Tap chi ky 33

Tap chi Ky 33 pdf Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 33, 2018 © 2018 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY T[.]

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 33, 2018 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG CHÂU MINH QUANG, NGUYỄN ĐỨC TRƯỜNG, CHÂU CAO NGUYÊN KHANG Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh; chauminhquang@iuh.edu.vn Tóm tắt Trong năm gần đây, vịng thép dây sử dụng ngày rộng rãi Các nhà máy, xí nghiệp sản xuất vịng thép dây áp dụng phương pháp hàn tiếp điểm để gia công sản phẩm này, chất lượng mối hàn suất thấp Bài báo tập trung vào việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ loe mối hàn máy uốn, hàn vòng thép dây tự động Nghiên cứu thực nghiệm tìm phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng thông số liên quan Kết trình nghiên cứu thể phần báo Từ khóa: máy hàn vịng, máy uốn vịng máy uốn, hàn vòng thép dây tự động RESEARCH THE FACTORS AFFECTING THE REDUNDANCY WELD MACHINES WELDING OF STEEL COIL WIRE AUTOMATIC Abstract In recent years, steel wire ring is used widely Many companies, which in making steel wire ring field, used fusing of contact method to make products But welding quality and low performance This paper proposes studying the factors affecting the redundancy weld machines welding of steel coil wire automatic, experimental research, find recursive equation, to describe the affect of relate parameters The results of this research have part Key words: Steel wire ring, bending ring machine and bending, welding wire ring machine steel coil automatic GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, nhiều doanh nghiệp nước gặp khó khăn sản xuất vịng thép sản xuất thủ công cho suất chất lượng thấp Phương pháp hàn điện tiếp xúc, tự động hóa hàn nhà khoa học nước đặc biệt quan tâm M Pouranvari S P H Marashi [1] nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tính chất học mối hàn điểm tiếp xúc mối tương quan thơng số cường độ dịng hàn, thời gian hàn, lực ép hàn, phân tích đặc tính vật lý vị trí hàn đặc tính học Sử dụng tải trọng điểm hấp thụ lượng mối hàn điểm tiếp xúc thời gian thí nghiệm cắt kéo nén để mơ tả tính chất mối hàn tiếp điểm Thấy kích thước mối hàn, chế độ phá hủy độ bền, độ dẻo điểm hư hỏng yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng đỉnh hấp thụ lượng mối hàn tiếp điểm M Zhou [2] nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng để nâng cao hiệu suất chất lượng cho tính chất mối hàn Trong nghiên cứu L Boriwal, R M Sarviya, M M Mahapatra [3] việc mô logic mờ trình hàn tiếp điểm để dự đốn độ bền mối hàn Nghiên cứu cho thấy rằng, dòng điện, thời gian lực ép hàn coi yếu tố ảnh hưởng q trình Anna Runnemalm, et al [4] đưa phương pháp kiểm tra nhiệt Hệ thống sử dụng ánh sáng làm nguồn kích thích phát mối hàn điểm đo đường kính mối hàn thơng qua thuật tốn P Puschner [5] and Satoshi NAKAMURA [6] nghiên cứu tự động hóa hàn Tuy nhiên nghiên cứu chưa đề cập đến chất lượng suất sản phẩm vịng thép, báo đưa kết nghiên cứu hàn vòng thép máy hàn tự động © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY UỐN, HÀN VỊNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG Hiện nay, cơng ty, xí nghiệp ngày mở rộng sản xuất, kinh doanh Thực tế yêu cầu sử dụng máy tự động hóa việc hàn vòng thép dây để nâng cao suất chất lượng sản phẩm giảm công lao động Việc sử dụng dây chuyền sản xuất tự động tiên tiến mang lại nhiều hiệu quả, phù hợp với quy mô, trình độ sản xuất xí nghiệp Nhận thấy cách làm vòng thép dây máy uốn, hàn vòng thủ công cho suất, chất lượng sản phẩm không ổn định, độ xác khơng cao hình 1c Từ đó, làm tăng chi phí sản xuất giá thành sản phẩm Hình Máy hàn thủ cơng truyền thống sản