Báo cáo Nghiên cứu, cải tiến ðồ gá máy cắt mẫu Q-3A tại phòng thí nghiệm vật liệu – khoa CKM (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu, cải tiến ðồ gá máy cắt mẫu Q-3A tại phòng thí nghiệm vật liệu – khoa CKM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN ÐỒ GÁ MÁY CẮT MẪU Q-3A TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆUS K C 0 0 3–9 5 9 KHOA CKM MÃ SỐ: T2014 - 99 S KC 0 0 5 5 1 0 Tp. Hồ Chí Minh, 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH — — BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN ĐỒ GÁ MÁY CẮT MẪU Q-3A TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU – KHOA CKM MÃ SỐ: T2014 - 99 Chủ nhiệm đề tài: KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG TP. HỒ CHÍ MINH Tháng 11 năm 2014
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY — — BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN ĐỒ GÁ MÁY CẮT MẪU Q-3A TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU – KHOA CKM MÃ SỐ: T2014 - 99 Chủ nhiệm đề tài: KS: HOÀNG VĂN HƯỚNG TP. HỒ CHÍ MINH Tháng 11 năm 2014
4. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng MỤC LỤC CHƢƠNG MỞ ĐẦU 5 TỔNG QUAN 5 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 5 II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 5 III. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 5 IV. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6 V. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU & KẾT CẤU ĐỀ TÀI 6 CHƢƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 I. YÊU CẦU CỦA PHÔI SAU KHI CẮT 7 II. HIỆN TRẠNG MÁY CẮT Q-3A 7 III. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN KHẮC PHỤC 7 IV. NỘI DUNG CẢI TIẾN 8 1. Gia công đồ gá có phần thoát phôi 8 2. Cữ chặn phôi 9 V. NGUYÊN LÝ CẮT CỦA ĐÁ MÀI 10 VI. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CẮT MẪU Q – 3A 11 1. Cấu tạo 11 2. Nguyên lý hoạt động của máy cắt 14 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 15 I. CÁC CƠ CẤU KẸP PHÔI TRỤ TRÒN VÀ PHÔI VUÔNG 15 1. Kẹp chặt bằng chêm 15 2. Kẹp chặt bằng ren 17 3. Kẹp ren vít với đòn 19 4. Kẹp bằng cam 19 Hoàng Văn Hƣớng Trang 1
5. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng 5. Cơ cấu phóng đại lực kẹp bằng khí nén- dầu ép . 24 II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHO MÁY CẮT MẪU 28 1. Xác định lực cắt cần thiết để cắt phôi 28 2. Các bản vẽ chi tiết của các chi tiết cần gia công 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 I. KẾT LUẬN 36 II. KIẾN NGHỊ 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Hoàng Văn Hƣớng Trang 2
6. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu, cải tiến đồ gá máy cắt mẫu Q-3A tại Phòng thí nghiệm vật liệu – Khoa CKM”. - Mã số: T2014 – 99. - Chủ nhiệm: Hoàng Văn Hƣớng - Cơ quan chủ trì: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. - Thời gian thực hiện: từ 01/2014 – 12/2014. 2. Mục tiêu: - Nghiên cứu, thiết kế & cải tiến đồ gá hoàn chỉnh. 3. Tính mới và sáng tạo: - Thiết kế, cải tiến đồ gá máy cắt Q-3A hoàn chỉnh. 4. Kết quả nghiên cứu: - Thiết kế, cải tiến đồ gá máy cắt Q-3A hoàn chỉnh đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tế. 5. Sản phẩm: - Tập thuyết minh bản thiết kế đồ gá máy cắt Q-3A. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Đã thiết kế đồ gá máy cắt Q-3A, có thể chế tạo hoàn thiện thiết bị rồi chạy thửa. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) Hoàng Văn Hƣớng Hoàng Văn Hƣớng Trang 3
7. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: “Research, innovation fixtures Q-3A form cutting in laboratory materials, Faculty of Mechanical Engineering”. Code number: T2014 – 99. Coordinator: Huong Hoang Van. Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education. Duration: from 01/2014 to 12/2014. 2. Objective(s): - Research, design and innovation fixtures complete. 3. Creativeness and innovativeness: - Design, Improved Q-3A cutter fixtures complete. 4. Research results: - The Design, improved cutter fixtures complete Q-3A meet actual needs. 5. Products: - The report of research (process of design, calculation of model, results of trial process). 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: - Designed & fabricated model of device, result of the research can be manufactured completely and can operated as real device. Hoàng Văn Hƣớng Trang 4
8. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng CHƢƠNG MỞ ĐẦU TỔNG QUAN Trong quá trình thí nghiệm vật liệu để nhìn thấy đƣợc cấu trúc tế vi của vật liệu thì phải trải qua một quá trình gia công nhƣ cắt mẫu có kích thƣớc khoảng Ø10 ÷14 x 10 ÷ 15 mm, 10÷15 x 10÷15 x 10÷15 mmm, . sau đó đem mài từ thô tới mịn và đánh bóng để cho phôi mẫu đạt đến mức yêu cầu về độ phẳng , độ bóng sao cho bề mặt ít xƣớt nhất rồi sau đó đem đi tẩm thực bằng hóa chất rồi mới có thế quan sát đƣợc cấu trúc tế vi bên trong dƣới kính hiển vi. Quá trình chuẩn bị phôi mẫu là một phần rất quan trọng trong thí nghiệm vật liệu, phôi mẫu cắt ra có phẳng thì quá trình chuẩn bị tiếp theo sẽ nhanh chóng và chính xác hơn. Đề tài với “Nghiên cứu, cải tiến đồ gá máy cắt mẫu Q-3A tại Phòng thí nghiệm vật liệu – Khoa CKM” giúp cho việc tạo phôi mẫu ban đầu chính xác và thuận tiện hơn trong việc cắt mẫu. I. Tính cấp thiết của đề tài Việc nghiên cứu, cải tiến đồ gá máy cắt mẫu Q-3A, chế tạo thiết bị cắt mẫu nhằm phục vụ môn thí nghiệm vật liệu. Với đồ gá đã đƣợc thiết kế , cải tiến này sẽ giúp cho việc cắt phôi mẫu với bề mặt nhẵn hơn , chính xác hơn và việc gá đặt phôi sẽ nhanh chóng , dễ dàng hơn giúp tạo bƣớc chuẩn bị ban đầu tốt để những bƣớc tiếp theo sẽ dễ dàng hơn. II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài “Nghiên cứu, cải tiến đồ gá máy cắt mẫu Q-3A tại Phòng thí nghiệm vật liệu – Khoa CKM” nhằm dễ dàng trong việc cắt phôi mẫu và tốn ít thời gian, chi phí hơn: - Tìm hiểu mẫu thép cần cắt của bài thí nghiệm - Nghiên cứu, cải tiến đồ gá máy cắt Q-3A hoàn chỉnh. III. Đối tƣợng nghiên cứu Hoàng Văn Hƣớng Trang 5
9. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng Dựa vào yêu cầu bề mặt của phôi mẫu cắt ra cùng với những đặc điểm cấu tạo đồ gá của máy cắt mẫu Q-3A. Các thông số kỹ thuật của máy cắt Q – 3A : . Công suất: 1.1 KW . Kích thƣớc đá cắt :250*2*32 mm . Tốc độ quay: 2800rpm . Đƣờng kính phôi lớn nhất: Ø30 mm . Nguồn điện: 380V/50HZ . Khối lƣợng: 60KG . Kích thƣớc: 65*45*40 cm Hình 1.1: Máy cắt mẫu Q – 3A IV. Phƣơng pháp nghiên cứu Dựa vào sản phẩm là phôi mẫu cắt ra cùng với các yêu cầu về việc gá phôi, lấy phôi mẫu ra khỏi đồ gá, yêu cầu về thoát nƣớc từ đó kết hợp tài liệu để tính toán, thiết kế còn tham khảo một số máy cắt trên thị trƣờng. V. Nội dung nghiên cứu & kết cấu đề tài Chƣơng 1: Mở đầu Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 3: Tính toán & thiết kế thiết bị Kết luận & kiến nghị Hoàng Văn Hƣớng Trang 6
10. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng CHƢƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Yêu cầu của phôi sau khi cắt Phôi đƣợc cắt ra nhằm phục vụ môn thí nghiệm vật liệu, vậy nên cần có những yêu cầu sau: - Mặt cắt của phôi sau khi cắt phải nhẵn, thẳng và không bị cuốn mép - Phôi không đƣợc quá nhiệt độ cho phép khi cắt II. Hiện trạng máy cắt Q-3A Model Q-3A mẫu máy cắt kim thuộc có thể đƣợc sử dụng để cắt các vật liệu kim loại bình thƣờng. Đƣợc trang bị hệ thống làm mát có thể giảm bớt những phần nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, để tránh đƣợc những biến đổi cấu trúc kim loại mẫu vì nhiệt độ. Máy có tính năng này hoạt động dễ dàng và an toàn đáng tin cậy. Đây là mẫu lý tƣởng chuẩn bị dụng cụ để sử dụng trong các nhà máy, các viện nghiên cứu khoa học và phòng thí nghiệm của trƣờng đại học cao đẳng. Máy Q-3A hiện tại đang sử dụng nhƣng gặp phải một số vấn đề sau: - Phôi cắt ra bề mặt bị nghiêng, bị cuốn mép ở cuối đƣờng cắt - Nƣớc phun tản nhiệt cho mặt cắt của phôi chƣa đạt hiệu quả cao, bề mặt phôi bị quá nhiệt cháy đen - Việc thoát phôi sau khi cắt gặp khó khăn, không có cữ để điều chỉnh kích thƣớc cần cắt - Các rãnh thoát nƣớc của máy bị kẹt dẫn đến việc thoát nƣớc không hiệu quả gây nên tình trạng khó vệ sinh máy III. Những vấn đề cần khắc phục - Để tránh đƣợc những khuyết điểm trên thì có những biện pháp sau: - Gia công lại đồ gá kết hợp với cữ chặn, cơ cấu thoát phôi, rãnh để bố trí ống nƣớc làm mát hiệu quả hơn - Lắp máng thoát nƣớc để việc quá trình thoát nƣớc đƣợc tốt và thuận lợi trong việc vệ sinh máy sau khi sử dụng Hoàng Văn Hƣớng Trang 7
11. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng IV. Nội dung cải tiến 1. Gia công đồ gá có phần thoát phôi Hiện tại máy vẫn đƣợc sử dụng để cắt phôi bình thƣờng. Nhƣng sau mỗi lát cắt muốn lấy phôi thì phải tháo tấm bảo vệ ra sau đó mới lấy phôi ra. Với mục đích lấy phôi ra nhanh và dễ hơn thì trong đồ gá mới có những phần cải tiến thêm. Ở phần tấm sau của đồ gá thì sẽ đƣợc khoan lỗ để bố trí cần dùng để gạt phôi. Kết hợp với phần sau thì phần đế của đồ gá cũng đƣợc vát một mặt nghiêng 30o so với mặt phẳng cũ. Hai phần mới này kết hợp với nhau sẽ tạo ra cơ cấu thoát phôi. Khi cắt xong một lát cắt thì ta gỡ bỏ lực kẹp chặt trên phần phôi và dung cần gạt phôi, lúc đó phôi sẽ rơi mặt nghiêng và trƣợt ra ngoài. Cần gạt phôi Ống phun nƣớc Cữ chặn Rãnh thoát phôi Hình 2.1: hệ thống thoát phôi và cữ chặn Hoàng Văn Hƣớng Trang 8
12. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng 2. Cữ chặn phôi Mẫu thí nghiệm vật liệu sau mỗi lần cắt thì có kích thƣớc chênh lệch mặc dù nhỏ. Hiện tại thì không có một bộ phận nào để định kích thƣớc cho phôi. Ở phần mới của phần đế có taro thêm hai lỗ ren để gắn thêm phần cữ chặn để định kích thƣớc phôi cho mỗi lần cắt. Tuy trên cữ không ghi kích thƣớc nhƣng ta có thể hoàn toàn định đƣợc kích thƣớc cần cắt nhờ vào vít hãm, cữ chỉ có thể định kích thƣớc nhỏ nhất là 10mm. Với tình hình thực tế thì cữ chặn đƣợc thiết kế cho phôi nhỏ nhất là Ø10 mm. Vít hãm Hình 2.2 : Cữ chặn định kích thƣớc cần cắt Hoàng Văn Hƣớng Trang 9
13. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng V. Nguyên lý cắt của đá mài Hình 2.3: Nguyên lý cắt của đá mài ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT KHI MÀI: Đá mài đƣợc coi là một loại dụng cụ cắt nhiều lƣỡi, các lƣỡi cắt không giống nhau, mà sắp xếp lộn xộn trong chất dính kết. + Hình dạng hình học của mỗi hạt mài khác nhau, góc trƣớc thƣờng  < 00, do đó không thuận lợi cho quá trình thoát phoi và cắt gọt. + Tốc độ cắt bằng đá mài rất lớn V=3050m/s, cùng một lúc trong thời gian ngắn tính bằng giây có nhiều hạt mài cùng tham gia vào cắt gọt và tạo ra nhiều phoi vụn. + Có thể cắt gọt đƣợc những loại vật liệu cứng mà các loại dụng cụ cắt khác không cắt đƣợc. Eg: thép đã tôi, hợp kim cứng v.v + Do có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt gọt với  < 00 tạo ra ma sát rất lớn với vật liệu gia công gọi là hiện tƣợng “ cắt, cào xƣớc” làm chi tiết gia công bị nung nóng rất nhanh và nhiệt độ ở vùng mài lớn (từ 10000C – 15000C). + Lực mài tuy nhỏ nhƣng diện tích tiếp xúc của đỉnh hạt mài với bề mặt gia công rất nhỏ nên lực cắt đơn vị rất lớn. Hoàng Văn Hƣớng Trang 10
14. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng + Trong quá trình mài, đá mài có khả năng tự mài sắc nghĩa là các hạt cùn bị bật ra khỏi chất dính kết và các hạt có đỉnh sắc ở lân cận tham gia cắt. Hoặc hạt mài cùn bị vỡ tạo thành các lƣỡi cắt sắc mới, tham gia cắt. + Do không thể thay đổi đƣợc vị trí và hình dạng hình học của hạt mài trong đá mài nên việc điều khiển quá trình mài rất khó khăn. + Bề mặt gia công thƣờng có một lớp cứng nguội phân bố đều, chiểu dày khoảng 2k, độ cứng HV=1100. Trên bề mặt có ứng suất lớn và những vết nứt tế vi. + Do trị số bán kính đỉnh hạt mài nhỏ, nên có thể thực hiện quá trình với chiều sâu cắt rất nhỏ. VI. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy cắt mẫu Q – 3A 1. Cấu tạo Máy cắt mẫu Q-3A gồm có các bộ phận chính sau : - Động cơ 3 pha Hình 2.4 : Động cơ Hoàng Văn Hƣớng Trang 11
15. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng - Đĩa cắt bằng đá mài : có D = 255 mm với tốc độ quay 3900 v/p. Hình 2.5 : Đĩa cắt - Máy bơm nƣớc tƣới nguội cho phôi cắt: Có công suất 1HP Hình 2.6 : Bơm nƣớc - Cần gạt điều khiển trục chính trong quá trình cắt gọt. Hoàng Văn Hƣớng Trang 12
16. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng - Thân máy. - Thùng chứa dung dich tƣới nguội. - Các đƣờng ống dẫn và thoát nƣớc. Đồ gá : Hình vẽ minh họa : 6 1 4 7 5 3 2 6 Hình 2.8: Đồ gá Các bộ phận của đồ gá : 1. tấm sau 2. tấm đế 3. tấm trƣớc 4. cữ chặn 5. cần gạt phôi Hoàng Văn Hƣớng Trang 13
17. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng 6. hộp cam 7. cơ cấu kẹp phôi - Máng thoát nƣớc : Hình 2.9: Máng thoát nƣớc 2. Nguyên lý hoạt động của máy cắt Sau khi lau chùi và kiểm tra máy xong ta bắt đầu cho máy hoạt động. Sau đặt phôi vào vị trí cần cắt ta xiết cữ lại ở vị trí cố định đó rồi cố định phôi lại bằng cơ cấu kẹp bằng cam và lắp tấm chắn bảo vệ. Sau khi phôi đã ở vị trí cố định thì ta cho máy hoạt động và mở bơm nƣớc kéo cần gạt đề tiến hành cắt. Sau khi cắt xong ta gạt đĩa cắt về vị trí cũ và dùng cần gạt phôi để đẩy phôi ra ngoài sau đó đẩy tiếp phôi vào chạm cữ rồi tiến hành cắt nhƣ trên. Hoàng Văn Hƣớng Trang 14
18. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ I. Các cơ cấu kẹp phôi trụ tròn và phôi vuông 1. Kẹp chặt bằng chêm a. Khái niệm Chêm là chi tiết kẹp có hai bề mặt làm việc không song song với nhau. Khi đó chêm vào thì trên bề mặt của chêm tạo ra lực kẹp. Trong quá trình làm việc, nhờ lực ma sát giữa hai bề mặt làm việc mà chêm không tụt ra đuợc và đuợc gọi là tự hãm. Tính chất tự hãm của chêm có một ý nghĩa rất quan trọng trong kẹp chặt. Đa số các cơ cấu kẹp chặt đều dựa trên nguyên lí chêm . - 1 số loại chêm : Chêm 1 mặt vát. Chêm phối hợp với con lăn Hình 3.1 : Chêm 1 mặt vát. Chêm phối hợp với con lăn : tác dụng chủ yếu của con lăn là làm giảm ma sát từ đó lực kẹp sẽ tăng lên nhƣng đồng thời kéo theo tính hãm cũng bị giảm cơ cấu này thƣờng đƣợc sử dụng làm bộ khuếch đại dẫn động. Hoàng Văn Hƣớng Trang 15
19. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng Hình 3.2 : Chêm phối hợp với con lăn - Cơ cấu chêm có chốt : Hình 3.3 : Chêm có chốt Hoàng Văn Hƣớng Trang 16
20. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng - Cơ cấu chêm có chốt tựa cả ở 2 mặt đầu và sơ đồ lực tác dụng lên chốt công xôn Hình 3.4 : Chêm có chốt tự b. Nhƣợc điểm Cơ cấu kẹp bằng chêm tác dụng trực tiếp bằng lực do tay công nhân ít dùng trong thực tế vì kết cấu cồng kềnh, thao tác khó , lực kẹp có hạn. Nguời ta kết hợp với các cơ cấu khác hoặc dùng làm nguồn sinh lực khí nén hay thủy lực để tác dụng vào nó lại đuợc dùng nhiều. 2. Kẹp chặt bằng ren a. Khái niệm Khi triển khai ren vít thì thấy nó cấu tạo nhƣ 1 cái chêm Kẹp chặt bằng ren vít đƣợc sử dụng phổ biến vì kết cấu đơn giản , tính vạn năng cao và làm việc chắc chắn do lực kẹp lớn và tính tự hãm tốt. Thông thƣờng ít sử dụng trực tiếp đầu bulong để kẹp vì dễ bị hỏng bề mặt bị kẹp mà thƣờng thông qua miếng đệm để tăng diện tích tiếp xúc , tránh làm hỏng bề mặt chi tiết , độ cứng vững của chi tiết gia công đƣợc tăng lên. kẹp chặt bằng ren vít thƣờng có các phần chính là bulong , tay quay , đai ốc và miếng đệm , các chi tiết này đƣợc tiêu chuẩn hóa. Hoàng Văn Hƣớng Trang 17
21. Đề tài KH & CN cấp Trƣờng Hình 3.5: Kẹp chặt bằng ren vít Các loại miếng đệm thƣờng dùng khi kẹp bằng ren vít : Hình 3.6: Miếng đệm Hoàng Văn Hƣớng Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4