thống giảm xóc xe máy đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc

giảm lực tác động lên xe và người điều khiển .Hệ thống giảm xóc bao gồm lò xo,
hệ thống giảm chấn và các chi tiết phụ tùng đi kèm.Lò xo trong giảm xóc là chi
tiết rất quan trọng, với sức đàn hồi lò xo biến dao động va đập ở bánh xe thành
giao động điều hòa cho phần khung xe, đảm bảo cho sự êm ái của người ngồi
trên xe khi đi các địa hình mấp mô hoặc có trướng ngại vật.

Lò xo giảm xóc xe máy là loại lò xo xoắn nén vòng dây hình tròn. Chức
năng chính của lò xo là tiếp nhận dao động từ bánh xe và biến nó thành dao động
ổn định điều hòa cho phần khung xe. Với mác thép nêu trên cùng chế độ chế tạo,
nhiệt luyện theo đúng kỹ thuật tuổi thọ của một chiếc lò xo có thể trên 15 năm
trong các điều kiện làm việc khó khăn nhất, đảm bảo cho độ bền của càng xe nói
riêng và toàn bộ kết cấu xe nói chung.
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

3


Đồ Án Môn Học
Với tiến bộ khoa học kỹ thuật trải nghiệm khi tham gia giao thông càng
thuận tiện, an toàn và dễ dàng. Lò xo trên bộ phận giảm xóc của xe máy là một
bộ phận hữu ích như vậy, để trên mọi nẻo đường chông chênh với ổ gà và mặt
đường mấp mô ta đều có thể di chuyện một cách thuận tiện.
1.2.1 Điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính và lựa chọn vật liệu chế tạo lò xo xe
máy.
- Điều kiện làm việc
Đặc điểm làm việc của lò xo là chịu tải trọng tĩnh và va đập cao mà không
bị biến dạng dẻo, với điều kiện trên thì vật liệu làm lò xo phải có giới hạn đàn
hồi cao. tỉ lệ giữa giới hạn đàn hồi và giới hạn bền càng gần tới 1 càng tốt, trong
giới hạn 0.85-0.95. Độ cứng phải khá cao trong khoảng 40-45 HRC, độ dẻo, độ

dai thấp để không xảy ra biến dạng dư trong quá trình làm việc, tuy nhiên không
quá thấp tránh để bị phá hủy giòn. Giới hạn mỏi cao thích ứng với điều kiện tải
trọng chu kỳ để đảm bảo tuổi thọ sản phẩm lâu dài.
- Yêu cầu cơ tính.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

4


Đồ Án Môn Học
L=24cm chiều dài lò xo
D=4.8cmĐường kính trung bình của
cuộn dây lò xo,
d=0.6cm Đường kính của dây lò xo
p =2.4cm Bước của lò xo
n =20 Số vòng dây làm việc ,
G = Modul đàn hồi cho vật liệu chế
tạo lò xo,

C = Chỉ số lò xo =

D
d

Độ dịch chuyển của lò xo.

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

5


Đồ Án Môn Học
Ta có nội lực trên mặt cắt của lò xo:
+ Lực cắt Qy = P
+ Mômen xoắn Mx =
Ứng suất trong lò xo:
+ Lực cắt Qy gây nên ứng suất tiếp trong lò xo, coi như phân bố đều
+ Mômen xoắn Mx gây nên ứng suất có giá trị cực đại tai chu vi vòng
tròn, có giá trị:

Biểu đồ phân bố ứng suất
Qua hình vẽ biểu đồ phân bố và nhận thấy điểm A là điểm nguy hiểm vì tại
đó ứng suất tiếp do lực cắt và mômen xoắn gây nên cùng chiều. Khi đó ứng suất
tổng là:
Vì << 1 nên có thể bỏ qua, nhưng khi đó ta đã bỏ qua ảnh hưởng của lực
cắt. Để kể đến ảnh hưởng của lực cắt và nặt cắt không tròn người ta sẽ nhân
thêm hệ số k.
Công thức được viết lại là:
Trong đó k được xác định bằng tra bảng theo tỷ số D/d hoặc theo công thức thực
nghiệm:
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

6


Đồ Án Môn Học

Đặc điểm về hình dạng và kích thước tuân theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
2019:1977 về Lò xo xoắn trụ nén và kéo bằng thép mặt cắt tròn.
Đường kính
của dây d,
(mm)
6.0
6.0

