NGHIÊN cứu THIẾT kế CHẾ tạo máy hàn NGUỘI

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY HÀN NGUỘI RESEARCH DESIGN AND MANUFACTURE OF COLD WELDING MACHINE TS Vũ Ngọc Thương Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định vuthuong77@gmail.com.au TÓM TẮT Hàn nguội công nghệ hàn tiên tiến nghiên cứu ứng dụng nước công nghiệp phát triển Ở nước ta xuất nhiều chi tiết, sản phẩm liên quan đến hàn nguội, chi tiết chủ yếu nhập ngoại nước chưa có thiết bị hàn nguội Nội dung báo cáo tổng hợp kết đề tài nghiên cứu chế tạo máy hàn nguội tác giả tiến hành hoàn thiện năm 2014 trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, nội dung nghiên cứu dựa sở phát triển hướng nghiên cứu tác giả thực Liên Bang Nga Máy hàn nguội nghiên cứu chế tạo Việt Nam đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, sau chế tạo máy hoạt động tốt nguyên lý, hàn thử nghiệm mối hàn cho liên kết tốt đảm bảo chất lượng yêu cầu kỹ thuật Từ khóa: công nghệ hàn nguội, máy hàn nguội, liên kết hàn nguội, áp lực, vật liệu hàn ABSTRACT Cold welding is one of the advanced welding technology has been studied and applied in industrialized countries In our country now appears more details, products related to welding cold, however the details are mostly imported because domestic no cold welding equipment The contents of the article synthesize research results manufacture cold welder was the author conducted and completed in 2014 at the Nam Dinh University of technology and education, research-based content development facilities Author's research was done in Russia Welders are researching and manufacturing cooled in Vietnam but has met the technical requirements, after mechanical working well right principles, weld testing welds for cohesion and quality assurance requirements technical Keywords: cold welding technology, welding machine cold, cold welding affiliate, pressure, welding materials Máy hàn nguội thiết kế, chế tạo sở nghiên cứu tổng quan loại máy thiết bị hàn nguộitrên giới, kết hợp với kết nghiên cứu lý thuyết liên kết hàn nguội công bố hội thảo khoa học quốc tế Liên Bang Nga.Từ việc nghiên cứu phân tích lựa chọn phương án thiết kế chế tạo máy Máy hàn nguội thiết kế gồm ba phận chính, kết cấu khí, khuôn mẫu phận điều khiển NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KẾT CẤU CƠ KHÍ 1.1 Lựa chọn phương án thiết kế chế tạo kết cấu khí máy Máy hàn nguội hoạt động nguyên lý tạo áp lực để ép chi tiết kim loại lại với Để tạo lực ép cấu khí có nhiều phương pháp khác cấu trục vít, trục cam, thủy lực v v Máy ép dạng trục vít suất cho sản phẩm cao máy móc trang thiết bị lại phức tạp, khó thiết kế chế tạo, chi phí bảo trì, sửa chữa cao Máy ép thủy lực tạo lực ép lớn thiết bị lại gọn nhẹ dễ điều chỉnh áp suất, lực ép Phân tích ưu nhược điểm phương pháp ta chọn phương án thiết kế chế tạo máy hàn nguội dạng máy ép thủy lực 179 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 1.2 Thiết kế khung, bệ máy Đối với hệ khung, trước hết cần tính toán đường kính trụ theo điều kiện bền chịu kéo tâm Ngoài ra, kết cấu hệ khung cố định có hai trụ chịu lực, đó, trạng thái ứng suất nguy hiểm cho trụ tải tác dụng lệch tâm theo phương vuông góc với đường nối tâm hai trụ, lúc trụ hệ khung cố định bị kéo lệch tâm Vì sau xác định đường kính trụ hệ khung cố định cần kiểm tra lại điều kiện bền chịu kéo lệch tâm P P P P Hình Kết cấu tính toán hệ khung Xét kết cấu chịu lực hệ khung cố định máy ép xà ngang có độ cứng vững lớn nhiều lần so với độ cứng vững cột Do trình tính toán, để đơn giản ta xem lực tác dụng tâm xà ngang chia cho hai cột chịu lực Lúc trụ (cột) tính toán sức bền chịu kéo tâm Vì cần tính toán thiết diện trụ cho thoả mãn điều kiện bền Điều kiện bền: Lực P t tác dụng lên hệ khung: P t = 20T P t = 20T = 20.103 (KG) = 20.104 (N) Với kết cấu gồm hai trụ, trụ chịu tác dụng lực P có giá trị P =10.104 (N) Lực dọc N z trụ: N z =10.104 (N) Theo điều kiện bền chịu kéo nén tâm: muốn đảm bảo làm việc an toàn chịu kéo nén tâm ứng suất lớn mặt cắt ngang không vượt ứng suất cho phép: 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = Trong đó: Nz 𝐹𝐹 ≤ [𝜎𝜎] (1) 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : ứng suất lớn bề mặt cắt ngang F: diện tích mặt cắt ngang Ở trụ có tiết diện tròn Vì vậy: F= 𝜋𝜋𝑑𝑑2 (d: đường kính trụ) [𝜎𝜎]: ứng suất cho phép vật liệu [𝜎𝜎] tính theo công thức: [𝜎𝜎] = 𝜎𝜎0 𝑛𝑛 Trong đó: 𝜎𝜎 : ứng suất nguy hiểm R n: hệ số an toàn, chọn n = 1,5 180 (2) (3) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Kiểm tra ứng suất trụ chịu tác dụng tải trọng lệch tâm: Đối với hệ khung cố định gồm hai trụ chịu lực trường hợp nguy hiểm tải trọng tác động lệch tâm theo phương vuông góc với đường nối tâm hai trụ Vì cần kiểm tra lại giá trị ứng suất phát sinh trụ trường hợp Khi tải trọng tác động lệch tâm theo phương vuông góc với đường nối tâm hai trụ trạng thái ứng suất trụ chịu nén lệch tâm Lúc trụ chịu lực hệ khung cố định vừa chịu uốn vừa chịu nén Ta có công thức tính ứng phát sinh trụ trường hợp chịu kéo lệch tâm là: 𝑁𝑁 𝑀𝑀𝑢𝑢 𝜎𝜎 max = 𝐹𝐹 + 0,1𝑑𝑑3 𝑃𝑃 2𝑒𝑒 R Đối với máy ép kiểu cột nguy hiểm độ lệch tâm theo hướng trục y Khi ứng suất cột máy ép hai cột là: Trong đó: 𝜎𝜎 = 2𝐹𝐹𝑡𝑡 �1 + 𝑊𝑊 + 𝑦𝑦 8𝑒𝑒 𝑑𝑑 � (4) P t : Tải trọng tác dụng lớn nhất, P t = 2.105 (N) F: Diện tích mặt cắt ngang trụ F = π.d2/4 W x : mô men chống uốn, mặt cắt ngang hình tròn ta có W x = π.d3/32 Tính toán dầm ngang phần mềm RDM 6.16 Hình Sơ đồ tính toán Theo phần mềm tính toán ta mô men mặt cắt nguy hiểm (tại hai đầu): M x = 7.107 N.mm Theo điều kiện bền chịu uốn ta có: 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑀𝑀𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑊𝑊𝑋𝑋 ≤ [𝜎𝜎] 𝑀𝑀𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 107 → 𝑊𝑊𝑋𝑋 ≥ = = 291,7 103 𝑚𝑚𝑚𝑚3 [𝜎𝜎] 240 (5) Trong trình tính toán lực tác dụng Q (trọng lượng phần máy) chia cho sáu cột chịu lực Lúc trụ (cột) tính toán sức bền chịu nén tâm Vì cần tính toán cho thoả mãn điều kiện bền 181 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Sau tính toán khả chịu lực khung máy Sử dụng phần mềm solidwork để thiết kế chi tiết kết cấu khí máy 1.Tấm N2 2.Tấm N3 3.Trụ máy 4.Tấm N4 5.Tấm N5 6.Tấm N6 7.Thanh khung phần bệ máy Hình Mô hình khung bệ máy Hình Bản vẽ lắp phần khung bệ máy hàn THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN HÀN Khuôn hàn nguội hoạt động nguyên lý nén ép hai chi tiết kim loại lại với Tuy vậy, khuôn hàn có đặc điểm riêng khác so với loại khuôn dập nguội thông thường Khuôn chế tạo đảm bảo khả chịu kéo nén đáp ứng điều kiện bền đảm bảo thông số hình học cần thiết phù hợp với việc hình thành liên kết mối hàn Chọn vật liệu làm khuôn: SKD11 Đặc trưng: Tính chịu mài mòn tốt, độ giãm kích thước sau thấm thấp, chuyên dụng để chế tạo khuôn dập nguội 182 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bộ khuôn hàn dùng để hàn mối hàn điểm: 0,5 0,5 Hình Chi tiết khuôn Hình Chi tiết khuôn THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HÀNH TRÌNH Máy hàn nguội thiết kế theo dạng máy ép thủy lực, hệ thống điện điều khiển máy tính toán thiết kế phù hợp với hệ thống thủy lực Quá trình vận hành thiết bị thực sở điều khiển hệ thống thủy lực Xuất phát từ việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống thủy lực tính toán xây dựng hệ thống điện Hệ thống điều khiển thủy lực bao gồm phần tử điều khiển cấu chấp hành kết nối với thành hệ thống hoàn chỉnh để thực theo yêu cầu diều khiển chuyển động lên xuống xy lanh thủy lực Hệ thống mô tả hình 7: Hình Sơ đồ khối hệ điều khiển thủy lực Tín hiệu đầu phản hồi để so sánh với tín hiệu đầu vào Độ chênh lệch tín hiệu vào thông báo cho thiết bị điều khiển, để thiết bị tạo tín hiệu điều khiển tác dụng lên đối tượng điều khiển cho giá trị thực đạt mong muốn Để đảm bảo yêu cầu điều khiển yêu cầu công nghệ hệ thống ép nguội, đề tài sử dụng hệ thống điều khiển vòng kín (có hồi tiếp) Hình minh họa hệ thống điều khiển vị trí chuyển động ép pittong xy lanh thủy lực 183 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Sơ đồ hệ điều khiển xy lanh thuỷ lực vòng kín (có hồi tiếp) Hình Sơ đồ khối hệ thống điện điều khiển Hình 10 Màn hình điều khiển máy hàn ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA MÁY 4.1 Máy chạy không tải Vận hành thiết bị cho máy chạy chế độ không tải, kiểm tra hệ thống thủy lực quan sát đồng hồ áp suất xem có đảm bảo đủ áp suất không Đặt thử áp suất không tải: 70 Par, quan sát hệ thống ống dẫn mức độ an toàn Hệ thống điện quan sát tủ điện đèn báo tất chế độ làm việc hệ thống đảm bảo an toàn tiến hành vận hành máy 4.2 Máy chạy có tải Đặt chi tiết cần hàn cho máy hàn thử, quan sát theo dõi hoạt động máy Máy hoạt động ổn định cố kết cấu khí Hệ thống thủy lực đảm bào an toàn, hệ thống điều khiển điện an toàn điều kiện khẳng định khả làm việc 184 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV máy Qua trình hàn thử nghiệm, sản phẩm mẫu cho kết tốt, máy hoạt động ổn định, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo thiết kế Hình 11 Máy hàn nguội sau chế tạo hoàn thiện 4.3 Hàn mối hàn mẫu thử nghiệm mối hàn sau hàn 4.3.1 Hàn mẫu thử nghiệm Vật liệu: Phôi nhôm A5052, độ bền kéo 230 MPa Chiều dày vật liệu 1,5mm Chiều dày mối ghép hàn 3mm Chế độ hàn ép: Lựa chọn chày ép đưởng kính 8mm Áp suất ép 50Bar Hình 12 Mẫu mối hàn sau hàn thực nghiệm 4.3.2.Kiểm tra đánh giá ngoại dạng mối hàn Mối hàn nguội kiểm tra đánh ngoại dạng thông qua việc đo mức độ biến dạng vật liệu vị trí hàn mẫu thử sau hàn Kết đánh giá tổng hợp bảng Bảng Kết đánh giá ngoại dạng mối hàn nguội Mẫu Mẫu Mẫu Chiều dày vật liệu ban đầu (mm) 3 Chiều dầy liên kết sau hàn (mm) 0,8 0,5 66% 80% 83% Mức độ biến dạng% Đối với vật liệu nhôm mức độ biến dạng để hình thành liên kết hàn nguội từ (60-70) % [1] Với kích thước thiết diện ngang tương đương kích thước chày ép, mức độ biến dạng trung bình mẫu thử đạt 70 đảm bảo mức độ hình thành liên kết tốt Những kết đảm bảo yêu cầu máy hàn nguội 185 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 4.3.3 Kiểm tra thử độ bền kéo mối hàn Sử dụng máy thử kéo nén (WEW-600D TIME GROUP INC) phòng thí nghiệm vật liệu 103 A5 trường Đại học SPKT Nam Định để làm thí nghiệm thử kéo mối hàn Hình 13 Máy thử kéo nén WEW-600D TIME GROUP INC Hình 14 Biểu đồ thử kéo Thực nghiệm đo độ bền kéo mối hàn tiến hành với mẫu thử kết tổng hợp bảng Trên biểu đồ hình 14 cho ta thấy kết thử kéo mẫu số với lực kéo lớn 9,04 (kN) Bảng Tổng hợp kết thí nghiệm thử kéo M1 M2 Lực kéo lớn nhất(kN) M3 7,15 8,76 9,04 Thiết diện liên kết hàn (mm2) 50 50 50 Độ bền kéo lớn liên kết hàn (MPa) 143 175,2 180,8 So sánh kết thử độ bền kéo liên kết hàn với độ bền kéo nhôm A5052 ta có kết quả: Mẫu liên kết hàn số 143/230 *100% = 62,1% Mẫu liên kết hàn số 175,1/230 *100% = 76,1% Mẫu liên kết hàn số 180,8/230 *100% = 78,6% Theo kết nghiên cứu liên kết hàn nguội vật liệu nhôm [2] ta nhận thấy với diện tích liên kết 50mm2 mối hàn chịu lực kéo khoảng 3KN đến 7KN, độ bền kéo lớn lên đến 140Mpa, tương đồng với kết thí nghiệm độ bền kéo liên kết hàn nguội vật liệu nhôm A5052 mà tác giả thực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định 186 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Như sau hàn thử nghiệm kiểm tra mẫu mối hàn nguội phương pháp ngoại dạng thử kéo cho kết tốt, khả quan Điều khẳng định máy hàn nguội chế tạo hoạt động nguyên lý, hàn sản phẩm đáp ứng mục tiêu, phạm vinhiệm vụ nghiên cứu đề tài đề KẾT LUẬN Máy hàn nguội chế tạo sở kết hợp cấu khí, thủy lực hệ thống điện điều khiển tự động, Máy có đặc điểm mớiso với máy có, khả năn gnhận biết kiểm soát thông số công nghệ Với ưu điểm máy phù hợp cho công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học Vận hành thử nghiệm xây dựng quy trình vận hành thiết bị đảm bảo mức độ an toàn cao Đánh giá khả làm việc máy sở vận hành không tải, có tải, máy hoạt động tốt đáp ứng yêu cầu đặt Thực hàn thử nghiệm mối hàn, kiểm tra ngoại dạng thử độ bền kéo đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: Mức độ biến dạng đạt 70% Độ bền kéo so với kim loại 60% Đây kết khẳng định chất lượng, hiệu máy sau chế tạo Từ kết nghiên cứu ban đầu ứng dụng thử nghiệm sản xuất công ty TNHH Đại Thành thuộc khu công nghiệp An Xá thành phố Nam Định cho kết khả quan Với kết bước đầu đạt được, nhóm nghiên cứu đề xuất mở rộng phạm vi nghiên cứu theo hướng nâng cao hiệu suất làm việc máy, nâng cao chất lượng mối hàn, chế tạo máy chuyên dụng phục vụ sản xuất Từng bước ứng dụng kết nghiên cứu vào công tác đào tạo thương mại hóa sản phẩm phục vụ sản xuất công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Стройман И М.Холодная сварка металлов 1985 [2] М.Б Баранов холодная сварка пластичных металле, 1969 [3] Ву Нгок Тхыонг Устройство для холодной сварки алюминиевой проволоки // Известия ТулГУ Технические науки Тула: Изд-во ТулГУ 2013 Вып Ч С 32 -35 [4] Ву Нгок Тхыонга.Холодная сварка давлением алюминиевых деталей, соединяемых внахлестку, кандидатской диссертации 2013 [5] Евдокимов А.К, Ву Нгок Тхыонг Герметизация алюминиевых капсул холодной сваркой давлением // Известия ТулГУ Серия Технические науки Тула: Изд-во ТулГУ 2013 Вып С 108-110 THÔNG TIN TÁC GIẢ TS Vũ Ngọc Thương Phó Trưởng môn Cơ khí hàn, Khoa Cơ khí – Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Đường Phù Nghĩa, Phường Lộc Hạ, Thành phố Nam Định Email: vuthuong77@yahoo.com.au;DĐ: 0945887668 187 ... Lần thứ IV máy Qua trình hàn thử nghiệm, sản phẩm mẫu cho kết tốt, máy hoạt động ổn định, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo thiết kế Hình 11 Máy hàn nguội sau chế tạo hoàn thiện 4.3 Hàn mối hàn mẫu... ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HÀNH TRÌNH Máy hàn nguội thiết kế theo dạng máy ép thủy lực, hệ thống điện điều khiển máy tính toán thiết kế phù hợp với hệ thống thủy lực Quá trình vận hành thiết bị thực sở... hàn nguội phương pháp ngoại dạng thử kéo cho kết tốt, khả quan Điều khẳng định máy hàn nguội chế tạo hoạt động nguyên lý, hàn sản phẩm đáp ứng mục tiêu, phạm vinhiệm vụ nghiên cứu đề tài đề KẾT