Tài liệu Thiết kế và chế tạo máy uốn móc tự động cbs-st

1   Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1. Lý do chọn đề tài Ngày nay nguồn nhân lực đáp ứng cho sản xuất công nghiệp đang bị thu hẹp do sự phát triển nhanh của công nghiệp trên khắp mọi nơi trên cả nước, các nguồn nhân lực trẻ tại các địa phương có xu hướng tìm việc tại địa bàn trong Tỉnh vào các ngành du lịch, xây dựng, thủ công…nhằm ổn định cuộc sống. Như vậy nguồn lao động phổ thông đã có sự phân bố không đồng đều giữa các ngành. Một vấn đề lớn mà Công ty TNHH SAMSUN đang gặp phải đó là lượng sản phẩm sản xuất hàng ngày không đủ để đáp ứng cho dây chuyền sản xuất khác do số lượng công nhân lao động tại khâu sản suất này của công ty đang giảm dần. Lý do là công nhân trong khâu sản suất này phải sử dụng sức lực của cánh tay để uốn sản phẩm bằng thép, trong quá trình lao động đôi khi lại xảy ra tai nạn do sơ ý. Hơn nữa khi có nhiều đơn đặt hàng công ty phải nhập khẩu sản phẩm từ Hàn Quốc, điều này làm công ty tốn nhiều thời gian và chi phí. Vì lý do trên nhóm nghiên cứu đã xây dựng máy uốn móc tự động CBS-ST phục vụ trong quá trình sản xuất cho công ty. Toàn bộ phần thiết kế và kiểm tra của máy được thiết kế trên phần mền Catia, một phần mền chuyên về cơ khí chế tạo. Để thực hiện một sản phẩm thành công nếu một người công nhân làm thì mất nhiều thời gian, chi phí lớn và tính an toàn lại không đảm bảo trong quá trình cắt, uốn sản phẩm. Vì thế máy uốn móc CBS - ST ra đời nhằm loại bỏ các yếu tố nêu trên. Công ty TNHH SX – TM - DV Anh Hoàng là một trong những công ty chế tạo máy phục vụ cho đời sống và trong công nghiệp. Qua yêu cầu cấp thiết để thiết kế máy đáp ứng cho sản xuất, nhóm nghiên cứu đã được công ty giao nhiệm vụ “ thiết kế và thi công máy uốn móc tự động CBS - ST”. Với một trong những phương châm của công ty là bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí nên trong quá 2   trình chế tạo máy nhóm đã tận dụng những cơ cấu cũ còn sử dụng được vào trong máy uốn móc CBS - ST nhằm tiết kiệm tối đa chi phí, thời gian thực hiện. 1.2. Tổng quan nghiên cứu đề tài Sự phát triển của loài người thông qua các thời đại gắn liền với các công cụ. Với cuộc cách mạng công nghệ vào giữa thế kỷ XVIII, các máy công cụ đầu tiên đã xuất hiện và liên tục được cải tiến. Sự phát triển của các máy công cụ và công nghệ liên quan đã tiến rất nhanh cho đến tận ngày nay. Cuộc sống hiện đại không phải là sản phẩm tự nhiên, mà là kết quả của sự phát triển các máy công cụ. Thực phẩm chế biến, xe cộ, điện thoại và hầu như mọi sản phẩm chúng ta sử dụng đều được sản xuất bằng máy móc. Trước thế kỷ XX, các phương pháp sản xuất thay đổi rất chậm. Cho đến đầu những năm 1930 các phát minh mới và nổi bật bắt đầu tác động mạnh đến quy trình sản xuất. Các máy công cụ nói chung là các máy cắt gọt kim loại và các máy gia công tạo hình để tạo hình các sản phẩm kim loại. Từ các loại máy đã chế tạo từ trước tới nay trên thế giới, nhóm nghiên cứu đã tham khảo một số máy để thiết kế và thi công máy uốn móc tự động CBS – ST. Máy gồm hai phần chính: Phần đẩy phôi và uốn. Vì thế, máy chính là sự kết hợp của nhiều máy khác nhau trên thế giới đã được đưa vào sử dụng. Cơ cấu bánh lăn ngày nay được sử dụng rất nhiều trong các công ty gỗ trong việc sản