Đồ án Thiết kế và chế tạo lò tôi chân không (kích thước vùng nung ø520 x 790) (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo lò tôi chân không (kích thước vùng nung ø520 x 790) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO LÒ TÔI CHÂN KHÔNG (KÍCH THUỚC VÙNG NUNG Ø520 x 790) GVHD: KS. NGUYỄN MINH CHÍNH SVTH: LÊ HÙNG MSSV: 13143138 SVTH: NGUYỄN CHÁNH HỬU MSSV: 13143148 SVTH: PHẠM VĂN HÀ MSSV: 13143094 S K L 0 0 5 0 0 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐHỒCHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO LÒ TÔI CHÂN KHÔNG (KÍCH THƯỚC VÙNG NUNG Ø520 x 790) GVHD: KS. NGUYỄN MINH CHÍNH SVTH: LÊ HÙNG MSSV: 13143138 SVTH: NGUYỄN CHÁNH HỬU MSSV: 13143148 SVTH: PHẠM VĂN HÀ MSSV: 13143094 Khoá: 2013 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Công Nghệ Chế Tạo Máy PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên sinh viên: LÊ HÙNG MSSV:13143138 Hội đồng: CKM-4 Họ và tên sinh viên: NGUYỄN CHÁNH HỬU MSSV:13143148 Hội đồng:CKM-4 Họ và tên sinh viên: PHẠM VĂN HÀ MSSV:13143094 Hội đồng: CKM-4 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo lò tôi chân không Ngành đào tạo: Công Nghệ Chế Tạo Máy Họ và tên GV hướng dẫn: KS. NGUYỄN MINH CHÍNH Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên. 2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN. 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển) 2.3.Kết quả đạt được:
4. 2.4. Những tồn tại (nếu có): 3. Đánh giá: Điểm Điểm đạt TT Mục đánh giá tối đa được 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đú ng format vớ i đầy đủ cả hình thứ c và nôị dung của cá c muc̣ 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 hoc̣ xã hôị Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành 5 3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10 4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10 Tổng điểm 100 4. Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không được phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng7 năm 2017 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên)
5. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Công Nghệ Chế Tạo Máy PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ và tên sinh viên: NGUYỄN CHÁNH HỬU MSSV: 13143148. Hội đồng: CKM-4 Họ và tên sinh viên: LÊ HÙNG MSSV: 13143138. Hội đồng: CKM-4 Họ và tên sinh viên: PHẠM VĂN HÀ MSSV: 13143094. Hội đồng: CKM-4 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo lò tôi chân không. Ngành đào tạo: Công Nghệ Chế Tạo Máy Họ và tên GV phản biện: ThS NGUYỄN THANH TÂN Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2. Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển) 3. Kết quả đạt được: 4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN: 5. Câu hỏi:
6. 6. Đánh giá: Điểm Điểm đạt TT Mục đánh giá tối đa được 1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30 Đú ng format vớ i đầy đủ cả hình thứ c và nôị dung của cá c muc̣ 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10 Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Nội dung ĐATN 50 Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa 5 hoc̣ xã hôị Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình 15 đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển 15 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành 5 3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10 4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10 Tổng điểm 100 7. Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không được phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng7 năm 2017 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên)
