Đồ án tính toán quy trình công nghệ và thiết kế đồ gá cho mối hàn nút ở cổ bình gas loại 12 kg

Cổ bình Cổ bình đợc chế tạo bằng gia công trên máy tiện vạn năng II.Tính toán, kiểm tra kết cấu vỏ bình Chiều dày của vỏ bình phải đảm bảo chịu đợc áp suất khi làm việc nghĩa là độ là

Lời nói đầu Trang

Phần I : Giới thiệu sản phẩm

ChơngI : Giới thiệu về bình

11 I Nhiệm vụ của bình gas 11

II Hình dáng và cấu tạo của bình gas 11

III Nhiệm vụ – Nguyên tắc làm việc 12

III 1 Vỏ bình 12

III 2 Cổ bình 13

III 3 Tay xách, chân đế 14

Phần II : Quy trình chế tạo bình gas 16

Chơng I : Chọn vật liệu làm bình 16

Chơng II : chế tạo phôi 17

I Phơng án tạo hình 17

I 1 Vỏ bình 17

I 2 Tay xách 18

I 3 Chân đế 18

I 4 Cổ bình 18

II Tính toán, kiểm tra kết cấu vỏ bình 19

Chơng III : Công nghệ hàn 20

I Tính hàn của vật liệu làm bình 20

II Phơng pháp hàn 22

II 1 Mối hàn vòng 22

II 2 Mối hàn cổ bình 23

II 3 Mối hàn tay xách, chân đế với vỏ bình 23

III Tính chế độ hàn cho mối hàn nút cổ bình ga 24

IV Kiểm tra sản phẩm 28

IV 1 Kiểm tra sản phẩm 28

IV 2 Kiểm tra vật liệu làm bình 29

IV 3 Kiểm tra sản phẩm dập 29

IV.4 Kiểm tra chất lợng mối hàn 30

Phần III : Đồ gá cho mối hàn nút cổ bình 30

Chuơng I : Giới thiệu về đồ gá hàn nút cổ bình 30

I.Sơ lợc đồ gá 31

II.Đồ gá cho mối hàn nút cổ bình 31

III.Giới thiệu về đồ gá hàn nút cổ bình 33

Chơng II : Tính toán bộ truyền động 33

I.Sơ đồ động của hệ dẫn động 34

II.Tính toán bộ truyền 34

III.Phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền 37

ChơngIII : thiết kế hệ thống điều kiển 38

I Nguyên lí và quy luật điều chỉnh khi thay đổi tần số 38

II.Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ 38

II.1 Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyistor 41

II.2 Bộ biến tần dùng Thyistor có khâu trung gian một chiều 44

III ứng dụng trong công nghiệp 46

III.1 Yêu cầu 47

III.2.Các thiết bị vào 47

A Biến tần 47

B Máy hàn 49

C Cảm biến 50

D Nút ấn, đèn báo 52

E Rơ le 52

F.Các thiết bị khác 53

IV Mạch điện điều khiển và sơ đồ tủ điều khiển các cơ cấu chấp hành 55

Chơng IV Tính toán cơ cấu kẹp 56

I.Một số đặc điểm của hệ thống tự động bằng khí nén 56

II.Ưu nhợc điểm của hệ thống tự động bằng khí nén 56

III.Cung cấp và xử lí khí nén 57

IV.Hệ thống điều chỉnh bằng khí nén 59

V.Tính chọn thiết Bị 60

ChơngV : Thiết kế trục khung 63

V.1 Tính toán trục công tác 63

V 2 Thiết kế khung đồ gá 66

V.3 Thiết kế mân hứng thuốc và bộ phận làm mát mân gá 67

Lời nói đầu

Đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ cuối cùng của mỗi sinh viên trớc khi ra trờng nhằm mục đích hệ thống lại những kiến thức đã học, và tạo điều kiện cho sinh viên cho sinh viên làm quen với nhiệm vụ cụ thể Vì vậy mỗi sinh viên trớc khi ra trờng điều đợc giao một đề tài tốt nghiệp

Trong ngành chế tạo máy nói riêng cũng nh trong ngành công nghệ cơ khí nói chung, các chi tiết đợc lắp ghép với nhau thành những cụm chi tiết, hay thành những máy hoàn chỉnh Trong các mối lắp ghép đó, mối ghép bằng hàn cũng rất phổ biến

Sau ba năm theo học tại trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Em đợc giao đề tài “ Tính toán quy trình công nghệ và thiết kế đồ gá cho mối hàn nút cổ bình gas loại 12kg

”

Bình gas là loại sản phẩm dùng để chứa gas hoá lỏng ngày nay rất phổ biến ở thị trờng nớc ta Nhng giá của bình gá còn hơi cao so với mặt bằng chung Do quy trình công nghệ và thiết bị các cơ sở sản xuất khi lựa chọn cha tính toán kỹ đến vấn đề kinh

tế cho đầu ra của sản phẩm Điều đó cho thấy đề tài này rất sát thực và phù hợp với

điều kiện nứoc ta Sau khi đợc đi thực tập, đuợc hiểu rõ về tài của mình vói sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hớng dẫn làm đồ án, em đã hoàn thành đồ án của mình Em xin cảm ơn thầy giáo Bùi Văn Hạnh cùng toàn thể thầy cô của bộ môn Hàn Khoa Cơ Khí Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng bạn bè để đồ án tốt nghiệp của em đợc hoàn thành với kết quả tốt nhất Em xin chân thành cảm ơn

Phần I : Giới thiệu sản phẩm

Chơng I : Giới thiệu về bình GAS

I nhiệm vụ của bình GAS

Dùng để chứa gas hoá lỏng và nhiên liệu khác Tuy nhiên các nhiên liệu này không đợc gây ra các dạng ăn mòn Đối với bình khi làm việc với áp suất tơg đối cao ( áp suất này là là áp suất hơi bão hoà ) Theo tiêu chuẩn làm bình gas do công ty cổ phần thiết bị Hà Tây “ FSEC ” cung cấp áp suất làm việc của bình ở điều kiện bình thờng khoảng 5ữ10 atm

Do áp suất khá cao nên vỏ bình cần độ bền tơng đối cao, gas là thứ dễ gây cháy

nổ nên cần độ kín khít cao Nếu độ bền của vỏ bình thấp, độ kín khít thấp có thể gây ra hiện tợng thoát khí gas ra ngoài dễ gây hiện tợng nổ bình dẫn đến những tai nạn đáng tiếc

II Hình dáng cấu tạo của bình gas

Bình gas có hình dáng cấu tạo nh sau :

Iii NhiÖm vô – Nguyªn Lý lµm viÖc

hợp với tiêu chuẩn của ren tarô.Ren phải thẳng cần có ít nhất 4 vòng ren để đảm bảo độ kín khít và độ bền Độ bền đòi hỏi có thể chịu đợc áp suất gấp 10 lần áp suất thử của bình ( theo FSEC thì áp suất thử p = 34kg / cm2)

12

ỉ48 M24

Phần II : Quy trình chế tạo bình gas

Căn cứ vào các yêu cầu kỹ thuật của kết cấu ta chọn vật liệu để làm kết cấu đó Với bình gas do làm việc trong điều kiện áp suất cao Đồng thời việc chế tạo bình gas đựoc làm củ yếu nhờ 2 nguyên công là tạo hình biến dạng và hàn cho nên vật liệu dùng để sản xuất bình gas cần có những yêu cầu sau :

Dập tạo hình và lốc đợc sử dụng để tạo ra chi tiết nửa trên, nửa dới bình.Tay xách

Bình gas có chiều dày thành vỏ mỏng (2,6 mm ) nên đợc chế tạo từ thép tấm vì vậy

để tạo hình cho sản phẩm thì nguyên công đầu tiên là gia công tạo hình chi tiết mà chủ yếu là nguyên công dập tạo hình vỏ bình

là kết cấu nhỏ vì vậy để tạo hình cho chúng thờng sử dụng phơng án sau :

Ta tạo hình cho từng phần của bình : Vỏ bình, tay xách, chân đế, cổ bình, một cách riêng rẽ rồi sau đó tiến hành lắp ráp chúng lại với nhau bằng phơng pháp hàn

I.4 Cổ bình

Cổ bình đợc chế tạo bằng gia công trên máy tiện vạn năng

II.Tính toán, kiểm tra kết cấu vỏ bình

Chiều dày của vỏ bình phải đảm bảo chịu đợc áp suất khi làm việc nghĩa là độ là độ

bền của vỏ phải đảm bảo sao cho không bị phá huytrong thời gian làm việc

Chiều dày của vỏ bình phụ thuộc vào điều kiện làm việc của vỏ bình ( áp suất bên trong bình), phụ thuộc vào độ bền của vật liệu làm bình và kích thớc của bình ( đờng kính ngoài D )

Chiều dày của vỏ bình đợc hạn chế không nhỏ hơn 0,2 cm và trong bất kỳ trờng hợp nào cũng phải thoả mãn yêu cầu sau :

S = ( p.Dt )/200φσcp – p ) +C (1)

Trong đó S : Độ dày của vỏ bình

P : áp suất thử lớn nhất khi thử bằng nớc

D : đờng kính ngoài của vỏ bình (mm)

Sau khi tạo hình đợc các chi tiết theo yêu cầu Đề lắp ráp thành sản phầm hoàn chỉnh ngời ta không thể thiếu nguyên công hàn đây là công đoạn rất quan trọng

Và chủ yếu trong chế tạo sản phẩm Quy trình hàn để lắp ráp các bộ phận bình lại với nhau sao cho mối hàn đạt chất lợng tốt nhất trong điều kiện công nghệ có thể với giá thành tối u Với mối hàn liên quan trực tiếp đến khả năng làm việc của bình( chịu

áp suất cao) thì mối hàn cần đạt độ ngấu tốt, không khuyết tật nh rỗ, nứt, độ bền cao

t-ơng đt-ơng vơi kim loại cơ bản

Căn cứ vào tình hình hiện nay máy móc thiết bị nhập vào nớc ta có rất nhiều chủng loại của các hãng nổi tiếng của nhiều nớc nh: Nga, Mỹ, Thụy điển

Ta có thể chọn thiết bị của nớc nào tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ, và tính kinh tế của thiết bị đem lại về năng xuất và thời hạn sử dụng hữu ích

+ Đáp ứng đợc độ bền đều gia mối hàn và kim loại cơ bản

+ Có độ tin cậy về khả năng làm việc

Trong và sau khi hàn trong mối hàn không đợc có những khuyết tật nh nứt, rỗ Tính hàn của vật liệu phụ thuợc vào thành phần hoá học, tổ chức của vật liệu Với thép hợp kim thấp thì tính hàn của nó chủ yếu phụ thuộc vào hàm l ợng cacbon trong thép bởi vì cacbon là nguyên tố chủ yếu quyêt định cơ tính của thép hợp kim

Khi hàn bằng bất cứ nguồn nhiệt hàn nào thì cũng đều phải sử dụng năng lợng nhiệt lớn làm nóng chảy phần kim loại giữa hai chi tiết hàn, cũng có khi không đạt tới trạng thái chảy lỏng mà đạt đến trrạng thai chảy dẻo Mặt khác thời gian nóng chảy và

đông đặc của kim loại mối hàn rất ngắn nên tốc độ nguội rất cao,tốc nuội ảnh hởng rất lớn đến tổ chức và chất lợng mối hàn

Thép hợp kim thấp ở nhiệt độ cao đợc làm nguội với tốc độ lớn nếu hàm lợng cac bon trong thép lớn thì cacbon không kịp phân bố lại trong mạng tinh thể nên rễ tạo

ra tổ chức mactenxit có độ cứng và ròn cao cản trở sự co của kim loại dẫn đên gây ứng suất d có khả năng làm nứt mối hàn Với thép cacbonthì các thành phần khác nh: Lu huỳnh, mangan, silic cũng ảnh hởng lớn đến chất lợng mối hàn nh: Lu huỳnh gây ra hiện tợng giòn nóng còn phốt pho gây ra hiện tợng bở nguội

Để đánh giá tính hàn của vật liệu kết cấu ngời ta dùng các thí nghiệm với các mẫu thép đợc chọn trớc Các mẫu thép này đợc hàn và làm nguội trong điều kiện khác nhau, làm nhiều lần nh vậy ngời ta có thể rút ra kết luận về tính hàn của vật liệu đó là tố hạn chế hay là xấu

Bằng biện pháp thử ngời ta thấy rằng thép hợp kim thầp có tính hàn tốt , chất lợng của liên kết hàn có thể đảm bảo bằng mọi phơng pháp hàn khác nhau Nghĩa là trong mối hàn và vùng ảnh hởng nhiệt rất ít có hiện tợng tôi vì nó rất ít nhậy cảm với chu trình nhiệt Trong mối hàn ít có các khuyết tật nh :rỗ khí, xỉ, nứt Thép hợp kim trung bình và cao (c<0,25%) thì khi hàn dễ tạo ra tổ chức tôi Tuỳ thuộc vào hàm lợng cacbon

mà tổ chức cơ tính của mactenxit đợc sinh ra là khác nhau nói tóm lại với thép hợp kim thì hàm lợng cácbon càng lớn thì tính hàn càng xấu

Vật liệu làm bình gas theo phần trên đợc xác định là thép hợp kim thấp có hàm ợng cac bon C< 0,22%; S ≤ 0,05; P≤ 0,04 vì thế nó đợc xếp vào loại thép có tính hàn tốt thờng đợc sử dụng để chế tạo các kết cấu hàn với cơ tính phù hợp

phơng pháp hàn hồ quang tay Khi hàn hồ quang tay thì chất lợng của mối hàn tại các

vị trí khác nhau không điều phụ thuộc phần lớn vào tay nghề của ngời thợ hàn Mặt khác hàn hồ quang tay cho năng xuất rất thấp không đáp ứng đợc các đòi hỏi về kinh

Mối hàn vòng có chiều dài đờng hàn lớn ( 947 mm ), đòi hỏi chất lợng cao đồng

điều tại mọi vị trí vì vậy không thể dùng phơng pháp hàn hồ quang tay và cũng không nên dùng phơng pháp hàn bán tự động mà nên dùng phơng pháp hàn tự động dới lớp thuốc Trong quá trình hàn để mối hàn đạt đợc chất lợng cao và lại là phơng pháp hàn

tự động thì mối phải luôn ở vị trí hàn sắp vì vậy khi ta cho chi tiết hàn đợc đồ gá dẫn

động quay xung quanh trục của nó với vận tốc hàn còn đầu hàn đứng yên

Dây hàn và thuốc hàn đợc lựa chọn phù hợp với vật liệu kết cấu hàn và từng phơng pháp hàn Với thép làm bình là thép hợp kim thấp, phơng pháp hàn tự động dới lớp thuốc ta chọn dây hàn là dây H6 – M12K0024- 254

Và lớp thuốc hàn H400 Tính chất của thuốc hàn này tơng đơng với thuốc hàn OK 10.40 của ESAB và dây hàn OK Autrod 12.10 có thành phần hoá học

hàn góc đờnghàn ngắn vì vậy ta dùng phơng pháp hàn tự động dới lớp thuốc khi hàn ta cũng dùng đồ gá quay và đầu hàn đứng yên

II.3 Mối hàn tay xách, chân đế với vỏ bình:

Tuỳ từng điều kiện cụ thể mà ta có thể dùng phơng pháp hàn hồ quang tự động dới lớp thuốc, tự động, bán tự động trong môi trờng khí bảo vệ thậm chí có thể hàn hồ quang tay.Sở dĩ có thể hàn nh vậy là vì các mối hàn nàyđòi hỏi chất lợng không cao chủ yếu đòi hỏi độ bền là chính mà không đòi hỏi độ kín khít cao

Tuy nhiên bình gas thờng đợc sản xuất ở dạng hàng loạt lớn cho nên để đạt năng xuất cao ta dùng phơng pháp hàn tự động ( đối với chân đế với vỏ bình)và bán tự động (

đối với mối hàn tay xách với vỏ bình ) trong môi trờng khí bảo vệ CO2 Dây hàn để hàn mối hàn tay xách, chân đế với vỏ bình dùng khí bảo vệ CO2 thờng dùng loại TOWER MIG ES6 có thành phần hợp kim nh sau:

Thành phần khí CO2 Trong thành phần khí bảo vệ phải dạt 97 ữ99 % ( càng cao càng tốt)

Vị trí hàn các mối hàn này là hàn sấp kiểu hàn góc, ở đây do chiều dày vỏ mỏng nên

ta không để khe hở hàn và cũng không cần phải vát mép hàn, khi hàn chỉ cần hàn một lớp

III Tính chế độ hàn cho mối hàn cổ bình

Vị trí của mối hàn là hàn sấp và kiểu hàn góc, mối hàn yê cầu ngấu hết chiều dày vỏ

bình và ngấu thêm một phần vào cổ bình Do mối hàn này vỏ bình mỏng nên ta không

để khe hở hàn, không vát mép và cũng chỉ hàn một lớp Chiêù dày của thành đứng và

vỏ bình khác nhau nên khi hàn ta phải đặt dây lệch về phía cổ bình

Các thông số quá trình hàn đợc xác định theo phơng pháp hàn tự động dới lớp thuốc

ψn có thể chọn theo đồ thị hoặc tính theo

ψn = k ’ ( 19- 0,01)

h

h

I dU

ở đây ta cũng dùng dòng điện hàn một chiều cực nghịch vì vậy ta có

V

Q

ψ

.

ở đây ψmh đố với mối hàn góc ψmh ≤ 2, vậy ψm đã đạt yêu cầu

11 Dòng điện I th tới hạn (A)

Ith= I0 + m Vh

m : Đặc trng cho độ nghiêng của đờng thẳng đợc xác định bởi phơng trình trên, căn

cứ vào bảng 16 CNĐHNC ta có m= 2

I0 : Dòng điện tới hạn giả định khi tốc độ hàn bằng 0 , đố với hàn tự động và hàn bán tự động

14 Chiều dài toàn bộ mối hàn

L= Π D2 ; l = 15( cm) ; t0 = 14(s) ; D2 = 48 (mm) = 4,8 (cm)

Vh = 1,11 (cm /s)

Vậy thời gian hàn toàn bộ mối hàn là: t = 23s

6 , 0 14

=

15 Khối 1ợng và chiều dài dây cần hàn toàn bộ mối hàn

h(mm)

H(mm)

s cm

IV Kiểm tra sản phẩm

IV.1 Kiểm tra sản phẩm

Trong quá trình sản xuất một sản phẩm thì cứ sau mỗi một nguyên công khi ga công xong ta điều phải tiến hành kiểm tra sản phẩm rồi mới đa sản phẩm tới nguyên công tiếp theo Sở dĩ phải làm nh vậy vì cần phải loại bỏ những sản phẩm không đạt yêu cầu để tránh đợc những hao phí về sau

Khi một kết cấu đợc hình thành và đợc đa vào sử dụng ta cũng phải tiến hành kiển tra lần cuối toàn bộ kết cấu để loại bỏ những ết cấu không đủ tiêu chuẩn Bình th -ờng một kết cấu trong thời gian sử dụng đều chịu những tác động của bên ngoài và khi

sử dụng cũng gặp những sự cố gây nên h hỏng nhất định vì vậy trong quá trình sử dụng

cũng cần phải kiểm tra kịp thời phát hiện và ngăn ngừa những h hỏng đáng tiếc xảy ra Với các loại bình gas làm việc chịu áp suất thì việc kiểm tra cần đợc chú trọng

Các bớc kiểm tra bình gas gồm những bớc nh sau :

+ Kiểm tra vật liệu làm bình

+ Kiểm tra sản phẩm dập

+ Kiểm tra chất lợng mối hàn

+ Kiểm tra trớc khi đa vào sử dụng

IV 2 Kiểm vật liệu làm bình

Dùng để làm bình là thép hợp kim thấp, khi kiểm tra vật liệu ta cần căn cứ vào mác thép và có thể dùng biện pháp phân tích thành phần hoá học để xác định thành phần của các nguyên tố hoá học có trong thép

IV.3 Kiểm tra sản phẩm dập

Trớc khi dập cần kiểm tra phôi dập, kích thớc phôi dập cần phải đảm bảo đúng kích thớc thiết kế, nếu kích thớc phôi dập nhỏ hơn kích thớc thiết kế thì cần phải loại bỏ ngay phôi dập đó, còn nếu lớn hơn thì có thể cắt cho đúngkích thớc hoặc dập sau đó cắt

ba via

Sau khi dập cần phải sửa sản phẩm sản phẩm dập nh cắt bỏ ba via Sản phẩm sau khi dập có thể xảy ra các hiện tợng nh : nứt, nhăn, lồi, lõm, khi sản phẩm dập có vết nứt, nhăn, lồi, lõm thì cần loại bỏ ngay

Thờng khi dập thì phần chuyển tiếp có sự biến mỏng thành, nhng sự biến mỏng thành này là không đáng kể tuy nhiên cũng cần kiểm tra, khi kiểm tra chỗ biến mỏngthành mà thấy chiều dày của nó a0 > 90%a thì đảm bảo điều kiện ; còn nếu a0

<90%a thì chiều dày không đảm bảo Ngoài ra còn phải kiểm tra độ song song,độ tròn,

độ vuông góc

IV 4 Kiểm tra chất lợng mối hàn

Trong quá trình hàn chất lợng mối hàn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó

có chế độ hàn là yếu tố quan trọng nhất mang tính quyết định, chế độ hàn đợc đặc trng bởi các thông số nh :Ih , Uh, Vh ,Vd vì vậy các thông số này cần phải chính xác, mức độ sai số của các thông số của các chế độ hàn không vợt quá 2%, ngoài ra các thiết bị hàn cũng cần đợc kiểm tra về dặc tính và độ tin cậy của máy Sau khi hàn thì phải kiểm tra chất lợng mối hàn bằng mắt thờng hay các loại dụng cụ đo