Chế tạo mô hình máy hàn ống 3 trục

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài 1

Chúng ta đang sống trong thời đại công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nơi công nghệ đóng vai trò then chốt trong việc phát triển đất nước Ứng dụng công nghệ vào sản xuất ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết, đặc biệt là công nghệ hàn, một quy trình sản xuất thiết yếu trong chế tạo và sản xuất thiết bị máy móc.

Hàn là quy trình công nghệ sử dụng ngọn lửa oxi hoặc hồ quang hàn để làm nóng vùng hàn, kết nối các chi tiết thành một liên kết chắc chắn và không thể tháo rời Trong quá trình này, kim loại sẽ ở trạng thái nóng chảy và dẻo, và sau khi nguội, nó sẽ tự kết tinh hoặc được tác động bởi ngoại lực để tạo ra mối hàn Tuy nhiên, quá trình hàn cũng gặp phải một số nhược điểm như oxy hóa, bay hơi của các thành phần, sự hấp thụ và hòa tan khí trong bể kim loại, cùng với những thay đổi trong vùng ảnh hưởng nhiệt.

Một số phương pháp hàn được sử dụng hiện nay

Hình 1.1 Các phương pháp hàn phổ biến

Công nghệ hàn TIG hiện nay đang được áp dụng phổ biến nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Phương pháp này rất phù hợp cho quá trình sản xuất thiết bị máy móc và chế tạo.

Trong các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, nhiệt điện và đóng tàu, ống chữ T ngày càng được sử dụng phổ biến Việc hàn các khớp nối chữ T thường tốn nhiều thời gian, chi phí và nhân lực, đồng thời ảnh hưởng đến sức khỏe của công nhân khi thực hiện thủ công Do đó, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài “Chế tạo mô hình máy hàn ống 3 trục” nhằm nâng cao hiệu quả chất lượng, giảm thời gian gia công, tăng năng suất và giảm thiểu tác động tiêu cực đến con người cũng như doanh nghiệp.

1.1.1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Chế tạo mô hình máy hàn ống 3 trục giúp giảm thiểu tiếp xúc gần với bức xạ hàn, bảo vệ người lao động khỏi bỏng da và tổn thương mắt do ánh sáng hàn Đồng thời, thiết bị này cũng ngăn ngừa việc hít phải các khí độc từ mối hàn, từ đó giảm thiểu tai nạn lao động hiệu quả.

Mô hình máy hàn ống ba trục còn có thể giúp cho công ty và doanh nghiệp tăng năng lượng trên hàng loạt sản phẩm

1.1.2 Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu “Chế tạo mô hình máy hàn ống ba trục” được dựa theo các mục tiêu sau:

• Nghiên cứu về công nghệ hàn Tig và yêu cầu kỹ thuật của hàn Tig

• Nghiên cứu về cơ cấu lắp đặt, gá đặt và cơ cấu điều khiển

• Tiến hành làm lắp ráp và thử nghiệm, thực hiện trực tiếp trên các mẫu phôi và tiếp tục cải thiện kết quả.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Các đối tượng cần được phân tích, nghiên cứu gồm:

• Nghiên cứu về công nghệ hàn Tig

• Thiết kế chế tạo cơ cấu máy hàn

• Tốc độ hàn, cường độ dòng điện, mối hàn

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, kỹ thuật hàn, chế độ hàn, vũng hàn tig

• Thiết kế, chế tạo cơ cấu máy

• Lập trình, điều khiển hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu 2

1.3.1 Cơ sở phương pháp luận

Thu thập tài liệu về kỹ thuật hàn và các tiêu chuẩn liên quan đến quá trình hàn là rất quan trọng Điều này bao gồm từ khâu chuẩn bị mối ghép, lựa chọn vật liệu hàn cho đến chế độ hàn phù hợp Việc nắm vững những yếu tố này sẽ giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình hàn.

Khảo sát thực tế, tham khảo nghiên cứu cơ cấu dựa trên mô hình máy hàn

Tìm hiểu một số đề tài nghiên cứu khoa học có liên quan đến đề tài của nhóm

Tham khảo các tài liệu trên các trang web về cấu tạo, nguyên lí hoạt động

Các trang thiết bị (máy hàn TIG, máy cưa, kính hiển vi…) của trường đại học SPKT TP.HCM cho cho việc so sánh, thử nghiệm và phân tích

Phương pháp hàn: Công nghệ hàn Tig

Phần mềm thiết kế: Dùng phần mềm Inventor Professional 2023 để thiết kế mô hình và xuất bản vẽ

Phần mềm điều khiển: Dùng phần mềm Mach 3 giao tiếp với Arduno nano (thông qua cổng mini USB) để điều khiền tự động máy hàn

Liên kết hàn: Nghiên cứu liên kết hàn chữ T (góc 90 độ)

Kích thước vật hàn cho liên kết hàn góc chữ T 90 độ bao gồm ống có đường kính ỉ34mm và ỉ42mm, chiều dài mỗi ống là 150mm, với độ dày 1.5mm Mỗi liên kết yêu cầu sử dụng 2 ống.

Vật liệu của vật hàn: Inox 304

Kết cấu của ĐATN 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHẾ TẠO MÔ HÌNH

CHƯƠNG 6: GIA CÔNG CHẾ TẠO CHI TIẾT

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đặc điểm và ứng dụng hàn Tig hiện nay 6 1 Giới thiệu

Hàn tig hay còn gọi là hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

Hình 2.1 Hàn Tig Đặc điểm

• Điện cực không nóng chảy

• Không tạo xỉ do không có thuốc hàn

• Hồ quang, vũng chảy được quan sát và kiểm soát dễ dàng

• Nguồn điện tập trung có nhiệt độ cao

• Có thể hàn được kim loại mỏng hoặc dày do thông số hàn có phạm vi điều chỉnh rộng (từ vài ampe đến vài trăm ampe)

Hàn kim loại và hợp kim với chất lượng cao, đảm bảo mối hàn sạch đẹp, không có xỉ và văng tóe Quá trình hàn cho phép kiểm soát dễ dàng độ ngấu và hình dạng của vũng hàn.

• Hàn được các vật liệu dày lên đến 7 mm và mối hàn có độ mỏng dưới 1,5 mm

• Độ biến dạng ít đáng kể, tạo dáng tốt cho hàn kết cấu mỏng

Hiện nay, thị trường máy hàn TIG đa dạng với nhiều thương hiệu và kiểu dáng khác nhau, nhưng tất cả đều có nguyên lý và cấu tạo chung Dựa vào cơ chế làm mát, máy hàn TIG có thể được phân thành hai loại.

• Mỏ hàn tig làm mát bằng khí

Hình 2.3 Mỏ hàn Tig làm mát bằng khí

• Mỏ hàn tig làm mát bằng nước

Hình 2.4 Mỏ hàn Tig làm mát bằng nước

Trong hàn TIG, phôi kim loại được hợp nhất thông qua việc nung nóng bằng dòng điện giữa điện cực và phôi, với khả năng sử dụng que kim loại phụ tùy thuộc vào kích thước và khoảng cách mối hàn Kim loại nóng chảy, điện cực và vùng hàn được bảo vệ khỏi không khí xung quanh bằng dòng khí trơ, thường là argon, heli, hoặc hỗn hợp của cả hai Kết quả là các mối hàn có tính toàn vẹn hóa học tương tự như kim loại cơ bản ban đầu.

