Chức năng:
Dung dịch cắt là dung môi duy nhất ảnh hưởng đến quá trình điều khiển, chất lượng của vết cắt, chất lượng bề mặt của thành phẩm và ảnh hưởng đến độ tin cậy và độ bền của dụng cụ cắt. Dung dịch cắt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chúng được bơm vào vùng cắt nhằm các mục đích chính sau:
- Hạn chế sự mòn của lưỡi cắt.
- Hạn chế thành phần lực dọc, làm giảm bớt sự gẫy vỡ tại mép vết cắt
- Trì hoãn sự tự phục hồi vết nứt trong khoảng thời gian giữa quá trình cắt và quá trình tách tấm kính. Tuy nhiên nếu khoảng thời gian trì hoãn nhỏ và người công nhân có nhu cầu kiểm tra chất lượng vết cắt, thì có thể không dùng dung dịch cắt.
- Loại bỏ độ ẩm không khí ra khỏi vết cắt. Trong điều kiện phòng chứa lớn, chẳng hạn như phòng lạnh với nhiệt độ đạt gần tới điểm sương, quá trình cắt không có dung dịch cắt sẽ không đạt chất lượng như yêu cầu. Trong điều kiện này, với cùng một tấm kính, một lưỡi cắt có góc sắc 140º sẽ phải làm việc dưới áp lực tương ứng với góc sắc 115º trong điều kiện bình thường. Điều này có nghĩa, nếu vẫn cung cấp cho lưỡi cắt một áp lực cần thiết cho chính nó khi ở điều kiện bình thường, vết cắt sẽ bị phá hủy.
- Nếu dung dịch cắt là chất bôi trơn, có thể để nó chảy từ trên xuống dưới, đi qua hệ thống dao cắt. Điều này giúp cho dung dịch cắt có thể thực hiện cùng lúc hai công dụng: bôi trơn và rửa sạch hệ thống dao cắt, cũng như bôi trơn vết cắt. Nếu dung dịch cắt không phải là chất bôi trơn, nên bơm trực tiếp vào vết cắt.
Các yêu cầu đối với dung dịch cắt: - Trơ đối với bề mặt kính.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
- Đảm bảo lưỡi cắt quay tròn một cách dễ dàng. - An toàn với môi trường.
Ngày nay các loại kính nhiều lớp đang được phát triển và sử dụng rộng rãi, do đó nảy sinh các yêu cầu cao hơn về chất lượng bề mặt tấm kính, trong đó bao gồm cả điều kiện mặt kính sau khi gia công xong phải được làm sạch hết chất lỏng bôi trơn. Do đó để đánh giá sự hiệu quả quả dung dịch cắt, ngoài việc dựa trên khả năng cải thiện chất lượng vết cắt, còn phải đề cập đến khả năng rửa sạch khỏi bề mặt kính sau khi kết thúc quá trình gia công.
Một số loại dung dịch cắt:
*, Dầu hỏa:
- Vật liệu truyền thống, thường dùng khi cắt bằng tay và trong sản xuất nhỏ. - Không gây gỉ sét các bộ phận kim loại của hệ thống lưỡi cắt và trơ với tấm
kính.
- Khó tẩy rửa khỏi bề mặt kính.
- Dầu hỏa nguyên chất không có khả năng bôi trơn. Để tăng khả năng bôi trơn, thường được pha trộn thêm với 1 số loại dầu công nghiệp, tuy nhiên điều này lại làm giảm khả năng tẩy rửa khỏi bề mặt kính.
- Ở lần cắt cuối cùng, phải cắt bỏ mép các tấm kính( để loại bỏ vết bẩn), do đó làm tăng giá thành sản phẩm.
- Độc và dễ cháy.
*, Các dung dịch hoạt tính với dung môi nước:
- Một số dung dịch điển hình như dung dịch OP-7, natri nitrite, carbonximethul cellulose v.v…
- Giảm bớt được 20-30% lực dọc so với dầu hỏa khi giá trị áp lực nhỏ hơn 70N. - Khả năng bảo vệ lưỡi cắt kém, làm giảm tuổi thọ của lưỡi cắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
*, Hỗn hợp hóa học với chất kết dính carbonsilicon:
- Có cấu trúc hóa học tương đối giống với thủy tinh, do đó đảm bảo khả năng giảm lực dọc và tạo vết cắt có chất lượng tốt hơn so với dầu hỏa.
