Chi tiết dạng trục là bộ phận cốt lõi trong hệ thống truyền động cơ khí từ động cơ ô tô đến máy công cụ CNC. Tuy nhiên, việc gia công chi tiết dạng trục đòi hỏi độ chính xác cao lên đến 0.01mm. Những sai sót trong quá trình gia công như chọn sai dung sai, bỏ qua nhiệt luyện,… sẽ làm giảm tuổi thọ sản phẩm xuống dưới 50%. Hãy cùng GSMT tìm hiểu bài viết dưới đây để nắm vững kiến thức từ A-Z, giúp bạn tối ưu chi phí và nâng cao chất lượng sản xuất.
1. Chi tiết dạng trục là gì?
Chi tiết dạng trục là bộ phận cơ khí có hình trụ tròn hoặc đa giác, chủ yếu chịu tải xoắn, uốn và mài mòn trong quá trình vận hành. Đường kính thường từ 5-500mm, chiều dài gấp 3-20 lần đường kính, được chế tạo từ thép hợp kim hoặc inox. Trục truyền động lực từ nguồn đến bánh răng, pulley.
2. Phân loại các dạng trục trong thực tế
Trục được phân loại theo chức năng và theo cấu tạo. Theo chức năng như trục cố định, trục quay, trục đàn hồi và theo cấu tạo như trục đặc, trục rỗng, trục bậc. Dưới đây là những thông tin chi tiết về các dạng trục hiện nay.
2.1 Trục trơn
Trục trơn có đường kính đồng đều khoảng D=20-100mm, chiều dài L=3-15D, bề mặt mài ra 0.4µm, dung sai IT6. Chịu tải uốn thuần túy, lắp bạc lăn NU206. Ứng dụng làm trục dẫn hướng máy dập 100 tấn, tốc độ tuyến tính 2m/s, tuổi thọ 5×10⁶ chu kỳ.
2.2 Trục bậc
Trục bậc có 2-5 cấp đường kính giảm dần từ D1=80mm → D5=30mm, chuyển tiếp góc lượn R=2-3mm tránh tập trung ứng suất. Chịu xoắn 300Nm + uốn 500N, lắp vòng bi 6208 tại bậc Ø40mm. Ứng dụng làm trục chính máy tiện CNC Haas, tốc độ 4000rpm, cân bằng động G2.5.
2.3 Trục rỗng
Trục rỗng Ø ngoài 60-200mm, Ø trong 30-120mm, dày thành 10-20mm, giảm trọng lượng 35% so với trục đặc. Chịu mô men xoắn 800Nm, hệ số an toàn 1.8. Ứng dụng làm trục vít me bi TBI Ø50/30mm, truyền lực 15kN, hành trình 2000mm, độ chính xác C5.
2.4 Trục răng
Trục răng module m=1.5-4, số răng 20-80, profil evolvent 20°, độ chính xác cấp 7. Chịu tải tiếp tuyến 5kN/răng, hệ số ma sát 0.05 sau xi mạ PVD CrN dày 3µm. Ứng dụng làm trục hộp số ô tô 6 cấp, truyền công suất 150kW tại 5000rpm.
2.5 Trục lệch tâm
Trục lệch tâm e=2-10mm, hai vùng tâm cách biệt tạo hành trình piston 50-200mm. Chịu lực nén 20kN, độ mòn <0.02mm sau 10⁶ chu kỳ. Ứng dụng là trục khuỷu động cơ diesel 4 kỳ 2.0L, công suất 120HP, tốc độ 4000rpm, cân bằng tĩnh <5g.mm.
