3.2.1 Nguyên lý cắt gọt khi tiện Định Hình.
3.2.1.1 Một khái niệm:
Tiện là phương pháp gia công phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong các phân xưởng cơ khí, máy Tiện thường chiếm 25 ÷ 35% máy móc trong xưởng cơ khí.
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt gồm chuyển động chính thường do phôi quay tạo thành chuyển động cắt, kết hợp với các chuyển động tịnh tiến của Dao.
Phương pháp Tiện dùng để gia công các mặt tròn xoay (trong và ngoài), các mặt định hình tiết diện tròn, gia công ren. (hình..)
Hình 3.1: Khả năng công nghệ của phương pháp tiện
a. Tiện mặt ngoài b. Tiện lỗ.
c. Tiện mặt đầu d. Tiện cắt đứt e. Tiện ren ngoài f. Tiện ren trong g. Tiện côn ngoài h. Tiện côn trong i. Tiện định hình
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
39
3.2.1.2 Chế độ cắt khi Tiện.
Chiều sâu cắt: t (mm)
- Là chiều dày lớp kim loại được bóc đi sau 1 lần chạy dao dọc theo phương vuông góc với bề mặt gia công.
- t = (mm) Trong đó :
D : Đường kính Phôi (mm)
d : Đường kính bề mặt đã gia công (mm)
Hình 3.2: Chiều sâu cắt khi tiện
Bước tiến S (lượng chạy dao) :
- Là lượng dịch chuyển lưỡi dao sau 1 vòng quay của vật gia công, đơn vị (mm/vòng). Có 3 loại bước tiến:
Bước tiến Dọc:
Có hướng tiến theo dọc đường tâm chi tiết gia công. Bước tiến Ngang:
Có hướng tiến vuông góc với đường tâm chi tiết. Bước tiến xiên:
Có hướng xiên 1 góc bất kỳ so với đường tâm chi tiết.
a. Khi tiện ngoài b. Khi tiện lỗ c. Khi tiện mặt đầu d. Khi tiện cắt đứt
40
Hình 3.3: Các yếu tố cắt gọt khi tiện ngoài
Tốc độ cắt v (m/phút):
- Tốc độ cắt phụ thuộc vào đường kính D của phôi:
- Công thức tính: v = (m/phút) (3.1) Trong đó:
D: Đường kính phôi (mm)
n: Số vòng quay của phôi (vòng/phút) - Suy ra, số vòng quay n của phôi:
n = . (vòng/phút) (3.2)
3.2.2 Vật liệu Dao, Góc độ Dao . 3.2.2.1 Vật liệu Dao 3.2.2.1 Vật liệu Dao
Vật liệu làm dụng cụ cắt (Dao) là một trong những yếu tố quan trọng quyết định năng suất của qúa trình cắt gọt. Năng suất công tác của dụng cụ cắt phụ thuộc rất nhiều vào khả năng giữ được tính cắt trong một khoảng thời gian dài của vật liệu làm dao. Khi cắt, dụng cụ phải chịu áp lực, nhiệt độ cao, rung động, mài mòn… khiến cho tính cắt của vật liệu làm dao chóng bị giảm xuống.
Do vậy, vật liệu làm Dao cần đảm bảo các yêu cầu về:
Độ cứng:
Vật liệu làm Dao phải có độ cứng cao hơn so với vật liệu được cắt gọt (vật liệu gia công).
Độ bền cơ học:
Quá trình cắt gọt Dao phải chịu tác động của nhiều lực: lực cắt, lực va đập, lực chạy dao, mômem xoắn,…Do vậy, Dao cần có giới hạn bền cao hơn so với vật liệu cắt gọt.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
41
Độ chịu nhiệt:
Vật liệu khi bị nung nóng thí độ cứng của nó bị gi ảm đi, tuy nhiên nếu trong qúa trình nung nóng đó vật liệu không bị biến đổi về tổ chức thì sau khi làm nguội, độ cứng của vật liệu sẽ được phục hồi. Độ chịu nhiệt là khả năng giữ được độ cứng cao và các tính chất khác ở nhiệt độ cao (không có chuyển biến về tổ chức) trong một thời gian dài.
