bài tập cơ khí đại cương

Dưới đây là các tiêu chuẩn đã được công nhận và sử dụng rộng rãi– Tiêu chuẩn Anh BS – Mặt bích BS– Tiêu chuẩn Mỹ ANSI – Mặt bích ANSI– Tiêu chuẩn JIS – Mặt bích JIS– Tiêu chuẩn Đức DIN –

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BÀI TẬP MÔN: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

Giảng viên hướng dẫn: Phan Huy Lê

Sinh viên thực hiện :Cao Xuân Đạt

MSSV: 20216380

Lớp: Cơ Khí 10

Khóa: K66

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM I.Khái niệm mặt bích

Mặt bích có nhiều loại với cấu tạo khác nhau từ kiểu lắp đặt, nguyên vật liệu cấu tạo nên, chuẩn lắp rát, áp lực chịu được hay chức năng sử dụng của nó Dưới đây làcác kiểu phân loại mặt bích mà ta thường thấy nhất:

1.Phân loại theo chuẩn lắp ráp:

2

Để thuận tiện trong quá trình lắp đặt, người ta đã sử dụng một số tiêu chuẩn lắp đặt nhất định để việc lắp đặt mặt bích trở nên đơn giản hơn mà không phải mất công trong quá trình đo đạc, tính toán Dưới đây là các tiêu chuẩn đã được công nhận và sử dụng rộng rãi

– Tiêu chuẩn Anh (BS) – Mặt bích BS

– Tiêu chuẩn Mỹ (ANSI) – Mặt bích ANSI

– Tiêu chuẩn (JIS) – Mặt bích JIS

– Tiêu chuẩn Đức (DIN) – Mặt bích DIN

Các tiêu chuẩn này đã được các viện hàn lâm công nhận và được sử dụng thônghành trên toàn thế giới

2.Phân loại theo vật liệu cấu tạo và chức năng của mặt bích

-Mặt bích thép: loại mặt bích phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng hấu hết

trong mọi lĩnh vực công nghiệp.

– Mặt bích nhựa: kém phổ biến hơn hẳn 2 loại trên Sử dụng với các đường ốngcấp nước sạch hoặc hóa chất ăn mòn không cao, môi trường nhiễm mặn, phèn.

– Mặt bích đồng, gang và một số các mặt bích gia công từ vật liệu khác ít được sửdụng, chỉ trong những trường hợp riêng biệt

– Mặt bích rỗng:Là tên gọi của mặt bích có lỗ hổng tròn ở giữa, có nhiệm vụ

để kết nối các đường ống với vật tư ngành nước

– Mặt bích mù – BLIND FLANGE (BF):Là tên gọi của mặt bích không có lỗ

ở giữa, sử dụng để bịt chặn tạm thời các đầu ống, có thể tháo lắp dễ dàng

– Mặt bích ren – THREADED FLANGE (TF):Là tên gọi của mặt bích có lỗ ren ởgiữa, kết nối các đường ống nhỏ bằng cách xoáy ren.

Mặt bích ren được dùng trong trường hợp thực hiện việc hàn nối mặt bíchkhông khả thi, dễ cháy, gãy đứt mối nối Do đó ghép ren gia công dễ dàng và hiệuquả hơn cả

– Mặt bích hàn cổ – WELDING NECK FLANGE (WN):Là tên gọi của mặtbích rỗng nhưng được gia công chế tạo thêm phần cổ bằng cách rèn, nên khôngdày bằng mặt bích cùng size nhưng lại khá chắc chắn (hình bên dưới) Cổ này sẽđược hàn vát mép vào đầu ống nên chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặcbiệt có sử dụng công nghệ siêu âm, chụp chiếu kiểm tra chất lượng hỗ trợ

– Mặt bích hàn bọc đúc – SOCKET WELD FLANGE (SW):Là tên gọi của mặtbích có mối ghép hàn nhô lên ở một phía, phía còn lại có bọc đúc chặn đường ống.

Vị trí này được gắn kết với những đường ống có size nhỏ nhưng áp lực lớn Dovậy, ống được đưa vào nằm sâu bên trong mặt bích rồi rút từ từ cách phần bọc đúckhoảng 1/16” Mối hàn điền đầy tiếp xúc bên ngoài giữa mặt bích với thân ống

– Mặt bích hàn trượt – SLIP-ON FLANGE (SO):Là tên gọi của mặt bích hànbọc đúc nhưng không có bọc đúc và đường kính trong mặt bích lớn hơn đường kính ống một chút nhằm trượt dễ dàng trên ống

– Mặt bích lỏng – LAP JOINT FLANGE (LJ):Là tên gọi của mặt bích sử dụng kèm 1 đoạn ống ngắn Stub End hỗ trợ Đoạn ống này được hàn trực tiếp với đầu ống và được giữ cố định bởi mặt bích Do cấu tạo như vậy nên mặt bích lỏng chỉ được gắn kết với đường ống ngắn có áp thấp không quan trọng nhằm tiết kiệm chi phí vận hành, lắp ráp.

III.Ứng dụng của mặt bích

Mặt bích là phụ kiện đường ống rất quen thuộc trong các công

trình, dự án lắp đặt vật tư Là thiết bị nối giữa vật tư – vật tư, vật

tư – đường ống thông qua các lỗ bắt bu lông xung quanh rìa thân

mặt bích để tạo thành hệ thống đường ống hoàn chỉnh trong các

nhà máy, xí nghiệp, công trình, dân dụng

Vì những đặc điểm dễ dàng lắp đặt, vận hành, điều chỉnh và bảo dưỡng nên mặt bích được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp: đường ống cấp thoát nước, xí nghiệp, nhà máy, công trình xây dựng tòa nhà cao tầng, lĩnh vực dầu khí, hóa chất, khí nén,

Trong hệ thống ống lò hơi chịu nhiệt và áp suất cao

9

Trong ngành nước muốn nối các ống nước size lớn lại với nhau cần dùng đến các:

loại khớp nối mềm, mối nối Còn giữa các đường ống nhỏ hơn thì đã có tê co cút, , Thế nhưng, khi lắp đặt vật tư ngành nước như đồng hồ nước, các loại van côngnghiệp, máy bơm nước, … size từ DN50 trở lên vào đường ống thì mặt bích chính

là phụ kiện phù hợp hơn cả

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH SẢN PHẨM

I.Tìm hiểu chức năng làm việc của sản phẩm:

Vật liệu được chọn để gia công chi tiết là thép C45:

C45 là gồm Fe và C,trong đó nồng độ cacbon có trong thép là 0,45%, ngoài ra chúng còn chứa các tạp chất khác như: 0,15-0,35% Si, 0,50-0,80 Mn, Max 0,025%

P, Max 0,025% S, 0,20-0,40% Cr C45 được xếp vào loại vật liệu có tính cacbon trung bình, thường được dùng thiết kế trục,bánh răng

Trong điều kiện bình thường thép C45 có độ cứng là 23 HRC, để thép có độ cứngcao hơn người ta sử dụng phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép S45C.Tùy theo độ cứng cần sử dụng, người ta có thể sử dụng phương pháp tôi dầu, tôinước hoặc tôi cao tần trong các điều kiện thích hợp để có độ cứng mong muốn Thông thường thì sau khi nhiệt luyện độ cứng đạt được của C45 là 50 HRC Khái niệm lý hóa của sắt cacbon như sau:

Thép cacbon là một hợp kim có hai thành phần cơ bản chính là sắt và cacbon, trong khi các nguyên tỗ khác có mặt trong thép cacbon là không đáng kể

Thành phần phụ trợ trong thép cacbon là mangan (tối đa 1,65%), silic (tối đa 0,6%)

và đồng (tối đa 0,6%) Lượng cacbon trong thép càng giảm thì độ dẻo của thépcacbon càng cao Hàm lượng cacbon trong thép tăng lên cũng làm cho thép tăng độcứng, tăng thêm độ bền nhưng cũng làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn Hàmlượng carbon trong thép tăng lên cũng kéo theo làm giảm nhiệt độ nóng chảy củathép

Và chúng được phân loại như sau:

+Thép mềm (ít cacbon): Lượng cacbon trong khoảng 0,05–0,29% (Ví dụ theo tiêu

Tạp chất có lợi: mangan và silic

Mangan và silic đi vào thành phần của thép là từ quặng sắt và do quá trình công nghệ ( khi luyện thép phải dung fero mangan và fero silic để khử ôxy trong ôxit sắt, phần không tác dụng hết với ôxy sẽ đi vào thành phần của thép)

