Thiết kế xưởng nhiệt luyện đĩa cắt kim loại, bi nghiền xi măng

Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Đồ án Thiết Kế Xưởng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG
HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Văn Thành
Phan Minh Quyết.
KHÓA

:

60

VIỆN

:

VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

NGÀNH

:

XỬ LÝ NHIỆT VÀ BỀ MẶT

1. Đầu đề thiết kế.
Thiết kế xưởng nhiệt luyện đĩa cắt kim loại, bi nghiền xi măng.
2. Các số liệu ban đầu
- Đĩa cắt: 150 tấn.
- Bi nghiền: 300 tấn.
3. Nội dung thiết kế và tính tốn.
- Chương 1: Giới thiệu tổng quát chi tiết và vật liệu làm chi tiết.
- Chương 2: Quy trình chế tạo.
- Chương 3: Tính tốn thời gian nhiệt luyện.
- Chương 4: Tính tốn và lựa chọn thiết bị.
- Chương 5: Tính tốn số cơng nhân và tiền lương cho công nhân tại xưởng
nhiệt luyện.
- Chương 6: Thiết kế nhà xưởng.
- Chương 7: An toàn lao động.
Page 1


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

4. Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ họ tên và kích thước bản vẽ).
- Bản vẽ mặt bằng xưởng: A3
- Bản vẽ mặt cắt ngang xưởng: A3
- Bản vẽ bố trí đường điện, nước: A3
5. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Minh
6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 01/2019
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/06/2019

Hà Nội, Ngày….tháng….năm 2019
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Ngọc Minh

TS. Nguyễn Ngọc Minh

Sinh viên đã hoàn thành và nộp thiết kế cho bộ môn
Ngày tháng năm 2019

Page 2


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật như cơ khí chế tạo
máy, cơng nghiệp hóa học, điện tử, tin học, cơng nghiệp ơtơ xe máy… và đời sống
hàng ngày đều gắn bó và cần đến các vật liệu có tính đa dạng với chất lượng ngày
càng cao.
Công nghệ nhiệt luyện là công nghệ làm thay đổi tính chất của vật liệu bằng
cách thay đổi cấu trúc của vật liệu. Đặc biệt là trong cơ khí chế tạo máy, nhiệt luyện
đóng vai trị quan trọng vì khơng những nó tạo cho chi tiết sau khi gia cơng có những
tính chất cần thiết như độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai, khả năng chống mài mịn và

chống ăn mịn… Mà cịn làm tăng tính cơng nghệ của vật liệu. Do đó có thể nói nhiệt
luyện là một trong những yếu tố quan trong quyết định đến chất lượng sản phẩm cơ
khí.
Hiện nay, nhà nước ta đang có chủ trương nội địa hóa các thiết bị sản xuất máy
móc trong cơng nghiệp, đặc biệt là công nghệ sản xuất ô tô, xe máy, các loại động cơ
nơng nghiệp… các chi tiết đều địi hỏi u cầu về cơ tính và chất lượng. Để nâng cao
chất lượng cho các chi tiết này thì nhiệt luyện là một q trình khơng thể thiếu trong
quy trình sản xuất.
Nhiệt luyện quyết định đến tuổi thọ của các sản phẩm. Thơng qua nhiệt luyện
các chi tiết sẽ có tuổi thọ làm việc cao hơn, tiết kiệm kinh tế cho sản xuất.
Vì trình độ và thời gian có hạn nên đồ án của chúng em có nhiều sai sót. Rất
mong thầy cơ và các bạn đóng góp ý kiến xây dựng bản đồ án này để chúng em nhận
được thêm những kinh nghiệm khi làm việc thực tế. Chúng em xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô trong bộ môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt và bề mặt.
Hà Nội, Ngày tháng năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Thành
Phan Minh Quyết

Page 3


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Mục Lục

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT.
1.1.

Đĩa Cắt.
Trong các nhà máy cơ khí ,cắt gọt là ngun cơng có khối lượng lớn hơn cả,

tiêu phí nhiều năng lượng, máy móc,cơng nhân và chiếm tỷ lệ cao trong giá thành sản
phẩm. Do đó tạo ra các dụng cụ cắt có tốc tộ cắt giọt cao là yêu cầu thường xuyên và
cần thiết.
Đĩa cắt là chi tiết nằm trong các máy cắt, là dụng cụ cắt đặc trưng với tạo hình
tạo ra phoi.

Page 4


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

1.1.1 Phân tích chi tiết:
-

Đường kính trong của đĩa là r3 = 12,5 mm.
Đường kính ngồi của đĩa là r1 = 150 mm.
Đường kính ở chân răng của đĩa là r2 = 135 mm
Độ dày của đĩa là 3mm.

→ mdao = V × ρ =

2



 r1 + r2 
2
×l ×
ì
ữ ì r3 ữ
ữ
2





= 1,65 (kg)
-

Khối lượng chi tiết 1,65 Kg
Diện tích 1 chi tiết: 0.127m2

1.1.2. Điều kiện làm việc.
Điều kiện làm việc :
-

Để tạo ra phoi, lưỡi cắt phải chịu áp lực rất lướn để tạo ra công cơ học để phá hủy kim
loại. Vì vậy, chi tiết phải có độ cứng cao hơn hẳn phôi. Trường hợp thông dụng (cắt

-

thép, gang thông thường với HB trên dưới 200) đĩa cắt phải có độ cứng > 60 HRC.

Đĩa cắt bị mài sát : Mặt trước tiếp xúc với phoi, mặt sau tiếp xúc với phơi, nên khi các
răng bị mài mịn mạnh, khoảng cách hẹp lại các răng sẽ bị gãy và trở nên cùn cần phải
mài lại. Do vậy đĩa cắt cần có tính chống mài mịn cao .

Page 5


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

-

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Công tách phoi và ma sát biến thành nhiệt và phần lớn tập trung ở phần răng cưa làm
cho nó nóng lên rõ rệt, làm xấu tính cắt của đĩa cắt. Đặc biệt là khi cắt ở tốc độ cao,
nhiệt độ răng vượt qua 200 ÷ 300 oC , mactensit bị phân hóa, độ cứng sẽ giảm (<
60HRC) và đĩa cắt khơng cịn khả năng cắt gọt. Do vậy, với đĩa cắt tốc độ cao thì vật

-

liệu làm cần đưa thêm một số nguyên tố tạo độ cứng nóng cho thép.
Ngồi các yếu tố trên , thì đĩa cắt cũng cần các yêu cầu khác : độ bền , độ dai va đập
đảm bảo.
Từ các điều kiện làm việc đã nêu trên thì các u cầu cơ tính cần thỏa mãn cho
chi tiết:

-

Độ cứng cao 62 ÷ 65 HRC.
Tính cứng nóng cao (tại 600÷ 650oC).

Tính chống mài mịn cao.
Độ thấm tôi cao.
Độ bền cao , độ dai va đập đảm bảo.
Tính mài tốt sau khi tơi.

1.1.3 Vật liệu chế tạo chi tiết.
Dựa vào các điều kiện làm việc cùng yêu cầu cơ tính, những vật liệu có thể làm
chi tiết đĩa cắt :
a, Nhóm thép cacbon: CD70, CD80, CD80Mn, CD90, CD100, CD110,
CD120, CD130 với chát lượng tốt ( P ≤ 0.035, S≤ 0.030 ) và các mác thép chất lượng
cao (P ≤ 0.0350, S≤ 0.020 ) có thêm chữ A sau cùng như CD70A đến CD130A.
Sau khi tôi + ram đạt độ cứng ≥ 60 HRC đủ để cắt. Song lớp thấm tơi thấp (với
thép cacbon thường thì chỉ tơi thấu được các chit tiết có tiết diện < 10mm). Với đĩa cắt
lớn, lớp thấm tôi mỏng, sau một thời làm việc khi mài lại sẽ không đủ độ cứng nên
phải tôi lại .Do thép là thép cacbon thường nên khơng được hợp kim hóa các ngun tố
hợp kim nên độ cứng của mactensit khơng cao nên tính cứng nóng chỉ đạt ở 200 ÷ 250
o

C, do vậy chỉ làm đươc đĩa cắt có năng suất thấp, tốc độ thấp.
→ Khơng nên sử dụng nhóm thép này làm đĩa cắt tốc độ cao.
b, Nhóm thép hợp kim.
Nhóm thép này có thành phần cacbon cao trên dưới 1% và được hợp kim hóa

các nguyên tố hợp kim.
-

Nhóm thép hợp kim thấp.

Page 6

Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Thành phần nguyên tố hợp kim được hợp kim hóa thấp để cải thiện độ thấm tơi
hay tính chống mài mịn cao.
Loại có tính thấm tơi tốt như mác 90CrSi có tác dụng sau:
•

Cải thiện tính thấm tơi : mơi trường tôi dầu vẫn đảm bảo độ cứng > 60HRC, nhưng chỉ

thích hợp làm đĩa cắt nhỏ, khơng có hình dạng phức tạp.
• Nâng cao một chút tính cứng nóng do Si và Cr cản trở mạnh quá trình ram dưới 250 ÷
300 oC nên nâng cao tính cứng nóng nên tới 300 oC → cải thiện được tốc độ cắt 10m/
min.
Nhưng một nhược điểm của loại này là dễ thoát cacbon khi nung nên cần chú ý
bảo vệ khi tơi.
Loại có tính chống mài mịn cao : 140CrW5 . Lượng W lớn nên tạo được nhiều
cacbit làm tăng mạnh tính chống mài mịn. Thép có tính thấm tơi thấp ( do ít Cr và
nhiều cacbit thúc đẩy chuyển biến thành hỗn hợp ferit + xementit). Sau khi tôi ( 800 ÷
820 oC) và ram (150 oC) thì độ cứng đạt 66 ÷ 68 HRC nhưng tốc độ cắt khơng cao do
tính cứng nóng thấp.
→ khơng nên sử dụng nhóm thép này.
-

Nhóm thép hợp kim cao.
Để làm đĩa cắt tốc cao, thép gió thường được sử dụng, với thành phần của thép
gió thỏa mãn các yêu cầu của đĩa cắt :
 % C = ( 0.7 ÷ 1.0) có khi lên tới (1.2 ÷ 1.5) để đảm bảo độ cứng cao

nhất.
 % Cr = (3.8 ÷ 4.4) có trong mội loại thép gió làm tăng mạnh độ thấm tơi.
 % W =(9 ÷ 18 ) là nguyên tố quan trọng nhất trong thép gió, quyết định
tính cứng nóng cúng nhưng năng suất cho chi tiết.
 % V = (1 ÷ 2) làm tăng tính chống mài mịn cho thép.
 % Co khơng tạo cacbit, hịa tan vào trong ferit, với thành phần (5 ÷ 10
%) thì cải thiện tính cứng nóng cho thép.
→ Vậy vật liệu chọn là thép gió 80W18Cr4V.
 Thành phần hóa học của mác thép 80W18Cr4V

