Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành ô tô chiếm giữ vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và trong lĩnh
vực quốc phòng. Việc chế tạo các chi tiết ô tô phải trải qua nhiều quy trình công nghệ
khác nhau đòi hỏi tính khoa học công nghệ rất cao.Trong đó, hầu hết 80-90% các chi
tiết ô tô đều phải trải qua quá trình nhiệt luyện.
Tuy nhiên quá trình lựa chọn phương pháp nhiệt luyện cũng như lựa chọn vật liệu
chế tạo, phương pháp gia công cơ khí cho mỗi loại chi tiết lại rất khác nhau. Đặc biệt,
đối với những loại phương tiện khác nhau thì điều kiện làm việc của chi tiết cũng khác
nhau. Do đó yêu cầu kỹ thuật khi chế tạo cũng khác nhau.
Với đề tài “TRỤC KHUỶU Ô TÔ TẢI NHẸ (ô tô vận tải dưới 4 tấn và xe
con)”, em đã tìm hiểu được những phần sau:
-

Tìm hiểu và phân tích cấu tạo chi tiết.

-

Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết và tìm ra những nguyên

nhângây hao mòn, hư hỏng chi tiết.
-

Tìm hiểu yêu cầ kỹ thuật đối với chi tiết đóđể tìm vật liệu phù hợp.

-

Vẫn dụng kiến thức đã học lựa chọn phương pháp gia công cơ khí và

thiết kế quá trình nhiệt luyện chi tiết cơ khí đó thích hợp.

Trang i


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
1.GIỚI THIỆU VỀ TRỤC KHUỶU
1.1 Cấu tạo
1.1.1 Cấu tạo chung
1.1.2 Cấu tạo các bộ phận của chi tiết
1.2 Vị trí, nhiệm vụ của trục khuỷu
2.PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ NGUY CƠ HƯ HỎNG
2.1 Điều kiện làm việc chung
2.2 Điều kiện làm việc của một số bộ phận đặc biệt cảu trục khuỷu
2.3 Các dạng hao mòn, hư hỏng
2.3.1 Hao mòn trục khuỷu có qui luật
2.3.2 Hao mòn trục khuỷu không có qui luật
2.3.3 Hỏng do mỏi
3. CÁC VẬT LIỆU ĐƯỢC CHỌN
3.1 Yêu cầu kỹ thuật
3.2 Lựa chọn vật liệu
4. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN
4.1 Quy trình gia công chế tạo trục khuỷu
4.2 Lựa chọn phương pháp gia công cơ khí
4.3 Lựa chọn phương pháp nhiệt luyện
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO


Trang ii


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Cấu tạo trục khuỷu
Hình 2: Đầu trục khuỷu và vị trí đầu trục khuỷu
Hình 3: Kết cấu đầu trục khuỷu động cơ ô tô
Hình 4: Má khuỷu ô van
Hình 5: Đối trọng liền với má khuỷu dùng cho động cơ ô tô
Hình 6: Vị trí của trục khuỷu trong động cơ đốt trong
Hình 7: Hoạt động của trục khuỷu
Hình 8: Một số lực và momen xuất hiện trên trục khuỷu
Hình 9: Các vị trí đầu ra dầu bôi trơn
Hình 10: Bán kính chuyển tiếp r
Hình 11: Các lực tác dụng trên đối trọng
Hình 12: Kết cấu đuôi trục khuỷu ô tô
Hình 13: Các dạng hao mòn của trục khuỷu
Hình 14: Hao mòn trục khuỷu do cấu tạo
Hình 15: Giản đồ trang thái Fe-C
Hình 16: Các cách phân bố lớp tôi ở cổ trục khuỷu
Hình 17: Ảnh hưởng của dòng điện cảm ứng đến độ cững lỗ dầu

Trang iii


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
1. GIỚI THIỆU VỀ TRỤC KHUỶU
1.1 Cấu tạo

