Bài tập lớn cơ khí đại cương đề số 10 sản phẩm mặt bích

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ======o0o====== BÀI TẬP LỚN CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Đề số 10 - SẢN PHẨM MẶT BÍCH Phụ lục Chương I: Giới thiệu chung về sản phẩm, bao gồm: Các đặc điểm bản và ứng dụng của sản phẩm thực tế Chương II: Lựa chọn vật liệu chế tạo (một hoặc nhiều loại) cho sản phẩm và trình bày các đặc tính bản của vật liệu bao gồm: Thành phần hóa học, tính, lý tính, hóa tính, Chương III: Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm và mô tả trình tự gia công với sản phẩm cụ thể chọn, tính toán thông số cắt gọt chính cho số nguyên công Chương IV: Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm chọn Chương V: Kết luận Chương I: Giới thiệu chung - Đầu tiên, ta giải thích mặt bích gì? Mặt bích sản phẩm khí, khối hình trịn vng chế tạo phổ biến từ phôi thép carbon phôi thép khơng rỉ (ngày mặt bích cịn chế tạo từ vật liệu đồng vật liệu nhựa) Mặt bích phụ kiện kết nối ống, máy bơm, van, phụ kiện đường ống khác với thông qua mối liên kết bu lông thân để tạo thành hệ thống đường ống dẫn công nghiệp - Hiện nay mặt bích đã trở thành thiết bị, chi tiết khơng thể thay q trình thi cơng cơng trình, nhà máy có sử dụng đường ống Vì đặc điểm dễ dàng lắp đặt, vận hành, điều chỉnh bảo dưỡng nên mặt bích ứng dụng rộng rãi lĩnh vực cơng nghiệp: đường ống cấp nước, xí nghiệp, nhà máy, cơng trình xây dựng tịa nhà cao tầng, lĩnh vực dầu khí, hóa chất, khí nén, … - Mặt bích ren (threaded flanges): loại mặt bích gắn kết với đường ống mối ghép ren: mặt bích ren cịn ống ren - Mối ghép ren thường yếu dễ rị rỉ phải chịu áp lực cao, ta phải sử dụng mặt bích ren Mặt bích ren loại mặt bích dùng đường ống mà việc hàn nối khơng thể thực được, thường sử dụng cho đường ống có kích thước nhỏ khu vực dễ cháy mà việc hàn nguy hiểm - Mặt bích ren cịn dùng trường hợp thực việc hàn nối mặt bích khơng khả thi, dễ cháy, gãy đứt mối nối Do ghép ren gia cơng dễ dàng hiệu - Dựa vào bảng – bảng 2, trang 13, sách Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy, tái lần 6, ta lựa chọn số lượng sản suất phù hợp chi tiết mặt bích ren 500-5000 Dạng sản xuất Đơn Hàng loạt nhỏ Hàng loạt vừa Hàng loạt lớn Hàng khối Trọng lượng chi tiết > 200 kg =>200 kg < kg Sản lượng hàng năm chi tiết (chiếc) 5000 > 50000 - Hình dáng hình học: hình trụ trịn đồng tâm; trụ phía ống có ren; trụ ngồi có lỗ khoan hình trịn đối xứng - Yêu cầu độ nhám: + bề mặt trụ mặt đầu vng góc với bề mặt trụ cần đạt Ra = 2,5mm + Các bề mặt lại cần đạt Rz = 40mm - Dung sai theo tiêu chuẩn ASME B16.5: A B D G H K Đường kính Khi ≤ 12": + 2.4 mm / - 1.6 mm vật Khi ≥ 14": ± 3.2 mm trung tâm Độ dày Khi ≤ 18": + 3.2 mm / - mm Khi ≥ 20": + 4.8 mm / - mm Đường kính Khi ≤ 24": ± 1.6 mm Khi ≥ 24": ± 3.2 mm Đường kính 1.6 mm mặt nhơ lên ± 0.8 mm mặt tiếp xúc 6.35 mm mặt nhô lên, lưỡi, rãnh ± 0.4 mm Chiều cao Khi ≤ 18": + 3.2 mm / - 0.8 mm vật trung Khi ≥ 20": + 4.8 mm / - 1.6 mm tâm Lỗ khoan Vịng trịn bu-lơng: ± 1.6 mm Khoảng cách lỗ bu-lông: ± 0.8 mm Độ lệch tâm vịng trịn bu-lơng: Khi ≤ 2.5": ± 0.8mm (tối đa) Khi ≥ 3": ± 1.6mm (tối đa) ID Đường kính Trong giới hạn máy đo lỗ khoan CHƯƠNG II: LỰA CHỌN VẬT LIỆU - Mặt bích làm từ nhiều loại vật liệu như: thép, đồng, gang, inox nhựa Các loại dùng trường hợp cụ thể Về vật liệu xác định trình lựa chọn đường ống, hầu hết trường hợp, mặt bích có chất liệu với đường ống Đối với mặt bích ren, ta lựa chọn vật liệu sau: Thép các-bon - Vật liệu lựa chọn để gia công thép C45 + Thép các-bon hợp kim Fe-C với hàm lượng cácbon nhỏ 2,14%, ngồi thép các-bon cịn chứa lượng tạp chất Si, Mn, S, P, … + Lượng cacbon thép giảm độ dẻo thép cacbon cao Hàm lượng cacbon thép tăng lên làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền làm giảm tính dễ uốn giảm tính hàn Hàm lượng carbon thép tăng lên kéo theo làm giảm nhiệt độ nóng chảy thép + Đối với tạp chất, S P tạp chất có hại, S làm thép bị dịn nóng, P làm thép bị dòn nguội Còn Si Mn tạp chất có lợi Khi hàm lượng chúng thích hợp (Mn £ 0,75% Si £ 0,35%) có khả khử ơxy khỏi ơxit sắt, làm tăng độ bền, độ cứng thép Tuy nhiên không nên cho nhiều tạp chất loại phương hại đến số tính cơng nghệ gia cơng cắt gọt nhiệt luyện v.v… + Thép các-bon chia thành loại theo hàm lượng C thường dùng: thấp (< 0,25%), trung bình (0,25%≤ ≤0,5%), cao (>0,5%) Ngồi chia theo cơng dụng, bao gồm: thép các-bon thơng dụng (ví dụ: CT38), thép các-bon kết cấu (ví dụ: 08(Liên Xơ), C10(Việt Nam)), thép các-bon dụng cụ (ví dụ: Y7(Liên Xơ), CD80(Việt Nam)) + Lý lựa chọn thép C45 làm vật liệu chế tạo mẫu: C45 thép các-bon kết cấu, loại thép có hàm lượng tạp chất S, P nhỏ; tính lý hóa tốt, hàm lượng C xác, tiêu tính rõ ràng Thép C45 có hàm lượng các-bon 0,45%, có nghĩa có hàm lượng các-bon trung bình Mà thép các-bon trung bình có cân độ mềm, độ bền có khả chống bào mịn tốt Nó cứng thép các-bon thấp, dẻo dai thép các-bon cao, phạm vi ứng dụng rộng rãi chi tiết máy, khí Do ta chọn C45 để chế tạo mặt bích ren, vật liệu thường dùng cho vị trí kích thước nhỏ, chịu áp lực khó hàn Gang - Mặt bích gang với chất liệu gang xám có tính đúc, tính uốn dẻo tốt khả chống ăn mòn, chịu lực cao Xét giá thành, so với inox, đồng rẻ nhiên mặt bích gang phù hợp với mơi trường lưu chất lỏng có nhiệt độ, áp suất mức trung bình Ví dụ nhà máy, khu công nghiệp, hệ thống cấp nước, Thép khơng gỉ (Inox) - Ngồi lựa chọn thép các-bon, ta chọn vật liệu khác thép khơng gỉ, hay cịn gọi Inox