Bảng1.1.1: thành phần của mác thép 80W18Cr4V
Page 7


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Mác thép
80W18Cr
4V ( P18)

C
(%)
0.8

W
(%)
18

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Cr
(%)
4.0

Co
(%)
0.5

Mo(
%)
-

V
(%)
1.0

Mn(
%)
0.3÷
0.5

Si(%
)
0.2÷
0.5

P,S
(%)
≤

0.03

Bảng 1.1.2:Một số mác thép thay thế

Mác thép
85W18Co5Cr4
V2( P18k5 )
85W6Mo5Cr4
V2 ( P6M5)
1.2. Bi Nghiền

C(%
)
0.85

W(
%)
18

Cr(
%)
4.0

Co(
%)
5.0

Mo(
%)
1.0

V
(%)
2.0

0.85

6

4.0

-

5.0

2.0

Mn( Si(%) P,S(
%)
%)
0.3÷ 0.2÷0
≤
0.5
.5
0.03
0.3÷ 0.2÷0
≤
0.5
.5
0.03

1.2.1. Đặc điểm
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành xây dựng
đóng vai trị hết sức quan trọng .Nếu muốn có được những sản phẩm xây dựng đạt
hiệu quả kinh tế cao, chất lượng tốt thì vật liệu xây dựng đóng vai trị tất yếu.
Bi nghiền xi măng là một trong những vật liệu thiết yếu của ngành cơng nghiệp
xây dựng nói chung và ngành sản xuất xi măng nói riêng. Trong những năm qua lĩnh
vực sản xuất bi nghiền đã có nhiều sự mở rộng và cải tạo cơ sở vật chất cũ, làm tăng
năng suất sản xuất và sản lượng hàng năm.
1.2.2. Điều kiện làm việc
Điều kiện làm việc:
Khi máy nghiền làm việc tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu và tang máy cũng
như chúng va đập vào nhau làm cho bi bị mài mòn.
- Để nghiền nhỏ các thành phần trong xi măng, để đảm bảo làm nhỏ được
nguyên liệu thì cần đảm bảo độ cứng . Do đó cần phải có độ cứng cao khoảng 55 HRC
– 59 HRC để đảm bảo trong q trình làm việc khơng bị mài mịn quá nhanh.
- Trong quá trình làm việc bi bị va đập rất lớn vào nhau và vào tang của máy
nghiền do đó cần có đủ độ dai va đập để chi tiết khơng bị phá hủy trong q trình làm
việc.
Page 8


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

- Ngồi các điều kiện làm việc trên thì bi nghiền cần phải có đủ độ bền.
Với điều kiện làm việc khắc nghiệt đã nêu trên, để quá trình sản xuất được diễn
ra hiệu quả thì quá trình sản xuất ra bi nghiền cần phải có các yêu cầu cơ tính thỏa mãn
cho chi tiết:






Độ cứng cao 55 – 59 HRC.
Tính chống mài mịn cao.
Độ bền cao, độ dai va đập đảm bảo.
Độ thấm tôi cao.

1.2.3. Lựa chọn vật liệu
Để có thể làm việc được trong điều kiện chịu mài mịn, chúng thường có hàm
lượng lượng C từ 1,8% tới 3,6% và lượng Cr dao động trong khoảng từ 12% tới 40%.
Ở mức độ thành phần hóa học như trên, tổ chức tế vi của gang sau đúc sẽ bao gồm
cácbít cùng tinh rất cứng có thể tồn tại ở các dạng (Cr.Fe) 7C3, M7C3, (Cr.Fe)23C6 hoặc
(Cr.Fe)6C kết hợp với tổ chức nền nhận được sau đúc (tùy thuộc vào chế độ nguội,
hình dáng kích thước chi tiết và thành phần hóa học mà tổ chức nền có thể nhận được
là peclit, mactenxit hoặc austenit) làm cho độ cứng của khối vật liệu rất cao và chịu
mài mòn tốt. Bên cạnh đó, khả năng chịu mài mịn của hợp kim cũng được biết đến
như là một hàm tỉ lệ thuận với độ cứng và được quyết định bởi hàm lượng cácbít có
trong tổ chức.
Dựa vào chức năng và điều kiện làm việc của bi nghiền cũng như tham khảo
các tài liệu về sản xuất bi nghiền thì nhóm nghiên cứu đã chọn mác vật liệu như sau:

C
Nhóm
tiêu
chuẩn

Si

S

2,4- 0,3-1 ≤0,05
2,7

P

Mn

Cr

Ni

Ti

Độ
cứng

≤0,05

0,30,7

16-18

0,3-0,4

0,0
7

55-62
HRC

Nhận xét: Vì là vật liệu phân tích thuộc nhóm gang crom cao nên khơng có mác
tương đương theo tiêu chuẩn các nước.
•

Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim

Page 9


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Với tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim cao . Ngồi ngun tố hợp kim
chính là Crơm (Cr) cịn có các nguyên tố khác Silic, Niken,… Bên cạnh đó, cịn có
một số ngun tố khác. Các ngun tố hợp kim tạo ra cácbít hợp kim giúp cho hợp
kim nâng cao độ cứng và tính chống mài mịn. Sau đây là ảnh hưởng của một số
nguyên tố chính:
-

Ảnh hưởng của nguyên tố cacbon (C): là nguyên tố quan trọng nhất, quyết
định chủ yếu đến tổ chức, tính chất của hợp kim. Khi lượng cacbon trong hợp
kim tăng lên, lượng cácbít cũng tăng lên tương ứng đồng thời làm thay đổi tổ
chức tế vi của hợp kim. Với hàm lượng cacbon vào khoảng ≈ 2,4-2,7 %,
cacbon kết hợp với Cr tạo thành cácbít cùng tinh cứng thường gặp ở dạng
(Cr.Fe)7C3 hoặc M7C3, chính vì vậy nó có tác dụng nâng cao độ cứng và tính
chống mài mịn rất mạnh. Ngồi ra với hàm lượng Cacbon đủ lớn có thể làm

giảm nhiệt độ Ms xuống dưới nhiệt độ thường như được thể hiện trên hình (a).

Hình a : ảnh hưởng của %C đến Ms, Mf.
Hình b: ảnh hưởng của các nguyên tố đến chuyển biến mactensit.
- Ảnh hưởng của nguyên tố crom: là nguyên tố hợp kim thường được dùng để
hợp kim hóa và là ngun tố tạo cácbít trung bình. Crơm có thể hịa tan trong
ferit, mở rộng α, khi hàm lượng crơm cao nó sẽ kết hợp với cacbon để tạo ra
xementit hợp kim (Fe.Cr)3C và các loại cácbít Cr 7C3 và Cr23C6. Hàm lượng Cr
càng lớn thì lượng cácbít tạo ra càng nhiều làm tăng khả năng chống mài mòn
Page 10


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

cho hợp kim. Nhưng Cr càng lớn càng làm giảm nhiệt độ Ms , làm tăng lượng
Austenit tồn tại ở nhiệt độ thường. Ảnh hưởng của nguyên tố Cr đến điểm
-

chuyển biến Ms được thể hiện ở hình (b).
Ảnh hưởng của ngun tố Silic: là ngun tố khơng tạo cácbít, khi hòa tan vào
trong Fe tạo thành dung dịch rắn, làm xơ lệch mạng do đó làm tăng độ cứng,

-

độ bền, đồng thời làm giảm độ dẻo dai của hợp kim.
Ảnh hưởng của Niken: là nguyên tố không tạo thành cácbít, chỉ hịa tan hồn
tồn vào sắt tạo thành dung dịch rắn, nâng cao độ cứng của hợp kim, đồng thời
Ni mở rộng (nhiệt độ tồn tại) khu vực austenite, làm giảm Ms dẫn đến làm

-

tăng lượng austenite dư làm tăng độ dẻo dai của hợp kim.
Ngoài các nguyên tố chính trên thì các ngun tố khác như: Mo, Ti,… với
lượng nhỏ, khi kết hợp với C tạo các loại cácbít làm tăng độ cứng cũng như
khả năng chống mài mòn cho hợp kim.

Page 11


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

CHƯƠNG II. QUY TRÌNH CHẾ TẠO

2.1 Đĩa cắt kim loại
Đĩa cắt kim loại được chế tạo từ phôi rèn. Sơ đồ chế tạo được mô tả như sơ đồ

-

sau:
Phôi Thép

Sản Phẩm

Rèn Nóng

Nhiệt luyện KT

Nhiệt Luyện Sơ
Bộ

Gia cơng Tinh

o
Hình 2.1: Quy trình chế tạo đĩa cắt
→ Do sử dụng thép gió để chế tạo nên việc chế tạo đĩa cắt tương đối phức tạp

do vậy cần phải qua nhiều công đoạn mới có thể đem gia cơng tạo hình sản phẩm , sau
đó đem đi nhiệt luyện kết thúc được.
2.1.1. Rèn Nóng

- Vì đĩa cắt kim loại là 1 chi tiết có hình dạng đơn giản nên ta sử dụng phương
-

pháp này trong cơng nghiệp để tối ưu hóa.
Do thép có thành phần C cao, nguyên tố hợp kim lớn (> 10% ) nên sau khi đúc
tổ chức chứa rất nhiều cacbit cùng tinh lêđêburit dạng xương cá, mà tổ chức
này rất giòn. Để làm nhỏ mịn tổ chức này cần gia cơng biến dạng nóng (cán
nóng, rèn nóng).

Page 12


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

2.1.2. Nhiệt luyện sơ bộ (Ủ)

- Ủ khơng hồn tồn ở 850oC để đạt độ cứng (242 - 269) HB để tiến hành gia
-

cơng cơ khí tiếp theo.
Ngun cơng ủ là nguyên công trước khi gia công cơ nhằm mục đích làm
mềm thép để tiến hành gia cơng tinh (cắt gọt) ở trạng thái nguội. Khi ủ, chi tiết
được nung đến nhiệt độ Tủ = 8500C. Sau khi giữ nhiệt sẽ được làm nguội cùng
lò với tốc độ nguội là (120 ÷ 150)oC/h., nhiệt độ ủ Tủ = 850oC. Chọn ủ để khử
bỏ được ứng suất và thép có tổ chức: P (dạng xoocbit) + cacbit nhỏ mịn phân
tán.
2.1.3. Gia cơng cơ khí:
- Sau khi ủ để làm mềm thép, tiền hành gia công bề mặt chi tiết bao gồm: Các

răng của đĩa, kích thước của đĩa theo đúng kích thước trên bản vẽ kĩ thuật.

Page 13


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

2.1.4. Nhiệt luyện kết thúc.

- Nhiệt luyện đĩa cắt bao gồm 2 q trình: Tơi + Ram cao.
- Tơi: đưa chi tiết đi nung đến nhiệt độ 12800C sau đó làm nguội ngồi khơng

khí. Do đây là mác thép P18 có tính thấm tơi cao lên nguội ngồi khơng khí

để tiết kiệm chi phí mà tổ chức vẫn là Mactenxit.
- Ram: sau khi được tơi ngồi khơng khí, chi tiết sẽ được đưa đi ram 3 lần ở
nhiệt độ 5700C để khử bỏ austenit và đạt độ cứng thứ 2.

Page 14


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

2.1.5. Sản phẩm

- Chọn một vài sản phẩm trong một lô để tiến hành kiểm tra độ cứng, độ cong
-

vênh, vết nứt…
Đóng gói sản phẩm, bảo quản.

2.2. Bi Nghiền
2.2.1 Quy trình chế tạo bi nghiền được mơ tả trên sơ đồ hình 2.2:
Ngun liệu

Bi nghiền

Nấu luyện

Đúc

Bi nghiền

Sóc bi, làm sạch

Nhiệt luyện kết thúc

Sản phẩm

Kiểm tra sản phẩm

Hình 2.2 Quy trình chế tạo bi nghiền

( lấy ngẫu nhiên)

Bi nghiền được tạo hình bằng phương pháp đúc, sau khi đúc thì bi sẽ được
chuyển đến máy sóc bi để tách rời những viên cịn gắn vào nhau sau khi đúc. Sau đó bi
được chuyển đến phân xưởng nhiệt luyện để tiến hành nhiệt luyện.

2.2.1. Nhiệt luyện kết thúc
Sơ đồ nhiệt luyện tổng quát: tôi và ram thấp

Page 15


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

- Tôi: Sau khi đưa đến xưởng nhiệt luyện, bi được đưa đi nung đến nhiệt độ 950
– 9600C sau đó làm nguội trong dầu nóng để tạo ra tổ chức Mactenxit + cacbit

-

có đủ cơ tính làm việc.
Ram: Sau khi tôi trong dầu, bi được đưa đi ram để khử bỏ ứng suất trước khi
làm việc.

2.2.2 Sản phẩm.

Page 16


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

- Chọn một vài sản phẩm trong một lô để tiến hành kiểm tra độ cứng, độ cong
-

vênh, vết nứt…
Đóng gói sản phẩm, bảo quản.

CHƯƠNG III. TÍNH TỐN THỜI GIAN NHIỆT LUYỆN

3.1. Đĩa cắt kim loại.
3.1.1. Đồ gá
STT

Các chiều

Kích thước

chiều (mm)

Số thanh (n)

1.

Chiều dài (d)

350

4

Đường kính
của thanh
(mm)
8

2.

Chiều rộng
(r)
Chiều cao (h)

250

4

8

350

4

8

3.

Khối lượng 1 gá:

m = V × ρ = n ×π × ρ × r 2 × ( h + d + r )
2

 4 
= 4 × π × 7800 × 
÷ × ( 0,35 + 0,35 + 0, 25 )
 1000 

= 1,452 (kg).
3.1.2. Ủ
Thiết bị: Lò buồng NW440. Nhiệt độ làm việc: 1300oC
Cơng suất thiết kế lị: 30 KW
Khơng gian làm việc của lị: 600 x 750 x 1000 (mm)
Khối lượng 1 chi tiết: 1,65 kg.
Diện tích xung quanh 2 mặt của dao: 0.127 m2.
 Khối lượng đồ gá: Mgá = 1,452 kg
 Diện tích xung quanh gá: 0.192 m2
 Kích thước gá: Chiều cao: 350 mm
Chiều rộng: 250 mm
Chiều dài: 350 mm







Page 17


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

* Tính tốn thời gian nung chi tiết đến nhiệt độ ủ:

τ nung =
- Nhiệt độ trung bình của vật nung:







t t
m.c
ì ln 1 2d ữ
.F
t1 − t2 c 

t2d: Nhiệt độ ban đầu của vật nung, t2d = 25 oC

t2c: Nhiệt độ cuối giai đoạn của vật nung, t2c = 845 oC
t1: Nhiệt độ của lị nung, t1 = 8600C
F: diện tích nung tồn bộ chi tiết trong lị (m2).
F= 0,096×4 + 0,127×14×4 = 7,496 m2.
m: khối lượng tồn bộ vật nung trong lị ,m= 1,452×4+14×4×1,65 = 98(kg).

Tra bảng 1.5.1 và 1.3.1 [1] ta xác định được:
- Nhiệt dung riêng: c = 0,13 [Kcal/kg.K]
- Hệ số truyền nhiệt: α = 65,27 [W/m2.K]

Bio =
- Hệ số Bio

α
65, 27
×S =
×1,5 ×10−3 = 7.71×10−4 < 0, 25
λ
127

→ Đây là vật mỏng.