Đường kính
ngoài của lò
xo D, (mm)
52
50

Lực lò xo khi
biến dạng lớn
nhất (P3. N)
850
900

Độ cứng của
một vòng Z1,
(N/mm)
133.00
152.40

Biến dạng lớn
nhất của một
vòng f3, (mm)
6.391

5.906

- Lựa chọn vật liệu.
Vật liệu chế tạo lò xo vào phải có độ mỏi cao, tính dễ uốn cao, tính đàn
hồi cao và phải chống dão, Lò xo phụ thuộc lớn mục đích sử dụng.
Những lò xo phần lớn được làm từ những dây thép cacborn gồm từ
(0,550,65)% carbon và (0,91,2) Mangan, ngoài ra còn có thể dùng thêm các
nguyên tố Silic và Vanadi để tăng cơ tính với yêu cầu thích hợp.
Với các yêu cầu làm việc nêu trên mác thép 55MnSi hoàn toàn đáp ứng tốt
nhu cầu đặt ra.
Mác thép
55MnSi

C (%)
0.52-0.6

Mn (%)
0.6-0.9

Si (%)
0.5-0.8

Cr (%)
~0.3

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1767:1975 về Thép đàn hồi - Mác thép và yêu
cầu kỹ thuật
Mác thép

Giới hạn

chảy, sch,
(kG/mm2 )

Giới hạn
bền, sb,
(kG/mm2)

Độ giãn
tương
đối d5, (%)

Độ thắt
tương đối y

55MnSi

80

100

8

30

Ý nghĩa các nguyên tố hợp kim:
-Mn có tác dụng tăng độ thấm tôi, tăng độ bền độ cứng nhưng quá nhiều
sẽ gây giòn.
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

7


Đồ Án Môn Học
-Si là nguyên tố được xử dụng rộng rãi nhất vì có thể làm tăng độ bền, độ
thấm tôi, làm chậm quá trình ram vì vậy nên sau quá trình ram sẽ thu được tổ
chức Trotxit ram có giới hạn đàn hồi cao.
-Cr có tác dụng nâng cao độ thấm tôi, đồng đều trên toàn thiết diện và ổn
định tính đàn hồi cho lò xo.
Thành
phần
C (%)
Tiêu
chuẩn
Việt Nam
(TCVN)
55MnSi
Mỹ (AISI/SAE)
1055
Nhật Bản (JIS)
SUP9
Nga (GOCT)
55c2

-

-

-

Mn (%)

0.52-0.6

0.60,9

0.52-0.56

0.6-0.9

Si (%)

Cr (%)

0.50.8

0,520,6

0,650,95

0,60,85

0,520,6

0,60,9

0,50,8

0.3

0,15
0,

1.2 Bộ khóa lục giác.
1.2.1 Giới thiệu chung.
Ngày nay nhu cầu sử dụng ốc vít bulon rất lớn đặc biệt là ốc vít có đầu là lỗ lục
giác. Không chỉ trong máy công nghiệp mà chúng còn được sử dụng trong đồ gỗ
nội thất rất nhiều vì những ưu điểm nó mang lại. Đi kèm với ốc vít lục giác
chính là bộ khóa lục giác
Ưu điểm của ốc vít có đầu là lỗ lúc giác
+ mẫu mã đẹp, thiết kế đẹp mắt
+ đầu tròn không sắc cạnh
+ chìa khóa vặn đơn giản dễ sử dụng trong góc hẹp
+ có thể lắp âm đầu xuống khỏi bề mặt sản phẩm
+ Đặc biệt khóa lục giác key được sử dụng trong tháo lắp máy công nghiệp, oto,
hàng không vũ trụ rất nhiều.
Vì nhu cầu sử dụng ốc vít lục giác lớn nên bộ lục giác được sản xuất rộng rãi ở
nhiều quốc gia. Các thương hiệu nổi tiếng như BONDHUS và BLACKHAND
của Mỹ, EIGHT của Nhật, WERA và WIHA của Đức, các thương hiệu tầm trung
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