3. Yêu cầu kỹ thuật đối với chi tiết dạng trục
| Yêu cầu | Thông số chi tiết | Phương pháp kiểm tra GSMT |
| Kích thước & dung sai | – Vùng lắp Ø40-80mm: IT6
– Vùng tự do: IT8 – Chiều dài 300-1000mm: ±0.15mm/500mm – Bán kính lượn R2-3mm: ±0.05mm |
– Panme điện tử Mitutoyo 0.0001mm
– Thước laser Renishaw XL-80 – Profilometer Mahr |
| Độ chính xác hình dáng | – Độ tròn vùng lắp: 0.004mm
– Độ trụ: 0.008mm/100mm – Độ đồng tâm: <0.006mm – Độ thẳng: <0.02mm/m – Độ côn: <0.005mm/100mm |
– Máy đo tròn Talyrond 585
– Bàn máp granite cấp 00 |
| Độ nhám bề mặt | – Vùng lắp bạc lăn: Ra 0.20-0.32µm, Rz 1.2-2.0µm
– Vùng then hoa: Ra 0.4-0.6µm – Vùng tự do: Ra 0.8-1.2µm |
– Mài CBN grit 400, 38m/s, 1.2N/mm²
– Taylor Hobson Surtronic Duo |
| Tính chất cơ lý | – 42CrMo: σb ≥950 MPa, σs ≥750 MPa
– A ≥14%, KV ≥50 J (-20°C) – Bề mặt 59-61 HRC, lõi 38-42 HRC – Mỏi xoắn 550 MPa (10⁷ chu kỳ), n=1.6 |
– Nhiệt luyện chân không 860°C + ram 580°C
– Zwick 100kN (kéo), Rockwell C – Siêu âm lõi loại khuyết >Φ1.5mm |
4. Vật liệu dùng cho chi tiết dạng trục
4.1 Thép cacbon: C30, C40, C45
Thép cacbon được ứng dụng trong trục thông thường với C30, C40, C45. C45. Cảm ứng bề mặt 850°C, độ sâu 3mm, lõi 28 HRC, σb 750 MPa, giá 18.000 đ/kg. GSMT phủ phosphate 8-12µm chống gỉ 6 tháng, mài Ra 0.8µm. Ứng dụng trục con lăn băng tải Ø80×1500mm, tải 300kg, tốc độ 1m/s, tuổi thọ 2 năm.
4.2 Thép hợp kim 40Cr, 40Mn, 50Mn
Thép hợp kim 40Cr, 40Mn, 50Mn được ứng dụng trong trục có trọng tải lớn. Với độ bền mỏi 420 MPa. GSMT mài Ra 0.25µm, PVD CrN 2.5µm. Ứng dụng trục bơm ly tâm Ø50×600mm, 2900 rpm, áp suất 6 bar, tuổi thọ 18.000 giờ.
4.3 Gang xám, gang cầu
Gang xám, gang cầu có độ bền cao, chịu được mài mòn nên được ứng dụng trong trục chịu va đập. Gang cầu GGG50, độ dãn 7%, graphite cầu Ø30-60µm. GSMT đúc ly tâm Ø120/70×1000mm, mài Ra 0.8µm, không PVD. Ứng dụng trục khuỷu máy nén khí 15kW, 1450 rpm, giảm rung 45% so với thép, tuổi thọ 5 năm.
5. Phương pháp tạo phôi
5.1 Phôi thanh
Thanh tròn C45 Ø55mm, cưa Behringer ±3mm. Tiện mặt đầu Doosan Lynx 220 đạt độ phẳng 0.015mm. Phôi thanh Ø50×300mm dư 5mm/bên, độ thẳng <0.5mm/m. Ứng dụng trục dẫn hướng máy dập 100 tấn, tốc độ tuyến tính 2m/s.
5.2 Phôi cán nóng
Thép C45 vuông 120×120mm, cán 1150°C qua 5 lô (3 m/s). Cán trục Ø60-Ø50×4000mm, dung sai ±0.5mm, độ thẳng <1mm/m. Tiết kiệm 18% vật liệu so với tiện phôi tròn. Ứng dụng trục con lăn dài 4m, tải 500kg.
5.3 Phôi rèn, dập nóng
42CrMo thanh Ø220mm, gia nhiệt 1200°C, rèn 3 nhát 1000 tấn. Rèn trục bậc Ø80-Ø50×450mm, dòng chảy kim loại theo chiều dọc, độ bền xoắn +32%. Siêu âm loại khuyết >Φ2mm. Ứng dụng trục chính CNC Haas, mô men 600 Nm.
5.4 Phôi đúc
Gang cầu GGG50 nấu lò cảm ứng 1480°C, đúc ly tâm khuôn Ø350×1200mm. Đúc trục rỗng Ø120/70×1000mm, dày 25mm, đồng tâm <0.8mm. X-ray loại rỗ khí >Φ3mm. Ứng dụng trục khuỷu máy nén 15kW, giảm rung 45%.
6. Quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng trục
Quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng trục được chia thành 5 giai đoạn. Toàn bộ quy trình sử dụng lập trình CNC Fanuc, dao hợp kim phủ TiAlN, thời gian trung bình 4-6 giờ cho trục D50×300mm. Mỗi bước đều có kiểm tra trung gian bằng thiết bị Mitutoyo và Zeiss, giảm sai lệch tích lũy xuống dưới 0.01mm.
