Báo cáo Thiết kế và chế tạo khung máy dập 40 tấn (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế và chế tạo khung máy dập 40 tấn (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 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUNG MÁY DẬP 40 TẤN MÃ SỐ: T2013-85 S K C0 0 5 6 6 9 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUNG MÁY DẬP 40 TẤN Mã số: T2013-85 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Văn Minh TP. HCM, 11/2013 I
3. NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Đơn vị công tác và Nội dung nghiên cứu cụ TT Họ và tên lĩnh vực chuyên Chữ ký thể được giao môn 01 Thiết kế điều khiển Nguyễn Văn Bộ môn CNTĐ, Minh Khoa CKM Thiết kế cơ khí 02 ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Họ và tên trong và ngoài nước Nội dung phối hợp nghiên cứu người đại diện đơn vị II
4. MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ I,II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT III CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY DẬP THỦY LỰC 1 1.1 Vai trò của máy dập thủy lực trong sản xuất cơ khí 1 1.2 Thực trạng và xu hướng sử dụng máy dập thủy lực tại việt nam 1 1.3 Tính cấp thiết của đề tài tốt nghiệp 3 1.4 Mục đích và nội dung đề tài 4 1.5 Nguyên lý và phân loại 5 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUNG MÁY DẬP 9 2.1 Đánh giá khả năng ứng dụng của máy dập thủy lực trong trường học 9 2.2 Đưa ra các phương án thiết kế 9 2.3 Chọn phương án tối ưu 12 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KHUNG MÁY DẬP 13 3.1 Yêu cầu kỹ thuật 13 3.2 Sơ đồ nguyên lí máy dập thủy lực 13 3.3 Thiết kế khung máy dập 15 3.4 Phân tích kết cấu 19 3.5 Phân tích bài toán tĩnh 19 3.6 Phân tích các ý tưởng đã chọn 21 CHƢƠNG 4: GIA CÔNG VÀ LẮP RÁP 28 4.1 Sơ đồ gia công 28 4.2 Gia công tấm trên 29 4.3 Gia công tấm giữa 31 4.4 Gia công tấm dưới 33 4.5 Gia công tấm phụ 35 III
5. 4.6 Gia công thanh chữ U 37 4.7 Gia công các trục dẫn hướng 38 4.8 Gia công các trụ đỡ 38 4.9 Lắp ráp khung hoàn chỉnh 39 4.10 Kiểm trả và đánh giá 40 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 IV
6. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số loại máy dập có trên thị trường 3 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của máy dập thủy lực 5 Hình 1.3 Phần loại máy dập theo chức năng công nghệ 6 Hình 2.1 Máy dập không có trụ định tâm 10 Hình 2.2 Máy dập có trụ dẫn hướng 11 Hình 3.1 Giai đoạn 1 của máy dập 14 Hình 3.2 Giai đoạn 2 của máy dập 15 Hình 3.3 Sơ đồ phân loại thân máy dập 16 Hình 3.4 Khung máy 1 17 Hình 3.5 Khung máy 2 18 Hình 3.6 Khung máy 3 18 Hình 3.7 Lực phân bố trên khung máy 1 21 Hình 3.8 Hướng biến dạng 21 Hình 3.9 Ứng suất phân bố 22 Hình 3.10 Xu hướng biến dạng 22 Hình 3.11 Lực phân bố trên khung 2 23 Hình 3.12 Hướng biến dạng 23 Hình 3.13 Bề mặt tập trung ứng suất 24 Hình 3.14 Xu hướng biến dạng 24 Hình 3.15 Lực phân bố trên khung 3 25 Hình 3.16 Hướng biến dạng 25 Hình 3.17 Bề mặt tập trung ứng suất 26 Hình 3.18 Xu hướng biến dạng 26 Hình 3.19 Mô hình khung máy 3 27 Hình 4.1 Tâm trên 29 Hình 4.2 Tấm giữa 31 Hình 4.3 Tấm dưới 33 V
7. Hình 4.4 Tấm phụ 35 Hình 4.5a Thanh ngang chữ U 37 Hình 4.5b Thanh ngang chữ U 37 Hình 4.6a Khung đỡ 39 Hình 4.6b Lắp khung trên 39 Hình 4.6c Bộ khung hoàn chỉnh 40 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CAE : Computer Aided Engineering. CNC : Computer Numberical Control. VI
8. ĐH SPKT TP HCM Đơn vị: CKM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUNG MÁY DẬP 40 TẤN - Mã số: T2013-85 - Chủ nhiệm: ThS Nguyễn Văn Minh - Cơ quan chủ trì: Khoa Cơ Khí Chế tạo máy - Thời gian thực hiện: 01/2013 đến 12/2013 2. Mục tiêu: - Chế tạo hoàn chỉnh khung máy dập phục vụ cho công việc nghiên cứu - Gia công và lắp ráp hoàn chỉnh khung máy dập làm cơ sở cho việc chế tạo hoàn chỉnh máy dập phục vụ cho việc nghiên cứu và thực tập của sinh viên. 3. Tính mới và sáng tạo: 4. Kết quả nghiên cứu: Khung máy phục vụ cho việc thực tập của sinh viên đại học và nghiên cứu. 5. Sản phẩm: Khung máy phục vụ cho việc thực tập của sinh viên đại học và nghiên cứu. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Làm tài liệu tham khảo phục vụ cho đào tạo ngành cơ khí chế tạo máy, công nghệ tự động. Ngày tháng năm Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) VII
9. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: DESIGN AND MANUFACTURE A FRAME FOR PRESS MACHINE – 40 TONS Code number: T2013-102 Coordinator: Van Minh, Nguyen Implementing institution: Faculty of Mechanical Engineering Duration: from January, 2013 to December, 2013 2. Objective(s): Manufacture a frame which supports for some research in machine mechanism. 3. Creativeness and innovativeness: 4. Research results: A frame for press machine – 40 tons 5. Products: A frame for press machine – 40 tons 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Be the documentation for students in some areas such as mechanical engineering and automation technology. VIII
10. PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nƣớc Ngoài nước: Với lĩnh vực dập tấm định hình phức tạp, hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các dụng cụ và máy móc để thực hiện vấn đề này , tuy nhiên các loại máy này thường có giá thành rất cao. Trong nước: Bước đầu tiếp cận công nghệ chế tạo máy dập phục vụ sản xuất. 2. Tính cấp thiết Hiện nay các loại sản phẩm thép dạng tấm rất đa dạng và phong phú. Tuy nhiên, quy trình chế tạo sản phẩm dập tấm vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu và hiệu quả. Máy cho việc tham khảo trong một số môn học “Ứng dụng CAE trong thiết kế”, “Thiết kế sản phẩm dập”, “Công nghệ gia công sản phẩm dạng tấm”, “CAD/CAM-CNC”. Máy thực tế phục vụ cho việc thực tập của sinh viên. 3. Mục tiêu của nghiên cứu Gia công và lắp ráp bộ khuôn Dập ra sản phẩm 4. Cách tiếp cận. Chế tạo hoàn chỉnh khung máy dập phục vụ cho công việc nghiên cứu Gia công và lắp ráp hoàn chỉnh khung máy dập làm cơ sở cho việc chế tạo hoàn chỉnh máy dập phục vụ cho việc nghiên cứu và thực tập của sinh viên. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu: Phương pháp tham khảo tài liệu. Phương pháp tiếp cận các loại máy có nguyên lý tương tự. Phương pháp mô hình hóa trên máy tính. IX
11. 6. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nguyên lý hoạt động và thiết kế khung máy dập Phạm vi nghiên cứu Khung máy dập hoàn chỉnh 7. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan các loại máy dập. Nghiên cứu việc thiết kế máy dập Nghiên cứu việc tính toán và tối ưu việc thiết kế Nghiên cứu gia công và lắp ráp hoàn chỉnh máy X
12. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY DẬP THỦY LỰC 1.1 Vai trò của máy dập thủy lực trong sản xuất cơ khí. Ngành công nghiệp là một tiền đề trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nước ta đang bước vào giai đoạn đầu của nền công nghiệp để sánh vai với các nước công nghiệp đang phát triển. Như vậy các máy móc trang thiết bị phải được khôi phục và cải tiến, đổi mới phù hợp với nhu cầu cuộc sống tương lai. Trong đó ngành cơ khí đóng vai trò rất quan trong. Máy dập thủy lực là loại máy làm công việc sản xuất ra những sản phẩm đạt tiêu chuẩn và chất lương cao, góp phần nâng cao trang thiết bị và dụng cụ trong lĩnh vực ngành cơ khí. Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển, chất lượng sản phẩm không ngừng được nâng cao. Cụ thể là độ bóng, độ chính xác, năng suất đạt rất cao và đạt được những yêu cầu đặt ra. Như vậy sẽ giảm thời gian gia công, tiết kiệm được nguyên vật liệu, tạo điều kiện cho gia công cắt gọt đạt độ chính xác cao hơn, các thiết bị dây chuyền sản xuất, năng suất lao động không ngừng được nâng cao, cải thiện được điều kiện làm việc và khả năng an toàn cho công nhân đứng máy. Sản phẩm do máy dập thủy lực tạo ra có thể thay đổi đa dạng nhờ vào sự thay đổi loại hình khuôn dập, tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc chạy theo sự phát triển của thời đại. 1.2 Thực trạng và xu hƣớng sử dụng máy dập thủy lực tại Việt Nam. Trên thế giới hiện nay có nhiều công ty chế tạo máy dập phục vụ cho ngành công nghiệp nặng và nhẹ như các loại máy dập dùng trong sản xuất , máy dập dùng để nong lỗ trong sản xuất chi tiết máy, máy dập dùng để đột, máy dập dùng để dập gạch, dùng để dập ván dăm .Tuy nhiên tính đa dạng trong khâu thiết kế sản phẩm này chưa có, sử dụng mặt vì lí do nhu cầu hàng này không nhiều. Nên đa số các công ty chuyên sản xuất máy dập luôn sản xuất theo đơn đặt hàng của đối tác. Điều này đã dẫn đến thực trạng nước ta chưa có công ty nào thiết kế và chế tạo ra máy 1
13. dập hoàn chỉnh. Do kinh nghiệm cũng như công nghệ là chưa đủ, mà các công ty chủ yếu là phân phối lại sản phẩm của các công ty nước ngoài hoặc nhận đơn đặt hàng tại Việt Nam rồi đưa về các công ty chính để chế tạo. Qua tìm hiểu các công ty chuyên sản xuất và chế tạo máy dập chủ yếu tập trung ở những nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như tại Mĩ có công ty DENISON được thành lập từ năm 1900, tại Ấn Độ có công ty VELJAN, công ty YOKEN của Đài Loan chuyên cung cấp các loại van và bơm thủy lực khí nén, tại Đức có tập đoàn REXROTH chuyên về sản xuất chế tạo, sửa chữa và bảo dưỡng các loại máy dập thủy lực cũng như cung cấp thiết bị phụ tùng cho các hệ thống thủy lực khí nén. Tại Việt Nam có công ty Cổ phần Công nghệ Quỳnh, công ty T.A.T tại Tp HCM, công ty Long Quân tại Hà Nội là các công ty chuyên về phân phối, lấp đặt, thiết kế, tư vấn hệ thống thủy lực khí nén hàng đầu tại Việt Nam. Dưới đây là một số loại máy dập thủy lực đang có trên thị trường Việt Nam: a) b) c) 2
14. d) e) f) Hình 1.1 - Một số loại máy dập có trên thị trường a) Máy dập khung hình chữ C b) Máy dập khung hình chữ H c) Máy dập đóng gói bao bì nhựa d) Máy ép gia nhiệt sửa lốp xe e) Máy ép ván dăm f) Máy dập 630 tấn 1.5 Nguyên lý hoạt động và phân loại. 1.5.1 Nguyên lý hoạt động. Máy dập thủy lực là máy hoạt động hầu như theo tác dụng tĩnh. Nguyên lý làm việc của máy dập thủy lực dựa trên cơ sở của định luật Pascal. Ở dạng chung nhất thì máy dập có 2 khoang: cylinder có piston và các đường ống nối (hình 1.3 ). Nếu như đặt một lực vào piston 1, thì nó sẽ tạo ra áp suất . Theo định luật Pascal thì áp suất được truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng tác dụng vuông góc với mặt đáy của piston 2, nó sẽ tạo ra lực và lực này gây áp suất tác dụng lên phôi 3. 3
15. Trên cơ sở định luất pascal ta có: Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy dập thủy lực Diện tích lớn hơn diện tích bao nhiêu lần thì lực sẽ lớn hơn lực bấy nhiêu lần. 4
16. 1.5.2 Phân loại. Hình 1.3 - Phân loại máy dập theo chức năng công nghệ a) Máy gia công kim loai, b) Máy gia công phi kim loại 5
17. Thông số chính của máy ép thủy lực là ép định mức PH – đó là tích của áp suất chất lỏng trong cylinder với diện tích có ích của các piston công tác của máy ép. Phụ thuộc vào các chức năng công nghệ mà các máy ép khác nhau kết cấu của các chi tiết chính, về cách phân bố và số lượng của chúng, cũng như về trị số của các thông cơ bản PH, Z, H, AxB ( Z - là chiều cao hở của không gian dập; H - hành trình toàn bộ của đầu ép; AxB - kích thước của bàn máy ). Theo chức năng công nghệ các máy ép được chia ra làm máy ép để cho kim loại (hình1.3a) và cho vật liệu phi kim loại (hình 1.3b). Máy ép để cho kim loại được chia làm 5 nhóm: Để rèn và dập, để ép chảy, để dập tấm, để thực hiện các công việc lắp ráp và để xử lí các phế liệu kim loại. Do các máy ép có nhiều loại khác nhau nên người ta thường dùng lượng ép định mức là thông số phổ biến nhất. Nhóm thứ 1: Máy ép để rèn - rèn tự do có dập trong khuôn, = 5÷20MN; Máy ép để dập - dập nóng các chi tiết bằng magiê và hợp kim nhôm, = 10÷700MN; Máy ép đột - để đột nóng các phôi bằng thép trong cối kín, = 1.5÷30MN; Máy ép để chuốt kéo - chuốt kéo các phôi rèn qua các vòng, = 0.75÷15MN. Nhóm thứ 2: Gồm các máy dùng để ép chảy hay ép đùn các sản phẩm dạng ống, dạng thanh định hình từ hợp kim màu và thép, có áp lực, = 0,4 ÷ 120 MN. Nhóm thứ 3: Máy ép để dập tấm kiểu tác dụng đơn giản, = 0.5÷10MN; Máy ép vuốt để vuốt sâu các chi tiết hình trụ, = 0.3÷4MN; Máy ép để gấp mép, tạo mặt bích, để uốn và dập các vật liệu dạng tấm dày, = 3÷45MN; Máy ép để lốc, để uốn lốc vật liệu dạng tấm dày và nóng, = 3÷200MN. Nhóm thứ 4: Gồm các loại máy ép đóng gói và đóng bánh, được dùng để ép các phế liệu như phoi kim loại, = 1÷6 MN. Các máy ép thủy lực dùng cho các loại 6
18. vật liệu phi kim loại gồm có máy ép cho các loại bột, chất dẻo và để ép các tấm phoi gỗ, gỗ dán . Tính công nghê của máy dập thủy lực phụ thuộc vào kết cấu của thân máy ( kiểu cột, kiểu hai trụ, kiểu một trụ và kiểu chuyên dùng ) và kiểu dạng, số lượng xylanh ( pittong, pittong nhiều bậc ) 7
19. CHƢƠNG 2: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUNG MÁY DẬP 2.1 Đánh giá khả năng ứng dụng của máy dập thủy lực trong trƣờng học. Xã hội ngày càng phát triển, đối với một trường chuyên về lĩnh vực kỹ thuật thì việc đầu tư trang thiết bị máy móc hiện đại nhằm giúp sinh viên làm quen với công nghê mới, tiếp cận với kỹ thuật cao, biết thêm nhiều dạng máy móc khác nhau ví dụ như: máy phay cnc, máy tiện cnc, máy ép nhựa, máy hàn, máy dập Đánh giá tổng quan khả năng ứng dụng của máy dập tại trường Sư Phạm Kỹ Thuật, hiện nay công nghệ dập không còn mới mẻ nhưng sinh viên chỉ biết qua sách vở, lý thuyết chứ chưa được thực hành trên máy. Vì thế máy dập có thế giúp sinh viên không chỉ học suông trên lý thuyết, không chỉ học qua sách vở mà còn được thực hành trên máy. 2.2 Đƣa ra các phƣơng án thiết kế. Các phương án thiết kế được đưa ra đều dựa trên những tiêu chí sau: giá thành, kích thước của khung máy dập, độ tin cậy của hệ thống, khả năng bảo trì, tính đổi lẫn của từng bộ phận trong máy, hệ số an toàn, chỉ số khả năng sẵn sang, phần làm việc phải linh hoạt với các khuôn dập Dựa trên các tiêu chí này, hai phương án thiết kế đã được hình thành và được trình bày như sau: 8
20. 2.2.1 Phƣơng án thiết kế 1. Phương án này thiết kế không có phần trụ định tâm mà dùng bộ phận tác động Cylinder – Piston để dẫn hướng Hình 2.1- Máy dập không có trụ định tâm.  Ƣu điểm: o Đảm bảo đầy đủ chức năng máy dập o Hệ thống điều khiển linh hoạt về hành trình o Hế thống điện đơn giản o Bảo trì dễ dàng  Nhƣợc điểm o Điều khiển khá phức tạp o Hệ thống không vững chắc vì không có trụ định tâm o Thích hợp với máy có công suất nhỏ o Không gian làm việc nhỏ 9
21. 2.2.2 Phƣơng án thiết kế 2. Phương án thiết kế này thiết kế máy dập có 2 trụ hoặc 4 trụ để dẫn hướng. Hình 2.2 - Máy dập có trụ dẫn hướng.  Ƣu điểm o Năng suất làm việc lớn o Lực dập ổn định o Sử dụng cho máy dập có công suất lớn o Không gian làm việc linh động phù hợp với các loại khuôn o Bảo trì dễ dàng o Hệ thống vững chắc vì có trụ định tâm  Nhƣợc điểm o Quá trình gia công phức tạp o Công đoạn lắp ghép phức tạp 10