• Hoàn thiện bản thiết kế hiện tại.
• Thiết kế hệ thống điều khiển ghộp nối: Mỏy hàn – Đồ gỏ hàn.
• Kết quả của đề tài làm cơ sở để thiết kế tự động húa toàn bộ dõy chuyền
CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ ĐỒ GÁ HÀN ĐỒNG THỜI 4.1- Đặt vấn đề.
Chỳng ta nhận thấy đồ gỏ cú một tỏc dụng vụ cựng quan trọng. Nú sẽ giỳp chỳng ta nõng cao năng suất và độ chớnh xỏc khi gia cụng, vỡ vị trớ của chi tiết so với mỏy đều được xỏc định bằng gỏ lắp trờn đồ gỏ. Mở rộng khả năng cụng nghệ của thiết bị, giảm nhẹ sự căng thẳng và cải thiện điều kiện làm việc của cụng nhõn và đặc biệt đồ gỏ giỳp cho việc gia cụng nguyờn cụng khú, nếu khụng cú đồ gỏ thỡ khụng thể gia cụng được.
Trong đề tài này việc thiết kế đồ gỏ sẽ cú được tỏc dụng vụ cựng quan trọng, vỡ nú sẽ điều chỉnh sản phẩm chớnh xỏc nhịp nhàng đồng thời.
Qua quỏ trỡnh khảo sỏt tại cụng ty thực tế tại nhà mỏy, em nhận thấy việc thiết kế đồ gà hàn là vụ cựng quan trọng cú đồ gỏ sẽ làm tăng năng xuất lao động và độ chớnh xỏc, ổn định chất lượng sản phẩm. Trong cỏc nguyờn cụng em lựa chọn nguyờn cụng
4.1.1-Khảo sỏt nguyờn cụng hàn 06 điểm giữa mỏ tỏp trỏi với thành hộp trỏi
Hỡnh 4.1a- Cỏc bước, động tỏc của nguyờn cụng hàn 06 điểm đồng thời.
Vị trớ 06 điểm cần hàn trong nguyờn cụng này được mụ tả trong hỡnh 4.1b. Cỏc bước và động tỏc của nguyờn cụng được thể hiện trong hỡnh 4.1a.
Hỡnh 4.1b- Vị trớ và thứ tự cỏc điểm hàn trờn mỏ tỏp. 4.1.2-Phương ỏn dự kiến
Sau khi khảo sỏt thực tế tỡm ra những tồn tại của dõy chuyền và nguyờn cụng này; chỳng tụi đề ra một số phương ỏn giải quyết dưới đõy được thực hiện bỏn tự động trong quỏ trỡnh hàn.
Phương ỏn 1- Hàn tự động tuần tự 06 điểm trờn mỏ tỏp. Sử dụng phương phỏp hàn điểm với một điện cực. Gỏ lắp bỏn tự động (định vị bằng tay, kẹp chặt tự động bằng khớ nộn).
Vẫn giữ nguyờn chế độ hàn, chỉ thay đổi về phương thức thực hiện, bằng việc thay hàn thủ cụng bằng hàn cú sự điều khiển tự động của mỏy.
Phương ỏn 2- Hàn tự động đồng thời 06 điểm trờn mỏ tỏp. Sử dụng phương phỏp hàn điểm với nhiều điện cực hàn. Gỏ lắp bỏn tự động (định vị bằng tay, kẹp chặt tự động bằng khớ nộn).
Phương ỏn 3- Hàn tự động đồng thời 06 điểm trờn mỏ tỏp. Sử dụng phương phỏp hàn điện cực giả. Gỏ lắp bỏn tự động (định vị bằng tay, kẹp chặt tự động khớ nộn).
Nhận xột
Phương ỏn 1, số lần gỏ lắp là 06 lần. Kộo theo nhiều nhược điểm, Vớ dụ: cường độ làm việc của cỏc phần tử trong hệ thống là tăng lờn, làm giảm tuổi thọ và độ tin
cậy của hệ thống Mỏy - Đồ gỏ - Phụi, năng suất thấp. Đồ gà hàn sẽ phức tạp hơn rất nhiều (do khi hàn phải điều khiển đồ gỏ chuyển động). Ưu điểm - khụng phải thờm nguyờn cụng tạo phụi.
Phương ỏn 2, số lần gỏ lắp là 01 lần. Kộo theo nhiều ưu điểm. Vớ dụ: cường độ làm việc của cỏc phần tử trong hệ thống giảm đi, làm tăng tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống Mỏy - Đồ gỏ - Phụi, năng suất cao gấp nhiều lần. Đồ gà hàn sẽ đơn giản hơn rất nhiều (do khi hàn khụng phải điều khiển đồ gỏ chuyển động). Khụng phải thờm nguyờn cụng chế tạo phụi. Nhược điểm là khụng gian bố trớ 06 mỏ hàn đồng thời khú thực hiện.
Phương ỏn 3, số lần gỏ lắp là 01 lần. Kộo theo nhiều ưu điểm, Vớ dụ: cường độ làm việc của cỏc phần tử trong hệ thống là giảm đi, làm tăng tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống Mỏy - Đồ gỏ - Phụi, năng suất cao gấp nhiều lần. Đồ gà hàn sẽ đơn giản hơn rất nhiều (do khi hàn khụng phải điều khiển đồ gỏ chuyển động). Nhược điểm là kết cấu của điện cực phức tạp hơn và phải tạo phụi từ trước.
Với những so sỏnh trờn, chỳng tụi lựa chọn phương ỏn 3 để thực hiện bỏn tự động.
4.1.3- Chế độ hàn
Để hàn 06 điểm này đồng thời, theo [5] ta cú cỏc thụng số cụng nghệ cho hàn 06 điểm đồng thời với phương phỏp hàn điện cực giả như sau:
Bảng 4.1- Chế độ hàn 06 điểm đồng thời. Thời gian hàn [s] 0,13 Lực ộp điện cực [KG] 275 Cường độ dũng điện hàn [A] 19800 Đồ bền mối hàn [MPA] 2,3 Thời gian giữ [s] 0,13
Hỡnh 4.2- Biểu đồ chu trỡnh hàn.
Với chế độ hàn trờn, mối hàn sẽ đạt yờu cầu về độ bền, kớch thước và hỡnh dạng.
4.1.4- Lựa chọn thiết bị
Với cường độ dũng điện hàn cho 06 điểm là 19800A, ta chọn mỏy cú cường độ dũng điện lớn hơn 20% cường độ dũng điện danh định. Bảng 4.4 giới thiệu cỏc thụng số kỹ thuật của mỏy hàn điện tiếp xỳc.
Bảng 4.4- Tớnh năng kỹ thuật của một số mỏy hàn điện tiếp xỳc bỏn tự động.
Từ bảng 4.4, ta chọn mỏy hàn YR500-JM2 với cỏc thụng số cơ bản được túm tắt trong bảng 4.5.
Bảng 4.5- Thụng số mỏy hàn YR-JM2
Mỏy hàn Panasonic YR500-JM2
Cường độ dũng điện tối đa [A] 29000
Cụng suất định mức [KVA] 50
Chu kỳ tải [%] 3,9
Lực ộp điện cực [KG] 1000
Lưu lượng nước làm mỏt [Q/phỳt] 3
Khối lượng mỏy [kg] 500
4.1.5-Thiết kế mụ đun hàn bỏn tự động
Sau khi khảo sỏt, phõn tớch, quy trỡnh cụng nghệ hàn bỏn tự động được thiết kế như sau (hỡnh 4.3):
Từ quy trỡnh cụng nghệ hàn bỏn tự động, xõy dựng cỏc biểu đồ Grafcet để làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển sau này.
Dưới đõy là cỏc dạng biểu đồ Grafcet phục vụ cho quy trỡnh cụng nghệ hàn bỏn tự động nờu trờn.
Biểu đồ Grafcet hàn bỏn tự động 06 điểm đồng thời
4.2- Thiết kế Đồ gỏ hàn đồng thời 4.2.1- Yờu cầu kỹ thuật của đồ gỏ 4.2.1- Yờu cầu kỹ thuật của đồ gỏ
Đồ gỏ thiết kế phải đảm bảo được cỏc yờu cầu kỹ thuật sau:
• Năng suất phải cao hơn hẳn so với khi khụng sử dụng.
• Chất lượng sản phẩm khi sử dụng đồ gỏ phải được đảm bảo, lượng phế phẩm là ớt nhất cú thể chấp nhận được.
• Giỏ thành chế tạo là thấp nhất
• Đồ gỏ phải đảm bảo chắc chắn, và được sử dụng lõu dài.
• Đồ gỏ phải đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người cụng nhõn.
• Việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế cỏc chi tiết đồ gỏ dễ dàng.
4.2.2- Nguyờn lý động học đồ gỏ
Dựa trờn quy trỡnh cụng nghệ hàn bỏn tự động xỏc định ở trờn, cỏc bước hàn tự động cần cú 02 chuyển động sau:
- Chuyển động kẹp/nhả kẹp của mỏ kẹp.
- Chuyển động tịnh tiến lờn/xuống của mỏ hàn.
Xuất phỏt từ cỏc chuyển động phõn tớch ở trờn, chỳng tụi chọn cỏc cơ cấu truyền động tương ứng dưới đõy:
- Sử dụng cơ cấu xi lanh khớ nộn để thực hiện chuyển động kẹp/nhả kẹp. - Chuyển động tịnh tiến lờn/xuống của mỏ hàn được thực hiện bởi mỏy hàn. Trờn cơ sở đú cỏc bản thiết kế kết cấu được thể hiện trong phần phụ lục.
4.2.3- Thiết kế điện cực a- Hỡnh dạng, kết cấu a- Hỡnh dạng, kết cấu
Cỏc dạng điện cực cho hàn 06 điểm đồng thời đều là loại điện cực cú mặt tiếp xỳc đều là mặt phẳng. Cấu tạo điện cực được ghộp từ 4 chi tiết với nhau: đế điện cực, vũng giữ cú ren, nắp điện cực, lừi.
• Đế điện cực- phần chi tiết của điện cực là phần chuyển tiếp giữa điện cực với bản điện cực của mỏy hàn. Trờn hai thành của phần đế điện cực cú hai lỗ dựng để tra bulụng; liờn kết giữa điện cực dưới của mỏy hàn và đế điện cực. Hỡnh dạng đế điện cực được thể hiện trờn hỡnh 4.5. Bản vẽ chi tiết về đế điện cực được thể hiện ở bản vẽ (xem phụ lục).
Hỡnh4.5- Đế điện cực.
• Vũng giữ cú ren- chi tiết cú dạng vành khăn, thành trong cú tạo cỏc rónh ren, cũn thành ngoài thỡ được sẽ rónh tạo, giỳp cho việc thỏo lắp được dễ dàng. Hỡnh dạng vũng giữ cú ren được thể hiện trong hỡnh 4.6. Bản vẽ chi tiết về đế điện cực được thể hiện ở bản vẽ (xem phụ lục).
Hỡnh 4.6- Vũng giữ cú ren.
• Nắp điện cực- chi tiết mặt đỏy cú biờn dạng hỡnh trũn, mặt trờn được cú biờn dạng tương tự với biờn dạn của TĐ. Hỡnh dạng của nắp điện cực được thể hỡnh trong hỡnh 4.7a, b. Trong đú hỡnh 4.7a là chi tiết nắp của điện cực dưới, hỡnh 4.7b là chi tiết nắp của điện cực trờn. Bản vẽ chi tiết về đế điện cực được thể hiện ở bản vẽ (xem phụ lục).
a b
Hỡnh 4.7- Nắp điện cực.
• Lừi- chi tiết dạng hỡnh trụ, một đầu cú ren để lắp với chi tiết đế của điện cực. Cú tỏc dụng dẫn nước làm mỏt. Hỡnh dạng của lừi được thể hiện trờn hỡnh 4.8. Bản vẽ chi tiết về đế điện cực được thể hiện ở bản vẽ.
Hỡnh 4.8- Đế điện cực.
Điện cực trờn và điện cực dưới về cấu tạo chỉ khỏc nhau mỗi phần nắp cũn lại cỏc phần khỏc đều giống nhau.
Hỡnh dạng, cấu tạo điện cực được thể hiện trong hỡnh 4.9.
Bản vẽ lắp điện cực dưới được thể hiện ở phụ lục.
b- Vật liệu
Phần đế điện cực được làm từ hợp kim đồng crom. Thành phần húa học được thể hiện trong bảng 4.6.
Bảng 4.6- Thành phần của vật liệu điện cực.
%Cu %Fe %Cr %Si %Pb
99,1 0,1 max 0,6 min 0,1 max 0,05 max
Bảng 4.7- Cơ tớnh của vật liệu.
Độ cứng [HB] 70
Giới hàn bền [MPa] 482
Giới hàn chảy [MPa] 380
Trạng thỏi dẻo [0C] 500
Bảng 4.8- Tớnh chất của vật liệu ở nhiệt độ 200C.
Khối lượng riờng [g/cm3] 8,89
Nhiệt độ núng chảy [0C] 1075
Độ dẫn nhiệt [W/m.K] 171
Nhiệt dung riờng [J/kg.K] 385
Hệ số dẫn nhiệt [Cm2/s] 1,05
c- Nguyờn lý làm việc
• Nguyờn lý làm việc của điện cực: Phần đế điện cực dưới được gắn chặt với mỏ tĩnh của mỏy hàn thụng qua liờn kết bulụng-đai ốc. Do đú điện cực dưới đứng yờn trong suốt quỏ trỡnh hàn. Điện cực trờn được gắn với mỏ động của mỏy hàn, cũng thụng qua liờn kết bulụng-đai ốc. Do đú điện cực trờn cựng tham gia chuyển động với mỏ động là chuyển động tịnh tiến (lờn xuống). Khi mỏ động (mang theo điện cực trờn) đi xuống tạo thành quỏ trỡnh hàn.
Hỡnh 4.10- Nguyờn lý làm việc của hệ thống nước làm mỏt điện cực.
• Nguyờn lý làm mỏt điện cực: Trong quỏ trỡnh hàn, nhiệt sinh ra khỏ lớn, làm núng điện cực. Khi điện cực bị nung núng, điện trở của điện cực tăng theo; làm giảm hiệu suất của quỏ trỡnh, giảm tuổi thọ điện cực. Do đú cần phải làm mỏt điện cực. Tất cả cỏc điện cực đều được làm mỏt bằng nước. Nước làm mỏt từ hệ thống ống dẫn đi vào lỗ 01, qua phần lừi bờn trong điện cực. Và kết thỳc là đi ra lỗ 02 để ra ngoài vào đường ống dẫn nước. Nguyờn lý này được thể hiện trong hỡnh 4.10.
d- Kiểm nghiệm điện cực
Cỏc thụng số để kiểm nghiệm điện cực gồm cú: giới hạn bền nộn và mật độ dũng điện cho phộp.
Đầu tiờn, điện cực thiết kế phải chịu được lực ộp khi hàn mà khụng bị biến dạng hay hỏng. Để thực hiện điều đú, ta tiến hành kiểm tra độ bền nộn tại cỏc tiết diện nguy hiểm. Do điện cực chỉ chịu nộn thuần tỳy, dọc theo trục của điện cực dưới, nờn xột tại tiết diện cú diện tớch nhỏ nhất.
Xột trờn toàn bộ chi tiết thỡ tiết diện tại vị trớ E là nơi cú tiết diện nhỏ nhất, do đú ta kiểm tra độ bền tại tiết diện E. Tiết diện E được thể hiện trờn hỡnh 4.11.
Hỡnh 4.11- Tiết diện nguy hiểm trờn điện cực.
Theo [8], ứng suất tại tiết diện E:
F N
=
σ (4.1)
Trong đú:
N- lực phỏp tuyến với tiết diện [N] F- diện tớch tiết diện [mm2]
( 2 2) 4 D d
F =π − (4.2)
Với D = 50mm, d = 40mm. Thay vào (4.2) ta cú: F = 706,5 mm2
Với lực ộp khi hàn P = N = 275KG = 2750N. Thay vào (3.1), ứng suất tại tiết diện E:
MPa 89 , 3 10 . 5 , 706 2750 6 = = − σ
Vật liệu điện cực là hợp kim đồng, cú giới hạn chảy cho phộp σch = 380Mpa. So sỏnh giỏ trị tớnh σ với σch, ta thấy σ << σch.
4.2.4- Thiết kế cỏc chi tiết của đồ gỏ
Với việc chọn phương ỏn hàn 06 điểm đồng thời giữa mỏ tỏp với thành hộp để tự động húa. Ta thiết kế đồ gỏ hoạt động phối hợp với mỏy hàn. Nhiệm vụ của đồ gỏ ở nguyờn cụng này là định vị và kẹp chặt. Trong sản xuất cơ khớ, cú rất nhiều cơ cấu kẹp phụi, vớ dụ: cơ cấu kẹp bằng cam, cơ cấp kẹp bằng hệ thanh, vớt me đai ốc, .v.v. Tuy nhiờn cơ cấu kẹp phụi bằng khớ nộn là dựng phổ biến nhất, do dễ tự động húa, tốc độ nhanh, đơn giản về kết cấu, dễ kiếm và rẻ tiền. Do vậy chỳng tụi chọn phương ỏn thiết kếđồ gỏ hàn kẹp bằng khớ nộn.
Đồ gỏ hàn thiết kế được chia 3 cụm, gồm cỏc chi tiết thể hiện trong bảng 4.9
Bảng 4.9 Cụm đụg gỏ chi tiết Cụm Thứ tự trờn bản vẽ Chi tiết Số lượng Vật liệu Xilanh khớ nộn 1 Tai bản lề 2 Thộp C45 Thanh kẹp 1 Thộp C45 Bulụng kẹp 1 Thộp C45 Bạc chặn 2 Thộp C45 Bạc lút 1 Đồng thanh Bạc trượt 1 Đồng thanh Chốt trụ 2 Thộp C45 Chốt chẻ 2 Thộp C45 Tai chữ U 1 Thộp C45 Cụm Kẹp Cao su bọc đầu bu lụng kẹp 1 Cao su Chi tiết định vị 2 Bakelit Đếđịnh vị 1 Thộp C45 Cụm định vị Chốt định vị 4 Thộp C45 Mặt đỡ 1 Thộp C45 Gõn tăng cứng chớnh 2 Thộp C45 Cụm giỏ đỡ Tấm ốp 2 Thộp C45
Gõn tăng cứng 1 1 Thộp C45
Gõn tăng cứng 2 1 Thộp C45
Thanh nối phần bụng 1 Thộp C45
4.2.4.1- Cụm kẹp
Đối với phương ỏn kẹp này, khi kẹp khụng sinh ra mụmen lật, nờn lực kẹp chỉ cần giữ ổn định phụi chống rung động do va đập của điện cực với phụi khi hàn. Vỡ vậy, lực kẹp khụng cần lớn. Theo kinh nghiệm ta chọn ỏp suất cho xi lanh khớ nộn nằm trong phạm vi ỏp suất thấp: (2 ữ 3) at.
Từ đú ta chọn loại xilanh khớ nộn cú cỏc thụng số kỹ thuật sau: Loại xi lanh Chuyển động hai chiều Đường kớnh trong xilanh [mm] 40
Áp suất làm việc [MPa] 0,05 ữ 1 Áp suất giới hạn [MPa] 1,5 Tốc độ pistong [m/s] 0,03 ữ 0,7 Nhiệt độ làm việc [0C] -10 ữ 70 Chiều dài piston lớn nhất [mm] 1000
Bảng 4.10- Bảng kớch thước cỏc chi tiết trong cụm xi lanh [mm].
A B B1 D DD E EF 24(21) φ30 19 14 M6x1 50 52 F FB H K KK LL MG 10 φ7 31 31 M12x1,25 93 14 MM P R TF UF W WF φ16 57 36 70 84 15 25 XF YP YV ZM ZP ZV h 103 18 22.5 143 4 10 7 Cụm kẹp được thể hiện trờn hỡnh 4.12.
Hỡnh 4.12- Cụm kẹp đó được lắp trờn mỏy hàn.
Bản vẽ chi chi tiết của cỏc chi tiết được thể hiện trờn cỏc bản vẽ chi tiết được cho trong phần phụ lục.
4.2.4.2- Cụm định vị
Cụm định vị gồm 5 chi tiết: khối định vị trước, khối định vị sau, đế lắp 2 khối định vị, 4 chốt định vị và 2 bu lụng kẹp. Cụm định vị được mụ phỏng trờn hỡnh 4.13.
Nguyờn tắc làm việc của cụm định vị này, phụi được định vị vào bề mặt 1 của