Chế tạo mô hình máy hàn đâu mí ống gân

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nên các công cụ lao động, công cụ sản xuất, máy móc, trang thiết bị đang dần cải tiến và được phát triển để phục vụ nhiều hơn cho con người vì thế nhu cầu sản xuất là rất lớn Trong đó nghề hàn có vai trò rất quan trọng trong việc việc sản xuất hàng hoá Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới nhu cầu về nhân lực nghề hàn đang ở mức rất cao Đã có rất nhiều công nghệ hàn được nghiên cứu và phát triển để giải quyết các vấn đề về nguồn nhân lực cũng như về an toàn lao động và cải thiện chất lượng sản phẩm Hàn quỹ đạo (Orbital Welding) đã và đang là một công nghệ mà rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu và phát triển Trải qua nhiều quá trình nghiên cứu và cải tiến, công nghệ hàn quỹ đạo đã có nhiều sản phẩm được bán trên thị trường và ngày càng đa dạng hơn

Việt Nam cũng đã bắt đầu nghiên cứu thiết kế và cũng có một số công trình nhưng tính ổn định và độ chính xác vẫn đang nghiên cứu và phát triên cụ thể là tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã có những công trình nghiên cứu và chế tạo đầu hàn quỹ đạo nhằm đưa vào ứng dụng Vào năm 2020 có một nhóm sinh viên tại trường đã dựa trên các phiên bản đầu hàn quỹ đạo hệ kín có sẵn để đưa ra hướng thiết kế cải tiến nhằm tạo ra sản phẩm tốt hơn

Nhu cầu về hàn trong lắp đặt và sửa chữa các đường ống công nghiệp ngày càng tăng cao nhưng lại bị hạn chế bởi nguồn nhân lực có tay nghề cao, không đảm bảo được việc hàn các đường ống hàng loạt với chất lượng mối hàn đồng đều Mặt khác, ngày nay công nghệ hàn quỹ đạo chủ yếu được áp dụng để hàn nối các ống trụ trơn inox, sắt, thép… chưa có sự đa dạng về bề mặt chi tiết Từ đó, chúng em thấy cần phải cải tiến và đa dạng đối tượng của công nghệ hàn quỹ đạo để nâng cao công nghệ cũng như đáp ứng vào nhu cầu sản xuất thực tế nên nhóm đã lựa chọn “ống gân’’ để làm đối tượng nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.2.1 Ý nghĩa khoa học Đề xuất phương pháp cải tiến hoàn thiện mô hình máy hàn quỹ đạo áp dụng cho đối tượng là ống gân

Tạo điều kiện tiền đề cho người nghiên cứu áp dụng các kiến thức, kỹ năng đã học và thực tập vào đời sống thực tiễn Phát triển sản phẩm và ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác có liên quan

Là một hướng nghiên cứu trong việc ứng dụng công nghệ hàn quỹ đạo vào hàn nối các chi tiết

Kết quả thu được sau khi chế tạo thành công mô hình có thể đem vào sản xuất giúp gia tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm Có thể hàn nối các đối tượng có vật liệu và kích thước phù hợp

Giảm bớt yêu cầu đòi hỏi về tay nghề

Tạo môi trường làm việc an toàn, bảo vệ sức khỏe của người lao động.

Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu chức năng, nguyên lý, cơ cấu điều khiển và mô hình của máy hàn ống gân Thiết kế, chế tạo các chi tiết và nguyên lý của máy dựa trên mô hình các máy hàn Orbital có trên thị trường để phù hợp hơn với thực tiễn, ứng dụng được vào sản xuất

Tìm kiếm tài liệu, nghiên cứu liên quan đến về hàn Tig, hàn quỹ đạo

Chế tạo máy hàn ống gân có đường kính < 100mm bằng phương pháp hàn quỹ đạo

Khảo sát các mô hình hàn quỹ đạo hệ kín hiện có

Lên phương án thiết kế cụm kẹp giữ ống phù hợp với đối tượng là ống gân

Mô hình hóa thiết kế 3D bằng phần mềm Creo Parametric và sử dụng phần mềm để mô phỏng chuyển động và hoàn chỉnh thiết kế cho máy Gia công chế tạo một số chi tiết quan trọng để hoàn thiện thiết bị

Thực nghiệm và đánh giá các thông số hàn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Ống gân hay còn được gọi là ruột gà, nó là phần thân của khớp nối mềm Đuợc thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng đường ống chịu va đập, hấp thụ các rung động cơ học và chịu giãn nở vì nhiệt trong hệ thống ống

Vật liệu hàn ống gân inox 304 đường kính ống ∅60 mm

- Công nghệ hàn Orbital kín

- Cải tiến thiết kế từ sản phẩm trước

- Chế tạo thêm các chi tiết đồ gá ống của bộ hàn có khả kẹp ổn định trong quá trình làm việc.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các cơ cấu như cơ cấu truyền động bánh răng, động cơ truyền động Từ đó, có sự bao quát đúng đắn trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo máy hàn đâu mí ống gân

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu khác

Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới kỹ thuật hàn quỹ đạo Đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài Quan sát các sản phẩm đầu hàn quỹ đạo từ các phiên bản trước, cụ thể là sản phẩm được nghiên cứu và cải tiến thiết kế tại Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

Phương pháp mô hình hóa: Xây dựng mô hình 3D bằng phần mềm Creo Parametric Gia công, chế tạo ra phẩm là mục tiêu chính của đề tài, là cơ hội để áp dụng các kiến thức đã học và thực tập là thách thức với những kiến thức mới mà thực tiễn đòi hỏi đặt ra

Phương pháp phân tích thực nghiệm: Dựa trên các kết quả thu được trong thực nghiệm

4 lựa chọn được thông số hàn phù hợp.

Kết cấu của Đồ Án Tốt Nghiệp

Đồ Án Tốt Nghiệp “CHẾ TẠO MÁY MÔ HÌNH HÀN ĐÂU MÍ ỐNG GÂN” bao gồm 7 chương Chương 1 giới thiệu đề tài Chương 2 đề cập về hàn Orbital Chương 3 trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến bánh răng, động cơ, Xilanh Chương 4 đưa ra phương hướng và lựa chọn các phương án thiết kế Chương 5 trình bày các thiết kế về đầu hàn và bộ phận gá kẹp và hệ thống khí nén được sử dụng Chương 6 quá trình chế tạo và lắp ráp Chương

7 trình bày cách vận hành máy Cuối cùng là đánh giá kết luận và đưa ra những cải tiến

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Tổng quan về công nghệ hàn quỹ đạo

Công nghệ hàn quỹ đạo là một quá trình hàn liên tục, đường hàn xoay tròn 360 độ nhờ điện cực được quay tròn qua kết cấu cơ khí

Các đầu hàn quỹ đạo hệ khép kín và được bơm đầy bởi khí trơ trong suốt quá trình hàn để tránh sự oxy hoá bên trong đường ống

Mỗi đầu mối hàn đều tương thích với các dải kích cỡ khác nhau, được thực hiện bằng cách thay đổi các khuôn kẹp ống để phù hợp với đường kính của ống ở cả hai mặt của đầu ống cần hàn hoặc bằng với đường kính nhỏ hơn nữa, người ta có thể thay đổi cả cụm kết cấu kẹp ống

Có các yếu tố có thể có ảnh hưởng tới kết quả hàn bao gồm chiều khoảng cách từ điện cực đến chi tiết hàn, cường độ, tần số lặp các xung của dòng hàn, tốc độ hàn, khí trơ bảo vệ, vật liệu, quá trình chuẩn bị hàn

Hàn bằng máy hàn quỹ đạo không yêu cầu thợ hàn tham gia trực tiếp vào quá trình hàn Máy hàn quỹ đạo có thể tạo ra hàng ngàn mối hàn đồng nhất bằng cách lặp lại quá trình hàn theo một quy trình được lập trình sẵn

Hàn quỹ đạo sử dụng quy trình hàn TIG (Tungsteng Inert Gas) hay còn gọi là GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) làm nguồn cung cấp hồ quang điện từ đó làm nóng chảy vật liệu cơ bản và tạo thành mối hàn Trong GTAW, hồ quang điện được tạo từ giữa điện cực Wolfram và đối tượng hàn Để bắt đầu hồ quang, tín hiệu RF hoặc tín hiệu điện áp cao sẽ ion hóa khí che chắn để tạo ra một đường dẫn cho dòng điện mối hàn Một tụ điện đẩy dòng điện vào hồ quang làm giảm điện áp hồ quang đến một điểm nhất định nơi mà nguồn điện có thể điều hòa được Nguồn điện này đáp ứng được nhu cầu và cung cấp dòng điện để duy trì hồ quang

Hàn Orbital là một quá trình hàn tự động và liên tục, đường hàn xoay tròn 360 o nhờ điện cực được quay tròn qua kết cấu cơ khí Chi tiết được hàn là phôi dạng ống Trong quá trình hàn quỹ đạo, hai đầu ống được đặt tiếp xúc với nhau và được cố định trong khi điện cực sẽ được quay bởi đầu hàn di chuyển theo quỹ đạo của ống ngay tại vị trí tiếp xúc tạo ra dòng hồ quang để có được mối hàn cần thực hiện

Hình 2.1 Đầu hàn quỹ đạo hệ hở

Hình 2.2 Đầu hàn quỹ đạo hệ kín

2.1.2 Ứng dụng của công nghệ hàn Orbital

Hàn Orbital được áp dụng rộng rãi cho các ngành công nghiệp khác nhau

Không gian vũ trụ: Công nghệ hàn quỹ đạo được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ để hàn các ống và bộ phận trong tàu vũ trụ và vệ tinh Đây là một quá trình tự động, đảm bảo sự chính xác và độ tin cậy cao trong việc tạo ra các liên kết hàn chắc chắn

Công nghiệp chế tạo: Trong lĩnh vực công nghiệp chế tạo, công nghệ hàn quỹ đạo được sử dụng để hàn các ống, bồn chứa, đường ống dẫn chất và các bộ phận kim loại khác Quá trình hàn tự động này giảm thiểu sự phụ thuộc vào kỹ năng lao động, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng cao

Năng lượng tái tạo: Công nghệ hàn quỹ đạo được áp dụng trong việc lắp ráp và hàn các bộ phận của hệ thống năng lượng tái tạo như ống dẫn nước, bộ phận điện mặt trời và cánh quạt gió Việc sử dụng công nghệ này giúp tăng hiệu suất, độ bền và độ tin cậy của các hệ thống năng lượng tái tạo

Ngành dược phẩm: Công nghệ hàn quỹ đạo được ứng dụng trong ngành dược phẩm để hàn các ống và bồn chứa chất lỏng, đảm bảo tính vệ sinh và độ an toàn của sản phẩm Quá trình hàn tự động giảm nguy cơ ô nhiễm và đảm bảo chất lượng cao cho các sản phẩm dược phẩm

Ngành nước giải khát: Trong sản xuất nước giải khát, công nghệ hàn quỹ đạo (Orbital Welding Technology) được sử dụng để lắp ráp và hàn các bồn chứa và ống dẫn chất Quá trình hàn tự động này đảm bảo tính an toàn và vệ sinh của sản phẩm và tăng cường hiệu suất trong quy trình sản xuất

Công nghiệp bán dẫn: Ngành công nghiệp bán dẫn đòi hỏi hệ thống đường ống với bề mặt bên trong cực kỳ trơn phẳng để ngăn chặn sự tích tụ các chất bẩn trên thành ống hoặc các khớp hàn Ngay khi nó đủ lớn, sẽ tích tụ các hạt, độ ẩm hoặc chất gây ô nhiễm có thể sinh ra và làm hỏng quá trình sản xuất Ống, phụ kiện, van và điều áp: Đường ống thủy lực, và tất cả các hệ thống truyền chất lỏng và khí đốt đòi hỏi sử dụng các khớp nối ống Hệ thống Orbital cung cấp một phương tiện để đảm bảo năng suất cao về hàn và cải thiện chất lượng mối hàn Đôi khi các ống có thể được hàn ở vị trí van hoặc thân bộ điều áp Ở đây đầu hàn quỹ đạo cung cấp khả năng để sản xuất các mối hàn chất lượng cao trong các ứng dụng khó tiếp cận mối hàn khi hàn tay.

Đặc tính của hệ thống máy

Máy hàn quỹ đạo: dễ dàng thực hiện cơ khí hoá và tự động hoá quá trình công nghệ ở mức cao Mối hàn của máy có độ bền cơ học cao Hàn được với nhiều kích thước đường đường ống có cùng đường kính giúp tiết kiệm chi phí, nâng cao năng suất.

Kết cấu của hệ thống máy

Các thành phần chính của hệ thống hàn quỹ đạo Orbital là bộ điều khiển nguồn, đầu hàn, bộ phận khí bảo vệ mối hàn

Bộ điều khiển: Bao gồm hệ thống cung cấp, điều khiển nguồn cung cấp và điều khiển các thông số hàn theo chương trình hàn cụ thể được tạo hoặc gọi lại từ bộ nhớ

Bộ phận khí bảo vệ mối hàn: Hồ quang và kim loại thực hiện sẽ được bảo vệ bằng lớp khí trơ, khí hàn Tig có thể là khí Argon, Heli hoặc dùng hỗn hợp khí Argon với Heli Đầu hàn: Có gắn điện cực trên bộ truyền động, làm cho điện cực quay theo quỹ đạo tròn quanh chỗ ghép nối tạo mối hàn Dựa theo kích thước đường kính của đối tượng hàn để thay đổi má kẹp ở đầu hàn.

Ưu nhược điểm của hàn quỹ đạo

Ưu điểm của hàn quỹ đạo

Tăng năng suất so với hàn thủ công: So với hàn TIG thủ công, quy trình cơ giới hóa hoặc tự động dẫn đến năng suất được nâng cao Khi sử dụng máy hàn quỹ đạo các chi tiết có thể được hàn nhanh hơn, giúp tiết kiệm thời gian.

Sử dụng máy hàn quỹ đạo có thể giảm thiểu sai sót trong quá trình làm việc Nó sẽ giúp đảm bảo rằng mỗi mối hàn đều được thực hiện chính xác và đồng nhất, giảm thiểu sai sót do nhân viên không có kinh nghiệm hoặc kỹ năng hàn kém

Máy hàn quỹ đạo có thể cung cấp độ chính xác cao hơn so với các phương pháp hàn thủ công Thay vì phụ thuộc vào kỹ năng và sự tập trung của người hàn, máy sẽ sử dụng các cảm biến và hệ thống điều khiển để duy trì độ chính xác cao trong quá trình hàn

Không yêu cầu kỹ năng cao của người sử dụng: Rất khó để tìm thợ hàn có chứng chỉ, kinh nghiệm hàn Tuy nhiên, sau khi được đào tạo thích hợp, các thợ máy lành nghề có thể vận hành thiết bị hàn quỹ đạo một cách hoàn hảo và thu được kết quả xuất sắc, bằng cách sử dụng thiết bị hàn quỹ đạo

Môi trường làm việc: Hàn quỹ đạo có thể được thực hiện ngay cả trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, không làm gian hạn chế, thiếu tầm nhìn Mối hàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng

Kiểm soát chất lượng: Máy hàn quỹ đạo có thể kiểm tra chất lượng hàn theo thời gian thực và thực hiện các điều chỉnh cần thiết để đảm bảo rằng mỗi mối hàn đều được thực hiện chính xác và đồng nhất Điều này giúp tăng cường độ bền và độ an toàn của các bộ phận giúp giảm thiểu nguy cơ hư hỏng trong quá trình sử dụng Ngoài ra, máy hàn quỹ đạo (orbital welding machine) còn giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn, đảm bảo rằng các bộ phận được bảo trì và sửa chữa đạt được chất lượng tốt nhất

Tính an toàn cao: Quá trình hàn xảy ra hoàn toàn trong môi trường kín Nâng cao an toàn lao động trong công việc Con người không cần tham gia trực tiếp vào quá trình hàn từ đó giảm thiểu những tác động độc hại đến sức khỏe

Khuyết điểm của hàn quỹ đạo

Các thiết bị hàn tinh vi đòi hỏi chi phí đầu tư vốn cao hơn nhiều so với thiết bị hàn thủ công

Không áp dụng hàn quỹ đạo cho các mối hàn có biên dạng cong

Chỉ hàn hàn được hai ống với đường kính bằng nhau.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hàn quỹ đạo được sử dụng đầu tiên vào những năm 1960 khi ngành công nghiệp hàn máy hàn ống inox quỹ đạo tự động nhận thấy sự cần thiết phải có một kỹ thuật hàn ưu việt hơn cho toàn bộ đường ống thủy lực hàng không vũ trụ Một kết cấu cơ khí được phát triển trong đó hồ quang từ điện cực không nóng chảy quay quanh mối hàn ống Dòng điện hàn được điều chỉnh qua hệ thống điều khiển tự động cho toàn bộ quá trình hàn Kết quả là một phương pháp chính xác hơn, đáng tin cậy hơn phương pháp hàn tay đã được thay thế

