Đồ án thiết kế xưởng nhiệt luyện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU HỌC, XỬ LÝ NHIỆT VÀ BỀ MẶT

Cấu tạo của chi tiết

H1 Cấu tạo của tay biên

H2 Kích thước của tay biên

Kết cấu tay biên gồm ba phần:

- Đầu nhỏ tay biên: đầu ghép tay biên với chốt piston

- Thân tay biên: phần tay biên nối đầu nhỏ với đầu to

- Đầu to tay biên: đầu lắp ghép với chốt trục khuỷu

Kết cẩu đầu nhỏ tay biên phụ thuộc phụ thuộc vào kích thước chốt piston vào phương pháp lắp ghép chốt piston vào đầu nhỏ tay biên.

Hiện nay chốt piston lắp tự do được sử dụng phổ biến trong các động cơ, với đầu nhỏ tay biên có dạng hình trụ rỗng Đặc điểm này cho phép quá trình tiếp xúc và chuyển động giữa chốt piston và đầu nhỏ tay biên diễn ra một cách linh hoạt Do có sự chuyển động tương đối giữa chốt piston và đầu nhỏ tay biên, việc bôi trơn bề mặt ma sát là cần thiết để giảm mòn, hạ nhiệt và duy trì hiệu suất vận hành ổn định Vì vậy, thiết kế hệ thống bôi trơn và lựa chọn vật liệu phù hợp cho chốt piston và đầu nhỏ tay biên là yếu tố quan trọng để tối ưu độ bền và tuổi thọ của động cơ.

Trong các động cơ làm mát piston bằng nước nhờn, phương pháp phun nước nhờn xuống dưới đỉnh piston được bố trí qua lỗ phun nước ở phía đầu biên bên phải Nước sau khi bôi trơn bề mặt bạc lót và chốt piston sẽ phun vào mặt dưới của đỉnh piston, giúp giảm ma sát, ngăn ngừa mài mòn và tăng hiệu quả làm mát cũng như tuổi thọ của piston.

Mặt trong của đầu nhỏ tay biên được lắp với bạc theo kiểu lắp chặt; mặt trong bạc được ghép lỏng với chốt piston nhằm đảm bảo chốt piston có chuyển động tương đối so với đầu nhỏ tay biên.

Chiều dài của thân tay biên được xác định từ tâm đầu nhỏ đến đầu to của tay biên, cho thấy sự tinh chỉnh kích thước để tối ưu hóa khả năng chịu lực Thân tay biên chịu lực phức tạp với các thành phần như lực quán tính, lực kéo, lực nén và lực uốn, đòi hỏi cấu trúc thiết kế phù hợp với từng tình huống chịu lực khác nhau Vì vậy, tay biên có một đầu to và một đầu nhỏ nhằm phân bố lực và tăng hiệu quả chịu tải.

Thân tay biên có tiết diện hình chữ I là một loại phân bố vật liệu hợp lý nhất, giúp tăng độ cứng vững và đồng thời giảm trọng lượng của cấu kiện so với các tiết diện khác Với đặc điểm tối ưu của tiết diện chữ I, nó được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế kết cấu để nâng cao khả năng chịu lực và tối ưu hiệu quả vật liệu, đồng thời cải thiện hiệu suất tổng thể của sản phẩm.

1.1.3 Đầu to tay biên Đầu to của tay biên là phần trụ rỗng ôm lấy chốt trục khuỷu Để chống mòn và thuận tiện trong bão dưỡng, sửa chữa người ta dùng bạc lót lắp vào đầu to tay biên Mặt làm việc của bạc lót được trảng lớp hợp kim chống môn. Để đảm bảo tính năng làm việc tốt, đầu to tay biên cần đảm bảo các yêu cầu:

- Bảo đảm cứng vững để bạc lót không bị bến dạng Phải nhỏ gọn để giảm lực quân tính

- Giữa đầu to và thần có góc lượn để tránh gây ứng suất tập trung Thuận lợi cho việc lắp ghép với chốt khuỷu.

- Mặt trong của tay biên được lắp chặt với bạc, mặt trong của bạc lót lắp lỏng với chốt khuỷu.

Điều kiện làm việc của chi tiết

Tay biên làm làm việc trong điều kiện :

+ Chịu tải trọng nén và kéo theo chu kỳ khi đẫn động

+ Chịu mài mòn ở hai đầu

Yêu cầu của chi tiết

Với điều kiện làm việc của chi tiết như trên, tay biên cần đáp ứng được các yêu cầu sau:

+ Cần có độ bền nén và bền kéo cao

+ Có khả năng làm việc ở nhiệt độ tương đối cao

+ Có khả năng chịu mài mòn ở hai đầu

Các loại thép thường được sử dụng là thép cacbon và thép hợp kim

- Ưu điểm của thép cacbon:

+ Rẻ, dễ kiếm do không yêu cầu đòi hỏi thành phần phức tạp + Có cơ tính tương đối tốt

+ Có tính công nghệ tốt : dễ đúc, rèn, cán so với thép hợp kim

+ Độ thấm tôi thấp dẫn đến hiệu quả bằng nhiệt luyện không cao + Tính chịu nhiệt độ cao kém

+ Chống ăn mòn, tính cứng nóng kém

Thép hợp kim

+ Do một số yếu tố mà chủ yếu là do tính thấm tôi cao hơn nên thép hợp kim có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon

+ Có tính cứng nóng cao hơn nhiều so với thép cacbon

+ Giá thành cao do chứa nhiều các nguyên tố hợp kim + Độ dẻo, độ dai thấp hơn thép cacbon

+ Tính công nghệ thấp hơn thép cacbon thường ( trừ tính thấm tôi) Đánh giá :

Chi tiết được chọn làm tay biên cho xe máy Honda 110cc với kích thước khá nhỏ, chiều dày 14 mm, và yêu cầu cơ tính không quá cao Dựa vào ưu nhược điểm của hai loại thép đã nêu ở trên, thép cacbon được xem là giải pháp tối ưu vì vừa đáp ứng đầy đủ yêu cầu về cơ tính, vừa tối ưu chi phí nguyên liệu và quy trình gia công.