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động

2.1.4 Cấu tạo bộ hàn Tig

Kết nối các thiết bị hàn, phụ kiện hàn theo sơ đồ sau

• Nguồn hàn: Cung cấp dòng hàn (một chiều hoặc xoay chiều), biến áp, chỉnh lưu

• Chai khí: Chứa khí trơ (thường là argon, heli, hoặc hỗn hợp helium và argon)

• Van điều áp: Điều chỉnh áp suất đi từ chai khí trơ, qua đó điều chỉnh được lưu lượng khí

• Thiết bị làm mát: Tản nhiệt nguồn hàn bằng nước hoặc khí

• Kẹp mát: Là đầu dương của nguồn hàn, kẹp trực tiếp vào phôi hàn hoặc kẹp gián tiếp thông qua đồ gá phôi

• Mỏ hàn: Là đầu âm của nguồn hàn, kích hàn từ thiết bị này

• Cáp mát: Dây dẫn điện nối từ nguồn hàn tới kẹp mát

• Dây hàn: Dây dẫn khí và điện nối từ nguồn hàn tới mỏ hàn

• Ống dẫn áp: Ống dẫn khí trơ đi từ bình khí tới nguồn hàn

• Ống dẫn chất làm mát: Dẫn khí hoặc nước để làm mát nguồn hàn

Hình 2.7 Cấu tạo mỏ hàn Tig Cấu tạo:

• Cap (1): Chuôi hàn TIG chống thoát khí bảo vệ và cố định kim hàn

Collet (2) là một loại kẹp kim được làm bằng đồng, có chức năng giữ điện cực khớp với kích thước của điện cực vonfram Khi vặn chặt chuôi hàn, collet sẽ cố định kẹp kim, giúp giữ chặt điện cực một cách hiệu quả.

• Gas orifice (3): Đường dẫn khí cho phép thoát khí ra ngoài và cố định collet

Chụp khí định hướng dòng khí lên vũng hàn được chia thành hai loại dựa trên cường độ hàn: loại đầu tiên được làm bằng sứ, thích hợp cho hàn TIG với cường độ nhỏ và làm mát bằng khí; loại thứ hai được cấu tạo bằng đồng, có hệ thống làm mát bằng nước, phù hợp cho hàn TIG với cường độ cao và dòng lớn.

• Hoses (5): Các ống chất dẻo kết nối với tay cầm súng hàn cung cấp khí, nước, và chứa cáp điện nối với mỏ súng hàn

• Tungsten electrode (6): Điện cực vonfram, dẫn điện áp từ houses tới phôi kim loại

• Teflon ring (7): Vòng teflon được vặn chặt vs houses nhằm định hướng gas orifice

Hàn TIG được ưa chuộng trong ngành công nghiệp sản xuất nhờ vào hiệu quả cao khi hàn thép hợp kim, kim loại màu và các hợp kim của chúng.

Thường được sử dụng trong sản xuất tàu vũ trụ trong ngành hàng không vũ trụ

Giai đoạn dịch chuyển hồ quang và cung cấp dây phụ trợ có thể được tự động hóa thông qua kỹ thuật hàn này, thường được thực hiện bằng tay Việc tự động hóa không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn.

Trong quá trình phục hồi và sửa chữa các bộ phận hư hỏng, đặc biệt là những bộ phận làm bằng nhôm và magiê, 11 phương pháp thường xuyên được áp dụng Những phương pháp này rất hữu ích trong ngành công nghiệp xe đạp, giúp hàn các tấm mỏng và ống thành mỏng một cách hiệu quả.

Hàn TIG là phương pháp hàn lý tưởng cho các bộ phận khó hàn và yêu cầu chất lượng mối hàn cao, như các góc nhỏ trong thiết bị máy móc, vỏ máy photocopy, máy điều hòa không khí, và thiết bị y tế như máy X-quang và máy chiếu quang học.

Có rất nhiều ứng dụng cho công nghệ hàn tàu, bao gồm hàn đường ống tàu, hàn đường ống dẫn khí và dầu,

Hình 2.8 Hàn Tig trong bồn nước lắp ghép

2.1.6 Ưu nhược điểm Ưu điểm:

• Có thể hàn kim loại mỏng hoặc dày do thông số điều chỉnh rộng, thường từ 5 - 600 A, điện áp 10 - 35 V

• Hàn được với tất cả các kim loại và hợp kim với chất lượng cao

• Mối hàn sạch đẹp không văng tóe

• Kiểm soát được độ ngấu và hình dạng vũng hàn dễ dàng

• Đòi hỏi thợ có tay nghề cao

• Thiết bị và nguyên liệu đắt tiền.

Thực trạng sử dụng hàn Tig để hàn ống 11

2.2.1 Hiện trạng sử dụng hàn Tig để hàn ống

Trong các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, nhiệt điện và đóng tàu, kết cấu hàn giữa các chi tiết dạng ống đang ngày càng trở nên phổ biến Hầu hết quy trình hàn cho các kết nối dạng ống hiện nay đều tuân thủ các tiêu chuẩn của Mỹ, bao gồm AWS và ASTM.

Quy trình hàn cầu theo tiêu chuẩn API hoặc ASME bao gồm các bước như lắp ráp các bộ phận hàn, định vị và nối các bộ phận, hàn lớp lót, và cuối cùng là hàn các bộ phận chính Kiểm tra chất lượng mối hàn là bước quan trọng, với các yêu cầu về độ bền, độ kín và vùng ảnh hưởng nhiệt được kiểm định khắt khe Tuy nhiên, vấn đề biến dạng của các chi tiết sau khi hàn, đặc biệt trong các công trình yêu cầu độ chính xác cao, vẫn chưa được chú trọng đầy đủ.

Các khóa học hàn hiện nay chủ yếu tập trung vào các kỹ thuật cơ bản như hàn đường thẳng và đường tròn, trong khi các quỹ đạo phức tạp hơn như hình elip và sóng vẫn chưa được đề cập Việc hàn ống vuông góc với quỹ đạo hàn hồ quang sóng chưa được nghiên cứu sâu, chủ yếu dừng lại ở việc tiếp thu công nghệ và nhập khẩu thiết bị hàn từ nước ngoài Hầu hết các thiết bị này sử dụng cánh tay robot linh hoạt hiện đại, nhưng chi phí đầu tư, thương mại và bảo trì lại rất cao.

Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, với sự phát triển mạnh mẽ của hoạt động sản xuất nhờ vào máy móc hiện đại và dây chuyền tự động hóa Để tồn tại, các doanh nghiệp cơ khí cần trang bị máy móc có độ chính xác cao Quá trình hàn tiêu tốn nhiều thời gian, năng lượng và chi phí, đồng thời độ bền và cấu trúc của mối hàn phụ thuộc vào chất lượng và độ chính xác Mặc dù công việc này đòi hỏi chất lượng cao, nhưng hiện tại chúng ta vẫn thực hiện thủ công do thiếu nhân lực được đào tạo Bài viết này đề xuất giải pháp thiết kế máy hàn ống bán tự động, hoạt động trên dòng điện 220V với khả năng điều chỉnh tốc độ bằng biến tần, tuy nhiên chỉ xử lý một mẻ hàn sau mỗi mười giây để tránh quá nhiệt Máy có chế độ điều khiển thủ công và tự động, thao tác đơn giản, không cần thiết bị an toàn chuyên dụng và bảo trì dễ dàng.

2.2.2 Ưu điểm so với các loại hàn khác để hàn ống

Mối hàn Tig có chất lượng vượt trội hơn so với mối hàn Mig, Mag và hàn que, nhờ vào việc không bị lẫn xỉ hàn và không có hiện tượng văng tóe Điều này giúp người thợ dễ dàng kiểm soát độ ngấu cũng như hình dạng của vũng hàn.

Máy hàn Tig chuyên dụng cho việc hàn các kim loại mỏng, đặc biệt là inox, nhờ vào khả năng hàn chính xác mà không làm thủng mối hàn Kết quả đạt được là những mối hàn sáng bóng và giảm thiểu việc gia công lại.

Máy hàn que không thể hàn các kim loại đặc biệt như nhôm, đồng và Titan Trong khi đó, máy hàn Tig là lựa chọn lý tưởng cho việc hàn nhôm, inox, đồng và các kim loại tương tự.

2.2.3 Nhược điểm so với các loại hàn khác để hàn ống

Kỹ thuật hàn Tig, so với các phương pháp hàn khác như hàn Mig, hàn Mag hay hàn que, yêu cầu tay nghề cao và độ chính xác lớn Khi sử dụng súng hàn Tig, lửa hàn sẽ được tạo ra, và để tạo ra mối hàn chất lượng, cần phải bù que hàn một cách đồng đều Việc này đòi hỏi kỹ thuật tinh tế để đảm bảo kết quả hàn đẹp và chắc chắn.

Tốc độ hàn Tig chậm, gây ra năng suất làm việc thấp, trong khi đó, hàn Mig và Mag lại có tốc độ nhanh và không yêu cầu độ chính xác cao.

Khí CO2 là lựa chọn phổ biến cho máy hàn Mig, Mag nhờ vào tính dễ sản xuất, dễ mua và chi phí thấp Ngược lại, khí Argon lại khá hiếm và có giá thành cao, dẫn đến việc hàn Tig trở nên tốn kém hơn.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Thông số công nghệ hàn

Một số yếu tố có ảnh hướng đến mối hàn, đặc điểm hình học và chất lượng chung của mối hàn như sau:

• Cường độ dòng điện hàn

• Tốc độ di chuyển của điện cực

• Chiều dài nhô ra của điện cực

• Thành phần hóa học và lưu lượng khí bảo vệ

Kiến thức và kiểm soát các biến số là yếu tố quan trọng để tạo ra mối hàn chất lượng Các biến số này không hoàn toàn độc lập, vì thay đổi một biến thường yêu cầu điều chỉnh các biến khác để đạt kết quả mong muốn Kỹ năng và kinh nghiệm là cần thiết để lựa chọn bộ thông số tối ưu cho từng công việc cụ thể Các giá trị tối ưu bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm kiểu kim loại cơ bản, thành phần hóa học của điện cực, tư thế hàn và yêu cầu chất lượng Do đó, không tồn tại bộ thông số duy nhất có thể mang lại kết quả tối ưu cho mọi trường hợp.

Hình 3 2 Quá trình hàn Tig

Dòng điện hàn (𝐼ℎ)

Vật liệu, độ dày phôi, tốc độ hàn và thành phần khí bảo vệ ảnh hưởng đến dòng điện hàn, từ đó quyết định cường độ hàn phù hợp Theo thí nghiệm, cường độ hàn tối ưu là 1A cho độ dày 0,0001 in (khoảng 40A/mm) với tốc độ hàn 200mm/phút Dòng điện thường giảm khi tốc độ hàn tăng, làm cho việc hàn tay khó đạt được tốc độ này.

Khi thực hiện hàn, cường độ dòng điện cần được xác định dựa trên độ dày và loại vật liệu Đồng thời, đường kính điện cực cũng phải được lựa chọn phù hợp với phạm vi dòng điện hàn và mục đích sử dụng.

Nếu cường độ hàn nhỏ trong khi điện cực lớn, điện cực sẽ trở nên "quá nguội" do bức xạ electron kém, làm cho hồ quang khó ổn định Ngược lại, kích thước vũng chảy tăng lên (phụ thuộc vào kích thước điện cực và chiều dài hồ quang) sẽ giảm mật độ nhiệt, dẫn đến độ ngấu giảm và tốc độ nguội của vũng chảy tăng cao, tạo ra những điều kiện hàn khó khăn.

Tốc độ hàn (𝑉ℎ)

Tốc độ di chuyển của hồ quang dọc theo mối hàn ảnh hưởng đến chuyển động tuyến tính của nó Độ sâu mối hàn đạt mức tối đa khi tốc độ di chuyển trung bình được duy trì ổn định, trong khi các yếu tố khác không thay đổi.

Tốc độ hàn là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, được xác định bởi tốc độ di chuyển của điện cực, tốc độ điền đầy vũng chảy và độ dày của chi tiết hàn Thông thường, tốc độ hàn dao động từ 100 đến 250 mm/phút.

Chiều dài nhô ra của điện cực

Chiều dài hồ quang, khoảng cách từ mũi điện cực đến bề mặt vũng chảy, phụ thuộc vào cường độ hàn và sự ổn định của hồ quang Độ chính tâm của điện cực trong mỏ phun cũng ảnh hưởng đến thông số này Khi hàn, cần giữ chiều dài hồ quang không đổi; nếu quá lớn, vùng hồ quang sẽ trải rộng, làm tăng đáng kể công suất nhiệt, trong khi nếu quá nhỏ, điện cực dễ bị dính và độ ngấu tăng lên Quy tắc chung là chọn chiều dài hồ quang từ 0,5 đến 3 mm.

• Khi hàn tôn mỏng dưới 1 mm thì Lh = 0,025 in (khoảng 0,6mm) do vậy không dùng que đắp [8]

• Khi hàn tôn dày (nhỏ hơn 4 mm) hoặc hàn ngấu thì Lh = 0,082 in (khoảng 2 mm) [7]

Góc của mũi điện cực

Tùy vào ứng dụng thực tế, loại vật liệu, độ dày và kiểu mối nối, chúng ta cần chọn phương pháp mài phù hợp Cụ thể, phương pháp mài vê tròn và điện cực lớn thường được sử dụng cho hàn dòng AC, trong khi phương pháp mài nhọn thích hợp cho hàn dòng DC.

Hình 3 3 Các thông số ảnh hưởng tới góc của mũi điện cực [5]

Sự ổn định và tập trung của hồ quang hàn phụ thuộc vào hình dạng và cách mài điện cực Việc mài điện cực nên được thực hiện trên đá mài có kích cỡ hạt mịn và theo hướng nhất định Khoảng cách chiều cao mài lý tưởng là từ 1.5 đến 3 lần đường kính của điện cực Sau khi mài xong phần côn, cần làm tròn đầu côn để bảo vệ điện cực khỏi hư hại do mật độ dòng hàn quá cao Các thợ hàn thường làm phẳng mũi điện cực để đảm bảo hiệu suất hàn tốt hơn.

Hình 3 4 Các kiểu đầu điện cực

Quy tắc ảnh hưởng của điện cực cho thấy rằng khi góc mài điện cực nhỏ hơn, tức là điện cực nhọn hơn, thì độ sâu ngấu của vũng chảy sẽ tăng lên, trong khi đó độ rộng mối hàn lại giảm xuống.

Khi hàn bằng dòng một chiều DC hoặc dòng xoay chiều AC, đầu điện cực cần có dạng bán cầu để tối ưu hóa quá trình hàn Để đạt được mũi hàn phù hợp, cần mồi hồ quang trên tấm vật liệu dày với tư thế điện cực thẳng vuông góc với bề mặt Dạng mũi điện cực bán cầu giúp tăng diện tích điện cực bị đốt nóng, từ đó yêu cầu bề mặt vật liệu lớn hơn nhằm hạn chế mật độ dòng điện Đặc biệt, trong hàn nhôm, lớp oxit nhôm trên mũi điện cực không chỉ tăng cường bức xạ hạt electron mà còn bảo vệ điện cực hiệu quả hơn.

Điện cực bằng Zirconium tự động hình thành mũi điện cực dạng bán cầu khi hàn trên dòng AC, tuy nhiên, hồ quang hàn lại không ổn định.

Khi chọn dòng điện hàn, cần xác định loại dòng điện và cường độ phù hợp với kích thước điện cực Dòng điện quá cao có thể gây hại cho điện cực, trong khi dòng hàn quá thấp dễ dẫn đến ăn mòn điện cực, nhiệt độ thấp và hồ quang không ổn định.

Việc mài điện cực cần tuân theo hướng dẫn của nhà cung cấp để ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt Đồng thời, việc sử dụng và bảo quản điện cực cũng phải được thực hiện nghiêm ngặt theo quy trình để tránh nhiễm bẩn.

Việc duy trì dòng khí bảo vệ là rất quan trọng không chỉ trong quá trình hàn mà còn sau khi ngắt hồ quang cho đến khi đầu điện cực nguội Duy trì tốt dòng khí bảo vệ giúp đầu điện cực luôn sáng bóng Nếu đầu điện cực nguội mà không có khí bảo vệ, nó sẽ bị oxy hóa và chuyển sang màu vàng, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng mối hàn.