8


Đồ Án Môn Học

-

như CROSSMAN hay TOP của Đài Loan cho đến BERRY LION của Trung

Quốc
Khóa lục giác có nhiều kiểu dáng khác nhau, kích cỡ từ nhỏ tới to
+ Lục giác chữ L đuôi phẳng được xâu thành bộ từ nhỏ tới lớn: loại này khá
thông dụng và có giá rẻ, trục của chìa luôn trùng với trục của bulong
+ Lục giác chữ L đuôi bi loại này khá thông dụng nhưng có giá đắt hơn được sắp
thành bộ. loại này trong lúc vặn có thể xoay đi một góc so với trục của bulong và
ốc vít
+ Ngoài ra còn nhiều loại lục giác khác, những loại này ít được sử dụng trong
công nghiệp
1.2.2 Điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính và lựa chọn vật liệu chế tạo bộ
khóa lục giác.
- Điều kiện làm việc
Mặc dù khóa lục giác được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhưng ở đây chỉ xét
khóa lục giác dùng trong công nghiệp để tháo lắp chi tiết máy.
+ Không bị biến dạng khi chịu được lực tác động mạnh (lực xoắn-lực vặn)
không theo chu kì,
+ Sự cân bằng của độ cứng và độ chống trượt giúp chịu lực lớn mà không bị
trượt (làm biến dạng cạnh ốc),
+ Được sử dụng để tháo lắp các chi tiết máy-các ốc vít lò xo bằng hợp kim có độ
cứng lớn,
+ Môi trường làm việc trong nhà máy công xưởng dễ bị ăn mòn khí quyển nên
cần biện pháp bảo về.
- Kích thước và hình dạng của khóa lục giác
- Yêu cầu cơ
S
A
B
torsional torsional
(mm (mm) (mm) shear
yield

)
strength strength
min(Nmin(Nm)
m)
12
125
45
634
546
10
112
40
345
296
8
100
36
183
158
6
90
32
74
64

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

tính
Để

Torque mãn
Rating kiện
(Nm)
420
252
126
57

thỏa
điều
làm

9

Table 1_Metric Khóa lục giácagon Keys and Size Selector Table


Đồ Án Môn Học
việc chi tiết cần có các yêu cầu cơ tính cơ bản sau (dựa trên tiêu chuẩn TCVN
7645:2007) :
-Độ cứng đạt từ 50-55 HRC
-lớp mạ Cr 20-50µm (theo tiêu chuẩn TCVN 4392:1986),
-Bền ăn mòn trong môi trường khí quyển,
-Có độ đàn hồi nhất định không quá giòn.

- Lựa chọn vật liệu
Dựa trên điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính đã nêu ở trên lựa chọn được
những loại vật liệu phù hợp. Nhưng còn tùy theo mục đích sử dụng và kinh tế
mà những doanh nghiệp có sự lựa chọn khác nhau. Dưới đây là những mác thép
được sử dụng nhiều trên thế giới:

Mác thép
Thép 8650

Thép S2

Thép cường độ cao

Thép không gỉ
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

Đặc điểm
Giống với thép Cr-V về tính chất, mặc
dù nó có tỷ lệ crôm thấp hơn (<0,8%
Cr, 0,2% V). Đây là loại thép phổ biến
nhất được sử dụng làm khóa lục giác ở
Mỹ (khác với thép Cr-V được sử dụng
nhiều ở thị trường châu Âu). Khả năng
của thép này là chống mòn và mỏi
tuyệt vời, độ cứng cao.
Đây là thép theo tiêu chuẩn AISI sử
dụng nhiều Mo hơn lên tới 0,4%. Có
độ cứng cao hơn thép 8650, nhưng độ
dẻo dai thấp hơn. Giá thành sản xuất
của thép này cao hơn hẳn théo 8650
do đó mức độ phổ biến của nó không
bằng
Được hợp kim hóa bởi nhiều nguyên
tố như Cr, Ti, Mn, Mo, Si. Giúp cải
thiện đáng kể độ bề, độ cứng, khả

năng chống mài mòn và độ dẻo dai
của sản phẩm.
Thép không gỉ là một hợp kim có chứa
10


Đồ Án Môn Học

72)

ít nhất 10,5% crôm. Crom giúp ngăn
thép khỏi bị gỉ bằng cách tạo thành
một lớp oxit crom bảo vệ khi tiếp xúc
với độ ẩm và oxy. Khóa lục giác bằng
thép không gỉ được sử dụng để vặn
các ốc vít bằng thép không gỉ. Điều này
là do khi sử dụng các khóa lục giác
khác làm bằng kim loại màu bắt vít
thép không gỉ để lại vết xước do độ
cứng kém hơn dễ gây hiện tượng ăn
mòn.
Theo tiêu chuẩn cơ sở (VD: CRM- Phát triển một loại thép cho một loại
công cụ có thể cho phép nhà sản xuất
điều chỉnh các thuộc tính của thép cho
mục đích của công cụ mà nó được sử
dụng. Các lĩnh vực mà nhà sản xuất có
thể muốn cải thiện là chống mài mòn
để tăng tuổi thọ công cụ hoặc độ dẻo
ví dụ như CRM-72 là thép hiệu suất
cao chuyên dùng cho sản xuất khóa lục

giác.

