Thiết kế máy CNC tạo hình kim loại tấm theo nguyên lý biến dạng cục bộ

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 MÁY CNC TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM THEO NGUYÊN LÝ BIẾN DẠNG CỤC BỘ MÃ SỐ: SV2021-88 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TRẦN QUANG KHẢI SKC007631 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MÁY CNC TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM THEO NGUYÊN LÝ BIẾN DẠNG CỤC BỘ MÃ ĐỀ TÀI : SV2021-88 Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG NGUYỄN HUỲNH TRẦN QUANG KHẢI TRƯƠNG VĂN THẮNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 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 máy CNC tạo hình kim loại theo nguyên lý biến dạng cục - Chủ nhiệm đề tài: Trần Quang Khải Mã số SV: 17144093 - Lớp: 17144CL3A Khoa: CLC - Thành viên đề tài: Stt - Người hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu công nghệ tạo hình kim loại phương pháp biến dạng cục - Tính tốn, thiết kế máy CNC tạo hình kim loại phương pháp biến dạng cục Tính sáng tạo: Kết nghiên cứu: Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4.2.1 Cách tiếp cận 1.4.2.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TRỤC VITME 2.1.1 Phương pháp lăp trục vitme 2.1.2 Xác định bước trục vitme (l) [1] 2.1.3 Xác đinh lực dọc trục [1] 2.1.3.1 Cơ chế di chuyển ngang qua lại 2.1.3.2 Cơ chế di chuyển dọc lên xuống [1] 2.1.4 Xác định tải trọng trung bình [1] 2.1.5 Xác định hệ số tải trọng [1] 2.1.5.1 Tải trọng tĩnh 2.1.5.2 Tải trọng động Ca 2.1.6 Xác định tốc độ quay cho phép [1] 2.1.7 Xác định tải trọng cho phép trục vitm 2.1.8 Xác định sai số vị trí đo nhiệt độ [1] 2.2 CHỌN ĐỘNG CƠ 2.2.1 Xác định moment phát động 2.2.1.1 Moment đặt trước [1] 2.2.1.2 Moment hoạt động ngược [1] η hiệu suất 2.2.1.3 Moment lực ma sát [1] 2.2.2 Xác định moment quán tính khối [1] 2.2.3 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc tối đ f 2.2.4 hệ số an toàn Xác định ứng suất tác dụng lên trục vitme [1] 2.3 Bộ truyền đại [2] 2.3.2 Xác định modun chiều rộng đai [2] 2.3.3 Xác định thông số truyền [2] 2.3.4 Kiểm nghiệm đai lực vòng riêng [2] 2.3.5 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên 2.3.6 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên 2.4 Bộ truyền đai thang [2] 2.4.1 Xác định thông số truyền [2] 2.4.2 Xác định số đai [2] 2.4.3 Xác định lực căng ban đầu lực tác dụng lên 2.4.4 Tính tốn động trục [2] 2.5 Ray dẫn hướng [3] 2.5.1 Hệ số tãi tĩnh Co [3] 40 2.5.2 Momen tĩnh cho phép Mo [3] 40 2.5.3 Hệ số an toàn tĩnh fs [3] 40 2.5.4 Hệ số tải trọng động định mức C [3] 41 2.5.5 Tính tốn tuổi bền danh nghĩa L [3] 42 2.5.6 Tính tốn tuổi bền phục vụ theo thời gian Lh [3] 44 2.5.7 Hệ số ma sát [3] 45 2.5.8 Tính tốn tải trọng làm việc [3] 45 2.5.9 Tính tốn tải trọng tương đương [3] 48 2.5.10 Tính tốn tải trọng trung bình [3] 49 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIẾN DẠNG KIM LOẠI TẤM 52 3.1 Tổng quan công nghệ biến dạng kim loại 52 3.1.1 Lịch sử phát triển tạo hình kim loại 52 3.1.2 Các phương pháp tạo hình truyền thống 52 3.2 Phân tích cơng nghệ biến dạng kim loại phương pháp biến dạng cục 53 3.2.1 Lịch sử phát triển công nghệ biến dạng kim loại phương pháp biến dạng cục 53 3.2.2 Mô tả trình 53 3.2.3 Khả biến dạng dẻo vật liệu công nghệ biến dạng kim loại theo phương pháp biến dạng cục 55 3.2.4 Ưu nhược điểm công nghệ biến dạng kim loại theo phương pháp biến dạng cục 56 3.3 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trình biến dạng kim loại 58 3.