Dựa vào hình 4.1 ta thấy kết cấu máy gồm 3 phần chính: - Khung máy
- Khối bên phải mẫu kẹp - Khối bên trái mẫu kẹp
Dựa vào 3 phần chính trên chúng ta sẽ liệt kê và chi nhỏ thành các khối chi tiết hơn để rõ ràng và dễ dàng trong quá trình chế tạo:
- Khung máy: chịu toàn bộ rung động và lực sinh ra trong q trình làm việc. Nó kết nối tất cả các cụm chi tiết. Được chế tạo theo thiết kế của nhóm tại trường đại học.
- Khối bên phải mẫu gồm những cụm chi tiết giúp cho máy hoạt động gồm:
+ Ngàm giữ mẫu bên phải mẫu: địi hỏi sự chính xác để tránh mậu bi trượt trong q trình trượt, do đó nhóm đã đặt hàng chế tạo từ xưởng cơ khí CNC bên ngồi theo theo yêu cầu trên bản trên vẽ do nhóm thiết kế.
+ Cụm gắn ngàm kẹp với lò xo kết nối với hệ thống dẫn động: được chia nhỏ theo thiết kế và chế tạo tại trường đại học
+ Hệ thống dẫn hướng bằng ray trượt: do là những chi tiết tiêu chuẩn nó dễ dàng mua trên thị trường đáp ứng yêu cầu của thiết kế.
+ Hệ thống truyền động: cụm này bao gồm Động cơ và Truyền động đai.
+ Hệ thống điều khiển: khối này là điều khiển điện nên chúng tôi sẽ mua các thiết bị điện và lắp ráp nó cùng nhau dựa trên bản vẽ từ yêu cầu nhóm hệ thống điều khiển.
- Khối bên trái mẫu:
+ Hệ thống đo lực : được theo thơng số và thiết lập theo tính tốn và thiết kế của nhóm hệ thống điều khiển.
Mô tả hoạt động: nhờ sử dụng các cụm chi tiết trên, bên trái ngàm kẹp được kết nối với Load cell ở khung, bên phải ngàm kẹp, lò xo được dịch chuyển nhờ chuyển động tịnh tiến có tính chu kỳ của cơ cấu dẫn động qua dẫn hướng. Do tác động của lực kéo của lò xo lên ngàm làm giãn mẫu.
4.2. Chế tạo cụm ngàm kẹp 4.2.1. Tấm đỡ ngàm kẹp
Hình 4.2 Bản vẽ Tấm đỡ ngàm kẹp
Chức năng: làm giá đỡ cho Ngàm kẹp.
Yêu cầu chế tạo: rảnh trên tấm phải đạt dung sai đúng yêu cầu bản vẽ để tránh trường
hợp Loadcell lắp không vừa hoặc tạo độ hở lớn.
Vật liệu: nhôm
Phương pháp chế tạo: tạo biên dạng ngoài bằng cách cắt laser CNC, phay và khoan
theo yêu cầu bản vẽ.
*Địa chỉ nơi gia công: Xưởng Việt Đức- Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Bảng 4.1 Các tiến trình gia cơng Tấm đỡ ngàm
STT TIẾN TRÌNH DỤNG CỤ
1 - Phay mặt - Dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim.
2 - Phay rảnh 20mm - Dao phay ngón Ø20mm.
3 - Khoan lỗ Ø12.5, Ø15.5 - Taro M3x0,5
Chế độ cắt: Dựa theo bảng tra chế độ cắt dành cho phay mặt đầu của sổ tay Chế Tạo
Máy tập 2.
