Đồ án chế tạo thanh truyền trục chuyền động

Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
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 chuyền 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 dung 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. Đặc 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: “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

1

Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
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 09 tháng 06 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Bùi Bích Phương
Lê Tuấn Anh

2


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................. 3
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................... 6
1.1. Thanh truyền ............................................................................................... 6
1.1.1. Cấu tạo, vị trí: ....................................................................................... 6
1.1.2. Vai trò, chức năng. ................................................................................ 7
1.1.3. Lựa chọn vật liệu: ................................................................................. 8
1.2. Trục truyền động ....................................................................................... 10
1.2.1. Điều kiện làm việc .............................................................................. 10
1.2.2. Yêu cầu cơ tính ................................................................................... 12

1.2.3. Lựa chọn vật liệu ................................................................................ 13
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ NHIỆT LUYỆN ........................... 16
2.1. Thanh truyền. ............................................................................................ 16
2.2. Trục truyền động ....................................................................................... 17
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN ............................ 20
3.1. Thanh truyền ............................................................................................. 20
3.1.1. Lựa chọn thiết bị ................................................................................. 20
3.1.2. Tính toán quy trình nhiệt luyện .......................................................... 21
3.2. Trục truyền động ....................................................................................... 30
3.2.1. Lựa chọn thiết bị ................................................................................. 30
3.2.2. Tính toán quy trình nhiệt luyện .......................................................... 30
CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ....................................... 37
4.1. Sản lượng và thời gian nhiệt luyện cho thanh truyền ............................... 37
4.2. Sản lượng và thời gian nhiệt luyện cho trục truyền động ......................... 37
4.3. Lò tôi ......................................................................................................... 37
4.4. Lò ram 1 .................................................................................................... 38
3


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
4.5. Lò ram 2 .................................................................................................... 39
4.6. Bể làm nguội ............................................................................................. 40
4.6.1. Bể làm nguội thanh truyền .................................................................. 40
4.6.2. Bể làm nguội trục truyền động ........................................................... 41
4.7. Thiết bị phụ ............................................................................................... 42
4.7.1. Xe nâng ............................................................................................... 42
4.7.2. Máy đo độ cứng .................................................................................. 43
4.7.3. Máy đo độ cứng cầm tay..................................................................... 44
4.7.4. Cần trục ............................................................................................... 45
4.7.5. Máy tẩy rửa ......................................................................................... 46

4.7.6. Các thiết bị phụ khác .......................................................................... 47
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ MẶT BẰNG XƯỞNG .............................................. 51
5.1. Chọn địa điểm, vị trí, hướng và kiểu nhà xưởng. ..................................... 51
5.2. Yêu cầu trong việc sắp xếp, bố trí và các khu vực trong nhà xưởng........ 51
5.3. Thiết kế mặt bằng xưởng .......................................................................... 53
5.4. Thiết kế lưới điện-nước............................................................................. 55
CHƯƠNG VI. TÍNH TOÁN CHI PHÍ SẢN XUẤT .......................................... 56
6.1. Điện tiêu thụ cho nhiệt luyện .................................................................... 56
6.2. Tiền khấu hao thiết bị ............................................................................... 57
6.3. Tiền lương của người lao động ................................................................. 58
6.5. Chi phí tiền điện sinh hoạt và tiền dầu...................................................... 59
6.4. Chi phí lên cho mỗi khối lượng sản phẩm ................................................ 60
CHƯƠNG VII. AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG ......... 61
7.1. An toàn lao động chung ............................................................................ 61
7.1.1. Yêu cầu cơ bản với quá trình công nghệ ............................................ 61
7.1.3. Yêu cầu đối với công nghệ ................................................................. 61
7.1.4. Yêu cầu với bố trí thiết bị sản xuất ..................................................... 62
7.1.5. Bảo quản, vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm gia công và phế liệu
sản xuất ......................................................................................................... 62
7.1.6. Yêu cầu cơ bản đối với công nhân viên chức ..................................... 62
4