6.1 Chuẩn bị phôi
Trước khi vào quy trình gia công, cần xác định phôi để đảm bảo tính năng kỹ thuật của máy, rút ngắn quy trình công nghệ. Việc chọn phôi sẽ căn cứ vào các yếu tố như:
- Hình dáng, kích thước, kết cấu của chi tiết
- Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu.
- Hệ số sử dụng của vật liệu.
6.2 Gia công thô
Từ phôi chuẩn bị, chuyển sang máy CNC Doosan Puma 2600LY để tiện thô. Loại bỏ 4.5mm/bên, đạt Ø50.5×305mm, độ trụ 0.08mm. Sau đó, kiểm tra đồng hồ so 0.001mm tại 3 vị trí, làm mát emulsions 8% để giảm nhiệt độ dao dưới 450°C. Giai đoạn này chiếm 38% thời gian nhưng giảm ứng suất dư 120MPa tạo nền tảng cho gia công tinh.
6.3 Gia công tinh
Gia công tinh đóng vai trò thiết yếu trong quy trình sản xuất cơ khí giúp nâng cao độ chính xác kích thước lên mức tinh vi và cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt, từ đó đảm bảo chi tiết máy hoạt động hiệu quả hơn, giảm thiểu ma sát và tăng tuổi thọ sản phẩm.
- Phương pháp thực hiện: Quy trình này thường áp dụng các kỹ thuật như tiện tinh, dao cắt, phay tinh,.. để tạo hình chính xác và loại bỏ lớp vật liệu thừa một cách nhẹ nhàng, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cụ thể của từng chi tiết.
- Tối ưu hóa thông số: Việc tinh chỉnh các yếu tố như tốc độ quay của phôi, lượng tiến dao và độ sâu cắt là cần thiết để giảm rung động, tránh biến dạng và đạt độ nhẵn bề mặt mong muốn.
- Kiểm soát chất lượng: Kết thúc giai đoạn, chi tiết phải trải qua đo lường chi tiết bằng dụng cụ chính xác như caliper, máy quét 3D để kiểm tra các thông số hình học và dung sai đảm bảo đúng tiêu chuẩn ISO.
6.4 Gia công lỗ
Gia công lỗ là quy trình cốt lõi trong sản xuất cơ khí, tập trung vào việc tạo ra các khoang hình trụ chính xác trên vật liệu, đảm bảo dung sai chặt chẽ để hỗ trợ lắp ráp linh kiện giảm rung động và tối ưu hóa hiệu suất truyền độn.
- Các phương pháp chính: Quy trình thường bắt đầu bằng khoan thô để tạo lỗ ban đầu, sau đó áp dụng doa lỗ hoặc taro ren để tinh chỉnh kích thước và tạo ren nếu cần.
- Điều chỉnh thông số kỹ thuật: Cần kiểm soát chặt chẽ tốc độ trục chính, lượng tiến dao và loại dung dịch cắt để tránh làm nóng quá mức dẫn đến biến dạng, đồng thời chọn dao cụ phù hợp như mũi khoan HSS, carbide để đạt độ chính xác lên đến IT6-IT7 theo tiêu chuẩn ISO.
- Kiểm tra và xác nhận: Sau gia công, lỗ phải được đo lường bằng đồng hồ so hoặc máy đo quang học để đánh giá đường kính, độ thẳng đứng và độ nhẵn bề mặt, đảm bảo không có lỗi như nứt.
6.5 Gia công hoàn thiện
Quá trình hoàn thiện bề mặt đóng vai trò quyết định chất lượng lớp ngoài cùng của các bộ phận cơ khí giúp tăng cường khả năng chịu lực, kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu suất chống oxy hóa.
- Kỹ thuật mài mòn: Đây là giải pháp phổ biến để tạo độ mịn lý tưởng và loại bỏ các khuyết tật vi mô, có thể triển khai qua máy mài tự động cho sản xuất hàng loạt hoặc mài thủ công cho các chi tiết phức tạp.
- Các biện pháp bảo vệ bổ sung: Ngoài mài, có thể kết hợp đánh bóng cơ học để tăng độ sáng bóng, phủ lớp kim loại như kẽm hoặc crom nhằm chống gỉ sét hoặc phủ sơn tĩnh điện để tạo lớp chắn bền vững.
- Đánh giá chất lượng cuối cùng: Sau xử lý, cần sử dụng thiết bị đo như máy đo độ nhám Ra/Rz, kính hiển vi bề mặt để kiểm tra kỹ lưỡng các chỉ số nhám bề mặt và đặc tính vật lý, đảm bảo tuân thủ các thông số kỹ thuật như ISO 4287 và tránh lỗi tiềm ẩn.
7. Đánh giá chất lượng chi tiết trục
Đánh giá chất lượng chi tiết trục là giai đoạn then chốt trong quy trình sản xuất cơ khí giúp xác định sự phù hợp của các bộ phận quay như trục chính hoặc trục truyền động với yêu cầu vận hành đảm bảo độ tin cậy cao và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc trong ứng dụng.
- Tiêu chí kiểm tra hình học: Tập trung đánh giá độ thẳng, độ song song và độ tròn của trục bằng dụng cụ như máy đo tọa độ CMM, đồng hồ so,..
- Kiểm tra đặc tính vật liệu: Sử dụng phương pháp không phá hủy như siêu âm UT, từ tính MT,.. để phát hiện vết nứt nội bộ.
- Đánh giá bề mặt và lớp phủ: Áp dụng máy đo độ nhám bề mặt Ra/Rz để kiểm tra độ mịn, đồng thời kiểm tra lớp mạ crom, nitriding về độ dày và độ bám dính qua thử nghiệm muối xịt.
8. Ứng dụng thực tế trong sản xuất
Ứng dụng thực tế trong sản xuất cơ khí đòi hỏi các chi tiết gia công chính xác cao từ GSMT, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành, giảm thiểu thời gian ngừng máy và nâng cao độ bền trong môi trường làm việc liên tục, từ đó hỗ trợ các ngành công nghiệp đa dạng đạt được lợi thế cạnh tranh bền vững.
8.1 Dây chuyền sản xuất thực phẩm
Các bộ phận như trục dẫn hướng, khuôn định hình được sử dụng để đảm bảo quy trình đóng gói tự động mượt mà, tuân thủ tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm , giảm ô nhiễm chéo và tăng tốc độ sản xuất lên đến 20-30%.
8.2 Máy đóng gói, dán tem và ép khí
Chi tiết gia công tinh vi như piston ép, lưỡi cắt tem giúp máy hoạt động ổn định, cải thiện độ chính xác định vị tem nhãn chỉ trong vòng 0.1mm.
8.3 Hệ thống băng tải và vít tải
Các con lăn dẫn hướng hoặc trục vít tải được thiết kế dung sai chặt chẽ để vận chuyển vật liệu liên tục mà không gây kẹt nghẽn, hỗ trợ tải trọng nặng lên đến 500kg/m.
8.4 Linh kiện thay thế
Sử dụng cho việc đúc ép nhựa hoặc gia công CNC, các đồ gá cố định đảm bảo độ lặp lại cao trong sản xuất hàng loạt, trong khi chi tiết thay thế giúp máy móc công nghiệp như máy tiện, phay .
9. Lưu ý quan trọng trong quá trình gia công
Trong quá trình gia công cơ khí, các lưu ý quan trọng tập trung vào việc đảm bảo độ chính xác, an toàn và hiệu quả sản xuất, bao gồm việc lựa chọn phương pháp phù hợp như tiện tinh, phay tinh và mài để đạt dung sai IT6-IT7 và bề mặt nhám Ra < 0.8μm nhằm giảm rung động và biến dạng vật liệu
Với gia công lỗ, cần kiểm soát độ sâu khoan, sử dụng dung dịch cắt để tránh nứt nẻ, kiểm tra hình học bằng CMM, vật liệu không phá hủy qua UT/MT và bề mặt chống mài mòn, đảm bảo tuân thủ ISO 4287
Tóm lại, quy trình công nghệ gia công chi tiết dạng trục đòi hỏi sự kết hợp giữa lựa chọn vật liệu, phương pháp tạo phôi mà còn các giai đoạn gia công phải đảm bảo trục hoạt động ổn định dưới tải trọng cao, tốc độ 4000rpm và môi trường ăn mòn khắc nghiệt. Hãy liên hệ ngay GSMT – đơn vị tiên phong trong lĩnh vực xi mạ tại Việt Nam, chuyên xử lý bề mặt kim loại đạt chuẩn kỹ thuật để được chuyên gia tư vấn quy trình và nhận báo giá nhanh nhất hôm nay!
Fanpage: https://www.facebook.com/xima.gsmt/
Văn phòng đại diện: 343/27 Tô Hiến Thành, Phường Hòa Hưng
Văn phòng: 63/4D đường Xuân Thới 20, ấp 29, Xuân Thới Sơn, TP.HCM
Hotline: 0961 116 416
Email: lienhe.gsmt@gmail.com