Loại thép cacbon được chọn là thép C45 với các ưu điểm như :

 Do có độ bền kéo 570-690Mpa, thép C45 có khả năng chống bào mòn, chống oxy hóa tốt và chịu được tải trọng cao

 Tính đàn hồi tốt, vì có độ bền kéo cao và giới hạn chảy cao nên thép C45 có khả năng chịu được va đập tốt.

 Sức bền kéo cao giúp cho việc nhiệt luyện, chế tạo chi tiết máy, khuôn mầu

 Mức giá thành thấp hơn so với các dòng thép nguyên liệu khác.

Quy trình chế tạo

Phôi thép cán nóng Gia công nóng

Gia công thô Nhiêt luyện kết thúc

Quy trình nhiệt luyện

Yêu cầu của chi tiết sau nhiệt luyện là:

+ Độ cứng đầu to và đầu nhỏ là 60HRC, phần thân tay biên 35 HRC

+ Chi tiết không được cong vênh

2.1 Nhiệt luyện sơ bộ Để thuận tiện cho việc gia công ta cần ủ hoàn toàn ở nhiệt độ 800-810 o C, sau đó được làm nguội cùng lò

T ủ = Ac3 + (30 – 50 0 C) Độ cứng đạt được sau ủ là 15 HRC

Tổ chức sau ủ là Peclit + Ferit có hạt nhỏ

Quá trình nhiệt luyện thép bắt đầu bằng nung thép lên nhiệt độ cao hơn ngưỡng Ac1 để hình thành austenit; sau khi giữ nhiệt ở trạng thái này, thép được làm nguội nhanh (quenching) để biến austenit thành mactenit hoặc các pha khác có độ cứng cao Quá trình này tạo ra thép có độ cứng và độ bền lớn, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu tải và chống mài mòn.

- Mục đích của tôi thép là: Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép.

Kiểm tra sp& xuất xưởng

-Đối với chi tiết được chọn sử dụng thép C45 với %C là 0.45% Thép C45 là thép trước cùng tích được tôi xuyên tâm ở nhiệt độ:

T 0 3+(30-50 o C) Độ cứng sau tôi cần đạt là 56 HRC

Tổ chức sau tôi là: Mactenxit và Austenit dư

Việc lựa chọn môi trường làm nguội phụ thuộc vào mác thép và hình dáng, kích thước chi tiết Môi trường có tốc độ làm nguội nhanh phù hợp với thép có hệ số truyền nhiệt cao như thép cacbon và thép hợp kim thấp cho chi tiết nhỏ; ngược lại, tốc độ làm nguội thấp hơn như dùng nước được áp dụng cho các thép hợp kim Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và đặc biệt là tốc độ làm nguội, yếu tố được quyết định bởi môi trường làm nguội Môi trường làm nguội cần có tốc độ nguội bằng hoặc lớn hơn tốc độ nguội tới hạn để thép khi làm nguội không chuyển sang tổ chức có độ cứng thấp như ferrit, peclit hay bainit Mặt khác, môi trường làm nguội phải có tốc độ nguội đủ nhỏ để không gây ứng suất và biến dạng hoặc nứt vỡ chi tiết, nhất là trong vùng chuyển biến mactenxit Hai yêu cầu này như mâu thuẫn: để đạt độ cứng cao và chiều sâu lớp cứng lớn, môi trường làm nguội phải có tốc độ nguội lớn, nhưng tốc độ nguội lớn sẽ tăng ứng suất nhiệt làm gia tăng nguy cơ biến dạng và nứt vỡ.

Hình 1 Tốc độ làm nguội của một số môi trường tôi điển hình

Thép C45 là loại thép chịu nhiệt và có khả năng tôi luyện cao, phù hợp để sản xuất các chi tiết có yêu cầu độ cứng và khả năng chịu mài mòn Do đặc tính này, các chi tiết từ thép C45 thường được thiết kế tương đối đơn giản và dễ gia công Để đạt được độ cứng mong muốn, quy trình nhiệt luyện cho thép C45 cần kiểm soát nhiệt độ và thời gian nung ủ, kết hợp với quá trình tôi luyện và ủ ở nhiệt độ phù hợp để cân bằng độ cứng và độ bền.

TAc3 = 727 + Delta T Delta T = khoảng nhiệt độ từ Ac1- Ac3 Xác định delta T dùng tính chất tam giác đồng dạng trong giản đồ Fe - Fe3C.

Tăng nhiệt độ đến khoảng 890-900 độ để đạt được tổ chức hoàn toàn autenite, sau đó làm nguội nhanh bằng nước để tạo thành mactensite có độ cứng cao

2.2.2 Ram ( Công đoạn bắt buộc sau tôi)

Khi ram cần lưu y đồng đều nhiệt trong lò Ram

Trong thép, tổ chức gồm martensit, austenit dư và carbide cần được ram (ủ) để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn Mục đích của ram là tăng độ dẻo và độ dai của vật liệu, đồng thời khử bỏ ứng suất còn tồn tại trong cấu trúc Quá trình ram diễn ra ở nhiệt độ khoảng 500°C đến 600°C, khi các pha và liên kết bên trong thép phân hóa và ổn định, giúp cải thiện cả độ cứng lẫn độ dẻo và khả năng chịu tải của sản phẩm thép.

