Thiết kế và chế tạo cơ cấu điều khiển vị trí cho khuôn tạo hình sản phẩm dạng ống tròn

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết lý chọn đề tài 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Mục tiêu đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết máy uốn kim loại: 2.1.1 Khái niệm uốn: 2.1.2 Lịch sử phát triển máy uốn ống: 2.1.3 Vật liệu làm phôi uốn: 2.1.4 Các phương pháp uốn phổ biến: 2.1.5 Những kiện cần lưu ý thiết lập phép uốn: 12 2.2 Tổng quan thiết bị uốn thị trường: 13 2.2.1 Thiết bị uốn tay: 13 2.2.2 Máy uốn bán tự động: 14 2.2.3 Máy uốn ống CNC: 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN MODULE TẠO HÌNH ỐNG 18 3.1 u cầu đặt module tạo hình ống: 18 3.2 Ý tưởng thiết kế ban đầu: 18 3.2.1 Tham thảo cấu dẫn động sử dụng phổ biến nay: 18 3.2.2 Tham khảo nguyên lý uốn: 20 3.2.3 Kết luận, lên phương án thiết kế cho module tạo hình ống: 20 3.3 Thiết kế, chọn phương án thiết cho trục uốn: 20 3.4 Thiết kế, chọn phương án thiết kế cho trục uốn 21 3.5 Thiết kế, chọn phương án thiết kế phận cố định ống: 21 3.6 Tính tốn hệ thống truyền động cho module tạo hình ống: 23 3.7 Chọn chi tiết tiêu chuẩn khác: 29 3.8 Hồn thiện thiết kế module tạo hình ống: 29 3.8 Phân tích độ bền cho module tạo hình ống: 31 CHƯƠNG 4: CHỌN VẬT LIỆU VÀ LÊN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CHI TIẾT 37 4.1 Chọn vật liệu cho phôi: 37 4.2 Các chi tiết gia công: 38 Hình ảnh chi tiết gia cơng hoàn thiện 38 CHƯƠNG 5: LẮP RÁP 46 5.1 Lắp ráp module tạo hình: 46 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49 6.1 Kết đạt được: 49 6.2 Đề xuất hướng phát triển đề tài: 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 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 cấu điều khiển vị trí cho khn tạo hình sản phẩm dạng ống tròn - Chủ nhiệm đề tài: Trần Quốc Thái Mã số SV: 19143071 - Lớp: 19143CLA1 Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Võ Hoàng Qúy 19143069 19143CLA1 CLC Vũ Đặng Minh Tiến 19143025 19143CLA2 CLC Nguyễn Ngọc Minh Nhật 19143063 19143CLA3 CLC - Người hướng dẫn: ThS Huỳnh Đỗ Song Toàn Mục tiêu đề tài: - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển vị trí khn tạo hình sản phẩm dạng ống - Thiết kết chế tạo cấu điều khiển vị trí - Thực nghiệm tổng hợp kết Tính sáng tạo: - Thử nghiệm mơ hình nhỏ gọn, với cấu khác so với trước - Cơ cấu mơ hình khác nhằm nghiên cứu them lĩnh vực uốn chi tiết dạng ống Kết nghiên cứu: - Nghiến cứu chế tạo thành công mô hình khn tạo hình - Lắp đặt thử, khẳng định tính khả thi đề tài nghiên cứu - Thu thập liệu phục vụ cải tiến, tối ứu phát triển sau Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Thu thập thông tin bổ ích, sáng kiến hay…có thể đem vào giáo dục đào tạo, góp phần thực tế hóa kiến thức học giảng đường đại học kiến thức đến từ trải nghiệm doanh nghiệp - Đóng góp phần nhỏ q trình chuyển đổi tự động hóa cơng nghiệp 