7. LỜI CẢM ƠN Khoá luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh viên ở giảng đường đại học. Để trở thành một cử nhân hay một kỹ sư đóng góp những gì mình đã học được cho sự phát triển đất nước. Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cha mẹ, người đã giúp cho em có điều kiện để tiếp cận với môi trường đại học.Cha mẹ là những người luôn ở bên cạnh, động viên, chăm sóc, giúp đỡ để em để có thể từng bước vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập cũng như trong cuộc sống. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, bộ môn Công Nghệ Chế Tạo Máy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cùng kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Kính gửi đến thầy NGUYỄN MINH CHÍNH, thầy NGUYỄN NHỰT PHI LONGlời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất. Trong quá trình làm khóa luận, thầy đã tận tình hướng dẫn thực hiện đề tài, giúp chúng em giải quyết các vấn đề nảy sinh trong quá trình làm luận văn và hoàn thành khóa luận đúng định hướng ban đầu. Đồng thời, cảm ơn chú TRƯƠNG QUỐC HÙNG đã hỗ trợ tích cực về mặt tài chính và tư vấn nhiệt tình về mặt kiến thức cho chúng em. Chúng em xin cảm ơn thầy NGUYỄN THANH TÂN cùng các thầy cô trong hội đồng chấm bảo vệ đã dành chút thời gian quý báu để đọc và chất vấn bài khóa luận, giúp chúng em hoàn thiện hơn bài khóa luận. Trong quá trình thực hiện và trình bày khóa luận không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế, do vậy em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét phê bình của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn! ii
8. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo lò tôi chân không thể tích GVHD: KS. NGUYỄN MINH CHÍNH Họ và tên sinh viên: LÊ HÙNG MSSV: 13143138 Số điện thoại: 0962947265 Email: lehungvipa5@gmail.com NGUYỄN CHÁNH HỬU MSSV: 13143148 Số điện thoại: 01688395006 Email: nguyenchanhhuu1010@gmail.com PHẠM VĂN HÀ MSSV: 13143094 Số điện thoại: 01665011034 Email: vanhackm@gmail.com Khóa: 2013 Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 25/7/2017 Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc.Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày25 tháng 7 năm 2017 Thay mặt nhóm sinh viên Ký tên iii
9. TÓM TẮT ĐỒ ÁN “Thiết kế và chế tạo lò tôi chân không” Nhiệt luyện là khâu cuối cùng trong qui trình gia công một chi tiết, nó quyết định chất lượng sảm phẩm sau cùng, trong đó phương pháp tôi thường được sử dụng trong quá trình nhiệt luyện. Tôi trong môi trường chân không không còn xa lạ đối với các nước có ngành nhiệt luyện phát triển trên thế giới vì vậy các thiết bị tôi chân không đã được họ nghiên cứu và chế tạo từng bước khá hiện đại. Hiện tại trong nước đã có những nghiên cứu nhưng chưa được công bố rộng rãi cho nên các thiết bị này trong nước tự sản xuất chưa được phổ biến mà đa số sử dụng các thiết bị của nước ngoài, trong khi đó giá thành của nó thì tương đối cao. Chính vì những lí do trên nhóm đã tìm hiểu nghiên cứu, thiết kế và chế tạo lò tôi chân không phục vụ cho sản xuất nhỏ. Để triển khai đề tài nhóm đã tìm hiểu nghiên cứu các tài liệu có liên quan, tham khảo các thiết bị đã có trên thị trường trong và ngoài nước, từ đó có những nhận định, phân tích, đánh giá, so sánh cho phù hợp với điều kiện của nhóm và đưa ra được phương án