600 o C Chọn nhiệt độ ram thích hợp nên dựa vào yêu cầu về độ cứng.

Tổ chức sau tôi là Xoobit ram

Tôi bề mặt là phương pháp tôi bộ phận kim loại, khi đó chỉ có lớp bề mặt chi tiết được tôi, còn lõi không được tôi

- Tôi cảm ứng ở đầu to và đầu nhỏ để bề mặt đạt độ cứng khoảng 58- 60HRC, độ thấm tôi 2,5-3 mm

- Đối với thép C45, để đạt giá trị độ cứng 58  60 HRC, nhiệt độ tôi của lớp nung cao tần là 990-1040 o C Ứng với chiều sâu lớp tôi 2,5  3 mm

Tính toán quá trình nung

Các thông số của chi tiết

- Khối lượng chi tiết: 0.24 kg

+ Hệ số dẫn nhiệt của quá trình ủ ở nhiệt độ 500 o C:

+ Hệ số dẫn nhiệt của quá trình tôi:

+ Hệ số dẫn nhiệt cho quá trình ram :

+ Hệ số dẫn nhiệt cho quá trình tôi cảm ứng: 35.79 W/(m.K)

Chọn lò sơ bộ

Thông số kỹ thuật máy lò tôi cao tần 160 KVA

 Công suất cực đại 160 KVA

 Tần số hoạt động 10-30 KHz

 Điện áp làm việc hoạt động 3pha/380v/50Hz

 Dải điện áp sử dụng 342- 430 V

 Tốc độ dòng chảy nước làm mát 38 L/min

 Trọng lượng thiết bị 105 kg

 Kích thước thiết bị 660x700x1680 mm

- Model – SNOL 1000/1200, hãng Snol - Livita Lò điều khiển theo chương trình Kết nối với máy tính qua cổng RS-232 / RS-

485 / USB +Công suất thiết kế: 70 kW (NTk), tối thiếu 50 kW

+ Kích thước buồng lò: Rộng x Sâu x Cao: 1000x1000x1000 mm

+ Kích thước ngoài lò: Rộng x Sâu x Cao:2500x2200x2800 mm + Điện năng: 380 V + Nhiệt độ tối đa: 1200 oC+ Điện áp ba pha

Tính toán thời gian nung

Chi tiết đưa vào lò là phôi để gia công tinh Phôi có hình trụ với kích thước như sau: Đường kính phôi: 50 mm

+) Tính toán thời gian nung chi tiết đến nhiệt độ ủ:

Nhiệt độ trung bình của vật nung: t2d: Nhiệt độ ban đầu của vật nung, t2d = 25 o C = 298K t2c: Nhiệt độ cuối giai đoạn của vật nung, t2c = 810 o C = 1083K

Tính toán hệ số Bio ( tra bảng với mác thép tương đương ) ta được:

Hệ số Bio cho phôi :

S: Chiều dày truyền nhiệt của vật nung S=r=0,025 m (nung hai phía)

- Công suất hữu ích của lò:

Trong đó: η: Hệ số sử dụng hữu ích của lò, η = 0,9

Ntk: Công suất thiết kế của lò, Ntk0 Kw

- Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích của lò:

+ k hệ số tỷ lệ giữ nhiệt độ đạt được ở giai đoạn đầu và nhiệt độ nung cần đạt, k

+ F là diện tích bề mặt nung của 1 chi tiết, F = 0.03m 2

+ T2c: Nhiệt độ cuối giai đoạn nung của chi tiết, T2c = 810 + 273 = 1083 K

 Chọn số chi tiết/mẻ là : n = 200

- Khối lượng chi tiết/mẻ: Mct = 2.1 x 200 = 420 [kg]

- Khối lượng mẻ xếp: M = Mct + Mgá = 420+254= 674 [kg]

- Diện tích hấp thụ của cả mẻ: F = 200.Fct + Fgá = 200 0,03 + 3,3=9.3 [m 2 ]

Kiểm tra điều kiện biên:

Do Nkt > Ntk nên quá trình nung tới nhiệt độ 810 o C trong lò phải trải qua 2 giai đoạn:

- Giai đoạn nung 1: Nhiệt độ lò thay đổi

- Thời gian nung gian đoạn 1:

 Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không thay đổi

=> thời gian nung nóng  n =(  1 +2 ) k x = (2863+668).1,8 c55s = 105.93phút

Có thể lấy theo biểu thức kinh nghiệm:

 Tính toán thời gian giữ nhiệt: Tgn = 180 phút

Tổng thời gian nung nóng là : 105.93 + 180 = 285.93 phút

3.3.2 Tính toán quá trình tôi

Diện tích bề mặt gá: 3.4

 Tính toán thời gian nung chi tiết đến nhiệt độ tôi:

Tính hệ số Bio cho thanh truyền:

S: Chiều dày truyền nhiệt của vật nung S=0,007 m (nung hai phía)

Tra theo hình xác định được hệ số truyền nhiệt α3 W/m 2 K

→với Bio=0,0029 →Vật nung là vật mỏng

 Công suất làm việc hữu ích của lò

Ntk: Công suất thiết kế của lò, Ntkw Kw

 Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích của lò:

 Chọn số chi tiết/mẻ là : n = 200

- Tính khối lượng một mẻ xếp

Khối lượng chi tiết trong một mẻ là: Mct = 0.24.200H (kg)

Cách xếp chi tiết trong lò: Chọn đồ gá dạng khay

Khối lượng một mẻ xếp: M = Mct + Mgá 8.8(kg)

Diện tích bề mặt của cả mẻ: F=Fct+Fgá

 Tổng thời gian nung nóng và giữ nhiệt là : 51 + 12 = 63 phút

Theo giản đồ Blanter có thể tính thời gian làm nguội như sau: Đường kính trục lớn nhất D@ mm

 Tra giản đồ tốc độ nguội chi tiết trong nước 20 o C : vngP o C/s Vậy thời gian cần thiết để nguội trong nước khoáng là:

(Trong đó: là nhiệt độ cuối của vật nung)

 Tổng thời gian quá trình tôi là : 51+20+0.6 = 71.6(phút)

3.3.3 Tính quá trình ram cao:

 Tính toán thời gian nung chi tiết đến nhiệt độ ram:

Tính hệ số Bio cho thanh truyền:

→Vật nung là vật mỏng

S: Chiều dày truyền nhiệt của vật nung S=0,007 m (nung hai phía) -Hệ số dẫn nhiệt λA.4W/m 0 K

Tra theo hình xác định được hệ số truyền nhiệt αR W/m 2 K

- Công suất hữu ích của lò:

Ntk: Công suất thiết kế của lò, Ntkw Kw

- Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích của lò:

 Chọn số chi tiết/mẻ là : n = 200 ( Vì kích cỡ lò có hạn)

Khối lượng chi tiết trong một mẻ là: Mct = 0.24.200H (kg)

Cách xếp chi tiết trong lò: Chọn đồ gá dạng khay

Khối lượng một mẻ xếp: M = Mct + Mgá 8.8(kg)

Diện tích bề mặt của cả mẻ: F=Fct+Fgá

Tổng thời gian nung nóng và giữ nhiệt là : 49.2 +12 = 61.2 phút

3.3.4 Tính quá trình tôi tần số

-Chọn lớp thấm tôi  =2mm.

- Công suất riêng của lò: q=== 12.10 6 (W/)

-Hệ số khuếch tán nhiệt : a===1,3.10 -5 ( m 2 /s). a,Giai đoạn 1 :( Từ 25 o C ÷ 770 o C):

 Ta có công thức tính nhiệt độ bề mặt (x=0):

Trong đó: , nhiệt độ bề mặt chi tiết.

 , hệ số dẫn nhiệt của kim loại, W/mK. a, hệ số khuếch tán nhiệt của kim loại,

 Thời gian nung tới chiều dày lớp thấm tôi x = 2mm:

Trong đó: q, công suất riêng ( nhiệt suất tạo ra trong một chi tiết trên một đơn vị bề mặt của nó),

Erfc(z), ky hiệu tích phân hàm Krampa.

- Tính bằng phương pháp gần đúng liên tục để xác định thời gian nung thấm lớp thấm tôi có chiều dày đến

- Cho giá trị , tính , từ đó tính , nếu sai số lớn thì chọn lại và lặp lại phép tính. -Chọn = 1,3(s)

Tra bảng với z = 0,24, ta nhận được erfc(z) = 0,3564

Vậy thời gian nung giai đoạn 1 là:= 1,3 + 0,76 = 2,06 [s] b,Giai đoạn 2 :( Từ 770 o C ÷ 940 o C):

 Thời gian để lớp bề mặt nâng lên 940°C : Áp dụng công thức gần đúng :

Thời gian nung giai đoạn 2 của lớp bề mặt là 1,2 (s).

 Thời gian để biên giới trong đạt 940°C : Áp dụng công thức gần đúng :

=> Thời gian nung của giai đoạn 2 là: 0.21s

Tổng cả quá trình tôi tần sô là: 2,06+1,2+0,21=3,47 (s) -Nhiệt độ tại bề mặt nung:

-Nhiệt độ tại bề mặt đạt:

3.3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH LÀM NGUỘI.

Vì chi tiết phải đảm bảo chất lượng nên tốc độ nguội ở lõi của chi tiết cũng phải lớn hơn Vth Theo giản đồ Blanter, ta có thể xác định tốc độ nguội cho chi tiết như sau.

Tra giản đồ Blanter ta có Vng = 50 (ᵒC/s).

Do đó, thời gian nguội ít nhất là: Vng = = 17.3s

Hình 3.5 Giản đồ làm nguội Blanter

Tính toán bể nước để tôi

- Bể nước: nước, nhiệt độ 25 o C, có quạt khuấy.

- Khối lượng một mẻ: M = 48kg

- Nhiệt độ chi tiết trước khi tôi: 890 o C

- Nhiệt độ chi tiết sau khi tôi: 25 o C

- Nhiệt độ nước trước khi tôi: 25 o C

- Nhiệt độ nước sau khi tôi: 80 o C

Phương trình truyền nhiệt cân bằng: Q thu =Q tỏa

M: khối lượng mẻ chi tiết, M = kg

Mmt: khối lượng môi trường tôi

C2 d, C2 c, C1 d, C1 c: nhiệt dung riêng của chi tiết và môi trường ở thời điểm đầu và cuối.

 Chọn sơ bộ thể tích bể nước: 0.370 m 3

 Chọn sơ bộ kích thước bể nước: 1500x1500x1650 mm

 Khi nhúng gá vào bể, thể tích nước bị chiếm chỗ:

 Chiều cao bể phải tăng thêm để nước không bị trào: h = = ~0,38 (m)

Mực nước nhúng chi tiết đạt 1650 mm (1,65 m) Để đảm bảo an toàn vận hành, thiết kế bể chứa cao hơn mực nước dâng tối đa khoảng 50 cm, vì vậy chiều sâu thực tế của bể nước là 2150 mm (2,15 m).

