Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt
Tổng cục công nghiệp quốc phòng Trung Tâm Công Nghệ Xóm 6 Đông Ngạc - Từ Liêm - Hà Nội Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt, chịu áp lực cao trong sản xuất vũ khí ThS. Trần Việt Thắng 6295 06/2/2007 Hà Nội 5-2005 128lời cảm ơn Tập thể tác giả thực hiện Đề tài KC.05.18 xin trân trọng bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với các cơ quan, đơn vị và cá nhân, cùng tất cả các cộng tác viên, đặc biệt là: - Bộ Khoa học và Công nghệ . - Ban chủ nhiệm chơng trình KC.05, Văn phòng chơng trình KC.05. - Cục Khoa học Công nghệ Môi trờng Bộ Quốc Phòng - Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng - Trung tâm Công nghệ và các phòng nghiên cứu, cơ quan thuộc Trung tâm Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng. - Viện Vũ Khí, các nhà máy Z153, Z131, Z117 và các đơn vị tham gia trong chế tạo thiết bị, chế thử công nghệ, khảo nghiệm sản phẩm. - Các thành viên Hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở và Nhà nớc. Đã cùng tham gia cũng nh tạo điều kiện, hỗ trợ thực hiện để hoàn thành các nội dung nghiên cứu khoa học của Đề tài. Chủ nhiệm Đề tài KC.05.18 ThS. Trần Việt Thắng 1Mục lục Lời mở đầu 3 I - Tổng quan 4 1.1. Tổng quan về công nghệ, sản phẩm và thiết bị miết. 4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nớc 5 1.1.2. Phân loại công nghệ và sản phẩm 7 1.1.3. Đặc điểm công nghệ miết yêu cầu về vật liệu 11 1.1.4. Thiết bị miết 15 1.2. Lựa chọn phơng pháp, đối tợng nghiên cứu 19 II - Cơ sở lý thuyết 21 2.1. Động học quá trình miết 21 2.1.1. Mô hình bài toán khi miết 21 2.1.2. Các chuyển động khi miết 22 2.2. Lựa chọn tốc độ miết 23 2.3. Lực, công suất khi miết 24 2.3.1. Lực tác dụng lên con lăn và phôi 24 2.3.2. Công khi miết 25 2.3.3. Công suất khi miết 25 2.4. Miết biến mỏng chi tiết hình trụ 26 III Nội dung, kết quả nghiên cứu 29 3.1. Nghiên cứu khả năng biến dạng bằng miết ép 29 3.1.1.Tìm hiểu đặc tính biến dạng của một số vật liệu làm vỏ tên lửa 29 3.1.2. Nghiên cứu khả năng tạo hình các kết cấu rỗng 31 3.1.3. Thực nghiệm miết ống trụ 32 3.1.4. Thí nghiệm miết ống có côn 42 3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến quá trình miết biến mỏng 45 3.2.1. ảnh hởng của đặc tính vật liệu 45 3.2.2. ảnh hởng của mức độ biến dạng 46 3.2.3. ảnh hởng của trạng thái tổ chức vật liệu khi miết 48 3.2.4. ảnh hởng của các thông số công nghệ miết 49 3.2.5. ảnh hởng của các thông số dụng cụ miết 49 3.3. Nghiên cứu tạo phôi, miết ép thân động cơ tên lửa 50 3.3.1. Yêu cầu chung về vật liệu tên lửa 50 3.3.2. Phân tích kết cấu, vật liệu, công nghệ và lựa chọn mẫu động cơ, phơng án công nghệ 53 3.3.3. Nghiên cứu chế thử vỏ động cơ tên lửa bằng phơng pháp miết 56 23.3.4. Trang bị công nghệ miết ép 70 3.3.5. Kiểm tra đánh giá sản phẩm 71 IV - Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy miết 75 4.1. Nhiệm vụ thiết kế 75 4.2. Tiến trình thiết kế 75 4.2.1. Phần điện 75 4.2.2. Phần cơ khí 76 4.3. Đề xuất phơng án cấu trúc phần cứng 76 4.4. Lựa chọn phơng án 78 4.4.1. Khảo sát máy mẫu cần thiết kế 78 4.4.2. Lập phơng án thiết kế 78 4.4.3. Tính toán động học, chọn kết cấu máy 80 4.4.4. Phần mềm điều khiển 81 4.4.5. Ghép nối các khối điều khiển 83 4.4.6. Cài đặt các phần mềm 83 4.5. Tính toán thiết kế máy miết 84 4.5.1. Tính toán sơ bộ tỷ số truyền của trục chính máy miết 84 4.5.2. Tính toán sơ bộ lực miết 85 4.5.3. Tính toán trục vít đai ốc bi 87 4.5.4. Tính chuyển động nội suy 102 4.5.5. Tính lực kẹp phôi, thiết kế cụm thủy lực 104 4.5.6. Nghiệm bền sơ bộ cụm trục chính 105 4.5.7. Tính toán thiết kế bộ con lăn miết 109 4.6. Kết quả thiết kế 111 4.7. Chế tạo, lắp ráp, hiệu chỉnh máy miết 113 4.7.1. Các nội dung thực hiện 113 4.7.2. Các công việc đảm bảo thực hiện 121 4.8. Đánh giá nghiệm thu sản phẩm trên máy miết CNC 122 4.8.1. Căn cứ đánh giá và yêu cầu kỹ thuật chung. 122 4.8.2. Kiểm tra độ chính xác máy. 123 Kết luận 126 Lời cảm ơn 128 Tài liệu tham khảo 129 3Lời mở đầu Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp chế tạo máy, hàng không, vũ trụ, ôtô, vũ khí, khí tài quân sự đặt ra những yêu cầu đối với công nghệ vật liệu, công nghệ cơ khí, công nghệ hoá học ngày càng cao về chất lợng, tính năng của các chi tiết, sản phẩm. Việc đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật nói trên dẫn tới cần có sự kết hợp giữa thiết kế kết cấu tối u với nâng cao độ bền kết cấu và tính năng làm việc của sản phẩm. Song song với nghiên cứu các vật liệu mới, các kết cấu đặc biệt, việc nghiên cứu những phơng pháp gia công nhằm khai thác triệt để tính dẻo, các cơ chế hoá bền để cải tạo tổ chức vật liệu đợc đặc biệt quan tâm. Trong phạm vi của đề tài, chỉ nghiên cứu ứng dụng công nghệ miết ép biến mỏng, chế tạo các chi tiết làm việc ở điều kiện tải trọng, áp suất, nhiệt độ cao trong chế tạo vũ khí. Đề tài vừa nghiên cứu các nội dung lý thuyết, thực nghiệm để xây dựng công nghệ miết vỏ động cơ tên lửa, vừa có nhiệm vụ thiết kế, chế tạo thiết bị, trang bị công nghệ miết chuyên dụng, chế mẫu vỏ động cơ tên lửa. Từ những nghiên cứu về đặc tính biến dạng, gia công cơ - nhiệt luyện của vật liệu, đề tài nghiên cứu xây dựng công nghệ gia công biến dạng miết ép để chế tạo vỏ động cơ tên lửa. Những tính năng kỹ thuật của máy miết điều khiển CNC đợc thiết kế trên cơ sở lựa chọn phơng án cấu trúc phần cứng với cấu hình điều khiển, chọn card điều khiển CNC. Kết cấu động của máy đợc thiết kế sử dụng tối đa các kết cấu tiêu chuẩn, sử dụng chức năng điều khiển điện tử thay cho truyền động cơ khí. 4Chơng 1 Tổng quan 1.1. Tổng quan về công nghệ, sản phẩm và thiết bị miết Miết là một phơng pháp gia công kim loại bằng áp lực để tạo hình chi tiết rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng dới tác dụng của lực công tác làm biến dạng dẻo cục bộ theo quỹ đạo xác định trên phôi quay. Công nghệ miết ép tạo hình đợc biết đến từ nhiều thế kỷ trớc. Ban đầu, những ngời thợ thủ công sử dụng các thiết bị thô sơ để miết tạo hình các tấm kim loại mỏng để tạo ra các đồ mỹ nghệ, vật dụng dạng tròn xoay nh: nồi, bình hoa. Ngời ta sớm thấy rằng các sản phẩm tròn xoay rỗng bằng vàng, bạc, đồng . đợc làm bằng cách này rất dễ dàng thực hiện, ngời thợ kim hoàn đã truyền cả sự ngẫu hứng xúc cảm nghệ thuật vào việc tạo hình mà không cần qua nhiều khuôn mẫu. Công nghệ miết ép đợc áp dụng nhiều vào đồ dân dụng, công nghiệp, đặc biệt là những năm đầu thế kỷ 19. Vật liệu sử dụng chế tạo sản phẩm lúc này đã xuất hiện cả hợp kim nhôm, thép, các hợp kim có độ bền cao . Ngày nay, công nghệ miết ép đã đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau: hoá dầu, chế tạo máy, hàng dân dụng . Sản phẩm đợc chế tạo bằng công nghệ này rất đa dạng, từ các chi tiết rỗng nhỏ vài mm đến các đáy bình áp suất đờng kính tới 3ữ4m. Các chi tiết có hình dạng từ tròn xoay tới hình dạng rất phức tạp, trong công nghiệp hoá chất, hoá dầu, hàng không, vũ trụ . cũng đã đợc thực hiện bằng công nghệ miết ép. Sản phẩm miết rất đa dạng và phong phú về chủng loại, hình dáng và kích cỡ, cũng nh vật liệu của sản phẩm. Các ngành công nghiệp ứng dụng công nghệ miết là: công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp sản xuất ô tô, công nghiệp quốc phòng, v.v . Do đặc điểm của công nghệ miết là biến dạng cục bộ từng phần của sản phẩm nên công suất đòi hỏi của thiết bị miết nhỏ hơn rất nhiều so với công suất của các thiết bị khác dùng để chế tạo (bằng phơng pháp biến dạng) cùng một loại sản phẩm đó. Miết cũng đợc áp dụng trong sản xuất loạt nhỏ vì khi chế tạo khuôn dập vuốt mất nhiều thời gian và hiệu quả kinh tế không cao. Máy miết vạn năng có thể thực hiện các nguyên công sau: 5- Miết chi tiết rỗng dạng tròn xoay (biến mỏng và không biến mỏng). - Là phẳng bề mặt chi tiết. - Miết cổ hẹp của các phôi trụ rỗng. - Cắt và cuốn mép. ống thành mỏng độ bền cao chịu áp lực lớn đợc dùng nhiều trong công nghiệp hàng không, quân sự, chế tạo thiết bị thuỷ lực . Để ống chịu đợc áp lực cao, vật liệu cần đợc chế tạo để có tổ chức phù hợp có độ bền kết cấu lớn, thớ kim loại hình thành theo chiều xoắn hớng tiếp tuyến của ống. Các ống chế tạo bằng phơng pháp miết ép thoả mãn các yêu cầu trên với giá thành không quá đắt. Do ống có kết cấu với độ bền cao, nhẹ, nên đã đợc dùng nhiều trong chế tạo các chi tiết quan trọng của tên lửa, máy bay, vũ khí. Công nghệ này thay thế cho việc dùng các vật liệu hợp kim đặc biệt với những công nghệ phức tạp. 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nớc * Trên thế giới: Hiện nay, các nớc công nghiệp phát triển trên thế giới (Nga, Đức, Anh, Pháp, Mỹ) đã đạt đợc rất nhiều thành tựu trong việc áp dụng công nghệ miết để chế tạo những chi tiết tròn xoay, nhẹ, chịu tải cao, điều kiện làm việc khốc liệt với hệ số an toàn cao. Các máy miết hiện đại đợc điều khiển theo chơng trình số có công suất lớn đợc dùng để chế tạo các chi tiết có độ bền cao, chiều dày lớn: đáy nồi hơi, bình chứa khí hóa lỏng, bình áp lực, chỏm cầu, v.v . Trên các máy có công suất trung bình điều khiển số, ngời ta đã chế tạo các chi tiết rỗng tròn xoay thành mỏng, hình dạng phức tạp. Các máy miết chuyên dụng đợc thiết kế để chế tạo một số chủng loại sản phẩm xác định thì có kiểu dáng và kích thớc phù hợp với chủng loại sản phẩm đó: kiểu đứng, kiểu ngang. Một số loại máy miết: a) Máy miết nằm ngang: - Máy PS 60SS: công suất 65 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới 1600, chiều dày vật liệu 12mm. 6- Máy PS-90: công suất 90 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới 1600, chiều dày vật liệu 15mm. - Máy PS-110SS: công suất 110 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới 2100, chiều dày vật liệu 18mm. b) Máy miết đứng: - Máy VDM 4000E: công suất 