Phay mặt
Máy phay và dao phạy sử dụng như đã gia công các chi tiết trên Lượng dư các bề mặt cần phay là 1,5mm
Bước 1: Phay thô: t = Z = 1 mm
Tra bảng 5-125 sổ tay CNCTM2 trang 113, lượng chạy dao thô: Sz = 0,14 mm/răng. Tốc độ cắt Vb =316 m/phút (Bảng 5-126 Sổ Tay CNCTM. Tập 2). Trị số này tương ứng với chiều sâu cắt t = 1 mm
Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép: K1 = 1,26 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: K2 = 0,87
Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng: K3=0,66 (T5K10) Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào bề mặt gia công: K4 = 1
Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chiều rộng phay: K5 = 1 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào góc nghiêng chính: K6 = 1 Vậy tốc độ tính tốn: Vt = Vb . K1 . K2 . K3 . K4 . K5 . K6 = 316.1,26.0,87.0,66.1.1.1=228 m/phút Số vịng quay tính tốn: 𝑛𝑡 =1000. 𝑉𝑡. 𝜋𝐷 = 1000.228 3,14.110 = 660 ( 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡 )
Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 700vòng/phút Như vậy, tốc độ cắt thực tế là: 𝑉𝑡𝑡 = 𝜋𝐷𝑛 1000= 3,14.110.700 1000 = 242( 𝑚 𝑝ℎú𝑡)
Lượng chạy dao phút:
Sph = Sz.Z.n = 0,14.4.700 = 392 mm/phút
Theo tiêu chuẩn máy phay ta chọn lượng chạy dao là Sph = 420 mm/phút (bảng 5-129 trang 117 số tay Công nghệ chế tạo máy tập 2)
Theo bảng 5-130 sổ tay CNCTM, tập 2, ta có cơng suất cắt là: Nc = 1.9 kW So sánh: Nc = 1.9 kW < Nm = 5 kW
Tra bảng 5-125 ST CNCTM, lượng chạy vòng 𝑆0 = 0.2 mm/vòng.
Tốc độ cắt Vb = 398 m/phút (Bảng 5-127 STCNCTM. Tập 2). Trị số này tương ứng với chiều sâu cắt t =0,5 mm
Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép: K1 = 1,26 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: K2 = 0,87 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào mác hợp kim cứng: K3=0,66 (T5K10)
Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào bề mặt gia công: K4 = 1 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chiều rộng phay: K5 = 1 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào góc nghiêng chính: K6 = 1 Vậy tốc độ tính tốn: Vt = Vb . K1 . K2 . K3 . K4 . K5 . K6 = 398.1,26.0,87.0,66.1.1.1=288 m/phút Số vịng quay tính tốn: 𝑛𝑡 =1000. 𝑉𝑡. 𝜋𝐷 = 1000.288 3,14.110 = 834 ( 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡 )
Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 880 vòng/phút Như vậy, tốc độ cắt thực tế là: 𝑉𝑡𝑡 = 𝜋𝐷𝑛 1000= 3,14.110.880 1000 = 304 ( 𝑚 𝑝ℎú𝑡)
Lượng chạy dao phút:
Sph = Sz.Z.n = 0,05.4.880 = 176 mm/phút
Theo tiêu chuẩn máy phay ta chọn lượng chạy dao là Sph = 175 mm/phút (bảng 5-129 trang 117 số tay Công nghệ chế tạo máy tập 2)
Theo bảng 5-130 sổ tay CNCTM, tập 2, ta có cơng suất cắt là: Nc nhỏ hơn 1.3 kW So sánh: Nc 1.3 kW < Nm = 5 kW
Phay rãnh
Chọn dao phay ngón thép gió. Các thông số của dao: (tra bảng 5-153 sổ tay cơng nghệ CTM, tập 2)
+ Đường kính dao: D = 20 mm + Số răng: Z = 5
+ Vật liệu: Thép gió
Dụng cụ đo: thước kẹp dài 150 mm, độ chính xác 0.05 Phay rãnh: t = Z = 1,5 mm, B=20mm
Tra bảng 5-153 sổ tay CNCTM2, lượng chạy dao thô: Sz = 0,07 mm/răng.
