II. Tính tốn các thơng số kỹ thuật cơ bản
3. Phân tích chi tiết gia cơng
a)Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết.
Đây là thiết bị làm việc trong mơi trường hố chất và nước biển nên địi hỏi sự chống ăn mịn của nước biển,hố chất và mơi trường ảnh hưởng rất nhiều đến độ bền củ thiết bị.
Chi tiết thân bình chỉ cĩ tác dụng chứa dung dịch hố chất xủ lý.
Vì vậy trong quá trình thiêt kế chế tạo ta chọn vật liệu cĩ khả năng chống ăn mịn của nước mặn và hĩa chất để kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
b)Phân tích tính cơng nghệ trong kết cấu.
Trong kết cấu của thiết bị,ta thấy nếu sản xuất với số lượng lớn thì cĩ thể chế tạo bằng phương pháp đúc với vật liệu mới là composite.
Đây là thiết bị đơn giản,ít bị xê dịch trong quá trình làm việc,ta chỉ sử dụng phương pháp chế tạo thủ cơng.
4. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo phơi. a)Chọn vật liệu.
Do chi tiết làm việc trong mơi trường hĩa chất và nước mặn, giá thành thiết bị khơng cao. Nên chi tiết phải đảm bảo:
- Giá thành rẻ, dễ chế tạo, dễ vận chuyển. - Phù hợp với thị trường.
- Chống bị ăn mịn khi làm việc với mơi trường hố chất và nước biển. - Cĩ độ cứng vững cao.
- Khơng cần độ bền cao.
Với những yêu cầu trên ta chỉ chọn vật liệu là vật liệu composite là đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và chế tạo.
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu cĩ bản chất khác nhau. Vật liệu tạo thành cĩ đặc tính trội hơn đặc tính vật liệu của từng thành phần khi xét riêng rẽ. Vật liệu composite thường bao gồm:Vật liệu cốt ( thường dưới dạng sợi ) và vật liệu nền ( thường là nhựa ). Dưới gĩc độ cơ học, vật liệu nền và vật liệu cốt là những vật liệu đồng nhất.
Vật liệu cốt giúp cho vật liệu composite cĩ khả năng chịu lực cao h ơn, vật liệu nền đĩng vai trị vật liệu cốt với nhau và truyền lực cơ học tới chúng, cũng như bảo vệ vật liệu cốt chống chọi với mơi tr ường xung quanh.
Nhựa dùng trong vật liệu composite là vật liệu biến dạng được và tương thích với sợi. Ngịai ra nhựa cần cĩ tỷ trọng nhỏ để cho vật liệu composite cĩ các đặc tr ưng cơ học riêng cao.
Cĩ hai loại nhựa polyme: nhựa nhiệt dẻo v à nhựa nhiệt cứng.
Tính chất của nhựa nhiệt cứng: cho phép tạo h ình một lần. Thực vậy, sau quá trình polyme hĩa, nhiệt độ chất xúc tác, nhựa cho ta một kết cấu h ình học nhất định, khĩ phá vỡ. Nhựa nhiệt cứng cĩ cơ tính cao, đặc biệt cĩ cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Vì vậy ta sử dụng nhựa nhiệt cứng: Nhựa polyeste khơng no
Nhựa polyeste: được sử dụng từ lâu để chế tạo vật liệu composite. Dựa theo mơđun đàn hồi, người ta phân loại polyeste: nhựa mềm, nhựa cứng vừa phải v à nhựa cứng. Loại nhựa cứng hay được sử dụng để chế tạo vật liệu composite.
Nhựa polyeste cĩ ưu điểm : Cứng;
Ổn định kích thước;
Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao; Dễ vận hành;
Chống mơi trường hĩa học; Giá thành hạ.
Nhựa polyeste cĩ nhược điểm :
Dễ bị nứt, đặc biệt là nứt do va đập; Độ co ngĩt cao ( Khoảng 8 – 10 % ). Khả năng chịu hơi nước, nước nĩng kém; Bị hư hại dưới tác dụng của tia cực tím; Dễ bắt lửa;
Chịu nhiệt trung bình ( dưới 1200C ).
Vật liệu tăng cường ( hay cốt ) :
Cung cấp cơ tính cho vật liệu composite: độ cứng, độ bền phá hủy v.v… Các chất tăng cường cũng cho phép cải thiện một số tính chất lý học của vật liệu composite: tính
dẫn nhiệt, chịu nhiệt độ, độ bền m ịn, tính dẫn điện v.v…đối với chất tăng c ường ta cần quan tâm đến một số đặc trưng sau: cơ tính phải cao, tỷ trọng nhỏ, tương thích với nhựa, dễ vận hành khi chế tạo, giá thành hạ v.v…Tùy thuộc vào mục đích sử dụng ta cĩ chất tăng cường cĩ thể cĩ các nguồn gốc khác nhau: nh ư sợi thực vật, khống chất, nhân tạo, tổng hợp…tuy nhiên chất tăng cường hay sử dụng nhất dưới dạng sợi hoặc biến thể một chút. Các sợi được sử dụng để tạo vật liệu dưới dạng mặt ( hay diện tích ) theo nhiều kiểu khác nhau: “ mat ”, vải hay băng. Ta thường gặp các dạng trên với sợi thủy tinh.
Mat :
Mat gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn loạn trong một mặt phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết cĩ thể hịa tan hoặc khơng hịa tan trong nhựa, tùy thuộc vào cơng nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi l àm cho “mat ”cĩ tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nĩ.
Mát sợi ngắn và mặt sợi dài chỉ khác nhau ở mức độ biến dạng. Mat s ợi ngắn biến dạng nhỏ, ngược lại mát sợi dài cho phép chịu các biến dạng đặc biệt lớn theo tất cả các phương.
Sợi thủy tinh dưới dạng khối rất dịn, dễ bị nứt. ngược lại khi gia cơng dưới dạng sọi đường kính nhỏ ( vài chục micron ) thủy tinh sẽ mất các tính chất tr ên và cĩ nhiều ưu điểm trên phương diện cơ học.
Sợi thủy tinh được chế biến từ thủy tinh kéo sợi gọi l à thủy tinh dệt, trong đĩ chứa silic, alumin, manhê v.v.v…ta s ử dụng thủy tinh loại R, S cĩ đặc tính chung l à độ bền cơ học cao.
Cơ tính xơ của thủy tinh R lúc mới ra lị. Khối lượng riêng = 2550 [kg/m3]. Mơdun Yuong Es = 86 [Gpa] Ứng suất phá hủy su= 4400 [Mpa] Biến dạng phá hủy su= 5,2 [%] Hệ số poisson s = 0,22. Kết cấu composite nhiều lớp :
Trong trường hợp tổng quát, vật liệu cốt ( chất tăng c ường )của mỗi lớp vật liệu cĩ bản chất khác nhau: cĩ thể là xơ, sợi, “mat”, vải thủy tinh, cacbonv.v…Mỗi lớp cần
phải ghi rõ bản chất của sợi sử dụng, laọi vật liệu l àm cốt: sợi, “mat”, vải cùng với tỷ lệ khối lượng sợi theo phương dọc… và ngang.
Việc lựa chọn sợi, xê-căng của các lớp vật liệu phụ thuộc v ào người sử dụng sao cho thõa mãn cao nhất tính bền, tính cứng…khi chiụ tải trọng, ta cần chú ý:
- Các lớp đồng phương cho cơ tính cao theo phương c ủa sợi ; - Các lớp “mat” chịu kéo kém, do đĩ nên bố trí tại vùng chịu nén; - Vật liệu composite lớp vuơng [0/90]n dễ bị tách lớp;
- Khi tăng cường theo cả ba phương, ta cĩ vật liệu á-đẳng hướng.
b)Phương pháp chế tạo phơi:
Thiết bị cĩ kết cấu đơn giản và sản xuất hàng loạt nhỏ nên ta sử dụng phơi đúc. Như vậy, ta cĩ thể rút ngắn thời gian chuẩn bị phơi v à đạt hiệu quả kinh tế cao.