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình biến dạng kim loại 58 3.3.2 Vật liệu 58 3.3.3 Kích thước vật liệu 59 3.3.4 Góc tạo hình 59 3.3.5 Bước tiến dao dọc 60 3.3.6 Ảnh hưởng tốc độ tiến dụng cụ tốc độ trục 60 3.3.7 Chiều dày sản phẩm 61 3.3.8 Chất bôi chơn 62 3.3.9 Độ phức tạp hình học sản phẩm 62 3.4 Đặc điểm công nghệ biến dạng cục kim loại 63 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC Z 67 4.1 Tính tốn trục vitme 67 4.1.1 Các thông số đầu vào 67 4.1.2 Bước vitme 67 Chọn l = 10 (mm/vòng) 67 4.1.3 Tính tốn lựa trọn trục vitme 67 4.1.4 Tính tải trọng động tải trọng tĩnh ( Co ;Ca ) 69 4.1.5 Tính tốn chọn bán kinh vitme 71 4.1.6 Kiểm tra sơ 73 4.1.7 Độ dịch thay đổi nhiệt độ 73 4.2 Tính tốn ray dẫn hướng trục Z 73 4.2.1 Tính tốn lực riêng rẽ 76 4.2.2 Tính tốn tải tương đương 77 4.2.3 Tính tốn hệ số tĩnh 4.3 Tính tốn chọn động trục Z 4.3.1 Moment quán tính khối 4.3.2 Moment phát động: 4.3.3 Tính tốn chọn động 4.4 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt vận tốc cực đại 4.4.1 Thời gian cần thiết để đạt thời gian cực đ 4.4.2 Tính ứng suất tác dụng lên trục vitme 4.4.3 Tính tải trọng tác dụng lên trục 4.5 Chọn gối đỡ trục Z 4.6 Tính tốn chọn đai trục Z 4.6.1 Các thông số đai 4.6.2 Tính tốn chọn đai cho động trục CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC X, Y 5.1 Tính tốn trục vitme X 5.1.1 Các thông số đầu vào 5.1.2 Bước vitme 5.1.3 Tính tốn lựa chọn trục vitme 5.1.4 Tính tải trọng động tải trọng tĩnh ( C o 5.1.5 Tính tốn chọn bán kính trục vít me 5.1.6 Kiểm tra sơ 5.1.7 Độ dịch thay đổi nhiệt độ 5.2 Tính tốn ray dẫn hướng trục X 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.4.1 Thời gian cần thiết để đạt thời gian cực 5.4.2 5.4.3 5.5 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 Tính tải trọng động tải trọng tĩnh ( 5.6.5 5.6.6 5.6.7 5.7 5.7.1 5.7.2 Góc nghiêng trục: Hiệu suất máy chọn: η = 0,9 Tốc độ quay lớn động cơ: - n = 3000 vịng/phút Tính moment ma sát: M ms - Tính moment chống trọng lực kết cấu: M tl - Tính vận tốc dài: v max M - Tính moment tĩnh: = M + M+M= 0,62 + + 1,01 = ms tl 1,63 (N.m) - 3, Tốc độ quay motor , = 392,5 { (vị phú ng/ t) Dựa vào ta chọn động SGMGV_13A với điều kiện: ≥ ≥ Hình 20: 5.9 Kiểm tra thời gian cần thiết để đạt cực đại 5.9.1 Thời gian cần thiết để đạt thời gian cực đại: t= Trong đó: J : tổng moment quán tính TM' = 2.TM TL: moment phát động f : hệ số an toàn ( f Suy ra: t= = 1,2) 5.9.2 Tính ứng suất trục vitme Ta có: F s= = A T p.d = TL = 52,62 (kgf.cm) = 52,62.10.10 = 5262 (N.mm) max π.d J= r 32 T = r max τ= J Suy ra: σ = σ max Vật liệu làm trục vitme có thành phần 50CrMo4 Độ bền kéo – độ cứng biến dạng: 110×106 ( N/m σ max Độ bền đàn hồi – độ cứng chống uốn: 90×106 ( N/m → Do vít me đảm bảo an tồn 5.9.3 Tính tải trọng lên trục vitme P = α.π2.N.E.I L2 = m d 10 L 5.10 Chọn gối đỡ trục Y Chọn FK20, FF20 trang 60/76 BALL CREW (dựa vào trục vitme tính toán ổ theo tiêu chuẩn trục vitme 25 gối đỡ la FK20,FF20) Hình 21: Hình 22: Hình 23: Hình 24: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận Sau hoàn thành đồ án này, chúng em bước đầu hiểu biết cấu chuyển động dùng hệ thống vitme-đai ốc, cấu tạo nguyên lý hoạt động Trong trình làm đồ án giúp chúng em biết cách vận dụng kiến thức từ nhiều môn học khác nhau, từ giải yêu cầu đề tài Với yêu cầu đề tài, chúng em hoàn thành nội dung đề Do lần đầu tiếp cận với lĩnh vực khó khan phải gặp q trình làm nên khơng thể tránh khỏi sai sót Từ chúng em rút nhiều kinh nghiệm giúp ích nhiều cho cơng việc sau chúng em Kiến nghị Bên cạnh đó, khối lượng máy chúng em thiết kế cịn lớn hạn chế thời gian kiến thức vật liệu, hợp kim nên việc giảm khối lượng máy thiết kế chúng em xin phép nghiên cứu sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PMI, BALLSCREW CATALOG, ISO 9001CERTIFIED [2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập 1, tập 2; nhà xuất giáo dục năm 2006 [3] PMI, LINEAR GUIDEWAY [4] Fratini L., A.G., Di Lorenzo R., Filice L., Micari F The Influence of mechanical properties of sheet material on formability in single point incremental forming in CIRP Annals 2004 [5] Arshad, S., Single Point Incremental Forming: A study of Forming Parameters, Forming Limits and Part accuracy of Aluminium 2024, 6061 and 7475 alloys, in Department of Industrial Engineering and Production2012, KTH Royal Institute of Technology: Stockholm, Sweden [6] Arshad, S., Single Point Incremental Forming: A study of Forming Parameters, Forming Limits and Part accuracy of Aluminium 2024, 6061 and 7475 alloys, in Department of Industrial Engineering and Production2012, KTH Royal Institute of Technology: Stockholm, Sweden [7] Martins P.A.F., B.N., Skjoedt M., Silva M.B, Theory of Single Point Incremental forming Journal of Strain Analysis, 2008 43: p 15-35 [8] Silva MB, S.M., Atkins AG., Bay N., Martins P.A.F, Revisiting the fundamentals of single point incremental forming by means of membrane analysis International journal of machine tools & manufacture, 2008 48: p 73-83 [9] Ham M., J.J., Single Point Incremental Forming and the Forming Criteria for AA3003 Annals of the CIRP, 2006 55/1: p 241-244 [10] Male A.T., L.P.J., Chen Y.W., Zhang Y.M., Flexible forming of sheet metal using plasma arc Lournal of Materials Processing Tecchnology 2001 115: p 6164 [11]J., J., Incremental Single Point Forming, in Proceeding of NSF Design and Manufacturing Research Conference2000 [12] Leach D., G.A.J., Bramley A.N., A new incremental sheet forming process for small batch and prototype parts, in 9th International Conference on Sheet Metal2001: Leuven p 211-218 [13] A.N., B., Incremental Sheet Forming Process for small batch and prototype parts, E.b.F.V.a.M Kleiner, Editor 2001: Verlag Meisenbach [14] Kim Y.H., P.J.J., Effect of procress parameters on formability in incremental forming of sheet metal Journal of Materials Processing Technology, 2002 130-131: p 42-46 [15] Filice L., F.L., Micari F., Analysis of material formability in incremental forming Annals of the CIRP, 2002 51: p 199-202 [16] cJeswiet J., H.E., Szekeres A., Forming Parameters for Incremental Forming of ALuminium Sheet Metal Journal of Engineering Manufacturing, 2002 IMechE Vol.216: p 1367-1371 [17] S., J., Basic Investigations of the Incremental Sheet Metal Forming Process on a CNC Milling Machine, 2004, Institut fur Umformtechnik uan Leichtbau, Germany [18] Jeswiet J., M.F., Hirt G., Bramley A., Duflou J and Allwood J., Asymmetric single point incremental forming of sheet metal Annals of the CIRP, 2005 54: p 623650 [19] Ham M., J.J., Forming Limit Curves in Single Point Incremental Forming Annals of the CIRP, 2007 56-1: p 277-280 [20] W C Emmens, G Sebastiani and A H van den Boogaard, The technology of Incremental Sheet Forming – A brief review of the history, J Mater Process Tech 210 (2010) [21] A E Tekkaya, N Ben Khalifa, G Grzancic and R Hölker, Forming of lightweight metal components: Need for new technologies, Procedia Eng 81 (2014) [22] G Grzancic, C Becker, M Hermes and A E Tekkaya, Innovative machine design for incremental profile forming, Key Eng Mater 622-623 (2014) [23] G Grzancic, C Becker and N Ben Khalifa, Basic analysis of the incremental profile forming process, J Manuf Sci Eng 138 (2016) [24] Y H Kim and J J Park, Effect of process parameters on formability in incremental forming of sheet metal, J Mater Process Tech 130-131 (2002) [25] D K Xu, B Lu, T T Cao, H Zhang, J Chen, H Long and J Cao, Enhancement of process capabilities in electrically-assisted double sided incremental forming, Mater Des 92 (2016) [26] B Lu, Y Fang, D K Xu, J Chen, H Ou, N H Moser and J Cao, Mechanism investigation of friction-related effects in single point incremental forming using a developed oblique roller-ball tool, Int J Mach Tool Manu 85 (2014) [27] R Liu, B Lu, D Xu, J Chen, F Chen, H Ou and H Long, Development of novel tools for electricity-assisted incremental sheet forming of titanium alloy, Int J Adv Manuf Tech 85 (2016) [28] C Radu, C Tampu, I Cristea and B Chirita, The effect of residual stresses on theaccuracy of parts processed by SPIF, Mater Manuf Process (2013) [29] M Sedighi and M Honarpisheh, Experimental study of through-depth residualstress in explosive welded Al-Cu-Al multilayer, Mater Des (2012) [30] M Kotobi and M Honarpisheh, Uncertainty analysis of residual stresses measuredby slitting method in equal-channel angular rolled Al-1060 strips, J StrainAnal Eng Des (2017) [31] M Honarpisheh, E Haghighat and M Kotobi, Investigation of residual stress andmechanical properties of equal channel angular rolled St12 strips, Proc IME J.Mater Des Appl (2018) [32] M Kotobi and M Honarpisheh, Through-depth residual stress measurement oflaser bent steeletitanium bimetal sheets, J Strain Anal Eng Des (2018) [33] I Alinaghian, S Amini and M Honarpisheh, Residual stress, tensile strength, andmacrostructure investigations on ultrasonic assisted friction stir welding of AA6061-T6, J Strain Anal Eng Des (2018) [34] I Alinaghian, M Honarpisheh and S Amini, The influence of bending modeultrasonic-assisted friction stir welding of Al-6061-T6 alloy on residual stress, welding force and macrostructure, Int J Adv Manuf Technol (2018) [35] F Nazari, M Honarpisheh and H Zhao, Effect of stress relief annealing onmicrostructure, mechanical properties, and residual stress of a copper sheet inthe constrained groove pressing process, Int J Adv Manuf Technol [36] M Honarpisheh, M Mohammadi Jobedar and I Alinaghian, Multi- response opti-mization on single-point incremental forming of hyperbolic shape Al-1050/Cubimetal using response surface methodology, Int J Adv Manuf Technol [37] M Honarpisheh, M J Abdolhoseini and S Amini, Experimental and numericalinvestigation of the hot incremental forming of Ti-6Al-4V sheet using elec-trical current, Int J Adv Manuf Technol [38] M Honarpisheh, M Keimasi and I Alinaghian, Numerical and experimental studyon incremental forming process of Al/Cu bimetals: influence of process parameters on the forming force, dimensional accuracy and thickness variations, J Mech Mater Struct (2018) [39] G Hussain, L Gao and Z.Y Zhang, Formability evaluation of a pure titanium sheetin the cold incremental forming process, Int J Adv Manuf Technol (2008) [40] S W Kim, Y S Lee, S H Kang and J H Lee, Incremental forming of Mg alloy sheet atelevated temperatures, J Mech Sci Technol [41] M B Silva, P S Nielsen, N Bay and P A F Martins, Failure mechanisms in single-point incremental forming of metals, Int J Adv Manuf Technol (2011) [42] T Madeira, C M A Silva, M B Silva and P A F Martins, Failure in single point in-cremental forming, Int J Adv Manuf Technol (2015) [43] M B Silva, M Skjoedt, A G Atkins, et al., Single-point incremental forming andformability-failure diagrams, J Strain Anal Eng Des (2008) [44] B B L Isidore, G Hussain, S P Shamchi, W.A Khan, Prediction and control ofpillow defect in single point incremental forming using numerical simula-tions, J Mech Sci Technol 30 (2016) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ... thiết kế chế tạo máy CNC tạo hình kim loại theo nguyên lí biến dạng cục 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan công nghệ biến dạng kim loại theo phương pháp biến dạng cục Nghiên cứu, thiết. .. cơng nghệ tạo hình kim loại phương pháp biến dạng cục - Tính tốn, thiết kế máy CNC tạo hình kim loại phương pháp biến dạng cục Tính sáng tạo: Kết nghiên cứu: Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh... bảo mức giá hợp lý 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cơng nghệ tạo hình kim loại phương pháp biến dạng cục Tính tốn, thiết kế máy CNC tạo hình kim loại phương pháp biến dạng cục 1.4 Đối tượng