Để đảm bảo hiệu quả hàn, phần điện cực lồi ra cần được giữ ở mức ngắn nhất có thể, tùy thuộc vào ứng dụng và đặc điểm thiết bị Việc này giúp tối ưu hóa sự bảo vệ của khí trơ và giảm thiểu nhiễm bẩn điện cực trong quá trình tiếp xúc giữa dòng điện cực nóng và kim loại vật liệu nền hoặc que hàn.

Lựa chọn khí bảo vệ

Hồ quang và kim loại nóng chảy cần được bảo vệ bằng khí trơ như Helium (He) hoặc Argon (Ar), hoặc sự kết hợp của cả hai Argon thường được ưa chuộng hơn do chi phí thấp và quy trình sản xuất đơn giản hơn He, đồng thời Ar nặng hơn He, mang lại khả năng bảo vệ tốt hơn ngay cả ở tốc độ dòng khí thấp Mặc dù dòng điện và độ dài hồ quang không thay đổi khi sử dụng sự kết hợp giữa He và Ar, nhưng sự kết hợp này lại làm tăng nhiệt lượng của hồ quang.

Khi hàn các vật liệu dày, người ta thường kết hợp hai loại khí, trong khi khí Argon (Ar) là lựa chọn cần thiết cho việc hàn trên các vật liệu mỏng Khí Argon không chỉ tiết kiệm chi phí hơn khí Helium (He), mà còn tạo ra vòng cung hàn êm hơn, giúp nâng cao chất lượng mối hàn.

He và cần ít dòng chảy hơn Những yếu tố này đã làm cho Ar trở nên phổ biến hơn

Bảng 3 4 Vật liệu và khí bảo vệ tương ứng [10]

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP

Yêu cầu đề tài 25

Để sử dụng mô hình vào trong thực tế, máy cần có những yêu cầu sau:

• Độ an toàn của máy được đánh giá ở mức tốt

• Máy được sử dụng một cách ổn định

• Đáp ứng được nhu cầu cần sử dụng trong công việc

• Thao tác dễ dàng, điều khiển đơn giản.

Phương hướng thực hiện 25

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Thiết bị hàn bán tự động sẽ được thiết kế để hàn biên dạng đường giao của 2 ống vuông góc với nhau như hình dưới

Hình 4 1 Phôi hàn hình chữ T

Biên dạng đường hàn là 1 đường cong kín 3D Như vậy, khi thiết kế máy hàn bán tự động, ta cần chú ý đến khả năng quay và tịnh tiến

Hai ống được gá vuông góc trên bàn máy, với trung tâm bàn máy là trục quay được dẫn động trực tiếp bởi động cơ, giúp bàn máy quay Mỏ hàn được gắn vào hai vít me – đai ốc, mỗi vít me đai ốc được kết nối với động cơ riêng biệt Cơ cấu vít me đai ốc tạo ra chuyển động lên xuống theo phương Y của mỏ hàn, kết hợp với chuyển động xoay quanh trục của hai ống, tạo thành quỹ đạo hàn hình lượn sóng.

Phương án 1 có những ưu và nhược điểm đáng chú ý Ưu điểm của phương án này là mỏ hàn đứng yên, giúp tránh tình trạng vướng dây hàn và có kết cấu đơn giản Tuy nhiên, nhược điểm lớn là thiếu bộ điều khiển tự động, gây khó khăn trong việc xác định quỹ đạo mỏ hàn Điều này làm tăng nguy cơ khi bàn làm việc và đồ gá quay, vì không đảm bảo rằng mỏ hàn sẽ không bị vướng vào các bộ phận khác trong quá trình xoay.

So với phương án 1, phương án 2 có các điều chỉnh như sau:

• Mỏ hàn quay đồ gá đứng yên

• Ứng dụng bộ điều khiển tự động để tạo nên chuyển động lượn sóng của mỏ hàn

Để đảm bảo tốc độ hàn phù hợp, động cơ quay trục chính được lựa chọn là loại động cơ AC có hộp giảm tốc bên trong, giúp giảm tốc độ động cơ một cách hiệu quả.

• Động cơ chính và trục quay đặt ở phía trên

Hình 4 3 Phương án 2 Với các cải tiến này, phương án 2 có các ưu và nhược điểm như sau: Ưu điểm:

Dễ bố trí đồ gá cho phôi hàn hơn (vì phôi không chuyển động)

• Phải làm thêm phần gá động cơ

• Khi toàn bộ cơ cấu chuyển động sẽ rất nguy hiểm

• Sẽ khó khăn hơn trong việc lập trình điều khiển, vận hành máy

• Tăng tính phức tạp không đáng có khi sử dụng bộ điều khiển tự động

• Dễ gây hỏng các thiết bị bộ điều khiển trong khi đó giá thành của chúng rất cao, gây tổn hao chi phí cho việc thay thế, bảo trì.

TÍNH TOÁN CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Tính toán thiết kế 33

5.1.1 Tải trọng và công suất cần thiết

Tính toán công suất hệ thống:

• Hiệu suất chung: η = ηol.ηkn ηol = 0,99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn ηkn = 0,98 : Hiệu suất khớp nối trục

• Tính công suất: Để quay được phôi hàn (là 2 ống inox 304 dài 150 mm, có đường kính tối đa 42 mm, lắp vuông góc và dày 1,5 mm), cần:

Khối lượng riêng của inox 304: d = 7,93 g/cm 3

Moment quỏn tớnh của phụi: I = (ẵ).m.R 2 = (ẵ).454,04.R 2 = 17026,5 g.mm 2

Lực để quay được phôi hàn: F = I.g

1 vòng → 32 s vậy ta có số vòng quay trên 1 phút: n = 1,875 vòng/phút

9,55 10 6 = 3,279.10 -5 kW Công suất cần thiết cho động cơ

Tính toán công suất hệ thống:

• Hiệu suất chung: η = ηol.ηtv.ηkn.ηđ

34 ηol = 0,99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn ηtv = 0,9 : Hiệu suất 1 trục vít ηkn = 0,98 : Hiệu suất khớp nối trục ηđ = 0,92 : Hiệu suất bộ truyền đai

• Tính công suất [2]: Để nâng tải trọng có khối lượng của trục vít, đầu hàn và trục gá đầu hàn ước tính là khoảng 1 kg, cần:

Lực nõng cần thiết của 1 trục vớt: N = (ẵ).m.g = (ẵ).1.9,81 = 4,905 N

Lực dọc trục của trục vít: Fa = μ.N = 0,9 4,905 = 4,4145 N Đường kính trung bình ren: d2 ≥ √ 𝐹 𝑎

𝜓 𝐻 = 1,2 : Hệ số chiều cao đai ốc nguyên

𝜓 ℎ = 0,5 : Hệ số chiều cao ren hình vuông

[q] = 5 MPa : Áp suất cho phép

Như vậy, d2 = 0,68 mm → Chọn d2 = 11 mm

Momen xoắn: T = Tr + Tg = 3,85 + 1,19 = 5,04 N.mm

Moment ren: Tr = Fa.tg(γ+φ).d2/2 = 3,85 N.mm

Với, γ = 3,31 o : Góc vít φ = arctg(f) = 5,71 o : Góc ma sát (f = 0,1 : hệ số ma sát trược) Moment gối tỡ: Tg = ẳ ft.Fa.(Do + do) = 1,19 N.mm

Với, ft = 0,03 : Hệ số ma sát thay thế

Do = 24 mm; do = 12 mm : Đường kính ngoài và trong ổ lăn

1 vòng → 1,6 s vậy ta có số vòng quay trên 1 phút: n = 100 vòng/phút

9,55 10 6 = 5,277.10 -5 kW Công suất cần thiết cho động cơ

Ta có Pct nên ta cần chọn động cơ có công suất thỏa điều kiện

Công suất cần thiết cho trục quay và trục tịnh tiến là rất nhỏ, lần lượt là 3,379 x 10^-5 kW và 6,569 x 10^-5 kW Do đó, việc lựa chọn động cơ sẽ dựa trên moment xoắn cần thiết của trục quay.

