Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy uốn dây sắt mini 3d (khóa luận cơ điện và công trình)

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY UỐN DÂY SẮT MINI 3D Giảng viên hướng dẫn : Đinh Hải Lĩnh Sinh viên thực : Nguyễn Cao Sơn Mã sinh viên : 1651080061 Lớp : K61 – CĐT Khoá : 2016 - 2020 Hà Nội – năm 2020 MỞ ĐẦU Trong xu Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa nay, Khoa học - Kỹ thuật phát triển ngày nhanh chóng, góp phần nâng cao suất lao động, thay dần sức lao động người Sự phát triển dẫn đến nhiều chủng loại máy đời nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếu người Trong đó, máy uốn ứng dụng nhiều công nghiệp, đặc biệt lĩnh vực xây dựng Trong ngành xây dựng trước đây, việc uốn chi tiết sản phẩm thép chủ yếu làm tay, vừa tốn thời gian, vừa tốn nhiều sức lao động người công nhân suất, hiệu mang lại không cao Ngày với hỗ trợ máy móc, công việc trở nên nhẹ nhàng suất tăng lên gấp bội Do giảm chi phí sản xuất ngành xây dựng Trên thị trường có nhiều loại máy uốn khác nhau, từ thủ công, bán tự động tự động Ở Việt Nam xuất nhiều loại máy uốn khác nhau, hầu hết sản phẩm nhập từ bên ngồi nên đơi lúc nhu cầu khách hàng nhiều hạn chế đặc biệt giá thành cao Việc chế tạo máy uốn nước làm hạ giá thành sản phẩm nhiều, bên cạnh cịn tăng vị cạnh tranh thị trường nước so với thị trường giới lĩnh vực cơng nghiệp sản xuất máy móc, thiết bị Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy uốn thép phục vụ cho nhu cầu xã hội cần thiết, đồng thời với định hướng hướng dẫn cô Đinh Hải Lĩnh, chúng em chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D” làm đồ án tốt nghiệp Mục tiêu -Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D Nhiệm vụ - Tìm hiểu tổng quát máy uốn - Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D - Mô phỏng, thực nghiệm kiểm chứng i Phạm vi đề tài - Mô hình máy uốn dây sắt mini 3D - Đường kính dây sắt Φ4 ÷ Φ6 - Góc uốn 180o Phương pháp tiếp cận nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm Nội dung đề tài trình bày chương: Chương : Tổng quan máy uốn dây sắt Chương 2: Tính tốn, thiết kế hệ thống khí máy uốn dây sắt mini Chương 3: Quy trình chế tạo, lắp ráp Chương 4: Kết thực nghiệm Tuy nhiên, kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên việc nghiên cứu đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót Vì vậy, mong đóng góp thầy, bạn để đề tài hoàn thiện Qua đề tài em xin chân thành cảm ơn cô Đinh Hải Lĩnh, thầy, cô bạn giúp đỡ thời gian vừa qua để nhóm em hồn thành tốt đề tài Sinh viên thực đề tài Sơn Nguyễn Cao Sơn ii NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) iii NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Chương : TỔNG QUAN VỀ MÁY DÂY SẮT 1.1 Tổng quan máy uốn 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Lịch sử phát triển máy uốn 1.1.3 Đặc điểm máy uốn thép .2 1.2 Giới thiệu số máy uốn thép 1.2.1 Máy uốn sắt thủ công MDU110-19 1.2.2 Máy uốn thép cầm tay NRB - 32 1.2.3 Máy uốn sắt GW45 .5 1.2.4 Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2 Chương 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY UỐN SẮT MINI 2.1 Yêu cầu máy cần thiết kế 2.1.1 Các tiêu hiệu sử dụng 2.1.2 Khả làm việc .8 2.1.3 Độ tin cậy 2.1.4 An toàn sử dụng .8 2.1.5 Tính cơng nghệ tính kinh tế 2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 2.2.1 Phương án 1: Cơ cấu truyền lực tay 2.2.2 Phương án 2: Cơ cấu truyền lực khí 10 2.2.3 Phương án 3: Cơ cấu truyền lực thủy lực 11 2.2.4 Phương án 4: Cơ cấu truyền lực khí nén .13 2.2.5 Lựa chọn phương án thiết kế 14 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình uốn biến dạng dẻo kim loại 14 v 2.3.1 Ảnh hưởng tốc độ biến dạng 14 2.3.2 Ảnh hưởng ứng suất dư 14 2.3.3 Ảnh hưởng thành phần tổ chức kim loại 15 2.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ 15 2.4 Tính tốn thông số động học .15 2.4.1 Xác định góc uốn đàn hồi 15 2.4.2 Xác định chiều dài phôi uốn .16 2.4.3 Bán kính uốn nhỏ lớn 17 2.4.4 Tính tốn công suất uốn .18 2.4.5 Chọn động phân phối tỷ số truyền 20 2.4.6 Xác định kích thước tối đa phôi uốn 21 2.5 Thiết kế hệ thống khí máy uốn sắt mini phần mềm Inventor 22 2.5.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm Inventor 22 2.5.2 Thiết kế khung khí máy uốn sắt mini 22 2.5.3 Mơ hình tổng quan hệ thống khí máy uốn phần mềm Inventor 30 Chương 3: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP 33 3.1 Quy trình chế tạo .33 3.1.1 Lựa chọn vật liệu, thiết bị 33 3.1.2 Chế tạo .37 3.2 Lắp ráp .44 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 45 4.1 Các bước vận hành 45 4.2 Kết vận hành 47 KẾT LUẬN 51 PHỤ LỤC DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Thép sử dụng xây dựng Hình 2: Máy uốn thép thủy lực Hình 3: Máy uốn sắt thủ công MDU110-19 Hình 4: Máy uốn thép cầm tay NRB-32 Hình 5: Máy uốn sắt GW45 Hình 6: Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2 Hình 1: Cơ cấu truyền lực tay Hình 2: Cơ cấu truyền lực khí 10 Hình 3: Cơ cấu truyền lực thủy lực 11 Hình 4: Ngun lí hoạt động khn uốn 12 Hình 5: Cơ cấu truyền lực khí nén 13 Hình 6: Tính đàn hồi uốn 15 Hình 7: Một số chi tiết điển hình thiết kế inventor 22 Hình 8: Tạo vẽ Inventor 23 Hình 9: Chọn mặt phẳng làm việc 23 Hình 10: Bản vẽ phác thảo chi tiết 24 Hình 11: Đùn chi tiết 24 Hình 12: Bàn máy hồn thiện 24 Hình 13: Bản vẽ kỹ thuật mặt bàn 25 Hình 14: Ổ bi đỡ 25 Hình 15: Bánh 26 Hình 16: Bánh 26 Hình 17: Ống dẫn 26 Hình 18: Giá đỡ step 26 Hình 19: Bản vẽ lắp ghép trục Z 27 Hình 20: Con lăn lắp trục động 27 Hình 21: Bộ trục tì 27 Hình 22: Bản vẽ lắp ghép nạp 28 Hình 23: Con lăn 28 Hình 24: Bản vẽ lắp ghép phận duỗi thẳng dây 28 Hình 25: Bánh 29 Hình 26: Bánh 29 Hình 27: Bánh 29 Hình 28: Thanh 29 vii Hình 29: Kẹp trục 30 Hình 30: Bản vẽ lắp ghép chế uốn dây 30 Hình 31: Tạo mơi trường lắp ghép 30 Hình 32: Lấy chi tiết vào môi trường 31 Hình 33: Chi tiết sau lấy vào 31 Hình 34: Chọn lệnh ràng buộc lắp ghép 31 Hình 35: Ràng buộc đồng tâm 32 Hình 36: Ràng buộc đồng phẳng 32Error! Bookmark not defined Hình 1: Nhựa in PLA Hình 2: Nhựa PVC 33 34 Hình 3: Nhơm định hình Hình 4: Ván gỗ MDF 35 36 Hình 5: Máy in 3D 37 Hình 6: Giao diện Slic3r 37 Hình 7: Chọn File định dạng STL 37 Hình 8: Chuyển đổi file IPT sang STL 38 Hình 9: xoay chi tiết Slic3r 38 Hình 10: Cài đặt thơng số tab Layers and perimeters 38 Hình 11: Cài đặt thơng số tab Infill 39 Hình 12: Cài đặt thông số tab Speed cho máy in 39 Hình 13: Cài đặt thông số tab Filament 40 Hình 14: Biên dạng chi tiết in 40 Hình 15: Xuất file G – Code 41 Hình 16: Điều khiển máy in 41 Hình 17: Quá trình in 41 Hình 18: Cặp bánh cấu uốn 41 Hình 19: Bánh trục Z 42 Hình 20: Gối Ổ bi 42 Hình 21: Giá đỡ động step 42 Hình 22: Con lắn gắn trục động 42 Hình 23: Thanh 42 Hình 24: Giao diện 42 Hình 25: Cài đặt chế độ cắt chọn dao phay 43 Hình 26: Hình dạng sau phay cấu duỗi thẳng dây 43 Hình 27: Sơ đồ lắp ráp tổng thể 44 Hình 28: Cơ cấu bánh 44 viii Hình 29: Cơ cấu uốn 44 Hình 30: Trục Z 44 Hình 31: Chân bàn 44 Hình 1: Kết nối nguồn điện 45 Hình 2: Giao diện Arduino IDE 46 Hình 3: Chọn vi điều khiển 46 Hình 4: Chọn chip xử lí 46 Hình 5: Chọn Port 47 Hình 6: Nạp code cho vi điều khiển 47 Hình 7: Chọn chế độ thủ cơng 47 Hình 8: Chế độ nhập số thủ công manual mode 48 Hình 9: Lệnh đùn dây 48 Hình 10: Hình ảnh thực tế nhập lệnh f10 48 Hình 11: Lệnh xoay trục Z 48 Hình 12: Hình ảnh thực tế nhập z90 49 Hình 13: Lệnh bẻ cong 49 Hình 14:Hình ảnh thực tế nhập b-40 49 Hình 15: Sản phẩm hình lập phương uốn tự động 50 Hình 16: Sản phẩm hình uốn tự động 50 ix + Perimeters: số nét in bên thành vật thể 3mm + Solid layers Top/Bottom: số lớp in bao phủ 3mm Hình 11: Cài đặt thông số tab Infill + Fill density: độ đặc rỗng vật thể 40% + Fill pattern: hình dạng lấp đầy vật thể +Rectilinear đường thẳng dạng Zigzag, Line đường thẳng song song, Oneycomb dạng tổ ong + Top/Bottom fill pattern: Dạng điền kín mặt mặt Hình 12: Cài đặt thơng số tab Speed cho máy in + Perimeters: tốc độ in thành vật thể + Small Perimeter: tốc độ in thành ngồi vật thể có kích thước nhỏ (nên để tốc độ chậm để đảm bảo cho vật liệu hóa rắn kịp thời làm giảm gia tốc máy) + Infill: tốc độ in phần lấp đầy bên vật in + Solid infill: tốc độ lấp đầy mặt in cần làm đặc 39 Hình 13: Cài đặt thơng số tab Filament + Diameter: đường kính sợi nhựa + Extrusion Multiplier: thông thường 1, thấy nhựa q tăng thêm cịn nhựa nhiều giảm (mỗi lần tăng giảm 0.1mm) + Extrusion bed (first/other layer): Nhiệt độ đầu đùn bàn nhiệt lớp sau đó, nhiệt độ đầu thường để cao để vật liệu bám bàn tốt Sau cài đặt xong xem trước biên dạng chi tiết in Chọn Preview: Hình 14: Biên dạng chi tiết in Để xuất G – Code Chọn Export G – Code 40 Hình 15: Xuất file G – Code Khi có file G – code tiến hành chạy máy in Hình 16: Điều khiển máy in Hình 17: Quá trình in Một số chi tiết hoàn thiện sau in máy in 3D: Hình 18: Cặp bánh cấu uốn 41 Hình 19: Bánh trục Z Hình 21: Giá đỡ động step Hình 20: Gối Ổ bi Hình 22: Con lắn gắn trục động Hình 23: Thanh b) Phay số chi tiết máy phay Để sử dụng máy phay cần phần mềm xuất G-code Ở em sử dụng phần mềm Aspire Hình 24: Giao diện Sử dụng cơng cụ Create Vectors để vẽ hình dạng mong muốn 42 Hình 25: Cài đặt chế độ cắt chọn dao phay Hình 26: Hình dạng sau phay cấu duỗi thẳng dây Để xuất G-code chọn Save Toolpaths Trong phần Post Procescer chọn ” G code ( mm)” 43 3.2 Lắp ráp Hình 27: Sơ đồ lắp ráp tổng thể Từ sơ đồ lắp ráp tổng hợp tiến hành kết nối chi tiết nhỏ với thực tế Hình 28: Cơ cấu bánh Hình 30: Trục Z Hình 29: Cơ cấu uốn Hình 31: Chân bàn 44 Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Các bước vận hành Bước 1: Giai đoạn chuẩn bị Trước tiên di chuyển máy đến nơi làm việc, chuẩn bị loại vật liệu sắt thép cần uốn, chuẩn bị đường dây điện, thiết bị đầu nối đóng cắt máy Chọn vị trí đặt nơi phẳng, khơ để tránh gặp cố an toàn điện Bước 2: Kết nối điện cho máy Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng đấu điện cần kiểm tra xem máy có bị hở điện, truyền điện không (Sử dụng bút thử điện để thử), sau cấp điện cho máy để máy hoạt động Hình 1: Kết nối nguồn điện Bước 3: Chạy thử máy Sau đấu điện xong nên kiểm tra xem máy hoạt động ổn định hay chưa, chiều quay động chiều chưa, ngược chiều cần đảo jack cắm động để chiều quay động chiều Bước 4: Vận hành máy: 45 Sau chạy thử thấy máy uốn kĩ thuật bắt đầu trình uốn sắt thép Để chạy máy cần có phần mềm điều khiển Ở em sử dụng phần mềm Arduino IDE Hình 2: Giao diện Arduino IDE Chọn thơng số phù hợp với board mạch Hình 3: Chọn vi điều khiển Hình 4: Chọn chip xử lí 46 Hình 5: Chọn Port Nạp code cho vi điều khiển Ta kích chuột trái vào Upload Hình 6: Nạp code cho vi điều khiển Tuân thủ bước giúp máy hoạt động hiệu đảm bảo an toàn, máy sử dụng bền lâu Ngoài phát dấu hiệu bất thường máy phải đóng ngắt nguồn điện để kiểm tra thường xuyên bảo dưỡng, bảo trì định kỳ 4.2 Kết vận hành Sau nạp code cho vi điều khiển ta tiến hành điều khiển máy Máy có chế độ điều khiển Chế độ thủ cơng người điều khiển nhập thông số để điều khiển máy hoạt động Và chế độ tự động máy hoạt động theo code viết Để vào chế độ thủ cơng ta kích chuột trái vào Serial monitor hình nối tiếp Ta viết “manual” Hình 7: Chọn chế độ thủ công Sau viết manual ta ấn Enter hình nối tiếp // MANUAL MODE //: 47 Hình 8: Chế độ nhập số thủ công manual mode Để đùn dây thép ta dùng lệnh “ f + độ dài mong muốn” Ví dụ f10 hình nối tiếp feed 10mm wire: Hình 9: Lệnh đùn dây Hình 10: Hình ảnh thực tế nhập lệnh f10 Vì máy uốn tạo hình dạng 3D nhờ vào trục Z Ta nhập lệnh “z+góc ” Ví dụ nhập “z90”, hình nối tiếp : Hình 11: Lệnh xoay trục Z 48 Hình 12: Hình ảnh thực tế nhập z90 Để uốn dây ta nhập lệnh “b+góc uốn” Ví dụ nhập b-40 Hình 13: Lệnh bẻ cong Hình 14:Hình ảnh thực tế nhập b-40 Và dây vài sản phẩm dùng chế độ chạy tự động uốn dây sắt 1 49 Hình 15: Sản phẩm hình lập phương uốn tự động Hình 16: Sản phẩm hình uốn tự động 50 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo thử nghiệm hoàn thiện đến đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D” chúng em hoàn thành thời hạn với kết đề tài sau: - Hồn thành việc tìm hiểu loại máy uốn phổ biến nay, xác định kích thước hình dáng sản phẩm - Tìm hiểu cách gia công phay, in 3D - Tập vẽ chi tiết, vẽ lắp máy - Hoàn thành nhiệm vụ tính tốn thiết kế kết cấu - Hệ thống khí máy uốn sắt mini chế tạo hoàn chỉnh Kết vận hành thử nghiệm máy uốn sắt mini chạy tốt Máy uốn sắt có đường kính từ  mm Trong trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm đề tài cịn gặp số hạn chế, khó khăn nhược điểm sau: - Do thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế, chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình gia cơng tính tốn, chi phí có hạn, nên máy làm mang tính chất mơ hình tham khảo - Chi tiết bánh nhựa nên không uốn dây sắt có đường kính lớn 2mm Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D” chúng em tin đề tài phát triển thêm Chi tiết bánh thay thép tơi thể tích C45 chịu tải uốn sắt có đường kính 6mm DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Giáo trình chi tiết máy (Tập 1, 2), NXB Giáo Dục, GS.TS Nguyễn Trọng Hiệp Sổ tay công nghệ chế tạo máy (Tập 1,2,3(1999), NXB Khoa học Kỹ thuật, GS Nguyễn Đắc Lộc Thiết kế tính tốn dẫn động khí( Tập 1,2), NXB Giáo Dục, Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Thiết kế chi tiết máy, Nguyễn Văn Lâm Trang bị công nghệ cấp phôi tự động , Ths Châu Mạnh Lực Địa website: https://anyconv.com/vi/chuyen-doi-ipt-sang-stl/ http://www.tailieu.vn PHỤ LỤC (Bản vẽ kỹ thuật số chi tiết dùng máy uốn dây sắt mini) ... hình máy uốn dây sắt mini 3D? ?? làm đồ án tốt nghiệp Mục tiêu -Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D Nhiệm vụ - Tìm hiểu tổng quát máy uốn - Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình. .. mong muốn Ngày có nhiều loại máy uốn đời: máy uốn kim loại tấm, máy uốn dây thép, máy uốn thép ống, máy uốn định hình, máy uốn tự động CNC máy uốn tự động khác … Do lập trình sẵn nên máy uốn sắt. .. TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY UỐN DÂY SẮT MINI 2.1 Yêu cầu máy cần thiết kế Máy gồm cấu là: cấu duỗi thẳng, cấu nạp dây sắt, cấu uốn Ngồi u cầu máy tạo hình 3D nên cần trục xoay để tạo hình