Thiết kế và chế tạo mô hình hàn ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HÀN ỐNG MÃ SỐ: SV2022-89 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: HUỲNH THANH TRÀ SKC 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHÉ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HÀN ỐNG MÃ SỐ: SV2022-089 Thuộc nhóm ngành khoa học: khoa học ứng dụng SV thực hiện: Huỳnh Thanh Trà Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 171431C – Khoa Cơ khí Chế tạo máy Năm/Số năm đào tạo: 5/8 Ngành học: Ngành Công nghệ Chế tạo máy Người hướng dẫn: Trần Minh Thế Uyên Tp Hồ Chí Minh, tháng… năm 2022 Mục Lục CHƯƠNG : Tổng quan nghiên cứu đề tài 11 1.1 Sơ lược lịch sử hàn, khả ứng dụng sản xuất 11 1.2 Giới thiệu hàn hồ quang 12 1.2.1 Khái niệm 12 1.2.2 Cách phân loại hàn hồ quang 12 1.2.3 Ưu điểm hàn hồ quang 12 1.2.4 Nhược điểm 13 1.3 Tính cấp thiết đề tài 13 1.4 Ý nghĩa khoa học, thực tiễn 14 1.4.1 Ý nghĩa khoa học 14 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 14 1.5 Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu 14 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 14 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 14 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 14 CHƯƠNG : Cơ sở lý thuyết 15 2.1 Cơ sở lý thuyết hàn TIG 15 2.1.1 Định nghĩa hàn TIG 15 2.1.2 Nguyên lý hàn TIG 15 2.1.3 Đặc điểm hàn TIG 15 2.1.4 Ứng dụng 15 2.1.5 Ưu điểm, nhược điểm hàn TIG 16 2.1.6 Các loại vật liệu dùng hàn TIG 16 2.1.7 Khí bảo vệ hàn TIG 16 2.1.8 Điện cực hàn 18 2.2 Cơ chế truyền động bánh 20 2.2.1 Định nghĩa 20 2.2.2 Phân loại chuyển động bánh 20 2.2.3 Lưu ý sử dụng truyền động BR 22 2.3 Sơ lược PLC 22 2.3.1 Định nghĩa 22 2.3.2 Cấu trúc bên PLC 23 2.3.3 Nguyên lý hoạt động 23 2.3.4 Ưu nhược điểm PLC 24 2.4 Sơ lược động bước 25 2.4.1 Định nghĩa 25 2.4.2 Phân loại động bước 25 2.4.3 Cấu tạo động bước 26 2.4.4 Cách hoạt động 26 2.4.5 Ưu nhược điểm 27 2.4.6 Ứng dụng động bước 27 CHƯƠNG : Các phương án đề xuất 28 3.1 Các phương án 28 3.2 Lựa chọn phương án 29 CHƯƠNG : Tính tốn, thiết kế chế tạo 30 4.1 Mô hình máy hàn 30 4.2 Cấu tạo 30 4.2.1 Vỏ hộp bánh 30 4.2.2 Động 32 4.2.3 Ống bung 33 4.2.4 Cơ cấu dẫn điện cho điện cực hàn 34 4.3 Nguyên lý làm việc 34 4.4 Tính tốn thiết kế 34 4.4.1 Các thông số hàn 34 4.4.2 Thiết kế bánh 35 4.4.3 Tính tốn, thiết kế kiểm nghiệm độ bền trục: 35 4.5 Thiết kế mạch điện 40 4.6 Chế tạo 45 4.6.1 Gia công in 3D 45 4.6.2 Gia công phay CNC 45 4.6.3 Gia công tiện 46 4.6.4 Khoan, khoét, doa, taro 47 4.6.5 Các chi tiết sau gia công 48 CHƯƠNG : Kết đạt 54 5.1 Hoàn thiện mô hình 54 5.2 Kết thí nghiệm 54 CHƯƠNG Những sai sót 57 6.1 Thời gian mở ngắt hồ quang 57 