Tốc độ cắt Vb =26,5 m/phút (Bảng 5-126 Sổ Tay CNCTM. Tập 2). Trị số này tương ứng với chiều sâu cắt t = 1 mm
Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào cơ tính của thép: K1 = 1,15 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: K2 = 0,69 Vậy tốc độ tính tốn: Vt = Vb . K1 . K2 = 26,5.1,15.0,69=21 m/phút Số vịng quay tính tốn: 𝑛𝑡 =1000. 𝑉𝑡. 𝜋𝐷 = 1000.21 3,14.20 = 334 ( 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡 )
Vậy chọn số vòng quay theo máy là: nm = 350 vòng/phút Như vậy, tốc độ cắt thực tế là: 𝑉𝑡𝑡 = 𝜋𝐷𝑛 1000 = 3,14.20.350 1000 = 22 ( 𝑚 𝑝ℎú𝑡)
Lượng chạy dao phút:
Sph = Sz.Z.n = 0,07.5.350 = 123 mm/phút
Theo tiêu chuẩn máy phay ta chọn lượng chạy dao là Sph = 132 mm/phút (bảng 5-157 số tay Công nghệ chế tạo máy tập 2)
Theo bảng 5-157 sổ tay CNCTM, tập 2, ta có cơng suất cắt là: Nc = 1.2 kW So sánh: Nc = 1.2 kW < Nm = 5 kW
Hình 4.3 Tấm đỡ ngàm sau khi chế tạo
4.2.2. Thân ngàm kẹp
Hình 4.4 Bản vẽ Thân ngàm kẹp
Chức năng: làm giá đỡ cho ngàm kẹp.
Vật liệu: sử dụng thép C45.
Phương pháp chế tạo: do yêu cầu độ nhám, độ song song của 2 mặt làm việc cao để
đảm bảo khơng bị lệch khi lắp Ngàm kẹp, nên nhóm đã gia công tại xưởng phay CNC bên ngồi theo u cầu kỹ thuật của nhóm.
Hình 4.5 Thân ngàm kẹp sau khi gia cơng
*Địa chỉ cơ sở thuê: 50 Đường số 185, Phước Long B, Quận 9, TP. Hồ Chí Minh
4.2.3. Ngàm kẹp
Chức năng: cố định mẫu thử.
Yêu cầu chế tạo: đảm bảo sực chắc chắn, độ hở của lịng khn với với mẫu thử theo
yêu càu bản vẽ.
Vật liệu: sử dụng thép C45.
Phương pháp chế tạo: do phải tạo biên dạng phù hợp với mẫu thử, nên nhóm đã gia
cơng tại xưởng phay CNC bên ngoài theo yêu cầu kỹ thuật của nhóm.
Hình 4.7 Ngàm kẹp sau khi gia cơng
- Gá đặt mẫu vào ngàm với định vị là việc lợi dụng hai góc bo của mẫu cùng với
mặt phẳng đặt mẫu, thành dọc mẫu sau đó kẹp chặt mẫu để đảm bảo mẫu khơng bị xê dịch và chắc chắn hơn trong quá trình vận hành máy.
4.2.4. Tấm kẹp mẫu
Hình 4.8 Bản vẽ Tấm kẹp mẫu
Chức năng: cố định mẫu thử.
Yêu cầu chế tạo: đảm bảo sực chắc chắn theo yêu càu bản vẽ. Vật liệu: sử dụng thép C45.
Phương pháp chế tạo: khoan và cắt laser CNC theo yêu cầu bản vẽ.
4.2.5 Lắp ráp
Hình 4.10 Cụm ngàm kẹp lắp ráp trên Inventor
Hình 4.11 Cụm ngàm kẹp lắp ráp thực tế
4.3. Khảo nghiệm chạy thiết bị đo độ bền mỏi:
Quá trình khảo nghiệm thiết bị được thực hiện tại nơi đặt máy là xưởng Vật liệu của Trường Đh Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.