5. Các nguyên cơng cơng nghệ chế tạo thân bình.
Nguyên cơng 1:Tạo khuơn.
Khuơn để gia cơng chi tiết cĩ thể gia cơng bằng vật liệu gỗ nh ưng thơng thường khuơn đã được làm bằng nhựa đã được tạo kích thước, yêu cầu kỹ thuật bề mặt thõa mãn chi tiết cần gia cơng.
khuơn.
Bước 1: Tạo bề mặt khuơn đúc:
Dùng chổi quét chất wax8 là giải phĩng khuơn đồng thời cũng l à lớp dùng làm láng bề mặt khuơn làm láng bề mặt chi tiết gia cơng.
Bước 2: Phun lớp Gelgrat sơn bề mặt khuơn tỷ lệ 1kg/m2 cĩ tác dụng chống tia cực tím và tăng độ bền chi tiết.
Nguyên cơng 2: Chế tạo thân bình.
Bước 1: Trát composite lên khuơn vừa được tao xong, Composite bao gồm polyeste và chất đơng cứng MEK tỷ lệ 1gam nhựa v à 0.8-2 (%) MEK.
Bước 2: Sau đĩ ta cắt sợi thủy tinh được chế tạo dưới dạng như vải làm cốt tăng độ bền cơ học cho chi tiết. hai bước trên làm xen kẽ nhau theo thứ tự như trên cho đến khi đủ độ dày theo yêu cầu chuyển bước 3.
Bước 3: Ta tiếp tục quét nhựa chất Gelgrat lên đẻ chống tia cực tím
Nguyên cơng 3: Tháo khuơn và làm sạch:
Bước 1: Tháo khuơn.
Sau khi composite đơng lại ta tiến hành tháo khuơn
Bước 2: Làm sạch chi tiết
Nguyên cơng 4:Quét lớp tạo màu .
Tùy theo yêu cầu người tiêu dùng mà ta tạo màu xanh, đỏ,…cho chi tiết phù hợp với yêu cầu.
Nguyên cơng 5: Gia cơng các lỗ.Tiến hành khoan trên máy khoan cần.
II. Xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo thân phao.
Cấu tạo thân phao (gồm ống hút khí và ống hút chất lỏng).
1. Xác định dạng sản xuất.
Sở dĩ phải xác định dạng sản xuất khi thiết kế QTCN là vì ứng với mỗi dạng sản xuất chúng cĩ các đặc điểm riêng .Đối với dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ thì các máy cơng nghệ thường dung là các máy vạn năng,trong khi đĩ đối với dạng sản xuất loạt lớn , để tăng năng suất phai sử dụng các máy chuyên dung và các máy tự động,do vậy quy trình cơng nghệ sẽ phải khác nhau.
Muốn biết dạng sản xuất cần phải biết số lượng sản phẩm hang năm của chi tiết gia cơng. Sản lượng chi tiết cần sản xuất trong năm xác định theo cơng thức:
100 1 . . 0 m N N Trong đĩ:
N – Sản lượng chi tiết chế tạo trong 1 năm. N0- Số sản phẩm sản xuất trong 1 năm.
m- Số chi tiết như nhau trong 1 sản phẩm
- Số phế phẩm xảy ra trong quá trình chế tạo(3%-6%).
-Số chi tiết chế tạo thêm để sự trữ(5%-7%).
Tuy nhiên, để xác định dạng sản xuất của chi tiết cần xác định th êm trọng lượng của chi tiết, trọng lượng của chi tiết cĩ thể xác định theo cơng thức sau:
Q= V. ( kg ). Trong đĩ:
Q- trọng lượng của chi tiết.
- trọng lượng riêng của vật liệu ( kG/dm3 ) V- thể tích của chi tiết ( dm3 ).
Trong khuơn khổ đề tài thì đây là sản xuất dơn chiếc.
2. Phân tích chi tiết gia cơng.
a)Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết.