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ XƯỞNG

Lựa chọn lò ủ

- Khối lượng một mẻ nung: M = 674 kg ( 200 chi tiết)

- Sản lượng: 25000 chi tiết / năm, yêu cầu:

- Tổng thời gian lò ủ cần hoạt động:

- Nếu hệ số đề phòng sự cố và bảo dưỡng định kỳ (10%) Thì thời gian hoạt động của lò là: 1429,6x1,11572.6[ giờ]

- Thời gian làm việc của xưởng trong 1 năm là 301 ngày

=> Số giờ làm việc = 301 1 ca 8h= 2408 (h)

Số lượng lò ủ là: = 0,65 => Chọn mua 1 lò ủ

- Số chi tiết được ủ trong 1 ngày là: 200 [chi tiết]

- Hiệu suất sử dụng thiết bị: P = = 141.3 [kg/h]

Lựa chọn lò tôi

- Thời gian ủ: 71.6 + 30 (rửa lại sau tôi ) = 101.6 [phút] = 1.69 [giờ]

- Khối lượng một mẻ nung: M = 198.8 kg ( 200 chi tiết )

- Tổng thời gian lò tôi cần hoạt động:

- Nếu hệ số đề phòng sự cố và nảo dưỡng định kỳ (10%) Thì thời gian hoạt động của lò là: 508.1,1U8.8 [ giờ]

=> Số giờ làm việc = 558.8x 1 ca x 8h= 4470.4 (h)

Số lượng lò ủ là: = 0,12=> Chọn mua 1 lò tôi

- Số chi tiết được ủ trong 1 ngày là:200 [chi tiết]

Lựa chọn lò ram cao

- Thời gian ram: 61,2 [phút] = 1,02 [giờ]

- Khối lượng một mẻ nung: M = 198.8 ( 200 chi tiết )

- Tổng thời gian lò ram cao cần hoạt động:

- Nếu hệ số đề phòng sự cố và nảo dưỡng định kỳ (10%) Thì thời gian hoạt động của lò là: 306.1,136.6 [ giờ]

=> Số giờ làm việc = 301 1 ca 8h= 2408 (h)

Số lượng lò ủ là: = 0,127 => Chọn mua 1 lò ram cao

- Số chi tiết được ủ trong 1 ngày là: 200 [chi tiết]

Lựa chọn lò tôi cảm ứng

THIẾT KẾ MẶT BẰNG PHAN XƯỞNG

5.1 Các tiêu chuẩn thiết kế

Diện tích cho mỗi lò nhiệt luyện trong xưởng nhiệt luyện dụng cụ là 25–30 m², đảm bảo điều kiện vận hành và an toàn cho quá trình luyện kim Tổng số lò trong phân xưởng là 5 lò, gồm 1 lò ủ, 1 lò tôi, 1 lò ram và 1 máy tôi cảm ứng.

 Diện tích bố trí thiết bị: F1 = 5.25 = 125 m 2

 Diện tích phụ cần cho sản xuất (đường đi, diện tích văn phòng, kho chứa ) o F2 = 50%F1= 0,5 120 = 62.5 m 2

 Diện tích đặt 1 bể nước là 10m 2

Diện tích của văn phòng và phòng KCS (bao gồm các thiết bị đo kiểm và các dụng cụ hỗ trợ khác) là yếu tố then chốt cho quản lý không gian, vận hành và tuân thủ an toàn Một cách sơ bộ để xác định diện tích khu vực này là đo đạc trực tiếp hoặc dựa trên bản vẽ mặt bằng Với phương pháp đo trực tiếp, tiến hành đo chiều dài và chiều rộng của từng khu vực bằng thước đo hoặc máy đo khoảng cách laser, ghi lại các số liệu và tính diện tích theo công thức diện tích hình chữ nhật (chiều dài nhân với chiều rộng) rồi cộng dồn cho cả khu vực; với phương pháp dựa bản vẽ, sử dụng kích thước trên sơ đồ đã có và quy đổi sang đơn vị thực để tính tổng diện tích Trong phạm vi văn phòng và phòng KCS, cần phân chia rõ các khu vực như khu vực làm việc, khu vực thiết bị đo kiểm, khu vực lưu trữ dụng cụ hỗ trợ, để đảm bảo đủ không gian di chuyển, công suất làm việc và tuân thủ các yêu cầu an toàn Việc ước lượng diện tích bằng các phương pháp trên sẽ hỗ trợ ước tính chi phí vận hành, lên kế hoạch bố trí nội thất và phục vụ các mục tiêu quản lý chất lượng.

 Diện tích phòng thiết bị và phòng nghỉ công nhân là 20m 2

Bộ phận kho là nơi chứa các chi tiết chuẩn bị cho quá trình nhiệt luyện và cất giữ các sản phẩm đã qua xử lí Do vậy cần bố trí hai kho riêng biệt: một kho chứa chi tiết chuẩn bị cho quá trình nhiệt luyện và một kho chứa chi tiết đã qua xử lí Tổng diện tích của hai kho được xác định là 30 m2.

 Diện tích khu vực tẩy rửa chi tiết được xác định là 15m 2

 Diện tích phụ: khu vực nhà tắm, vệ sinh được xác định là 15m 2

 Khu vực đường đi lại có chiều rộng 5m, tổng diện tích là 150m 2 (đường đi, diện tích văn phòng, kho chứa,…)

 Diện tích sơ bộ toàn xưởng:

5.1.2 Nguyên tắc bố trí mặt bằng Để phù hợp với công nghệ sản xuất, dây truyền liên tục, thao tác, vệ sinh… khi bố trí cần chú y:

- Dây truyền sản xuất thuận tiện.