6.2 Kim hàn gần 57 6.3 Sản phẩm bị oxi hóa 58 6.4 Dòng điện hàn lớn 58 CHƯƠNG : Kết luận 60 7.1 Kết đạt 60 7.2 Hạn chế mô hình 60 7.3 Kiến nghị 60 CHƯƠNG : Các tài liệu tham khảo 62 Danh sách hình Hình 2.1 PLC MITSHUBISHI 23 Hình 2.2 Các thành phần PLC 23 Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo PLC 24 Hình 2.4 Động nema 25 Hình 2.5 Cấu tạo động bước 26 Hình 3.1: Mơ phỏng mỏ hàn tích hợp điện cực hệ thống cấp khí 28 Hình 3.2: Mơ phỏng điện cực chụp khí 28 Hình 4.1: Hình cắt mô hình máy hàn 30 Hình 4.2: Hình vỏ hộp 31 Hình 4.3: Hình hệ bánh rang 32 Hình 4.4: Động Step motor NEMA 17 32 Hình 4.5: Hình bung 33 Hình 4.6: Cơ cấu dẫn điện 34 Hình 4.7: Biểu đồ Momen trục 37 Hình 4.8: Sơ đồ kích thước trục 38 Hình 4.9: Kiểm nghiệm bền trục 40 Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 41 Hình 4.11: Sơ đồ mạch plc MITSUBISHI FUX3U 42 Hình 4.12: Chương trình điều khiển bằng PLC Mitsubishi FX3U 44 Hình 4.13 Gia công phay 46 Hình 4.14 Gia cơng tiện 47 Hình 4.15 Gia cơng khoan 48 Hình 4.16 Vỏ hộp 48 Hình 4.17 Nắp hộp 49 Hình 4.18 Bạc lót 49 Hình 4.19 Trục 49 Hình 4.20 Gối đỡ trục 50 Hình 4.21 Hệ dẫn động bánh 50 Hình 4.22 Đĩa đồng 51 Hình 4.23 Cơ cấu dẫn điện: trục đồng, ống đồng, lò xo, 51 Hình 4.24 Thanh L 52 Hình 4.25 Điện cực Hình 4.26 Kim hàn 52 Hình 4.27 Thanh bung, vòng đệm, bạc đệm 53 Hình 5.1: Mô hình máy hàn 54 Hình 5.2: Các chi tiết máy hàn 54 Hình 6.1: Mối hàn bị thưa 57 Hình 6.2: Mối hàn bị lủng 57 Hình 6.3: Mối hàn bị Oxi hóa 58 Hình 6.4: Mối hàn nhơ cao rỡ khí 58 Hình 6.5: Chi tiết bị biến dạng nhiệu 59 Danh sách bảng Bảng 2.1 So sánh loại khí 16 Bảng 2.2 Lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào khí bảo vệ 17 Bảng 2.3 Phân loại thành phần điện cực tungsten theo tiêu chuẩn AWS A5.12 18 Bảng 2.4 Mã màu điện cực tungsten 19 Bảng 2.5 Chọn dòng điện ứng với kích thước điện cực 19 Bảng 4.1Thông số kỹ thuật nhựa ABS 31 Bảng 4.2: Bảng thông số bánh 35 Bảng 4.3 Bảng đường kính trục 38 Bảng 4.4: Bảng cài đặt cường độ dòng điện driver 43 Bảng 4.5: Bảng cài đặt vi bước 43 Bảng 5.1:Các thơng số thí nghiệm 55 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình hàn ống - Chủ nhiệm đề tài: Huỳnh Thanh Trà Mã số SV: 17143258 Khoa: Cơ khí Chế tạo máy - Lớp: 171431C - Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Nguyễn Anh Dũng 17143187 171431C Cơ khí Chế tạo máy Huỳnh Thanh Trà 17143258 171431C Cơ khí Chế tạo máy Hồ Quốc Tường 17143273 171431C Cơ khí Chế tạo máy - Người hướng dẫn: Trần Minh Thế Uyên Mục tiêu đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình hàn ống Tính sáng tạo: Áp dụng công nghệ hàn Orbital hàn tự động Kết nghiên cứu: Thiết kế chế tạo mơ hình