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
7.1.7. Sử dụng phương tiện bảo vệ ............................................................... 63
7.1.8. Kiểm tra thực hiện bảo hộ lao động.................................................... 63
7.2. Một số đặc điểm riêng của xưởng nhiệt luyện và biện pháp đề phòng
chống tai nạn xảy ra khi nhiệt luyện ................................................................ 63
7.2.1. Môi trường và thiết bị có nhiệt độ cao................................................ 63
7.2.2. Phòng chống độc hại ........................................................................... 64

7.2.3. Phòng chống bỏng và đề phòng cháy nổ ............................................ 65
7.2.4. Phòng tai nạn về mắt ........................................................................... 66
7.2.5. Phòng chống điện giật......................................................................... 66
7.2.6. Quy tắc an toàn tập thể ....................................................................... 66
7.3. An toàn lao động khi làm việc ở các thiết bị ............................................ 67
CHƯƠNG VII: PHỤ LỤC .................................................................................. 68
8.1. Sơ đồ mặt cắt đứng ................................................................................... 68
8.2. Sơ đồ mặt bằng xưởng .............................................................................. 68
8.3. Sơ đồ bố trí điện ........................................................................................ 68
8.4. Sơ đồ nước ................................................................................................ 68
8.5. Phiếu công nghệ ........................................................................................ 68
8.5.1. Phiếu công nghệ thanh truyền............................................................. 68
8.5.2. Phiếu công nghệ trục truyền động ...................................................... 68
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU .............................................................................. 75
Tài liệu tham khảo ............................................................................................... 78

5


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Thanh truyền
Thanh truyền là một chi tiết không thể thiếu trong bất kỳ một động cơ đốt
trong nào. Thanh truyền dùng để nối piston với trục khuỷu của động cơ và biến
chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Thanh truyền là một chi tiết điển hình cho chi tiết dạng càng. Thanh truyền
chịu tải trọng thay đổi trong quá trình làm việc của động cơ. Các lực quán tính
của piston và của bản thân thanh truyền gây ra ứng suất và tạo độ võng tại tiết
diện ngang của thân thanh truyền. thân thanh truyền có tiết diện chữ I thay đổi

theo chiều dài thân, bề mặt thân không phải gia công. Đầu nhỏ và đầu to của thanh
truyền có lắp bạc lót giảm ma sát và chống mài mòn. Các mặt đầu lớn, đầu nhỏ
của thanh truyền thường bố trí đối xứng với thân.
1.1.1. Cấu tạo, vị trí:
- Đầu nhỏ: lắp với chốt piston.
- Đầu to: lắp với chốt trục khuỷu.
- Thân: Thân của thanh truyền có tiết diện chữ I để đảm bảo độ chịu được biến
dạng như biến dạng uốn, kéo, nén. Ở các đầu của thanh truyền có lót bạc vì
khi piston làm việc piston chuyển động tịnh tiến trục khuỷu chuyển động tròn
nên chốt piston và chốt trục khuỷu có chuyển động quay trong lỗ của đầu nhỏ
và đầu to thanh truyền vì vậy lắp bạc lót nhằm làm giảm ma sát và giảm độ
mài mòn.

6


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện

Hình 1.1. Thanh truyền
1.1.2. Vai trò, chức năng.
Nối với piston và trục khuỷu đồng thời truyền và biến chuyển động tịnh
tiến của piston thành chuyển động quay cho trục khuỷu.
Điều kiện làm việc.
Thanh truyền phải có khả năng chịu mỏi vì thanh truyền chịu lực tác dụng
của lực quán tính, các lực này biến đổi có tính chất chu kỳ cả về trị số và hướng.
Chịu tải trọng kéo và nén thay đổi.
Thanh truyền cần phải có độ cứng nhất định. Đặc biệt là vòng bên trong của
đầu to và đầu nhỏ vì nó gắn kết với piston, trục khuỷu tạo ra ma sát dễ bị mài
mòn.
Chính vì thế mà vật liệu cần phải có cơ tính tổng hợp.

Yêu cầu cơ tính.
- Độ cứng trong lõi: 25 ÷ 35 HRC
- Riêng đối với lớp bên trong của đầu to và đầu nhỏ thì độ cứng phải cao hơn:
50 ÷ 58 HRC
- Chịu uốn, kéo, nén.
7


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
- Độ dai va đập: ak = 800 ÷ 1200 kJ/m2.
- Độ bền kéo: σb = 800 ÷ 1200 N/mm2.
Khi gia công cần phải đạt.
- Độ chính xác gia công lỗ bạc đồng đầu nhỏ phải đạt cấp chính xác 1 (TCVN)
hoặc cấp 5 (ISO), dung sai 0,008 – 0,012.
- Độ chính xác của lỗ đầu lớn đật cấp 1 (TCVN) (dung sai 0,015); độ côn và
ôvan không quá 0,003 – 0,005.
- Độ không song song của 2 đường tâm lỗ đầu lớn và nhỏ không quá 0,02 –
0,06 trên 100mm dài.
- Dung sai khoảng cách hai đường tâm giới hạn trong khoảng 007 – 0,1.
- Độ không vuông góc giữa mặt đầu của lỗ đầu lớn và đường tâm lỗ không quá
0,03 – 0,05.
- Kích thước các lỗ chính được gia công với độ chính xác cấp 2 đến 3, độ nhám
bề mặt Ra=0.63 đến 0.32 (cấp 8 đến 9)
- Độ không song song của tâm các lỗ cơ bản trong khoảng 0.03 đến 0.05 trên
100mm chiều dài.
- Độ không vuông góc của các tâm lỗ so với mặt đầu trong khoảng 0.05 đến 0.1
trên 100mm chiều dài.
- Độ không song song của các mặt đầu lỗ chính trong khoảng 0.05 đến 0.25 trên
100mm bán kính mặt đầu.
- Các rãnh then gia công đạt cấp chính xác 3 đến 5, độ nhám 40 đến 10 (cấp 4

đến 6) hoặc Ra=10 đến 2,5.
- Các bề mặt làm việc được nhiệt luyện đến độ cứng 50 đến 55HRC.
1.1.3. Lựa chọn vật liệu:
Thanh truyền động cơ đốt trong chịu tải trọng thay đổi lớn, để nâng cao giới
hạn bền mỏi cho thanh truyền, vật liệu chế tạo là các loại thép có chất lượng tốt
và có sự phân bố đúng đắn các thớ kim loại trong chi tiết.

8


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Với các yêu cầu cơ tính như đã đề cập ở trên, thông thường vật liệu chế tạo
thanh truyền có thể là các loại thép cacbon kết cấu có hàm lượng cacbon 0.4% 0.45%C và các nguyên tô hợp kim (2%Mn); (1%Cr); (1%Ni). Đối với các động
cơ diezen làm việc trong điều kiện tăng áp khí thế lớn nên thường được chế tạo từ
các loại thép hợp kim kết cầu có giới hạn bền, giới hạn chảy cao. Bởi vậy ta sẽ
chọn mác thép C45 (thép hóa tốt) để thanh truyền có được cơ tính tổng hợp cao
nhất.
Bảng 1.1. Bảng mác thép tương đương với C45
Mác thép

C

Si

Mn

P

S

Việt Nam

C45

0.42 ÷ 0.5

0.15 ÷ 0.35

0.5 ÷ 0.8

0.025

0.025

ASTM

1045C

0.43 ÷ 0.5

0.15 ÷ 0.3

0.6 ÷ 0.9

0.04

0.03

JIS

S45C

0.42 ÷ 0.48

0.15 ÷ 0.35

0.6 ÷ 0.9

0.03

0.035

ΓOCT

45

0.42 ÷0.48

0.15 ÷ 0.35

0.5 ÷ 0.8

0.035

0.003

Vai trò của các nguyên tố:
- 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 trong thép
tồn tại dưới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể sắt và dạng liên

9


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
kết trong hợp chất Fe3C (xementit). Các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độ bền
thấp, pha xementit là pha cứng và giòn.
- Mangan: Mangan có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào nó làm
tăng độ thấm tôi cho thép, do vậy làm tăng cơ tính của thép, song lượng mangan
cao nhất trong thép cacbon C45 cũng chỉ nằm trong giới hạn 0,5 – 0,8% nên ảnh
hưởng này không đáng kể. Mn còn có tác dụng làm giảm nhẹ tác hại của lưu
huỳnh.
- Silic: giống như mangan, silic cũng nâng cao độ bền và độ cứng. bên cạnh
đó còn làm tăng cơ tính của thép, song lượng silic cao nhất trong thép cabon C45
cũng chỉ trong giới hạn 0,17 – 0,35% nên tác dụng này cũng không rõ rệt.
- Các nguyên tố hợp kim có hàm lượng rất thấp dưới mức tiêu chuẩn nên
chỉ được coi là tạp chất, không ảnh hưởng gì nhiều đến tính chất của mác thép
- Nguyên tố tạp chất có hại P, S gây ảnh bở nóng và bở nguội cần hạn chế
phần trăm của chúng trong mác thép.
1.2. Trục truyền động
1.2.1. Điều kiện làm việc

Hình 1.2 Trục truyền động

10


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Trục truyền động (trục các-đăng) là bộ phận thuộc hệ thống truyền lực trên
ôtô, dùng để truyền mô men xoắn từ hộp số tới một cầu dẫn động. Các trục cácđăng phải quay đều, không đảo, không có dao động xoắn ở mọi tốc độ chuyển

động của ô tô.
Khi xe di chuyển, cầu sau luôn dao động theo các phương khác nhau tạo ra
lực uốn, xoắn, kéo lên trục các-đăng. Đồng thời việc bố trí, lắp đặt các chi tiết trên
ôtô được thuận tiện, dễ dàng. Bộ truyền động các-đăng không những chỉ truyền
lực mà còn truyền được cả mô-men.
Cấu tạo chung của bộ truyền động các-đăng gồm trục các-đăng và khớp
các-đăng. Trục các-đăng để truyền mô-men, khớp các-đăng vừa để truyền mômen vừa để thay đổi phương truyền. Một bộ truyền động các-đăng có thể có từ
hai trục trở lên kết hợp với một hoặc nhiều khớp các-đăng.

Hình 1.3 Hệ thống truyền động trên ô tô

Nhiệm vụ của khớp các đăng là khử những biến đổi về góc phát sinh từ sự
chuyển động tương đối giữa bộ vi sai cầu sau và hộp số, nhờ vậy mà việc truyền
công suất từ hộp số đến bộ vi sai được thuận lợi. Hiện nay có một số loại khớp

11


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
các đăng gồm: khớp các đăng kiểu chữ thập; khớp nối mềm và khớp nối có tốc độ
không đổi. Hình 1.3 mô tả trục các đăng khớp nối kiểu chữ thập.

Hình 1.4 Trục các đăng khớp nối kiểu chữ thập
1.2.2. Yêu cầu cơ tính
a) Độ cứng của trục: Độ cứng là yếu tố chịu ảnh hưởng cùng độ dai độ bền
của trục. Do trục ưu tiên về độ bền, độ dai cao nên yêu cầu độ cứng chỉ cần đạt
40HRC
b) Độ dai - độ bền của trục: Trong quá trình vận hành, trục quay với tốc độ
rất cao và thay đổi chiều dài khi hoạt động. Do đó vật liệu làm trục phải đảm bảo
trục đủ độ bền chịu tải trọng cao, va đập mạnh, chịu uốn và xoắn tốt. Momen xoắn

cần phải chịu tới 660kGm.
c) Cơ tính đồng nhất của trục: Trục có tiết diện lớn nên yêu cầu độ thấm tôi
cao để đạt được cơ tính đồng nhất trên toàn tiết diện. Đường kính lớn nhất của
trục là ø80mm vậy độ thấm tôi ≥ 40mm.
Như vậy trục yêu cầu có cơ tính tổng hợp đảm bảo các kết hợp tối ưu được
các chỉ tiêu cơ tính: độ bền, độ dẻo, độ dai. Để đáp ứng được các điều kiện trên
thì trục phải thỏa mãn yêu cầu cơ tính sau:
- Độ cứng: 40 HRC

12


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
- Độ thấm tôi: ≥40mm.
- Độ dai va đập: ak ≥ 800kJ/m2
- Độ bền kéo: σb ≥ 950MPa
1.2.3. Lựa chọn vật liệu
Để bảo đảm có cơ tính tổng hợp cao và đồng nhất trên toàn tiết diện, thép
phải được hợp kim hóa thích hợp để đạt tới độ thấm tôi mong muốn, do đó tiết
diện càng lớn lượng hợp kim đưa vào càng phải cao.
Nguyên tố hợp kim chính dùng trong thép hóa tốt là các nguyên tố Cr, Mn
với lượng chứa 1 - 2%, Ni - 1 - 4%. Nguyên tố hợp kim phụ thường dùng trong
thép hóa tốt là Mo và W, chúng cũng có tác dụng tăng độ thấm tôi, song chủ yếu
là để khắc phục giòn ram loại II khi ram cao ở những tiết diện lớn (
Từ những yêu cầu cơ tính đã nêu trên chọn mác thép: 40CrNi2Mo.
Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố của 40CrNi2Mo
Thành
phần
%

C

Mn

Cr

Ni

Mo

0,40

0,70

0,80

1,50

0,20

Si
0,150,35

13


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Bảng 1.3. Các mác thép tương đương với 40CrNi2Mo
Tiêu
chuẩn

Thành phần (%)
Mác thép
C

Mn

Cr

Ni

Mo

TCVN

40CrNi2Mo

0,40

0,70

0,80

1,50

0,20

JJS

SNCM439

0,39

0,80

1,00

2,00

0,25

AISI

4340

0,40

0,70

0,80

1,90

0,25

ᴦOCT

40XH2M

0,40

0,70

0,80

1,5

0,20

Si
0,150,35
0,150,35
0,150,35
0,150,35

Vai trò của các nguyên tố trong mác thép
- 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 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
xementit là pha cứng và giòn. Sự kết hợp các pha này sẽ cho tổ chức khác nhau
của thép ứng với từng thành phần và trạng thái thép cụ thể. Hàm lượng Cacbon
0,40% sẽ đảm bảo kết hợp tốt nhất các chỉ tiêu cơ tính: độ bền, độ dẻo, độ dai (cơ
tính tổng hợp) sau khi tôi+ram cao và độ cứng, tính chống mài mòn tương đối cao
sau khi tôi bề mặt, thỏa mãn tốt các yêu cầu trên.
- Mangan: Mangan có ảnh hưởng tốt tới cơ tính, khi hòa tan vào nó làm
tăng độ thấm tôi cho thép song lượng Mangan đưa vào hạn chế 0,7-0,8% nên
không có tác dụng nhiều.

14

Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
- Crom: Crom có tác dụng tăng mạnh độ thấm tôi. Kết hợp cùng Mangan,
Niken, Molipden giúp tăng độ thấm tôi đáng kể.
- Niken: Vừa tăng mạnh độ thấm tôi vừa giữ được độ dai cao.
- Molipđen: Molipđen không những làm tăng mạnh độ thấm tôi mà còn loại
từ được giòn ram loại II.
- Silic: Giống như Mangan Silic cũng nâng cao độ bền và độ cứng nên làm
tăng cơ tính của thép nhưng do hàm lượng silic chỉ 0,15%-0,35% nên tác dụng
này cũng không rõ rệt.

15


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ NHIỆT LUYỆN

2.1. Thanh truyền.

Gia công cơ khí

Tôi

Ram cao

Ram thấp

Tôi tần số

Hình 2.1. Quy trình chế tạo thanh truyền
• Phôi: Được chế tạo bằng phương pháp dập nóng, có thể thực hiện phôi dập
liền nắp đầu lớn hoặc dập thân và nắp riêng biệt. Đối với loại phôi dập liền
nắp, lỗ đầu lớn của nó thường có dạng hình ovan để sau khi cắt và gia công
lại nó sẽ có vòng tròn theo đúng tiêu chuẩn.

Hình 2.2. Hình vẽ chi tiết kích thước thanh truyền
16


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
• Gia công cơ khí: Có rất nhiều quá trình gia công đặc trưng như:
- Gia công thô các lỗ chính.
- Gia công các mặt đầu và lỗ.
- Gia công tinh các lỗ chính.
- Điều chỉnh trọng lượng.
- Tổng kiểm tra.
• Tôi: Tôi ở 840 ˚C
• Ram cao: Ram ở 550 ˚C.
• Tôi tần số:
Thanh truyền cần phải có độ cứng nhất định. Đặc biệt là vòng bên trong của
đầu to và đầu nhỏ vì nó gắn kết với piston, trục khuỷu tạo ra ma sát dễ bị mài
mòn.
• Ram thấp: Nguyên công bắt buộc sau tôi tần số, ram ở 200⁰C
2.2. Trục truyền động

Gia công cơ khí

Nhiệt luyện

Kiểm tra

Hình 2.3. Quy trình chế tạo trục truyền động

• Gia công cơ khí: Từ phôi thép ban đầu cắt gọt theo đúng kích thước, hình ảnh
bản vẽ chi tiết yêu cầu;

17


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện

Hình 2.4. Hình vẽ chi tiết kích thước trục truyền động

• Nhiệt luyện: Nhiệt luyện hóa tốt bao gồm tôi+ram cao
- Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm: nung thép lên cao quá nhiệt
độ tới hạn A1 (đối với thép trước cùng tích là A3) để làm xuất hiện austenit,
giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để biến nó thành mactenxit hay các
tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao.
- Ram thép là nguyên công bắt buộc sau khi tôi thép thanh mactenxit, nung
nóng lại thép tôi để điều chỉnh độ cứng, độ bền theo đúng yêu cầu làm việc.

T⁰C
850⁰C

500⁰C
Dầu

τn

τgn

τn

τgn
τ

Hình 2.5. Quy trình nhiệt luyện tổng quát cho trục truyền động

- Theo Atlas Specialty Metals
Thép 40CrNi2Mo được tôi ở nhiệt độ 850 độ C trong môi trường dầu;
18


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Mục đích: Chuyển biến austenite thành mactenxit, hòa tan một lượng lớn
cacbit hợp kim vào austenit và sau khi tôi mactenxit được hợp kim hóa cao nâng
cao độ cứng, tính chống mài mòn, nâng cao độ bền và khả năng chịu tải của chi
tiết.
- Với độ cứng, độ dai va đập yêu cầu nhiệt độ ram của trục là 500⁰C
Mục đích: Biến đổi tổ chức mactenxit và austenit dư, khử ứng suất, ram ở
nhiệt độ 500⁰C để đạt tổ chức xoocbit ram với chỉ tiêu cơ tính phù hợp với điều
kiện làm việc.

19


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN

3.1. Thanh truyền
3.1.1. Lựa chọn thiết bị
Dựa trên kích thước chi tiết để lựa chọn các lò nhiệt luyện như sau:
Nhiệt độ
Công dụng

Tên lò

nung cao

Công suất

nhất của lò

thiết kế (kW)

(⁰C)

Kích thước
buồng lò
RxDxC (mm)

Tôi

KOE 8-16-60

1200

60

800x1600x600

Ram

LR42

650

42

800x1200x800

Ram

RAM - K30

400

30

600x900x600

Bể nước

1000x1300x900

Công dụng

Tên

Tôi cao tần

HF-60-90

Điện áp
nguồn
380V

Dòng điện

80A

Tần số
80kHz250kHz

Mác vật liệu: C45
Sản lượng: 60 tấn/năm
Kích thước gá: 500x800x425 (mm)

20


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Khối lượng gá: 130 (kg)
Thể tích của gá: 0,0166 (m3)
Khối lượng 1 mẻ khi tôi ram:
Khối lượng của 1 chi tiết: 0,325 (kg)
Diện tích mặt nung tính cả gá: Fgá = 3,4 (m2)
Diện tích mặt nung của 1 chi tiết:
Fthanh = 2 .14(20 + 15) + 2 .14(6,5 + 85) + 2.7(6,5 + 71) = 5,741.10−3 ( m )

2

Hình 3.1 Gá nhiệt luyện chi tiết thanh truyền
3.1.2. Tính toán quy trình nhiệt luyện
3.1.2.1. Tính toán quá trình tôi
Nhiệt độ tôi: 840
Nhiệt độ lò: 850
Tại 850 ˚C có α = 165 W/m2K
Trong giải nhiệt độ từ 25 – 840˚C có: c = 658 kJ/kg.K ,
λ = 112.82 kJ/mhK = 31,34 W/mK
Nhiệt độ trung bình của vật nung:
4
4
4
4
4
 Ttb  1  T2 d   T2C   1  25 + 273   840 + 273  
 +
 

 = 
 +
  = 
 100  2  100   100   2  100   100  

 Ttb = 937 K = 664C
Tinh hệ số Bio:
21

Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện

Bi =


165
S=
0,007 = 0,037  0, 25 => vật mỏng

31,34

Trong đó: S là chiều dày truyền nhiệt của vật nung.
Công suất hữu ích của lò
Nh =

 .Ntk
1, 2  1,5

=

0,8.90
= 60 (kW)
1, 2

Số chi tiết trong một mẻ:
n=

Nh
60000
=

= 670 (chi tiết).
 Fc (t1 − kt2 d ) 165.5,741.10 −3.(850 − 0,9.840)

Chọn số chi tiết trong một mẻ là 310 chi tiết, với kích thước lò đã chọn thì
có thể xếp được 2 gá, mỗi gá 155 chi tiết, với hệ số sắp xếp k =2,0.
Khối lượng một mẻ: M chitiet + M ga = 0,325.310 + 130 = 230kg )
Diện tích hấp thu nhiệt của 1 mẻ:
F = Fc .460 + F = 5,741.103.310 + 3,4 = 5,2(m2 )

Thể tích của chi tiết:
14 (202 − 152 ) + 71.7.20 + 14 (8,52 − 6, 52 ) = 41610 ( mm3 )
3

=4,161.10-5 ( m )
 Khối lượng của chi tiết:
mthanh = Vthanh .d = 4,161.10−5.7810 = 0,325(kg )

Kiểm tra điều kiện biên:

 Fx (t1 − t2 d ) 1,2.165.310.5,741.103 (850 − 25)
N kt = (1,2  1,5)
=
= 363 kWh > Ntk
103
103.0,8
Trong đó: α là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò, α = (Wm2/K).
Fx là diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của các chi tiết trong 1 mẻ (m2).
T1 = 850 ˚C – nhiệt độ lò.
T2 = 25 ˚C – nhiệt độ ban đầu của chi tiết.
 Qúa trình nung được chia làm 2 giai đoạn.

22


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
Thời gian nung giai đoạn 1:
1 =

cM (t1 − t2 d ) cM 658.230(850 − 25) 658.230
−
=
−
= 1904( s )
Nh
F
60000
165.5, 2

= 31,73min = 0,53h .

Trong đó: c là nhiệt dung của chi tiết ở 664˚C (J/kg.K).
M là khối lượng mẻ nung (kg).
T1 là nhiệt độ cuối của chi tiết (˚C).
T2d là nhiệt độ ban đầu của chi tiết (˚C).
α là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò (WM2/K).
F là diện tích hấp thụ nhiệt của mẻ nung (m2).
Nhiệt độ nung cuối giai đoạn 1:
T2' = T1 −

Nh

40.1000
= 850 −
= 778 ˚C
F
165.3,4

Giai đoạn 2:
Thời gian nung giai đoạn 2:
2 =

Nh
cM
658.230
60000
ln
=
ln
= 343 giây
 F  F (t1 − t2 c ) 165.5, 2 165.5, 2(850 − 840)

= 5,7 phút.
Tổng thời gian nung cần thiết khi tôi

 n = (1 +  2 ).kx = (31,73+ 5,7).2,0 = 74,86 phút = 1,2 giờ
Thời gian giữ nhiệt khi tôi là: (theo sách “công nghệ nhiệt luyện”)

 gn =

n
 10 phút

4

Tổng thời gian tôi:

 =  n +  gn = 74.86 + 10 = 84,86phút = 1,4 giờ
Trong đó kx là hệ số sắp xếp, kx = 2,0

23


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện

T˚C

G840˚C

τnung

τgn

τ

Hình 3.2. Quy trình tôi thanh truyền

3.1.2.2. Tính toán quá trình ram
+ Nhiệt độ ram: 550 ˚C
+ Nhiệt độ trong lò: 560 ˚C
4
4
4

4
4
 Ttb  1  T2 d   T2C   1  25 + 273   560 + 273  
 +
 

 = 
 +
  = 
 100  2  100   100   2  100   100  

=

430 ˚C

Tại nhiệt độ 560 ˚C ta có: + hệ số truyền nhiệt: α = 80 W/m2K.
+ hệ số dẫn nhiệt: λ = 157 kJ/mhK = 43,6 W/mhK.
+ nhiệt dung riêng: c = 543 J/kg.K.
Tinh hệ số Bio:
Bi =


80
S=
0,007 = 0,013  0, 25 => vật mỏng

43,6

Trong đó: S là chiều dày truyền nhiệt của vật nung.
Công suất hữu ích của lò

Nh =

 .Ntk
1,2  1,5

=

0,8.42
= 28 (kW)
1,2

24


Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện
Số chi tiết trong một mẻ:
n=

Nh
28000
=
= 930 (chi tiết).
−3
 Fc (t1 − k .t2 d ) 80.5,741.10 .(560 − 0,85.550)

Chọn số chi tiết trong một mẻ là 620 chi tiết, với kích thước lò đã chọn thì
có thể xếp được 2 gá, mỗi gá 310 chi tiết, với hệ số sắp xếp k = 2,2
Khối lượng một mẻ: M chitiet + M ga = 0,325.620 + 130 = 331(kg )
Diện tích hấp thụ nhiệt của một mẻ:
F = Fc .400 + F = 5,741.103.620 + 3,4 = 6,9(m2 )

Kiểm tra điều kiện biên:

 Fx (t1 − t2 d ) 1,2.80.620.5,741.103 (560 − 25)
N kt = (1,2  1,5)
=
= 228 kWh > Ntk
103
103.0,8
Trong đó: α là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò, α = (Wm2/K).
Fx là diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của các chi tiết trong 1 mẻ (m2).
T1 = 560 ˚C – nhiệt độ lò.
T2 = 25 ˚C – nhiệt độ ban đầu của chi tiết.
=> Qúa trình nung được chia làm 2 giai đoạn.
Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
Thời gian nung giai đoạn 1:
1 =

cM (t1 − t2 d ) cM 543.331(560 − 25) 543.331
−
=
−
= 3108( s )
Nh
F
28000
80.6,9
= 51,8min = 0,86h .

Trong đó: c là nhiệt dung của chi tiết ở 430 ˚C (J/kg.K).

M là khối lượng mẻ nung (kg).
T1 là nhiệt độ cuối của chi tiết (˚C).
T2d là nhiệt độ ban đầu của chi tiết (˚C).
α là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò (WM2/K).
25