Độ chịu mài mòn:
Trong qúa trình cắt, trên mặt trước của dao chịuma sát của phoi khi thoát ra, còn mặt sau tiếp xúc với mặt đang gia công, nên dao chóng mòn. Vì vậy, Dao cần có tính chịu được mài mòn cao.
Tính công nghệ:
Vật liệu làm dụng cụ cắt phải dễ rèn, dễ dập, dễ cắt gọt, hay nói cách khác chúng phải được tạo dáng một cách dễ dàng, để thuận tiện cho công việc chế tạo và phục hồi tính năng của dụng cụ cắt trong sản xuất.
Tính kinh tế:
Dao cần có nhiều mức giá phù hợp với điều kiện thực tế và đa dạng chủng loại.
Ngoài ra, khi cắt gọt trong chế biến thực phẩm, vật liệu làm Dao phải đảm bảo tính an toàn vệ sinh thực phẩm (sử dụng các thép không gỉ,..).
3.2.2.1 Góc độ Dao
Trong kỹ thuật Tiện định hình, góc độ Dao cắt được phân tích với sự ảnh hưởng nhiều Góc khác nhau. Còn trong phạm vi của đề tài này, khi xem xét các yếu tố: vật liệu cắt (vỏ Dừa), vật liệu Dao (Thép không gỉ), độ cứng vững của máy, phương pháp gọt định hình, chi phí,…Nên Dao cắt sẽ được đơn giản hóa kết cấu và chỉ phân tích một số góc cắt có ảnh hưởng lớn nhất.
Hình 3.4: Góc độ cơ bản của Dao
Ảnh hưởng các góc độ cơ bản của Dao: - Góc trước chính :
Phôi
42
Là góc giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính. Ảnh hưởng đến quá trình thoát vỏ Dừa khi cắt (thoát phoi).
- Góc sau chính :
Là góc giữa mặt sau chính và mặt cắt đo trong tiết diện chính. Góc luôn luôn dương và có ảnh hưởng đến sự ma sát khi cắt.
- Góc sắc chính :
Là góc giữa mặt trước và mặt sau chính đo trong tiết diện chính.
α + β + γ = 90 (3.3) - Góc cắt :
Là góc gi ữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính.
α + β = δ (3.4)
3.2.3 Lực cắt khi tiện .[6] [9] [15]
Trong quá trình cắt gọt theo nguyên lý Tiện sẽ sinh ra lực cắt: , , . Trong đó:
- Pz : lực tiếp tuyến, trùng với phương vận tốc V, có giá trị lớn nhất. Dùng để kiểm nghiệm công suất tiêu thụ của máy.
- Py : lực chạy dao, có phương trùng với phương chạy dao s. Lực này tác dụng lên cơ cấu chạy dao của máy.
- Px: lực hướng kính, có phương trùng với phương chiều sâu cắt t (mm). Lực này gây rung động trong mặt phẳng ngang.
Hình 3.5: Sơ đồ lực cắt khi Tiện
Dao Phôi
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 43 Tổng hợp lực cắt: R = Pz + Py + Px (3.5) Trong đó: = . . . . (trang 10,[9]) (3.6) = . . . . (trang 10,[9]) (3.7) = . . . (trang 10,[9]) (3.8)
( Các thông số cụ thể trong lực cắt sẽ được trình bày trong phần tính toán )
Hình 3.6: Lực ma sát và phản lực Ta có: Q1 = F1 + N1 (3.9) Q2 = F2 + N2 (3.10) R = Q1 + Q2 (3.11) Trong đó : Q1 , Q2 : Là lực tổng hợp
N1, N2 : là phản lực tác dụng lên Lưỡi Dao
F1, F2: là lực ma sát của Lưỡi Dao
3.3 Cấu tạo và cơ tính Xơ Dừa Tươi 3.3.1 Cấu tạo Quả Dừa và Xơ Dừa 3.3.1 Cấu tạo Quả Dừa và Xơ Dừa
Cấu tạo Quả Dừa:
Dừa là quả hạch có xơ (không phải là loại quả hạt thực thụ). Vỏ ngoài của quả dừa thường cứng, nhẵn, nổi rõ 3 gờ; lớp vỏ quả giữa là các sợi xơ gọi là xơ dừa và bên trong nó là lớp vỏ quả trong (hay gáo dừa hoặc sọ dừa). Lớp vỏ quả trong hóa gỗ, khá cứng, có ba lỗ mầm (gọi là các mắt dừa) có thể nhìn thấy rất rõ từ phía mặt ngoài khi bóc hết lớp vỏ ngoài và vỏ giữa. Thường hai trong ba lỗ hay “mắt” nhỏ hơn và cứng,
44
lỗ thứ ba mềm. Mầm hay phôi nằm ngay dưới mắt mềm ñó. Khi quả nảy mầm, mầm lách qua lỗ mọc ra ngoài.