máy hàn Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Tạo điều kiện, làm tiền đề cho người nghiên cứu phát triển Tạo sản phẩm mới, góp phần vào phát triển công nghiệp nước nhà Đây tiền đề để cải tiến, phát triển sản phẩm ứng dụng vào lĩnh vực khác có liên quan Góp phần đại hóa, tự động hóa cơng nghiệp, giảm thiểu nhu cầu nhân lực Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) 10 Hình 4.17 Nắp hộp Hình 4.18 Bạc lót Hình 4.19 Trục 49 Hình 4.20 Gối đỡ trục Hình 4.21 Hệ dẫn động bánh 50 Hình 4.22 Đĩa đồng Hình 4.23 Cơ cấu dẫn điện: trục đồng, ống đồng, lị xo, 51 Hình 4.24 Thanh L Hình 4.25 Điện cực Hình 4.26 Kim hàn 52 Hình 4.27 Thanh bung, vòng đệm, bạc đệm 53 CHƯƠNG : Kết đạt được 5.1 Hoàn thiện mơ hình Hình 5.1: Mơ hình máy hàn Hình 5.2: Các chi tiết máy hàn 5.2 Kết thí nghiệm 54 Bảng 5.1:Các thơng số thí nghiệm BẢNG THƠNG SỐ THÍ NGHIỆM Xung hàn Tốc độ Dịng hàn hàn (giây/ (A) vòng) Chiều dài hồ Thời Thời quang gian gian (mm) hàn (s) nghỉ (s) Kết Ghi 24 60 0.5 0.5 0.5 Tốc độ hàn nhanh 24 60 0.5 0.3 0.5 Thời gian hồ quang ngắn 0.3 Kim hàn bị lệch tâm biến dạng nhiệt bánh 32 70 0.5 0.8 55 32 80 0.5 0.8 0.3 32 50 0.5 0.8 0.3 32 60 0.5 0.8 0.3 Các thông số khác: - Áp xuất khí Argon đạt 0.05 MPa Loại điện cực hàn: Ø2,4 mm, EWth-2 (chuôi màu đỏ) Vật liệu ống mặt thép …, chiều dày mặt phẳng 3mm, kích thước ống Ø25 dày 2,5mm dài 20 cm 56 CHƯƠNG Những sai sót 6.1 Thời gian mở ngắt hồ quang Hình 6.1: Mối hàn bị thưa Sai sót xảy thời gian đóng ngắt hồ quang không hợp lý, thời gian mở hồ quang dài đó thời gian đóng hồ quang ngắn nên vết hàn không xếp lớp mà bị chồng lên ngược lại khiến vết hàn cách xa Để hạn chế tượng cần thay đổi thời gian đóng ngắt hồ quang hợp lý 6.2 Kim hàn gần Hình 6.2: Mối hàn bị lủng Khi kim hàn gần nơi hàn, hồ quang gần kim loại nên tạo nên vết lủng lỗ vết hàn, hàn khơng kim hàn bị dính vào kim loại Cần điều chỉnh lại khoảng cách kim hàn 57 6.3 Sản phẩm bị oxi hóa Hình 6.3: Mối hàn bị Oxi hóa Do khí khơng thổi trực vào vũng hàn hàn nên tạo thành vết đen bị Oxi hóa Để khắc phục tình trạng này, trước hàn, t mở khí trước khoảng đến giây cho khí phủ kín chụp khí bắt đầu hàn 6.4 Dòng điện hàn lớn Hình 6.4: Mối hàn nhơ cao rỡ khí Dòng điện hàn lớn khiến phần kim loại bị chảy quán nhiều dẫn đến mối hàn bị nhô cao có lỡ khí Ngồi việc dùng dòng hàn q lớn khí cho số phận mơ hình bị chảy 58 Hình 6.5: Chi tiết bị biến dạng nhiệu 59 CHƯƠNG : Kết luận 7.1 Kết đạt Trải qua trình thiết kế chế tạo, kết đạt khả quan mong đợi Mô hình hoạt động với nhiệm vụ mục tiêu đề ban đầu Qua đó, mô hình tảng đặt móng cho việc phát triển hoàn thiện “Máy hàn ống mặt phẳng” Sau tất nhóm đạt được: - Đề xuất phương