Hàn quỹ đạo (Orbital Welding) trở nên thích hợp cho rất nhiều ngành công nghiệp vào đầu những năm 1980 khi việc kết hợp hệ thống kiểm soát và nguồn cấp được phát triển để vận hành từ 110 VAC và kích thước đủ nhỏ để mang từ nơi này sang nơi khác tại công trình cho nhiều mối hàn ngay tại chổ Ngày nay hệ thống hàn quỹ đạo orbital hiện đại bao gồm hệ thống điều khiển máy tính nơi các thông số hàn được lưu trữ trong bộ nhớ cho nhiều ứng dụng hàn đa dạng Khi cần có thể gọi lệnh cho từng ứng dụng cụ thể Kỹ năng của thợ hàn bậc cao đã được xây dựng vào hệ thống hàn, tạo ra một số lượng các mối hàn đồng nhất và ít lỗi, ít khuyết tật một cách đáng kể

Trải qua nhiều quá trình nghiên cứu và cải tiến, công nghệ hàn quỹ đạo Orbital đã có nhiều sản phẩm được bán trên thị trường Với các nhà sản xuất đến từ nhiều nơi như Châu Âu, Bắc Mĩ, Trung Quốc,…

Một số sản phầm và nghiên cứu liên quan: Orbital Welding Handbook[1], Automated Orbital TIG Welding, Handheld Orbital Welding, Overview of Orbital Welding Technology

Hình 2.3 Đầu hàn quỹ đạo hệ kín Orbitalservice (Đức)

Hình 2.4 Đầu hàn quỹ đạo hệ kín Orbitec (Đức)

Hình 2.5 Đầu hàn quỹ đạo hệ kín Orbital 9E Series của công ty Arc Machines (Mỹ)

Tình hình nghiên cứu trong nước

Việt Nam cũng đã bắt đầu nghiên cứu thiết kế và cũng có một số công trình nhưng tính ổn định và độ chính xác vẫn đang nghiên cứu và phát triên cụ thể là tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã có những công trình nghiên cứu và chế tạo đầu hàn quỹ đạo Orbital nhằm đưa vào ứng dụng Vào năm 2020 có một nhóm sinh viên tại trường

11 đã dựa trên các phiên bản đầu hàn quỹ đạo hệ kín có sẵn để đưa ra hướng thiết kế cải tiến nhằm tạo ra sản phẩm tốt hơn và đã có bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về đề tài này

Trong quá trình thực hiện, bằng các nghiên cứu thử nghiệm kết hợp với lý thuyết, đề tài đã nghiên cứu tích hợp công nghệ điều khiển chế độ hàn và quỹ đạo trong chế tạo hệ thống thiết bị hàn tự động Tuy nhiên, công nghệ hàn quỹ đạo ở Việt Nam vẫn chưa được phổ biến rộng rãi Cần phải đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển công nghệ này để nâng cao năng suất lao động Việc làm chủ được công nghệ này có ý nghĩa thực tiễn trong việc tối ưu chi phí về sản xuất, vận chuyển và bảo trì, sửa chữa các dạng sản phẩm hình ống

Một số sản phẩm và nghiên cứu liên quan: CHẾ TẠO HOÀN HIỆN VÀ THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH HÀN ORBITAL BR TRÒN [4], Máy hàn quỹ đạo ống Inox [3], Nghiên cứu mô phỏng sự chuyển pha và trường nhiệt khi hàn ống thép A53 bằng quá trình Orbital – TIG [5]

Hình 2.6 Đầu hàn quỹ đạo hệ kín do sinh viên SPKT nghiên cứu

Hình 2.7 Mô hình máy hàn quỹ đạo do sinh viên SPKT nghiên cứu

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tính toán bánh răng

Từ yêu cầu thực tiễn, chọn sơ bộ đường kính vòng chia bánh răng chữ C với các thông số đầu vào:

- h (Lđc) = 30 (h là chiều dài điện cực)

- 𝑑 𝐶 : Đường kính vòng chia bánh răng C

- 𝑑 ô : Đường kính ống tối đa có thể hàn theo yêu cầu thiết kế

- 𝐿 đ𝑐 : Chiều dài điện cực hàn tối thiểu

- 𝐵 𝑟 : Bề rộng tối thiểu của bánh răng C

Từ những yếu tố trên lựa chọn môđun bánh răng C: m = 2 mm

Từ sơ đồ nguyên lý truyền động đã tính toán tỷ số truyền bộ bánh răng: 𝑢𝑏𝑟 > 1 Kết hợp hướng dẫn hệ thống truyền động cơ khí, theo bảng tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trong hộp giảm tốc một cấp từ bảng 2.4, trang 21, tài liệu [6] ta chọn tỷ số truyền: 𝑢𝑏𝑟 = 3.5, Modun: m =2mm

Bánh răng nhỏ Để phù hợp với khả năng tải nên bánh răng chủ động ta lựa chọn số răng nhỏ nhất z răng Đường kính đỉnh răng: 𝑑 𝑑 = 𝑑 + 2𝑚 = 𝑚 (𝑧 + 2) = 2 (17 + 2) = 38 mm Đường kính vòng chia: 𝑑 = 𝑚 𝑧 = 2.17 = 34 mm

Mođun là thông số quan trọng nhất và hai bánh răng muốn ăn khớp với nhau thì Modun phải bằng nhau nên modun bánh răng lớn m = 2 mm

2 = 60 răng Đường kính đỉnh răng: 𝑑 𝑑 = 𝑑 + 2𝑚 = 𝑚 (𝑧 + 2) = 2 (60 + 2) = 124 𝑚𝑚 Đường kính vòng chia: 𝑑 = 𝑚 𝑧 = 2.60 = 120 mm

Hình 3.1 Cụm bánh răng Bảng 3.1: Thông số cặp bánh răng

Thông số Bánh răng nhỏ Bánh răng lớn

Bề dày 20 12 Đường kính đỉnh răng 38 124 Đường kính vòng chia 34 120

Tính toán lực kẹp

Lực mà piston sinh ra phải lớn hơn lực để làm di chuyển bộ phận giữ ống lên xuống từ điểm cực trên đến điểm cực dưới Lực này chính là do lực trọng lượng của bộ phận giữ ống sinh ra và một phần thất thoát do lực ma sát trượt giữa thanh trượt và bộ phận giữ ống Việc tính toán cần đảm bảo sao cho lực piston sinh ra phải lớn hơn hai lực thành phần trên mới có thể kéo đẩy bộ phận giữ ống

3.2.1 Tính toán trọng lượng của bộ phận giữ ống gân

Vật liệu dùng để chế tạo bộ phận giữ ống không cần đảm bảo độ cứng cao nên vật liệu được chọn là Nhôm 6061 có tiết diện hình chữ nhật

Ta có thể tính được khối lượng của bộ phận giữ ống thông qua phần mềm Creo Parametric là:

Trong thực tế trọng lực của bộ phận giữ ống không nằm hoàn toàn ở giữa bộ phận Nhưng để đơn giản thì ta xem trọng lượng của bộ phận giữ ống là một lực tập trung và nằm ở giữa bộ phận, kí hiệu thành phần lực là Q

Do trên mỗi bộ phận giữ ống chỉ bố trí có 1 xi lanh nên lực tác dụng lên thanh truyền xi lanh là:

- P: là thành phần lực piston

- Q: là khối lượng bộ phận giữ ống

- f: là hệ số ma sát, lấy f=0.4

Mặt khác trên bộ phận còn gắn các cơ cấu khác nên sẽ thay đổi về trọng lượng và do giả thiết trọng lượng là một điểm tập trung nằm ở giữa bộ phận là không đúng Nên lực tác dụng của thanh truyền phải lớn hơn Để đảm bảo cho đủ lực ta nhân thêm lực với hệ số an toàn

Dự kiến chọn bơm có áp suất làm việc là p = 25KG/𝑚 3

3.2.2 Tính xi lanh dẫn động

Tính toán đường kính xi lanh

Lực tác dụng lên thanh truyền của piston là P= 0,460 (N)