riêng cho nhóm. Về cơ bản thiết bị của nhóm gồm các phần chính như sau: hệ thống nung, hệ thống hút chân không và hệ thống làm nguội. Về mặt tính toán, thiết kế, chế tạo thiết bị có 3 phần: phần cơ khí, phần điện và phần nhiệt. Mục đích cuối cùng của đề tài này là thiết bị phải được vận hành và đi vào hoạt động, vì vậy sau việc tính toán thiết kế và chế tạo việc chạy thử và kiểm nghiệm khá quan trọng, khi đó ta có những nhận định sơ lược từ đó có sự điều chỉnh đúng với tính toán thiết kế ban đầu. Tuy nhiên, vì điều kiện tài chính của nhóm hạn chế nên thiết bị của nhóm vẫn còn những mặt hạn chế so với các thiết bị trên thị trường, nhưng xét về mặt kết cấu cấu và nguyên lí hoạt động thì thiết bị này vẫn đảm bảo. iv
10. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM KẾT iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC BIỂU BẢNG viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 3 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 3 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 3 1.6 Kết cấu của ĐATN 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 5 2.1Đặc tính của hệ thống 5 2.2 Giới thiệu một số thiết bị liên quan tới đề tài 5 2.2.1. Lò tôi dòng FHB - 60C 5 2.2.2 Lò tôi chân không loại ngang FHH 60GH 6 2.2.3 Lò tôi chân không dòng VHQ 669 7 2.2.4. Lò tôi chân không loại đứng dòng FHV 8 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 3.1 Cơ sở lý thuyết quá trình tôi phân cấp 10 3.2 Phương pháp nung 16 3.2.1. Gas. 16 3.2.2. Dây điện trở: 16 3.2.3Thanh tatan và wonfram 17 3.3 Môi trường nung: 17 3.3.1. Biện pháp ngăn ngừa oxy hoá và thoát cacbon. 18 v
11. 3.3.2. Nung nóng trong môi trường khí bảo vệ. 18 3.3.3. Các môi trường lỏng để nung nóng. 19 3.3.4. Nung trong môi trường chân không. 22 3.4 Sơ đồ nguyên lí tổng quát 22 3.5 Vật liệu nung ở nhiệt độ cao. 23 3.6Cơ sở tính toán nhiệt: 23 3.7Cảm biến nhiệt độ 24 3.8 Phương pháp, bộ điều khiển nhiệt độ. 31 3.9 Hệ thống cách nhiệt. 35 3.10 Vỏ lò: 36 3.10.1 Cấu tạo vỏ lò 36 3.10.2 Gioăng cao su tổng hợp EPDM 36 3.11Hệ thống bơm hút chân không 37 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ CÔNG NGHỆ43 4.1 Yêu cầu của đề tài: Lò tôi trong môi trường chân không 43 4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện 43 4.2.1 Phương án 1 43 4.2.2 Phương án 2 45 4.3 Lựa chọn phương án 47 4.4Trình tự công việc tiến hành 47 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU LÒ. 48 5.1 Tính toán cân bằng nhiệt trong lò. 48 5.1.1Mục đích tính cân bằng nhiệt. 48 5.1.2 Tính các khoản cân bằng nhiệt trong lò 48 5.2 Tính công suất lò và dây điện trở. 53 5.2.1 Tính toán công suất lò. 53 5.2.2 Tính dây điện trở. 54 5.2.2Tính công suất bề mặt riêng của dây. 54 5.3 Tính toán kiểm nghiệm thân lò. 61 5.4 Tính công suất bơm hút chân không. 64 5.5 Thiết kế kết cấu của lò. 66 5.6 Thiết kế mạch điều khiển 70 5.6.1 Thiết bị linh kiện. 70 5.6.2 Sơ đồ mạch và nguyên lý. 70 vi
12. CHƯƠNG 6: THI CÔNG, LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM 72 6.1 Hình ảnh về vật tư và bộ phận điển hình. 72 6.2 Hình ảnh thi công 75 6.3 Hình ảnh sản phẩm. 76 6.4 Thử nghiệm 77 6.4.1Hệ thống nung: 77 6.4.2Hệ thống tản nhiệt: 77 6.4.3Hệ thống bơm hút chân không 77 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 82 vii
13. DANH SÁCH CÁC BIỂU BẢNG Bảng 2.1 Nhiệt độ tôi phân cấp một số loại thép dụng cụ 15 Bảng 3.1: Nhiệt độ tôi phân cấp một số loại thép dụng cụ 15 Bảng 3.2: Bảng thời gian nung trong các kim loại nóng chảy 20 Bảng 3.3: Một số hỗn hợp muối dùng để nung nóng trong khoảng nhiệt độ trung bình 21 Bảng 3.4: Các hỗn hợp muối dùng ở nhiệt độ thấp 22 Bảng 3.5: Một số cặp nhiệt điện 26 Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật MT-96 34 Bảng 5.1 Các thông số ban đầu 48 Bảng 5.2 Nhiệt lượng mất do nước làm nguội một đơn vị kết cấu 52 Bảng 5.3 Bảng Cân Bằng Nhiệt Trong Lò. 53 Bảng 5.4 Giá trị hệ số αhp 55 Bảng 5.5 Các giá trị (D/d)max tùy theo nhiệt độ dây và vật liệu dây 60 Bảng 5.6 Hệ số bền của mối hàn 63 Bảng 5.7 Độ bền nén thiết kế , Mpa thép Cacbon, cacbon mang gang và hợp kim thấp 64 viii
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ Hình 2.1: Lò tôi dòng FHB-60C 5 Hình 2.2: Lò tôi chân không loại ngang FHH 60GH 6 Hình 2.3: Lò tôi chân không dòng VHQ 669 7 Hình 2.4: Lò tôi chân không loại đứng dòng FHV 8 Hình 3.1: Nguyên lý tôi phân cấp 10 Hình 3.2: Hệ số truyền nhiệt thay đổi theo nhiệt độ 13 Hình 3.3: Mô phỏng chu trình tôi phân cấp 15 Hình 3.4: Dây điện trở hở 16 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lí tổng quát 23 Hình 3.6: Cấu tạo cặp nhiệt điện 25 Hình 3.7: Cặp nhiệt loại K 25 Hình 3.8: Hình cặp nhiệt điện 26 Hình 3.9: Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD 27 Hình 3.10: Cảm biến dạng NTD 27 Hình 3.11: Cấu tạo Thermistor 28 Hình 3.12: Thermistor 28 Hình 3.13: Cấu tạo bán dẫn 29 Hình 3.14: IC Cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode 29 Hình 3.15: IC Cảm biến nhiệt độ DS18B20 29 Hình 3.16: Cấu tạo hỏa kế 30 Hình 3.17: Hình hỏa kế 31 Hình 3.18: Bộ điều khiển MT-96 35 Hình 3.19: Gạch chịu nhiệt sa mốt 35 Hình 3.20: Bông ceramic 36 Hình 3.21: Gioăng cao su tổng hợp EPDM 37 Hình 3.22: Cấu trúc máy bơm chân không rotor – cánh gạt. 39 Hình 3.23: Bơm chân không với nhiều cánh gạt 40 Hình 3.24: Cấu trúc máy bơm chân không stato – cánh gạt 41 Hình 3.25: Máy bơm hút chân không rotor kép 42 Hình 4.1 Lò đa buồng 43 Hình 4.2 Lò đơn buồng 45 Hình 5.1: Công suất bề mặt riêng của dây nung lý tưởng 56 Hình 5.2: Hệ số αc phụ thuộc vào hệ số bức xạ quy dẫn Cqd. 57 ix
15. Hình 5.3: Hệ số kích thước vật nung αp hụ thuộc vào tỷ số Fv/FT 57 Hình 5.4: Hệ số αᴦ, phụ thuộc vào tỷ số t/d 58 Hình 5.5: Võ lò 66 Hình 5.6: Nắp lò 67 Hình 5.7: Lớp cách nhiệt ceramic 67 Hình 5.8: Giá đỡ 68 Hình 5.9: Khoá nắp 69 Hình 5.10:Gioăng cao su tổng hợp 70 Hình 5.11:Sơ đồ đấu nối MT-96 70 Hình 5.12:Sơ đồ mạch điện 71 Hình 5.13:Mạch, bảng điện thực tế 71 Hình 6.2: Quạt hút 72 Hình 6.1: Máy hút chân không 72 Hình 6.3: Sứ treo 72 Hình 6.4: Giá đở bông 73 Hình 6.5: Lớp cách nhiệt 74 Hình 6.6: Lái gió Error! Bookmark not defined. Hình 6.7: Dây điện trở 75 Hình 6.8: Lớp cách nhiệt 75 Hình 6.9: Bố trí dây điện trở 76 Hình 6.10:Lò tôi chân không hoàn thiện 76 Hình 6.11:Hệ thông tản nhiệt 76 Hình 6.12:Hệ thống hút chân không 77 Hình 6.13:Thử nghiệm hệ thống nung 77 Hình 6.14:Thử nghiệm hệ thống hút chân không 78 x
16. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước. Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì nó giúp cải thiện cơ tính của chi tiết sau khi gia công, từ đó làm tăng tính công nghệ của vật liệu.Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí. Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí.Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì chất lượng các chi tiết sau nhiệt luyện càng cao. Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu. 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong nền sản xuất cơ khí hiện đại, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng, ngoài yêu cầu về thành phần hóa học thì thông qua nhiệt luyện, người ta có thể tối ưu hóa cơ tính của vật liệu như: cải thiện về độ cứng, độ bền, tính đàn hồi, tính chịu mài mòn Do đó, để đạt được yêu cầu kỹ thuật, có tới 80% chi tiết trong máy công cụ, 100% dụng cụ cắt, dụng cụ đo lường, khuôn mẫu, ổ bi .phải qua xử lý nhiệt luyện. Tuy nhiên, trong quá trình nhiệt luyện, do mác vật liệu, kích thước và hình dáng chi tiết khác nhau nên yêu cầu về tốc độ nung, nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội khác nhau. Nếu một trong bốn yếu tố trên không hợp lý thì sản phẩm sau nhiệt luyện là không đạt yêu cầu kỹ thuật, thậm chí còn gây ra sự cong vênh, nứt vỡ dẫn đến phế phẩm. Ngoài ra, môi trường nung đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nhiệt, thông thường, người ta thường nung các chi tiết trong môi trường không khí, ngoài ra còn có các môi trường nung: nung trong dung dịch muối, nung trong kim loại lỏng, nung trong khí bảo vệ Tuy nhiên, trong quá trình nung, việc lựa chọn môi trường nung hoặc điều chỉnh các yếu tố trong môi trường nung không hợp lý làm 1
17. cho các phản ứng oxy hóa-khử xảy ra mạnh hơn ở nhiệt độ cao,dẫn đến oxy hóa và thoát cacbon trên bề mặt chi tiết, làm thay đổi kích thước và không đàm bảo thành phần hóa học của của chi tiết. Vì vậy, người ta đưa chi tiết vào trong môi trường chân không, nung trong môi trường thiếu oxy để hạn chế sự oxy hóa và thoát cacbon bề mặt. Hiện nay trên thị trường có một số nhà cung cấp các thiết bị để nhiệt trong chân không.Tuy nhiên, giá thành của các thiết bị này còn khá cao, các phụ kiện thay thế vẫn còn hạn chế và mang tính độc quyền.Làm cho việc tiếp nhận công nghệ của các doanh nghiệp còn gặp nhiều khó khăn. Chính vì vậy, nhóm sinh viên thực hiện quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo lò tôi chân không”nhằm mục đính tiếp cận công nghệ tôi chân không, khắc phục những hạn chế của các môi trường nung thông thường, nâng cao hiệu suất hoạt độngcủa lò, đưa đến với các doanh nghiệp với giá thành hợp lý. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Việc thiết kế, chế tạo lò tôi chân không sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phương hướng phát triển mới. Trong quá trình thiết kế, chế tạo đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức tổng hợp về cơ khí, điện công nghiệp, kỹ thuật nhiệt luyện.Đây cũng là cơ hội cho họ tìm tòi, kiểm nghiệm, hiểu sâu rộng hơn về các loại lò nhiệt luyện và công nghệ tôi trong chân không. Đề tài thiết kế, chế tạo lò tôi chân không đang thực hiện sẽ giúp nhóm củng cố thêm kiến thức và kỹ năng về mọi mặt.Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể phục vụ cho việc sản xuất thực tế trong doanh nghiệp. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các chi tiết máy cơ bản. - Tìm hiểu công nghệ tôi chân không. Vận dụng kiến thức để thiết kế, chế tạo lò tôi chân không - Điều khiển nhiệt độ lò theo theo quy trình nhiệt luyện để cho ra các sản phẩm nhiệt luyện theo yêu cầu. - Tạo ra nhiệt lượng cần cung cấp cho lò. - Giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các chi tiết trong cùng một mẻ nung. - Xác định nhiệt độ trong lò. - Tạo ra hệ thống hút chân không. 2
18. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: vật nung nung trong môi trường chân không. Từ đó, dẫn đến các đối tượng và phạm vi nghiên cứu liên quan: - Các quy trình xử lý nhiệt - Các lò nhiệt luyện - Hệ thống hút chân không - Hệ thống đốt nóng: đốt nóng bằng dây diện trở - Vỏ lò 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nhiệt độ nung tối đa đạt được 1200oC - Áp suất chân không đạt được từ 13 – 500Pa - Nghiên cứu chế tạo phục vụ trong sản xuất đàm bảo các yêu cầu: + Khối lượng vật nung tối đa là 200kg. + Thời gian nung là: 2 giờ. + Công suất lò không vượt quá 50kW. + Đạt được độ đồng điều về nhiệt giữa các chi tiết nung. 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận Căn cứ vào những kiến thức, tìm hiểu từ các thiết bị lò tôi chân không đã có trên thị trường để tìm ra giải pháp mới và chế tạo, thực nghiệm. Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp để đề ra tối ưu hay không tối ưu, tối ưu trong trường hợp nào. 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể - Khảo sát thực tiễn: Tìm hiểu về lò tôi chân không - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp tham vấn chuyên gia - Phương pháp tính toán thiết kế - Phương pháp chế tạo thử nghiệm 1.6 Kết cấu của ĐATN ĐATN gồm 7 chương Chương 1 : Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Chương 4: Phương hướng giải pháp 3
19. Chương 5 : Tính toán thiết kế Chương 6 : Thi công, láp ráp và thử nghiệm Chương 7: Kết luận và kiến nghị 4
20. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Đặc tính của hệ thống - Tôi trong môi trường chân không và nhiệt độ lò có thể lên đến 1200ºC - Làm nguội bằng khí nitơ lỏng, có quạt gió đẩy vào để khoấy luồn khí, qua bộ tản nhiệt và quay trở về đầu hút của quạt và thổi khí vào lại buồn lò. - Nguồn điện cấp cho lò làm việc là nguồn điện áp 3 pha 380V và dòng 100A, công suất của lò là 36KW - Khối lượng không tải: 500kg - Thời gian hút chân không: - Áp suất chân không hoạt động: 500-13Pa 1.1. Giới thiệu một số thiết bị liên quan tới đề tài 2.2.1. Lò tôi dòng FHB - 60C Hình 2.1:Lò tôi dòng FHB-60C Sản phẩm được áp dụng cho dải rộng xử lý nhiệt chân không như tôi, ủ, thiêu kết, hàn cứng cho nhiều bộ phận bằngkim loại . Các tính năng của lò - Nhiệt độ gia nhiệt tối đa 1300ºC. Dải nhiệt độ vận hành từ 400 đến 1250℃. - Nhiệt độ đồng nhất có thể được bảo đảm tại 1150ºC với độ chính xác là ±5ºC. 5
21. . Ứng dụng - Tôi các kim loại cho các công cụ và bộ phận máy móc. - Thiêu kết: các công cụ siêu cứng và nam châm - Hàn vảy cứng: các bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận máy. . Thông số máy. - Nhiệt đo đồng nhất: 1150℃ với độ chính xác ±5ºC(đo 5 điểm không tải） - Khối lượng: 500kg - Thời gian hút chân không: Trong phạm vi 25 phút tối thiểu từ áp suất không khí đến 1.0×10-1Pa - Áp suất tăng: 5.3×10-4Pa.m-3 / s trở xuống - Kích thước khu vực gia nhiệt đồng nhất: 600 x 600x 1200mm 2.2.2 Lò tôi chân không loại ngang FHH 60GH [14] Hình 2.2:Lò tôi chân không loại ngang FHH 60GH Sản phẩm được áp dụng cho dải rộng xử lý nhiệt chân không như tôi, ủ, thiêu kết, hàn cứng cho nhiều bộ phận kim loại . Các tính năng của lò - Nhiệt độ tối đa 1350oC, nhiệt độ hoạt động 800 đến 1150oC - Nhiệt độ đồng nhất ± 5oC tại 1150oC - Giữ nhiệt độ trong lò rất tốt và duy trì cho sản phẩm tiếp theo - Tại công đoạn làm lạnh, nhiệt độ trong lò xử lý nhiệt không ảnh hưởng vì vậy sẻ tiết kiệm nguồn năng lượng tiêu thụ - Buồn xử lý nhiệt được giử trong chân không vì vậy tuổi thọ thiết bị sẽ kéo dài hơn - Nước làm mát được xây dựng làm lớp bảo vệ, góp phần làm sạch môi trường làm việc 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4