pháp xác định hướng cụ thể để hồn thiện máy Mơ hình hóa ý tưởng ban đầu thành mô hình thực nguyên lý, chức mục tiêu đề ban đầu Mơ hình nhóm vận hành kiểm nghiệm nhiều lần, có nhiều số liệu kết tạo tiền đề cho việc hoàn thiện máy sau 7.2 Hạn chế mô hình Bên cạnh kết khả quan đạt thì thiết kế chế tạo mô hình tồn nhiều mặt hạn chế bất cập việc hồn thiện mơ hình lí tưởng để áp dụng sản xuất thực tế Những tồn đọng nhóm nhận cố gắng để khắc phục, giải phát toàn sai sót đó Trong trình thiết kế chế tạo có nhiều sai sót xuất ảnh hướng nhiều đến kết đạt sau này: - Nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu lý thuyết sách thực nghiệm với mơ hình nhỏ, nên khác kết với mơ hình thực tế sau Nhóm tập trung nhiều phần lập trình vận hành mà bỏ xót phần hàn khiến kết đạt không lý tưởng Việc sản phẩm mô hình nên vận hành nhiều lần số phần mô hình bị hư hại Thiết kế chưa tối ưu thời gian gấp rút, khó khăn dịch bệnh kéo dài nghỉ tết âm lịch nên khó khắn việc thiết kế, gia công chế tạo Chính vì thế, có sai sót xảy nhóm khắc phục 7.3 Kiến nghị Từ kết thu sau nghiên cứu này, nhóm tác giả nhận thấy tiềm sai sót mơ hình mà nhóm thiết kế chế tạo Trong tương lai, nhóm tiếp tục nghiên cứu sâu để tiến tới nâng cấp từ mô hình thành máy áp dụng thực tế Và để đạt điều đó thì nhóm đề xuất kiến nghị: 60 - Từ số liệu cụ thể có trước tiến hành nâng cấp thiết kế phận để tối ưu đạt hiệu cao Thay đổi vật liệu chi tiết để tránh sai sót mơ hình Cần có quan tâm đơn vị tài trợ mặt kinh phí sở vật chất để sản phẩm đạt kết tốt 61 CHƯƠNG : Các tài liệu tham khảo [1] Cẩm nang hàn - Hoàng Tùng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [2] Hướng Dẫn Thực Hành Hàn Hồ Quang – MIG – TIG – PLASMA - Trần Văn Niên - Trần Thế Sang,NXB Khoa học Kỹ thuật, 2012 [3] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (1,2) – Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, NXB Giáo Dục, 2007 [4] Dung sai – Kĩ thuật đo – Trần Quốc Hùng, NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2012 [5] Sức bền vật liệu – Nguyễn Thế Danh – Nguyễn Thị Tố Lan, NXB Xây dựng, 2016 [6] Thiết kế chi tiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, NXB Giáo Dục, 1999 62 ... khí Chế tạo máy - Người hướng dẫn: Trần Minh Thế Uyên Mục tiêu đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình hàn ống Tính sáng tạo: Áp dụng công nghệ hàn Orbital hàn tự động Kết nghiên cứu: Thiết kế chế tạo. .. 55 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình hàn ống - Chủ nhiệm đề tài:... ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHÉ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HÀN ỐNG MÃ SỐ: SV2022-089 Thuộc nhóm ngành khoa học: