bài tập lớn cơ khí đại cương

+ Mặt bích là phụ kiện k t nế ối ống, máy bơm, van, và các phụ kiện đường ống khác với nhau thông qua m i liên kố ết bu lông trên thân để ạo thành tmột h ệ thống đường ống dẫn công nghiệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠ KHÍ HÀ NỘI VIỆN C Ơ KHÍ ĐỘ NG L C Ự -

BÀI T P L Ậ ỚN CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

Sinh viên th c hiự ện: Đỗ Đức Cường MSSV: 20217830 L p : TE2-0 ớ 1

Giảng viên hướng dẫn: Phan Huy Lê

Hà N ội, ngày…tháng…năm…

MỤC LỤC

Chương 1: Giới thiệu chung về sản phẩm………

Chương 2: Lựa c n v t li u ch t o cho s n phọ ậ ệ ế ạ ả ẩm và trình bày các đặc tính

cơ bản của vật liệu………

Chương 3: Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm và mô tả trình tự gia

công v i s n ph m c ớ ả ẩ ụ thể đã chọn………

Chương 4: Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm đã chọn………

Chương 5: Kết luận………

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẢN PHẨM

+ Mặt bích là phụ kiện k t nế ối ống, máy bơm, van, và các phụ kiện đường

ống khác với nhau thông qua m i liên kố ết bu lông trên thân để ạo thành t một h ệ thống đường ống dẫn công nghiệp

+ Đặc điểm: là một sản phẩm cơ khí, khối hình tròn hoặc vuông là một dạng thiết b , vị ật tư, được chế tạo từ phôi thép hoặc phôi inox dùng để kết nối gián ti p hay nói cách khác ế

+ Ứng d ng trong th c tụ ự ế: cấp thoát nước, công nghiệp dầu khí,… Nói chung, liên quan đến đường ống là phải sử dụng mặt bích

Mặt bích cổ hàn:

+ Mặt bích c hàn hay còn g i là d ng hàn c hàn ổ ọ ạ ổ ống, c ổ cao Đây là dạng mặt bích có c ổ cao hơn mặt bích bình thường, dùng hàn k t n i vế ố ới ống, tê, cut, rắc

+ Mặt bích inox cổ hàn (hay welding neck stainless steel flange) là mặt bích được chế tạo bằng vật liệu inox cao cấp SS304, SS316, có cổ và cổ được hàn với đầu ống hoặc phụ kiện fitting bằng phương pháp hàn vát mép (butt weld – hàn chữ V) Được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng quan trọng nơi mà mối hàn cần được kiểm tra chất lượng bằng phương pháp siêu âm, chụp chiếu Welding Neck flange là lựa chọn phổ biến cho các hệ thống đường ống áp lực cao do sự chắc chắn của mối hàn butt weld và thiết kế mặt bích giúp giảm tránh việc tập trung áp suất

+ Welding Neck flange thường được chế tạo bằng phương pháp rèn, mỏng hơn so với hầu hết các mặt bích khác cùng kích thước ống nhưng nó thật

sự vững chắc, tin cậy và hiệu quả

Đặc điểm nổi bật:

- Là loại bích có đường kính c a c m t bích giủ ổ ặ ảm để hàn vào các ng ố

có đường kính nhỏ hơn

- Đường hàn nằm trên cổ của mặt bích nên dễ dàng kiểm tra, chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng nơi mà mối hàn cần được kiểm tra chất lượng bằng phương pháp siêu âm, chụp chiếu

- Khả năng chống chịu với các môi trường hoá chất tốt Khả năng chịu nhiệt độ và áp lực cao

- Vì vật liệu inox làm ra vật phẩm làm cho độ vật có độ bền cao và khả năng chống rỉ sét ăn mòn tốt, giúp cho hệ thống hoạt động an toàn

và hiệu quả

- Có khả năng vận hành trong nhiều điều kiện môi trường chất khác nhau

- Có khả năng chống rung l c, tắ ạo cho đường ng hoố ạt động ổn định trong su t quá trình v n hành, d n truyố ậ ẫ ền lưu chất