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) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết lý chọn đề tài Hiện ống sản phẩm thiếu đời sống người Từ sản phẩm ống có hình dạng đơn giản sử dụng gia đình bàn, ghế, cổng, cửa sổ … Hay sản phẩm có hình dạng phức tạp sử dụng lĩnh vực ống làm ống xả xe cho ô tô, ống nước động xe, sắt uốn làm cầu, ống sử dụng làm đường ống dẫn hóa chất công nghiệp… Ở nước ta việc sử dụng ống ngày phổ biến tính linh hoạt hình dạng tính mà mang lại Mặc dù nhu cầu sử dụng ống thị trường nước ta tương đối lớn song phần lớn sản phẩm làm từ ống có nguồn gốc xuất sứ nước với giá thành tương đối cao Nước ta đà phát triển ngành công nghiệp nặng lượng ống sử dụng cho ngành công nghiệp tương đối lớn nhiên lượng ống sản suất nước phần lớn từ loại máy uốn thủ công, bán tự động với khả tạo hình chưa linh hoạt suất thấp không đáp ứng nhu cầu sử dụng nước Vì việc nghiên cứu chế tạo máy uốn ống với khả linh động khả tạo hình linh hoạt cho suất cao đáp ứng nhu cầu sử dụng ống nước góp phần đẩy mạnh phát triển ngành công nghiệp nước ta 1.2 Lý chọn đề tài Nắm bắt tính cấp thiết, tầm quan trọng nhu cầu thị trường nước việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy uốn ống với khả linh hoạt việc tạo hình cho ống cho suất cao cần thiết.Vì lí với hướng dẫn Thầy Huỳnh Đỗ Song Tồn nên nhóm chúng em chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CHO KHN TẠO HÌNH SẢN PHẨM DẠNG ỐNG TRỊN” làm đề tài NCKH 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan cơng nghệ tạo hình ống tìm hiểu hệ thống truyền động khác nhau, từ đưa phương án thiết kế cho module tạo hình đạt u cầu mặt kỹ thuật, có tính cơng nghệ tính kinh tế cao Sử dụng cơng nghệ đo lường đại với thước quang để xác định vị trí góc uốn khn uốn theo ba trục nhằm tăng độ xác khả uốn chi tiết có hình dạng phức tạp 1.4 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu yêu cầu điều khiển vị trí khn tạo hình sản phẩm dạng ống Thiết kết chế tạo cấu điều khiển vị trí Thực nghiệm tổng hợp kết CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết máy uốn kim loại: 2.1.1 Khái niệm uốn: Uốn q trình gia cơng kim loại áp lực làm cho phôi hay phần phơi có dạng phẳng, dạng dây, định hay ống thành chi tiết có hình cong gấp khúc Phôi uốn thường trạng thái nguội, đặc điểm trình uốn tác dụng chi tiết uốn phôi biến dạng dẻo vùng để tạo thành hình dáng cần thiết 2.1.2 Lịch sử phát triển máy uốn ống: Máy uốn sản phẩm ngành khí chế tạo dùng để uốn phôi liệu thành sản phẩm có ích cho đời sống người Nó góp phần đáng kể vào việc giảm sức lao động người trình làm sản phẩm Máy uốn có nhiều loại dùng phổ biến nhiều nước giới có Việt Nam Máy uốn ống có nhiều loại máy uốn ống thủy lực, máy uốn ống điện, máy uốn ống điện thủy lực… Sự phát triển máy uốn ngày mạnh, trước chục năm sản phẩm uốn tạo nên tay sau phát triển dần lên uốn máy để giảm sức người uốn bán tự động đến tự động tận khâu cấp phôi 2.1.3 Vật liệu làm phôi uốn: Máy uốn ngày chế tạo đa dạng phù hợp cho nhiều loại phôi uốn rỗng, đặc, thép hộp, thép cán tất nhiên ống đặc ống cán Nói chung, hầu hết kim loại phổ biến uốn nguội miễn chúng có độ giãn đủ để đạt góc bán kính mong muốn trước đạt ngưỡng chịu đựng Vật liệu thường tạo hình dễ dàng bao gồm thép cacbon thấp thép không gỉ, nhôm, đồng thau đồng Các thao tác tạo hình đơn giản dùng Magie, Titan, hợp kim đồng niken Các dụng cụ kỹ thuật uốn đặc biệt cho phép uốn số kim loại gọi exotic vật liệu chịu lửa Còn Việt Nam chủ yếu nước sử dụng mác kim loại theo tiêu chuẩn ISO Và ống inox mác 3xx Ví dụ ống inox 304 loại ống inox tầm trung giá thành tương đối rẻ bán phổ biến thị trường Việt Nam 2.1.4 Các phương pháp uốn phổ biến:  Uốn hình – quay: Phương pháp có ba chi tiết quan trọng cần phải có để uốn khối tạo hình uốn, khn kẹp khn ép Khối tạo hình uốn Khn ép ống Khn kẹp Hình 1: Nguyên lý uốn hình – quay Trong phương pháp uốn hình – quay, phơi gắn chặt khối tạo hình uốn khn kẹp Khi khối tạo hình cong quay, tạo hình ngược lại cho phôi khuôn ép, cần thiết ngăn chặn gãy phơi có trục gá bên Khn ép cố định di chuyển với phôi để loại bỏ ma sát trượt  Uốn ram: Quá trình uốn ram sử dụng khuôn gắn piston thủy lực máy thủy lực máy, Rãnh khuôn gia công theo đường viền mong muốn ống bán kính uốn phần uốn Các khuôn hỗ trợ tạo đường viền để phù hợp với bề mặt bên ống Những khuôn xoay xoay chân lắp để chúng theo ống trì hỗ trợ bên ngồi suốt q trình hoạt động Phương pháp khơng u cầu kẹp q trình uốn Hình 2: Uốn ram  Uốn ép: Máy uốn ép lực dọc sửa đổi máy uốn kiểu ram đơn giản Nó hoạt động theo cách tương tự máy uốn ram nhanh linh hoạt đáng kể Phôi ống đặt lên hai khối đỡ dạng cánh đặt với độ cao Hai khối thiết kế tách rời quay với ống Khi làm việc hai khối lệch với áp lực đẩy từ ống tiếp xúc với búa dập phía uốn tạo đoạn uốn Hai khuôn dạng cánh trì mơ men uốn khơng đổi, lực đẩy trì xi lanh yếu tố làm giảm nếp nhăn uốn Ngồi ra, cịn thiết kế khuốn gắn piston nhỏ lại làm giảm nếp nhăn uốn đoạn uốn bị nén lại 10 Khn gắn piston Khn dạng cánh Hình 3: Nguyên lý uốn ép dọc  Uốn cuộn: Uốn cuộn phương pháp uốn đơn giản uốn nhiều bán kính uốn mặt phẳng thông thường Nguyên lý ống uốn cuộn thể (Hình 1.4) Ba quay tạo hình có đường kính sử dụng Chúng xếp theo hình chóp mặt phẳng thẳng đứng nằm ngang Thực uốn cong máy uốn cuộn, giống trường hợp hầu hết máy uốn khác, địi hỏi người vận hành có kỹ Phải có kĩ hiểu biết phận giải chúng để tạo sản phẩm mong đợi Người sử dụng máy đơn giản với bán kính lớn từ vật liệu đồng Nhưng khó khăn cần phải có nhà điều hành biết cách xử lý vấn đề phát sinh Tất uốn cuộn sử dụng nguyên tắc giống áp dụng lực ba quay 11 ống Con lăn tạo hình Hình 4: Nguyên lý uốn cuộn  Uốn vuốt: Uốn vuốt trục đơn sử dụng để đáp ứng cầu tạo hình cho kim loại hợp kim niken coban nhiệt độ cao, hợp kim molypden, tantalum, columbium, vonfram beryllium, khơng dễ hình thành phương pháp thơng thường Ngồi ra, uốn vuốt sử dụng để tạo thành vật liệu có độ mỏng cao, bao gồm titan René 41, khó hình thành quy trình khác Hình 5: Nguyên lý uốn vuốt 2.1.5 Những kiện cần lưu ý thiết lập phép uốn:  Sự mỏng độ dày sau uốn: 12 Bảng 3.3: Kết ứng suất tương đương lớn hai trường hợp Ứng suất tương đương lớn mô uốn theo trục X (MPa) Ứng suất tương đương lớn mô uốn theo trục Y (MPa) 1.842 MPa Dựa vào kết mô tạo hình ống kết đem ứng suất so sánh giới hạn kéo vật liệu ta thấy bạc tạo hình hoạt động ổn định trình uốn thỏa điều kiện bền 36 CHƯƠNG 4: CHỌN VẬT LIỆU VÀ LÊN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT 4.1 - Chọn vật liệu cho phôi: Trên thị trường Việt Nam số máy sử dụng thép gang để làm vật liệu để chế tạo máy Gang thích hợp cho máy yêu cầu cứng cáp độ cứng vũng cao máy cơng cụ, máy ép nhựa… Cơ tính quan trọng gang cứng bền nhược điểm lớn đắt tiền khó gia cơng Cịn thép có ưu điểm lớn rẻ tiền, dễ kiếm, tính đảm bảo, dễ gia cơng chế tạo Vì nhóm định chọn thép cacbon phơi Thành phần hóa học: Thép cacbon loại thép phổ biến thị trường áp dụng rộng rãi nghiên cứu học tập dùng để chế tạo máy giá thành rẻ tính tốt Trên sở hàm lượng cacbon, thép cacbon chia làm ba nhóm sau: Thép cacbon thấp: có hàm lượng cacbon từ 0.05-0.3% Thép cacbon trung bình: có hàm lượng cacbon từ 0.3-0.7% Thép cacbon cao: có hàm lượng cacbon 0.7-1.3% Dựa vào ưu điểm thép cacbon nên sử dụng loại thép cán S45C để làm vật liệu cho chi tiết máy, thép S45C thép cacbon trung bình dễ chế tạo, tính tốt có độ cứng từ 160 – 220 HB Sử dụng phương pháp cắt gió đá để cắt phơi xưởng phơi Lợi ích cắt gió đá dễ sử dụng, dung sai chấp nhận quan trọng chi phí rẻ Nhược điểm gây hại sức khỏe cho người đứng cắt nhiệt độ tỏa lớn Thép Độ bền học (KG/mm2) Kéo S45C Bảng 1: Bảng tính thép S45C Độ cứng Thành phần hóa học (%) HB B Nén 36 60 C 160 – 220 Si 0.42 – 0.2 0.5 Mn P S 0.7 0.035 0.035 37 4.2 Các chi tiết gia cơng: Hình ảnh chi tiết gia cơng hồn thiện Chi tiết kẹp ống sau hoàn thiện 38 Chi tiết bạc cố định sau hoàn thiện 39 Chi tiết bạc cố định sau hoàn thiện 40 Chi tiết bạc cố định sau hoàn thiện 41 Chi tiết bạc tạo hình sau hồn thiện 42 Chi tiết cố định trục dẫn sau hoàn thiện 43 Bộ vít me sau hồn thiện 44 Sau hồn thiện mơ hình 45 CHƯƠNG 5: LẮP RÁP 5.1 Lắp ráp module tạo hình: Do bước quan trọng nên ta cần đảm bảo chuẩn xác lắp ghép máy đặc biệt chi tiết tiêu chuẩn yêu cầu động song song cao vít me Độ đồng tâm bạc cố định Quan trọng trọng trình lắp độ cứng vững cụm tạo hình, điều chúng minh thiết kế máy Yêu cầu có kinh nghiệm kiến thức lắp ghép máy Bước 1: Lắp đỡ cụm tạo hình Sau gia cơng xong chi tiết đỡ cụm tạo hình ta tiến hành lắp vào, dùng phe cố định bạc cố định lại với trục cố định, để đảm bảo độ đồng tâm xác bạc 46 Bước 2: Lắp cấu chuyển động vít me Tiến hành sử dụng vít me chi tiết cố định vít me, sau tiền hành đo đạc kích thước yêu cầu vẽ cố định chúng với chi tiết tiêu chuẩn bulong, ốc… Cụm Khuôn Trục đẩy Đai ốc Vít me Thanh dẫn hướng vít me 47 Bước 3: Tiến hành lắp đặt chi tiết khác Tiến hành gắn đẩy trục Z cố định chúng bạc cố định phe chặn, tiếp tục cụm điều khiển vị trí bạc tạo hình Cụm Khn tạo hình sản phẩm Cụm cấu điều khiển vị trí cho khn tạo hình 48 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 6.2 Kết đạt được: Nhóm hồn thiện đa số nội dung để là: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ đầu tạo hình máy uốn - Thiết kế, chế tạo module tạo hình ống - Chế tạo chi tiết phi tiêu chuẩn - Lắp ráp chạy thử nghiệm module Ngồi ra, q trình thực nhóm học hỏi nhiều kinh nghiệm từ việc trực tiếp tham gia trình Kết chưa đạt được: - Vì kinh nghiệm kiến thức thiết kế hạn chế nên mơ hình máy cịn nhiều thiếu sót độ cứng vững thiết kế chưa tối ưu - Các chi tiết phi tiêu chuẩn sau gia cơng cịn có nhiều sai số kích thước hạn chế trình độ gia cơng Đề xuất hướng phát triển đề tài: - Cải tiến tạo hình trục Z khiến cho tạo hình trở nên cứng vững có thiết kế hợp lý - Cải tiến khả uốn máy, với bán khí tùy chỉnh - Bố trí thiết kế thêm phần vỏ máy để tính thẩm mĩ bảo vệ khỏi hư hỏng sau sử dụng lâu dài 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS Lê Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, PGS TS Trần Xuân Việt Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [2] GS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS Lê Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, PGS TS Trần Xuân Việt Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [3] GS TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS TS Lê Văn Tiến, PGS TS Ninh Đức Tốn, PGS TS Trần Xuân Việt Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [4] GS TS Trần Văn Địch, PGS TS Nguyễn Trọng Bình, PGS TS Nguyễn Thế Đạt, PGS TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS TS Trần Xuân Việt Công nghệ chế tạo máy NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2009 [5] PGS TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập 2006 Nhà Xuất Bản Giáo Dục [6] PGS TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí tập Nhà Xuất Bản Giáo Dục 2006 [7] Ninh Đức Tốn Sổ tay dung sai lắp ghép Nhà Xuất Bản Giáo Dục 2005 [8] GS Trần Hữu Quế Vẽ kỹ thuật khí tập Nhà Xuất Bản Giáo Dục 2004 [9] PGS Trần Hữu Quế, TS Đăng Văn Cứ, GVC Nguyễn Văn Tuấn Vẽ kỹ thuật khí tập Nhà Xuất Bản Giáo Dục 2004 50 ... cứu yêu cầu điều khiển vị trí khn tạo hình sản phẩm dạng ống - Thiết kết chế tạo cấu điều khiển vị trí - Thực nghiệm tổng hợp kết Tính sáng tạo: - Thử nghiệm mơ hình nhỏ gọn, với cấu khác so... tiết có hình dạng phức tạp 1.4 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu yêu cầu điều khiển vị trí khn tạo hình sản phẩm dạng ống Thiết kết chế tạo cấu điều khiển vị trí Thực nghiệm tổng hợp kết CHƯƠNG 2: CƠ SỞ... tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CHO KHN TẠO HÌNH SẢN PHẨM DẠNG ỐNG TRỊN” làm đề tài NCKH 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan công nghệ tạo hình ống tìm hiểu hệ thống