Thiết kế tay máy hàn ma sát khuấy

Thiết kế tay máy hàn ma sát khuấy

Tp HCM, tháng 1/2010

L I C M N

Sau g n n m n m ng i trên gh gi ng đ ng đ i h c, đ có ngày nh n đ c quy t đ nh làm lu n án t t nghi p và hoàn thành lu n án này, đó không ch là s c g ng c a riêng b n thân

em mà bên c nh đó còn có r t nhi u s ng h , d y b o và giúp đ c a gia đình, th y cô và b n

bè, đây th t s là m t ch n đ ng dài chan ch a bao n i vui bu n nh ng cùng vô cùng ý ngha.Thông qua lu n án t t nghi p, em xin có l i c m n đ n t t c nh ng ng i đã quan tâm giúp đ em trong nh ng tháng ngày h c đ i h c:

u tiên, em xin chân thành c m n t t c th y cô c a tr ng i h c Bách Khoa thành

ph H Chí Minh nói chung và các th y cô trong khoa C khí nói riêng đã d y d và dìu d t

em t nh ng ngày đ u b c vào gi ng đ ng đ i h c

c bi t, em xin g i l i c m n sâu s c nh t đ n th y h ng dân TS Tr n Thiên Phúc đã

t n tình giúp đ và ch b o em trong quá trình th c hi n đ tài này

Qua đây, em c ng mu n nói l i c m n đ n gia đình, đ c bi t là ba m và ng i thân đã

t o đi u ki n t t đ em có th hoàn thành khoá h c

Cu i cùng, xin g i l i c m n t t c b n bè đã giúp đ , đ ng viên trong nh ng n m tháng cùng nhau h c t p t i tr ng

TÓM T T LU N ÁN

Hàn ma sát khu y là b c ti n quan tr ng nh t v l nh v c hàn trong th p niên qua ây

là m t công ngh có hi u qu v n ng l ng và thân thi n v i môi tr ng (khi không tiêu th khí hàn, t o b c x …) Vi c các u đi m trên công ngh hàn đang đ t ra nhu c u c p thi t v các trang thi t b máy móc có kh n ng đ a công ngh ng d ng m t cách ph bi n Do đó nghiên

c u thi t k tay máy cho hàn ma sát khu y là yêu c u chính c a lu n án

N i dung lu n án g m có n m ch ng:

Ch ng 1: Trình bày t ng quan v hàn ma sát khu y, các lo i thi t b hàn ma sát khu y

hi n đang có trên th tr ng và nguyên lý hàn theo đ ng c a tay máy hàn ma sát khu y

Ch ng 2: Xác đ nh yêu c u k thu t, ch n ph ng án và s đ đ ng cho tay máy

Ch ng 3: Thi t k ph n c khí cho tay máy

Ch ng 4: Ki m tra và b o trì cho tay máy

Ch ng 5: K t lu n và đ xu t h ng nghiên c u m r ng đ tài

M C L C

m c

Trang bìa i

Nhi m v lu n án

L i c m n ii

Tóm t t Lu n án iii

M c l c iv

Danh sách hình v vi

Danh sách b ng bi u viii

CH NG 1 T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U THI T B HÀN MA SÁT KHU Y 1