Nguyên tố

Hàm lượng (%)

Sắt, Fe

97,0

Silic

1,05

Carbon, C

0,4-0,55

Molypden, Mo

0,4

Mangan, Mn

0,4

Vanadi, V

0.5

Photpho, P

<0,03

Lưu huỳnh, S

<0,03

Sau khi đánh giá các ưu nhược điểm của từng loại thép được sử dụng để sản xuất
khóa lục giác ta chọn thép S2 theo tiêu chuẩn AISI là phù hợp với sử dụng. Đây
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

11


Đồ Án Môn Học
là thép nhóm S theo hệ thống phân loại AISI. Các loại thép này bao gồm các loại
S1, S2, S5, S6 và S7. Mặc dù không chứ Crom nhưng thép S2 lại chứa tới 0,5 %
V nhiều hơn bất cứ loại thép S nào khác. Độ cứng của thép nhóm S có thể được
kiểm soát bằng cách thay đổi thành phần hóa học thay vì điều chỉnh các phương
pháp nóng chảy và kích thước hạt. Họ có thể đạt được độ cứng tối ưu ở nhiệt độ
austenit hóa cao hơn. Khả năng chống ram của thép nhóm S có thể được cải
thiện bằng cách bổ sung silic. Mục đích sử dụng là tháo lắp các ốc vít bằng thép
không gỉ trong máy móc cơ khí nên cần độ cứng cao chịu mài mòn tốt. Cụ thể
thành phần thép được nêu trong bảng trên
Các mác thép tương đương
N/tố

C

Mác
thép
ASTM 1,4-1,6
A681
UNS
0,45T41902 0,55

-

-

Mn

Mo

V

Si

Cr

0,2-0,6 0,7-1,2 0,5-1,1 0,1-0,6 11-13
0,3-0,5 0,4-0,6 0,25

0,8-1,2 -

Ý nghĩa các nguyên tố trong thành phần thép
+) Các nguyên tố Mn, Mo, Si, làm tăng độ thấm tôi
+) Mangan: Còn làm tăng mạnh độ thấm tôi của thép với hệ số 3,8. Tuy nhiên

lượng mangan trong thép chỉ trong khoảng 0,4% nên ảnh hưởng của nó đến cơ
tính là không đáng kể. Chủ yếu là giảm lượng FeO và tác hại của lưu huỳnh khi
nấu luyện. Chú ý khi nung mangan có thể gây lớn hạt, Mn tuy không tạo cacbit
nhưng Mn3C nhưng lại hòa tan vào Fe3C làm tăng tính ổn định của cacbit này
góp phần làm tăng độ bền. Mn còn có tác dụng làm giảm nhẹ tác hại của lưu
huỳnh.
+) Cacbon: Trong thép cacbon là nguyên tố quan trọng nhất (không kể sắt). Tổ
chức và tính chất của thép chủ yếu do cacbon quyết định. Cacbon tồn tại trong
thép dưới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể sắt và dạng liên kết
trong hợp chất Fe3C (xementit). Các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độ bền
thấp, pha xêmentit là pha cứng và giòn. Sự kết hợp pha này sẽ cho các tổ chức
khác nhau của thép ứng với từng thành phần và trạng thái thép cụ thể.
Khi hàm lượng cacbon tăng lên, độ bền, độ cứng tăng theo, độ dẻo, độ dai giảm
đi. Độ bền tăng lên đến cực đại vào khoảng 0,8÷1,0% C và sau đó nếu tăng tiếp
hàm lượng cacbon thì độ bền sẽ giảm xuống. Một cách định lượng, cứ tăng 0,1%
C, độ cứng tăng khoảng 20÷25 HB, độ bền tăng khoảng 60÷80 MPa, độ dãn dài
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