Inox dạng thép hợp kim, thừa hưởng hầu hết đặc tính thép các-bon Inox thường có hàm lượng các-bon nhiều so với thép C45 (hàm lượng các-bon Inox tương đương thép các-bon thấp), Inox dẻo dai hơn, nhiên Inox lại có 10,5% hàm lượng Crom, độ cứng cải thiện đáng kể so với thép các-bon thấp - Nhìn chung, so với thép các-bon thấp, Inox so sánh sau: + Tốc độ hóa bền rèn cao + Độ dẻo cao + Độ cứng độ bền cao + Độ bền nóng cao + Chống chịu ăn mòn cao + Độ dẻo dai nhiệt độ thấp tốt + Phản ứng từ (chỉ với thép austenit) - Đối với inox, ta lựa chọn Inox 304 Đây loại Inox phổ biến ứng dụng rộng rãi Inox 304 có thành phần là: Niken - 8.1%, Mangan - 1%, Crom - 18%, lại thép các-bon Do có hàm lượng Niken lớn nên Inox 304 có khả chống gỉ tốt, làm cho giá Inox 304 trở nên cao loại Inox phổ biến Inox 201 Inox 316 - Do đó, Inox 304 lựa chọn phù hợp để chế tạo mặt bích ren Nhựa Gần ngành công nghiệp chế tạo nhựa phát triễn tìm số nguyên liệu nhựa chịu áp suất cao Dần thay vật liệu sắt thép mà đảm bảo an tồn thời gian tuổi thọ cơng trình cấp nước sinh hoạt hệ thống nhà cao tầng phòng cháy chữa cháy, xử lý chất thải, đóng tàu hóa chất Được chế tạo từ nhựa tổng hợp PVC, uPVC, Chúng có khả kết nối đường ống cách nhanh chóng đơn giản loại keo dính tổng hợp Các đường ống kết nối đảm bảo chắn khơng bị dị rỉ lưu chất Đồng Loại thơng dụng có giá thành cao Vì chế tạo đồng nên sản phẩm có nhiều tính ưu việt khác như: Dẫn nhiệt tốt, trọng lượng nhẹ, chống ăn mòn, chịu nhiệt độ áp suất cao, kích thước xác, đúc nguyên khối, chất lượng tốt CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO Xác định chi tiết gia cơng mặt bích - Cơng đoạn điều kiện làm việc: + Mặt bích gia cơng mặt, có số lỗ 12 lỗ gia cơng độ xác cao dùng để lắp ghép với với đường ống + Có rãnh dọc để tạo độ đàn hồi lắp ghép xiết chặt tránh dò gỉ thẩm thấu ngun liệu bên ngồi + Ren cần gia cơng chuẩn theo kích thước mong muốn để liên kết chặt chẽ mặt bích với chi tiết khác - Cơng đoạn kết cấu hình dáng chi tiết + Mặt bích thuộc chi tiết hình dạng đĩa vì có đường kính ngồi, đường kính Hai mặt đầu, có rãnh tạo lực ma sát xiết bu-lơng, mặt có lỗ định vị từ 4-12 lỗ tùy thuộc kích thước - Cơng đoạn vật liệu chế tạo chi tiết + Ưu điểm: mặt bích được chế tạo thép các-bon nên có độ bền cao, bền điều kiện làm việc tải trọng tĩnh + Nhược điểm: bền điều kiện làm việc tải trọng động, khả chịu va đập giới hạn Chuẩn bị chế tạo phơi - Trong khí, chi tiết chọn phương pháp chế tạo phôi liệu khác như: rèn, đúc, cán…Mỗi phương pháp có cơng dụng ưu riêng Việc lựa chọn phương pháp tạo phôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hình dạng, kích thước, trọng lượng chi tiết, nguyên liệu làm chi tiết, sản lượng, dạng sản xuất…Mặt bích ren có đặc điểm sau: + Dạng sản xuất: hàng loạt vừa, trang thiết bị tự chọn + Đặc điểm hình dạng: dạng bạc, hình dạng trụ trịn có ren + Vật liệu: Thép C45/Inox 304 - Với vật liệu chế tạo mặt bích có ưu điểm nhược điểm tính chất tăng độ chịu mòn, chống rung động tốt, giảm độ co ngót, độ bền, dẻo dai kém, chi tiết thuộc dạng sản xuất hàng lọat vừa có kết cấu hình dáng tương đối phức tạp phù hợp cho phương pháp gia công chi tiết nên ta chọn phơi đúc phù hợp tiết kiệm chi phí, thời gian - Phơi đúc có số ưu điểm đặc biệt quan trọng mà phương pháp khác khơng có được: + Phôi không bị nứt, vỡ chế tạo + Sản xuất linh hoạt nên giá thành rẻ + Giá thành tạo khn rẻ + Ngồi ra, chọn phương pháp đúc hợp lý cho vật đúc tính cao bên cạnh đó, có số nhược điểm: + Lượng dư lớn + Độ xác phôi không cao + Năng suất thấp + Phôi dễ mắc khuyết tật - Tuỳ thuộc vào loại khn, mẫu, phương pháp rót ta dùng nhiều phương pháp đúc khác có đặc điểm khác Ta lựa chọn vài phương pháp đúc sau: + Đúc khuôn kim loại: Đây phương pháp đúc điền đầy kim loại lỏng vào khuôn chế tạo làm kim loại Phương pháp có ưu điểm là: tốc độ kết tinh lớn (do nguội nhanh), tính vật đúc tốt; độ nhẵn bề mặt, độ xác lịng khn cao làm cho chất lượng vật đúc tốt Không vậy, tuổi thọ khuôn đúc kim loại cao, tiết kiệm thời gian làm khn so với vài loại đúc khác đúc khn cát, từ nâng cao suất giảm giá thành chi tiết Tuy vậy, đúc khn kim loại có vài nhược điểm sau: không đúc vật đúc phức tạp, thành mỏng lớn, dễ bị nứt, tính lún với khí, gây khó khăn cho công nghiệp đúc + Đúc áp lực: Đây phương pháp đúc kim loại lỏng điền đầy khuôn đông đặc tác dụng áp lực cao khí nén dầu ép xy-lanh ép tạo Phương pháp có ưu điểm đúc vật phức tạp, thành mỏng (1¸5 mm), đúc loại lỗ có kích thước nhỏ Hơn độ bóng độ xác cao nâng cao chất lượng vật đúc Cơ tính vật đúc cao nhờ mật độ vật đúc lớn Tuy nhiên phuong pháp tồn số nhược điểm như: Không dùng lõi cát dịng chảy có áp lực lớn; hình dạng lỗ mặt phải đơn giản; khn chóng bị mài mịn dịng chảy áp lực hợp kim nhiệt độ cao + Ngồi phương pháp đúc trên, ta dùng phương pháp đúc đúc ly tâm Đúc ly tâm phương pháp đúc kim loại lỏng đổ vào khuôn quay chứa đầy khuôn tác dụng lực ly tâm Trong đúc ly tâm, ta sử dụng loại khuôn vĩnh cửu quay với tốc độ từ 300 đến 3000 vòng/phút Đúc ly tâm đứng ngang, máy nằm ngang thích hợp cho chi tiết hình trụ dài, mỏng, máy đứng thích hợp cho chi tiết dạng vịng xuyến Đúc ly tâm có ưu điểm tổ chức kim loại mịn chặt ko tồn khuyết tật rỗ khí, rỗ co ngót; khơng dùng hệ thống rót phức tạp nên hao phí kim loại Quy trình gia cơng chi tiết - Lưu ý, ngun cơng có khả phát phế phẩm khuyết tật phơi cần phải thực đầu quy trình Trình tự nguyên công cần xếp tùy theo độ xác yêu cầu bề mặt chi tiết Bề mặt có độ xác cao