phẩm a) Hàn thủ cơng; b) Vịng thép dây; c) Kiểu độ loe mối hàn Qua trình uốn cắt vịng thép dây hàn máy hàn thủ cơng hình 1a Sản phẩm vịng thép dây hình 1b mối hàn ghép nối có độ loe khơng ổn định đường kính mối hàn hình 1c gây hư hỏng khó gia cơng bước q trình sản suất Để khắc phục vấn đề nêu trên, ta cần phải có cấu làm việc với thơng số phù hợp Chính vậy, để đáp ứng yêu cầu trên, ta phải tiến hành trình nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm thơng số kỹ thuật phù hợp máy uốn, hàn vòng thép dây tự động để nâng cao suất chất lượng sản phẩm, tăng khả cạnh tranh đáp ứng yêu cầu cao cho sản phẩm thị trường nước quốc tế Vật liệu: thép dây dạng cuộn CT3, đường kính 3,15mm Thiết bị: máy uốn, hàn vòng thép dây tự động a b Hình Mơ hình 3D thực tế máy uốn, hàn vịng thép dây tự động 2a) Mơ hình thiết kế 3D; 2b) Máy uốn, hàn vòng thép dây tự động © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG Mơ hình thiết kế 3D máy uốn hàn vòng thép dây tự động hình 2a Dựa mơ hình thiết kế, qua q trình gia cơng, chế tạo lắp ráp thành cơng máy hàn vịng thép dây thể hình 2b Cơ cấu máy bao gồm cụm sau 1- Bộ lăn nắn thẳng để nắn thẳng dây thép từ cuộn cấp; 2- Bộ lăn uốn để uốn vịng thép dây theo bán kính cho trước; 3- Dao cắt vòng dây đủ chu vi vòng thép dây; 4- Máy hàn nối hai đầu vòng thép dây; 5- Kẹp hàn giữ chặt đầu vòn thép dây; 6- Tủ điều khiển; 7- Khung máy Nguyên lý hoạt động máy uốn, hàn vòng thép dây tự động thể hình Phơi thép dây dạng cuộn thông qua phận dẫn hướng đưa vào lăn nắn thẳng dây thép (1) Tại lăn nắn thẳng nối với động servor tạo moment quay đưa thép dây đến lăn uốn (2) Khi uốn đủ độ dài yêu cầu, định vị thép dây thực thao tác cắt dây thép (3) Lúc này, cấu kẹp (5) thực thao tác kẹp chặt đầu tự dây thép sát lại thực thao tác hàn tự động (4) Khi kết thúc trình hàn, cấu kẹp nhã kẹp để thả vòng thép dây xuống khay đồng thời rút lặp lại trình Hình Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy uốn, hàn vòng thép dây tự động KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết toán quy hoạch thực nghiệm Nội dung nghiên cứu nhằm mục đích xác định ảnh hưởng thơng số điện, khí đến tiêu yêu cầu kỹ thuật máy mối quan hệ chúng Do máy có nhiều biến số thay đổi với nhiều mức khác nhau, muốn giảm số lượng thí nghiệm mà đảm bảo độ xác thí nghiệm Từ xác định thơng số hoạt động hợp lý máy Sau tiến hành loại bỏ yếu tố ảnh hưởng Ta chọn yếu tố ảnh hưởng lực ép, dòng diện thời gian hàn với khoảng biến thiên giá trị trình bày bảng Lực ép hàn dao động từ 2.5 đến 3.5 Pa, dòng điện hàn dao động từ 18 đến 22 A (ở mức đến 10 biến áp sử dụng thí nghiệm), thời gian hàn dao động từ đến ms © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG Bảng Các giá trị ảnh hưởng đến độ loe mối hàn Đối tượng Thấp Cao Lực ép hàn Dòng điện hàn Thời gian hàn 2.5 18 3.5 22 Đơn vị Pa A ms 3.2 Kết thực nghiệm xử lý kết thực nghiệm Ma trận thí nghiệm lập ngẫu nhiên chương trình xử lý số liệu thực nghiệm Thông số đầu ra: độ loe mối hàn, kí hiệu Y, thơng số đặc trưng cho mục đích nghiên cứu Đại lượng chịu ảnh hưởng hàng loạt thông số đầu vào nhiễu Độ loe mối hàn đo trực tiếp thước kẹp điện tử Giá trị trung bình độ loe mối hàn tính cơng thức sau (1) ݉௫ ൌ  ‫ݔ‬ҧ ൌ σಿ ೔సభ ௫೔ (1) ே Xi – Số đo đại lượng ngẫu nhiên x thí nghiệm thứ i N – Số lượng mẫu Tiến hành thí nghiệm thực nghiệm, thí nghiệm tiến hành lấy 50 mẫu ứng với 15 lần thay đổi thơng số Với thí nghiệm thực đo lấy giá trị trung bình ta kết bảng Bảng Kết thí nghiệm STT 10 11 12 13 14 15 Lực ép hàn(Pa) Dòng điện hàn (A) Thời gian hàn (ms) Độ loe trung bình (mm) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 20 22 22 18 18 20 18 20 22 20 18 22 20 18 22 7 5 6 5 7 3.27 3.296 3.322 3.267 3.16 3.234 3.279 3.296 3.45 3.34 3.19 3.34 3.33 3.291 3.58 Số liệu thu sau phân tích tính tốn đưa vào ma trận thí nghiệm để làm liệu tính hệ số mơ hình Qua q trình sử lý số liệu thu phương trình hồi quy yếu tố tổng yếu tố ảnh hưởng đến độ loe mối hàn phương trình (3.1), (3.2), (3.3) (3.4) Với Y: Độ loe mối hàn; X1: lực ép hàn, X2: thời gian hàn, X3: dòng điện hàn 3.2.1 Ảnh hưởng lực ép lên mối hàn Lực ép đầu tác dụng lên mối hàn có mức ảnh hưởng tuyến tính theo độ lớn tác dụng biểu diển hình Với R-squared = 100 % Sự biến đổi mô tả mối quan hệ lực ép độ loe mối hàn dựa phương trình đa thức bậc sau: © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG Y = 2.654 + 0.161*X2 - 0.009*X2^2 (3.1) Hình Ảnh hưởng lực ép đến độ loe mối hàn 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian lên mối hàn Lực ép hàn ảnh hưởng tuyến tính đến độ loe mối hàn biểu diển hình với Với R-squared = 100 % Sự biến đổi mô tả mối quan hệ thời gian độ loe mối hàn dựa phương trình đa thức bậc sau: Y = 2.654 + 0.161*X2 - 0.009*X2^2 (3.2) Hình Ảnh hưởng thời gian đến độ loe mối hàn 3.2.3 Ảnh hưởng dòng điện lên mối hàn Dòng điện hàn ảnh hưởng tuyến tính đến độ loe mối hàn với mức ổn định cao biểu diển hình Với R-squared = 100 % Sự biến đổi mô tả mối quan hệ lực ép độ loe mối hàn dựa phương trình đa thức bậc sau: hình © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG Y = 9.291-0.64225*X3+ 0.017125*X3^2 (3.3) Hình Ảnh hưởng dịng diện đến độ loe mối hàn 3.2.4 Ảnh hưởng lực ép, dòng điện, thời gian lên mối hàn Tiến hành phân tích phương sai kết thực nghiệm cho thấy hàm mô tả độ loe mối hàn Y yếu tố ảnh hưởng X1, X2, X3 có hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy Mức ý nghĩa R – squared 80.6733 % với sai số độ lệch chuẩn Kết tính tốn mơ hình tốn dạng thực ta có hàm số mô tả độ loe (mm): Y = 7.70862 - 0.371467 * X1 - 0.520811 * X3 + 0.224167 * X2 - 0.0795556 * X1^ + 0.031 * X1 * X3 + 0.052 * X1 * X2 + 0.0111528 * X3 ^ + 0.003625 * X3 * X2 - 0.0328889 * X2 ^ 2; (3.4) Bài toán tối ưu hóa xây dựng sở hàm tốn phương tr ình hồi quy xác định phương pháp quy hoạch thực nghiệm có dạng đa thức bậc II Phương trình (3.4) xác định hàm mục tiêu với thông số đặc trưng cho mục đích nghiên cứu Bài tốn tối ưu hóa xây dựng sở hàm toán phương trình hồi quy xác định phương pháp quy hoạch thực nghiệm có dạng đa thức bậc II Phương trình (3.4) xác định hàm mục tiêu với thông số đặc trưng cho mục đích nghiên cứu Phân tích mơ hình thống kê thực nghiệm: Mức độ ảnh hưởng thông số biểu diển biểu đồ thể hình hình với thông số dạng thực Biểu đồ vẽ yếu tố khác giữ cố định Hình Biểu đồ thể ảnh hưởng thông số đến độ loe mối hàn dạng thực © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG Căn vào biểu đồ hình cho thấy yếu tố đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng đến độ loe mối hàn mức khác nhau, mức độ ảnh hưởng đến độ loe mối hàn xếp giảm dần theo thứ tự: thời gian, dòng điện, lực ép hàn Các yếu tố ảnh hưởng có độ ảnh hưởng tuyến tính với độ loe mối hàn thể hình 8a 8b Khi thay đổi yếu tố làm thí nghiệm độ loe mối hàn tăng lên Hình 8a Hình 8b Hình 8a, 8b Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến độ loe mối hàn Y 3.3 Năng suất So sánh máy truyền thống máy hàn vòng thép dây tự động sau cải tiến Cho máy uốn hàn vòng tự động hoạt động lúc với dây chuyền máy uốn hàn vòng truyền thống ca làm việc ta thu kết bảng 3.3.1 Bảng Bảng so sánh máy truyền thống máy uốn, hàn vòng thép dây tự động sau cải tiến Thủ công Tự động Nguời vận hành Năng suất (vòng) 2400 4000 Năng lượng tiêu thụ (KW) 50 40 Người làm việc Năng suất ( Năng lượng tiêu ( người) Thủvịng thụ (Kw x 10) cơngx 1000) Tự động Hình So sánh phương pháp truyền thống máy tự động sau cải tiến Từ số liệu bảng vẽ biểu đồ hình 9, suất làm việc dây chuyền sản suất truyền thống máy tự động sau cải tiến cho thấy máy tự động máy tự động đạt suất cao cao Khi cho hoạt © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 10 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG động dây chuyền chuyền truyền thống máy uốn hàn vịng tự động máy tự động cho suất gấp 5,8 lần so với máy truyền thống với mức tiêu thụ lượng giảm 20% 3.3.2 So sánh máy hàn vòng thép dây cũ máy sau cải tiến Cho máy uốn, hàn vòng thép dây tự động cũ hoạt động lúc với máy sau cải tiến ca làm việc ta thu kết bảng 4: Bảng So sánh máy hàn vòng thép dây cũ máy sau cải tiến Năng suất (Vòng) Năng lượng (KW) Hư hỏng (%) 3800 4000 43 40 10 Máy cũ Máy cải tiến Năng suất ( vòng Năng lượng tiêu x 1000) thụ (Kw x 10) Máy cũ Hư hỏng (%) Máy cải tiến Hình 10 So sánh máy uốn, hàn vịng thép dây cũ máy sau cải tiến Thông qua biểu đồ hình 10 kết so sánh bảng ta thấy suất làm việc máy uốn, hàn vòng thép dây tự động sau cải tiến so với máy cũ có kết tốt Cụ thể suất cao 5%, mức tiêu thụ lượng giảm 7% mức độ hư hỏng giảm 6% KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, tìm phương trình việc điều chỉnh thơng số ảnh hưởng đến độ loe mối hàn sản phẩm đề xuất Trên sở kết nghiên cứu thực nghiệm xác định phương trình biểu diễn mối quan hệ yếu tố ảnh hưởng đến yêu cầu kĩ thuật máy uốn, hàn vòng thép dây tự động nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ loe mối hàn sản phẩm chủ yếu liên quan đến chế độ hàn theo thứ tự giảm dần dòng điện, thời gian lực ép hàn Kết cho thấy máy uốn, hàn vòng thép dây tự động cho suất cao gấp 5.8 lần/ nguyên công giảm 20% mức tiêu hao lượng so với phương pháp uốn, hàn vòng truyền thống suất làm việc máy hàn vòng thép dây tự động sau cải tiến so với máy cũ cao 5%, mức tiêu thụ lượng giảm 7% mức độ hư hỏng giảm 6% chất lượng mối hàn ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Pouranvari and S P H Marashi Factors afecting mechanical properties of resistance spot welds Materials Science and technology, vol 26, 2010 [2] M.Zhou A unified approach to assessing the mechanical performance of resistance spot welds Dissertation, University of Michigan, An Arbor, MI, 2003 © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh PhD NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ LOE MỐI HÀN CỦA MÁY UỐN, HÀN VÒNG THÉP DÂY TỰ ĐỘNG 11 [3] L Boriwal et al Modelling the resistance spot welding of galvanized steel sheets using Fuzzy logic controller International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology (IJLTET), Vol Issue May 2015 [4] Anna Runnemalm et al Automatic Inspection of Spot Welds by Thermography Journal of nondestructive evaluation, (33), 3, 398-406, 2014 [5] P Puschner , M Klein , G Kölzer Fully Automatic Spot Welding System for Application in Automotive Industry Soldagem & Inspeỗóo, 20(4):383-390, 2015 [6] Satoshi NAKAMURA et al Automatic Control Technology of Welding Machine MAG-II for Onshore Pipelines Nippon Steel Technical Report No 92 July 2005 Ngày nhận bài: 16/10/2017 Ngày chấp nhận đăng: 08/05/2018 © 2018 Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ... thủ cơng cho suất, chất lượng sản phẩm khơng ổn định, độ xác khơng cao hình 1c Từ đó, làm tăng chi phí sản xuất giá thành sản phẩm Hình Máy hàn thủ công truyền thống sản phẩm a) Hàn thủ công;... 20 18 22 20 18 22 7 5 6 5 7 3.27 3.296 3.322 3.267 3.16 3.234 3.279 3.296 3.45 3.34 3.19 3.34 3 .33 3.291 3.58 Số liệu thu sau phân tích tính tốn đưa vào ma trận thí nghiệm để làm liệu tính hệ... Y yếu tố ảnh hưởng X1, X2, X3 có hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy Mức ý nghĩa R – squared 80.6 733 % với sai số độ lệch chuẩn Kết tính tốn mơ hình tốn dạng thực ta có hàm số mơ tả độ loe (mm):