Thiết kế vỏ thùng chứa khí áp suất lớn nhất trong thùng khoảng 5at

Mô tả đồ án: Gồm các file như ảnh trên Giá: 400.000vnđ – Mã số: doantotnghiep.me_H000029 [button link="http://doantotnghiep.me/huong-dan-thanh-toan-html" newwindow="yes"] Tải đồ án[/button]

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ HÀN NÓNG CHẢY Người thực hiện: 1. Ngô Tiến Trường 2. Nguyễn Đăng Tú Lớp: HK5 - Bộ môn hàn - Khoa cơ khí. 1. NỘI DUNG PHẢI HOÀN THÀNH. - Lời nói đầu. - Phân tích kết cấu cần chế tạo. - Chọn vật liệu chế tạo kết cấu. - Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết. - Chọn phương pháp hàn. - Chọn vật liệu hàn. - Chọn liên kết hàn. - Tính toán chế độ hàn. - Xác định thành phần hóa học và kiểm tra cơ tính mối hàn. - Lập quy trình công nghệ để chế tạo kết cấu. - Chế tạo đồ gá để hàn kết cấu (Nếu cần thiết). - Chọn phương pháp kiểm tra. - Kết luận. - Mục lục. 2. CÁC BẢN VẼ PHẢI THỰC HIỆN. - Bản vẽ chế tạo chi tiết. - Bản vẽ khai triển nếu có. - Bản vẽ quy trình công nghệ. Giáo viên hướng dẫn: Ngày giao đề tài: Ngày…, tháng…, năm… Bùi Văn Khoản Ngày hoàn thành: Ngày…, tháng…, năm… LỜI NÓI ĐẦU Trong các ngành kĩ thuật cơ khí hiện nay, ngành hàn giữ một vai trò rất quan trọng, nhất là trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá ở nước ta hiện nay. Ngành hàn đã và đang đươc ứng dung rộng rãi trong tất cả các ngành kĩ thuật như: làm kết cấu nhà xưởng, xây dựng công trình, lắp ghép các chi tiết, đằp tạo các trục, phục hồi các chi tiết máy sau một thời gian làm việc, với nhiều tính năng ưu việt, năng xuất chất lượng cao... trong thời đại ngày nay, với trình độ khoa học ngày càng phát tiển mạnh mẽ,thì ngành hàn đã được cung cấp, nâng cấp các trang thiết bị hiện đại để đáp ứng được tốt các yêu cầu kĩ thuật. Là sinh viên năm cuối em được các thầy bộ môn trong khoa giao cho đề tài đồ án thiết kế: “Vỏ thùng chứa khí áp suất lớn nhất trong thùng khoảng 5at. Đây là đồ án rất quan trọng đối với những sinh viên chuyên ngành, vì nó được tổng hợp tất cả kiến thức chuyên ngành, đó là việc: “Xây dựng quy công nghệ trình hàn” để chế tạo chi tiết. Qua thời gian tìm tòi, nghiên cứu, học hỏi và với vốn kiến thức chút ít của mình cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy trong khoa, đặc biệt là thầy Bùi Văn Khoản đã trực tiếp hướng dẫn em, đến nay đồ án của em đã hoàn thành. Trong quá trình làm em không thể tránh khỏi những vướng mắc và thiếu sót kính mong thầy và các thầy trong tổ bộ môn chỉ bảo và cho em các ý kiến đóng góp để em hoàn thành tốt đồ án của mình một cách tốt nhất. Em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Ngô Tiến Trường NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. Hưng Yên, ngày…, tháng…, năm… Giáo viên (Ký và ghi rõ họ tên) I - Phân tích kết cấu Bình chứa khí Vỏ thùng chứa khí áp suất lớn nhất trong thùng khoảng 5at gồm có 5 chi tiết, ta thấy các chi tiết được liên kết với nhau bằng các mối hàn. Vì làm việc ở điều kiện này do đó các chi tiết phải đảm bảo được các yêu cầu sau: - Các mối hàn phải đảm bảo về hình dáng và kích thước. - Phải đảm bảo độ bền chắc trong khi làm việc ở áp suất yêu cầu 5at. - Đảm bảo mối hàn không bị các khuyết tật như: nứt nóng, nứt nguội trong khi làm việc ở mọi nhiệt độ. - Phải đảm bảo thẩm mỹ. v Phân tích kết cấu: + Chi tiết 1: Gọi là thân thùng chứa - Số lượng 1 - Chi tiết này có kích thước và hình dạng được biểu diễn trên hình vẽ: - Chi tiết được chế tạo từ phôi thép tấm có chiều dày 5mm bằng công nghệ lốc ống. - Trên chi tiết được khoét 1 lỗ ỉ34, lắp ghép với chi tiết 4 bằng liên kết hàn. + Chi tiết số 2: - Gọi là đáy thùng chứa. - Số lượng 1 - Chi tiết này có kích thước và hình dạng được biểu diễn trên hình vẽ: - Chi tiết này được chế tạo từ thép tấm có chiều dày 5mm bằng công nghệ dập vuốt. - Chi tiết 2 được hàn với thân thùng chứa bằng liên kết hàn giáp mối. + Chi tiết số 3: gọi là vòng đệm. - Số lượng 2 - Chi tiết này có kích thước và hình dạng được biểu diễn trên hình vẽ: - Chi tiết này làm từ thép tấm có chiều dày 3mm, gia công bằng phương pháp lốc - Đệm này có công dụng định vị chi tiết 1,2,5 trong quá trình hàn. Là tấm lót cho mối hàn giáp mối có vát mép giữa chi tiết 1 và chi tiết 5. Và hạn chế áp suất tác dụng lên mối hàn. Tạo gân tăng cứng cho liên kết. - Chi tiết này được hàn đính với chi tiết số 1. Và khoảng cách mối hàn đính được tính như sau: Với chu vi hình tròn la: C = . = 2189,7 mm. Mặt khác khoảng cách giữa các mối hàn đính không quá (40- 45)5 = (200-225) mm. Ta chọn khoảng cách giữa các mối hàn đính là 200mm. Vậy số mối đính cần cho chiều dài 2189,7 mm là 11 mối đính. Mối hàn đính yêu cầu phải đảm bảo chắc chắn. + Chi tiết số 4: - Đầu nối van - Số lượng 2 - Chi tiết này có kích thước và hình dạng được biểu diễn trên hình vẽ: - Chi tiết này làm từ phôi trụ tròn, có đường kính 40, bên trong có ren M30, được cắt mộng để lắp ghép với thân. Chi tiết được gia công bằng phương pháp tiện. - Chi tiết được liên kết với chi tiết 1 và chi tiết 5 bằng phương pháp hàn. - Chi tiết này có tác dụng dẫn khí vào bình và thoát khi ra ngoài. + Chi tiết số 5: - Gọi là nắp thùng. - Số lượng gồm có 1 chiếc. Nắp thùng có hình dạng và kích thước được biểu diễn như hình vẽ: Chi tiết được chế tạo từ phôi thép tấm có chiều dày là 5mm - Chế tạo chi tiết bằng công nghệ dập - Trên chi tiết có lỗ ỉ34. - Dược lắp ghép với chi tiết số 4, số 1 bằng phương pháp hàn. II. CHỌN VẬT LIỆU CHO CHI TIẾT TRONG KẾT CẤU: Chọn vật liệu cho kết cấu là khâu rất quan trọng, bởi vì đối với mỗi loại kết cấu thì yêu cầu loại vật liệu khác