Nghiên cứu và thiết kế đồ gá hàn nhằm giảm ứng suất và biến dạng khi hàn dầm chữ i

bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - TRầN quốc mạnh NGHIÊN CứU Và THIếT Kế Đồ Gá HàN NHằM GIảM ứng suất biến dạng hàn dầm chữ i luận văn thạc sĩ KHOA HọC Ngời hớng dẫn khoa học: pgs.ts nguyễn thúc hà Hà NộI - 2010 LI CAM OAN Tụi xin cam oan bn lun ny khụng chộp bt c ti liu no hin ang s dng v cỏc cụng trỡnh ó c cụng b (ngoi tr cỏc bng biu s liu tham kho v nhng kin thc c bn cỏc ti liu hc v nghiờn cu c phộp s dng) Tụi xin chu hon ton trỏch nhim v nhng li cam oan ca mỡnh H Ni, thỏng 10 nm 2010 Tỏc gi Nguyn Quc Mnh _3_ LI CM N Tỏc gi xin by t lũng cm n chõn thnh ca mỡnh ti PGS TS Nguyn Thỳc H, ngi ó hng dn trc tip v giỳp tn tỡnh vic nh hng nghiờn cu, t chc thc hin n quỏ trỡnh vit v hon chnh Lun Tỏc gi by t lũng bit n i vi Ban lónh o Vin C Khớ v Vin o to Sau i hc Trng i hc Bỏch Khoa H Ni ó to iu kin thun li hon thnh bn Lun ny Tỏc gi trõn trng cm n PGS TS Bựi Vn Hnh Phú Vin trng Vin C Khớ ó cú nhng gi ý vic thay i thit k gỏ nhm m bo s linh hot quỏ trỡnh gia cụng dm hn Tỏc gi trõn trng cm n Vn phũng d ỏn Asia link; Th.S, KSHQT V ỡnh Toi v Th.S, KSHQT Vừ Vn Phong Trng i hc Bỏch Khoa H Ni ó hng dn v to iu kin thun li tỏc gi hon thnh phn mụ phng trờn phn mm Sysweld v phn mm Ansys c trỡnh by bn Lun ny Do nng lc bn thõn cũn nhiu hn ch nờn Lun khú trỏnh sai sút, tỏc gi rt mong nhn c s úng gúp ý kin ca cỏc Thy/ Cụ giỏo, cỏc nh khoa hc v bn bố ng nghip H Ni, thỏng 10 nm 2010 Tỏc gi Nguyn Quc Mnh _4_ MC LC Li cam oan Li cm n Mc lc Cỏc ký hiu s dng lun H thng danh mc cỏc hỡnh v Phn m u 12 Lý chn ti Mc ớch nghiờn cu ca lun vn, i tng, phm vi nghiờn cu 2.1 Mc ớch nghiờn cu 13 2.2 i tng v phm vi nghiờn cu Túm tt ni dung thc hin v úng gúp mi ca tỏc gi 13 Phng phỏp nghiờn cu 14 Chng 1: Tng quan v nghiờn cu 15 1.1 Tng quan v cỏc loi gỏ hn 15 1.2 c im cụng ngh, tớnh cht lm vic ca cỏc loi gỏ hn 20 1.3 Tớnh cp thit ca vic nghiờn cu thit k, ch to gỏ hn gim ng sut v bin dng hn dm ch I 22 1.3.1 Tớnh kinh t 22 1.3.2 Tớnh cụng ngh 22 Kt lun chng 24 Chng 2: ng sut, bin dng hn dm ch I; la chn 25 phng ỏn thit k gỏ 2.1 S lc v vic s dng dm ngnh c khớ 25 2.2 nh hng ca cỏc thụng s n bin dng hn dm 27 2.2.1 Ch hn 27 2.2.2 Dng liờn kt hn 27 2.2.3 Trỡnh t thc hin cỏc mi hn _5_ 28 2.2.4 Vic s dng gỏ hn 28 2.3 La chn phng ỏn thit k gỏ hn 28 2.3.1 Khung gỏ 28 2.3.2 Cỏc c cu dn ng 29 2.3.3 C cu kp cht 29 2.3.4 C cu nh v 29 2.3.5 C cu y phụi hn 29 2.3.6 C cu thay i v trớ ca dm 29 2.4 ng sut v bin dng hn hn dm 31 2.4.1 ng sut v bin dng liờn kt hn ch T 31 2.4.2 ng sut v bin dng co dc dm hn ch I 38 2.4.3 Vớ d v tớnh toỏn ng sut v bin dng ca dm 44 3.4.4 Tớnh toỏn giỏ tr bin dng gúc sau hn 47 Kt lun chng 49 Chng : Tớnh toỏn v thit k gỏ hn 49 3.1 La chn phn mm tớnh toỏn 50 3.1.1 Gii thiu v phn mm ANSYS 3.2 Xõy dng s tớnh toỏn cho kt cu 50 53 3.2.1 Phõn tớch kt cu cn ch to 53 3.2.3 La chn dng liờn kt hn 54 3.2.4 La chn ch hn: Nh mc 3.4.3 55 3.3 Thit k s b cỏc b phn chớnh ca gỏ 55 3.3.1 Thit k chi tit cỏc cm ca gỏ 56 3.3.2 Thit k h thng iu khin gỏ 62 3.3.2.1 Thit k h thng iu khin lc kp 62 3.3.2.2 Tớnh toỏn lc kp ca gỏ bng mm Ansys 64 3.3.2.3 La chn piston s dng gỏ 72 3.3.3 Thit k h thng iu khin ca gỏ 73 3.3.3.1 Thit k mch iu khin cho gỏ 73 _6_ 3.3.3.2 iu khin cỏc chuyn ng ca gỏ 78 3.3.3.3 Thit k trỡnh t thc hin cỏc chuyn ng ca gỏ hn 79 Kt lun chng 81 Kt lun v kin ngh 83 Kt lun 83 Kin ngh 85 Túm tt lun 87 Ti liu tham kho 91 Ph lc 93 Ph lc 106 Ph lc 111 Ph lc 117 Ph lc 122 _7_ CC Kí HIU S DNG TRONG LUN VN Ký hiu n v b [mm] Kớch thc cỏc vựng tớnh toỏn [mm] Chiu dy vt liu h [mm] Kớch thc cỏc chi tit F [mm ] P [N] J [mm] Mụ men quỏn tớnh [N/m2] ng sut phỏp [N/m2] ng sut tip E [N/m2] Mụ un n hi [g/cm3] Khi lng riờng Ni dung Din tớch tit din Lc tỏc dng H s Possion YA [mm] Chuyn v F [mm2] Din tớch V [mm3] Th tớch m [kg] Khi lng [%] dón di tng i ak [kp.m/cm2] M (Nm) k mm Cnh mi hn Ih (A) Cng dũng in hn Uh (V) in ỏp hn Vh (mm/p) Tc / tc hn q (cal/s) Nng lng ng dai va p Mụmen _8_ H THNG DANH MC CC HèNH V Hỡnh 1.1 H thng gỏ sn xut kt cu thộp 15 Hỡnh 1.2 gỏ chuyờn dựng v robot hn 16 Hỡnh 1.3 gỏ t ng ngnh cụng nghip ụ tụ 19 Hỡnh 1.4 gỏ t ng sn xut hn 20 Hỡnh 2.1 Dm c s dng ngnh cu ng 25 Hỡnh 2.2 Cỏc loi dm cú biờn khụng i thc t sn xut 26 Hỡnh 2.3 Mt loi dm cú biờn dng thay i thc t sn xut 26 Hỡnh 2.4 Dm hn t hp ch I 26 Hỡnh 2.5 nh hng ca gúc vỏt ti liờn kt hn 27 Hỡnh 2.6 Cỏc kớch thc ca liờn kt hn ch T 31 Hỡnh 2.7 Phõn b ni lc tit din dm hn 32 Hỡnh 2.8 Biu ng sut hn liờn kt ch T 33 Hỡnh 2.9 Cỏc dng tn ti trng tõm ca liờn kt 35 Hỡnh 2.10 Bin dng co dc hn liờn kt ch T 36 Hỡnh 2.11 Bin dng hn dm Cụng xụn 38 Hỡnh 2.12 ng sut liờn kt dm ch I 39 Hỡnh 2.13 Hn tng cp mi hn giỏp mi biờn 40 Hỡnh 2.14 Cỏc mi hn c thc hin chộo 42 Hỡnh 2.15 Hn ng thi hai mi hn cng mt phớa 43 Hỡnh 2.16 Bn v ch to dm hn ch I 44 Hỡnh 2.17 Mụ hỡnh tớnh toỏn giỏ tr bin dng 48 Hỡnh 3.1 Bn v chi tit hn 53 Hỡnh 3.2 Dng liờn kt hn 55 Hỡnh 3.3 Mụ hỡnh thit k s b gỏ hn dm ch I 55 Hỡnh 3.4 Khung gỏ 56 Hỡnh 3.5 C cu thay i v trớ ca dm hn 57 Hỡnh 3.6 C cu chuyn ng ca gỏ 57 _9_ Hỡnh 3.7 C cu nh v, kp cht v chng bin dng ca dm 58 Hỡnh 3.8 C cu cm gi 59 Hỡnh 3.9 H thng iu khin 59 Hỡnh 3.10 gỏ nhỡn t cnh phi 60 Hỡnh 3.11 gỏ nhỡn t cnh trỏi 60 Hỡnh 3.12 gỏ cha phi mu 61 Hỡnh 3.13 gỏ ó phi mu 61 Hỡnh 3.14 H thng iu khin lc kp 63 Hỡnh 3.15 Xõy dng mụ hỡnh cn tớnh toỏn 64 Hỡnh 3.16 Chia li v t ti cho mụ hỡnh 65 Hỡnh 3.17 Chy chng trỡnh tớnh toỏn ln th nht 65 Hỡnh 3.18 Chy chng trỡnh tớnh toỏn cỏc ln tip theo 66 Hỡnh 3.19 Xut kt qu tớnh toỏn 66 Hỡnh 3.20 Xõy dng mụ hỡnh kt cu cho quỏ trỡnh chy mụ phng hn 67 Hỡnh 3.21 To mụ hỡnh y ca kt cu 67 Hỡnh 3.22 Mụ hỡnh kt cu sau chia li 68 Hỡnh 3.23 Mụ hỡnh kt cu sau t ti v cỏc iu kin biờn 68 Hỡnh 3.24 t iu kin gỏ kp hn 69 Hỡnh 3.25 Trng nhit chy chng trỡnh ti bc 69 Hỡnh 3.26 Trng nhit chy cỏc bc tip theo 70 Hỡnh 3.27 Xut kt qu mụ phng 71 Hỡnh 3.28 Piston c s dng gỏ 72 Hỡnh 3.29 S nguyờn lý mch iu khin ca gỏ 74 Hỡnh 3.30 Mosfet 75 Hỡnh 3.31 Dựng Mosfet trờn kờnh N iu khin motor DC 76 Hỡnh 3.32 Mch cu dựng Mosfet 77 Hỡnh 3.33 Bo mch iu khin gỏ 78 Hỡnh 3.34 gỏ v trớ Set (cõn bng) 79 Hỡnh 3.35 gỏ thc hin mi hn s 79 _10_ Hỡnh 3.36 gỏ thc hin mi hn s 80 Hỡnh 3.37 gỏ thc hin mi hn s 80 Hỡnh 3.38 gỏ thc hin mi hn s 81 Hỡnh 3.39 S bin thiờn nhit ti to (0,0,300) 122 Hỡnh 3.40 S bin thiờn nhit ti to (0,0,1500) 122 Hỡnh 3.41 S bin thiờn nhit ti to (0,0,2000) 123 Hỡnh 3.42 S bin thiờn nhit ti to (0,0,3000) 123 Hỡnh 3.43 ng sut theo phng y ti to (0,0,1500) 124 Hỡnh 3.44 ng sut theo phng y ti to (0,0,50) 124 Hỡnh 3.45 ng sut theo phng y ti to (0,0,550) 125 Hỡnh 3.46 ng sut theo phng y ti to (0,0,2000) 125 Hỡnh 3.47 ng sut theo phng y ti to (0,0,3500) 126 _11_ { phantram_PWM=1; } } return (phantram_PWM); } /* Ham dieu khien giam toc*/ unsigned char giamtoc(void) { if(giam==0) { while(giam==0) {;} phantram_PWM++; delay(100); if(phantram_PWM>20) phantram_PWM=20; } return (phantram_PWM); } /* Lua chon che cua dong co*/ unsigned char n; unsigned char chonchedo(void) { if(stop==0) n=1; if(thuan==0) n=2; if(nghich==0) n=3; switch(n) _115_ { case 0: {break;} case 1: {stopdc();break;} case 2: {quaythuan();break;} case 3: {quaynghich();break;} } return (n); } /* Chuong trinh chinh*/ void main() { khoitaohethong(); while(1) { tangtoc(); giamtoc(); chonchedo(); hienthi((20-phantram_PWM)/10,(20phantram_PWM)%10); } } _116_ PH LC ***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE ***** ***** Bng lit kờ kt qu ca file d liu tớnh toỏn mo phng ***** C/Programfile/ Mo phong dam han chu I tiet dien deu/ Luan van Quoc Manh SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 7.5000 1 15.000 17 22.500 25 30.000 33 37.500 41 45.000 50 52.500 59 60.000 67 67.500 75 10 75.000 10 83 11 82.500 11 91 12 90.000 12 98 13 97.500 13 106 14 105.00 14 113 15 112.50 15 120 16 120.00 16 130 17 127.50 17 138 18 135.00 18 146 19 142.50 19 154 20 150.00 20 161 21 157.50 21 22 165.00 22 1 _117_ 167 175 23 172.50 23 183 24 180.00 24 189 25 187.50 25 197 26 195.00 26 205 27 202.50 27 213 28 210.00 28 220 29 217.50 29 228 30 225.00 30 236 31 232.50 31 243 32 240.00 32 250 33 247.50 33 257 34 255.00 34 264 35 262.50 35 271 36 270.00 36 279 37 277.50 37 286 38 285.00 38 293 39 292.50 39 300 40 300.00 40 306 41 307.50 41 313 42 315.00 42 320 43 322.50 43 327 44 330.00 44 334 45 337.50 45 341 46 345.00 46 349 47 352.50 47 356 48 360.00 48 363 49 367.50 49 369 50 375.00 50 375 51 382.50 51 382 _118_ 52 390.00 52 389 53 397.50 53 397 54 405.00 54 404 55 412.50 55 411 56 420.00 56 417 57 427.50 57 425 58 435.00 58 432 59 442.50 59 438 60 450.00 60 446 61 457.50 61 453 62 465.00 62 461 63 472.50 63 468 64 480.00 64 476 65 487.50 65 484 66 495.00 66 491 67 502.50 67 498 68 510.00 68 505 69 517.50 69 512 70 525.00 70 519 71 532.50 71 525 72 540.00 72 532 73 547.50 73 539 74 555.00 74 546 75 562.50 75 552 76 570.00 76 559 77 577.50 77 566 78 585.00 78 572 79 592.50 79 580 80 600.00 80 587 _119_ 81 607.50 81 595 82 615.00 82 602 83 622.50 83 609 84 630.00 84 616 85 637.50 85 623 86 645.00 86 630 87 652.50 87 637 88 660.00 88 644 89 667.50 89 651 90 675.00 90 659 91 682.50 91 665 92 690.00 92 672 93 697.50 93 679 94 705.00 94 685 95 712.50 95 692 96 720.00 96 699 97 727.50 97 706 98 735.00 98 713 99 742.50 99 720 100 750.00 100 728 101 757.50 101 735 102 765.00 102 742 103 772.50 103 748 104 780.00 104 754 105 787.50 105 760 106 795.00 106 767 107 802.50 107 774 108 810.00 108 781 109 817.50 109 788 _120_ 110 825.00 110 794 111 832.50 111 801 112 840.00 112 808 113 847.50 113 814 114 855.00 114 821 115 862.50 115 828 116 877.50 116 835 _121_ PH LC TH BIU DIN S BIN THIấN NHIT V NG SUT BIN DNG KHI HN Hỡnh 3.39 S bin thiờn nhit ti to (0,0,300) Hỡnh 3.40 S bin thiờn nhit ti to (0,0,1500) _122_ Hỡnh 3.41 S bin thiờn nhit ti to (0,0,2000) Hỡnh 3.42 S bin thiờn nhit ti to (0,0,3000) _123_ - th biu din ng sut: Hỡnh 3.43 ng sut theo phng y ti to (0,0,50) Hỡnh 3.44 ng sut theo phng y ti to (0,0,550) _124_ Hỡnh 3.45 ng sut theo phng y ti to (0,0,2000) Hỡnh 3.46 ng sut theo phng y ti to (0,0,3500) _125_ TểM TT LUN VN Ni dung ca lun c trỡnh by chng vi cỏc ni dung sau õy: Phn m u: ó nờu bt lờn lý chn la ti, lch s nghiờn cu, xỏc nh nụi dung nghiờn cu, i tng v phm vi nghiờn cu, nhng lun im c bn v úng gúp ca tỏc gi v phng phỏp nghiờn cu Chng 1: Khỏi quỏt v cỏc loi gỏ hn ó v ang s dng ti cỏc nc trờn th gii núi chung v Vit Nam núi riờng c im cụng ngh v cỏc tớnh nng u vit ca chỳng sn xut T nhng phõn tớch ú tỡm ni dung nghiờn cu phự hp vi khuụn kh ca lun thc s Chng 2: Tng quan v ng sut v bin dng hn, phõn tớch v a c phng ỏn thit k gỏ hn Chng 3: Tớnh toỏn, thit k c gỏ hn theo yờu cu v ni dung ca lun Mụ phng c quỏ trỡnh tớnh toỏn lc, quỏ trỡnh hn dm ch I bng phn mm Ansys Thit k c h thng iu khin lc kp, tớnh toỏn c lc kp ca gỏ cn s dng v vit c chng trỡnh bỏn t ng cho gỏ ó thit k Kt lun: L phn kt lun chung nờu cỏc m lun ó v cha lm c so vi yờu cu, cng nh cp li phm vi nghiờn cu ca lun t ú a hng nghiờn cu tip theo ỏp ng nhng yờu cu ca thc t sn xut ABSTRACT Thesis title: Researching and designing the welding jigs for I Shaped metallic beam to reduce stress and deformation after welding The author: Nguyen Quoc Manh Course: 2008 2010 Supervisor: Assoc Dr Nguyen Thuc Ha a Rationale Welding jigs not only used to determine and clamp the machine parts during welding process but also help to reduce stress and deformation after welding It also helps to make the structures be used longer Welding jigs are varied depending on the production scale and application of different welding methods so that single jigs (for small production) or special-use jigs (for mass production) can be used The quality of metallic beam combination usually depends much on welding systems Nowadays, there are many modern welding factories in production enterprises The enterprises have no difficulty in welding source but they have some problems with welding jigs because welding jigs are very complicated, they depend on many things such as: welding equipments, complex welding parts, easily using and adapting to changes in product design Welding jigs play an important role in production now These reasons have aroused my interest and encouraged me to carry out this study: Researching and designing the welding jigs for I Shaped metallic beam to reduce stress and deformation after welding b Aims, object and scope of the study + Aims of the study: Researching technological factors to design IShaped metallic beam in actual production reasonable designing methods for jigs that helps the author select Surveying the quality of I-shaped metallic beam products in the enterprises which produce engineering structures Recommending the reasonable designing methods for jigs which are suitable to actual condition of the enterprises, flexible to use and economical to produce + Object of the study The quality of I shaped metalic beam products The effects of technological factors to the quality of producing I- shaped metallic beam Jigs for I shaped metallic beam in actual production + Scope of the study Based on the survey in the enterprises which produce steel structures and mechanical equipment, the author analysed and evaluated to find out the methods to design jigs for I-shaped metallic beam that are suitable to actual condition c Design of the study Apart from the introduction and conclusion, the thesis consists of chapters The introduction, provides an overview of the study with specific reference to the rationale, the aim, the research questions, the methods, the significance and the scope of the study Chapter one aims at presenting the overview of the jigs which are used in welding and their technological characteristics It also provides the reasons why the author conducts this study Chapter two, the study, gives various stress and deformation when welding I shaped metallic beam This chapter also provides the methods to design jigs Chapter three presents the calculation and design of welding jigs Shows the design of control systems for jigs The conclusion restates the main points discussed in the study and gives some suggestions for further study d Methodology Researching literature review related to the study Surveying in the enterprises and analysing the data Designing jigs to reduce stress and deformation after welding Simulating clamping force calculation and welding process e Summary The most important thing to most of the enterprises is how to design and produce jigs which are suitable to current welding equipment and complex welding parts, easy to use, able to adapt to changes in product design The use of special-use software to calculate and examine the durability of the structures before designing jigs and producing products is very suitable that will reduce maximum unnecessary costs during manufacturing process ... giả tiến hành chọn đề t i: Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn nhằm giảm ứng suất biến dạng hàn dầm chữ I Mục đích nghiên cứu luận văn, đ i tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu Nghiên. .. Nghiên cứu kh i quát việc sử dụng dầm hàn thực tế, trình đồ gá việc chế tạo kết cấu thép Việt Nam; - Nghiên cứu kh i quát ứng suất biến dạng hàn; - Thiết kế đồ gá hàn dầm chữ I phù hợp v i i u... đề nghiên cứu 15 1.1 Tổng quan lo i đồ gá hàn 15 1.2 Đặc i m công nghệ, tính chất làm việc lo i đồ gá hàn 20 1.3 Tính cấp thiết việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo đồ gá hàn để giảm ứng suất biến