cần gia cơng cuối - Ta chia q trình gia công thành nguyên công sau: + Nguyên công 1: Chuẩn bị phôi - Làm phôi: Mài phần thừa phơi q trình đúc để lại đậu ngót, đậu rót, đậu hơi, phần dư mặt phân khuôn để lại phôi Ta dùng máy mài đá để mài bỏ phần thừa - Làm cát dính, bám bề mặt phơi làm tay thùng quay để làm - Kiểm tra kích thước phơi: Vì phôi đúc chưa qua gia công nên ta dùng thước kẹp 1/20 để kiểm tra thích hợp Kiểm tra loại bỏ loại phơi khơng đủ kích thước bị nứt, cong vênh, bề mặt phôi không bị cháy cát + Nguyên công 2: Phay mặt 1,2,3 - Các bước nguyên công: + Phay thô mặt 1,2,3 + Phay bán tinh mặt 1,2,3 + Phay tinh mặt 1,2,3 - Định vị: + Dùng phiến tỳ định vị mặt đáy (mặt 5) khống chế mặt tự + Má êtô cố định khống chế bậc tự do, má êtô di động kẹp chặt - Kẹp chặt: má êtô di động - Chọn máy: máy phay đứng 6H12 - Dao phay ngón chi gắn mảnh hợp kim cứng BK8 + Nguyên công 3: Phay mặt - Ta làm bước giống nguyên công 2, bước định vị ta chọn mặt đáy mặt thay mặt giống ngun cơng + Ngun công 4: Khoan lỗ tiện ren 13 + Nguyên công 5: Khoan lỗ 6,7,8,9 + Nguyên công 6: Vát trịn mép 10, 12 + Ngun cơng 7: Tổng kiểm tra CHƯƠNG IV: XỬ LÝ NHIỆT - Xử lý nhiệt (Nhiệt luyện) phương pháp tác động nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vị cấu trúc chất rắn, tác động làm thay đổi thành phần hóa học, đặc tính vật liệu Nhiệt luyện sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ ngành sản xuất thủy tinh Quá trình nhiệt luyện bao gồm nung nóng làm nguội với mức độ chênh lệch đáng kể, xử lý nhiệt theo thời gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu, tạo cứng hay mềm khác củng vật liệu, ví dụ tơi bề mặt, vật liệu chí cứng bề mặt (chống mài mịn) lại dẻo dai phần bên chịu va đập chịu uốn tốt) Nhiệt luyện đòi hỏi quy trình chặt chẽ có kiểm sốt thời gian tốc độ trao đổi nhiệt vật liệu Nhiều quốc gia tiên tiến chưa cơng bố bí mật số công nghệ nhiệt luyện - yếu tố tạo vật liệu có giá thành hạ tính sử dụng cao Bản chất nhiệt luyện kim loại làm thay đổi tính chất thơng qua biến đổi tổ chức vật liệu Một quy trình nhiệt luyện bao gồm giai đoạn: nung, giữ nhiệt, làm nguội Khi nung, tổ chức vật liệu thay đổi theo nhiệt độ, tuỳ thời điểm nâng, hạ nhiệt với tốc độ khác mà nhiệt luyện với phương pháp khác cho tính chất vật liệu mong muốn Để làm thay đổi mạnh tính chất kim loại hợp kim, người ta kết hợp đồng thời tác dụng biến deo nhiệt luyện hay tác dụng hố học nhiệt luyện Như nhiệt luyện nói chung bao gồm ba loại: nhiệt luyện đơn giản, nhiệt luyện, hoả nhiệt luyện - Đối với mặt bích ren, mặt bích rèn phải xử lý nhiệt sau rèn? Mục đích tinh chế hạt thơ, loại bỏ q trình làm cứng ứng suất dư, giảm độ cứng, cải thiện hiệu suất cắt, ngăn ngừa đốm trắng trình rèn đảm bảo cấu trúc kim loại máy móc cần thiết, hiệu suất để chuẩn bị cho trình xử lý nhiệt cuối cùng. Bây nói số hình thức xử lý nhiệt: + Tơi bề mặt: Là q trình nung nóng vật phẩm đến nhiệt độ định (tuỳ loại thép), giữ nhiệt độ thời gian (để ổn định cấu trúc), sau làm nguội đột ngột (trong mơi trường tương ứng với loại thép) Tơi làm cho thép trở nên cứng độ bền cao, giảm độ dai, nhiên có tác dụng phụ làm tăng ứng lực dư, dẫn đến thép trở nên dịn Do tơi xong, thường phải ram để khử ứng lực dư + Ram: trình nhiệt luyện gồm nung kim loại tơi đến nhiệt độ thấp nhiệt độ chuyển biến pha, đưa hợp kim trạng thái cân bằng, mà tổ chức không ổn định phân huỷ thành tổ chức ổn định Có loại ram: Ram nhiệt độ thấp (150 ~ 300 độ C), có tác dụng giảm ứng lực dư, nâng cao độ dai không làm giảm độ cứng, dung cho dụng cụ cắt gọt (khoan, phay, calip, chàycối,…); ram nhiệt độ trung bình (300 ~ 450 độ C), có tác dụng giảm độ cứng độ bền, nâng cao độ dai, độ giãn dài, giảm ứng lực dư tốt so với ram thấp, dùng cho nhiệt luyện lò xo; cuối ram nhiệt độ cao( 450 ~ 680 độ C), có thẻe khử gần hết ứng lực dư, nâng cao độ bền độ dai, dùng cho chi tiết máy quan trọng + Đối với mặt bích ren, ta chọn phương án ram nhiệt độ cao CHƯƠNG V: KẾT LUẬN - Mặt bích có ren trong là sản phẩm cơ khí có độ xác cao, đường kính ngồi, đường kính trong, độ dày, tâm lỗ bulong, sản phẩm bặt bích thường hình khối, hình trịn hình vng, lịng mặt bích tiện ren, tiện phẳng, cơng dụng mặt bích dùng để hàn, đấu nối ren bắt trực tiếp với hệ thống đường ống bulong liên kết, mặt bích thường làm kín vịng đệm cao su, amiang, hay loại vật liệu khác mục đích nhằm liên kết hệ thống đường ống gắn kết với cách thơng suốt khơng bị rị rỉ - Sản phẩm mặt bích có ren quan trọng nghành cơng nghiệp khí, giúp liên kết đường ống mà hàn được, thuận tiện cho công việc tháo lắp Ưu điểm: o Mặt bích ren có giá thành rẻ nhiên liệu Giúp cho việc thi công, lắp đặt, bảo dưỡng, thay đơn giản, dễ dàng o Là sản phẩm có độ xác cao Có khả kết nối linh động van đường ống với để tạo thành hệ thống hoàn chỉnh, an tồn Thậm chí mơi trường dễ cháy nổ làm ta không hàn o Đa dạng chất liệu nên mặt bích sử dụng hoạt động nhiều hệ thống liên quan đến mơi trường chất làm việc o Có khả chống rung lắc, tạo cho đường ống hoạt động ổn định suốt trình vận hành, dẫn truyền lưu chất, chống rị rỉ nhiều điều kiện mơi trường chất khác o Đa dạng chủng loại, với nhiều kiểu kết nối với đường ống cho phép kết nối với tất đường ống từ dân dụng đến cơng nghiệp Nhược điểm: o Giá thành mặt bích sử dụng điều kiện nhiệt độ, áp suất cao đắt loại thơng thường o Mặt bích có gờ cần nhiều khơng gian, diện tích lắp đặt o Ứng suất tập trung mối ren lớn làm cho độ bền sản kém, thời gian dài mối ren bị hỏng gây rị rỉ