nhau. Ví dụ như các kết cấu phải làm việc chịu nhiệt độ, áp suất lớn hay kết cấu phải chịu các loại tải trọng động.... Dựa vào yêu cầu của bài toán đó là: Kết cấu của chúng ta là một thùng chứa khí, phải làm việc ở áp suất cao nhất là 5at. Được liên kết bởi 5 chi tiết với nhau. Với điều kiện làm việc của các chi tiết là gần như nhau: ã Ta có thể chọn vật liệu chung cho tất cả các chi tiết của kết cấu (để đảm bảo độ đồng đều kim loại, đảm bảo cho liên kết hàn cũng như đảm bảo yêu cầu làm việc của kết cấu). ã Vật liệu chọn phải có tính hàn tốt tức là không phải sử dụng một số phương pháp hàn đặc biệt nào mà vẫn đảm bảo mối hàn có chất lượng cao như: Không bị nứt, bị rỗ xỉ, rỗ khí, chịu được áp suất tối thiểu 5at. ã Vật liệu chon phải đảm bảo tính dập được, gia công lốc, đảm bảo độ dai va đập, dễ gia công. ã Vật liệu chọn phải có tính phổ biến, dễ kiếm trên thị trường, giá thành thấp... ã Căn cứ vào điều kiện làm việc của thùng chứa khí chịu áp suất tối đa là 5at, ta tính ra ứng suất lớn nhất của từng chi tiết rồi so sánh với giới hạn bền của thép sao cho ứng suất lớn nhất của từng chi tiết không vượt quá giới hạn bền của thép. Từ đó ta tìm được vật liệu phù hợp. ỹ Xét phần thân thùng chứa khí: Thân thùng chứa khí Ta có: ủK = ∞, ủV = a. Theo phương trình Laplace ta có: + = ð úV = (1) Trong đó: - úK: Là ứng suất kinh tuyến. - úV: Là ứng suất vĩ tuyến. - ủK: Là bán kính kinh tuyến. - ủK : Là bán kính vĩ tuyến. - 2a: Là đường kính thành ống (a = 355mm). - ọ: Là chiều dày vật liệu (ọ = 5mm). - p: Là áp suất trong thùng. p = 5atm = 5.9,81.104 N/m2 = 5.9,81.10-2 N/mm2 Thay số vào công thức (1) ta được: úV = = = 34,83 N/mm2 Phương trình cân bằng với một phần vỏ mỏng: Pða2 = úK.2ðaọ ð úK = = = 17,415 N/mm2 ỹ Xét phần nắp thùng: Nắp thùng chứa khí. Ta thấy nắp vỏ thùng chứa khí là một phần chỏm cầu nên ứng suất kinh tuyến và ứng suất vĩ tuyến có giá trị như nhau: úK = úV Phương trình cân bằng để tính úK là: úK.ọ.2ðr.sinỏ = p.r2.ð ð úK = (2) Trong đó: - r: Bán kính của chỏm cầu (r = 415mm). - ỏ: Góc tại tâm của phần chỏm cầu. Góc ỏ được xác định trên hình vẽ (ỏ = 124o), suy ra: sinỏ 0,83 thay vào công thức (2) ta được: úK = = = 16,9 N/mm2 Vậy úK = úV = 16,9 N/mm2 Như vậy: - Phần thân thùng chứa chịu các ứng suất là: úK = 17,415 N/mm2. úV = 34,83 N/mm2. - Phần nắp thùng chứa chịu các ứng suất là: úK = 16,9 N/mm2. úV = 16,9 N/mm2. Ta thấy ứng suất lớn nhất của chi tiết là: 34,83 (N/mm2). Để kết cấu làm việc an toàn ta nhân thêm hệ số an toàn: úmax = 1,5.34,83 = 52,245 N/mm2 Ta căn cứ vào ứng suất tác dùng lên chi tiết và theo các tiêu chí đã nên trên để chọn vật liệu. Với một kết cấu chịu ứng suất như thế thì việc chọn vật liệu tương đối dễ dàng vì hầu hết các loại thép đều có độ bền cao hơn. Do đó, để đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật thì ta chọn thép BCT38 theo TCVN -1695 -75 là hợp lý nhất vì nó rất thông dụng trên thị trường, giá rẻ, đảm bảo độ bền và cơ tính theo yêu cầu. Thép BCT38 (TCVN-1695-75) tương đương với thép BCT3cð (theo tiêu chuẩn của Nga OCT 380-71). Cơ sở để chọn: Thép này đáp ứng được một só yêu cầu trên ... Tìm hiểu về thép BCT38: Đây là loại thép C chất lượng thường nhóm B. Là loại thép mềm, dẻo, độ cứng thấp, hiệu quả tôi và ram không cao. Được dùng để chế tạo các chi tiết có độ khó như uốn, dập... Thép có tính hàn tốt, khi hàn không cần dùng các biện pháp hàn đặc biệt. Tra bảng1-III trang 219 sách “hướng dẫn đồ án” ta có thành phần hoá học của thép BCT38. Nhãn hiệu thép TCVN C (%) Mn (%) Si (%) P (%) S (%) BCT38 1695-75 0,14-0,22 0,40-0,65 0,12-0,30 <0,04 <0,05 Tra bảng2-III trang 221 sách “hướng dẫn đồ án” ta có cơ tính của thép BCT38. Nhãn hiệu thép Độ bền úb (N/mm2) Giới hạn chảy úc (N/mm2) độ dãn dài tương đối. BCT38 380- 490 250 26% III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT. 1. Chi tiết số 1: Thân thùng chứa Như trên ta đã phân tích thì chi tiết này được chế tạo từ thép tấm BCT3cð có dạng hịnh trụ tròn xoay được gia công bằng phương pháp lốc tròn. Từ hình vẽ ta có thể thấy một số kích thước chính như sau: - Đường kính ngoài ống (D1): ỉ710 - Đường kính trong ống (D2): ỉ700 - Chiều dài ống trụ 1000mm - Chiều dày 5mm - Tại giữa ống có khoan một lỗ ỉ34 để lắp ghép với chi tiết số 4 bằng liên kết hàn. Thiết bị dùng cho việc chế tạo chi tiết: Thước lá, vạch dấu, máy cắt, máy mài, compa, máy lốc... ỉ Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết số 1: + Khai triển phôi: Do hình dạng của chi tiết là môt khối trụ tròn nên phôi khai triển sẽ là phôi tấm hình chữ nhật có chiều dày 5mm, chọn chiều rộng 1000mm, còn chiều dài (dùng để lốc) thì được tính toán như sau: - Tính toán đường kính trung bình của ống trụ: = ()/2 = (710+700)/ 2 = 705 mm. - Chiều dài hình chữ nhật được tính theo công thức : L = ð. = 3,14.705 = 2214,82 mm. ð Kích thước khối hình chữ nhật: 2214,82ừ1000x5 mm. + Lấy dấu và vạch dấu: Sau khi khai triển phôi xong la lấy dấu và vạch dấu. Lấy dấu phải dảm bảo độ chính xác, đảm bảo dung sai cho phép và thuận lợi cho việc cắt phôi. Với chi tiết dày 5mm và được hàn giáp mối ta chọn liên kết hàn có vát một bên, hàn ngoài. Với mép vát bằng 2/3 chiều dày chi tiết có góc vát bằng 30o. - Khi lấy dấu lượng dư gia công chính bằng bề rộng nét cắt trừ khe hở, với liên kết hàn giáp mối này ta chọn khe hở là 2mm bề rộng nét cắt là 3mm. Vậy kích thước vạch dấu thực hiện của phôi: Chiều dài L= ð.Dtb + 3/2 -2 = 2214,32mm Chiều rộng =1000 + 3/2 -2 = 999,5mm. + Cắt phôi: Ta sử dụng máy cắt khí O2-C2H2 nên trước khi cắt cần làm sạch phôi đảm bảo phải không gỉ, không lẫn dầu mỡ...Vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến mép cắt. Trong thực tế người ta vệ sinh cỗ cắt bằng ngọn lửa khí mạnh, khoảng cách giữa đầu mỏ cắt và bề mặt cần cắt tra theo bảng (trang 200 sách cẩm nang hàn): Khoảng cách cắt (mm) 2 - 3 Chiều dày tấm cắt (mm) 3 - 10 Chế độ cắt được tra theo bảng 57 sách “cẩm nang hàn”trang 203. Chiều dày tấm cắt (mm) 5 áp suất oxy (kg/cm2) 3 Cỡ đầu ngoài 1 Cỡ đầu trong 1 Chiều rộng cắt 3 Tốc độ cắt (mm/phút) 540 -550 + Lốc tròn: - Sau khi cắt xong tiến hành làm sạch mép cắt và kiểm tra xem đúng kích thước. - Chọn loại máy lốc: Trên thị trường có nhiều loại máy lốc, ví dụ như máy lốc 3 trục, 4 trục và công suất khác nhau. Với yêu cầu của bài toán này thì ta có thể chọn máy lốc tôn thủy lực 3 trục kiểu AH 15/06, có thông số như sau: - Công suất động cơ 3kw - Chiều dài của trụ là 1600mm. - Đường kính trụ 250mm - Tốc độ lốc 4,5 m/phút. Ta có thể đánh dấu các vị trí để lốc và lốc sơ bộ. Sau khi lốc sơ bộ xong ta tiến hành hàn đính, mối hàn đính. Khoảng cách giữa các mối hàn đính không quá (40-45).5 = (200-225) mm. Ta chọn khoảng cách giữa các mối hàn đính là 200mm. Vậy số mối đính cần cho chiều dài 1000mm la 5 mối đính. Mối hàn đính yêu cầu phải đảm bảo chắc chắn. Hàn đính xong ta tiến hành lốc tròn để chi tiết đảm bảo độ tròn đều. Và sau đó mới hàn toàn bộ mối hàn. Để chống ứng suất và biến dạng khi hàn, ta có các phương án hàn như sau: (Theo sách cẩm nang hàn trang 149) Hàn từ giữa về hai phía: áp dụng cho chi tiết có chiều dài trung bình từ 250 - 1000 mm. Kết thúc quá trình hàn ta phải làm sạch mối hàn và kiểm tra hiệu chỉnh kích thước theo yêu cầu. + Khoét lỗ ỉ34: Việc khoét lỗ được thực hiện sau khi đã hàn xong chi tiết chính. Với việc lấy dấu sẵn ta dùng mũi khoan để khoan thủng rồi sau đó ta dùng hàn khí để cắt. Chế độ cắt tính toán như trên, sau khi cắt xong ta dùng máy mài làm sạch vị trí cát và hiệu chỉnh kích thước theo bản vẽ. 2. Chi tiết số 2: Đáy thùng chứa. Từ hình vẽ ta thấy: Chi tiết 2 có dạng hình cầu, thuộc vào chi tiết có dạng tròn xoay. Chi tiết này được gia công bằng phương pháp dập vuốt. Như vậy ta phải tính toán lượng phôi cần thiết để dập chi tiết này. Các bước tính toán như sau: - Phôi sẽ có dạng hình tròn, vì vậy điều kiện cân bằng diện tích bề mặt giữa phôi và chi tiết khi S phôi không đổi có dạng: = 0,785. (theo tài liệu công nghệ tạo hình kim loại tấm trang 65). - Đường kính của phôi được xác định theo công thức 29 bảng 67 trang 139 sách công nghệ dập nguội: Dphôi = + Ddư = + = 905 mm. Trong đó: = 223 mm. =37 mm. => Diện tích trung bình: =ð. = ð. = 643260,7mm2. - Thiết bị dùng cho việc chế tạo chi tiết: Thước lá, vạch dấu, máy cắt, máy mài, compa, máy dập... ã Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết số 2: + Khai triển phôi: Xuất phát từ phôi tấm có chiều dày là 5mm ta dùng thước đo, compa đo trên phôi một hình tròn đường kính 905 mm sau đó dùng vạch dấu để vạch. + Cắt phôi: Để có tính kinh tế và sự thông dụng ta sử dụng máy cắt khí sử dụng khí (O2-ga) nên trước khi cắt cần làm sạch phôi đảm bảo phải không gỉ, không lẫn dầu mỡ...Vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến mép cắt. Trong thực tế người ta vệ sinh cỗ cắt bằng ngọn lửa khí mạnh, khoảng cách giữa đầu mỏ cắt và bề mặt cần cắt tra theo bảng (trang 200 sách cẩm nang hàn): Khoảng cách cắt (mm) 2 - 3 Chiều dày tấm cắt (mm) 3 - 10 Chế độ cắt được tra theo bảng 57 sách “cẩm nang hàn” trang 203. Chiều dày tấm cắt (mm) 5 áp suất oxy (kg/cm) 3 Cỡ đầu ngoài 1 Cỡ đầu trong 1 Chiều rộng cắt 3 Tốc độ cắt (mm/phút) 540 -550 Sau khi cắt xong ta tiến hành làm sạch mép cắt rồi tiến hành dập vuốt. + Dập vuốt: Trước khi vuốt ta kiểm tra phôi đã được làm sạch chưa, rồi tiến hành dập. - Phương pháp dập vuốt theo bảng 80 trang 163 sách công nghệ dập nguội: Ta có: .100 = .100 = 0,55 > 0,5 Dùng chặn phôi chống nhăn mạnh mẽ, hoặc dập ngược. - Tốc độ dập vuốt xác định theo công thức : v = 33,1.(1+ ) = 33,1.( 1+ ) = 400,16 (mm/s). - Hệ số dập vuốt hình cầu luôn có giá trị không đổi, được xác định theo công thức(trang 162 sách Công nghệ dập nguội ): m = = = 0,7791 Đường kính của phôi sau khi dập vuốt lần thứ nhất là: = 0,7791.905 =705,1 mm. Vậy ta dập vuốt một lần. - Bán kính lượn của cối và chày dập vuốt: + Bán kính lượn của chày và cối dập vuốt, đặc biệt là cối có ảnh hưởng nhiều yếu tố lúc dập vuốt như: Lực dập vuốt, nếp nhăn mép sản phẩm...Vì vậy khi chọn bán kính của cối ta phải tuân theo bảng 91 trang 180 sách công nghệ dập nguội: Thép S, (mm) , (mm) Đến 3 (10-6)S 3-6 (6-4)S 6-20 (4-2)S Với chiều dày vật liệu S = 5mm (3-6) mm ta có thể chọn =30 mm. + Lấy bán kính của chày bằng với bán kính lượn bên trong của sản phẩm. - Khe hở giữa chày và cối lúc dập vuốt: Khe hở giữa chày và cối lúc dập vuốt là một nửa hiệu số giữa đường kính cối và đường kính chày, Z = . Trị số khe hở Z có ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật dập. Và được xác định theo bảng 93 trang 182 sách công nghệ dập nguội: Hệ số dập vuốt m = Khe hở một phía , mm 0,45-0,65 (1,1-1,3).S 0,65-0,75 (1,0-1,2).S 0,75-0,85 (1,0-1,05).S >0,85 S Ta có: m = 0.7791 Ta chọn =1,05.5 = 5,25 mm. - Kích thước làm việc của chày và cối khi dập vuốt: Được tính như sau: + Kích thước chày: = (D+0,5) + Kích thước cối: =(D+0,5 +2Z) (trang 183 sách công nghệ dập nguội). Trong đó: - Là dung sai trên kích thước sản phẩm. Ta chọn = 0,5. Như vậy: + Kích thước chày = (D+0,5)-0.2 = 700 + 0,5.0,2 = 700,1 mm. + Kích thước cối = (D+0,5 +2Z)+0.3 = 700+ 2.5,25 + 0,5.0,2 = 710,6 mm.