Hàm lượng cacbon trong thép tăng lêncũng làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền nhưngcũng làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn.. Hàm lượngcarbon trong thép tăng lên cũ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
======o0o======
BÀI TẬP LỚN CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG
Đề số 10 - SẢN PHẨM MẶT BÍCH
Trang 2-Phụ lục
Chương I: Giới thiệu chung về sản phẩm, bao gồm: Các đặc
điểm cơ bản và ứng dụng của sản phẩm trong thực tế
Chương II: Lựa chọn vật liệu chế tạo (một hoặc nhiều loại)
cho sản phẩm và trình bày các đặc tính cơ bản của vật liệu baogồm: Thành phần hóa học, cơ 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 đã chọn, tính toán thông số cắt gọt chính cho một số nguyên công cơ
Chương IV: Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm
Trang 3- Đầu tiên, ta giải thích mặt bích là gì?
Mặt bích là một sản phẩm cơ khí, là khối hình tròn hoặcvuông được chế tạo phổ biến từ phôi thép carbon hoặc phôithép không rỉ (ngày nay mặt bích còn được chế tạo từ vật liệuđồng và vật liệu nhựa) Mặt bích là phụ kiện kết nối ống, máybơm, van, và các phụ kiện đường ống khác với nhau thôngqua mối liên kết bu lông trên thân để tạo thành một hệ thốngđường ống dẫn công nghiệp
- Hiện nay mặt bích đã trở thành một thiết bị, chi tiết khôngthể thay thế trong quá trình thi công các công trình, nhà máycó sử dụng đường ống Vì những đặc điểm dễ dàng lắp đặt,vận hành, điều chỉnh và bảo dưỡng nên mặt bích được ứngdụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp: đường ống cấpthoát nước, xí nghiệp, nhà máy, công trình xây dựng tòa nhàcao tầng, lĩnh vực dầu khí, hóa chất, khí nén, …
với đường ống bằng mối ghép ren: mặt bích là ren trong cònống là ren ngoài
Trang 4
- Mối ghép ren thường khá yếu và dễ rò rỉ khi phải chịu áplực cao, do đó ta phải sử dụng mặt bích ren Mặt bích ren làloại mặt bích được dùng trong các đường ống mà tại đó việchàn nối không thể thực hiện được, thường được sử dụng chođường ống có kích thước nhỏ và các khu vực dễ cháy mà việchàn là rất nguy hiểm
- Mặt bích ren còn được dùng trong trường hợp thực hiệnviệc hàn nối mặt bích không khả thi, dễ cháy, gãy đứt mối nối
Do đó ghép ren gia công dễ dàng và hiệu quả hơn cả
- Dựa vào bảng dưới – bảng 2, trang 13, sách Thiết kế đồ áncông nghệ chế tạo máy, tái bản lần 6, ta lựa chọn số lượng sảnsuất phù hợp của chi tiết mặt bích ren là 500-5000 chiếc
Trang 5- Hình dáng hình học: 2 hình trụ tròn đồng tâm; trụ phía trong là ống có ren; trụ ngoài có các lỗ khoan hình tròn đối xứng.
- Yêu cầu về độ nhám:
+ 2 bề mặt trụ chính và mặt đầu vuông góc với bề mặt trụnày cần đạt Ra = 2,5mm
+ Các bề mặt còn lại cần đạt Rz = 40mm
1.6 mm mặt nhô lên ± 0.8 mm
6.35 mm mặt nhô lên, lưỡi, rãnh ± 0.4 mm
Khoảng cách lỗ bu-lông: ± 0.8 mm
Độ lệch tâm của vòng tròn bu-lông:
Trang 6Khi ≤ 2.5 " : ± 0.8mm (tối đa)
Khi ≥ 3": ± 1.6mm (tối đa)
ID Đường kính
trong Trong giới hạn của máy đo lỗ khoan
CHƯƠNG II: LỰA CHỌN VẬT LIỆU
- Mặt bích có thể làm được từ nhiều loại vật liệu như: thép,đồng, gang, inox hay là nhựa Các loại đều được dùng trongcác trường hợp cụ thể Về cơ bản vật liệu được xác định trongquá trình lựa chọn đường ống, trong hầu hết các trường hợp,mặt bích có cùng chất liệu với đường ống Đối với mặt bíchren, ta có thể lựa chọn các vật liệu sau:
1 Thép các-bon
- Vật liệu được lựa chọn để gia công là thép C45
+ Thép bon là hợp kim của Fe-C với hàm lượng bon nhỏ hơn 2,14%, ngoài ra trong thép các-bon còn chứa mộtlượng tạp chất như Si, Mn, S, P, …
+ Lượng cacbon trong thép càng giảm thì độ dẻo củathép cacbon càng cao Hàm lượng cacbon trong thép tăng lêncũng làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền nhưngcũng làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn Hàm lượngcarbon trong thép tăng lên cũng kéo theo làm giảm nhiệt độnóng chảy của thép
+ Đối với tạp chất, thì S và P là tạp chất có hại, vì S làmthép bị dòn nóng, và P làm thép bị dòn nguội Còn Si và Mnlà tạp chất có lợi Khi hàm lượng của chúng thích hợp (Mn £0,75% và Si £ 0,35%) có khả năng khử ôxy khỏi các ôxit sắt,làm tăng độ bền, độ cứng của thép Tuy nhiên không nên chonhiều tạp chất loại này và nó sẽ phương hại đến một số tínhcông nghệ như gia công cắt gọt nhiệt luyện v.v…
Trang 7+ Thép các-bon có thể chia thành 3 loại theo hàm lượng
C thường dùng: thấp (< 0,25%), trung bình (0,25%≤ ≤0,5%),cao (>0,5%) Ngoài ra có thể chia theo công dụng, bao gồm:thép các-bon thông dụng (ví dụ: CT38), thép các-bon kết cấu(ví dụ: 08(Liên Xô), C10(Việt Nam)), thép các-bon dụng cụ(ví dụ: Y7(Liên Xô), CD80(Việt Nam))
+ Lý do lựa chọn thép C45 làm vật liệu chế tạo mẫu: C45là thép các-bon kết cấu, là loại thép có hàm lượng tạp chất S,
P rất nhỏ; tính năng lý hóa tốt, hàm lượng C chính xác, chỉtiêu cơ tính rõ ràng Thép C45 có hàm lượng các-bon là0,45%, có nghĩa là có hàm lượng các-bon trung bình Mà thépcác-bon trung bình có sự cân bằng giữa độ mềm, độ bền và cókhả chống bào mòn tốt Nó cứng hơn thép các-bon thấp, vàdẻo dai hơn thép các-bon cao, phạm vi ứng dụng rộng rãi nhưcác chi tiết máy, cơ khí Do đó ta chọn C45 để chế tạo mặt
Trang 8bích ren, vật liệu thường được dùng cho các vị trí kích thướcnhỏ, chịu áp lực và khó hàn
2 Gang
- Mặt bích gang với chất liệu gang
xám có tính đúc, tính uốn dẻo tốt
cùng khả năng chống ăn mòn, chịu
lực cao Xét về giá thành, so với
inox, đồng thì rẻ hơn tuy nhiên mặt
bích gang chỉ phù hợp với môi
trường lưu chất lỏng có nhiệt độ,
