Báo cáo dự án thiết bị xử lý ren bị rỉ và bị toét đối với bu lông, ốc vít111

Trong các xưởng cơ khí thì người ta dùng máy tạo ren để làm mới ren của của các bu lông và ốc vít hoặc người ta cũng có thể dùng các dung dịch có thể tẩy rửa làm sạch rỉ sét.. - Chế tạo

BÁO CÁO DỰ ÁN KHKT NĂM HỌC 2020-2021

I Tóm tắt nội dung dự án

1 Lĩnh vực, tên dự án khoa học

- Lĩnh vực: Kĩ thuật cơ khí

- Tên dự án: Thiết bị xử lý ren bị rỉ và bị toét đối với bu lông, ốc vít

2 Nhóm học sinh nghiên cứu

3 Giáo viên hướng dẫn:

4 Mục tiêu của dự án

- Làm quen với phương pháp nghiên cứu một dự án khoa học kỹ thuật, biết vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết những vấn đề thực tiễn

- Tái chế những vật liệu bỏ đi thành những thiết bị, dụng cụ có ích và giảm được phần nào sự ô nhiễm môi trường, đồng thời tiết kiệm được một khoản chi phí tiêu dùng cho người dân

- Chế tạo thành công thiết bị xử lý ren bị rỉ và bị toét nhẹ đối với bu lông,

ốc vít

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp quan sát thực tiễn và thu thập thông tin

- Phương pháp tìm hiểu lý thuyết

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp phân tích, so sánh, tổng hợp

6 Quy mô dự án

Dự án được triển khai với quy mô nghiên cứu khoa học kỹ thuật năm học

2020 với ý tưởng hoàn toàn của nhóm học sinh

7 Địa điểm nghiên cứu: Tại nhà học sinh

8 Đối tượng nghiên cứu: Ren ngoài của bu lông và ốc vít

9 Kết quả:

- Sảm phẩm nghiên cứu được ứng dụng, sử dụng trong thực tiễn đời sống Giúp người dân tiết kiệm được thời gian và kinh phí và góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường

10 Thời gian thực hiện dự án: Từ 10/11/2020 đến 30/12/2020

11 Nội dung các hoạt động chính của dự án

Tên hoạt động Nội dung Thời gian

thực hiện Kết quả dự kiến đạt được Nhân lực

Hoạt động 1:

Liên hệ thực tiễn Liên hệ giữa Lực lực ma sát với ren của bu

10/11 - 20/11 Năm 2020 Đề xuất được ý tưởng Học sinh

đưa ra ý tưởng lông ốc vít

Hoạt động 2:

Duyệt ý tưởng

- Lĩnh vực: Kĩ thuật

cơ khí

- Tên dự án: Thiết bị

xử lý ren ngoài của

bu lông, ốc vít khi bị

rỉ và bị toét ren

23/11/2020 Hội đồng KH trường cho

phép triển khai dự án Hội đồng KH trường

Hoạt động 3:

Lập đề cương

nghiên cứu

Lập đề cương nghiên cứu

24/11 - 28/11 Năm 2020

Hoàn thiện được đề cương nghiên cứu

Học sinh và giáo viên hướng dẫn

Hoạt động 4:

Nghiên cứu lý

thuyết

Nghiên cứu lý thuyết

về Lực ma sát; Ren;

Các loại bu lông, ốc vít

30/11 - 05/12 Năm 2020 Nắm được những kiến thức cơ bản

Học sinh và giáo viên hướng dẫn

Hoạt động 5:

Sơ đồ hóa và tìm

kiếm vật liệu,

dụng cụ

- Sơ đồ hóa minh họa sảm phẩm

- Tìm kiếm những vật liệu, dụng cụ để chế tạo sản phẩm

06/12 - 13/12 Năm 2020

- Cụ thể được mô hình sản phẩm

- Tìm được những vật lệu, dụng cụ cần thiết

Học sinh

Hoạt động 6:

