Một phân tích quy trình đã được tiến hành dựa trên cấu trúc lệch tâm không đều của khuỷu cân bằng hình chữ Z{0}}, cũng như những khó khăn trong gia công do kích thước lớn, độ chính xác cao và không thể kẹp được. Một sơ đồ gia công tiêu chuẩn đã được đề xuất. Một thiết bị cố định máy tiện đặc biệt đã được thiết kế, phù hợp để gia công nhiều mô hình và lô sản phẩm lớn, giải quyết các vấn đề về độ khó gia công cao, chất lượng không ổn định và hiệu suất gia công thấp của khuỷu cân bằng hình chữ Z.
01
Giới thiệu
Khuỷu tay cân bằng là thành phần cốt lõi của hệ thống treo của xe bánh xích đặc biệt. Nó hoạt động cùng với các bộ phận đàn hồi như trục xoắn và bộ giảm xóc để cung cấp hỗ trợ đàn hồi cho thân xe và bánh xe đường [1]. Khuỷu tay cân bằng có thể truyền một lượng lớn năng lượng va chạm được tạo ra bởi chuyển động lên{3}}và-xuống của bánh xe đến trục xoắn, đệm và hấp thụ năng lượng rung, giảm lực tác động lên thân xe, cải thiện sự thoải mái cho hành khách, giảm hư hỏng linh kiện và đảm bảo sự ổn định và khả năng cơ động của xe khi lái xe trên đường gồ ghề [2]. Cụm khuỷu cân bằng chung bao gồm trục spline, khuỷu cân bằng và trục bánh xe đường. Khuỷu cân bằng hình chữ Z-là khuỷu cân bằng tích hợp kết hợp cả ba thành phần. Khuỷu tay cân bằng tích hợp có đặc điểm là khả năng cơ động cao, độ tin cậy cao và nhẹ, được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện đặc biệt hiện đại [3]. 02
Phân tích các thách thức về cấu trúc và gia công của Khuỷu cân bằng hình chữ Z{0}}
Cấu trúc khuỷu cân bằng hình chữ Z{0}}, như trong Hình 1, là một cấu trúc lệch tâm có hình dạng không đều. Nó có kích thước lớn và trọng lượng nặng, đòi hỏi tốc độ loại bỏ vật liệu cao, độ chính xác về chiều và vị trí cao cũng như chu trình gia công dài với nhiều quy trình. Nó liên quan đến nhiều thiết bị và ngành nghề khác nhau, bao gồm máy khoan ngang, máy tiện CNC, trung tâm gia công, máy chuốt và máy EDM dây. Trong quá trình sản xuất trước, nhiều vấn đề đã bộc lộ trong từng bước quy trình, chẳng hạn như kích thước vượt quá--dung sai của vòng tròn ngoài trục, độ lệch giữa lỗ chốt và vòng tròn bên ngoài, sự không-song song giữa các trục của trục lớn (trục chốt) và trục nhỏ (trục bánh xe tải), độ nhám bề mặt không đạt tiêu chuẩn, thời gian chu trình xử lý không cân bằng và hiệu suất gia công thấp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm và tiến độ giao hàng.
03
Sơ đồ quy trình
Quy trình gia công khuỷu tay cân bằng hình chữ Z-: Doa thô mặt cuối và lỗ bên trong → Tiện thô trục lớn → Tiện thô trục nhỏ → Doa hoàn thiện mặt cuối và lỗ bên trong → Tiện hoàn thiện trục lớn → Tiện hoàn thiện trục nhỏ → Phay hình dạng bên ngoài và khoan → Chuốt (trục dây EDM). Sản phẩm trống là một khuôn rèn. Khi gia công thô và hoàn thiện các trục lớn và nhỏ cần có một thiết bị cố định máy tiện đặc biệt có đối trọng. Thiết bị cố định này cân bằng lực ly tâm được tạo ra trong quá trình quay phôi, từ đó giảm độ rung và tăng tốc độ trục chính, cải thiện hiệu quả độ chính xác gia công sản phẩm và tốc độ cắt.
04
Quá trình gia công
(1) Doa thô các mặt cuối và lỗ bên trong: Sử dụng máy doa ngang CNC. Mỗi bên có khoảng cho phép 2 mm cho cả mặt cuối và lỗ bên trong. Chức năng chính của quy trình này là loại bỏ nhanh chóng một lượng lớn vật liệu và tạo ra các lỗ trung tâm cho đường kính ngoài được gia công thô-của trục lớn và nhỏ. Máy doa ngang CNC có bàn làm việc xoay 360 độ, cho phép gia công phổ quát trên mặt phẳng XOY chỉ trong một thiết lập. Nó có thể gia công bốn mặt đầu và các lỗ bên trong cùng một lúc, đảm bảo rằng các lỗ trung tâm xử lý ở cả hai đầu của trục lớn và nhỏ là đồng trục và các đường tâm của trục lớn và nhỏ song song. Doa thô của các mặt cuối và các lỗ bên trong được thể hiện trên Hình 2, trong đó đường liền nét dày thể hiện bề mặt được gia công.
Hình 2. Doa thô mặt cuối và lỗ bên trong
(2) Tiện thô trục lớn: Gia công được thực hiện trên máy tiện CNC, với dung sai 1,5mm ở mỗi bên của đường kính ngoài. Chức năng chính của quá trình này là nhanh chóng loại bỏ một lượng lớn vật liệu và tạo ra một tham chiếu quy trình cho doa tinh mặt cuối và lỗ bên trong. Do trọng tâm của khuỷu cân bằng hình chữ Z- dịch chuyển khỏi tâm quay trong khi tiện, nên cần có một vật cố định máy tiện đặc biệt có đối trọng để cân bằng lực ly tâm, giảm độ rung và tăng tốc độ trục chính. Chuyển động thô của trục lớn được thể hiện trên Hình 3.
Hình 3. Quay thô trục lớn
(3) Tiện thô trục nhỏ: Gia công được thực hiện trên máy tiện CNC, với dung sai 1,5 mm ở mỗi bên của đường kính ngoài và mặt đầu. Chức năng chính của quá trình này là loại bỏ nhanh chóng một lượng lớn vật liệu và giải phóng ứng suất gia công. Quá trình quay thô của trục nhỏ được thể hiện trên Hình 4. Sau khi tiện thô, trục lớn và trục nhỏ có đường kính ngoài đều nhau. Kẹp hình AV{6}}được sử dụng để gia công tinh ổn định hơn trong quá trình doa tinh.
Hình 4. Quay thô trục nhỏ
(4) Doa hoàn thiện mặt cuối và lỗ bên trong: Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng máy doa ngang CNC, với việc tiện thô đường kính ngoài của trục lớn làm mốc quy trình và mốc kẹp. Chức năng chính của quy trình này là gia công bốn mặt đầu và lỗ bên trong của sản phẩm theo kích thước hoàn thiện, đảm bảo độ chính xác về kích thước và độ nhám bề mặt, đồng thời tạo ra một góc vát để tiện hoàn thiện đường kính ngoài của trục lớn và trục nhỏ. Lỗ hoàn thiện của mặt cuối và lỗ bên trong được thể hiện trên Hình 5, trong đó đường liền nét dày thể hiện bề mặt được gia công trong quy trình này.
Hình 5. Hoàn tất việc khoét mặt cuối và lỗ bên trong
(5) Tiện hoàn thiện trục lớn: Việc này được thực hiện bằng máy tiện CNC, gia công đường kính ngoài đến kích thước hoàn thiện, đảm bảo độ chính xác về kích thước, độ chính xác hình học và độ nhám bề mặt. Quá trình này sử dụng mặt vát được tạo ra trong quá trình doa tinh của lỗ bên trong làm mốc kẹp, đảm bảo độ đồng trục của đường kính ngoài và lỗ bên trong của trục lớn. Quá trình quay hoàn thiện của trục lớn được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6. Xoay chính xác trục chính
(6) Tiện chính xác trục nhỏ: Sử dụng máy tiện CNC, đường kính ngoài được gia công theo kích thước hoàn thiện, đảm bảo độ chính xác về kích thước, độ chính xác hình học và độ nhám bề mặt. Quá trình này sử dụng mặt vát được chế tạo trong quá trình doa chính xác lỗ bên trong làm tham chiếu kẹp và định vị, đảm bảo độ đồng trục của đường kính ngoài của trục nhỏ và lỗ bên trong, cũng như độ song song của các đường tâm của trục nhỏ và trục chính. Độ quay chính xác của trục nhỏ được thể hiện trên Hình 7.
Hình 7. Xoay chính xác trục nhỏ
(7) Phay hình dạng bên ngoài và khoan: Sử dụng trung tâm gia công đứng, hình dạng bên ngoài của sản phẩm được gia công đến vị trí mong muốn và các lỗ chốt được khoan. Việc phay hình dạng bên ngoài và khoan được thể hiện trong Hình 8, trong đó các đường liền nét dày biểu thị các bề mặt được gia công trong quy trình này.
Hình 8. Phay hình dạng bên ngoài và khoan
(8) Chuốt spline (dây EDM spline): Khi lô sản phẩm lớn, quy trình này thường được thực hiện bằng cách sử dụng máy chuốt có kèm dụng cụ chuốt, đảm bảo hiệu quả sản xuất và tính nhất quán của kích thước lỗ spline. Khi không có dao chuốt và kích thước lô nhỏ, quá trình này có thể được thực hiện bằng máy EDM dây. Đường kính ngoài của trục chính đóng vai trò là tham chiếu kẹp và định vị, đảm bảo tính đồng trục của lỗ chốt với đường kính ngoài của trục chính. Đường rãnh chuốt (đường dẫn dây-EDM) được hiển thị trong Hình 9, trong đó đường liền nét dày thể hiện bề mặt được gia công trong quy trình này.
Hình 9: Spline chuốt (Dây-EDM Spline)
Tại thời điểm này, sản phẩm khuỷu tay cân bằng hình chữ Z{0}} đã hoàn thành tất cả quy trình gia công. Các quy trình tiếp theo bao gồm phát hiện lỗ hổng và xử lý bề mặt.
05
Máy tiện chuyên dụng
Đồ gá máy tiện chuyên dụng bao gồm các bộ phận như mặt bích, khung, thân đỡ, tâm, đối trọng và bu lông buộc chặt [4, 5].
Mặt bích đóng vai trò là bộ phận kết nối giữa máy tiện và đồ gá. Mặt bích tiêu chuẩn thường được sử dụng. Một đầu kết nối với trục máy tiện CNC thông qua một lỗ côn và đầu còn lại kết nối với khung máy thông qua trùm định vị, đảm bảo rằng tâm quay của vật cố định máy tiện được căn chỉnh với trục chính của máy tiện.
Khung xe, đóng vai trò là đế của vật cố định máy tiện, có rãnh tròn kéo dài. Một thân đỡ và hai đối trọng được gắn vào đó và sự phân bố khối lượng ba{1} điểm này đảm bảo phôi quay mượt mà hơn trong quá trình gia công, giảm độ rung và cải thiện độ chính xác hình trụ bên ngoài cũng như chất lượng bề mặt của sản phẩm.
Thân đỡ, được hàn vào khung, cũng có rãnh tròn kéo dài với kích thước khớp với rãnh của khung. Rãnh này phục vụ hai mục đích: giảm trọng lượng tổng thể của đồ gá máy tiện và ngăn chặn sự giao thoa giữa-trục gia công của khuỷu cân bằng hình chữ Z- và đồ gá máy tiện. Một số bộ bu lông cố định được đặt ở cả hai đầu của rãnh để cố định trục không{4}}gia công của khuỷu cân bằng hình chữ Z-. Thiết kế rãnh tròn kéo dài cho phép gia công các khuỷu cân bằng hình chữ Z-có kích thước và mẫu khác nhau bằng cách sử dụng bộ gá máy tiện này, đạt được chức năng đa{8}}mục đích.
Điểm dừng định vị ở giữa và thân đỡ được lắp với nhau và hàn vào thân đỡ. Trong quá trình gia công, tâm và tâm ụ sau của máy tiện lần lượt hỗ trợ hai đầu của trục gia công khuỷu cân bằng hình chữ Z-, đạt được cấu hình kẹp-tâm kép. Để đảm bảo bề mặt hình nón định vị của tâm đồng trục với trục chính của máy tiện, bề mặt hình nón định vị của tâm phải được-gia công chính xác trên máy tiện sau khi đồ gá máy tiện được hàn lại với nhau. Đối trọng bao gồm nhiều tấm đối trọng hình quạt. Số lượng tấm đối trọng có thể được điều chỉnh để cân bằng lực ly tâm được tạo ra trong quá trình gia công các mẫu khuỷu cân bằng hình chữ Z- khác nhau. Hai đối trọng được phân bố đều ở góc 120 độ so với trọng tâm của giá đỡ, do đó đảm bảo cân bằng động tốt hơn trong quá trình gia công sản phẩm.
Để phù hợp với việc gia công các khuỷu cân bằng hình chữ Z có kích thước khác nhau, nhiều bộ bu lông buộc chặt được lắp đặt ở cả hai bên của rãnh hình bầu dục dài của thân đỡ. Vị trí kẹp của các bu lông cố định được thể hiện trong Hình 10. Đường tâm của mỗi bộ bu lông cố định cao hơn khoảng cách H giữa tâm vòng ngoài của trục không{3}}được gia công của khuỷu cân bằng hình chữ Z{4}}. Phương pháp kẹp này đảm bảo rằng lực kẹp của các bu lông cố định trên khuỷu cân bằng hình chữ Z- ngược chiều với lực ly tâm, giúp giảm hiệu quả lực ly tâm sinh ra khi phôi quay. Trạng thái kẹp để gia công trục nhỏ và trục lớn lần lượt được thể hiện trên Hình 11 và Hình 12.
Hình 10. Sơ đồ vị trí kẹp bu lông buộc chặt
Hình 11. Trạng thái kẹp khi gia công trục nhỏ
Hình 12. Trạng thái kẹp khi gia công trục lớn
06
Xác minh kết quả gia công
Hiện tại, quy trình gia công khuỷu tay cân bằng hình chữ Z và đồ gá tiện chuyên dụng này đã được áp dụng cho dây chuyền sản xuất trong hơn một năm. Nhiều mẫu và lô lớn sản phẩm khuỷu tay cân bằng hình chữ Z- được gia công bằng quy trình này, mang lại chất lượng sản phẩm ổn định và đáng tin cậy cũng như hiệu suất gia công được cải thiện đáng kể. Điều này xác minh đầy đủ tính khả thi và hiệu quả của quy trình và đồ gá máy tiện chuyên dụng. Ảnh chụp một số bước gia công của khuỷu cân bằng hình chữ Z- được hiển thị trong Hình 13.
a) Doa thô mặt cuối và lỗ bên trong
b) Quay thô trục chính
c) Doa hoàn thiện mặt cuối và lỗ bên trong
Hình 13: Ảnh thực tế quá trình gia công khuỷu tay cân bằng hình chữ Z{1}}
07
Phần kết luận
Quy trình gia công và đồ gá máy tiện đặc biệt dành cho khuỷu tay cân bằng hình chữ Z-được đề xuất trong bài viết này có thể áp dụng để gia công các mẫu sản phẩm khuỷu tay cân bằng hình chữ Z- khác nhau, bất kể vật liệu sản phẩm hay loại phôi. Nó cung cấp một quy trình hoàn chỉnh và phương pháp kẹp cho loại sản phẩm này, giải quyết các vấn đề về độ khó gia công cao, không có khả năng kẹp, chất lượng sản phẩm không ổn định và hiệu quả gia công thấp do cấu trúc lệch tâm không đều, kích thước lớn, trọng lượng nặng và yêu cầu độ chính xác cao của khuỷu cân bằng hình chữ Z. Xác minh hiện trường cho thấy rằng quy trình gia công này có thể đảm bảo rằng các sản phẩm khuỷu tay cân bằng hình chữ Z- đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác trong thiết kế, giảm độ khó gia công và cải thiện tính nhất quán của chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả gia công.