⇒ τ nung =

98 × 0,13
 860 − 25 
ln 
÷ = 0.104( h) = 375( s)
65, 27 × 7, 496  860 − 845 

→τnung thực tế = k × � nung = 1,8 × 375 = 675 (s)

→

1
1
τ gn = ×τ nungthucte = × 675 = 338( s)
2
2

Do chi tiết được làm nguội trong môi trường lị và mơi trường khơng khí nên
thời gian làm nguội là:
τ nguoi = 9,9 + 0,1 = 10(h)

Tổng thời gian ủ của chi tiết là:
τ u = τ n + τ gn + τ nguoi = 0,1875 + 0,1 + 10 = 10, 287(h)

Page 18


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

3.1.3. Tôi:

3.1.2.1. Nung giai đoạn 1 (25 0C – 650 0C)
 Thiết bị: lò muối Dm – 100 – 6.
 Cơng suất 100 KW.
 Kích thước lị: Chiều dài: 800 mm

Chiều rộng: 400 mm
Chiều cao: 650 mm
 Đồ gá như đồ gá dùng cho ủ.
C × ρ × V1 × ∆t1
m= 1
k × C2 × ( t1 − t2d )
Khối lượng mẻ xếp của lị:
Trong đó :





m: khối lượng mẻ nung (kg).
t1 : Nhiệt độ làm việc của bề muối t1 = 6500C.
t2d: Nhiệt độ của chi tiết ở ngoài khơng khí, t2d = 250C.
∆t1: Nhiệt độ giảm cho phép của bể muối nóng chảy, ∆t 1 = 10 - 300C

→ chọn ∆t1 = 300C.
 c1: Nhiệt dụng riêng của bể muối nóng chảy ở 650 0C,
0,2(Kcal/Kg.độ).
 c2: Nhiệt dung riêng của kim loại ở 6500C, c2 = 0,12 (Kcal/Kg.độ).
 V1: thể tích bể muối nóng chảy, V1 = 8. 4.5.5 = 176(dm3).
 ρ: Khối lượng riêng của muối, ρ= 2,8 (kg/dm3).

⇒m=

0, 2 × 2,8 ×176 × 30
= 49, 28( kg )

0,8 × 0,12 × (650 − 25)

→Số lượng chi tiết trong lò là:

49, 28 − m2 ga
m1ct

=

49, 28 − 2 ×1, 452
= 28(ct )
1, 65

Ở 650 0C → λ = 96,8 KJ/m.h.độ = 23,12 Kcal/m.h.độ.
→ hệ số truyền nhiệt:
3

3

 t
650
= 0, 09 ì
ữ + 10 = 0, 09 ì
ữ + 10 = 34, 716
 100 
 100 

Page 19

(Kcal/m2.h.độ)

c1 =


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Bio =

→

Đồ án Thiết Kế Xưởng

α
34, 716
×S =
× 1,5 ×10−3 = 2, 25 ×10 −3 < 0, 25
λ
23,12

→Đĩa cắt kim loại là vật

mỏng.

τn =
Thời gian nung:

m.c  t1 − t2d 
ln 
÷
α .F2  t1 − t2c 

Trong đó:









τn : thời gian nung (s).
m: khối lượng 1 mẻ, m = 49,104 (kg).
c: nhiệt dung riêng của kim loại ở 6500C, c = 0,12 Kcal/kg.độ
α: hệ số truyền nhiệt, α = 34,716 Kcal/m2.h.độ.
F2: diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt, F2 = 28×0,127 + 0,192 = 3,748 (m2).
t1: Nhiệt độ trong lò, t1 = 680 0C.
t2đ: Nhiệt độ của chi tiết thời điểm ban đầu, t2d = 250C.
t2c: Nhiệt độ của chi tiết cần đạt nhiệt, t2c = 6500C.

⇒τn =

49,104 × 0,12  680 − 25 
ln 
÷ = 0,14(h) = 505( s ).
34, 716 × 3, 748  680 − 650 

→ Thời gian nung đợt 1: τn1 = τn × k = 505 × 1,8 = 909(s)

→ Thời gian giữ nhiệt 1:

1
1
τ gn1 = ×τ n1 = 909 × = 455( s)
2
2

Chọn thời gian thao tác là 100 (s)
→ Tổng thời gian giai đoạn 1: τgd1 = 909 + 455 + 100 = 1464(s).

3.1.2.2 Nung giai đoạn 2 ( 650 – 850 0C)
 Thiết bị: lị muối CBC – 100/8,5
 Cơng suất 100 KW.
 Kích thước lị: Chiều dài: 850 mm

Chiều rộng: 500 mm
Chiều cao: 370 mm
 Đồ gá như đồ gá dùng cho ủ

m=
Khối lượng mẻ xếp của lị:

C1 × ρ × V1 × ∆t1
k × C2 × ( t1 − t2d )
Page 20


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Trong đó :





m: khối lượng mẻ nung (kg).
t1 : Nhiệt độ làm việc của bề muối t1 = 8500C.
t2d: Nhiệt độ của chi tiết ở ngồi khơng khí, t2d = 6500C.
∆t1: Nhiệt độ giảm cho phép của bể muối nóng chảy, ∆t 1 = 10 - 300C






chọn ∆t1 = 200C.
c1: Nhiệt dụng riêng của bể muối nóng chảy ở 6500C, c1 = 0,2(Kcal/Kg.độ).
c2: Nhiệt dung riêng của kim loại ở 8500C, c2 = 0,13 (Kcal/Kg.độ).
V1: thể tích bể muối nóng chảy, V1 =5×8,5×3×3 = 144,5(dm3).
ρ: Khối lượng riêng của muối, ρ = 2,3 (kg/dm3).