Thực tế có nhiều động cơ thỏa điều kiện này Dựa vào các thông số đã cho và mục đích giảm bớt về kinh tế → Chọn động cơ Step

Hình 5.1 Động cơ Step Bảng 5 1 Thông số động cơ

Moment xoắn Góc bước Voltage/Ampe Mã sản phẩm

Bộ truyền đai thường được sử dụng trong các máy có cấu trúc đơn giản, nhưng đối với máy hàn ống tự chế với tải trọng nhỏ, việc lắp đặt bộ truyền đai theo tiêu chuẩn không cần thiết và có thể tốn kém Ngoài ra, khi cần truyền chuyển động giữa các trục ở khoảng cách xa, việc lắp đặt bộ truyền đai một cách vững chắc trên khung máy gặp nhiều khó khăn.

Chúng tôi chọn bộ truyền đai răng để giải quyết vấn đề lắp đặt dễ dàng mà không cần lực căng dây phức tạp Ngoài ra, bộ truyền này còn được sử dụng như một cơ cấu an toàn nhằm bảo vệ động cơ hiệu quả.

Hình 5.2 Bộ truyền đai răng

Chọn bộ truyền đai răng có trên thị trường:

- Số răng bánh nhỏ: z1 = 20 răng

- Số răng bánh lớn: z2 = 40 răng

- Chiều dài dây đai: L = 200 mm

- Chiều rộng răng bánh đai: B = 5 mm

5.1.4 Bộ truyền vít me - đai ốc Để chuyển đổi chuyển động xoay từ động cơ thành chuyển động tịnh tiến cho đầu hàn, bộ truyền vít me đai ốc được lựa chọn Tuy với cùng chức năng nhưng các cơ cấu cơ khí khác (như cơ cấu cam, tay quay - con trược…) gây khó khăn hơn trong khâu tính toán, thiết kế và lắp đặt

Hình 5.3 Vít me – đai bi

Hình 5.4 Kích thước của trục vít me

Bảng 5 2: Thông số kich thước trục vít me

∅d (mm) L (mm) Bước tiến I (mm) Chiều quay

Hình 5.5 Kích thước của đai ốc

Bảng 5 3: Thông số kích thước đai ốc d I D A E B L W H Q

Khi trục vít me di chuyển tịnh tiến để điều chỉnh góc hàn, khoảng cách giữa hai đầu sẽ thay đổi, do đó độ dài của trục gá đầu hàn gắn vào hai trục vít me cũng cần điều chỉnh Việc áp dụng thanh trượt và bạc trượt sẽ giúp giải quyết vấn đề này hiệu quả.

Hình 5.6 Thanh trượt – bạc trượt

Kí hiệu D (mm) d (mm) B (mm)

Khi lựa chọn khung máy nhỏ gọn, cần chú ý đến việc bố trí và lắp đặt các chi tiết sao cho hợp lý, tránh việc đặt quá gần nhau để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành và dễ dàng sửa chữa khi gặp sự cố Kích thước lý tưởng cho khung máy được đề xuất là 60mm x 30mm x 40mm.

Hình 5.10 Bản vẽ mỏ hàn

Mô hình máy hàn ống 3 trục 40

Hình 5.12 Mô hình thực tế

GIA CÔNG CHẾ TẠO CHI TIẾT

Phân tích các chi tiết gia công 46

Với mô hình máy hàn ống 3 trục, những chi tiết cần được gia công gồm:

6.1.1 Phân tích vật liệu chi tiết gia công

- Vật liệu: Đồng thau (loại LCuZn40Pb1)

+ L: chỉ ký hiệu của đồng thau

- Độ cứng: HB = 120 kg/mm 2

+ C: chỉ ký hiệu của thép

+ Tạp chất: P, S, Mn, Cr, Ni ≤ 1%

- Vật liệu: Gang xám (loại GX15-32)

+ GX: chỉ ký hiệu của gang xám

+ Còn lại là sắt (Fe)

6.1.2 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc

- Chức năng: được lắp đặt vào máy; dùng để gắn Tungsten, chụp sứ và dẫn khí trơ khi hàn

Bảng 6 1 Phân tích chức năng của đầu hàn

Ren M6 (1): được dùng để gắn chụp sứ, thường sử dụng loại M6x1

Lỗ 7 (2): Là lỗ dẫn khí cùng với điện cực Tungsten ra ngoài

Lỗ 3 (3): Là lỗ mà cùng với ren M4 dùng để gá Tungsten

Ren M16 (4): Được dùng để gắn ống dẫn khí Thường sử dụng loại M16x1,5

Ren M4 (5): Được dùng để cố định Tungsten vào đầu hàn (lỗ phải); dùng để gá đầu hàn vào máy (lỗ trái) Thường sử dụng loại M4x0,7

Ren M5 (6): Được dùng để chặn khí hàn không tràn ra Thường sử dụng loại M5x0,8

- Chức năng: dùng để gá đặt phôi

Bảng 6 2 Phân tích chức năng của đồ gá phôi

Bàn xoay Gắn với trục xoay và khối chữ V

Lỗ 4 (1): dùng để lắp với trục xoay thông qua bulông

Lỗ 5 (2): dùng để lắp với khối chữ V

Trục đỡ Gắn với bàn máy và đầu vịn

Lỗ 5 (1): dùng để lắp với đầu vịn

Lỗ 6 (2): dùng để lắp với bàn máy Đầu vịn Gắn với trục đỡ và gá phôi hàn

Lỗ 34 (1): dùng để lắp với phôi hàn Ren M5x0.8 (1): dùng để lắp với trục đỡ

- Chức năng: là khung lắp đặt các chi tiết, thiết bị cho mô hình

Bảng 6 3 Phân tích chức năng của bàn máy

Lỗ 62 (1): dùng để lắp ổ lăn

Ren M6x1 (2): dùng để gắn với trục đỡ.

Xác định dạng sản xuất 49 Dạng sản xuất 50 6.3 Chọn phôi và xác định phương pháp tạo phôi 50 6.3.1 Chọn phôi

Mô hình máy hàn ống 3 trục đang trong giai đoạn thiết kế và phát triển, nhằm thử nghiệm tính thực tiễn của đề tài Dự kiến, khi hoàn thiện, sản lượng sản xuất trong một năm sẽ đạt 100 sản phẩm.

Theo HD TKĐA, ta có:

N: số chi tiết thực tế được sản xuất trong một năm

N1: là sản lượng trong một năm theo kế hoạch

 = 3 - 6% : số % chi tiết phế phẩm

 = 5 - 7% : số % chi tiết dự phòng trong quá trình chế tạo

- Khối lượng sản phẩm được xác định trên phần mềm Inventor

• Xác định dạng sản xuất

Q – Trọng lượng của chi tiết

Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc) Đơn chiếc < 5 < 10 < 100

Bảng 6 4 Bảng phân loại định dạng sản xuất

Dựa trên kết quả tính toán và việc tham khảo bảng xác định dạng sản xuất, chúng tôi kết luận rằng sản phẩm được sản xuất theo hình thức hàng loạt nhỏ.

6.3 Chọn phôi và xác định phương pháp tạo phôi

- Dựa vào đặc điểm của các phương pháp tạo phôi, ta chọn phôi đúc vì:

+ Giá thành chế tạo vật đúc rẻ

+ Thiết bị đầu tư ở phương pháp này tương đối đơn giản, cho nên đầu tư thấp

+ Phù hợp với sản xuất hàng loạt lớn hoặc hàng khối

+ Độ nhám bề mặt, độ chính xác sau khi đúc có thể chấp nhận để có thể tiếp tục gia công tiếp theo

6.3.2 Xác định phương pháp tạo phôi

* Đúc trong khuôn cát – mẫu kim loại, làm khuôn bằng máy

Khi công việc làm khuôn được thực hiện bằng máy, độ chính xác cao hơn nhiều so với phương pháp đúc trong khuôn cát hay mẫu gỗ Tuy nhiên, chi phí cho việc tạo khuôn bằng máy sẽ cao hơn do giá thành sản xuất khuôn cũng tăng.