Chức năng chính của chi tiết là dẫn khí và dẫn chất lỏng ở áp suất thường,khơng chịu tác động tác động bởi một lực cơ học nào đáng kể.
Chi tiết làm việc trong mơi trường hố chất,vì vậy địi hỏi phải chống được sự ăn mịn của hố chất cũng như nước mặn.
Bề mặt làm việc chính của chi tiết là bề mặt bên trong lỗ,vì vậy kích thước quan trọng nhất là đường kính lỗ ø4 của ống hút khí và đường kính lỗ ø6 của ống hút chất lỏng.
b)Phân tích tính cơng nghệ trong lết cấu.
Đây là chi tiết đơn giản,yêu cầu độ chính xác khơng cao,làm việc trong điều kiện chuyển động nhẹ,khơng chịu lực tác động lớn,khơng yêu cầu độ bền cao.
Vì vậy ta cĩ thể gia cơng trên các máy vạn năng,cĩ độ chính xác trung bình,khơng cần cơng nhân cĩ trình độ tay nghề cao.
Do đây là chi tiết khơng yêu cầu độ bền và độ chính xác cao mà chỉ yêu cầu khả năng chống ăn mịn của một số hố chất nên ta chọn vật liệu là thép khơng gỉ ngồi ra cĩ thể thay thế vật liệu kim loại bằng vật liệu khác cĩ thể thoả mãn yêu cầu như một số loại nhựa:nhựa PVC; Polyme;composite…vừa cĩ giá thành thấp mà dễ gia cơng.
3. Chọn phơi và phương pháp chế tạo phơi.
Do chi tiết dạng trục,dễ chế tạo,khơng yêu cấu độ chính xác cao nên ta chọn phơi dạng thanh.Phương pháp chế tạo là phơi cán nĩng.
4. Thiết kế các nguyên cơng cơng nghệ.
a) Lập tiến trình cơng nghệ (xác định thứ tự các nguyên cơng và các bước trongnguyên cơng). nguyên cơng).
Đánh số các bề mặt gia cơng.
Giới thiệu các phương án gia cơng thân phao định lượng. Phương án 1: STT Tên nguyên cơng Số bề mặt gia cơng Số bề mặt định vị Dạng máy gia cơng Dụng cụ 1 -Tiện mặt đầu -Khoan lỗ Ø4 -Tiện mặt Ø10 1 2 3 2,3 Máy tiện T616
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngồi,mũi khoan Ø4
2 Tiện ren M10 4 2,3 Máy tiện Dao tiện ren
3 -Tiện mặt đầu -khoan lỗ Ø6 -Tiện mặt Ø15 -Tiện mặt cơn 5 6 7 8 5,7 Máy tiện
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngồi,mũi khoan Ø6
4 -Khoan lỗ Ø10 9 7 Máy Koan
cần
Mũi khoan
5 Hàn nối 10 Máy hàn Que hàn Ø3
6 Tổng kiểm tra Tất cả các bề nặt Phương án 2: STT Tên nguyên cơng Số bề mặt gia cơng Số bề mặt định vị Dạng máy gia cơng Dụng cụ 1 -Tiện mặt đầu -Tiện mặt Ø10 -tiện ren M10 1 3 4 2,3 Máy tiện T616
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngồi,
Dao tiện ren 2 Khoan lỗ Ø4 2 2,3 Máy tiện mũi khoan Ø4
3 -Tiện mặt đầu -Tiện mặt Ø15 -Tiện mặt cơn -khoan lỗ Ø6 5 7 8 6 5,7 Máy tiện
Dao tiện mặt đầu,mặt trụ ngồi
4 -Khoan lỗ Ø10 9 7 Máy Koan cần
Mũi khoan Ø10
5 Hàn nối 10 Máy hàn Que hàn Ø3
6 Tổng kiểm tra Tất cả các bề nặt
Lựa chọn phương án gia cơng.
Lựa chọn phương án gia cơng là ta phải chọn được phương án nào cĩ nhiều ưu điểm hơn,giảm bớt số nhược điểm,làm sao để quá trình gia cơng đạt năng suất,chất lượng cao,giảm chi phí gia cơng,giảm thời gian nguyên cơng…Vì vậy ta phải xét ưu,nhược điểm của từng phương án.