- Có khả năng kế ối linh đột n ng gi a các van và các loữ ại đường ng vố ới nhau t o thành h ạ ệ thống hoạt động theo dây truyền

- Dễ tháo lắp, tiện lợi trong thi công, bảo trì khi có sự cố trong đường ống

Ứng d ng th c tụ ự ế:

+ K t nế ối các đường ng v i nhau (t i các v trí chia cố ớ ạ ị ắt)

+ S d ng trong k t n i v i thi t bử ụ ế ố ớ ế ị đo: Đồng h áp suồ ất hay đồng h ồ

đo nhiệt

+ K t nói ng và van ế ố

+ Được ứng dụng nhiều trong các công trình cấp thoát ống nước, xử lý nước thải, đường ống công nghệ, đóng tàu, đường ống PCC,

+ Trên các h ệ thống nhà máy l c hoá d u, khí, hoá ch ọ ầ ất

+ Trên các h ệ thống nhà máy ch ế biến th c phự ẩm, bia rượu

+ Liên k t bu lông ế trên thân để ạ t o ra m t hộ ệ thống đường ng dố ẫn công nghi p ệ

+ Được sử dụng cho các ứng dụng quan trọng nơi mà các mối hàn cần được kiểm tra chất lượng bằng phương pháp siêu âm, chụp chiếu + H ệ thống x lý dung d ch, hoá chử ị ất ăn mòn như axit, bazo, muối trong các phòng thí nghiệm

+ Ki m tra ể và điều ch nh nhanh chóng ỉ

Số lượng s n xu t: 4.500 chi c/ tháng ả ấ ế

Bản v chi ti t : ẽ ế

Giải thích chú thích trên b n v : ả ẽ

1 Mặt bích hàn cổ ( Weld neck flange)

2 Mối hàn đối đầu ( Butt weld)

3 Ống ho c ống n i ( Pipe or fitting ặ ố )

Các b m t làm vi c c a chi ti ề ặ ệ ủ ết

+ Loạ ếi k t n i b ng m i hàn cung c p s phân bố ằ ố ấ ự ố áp suất d n dầ ần theo q trình chuyuá ển đổ ừ đười t ng u ng chân m t bích, giúp chố ặ ịu được m t s cú s c khi s dộ ố ố ử ụng trong môi trường v n hành có áp suậ ất cao hơn và nhiệt độ cao hơn

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO CHO SẢN PHẨM VÀ TRÌNH BÀY CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU

- Tùy theo môi trường sử dụng, áp lực trên đường ống mà chúng ta

có các lo i m t bích khác nhau theo v t li u ch tạ ặ ậ ệ ế ạo ra nó Để ừa v đảm bảo độ b n v a th a mãn yêu c u , giá thành l i phù h p ta chề ừ ỏ ầ ạ ợ ọn vật li u là thép hệ ợp kim như SCM440, SCM420, SCr420, …, hay các loại chất liệu nhựa thường dùng như: PVC, UPVC, CPVC, HDPE, PPR

và PPH, ho c các ch t li u inox cao c p SS304, SS316 ặ ấ ệ ấ

- Hơn thế nữa các chất liệu này được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các loại mặt bích Nó vừa đáp ứng được nhu cầu về chất lượng, công dụng của sản phẩm đối với người dùng, đảm bảo tính kinh tế Các loại vật liệu là nguồn tài nhiên dễ khai thác, dễ tìm thấy cũng như đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khi làm việc

- Trong đó, điển hình nhất phải kể đến là mác thép SCM440.Thép SCM440 là mác thép được sản xuất theo tiêu chuẩn JIS Nhật Bản Mác thép rất thích hợp cho các chi tiết chịu trọng tải lớn, chịu mài mòn cao

và va đập mạnh, phù hợp để chế tạo khuôn mẫu.Và mác thép này thường dùng trong chế tạo máy, gia công cơ khí các chi tiết, các loại mặt bích