xuất ra các mặt hàng bằng gỗ. Một số máy sử dụng cơ cấu bánh lăn trong môi trường xây dựng. Hình 1.1: Cơ cấu bánh lăn trong máy bào gỗ 3   Hình 1.2: Cơ cấu bánh lăn trong máy duỗi thép xây dựng bằng tay Hình ảnh dưới đây khắc họa dung cụ uốn thanh thép la dùng trong trang trí. Với những loại vật liệu mỏng như thanh thép la thì uốn bằng tay có thể thực hiện được nhưng hiệu quả kinh tế sẽ không cao, tốn nhiều thời gian. Hình 1.3: Cơ cấu uốn thép trang trí bằng tay 4   Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy uốn tự động hiện đại ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất của xã hội. Hình 1.4: Một số máy uốn thép xây dựng hiện đại Sau khi tìm hiểu và phân tích nhóm nghiên cứu cùng các kỹ thuật viên của công ty TNHH – TM – SX – DV Anh Hoàng nhận thấy cơ cấu uốn của các máy này rất phức tạp, kinh phí đầu tư cao, dễ xảy ra hư hỏng và không an toàn. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Dựa vào yêu cầu của công ty, nhóm đã nghiên cứu và thiết kế máy uốn móc tự động CBS-ST với mục tiêu là đưa công nghệ tiên tiến vào dây chuyền sản xuất, thay thế lao động chân tay bằng máy móc hiện đại, tăng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm, giảm chi phí cho công ty. 1.4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ™ Đối tượng nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu về máy có khả năng uốn thép la để tạo ra móc thùng phi với nhiều ưu điểm và máy lần đầu tiên máy được chế tạo tại Việt Nam. ™ Phạm vi nghiên cứu: Trong quá trình nghiên cứu, dựa trên yêu cầu thực tế tại các phân xưởng, doanh nghiệp. Máy được thiết kế để uốn vật liệu chính là thép la. 5   Mặc dù máy đã hoạt động và tạo ra sản phẩm cho năng suất cao, nhưng do thời gian nghiên cứu ngắn, nên máy còn một số lỗi chưa khắc phục được. Cần phát triển, và cải tiến thêm. 1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ™ Xây dựng cơ sở lý thuyết của đề tài thông qua các tài liệu liên quan về thiết kế cơ khí, khí nén – thủy lực, khuôn của các tác giả lớn: Nguyễn Ngọc Phương, Trần Thế San, Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Văn Thiệp…và chọn lọc tài liệu liên quan từ đó tiến hành phân tích, tổng hợp và tổ chức lại nguồn tài liệu. Dựa trên cơ sở lý thuyết đó làm nền tảng cho việc nghiên cứu đề tài. Tham quan, khảo sát, nghiên cứu về các loại máy duỗi thép xây dựng, máy bào gỗ, máy uốn thép xây dựng…ở trong nước và ngoài nước. Các tài liệu trên mạng, các tài liệu đã có sẵn ở công ty, những kiến thức đã được học ở trường, sự đóng góp hướng dẫn tận tình của các thầy trong khoa Cơ Điện trường ĐH Lạc Hồng ,các kỹ sư và kỹ thuật viên trong công ty TNHH SX - TM - DV Anh Hoàng. ™ Phân tích những ưu nhược điểm của các loại máy đã tìm hiểu để làm nền tảng, mục tiêu cho đề tài. 1.6. Kết cấu của đề tài Trong đề tài này gồm các nội dung sau: ™ Cơ sở lý thuyết của đề tài. • Các kiến thức về kim loại. • Tìm hiểu và tham khảo các loại máy có liên quan. ™ Thiết kế và chế tạo máy uốn móc tự động CBS – ST. • Cơ sở thiết kế máy uốn móc tự động CBS – ST. • Các phương án thiết kế cơ khí, tổng quan hệ thống. 6   Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Kiến thức cơ bản về vật liệu kim loại[1] 2.1.1. Khái niêm cơ bản về kim loại Kim loại là loại vật liệu có cường độ lớn, độ dẻo và độ chống mỏi cao. Nhờ đó mà kim loại được sử dụng rộng rãi trong các ngành kĩ thuật. Ở dạng nguyên chất, do cường độ và độ cứng thấp, độ dẻo cao, kim loại có phạm vi sử dụng rất hạn chế. Chúng được sử dụng chủ yếu ở dạng hợp kim với kim loại và á kim khác, thí dụ như cacbon. 2.1.2. Vật liệu thép Thép với thành phần chính là sắt (Fe) và cacbon (C), với thành phần C từ 0,02% đến 2,14%, và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau. Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, và sức bền. Thép với tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéo so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn. Tỷ lệ hòa tan tối đa của cacbon trong sắt là 2,14% theo trọng lượng, xảy ra ở 1.1470C, nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit là trạng thái cứng nhất có cường lực kém hơn. Pha trộn với cacbon cao hơn 2,14% sẽ được gang. Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắt rèn có rất ít hay không có cacbon, thường là ít hơn 0,035%. Ngày nay người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau. Ngày 7   nay có một vài loại thép mà trong đó cacbon được thay thế bằng các hỗn hợp vật liệu khác, chỉ là không được ưa chuộng. Thép cacbon bao gồm hai nguyên tố chính là sắt và cacbon, chiếm 90% tỷ trọng các sản phẩm thép làm ra. Thép hợp kim thấp có độ bền cao được bổ sung thêm một vài nguyên tố khác (nhỏ hơn 2%), tiêu biểu là 1,5% mangan, đồng thời cũng làm giá thành thép tăng thêm. Thép hợp kim thấp được pha trộn với các nguyên tố khác, thông thường molypden, mangan, crom, hoặc niken, trong khoảng tổng cộng không quá 10% trên tổng trọng lượng. Các loại thép không gỉ và thép không gỉ chuyên dùng có ít nhất 10% crom, trong nhiều trường hợp có kết hợp với niken, nhằm mục đích chống lại sự ăn mòn. Một vài loại thép không gỉ có đặc tính không từ tính. Thép dùng cho ngành chế tạo máy, khả năng làm việc của chúng sẽ được phát huy tối đa sau nhiệt luyện. Thép này thường được hợp kim hoá bằng các nguyên tố: Cr, Mn, Si, Ni, Ti, Mo,…với lượng nhỏ (thường từ 1-2%; cá biệt có thép từ 6-7%) để nâng cao độ thấm tôi (cải thiện khả năng nhiệt luyện) và hoá bền ferrite. Thép kết cấu được chia thành các nhóm sau: ™ Thép thấm cacbon: Là loại thép có thành phần cacbon thấp (nhỏ hơn hoặc bằng 0,25% C), ở trạng thái cung cấp có độ dẻo, độ dai cao nhưng độ bền thấp. Để cải thiện độ bền và nâng cao độ cứng bề mặt, có thể áp dụng công nghệ thấm cácbon, tôi và ram thấp. ™ Thép hoá tốt: Là thép có thành phần cacbon vào khoảng 0,3 – 0,5%, cơ tính ở trạng thái cung cấp tương đối cao. Sau nhiệt luyện hoá tốt (tôi và ram cao), chúng sẽ có cơ tính tổng hợp cao nhất. Để nâng cao khả năng chống mài mòn bề mặt của thép này, sau nhiệt luyện hoá tốt phải tôi bề mặt và ram thấp. ™ Thép đàn hồi: Là thép có hàm lượng cacbon tương đối cao (0,5 – 0,7%), chuyên dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi : nhíp, lò xo,…Để có giới hạn đàn hồi cao nhất thì phải qua tôi và ram trung bình. 8   2.1.3. Vật liệu chế tạo máy Các vật liệu được sử dụng để chế tạo máy uốn móc tự động CBS – ST gồm: Thép C45, CT4, SKD11. ™ Thép C45 Thép C45 thuộc nhóm thép cacbon trung bình (0,30 ~ 0,50%C ) như vậy sẽ đảm bảo sự kết hợp tốt nhất của các chỉ tiêu cơ tính tổng hợp về độ bền, độ dẻo, độ dai. Nếu dùng lượng cacbon khác đi sẽ không đạt được cơ tính tổng hợp tốt như vậy. Tuy rằng dùng lượng cacbon cao hơn sẽ đạt được độ cứng bề mặt và tính chống mài mòn cao hơn nhưng lại giảm độ dẻo, độ dai và giảm tính hàn. Lượng cacbon trong thép càng giảm thì độ dẻo của thép cacbon càng cao. Thép C45 nằm trong nhóm thép thông dụng, dễ kiếm, giá thành tương đối rẻ so với các loại thép khác (như thép hợp kim), khi sử dụng vẫn đảm bảo được các chỉ tiêu yêu cầu. ™ Thép CT4 Là thép carbon theo tiêu chuẩn Nhật JISG 3101 – 1987. • Thành phần hóa học: Hàm lượng P nhỏ hơn bằng 0,05%, S nhỏ hơn bằng 0,05%. • Đặc tính kỹ thuật: - Độ bền kéo: 430 Mpa – 510Mpa. - Độ bền chảy chia theo độ dày: 9 Nhỏ hơn hoặc bằng 16mm là: 245 Mpa. 9 Trong khoảng 16mm – 40mm là: 235Mpa 9 Lớn hơn 40mm là: 215Mpa • Ứng dụng: Thép TC4 (thép la) làm phôi uốn để tạo ra sản phẩm. 9   ™ Thép SKD11 Là mác thép theo tiêu chuẩn Nhật JIS G4404- 1983. • Thành phần hóa hóc: 1.4 – 1.6%C, 0.6%Mn, 11-13%Cr, 0.81.2%Mo. • Đặc tính kỹ thuật: - Gia công nóng từ 10000C đến 8000C. - Độ cứng sau khi ủ từ 8300C đến 8800C: Nhỏ hơn 255HB. - Tôi ở nhiệt độ 10000C đến 10500C, để nguội trong không khí. - Độ cứng sau ram 1500C đến 2000C: Lớn hơn 58HB. • Ứng dụng: Khuôn dập nguội (Cold work tool steel) do có tính chống mài mòn cao. Tại Việt Nam thường dùng để làm các khuôn lớn dập tôn silic, làm bánh cán ren. 2.1.4. Kết luận Qua việc tìm hiểu cơ sở lý thuyết và tìm hiểu về các loại máy tương tự đang được sử dụng trong và ngoài nước. Sẽ giúp cho việc thiết kế và chế tạo máy uốn tự động CBS – ST một cách khoa học để đạt được hiệu quả tối ưu nhất. 10   Chương 3 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT CÔNG TY TNHH SX – TM - DV ANH HOÀNG 3.1. Giới thiệu công ty TNHH SX – TM - DV Anh Hoàng 3.1.1. Thông tin về công ty TNHH SX - TM – DV Anh Hoàng Công ty TNHH SX – TM – DV Anh Hoàng là một công ty chuyên: ¾ Gia công, chế tạo máy móc công nghiệp. ¾ Sửa chữa, bảo trì máy móc công nghiệp (máy đúc áp lực cao, ép nhựa, nén khí…) ¾ Gia công, lắp ráp hệ thống khí nén – thủy lực hơi. ¾ Sửa chữa, lắp mới: PLC, vi xử lý… ¾ Mua bán máy móc, thiết bị công nghiệp. Hình 3.1: Khung cảnh làm việc tại xưởng của công ty SX - TM - DV Anh Hoàng 11   Trụ sở chính: Số 286, tổ 18, KP 3, P.Long Bình Tân, Biên Hòa, Đồng Nai Xưởng 2: Quân đoàn 972 – Long Bình Tân – Biên Hòa – Đồng Nai Điện thoại: 0613.846460 – 061.8836577 Fax : 061.8836577 Tổng diện tích: 610 m2 Số nhân viên: 20 người 3.1.2. Mục tiêu của công ty ¾ Gia công, chế tạo máy móc công nghiệp với giá rẻ hơn thị trường hoặc trên thị trường chưa có. ¾ Tiết kiệm tối đa chi phí chế tạo. ¾ Tái chế một số máy móc công nghiệp còn sử dụng được. ¾ Tận dụng tối đa nguyên vật liệu (đã qua sử dụng) vào trong chế tạo máy. ¾ Đem lại cho khách hàng những sản phẩm chất lượng với đội ngũ nhân viên chuyên nghiệp. 3.1.3. Quy trình hoạt động sản xuất tại công ty ™ Giải thích quy trình hoạt động: Hầu hết các vật liệu (vật liệu tái chế, vật liệu mới) nhập về được đưa vào kho hàng, hầu hết các vật tư có liên quan tới thép, inox, đồng.., các cơ cấu chấp hành và các thiết bị điều khiển … Khi có hợp đồng gia công chế tạo, những vật liệu và thiết bị cần thiết sẽ được xuất kho để hoàn tất máy tại khâu chế tạo và láp ráp. Tại khâu thành phẩm, sau khi quá trình láp ráp hoàn tất sẽ được kiểm tra. Nếu đạt tiêu chuẩn máy sẽ nhập kho, chờ ngày giao hàng. Nếu không đạt tiêu chuẩn sẽ được sửa chữa và cải thiện đến khi đạt yêu cầu. 12   Hình 3.2: Quy trình sản xuất tại công ty 3.1.4. Hình ảnh một số hệ thống công ty thi công Hình 3.3: Thi công tủ nướng bánh 13   Hình 3.4: Thi công lò nấu keo cho công ty TNHH Liên Hòa Hình 3.5: Thi công hệ thống cân định lượng cát - xi măng 14   Hình 3.6: Thi công thùng lọc dầu Kết luận Chương 2 đã cho chúng ta cái nhìn bao quát về công ty TNHH SX TM – DV ANH HOÀNG cũng như các hệ thống máy móc công nghiệp mà công ty đã sản xuất, và đây cũng là nơi mà nhóm nghiên cứu đã trải qua những ngày tháng thực tập, nghiên cứu để thiết kế và thi công “Máy uốn móc tự động CBS - ST”. 15   Chương 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY UỐN MÓC TỰ ĐỘNG CBS - ST 4.1. Cơ sở thiết kế máy uốn móc tự động CBS - ST Sản phẩm mà máy tạo ra là những móc uốn cong theo biên dạng yêu cầu, từ vật liệu chính là thép la (3000x2x20 mm) Hình 4.1: Sản phẩm thực tế yêu cầu Nếu uốn theo phương pháp thủ công tức là công nhân dùng lực của cánh tay để uốn thì sẽ cho năng suất thấp, tốn diện tích làm việc, đôi khi xảy ra tai nạn ngoài ý muốn. 4.2. Phương án thiết kế cơ khí – tổng quan hệ thống[2] Trong phần này nhóm xin đưa ra các phương án thiết kế máy uốn móc tự động CBS – ST chủ yếu là về mặt cơ khí. Gồm có các phương án thiết kế sau: 16   Hình 4.2: Các bộ phận của máy uốn móc tự động CBS-ST 1: Bàn máy chính; 2:Bàn máy phụ; 3: Cơ cấu đo; 4: Cặp bánh lăn; 5: Con lăn dẫn hướng; 6: Cơ cấu cắt; 7: Khuôn uốn; 8: Cơ cấu đẩy sản phẩm; 9: Động cơ; 10: Cơ cấu truyền xích; 11: Hệ bánh răng. 4.2.1. Phương án thiết kế phần bàn máy chính Khi máy làm việc, bàn máy (1200x600x210mm) có nhiệm vụ: ™ Cố định vị trí tương quan của máy với chi tiết gia công. ™ Đảm bảo độ cứng vững, giữ cho máy luôn cố định trong quá trình hoạt động. Dựa trên nhiệm vụ đề ra, bàn máy chính bao gồm các cơ cấu: Thành gá động cơ và 4 trục phụ. Vật liệu chế tạo: Thép C45. 17   Hình 4.3: Bàn máy chính trong thiết kế 1: Chân gá bàn nhỏ; 2:Đế gắn động cơ. Hình 4.4: Bàn máy trong thực tế 18   4.2.2. Phương án thiết kế bàn máy phụ Bàn máy phụ (540x400x190): Có nhiệm vụ cố định vị trí cơ cấu bánh lăn, cơ cấu bánh răng, bánh xích và các trục truyền lực, để đảm bảo độ cứng vững cho máy. Vật liệu chế tạo: Thép C45. Hình 4.5: Bàn máy phụ trong thiết kế 1: Vị trí gắn các trục; 2: Khay trượt sản phẩm. Hình 4.6: Bàn máy phụ sau khi lắp ráp trục 19   4.2.3. Thiết kế cơ cấu bánh lăn[3] Gồm 2 loại bánh lăn: Bánh lăn đực và bánh lăn cái Cơ cấu bánh lăn có nhiệm vụ tạo ra lực đẩy di chuyển thanh thép la tiến về phía trước, di chuyển vào lòng khuôn uốn. ™ Bánh lăn cái: Có đường kính ngoài là: ∅170mm và đường kích trong (đường kính rãnh) là: ∅149mm. Vật liệu gia công: Thép SKD 11. Hình 4.7: Bánh lăn cái trong thiết kế Hình 4.8: Bánh lăn cái trong thực tế 20   ™ Bánh lăn đực: Có đường là: ∅149mm. Vật liệu gia công: Thép SKD 11 Hình 4.9: Bánh lăn đực Hình 4.10: Bánh lăn đực trong thực tế 4.2.4. Thiết kế phần trục Trục có nhiệm vụ gắn ăn khớp với cơ cấu bánh răng và cơ cấu bánh lăn, trục được gắn cố định với bàn máy phụ bằng hai ổ đỡ. Gồm hai loại: Trục chính và trục phụ.