⇒m=

0, 2 × 2, 3 × 144, 5 × 20
= 56(kg )
0, 9 × 0,13 × (850 − 650)

→Số lượng chi tiết trong lò là:

56 − m2 ga
m1ct

=

56 − 2 ×1, 452
= 32(ct )
1, 65

→ chọn 28 chi tiết để nung.
Ở 850 0C:
→ hệ số truyền nhiệt:
3

3

 t
850
= 0, 09 ì
ữ + 10 = 0, 09 ì
ữ + 10 = 65, 27
 100 
 100 

τn =
Thời gian nung:

(Kcal/m2.h.độ)

m.c  t1 t2 d
ln
ữ
ì F2 t1 t2c 

Trong đó:








τn : thời gian nung (s)
m: khối lượng 1 mẻ, m = 49,104 (kg).
c: nhiệt dung riêng của kim loại ở 8500C, c = 0,13 Kcal/kg.độ.
α: hệ số truyền nhiệt, α = 65,27 Kcal/m2.h.độ.
F2: diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt, F2 = 28×0,127 + 0,192 = 3,748 (m2).
t1: Nhiệt độ trong lò, t1 = 870 0C.
t2đ: Nhiệt độ của chi tiết thời điểm ban đầu, t2d = 6500C.
Page 21

→


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

 t2c: Nhiệt độ của chi tiết cần đạt nhiệt, t2c = 8500C.

⇒τn =

49,104 × 0,13  870 − 650 
ln 
÷ = 0, 063(h) = 225( s ).
65, 27 × 3, 748  870 − 850 

→ Thời gian nung đợt 2: τn2 = τn × k = 225 × 1,8 = 405(s)

→ Thời gian giữ nhiệt 2:

1
1
τ gn 2 = × τ n 2 = 405 × = 203( s )
2
2

Chọn thời gian thao tác: 100(s)
→ Tổng thời gian giai đoạn 2: τgd2 =405 + 203 + 100=708(s).

3.1.2.3 Nung giai đoạn 3: ( 850 – 1280 0C)
 Thiết bị: lị muối CBC – 100 × 8/13
 Cơng suất 100 KW.
 Kích thước lị: Chiều dài: 2300 mm

Chiều rộng: 500 mm
Chiều cao: 500 mm
 Đồ gá như đồ gá dùng cho ủ

m=
Khối lượng mẻ xếp của lị:

C1 × ρ × V1 × ∆t1
k × C2 × ( t1 − t2d )

Trong đó :
 m: khối lượng mẻ nung (kg).
 t1 : Nhiệt độ làm việc của bề muối t1 = 12800C.
 t2d: Nhiệt độ của chi tiết ở ngoài khơng khí, t2d = 8500C.
 ∆t1: Nhiệt độ giảm cho phép của bể muối nóng chảy, ∆t 1 = 10 - 300C

→ chọn ∆t1 = 100C.
 c1: Nhiệt dụng riêng của bể muối nóng chảy ở 650 0C,
0,2(Kcal/Kg.độ).
 c2: Nhiệt dung riêng của kim loại ở 12800C, c2 = 0,135 (Kcal/Kg.độ).
 V1: thể tích bể muối nóng chảy, V1 =5×23×4,7=540(dm3).
 ρ: Khối lượng riêng của muối, ρ= 2,8 (kg/dm3).

Page 22

c1 =


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

⇒m=

Đồ án Thiết Kế Xưởng

0, 2 × 2,8 × 540 × 10
= 57( kg )
0, 9 × 0,135 × (1280 − 850)

→Số lượng chi tiết trong lị là:

57 − m2 ga
m1ct

=

57 − 2 ×1, 452
= 33(ct )
1, 65

→ chọn 28 chi tiết để nung.
Ở 1280 0C:
→ hệ số truyền nhiệt:
3

3

 t 
 1280 
α = 0, 09 ì
ữ + 10 = 0, 09 × 
÷ + 10 = 198, 74
 100 
 100 

τn =
Thời gian nung:

(Kcal/m2.h.độ)

m.c  t1 − t2 d 
ln
ữ
ì F2 t1 t2c

Trong ú:









n : thời gian nung (s)
m: khối lượng 1 mẻ, m = 49,104 (kg).
c: nhiệt dung riêng của kim loại ở 12800C, c = 0,135 Kcal/kg.độ.
α: hệ số truyền nhiệt, α = 198,74 Kcal/m2.h.độ.
F2: diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt, F2 = 28×0,127 + 0,192 = 3,748 (m2).
t1: Nhiệt độ trong lò, t1 = 1290 0C.
t2đ: Nhiệt độ của chi tiết thời điểm ban đầu, t2d = 8500C.
t2c: Nhiệt độ của chi tiết cần đạt nhiệt, t2c = 12800C.