Chọn đường kính thanh truyền của piston d = 6 (mm) = 0.6 (cm)

- P: lực tác dụng lên thanh truyền piston

- D: đường kính xi lanh lực

- d: đường kính thanh truyền piston

- 𝑝 𝑖 : áp suất khí trong hệ thống

𝜋.7 + 0.6 2 Thay số vào ta được D = 0.65 cm

Chọn theo tiêu chuẩn D = 32 mm = 3.2 cm

Tính toán lực do bộ Xilanh đã chọn

Ta có công thức tính lực của xi lanh khí nén:

- F: là lực của xi lanh (N)

- p: là áp suất đầu vào của xi lanh (N/𝑚 2 )

- S: là tiết diện của piston phía gây ra lực kẹp (𝑚 2 ) Áp suất đầu vào xi lanh đo được là p= 2 bar (=0.2MPa) Nhưng đây là áp suất tuyệt đối nên tính cả áp suất khí quyển là 1atm xấp xỉ với 1 bar nên khi đó ta có được p= 2-1= 1 (bar) p = 1 (bar) =0.1 (MPa) = 0.1 x 10 6 (Pa) = 0.1 x 10 6 (N/𝑚 2 )

Tiết diện S của xi lanh:

Lựa chọn động cơ

Bảng 3.2: So sánh ưu nhược điểm của các loại động cơ điện

Loại động cơ Ưu điểm Nhược điểm Động cơ điện một chiều

- Dễ dàng thay đổi tốc độ của động cơ, chịu được quá tải cao

- Kéo được tải nặng khi khởi động do có moment xoắn lớn

- Độ bền tương đối cao

- Hoạt động phát ra tiếng ồn

- Quá trình hoạt động phát sinh ra tia lửa điện Động cơ điện xoay chiều

- Cấu tạo đơn giản, dễ dàng sử dụng

- Sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện, không cần chỉnh lưu

- Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng

- Kết cấu bền vững, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ

- Giá thành thấp hơn so với truyền động dùng động cơ một chiều

- Mô men khởi động nhỏ, không sử dụng được trong các ứng dụng cần momen khởi động lớn Bảo dưỡng thường xuyên

- Tiêu tốn nhiều điện năng hơn so với động cơ một chiều Động cơ servo

- Điều khiển tốc độ tốt và trơn tru

- Hầu như không dao động, hiệu suất cao hơn 90%

- Điều khiển vị trí chính xác cao

- Dễ gây ra tiếng ồn

- Nhiệt độ cao khi vận hành và quán tính cao khi giảm tốc độ

- Khả năng cung cấp mô men xoắn lớn ở dải vận tốc trung bình và thấp

- Có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ

- Dễ dàng lắp đặt, thay thế và có giá thành thấp

- Khi hoạt động có hiện tượng bị trượt bước

- Sẽ ồn và nóng dần lên khi hoạt động

- Gây ra nhiều nhiễu và rung động

Vì yêu cầu điểu chỉnh tốc độ hàn theo từng trường hợp khác nhau nên ở đây chọn dùng động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường mà quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học

Từ đó đảm bảo được yêu cầu về điểu khiển

Hình 3.2 Hình ảnh động cơ bước Step NEMA 23 Bảng 3.3: Thông số của động cơ bước

Loại động cơ Động cơ bước

Tên động cơ Step NEMA 23

Kích thước đường kính trục 8mm

Kích thước (Dài x Rộng x Cao) 57x57x53 (mm)

Cường độ dòng điện 3 Ampe

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP CHẾ TẠO

Yêu cầu thiết kế

Bộ đồ gá được chế tạo giúp cho quá trình hàn ống được nhanh hơn và dễ dàng hơn với độ chính xác cao Do đó khi thiết kế đồ gá cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Cơ cấu định vị cũng như kẹp chặt phải đảm bảo không làm biến dạng chi tiết ống hay làm giảm chất lượng của ống

- Đồ gá phải đảm bảo độ cứng vững

- Dễ dàng tiến hành thay thế một bộ phận nào đó khi bị hỏng hóc trong quá trình hoạt động

- Quá trình điều khiển phải thuận tiện, số lượng người điều khiển hệ thống càng ít càng tốt

- Sai số trong quá trình lắp ráp bộ đồ gá không được vượt quá giới hạn cho phép

- Kết cấu bộ đồ gá đơn giản, dễ chế tạo.

Phương hướng và giải pháp thực hiện

Sử dụng bộ gá định tâm để kẹp giữ 2 ống trong quá trình hàn Ở phương án này phải sử dụng hệ thống trục dịch chuyển bằng trục Vitme để có thể đưa chi tiết vào đầu hàn

Hình 4.1 Bộ gá tự định tâm Ưu điểm:

Bộ đồ gá đã có sẵn trên thị trường nên không cần tính toán thiết kế

- Không phù hợp với việc gá ống gân

- Cần tính toán thiết kế hệ trục dịch chuyển cho các cụm

4.2.2 Phương án 2 Ở phương án này thì đồ gá ống được thay đổi hoàn toàn Ở phương án này thì đầu hàn sẽ được cố định và nằm trên một đường thẳng cùng với đồ gá ống Đồ gá sẽ sử dụng một hệ thống xi lanh khí nén giúp kẹp chặt đối tượng tránh bị xê dịch làm ảnh hưởng đến quá trình hàn Má kẹp trên bộ hàn có đường kính bằng với kích thước mép ngoài của bộ kẹp giúp dễ dàng canh lắp đồng tâm

Hình 4.2 Bộ gá máng tròn Ưu điểm:

- Bộ đồ gá phù hợp kẹp bề mặt lượn sóng của ống gân

- Gia công 4 má kẹp biên dạng tròn phức tạp, chi phí cao

- Chỉ phù hợp với một kích thước ống xác định

Phương án 3 được đề xuất và cải tiến dựa trên phương án 2 Điểm khác biệt ở đây là đồ gá sẽ không sử dụng dạng kẹp tròn mà thay vào đó là dạng đồ gá khối V Việc thay đổi thiết kế sẽ đáp ứng được đúng yêu cầu về kĩ thuật trong thiết kế chế tạo đồ gá, tiết kiệm về nguyên liệu cũng như khối lượng nhẹ hơn so với phương án 2

Hình 4.3 Bộ gá sử dụng khối V Ưu điểm:

- Bộ kẹp phù hợp kẹp trên bề mặt lượn sóng của ống gân

- Chi phí thấp hơn so, gia công đơn giản hơn so với phương án 2

- Khả năng định vị ống tốt hơn

- Việc tháo lắp sửa chữa còn mất nhiều thời gian

- Chưa có phương pháp tối ưu nhất để canh đồng tâm đồ gá với bộ hàn

Lựa chọn phương án

Sau thời gian phân tính và đánh giá các phương án theo các tiêu chí đã đề ra, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án thứ 3 để phát triển

Với phương án này thì sẽ có đem lại những lợi ích cũng như đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật được đề ra:

- Chi phí của phương án 3 thấp nhất trong 3 phương án được đề xuất

- Bộ đồ gá được thiết kế và tính toán đúng theo yêu cầu kĩ thuật về đồ gá với ống gân

- Vận hành đơn giản và có tính ổn định cao trong quá trình làm việc

Mặc dù có một số nhược điểm và nhưng đó là các sai xót rất nhỏ có thể cải thiện được được trong tương lai.

Trình tự công việc tiến hành

Bảng 4.1: Trình tự công việc

Tuần Nội dung thực tiện Xác nhận GVHD

1 Nhận đề tài sau đó tiến hành nghiên cứu và tìm hiểu về phương pháp hàn quỹ đạo trên thị trường trong và ngoài nước

Tìm hiểu về đối tượng là ống gân

2 Lựa chọn và lên phương án tính toàn thiết kế

2-3 Trình ý tưởng và chỉnh sửa theo góp ý của GVHD

3-5 Lên 3D cho từng chi tiết máy trên phần mềm Creo paramatric và chỉnh sửa theo góp ý của GVHD

6 Xuất bản vẽ, tính toán vật liệu, số lượng chi tiết để gia công

7-9 Gia công các chi tiết cho máy Hoàn thành

9-11 Lắp ráp hoàn chỉnh Hoàn thành

11-13 Chạy thử nghiệm Hoàn thành

13 Hoàn thiện Video, Poster Hoàn thành

14 Hoàn thiện thuyết minh Hoàn thành

THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY HÀN ĐÂU MÍ ỐNG GÂN

Mô hình chung

Tủ điện Điều khiển Xilanh Đầu hàn Đồ gá Đồ gá

Xilanh 1 Điều khiển Xilanh 2 Điều khiển xung hàn

Dây nối máy hàn với đâu hàn

Hình 5.1 Sơ đồ mô hình chung của hệ thống

Bộ đầu hàn

Bảng 5.1: Bảng các chi tiết trong bộ đầu hàn

STT Tên chi tiết Số lượng

1 Tấm 1 1 Đỡ má kẹp ống

3 Tấm 2 2 Lắp ốc đầu bi

4 Tấm 4 1 Đỡ bánh răng và bạc dẫn hướng

5 Bộ bánh răng 1 Tạo chuyển động xoay

6 Tấm giữ bánh răng 1 Đỡ và cố định bộ bánh răng

7 Kẹp ống 4 Kẹp cố định ống gân

8 Tấm chắn trên bên trái

1 Giữ kẹp ống, đóng mở bộ hàn

9 Tấm chắn trên bên phải

1 Giữ kẹp ống, đóng mở bộ hàn Dựa trên thiết kế đã có nhóm đã thay đổi và cải tiến 1 số chi tiết cho phù hợp đối tượng nghiên cứu:

Trong quá trình làm việc, mối hàn sẽ tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn trên bề hàn chi tiết hàn Với lượng nhiệt này sẽ gây hư hại đến bề mặt tiếp xúc trực tiếp với chi tiết hàn Từ đó bạc kẹp ống này được thiết kế để giải quyết vấn đề nhằm tránh hư hại đến toàn bộ tấm Nếu các chi tiết bạc bị hư hại thì chúng có khả năng thay thế dễ dàng tránh các tổn thất về tiền bạc và nguyên vật liệu Bên cạnh tác dụng thay thế Chúng có thể thiết kế dành cho nhiều kích cỡ ống khác nhau cho máy hàn

Bạc được thiết kế kiểu chữ U định vị thông qua các mặt bên và mặt đáy Được lắp chặt bằng bu long M3

Tấm đỡ ngoài bao gồm hai bộ phận: Tấm đỡ motor và tấm kẹp ống

Hai tấm này lắp ráp với nhau tạo thành 1 tấm hoàn chỉnh được sử dụng để kẹp ống

Tấm đỡ motor sẽ có các lỗ bắt ốc lắp motor Tấm còn lại được thiết kế thêm để lắp má kẹp ống

Ngoài ra tấm đỡ motor còn có một lỗ thông ra ngoài để thông trục dẫn điện hàn bên ngoài vào bạc dẫn hướng bánh răng và dẫn trực tiếp vào kim hàn

Tấm này có thể chuyển động xoay quanh trục như thế có thể tạo thành nắp mở đóng qua một khóa cài lẫy

Thiết kế này nhầm cho việc lắp kẹp ống gân trước khi hàn và lấy ống ra sau khi hàn Tấm kẹp ống kết hợp với tấm đỡ motor sẽ tạo thành một tấm ngoài hoàn chỉnh Được tạo ra để kẹp ống gân trong quá trình hàn

Bộ truyền động

Hình 5.6 Cụm bộ truyền động Bảng 5.2: Bảng các chi tiết cụm truyền động

STT Tên chi tiết Số lượng

1 Nối trục 1 Truyền chuyển động từ động cơ sang bánh răng

2 Bánh răng 1 Truyền chuyển động sang cụm bánh răng khuyết, bánh răng chữ C

3 Bánh răng chữ C 1 Giữ kim hàn

4 Bánh răng khuyết 1 Tạo khoảng trống lắp, tháo ống gân Dựa vào các thông số ở phần tính toán Nhóm đã sử dụng phần mềm Autocad 2019 và Creo Panmatric 7.0 để thực hiện phần thiết kế 2D và 3D cho bộ phận truyền động

Bánh răng được chế tạo rỗng ở phía trong để tạo không gian làm việc chính của đầu hàn Bên cạnh đó còn có rãnh bậc để bánh răng ăn khớp với bạc dẫn hướng của bánh răng

Bên trong bánh răng C còn được khoan một lỗ suốt kích thước nhỏ để lắp kim hàn TIG và được khóa lại bằng một bu lông

Phần trên được cắt hở để lắp bánh răng trung gian và khoan các lỗ bậc để lắp nam châm khóa chặt bánh răng trung gian với bánh răng C

Thiết kế bánh răng trung gian kết hợp với bánh răng C tạo thành một bánh răng hoàn chỉnh để bộ phận truyền động hoạt động hết một chu kì quay

Bạc dẫn hướng bỏnh răng được khoan cỏc lỗ như: 2 lỗ ỉ5 để định vị, 2 lỗ bậc lắp ốc,

1 lỗ ỉ10 để lắp ốc dẫn điện hàn

Trên bề mặt có vòng trục để ăn khớp với rãnh bậc của bánh răng tạo ra sự dẫn hướng Thiết kế một nối trục để lắp trục động cơ với bánh răng Đồng thời được dùng để kéo trục truyền động để có thể truyền động cho bánh răng

Trục được thiết kế bằng nhựa ABS tạo sự cách điện giữa bộ hàn với động cơ Với đường kớnh ngoài ỉ18 lắp với lỗ bỏnh răng và đường kớnh trong là ỉ8 để lắp với trục động cơ.

Bộ gá kẹp

Với yêu cầu tạo đồ gá kẹp ống cho máy hàn Orbital, sơ đồ tổng thể của bộ đồ gá sẽ gồm 2 cụm chi tiết là cụm chân đỡ và cụm Xilanh

Bộ chân đỡ được lắp ghép từ nhiều chi tiết với chức năng giảm khối lượng cũng như giảm vật liệu cho tổng thể Ngoài ra mỗi chi tiết sẽ có những yêu cầu riêng để thuận tiện cũng như làm cho cụm được lắp ghép chắc chắn chịu lực tốt hơn Cụm chân đỡ không chỉ có nhiệm vụ gắn khối chữ V để kẹp ống mà còn là một khối đỡ vững chắc giúp giữ cụm Xilanh hoạt động mà ko chịu nhiều vấn đến về rung lắc mất ổn định Cụm Xilanh được gắn vào cụm chân đỡ bằng các gối đỡ SK16 Tấm kẹp giữ ống được trượt trên thanh dẫn và nâng lên hạ xuống bởi xi lanh khí nén a) Kết cấu cụm chân đỡ

Hình 5.7 Cụm chân đỡ Bảng 5.3: Bảng các chi tiết cụm chân đỡ

STT Tên chi tiết Công dụng

1 DATN-A1-2 Gắn cố định chi tiết DATN-A1-3, DATN-A1-4

2 DATN-A1-3 Gắn liên kết với chi tiết DATN-A1-6

3 DATN-A1-4 Gắn liên kết các chi tiết DATN-A1-5 và

4 DATN-A1-5 Đỡ cụm xi lanh

5 DATN-A1-6 Định vị ống gân

Việc lắp ghép giữa các bề mặt phẳng của các chi tiết ta yêu cầu về dung sai độ phẳng bề mặt, độ song song giữa 2 bề mặt và dung sai vị trí các thành phần kích thước trong bản vẽ để không làm ảnh hưởng đến độ chính xác của đồ gá, giúp ngoại hình dễ nhìn không gồ ghề, cắt những phần phôi không cần thiết để giảm khối lượng tổng thể của sản phẩm

Ba chi tiết DATN-A1-2, DATN-A1-3, DATN-A1-4 được thiết kế với mục đích cố định chi tiết DATN-A1-6 Ban đầu 3 chi tiết được thiết kế nguyên khối nhưng xét về mặt khối lượng cũng như gia công thì rất tốn chi phí nên đã được chia làm 3 chi tiết gắn cố định và liên kết với nhau bằng các bulong

Chi tiết DATN-A1-1(mặt phẳng đáy) là một tấm nhôm được thiết kế với có các lỗ ren để gắn cố định các cụm trong quá trình hoạt động

Chi tiết DATN-A1-2 được thiết kế để gắn cố định bộ đồ gá với mặt phẳng đáy và 2 chi tiết DATN-A1-3 và DATN-A1-4

Chi tiết DATN-A1-3 được gắn định bộ đồ gá với chi tiết DATN-A1-2 bẳng 2 con bulong M10x25

Chi tiết DATN-A1-3 và DATN-A1-4 thiết kế nhằm giảm khối lượng và ngoài ra còn dùng để gắn cố định chi tiết DATN-A1-6 Ngoài ra chi tiết DATN-A1-4 có thêm bậc với độ sâu 40mm và bề ngang 8mm và trên bề mặt đứng của bậc có thiết kế với 4 lỗ ren với kích thước M5 nhằm gắn định vị gối đỡ SK16 và và 2 lỗ ren kích thước M8 tấm DATN-A1-5 giúp cho cụm xi lanh không bị nghiêng khi lắp ráp cũng như trong quá trình hoạt động

Chi tiết DATN-A1-5 được thiết kế để làm bệ đỡ của cụm xi lanh, chi tiết được thiết kế

2 lỗ suất để có thể gắn bulong để cố định vào chi tiết DATN-A1-3

Chi tiết DATN-A1-6 thiết kế để định vị ống gân DATN-A1-6 được tính toán, chọn kích thước dựa vào yêu cầu kĩ thuật trong giáo trình Sổ tay & Atlas đồ gá Ta có kích thước ngoài của ống gân là 60mm Tra bảng 8-5 trong giáo trình Sổ tay & Atlas đồ gá [8] DATN-A1-6 lắp trên mặt phẳng ngang 4 lỗ trên DATN-A1-6 phải chính xác với các lỗ trên 2 khối DATN-A1-3, DATN-A1-4

Hình 5.14 Cụm xi lanh Bảng 5.4: Bảng các chi tiết cụm xi lanh

STT Tên chi tiết Công dụng

1 Vòng phe Giữ con trượt trên chi tiết DATN-A2-2

2 Con trượt Giúp DATN-A2-2 trượt trên thanh dẫn

3 Vít siết gối đỡ SHF16 Cố định gối đỡ trên DATN-A2-1

5 Gối đỡ SHF16 Siết chặt thanh truyền vào DATN-A2-1

6 Xilanh Tạo lực kéo đẩy DATN-A2-2

7 DATN-A2-1 Tạo không gian làm việc cho xi lanh

8 DATN-A2-2 Kẹp giữ ống gân

9 Gối đỡ SK16 Cố định cụm xi lanh trên bộ gá kẹp

Cụm xi lanh được thiết kế giữ xi lanh cố định và ổn định trong quá trình làm việc Khi đó xi lanh sẽ tác dụng một lực đưa chi tiết DATN-A2-2 xuống và ép giữ ống trên cụm chân đỡ, điều này khiến ống sẽ được cố định tại một chỗ mà ko bị dịch chuyển tránh lệch tâm cũng như lệch mép hàn

Cụm xi lanh sẽ được gắn cố định theo phương thằng đứng vào cụm chân bằng 2 gối đỡ SK16 Trước khi siết bulong cần canh chỉnh đo đạc cẩn thận để tránh tình trạng các thanh dẫn bị nghiêng về một phía làm ảnh hưởng cũng như lệch phương gắn xi lanh

Hầu hết các chi tiết trong cụm xi lanh là các chi tiết tiêu chuẩn có trên thị trường nên ta chỉ cần lựa chọn các thông số kích thước phù hợp với yêu cầu về tải trọng cũng như độ vững chắc theo yêu cầu

DATN-A2-2 được thiết kế phù hợp cho việc dịch chuyển theo phương thẳng đứng trên hành trên thanh dẫn hướng bởi con trượt LM16UU

DATN-A2-1 được gắn cố định trên thanh dẫn bởi gối đỡ SHF16 giúp giữ xi lanh theo phương thẳng đứng và vuông góc với mặt phẳng đáy

Thiết kế hệ thống khí nén

Van điện từ 5/2 Van điện từ 5/2

Hình 5.17 Sơ đồ khối hệ thống khí nén

5.5.2 Các phần tử trong hệ thống khí nén a) Bộ điều khiển nút bấm

Hộp nhựa lắp nút nhấn là linh kiện không thể thiếu trong máy tự động hóa Giúp cố định nút nhấn và cách li nguồn điện từ nút nhấn khỏi người thao tác và các linh kiện máy khác Nhằm tránh các tai nạn về điện như giật điện, chạm chập, cháy nổ làm hư thiết bị trong máy Được làm từ vật liệu nhựa ABS nên hộp nút nhấn có độ bền cao, thời gian sử dụng dài, chống va đập mạnh mà không nứt vỡ, bằng nhựa nên hoàn toàn cách điện

Hình 5.18 Hộp điều khiển khí nén bằng nút nhấn b) Máy bơm khí

Dụng cụ bơm khí nén hay chính là máy nén khí, là một trong những thiết bị có chứa hệ thống cơ học (bao gồm các máy móc) với chức năng làm tăng áp suất của khí Việc này nhằm mục đích giúp cho năng lượng của dòng khí tăng lên và đồng thời thực hiện nén không khí lại làm cho nó tăng nhiệt độ và áp suất

Hình 5.19 Máy bơm khí c) Van điện từ 5/2

Van điện từ 5/2 là loại van đảo chiều, có 5 cổng làm việc và 1 cửa nhận và 1 cửa xả khí Đây là loại van điều khiển bằng xi lanh tác động kép Van giúp điều chỉnh hướng dòng khí nén đi qua van và có tác dụng đóng hoặc ngắt

Van điện từ 5/2 chuyên được ứng dụng trong các lĩnh vực khí nén, sử dụng trong việc phân chia, đóng mở, trộn lẫn khí nén từ các máy khí nén, hoặc dầu thủy lực, máy khí nén công nghiệp, các máy móc bắn đinh, bơm xe, vít và các loại van điều khiển khí nén, …

Thông số của van điện từ:

- Áp suất làm việc: 1bar – 9bar

- Loại van: 5 cửa 2 vị trí

- Xuất xứ: Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc d) Xi lanh khí nén

Hình 5.21 Xi lanh khí nén

Cấu Tạo Gồm Hai Phần Chính: Phần Tĩnh và Phần Động

Phần Tĩnh gồm có 3 phần:

- Thân xi lanh: Chứa piston và khoang áp suất

- Đuôi xi lanh: Thông dụng nhất là tiện ren và lỗ nhỏ để gá lắp

- Đầu xi lanh: Tiện ren và Đai ốc lục giác để gá lắp

Phần Động Chỉ có ty Xilanh:

- Đầu ty xi lanh tiện ren và Đai ốc lục giác nhỏ để gá lắp

- Thân ty xi lanh gắn liền với piston xi lanh

Kích thước piston xi lanh quết định đến lực đẩy và lực kéo Đường kính ty xi lanh là phần chịu lực

- Tác động đơn xi lanh một chiều hoạt động bằng cách cấp khí vào cổng vào (ở đuôi xi lanh) để piston di chuyển làm ty xi lanh đi ra (đẩy ra) Đồng thời nén lò xo lại Khi ngừng cấp khí vào cổng vào thì áp xuất = 0 Lúc đó lò xo bị nén sẽ đẩy piston về vị trí ban đầu Kết thúc một chu trình hoạt động

- Xi lanh hai chiều - tác động kép: Là xi lanh có hai cổng không khí ở hai đầu xi lanh

Xi lanh đẩy ra khi cấp khí vào cổng đuôi của xi lanh (cổng đầu không cấp và xả ra môi trường thông qua van khí điều khiển) Xi lanh đi về khi cấp khí vào cổng đầu xi lanh (cổng đuôi không cấp và xả ra môi trường thông qua van khí điều khiển)

5.5.3 Sơ đồ mạch khí nén

Hình 5.22 Sơ đồ mạch khí nén

GIA CÔNG VÀ LẮP RÁP CÁC CHI TIẾT

Gia công chế tạo bộ đầu hàn

Các tấm ốp và các tấm đỡ sẽ tạo thành môi trường kín chứa bộ truyền động, hệ thống dẫn khí và điện để đầu hàn làm việc Các tấm đế này được ghép với nhau, định vị bằng hai chốt định vị chéo nhau để đảm bảo sử đồng tâm tránh ảnh hưởng đến hoạt động hàn quỹ đạo của máy

Vật liệu gia công: Bakelite

- Tính cơ học và gia công ưu việt

- Cách điện, cách nhiệt rất tốt, chịu được hóa chất, nhiệt độ, tia cực tím

- Sức bền chịu nén, không sợ bị vỡ

Gia công các chi tiết bộ đầu hàn

Hình 6.2 Gá đặt phôi nhựa Bakelite trên máy

Hình 6.3 Phôi nhựa Bakelite sau gia công

Gia công chế tạo cụm bộ truyền động

Hệ thống bộ truyền động của sản phẩm cần gia công gồm có: Nối trục, bánh răng dẫn, bánh răng chữ C, bánh răng khuyết

Chọn vật liệu gia công cho các chi tiết phải phù hợp với các yêu cầu cần thiết của máy như tải trọng nhẹ, tốc độ thấp, khối lượng tổng thể thấp

Vật liệu sử dụng: Nhôm A6061

Các ưu điểm của vật liệu nhôm:

- Có khả năng tái chế

Gia công bộ truyền động

Hình 6.5 Bộ truyền động sau khi gia công

Gia công các chi tiết bộ gá kẹp

Ta cũng sử dụng vật liệu nhôm 6061 cho các chi tiết của mô hình

6.3.1 Gia công chế tạo chi tiết: DATN-A1-1 a) Công việc chuẩn bị:

- Vật liệu: Nhôm tấm cán A6061

- Định vị: Bàn hút, chốt định vị

- Kẹp chặt: Bàn hút, mỏ kẹp

Hình 6.6 Kích thước chi tiết DATN-A1-1 b) Phiếu công nghệ

Bảng 6.1: Phiếu công nghệ chi tiết DATN-A1-1

STT Bước gia công Dao

Hình 6.7 Sản phẩm chi tiết DATN-A1-1 sau khi gia công

Hình 6.8 Kích thước chi tiết DATN-A1-2

Lắp ráp máy

Bước 1: Lắp cụm 1: “Bộ đầu hàn”

Dựa trên sản phẩm đã có của nghiên cứu trước

Bước 2: Lắp cụm 2: “Bộ gá kẹp”

Lắp DATN-A1-6 và 2 khối DATN-A1-3, DATN-A1-4 Khi lắp 3 với nhau chi tiết cần canh chỉnh như trong thiết kế Chi tiết DATN-A1-3 và DATN-A1- 4 cần song song mặt phẳng với nhau và cả hai chi tiết khi lắp cần vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc của chi tiết DATN-A1-6

Hình 6.24 Lắp DATN-A1-6 và 2 khối DATN-A1-3, DATN-A1-4

Tiếp đó ta tiến hành lắp với chi tiết DATN-A1-2 vào các chi tiết vừa được lắp

Sau khi lắp hoàn thiện 2 cụm chân đỡ thì ta tiến hành lắp với mặt phẳng đáy (chi tiết DATN-A1-1) Trước khi siết chặt 2 cụm lại với mặt phẳng bằng bulong thì ta phải canh cho

2 khối V (DATN-A1-6) đồng tâm với nhau trước Trong quá trình siết ta luôn phải siết đều lần lượt các bulong để không làm lệch chi tiết sau khi đã canh chỉnh

Tiếp theo ta tiến hành gắn chi tiết DATN-A1-5 Khi lắp ta phải đảm bảo bề mặt chi tiết DATN-A1-5 phải tiếp xúc với mặt bậc của chi tiết DATN-A1-4 để chắc chắn rằng sau khi lắp ghép thì bề mặt chi tiết DATN-A1-5 sẽ không bị nghiêng

Lắp DATN-A2-2 với con trượt cố bằng vòng phe Để cố định con trượt với chi tiết thì ta sử dụng vòng phe ngoài với kích thước 28mm

Lắp thanh dẫn hướng vào cụm chân đỡ bằng gối đỡ SKF16 Thanh dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động theo phương thẳng đứng cho chi tiết kẹp ống (chi tiết DATN-A2-

2) Vì yêu cầu cầu đó nên thanh dẫn hướng cần được lắp cố định với yêu cầu vững chắc và thẳng đứng theo phương vuông góc của mặt phẳng

Hình 6.28 Lắp thanh dẫn hướng

Sau khi lắp con trượt vào chi tiết DATN-A2-2 và canh chỉnh lắp thanh dẫn hướng thì ta tiến hành đưa chi tiết vào thanh dẫn hướng

Hình 6.29 Lắp thanh dẫn hướng và DATN-A2-2

Lắp DATN-A2-1 vào thanh dẫn hướng cố định bằng gối đỡ SF16 Chi tiết DATN-A2-

1 có nhiệm vụ gắn và giữ cố định xi lanh khí nén làm việc Ta tiến hành gắn gối đỡ SF16 lên

58 bề mặt chi tiết DATN-A2-1 bằng các bulong đã được thiết kế từ trước Từ hành trình của xi lanh mà ta xác định độ cao khi gắn chi tiết lên thanh dẫn hướng Khi đã xác định được độ cao phù hợp thì ta tiến hành siết cứng bulong trên gối đỡ để cố định chi tiết

Xi lanh dùng để tác dụng một lực đẩy và kéo chi tiết DATN-A2-2 giúp kẹp giữ ống được cố định trên cụm chân đỡ Đầu ty xi lanh được gắn với chi tiết DATN-A2-2 bằng con tán

Bước 3: Lắp cố định “Bộ đầu hàn” vào cụm đồ gá bằng chi tiết DATN-A3-1 và phiến tỳ

Hình 6.32 Lắp bộ đầu hàn vào bộ gá kẹp

VẬN HÀNH VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH

Cài đặt các thông số hàn

Các thông số tham gia vào quá trình hàn như: Cường độ dòng điện, khoảng cách điện cực, số xung, tốc độ điện hàn, lưu lượng khí

Bảng 7.1: Bảng thông số hàn với vật liệu Inox

Bề dày (mm) 1.6 2.4 3.2 4.8 6.4 12.7 Đường kính điện cực(mm) 1.6 1.6 2.4 2.4 3.2 3.2

Dòng điện hàn(A) 80÷120 100÷160 120÷200 150÷250 200÷350 225÷375 Điện áp hàn(V) 12 12 12 12 12 12

Tốc độ hàn min (mm/p) 250 250 250 200 200 200 Đường kính mỏ phun(mm) 9.5 9.5 9.5 9.5 12.5 12.5

Lưu lượng khí bảo vệ min(lít) 10 10 10 10 12 12

Tốc độ quay của động cơ

Khoảng cách điện cực 1.5 -2 mm

Bánh răng lớn h Ống gân

Hình 7.1 Mô phỏng thông số hàn

Với các thông số khác nhau sẽ cho các kết quả hàn khác nhau hiện diện trên trực tiếp trên bế mặt sản phẩm

Theo thiết kế ban đầu, chu trình hàn ống gân là kết hợp giữa 1 vòng xung động cơ 1 vòng và tỉ số truyền của bộ bánh răng:

Số xung bánh răng quay 1 vòng = Xungđc x Ubr = 1630 x 60/17 = 5750 (xung)

Bảng 7.2: Bảng thông số hàn cho ống gân Inox

Khoảng cách Tốc độ hàn Dòng điện hàn Lưu lượng khí Chế độ hàn

Sử dụng phần mềm GX developer để lập trình cài đặt các thông số đó vào PLC điều khiển động cơ và nguồn hàn.

Công đoạn chuẩn bị

Cắt ống thành từng đoạn với kích thước phù hợp bằng máy cắt Cắt sao cho ống không bị cong vênh mặt đầu

Mài sạch bavia trên đầu ống Việc làm sạch bavia trên bề mặt cắt để không gây nguy hiểm trong quá trình chuẩn bị ống

Hình 7.3 Mài bavia Đập đầu mí ống bằng bộ đập ống

Hình 7.4 Các chi tiết dùng để đập mí ống

Lựa chọn đầu điện cực phù hợp và có đủ độ chính xác Việc lựa chọn điện cực là điều cần thiết để duy trì hồ quang ổn định và mức độ xuyên thấu của mối hàn được nhất quán

Hình dạng và cả cách mài điện cực rất có ảnh hưởng đến sự ổn định và tập trung của hồ quang hàn Nói chung chiều cao mài tốt nhất là khoảng từ 1.5 – 3 lần đường kính điện cực Khi mài xong phần côn thì cần làm tù phần đầu côn một chút để bảo vệ điện cực khỏi sự phá hủy mật độ dòng điện quá cao [9]

Hình 7.6 Cách mài kim hàn

Hình 7.7 Mài kim hàn trên máy

Kim hàn này thích hợp hàn với các mối hàn trên các vật liệu như thép cacbon, Inox…

7.2.3 Khí bảo vệ mối hàn

Các loại khí trơ nào cũng có thể dùng để hàn TIG, nhưng khí Argon và Heli được sử dụng nhiều hơn vì giá thành thấp

Argon là loại khí trơ không màu, mùi, vị và không độc Ar được trích từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99,9 %, có tỷ trọng so với không khí là 1,33 Ar được cung cấp trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng khí hóa lỏng với nhiệt độ - 184 0C trong các bồn chứa Dễ mồi hồ quang do năng lượng ion thấp [9]

Heli là loại khí trơ không màu, mùi, vị Tỷ trọng so với không khí là 0,13 có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp – 2720C, thường được chứa trong các bình áp suất cao

Hình 7.8 Mối quan hệ giữa khí và điện thế

Ar, He hoặc hỗn hợp của chúng đều có thể sử dụng đối với đa số các công việc hàn Khi hàn trên những vật cực mỏng thì phải sử sụng khí Ar Ar thường cung cấp hồ quang êm hơn là He Thêm vào đó, chi phí đơn vị thấp và những yêu cầu về lưu lượng thấp của Ar đã làm cho Ar được ưa chuộng hơn từ quan điểm kinh tế.