160 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới 4m, chiều dày vật liệu 30mm. - Máy VDM 6000E: công suất 250 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới 6m, chiều dày vật liệu 30mm. * Trong nớc: Hiện các cơ sở cơ khí trong nớc cha sản xuất máy miết, các thiết bị miết sử dụng hiện nay cho miết không biến mỏng đợc nhập chủ yếu từ nớc ngoài. + Các cơ sở áp dụng công nghệ miết chế tạo các mặt hàng dân dụng: - Công ty Sắt tráng men Hải phòng. - Công ty Kim khí Thăng long. - Các công ty sản xuất đồ hộp, bao bì. - Các công ty sản xuất phụ tùng ô tô, xe máy. + Các cơ sở áp dụng công nghệ miết không biến mỏng chế tạo các mặt hàng công nghiệp: - Công ty Thiết bị áp lực: các máy miết đáy nồi hơi. - Công ty Lilama: máy vê chỏm cầu PPM-600Tx6 đờng kính tới 5m, vật liệu dày 35mm. Nói chung, việc áp dụng công nghệ miết ở nớc ta còn rất hạn chế. Đó là do các nguyên nhân: - Các tính năng của công nghệ miết còn ít đợc biết đến. - Cha có khả năng đầu t thiết bị, nhất là các thiết bị miết chuyên dùng hiện đại. Với những u điểm nổi trội của phơng pháp miết trong chế tạo các chi tiết tròn xoay từ phôi tấm và phôi ống thì việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ và thiết bị miết ép trong giai đoạn hiện nay là rất cần thiết. Đất nớc 7Hình 1.2: Tạo hình bằng phơng pháp miết từ phôi phẳng và phôi không gian đang trên đà công nghiệp hóa và hiện đại hóa nên rất cần có chính sách hợp lý đầu t cho lĩnh vực miết ép để trở thành một yếu tố thúc đẩy ngành cơ khí nội địa phát triển. Hình 1.1: Các dạng sản phẩm miết 1.1.2. Phân loại công nghệ và sản phẩm Các phơng pháp miết đợc phân loại nh sau: a) Theo đặc điểm phôi: - Miết phôi phẳng. - Miết phôi ống. - Miết phôi dạng thể tích (ít phổ biến). 8b) Theo hình dạng sản phẩm: - Tròn xoay: Sản phẩm dạng cầu. Sản phẩm dạng côn. Sản phẩm dạng trụ. - Không tròn xoay (xoáy ốc). c) Theo cặp dụng cụ gây biến dạng: - Dỡng trong - con lăn miết. - Dỡng ngoài - con lăn miết. - Không có dỡng - con lăn miết. Hình 1.3: Một số dạng sản phẩm miết chủ yếu và các bớc công nghệ [...]... hoặc nghiên cứu chế tạo máy miết Căn cứ vào mục tiêu, nội dung của đề tài và những phân tích định hớng trên, trong phạm vi của đề tài sẽ tập trung vào các nội dung: - Nghiên cứu các vấn đề: biến dạng miết, gia công nhiệt, gia công cơnhiệt luyện, nghiên cứu đặc tính công nghệ và tính năng vật liệu miết phục vụ cho công nghệ miết các chi tiết rỗng tròn, xoay có độ - bền cao - Trên cơ sở nghiên cứu xác... phôi trung gian giữa các nguyên công Ngoài ra phải chọn các chế độ công nghệ gia công hợp lý Nh vậy chất lợng của vật liệu phôi càng cao thì càng cần nhiều các nguyên công miết, có thể không cần ủ phôi trung gian giữa các nguyên công để chất lợng của chi tiết gia công đợc đảm bảo theo yêu cầu Việc lựa chọn vật liệu cho phôi đáp ứng đợc yêu cầu của chi tiết gia công và công nghệ miết là hết sức quan... sự hoá già của thép nhờ gia công thép trên máy cán nhiều trục Cán thép phải đợc thực hiện ngay trớc khi miết vì sự hoá già xuất hiện chỉ qua 1-2 ngày sau khi cán Khi miết các thép sôi có thể tạo trên bề mặt các dải chảy làm ảnh hởng đến chất lợng bề mặt chi tiết gia công Các chỉ số tốt nhất nhận đợc khi miết thép có cấu trúc đợc đặc trng bởi độ đẳng hớng, độ lớn và độ đồng đều của hạt Các giá trị độ... trong thép làm giảm độ đàn hồi của nó vì thế ở các nguyên công tạo hình việc nhận đợc các chi tiết có kích thớc chính xác đợc đảm bảo Đối với thép tấm mà có một trong những đặc điểm sau thì không dùng để miết sâu đợc: 13 - Độ dày không đồng đều, có sự dao động lớn vì khi đó sẽ tạo thành các nếp gấp và các chỗ bị dát mỏng quá cũng hình thành và có thể gây ra đứt tại chỗ có chi u dày nhỏ - Chế độ ủ thép tấm... tranh, thay thế các dạng công nghệ khác Một yếu tố rất quan trọng quyết định để triển khai công nghệ miết là thiết bị, trang bị công nghệ miết Thậm chí các hãng nổ tiếng đã độc quyền trong việc sản xuất các máy miết chuyên dụng để gia công các sản phẩm cao cấp Trên thực tế, trong ngành Công nghiệp Quốc phòng cha đợc đầu t trang bị các thiết bị miết biến mỏng Vì vậy việc hình thành công nghệ miết biến mỏng... Máy miết có thể đợc phân loại theo công nghệ: - Máy miết nóng - Máy miết nguội - Máy miết thuận, ngợc - Máy miết không biến mỏng thành, có biến mỏng thành 15 Hình 1.8: Máy miết nóng của hãng Leico-USA Hình 1.9: Miết không biến mỏng thành Phân loại theo kết cấu: - Máy miết đơn giản - Máy miết chép hình - Máy miết CNC Hình 1.10: Máy miết CNC có 3 con lăn của hãng Leico-USA 16 Với nội dung nghiên cứu của... tổ chức vật liệu Đặc biệt với những hợp kim có hiệu quả hoá bền cao, những hợp kim có khả năng gia công cơ-nhiệt luyện tốt, ứng dụng miết ép biến mỏng sẽ giải quyết hiệu quả bài toán độ bền kết cấu - Một số nhóm sản phẩm trong hàng không, vũ trụ, vũ khí, khí tài quân sự cần đến những kết cấu đặc biệt, sử dụng vật liệu có độ bền rất cao Đây cũng là nhóm sản phẩm mà công nghệ miết ép có khả năng cạnh... nghệ Với các vật liệu đặc chủng quân sự, cần đợc đảm bảo theo điều kiện kỹ thuật riêng 1.1.4 Thiết bị miết Miết là một quá trình biến dạng nguội của sản phẩm mà phôi quay trên một dỡng lõi, con lăn miết chuyến động tịnh tiến ép phôi trên dỡng để tạo hình sản phẩm Miết chi tiết dạng trụ có hai phơng pháp: Miết thuận, miết ngợc nh hình 1.11 a) Miết ngợc b) Miết thuận Hình 1.7: Các phơng án miết Máy miết. .. động học có thể có nhiều phơng án kết cấu khác nhau 1.2 Lựa chọn phơng pháp, đối tợng nghiên cứu Từ những vấn đề công nghệ, sản phẩm, thiết kế đã nêu ở phần trên ta thấy những u điểm chủ yếu của miết ép là: - Tạo hình chi tiết rỗng, mỏng thành, tròn xoay với đầu t trang bị công nghệ không quá phức tạp, năng suất cao 19 - Quá trình gia công biến dạng tạo hình đồng thời với việc gia công cải tạo tổ chức... nên chi tiết đợc miết qua một số nguyên công cần phải đợc ủ trung gian b) Một số thông số công nghệ miết: Tốc độ miết phù hợp với loại vật liệu, sản phẩm: Vật liệu Tốc độ (vòng/phút) Thép mềm 400 ữ 600 Nhôm 800 ữ 1200 Đuyra 500 ữ 900 Đồng 600 ữ 800 Đồng thau 800 ữ 1100 Khi miết mỏng, trị số mức độ biến dạng cho phép đối với thép cacbon thấp và thép không gỉ phải nhỏ hơn 75%, khi chế tạo các chi tiết . khoa học và kỹ thuật Đề tài Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt, chịu áp lực cao trong sản xuất vũ khí ThS.. kết cấu tối u với nâng cao độ bền kết cấu và tính năng làm việc của sản phẩm. Song song với nghiên cứu các vật liệu mới, các kết cấu đặc biệt, việc nghiên