⇒τn =

49,104 × 0,135  1290 − 850 
ln 
÷ = 0, 0338(h) = 122( s ).
198, 74 × 3, 748  1290 − 1280 

→ Thời gian nung đợt 3: τn3 = τn . k = 122 . 1,8 = 220(s)

→ Thời gian giữ nhiệt 3:

1
1
τ gn 3 = .τ n 3 = 220. = 110( s)
2
2

Page 23


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Chọn thời gian thao tác: 200(s)
→ Tổng thời gian giai đoạn 3: τgd3 =220 + 110 + 200=530 (s)
→Tổng thời gian tồn bộ 1 mẻ tơi :
τgd1 + τgd2 + τgd3 = 1464 + 708 + 530 =2702 ( s)= 45 (p) = 0,75 (h).
3.1.4. Ram :
Chọn thiết bị ram là lị muối DM-100-6 với kích thước và thơng số kỹ thuật cho

trong bảng sau:
Kiểu lị
DM100-6

Cơng
suất
(KW)
100

Số pha
điện

Nhiệt độ
làm
việc(℃)
650

3

Kích thước lị
Dài
Rộng
Cao
(mm)
(mm)
(mm)
800
400
650

Chọn muối: 50%NaNO2+50%NaNO3.
Khối lượng nhúng vào lò của một gá:
Mgá=mgá+mchi tiết =14 x 1,65 + 1,452 ≈ 24,552 (kg).
• Khối lượng 1 mẻ nung mà lị có thể nung được:
c1 × 1 ì V1 ì t1
ã
ã

m=

k ì c2 ì (t1 − t2d )

[ 1]

[ 1]

Trong đó tra bảng 1.3.2 và 1.5.1 ta được:
 t1: nhiệt độ làm việc của bể muối lỏng, t1=560℃.
 c1: nhiệt dung riêng của bể muối nóng chảy. ở 560 ℃ ta có
c1=0,2(Kcal/kg.độ).
 ρ1: khối lượng riêng của bể muối nóng chảy. ρ1=2,8(kg/dm3)
 V1: thể tích của bể muối nóng chảy (thể tích khoảng khơng làm việc của lị

trừ đi phần thể tích từ miệng lị xuống dưới 100mm),
V1=8×4× (6,5-1)=176(dm3).
 ∆t1: giá trị nhiệt độ giảm cho phép của bể muối lỏng ∆ t1 =(10→30℃), ta
chọn ∆t1 =30℃.
 t2d :nhiệt độ ban đầu của vật nung, t2d=25℃ (nhiệt độ phòng ).
c2 : nhiệt dung riêng của kim loại, ở 560℃. c2=0.117(Kcal/kg.độ).
 k: là tỉ phần nhiệt lượng chi tiết nhận được do nhiệt độ bể muối lỏng giảm

đi so với tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho chi tiết. k=(0,6→0,9) chọn
k=0,8.
Page 24


Nguyễn Văn Thành – Phan Minh Quyết

Đồ án Thiết Kế Xưởng

Thay các giá trị trên vào cơng thức ta có :
m=
ã

0, 2 ì 2,8 ì176 ì 30
= 59, 046( kg )
0,8 × 0,117 × (560 − 25)

Số gá chi tiết có thể bỏ vào lị trong 1 lần nung
m
59, 046
=
= 35, 78
m1ga
1, 65

Ngá =
( chi tiết)
Chọn số 28 chi tiết → Số gá chọn là 2 gá.
• Khối lượng nung thực tế của một mẻ tơi
×

Mnung thực tế = 24,552 2 = 49,104 (kg).
• Tính vật dày vật mỏng
Tra bảng 1.5.1

[ 1]

Hệ số dẫn nhiệt

, với thép gió P18 ở 550℃ ta có:
λ = 39,5(w / m.k)

Hệ số tỏa nhiệt tính theo cơng thức 10.11

[ 2]

:

t 3
560 3
α = 0, 09 × (
) + 10 = 0, 09 × (
) + 10 = 25,805( Kcal / m 2 .h.do)
100
100

=65 (w/m2.K)

S: là chiều dày truyền nhiệt của vật nung
S=0.032(m)

Hệ số Bio theo 1.4.2
Bio= 0,052 <0,25
•





:Bio=

vật nung là vật mỏng

Tính thời gian ram theo cơng thức 1.5.2
τ n1 =



⇒

[ 1]

α
65
×S =
× 0, 032 = 0, 052
λ
39,5

t −t
M ×c

× ln( 1 2 d )
α × Fm
t1 − t2 c

[ 1]

:

Trong đó:
M: Khối lượng nung thực tế của một mẻ tôi:
Mnung thực tế = 49,104 (kg).
 C: nhiệt dung riêng của kim loại. ở 560℃, C=0,117(Kcal/kg.độ).
t1: nhiệt độ làm việc của lò ;t1=t2c+30=560+30=590(℃).
t2đ: là nhiệt độ ban đầu của chi tiết , t2đ=25℃(lấy theo nhiệt độ phòng).
t2c: nhiệt độ cuối của chi tiết ,t2c=560℃.
α

α=

: là hệ số tỏa nhiệt của kim loại,
25,805 (Kcal/m2.h.độ).
 Fm: là diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của chi tiết.
Fm= Nchi tiết x F1 chi tiết + Fgá = 28 x 0,127 + 0,192 = 3,748 (m2)
Thay các giá trị trên vào cơng thức ta tính được thời gian ram là


Page 25