Mangan, Silic có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào ferit nó làm tăng cao độ bền và độ cứng của pha này ( hình 5.2a), do vậy làm tăng cơ tính của thép, song lượng trong thép C45 hàm lượng mangan chỉ là khoảng 0,70% và silic khoảng 0,20÷0,40% nên ảnh hưởng này không lớn Ngoài ra Mangan còn có tác dụng làm giảm tác hại của lưu huỳnh.Silic không tạo cacbit và có xu hướng làm thoát cacbon trong thép Silic có tác dụng làm tăng độ thấm tôi ở mức độ trung bình với hệ số tăng độ thấm tôi là 1,7 Silic có tác dụng làm tăng tính ổn định ram, chống ôxy hoá cho thép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền chống dão cho thép crôm Si còn có tácdụng tăng tính đàn hồi cho thép (cho nên Si thường có mặt trong các mác thép đàn hồi )

Tuy vậy, Mn cũng đặc điểm công nghệ cần chú ý là làm lớn hạt trong quá trình nhiệt luyện làm vật liệu bị giòn, vi vậy khi nung phải chú ý đến tốc độ

và nhiệt độ cho phù hợp

Tạp chất có hại: photpho và lưu huỳnh

Photpho (P) là nguyên tố có khả năng hòa tan vào ferit (tới 1,20% ở hợp kim thuần Fe-C, còn trong thép giới hạn này giảm đi mạnh) và làm xô lệch rất mạnh mạng tinh thểpha này làm tăng mạnh tính giòn; khi lượng photpho vượt quá giới hạn hòa tan nó sẽ tạo nên Fe3P cứng và giòn Do

đó photpho là nguyên tố gây giòn nguội hay bở nguội ( ở nhiệt độ thường ) Chỉ cần có 0,10% P hòa tan, ferit đã trở nên giòn Song photpho

là nguyên tố thiên tích (phân bố không đều ) rất mạnh nên để tránh giòn lượng photpho trong thép phải ít hơn 0,050% (để nơi tập trung cao nhất lượng photpho cũng không vượt quá 0,10% là giới hạn gây ra giòn ).Lưu huỳnh (S), khác với photpho lưu huỳnh hoàn toàn không hòa tan trong

Fe (cả Feα lẫn Feγ)mà tạo nên hợp chất FeS Cùng tinh (Fe + FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (988 độ C), kết tinh sau cùng do đó nằm ở biên giới hạt; khi nung nóng lên để cán, kéo (thường ở 1100 độ C÷1200 độ C) biên

giới hạt bị chảy ra làm thép dễ bị đứt gãy như là thép rất giòn Hiện tượng này được gọi là giòn nóng hay bở nóng.

Tuy vậy photpho và lưu huỳnh cũng có mặt lợi, đó là làm tăng khả năng giacông cắt cho vật liệu vì tổ chức của thép để dễ cắt là phải tạo ra các pha

có tính giòn nhất định làm cho phoi dễ gãy và cũng nhờ đó mà bề mặt gia công nhẵn, bóng hơn Muốn vậy ta cho hàm lượng P trong khoảng 0,08÷0,15%, còn lưu huỳnh trong khoảng 0,15÷0,35%.Song để tránh ảnh hưởng có hại của lưu huỳnh, lượng Mn trong thưp phải ở giới hạn trên, 0.80÷1,00% Khi đưa Mn vào, do ái lực với lưu huỳnh mạnh hơn Fe nên thay vì tạo FeS mà tạo nên MnS Pha này kết tinh ở nhiệt độ cao (1620 độ C), dứới dạng các hạt nhỏ rời rạc và ở nhiệt độ cao có tính dẻo nhất định nên không bị chảy hoặc đứt, gãy MnS có lợi cho gia công cắt vì pha này tương đối dẻo khi nung nóng và bị kéo dài ra theo phương biến dạng khi cán, nhờ đó làm giảm tính liên tục và độ bền theo phương vuông goc với thớ, làm phoi dễ bị gãy vụn Còn P hòa tan vào ferit nâng cao độ giòn của pha này nhờ đó dễ tách và làm vụn phoi Cả MnS lẫn dung dịch rắn của P trong ferit đều tránh được hiện tượng dính kim loại lên dao cắt, nhờ đó tạo

bề mặt nhẵn bóng Sự tạo phoi nhu vậy sẽ làm giảm ma sát nâng cao tuổi bền của dụng cụ Thép dễ cắt thường có chứa P,S có tính gia công cắt caogấp đôi so với thép cacbon cùng loại hay tương đương Tóm lại, hai nguyên tố P và S vừa cải thiện tính gia công cắt vừa làm xấu chất lượng thép: giảm độ dai, dộ dẻo, độ bền theo phương ngang thớ cũng như tình chống ăn mòncủa thép Do vậy, cần rất quan tâm đến hàm lượng của hai nguyên tố này nhằm đạt được cơ tính cũng như tính cắt gọt tốt nhất.Tạp chất ngẫu nhiên