12


Đồ Án Môn Học
tương đối và độ co thắt tỷ đối giảm lần lượt là 2÷4% và 1÷5%, độ dai va đập
giảm 200kJ/m2. Do đó thép AISI S2 có hàm lượng cacbon trong khoảng 0,5%
sau khi áp dụng các công nghệ phù hợp sẽ đảm bảo được độ cứng, tính đàn hồi
thích hợp điều kiện làm việc.
+) Si làm tăng mạnh độ bền, tăng tính ổn định quá trình ram nên có thể ram ở
khoảng nhiệt độ theo ý muốn. không tạo các bít. Do hàm lượng không quá cao
nên cũng không lo thoát C trong quá trình nhiệt luyện. Hàm lượng Si > 3,5%, Si

làm tăng HB ít hơn Mn. Hàm lượng Si >2% độ dai va đập gần như không đổi.
Ngoài ra Si còn làm tăng độ thấm tôi, nâng cao tính cứng nóng trong thép. Với
mác thép này hàm lượng Silic và Mangan có tác dụng chính là nâng cao giới hạn
đàn hồi và giới hạn mỏi cho vật liệu
+) V tạo các bít mạnh làm tăng độ bền, độ cứng và tăng khả năng chịu mài mòn
của thép chống sốc
+) Mo làm tăng độ thấm tôi, có tác dụng làm cho hạt nhỏ. Làm tăng độ cứng và
tăng khả năng chịu mài mòn của thép
+) Nguyên tố tạp chất có hại: P, S gây bở nóng và bở nguội cần hạn chế phần
trăm của chúng trong mác thép.
1.3 Quy trình chế tạo và nhiệt luyện tổng quát.
1.3.1 Lò xo xe máy.
- Quy trình chế tạo

Phôi

Cắt phôi

Uốn tạo hình

Nhiệt luyện

Uốn tạo hình

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

13

Đồ Án Môn Học

- Quy trình nhiệt luyện tổng quát.
Sau khi tạo hình bằng thép 55MnSi lò xo sẽ được tôi ở nhiệt độ 820 độ C
và làm nguội trong môi trường dầu. Lựa chọn nhiệt độ ram trong khoảng 480 độ
C để đảm bảo giớ hạn đàn hồi đạt được cao nhất.
ToC
820 oC

480 oC

Dầu
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

14


Đồ Án Môn Học

Thời gian (h)



Mục đích:
Tôi: Chuyển biến martensite, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn, nâng cao
độ bền và khả năng chịu tải của chi tiết
Ram: Với giới hạn bền yêu cầu là 1000 MPa, thì nhiệt độ ram của lò xo là 480
o
C

Sau ram tổ chức nhận được sẽ là Trotxit ram
1.3.2 Bộ khóa lục giác.
- Quy trình chế tạo
Cắt thanh nhỏ
và tiện 2 đầu

Uốn tạo hình

Nhiệt luyện

Mạ Crom

Đóng gói

+) Gia công cơ khí
- Từ những đoạn thép đã được chuốt sao cho có tiết diện lục giác được cắt ngắn
theo yêu cầu bản vẽ đưa ra
-Tiện hai đầu của những đoạn thép đó theo yêu cầu bản vẽ
+) Nhiệt luyện: tôi+ ram thấp vì yêu cầu của thép S2 là chịu mài mòn và có độ
cứng cao
-Tôi: là phương pháp nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn để làm
xuất hiện tổ chức Austenit giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit
chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao.
-Ram: là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi dưới các nhiệt độ
nhiệt độ tới hạn (AC1), giữ nhiệt độ ở một thời gian và làm nguội. Nhằm để
mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thách hợp phù hợp với
điều kiện làm việc quy định. Tổ chức nhận được là Mactenxit ram.
+) Xử lí cơ học bề mặt: sau quá trình nhiệt luyện bề mặt thép khó tránh khỏi sự
oxi hòa nên cần xử lí về mặt bằng cơ học để loại bỏ lớp oxi hóa trước khi đem đi
làm các nguyên công tiếp theo

+) Mạ Crom: tạo cho bề mặt sáng đẹp ngoài ra còn tạo lớp mạ chống sự oxi hòa
và tăng thêm độ cứng bề mặt giúp chịu mài mòn tốt hơn.
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

15


Đồ Án Môn Học
+) Sơn phủ: lớp sơn tĩnh điện này có tác dụng trong việc lựa chọn nhanh dụng cụ
cần thiết trong quá trình sử dụng khóa lục giác key. Vì các lò xo ốc vít sẽ được
đánh dấu cùng màu sơn với màu của khóa lục giác.
+) Kiểm tra và đóng gói
-Kiểm tra độ cứng chi tiết
-Kiểm tra cong vênh và đo độ bền uốn
-Đóng gói vào khay có sẵn
* Lí do không chọn thép thấm
Độ cứng của thép S2 sau quá trình nhiệt luyện đạt được là từ 50-55HRC,trong
khi đó đối với thép thấm C-N sau quá trình nhiệt luyện độ cứng ngoài bề mặt có
thể lên tới >60HRC
•

- Quy trình nhiệt luyện tổng quát
Nhiệt luyện sơ bộ (nếu có)
Ủ: Là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm
nguội chậm cùng với lò để đạt được tổ chức ổn định. Mục đích của ủ là
+ Làm giảm độ cứng để dễ tiến hành gia công cắt.
+ Làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành rập, cán và kéo thép ở trạng thái nguội.
+ Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong sau các nguyên công gia công cơ
khí và đúc, hàn.

+ Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước làm hạt lớn

T0C

790oC

Làm nguội chậm
cùng lò

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

16


Đồ Án Môn Học

Nhiệt luyện kết thúc
+) Tôi thép: là phương pháp nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn để làm
xuất hiện tổ chức Austenit giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit
chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao.
Mục đích của tôi thép là: Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép.
Thép S2 là thép trước cùng tích, do đó thép được tôi hoàn toàn:
T = Ac3 + (30 ÷ 50) oC → Ttôi = 860 oC
+) Ram thép: là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi dưới các nhiệt
độ nhiệt độ tới hạn (AC1), giữ nhiệt độ ở một thời gian và làm nguội. Nhằm để
mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thách hợp phù hợp với điều
kiện làm việc quy định. Do cần độ cứng cao và cơ tính chịu mài mòn nên ram
thấp là phù hợp nhất. Nhiệt độ ram là 250oC
•

ToC

860oC

Làm nguội trong
dung dịch muối
250

Thời gian

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ NHIỆT LUYỆN



Chọn sơ bộ thiết bị.
Dựa vào kích thước chi tiết chọn lò nhiệt luyện như sau:
Thiết bị

Tên

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

Nhiệt

độ Công suất

Kích thước
17

Đồ Án Môn Học
cao nhất

Tôi
Ram
Bể nước
Bể dầu

RJ2-105-12 1200oC
RJ2-75-6
650oC
-

(kW)

105
75

(mm)
Đường
kính/chiều
sâu
1000/1200
950/1200

-

2.1 Tính toán quy trình nhiệt luyện cho lò xo xe máy.

2.1.1 Tôi
ToC
820 oC

Dầu

Thời gian (h)



Tính nhiệt độ trung bình của vật nung:
trong đó
→ T2tb = 920 K



Hệ số BiO:
BiO = S = 0,003 = 0,0024 < 0,25 → Lò xo giảm xóc cho xe wave α 110 là
vật mỏng
Trong đó: S là chiều dày truyền nhiệt của vật nung.
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

18


Đồ Án Môn Học


Công suất hữu ích của lò tôi:

Nh = Ntk = = 70 (kW), trong đó



Diện tích hấp thụ nhiệt của lò xo:
Floxo =

= 2x3.14x0.003 (0.003+3)=0.0566

2

(m )


Thể tích lò xo:
Vloxo =

= 3.14x0.003x0.003x3=8.478x10^-5(m2)

→ Khối lượng lò xo: Mloxo = 7810.4.239.10-5 = 0,66 (kg)


Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích là:
n = = = 112 chi tiết


•

•

Cách xếp chi tiết trong lò:
Gá được mô tả như hình vẽ
•

Diện tích hấp thụ nhiệt của gá:

Fgá = Diện tích xung
quanh đáy gá + Diện tích
xung quanh các trụ giữ lò xo
+ Diện tích trụ móc gá.
= 2x3.14x0.4x(0.4+0.01) +
120x(2x3.14x0.005x(0.005+0.25)) +
2x3.14x0.03x0.33=2.05 (m2)

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

19


Đồ Án Môn Học
Vgá = 3.14x40x40x1 + 3.14x0.5x0.5x25 +3.14x3x3x30 = 5890 (cm3)
→ Khối lượng gá: M = V gá . d = 5890x7.83=46124 (g) =46 (kg)
- Chọn số chi tiết có thể nung một mẻ là 112 chi tiết, với kích thước lò đã
cho thì lò có thể xếp được 1 gá


Khối lượng chi tiết một mẻ:
Mchi tiết = 112x0.66 = 74 (kg)




Khối lượng mẻ xếp: M chi tiết + M gá = 74 + 46 = 120 (kg)
Diện tích hấp thụ nhiệt của một mẻ:
F =0.0566x112 + 2.05 = 2.1(m2)



Kiểm tra điều kiện: Ntk ≥ Nkt
Nkt = (1,2 ÷ 1,5). = 1,3. = 353.808 (kW)
- Trong đó:
→ Ntk ≤ Nkt → Quá trình nung chi tiết được chia thành 2 giai đoạn.

•

Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
- Khi kết thúc giai đoạn 1 nhiệt độ của chi tiết đạt
= T1 - = 835 - = 557 oC
- Thời gian nung giai đoạn 1:
τn1 = - = - = 626 (s)
Theo phụ lục 4 (Thiết bi và thiết kế xưởng nhiệt luyện Tác giả Nguyễn
Chung Cảng)

•

Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi
- Thời gian nung gia đoạn 2: τn2 = .ln = . ln =953 (s)
→ τn2 = 953 (s)

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

20


Đồ Án Môn Học
- Thời gian giữ nhiệt khi tôi (vì Lò xo là thép hợp kim thấp):
→ τgn = τn =20 (phút)
•

Tổng thời gian tôi:
τ = (626+953).kx + 20 phút = 1.7.( τn1+ τn2) +20 phút = 1,21 (h)
- Trong đó: kx là hệ số sắp xếp, kx = 1.7

2.1.2 Ram
trong đó
→ T2tb = 637 (K) = 364oC



Theo hình 1.3.1 ( Sách thiết bị nhiệt luyện – Thầy Nguyễn Văn Hiển) ta tra được
hệ số truyền nhiệt trung bình của lò ở 490 oC là α = 60 (Wm2/K).
Hệ số BiO:
BiO = S = .0,003 = 0,0038 < 0,25 → Chi tiết là vật mỏng



Tính công suất hữu ích:
Nh = = (43 kW)



Tính số chi tiết cho một mẻ ram:
n = = = 148 chi tiết
trong đó: Nh công suất hữu ích, Nh = 43 (kW)
là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò, = 60 (Wm2/K)
Fbulong là diện tích hấp thụ nhiệt của (m2)
T1 là nhiệt độ lò, T1 = 490 + 273 = 763 (K)
T2c là nhiệt độ của chi tiết, T2c = 480 + 273 = 753 (K)



Kiểm tra điều kiện: Ntk ≥ Nkt
Nkt = (1,2 ÷ 1,5). = = 109 (kW)
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

21


Đồ Án Môn Học
→ Ntk < Nkt → Nhiệt độ môi trường lò thay đổi, chi tiết phải nung theo 2
giai đoạn
•

Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
- Khi kết thúc giai đoạn 1, nhiệt độ chi tiết đạt , theo công thức 1.5.6 ta có:
= T1 - = 490 - = 150 oC
- Thời gian nung giai đoạn 1 theo công thức 1.5.7:
( Sách thiết bị nhiệt luyện – Thầy Nguyễn Văn Hiển)

τn1 = - = - = 325 (s)= 5 phút
Trong đó: c là nhiệt dung của chi tiết ở 490 oC (J/kg.K)
M là khối lượng mẻ nung (kg)
T1 là nhiệt độ cuối của chi tiết (oC)
T2đ là nhiệt độ ban đầu của chi tiết (oC)
α là hệ số truền nhiệt trung bình của lò (Wm2/K)
F là diện tích hấp thụ nhiệt của mẻ nung (m2)

•

Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi
τn2 = ln = .ln = 1798 (s) = 30 phút
- Thời gian ram:
τgn = A + b.D = 10 + 1.30 = 40 (phút)
Trong đó: Tra bảng ta được D = 30, nhiệt độ nung > 400 → A =10, b=1
( Sách thiết bị nhiệt luyện – Nguyễn Văn Hiển)
→ Tổng thời gian ram: τ = (τn1 + τn2). 1,7 + 40 phút = 110 phút =1.83 (h)

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

22


Đồ Án Môn Học
2.2 Tính toán quy trình nhiệt luyện cho bộ khóa lục giác.
2.2.1 Tôi
Tính nhiệt độ trung bình của vật nung:
=>T2tb=953 K
Trong đó: ;