1.1.1 Cấu tạo chung
Trục khuỷulà một chi tiết rất quan trọng thuộc cơ cấu “Trục khuỷu – Thanh Truyền”
của động cơ đốt trong. Trục khuỷu là chi tiết dạng trục, loại trục lệch tâm . Trên trục
khuỷu ngoài các cổ chính trùng với tâm quay của trục còn có các trục bậc lệch tâm để
lắp với tay biên, còn gọi là cổ biên.
Trục khuỷu của động cơ ô tô tải nhẹ là trục khuỷu động cơ xăng 4 thì 4 xi lanh.Đây là
trục khuỷu thuộc loại trục khuỷu nguyên dùng trong động cơ cỡ nhỏ và trung bình như
động cơ ô tô, máy kéo. Trục khuỷu nguyên là trục chỉ gồm một chi tiết, là loại trục
khuỷu mà các bộ phận: Cổ biên, cổ khuỷu,...gắn liền thành một khối.

Hình 1: Cấu tạo trục khuỷu
Chú thích:
1,2: Cổ trục chính,cổ trục khuỷu
3 ,6 : Đối trọng
4: Đuôi trục khuỷu
5 : Chốt khuỷu, chốt lắp thanh truyền
7 : Má khuỷu
8 : Từ cổ trục khuu dầu đi qua bôi trơn chốt khuỷu
9 : Lỗ dầu chốt khuỷu
Trang 1


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
1.1.2 Cấu tạo các bộ phận của chi tiết
a) Đầu trục khuỷu
Đầu trục lắp vếu để quay trục khi cần thiết hoặc khởi động bằng tay quay (maniven).
Trên đầu trục khuỷu thường có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước. Ngoài ra
còn bộ truyền bánh răng dùng để dẫn động lực và có thể có kết cấu hạn chế di chuyển
dọc trục.


Hình 2: Đầu trục khuỷu và vị trí đầu trục khuỷu

Hình 3: Kết cấu đầu trục khuỷu động cơ ô tô
b) Cổ khuỷu
Cổ khuỷu là trục quay của trục khuỷu.Cổ khuỷu thường rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi
trơn các cổ và chốt khác của trục khuỷu.Đối với động cơ cỡ lớn, cổ khuỷu có đường
kính cổ trục lớn từ đầu tới đuôi.
Đối với ô tô tải nhẹ, cổ trục có cùng một đường kính.
c) Chốt khuỷu
Động cơ của ô tô tải nhẹ là động cơ cao tôc, lực quán tính lớn nên đường kính chốt
khuỷu bằng đường kính cổ khuỷu.Cũng như cổ khuỷu, chốt khuỷu cũng được cấu tạo
rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn.
Trang 2


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
d) Má khuỷu
Má khuỷu là chi tiết đơn giản và dễ gia công nhất. Nó thường có dạng hình chữ nhật
và hình tròn.Đối với động cơ có cổ khuỷu lắp ổ bi thì mà khuỷu mà khuỷu tròn đồng
thời đóng vai trò cổ khuỷu.Để giảm trọng lượng má khuỷu người ta thường thiết kế
dạng hình chữ nhật vát góc.
Đối với ô tô tải nhẹ, dùng má khuỷu ô van có sức bền đều hơn.Trục khuỷu thường
thiết kế có độ trùng điệp.Độ trùng điệp càng cao thì độ cứng và sức bền của má khủy
cũng như của cả trục khuỷu càng cao.

Hình 4: Má khuỷu ô van
e) Đối trọng
Đối trọng là các khối lượng gắn trên trục khuỷu để tạo lực quán tính ly tâm, lắp ngược
với hướng của chốt khuỷu.Các đối trọng khi lắp càng xa tâm quay của trục khuỷu thì
lực quán tính ly tâm càng lớn.

Đối trọng có nhiều kết cấu khác nhau nhưng đối với ô tô tải nhẹ sử dụng đối trọng liền
(liền với má khuỷu).Đối trọng liền thường được gắn với má khuỷu bằng bulông nên có
rãnh mang cá.Đồng thời đối trọng còn có tác dụng làm giảm trọng lực tác dụng lên
một cổ khuỷu.