Hình 3.7: Cấu tạo quả Dừa
Khối lượng tương đối của các thành phần trong quả dừa không cố định, trị số trung bình thể hiện ở bảng sau:
Tỉ lệ khối lượng (%)
Vỏ Gáo Cơm Dừa Nước
35 12 28 25
Bảng 3.1: Tỉ lệ khối lượng trung bình của các thành phần của 1 quả Dừa [4].
Xơ Dừa:
Theo TAPPI (1988), xơ dừa là chất hữu cơ và có thể tái sử dụng. Độ pH của xơ dừa là 5,5. Chất lượng của xơ dừa không bị ảnh hưởng nếu độ pH thấp hơn. xơ dừa có một số tính chất và thành phần hóa học sau: Tỷ lệ C:N là 80:1. Độ xốp 10-12%. Chất hữu cơ: 9,4-9,8%. Tổng lượng tro: 3-6%. Cellulose: 20-30%. Vỏ Gáo Dừa Nước Dừa Cơm Dừa
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
45 Lignin: 60-70%
Tanin: 8,0-8,5% (thuộc loại pyrocatechic-tanin không thủy phân).
EC (dS/m) 0,8.
N% 0,5.
P% 0,3.
K% 0,4.
Xenlulozo trong xơ dừa:
Thành phần chủ yếu của xơ dừa là xenlulozo (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%)
(Xenlulozo), [C6H7O2(OH)3]n. Các phân tử xenlulozo là những chuỗi không phân nhánh, hợp với nhau tạo nên cấu trúc vững chắc, có cường độ co dãn cao. Tập hợp nhiều phân tử thành những vi sợi có thể sắp xếp thành mạch dọc, ngang hay thẳng trong màng tế bào sơ khai. Các phân tử xenlulozo được cấu tạo từ vài nghìn đơn vị b - D - glucozơ nối với nhau bởi liên kết b - 1,4 - glucozit. Sợi bông là xenlulozo thiên nhiên tinh khiết nhất (trên 90%); gỗ tùng, bách (cây lá kim) có khoảng 50% xenlulozo, xơ dừa chiếm khoảng 80% xenlulozo.
Xenlulozo không tan trong các dung môi hữu cơ, trong dung dịch kiềm nước và trong axit vô cơ loãng. Xenlulozo chỉ tan trong axit clohiđric và axit photphoric đặc, tan trong
H2SO4 và trong một số dung dịch của bazơ hữu cơ bậc bốn. Xenlulozodễ bị thuỷ phân
bởi axit, và các sản phẩm thuỷ phân là xenlođextrin, xenlobiozơ và glucozơ…
Cơ tính Sợi Xơ Dừa :
Khối lượng riêng (g/ ) Độ bền (Mpa) Môđun đàn hồi (Gpa) Môđun riêng (MN.m/kg) Độ bền riêng (MN.m/kg) Biến dạng phá hủy (%) 1.25 131-220 4-6 2.5-5 0.14-0.2 15-25
Bảng 3.2: Cơ tính sợi xơ Dừa [4][32] [33]
Độ cứng lớn nhất của một số sợi được tổng hợp từ sợi xơ Dừa và một số sợi hóa học:
Sợi Polyester Composite(85%) EPOXY RESIN (28%)
Độ cứng 37,8 (HV~HB) 30,03 (HRF)~40 (HB)
Tài liệu tham khảo [19] [25],[26]
Bảng 3.3: Độ cứng xơ Dừa
46
3.4 Xây dựng ý tưởng thiết kế “Máy gọt vỏ Dừa Tươi ” 3.4.1 Xác định nhu cầu. 3.4.1 Xác định nhu cầu.
Với đối tượng hướng tới của máy “Gọt Vỏ Dừa Tươi” là các hộ gia đình, cửa hàng kinh doanh Dừa Tươi. Nhóm đã thực hiện khảo sát và tổng hợp các thông tin liên quan đến nhu cầu, được điểm của hoạt động gọt vỏ Dừa Tươi với kết quả như sau:
Qúa trình khảo sát được trong khoảng thời gian . Tại khu vực…với phương pháp lấy mẫu đối với 20 phiếu khảo sát để đánh giá.
