Các loại trục

Tùy theo yêu cầu cơ tính, các loại trục quan trọng chịu tải trọng cao, chịu mài mòn mạnh có thể làm bằng thép thấm cacbon hoặc thép hóa tốt. Ở đây chỉ trình bày một số trục thường gặp.

Trục khuỷu

Trục khuỷu các ôtô vận tải dưới 4 tấn và xe con ngoài làm bằng gang cầu ra thường làm bằng thép mác C45 với lượng cacbon khống chế không cho phép vượt quá 0,45%. Để hình thành thớ tốt nhất người ta phải tạo phôi bằng cách biến dạng (rèn, dập) nóng. Sau khi biến dạng nóng chi tiết được đem thường hóa rồi gia công cắt gọt đến hình dạng và kích thước cuối cùng. Do trục khuỷu là chi tiết rất dễ biến dạng, chi tiết phải đặt trong giá đỡ khi nung nóng và làm nguội để thường hóa.

Để bảo đảm trục khuỷu làm việc được lâu dài, người ta phải tiến hành tôi bề mặt các cổ: cổ thanh truyền (cổ biên), cổ chính và cổ mặt bích. Yêu cầu lớp tôi sâu 2,5 - 4,5mm (lớp tôi này cho phép mài, sửa khi đại tu vẫn còn tính chống mài mòn tốt) với độ cứng phải đạt trên 52 đơn vị HRC, thường đạt HRC 56 - 58. Phù hợp với chiều sâu lớp tôi như vậy phải dùng nguồn điện trung tần với tần số trong khoảng 2500 - 8000Hz (ví dụ phát ra từ loại động cơ điện ΠB 50/2500 của Nga). Hình 5.8 trình bày các cách phân bố lớp tôi trên cổ trục.

Cách phân bố lớp tôi đều trên khắp bề mặt cổ (hình 5.8a) tuy nâng cao được tính chống mài mòn nhưng lại làm giảm mạnh độ bền mỏi của trục, vì lớp tôi tiếp giáp với góc lượn (là nơi chịu tải trọng lớn nhất) làm góc lượn này chịu ứng suất kéo dư gây nguy hiểm cho phá hủy mỏi (lớp tôi bề mặt chịu ứng suất nén nhưng vùng tiết giáp với nó lại chịu ứng suất kéo nên ở đây vùng ứng suất kéo rơi vào vùng góc lượn là vùng chịu ứng suất kéo lớn nhất). Cách phân bố có lợi và dễ thực hiện là để lớp tôi cách xa góc lượn khoảng 1 - 2mm (hình 5.8b), như vậy vừa không làm xấu độ bền mỏi vừa nâng cao được tính chống mài mòn. Song cách phân bố lớp tôi tốt nhất là cách như trình bày ở hình 5.8c; ở đó người ta tôi toàn bộ góc lượn và vùng kế cận, chỉ để chừa một dải ở giữa cổ có lỗ dầu bôi trơn, Cách phân bố lớp tôi như vậy nâng cao mạnh nhất cả độ bền mỏi lẫn tính chống mài mòn, nhưng quá trình công nghệ và thiết kế, chế tạo vòng cảm ứng lại rất phức tạp.



Hinh 5.8. Các cách phân bố lớp tôi ở cổ trục khuỷu

Trong sản xuất hàng loạt, các cổ trục khuỷu được tôi trên các máy tôi chuyên dùng, trong đó cổ trục khuỷu được quay đều trong vòng cảm ứng (để bảo đảm nung đều) và quá trình nung nóng cũng như phun nước làm nguội được tiến hành lần lượt cho từng cổ với chế độ thời gian định sẵn, điều khiển một cách tự động.


Hình 5.9. Sự phân bố dòng điện cảm ứng ở cạnh lỗ dầu và ảnh hưởng của nó đến độ cứng: a. khi không có nút, b.khi có nút thép, c. khi có nút đồng (phần gạch chéo là phần được tôi cứng).

Khi tôi cảm ứng bề cổ trục phải chú ý đến ảnh hưởng của lỗ dầu thoát ra ở giữa mặt cổ. Sự phân bố dòng điện cảm ứng ở mép lỗ không đều (hình 5.9a), ở vùng mép lỗ dầu theo phương vuông góc với dòng điện có sự tập trung dòng điện lớn, gây ra quá nhiệt và nứt, còn ở vùng mép còn lại (theo phương dòng điện) mật độ dòng điện nhỏ, gây ra thiếu nhiệt và độ cứng thấp. Có thể khắc phục hiện tượng đó bằng cách dùng các nút. Khi dùng nút thép với cùng số hiệu (mác) thép làm trục khuỷu, dòng điện sẽ phân bố đều quanh lỗ (hình 5.9b) nên cho kết quả tốt nhất nhưng khó rút nút ra. Nếu dùng nút đồng sẽ làm tập trung dòng điện, gây ra phân bố không đều (hình 5.9c) song do tốc độ nung nóng cảm ứng của đồng chậm, đồng thời dẫn nhiệt tốt nên vẫn tránh được nứt. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong sản xuất. Ngoài ra cũng có thể dùng nút gỗ hay amian ẩm. Do hút ẩm nên mép lỗ không bị quá nhiệt và nứt.

Trong sản xuất hàng loạt, khi tôi bề mặt trục khuỷu ở các máy tôi, người ta thường tiến hành phun nước làm nguội trong thời gian hạn chế quy định để xảy ra quá trình tự ram.

Trục láp ôtô

Trục láp đặt ở cầu sau ôtô, có nhiệm vụ làm quay bánh ôtô, làm ôtô chuyển động. Trục láp ôtô tải khá dài (trên dưới 1m), tiết diện lớn (đường kính trên dưới 50mm), chịu tải trọng nặng, chịu mômen xoắn lớn, do vậy thường được làm bằng thép hợp kim hóa tốt.

Theo các điều kiện kỹ thuật, trục láp các xe tải ГАЗ-51 và ГАЗ-53 cần phải chịu mômen xoắn tới 660kGm mà không có biến dạng dư, song trong thực tế để bảo đảm an toàn phải chọn loại thép và dạng nhiệt luyện sao cho có thể chịu mômen xoắn với giá trị cao hơn nhiều (trên 1200kGm).
Để bảo đảm độ bền cao, đối với chi tiết quan trọng này trước đây người ta thường dùng thép hợp kim hóa tốt có khả năng tôi thấu với tiết diện 40 - 50mm sẽ bảo đảm được cơ tính cao và đồng đều khi hóa tốt. Ví dụ, trục láp ôtô tải ГАЗ thường được làm bằng mác 35XΓC, xe МАЗ - 38XΓC hoặc 40XHMA, xe ЗИЛ - 40XΓTP. Các thép này thường được nhiệt luyện theo quy trình sau: rèn, thường hóa hoặc ủ, gia công thô, nhiệt luyện hóa tốt - tôi + ram cao đạt độ cứng HRC 45 - 40 (riêng mặt bích giảm độ cứng xuống thấp hơn, khoảng HRC 25 - 30 bằng cách nung cảm ứng), gia công cơ khí kết thúc (tiện thân trục và mặt bích, cắt then hoa, khoan lỗ trên mặt bích...). Quá trình chế tạo trục láp bằng thép hợp kim hóa tốt như vậy tương đối phức tạp, hơn nữa các thép này lại khá đắt và có một số khuyết tật khó tránh khỏi. Sau đó người ta đã dùng các thép rẻ hơn được tôi bề mặt trục bằng cảm ứng, rất thích hợp cho truyền mômen xoắn, tạo điều kiện thuận lợi để các khâu gia công chi tiết được đặt trên một dây chuyền sản xuất.

Các ôtô ГАЗ đã dùng thép 40 (với giới hạn cacbon 0,38 - 0,43%) và các ôtô ЗИЛ đang dùng thép có độ thấm tôi hạn định mác 45PΠ đem tôi cảm ứng. Sau khi thường hóa các thép này có độ cứng trong khoảng HB 169 - 217, thích hợp với gia công cắt, sau khi gia công cắt chi tiết được đưa sang tôi cảm ứng cho bề mặt trục ở trên dây chuyền sản xuất.

Như đã biết, lớp tôi cứng bề mặt ngoài tính chống mài mòn cao ra còn có khả năng nâng cao rõ rệt độ bền mỏi và chịu mômen xoắn. Theo tính toán lớp tôi cứng ở bề mặt có chiều dày δ = 0,20 - 0,25d (d - đường kính thân trục láp) để bảo đảm diện tích của vùng tôi lớn gấp ba lần vùng không tôi. Để bảo đảm lớp tôi sâu 8 - 10mm phải dùng máy phát có tần số 2500 - 8000Hz và vòng cảm ứng có công suất riêng bé để nung với tốc độ chậm hơn bình thường, theo tính toán để tôi cảm ứng toàn bộ bề mặt thân và góc lượn tiếp giáp với mặt bích trục láp ôtô ЗИЛ - 130, người ta đã dùng ba động cơ phát với tổng công suất 333kW, tần số 2650Hz nung đồng thời toàn bộ bề mặt cần tôi trong khoảng 78s (riêng mặt bích cần 31s) sau đó phun nước làm nguội trong 32s để bảo đảm chi tiết được tự ram ngay sau đó.
Công nghệ cải tiến này đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật lớn: thay thép hợp kim bằng thép cacbon rẻ hơn, đơn giản quy trình nhiệt luyện, tạo nên được dây chuyền sản xuất không gián đoạn; trục láp vẫn bảo đảm khả năng truyền mômen xoắn như làm bằng thép hợp kim nhưng có giới hạn mỏi cao hơn.

Trục máy cắt

Trong các máy cắt gọt có nhiều loại trục khác nhau có nhiệm vụ truyền chuyển động quay và tịnh tiến đến các bộ phận của máy. ở các máy cắt gọt nhỏ và trung bình (nặng 1 - 2 tấn) các trục máy không lớn, chịu tải trọng không lớn và ít bị va đập. Vật liệu làm trục máy thường là thép cacbon mác C40, C45 hoặc thép crôm 40X.

Sau khi rèn phôi, thép được mang đi ủ rồi gia công thô, sau đó đem nhiệt luyện hóa tốt (tôi + ram cao) để đạt được cơ tính tổng hợp cao. Cuối cùng sau khi gia công tinh chi tiết được tôi cảm ứng bề mặt ở những phần cần chống mài mòn như các phần làm việc với bạc, then hoặc mặt ren (ở trục vít). Do lớp tôi mỏng, chỉ cần dày 1 - 2mm nên dùng loại máy phát dòng có tần số cao trong khoảng 70 - 250kHz. Sau khi tôi cảm ứng, chi tiết được ram thấp.
 

Comments