2.4.1 Quá trình phát triển sản phẩm
Việc xây dựng một ý thiết kế có thể được xuất phát từ nhu cầu thực tế ( thị trường ) hoặc
từ một ý tưởng của người thiết kế mà không xuất phát từ nhu cầu hiện tại nhằm phát triển
một công nghệ mới của người thiết kế. Mỗi sản phẩm thiết kế, chế tạo có thể là kế thừa công nghệ đã ứng dụng hoặc một công nghệ mới được cải tiến từ công nghệ đã được ứng dụng hoặc có thể là một công nghệ hoàn toàn mới, nhưng kết quả cuối cùng nhằm đạt năng suất cao hơn, giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm.
Bất kỳ một sản phẩm nào cũng trải qua các giai đoạn hình thành và phát triển theo một chu kì hay một vòng đời sản phẩm, dưới đây là các gia đoạn cơ bản vòng đời của một sản phẩm: Vòng đời của sản phẩm phụ thuộc vào việc thực hiện các quyết định trong giai đoạn thiết kế nhằm giảm chi phí chế tạo sản phẩm, đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, có khả năng sử dụng dễ dàng và có khả năng tái chế khi kết thúc vòng đời. Các quyết định phụ thuộc vào chất lượng của các thông tin được dự báo được thực hiện trong tiến trình thiết kế, phương pháp thiết kế nhằm cải thiện sản phẩm theo các thông tin được dự báo.
Để xây dựng ý tưởng thiết kế, một nhóm thiết kế sẽ tổng hợp để đưa ra các giải pháp, sau đó lựa chọn các mẫu phù hợp với các dự báo và giải pháp cụ thể thực thi ý tưởng. Để thiết kế một ý tưởng thành một sản phẩm có tiềm năng cần có sự giao thoa các thông tin trong nhiều nguồn liên quan, đồng thời trong mỗi giai đoạn cần có sự phản hồi thông tin cho nhau nhằm cải tiến, khắc phục nhược điểm và hoàn thiện sản phẩm.
Trong quá trình phát triển sản phẩm, người thiết kế gặp khá nhiều khó khăn để giải quyết các thông tin liên quan. Để giảm độ phức tạp, người thiết kế có thể sử dụng giải pháp chia nhỏ thành hai quá trình thiết kế và chế tạo. Dù vậy, hai quá trình này luôn luôn gắn kết chặt chẽ và phụ thuộc lẫn nhau. Do đó, người thiết kế cần hiểu rõ những nội dung liên quan đến hai quá trình này:
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
31
Sơ đồ 2.1: Vòng đời một sản phẩm
Kỹ thuật thiết kế:
Là một quá trình chuyển đổi một ý tưởng hay nhu cầu thị trường theo những thông tin chi tiết ( tài tiệu chế tạo ) từ một sản phẩm hay một hệ thống có thể đã được thực hiện.
Kỹ thuật chế tạo:
Là quá trình chuyển đổi các thông tin chi tiết thành các bộ phận, chi tiết và sự lắp ráp chúng bên trong một sản phẩm hay một hệ thống.
Tính cạnh tranh cao:
Mỗi sản phẩm trên thị trường luôn đối mặt sự cạnh tranh gay gắt về giá bán, công
nghệ, mẫu mã thiết kế, chức năng,…Do vậy, mỗi sản phẩm luôn cần có sự cải tiến và cập nhật công nghệ mới.
THỊ TRƯỜNG – TÀI NGUYÊN – THIẾT KẾ Giải quyết và quản trị vấn đề
NHU CẦU THIẾT KẾ Tổng hợp mẫu Các quyết CHẾ TẠO TÁI CHẾ Dự báo VẬN HÀNH Phản hồi
32
Thay đổi công nghệ:
Công nghệ luôn thay đổi nhanh chóng cùng với những kiến thức mới, vật liệu mới và quy trình tiên tiến hơn. Vì vậy, mỗi sản phẩm luôn luôn cần cải tiến và hoàn thiện công nghệ tối ưu hơn.
Sự phức tạp:
Các sản phẩm và hệ thống đang có xu hướng trở nên phức tạp hơn.
Trách nhiệm:
Giữa cá nhân và môi trường an toàn ngày càng liên quan chặt chẽ hơn và được quy định bằng trách nghiệm pháp lý.
2.4.1.1 Giải quyết vấn đề
Chiến lược giải quyết vấn đề là phân chia chúng thành nhiều phần nhỏ, quản lý theo nhiều vấn đề phụ, sau đó giải quyết chúng theo các mối liên quan với mức độ phụ thuộc nhiều hay ít. Cuối cùng là kết hợp các giải pháp riêng biệt để tiến hành giải quyết vấn đề tổng thể. Sau đây là một mô hình giải quyết vấn đề:
Sơ đồ 2.2: Mô hình giải quyết vấn đề
Mô hình trên thể hiện việc lựa chọn vấn đề cần được xác định chính xác, đúng đắn vấn đề cốt lõi trước khi giải quyết. Sau đó tiến hành đối chiếu, xem xét vấn đề nào cần được giải
quyết trước. Bước tiếp theo là thu thập, lựa chọn thông tin cần thiết và xác định rõ các
Vấn đề Đối chiếu
Thông tin
Sáng tạo
Đánh giá
Quyết định
Giải pháp Không thỏa
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
33
thông tin liên quan. Trong các bước này chúng ta có thể sử dụng kỹ thuật khái niệm trừu tượng để hiểu rõ hơn về vấn đề thông qua các thông tin chi tiết, các tiêu chuẩn được thiết lập. Và từ đó, người thiết kế có thể xây dựng nhiều ý tưởng phù hợp. Tiếp theo là đánh giá các ý tưởng và đưa ra quyết định lựa chọn ý tưởng tối ưu để đưa ra giải pháp giải quyết vấn đề.