+ Cấp chính xác của phôi: IT15 ÷ IT16

+ Độ nhám bề mặt: Rz = 80m

Chất lượng bề mặt của chi tiết được cải thiện hơn so với phương pháp đúc bằng mẫu gỗ, cho phép đúc các chi tiết có hình dạng phức tạp Phương pháp này cũng đạt năng suất phù hợp cho sản xuất loạt nhỏ và vừa.

Để đáp ứng các yêu cầu chi tiết và đảm bảo tính kinh tế cho sản xuất hàng khối, phương pháp chế tạo phôi đúc trong khuôn cát sẽ được lựa chọn Sử dụng mẫu kim loại làm khuôn bằng máy là giải pháp tối ưu cho quy trình này.

+ Cấp chính xác đúc là cấp II (Theo HD TKĐA trang 23)

Thiết kế quy trình công nghệ 51 1 Mục đích

- Xác định các phương án gia công hợp lý nhằm đạt được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết

6.4.2 Chọn phương án gia công các bề mặt

- Dựa vào hình dáng và các yêu cầu của chi tiết, lựa chọn các phương án gia công: phay, khoan, tiện, taro

Để gia công chi tiết với yêu cầu vị trí chính xác của các lỗ trên bề mặt, cần lựa chọn chuẩn tinh thống nhất, bao gồm một mặt phẳng và hai lỗ Điều này sẽ giúp định vị sáu bậc tự do, đảm bảo vị trí tương quan giữa các bề mặt và các lỗ.

• Đầu hàn: Chọn mặt trụ 20 làm chuẩn tinh thống nhất

+ Bàn xoay: Chọn biên dạng 200 làm chuẩn tinh thống nhất

+ Trục đỡ: Chọn mặt cạnh 50 mm làm chuẩn tinh thống nhất

+ Đầu vịn: Chọn mặt cạnh 50 mm làm chuẩn tinh thống nhất

• Bàn máy: Lỗ 62 làm chuẩn tinh thống nhất.

Tính toán chế độ cắt 51 1 Đầu hàn

52 Định vị: Chi tiết định vị 4 bậc tự do

Kẹp chặt: Kẹp bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm, phương chiều như hình vẽ

Chọn máy: Chọn máy tiện T616

- Công suất động cơ : 4,5 kW

- Số cấp tốc độ trục chính: 12

- Tốc độc trục quay chính: 44-1980

- Góc quay lớn nhất của bàn dao: 45 o

- Phạm vi bước tiến: 0,0082 – 15,9 mm/vòng

Chọn dao: Chọn dao tiện có gắn mảnh hợp kim cứng BK6

- Thông số: H = 25mm, B = 16mm, L = 140mm, m = 6mm, a = 16mm, r = 1mm

- Góc trước lưỡi cắt chính: γ = 10 o

- Góc sau lưỡi cắt chính và phụ: α = 10 o

- Góc nghiêng lưỡi cắt chính: λ = 10 o

Tra chế độ cắt và tính thời gian nguyên công:

- Lượng chay dao: S = 0,3 mm/vòng

- Vận tốc cắt: Đối với phương pháp tiện ta có

T = 40 phút : chu kỳ bền của dao t : chiều sâu cắt mm

S : lượng ăn dao đã chọn mm

Kv = Kmv.Knv.Kuv = 1,701 : hệ số điều chỉnh tốc độ cắt

Kmv = 0,7: hệ số vật liệu gia công (hợp kim đồng, HB = 100 ~ 140)

Knv = 0,9 : hệ số tình trạng bề mặt phôi

Kuv = 2,7 : hệ số vật liệu dụng cụ

Px = 0 N; Py = 0 N (Đồng thau - hợp kim đồng có HB = 120)

- Số vòng quay tính toán: nt = 1000.𝑉 𝑡

- Chọn số vòng quay theo máy, trước hết tìm công bội φ:

44 = 45 Ứng với 𝜑 12 = 64 (gần bằng 45) ra được φ = 1,41

44 = 65 Vậy số vòng quay là: 44 x 64 = 2816 vòng/phút

- Tính vận tốc thực tế: 𝑉 𝑡𝑡 = 𝑛 𝑚 𝜋𝐷

- Công suất máy cần thiết: Nc = 𝑃 𝑍 𝑣

So sánh: Nc = 1,05 kW < Nm = 4,5 kW Như vậy, số vòng quay thiết lập trên máy là: nm = 3000 vòng/phút (bảng 9-21, [5])

❖ NGUYÊN CÔNG 2: TIỆN TRỤ BIÊN DẠNG VÀ REN M10 Định vị: Chi tiết định vị 4 bậc tự do

- Dụng cụ đo: Thước kẹp 1/50 và đai ốc tiêu chuẩn M10x1,25

Chia bước: Nguyên công này được chia thành 2 bước Tiện thô Z = 1,5 mm và tiện ren M10x1,25

44 = 43,68 Vậy số vòng quay là: 44 x 45,22 = 1989,68 vòng/phút

- Lượng chạy dao: S = 0,25 mm/vòng

- Vận tốc cắt: Đối với phương pháp tiện ren ta có (bảng 5-49, [5])

T = 90 phút : chu kỳ bền của dao i = 3: bước cắt ren

57 Ứng với 𝜑 12 = 64 (gần bằng 45) ra được φ = 1,41

44 = 1,1 Vậy số vòng quay là: 44 x 2 = 88 vòng/phút

- Tính thời gian gia công

Công thức tính thời gian cơ bản theo công thức:

1,25.100 = 0,8 phút l = 100 mm : chiều dài bề mặt gia công i = 1 : số lần chuyển dao

Tổng thời gian cho 2 bước là: To = 0,11 + 0,8 = 0,91 phút

Chọn dao: Mũi khoan ruột gà thép gió đuôi trụ: 7, tuổi bền T = 35 phút

- Dụng cụ đo: Thước kẹp cơ 1/50

Chia bước: Ở bước công nghệ này ta sẽ chia làm 1 bước, khoan lỗ sâu 70 mm và đạt 7 Tra chế độ cắt và tính thời gian nguyên công:

- Vận tốc cắt Vb = 31,5 m/phút

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, liên quan đến chu kỳ bền của dao, nhằm đảm bảo tuổi bền thực tế gấp đôi tuổi bền trong sổ tay; k3 = 1, phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, thể hiện sự ảnh hưởng của trạng thái bề mặt phôi; và k5 = 1, liên quan đến chiều rộng cần gia công.

- Vậy tốc độ tính toán là: Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 = 30,16 m/phút

97 = 14,02 Ứng với 𝜑 23 = 14,24 (gần bằng 14,02) ra được φ = 1,12

97 = 9,45 Vậy số vòng quay thực tế của máy là: 97 x 10,08 = 977,76 vòng/phút

1000 = 21,49 (m/phút) Công suất cắt khi khoan Nc = 1 kW (Bảng 5 - 92)

So sánh: Nc = 1 kW < Nm = 2,8 kW Như vậy, số vòng quay thiết lập trên máy là: nm = 1000 vòng/phút (bảng 9-21, [5])

- Tính thời gian gia công: Theo bảng 4.8, công thức tính thời gian cơ bản khi khoan lỗ theo công thức:

L mm là chiều dài cần khoan

Với góc nghiêng của lưỡi cắt chính 𝜑 = 60°, lấy L1 = 5 mm và L2 = 2 mm, ta có thời gian cơ bản như sau:

❖ NGUYÊN CÔNG 4: KHOAN LỖ 3 VÀ TARO

- Dụng cụ đo: Bu lông tiêu chuẩn M5x0,8 và thước kẹp 1/50

Chia bước: Ở bước công nghệ này ta sẽ chia làm 2 bước, đầu tiên là khoan lỗ suốt đạt 3, cuối cùng là taro M5x0,8 với độ sâu là 10 mm

- Vận tốc cắt Vb = 30 m/phút

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc trong gia công bao gồm: k1 = 1, phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, phản ánh chu kỳ bền của dao, với mục tiêu tăng tuổi bền thực tế gấp đôi so với thông số trong sổ tay; k3 = 1, liên quan đến mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi; và k5 = 1, liên quan đến chiều rộng cần gia công.

97 = 8,4 Vậy số vòng quay thực tế của máy là: 97 x 10,08 = 977,76 vòng/phút

1000 = 9,22 (m/phút) Công suất cắt khi khoan Nc = 1,1 kW (Bảng 5 - 92)

- Lượng chạy dao: S = 2 mm/vòng

- Vận tốc cắt: Vb = 1,1 m/phút

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, thể hiện chu kỳ bền của dao, nhằm đạt tuổi bền thực tế cao gấp đôi so với tuổi bền ghi trong sổ tay; k3 = 1, liên quan đến mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, phản ánh trạng thái bề mặt của phôi; và k5 = 1, liên quan đến chiều rộng phay.

- Vậy tốc độ tính toán Vt = 1,1 x 0,8 2 = 0,704 m/phút

- Số vòng quay tính toán là: nt = 1000.𝑉 𝑡

97 = 0,46 Vậy số vòng quay thực tế của máy khoan 2H135 là: 97 x 1,26 = 122,22 vòng/phút

Như vậy, số vòng quay thiết lập trên máy là: nm = 140 vòng/phút (bảng 9-21, [5])

0,22.2188,32 = 0,04 phút Thời gian cơ bản 3 bước là: T0 = 0,07 + 0,04 + 0,19 = 0,3 phút

❖ NGUYÊN CÔNG 4: KHOAN VÀ TARO M4x0,7 VÀ M16x1,5 Định vị: Chi tiết định vị 5 bậc tự do

+ Chi tiết được định vị hạn chế 3 bậc tự do bằng mặt phiến tỳ

+ Kẹp 2 bên chi tiết để hạn chế 2 bậc tự do

Kẹp chặt: Kẹp bằng cơ cấu kẹp liên động, phương chiều như hình vẽ

Chọn máy: Chọn máy khoan K125, công suất 2,8kW, 9 cấp tốc độ trục chính 97 ÷ 1360 vòng/phút, 9 cấp chạy dao 0,1 ÷ 0,81 mm/vòng (Bảng 4.1 trang 46 – HD TKĐA)

- Dụng cụ đo: Bu lông tiêu chuẩn M4x0,7 và M16x1,5

Chia bước: Ở bước công nghệ này ta sẽ chia làm 4 bước, đầu tiên là khoan lỗ đạt 14, tiếp theo khoan 2 lỗ 2, sau đó là taro M16x1,5 và taro M4x0,7

- Vận tốc cắt Vb = 31,5 m/ phút

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc trong gia công là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của dụng cụ Cụ thể, hệ số k1 = 1 phản ánh sự phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu, với hợp kim đồng có độ cứng HB = 120 Hệ số k2 = 0,8 cho thấy chu kỳ bền của dao, nhằm nâng cao tuổi bền thực tế gấp đôi so với thông số trong sổ tay Hệ số k3 = 1 liên quan đến mác hợp kim cứng của dao, trong khi k4 = 0,8 phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi Cuối cùng, hệ số k5 = 1 thể hiện sự phụ thuộc vào chiều rộng phay, góp phần vào việc tối ưu hóa quá trình gia công.

97 = 11,81 Vậy số vòng quay của máy khoan 2H135 là: 97 x 11,28 = 1094 vòng/phút

1000 = 48,09 (m/phút) Công suất cắt khi khoan Nc = 1kW (Bảng 5 - 92 sổ tay CNCTM trang 86)

- Vận tốc cắt Vb = 30,15 m/phút

- Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc: k 1 =1: hệ số điều chỉnh phụ thuộc độ cứng, vì độ cứng vật liệu gia công là hợp kim đồng có HB = 120

Hệ số điều chỉnh cho tuổi bền của dao được xác định như sau: k2 = 0,8, cho thấy hệ số này phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao, với mục tiêu tuổi bền thực tế cao gấp 2 lần so với tuổi bền trong sổ tay Hệ số k3 = 1, phản ánh sự phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao Hệ số k4 = 0,8 cho thấy sự ảnh hưởng của trạng thái bề mặt phôi, trong khi k5 = 1 chỉ ra rằng hệ số này phụ thuộc vào chiều rộng cần gia công.

97 = 31,66 Vậy số vòng quay của máy khoan 2H135 là: 97 x 32 = 3104 vòng/phút

1000 = 19,5 (m/phút) Công suất cắt khi khoan Nc = 1,1 kW (Bảng 5 - 92)

Bước 3: Tra chế độ cắt khi taro M16 x 1,5

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc trong gia công bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, thể hiện chu kỳ bền của dao, nhằm đạt tuổi bền thực tế gấp đôi so với tuổi bền trong sổ tay; k3 = 1, liên quan đến mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi; và k5 = 1, phản ánh chiều rộng phay.

- Vậy tốc độ tính toán Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 = 0,88 m/phút

- Cũng bằng cách tìm công bội 𝜑 như trên, ta được: nm = 122 vòng/phút

Bước 4: Tra chế độ cắt khi taro M4 x 0,7

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, điều chỉnh theo chu kỳ bền của dao nhằm đạt tuổi bền thực tế gấp đôi tuổi bền ghi trong sổ tay; k3 = 1, phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, điều chỉnh theo trạng thái bề mặt phôi; và k5 = 1, phụ thuộc vào chiều rộng phay.

- Vậy tốc độ tính toán Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 = 0,88 m/phút

- Cũng bằng cách tìm công bội 𝜑 như trên, ta được: nm = 122 vòng/phút

2.122 = 0,09 phút Thời gian cơ bản 4 bước là: T0 = 0,06 + 0,09 + 2.0,04 + 2.0,09 = 0,41 phút

❖ NGUYÊN CÔNG 1: TIỆN MẶT TRỤ 150 Định vị: Chi tiết định vị 5 bậc tự do

Chọn dao: Chọn dao tiện lỗ có gắn mảnh hợp kim cứng T15K6

- Dụng cụ đo: Thước kẹp 1/50

Chia bước: Nguyên công này được chia thành 1 bước Tiện thô Z = 5 mm

- Lượng chạy dao: S = 0,3 mm/vòng

190) 𝑛 𝑣 = 0,88 : hệ số vật liệu gia công (nv = 1)

Kuv = 1 : hệ số vật liệu dụng cụ cắt

44 = 8,16 Vậy số vòng quay là: 44 x 11,28 = 496,32 vòng/phút

- Công suất máy cần thiết:

- Tính thời gian gia công

Công thức tính thời gian cơ bản khi khoan lỗ theo công thức:

0,3.352 = 0,05 phút l = 5 mm : chiều dài bề mặt gia công i = 1 : số lần chuyển dao

❖ NGUYÊN CÔNG 2: KHOAN LỖ 4 VÀ 7 Định vị: Chi tiết định vị 5 bậc tự do

Chọn máy: Chọn máy khoan K125, công suất 2,8 kW, 9 cấp tốc độ trục chính 97 ÷ 1360 vòng/phút, 9 cấp chạy dao 0,1 ÷ 0,81 mm/vòng

Chọn dao: Mũi khoan ruột gà thép gió đuôi trụ: 4 mm, tuổi bền T = 20 phút

- Dụng cụ đo: Bu lông tiêu chuẩn M5x0,8

Chia bước: Ở bước công nghệ này ta sẽ chia làm 2 bước, đầu tiên là khoan lỗ suốt đạt 4, cuối cùng là khoan lỗ 7

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc bao gồm: k1 = 1, phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, liên quan đến chu kỳ bền của dao, nhằm đạt tuổi bền thực tế cao gấp 2 lần so với tuổi bền trong sổ tay; k3 = 1, phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, liên quan đến trạng thái bề mặt phôi; và k5 = 1, phụ thuộc vào chiều rộng phay.

97 = 10,5 Vậy số vòng quay của máy khoan 2H135 là: 97 x 11,28 = 1094,16 vòng/phút

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, chỉ ra rằng tuổi bền thực tế của dao cần gấp đôi tuổi bền ghi trong sổ tay; k3 = 1, liên quan đến mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi; và k5 = 1, thể hiện sự ảnh hưởng của chiều rộng phay.

97 = 21,01 Vậy số vòng quay thực tế của máy khoan 2H135 là: 97 x 16 = 1552 vòng/phút

Thời gian cơ bản 2 bước là: T0 = 4.(0,06 + 0,04) = 0,4 phút

❖ NGUYÊN CÔNG 1: PHAY BIÊN DẠNG NGOÀI

+ Chi tiết được định vị 3 bậc tự do qua mặt đáy bằng phiến tỳ

+ Kẹp chặt 2 mặt bên để định vị 2 bật tự do

Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng cơ cấu ren, phương chiều như hình vẽ

+ Công suất động cơ: N = 7 kw

+ Phạm vi tốc độ trục chính n = 30 ÷ 1500 vòng/phút

Chọn dao: chọn dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim cứng Các thông số của dao: Đường kính dao: D = 90 mm; số răng Z ; Vật liệu BK8

Dụng cụ đo: Thước kẹp dài 150mm, độ chính xác 0,05

Chia bước: Nguyên công này được chia thành 1 bước: phay thô Z = 4 mm

- Lượng chạy dao răng: S z = 0,18 mm/răng

- Tốc độ cắt: V b = 181 m/phút Trị số này tương ứng với chiều sâu cắt t = 3,5 mm

Các hệ số hiệu chỉnh trong gia công cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và tuổi thọ của dụng cụ Hệ số k1 = 0,89 phản ánh độ cứng của gang với độ cứng HB = 200 Hệ số k2 = 0,8 liên quan đến chu kỳ bền của dao, đảm bảo tuổi bền thực tế gấp đôi so với thông số trong sổ tay Hệ số k3 = 1 chỉ ra rằng mác hợp kim cứng của dao không ảnh hưởng đến điều chỉnh Hệ số k4 = 0,8 thể hiện sự phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi, trong khi hệ số k5 = 1 khẳng định rằng chiều rộng phay không làm thay đổi hiệu chỉnh.

Vậy tốc độ tính toán là: Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 = 103 m/phút

- Số vòng quay của trục chính theo tốc độ tính toán là:

Ta chọn số vòng quay theo máy nm, trước hết tìm công bội 𝜑:

30 = 50 Ứng với 𝜑 18 có giá trị 64 gần với 50 tương ứng 𝜑 = 1,26 (Bảng 4.7, trang 58 HD TKĐA)

30 = 12,14 Theo bảng 4.1 ứng với 𝜑 = 1,26 ta có giá trị 𝜑 11 = 12,64 gần với 12,14

Vậy số vòng quay theo máy là: nm = 30 x 12,64 = 380 vòng/phút

Như vậy, tốc độ cắt thực tế sẽ là:

1000 = 107,39 m/phút Lượng chạy dao phút: S ph = 𝑛 𝑆 𝑧 𝑍 = 380.0,18.10 = 684 𝑚𝑚/𝑝ℎú𝑡

Lượng chạy dao của máy được xác định trong khoảng Sm = 35 ÷ 980 mm/phút Tuy nhiên, với lượng chạy dao 684 mm/phút, tốc độ này quá nhanh cho bề mặt gia công nhỏ Do đó, lựa chọn tối ưu cho tốc độ chạy dao là Sph = 270 mm/phút.

- Công suất cắt khi phay thô: Với chi tiết là gang xám có độ cứng 200HB, ta có công suất cắt

So sáng Nc = 4,6kW < Nm = 7kW

Tính thời gian gia công khi phay thô:

L = 50 (chiều dài bề mặt gia công)

L 1 = 0,5D + 3mm = 0,5.90 + 3 = 48 mm (chiều dài ăn dao)

Chọn L 2 = 5 mm (chiều dài thoát dao)

Chế độ cắt khi phay thô: t = Z = 4 mm; Sph = 325 mm/phút; nm = 380 vòng/phút; N = 4,6 Kw

Kẹp chặt được thực hiện bằng cơ cấu kẹp liên động với bạc dẫn hướng, theo phương chiều như trong hình vẽ Để thực hiện công việc, máy khoan K125 với công suất 2,8 kW được lựa chọn, có 9 cấp tốc độ trục chính từ 97 đến 1360 vòng/phút và 9 cấp chạy dao từ 0,1 đến 0,81 mm/vòng.

Chia bước: Ở bước công nghệ này ta sẽ chia làm 2 bước, đầu tiên là khoan lỗ suốt đạt 4, cuối cùng là taro M5x0,8

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc trong gia công vật liệu bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của hợp kim đồng với HB = 120; k2 = 0,8, liên quan đến chu kỳ bền của dao, nhằm đạt tuổi bền thực tế gấp 2 lần so với thông số trong sổ tay; k3 = 1, phụ thuộc vào mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, ảnh hưởng bởi trạng thái bề mặt phôi; và k5 = 1, liên quan đến chiều rộng phay.

Công suất cắt khi khoan Nc = 1 kW (Bảng 5 - 92)

So sánh: Nc = 1 kW < Nm = 2,8 Kw Như vậy, số vòng quay thiết lập trên máy là: nm = 1200 vòng/phút (bảng 9-21, [4])

❖ NGUYÊN CÔNG 3: KHOAN LỖ 4 VÀ TARO M5x0.8 Định vị: Chi tiết định vị 5 bậc tự do

Chọn máy: Chọn máy khoan K125, công suất 2,8 kW, 9 cấp tốc độ trục chính 97 ÷ 1360 vòng/phút, 9 cấp chạy dao 0,1 ÷ 0,81 mm/vòng

Chia bước: Ở bước công nghệ này ta sẽ chia làm 2 bước, đầu tiên là khoan lỗ suốt đạt 4, cuối cùng là taro M5x0,8

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc bao gồm: k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu gia công là hợp kim đồng với độ cứng HB = 120; k2 = 0,8, thể hiện chu kỳ bền của dao, với mục tiêu tăng tuổi bền thực tế gấp đôi so với thông số trong sổ tay; k3 = 1, liên quan đến mác hợp kim cứng của dao; k4 = 0,8, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi; và k5 = 1, liên quan đến chiều rộng phay.

Các hệ số hiệu chỉnh vận tốc trong gia công bao gồm k1 = 1, phản ánh độ cứng của vật liệu hợp kim đồng với độ cứng HB = 120, và k2 = 0,8, thể hiện chu kỳ bền của dao, nhằm tăng tuổi bền thực tế gấp đôi so với thông số trong sổ tay.

THỬ NGHIỆM

Tổng Quan Mô Hình 90

Hình 7.1 Tổng quan mô hình máy hàn

Các bước thực hiện thí nghiệm 90

Bước 1: Gá phôi lên máy

Hình 7.2 Gá đặt phôi Bước 2: Tính toán tọa độ hàn

Hình 7.3 Tính toán tọa độ hàn Bước 3: Gắn các thiết bị cần thiết vào máy (nối khí, nguồn hàn )

Hình 7.4 Gắn các thiết bị

Bước 5: Chạy thử chương trình (không có lệnh kích hàn) để quan sát mỏ hàn với biên dạng 3D

Hình 7.6 Kiểm tra biên dạng hàn

Bước 6: Bắt đầu kích hàn

Sử dụng lệnh M3 kích hàn chèn vào đầu chương trình để kích hàn.

Tiêu đề	Chế Tạo Mô Hình Máy Hàn Ống 3 Trục
Tác giả	Đỗ Ngọc Hào, Huỳnh Văn Nhật, Phạm Minh Khôi
Người hướng dẫn	ThS. Hồ Xuân Thành
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	144
Dung lượng	8,48 MB