Hình 5: Đối trọng liền với má khuỷu dùng cho động cơ ô tô
Trang 3


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
f) Đuôi trục khuỷu
Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục
sơ cấp hộp số.Trên bề mặt ngõng trục có lắp phớt chắn dầu, tiếp đến là ren hồi dầu có
chiều xoắn ngược chiều quay của trục.Sát với cổ trục là đĩa chắn dầu.Ở một sô động
cơ, đuôi trục khuỷu cò là nơi lắp chắn di chuyển dọc trục.
1.2 Vị trí, nhiệm vụ của trục khuỷu
a)

Vị trí

Trục khuỷu là chi tiết rất quan trọng và chiếm tỷ trọng khá lớn, có thể đến 25-30% giá
thành của động cơ.

Hình 6: Vị trí của trục khuỷu trong động cơ đốt trong
b)

Nhiệm vụ

Trục khuỷu là một bộ phận rất quan trọng của động cơ đốt trong, giúp gắn kết các chi
tiết của động cơ lại thành một khối.Trục khuỷu nhận lực nhận lực tác dụng từ piston

tạo momen quay kéo các máy công tác và nhận năng lượng từ bánh đà, sau đó truyền
cho thanh tuyền và piston thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xylanh.
Như vậy trục khuỷu có nhiệm vụ:
-

Gắn kết các bộ phận của động cơ

-

Nhận lực từ thanh truyền tạo mômen quay để kéo máy công tác.

-

Dẫn động các cơ cấu và hệ thống của động cơ

Trang 4


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
2. PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ NGUY CƠ HƯ HỎNG
2.1 Điều kiện làm việc chung
Trục khuỷu là chi tiết dạng trục thường dùng trong động cơ đốt trong dùng để biến đổi
chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.Do đó điều
kiện làm việc của trục khuỷu khá phức tạp.

Hình 7: Hoạt động của trục khuỷu
Nhiêt độ: 150 - 250°C
Do nhiệt truyền từ buồng cháy qua piston thanh truyền hoặc do bản thân ma sát giữa
trục và bạc sinh ra.
Vân tốc trượt khá lớn: 5 - 10m/s.

Xét về mặt lực, trục khuỷu khi làm việc phải chịu các lực tác dụng sau:

Hình 8: Một số lực và momen xuất hiện trên trục khuỷu
Lực quán tính :Lực quán tính tạo momen xoắn. Momen xoắn hình thành do quá
trình biến đổi chuyển động tính tiến của piston chuyển đổi thành thành chuyển động
quay cảu trục, đồng thời momen quay bị đổi chiều để dẫn truyền động cho bánh xe.
Trang 5


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Lực quán tính ly tâm: Xuất hiện khi trục quay. Dưới tác dụng của lực ly tâm do
đối trọng tạo ra, các ổ trục của trục khuỷu nhiều xi lanh chịu phụ tải không đều. Đây là
lực không tốt khi trục khuỷu hoạt động.
Lực gây uốn:Lực xuất hiện do sự tổ hợp của các lực tác dụng, momen lực tác
dụng gây ảnh hưởng đến kết cấu cảu trục khuỷu.
Lực ma sát:Lực ma sát sẽ mài mòn chi tiếtgây hỏng.Trục khuỷu chịu ma sát lớn
và làm việc trong điều kiện bôi trơn ma sát ướt, nhưng có khi ma sát khô hoặc tới hạn
(lúc khởi động hoặc tắt máy, tăng giảm đột ngột vân tốc góc, khi khe hở trục bạc
lớn).Ma sát sinh ra do chuyển động quay, chuyển động trượt cảu trục khuỷu, hoặc do
lọc dầu không sạch,do các hạt mài.
Phụ tải: Gồm các lực T do khí thể gây ra, lực tác dụng do trọng lượng của các
chi tiết. Do tải trọng biến thiên, có tính chất va đập và phân bố không đều nên lực phân
bố cũng không đều, không có quy luật nhất định.
2.2 Điều kiện làm việc của một số bộ phận đặc biệt cảu trục khuỷu
a) Đầu trục khuỷu
Do phải nhận và truyền chuyển động khác nhau nên đầu trục khuỷu chịu nhiều lực tác
dụng khác nhau như chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, chuyển động trượt,…
nên nguy cơ bị mài mòn, bị biến dạng rất cao.
b) Cổ khuỷu
Là trục quay của trục khuỷu nên chịu tác dụng momen xoắn, lực ly tâm là chủ yếu.

c) Chốt khuỷu
Chốt khuỷu hoạt động chịu lực quán tính lớn. Do được làm rỗng để dẫn dầu bôi trơn
nên có nhiều cách lấy dầu ra.

Hình 9: Các vị trí đầu ra dầu bôi trơn
Trang 6


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Vị trí hình a) là vị trí thuận lợi vì áp suất tiếp xúc nhỏ nhưng khó gia công.
Vị trí hình b) dễ gia công hơn nhưng giảm sức bền đáng kể của trục khuỷu.
Vị trí hình c) dễ gia công và không ảnh hưởng lớn đến sức bên trục khuỷu.Thường
được lựa cho chọn động cơ ô tô.
Tuy nhiên cần thời gian để dầu đầy khoang và các rãnh dễ bị hạt mài làm tác nghẽn.
d) Má khuỷu
Thường phải chịu các ứng suất tập trung nên có các bán kính chuyển tiếp.Đòi hỏi độ
trùng điệp cao nếu không sẽ bị gãy.

Hình 10: Bán kính chuyển tiếp r
e) Đối trọng
Đối trọng khi hoạt động tạo ra các lực quán tính ly tâm đồng thời theo đó là các cặp
momen quán tính. Ít phải chịu tác dụng từ lực bên ngoài. Đối trọng được lắp vào trục
khuỷu bằng bulông nên thường có các ứng suất tiếp, các ma sát với bulông.

Hình 11: Các lực tác dụng trên đối trọng
Trang 7


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
f) Đuôi trục khuỷu

Tương tự đầu trục khuỷu, đuôi trục khuỷu cũng chịu nhiều lực khác nhau như lực trượt
dọc, lực ma sát, lực xoắn ngược chiều quay của trục khuỷu,momen quán tính, chịu bào
mòn và biến dạng lớn. Do cấu tạo phức tạp nên sự phân bố lực không đều.

Hình 12: Kết cấu đuôi trục khuỷu ô tô
2.3 Các dạng hao mòn, hư hỏng
2.3.1 Hao mòn trục khuỷu có qui luật
Hao mòn trục khuỷu có quy luật là do quy luật làm việc của trục khuỷu.

Hình 13: Các dạng hao mòn của trục khuỷu
Động cơ nhiều xi lanh cổ giữa thường mòn nhiều hơn.
Tiếp xúc trục bạc, nếu có hạt mài thì hạt mài đọng lại gây hao mòn ở giữa nhiều hơn.
Trang 8


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Động cơ xăng cao tốc: phần đầu to lực quán tính lớn và tác dụng nhiều lần, phần đuôi
mặc dù có trị số lớn hơn, nhưng chỉ một lần tác dụng. Do đó, chốt khuỷu mòn phía
dưới nhiều hơn và cổ trục chính mòn phía trên nhiều hơn.
Đuôi trục khuỷu chịu lực xoắn ngược chiều quay thường bị gãy, vỡ.
2.3.2 Hao mòn trục khuỷu không có qui luật
Hao mòn trục khuỷu không có quy luật do dạng kết cấu của trục khuỷu gây ra.

Hình 14: Hao mòn trục khuỷu do cấu tạo
Do thanh truyền chế tạo lệch tâm nên phân bố lực không đều (dạng hình thang). Do
đó, hao mòn không đều.
Khoan lỗ dầu không hợp lý: Do quán tính ly tâm mà các cặn dầu bám vào thành và
đem sang phía trái. Vì vậy, ở phía trái chốt khuỷu mòn nhiều hơn ở phía phải.
2.3.3 Hỏng do mỏi
Hỏng do mỏi là hiện tượng các vết nứt tế vi trên trục khuỷu phát triển lớn dần lên do

tác dụng của tải trọng biến thiên và đổi chiều.
Xuất hiện các vết nứt tế vi ở nơi tập trung ứng suất: góc lượn, cạnh sắc lỗ dầu...Dưới
tác dụng của tải trọng biến thiên và đổi chiều mà các vết nứt tế vi dần phát triển lớn
lên đến lúc làm gãy trục, vết gãy phẳng. Thường xảy ra đối với các trục khuỷu:
Có kết cấu không hợp lý: e = 0 (không có độ trùng điệp). Ví dụ: động cơ D6- 3D12
(gãy 40-50%).
Nguyên nhân là do:
- Có quá trình gia công sửa chữa không đúng: không có góc lượn hoặc góc lượn
không đúng, không làm cùn các cạnh sắc của lỗ dầu.
- Chế độ sử dụng không tốt làm thay đổi tải đột ngột.
- Lắp ráp không tốt làm các cổ trục không đồng tâm gây tải trọng phụ trong quá
trình sử dụng

Trang 9


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
3. CÁC VẬT LIỆU ĐƯỢC CHỌN
3.1 Yêu cầu kỹ thuật
Độ cứng cổ trục chính và cổ biên là 52 ÷ 62 HRC
Độ chính xác cấp 1;2.
Chiều sâu thấm C (độ thấm tôi): 3 – 4.5 mm. Đối với bề mặt các cổ: 2.5 – 4.5mm
Độ nhám bề mặt Ra = 0,63 ÷ 0,16
Độ chính xác về kích đường kính cổ trục đạt : CCX 7÷ 8, các sai số hình dáng
hình học: độ côn, độ ô van, nằm trong giới hạn dung sai đường kính.
Độ côn cho phép của cổ trục và cổ biên: 10 mm.
Độ ô van cho phép của cổ trục và cổ biên: 10 mm.
Độ chính xác về vị trí tương quan như độ đảo các cổ trục, độ không thẳng góc giữa
đường tâm và mặt đầu vai trục trong khoảng : 0,01 ÷ 0,1mm
Độ không song song giữa tâm cổ biên và tâm cổ chính không quá 0,01 ÷ 0,03mm

trên chiều dài cổ biên.
Độ không song song giữa đường trục của cổ trục và cổ biên: 10¸12 mm trên suốt
chiều dài cổ biên.
Độ chính xác cân bằng từ 20¸30 g.cm/khoảng lệch tâm e.
Yêu cầu cân bằng động : độ không cân bằng cho phép 15 ÷ 30g/cm
Bề mặt cổ khuỷu, chốt khuỷu yêu cầu độ cứng và độ bóng cao.
3.2 Lựa chọn vật liệu
Chọn vật liệu là thép 45 (Thép Austenit - ferit).Thực chất đây còn gọi là thép không gỉ
Austenit - ferit.
Đối với động cơ ô tô tải nhẹ (ô tô vận tải dưới 4 tấn và xe con) Trục khuỷu phải chịu
tải trọng cao, chịu mài mòn mạnh, là chi tiết dễ biến dạng, chịu tải trọng tĩnh lẫn va
đập cao. Đòi hỏi cơ tính tổng hợp cao (Vậy chọn vật liệu chế tạo trục khuỷu thường là
thép thấm cacbon và thép hóa tốt (%C = 0.3 – 0.5%). Rất ít khi dùng gang grafit cầu vì
nhạy gang cầu nhạy cảm với ứng suất tập trung cộng với giai đoạn cầu hóa rất khó.
Đối với động cơ ô tô tải nhẹ (ô tô vận tải dưới 4 tấn và xe con) ngoài dùng gang cầu
thì thường dùng thép thấm cacbon hoặc théphóa tốt để chế tạo. Đó là những thép có
thành phần phần trăm cacbon %C = 0.3-0.5%.
Tuy nhiên, thép làm trục khuỷu giới hạn %C ≤ 0.45%.
Trang 10