Vận hành máy

7.3.1 Vận hành trên bộ điều khiển a) Tính năng vận hành

- Khi bật CB, đèn xanh lam sáng báo hiệu máy đã có nguồn điện

- Bấm nút CYCLE màu xanh máy chạy theo chương trình

- Bấm nút RUN màu xanh máy chạy theo tùy chỉnh

- Bấm nút STOP màu đỏ máy dừng để kiểm tra mẫu

- Bấm nút E-STOP màu đỏ máy dừng khẩn cấp

- Bấm nút XI LANH_1 màu xanh để hạ xi lanh số 1

- Bấm nút XI LANH_1 màu đỏ để nâng xi lanh số 1

- Bấm nút XI LANH_2 màu xanh để hạ xi lanh số 2

- Bấm nút XI LANH_2 màu đỏ để nâng xi lanh số 2

- Bấm nút màu đỏ trong tủ điện để hàn đính b) An toàn điện

- Tất cả các tín hiệu điện bên ngoài tử điện phải sử dụng nguồn 24VDC

- Phải cách điện giữa bộ hàn và động cơ tránh cháy nổ bộ Driver

7.3.2 Vận hành trên mô hình

Bước 1: Lắp ống gân lên máy canh chỉnh vị trí hàn mí hai ống gân

Bộ gá kẹp ống Ống gân

Hình 7.9 Gá đặt ống gân trên mô hình thực tế

Bước 2: Canh chỉnh kim hàn sao cho kim hàn nằm giữa hai mí ống gân Khoảng cách giữa kim hàn đến ống gân là 1.5 – 2 mm

Hình 7.10 Điều chỉnh kim hàn

Bước 3: Cắm dây khí vào đầu hàn và chi tiết hàn

Khí Ar sẽ bảo vệ mối hàn và kim hàn Khí được cấp cho cả 2 bề mặt trong và ngoài để chống lại sự oxi hóa trong quá trình hàn ống giúp mối hàn sạch hơn

Hình 7.11 Cắm dây khí vào 2 đầu ống

Bước 4: Cấp điện cho đầu hàn

Kẹp dây mass vào bộ gá kẹp (cực dương) và dây mỏ hàn TIG còn lại kẹp vào bộ đầu hàn (cực âm)

Bước 5: Điều chỉnh thông số cường độ dòng điện trên máy hàn (Ampe), mở van chỉnh lưu lượng khí

Bước 6: Bật CB, bấm nút RUN và nút màu đỏ trong tủ điện để hàn đính Bấm nút CYCLE để máy bắt đầu hàn.

Kết quả hàn

Sau quá trình chuẩn bị và vận hành máy, tiến hành thực nghiệm nhiều thông số khác nhau để lấy được sản phẩm đẹp, độ xuyên thấu tốt và mối hàn đồng đều

Bảng 7.3: Bảng thông số thí nghiệm hàn

Chế độ hàn (xung hàn)

Kết quả hàn thu được

Các kết quả được đánh gia thông qua trực quan và chưa yêu cầu đạt các tiêu chuẩn quốc tế.

Bảo trì máy hàn đâu mí ống gân

Bảng 7.4: Bảng hướng dẫn bảo trì

Các lỗi thường gặp Nguyên nhân Khắc phục

Kim hàn bị cháy, nóng chảy

Thiếu khí Argon Điều chỉnh lưu lượng khí, thay mới kim hàn Bánh răng rung lắc Do va đập Kiểm tra lại các ốc đầu bi Driver bị cháy Trong quá trình làm việc

Driver tiếp xúc với kim loại hoặc bụi kim loại, động cơ không cách điện với bộ hàn

Thay mới Driver, sắp xếp lại các thiết bị điện trong tủ điện Động cơ không quay Cháy động cơ, quá tải driver bị cháy Bị kẹt nút E- STOP

Kiểm tra lại động cơ, driver, nút E-STOP

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Thông qua quá trình thực hiện DATN, nhóm đã hoàn thành các yêu cầu đề ra và tổng hợp trong quyển báo cáo này theo đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung, bao gồm tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ và tổng quan của đề tài Nhìn chung, nội dung DATN đã hoàn thành những vấn đề chính như sau: Ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật được thể hiện trong việc tính toán thông số bộ bánh răng, lực kẹp xi lanh tạo ra, tốc độ hàn, số xung, …

Thực hiện phân tích và tổng hợp được thể hiện trong việc thu thập kết quả sau khi chế tạo và sau khi thực nghiệm từ đó lựa chọn các thông số để đưa đến một kết quả tốt nhất

Vấn đề về chế tạo mô hình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế được thể hiện trong việc tạo được môi trường an toàn, quá trình hàn ổn định, giảm thời gian hàn

Khả năng cải tiến và phát triển được thể hiện trong việc chế tạo bộ phận gá kẹp ống gân làm tăng độ chính xác khi gá đặt ống trong quá trình làm việc

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành được thể hiện trong việc xây dựng bản vẽ, thực hiện lên 3D cho toàn bộ các chi tiết và tiến hành gia công CNC để lắp ráp hoàn thiện

Sau quá trình thực hiện đề tài này, các kết quả đạt được có thể được ứng dụng trong việc hàn nối hai ống gân với nhau

Cuối cùng, quá trình thực hiện đề tài đã đạt được các sản phẩm cụ thể như sau:

- Chế tạo được mô hình máy hàn đâu mí ống gân

- Tạo được liên kết hàn nối giữa 2 ống gân

- Đường hàn đều, ngấu đều, bề mặt gợn nhẹ Các kết quả được đánh giá tốt thông qua trực quan

- Máy vận hành ổn định trong quá trình làm việc

Những vấn đề hạn chế

Bên cạnh những kết quả đạt được như mong đợi thì trong quá trình hoàn thành Đồ án

“CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY HÀN ĐÂU MÍ ỐNG GÂN” vẫn còn những mặt hạn chế và thiếu xót:

- Chưa có cơ cấu định vị đầu hàn và bộ đồ gá nên việc lắp ráp, bảo trì, bảo dưỡng phức tạp và tốn nhiều thời gian

- Chưa thử nghiệm trên các đường kính khác nhau

- Sau thời gian thực hiện đề tài, các nhiệm vụ đề ra ban đầu cơ bản được hoàn thành Tuy nhiên để phát triển và cải tiến máy trong tương lai thì nhóm kiến nhị những hướng phát triển:

- Cải thiện thiết kế mẫu mã máy, hướng tới kiểu dáng công nghiệp

- Cần khuôn đập ống chuyên dụng để đạt được độ chuẩn xác cao (độ hở giữa 2 ống nhỏ, bề mặt phẳng, các điểm trên mép đều đồng tâm)

- Lắp thêm xi lanh tạo lực ép dọc trục ống để ép chặt 2 mí ống

- Thiết kế cơ cấu định vị cho các chi tiết để giảm thời gian lắp ráp

- Thiết kế bộ phận xác định vị trí giữa kim hàn và mối hàn

Tiêu đề	Chế Tạo Mô Hình Máy Hàn Đâu Mí Ống Gân
Tác giả	Phan Quốc Anh, Hồ Chí Hận, Hoàng Chí Hùng
Người hướng dẫn	PGS.TS Phạm Sơn Minh
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	88
Dung lượng	6,83 MB