Tạp chất ẩn

Đó là các tạp chất khí : H2, O2, N2,… Chúng hòa tan vào trong thép lỏng

từ khí quyển của lò luyện Chúng đặc biệt có hại vì làm thép không đồng nhất về tổ chức ( gây tập trung ứng suất ) và giòn song do có mặt trong thép với lượng chứa rất nhỏ ( ví dụ như 0,006÷0,008% đối với ôxy ) nên rấtkhó phân tích

Tham khảo: Nhận dạng vật liệu tích cực (PMI) trong ứng dụng xác nhận nhanh thành phần vật liệu

Vật liệu chế tạo

Do chi tiết có yêu cầu về:

Độ bền và độ cứng vững

Độ bền mỏi cao

Chịu mài mòn và ăn mòn tốt

kích thước khối lượng nhỏ gọn

Độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc có độ bóng caoKhông xảy ra dao động cộng hưởng

Đảm bảo tính cân bằng và độ đồng đều mô men xoắn

Dễ chế tạo

Chương III : Phương pháp chế tạo sản phẩm

1 Phương pháp chế tạo phôi :

2.

- Trong cơ khí, một chi tiết có thể chọn những phương pháp chế tạo phôi liệukhác nhau như: rèn, đúc, cán…Mỗi phương pháp đều có công dụng và ưu thế riêng

- Phôi đúc: kim loại nóng chảy được rót vào khuôn nên dễ điền đầy vào các góc ngạnh phức tạp với kích thước từ nhỏ đến lớn mà các phương pháp khác khó đạt được Tuy nhiên nhược điểm của đúc là khó kiểm soát được thành phần hoá học bên trong kim loại và rỗ khí làm ảnh hưởng đến chất lượng phôi Đúc được sửdụng trong các dạng phôi như: đế, vỏ máy, dạng tròn xoay, cánh tua- bin, chạc…

- Phôi cán: là sản phẩm của nhà máy luyện kim liên hợp để chế tạo trực tiếp bằng phương pháp gia công có phôi trên các máy cắt gọt kim loại Ưu điểm lớn nhất của phôi cán là nếu CTGC có hình dạng, kích thước gần giống như các loại phôi có sẵn thì không cần phải gia công nhiều và cơ tính đảm bảo hơn so với đúc.Nhược điểm phương pháp cán là không tạo được phôi có hình dạng phức tạp Cán được sử dụng để tạo các trục trơn, trục bậc có đường kính ít thay đổi, các tay

- Phôi rèn: khởi phẩm của phôi rèn là những thỏi thép đúc hay phôi cán So vớiđúc và cán thì phôi rèn có kết cấu bền chặt hơn, do đó đối với những trục quan trọng như trục chính máy cắt kim loại, trục khuỷu các loại động cơ đốt trong thường dùng phôi rèn Nhược điểm phôi rèn là: không tạo được phôi có hình dạng phức tạp và giá thành cao.

- Việc lựa chọn phương pháp tạo phôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hình dạng, kích thước, trọng lượng của chi tiết, nguyên liệu làm chi tiết, sản lượng, dạng sản xuất…CTGC có các đặc điểm sau:

+Dạng sản xuất: hàng loạt vừa, trang thiết bị tự chọn

+Đặc điểm hình dạng: dạng bạc, hình dạng, cấu tạo đơn giản

· Phôi không bị nứt, vỡ khi chế tạo

· Sản xuất linh hoạt nên giá thành rẻ

· Giá thành tạo khuôn rẻ

· Ngoài ra, nếu chọn được phương pháp đúc hợp lý sẽ cho vật đúc cơ tính cũng rất cao

Bên cạnh đó, nó có một số nhược điểm:

1.1 Đúc trong khuôn cát

Đúc trong khuôn cát là dạng đúc phổ biến Khuôn cát là loại khuôn đúc mộtlần( chỉ đúc một lần rồi phá khuôn) Vật đúc tạo hình trong khuôn cát có độ chínhxác thấp, độ bóng bề mặt kém, lượng dư lớn Thích hợp với vật đúc phức tạp, khốilượng lớn Không thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối

Phương pháp đúc trong khuôn cát khó cơ khí hoá và tự động hoá

1.2 Đúc trong khuôn kim loại:

Đúc trong khuôn kim loại có thể thực hiện việc điền đầy kim loại theo nhiều cách:

- Rót tự do:Thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn, vật đúc nhỏ, trung bình, cấu tạođơn giản Vật đúc có cơ tính cao, dùng đúc các vật liệu khác nhau Tuy nhiên hạnchế đúc gang xám

- Điền đày kim loại đưới áp lực: Sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối Vật đúc nhỏ,đơn giản Đúc vật đúc yêu cầu chất lượng cao, thích hợp cho cả vật liệu có nhiệt độnóng chảy thấp

1.3 Đúc ly tâm

Dùng trong sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa, vật đúc tròn xoay, rỗng Không dùngcho vật liệu có thiên tích lớn Cơ tính vật đúc không đều

1.4 Đúc liên tục

là phương pháp đúc trong khuôn kim loại, điền đầy kim loại bằng phương pháp rót

Lượng dư gia công về kích thước phôi

Vật đúc nhận được từ các mẫu gỗ, dùng khuôn kim loại dễ tháo lắp và sấy khô Do vậy cấp chính xác chi tiết đúc nhận được là cấp chính xác II

Theo bảng 3-95 trang 252(Sổ tay CNCTM) ta có lượng dư về kích thước phôi:+ Với những kích thước £ 50mm: lượng dư đạt được là 2,5mm

+ Với những kích thước 50£ L £ 120mm: lượng dư đạt được là 3mm

· Sai lệch cho phép về kích thước phôi Theo bảng

3-98 trang 253 (Sổ tay CNCTM) ta có:

+ Với những kích thước £ 50mm sai lệch cho phép: ±0,5mm

+ Với những kích thước 50£ L £ 120mm sai lệch cho phép: ±0,8mm

3.Quy trình gia công mặt bích

Nguyên công I: Chuẩn bị phôi

- Làm sạch phôi.

- Kiểm tra khuyết tật phôi: Kiểm tra hình dáng chi tiết khi đúc ra có đúng với hình dáng theo yêu cầu không, kiểm tra bề mặt có bị nứt, bằng phẳng hay không

- Cắt bỏ bavia, đậu ngót, đậu rót, đậu hơi: Khi đúc ra, chi tiết sẽ còn lại đậu ngót

và đậu rót ta cần cắt bỏ nó đi và mài lại

- Kiểm tra kích thước phôi: Đo đạt từng kích thước chi tiết gia công cho phù hợp với yêu cầu ban đầu

- Thường hóa phôi : Ủ phôi ( mục đích làm ổn định mạng tinh thể và khử ứng suất

- Kẹp chặt bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm

- Chọn máy: Máy tiện ren vít vạn năng T616, có công suất động cơ N = 4,5Kw.Nguyên công 3: Tiện thô mặt đầu 2, tiện mặt trụ f130, vát mép

- Phương pháp gia công: Tiện trên máy tiện vạn năng bằng dao tiện mặt đầu, daotiện ngoài

- Định vị vào mặt tròn ngoài f130 hạn chế 2 bậc tự do và mặt đầu 3 hạn chế 3 bậc

Nguyên công 5: Khoan 6 lỗ f6,5, khoét 6 lỗ f11

- Phương pháp gia công: Khoan, khoét trên máy khoan cần bằng mũi khoan và mũi khoét

- Định vị vào mặt đầu 1 hạn chế 3 bậc tự do, mặt lỗ f55 hạn chế 2 bậc tự do

- Kẹp chặt bằng đai ốc

- Chọn máy: Máy khoan cần 2H53, có công suất động cơ N = 3Kw

Nguyên công 6: Khoan và tarô lỗ M6.

- Phương pháp gia công: Khoan, tarô trên máy khoan cần bằng mũi khoan và mũitarô

- Định vị vào mặt đầu 2 hạn chế 3 bậc tự do

- Kẹp chặt bằng đai ốc

- Chọn máy: Máy khoan cần 2H53, có công suất động cơ N = 3Kw

Nguyên công 7: Kiểm tra.

Ø Độ đồng tâm giữa f62 và f55 không quá 0,1mm

- Dụng cụ: đồng hồ so với độ chính xác 0,01mm

- Chi tiết được gá trên bạc lắp trên trục gá

Ø Độ vuông góc giữa mặt đầu A và đường tâm lỗ f55

- Dụng cụ: đồng hồ so với độ chính xác 0,01mm

- Chi tiết được gá trên bạc lắp trên trục gá