- Thép SCM440 còn gọi là dòng thép Crom Molypden do có bổ sung - thêmcrom và MO giúp cải thiện đáng kể cơ tính so với các mác thép cacbon thanthường khác như C45

- Thép SCM440 còn gọi là dòng thép Crom- Molypden do có bổ sung thêm crom và MO giúp cải thiện đáng kể cơ tính so với các mác thép cacbon than thường khác như C45

- Nhờ Molypden chiếm từ 0,15% đến 0,3% đã làm tăng khả năng chịu nhiệtđộ của thép SCM440 lên đáng kể Đặc biệt là sự kết hợp của

Crom và MO đã bổ trợ cho Cacbon giúp thép đạtđược độ cứng và độ dẻo giảm khả năng gãy mặt

- Ngoài ra ,sau khi gia công xong thép SCM440 làm mặt bích thì một

số đơn vịgia công sử dụng phương pháp nhiệt luyện – tôi cao tần hoặc tôi dầu để tăng cơtính của thép Độ cứng thép sau khi xử lý nhiệt đạt đến 52-55HRC

Thành phần hoá học trong SCM440:

Cơ tính của thép SCM440:

SCM440 phản ứng t t trong x lý nhi t và d dàng x ố ử ệ ễ ử lý trong điều ki n x ệ ử

lý nhi t V t liệ ậ ệu này cung c p nhiấ ều đặc tính mong muốn như độ ề b n và khả năng chống mài mòn, độ dẻo dai tuyệt vời, độ dẻo dai t t và kh ố ả năng chống lại ứng suất nhiệt độ cao

+ Độ bền:

- Độ b n kéo ( Tensile Strength): 665 Mpa ề

- Độ b n u n ( Yield Strength ): 415 Mpa ề ố

+ Môđun:

- Môđun nén ( Bulk Modul

- Môđun trượ

ệ ố – son’s ratio): 0,27 –

+ Độ ứ ủ

- Độ ứ

- Độ ứ

Số thứ tự Thành phần hoá học Hàm lượng ( %)

- Độ ứ

ả năng gia công( Machinability): 65

ủ

- Mật độ của thép SCM440: 7,85kg/cm

- Hệ s co giãn nhi t: 12,2 ố ệ µm/m°C ở 0-100°C

- Độ d n nhi t: 42,6W/mK@100°ẫ ệ C

- Đặc tính của thép SCM440: SCM440 có ưu điểm là thành phần ổn định,

ít l p gi i mã, ít khuy t t t b m t, kim lo i d dàng, t l nớ ả ế ậ ề ặ ủ ạ ễ ỷ ệ ứt đầu nguội thấp Ngoài ra, thép SCm440 còn có những được tính như:

- Là thép cường độ cao, độ dẻo dai tốt

- Đảm bao m i hàn r t tố ấ ốt

- Khả năng chịu mài mòn cao trong điều ki n làm vi c kh c nghiệ ệ ắ ệt

- Khả năng chống bén d ng tạ ốt

- Độ cứng đồng nhất mọi kích thước

- Gia công c t tắ ốt

- Hiệu su t gia công tuy t vấ ệ ời dưới nhiệt độ cao và ngoại hình đẹp khi gia công

- Dễ dàng gia công b ng EDM ằ

Hoá tính c a thép SCM440: ủ

Do trong thép có hàm lượng Cr – Mo - C cao nên tính chịu ăn mòn, tính chịu nhiệt và tính chịu axit r t là cao ấ

Tính gia công c a thép: ủ

- Thép có gi i h n chớ ạ ảy đạt 930N/mm

- Dễ dàng nung chảy ở mức độ nhất định, phù hợp với việc dùng thép

đểđúc hay chế o khuôn, gia công theo nhu c u s dụng tạ ầ ử

- Về khả năng dãn dài, đây là khả năng vật liệu thay đổi chi u dài khi b ề ị kéo đứt Thép SCM440 có độ dãn dài tới điểm gãy(50mm) là 25,7% như vậy dưới tác dụng của lực bên ngoài thép SCM440 không bị phá hỏng đồng thời giữ nguyên hình dạng đó khi bỏ lực tác dụng Các tính ch t n i b t khác: ấ ổ ậ

Độổn định thành phần tốt và ít ch a các yếu tố có h i ứ ạ

Độ tinh khiết của thép cao

Lớp kh nhi u nh ử ễ ỏ

Ít có khuy t t t b m ế ậ ề ặt

Tỷ l n t l nh thệ ứ ạ ấp

Độ ứ c ng nóng t ốt

CHƯƠNG 3: LỰ A CH ỌN PHƯƠNG PHÁP CHẾ T O S N PH M VÀ MÔ Ạ Ả Ẩ

TẢ TRÌNH T GIA CÔNG V I S N PH M C Ự Ớ Ả Ẩ Ụ THỂ ĐÃ CHỌN, TÍNH TOÁN THÔNG S C T G T CHÍNH CHO M T S Ố Ắ Ọ Ộ Ố NGUYÊN CÔNG CƠ BẢN

Công đoạn chuẩn bị và phương pháp chế tạo phôi

o Với v t ậ liệu chế t o m t bích ạ ặ có ưu điểm và nhược điểm v tính ề chất như tăng độ chịu mòn, chống rung động tốt, giảm độ co ngót, độ bền, ẻ d o dai kém, chí t thu c dtiế ộ ạng ả xuấ s n t hàng hoạ ừ có ế ất v a k t c u hình dáng tương đố i ph c t p rất phù hợp cho ứ ạ phương pháp gia công chi tiết nên ta dùng phương pháp c t gió t thép t m sau gia công chi ắ đá ừ ấ đó ti t.ế

o Quy trình gia công cơ tạo m t bích ặ

1.Chuẩn b phôi cho mị ặt bích

a Làm s ch phôi: ạ

Mài các ph n th a cầ ừ ủa phôi do chính quá trình cắt để lại như bazem, răng cưa tạo ra trong quá trính cắt, phần dư của mặt để trên phôi Ta dùng máy mài, ti n x lý b mệ ử ề ặt bỏ đi các phần thừa

Làm s ch cát dính, bám trên b m t phôi có th làm s ch b ng tay ạ ề ặ ể ạ ằ hoặc bằng thùng quay để làm sạch

b Ki m tra kích th c phôi: ể ướ

Vì phôi chưa qua gia công nên ta dùng thước kẹp 1/20 để kiểm tra là thích h p ợ

- Kiểm tra và lo i b ạ ỏ những loại phôi không đủ kích thước ho c b cong, ặ ị vẹo, vênh hay b oxi hoá ị

2 Các nguyên công ch t o m t bích ế ạ ặ

Nguyên công 1: Tiện thô ầu đầ d u 1, ti n thô m t l , ti n t o hình m t tr ệ ặ ỗ ệ ạ ặ ụ

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

MÁY TI N V Ệ ẠN NĂNG T616

- Định v vào m t tròn ngoài h n ch 2 b c t do và mị ặ ạ ế ậ ự ặt đầu 2 hạn ch ế

3 bậc tự do

- Kẹp chặt b ng mâm c p 3 ch u tằ ặ ấ ự đinh tâm

- Chọn máy: Máy tiện ren rít vạn năng T616, có công suất động cơ N=4,5Kw

- Chọn dao:

+) Dao n ngoài thân cong g n m nh h p kim c ng BK8 tiệ ắ ả ợ ứ

+) Dao ti n ngoài thân th ng g n m nh h p kim c ng BK8 ệ ẳ ắ ả ợ ứ Nguyên công 2: Ti n thô mệ ặt đầu 2, ti n m t tr ệ ặ ụ

- Phương pháp gia công: Tiện trên máy ti n vệ ạn năng bằng dao tiện mặt đầu, dao tiện ngoài

- Định v vào m t tròn ngoài h n ch 2 b c t do và mị ặ ạ ế ậ ự ặt đầu 3 hạn ch ế

3 b c t do ậ ự

- Kẹp chặt bằng mâm c p 3 ch u t nh tâm ặ ấ ự đị

- Chọn máy: Máy ti n ren vít vệ ạn năng T616, có công suất động cơ N= 4,5Kw

- Chọn dao:

+) Dao di n ngoài thân cong g n m nh h p kim c ng BK8 ệ ắ ả ợ ứ

+) Dao di n ngoài thân th ng g n m nh h p kim c ng BK8 ệ ẳ ắ ả ợ ứ

Nguyên công 3: Ti n tinh mệ ặt đầu, ti n tinh l , m t tr ệ ỗ ặ ụ

- Phương pháp gia công: Tiện trên máy ti n vệ ạn năng bằng dao tiện mặt d u, dao ti n l ầ ệ ỗ

- Định v vào m t tròn ngoài h n ch bị ặ ạ ế ậc 2 t do và mự ặt đầu 3 h n ch ạ ế

3 b c t do ậ ự

- Kẹp chặt b ng mâm c p 3 ch u tằ ặ ấ ự đinh tâm

- Chọn máy: Máy tiẹn ren rít vạn năng T616, có công suất động cơ N=4,5Kw

- Chọn dao

+) Dao rãnh thân cong g n m nh h p kim c ng BK8 ắ ả ợ ứ

+) Dao ti n l có g n m nh h p kim c ng BK8 ệ ỗ ắ ả ợ ứ

Nguyên công 4: Khoan 8 l , khoét 1 l lỗ ỗ ớn ở tâm m ặt.

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

- Định v vào mị ặt đầu 1 h n ch 3 b c t do, m t l h n ch t 2 b c t ạ ế ậ ự ặ ỗ ạ ế ậ ự

do

- Kẹp chặt bằng đai ốc

- Chọn máy: Máy khoan c n 2H53, có công suầ ất động cơ N= 3Kw

- Chọn dao:

+) Mũi khoan ruột gà đuôi trụ, vật liệu BK8

+) Mũi khoét, vật liệu BK8

MÁY KHOAN C N 2H53 Ầ

Nguyên công 5: Khoan và tarô l ỗ

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

- Định v vào mị ặt đầu 2 h n ch 3 b c t do ạ ế ậ ự

- Kẹp chặt bằng đai ốc

- Chọn máy: Máy khoan c n 2H53, có công suầ ất động cơ N=3Kw

- Chọn dao:

+) Mũi khoan ột gà, đuôi trụru , vật liệu BK8

+) Mũi tarô ngắn có chuôi chuyển tiếp

Vật li u: phệ ần lưỡ ắi c t thép gió P6M5, ph n chuôi thép 45 ầ

Nguyên công 6: Hàn c vào m t bích ổ ặ

Chúng ta s s dẽ ử ụng phương pháp hàn TIG để nối cổ trụ vào m t bích Hàn ặ TIG là phương pháp hàn hồ quang mang lại độ thẩm m cao, an toàn trong ỹ quá trình người thợ thi công, mối hàn giữa ống đường thép với mặt bích được ng u chín không có hiẫ ện tượng rõ, rò khí hay cìn g i là áp se t ong ọ ổ trong đường hàn

Nhiệt độ đo được ở muối hàn có th lên tể ới 2000 độ C, ở nhiệt độ này làm nóng chảy các đầu c a c dài và mủ ổ ặt bích để ắ g n k t l i v i nhau ế ạ ớ

Quá trình hàn nóng chảy, trong đó nguồn nhiệt điện cung c p b i h quan ấ ờ ồ được t o thành giạ ữa điện c c không nóng ch y xung ự ả quanh đường hàn, đường hồ quang được b o vả ệ bằng môi trường khí trơ ( Ar, He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động có hại của oxi và nitơ trong không khí Điện c c không nóng chự ảy thường d ng làm volfram ừ

PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG ĐỐI VỚI MẶT BÍCH HÀN CỔ

Nguyên công 7: Ki m tra ể

Độ đồ ng tâm giữa các lỗ không quá 0,1mm

Dụng cụ: đồng h so vồ ới độ chính xác 0,01mm

Chi tiết được giá trên b c l p trên tr c giá ạ ắ ụ

Độ vuông góc giữa đầu A và đường tâm lỗ

Dụng cụ: đồng h so chính xác 0.01mm ồ

Chi tiết được gá trên b c l p trên tr c giá ạ ắ ụ

CHƯƠNG 4: LỰ A CH ỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NHIỆT CHO SẢN PHẨM MÌNH ĐÃ CHỌN

Thép SCM440 là thép v i thành ph n cacbon trung bình ( 0,28 0,43 %) ớ ầ –

và h p kim hoá v i crom và molipden Vì thợ ớ ế để ử x lý nhi t cho s n phệ ả ẩm

đã chọn thì ta sẽ chọn phương pháp nhiệt luyện kim loại Cụ thể đó là phương pháp tôi và ram

- Tôi là quá trình nung nóng v t ph m thép lên t i nhiậ ẩ ớ ệt độ nhất định tương đối với từng loại thép, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian để ổn

định c u trúc của kim lo i và làm nguấ ạ ội đột ngột trong môi trường tương ứng từng loại thép

Với sản phẩm đã chọn cùng v i lo i thép SCM440 ớ ạ chứa một lượng cacbon trung bình thì tôi là phương pháp hoàn toàn và phù hợp nh Ta ất

sẽ tôi hoá thép nhiở ệt độ kho ng 870°C ( 1600°F)ả Thép được tôi trong

lò điện, lò than hay lò muối Lò điện ( lò múp) có ưu điểm là quá trình đốt nóng trong lò được đều, nhiệt độ đốt ngóng dễ điều chỉnh, v t càn tôi ậ không ph i ti p xúc v i luả ế ớ ồng khí đượ ạc t o thành khi nhiên li u cháy ệ + Th i gian ờ giữ ậ ầ v t c n tôi nhiở ệt đọ nung nóng có th t ể ừ vài phút đến nửa giờ tuỳ theo chi u dày c a về ủ ật được tôi V t càng dày thì càng cậ ần thời gian để cho nhiệt độ phân bố được đều khắp chiều dày của thép + Tiếp đố ậ ần tôi đượ v t c c nhúng v t cậ ần tôi vào môi trường làm ngu i ộ Đỗi với vật c n tôi là thép SCM440 thì v t sầ ậ ẽ được nhúng vào môi trường

dầu để làm nguộ Độ cứng thép sẽ được nâng lên và cứng từ ngoài vào i trong, hi u su t s n phệ ấ ả ẩm được làm ra s phát huy tẽ ối đa khả năng của

nó

+Quá trình làm ngu i s m cho t ộ ẽ là ổ chức Ôstenit chuy n bi n V i loể ế ớ ại thép tôi làm ngu i bộ ằng môi trường d u thì Ôstenit chuy n hoá thành t ầ ể ổ chức khác với độ ứng cao hơn vớ ổ chức Ôstenit ban đầu c i t

+ Ngoài phương pháp tôi dầu ra, một số đơn vị còn sử dụng phương pháp nhiệt luyện bề ặ m t ( FHA/HQI) tức là dưới tác d ng cụ ủa dòng điện môi, b ề