- Hoạt động tốt dưới bất kỳ góc sắc nào của lưỡi cắt và dưới bất kỳ giá trị lực nén nào, đặc biệt là với các giá trị lớn.
- Với áp lực từ 100-110N, có thể giảm lực dọc đến 20-25%. - Bảo vệ lưỡi cắt tốt, do đó làm tăng đáng kể tuổi thọ lưỡi cắt. - Không xảy ra sự ăn mòn các bộ phận kim loại của lưỡi cắt. - An toàn với môi trường.
Trong thực tế, dung dịch cắt không phải là điều kiện không thể thiếu trong quá trình cắt kính. Những thử nghiệm cắt kính mà không sử dụng dung dịch cắt đã cho thấy được hiệu quả rõ ràng. Việc không sử dụng dung dịch cắt tạo điều kiện cho người công nhân kiểm tra chất lượng vết cắt mà không phải đeo bất kỳ vật dụng bảo hộ nào, đồng thời giúp người công nhân điều chỉnh vết cắt một cách dễ dàng. Ngoài ra, việc không sử dụng dung dịch cắt làm giảm chỉ phí làm sạch sản phẩm. Như vậy, tùy thuộc điều kiện và mục đích cụ thể, việc lựa chọn sử dụng dung dịch cắt phụ thuộc quyết định của người công nhân.
2.3.7. Ứng suất dƣ.
Khi làm lạnh một tấm kính sau tạo hình, do vật liệu thủy tinh dẫn nhiệt rất kém nên lớp ngoài của nó bị nguội nhanh hơn so với lớp bên trong. Do sự nguội không đều giữa các lớp, bên trong tấm kính xuất hiện các ứng suất kéo và nén. Sau khi quá trình làm nguội kết thúc, nhiệt độ lớp trong và lớp ngoài bằng nhau, các ứng suất này không được triệt tiêu hết, khiến cho lớp ngoài của tấm kính chịu ứng suất dư nén còn lớp trong chịu ứng suất dư kéo.
Ứng suất dư nén ở lớp bề mặt làm tăng độ bền uốn của tấm kính và có xu hướng ngăn cản sự mở rộng vết nứt do đó giá trị ứng suất dư càng lớn thì yêu cầu tải (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
trọng sinh ra bởi đầu cắt càng lớn. Để cắt được thì vết nứt sinh ra phải có chiều sâu ít nhất xấp xỉ 50% chiều sâu lớp ứng suất nén.
Hình 2.3.Sự phân bố ứng suất bên trong tấm kính
2.3.8. Tuổi thọ lƣỡi cắt.
Lưỡi cắt sau một thời gian sử dụng sẽ bắt đầu bị mòn, về cơ bản, đây là sự tăng bán kính cong của phần đỉnh lưỡi cắt lên một chút. Lưỡi cắt bị mòn nhiều hay mòn ít phụ thuộc vào tần suất tiếp xúc của nó với bề mặt tấm kính. Số lần tiếp xúc càng nhiều, lưỡi cắt bị mòn càng nhiều. Tuổi thọ của lưỡi cắt được tính bằng chiều dài của vết cắt đảm bảo chất lượng. Trong giai đoạn làm việc ổn định, sự giảm chất lượng vết cắt do mòn lưỡi cắt là không đáng kể. Tuy nhiên, khi lưỡi cắt bị mòn đến mức độ nhất định, góc sắc tăng đáng kể, phoi vụn nằm trong hai rãnh chứa phoi vẫn bị ép chặt nhưng hiệu ứng nêm quá nhỏ, dẫn tới ứng suất kéo xuất hiện nhỏ, vết nứt không xuất hiện, hoặc có xuất hiện nhưng không đạt độ sâu cần thiết.
Để bảo vệ lưỡi cắt mới, nên cất giữ chúng trong hộp, chỉ đến khi nào sử dụng mới lấy ra. Nếu cất giữ lưỡi cắt không đúng cách, chẳng hạn như giữ chúng trong túi nhựa hoặc túi giấy, sẽ xảy ra va chạm giữa các lưỡi cắt với nhau dẫn tới hiện tượng mẻ. Những lưỡi cắt bị mẻ khi đem gia công, sẽ tạo ra các vết cắt gián đoạn có chu kỳ trên bề mặt kính.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Hình 2.4.Vết cắt khi cắt bằng lưỡi cắt
2.4. Chọn chế độ cắt.
Như đã đề cập ở trên, để có thể tách được tấm kính thì chiều sâu vết nứt đạt được tối thiểu phải từ 8% chiều dày tấm kính. Với tấm kính dày 5mm, chiều sâu vết nứt yêu cầu là:
h= 5.8/100= 0,4mm
Để đạt được chiều sâu vết nứt 0,4mm, ta có thể chọn lưỡi cắt có thông số sau: - Góc sắc α = 105°, đường kính Ø6, bề dày B=3mm.
- Với lưỡi cắt này, dựa theo bảng ta thấy áp lực cắt tối thiểu có thể chọn để bắt đầu hình thành vết nứt là P=3kG=30N. Với tấm kính dày 5mm, thực nghiệm cho thấy áp lực cắt cần thiết khoảng 50N.
- Với áp lực cắt tối đa P=50N, ta chọn dung dịch cắt là dầu hỏa.
Nhận xét đánh giá: Ở chương III này ta đã đi sâu vào nghiên cứu phương pháp cắt kính sử dụng lưỡi cắt, về các khái niệm, các chỉ tiêu chất lượng và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt. Kết quả ta đã chọn được các thông số của quá trình cắt với
lưỡi cắt ϕ6, góc sắc α = 105°, và áp lực cắt Pmax= 50N, Pmin=30N. Vấn đề đặt ra cho phần sau là lựa chọn phương án thiết kế hệ thống cơ khí cho máy theo phương pháp này dựa trên các thông số kĩ thuật đã được đặt ra.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
CHƢƠNG III
PHÂN TÍCH CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
Để cắt kính tấm ta có nhiều phương án lựa chọn loại máy cũng như lựa chọn và bố trí các cụm chi tiết trong máy. Nhiệm vụ của chương này là phân tích các phương án khả thi để chọn ra kết cấu của máy một cách hợp lý thỏa mãn các tiêu chí:
- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra trước khi thiết kế.
- Đảm bảo chất lượng sản phẩm.
- Kết cấu gọn nhẹ, dễ sử dụng và sửa chữa.
- Đảm bảo tính kinh tế.
- Phù hợp với điều kiện thực tế tại nơi sản xuất.
3.1. Yêu cầu kỹ thuật của máy.
- Vật liệu gia công: kính nổi dày tối đa 5mm.
- Kích thước phôi lớn nhất gia công: 900mm x 1000mm. - Vận tốc cắt tối đa 0,5m/phút.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Giả sử cần tạo hình một tấm kính có biên dạng f(x) từ một tấm phôi có kích thước Lx x Ly tối đa là 900mm x 1000mm. Để thực hiện được điều này thì đầu cắt (2) và bàn máy (1) phải thực hiện được các chuyển động tương đối sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chuyển động theo hai phương trục X, Y trên hệ tọa độ Đềcac nằm trong mặt phẳng bàn máy để tạo nên biên dạng f(x).
- Chuyển động theo phương trục Z thẳng đứng để đưa lưỡi cắt tiếp xúc với bề mặt gia công.
Ngoài ra, do máy sử dụng lưỡi cắt (3) có dạng bánh xe lăn, nên trong quá trình cắt, đầu cắt và bàn máy phải thực hiện chuyển động quay C tương đối quanh trục thẳng đứng đi qua điểm tiếp xúc để đảm bảo cho hình chiếu của lưỡi cắt lên bề mặt gia công luôn trùng với tiếp tuyến của quỹ đạo f(x) tại điểm tiếp xúc. Như vậy tổng cộng phải thực hiện 4 chuyển động tương đối giữa bàn máy và đầu cắt. Ta có các phương án thực hiện:
- Sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt.
- Bàn máy di chuyển tịnh tiến trên các trục, đầu cắt đứng yên. - Đầu cắt di chuyển tịnh tiến trên các trục , bàn máy đứng yên.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.2. Lựa chọn phƣơng án thiết kế máy.
3.2.1. Phƣơng án 1- sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt.
Hình 3.2.Sơ đồ sử dụng cánh tay máy điều khiển đầu cắt
Phương án này sử dụng một cánh tay máy nắm lấy đầu cắt để điều khiển nó di chuyển trên mặt phẳng gia công theo biên dạng của quỹ đạo cắt bằng cách phối hợp các khớp quay và khớp tịnh tiến của cánh tay máy. Việc phối hợp các khớp này phụ thuộc vào loại tay máy và số bậc tự do của nó. Tuy nhiên, dù sử dụng loại tay máy nào thì đầu cắt cũng phải được cung cấp chuyển động quay quanh trục thẳng đứng C. Trong trường hợp này bàn máy đứng yên. Phương án này cho phép thiết kế máy gọn nhẹ chỉ với 2 khối chính, tuy nhiên việc điều khiển lại phức tạp và giá thành rất cao.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.2.2. Phƣơng án 2- Bàn máy di chuyển trên các trục, đầu cắt đứng yên.
Hình 3.3.Sơ đồ di chuyển bàn máy
Phương án này sử dụng các cơ cấu dẫn động để đưa bàn máy di chuyển theo các trục X, Y, Z, C còn đầu cắt đứng yên. Các cơ cấu dẫn động được điều khiển bởi hệ thống điều khiển.Trong quá trình chuyển động, bàn máy được định hướng bởi các cơ cấu dẫn hướng. Phương án này thường được sử dụng trong các máy CNC thông thường, tuy nhiên nó có những nhược điểm sau:
- Yêu cầu hệ dẫn động có công suất lớn, đặc biệt là cơ cấu dẫn động trục Z, các cơ cấu dẫn hướng có độ cứng vững cao do bàn máy có khối lượng lớn.
- Kích thước máy cồng kềnh. - Chế tạo phức tạp, giá thành đắt.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.2.3.Phƣơng án 3- Đầu cắt di chuyển trên các trục, bàn máy đứng yên
Hình 3.4.Sơ đồ di chuyển đầu cắt
Phương án này sử dụng các cơ cấu dẫn dộng để đưa đầu cắt di chuyển theo các trục X, Y, Z, C còn bàn máy đứng yên. Các cơ cấu dẫn động được điều khiển bởi hệ thống điều khiển. Phương pháp này có các ưu điểm sau:
- Kết cấu máy gọn hơn so với phương án 2
- Yêu cầu công suất của các cơ cấu dẫn động và độ cứng vững của các cơ cấu dẫn hướng không quá cao, do đầu cắt có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với bàn máy. - Giá thành thấp.
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
Nhận xét: Sau khi so sánh 3 phương án trên với nhau, dựa trên điều kiện thực tế tại cơ sở sản xuất và phạm vi đồ án, ta chọn được phương án thiết kế nguyên lý máy tối ưu nhất là cho đầu cắt di chuyển trên các trục, bàn máy đứng yên.
Phân tích các yêu cầu của máy ta nhận thấy:
- Các chuyển động của đầu cắt theo phương X, Y phối hợp với nhau để nội suy thành quỹ đạo f(x), do đó ta chọn cơ cấu dẫn động là động cơ servo có điều khiển vị trí và tốc độ.
- Chuyển động theo trục Z có chức năng đưa đầu cắt tiếp xúc với bề mặt tấm kính và giữ nguyên trạng thái trong suốt quá trình cắt, do đó ta chọn hệ thống dẫn động bằng khí nén có điều khiển áp suất và lưu lượng.
- Chuyển động trên trục C của đầu cắt có chức năng chỉnh hướng cho lưỡi cắt một cách liên tục trong suốt quá trình cắt. Do đó, ta chọn hệ thống dẫn động là động cơ điện gắn trực tiếp lên xilanh khí nén và có điều khiển góc quay.
3.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý máy.
Dựa trên các lựa chọn và phân tích ở trên, ta thiết kế được sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Luận văn Thạc sỹ: “Thiết kế chế tạo mô hình Máy cắt kính” GVHD: Lê Thanh Sơn
3.3.1. Sơ đồ khối
Hình 3.5. Sơ đồ khối cơ khí
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của máy.
Chuyển động của đầu cắt trên các trục X và Y được tạo bởi động cơ servo có điều khiển tốc độ và vị trí. Chuyển động quay của động cơ, thông qua bộ truyền động biến thành chuyển động tịnh tiến của khối chi tiết mang đầu cắt dọc theo trục X. Vận tốc và vị trí của đầu cắt trên trục X được điều khiển thông qua vận tốc và góc quay của trục động cơ. Trục X mang theo tất cả các hệ thống dẫn động và dẫn hướng của các