- Phù hợp với quá trình sản xuất của phân xưởng khác có liên quan.

- Đảm bảo thông thoáng, các bộ phận độc hại phải để cuối gió.

- Cửa ra vào cần đủ rộng để vận chuyển và dễ thoát hiểm khi có sự cố.

- Đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc.

5.2 Chọn nhà, nguyên vật liệu xây dựng

Chọn kiểu nhà công nghiệp 1 tầng, có nhiều nhịp kích thước cụ thể như sau:

5.2.2 Thiết kế mặt cắt ngang

Giải quyết thông gió và chiếu sáng tự nhiên.

- Chọn kiểu mái: Loại dốc 2 phía, loại mái này đơn giản, thoát nước và thông gió tự nhiên tốt Dùng khung thép, mái tôn.

1 Chọn kết cấu bao che

Kết cấu bao che cần thoáng mát nhẹ, mỏng, thông gió tự nhiên tốt.

-Tường xây bằng gạch: 400mm.

- Có 1 tầng cửa sổ, 4 cửa 2000x2000mm theo hướng vào xưởng, 8 cửa 3000x3000mm theo phương ngang xưởng.

- Kích thước cửa sổ: 2500x2500mm

Nền nhà yêu cầu chịu được tác dụng cơ học, dễ vệ sinh và sửa chữa.

Nền nhà cấu tạo gồm:

- Dưới mỗi trụ cột là móng trụ bằng bê tông.

Bảng 5.1 Kích thước các cột nhà

Loại cột Tiết diện cột

Phần trên vai cột Phần dưới vai cột

Cửa mái có tác dụng thông gió, thoáng nhiệt, thoáng khí độc và chiếu sáng.

- Chiều cao của mái: 5500mm

TỔ CHỨC SẢN XUẤT

6.1 Tổ chức phân xưởng- cơ cấu quản ly

Bảng 6.1 Phân bố nhân sự

STT Chức vụ Số lượng

6.2 Tính toán vốn đầu tư ban đầu

Bảng 6.2 Giá thành và sản lượng thiết bị

Thiết bị Giá Số lượng Tổng giá

6.3 Tính toán giá thành sản phẩm

6.3.1 Tính toán tiền điện sản xuất

Bảng 6.3 Thời gian sử dụng thiết bị

Số giờ làm việc trong 1 ngày (h)

Số ngày làm việc trong 1 tháng (ngày)

Số lượng thiết bị (chiếc)

Số KWh tiêu thụ trong 1 tháng là:

Cm = 1864 đồng/kWh, là giá bán điện trung bình năm 2021.

Vậy trung bình 1 tháng, tiền điện hao tổn:

6.3.2 Tính tiền điện sinh hoạt

- Chi phí điện sinh hoạt hàng tháng là: 3.000.000 VNĐ

6.3.3 Tính toán tiền điện nhiệt luyện cho chi tiết sản phẩm

- Tổng tiền điện dùng cho nhiệt luyện cho 1 chi tiết tay biên là: 6909 VND

6.3.4 Chi phí tiền nước và tiền dầu a Tính toán tiền nước sản xuất khuôn dập nóng

- Lượng nước cần cung cấp làm nguội bể dầu trong 1 tháng là:

- Với đơn giá Cm = 8668 VNĐ/m 3 , thì tiền nước trung bình 1 tháng là:

$nước = Cm.Vnước= 8669.7,7= 66751 VNĐ/tháng b Tính toán tiền nước sinh hoạt

- Xưởng gồm :4 công nhân, 1kế toán, 1 kĩ sư trong và 1 quản đốc

- Nước sinh hoạt gồm nước uống, nước sinh hoạt vệ sinh cá nhân, tẩy rửa,… trung bình 1 tháng sử dụng 20 khối nước.

→ Trung bình 1 tháng tiền nước sinh hoạt là: 173380 VNĐ. c Tính toán tiền nước nhiệt luyện cho 1 chi tiết tay biên :

Tiền nước sản xuất 1 tay biên: 57 VND

6.3.5 Tiền khấu hao thiết bị

 Quy định khấu hao trong 10 năm, mỗi năm khấu hao 10%, tức là mỗi tháng ta phải thêm vào "Tổng" giá thành sản phẩm:

 Sau khi chịu khấu hao, giá của sản phẩm sẽ phải tăng thêm:

Ckhuôn dập nóng = 1896 VNĐ/kg

6.3.6 Tính toán chi phí thuê mặt bằng

 Diện tích thuê mặt bằng: 300 m 2

 Chi phí thuê mặt bằng: 20 triệu VNĐ/tháng

Chi phí thuê mặt bằng tính cho 1 kg chi tiết khuôn dập nóng là:

6.3.7 Chi phí cho mỗi khối lượng sản phẩm

 Công thức tính giá thành sản phẩm:

Cdien là chi phí tiền điện để sản xuất 1 kg sản phẩm

Cnuoc là chi phí tiền nước để sản xuất 1 kg sản phẩm

Ckhauhao là tiền khấu hao thêm cho mỗi 1 kg sản phẩm

Cdau là chi phí tiền tổn hao dầu để sản xuất 1 kg sản phẩm

Cmatbang là chi phí tiền thuê mặt bằng để sản xuất 1 kg sản phẩm

Cphu là phụ phí: chi phí vận chuyển, chi phí vệ sinh,…(CphuP0 VNĐ)

S là hệ số lợi nhuận (chọn S = 40%)

V là hệ số thuế, vì VAT 10% nên V=1,1 (giá trị sản phẩm tăng thêm 10%)

Bảng 6.5 Chi phí cho sản phẩm Điện Nước Khấu hao máy móc Mặt bằng Phụ phí

 Giá thành nhiệt luyện 1 kg khuôn dập nóng:

→ Tổng lợi nhuận:  11740 (VNĐ/chi tiết)

6.3.8 Tiền lương của người lao động

- Tiền lương trả cho người lao động:

LƯƠNG = (Lương tối thiểu) x (Hệ số lương) + (Lương kinh doanh) + (Phụ cấp)

Xưởng gồm: 1 quản đốc, 1 kế toán, 1 kĩ sư và 4 công nhân

Bảng 6.6 Tiền lương người lao động

Giám đốc Kĩ sư Kế toán, công nhân

Lương kinh doanh 10%/tháng 4.93 triệu

 Cách tính lương kinh doanh:

- Tổng lợi nhuận nhiệt luyện 1 kg khuôn dập nóng là: 11740 VNĐ/kg

→ Tổng lợi nhuận nhiệt luyện khuôn dập nóng trong 1 tháng là: 49.308 triệu VNĐ

 Lương quản đốc: 8.93 triệu VNĐ

 Lương kĩ sư: 5.84 triệu VNĐ

 Lương công nhân, kế toán: 3 triệu VND

AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

Trong xưởng nhiệt luyện, các khí độc và bụi bẩn cùng với nhiệt độ làm việc luôn cao hơn nhiệt độ môi trường, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người lao động và gián tiếp làm giảm năng suất Vì thế, công tác an toàn lao động và vệ sinh môi trường cần được ưu tiên ngay từ khâu thiết kế xưởng để giảm thiểu rủi ro, bảo đảm điều kiện làm việc an toàn Việc tích hợp hệ thống thông gió, lọc bụi và kiểm soát khí từ giai đoạn thiết kế giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của nhiệt độ và ô nhiễm đến sức khỏe và hiệu suất sản xuất Thiết kế xưởng nhiệt luyện hợp lý không chỉ bảo vệ sức khỏe người lao động mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả vận hành.

Các quy tắc an toàn của xưởng nhiệt luyện được quy định trong TCVN 4744-99 và các quy phạm kỹ thuật an toàn áp dụng cho xưởng cơ khí được thể hiện trong TCVN 2294-78 Các quy định về vệ sinh môi trường được quy định trong TCVN 14000, tương ứng với tiêu chuẩn ISO 14000.

7.1 An toàn trong việc bố trí nhà xưởng

7.1.1 Thông gió Để đảm bảo sự thông thoáng và giảm hơi nóng trong phân xưởng, cần có sự thông gió, có thể là thông gió tự nhiên hoặc nhân tạo.

- Thông gió tự nhiên: cần chọn hướng gió, bố trí hệ thống cửa sổ, cửa mái, cửa vào, chiều cao mái,…

Thông gió nhân tạo là việc sử dụng quạt gió để đổi mới và lưu thông không khí trong phân xưởng, giúp không khí được thông thoáng, mát mẻ và hạn chế tích tụ bụi bẩn Tuy nhiên, khi có khí độc hoặc chất dễ bay hơi, cần có hệ thống hút khí độc và thông gió phù hợp để hút bỏ khí độc, ngăn lan rộng vào các khu vực khác và bảo đảm an toàn cho người lao động cũng như môi trường làm việc.

Các yêu cầu về thông gió:

- Đảm bảo độ ẩm, nhiệt độ, vận tốc gió,… trong phân xưởng.

Việc cung cấp không khí phải tuân thủ các quy định hiện hành và tuyệt đối không được đưa khí bẩn vào phân xưởng Hệ thống dẫn khí độc phải kín và được trang bị các van an toàn nhằm kiểm soát rò rỉ, giảm thiểu nguy cơ cho người lao động và cho hoạt động sản xuất Hệ thống này cần bảo trì và kiểm tra định kỳ để duy trì độ kín và hiệu quả vận hành, đảm bảo chất lượng không khí làm việc đạt chuẩn.

Chiếu sáng thích hợp tạo điều kiện cho công nhân thao tác dễ dàng và góp phần tăng năng suất lao động Chiếu sáng tự nhiên phải kết hợp với chiếu sáng nhân tạo để đảm bảo điều kiện làm việc với cường độ ánh sáng phù hợp, tránh quá sáng hoặc quá tối, đồng thời loại bỏ bóng tối trên lối đi nhằm tăng cường an toàn và hiệu quả làm việc.

7.1.3 An toàn cháy nổ và phòng cháy chữa cháy

- Trong phân xưởng nhiệt luyện có đủ các yếu tố có thể gây cháy do đó có biện pháp phòng cháy như sau:

Để tăng cường an toàn phòng cháy và chữa cháy, cần có nội quy an toàn về phòng cháy, đặc biệt tại các khu vực có thiết bị dễ nổ và dễ cháy, trong đó ghi rõ quy trình vận hành và chế độ làm việc Nội quy nên mô tả rõ các bước thao tác, biện pháp kiểm soát rủi ro và cách xử lý khi có sự cố cháy nổ Đồng thời phải tổ chức tập huấn cho công nhân và các cán bộ phân xưởng nhiệt luyện về phòng chống cháy nổ, nhận biết nguy cơ, thực hành các thao tác an toàn và cách sử dụng thiết bị PCCC Việc thực hiện đầy đủ nội quy và tập huấn sẽ nâng cao ý thức an toàn, giảm thiểu rủi ro cháy nổ và bảo vệ người lao động cũng như tài sản trong doanh nghiệp.

- Phải tiến hành khẩn trương khi phát hiện đám cháy và phải biết sử dụng các biện pháp thích hợp khi dập tắt đám cháy.

Nguyên tắc chữa cháy cơ bản là không dùng nước để dập các chất dễ cháy như xăng, dầu; nước không phù hợp và có thể làm lan rộng ngọn lửa Khi đám cháy còn nhỏ, biện pháp tốt nhất là làm ngạt để cắt nguồn oxy và dập cháy một cách nhanh chóng và an toàn.

7.2 An toàn khi lao động trong nhà xưởng

- Để đề phòng điện giật người làm việc gần nơi có dòng điện chạy qua cần phải chú y:

- Trang phục bảo hộ lao động cần phải đầy đủ.

- Tất cả các thiết bị sử dụng điện phải được nối đất tốt.

- Trong các thiết bị làm việc gián đoạn thì nên ngắt mạch trong thời gian không sử dụng.

- Tại những nơi nguyên hiểm phải có biển báo (nguy hiểm chết người).

Trong tình huống tai nạn điện, cần nhanh chóng đưa nạn nhân ra khỏi nguồn điện để giảm nguy cơ bị điện giật; nếu nạn nhân bị ngất, hãy thực hiện hô hấp nhân tạo ngay lập tức và tiếp tục cho đến khi có sự can thiệp của bác sĩ; việc ngừng cấp cứu chỉ được thực hiện khi có ý kiến của bác sĩ hoặc nhân viên y tế có thẩm quyền.

Tại những nơi có không khí độc hại phải tuân theo một số nguyên tắc:

- Trước khi làm việc, phải mở cửa, bật quạt thông gió, sau 3÷5 phút mới vào làm việc Khi làm việc ở những nơi độc hại phải đeo mặt nạ, khẩu trang và tuyệt đối không ăn uống hút thuốc…

- Trước khi nghỉ giải lao, ăn uống cần phải vệ sinh cá nhân sạch sẽ…

7.2.4 Các tai nạn thường gặp và cách phòng tránh

Một số các lưu y khi thao táo:

- Phải mang trang phục bảo hộ lao động khi làm việc: quần áo bảo hộ, găng tay, giày,mặt nạ nếu cần thiết…

- Vận chuyển chi tiết còn đang nóng phải đúng đường đi.

- Nơi thao tác có nhiệt độ cao phải được chiếu sáng đầy đủ.

- Dụng cụ gá lắp chi tiết phải để đúng nơi quy định và phải làm nguội và làm sạch.

Khi bị bỏng do kiềm thì ngay lập tức rửa chỗ bỏng bằng nước sau đó dùng bông nhúng axit axetic để rửa…

Khi bị bỏng lửa, nếu bỏng nhẹ thì có thể dùng bông tẩm dung dịch thuốc tím đắp lên Nếu bị bỏng bị bỏng nặng thì tốt nhất là chuyển ngay đến bệnh viện gần nhất.

Tai nạn về mắt có thể do dầu bắn, axit, bụi, kiềm và các chất khác gây tổn thương cho mắt; biện pháp hiệu quả nhất là thường xuyên đeo kính bảo hộ phù hợp với điều kiện làm việc tại từng khu vực của phân xưởng để phòng ngừa tai nạn mắt Nếu không may gặp tai nạn về mắt, tốt nhất là đưa ngay nạn nhân đến trung tâm y tế gần nhất để được chăm sóc kịp thời.

7.2.5 An toàn lao động khi làm việc với các thiết bị

Trong xưởng nhiệt luyện, cần lắp đặt thiết bị bảo vệ cho đường dẫn điện của thiết bị nung và bảo đảm khu vực làm việc luôn sạch sẽ; những thiết bị phụ khi không còn sử dụng phải được để đúng nơi quy định Những thiết bị sinh khí độc nên bố trí ở khu vực riêng biệt, có hệ thống thông gió hút độc và được kiểm tra kỹ lưỡng từng chặng nối đất của thiết bị Treo biển báo ở những vị trí nguy hiểm để cảnh báo người lao động Nền xưởng phải có độ bám dính cao nhằm phòng ngừa trượt ngã.

An toàn khi làm việc tại các lò nung là ưu tiên hàng đầu, đặc biệt khi gỡ mẻ; người lao động cần có dụng cụ chuyên dụng như xe goòng chất dỡ giỏ mẻ, móc kéo và các thiết bị nâng hạ phù hợp, đồng thời trang bị bảo hộ lao động đầy đủ (găng tay chống nhiệt, mặt nạ và kính bảo hộ) Trước khi bắt đầu, kiểm tra dụng cụ và khu vực làm việc, tuân thủ quy trình an toàn, giữ khoảng cách an toàn với lò nung và làm việc theo đúng thao tác để giảm thiểu rủi ro bỏng nhiệt và hít bụi kim loại Ngoài ra, duy trì vệ sinh, thông gió phù hợp và bảo trì định kỳ thiết bị nhằm đảm bảo môi trường làm việc an toàn tại lò nung.

An toàn khi làm việc ở máy mài được đảm bảo bằng cách đeo kính bảo hộ để ngăn bụi bay vào mắt; khi mài, cần cầm chắc chi tiết và đứng đúng vị trí thao tác để đề phòng chi tiết bị văng bắn vào người Tránh hiện tượng đá mài bị vỡ có thể gây tai nạn, cần bố trí máy ở khu vực ít người qua lại và lắp đặt vỏ bảo vệ để giảm thiểu rủi ro.

Tiêu đề	Thiết kế xưởng nhiệt luyện cho thanh truyền
Người hướng dẫn	TS Nguyễn Thị Vân Thanh
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật Nhiệt
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	1,8 MB