Theo kết quả khảo sát thì có tới 80% người mua yêu cầu cửa hàng gọt vỏ, và 20% người mua không yêu cầu gọt vỏ. Dựa vào đó ta có thể thấy tỉ lệ người mua yêu cầu gọt vỏ rất cao.
Biểu đồ 3.1: Nhu cầu gọt vỏ Dừa của khách hàng (%).
Kết quả khảo sát cho thấy 100% người bán gọt vỏ dừa bằng tay, có tới 90% Người bán Dừa chưa từng thấy hoặc sử dụng máy, chỉ có 10% đã thấy nhưng chưa từng gọt bằng máy và qua tìm kiếm thông tin cho thấy chỉ có 1 hoặc 2 công ty/ xưởng chế tạo máy Gọt Vỏ Dừa (trong khu vực TP.HCM).
Điều này phản ánh tình trạng sử dụng máy cũng như hoạt động chế tạo máy là rất nhỏ so với nhu cầu.
80% 20%
Yêu cầu gọt vỏ
Có yêu cầu Không yêu cầu
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
47
Biểu đồ 3.2: Tỉ lệ sử dụng hoặc nhìn thấy máy Gọt Vỏ Dừa (%).
Biểu đồ 3.3: Hoạt động gọt vỏ Dừa của người bán Dừa (%).
Đa số thời gian người bán gọt vỏ xong 1 quả dừa là trên 20s ( chiếm 90%) , 20s (chiếm 5%), và 15s (chiếm 5%), 10s (chiếm 0%). Dựa vào kết quả khảo sát ta thấy thời gian gọt vỏ có thể được giảm xuống khi được gọt bằng máy.
10%
90%
Tỉ lệ tiếp xúc với Máy Gọt Vỏ Dừa
Có Không Hoạt động gọt vỏ Dừa Gọt bằng tay Gọt bằng máy 100%
Biểu đồ
Theo người bán Dừa cho bi (chiếm 65%), có 35% Biểu đồ 3.5: T 3.4.2 Xác định các yêu cầu k 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Cảm giác an toàn khi gọt Dừa bằng tay
35%
48
3.4: Tỉ lệ thời gian gọt xong 1 quả Dừa (%)
a cho biết họ cảm thấy không an toàn khi g 35% cảm thấy an toàn và không có nguy hiểm
3.5: Tỉ lệ cảm giác khi gọt dừa bằng Tay (%)
u kỹ thuật.
Trên 20s 20s 15s 10s
Cảm giác an toàn khi gọt Dừa bằng tay
An toàn Không an toàn 90% 5% 5% 35% 65% a (%).
y không an toàn khi gọt vỏ Dừa bằng Tay m.
(%).
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
49
Mỗi thiết bị hay máy móc kỹ thuật được chế tạo đều cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật như: Hình dáng hình học, năng lượng, vật liệu, các chuyển động, lực tác dụng… đồng thời cần đảm bảo tính thẩm mỹ và tính kinh tế nhằm tạo ra sản phẩm đảm bảo các yêu cầu của người sử dụng. Cho nên khi thiết kế và chế tạo “Máy Gọt Vỏ Dừa Tươi “ cần phải thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật, thẩm mỹ và kinh tế .
Dựa trên các yêu cầu và chức năng máy xác định được yêu cầu bắt buộc cần đạt được ( Demand ) và yêu cầu mong muốn ( Wish ) khi thiết kế và chế tạo máy.
Các yêu cầu và chức năng của “Máy bóc vỏ Dừa Xanh” được xác định chi tiết theo bảng dưới đây.