-Ưu,nhược điểm của phương án 1:
Ưu điểm:+Chi tiết gia cơng đạt độ chính xác cao h ơn, ít sinh phế phẩm.
+Đảm bảo được độ cứng vững của chi tiết trong quá trình gia cơng vì các lỗ ø4 và ø6 được gia cơng trước sau đĩ sử dụng mũi chống tâm để gia cơng các bề mặt cịn lại.
+Đảm bảo được yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Nhượcđiểm: Phương án 1 hầu như khơng cĩ nhược điểm nào đáng kể ngồi việc phải sử dụng thêm mũi chống tâm.
-Ưu, nhược điểm của phương án 2:
Ưu điểm:+Khơng phải sử dụng mũi chống tâm ,ngồi ra khơng cĩ ưu điểm nào vợt trội so với phương án 1.
Nhược điểm:+Độ chính xác của chi tiết khơng cao,dễ sinh phế phẩm.
+Khơng đảm bảo độ cứng vững của chi tiết trong quá trình gia cơng. +Từ đĩ làm giảm năng suất gia cơng.
Kết luận: Sau khi so sánh ưu và nhược điểm của hai phương án,ta thấy phương án 1 cĩ nhiều ưu điểm hơn,hạn chế được một số nhược điểm của phương án 2.Vì vậy ta chọn phương án gia cơng theo phương án 1.
b) Lập và vẽ sơ đồ gá đặt (sơ đồ nguyên cơng),chọn máy và dụng cụ cắt.
Chuẩn định vị là một phần mặt ngồi và lỗ sau khi đã khoan ta coi như là lỗ tâm và sử dụng mũi chống tâm,như vậy một đầu ta dùng mâm cặp và cặp ngắn cịn một đầu dùng
mũi tâm.Để gia cơng hết chiều dài chi tiết ta chỉ việc đảo đầu chi tiết để gia cơng đầu cịn lại.
1.Nguyên cơng 1:
Bước 1:Tiện mặt đầu,khoan lỗ Ø4.
Gia cơng trên máy tiện vạn năng T616.Dùng mâm cặp 3 chấu,cặp dài để tiến hành tiện mặt đầu, đảo đầu để tiện mặt đầu cịn lại,sử dụng dao tiện mặt đầu.
Dử dụng mũi khoan Ø4 lắp trên ụ động để tiến hành khoan lỗ,ta đảo đầu để khoan hết chiều dài cần khoan.
Bước 2:Tiện mặt trụ Ø10 để chuẩn bị cho nguyên cơng gia cơng ren M10.
Gia cơng trên máy tiện T616,sử dụng dao tiện mặt trụ ngồi.
Gá trên mâm cặp 3 chấu,một đầu cặp ngắn ,một đầu dùng chống tâm. Tiện xong ta tiến hành vát mép.
2.Nguyên cơng 2:
Gia cơng trên máy tiện ren vít vạn năng T616, sử dụng dao tiện ren. Một đầu gá trên mâm cặp,một đầu chống tâm.
3.Nguyên cơng 3:
Bước 1:Tiện mặt đầu,khoan lỗØ6.
Gia cơng trên máy tiện vạn năng T616.
Sử dụng mâm cặp 3 chấu,cặp dài để tiến hành tiện mặt đầu,khoan lỗ.
Dùng dao tiện mặt đầu để tiện mặt đầu,mũi khoan lắp trên ụ động để khoan lỗ.
Bước 2:Tiện mặt trụ ø15,tiện đầu cơn để lắp ống mềm.
Gia cơng trên máy tiện T616. Dụng cụ: Dao tiện mặt trụ ngồi.
Gia cơng trên máy khoan cần.Dụng cụ : Mũi khoan Ø10. Sử dụng đồ gá để khoan.
5.Nguyên cơng 5:
Hàn ống hút khí và ống hút nước để tạo thành chi tiết thân phao hồn chỉnh.