Các quyết định cơ bản sẽ được đánh giá theo các mức độ tác động từ các tiêu chuẩn và các dự báo trước theo sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.3: Các quyết định cơ bản 2.4.1.2 Sự quản lý
Sự quản lý thiết kế bao gồm các hoạt động:
Thiết lập mục tiêu
Xây dựng kế hoạch
Trao đổi kế hoạch
Quản trị và điều khiển thực hiện kế hoạch Cấp 1 Nhu cầu
Cấp 2 Ý tưởng
Cấp 3 Sự biểu hiện
Cấp 4 Chi tiết
QUYẾT ĐỊNH
34
Xem xét đầu ra
Dưới đây là kỹ thuật hướng dần quản lý thiết kế sản phẩm BS7000:
Sơ đồ 2.4: Chu kỳ phát triển sản phẩm BS7000 2.4.2 Quá trình thiết kế
Quá trình thiết kế sản phẩm cũng được xây dựng thành các giai đoạn nhỏ dựa theo quá trình phát triển của một sản phẩm. Giải pháp cho người thiết kế là phân chia thành nhiều bước, xác định nội dung quan trọng để xây dựng ý tưởng thiết kế sản phẩm.
Thiết kế
Sản phẩm Hướng dẫn chế
tạo
Ý tưởng ( nhu cầu thị trường ) Các hoạt động Vận hành Kết quả Sản xuất Phế liệu
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
35
Sơ đồ 2.5: Mô hình quá trình thiết kế
Nhiệm vụ thiết kế: Đây là giai đoạn đầu tiên mà người thiết kế cần xác định các điều kiện cần và bắt buộc của sản phẩm, kết quả của giai đoạn này là hình thành các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.
Thiết kế ý tưởng: Ý tưởng thiết kế tiềm năng được xây dựng từ các đặc điểm kỹ thuật, chức năng, mối quan hệ vật lý thể hiện đặc trưng sản phẩm. Kết quả giai đoạn này là ý tưởng bản vẽ phác thảo.
Nhu cầu ( hay ý tưởng) Xác định nhiệm vụ Đặc điểm kỹ thuật Thiết kế ý tưởng Ý tưởng Bản vẽ lắp Phác thảo thiết kế
Thiết kế chi tiết
Kết quả Hoạt động
36
Phác thảo thiết kế: Giai đoạn này là sự sắp xếp các chi tiết thiết kế dựa trên cấu trúc phát triển ý tưởng sản phẩm và cho ra các bản vẽ chi tiết được bố trí theo hình dáng kết cấu cơ khí của sản phẩm.
Thiết kế chi tiết: Cuối cùng là bản vẽ chi tiết về kích thước, hình dạng, dung sai và bản vẽ lắp các chi tiết của sản phẩm. Giai đoạn này cung cấp tài liệu cho hoạt động chế tạo sản phẩm.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
37
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nội dung chính của Chương 3:
Nguyên lý hoạt động của “Máy Gọt Vỏ Dừa Tươi”.
Các lý thuyết liên quan đến hoạt động của máy.
- Nguyên lý cắt gọt khi tiện Định Hình.
- Góc độ Dao, Vật liệu làm Dao.
- Lực cắt khi tiện.
Cấu tạo và cơ tính của Dừa Tươi.
Xây dựng ý tưởng thiết kế “ Máy Gọt Vỏ Dừa Tươi”
Phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng CATIA Analysis trong quá trình thiết kế.
3.1 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động được lựa chọn thông qua quá trình xây dựng, đánh giá ý tưởng thiết kế trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật và chức năng chính của máy gọt vỏ Dừa và được thiết kế dựa trên cơ sở công nghệ của máy Tiện Đứng.
Nguyên lý gọt vỏ Dừa được thực hiện với 5 chức năng chính:
Chức năng tạo chuyển động Quay:
Dừa sẽ được gá chặt tự động vào các mũi nhọn được gắn trên trục chính và chuyển động quay cùng trục chính.
Chức năng kẹp Dừa:
Gá đặt và kẹp Dừa luôn chuyển động quay cùng Trục Chính trong suốt quá trình gọt vỏ.
Chức năng tạo chuyển động chạy Dao Bên:
Chức năng này thực hiện hoạt động cắt gọt vỏ ở phần giữa (thân) của Trái Dừa. Khi Dừa quay, Dao sẽ được di chuyển tịnh tiến hướng tâm và gọt vỏ theo chiều dài của lưỡi Dao.
Chức năng tạo chuyển động chạy Dao Trên:
Phần vỏ ở Đầu (hoặc Đuôi) quả Dừa sẽ được gọt bằng con Dao Trên, và Dao được nghiêng 50 ÷ 56 so với trục chính của máy. Quá trình gọt sẽ định hình Dừa theo lưỡi Dao và tạo thành hình Nón Cụt.
Chức năng cắt đứt phần Đầu(hoặc Đuôi) Dừa:
Sau khi hoàn thành 2 chuyển động cắt của 2 con Dao Bên và Dao Trên, Dừa sẽ được lấy ra và gá đặt vào phần Cắt Đầu Dừa. Nguyên lý cắt được thực hiện giống với nguyên lý Cán với lực Cán được tác dụng lên Quả Dừa thông qua Dao Cắt Đứt.
38
3.2 Các lý thuyết liên quan đến hoạt động của máy. [6] [8] [15] 3.2.1 Nguyên lý cắt gọt khi tiện Định Hình. 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