Đồ án Nghiên cứu, thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay” (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay” (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÀN MA SÁT XOAY” GVHD: PGS. TS ĐẶNG THIỆN NGÔN SVTH: NGUYỄN ĐOÀN XUÂN TRƯỜNG MSSV: 11144107 S K L 0 0 3 9 6 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÀN MA SÁT XOAY” Giảng viên hƣớng dẫn: PGS. TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐOÀN XUÂN TRƢỜNG MSSV: 11144107 Lớp: 111442A Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: . Sinh viên thực hiện: 1. Tên đề tài: . . . . 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: . . . . . . 3. Nội dung chính của đồ án: . . . . . . . . . . 4. Các sản phẩm dự kiến . . . . 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:“Nghiên cứu, thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay” - GVHD: PGS. TS ĐẶNG THIỆN NGÔN - Họ tên sinh viên: NGUYỄN ĐOÀN XUÂN TRƢỜNG - MSSV: 11144107 Lớp: 111442A - Địa chỉ sinh viên: 195/3 Ấp Thạnh An, Xã Thạnh Phong, huyện Thạnh Phú, Tỉnh Bến Tre - Số điện thoại liên lạc: 0169.604.3620 - Email: nguyendoanxuantruong2009@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/07/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Ký tên i
5. LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay, kéo theo đó là sự ra đời của các robots, dây chuyền, máy móc tự động, hiện đại, chính xác, nhƣ các loại máy CNC, robots công nghiệp, công nghệ vũ trụ, Việc áp dụng khoa học kỹ thuật, cơ khí hiện đại vào sản xuất, vào đời sống hàng ngày đã giúp con ngƣời nâng cao năng suất sản xuất, tiết kiệm thời gian cũng nhƣ chi phí. Đồng thời nó cũng giúp biến mọi chuyện trở nên đơn giản hơn Tuy nhiên để đảm bảo cho các thiết bị này hoạt động đƣợc, con ngƣời phải trải qua một quá trình dài bao gồm nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm. Ngay trong khi còn ngồi trên ghế nhà trƣờng, để đảm bảo việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn thì bộ môn Công nghệ tự động cũng nhƣ các bộ môn khác đều có môn “Khóa luận tốt nghiệp”, nhằm giúp sinh viên thực hiện đề tài của mình, khẳng định và áp dụng những lý thuyết đã học vào đề tài đó. Là sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí – Khoa Cơ khí Chế tạo máy, em rất vinh dự khi đƣợc làm đề tài tốt nghiệp với tên đề tài “nghiên cứu, thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay”. Em xin chân thành cám ơn thầy Đặng Thiện Ngôn cũng nhƣ các thầy cô khác đã hỗ trợ, giúp đỡ cũng nhƣ kiểm tra trong việc thực hiện đề tài của em. SINH VIÊN THỰC HIỆN Nguyễn Đoàn Xuân Trƣờng ii
6. LỜI CẢM ƠN Trải qua hơn 10 tuần thực hiện đề tài tôi đã hoàn thành một cách thành công, tốt đẹp nhất đề tài của mình. Để góp phần vào sự thành công đó, ngoài sự nỗ lực, quyết tâm thực hiện của bản thân thì còn có sự giúp đỡ trực tiếp hay gián tiếp của bạn bè, thầy cô, ngƣời thân và gia đình. Trƣớc tiên, tôixin cảm ơn sự giúp đỡ về mọi mặt nhƣ dụng cụ, trang thiết bị, tài chính, và cả động viên tinh thần của các anh chị, bạn bè – những ngƣời bạn đích thực của tôi. Tiếp theo tôi cũng xin cám ơn sự hỗ trợ giúp đỡ về một số lý thuyết, kiến thức chuyên ngành cơ khí – kỹ thuật của các thầy cô thuộc khoa Cơ khí Chế tạo máy. Đồng thời, tôi cũng xin cám ơn các thầy cô, cán bộ viên chức nhà trƣờng đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài. Bên cạnh đó không thể không kể đến sự giúp đỡ của giáo viên phản biện – PGS. Lê Chí Cƣơng đã giúp tôi chỉnh sửa và hoàn thiện đề tài của mình. Góp phần lớn vào sự thành công của đề tài là sự giúp đỡ về mọi mặt của giáo viên hƣớng dẫn – PGS.TS. Đặng Thiện Ngôn và Reme Lab Cuối cùng, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới ngƣời thân và gia đình, những ngƣời đã luôn sát cánh bên tôi trong mọi quãng đƣờng. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Đoàn Xuân Trƣờng iii
7. TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÀN MA SÁT XOAY Công nghệ Hàn ma sát xoay đã xuất hiện và tồn tại rất lâu tại Mỹ (1891), Liên Xô (1956) và Châu Âu (1920), nhiều thiết bị đƣợc ứng dụng rộng rãi dành để phục vụ cho các ngành công nghiệp Quân sự. Ngày nay, công nghệ Hàn ma sát xoay đƣợc đầu tƣ và nghiên cứu chuyên sâu và đƣợc phát triển rất mạnh mẽ trên nhiều khía cạnh, trong đó việc ƣu tiên vận hành trong các hệ thống sản xuất cơ khí, các hệ thống chế tạo vũ khí Nhận thấy Hàn ma sát xoay là một hƣớng đi đầy tìm năng trong lĩnh vực chế tạo sản phẩm cơ khí, và trong tƣơng lai không xa, công nghệ Hàn ma sát xoay sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi vì vậy tôi đã quyết định làm đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị Hàn ma sát Xoay” Trong quá trình thực hiện tôi đã tìm hiểu đƣợc các nguyên lý của Công nghệ Hàn ma sát, Các thông số công nghệ và các hệ thống liên quan nhƣ động cơ xoay chiều 3 pha, Hệ thống thủy lực, các loại cơ cấu đẩy, Đề xuất một số kết cấu và lựa chọn phƣơng án tối ƣu nhất để thực hiện gia công, Thiết kế hoàn chỉnh các bộ phận máy hàn ma sát, Chế tạo thử nghiệm các bộ phận của máy hàn ma sát, tuy nhiên trong quá trình làm việc, tôi vẫn còn một số hạn chế về tính toán, thiết kế chƣa tối ƣu, Kinh nghiệm còn thiếu và thời gian cũng nhƣ tài chính còn hạn hẹp Trong tƣơng lai, tôi sẽ cố gắng hoàn chỉnh thiết kế và chế tạo một các tối ƣu nhất, đảm bảo sự hài hòa giữa yếu tố kỹ thuật và Kinh tế cùng với đó là khảo sát nhu cầu thị trƣờng để có hƣớng đi đúng đắn trong việc chuyển giao công nghệ phục vụ sản xuất đại trà iv
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT i LỜI NÓI ĐẦU ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv MỤC LỤC v MỤC LỤC HÌNH ẢNH viii MỤC LỤC BẢNG BIỂU x CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài : 1 1.3Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài : 2 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài: 2 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 3 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 3 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận : 3 1.5.2Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể : 4 1.6Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 4 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN: 5 2.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 5 2.1.1. Tổng quan chung về hàn ma sát xoay: 5 2.1.2. Các kết quả nghiên cứu đã công bố trên thế giới: 6 2.1.3. Tình hình nghiên cứu hàn ma sát xoay ở Việt Nam. 8 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 3.1 Lịch sử hàn ma sát. 10 3.2 Các thông số công nghệ hàn ma sát xoay. 11 3.2.1. Lực ma sát và tốc độ quay. 13 3.2.2. Thời gian ma sát. 13 3.2.3. Lực chồn: 14 v
9. 3.2.4. Sự tƣơng quan giữa mô men và nhiệt năng: 15 3.3 Nguyên lý hoạt động hàn ma sát xoay. 16 3.4 Quy trình hàn ma sát xoay. 17 3.5 Hệ thống Xy lanh – Thủy lực 18 3.5.1 Trong lĩnh vực điều khiển 18 3.5.2 Trong hệ thống truyền động 18 3.5.3 Ƣu điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực 18 3.5.4 Nhƣợc điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực 20 3.5.5 Cấu trúc của hệ thống thủy lực 20 3.5.6 Đơn vị đo các đại lƣợng cơ bản 21 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 23 4.1Yêu cầu đề tài 23 4.2 Phƣơng án thiết kế. 23 4.2.1 Phƣơng án 1: Hàn ma sát trên máy tiện. 23 4.2.2 Phƣơng án 2: Máy hàn ma sát thông thƣờng 23 4.2.3 Phƣơng án 3: Máy hàn ma sát quán tính. 23 4.2.4 Phƣơng án 4: Máy hàn ma sát điều khiển tự động hoàn toàn. 24 4.3 Lựa chọn phƣơng án: 24 4.3.1 Phƣơng án 1: Hàn ma sát trên máy tiện. 24 4.3.2 Phƣơng án 2: Hàn ma sát thƣờng. 24 4.3.3 Phƣơng án 3: Hàn ma sát quán tính. 25 4.3.4 Phƣơng án 4: Hàn ma sát điều khiển tự động hoàn toàn. 25 4.4 Các bộ phận máy hàn ma sát xoay. 26 4.5 Chế tạo máy hàn. 26 CHƢƠNG 5: CÁC PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO MÔ HÌNH 27 5.1 Phƣơng án thiết kế khung chính 27 5.1.1 Phƣơng án 1 27 5.1.2 Phƣơng án 2 28 5.2 Phƣơng án thiết kế hệ thống đỡ trục chính và mâm cặp quay 29 5.2.1 Phƣơng án 1 29 5.2.2 Phƣơng án 2 29 5.3 Phƣơng án thiết kế hệ thống cố kẹp chặt chi tiết đứng yên 30 vi
10. 5.3.1 Phƣơng án 1 30 5.3.2 Phƣơng án 2 30 5.4 Phƣơng án thiết kế hệ thống trƣợt mang chi tiết 31 5.4.1 Phƣơng án 1 31 5.4.2 Phƣơng án 2 32 5.5 Phƣơng án thiết kế hệ thống đẩy bằng xy – lanh thủy lực 33 5.5.1 Phƣơng án 1 33 5.5.2 Phƣơng án 2 34 5.5.3 Phƣơng án 3 35 5.6 Phƣơng án điều khiển tốc độ động cơ 36 5.6.1 Phƣơng án 1 36 5.6.2 Phƣơng án 2 36 CHƢƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU 38 6.1 Kết cấu tổng thể 38 6.2 Tính toán cơ khí 38 6.2.1 Tính công suất máy 38 6.2.2 Tốc độ quay của trục chính 39 6.2.3 Tính toán bộ truyền đai 39 6.2.4 Tính toán xy lanh thủy lực 39 6.2.5 Mômen xoắn: 41 6.2.6 Khoảng cách hai mũi tâm: 41 CHƢƠNG 7: QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO GIA CÔNG CHI TIẾT 42 7.1 Chế tạo khung đỡ 42 7.2 Lắp ráp bộ phận gá trục chính và mâm cặp quay 43 7.3 Chế tạo bộ phận gắn mâm cặp cố định 43 7.4. Chế tạo hệ thống trƣợt 44 7.5 Chế tạo bộ phận gá lắp xy lanh thủy lực 44 CHƢƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 1. Kết luận: 47 2. Kiến nghị: 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 vii
11. MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Vét nứt trên mối hàn hồ quang. 1 Hình 2. Mối hàn bị lẫn xỉ 1 Hình 3. Mối hàn không ngấu 1 Hình 4:Hàn thanh với thanh 2 Hình 5:Hàn ống với ống 3 Hình 6: Hàn thanh với thanh 3 Hình 7. Sơ đồ hàn ma sát xoay. 5 Hình8. Sơ đồ nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát. 5 Hình 9. Hàn ma sát xoay trên máy tiện sử dụng đội thủy lực (Internet) 7 Hình 10. Thiết bị hàn ma sát xoay của công ty Shenja. 7 Hình 11. Thiết bị hàn ma sát xoay của công ty Shenja. 8 Hình 12. Hàn ma sát xoay trên máy tiện 8 Hình 13. Sơ đồ các thông số quá trình hàn. 12 Hình 14. Sơ đồ nguyên lý hàn ma sát xoay. 16 Hình 15. Sơ đồ nguyên lý hàn ma sát xoay 17 Hình 16. Quy trình hàn ma sát xoay. 18 Hình 17: Sơ đồ điều khiển thủy lực 21 Hình 18. Hàn ma sát xoay trên máy tiện. 24 Hình 19. Hàn ma sát xoay thường 24 Hình 20. Hàn ma sát xoay quán tính 25 Hình 21. Máy hàn ma sát xoay CNC 25 Hình 22: Khung máy tiện 27 Hình 23: Khung đỡ máy hàn 28 Hình 24: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm 30 Hình 25:Ê tô tự định tâm 31 Hình 26:Bàn trượt trên băng trượt máy tiện 32 Hình 27:Thanh trượt dẫn (SLIDE GUIDE) 32 Hình 28:Xy lanh nối tiếp 33 Hình 29:Sử dụng 2 xy lanh và cơ cấu đòn bẩy 34 Hình 30 : Hệ thống sử dụng 1 xy lanh điều khiển bằng solenoil 35 Hình 31: Biến tần 37 Hình 32: Động cơ 3 pha công suất 7.5 KW 38 Hình 33. Mạch điều khiển thủy lực 41 viii
12. Hình 34. Mạch điện điều khiển thủy lực 41 Hình 35. Mô hình máy hàn 2D. 41 Hình 36: Gia công khung đỡ 42 Hình 37 : Lắp tấm thép lên khung chính 42 Hình 38: Bộ phận lắp mâm cặp 43 Hình 39: Các chi tiết trong hệ thống trượt 44 Hình 40:Các tấm đế dùng gá đặt xy lanh trước và sau 44 Hình 41:Xy lanh thủy lực 45 Hình 42: Hệ thống xy lanh thủy lực được gá lắp 45 ix
13. MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng so sánh các thông số hàn của các vật liệu 13 Bảng 2: Bảng so sánh sơ bộ các phƣơng án để chọn và lên thiết kế 26 Bảng 3: Bảng so sánh các phƣơng án chế tạo khung chính 29 Bảng 4: Bảng so sánh hai phƣơng án thiết kế hệ thống chế tạo và kẹp chặc chi tiết 31 Bảng 5: Bảng so sánh 2 phƣơng án hệ thống trƣợt mang chi tiết 33 Bảng 6: Bảng so sánh các phƣơng án hệ thống đẩy bằng Xy lanh – thủy lực 36 Bảng 7: Bảng so sánh hệ thống thay đổi tốc độ trục chính 37 x
14. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài. Công nghệ hàn là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo, hầu hết các máy móc thiết bị, công trình đều có liên quan đến hàn kết nối các vật liệu với nhau, trong lĩnh vực sửa chữa hàn đƣợc thực hiện nhiều hơn. Tuy nhiên hàn hồ quang, hay hàn nóng chảy đều ảnh hƣởng đến cơ tính của vật liệu, phần vật liệu bị đốt nóng gây ra một số khuyết tật ảnh hƣởng đến tính chất mối hàn nhƣ: Các vết nứt nóng, nứt nguội, nứt tế vi, ngoài ra còn các khuyết tật nhƣ rỗ khí, lẫn xỉ, hàn không ngấu, lẹm chân, chảy loang, sai lệch về hình dáng bên ngoài của chi tiết, quá nhiệt Các khuyết tật này ảnh hƣởng rất lớn đến chi tiết trong quá trình sử dụng, đặc biệt là những chi tiết chịu tải trọng, ứng suất, chịu kéo nén Bên cạnh đó hàn bằng phƣơng pháp đốt chảy vật liệu tốn nhiều điện năng, tốn chi phí cho chất trung gian, chất thải, khói hàn gây bệnh tật và ô nhiểm môi trƣờng. Do đó việc chế tạo máy hàn ma sát nhằm tránh những khuyết tật trên các sản phẩm do hàn nóng chảy, giảm chi phí phụ, tăng năng suất và chất lƣợng mối hàn tốt hơn. Hình 1. Vết nứt trên mối hàn hồ quang. Hình 2. Mối hàn bị lẫn xỉ Hình 3. Mối hàn không ngấu 1.2Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài : Nhƣ đã từng đề cập, trong thời đại hiện nay, việc luôn luôn phát minh, cải tiến, ứng dụng các phƣơng pháp sản xuất mới vào trong thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm, giảm bớt thời gian và chi phí tạo ra là một phần trong chiến lƣợc phát triển của các doanh nghiệp, công ty. Công tác nghiên cứu tạo ra các thiết bị, máy móc hiện đại, luôn đƣợc ƣu tiên hàng đầu, việc nghiên cứu, tính toán thiết kế chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay không nằm ngoài quy luật đó, mục tiêu của đề tài là rất rõ ràng trong việc giảm bớt SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 1
15. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU sức lao động, đáp ứng các nhu cầu cần thiết Đề tài đƣợc thực hiện đầy đủ các bƣớc theo một quy trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo một sản phẩm mới và có ƣu thế về các mặt sau: - Ít hao phí vật liệu, tiết kiệm kim loại - Thời gian hàn cực nhanh, năng suất cao - Không phát xạ độc hại (khói độc, bắn tóe, bức xạ tử ngoại, ) - Khả năng chế tạo lại và điều khiển các thông số quá trình hàn tốt - Không cần bổ sung kim loại phụ - Dễ dàng tích hợp quá trình hàn vào dây chuyền sản xuất tự động - Độ chính xác của các chi tiết hàn cao (kể cả khi hàn tiết diện đặc biệt) - Hàn đƣợc các kim loại khác nhau với nhau - Cơ tính mối hàn rất tốt - Hàn đƣợc các loại tiết diện khác nhau - Môi trƣờng sản xuất sạch - Không yêu cầu cao về tay nghề của công nhân - Khuyết tật mối hàn hầu nhƣ không có - Không cần yêu cầu tiết diện của 2 chi tiết phải giống nhau - Là phƣơng pháp hàn rất triển vọng trong tƣơng lai. 1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài : - Tìm hiểu nguyên lý, cơ cấu hoạt động của các thiết bị Hàn ma sát xoay. - Nghiên cứu các thông số thiết lập quá trình hàn ma sát xoay. - Thiết kế mô hình thiết bị bằng phần mềm CREO 3.0 - Thiết kế và chế tạo thiết bị cơ khí. - Nghiên cứu cách thiết lập bảng điều khiển hệ thống thủy lực. - Gia công, lắp ráp các chi tiết của thiết bị hàn ma sát xoay. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài: 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu a. Hình dạng kết cấu Hình 4:Hàn thanh với thanh SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 2
16. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU Hình 5:Hàn ống với ống Hình 6: Hàn thanh với thanh b. Vật liệu hàn. Chọn vật liệu làm mẫu hàn ma sát xoay dự trên những thí nghiệm đã đƣợc đăng trên các tạp chí khoa học quốc tế về các vật liệu khác nhau có thể hàn thông qua hàn ma sát nhƣ: a. Thép với thép b. Nhôm với nhôm c. Đồng với đồng d. Thép với nhôm. e. Thép với đồng. f. Nhôm với đồng. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài Do đây là lĩnh vực tƣơng đối mới mẻ đối với ngƣời nghiên cứu, có sự giới hạn về tài chính, nên đề tài chỉ dừng lại việc chỉ hàn các chi tiết có đƣờng kính nhỏ hơn 20mm đối với chi tiết đặc và 60mm đối với chi tiết rỗng; Không điều khiển tự động toàn bộ quá trình hàn. Do thời gian hạn hẹp nên chƣa thử nghiệm thực tế để có đƣợc đánh giá tốt nhất về đề tài. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận : - Dựa vào tình hình thực tế việc ứng dụng các phƣơng pháp hàn truyền thống hiện nay nhƣ Hàn hồ quan, Hàn khí, Hàn áp lực - Dựa vào nhu cầu các dây chuyền công nghệ có thể ứng dùng Hàn ma sát vào. - Dựa vào khả năng công nghệ có thể chế tạo đƣợc thiết bị hàn ma sát xoay. SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 3
17. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể : Để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu, ngƣời thực hiện sử dụng một số phƣơng pháp chủ yếu sau: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Với phƣơng pháp này, ngƣời thực hiện tập trung đi vào các vấn đề tìm kiếm, tham khảo các bài báo khoa học đăng trên các tạp chí thế giới và trang web liên quan về các phƣơng pháp hàn ma sát và đánh giá tính chất mối hàn ma sát, nghiên cứu các đoạn phim tƣ liệu về công nghệ Hàn ma sát xoay, nghiên cứu tài liệu về cách lập hệ thống điều khiển thủy lực. - Phương pháp phân tích: Sau khi đã tham khảo các tài liệu và có đƣợc các số liệu cần thiết thìviệc phân tích các số liệu, các tài liệu có liên quan là việc hết sức cần thiết. - Phương pháp mô hình hóa: Là mục tiêu chính của đề tài, Việc chế tạo mô hình giúp kiểm nghiệm đƣợc lý thuyết và sữa chữa những chỗ sai mà phƣơng pháp lý thuyết không thể thấy đƣợc, Việc mô hình hóa cũng góp phần giúp em có thể ôn lại kiến thức đã học của mình một cách sâu hơn. 1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp - Chƣơng 1: Giới thiệu. - Chƣơng 2: Tổng quan. - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết. - Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng và các giải pháp đề xuất - Chƣơng 5: Các phƣơng án chế tạo mô hình - Chƣơng 6: Tính toán thiết kế cơ cấu - Chƣơng 7: Quá trình gia công thiết kế - Chƣơng 8: Kiến nghị đề xuất và hƣớng phát triển SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 4
18. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN: 2.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. 2.1.1. Tổng quan chung về hàn ma sát xoay: a. Định nghĩa về hàn ma sát xoay: Hàn ma sát là quá trình hàn áp lực, sử dụng nhiệt ma sát sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tƣơng đối với nhau để nung mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm cho kim loại mép hàn khuếch tán sang nhau tạo thành mối hàn Hình 7. Sơ đồ hàn ma sát xoay. Khi 2 bề mặt của vật thể chuyển động tƣơng đối với nhau dƣới tác dụng của lực ép thì năng lƣợng cơ học sẽ chuyển thành nhiệt năng. Ma sát trong hàn là ma sát khô. Nhiệt ma sát là nhiệt lƣợng sinh ra trong quá trình ma sát, do sự trƣợt tƣơng đối của hai chi tiết với nhau. Nhiệt ma sát phụ thuộc vào lực ép pháp tuyến của bề mặt ma sát và phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa hai chi tiết, phụ thuộc vào vật liệu hàn và tốc độ chuyển động tƣơng đối giữa hai chi tiết. Trong quá trình ma sát, phần lớn nhiệt ma sát làm nhiệm vụ nung kim loại mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, một phần truyền vào chi tiết hàn, phần còn lại truyền vào môi trƣờng xung quanh. Cơ năng chuyển Vật liệu vùng Vật liệu tại vùng thành nhiệt hàn dẻo. hàn khuyết tán năng vào nhau dƣới lực ép. Hình8. Sơ đồ nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát. b. Ƣu nhƣợc điểm của hàn ma sát xoay: *Ƣu điểm: - Ít hao phí vật liệu, tiết kiệm kim loại - Thời gian hàn cực nhanh, năng suất cao - Không phát xạ độc hại (khói độc, bắn tóe, bức xạ tử ngoại, ) SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 5
19. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN - Khả năng chế tạo lại và điều khiển các thông số quá trình hàn tốt - Không cần bổ sung kim loại phụ - Dễ dàng tích hợp quá trình hàn vào dây chuyền sản xuất tự động - Độ chính xác của các chi tiết hàn cao (kể cả khi hàn tiết diện đặc biệt) - Hàn đƣợc các kim loại khác nhau với nhau - Cơ tính mối hàn rất tốt - Hàn đƣợc các loại tiết diện khác nhau - Môi trƣờng sản xuất sạch - Không yêu cầu cao về tay nghề của công nhân - Khuyết tật mối hàn hầu nhƣ không có - Không cần yêu cầu tiết diện của 2 chi tiết phải giống nhau - Là phƣơng pháp hàn rất triển vọng trong tƣơng lai. * Nhƣợc điểm: - Một chi tiết hàn phải quay tròn hoặc tịnh tiến. - Mối hàn lồi ba via tốn công cắt bỏ (gia công cơ). - Chiều dài của chi tiết hàn bị giảm - Thiết bị đắt tiền - Kích thƣớc của chi tiết hàn bị hạn chế - Không hàn đƣợc kết cấu quá phức tạp 2.1.2. Các kết quả nghiên cứu đã công bố trên thế giới: Theo tài liệu Hiệp Hội Hàn của Mỹ thì hàn ma sát xoay đƣợc cấp bằng sáng chế năm 1891. Trong những năm 1920 đến 1942 hàng loạt bằng sáng chế công nghệ hàn ma sát xoay đƣợc cấp tại Châu Âu, và tại Liên Xô là năm 1956. Trong thập niên 60 của thế kỷ XX, hàn ma sát xoay phát triển mạnh mẽ tại Mỹ. Đặt biệt trong thời kỳ chiến tranh lạnh, hàn ma sát nói chung và hàn ma sát xoay nói riêng đƣợc nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật quân sự. Hầu hết thiết bị đƣợc sản xuất trong giai đoạn này do các công ty AMF, Caterpillar, và Rockwell International nghiên cứu chế tạo. Ngày nay, hàn ma sát xoay đƣợc phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp chế tạo. Tại các trƣờng đại học, rất nhiều nghiên cứu về hàn ma sát xoay đã đƣợc thực hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau. Có vài nghiên cứu chuyên sâu về ma sát xoay đã đƣợc thực hiện trên thế giới: SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 6
20. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN Hình 9. Hàn ma sát xoay trên máy tiện sử dụng đội thủy lực (Internet) Ngoài các vật liệu truyền thống (kim loại), ngày nay hàn ma sát xoay còn đƣợc ứng dụng trong các loại vật liệu phi truyền thống (đối với hàn ma sát) nhƣ nhựa, polymer, hợp chất giữa kim loại và phi kim Tuy nhiên, các nghiên cứu trên thế giới đều do các công ty hoặc hợp tác giữa công ty với các trƣờng đại học nên hầu hết các nghiên cứu đều không đƣợc công bố rộng rãi, đồng thời phạm vi ứng dụng lớn nên hàn ma sát xoay vẫn còn là đề tài mới mẽ đối với Việt Nam. Hình 10. Thiết bị hàn ma sát xoay của công ty Shenja. SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 7
21. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN Hình 11. Thiết bị hàn ma sát xoay của công ty Shenja. Hình 12. Hàn ma sát xoay trên máy tiện 2.1.3. Tình hình nghiên cứu hàn ma sát xoay ở Việt Nam. Ở nƣớc ta, hàn ma sát nói chung và hàn ma sát xoay nói riêng vẫn còn là lĩnh vực mới mẽ. Chỉ có một số công trình nghiên cứu của đại học Nha Trang kết hợp với Nhật đã đƣợc thực hiện: - Những kết quả bƣớc đầu về ứng xử mỏi của kết cấu hàn ma sát giữa hai siêu hợp kim M247-INC718. - Tập trung biến dạng và ứng suất trong mối hàn ma sát giữa hai siêu hợp kim M247 và INC718; - Sự phát triển vết nứt trong mối hàn ma sát hai siêu hợp kim M240 và INC718 trong điều kiện mỏi lão. SVTH: Nguyễn Đoàn Xuân Trường Trang 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4