áp suất ở mức trung bình Ví dụ
như trong nhà máy, khu công
nghiệp, hệ thống cấp thoát nước,
3 Thép không gỉ (Inox)
- Ngoài lựa chọn là thép các-bon, ta có thể chọn vật liệukhác là thép không gỉ, hay còn gọi là Inox Inox chính là 1dạng thép hợp kim, do đó nó thừa hưởng hầu hết đặc tính củathép các-bon Inox thường có hàm lượng các-bon ít hơn nhiều
so với thép C45 (hàm lượng các-bon trong Inox tương đươngthép các-bon thấp), do đó Inox sẽ dẻo dai hơn, tuy nhiên Inoxlại có ít nhất 10,5% hàm lượng là Crom, do đó độ cứng của nóđược cải thiện đáng kể so với thép các-bon thấp
Trang 9- Nhìn chung, so với thép các-bon thấp, Inox có thể so sánhnhư sau:
+ Tốc độ hóa bền rèn cao
+ Độ dẻo cao hơn
+ Độ cứng và độ bền cao hơn
+ Độ bền nóng cao hơn
+ Chống chịu ăn mòn cao hơn
+ Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn
+ Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit)
- Đối với inox, ta sẽ lựa chọn Inox 304 Đây là loại Inox phổbiến và được ứng dụng rất rộng rãi Inox 304 có thành phầnlà: Niken - 8.1%, Mangan - 1%, Crom - 18%, còn lại là thépcác-bon Do có hàm lượng Niken lớn nên Inox 304 có khảnăng chống gỉ rất tốt, mặc dù làm cho giá của Inox 304 trởnên cao hơn các loại Inox cũng khá phổ biến như Inox 201 vàInox 316
Trang 10- Do đó, Inox 304 cũng có thể là 1 lựa chọn phù hợp để chế tạo mặt bích ren.
4 Nhựa
Gần đây ngành công nghiệp
chế tạo về nhựa phát triễn đã
tìm ra được một số nguyên
liệu nhựa chịu được áp suất
cao Dần thay thế vật liệu sắt
và thép mà vẫn đảm bảo an
toàn và thời gian tuổi thọ của
công trình như cấp nước sinh
hoạt trong các hệ thống nhà
cao tầng và phòng cháy chữa
cháy, xử lý chất thải, đóng tàu
hóa chất
Được chế tạo từ nhựa tổng hợp PVC, uPVC,
Chúng có khả năng kết nối đường ống một cách nhanhchóng và đơn giản bằng các loại keo dính tổng hợp Cácđường ống kết nối đảm bảo chắc chắn và không bị dò rỉlưu chất
5 Đồng
Loại này ít thông dụng vì có giá thành khá cao
Vì được chế tạo bằng đồng nên
sản phẩm có nhiều tính năng
ưu việt khác nhau như: Dẫn
nhiệt tốt, trọng lượng nhẹ,
chống ăn mòn, chịu được nhiệt
độ và áp suất cao, kích thước
chính xác, đúc nguyên khối,
chất lượng tốt
Trang 11CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
1 Xác định chi tiết gia công mặt bích
- Công đoạn và điều kiện làm việc:
+ Mặt bích gia công 2 mặt, có số lỗ 4 cho đến 12 lỗ khigia công độ chính xác cao dùng để lắp ghép với với đườngống
+ Có rãnh dọc để tạo độ đàn hồi khi lắp ghép sẽ xiết chặttránh dò gỉ thẩm thấu thoát nguyên liệu ra bên ngoài
+ Ren cần được gia công chuẩn theo kích thước mongmuốn để có thể liên kết chặt chẽ mặt bích với các chi tiếtkhác
- Công đoạn kết cấu hình dáng chi tiết
+ Mặt bích thuộc chi tiết hình dạng đĩa vì có đường kínhngoài, đường kính trong Hai mặt đầu, có 2 rãnh tạo lực masát khi xiết bu-lông, trên 2 mặt có lỗ định vị từ 4-12 lỗ tùythuộc kích thước
- Công đoạn vật liệu chế tạo chi tiết
+ Ưu điểm: mặt bích được chế tạo bằng thép các-bon nêncó độ bền cao, rất bền trong điều kiện làm việc tải trọng tĩnh
+ Nhược điểm: kém bền trong điều kiện làm việc tảitrọng động, khả năng chịu va đập giới hạn
2 Chuẩn bị và chế tạo phôi
- Trong cơ khí, một chi tiết có thể chọn những phương pháp
chế tạo phôi liệu khác nhau như: rèn, đúc, cán…Mỗi phươngpháp đều có công dụng và ưu thế riêng Việc lựa chọn phươngpháp tạo phôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hình dạng, kích
Trang 12thước, trọng lượng của chi tiết, nguyên liệu làm chi tiết, sảnlượng, dạng sản xuất…Mặt bích ren có các đặc điểm sau:
+ Dạng sản xuất: hàng loạt vừa, trang thiết bị tự chọn.+ Đặc điểm hình dạng: dạng bạc, hình dạng trụ tròn córen
+ Vật liệu: Thép C45/Inox 304
- Với vật liệu chế tạo mặt bích có ưu điểm và nhược điểm vềtính chất như tăng độ chịu mòn, chống rung động tốt, giảm độ
co ngót, độ bền, dẻo dai kém, chi tiết thuộc dạng sản xuấthàng lọat vừa có kết cấu hình dáng tương đối phức tạp rất phùhợp cho phương pháp gia công chi tiết nên ta chọn phôi đúc làphù hợp tiết kiệm chi phí, thời gian
- Phôi đúc có một số ưu điểm đặc biệt quan trọng màphương pháp khác không có được:
+ 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 sẽcho vật đúc cơ tính cũng rất cao
bên cạnh đó, nó có một số nhược điểm:
+ Lượng dư lớn
+ Độ chính xác của phôi không cao
+ Năng suất thấp
+ Phôi dễ mắc khuyết tật
- Tuỳ thuộc vào loại khuôn, mẫu, phương pháp rót ta có thểdùng nhiều phương pháp đúc khác nhau và có các đặc điểmkhác nhau Ta có thể lựa chọn 1 vài phương pháp đúc sau:
Trang 13+ Đúc khuôn kim loại: Đây là phương pháp đúc điền đầykim loại lỏng vào khuôn chế tạo làm bằng kim loại Phươngpháp này có ưu điểm là: tốc độ kết tinh lớn (do nguội nhanh),vì vậy cơ tính của vật đúc sẽ tốt; độ nhẵn bề mặt, độ chính xáccủa lòng khuôn cao sẽ làm cho chất lượng của vật đúc tốt.Không chỉ vậy, tuổi thọ của khuôn đúc kim loại cao, do đó sẽtiết kiệm thời gian làm khuôn so với 1 vài loại đúc khác nhưđúc bằng khuôn cát, từ đó có thể nâng cao năng suất và giảmgiá thành của chi tiết Tuy vậy, đúc bằng khuôn kim loại vẫncó 1 vài nhược điểm sau: không đúc được vật đúc quá phứctạp, thành mỏng và lớn, hơn nữa dễ bị nứt, và không có tínhlún với thoát khí, có thể gây khó khăn cho công nghiệp đúc
+ Đúc áp lực: Đây là phương pháp đúc trong đó kim loạilỏng điền đầy khuôn và đông đặc dưới tác dụng của áp lực cao
do khí nén hoặc dầu ép trong xy-lanh ép tạo ra Phương pháp
Trang 14mm), đúc được các loại lỗ có kích thước nhỏ Hơn nữa độbóng và độ chính xác cao sẽ nâng cao chất lượng vật đúc Cơtính vật đúc cũng cao nhờ mật độ vật đúc lớn Tuy nhiênphuong pháp này vẫn tồn tại 1 số nhược điểm như: Khôngdùng được lõi cát vì dòng chảy có áp lực lớn; hình dạng lỗhoặc mặt trong cũng phải đơn giản; và khuôn chóng bị màimòn do dòng chảy áp lực của hợp kim ở nhiệt độ cao.
+ Ngoài 2 phương pháp đúc trên, ta có thể dùng 1
phương pháp đúc nữa là đúc ly tâm Đúc ly tâm là phươngpháp đúc trong đó kim loại lỏng được đổ vào khuôn quay và
tâm, ta sử dụng loại khuôn vĩnh cửu quay với tốc độ từ 300đến 3000 vòng/phút Đúc ly tâm có thể đứng hoặc ngang, máynằm ngang thì thích hợp hơn cho chi tiết hình trụ dài, mỏng,
Trang 15máy đứng thích hợp cho chi tiết dạng vòng xuyến Đúc ly tâmcó ưu điểm là tổ chức kim loại mịn chặt ko tồn tại các khuyếttật rỗ khí, rỗ co ngót; không dùng hệ thống rót phức tạp nên íthao phí kim loại.
3 Quy trình gia công chi tiết
- Lưu ý, các nguyên công có khả năng phát hiện phế phẩm
do khuyết tật trong phôi cần phải thực hiện ở đầu quy trình Trình tự các nguyên công cần được sắp xếp tùy theo độ chính xác yêu cầu của bề mặt chi tiết Bề mặt có độ chính xác cao nhất cần gia công cuối cùng
Trang 16- Ta có thể chia quá trình gia công thành các nguyên công sau:
Trang 17+ Nguyên công 1: Chuẩn bị phôi
- Làm sạch phôi: Mài các phần thừa của phôi do quá trình đúc để lại như đậu ngót, đậu rót, đậu hơi,
phần dư của mặt phân khuôn để lại trên phôi Ta dùng máy mài 2 đá để mài bỏ đi các phần thừa
- Làm sạch cát dính, bám trên bề mặt phôi có thểlàm sạch bằng tay hoặc bằng thùng quay để làm sạch
- Kiểm tra kích thước phôi: Vì phôi đúc chưa quagia công nên ta dùng thước kẹp 1/20 để kiểm tra làthích hợp Kiểm tra và loại bỏ những loại phôi khôngđủ kích thước hoặc bị nứt, cong vênh, bề mặt phôikhông bị cháy cát
+ Nguyên công 2: Phay các 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
- Kẹp chặt: bằng má êtô di động
- Chọn máy: máy phay đứng 6H12
Trang 18- Dao phay ngón chuôi côn gắn mảnh hợp kim cứngBK8.
+ Nguyên công 3: Phay mặt 5
- Ta làm các bước giống nguyên công 2, ở bướcđịnh vị ta chọn mặt đáy mặt 1 thay vì mặt 5 giống nguyêncông 2
+ Nguyên công 4: Khoan lỗ và tiện ren 13
+ Nguyên công 5: Khoan 4 lỗ 6,7,8,9
+ Nguyên công 6: Vát tròn mép 10, 12
+ Nguyên công 7: Tổng kiểm tra
CHƯƠNG IV: XỬ LÝ NHIỆT
- Xử lý nhiệt (Nhiệt luyện) là một phương pháp tác động
nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vị cấu trúc chất rắn,đôi khi tác động làm thay đổi thành phần hóa học, đặc tínhcủa vật liệu Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnhvực khác nhau, ví dụ như ngành sản xuất thủy tinh Quá trìnhnhiệt luyện bao gồm sự nung nóng hoặc làm nguội với mức
độ chênh lệch đáng kể, hoặc xử lý nhiệt theo một thời gianbiểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu, cũngnhư tạo ra sự cứng hay mềm khác nhau trên củng một vật liệu,ví dụ như tôi bề mặt, vật liệu chí cứng ở bề mặt (chống màimòn) nhưng lại dẻo dai ở phần bên trong chịu va đập cũngnhư chịu uốn rất tốt) Nhiệt luyện đòi hỏi một quy trình chặtchẽ và có kiểm soát thời gian và tốc độ trao đổi nhiệt trên vậtliệu Nhiều quốc gia tiên tiến chưa công bố và bí mật một sốcông nghệ nhiệt luyện - yếu tố tạo ra một vật liệu có giá thànhhạ nhưng tính năng sử dụng rất cao Bản chất của nhiệt luyện