Hệ số BiO:
BiO =S = 0,006 = 0,016 < 0,25 → vật mỏng
Trong đó: S là chiều dày truyền nhiệt của vật nung.
α: hệ số truyền nhiệt= 120 (W/m 2K) môi trường không khí không có khí
bảo vệ
λ: hệ số dẫn nhiệt =44 W/ (m.K)
Công suất hữu ích của lò tôi:
Nh = Ntk = = 70 (kW), trong đó
: Hệ số sử dụng hữu ích của lò , =0,7-0,8 , chọn =0,8
Công suất thiết kế lò , = 105 kW
Diện tích hấp thụ nhiệt chi tiết khóa lục giáckey:
Fkhóa lục giáckey = 42+4.(A+B)=0,0073(m2)
Thể tích chi tiết khóa lục giác key:
Vkhóa lục giáckey = 42.(A+B)=4,24.10-5(m3)
→ Khối lượng 1 chi tiết: Mkhóa lục giác = 7790.4,24.10-5 = 0,33 (kg)
Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích là:
n = = = 648 chi tiết
Dựa vào kích thước buồng lò và số lượng chi tiết có thể nhiệt luyện
được thiết kế gá với kích thước như sau: có 8 tấm gá hình tròn bán kính
212,5mm dày 5mm trên đó khoét các lỗ nhỏ bán kính 7,5mm và xếp được
các chi tiết lên 7 gá, gá còn lại cố định chi tiết. Theo tính toán sẽ xếp được
84 chi tiết/gá tổng cộng sẽ có 588 chi tiết được nhiệt luyện

Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

23


Đồ Án Môn Học

Diện tích hấp thụ của các chi tiết 1 mẻ là Fchi tiết=Fkhóa lục giáckey.7.84=4,2924
m

2

Diện tích gá Fgá=Ftấm tròn-Flỗ+Fthanh dài=2,174 m2
Diện tích hấp thụ 1 mẻ Fmẻ=Fgá+Fchi tiết=6,4664m2
Khối lượng chi tiết một mẻ Mchi tiết =Mkhóa lục giác.84.7=194,04kg
Vgá=π.0,21252.0,005-Vlỗ=0,00625 m3=> Mgá=48,75 kg
Khối lượng một mẻ Mmẻ= Mchi tiết+Mgá=242,79kg
Kiểm tra điều kiện Ntk ≥ Nkt
Nkt = (1,2 ÷ 1,5).= 1,3. = 1136,5 (kW)
Trong đó:
=> N ≤ Nkt → Quá trình nung chi tiết được chia thành 2 giai đoạn như
biểu đồ dưới:

Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
Khi kết thúc giai đoạn 1 nhiệt độ của chi tiết đạt
= T1 - = 870 - = 779,79 oC
Thời gian nung giai đoạn 1:
τn1 = - = - = 1230 (s)
Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

24


Đồ Án Môn Học
Thời gian nung gia đoạn 2:

τn2 = .ln =. ln
→ τn2 =324 (s)
Tổng thời gian nung chi tiết τn= τn1+ τn2=1230+324=1554(s)
Thời gian giữ nhiệt τgn==388(s)-thời gian giữ nhiệt =25% thời gian nung
(Sách công nghệ nhiệt luyện-Tạ Văn Thất)
Tổng thời gian tôi τtôi= τn.kx + τgn=1554.1,4+388=2563(s)=0,7(h)
Trong đó kx : là hệ số sắp xếp

2.2.2 Ram
Trong đó:
=>T2tb=450,9(K)=213,9oC
Tại nhiệt độ 250oC có α=17 W/m2K
c= 494 J/Kg.K
Tính hệ số Bio:
Bi =S = 0.0125 = 0.0037 < 0.25 => Vật mỏng
Công suất làm việc hữu ích của lò:
==46,15 (kW)
: Hệ số sử dụng hữu ích của lò , =0,7-0,8 , ta chọn =0,8
: Công suất thiết kế của lò , = 75 kW
Số chi tiết cho một mẻ :
=5969 (chi tiết)
k: hệ số tỉ lệ giữa nhiệt độ đạt được ở giai đoạn đầu và nhiệt độ nung cuối
cùng cần đạt , k =0,850,95 chọn k =0,9
Sinh viên: Nguyễn Văn Hữu
: Phạm Tiến Đạt

25