4.3.1.Mục đích
- Kiểm tra khả năng làm việc của ngàm kẹp - Xem xét độ rung động của thiết bị.
- Kiểm tra độ an toàn của thiết bị.
4.3.2. Bố trí kiểm nghiệm :
- Xem xét kết cấu của máy hoạt động.
- Đưa máy vào vị trí thí nghiệm, kiểm tra hoạt động của loadcell. - Gá mẫu thử
- Cấp nguồn điện.
4.4. Thực nghiệm máy thiết bị đo độ bền mỏi: 4.4.1. Mục tiêu thực nghiệm máy 4.4.1. Mục tiêu thực nghiệm máy
- Kiểm tra chất lượng của máy: Kết quả thực nghiệm kéo mẫu có đúng như
trên nguyên cứu hay không.
- Kiểm tra độ ổn định của máy: Ngàm kẹp đảm bảo tính kẹp chặt như ban đầu đã đưa ra hay không.
4.4.2 Tiến hành
Kết nối nguồn điện với máy
Hình 4.12 Kết nối rắc cắm với ổ cắm nằm ở phía bên hơng của hộp điện.
Hình 4.13 Bật CP để cấp nguồn cho toàn mạch điện.
Kết nối cáp điều khiển của máy với máy tính.
Hình 4.14 Kết nối các cáp
Kết nối cáp điều khiển sevor với máy tính để điều chình tốc độ của động cơ.
Kết nối cáp tín hiệu của loadcell để nhận thông số, giá trị đo của loadcell.
Mở file phần mềm của loadcell
Hình 4.15 Phần mềm labview
Bước 2: Mở file được lập trình sẵn trong labview.
Hình 4.16 Lập trình trong labview
Bước 3: nhấn vào biểu tượng (running) để chạy chương trình. Bước 4: nhấn vào nút reset để set giá trọn loadcell về 0 (trước lúc gá mẫu set về 0 lần 1 , sau khi gá mẫu xong trước khi chạy set về 0 lần 2)
Hình 4.17 Lập trình labview
Mở phầm mềm điều khiển động cơ.
Hình 4.18 Phần mềm DOPSoft
Bước 2: Mở file được lập trình sẵn
Hình 4.19 Giao diện DOPSoft
Bước 3: Nhấn vào biểu tượng (on-line simulation) Sau đó ta có màn hình điều khiển HMI ảo.
Hình 4.20 Màn hình điều khiển HMI ảo
Bước 4: Nhấn vào ô TOC DO để set tốc độ.
Bước 5: Nhấn vào nút SEVOR ON để cấp điện cho servo. Bước 6: Nhấn vào nút RUN để động cơ chạy.
Bước 7: Khi muốn dừng động cơ nhấn STOP.
Note 1: Khi muốn set lại vận tốc động cơ thì nhấn nút SEVOR ON 1 lần nữa để trả lại trang thái ban đầu và nhấn nút RESET, sau đó có thể set tốc độ động cơ
Hình 4.21 Động cơ ở vị trí ban đầu
Tiến hành gá đặt mẫu
Bước 1: Chọn mẫu cần gá đặt.
Hình 4.22 Gá mẫu
Hình 4.23 Kẹp chặt mẫu
Bước 3: Vặn ốc siết để kéo căng mẫu.
Hình 4.24 Kéo căng mẫu
Hình 4.25 Cố định mẫu
Quá trình máy test mẫu thử.
Khi test mẫu thử sẽ xuất hiện biểu đồ lực, biểu đồ lực có xu hướng đi xuống, khi lực giảm xuống 10% thì cho máy dừng.
Hình 4.26 Giao diện khi máy dừng
Sau khi máy dừng nhấn chuột phải chọn ‘clear chart’ thì nó sẽ xuất tất cả dữ liệu đo được sang Excel.
Hình 4.27 Kết quả xuất dưới dạng Excel
Lọc kết quả
Sau khi xuất ra file excel ta copy toàn bộ kết quả qua file excel đã được lập trình sẵn.
Bước 1:
- Quan sát trên dữ liệu ta thấy kết quả lực lớn nhất đo được là X. Vậy lực khi giảm 10% là: X – X.(90/100) =Y
Bước 2:
- Sử dụng tổ hợp ALT+G sẽ hiển thi bảng. - Nhập giá trị Y vào và enter 2 lần.
Hình 4.28 Giao diện Excel để nhập giá trị Y
Bước 3:
Hình 4.29 Giao diện Excel khi lọc kết quả Y
- Sau đó ta kéo xuống tới giá trị đáy sau khi lọc sẽ biết được thời gian lực giảm 10% chính xác.
Hình 4.30 Giao diện Excel thời gian lực giảm 10%
- Thấy quan sát thấy tới thời gian 7:21:56 là xấp xỉ: 7 phút 22 giây= (S) giây. Mà bảng này sử dụng tần số 4Hz = 4 chu kì /giây
Vậy số chu kì là: S.4= 4S (chu kì).
Với tần số 4hz thì mẫu qua 4S chu kì sẽ mỏi.
4.4.3 Nhận xét quá trình thực nghiệm máy
- Quá trình thiết kế - chế tạo và thực nghiệm còn gặp nhiều khó khăn, nhất là trong khâu gia cơng cữ, ngàm kẹp, giá đỡ loacell
- Ngàm kẹp sau thời gian hoạt động thì khơng cịn kẹp chặt như ban đầu. - Việc chế tạo ngàm kẹp vẫn còn hạn chế
4.5. Vấn đề an toàn và hướng dẫn khi sử dụng máy 4.5.1 Vấn đề an toàn 4.5.1 Vấn đề an tồn
Máy có cơ cấu chuyển động tịnh tiến liên kết với nhau nên quá trình vận hành, sử dụng máy dễ xảy ra trục trặc.
Các hệ thống ngàm kẹp sẽ không còn cứng vững như lúc đầu Các biện pháp an tồn:
- Biện pháp chóng rung khi máy hoạt động, di chuyển máy, sửa chữa máy. - Cần thường xuyên kiểm tra hệ thống ngàm kẹp để đảm bảo tính kẹp chặt
- Sử dụng găng tay, bao tay, đồ bảo hộ khi vận hành máy để tránh các tai nạn có thể xảy ra.
- Thường xuyên bảo trì ngàm kẹp để hoạt động tốt nhất
4.5.2 Hướng dẫn sử dụng máy
Trước khi sử dụng máy phải kiểm tra dầu cho các ổ lăn trên gối đỡ trục, kiểm tra lại các động cơ, hệ thống ngàm kẹp mẫu.
Chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu phù hợp với tần số
Sau khi làm việc phải lau chùi, dọn dẹp để tránh tình trạng bị gỉ sét các bộ phận của máy.
Kiểm tra định kì, thay thế ổ lăn mới khi phát hiện bị dơ hoặc hư hỏng khi cần thiết. Tuân thủ các hệ thống an toàn điện trước khi sử dụng.
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 5.1. Mẫu thử nghiệm 5.1. Mẫu thử nghiệm
Mẫu được tạo bằng phương pháp phun ép nhựa, nhựa được chọn là PA6 30% [7] và PA6 0%[8].
5.1.1. Nhựa PA6 30%
Thông số ép của PA6 0%
Bảng 5.1 Thông số ép của PA6 0%
Thông số sấy nhựa PA6 0%
Bảng 5.2 Thông số sấy nhựa PA6 0%
STT Packing time Packing Pressure Injection speed Insert Temperature Melt Temperature
1 2.4 13 50 30 260 2 2.4 13 50 30 270 3 2.4 13 50 30 280 4 2.4 16 70 160 260 5 2.4 16 70 160 270 6 2.4 16 70 160 280 7 2.4 19 90 268 260 8 2.4 19 90 268 270 9 2.4 19 90 268 280