Trong đó,
D ( Demand ): là yêu cầu kỹ thuật bắt buộc cần đạt được của máy.
W ( Wish ): là yêu cầu mong muốn của sản phẩm nhằm nâng cao giá trị và chất lượng của máy.
Wt ( Weighting ): là tỉ trọng chi phí tăng thêm khi cần đạt yêu cầu mong muốn theo 3 mức độ .
Mức độ cao ( High ): H=3
Mức độ trung bình ( Medium ): M=2
Mức độ thấp ( Low ): L=1
Bảng 3.4: Các yêu cầu kỹ thuật của Máy
Đặc điểm kỹ thuật
D/W Wt Yêu cầu kỹ thuật Từ khóa
D W W W H H M Hình dáng hình học:
Kích thước : chiều dài ≤ 400 mm, chiều rộng ≤ 500 mm, chiều cao ≤ 700 mm
Chiều sâu gọt: 2 – 10 mm Chuyển động học:
Cơ cấu đơn giản, truyền động tốt, ổn định và chính xác
Tốc độ cắt: hợp lý và đảm bảo công suất 200÷300 trái/giờ
Kích thước Chiều sâu
Cơ cấu Tốc độ cắt
50 W W W W W W D W W D W W D W W W D W W W W L M M L L L M H M M H M M L M H H Lực tác dụng: Trọng lượng máy: ≤ 50 Lực di chuyển máy: ≤ 500 N Lực cắt, gọt vỏ Dừa: Nhỏ Lực kẹp chặt Dừa: Nhỏ Năng lượng:
Công suất động cơ: ≤ 1 ( nhỏ hơn 1 ngựa)
Nguồn điện: 220V (1 pha)
Mức độ tiếng ồn: ≤ 70 Vật liệu:
Đảm bảo vệ sinh-an toàn thực phẩm: thép không rỉ
Tuổi bền: 5 năm
Đảm bảo độ bền và chịu được lực tác dụng
Dễ tìm mua, thay thế, sữa chữa
Nhẹ Tín hiệu:
Điều khiển đơn giản
Chính xác, nhanh, ổn định trong quá trình hoạt động
An toàn:
An toàn điện
An toàn trong quá trình cắt
Tự động cắt điện khi có sự cố Khoa học lao động:
Bảng điều khiển dễ dàng sử dụng
Thay thế các bộ phận dễ dàng
Thiết kế gọn, có tính thẩm mỹ
Kết cấu máy dễ bảo trì, bảo dưỡng Kinh tế: Trọng lượng Lực di chuyển Lực cắt Lực kẹp Động cơ Nguồn điện Tiếng ồn Vệ sinh Tuổi bền Độ bền
Tiêu chuẩn hóa Nhẹ Điều khiển Chính xác An toàn điện An toàn cắt Bảo vệ tự động Dễ sử dụng Dễ thay thế Thẩm mỹ
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
51
W L
Tổng chi phí chế tạo nhỏ hơn 6.000.000 đồng
( 6 triệu đồng) Chi phí
3.4.3 Xác định chức năng.
Tất cả các thiết bị kỹ thuật đều có thể được phân tích trong giới hạn dòng chảy và sự biến đổi các đặc tính vật liệu, nguồn năng lượng và thông tin (tín hiệu) trong một giới hạn từ yêu cầu được đặt ra của thiết bị.
Trước hết, cần xác định chức năng tổng quát của máy. Chức năng tổng quát được xác định bằng sơ đồ các dòng chuyển đổi từ dữ liệu đầu vào ( nguyên liệu, vật liệu, năng lượng, tín hiệu điều khiển..) đến dữ liệu đầu ra ( hoạt động, sản phẩm đạt được, năng lượng …. ).
Sơ đồ 3.5: Chức năng tổng quát Máy Gọt Vỏ Dừa Tươi.
Để xác định cụ thể hơn về tính lôgic và vật lý trong mối quan hệ giữa các dòng chảy và sự biến đổi yếu tố hình thành chức năng tổng thể, chúng ta có thể phân tích chức năng theo 2 hệ thống cấu trúc sau:
Cấu trúc hệ thống chức năng
Cấu trúc quá trình chức năng Cấu trúc hệ thống chức năng: