Bài tập lớn môn cơ khí đại cương chủ đề bánh răng đại học bách khoa hà nội

BÁO CÁO CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG
Bài 2: Quy Trình Cơng Nghệ Chế Tạo Sản Phẩm Bánh Răng
Chương I: Giới thiệu chung về sản phẩm
1, Các đặc điểm cơ bản:
Bánh răng là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống cơ vận hành của
một chiếc xe hay của một máy móc cơng nghiệp nào đó. Nó là bộ phận trong hệ
thống chuyển động của các máy móc cơ khí. Nó có hình dạng là một hình trịn với
các răng cưa bao bọc bên ngoài như các răng rãnh nối tiếp nhau. Chúng thường
được sử dụng theo cặp, có thể từ 2 – 3,4 cặp. Các cặp nối tiếp nhau theo hình dạng
song song. Chúng có tác động trực tiếp tới việc truyền động, phân phối tới tốc độ
nhanh chậm của động cơ.

2, Ứng dụng của sản phẩm trong thực tế:
Các bánh răng là một phần chi tiết phổ biến của máy móc hiện đại, được tìm
thấy trong đồng hồ, động cơ, và thiết bị tự động .
Các bánh răng được sử dụng trong nhiều loại máy và cơ cấu khác nhau để
truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác và để biến chuyển động quay
thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại.
Bánh răng là linh kiện thiết yếu hầu hết trong hầu hết các ngành công nghiệp
nhưng chủ yếu được sử dụng rộng rãi đối với một số ngành cơng nghiệp như chế
tạo, mơ tơ, cơ khí,....

Chương II: Vật liệu chế tạo cho sản phẩm và các đặc tính cơ
bản của vật liệu
1, Các vật liệu thường được chế tạo bánh răng
Tùy theo mục đích sử dụng và môi trường làm việc mà ta lựa chọn các vật
liệu như : C45 hay 40X , 20X ,… vì các vật liệu này dễ tôi thấm và đạt được các độ


cứng như yêu cầu . Ngoài ra các vật liệu còn được sử dụng như : nhựa , hợp kim
hay nhơm ,…..

Xét một số đặc tính cụ thể về 1 vài vật liệu thường được sử dụng là :

a, Thép cacbon C45:
C45 là gồm Fe và C,trong đó nồng độ cacbon có trong thép là 0,45%, C45
được xếp vào loại vật liệu có tính cacbon trung bình, thường được dùng thiết kế
trục,bánh răng...

Thành phần hóa học của thép C45

Mác thép

C (%) min- Si (%) minmax
max

Mn (%) min- P (%) tối
max
đa

S (%) tối đa

C
m

C45

0,42-0,50

0,50-0,80

0,025

0

0,15-0,35

0,025

Đặc tính cơ học của thép C45

Độ dày danh nghĩa, t
Yield
Sức ElonĐộ
BendaMác Điều
Nhiệt
Strength căng gation cứng
khả
1.95mm≤t≤10.0mm
thép kiện
độ
(Mpa) (Mpa) A5 (%) HRC
năng
Cán

C45 Cán 460

750

18

58

820

Bán

2,0 x t


Nung 330

540

30

Nước
ngập
nước

2270

Dầu
ngập

1980

55

860

kính uốn

cong
(≤90 °)

Chỉ số cấp bền thép C45

Mác thépTiêu chuẩn

C45

Độ bền đứt Độ bền đứt Độ giãn dài tương đối
σb (Mpa) σc (Mpa) δ (%)

TCVN 1766-75 610

360

16

b, Thép hợp kim SCM440 :
Thành phần hoá học của thép chế tạo máy SCM440
%C
%Mn
%Cr
%Mo
%Si
%P %S
0.38-0.43 0.6-0.85 0.9-1.2 0.15-0.3 0.15 – 0.35 ~0.03 ~0.03
Với việc bổ sung thêm nguyên tố Cr và Mo giúp cho thép SCM440 có khả
năng chịu mài mịn, chịu nhiệt tốt, độ dẻo dai, tính đàn hồi cao, chống ăn mịn oxi
hóa tốt.

Hàm lượng cacbon cao hơn của thép SCM440 cho khả năng xử lý nhiệt và sức
mạnh lớn hơn so với thép SCM420.


Cơ tính của thép chế tạo máy SCM440
₋ Độ bền kéo: 100-130 KSI
₋ Giới hạn chảy: 80-110 KSI
₋ Độ giãn dài: 20%Min
₋ Độ thắt: 40% Min
Tính chất cơ bản của chi tiết máy là khả năng chịu tải trọng tĩnh và động, do
vậy yêu cầu cơ bản là có độ bền cao và độ dai tốt phù hợp với điều kiện của tải
trọng.
Độ bền cao sẽ giúp tạo ra các máy khỏe (có cơng suất lớn) hơn, nhẹ và nhỏ
gọn hơn và giá thành thấp hơn. Để đạt được yêu cầu này phải dùng thép phù hợp
và nhiệt luyện bảo đảm. Tuy nhiên trong chế tạo máy, ngoài độ bền người ta ngày
càng coi trọng giới hạn chảy, vì lẽ các chi tiết máy ở dạng lắp ghép không cho phép
có biến dạng dẻo khi làm việc.
Độ dai va đập rất quan trọng đối với chi tiết chịu tải trọng động do phải tăng
tải một cách đột ngột. Chính chỉ tiêu này quyết định độ tin cậy khi làm việc, nó bảo
đảm khó bị phá hủy giịn, u cầu đặc biệt quan trọng đối với các phương tiện giao
thơng.
Ngồi hai chỉ tiêu cơ bản trên nhiều chi tiết máy còn địi hỏi độ cứng bề mặt
cao để bảo đảm tính chống mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát. Rất nhiều
chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu kỳ (trục, bánh răng…) nên
đòi hỏi giới hạn mỏi cao.
Tính chất vật lý của thép chế tạo máy SCM440
₋ Mật độ của SCM440: 7,85 kg / cm3
₋ Hệ số co giãn nhiệt: 12,2 µm / m ° C ở 0-100 ° C
₋ Độ dẫn nhiệt: 42,6 W / mK @ 100 ° C.
Đặc tính của thép chế tạo máy SCM440:

SCM440 có ưu điểm là thành phần ổn định, ít các thành phần có hại, độ tinh
khiết cao, ít lớp giải mã, ít khuyết tật bề mặt, ủ kim loại dễ dàng, tỷ lệ nứt đầu
nguội thấp. Ngồi ra, thép SCM440 cịn có những đặc tính như:
₋ Là thép cường độ cao, độ dẻo dai tốt.


₋ Đảm bảo mối hàn rất tốt.
₋ Khả năng chịu mài mòn cao trong điều kiện làm việc khắc nhiệt.
₋ Khả năng chống biến dạng tốt
₋ Độ cứng đồng nhất mọi kích thước
₋ Gia cơng cắt tốt
₋ Hiệu suất gia cơng tuyệt vời dưới nhiệt độ cao và ngoại hình đẹp sau khi
gia công.
₋ Dễ dàng gia công bằng EDM

Chương III: Phương pháp chế tạo sản phẩm
1,Phương

pháp chế tạo phôi.

Để chế tạo một sản phẩm cơ khí nói chung thì có các phương pháp chế tạo
phơi như đúc , gia công áp lực , cắt gọt kim loại ,…. Mà trong bài này để chế tạo
được thanh răng và bánh răng thì em chọn phương pháp rèn ( chồn phơi).
Có nhiều phương pháp gia công răng nhưng hay dùng nhất là phay định hình
và phay bao hình
a). Phương pháp định hình.
*. Sử dụng phương pháp phay định hình
Phay răng bằng phương pháp định hình được tiến hành bằng dao phay định
hình mà profil ( biên dạng) của nó phù hợp với biên dạng của rãnh răng. Dao phay
được sử dụng là dao phay đĩa modun hay dao phay ngón modun.

Sau khi phay xong 1 rãnh răng thì phơi được quay đi 1 góc .
răng của bánh răng cần phay) để phay rãnh tiếp theo.

( Z: là số

...................................

Để cắt hết chiều dày của bánh răng bàn máy mang phơi phải có chuyển động
chạy dọc để cắt hết chiều dày răng.


Tuy nhiên phương pháp định hình đạt được độ chính xác thấp, bánh răng sau
khi gia cơng có sai số về biên dạng rãnh răng và sai số trong quá trình chia độ nên
chỉ được áp dụng để gia cơng những bánh răng có u cầu độ chính xác khơng cao.
*. Sử dụng phương pháp xọc răng định hình.
Phương pháp xọc định hình có năng suất thấp do thời gian chạy khơng, và
thịi gian điều chỉnh lớn nên ít dùng.
*. Phương pháp chuốt răng định hình.
Đây là phương pháp gia cơng răng có năng suất cao và độ chính xác cao phù
hợp với sản xuất loạt lớn các bánh răng có kích thước lớn khơng nhiệt luyện và
khơng mài. Theo phương pháp này dao chuốt có biên dạng giống biên dạng của
rãnh răng. Sau một hành trình của dao chuốt thì biên dạng của một hoặc nhiều rãnh
răng cùng được tạo ra một lúc, bánh răng được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân
độ. Phương pháp chuốt tồn bộ các răng cùng một lúc rắt ít dùng vì kết cấu dao
chuốt phức tạp, khả năng thoát phoi kém, lực cắt lớn.
...................
b. Phương pháp cắt răng theo nguyên lý bao hình
Có nhiều phương pháp cắt răng theo ngun lý bao hình.
*. Phay lăn răng.
Phay răng theo phương pháp lăn bao hình là phương pháp gia cơng răng phổ

biến nhất cho năng suất và độ chính xác cao. Dụng cụ cắt là dao phay lăn trục vít
có biên dạng thân khai tại mặt cắt vng góc với đường xoắn vít.
Ngun lý tạo hình theo ngun lí ăn khớp trục vít - bánh vít . Khi dao quay
1 vịng thì phơi quay . vòng (đối với dao 1 đầu mối, nếu dao nhiều đầu mối thì phơi
quay . vịng; k : số đầu mối của dao; Z: số răng của bánh răng cần gia công). Mối
liên hệ giữa dao và phôi như vậy được thực hiện nhờ các bánh răng thay thế
....................................
Khi phay răng nghiêng ta phải tính bánh răng thay thế để lắp trên chạc vi sai
để quay bù lại lượng nghiêng trên bánh răng.
*. Xọc răng.


Xọc răng bao hình có thể thực hiện bằng dao dạng bánh răng ( hình chậu)
hay dao dạng thanh răng ( hình lược) trên máy xọc bao hình.
Xọc răng bao hình bằng dạng bánh răng:
Ưu điểm:với phương pháp này có thể tạo ra được bánh răng răng thẳng,
bánh răng răng nghiêng, bánh răng nhiều bậc mà khoảng cách giữa các bậc nhỏ mà
các phương pháp gia công khác không thể gia công được và đặc biệt là gia công
bánh răng trong.
Nguyên lý tạo hình dựa trên nguyên lý ăn khớp của hai bánh răng, một bánh
được vát tạo mặt trước và mặt sau làm dụng cụ cắt.Trong quá trình gia công dụng
cụ thực hiện chuyển động cắt theo hướng dọc trục của bánh răng cần gia công và
cùng với bánh răng gia cơng có chuyển động cưỡng bức.
Tốc độ vịng của dao và chi tiết phải tuân theo tỷ số:
Trong đó: nd, nc - số vịng quay của chi tiết và dao xọc. Zc, Zd - Số răng của
chi tiết và dao.
Trong trường hợp cắt bánh răng trong chỉ có thể đạt được khi góc áp lực
Nếu khơng thoả mãn điều kiện này thì sẽ xảy ra hiện tượng lẹm đỉnh răng
khi cắt.
Thông thường dùng phương pháp xọc răng chỉ dùng để gia cơng bánh răng

thẳng. Tuy nhiên cũng có thể gia cơng được bánh răng nghiêng khi dao có răng
nghiêng cùng với bạc dẫn nghiêng tương ứng.
Nhược điểm: Khi gia công không thể ngay một lúc cắt hết chiều sâu rãnh
răng được mà phải từ từ tiến dao hướng kính. Khi tiến dao hướng kính thì phơi
phải quay vịng nữa thì dao mới tiến vào đúng được chiều sâu cần tiến vào và sau
đó phơi phải quay hết 1 vịng nữa thì chu kì cắt mới kết thúc nên để cắt được hết
chiều dầy sau 1 lần tiến dao thì phơi phải quay (n vịng) . Nếu bánh răng có mơ dun
lớn phải tiến dao n lần mới đạt chiều cao răng thì phơi phải quay ( n vịng). Thời
gian chạy không lớn.
Để giảm thời gian gia công và tăng năng suất khi xọc răng có thể sử dụng phương
pháp sau:
+ Dùng hai dao xọc lắp trên cùng một trục gá dao để vừa gia công thô và gia cơng
tinh ln một lúc, ở đây dao phía trên cắt tinh cịn dao phía dưói cắt thơ.


+ Dùng máy xọc chuyên dùng có phần lắp dao phay lăn răng. Như vậy trên máy
này có thể vừa xọc vừa phay lăn răng cùng một lúc.
- Xọc răng bằng dao dạng răng lược:
Một trong những phương pháp gia cơng chính xác bánh răng trụ răng thẳng, răng
nghiêng, răng chữ V là phương pháp xọc bằng dao răng lược trên máy xọc bao
hình. Chuyển động bao hình của dụng cụ và vật được dựa trên nguyên lý ăn khớp
bánh răng thanh răng. Dụng cụ có dạng thanh răng với biên dạng hình thang thực
hiện chuyển động cắt trên phương vng góc với bề mặt phơi.

2,Quy trình cơng nghệ sản xuất bánh răng:

Hình 2. 1: Sơ đồ tóm tắt quy trình sản xuất bánh răng
(Nguồn: Phịng kĩ thuật – cơ điện)

2,Mơ tả trình tự gia cơng:

a. Ngun cơng 1: Chuẩn bị và cắt phôi.
Bước 1: Chọn phôi
Chọn phôi đúc, chọn phương pháp đúc trong khuôn cát làm bằng máy cho phù hợp
với dạng sản xuất hàng loạt vừa.
Bước 2: Làm sạch phôi


Trong q trình thành phẩm phơi thường có các phần dư thừa do đó cần phải mài
bỏ trước khi vào các nguyên công tiếp theo, đồng thời cũng nên làm sạch các vết
cháy bên ngồi.
Bước 3: Kiểm tra phơi
Để đảm bảo gia cơng chính xác ở các ngun cơng phải kiểm tra kích thước phơi
trước khi đúc, phơi khi đúc ra phải đúng yêu cầu trên bản vẽ đúc. Kiểm tra các
khuyết tật của phôi như độ cong vênh rạn nứt, có bọt khí hay khơng để đảm bảo
chất lượng của phơi, cơ tính của phơi.
Bước 4: Ủ phơi
Phơi sau khi đúc thường bị biến cứng gây khó khăn cho việc gia cơng cơ sau này
do đó cần phải ủ đẳng nhiệt để cải thiện cơ tính của phơi, khử được ứng suất và
biến cứng của kim loại làm tăng độ bền của kim loại.

Hình 2. 2: Máy cắt phơi
(Nguồn: Sưu tầm)

b. Nguyên công 2: Tiện tinh đầu 1
Yêu cầu kĩ thuật: Làm cùn mép sắc không ghi 1x 45
1. Thiết bị sử dụng : Máy tiện CNC
2. Dụng cụ: Dao tiện + mũi khoan 20
3. Dụng cụ kiểm tra: Thước cặp 1/50 + đồng hồ

Hình 2. 3: Máy tiện CNC và thơng số kĩ thuật nguyên công tiện tinh đầu 1

c. Nguyên công 3: Tiện tinh đầu 2
Yêu cầu kĩ thuật: Làm cùn mép sắc không ghi 1x 45
1. Thiết bị sử dụng: Máy tiện CNC
2. Dụng cụ: Dao tiện
3. Dụng cụ kiểm tra: Thước cặp 1/50

Hình 2. 4: Máy tiện CNC và thơng số kĩ thuật tiện tinh đầu 2

d. Nguyên công 4: Phay răng
Yêu cầu kĩ thuật: Răng không trày xước
1. Thiết bị: Máy phay lăn
2. Dụng cụ: Dao lăn m1,75 góc 20
3. Dụng cụ kiểm tra: Thước đo Panme 20....25


Lưu ý: Kiểm tra độ đảo gá trước khi phay không lớn hơn 0,02. Độ đảo đầu nhỏ hơn
0,02. Sau khi kẹp sản phẩm độ đảo không lớn hơn 0,035 ( Khi rà gá phải có BB +
KCS xác nhận độ đảo gá mới phay).

Hình 2. 5: Máy phay lăn và thông số kĩ thuật nguyên công phay răng

e. Nguyên công 5: Chuốt then
1. Thiết bị: Máy chuốt
2. Dụng cụ: Dao chuốt B5
3. Dụng cụ kiểm tra: Dường + thước cặp

Hình 2. 6: Máy chuốt và thơng số kĩ thuật nguyên công chuốt then

f. Nguyên công 6: Nguội
Làm sạch ba via, cạnh sắc
Kiểm tra lại theo bản vẽ


Hình 2. 7: Cơng nhân đang nguội sản phẩm

g. Ngun cơng 7: Tơi tần số ( Theo quy trình tơi tần số riêng)
Yêu cầu kĩ thuật:
Rửa sạch sản phẩm trước khi tôi tần số
Tôi tần số phần răng đạt HRC 42...45 độ sâu 0,6...1,0mm
Tôi trong môi trường nước tự ram
Thiết bị: Máy tơi tần số

Hình 2. 8: Máy tơi tần số riêng


h. Ngun cơng 8: Hồn thiện sản phẩm
Sản phẩm được kiểm tra lại theo bản vẽ tại phòng tổ KCS
Sau khi kiểm tra đạt yêu cầu được xếp vào thùng để đưa về kho bảo quản

i. Nguyên công 9: Bảo quản
Sản phẩm được đưa về kho để bảo quản.
Sử dụng dầu MATELUB GEAR EP là dầu bảo quản bánh răng cơng nghiệp.

Chương IV: Phương pháp xử lí bề mặt cho sản phẩm
chế tạo
Để xử lí bề mặt ta sử dụng phương pháp nhiệt luyện :
Xử lý nhiệt ( Nhiệt luyện ) là một phương pháp tác động nhiệt độ lên vật
chất nhằm làm thay đổi vị cấu trúc chất rắn , đơi khi tác động làm thay đổi thành

phần hóa học , đặc tính của vật liệu . Chủ yếu của ứng dụng nhiệt luyện là thuộc về
ngành luyện kim . Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau ,
ví dụ như ngành sản xuất thủy tinh . Quá trình nhiệt luyện bao gồm sự nung nóng
hoặc làm nguội với mức độ chênh lệch đáng kể , hoặc xử lý nhiệt theo một thời
gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu , cũng như tạo ra sự cứng
hay mềm khác nhau trên củng một vật liệu , ví dụ như tơi bề mặt , vật liệu chí cứng
ở bề mặt ( chống mài mòn ) nhưng lại dẻo dai ở phần bên trong chịu va đập cũng
như chịu uốn rất tốt ) . Nhiệt luyện địi hỏi một quy trình chặt chẽ và có kiểm sốt
thời gian và tốc độ trao đổi nhiệt trên vật liệu . Nhiều quốc gia tiên tiến chưa cơng
bố và bí mật một số cơng nghệ nhiệt luyện - yếu tố tạo ra một vật liệu có giá thành
hạ nhưng tính năng sử dụng rất cao .
Ví dụ , với một chi tiết trục động cơ , người ta sử dụng vật liệu thép hợp kim
thấp ( giá thành rẻ ) . sau công đoạn nhiệt luyện ram , thâm vật liệu có bề mặt cứng
chịu được bài mòn cao , nhưng thân trục lại chịu được chân động và chịu tốn khá
lớn chi tiết được bán với giá rất cao . Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay
đổi tính chất thơng qua biến đổi tổ chức của vật liệu .
Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn : Nung , giữ nhiệt , làm nguội
. Khi nung , tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ , tuỳ thời điểm nâng , hạ
nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ
cho ra tính chất vật liệu mong muốn . Để làm thay đổi mạnh hơn nữa các tính chất


của kim loại và hợp kim , người ta còn kết hợp đồng thời các tác dụng của biến
đang deo và nhiệt luyện hay tác dụng hoá học và nhiệt luyện . Như vậy nhiệt luyện
nói chung bao gồm ba loại : Nhiệt luyện đơn giản , Cơ nhiệt luyện , Hoả nhiệt
luyện.
Một số phương pháp nhiệt luyện :
Tôi bề mặt: Thực hiện tôi trên bề mặt chi tiết hợp kim, thường sử dụng các lò tần
số để chỉ nung phần mặt ngồi của chi tiết.
Ram: Ram là q trình nhiệt luyện gồm nung kim loại đã được tôi đến nhiệt độ

thấp hơn nhiệt độ chuyển biến pha, đưa hợp kim về trạng thái cân bằng, do đó mà
tổ chức không ổn định khi tôi sẽ được phân huỷ thành tổ chức ổn định hơn.

Chương V. Kết luận
Trong nền kinh tế phát triển như hiện nay thì ngành cơng nghiệp
cơ khí đang đóng vai trị rất quan trọng. Hầu hết các thiết bị máy móc có
đều sử dụng thanh răng và bánh răng . Đặc biệt là trong chế tạo các linh
kiện động cơ. Hệ thống thanh răng bánh răng được dùng để giúp các
động cơ hoạt động, mang lại hiệu quả cao cho người sử dụng.
Ưu điểm:
Tất cả các mặt tiếp xúc giữa các bánh răng đều tiếp xúc hoàn toàn trực tiếp
với các hướng của trục quay. Như vậy trong hệ thống sẽ tạo thành một thể thống
nhất .
Trong trường hợp hệ thống vận hành xảy ra lỗi kỹ thuật thì hậu quả xảy ra
cũng khơng đem lại sự nguy hiểm cho người sử dụng cũng như không để lại hậu
quả lớn cho toàn hệ thống.

Nhược điểm
Tuy bánh răng thẳng được dùng phổ biến và mang lại hiệu quả cao , nhưng
thực tế bánh răng này vẫn có một số nhược điểm sau:


Trong khi vận hành ở tốc độ nhanh cùng một số thiết bị khác thì bánh răng
này dễ gây ra tiếng ồn.
Cấu tạo của bánh răng thẳng là dãy răng nhỏ nên không thể chịu được tải
nhiều sẽ dẫn đến xử lý khơng kịp gây q tải.
Mặc dù có nhiều ưu điểm cũng như hạn chế nhưng ngành công nghiệp cơ
khí vẫn phải sử dụng bánh răng thẳng phổ biến vì nó như một loại vật tư thiết bị
khơng thể thiếu.