Tiến hành chế tạo Chế tạo sản phẩm và chỉnh sửa 14/12 - 20/12 Năm 2020 Tạo ra được sản phẩm Học sinh và giáo viên hướng dẫn

Hoạt động 7:

Phân tích ưu

nhược điểm của

sản phẩm

Phân tích ưu điểm, nhược điểm của sản phẩm Phương án khắc phục

21/12/2020

Chỉ ra được ưu điểm, nhược điểm của sản phẩm Phương

án khắc phục

Học sinh và giáo viên hướng dẫn

Hoạt động 8:

Hoàn thành dự án

Viết báo cáo 22/12 - 27/12

Năm 2020

Báo cáo ngắn gọn, dễ hiểu Học sinh và giáo

viên hướng dẫn

Hoạt động 9: Báo

cáo dự án cấp

trường

Báo cáo dự án với Hội đồng KH trường 28/12/2020

Được Hội đồng KH trường phê duyệt cho phép hoàn thiện hồ sơ nộp dự thi cấp tỉnh

Hội đồng KH trường

Hoạt động 10:

Hoàn thiện hồ sơ

và nộp báo cáo

dự án thi cấp tỉnh

- Hoàn thiện hồ sơ

- Nộp báo cáo cấp tỉnh

29/12 - 31/12 Năm 2020

Đươc HĐKH tỉnh duyệt cho

đi thi cấp tỉnh

- Học sinh

- GV hướng dẫn

- Ban giám khảo HĐKH tỉnh

Hoạt động 11:

Tiếp tục hoàn

thiện dự án và đi

thi cấp tỉnh

- Tiếp tục hoàn thiện

dự án và làm gian trưng bày (Poster)

- Thi cấp tỉnh

01/1 - 22/1 Năm 2021 Đạt giải

- Học sinh

- GV hướng dẫn

- Ban giám khảo HĐKH tỉnh

II Giới thiệu tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1 Các căn cứ pháp lý

Căn cứ Thông tư số 32/2017/TT-BGDĐT ngày 19/12/2017 sử đổi bổ sung một số điều của Quy chế thi nghiên cứu khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, ban hành kèm theo Thông

tư số Thông tư số 38/2012/TT-BGDĐT ngày 02/11/2012 của Bộ Giáo dục và Đào tạo; Công văn số 4132/BGDĐT-GDTrH ngày 12/10/2020 của Bộ Giáo dục

và đào tạo về việc hướng dẫn triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học (NCKH)

và tổ chức Cuộc thi ho học kỹ thuật (KHKT) cấp quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2020-2021;

Căn cứ Công văn số 1938/SGDĐT-GDTrH&GDTX, ngày 05/11/2020 của

Sở Giáo dục và Đào tạo về việc hướng dẫn triển khai hoạt động NCKH và tổ chức Cuộc thi KHKT cấp tỉnh dành cho học sinh trung học năm học 2020-2021;

Nhóm học sinh chúng em đã suy nghĩ, tìm hiểu thấy rằng cuộc thi KHKT

rất là bổ ích và quyết định đăng kí tham gia NC KHKT năm học 2020-2021

2 Lý do chọn dự án

Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta thỉnh thoảng phải tháo, lắp các đồ dùng, thiết bị trong gia đình hoặc là những máy móc mà chúng ta phải sửa chưa như xe máy, xe đạp, máy cày, máy tuốt lúa đôi khi ta gặp phải những bu lông,

ốc vít bị rỉ hoặc bị toét nhẹ gây khó khăn cho việc tháo lắp thiết bị Đa số nhà dân sinh sống đều xa chợ, xa trung tâm đô thị nên nếu đi mua một hai cái bu lông hoặc ốc vít thì rất mất thời gian và còn tốn kém Trong các xưởng cơ khí thì người ta dùng máy tạo ren để làm mới ren của của các bu lông và ốc vít hoặc người ta cũng có thể dùng các dung dịch có thể tẩy rửa làm sạch rỉ sét Tuy nhiên đối với những gia đình (hộ dân) bình thường hoặc những quán sửa chữa

cơ khí nhỏ thì thường không đầu tư máy tạo ren và cũng ít khi để dung dịch tẩy rửa rỉ sét trong nhà Vì vậy đôi khi gặp phải nhưng bu lông, ốc vít bị rỉ và toét ren gây khó khăn cho việc tháo lắp thiết bị là điều dễ hiểu

Ở một khía cạnh khác những cái bu lông, ốc vít bị rỉ hoặc bị toét ren người ta thường bỏ đi (ném đi), như vậy phần nào đã làm ảnh hưởng tới sự ô nhiễm môi trường

Để khắc phục những điều mà chúng em phân tích ở trên, chúng em đặt câu hỏi: Có cách nào xử lý ren của những bu lông, ốc bị rỉ và bị toét nhẹ để người tháo lắp máy móc tiện lợi sử dụng Câu hỏi này gắn liền với lĩnh vực cơ khí, vì vậy mà chúng em đã chọn đề tài thuộc lĩnh vực cơ khí với tên dự án:

Thiết bị xử lý ren bị rỉ và bị toét đối với bu lông, ốc vít

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học kĩ thuật, biết vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết vấn đề thực tiễn Tạo ra được những sản phẩm

có ích phục vụ cho cuộc sống, có lợi về kinh tế và làm giảm sự ô nhiễm môi trường

4 Mục đich nghiên cứu

- Củng cố khắc sâu những kiến thức đã học ở trên lớp

- Chế tạo được thiết bị xử lý ren bị rỉ và bị toét đối với bu lông, ốc vít sử dụng cho các hộ gia đình và các quán sửa chữa cơ khí vừa và nhỏ

- Làm giảm sự ô nhiễm môi trường đồng thời tiết kiệm được một khoản chi phí tiêu dùng cho người dân

- Rèn luyện cho bản thân và tuyên truyền cho mọi người: Tính làm việc có khoa hoc, tính cần cù chịu khó, tính sáng tạo và ý thức bảo vệ môi trường

5 Các phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện dự án này nhóm nghiên cứu đã sử dụng một số phương pháp sau đây:

- Phương pháp quan sát thực tiễn và thu thập thông tin

- Phương pháp tìm hiểu lý thuyết

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp phân tích, so sánh, tổng hợp

6 Đối tượng, vật liệu, dụng cụ trong quá trình thực nghiệm

a) Đối tượng:

Ren ngoài của bu lông và ốc vít

b) Vật liệu, dụng cụ

- Vật liệu: Các bu lông và ốc vít rỉ, lưỡi cưa sắt, lò so, sắt hộp

-Dụng cụ: Kìm, búa, dũa, máy văn ốc…

7 Kết quả mong đợi

Chế tạo thành công thiết bị xử lý ren ngoài của bu lông, ốc vít khi bị rỉ và

bị toét ren

III Quá trình nghiên cứu và thảo luận

1 Cơ sở khoa học

a) Khái niệm Ren trong kỹ thuật cơ khí

Trên trục hình trụ của bulong, đai ốc (ecu) thường có các đường xoắn

ốc tròn xoay Và nếu có một hình phẳng nào đó thuộc mặt phẳng kinh tuyến của mặt tròn xoay nào đó và hình phẳng này chuyển động theo hướng xoắn ốc

sẽ tạo thành bề mặt xoắn ốc, gọi là Ren Ren dùng để ghép nối, truyền lực hoặc dùng để lắp ghép các chi tiết máy lại với nhau

Có nhiều loại ren khác nhau Trong pham vi của dự án này chỉ đề cập ren ngoài Ren ngoài là ren được hình thành ở mặt ngoài của chi tiết

b) Bu lông:

Bu lông là một sản phẩm cơ khí được sử dụng để lắp

ráp, ghép nối các chi tiết lại thành một khối, là chi tiết kẹp

chặt, thường có dạng thanh trụ, một đầu có mũ 6 cạnh ngoài

hoặc trong (chìm), một đầu có ren (gọi là vít) để vặn với đai

ốc Mối lắp ghép bằng bu lông có thể chịu được tải trọng kéo

cũng như uốn rất tốt, nó lại có độ bền, độ ổn định lâu dài

Việc tháo lắp cũng như hiệu chỉnh mối ghép bu lông rất thuận tiện, nhanh chóng

và không đòi hỏi những công nghệ phức tạp như các mối lắp ghép khác Do có nhiều ưu điểm nên bu lông được sử dụng rộng rãi trong các máy móc, thiết bị công nghiệp, các công trình xây dựng, công trình giao thông, cầu cống ở khắp mọi nơi trên thế giới

c) Ốc vít

Ốc vít cũng giống như bu lông là một loại dụng cụ gắn

kết nhờ sự ma sát tạo bởi các vòng xoắn

d) Rỉ sét

- Rỉ sét (hay gỉ sét) là sắt bị oxy hóa Rỉ sét được hình thành do sắt kết hợp với oxy khi có mặt nước hoặc không khí ẩm Trên bề mặt sắt thép bị rỉ hình thành những lớp vảy rất dễ vỡ, thường có màu nâu, nâu đỏ hoặc đỏ Lớp rỉ này không có tác dụng bảo vệ sắt ở phía trong Nếu có đủ thời gian, oxy và nước, bất

kỳ khối sắt nào cũng sẽ bị rỉ hoàn toàn và phân hủy

- Nguyên nhân rỉ sét: Khi sắt hay hợp kim của sắt (như thép…) tiếp xúc với oxy và độ ẩm trong một khoảng thời gian dài, tạo thành một hợp chất mới gọi là oxít sắt hay còn gọi là rỉ sắt Chất xúc tác chính cho quá trình rỉ là nước Cấu trúc sắt hoặc thép có vẻ chắc chắn, nhưng các phân tử nước có thể xâm nhập vào các lỗ nhỏ và vết nứt trong bất kỳ kim loại nào kể cả sắt, sự kết hợp của nguyên tử hidro có trong nước với các nguyên tố khác để hình thành axít, ăn

mòn sắt, làm cho sắt bị phơi ra nhiều hơn Nếu trong môi trường nước biển, sự

ăn mòn có thể xảy ra nhanh hơn Trong khi đó các nguyên tử oxy kết hợp với các nguyên tử sắt để hình thành oxít sắt hay rỉ sắt, chúng làm yếu sắt và làm cho cấu trúc của sắt trở nên giòn và xốp

- Phản ứng liên quan

Phản ứng oxi hoá sau đây cũng xảy ra khi có nước và rất quan trọng cho

sự hình thành của rỉ sét:

Fe → Fe2+

+ 2e- 4Fe2+ + O2 → 4Fe3+ + 2O

2-Ngoài ra, các phản ứng axit bazơ sau đây cũng ảnh hưởng đến quá trình hình thành rỉ:

Fe2+ + 2H2O ⇌ Fe(OH)2 + 2H+

Fe3+ + 3H2O ⇌ Fe(OH)3 + 3H+

Theo sau đó là sự cân bằng mất nước:

Fe(OH)2 ⇌ FeO + H2O

Fe(OH)3 ⇌ FeO(OH) + H2O

2FeO(OH) ⇌ Fe2O3 + H2O

Từ các phương trình trên, ta thấy sắt kết hợp với oxy và nước (ở môi trường) bị biến thành các oxít sắt, làm hư kết cấu sắt ban đầu

- Cách chống rỉ sét

Sắt rất quan trọng trong đời sống và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là xây dựng Do đó việc ngăn ngừa hoặc làm chậm đi quá trình rỉ sắt rất là quan trọng Có một số phương pháp sau để phòng ngừa hoặc làm chậm quá quá trình rỉ sét:

Sử dụng các hợp kim chống rỉ: thường là sắt pha crom oxít, tốc độ rỉ của hợp kim này chậm hơn bình thường Tuy nhiên trong thiết kế sử dụng vật liệu này phải bao gồm các biện pháp bảo vệ để tránh phơi nhiễm hợp kim ra ngoài vì vật liệu vẫn tiếp tục rỉ từ từ

Mạ: sắt thép được bảo vệ bởi lớp kim loại bằng cách mạ thường hoặc mạ

điện Kẽm thường được sử dụng vì nó rẻ tiền, dính chặt vào thép Quá trình ăn mòn sẽ bắt đầu trên lớp kẽm trước thay vì lớp sắt thép được bảo vệ bên dưới, do

đó việc mạ chỉ bảo vệ sắt thép trong một khoảng thời gian giới hạn Nhôm và

cadimi cũng được sử dụng trong việc mạ bảo vệ sắt thép

Kiểm soát độ ẩm: rỉ sắt có thể tránh được bằng cách kiểm soát độ ẩm trong khí quyển Việc này chỉ áp dụng trong việc vận chuyển các thiết bị bằng đường biển bằng các gói silica gel

Sơn phủ: sắt thép có thể được bảo vệ bằng các chất phủ như sơn Các chất

phủ này thường được trộn với các chất ức chế rỉ sắt Tuy nhiên vẫn có thể xảy ra

sự rỉ sắt từ bên trong bê tông Phương pháp này được sử dụng rộng rãi khi cần

bảo vệ sắt thép ở các công trình, tàu thép, ô tô hoặc các thiết bị khác

Sử dụng chất tẩy và chống rỉ, ví dụ INOFOS có khả năng tẩy sạch các lớp rỉ sắt thép, đồng thời tạo ra một lớp polymer bảo vệ bề mặt kim loại chống

ăn mòn INOFOS chống gỉ sắt và có độ bền cao, bảo vệ các vật liệu kim loại trong kỹ thuật chế tạo, xây dựng, trang trí nội thất Trong xây

dựng, INOFOS dùng để tẩy sạch các lớp rỉ trên bề mặt sắt thép, giảm thời gian

và chi phí tẩy rửa bề mặt sắt thép Ngoài ra còn có rất nhiều loại dung dịch tẩy rỉ sét khác nhau bán trên thị trường

e) Lưỡi cưa sắt cầm tay

Chuyên dùng để cưa, cắt các loại gỗ, sắt, nhôm, ống nhựa, Đây là dụng

cụ xuất hiện rất nhiều ở các xưởng mộc, xưởng cơ khí, công trình xây dựng, Ngoài ra còn có thể sử dụng tốt trong sửa chữa gia dụng Lưỡi cưa của dụng cụ đặc biệt sắc bén, được tinh luyện từ hợp kim thép vô cùng bền chắc

g) Lực ma sát

Trong vật lý học, ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt (Nói đơn giản

là các lực cản trở chuyển động của một vật, tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó, được gọi là lực ma sát) Lực ma sát này làm cho bề mặt của vật ở chỗ tiếp xúc bị mài mòn

2 Cơ sở thực tiễn

Bu lông và ốc vít trong quá trình sử dụng hoặc bảo quản không thể tránh được rỉ sét ăn mòn nhất là trong điều kiện bảo quản không tốt, gây khó khăn cho việc tháo lắp các chi tiết máy móc Mặt khác trong quá trình tháo lắp ren của bu lông và ốc vít có thể bị toét Nặng thì hỏng bu lông, ốc vít; nhẹ thì gây khó khăn cho việc tháo lắp không còn được chơn chu như trước nữa

Để loại bỏ rỉ sét người ta có thể dùng máy tạo ren để làm mới ren hoặc dùng các dung dịch tẩy rỉ sét, cách này thường được dùng trong các xưởng cơ khí lớn Còn trong các gia đình bình thường hoặc những cơ sở sửa chữa cơ khí vừa và nhỏ thì ít khi đầu tư máy tạo ren và cũng ít khi mua chất tẩy rỉ sét trong nhà Vậy có cách nào giúp người dân có thể đánh bay được rỉ sét và những chỗ ren bị toét nhẹ đó?

Cách khắc phục mà chúng em đưa ra là: Lưỡi cưa sắt có tác dụng mài mòn, lợi dụng đặc điểm này ta sẽ dùng lưỡi cưa sắt để mài rỉ sét ở ren bu lông,

ốc vít Nếu ren bị toét nhẹ thì lưỡi cưa mài chỗ ren bị toét đó để nó bớt bị toét đi Như vậy bu lông, ốc vít lúc này có thể được tháo ra, lắp vào dễ dàng

3 Quá trình nghiên cứu

Bước 1 Tìm hiểu về ren bu lông, ốc vít

- Tìm hiểu khái niệm và tác dụng của ren cơ khí

- Tìm hiểu khái niệm và tác dụng của bu lông, ốc vít

- Tìm hiểu khái niệm và tác hại của rỉ sét

- Tìm hiểu cách sử lý rỉ sét của bu lông, ốc vít, liên hệ với lực ma sát, liên

hệ với cưa sắt

Bước 2: Cụ thể hóa ý tưởng, phác thảo mô hình

- Có thể dùng tay cầm lưỡi cưa sắt cọ sát vào ren của bu

lông, ốc vít để mài mòn rỉ sét và ren bị toét Cách này không

năng suất và nhanh mỏi tay

- Ta có thể cố đinh lưỡi cưa, chỉ xoay bu lông, ốc vít bằng tay hoặc dùng máy vặn bu lông, ốc vít để hỗ trợ sẽ nhanh và tiện lợi hơn nhiều

Mô hình phác thảo

Bước 3: Tìm kiếm vật liệu và chuẩn vị dụng cụ

- Các vật liệu cần tìm kiếm: Các bu lông và ốc vít rỉ, lưỡi cưa sắt, lò so, sắt hộp

- Các dụng cụ cần chuẩn bị: Kìm, búa, dũa, máy vặn bu lông

Bước 4 Thiết kế thiết bị theo ý thưởng

- Thuê thợ cơ khí sắt thép chế tạo theo mô hình ý tưởng

- Sản phẩm sau khi thợ cơ khí sắt thép làm xong và tiến hành thử nghiệm

- Khi tiến hành thử nghiệm thì gặp phải một vấn đề đó là: Đối với các ốc vít hoặc bu lông có ren chiếm hết toàn bộ chiều dài thì thiết bị không xử lí hết được vì vướng phải đầu bu lông hoặc chôn ốc vít Vấn đề này được khắc phục bằng cách cắt một bên giá đỡ bu lông, ốc vít

- Sảm phẩm sau khi đã hoàn thiện xong

Vướng đầu bu lông Cắt một bên giá đỡ bu lông Vấn đề đã được khắc phục

Phía không có giá đỡ bu lông, ốc vít Phía có giá đỡ bu lông, ốc vít

- Thử nghiệm:

Bước 5 Thảo luận, phân tích sản phẩm về ưu điểm và nhược điểm của sản phẩm

- Phân tích thành phần cấu tạo và tác dụng của các bộ phận chính của sản phẩm

Lưỡi cưa: Có tác dụng mài mòn rỉ sét và mài mòn chỗ ren bị toét nhờ lực ma sát trượt giữa lưỡi cưa và ren bu lông, ốc vít

Khung đỡ lưỡi cưa: Có tác dụng đỡ lưỡi cưa

Khe hẹp: Có tác dụng định vị lưỡi cưa, giúp lưỡi cưa không bị lật

Lò xo: Có tác dụng tạo ra lực đàn hồi ép lưỡi cưa với bu lông, ốc vít sinh ra lực ma sát để mài mòn rỉ sét và chỗ ren bị toét Đồng thời tạo ra lực co giãn để có thể sử dụng được nhiều loại bu lông, ốc vít thông thường Hai bên có hai lò so là để phân phối lực cho đều