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
- Mã thép theo tiêu chuẩn TCVN 1766-75:C40 (%C = 0.4%, C45 (%C = 0.45%)
- Mã thép theo tiêu chuẩn Mỹ AISI: 1040,1045
Lý do chọn thép cacbon 1045:
- Rẻ tiền.
- Độ bền của thép cacbon kém thép hợp kim nhưng có thể đảm bảo các yêu cầu bằng
các biện pháp kết cấu.
- Hệ số ma sát trong của thép cacbon cao hơn thép hợp kim nên có khả năng làm
giảm dao động xoắn tốt hơn thép hợp kim Crom, Niken, Mangan.

4. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CƠ KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN
4.1 Quy trình gia công chế tạo trục khuỷu
Thông thường quá trình gia công trục khuỷu chia làm 3 giai đoạn sau:
Gia công chuẩn phụ: Dùng chuẩn thô là cổ chính gá vào khối V và tỳ vào một
má trục, để khống chế kích thước chiều dài và tiến hành khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm.
Khi phay mặt cạnh hoặc khoan lỗ mặt bích để làm chuẩn cho gia công cổ biên ta dựa
vào cổ biên, để định vị góc xoay.
Gia công trước nhiệt luyện: Đây là giai đoạn phức tạp và khó khăn nhất (vì sai
lệch của phôi, độ cứng vững gá đặt kém). Khi gia công cổ chính, cần chọn cách gá đặt
sao cho biến dạng ít nhất. Ví dụ khi gia công trục khuỷu có 6 xi lanh với 7 cổ chính,
trước hết ta gia công cổ chính ở giữa, rồi đặt luy nét vào đó để tăng độ cứng vững khi
gia công các cổ chính còn lại. Khi gia công cổ biên, thường không dùng lỗ tâm ở cổ
chính làm chuẩn mà gá đặt ngay vào cổ chính vừa gia công (Bằng mâm cặp hoặc khối
V) để đảm bảo độ cứng vững khi gá đặt.
Nhiệt luyện, gia công tinh và gia công lần cuối sau khi nhiệt luyện: Bao gồm
mài thô và mài tinh các cổ chính, cổ biên. Nếu các cổ chính và cổ biên, yêu cầu độ
chính xác và độ nhẵn bóng cao hơn có thể mài siêu tinh và đánh bóng… Ngoài ra còn
dùng lăn ép, va đập để nâng cao độ bền mỏi ở các góc lượn của cổ trục nơi thường có
ứng suất tập trung lớn.
4.2 Lựa chọn phương pháp gia công cơ khí
Trục khuỷu là chi tiết khó gia công vì kết cấu phức tạp, độ cứng vững kém đòi hỏi kỹ
thuật cao.
Tạo phôi bàng phương pháp Rèn(dập) nóng: Để phôi hình thành thớ tốt nhất.
Trang 11


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Dập thể tích là phương pháp gia công áp lực trong đó kim loại được biến dạng trong
một không gian hạn chế bởi lồng khuôn dập.s
Đây là chi tiết dễ biến dạng nên phải đặt trong giá đỡ khi nung nóng để dập.

Ưu điểm của phương pháp:
+ Độ chính xác và độ bóng bề mặt của phôi cao.
+ Chất lượng sản phẩm đồng đều và cao, ít phụ thuộc tay nghề công nhân.
+ Có thể chế tạo các phôi có hình dạng phức tạp hơn rèn tự do.
+ Năng suất cao, dể cơ khí hoá và tự động hoá.
Nhược điểm của phương pháp:
+ Thiết bị cần có công suất lớn, yêu cầu độ cứng vững, độ chính xác cao.
+ Chi phí chế tạo khuôn cao.
Do vậy phương pháp này thường được dùng trong sản xuất loạt và hàng khối với
loại trục khuỷu nhỏ hoặc trung bình.
Bảng 1: Thứ tự các phương pháp gia công cơ khí trục khuỷu.
Tên gọi nguyên công

TT N.công
01

Nắn thẳng phôi

Loại máy sử dụng
Máy ép thuỷ lực T40

Gia công các mặt chuẩn:
02



Phay hai mặt đầu.




Khoan lỗ tâm.



Tiện rộng lỗ đầu mặt bích.

Máy doa ngang 2615

Tiện cổ giữa,má khuỷu giữa và đầu trục
03

khuỷu.

Máy tiện bán tự động nhiều

Vát mép đầu trục.

dao 1731

Tiện rãnh thoát dao.
Tiện các cổ trục còn lại.

Máy tiện bán tự động nhiều

Tiện các má khuỷu ngoài.

dao 1731

05


Khoan các lỗ mặt bích.

Máy khoan cần 2B56

06

Phay các mặt lắp đối trọng.

Máy phay ngang P623

04

07
08

Khoan các lỗ lắp đối trọng.
Ta rô ren.
Tiện các cổ biên.

Máy khoan cần 2B56
Máy tiện bán tự động nhiều
Trang 12


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Tiện các mặt trong má khuỷu.

dao 1731

09


Phay rãnh cavet.

Máy phay đứng 6H12

10

Khoan lỗ dầu.

Máy khoan cần 2B56

11

Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao
tần.

Lò tôi cao tần

12

Sửa trục.

Máy ép 40T

13

Mài thô và mài tinh cổ trục.

Máy mài tròn 3A172


14

Mài thô và mài tinh cổ biên.

Máy mài tròn 3A172

15

Gia công tinh lần cuối cổ trục.

Máy mài tròn 38725

16

Gia công tinh lần cuối cổ biên.

Máy mài tròn 38725

17

Lắp đối trọng và cân bằng .

Máy cân bằng bán tự động

18

Kiểm tra.

Máy tiện T616


4.3 Lựa chọn phương pháp nhiệt luyện
Nhiệt luyện thép 45 (thép không gỉ Austenit - ferit) là quá trình nung nóng thép lên
trên 727oC, sau đó làm nguội nhanh đến 650oC, giữ ở nhiệt độ này trong một thời
gian.Sau đó làm nguội đến nhiệt độ môi trường.

Hình 15: Giản đồ trang thái Fe-C
Trang 13


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Dựa vào giản đồ Fe-C và việc phân tích điều kiện làm việc ở trên, ta có thể thiết
kế quá trình nhiệt luyện như sau:
Bước 1: Tạo lõi có tính tổng hợp cao(độ bền, độ dẻo, độ dai đều cao) bằng cách tôi và
ram cao (có thể thường hóa để tiết kiệmchi phí sản xuất).
Tổ chức nhận được là xoocbit ram (độ cứng 20-30 HRC). Tổ chức này có tác
dụng thu được độ bóng cao khi cắt gọt và giúp chuyển biến xảy ra nhanh hơn, nhận
được hạt nhỏ mịn.Tuy nhiên độ cứng giảm mạnh.
Có thể thay phương pháp nhiệt luyện ram + tôi bằng phương pháp nhiệt luyện
thường hóa đối với chi tiết nhỏ ( đường kinh 20-30mm) để giảm chi phí sản xuất.
Đây là chi tiết dễ biến dạng nên phải làm nguội để thường hóa.
Bước 2: Tạo bề mặt có độ cúng cao, tính chống mài mòn lớn bằng cách tôi bề mặt và
ram thấp.
+ Tôi bề mặt:Tôi tuần tự từng phần riêng của trục khuỷu. Dựa vào giản đồ, ta có
Nhiệt độ tôi khoảng 850o C, tổ chức thu được là Mactenxit + austenit dư, độ
cứng bề mặt 55-62 HRC, độ cứng lõi đạt 20-30 HRC.
+ Ram thấp:Nhiệt độ ram: 180 – 220oC. Tổ chức thu được sau ram thấp là
Mactenxit ram làm giảm ứng suất bên trong, tang tính dẻo tính dai, độ cứng giảm
rất ít.
Để đảm bảo trục khuỷu làm việc lâu dài, người ta phải tiến hành tôi bề mặt các cổ
của trục khuỷu (cổ biên, cổ chính, cổ mặt bích)bằng nguồn điện trung tần với tần

số 2500-8000Hz. Độ thấm tôi cần đạt được là 2,5-4,5mm.
Một só cách tôi cổ trục khuỷu (đây là chi tiết có lỗ dầu nên khó tôi):

Hình16: Các cách phân bố lớp tôi ở cổ trục khuỷu
Trang 14


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật
Hình 14a) nâng cao được tính chống mà mòn nhưng giảm mạnh độ bền mỏi của trục.
Hình 14b) nâng cao tính chống mài mòn mà không làm xấu độ bền mỏi.
Hình 14c) là cách tôi bề mặt cổ truc khuỷu tốt nhất, vừa nâng cao mạnh nhất cả độ bền
mỏi và tính chống mà mòn.
Trong công nghiệp, Cổ trục khuỷu được tôi bằng máy tôi chuyên dụng và được quay
đều trong vòng cảm ứng khi tôi.Các quá trình diễn ra tự động.

Hình 17: Ảnh hưởng của dòng điện cảm ứng đến độ cững lỗ dầu
Hình 15a) khi không có nút, sự phân bố không đều của dòng điện cảm ứng gây quá
nhiệt và nứt ở mép lỗ dầu (theo phương vuông góc với dòng điện) và thiếu nhiệt, độ
cứng thấp ở mép còn lại.
Hình 15b) khi có nút thép, dòng điện phân bố đều cho hiệu quả tốt nhất nhưng khó lấy
nút ra.
Hình 15c) khi có nút đồng, nút đồng gây tập trung dòng điện nhưng tốc độ nung nóng
cảm ứng của đồng chậm, đồng thời dẫn nhiệt tốt nên tránh được nứt.Phương pháp này
được áp dụng rộng rãi trong sản xuất.
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.
Các bộ phận khác của trục khuỷu tôi theo tuần tự từng bộ phận và tôi toàn bộ bề mặt
bộ phận.

Trang 15



Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật

KẾT LUẬN
Với đề tài “TRỤC KHUỶU Ô TÔ TẢI NHẸ” và các kiến thức đã học, bài tập lớn
giúp em nắm chắc kiên thức về môn học.
Quá trình thiết kế quy trình nhiệt luyện trên đây là tổng hợp tất cả các kiến thức của
môn Vật liệu kỹ thuật và những kiến thức tìm hiểu thêm về trục khuỷu.Việc lựa chọn
và thiết kế quá trình nhiệt luyện như trên đảm bảo tính khoa học công nghệ nhưng vẫn
còn chưa được đầy đủ và hoàn hảo.
Tuy nhiên, qua phần thiết kế cũng giúp chúng ta thấy mức độ quan trọng của quá trình
nhiệt luyện chi tiết cũng như sự quan trọng của môn vật liệu học đối với việc chế tạo
các chi tiết cơ khí.Điều đó yêu cầu chúng ta phải nắm vững kiến thức để thiết kế quá
trình nhiệt luyện.

Trang 16


Bài tập lớn môn học: Vật liệu kỹ thuật

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) Vật liệu học cơ sở - Nghiêm Hùng.
2) Động cơ đốt trong – Phạm Minh Tuấn, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
3) Vật liệu cơ khí – KS. Nguyễn Thị Yên, NXB Hà Nội
4) Các tài liệu cung cấp trên trang Dropbox.com.
5) />6) />7) />8) />9) />
Trang 17