1.1 T ng quan tình hình nghiên c u và ý ngh a c a đ tài 1

1.2 T ng quan v hàn ma sát khu y 1

1.3 Máy móc, thi t b hàn ma sát khu y 6

1.4 M c tiêu c a đ tài 15

1.5 K t lu n 15

CH NG 2 L A CH N NGUYÊN LÝ VÀ S NG 17

2.1 Các yêu c u k thu t c a đ u hàn ma sát khu y 17

2.2 L a ch n nguyên lý ho t đ ng c a tay máy 20

2.3 L a ch n s đ đ ng c a tay máy 26

2.4 K t lu n 27

CH NG 3 THI T K C KHÍ C A TAY MÁY HÀN MA SÁT KHU Y 28

3.1 Tính toán các chi ti t truy n đ ng cho khâu 3 29

3.1.1 B ph n gá d ng c hàn ma sát khu y 29

3.1.2 Ch n đ ng c 29

3.1.3 Thi t k b truy n vit me – đai c bi 31

3.1.4 Tính toán ch n l n 37

3.1.5 Tính toán ch n n i tr c 40

3.1.6 Tính toán s ng tr t 42

3.2 Tính toán các chi ti t truy n đ ng cho khâu 2 45

3.2.1 Ch n đ ng c 45

3.2.2 Thi t k b truy n vit me – đai c bi 47

3.2.3 Tính toán ch n l n 50

3.2.4 Tính toán ch n n i tr c 55

3.3 Tính toán các chi ti t truy n đ ng cho khâu 1 56

3.3.1 Các thông s đ u vào 56

3.3.2 Ch n đ ng c 57

3.3.3 Tính toán l a ch n b truy n bánh r ng sóng 59

3.3.4 Tính toán ch n n i tr c 62

3.4 Các chi ti t ph 63

3.5 Dung sai l p ghép 63

CH NG 4 B O TRÌ TAY MÁY 66

4.1 B o trì và ki m tra 69

4.2 K t Lu n CH NG 5 K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N C A TÀI 70

5.1 K t lu n 70

5.2 H ng phát tri n c a đ tài 70

TÀI LI U THAM KH O 72

Hình 1.7 Máy hàn ma sát khu y d ng khung hàn v t hàn d ng t m

Hình 1.8 Máy hàn ma sát khu y d ng khung hàn v t hàn d ng t m

Hinh 1.9 Tay máy robot hàn ma sát khu y

Hình 3.3 L c phân b trên tr c vit me khi ch a hàn

c phân b trên tr c vit me khi đ u hàn di chuy n d c tr c vít thu c khâu 3

Hình 3.5 L c phân b trên tr c vit me khi đ u hàn di chuy n theo cung tròn

Hình 3.6 S đ l c tác d ng lên tr c vít thu c khâu 3

B ng 3.16 Sai l ch gi i h n c a chi u r ng và chi u sâu rãnh then

B ng 3.17 Dung sai l p ghép các chi ti t khác

Bang 4.1 Công tác ki m tra các chi ti t c a tay máy

CH NG 1 T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U THI T B HÀN

MA SÁT KHU Y

1.1 T ng quan tình hình nghiên c u và ý ngh a c a đ tài

Ngày nay v n đ n ng l ng, môi tr ng, v t li u ch t o đang đ c th gi i quan tâm

Do đó các ngành công nghi p c ng c n ph i nghiên c u, đ i m i công ngh sao cho h n ch t i

đa n ng l ng tiêu th và ch t th i trong s n xu t

Các công ngh này v a ph i có kh n ng t ng n ng su t, có nhi u u đi m k thu t h n các công ngh c nh ng c ng ph i ti t ki m n ng l ng và b o v môi tr ng Trong l nh v c hàn, các ph ng pháp hàn hi n đ i nh hàn h quang, hàn khí, … ph n nào ch a đáp ng các yêu

c u trên Vì v y, v i ph ng pháp hàn ma sát khu y ra đ i trong th i gian g n đ c cho là có nhi u u đi m v t tr i so v i các ph ng pháp hàn truy n th ng đang đ c nghiên c u, quan tâm nh t hi n nay

Vì là ph ng pháp hàn còn khá m i m nên các trang thi t b v hàn ma sát khu y v n

ch a ph bi n Trên th gi i, hi n ch có h n 200 doanh nghi p thi t k , ch t o c ng nh ng

d ng công ngh hàn ma sát khu y Còn t i Vi t Nam thì ch a có doanh nghi p nào đi sâu vào

lnh v c này V i tình hình trên, đ tài “Nghiên c u và thi t k tay máy hàn ma sát khu y” là

r t c n thi t trong xu th h i nh p c a Vi t Nam hi n nay

1.2 T ng quan v hàn ma sát khu y

1.2.1 Nguyên lý ho t đ ng

Hàn ma sát khu y (FSW) là ph ng pháp n i c ng trong đó m i hàn tr ng thái r n (kim

lo i không b nóng ch y trong su t quá trình hàn mà ch tr ng thái d o) Hàn ma sát khu y

đ c nghiên c u và th c nghi m b i John Wayne và các đ ng s t i Vi n hàn c a V ng qu c Anh (The Welding Institude - TWI) vào tháng 12/1991

Trong hàn ma sát khu y, m t d ng c khu y hình tr có vai v i đ u khu y có biên d ng

đ c tr ng v a xoay v a t nh ti n xu ng ti p xúc v i b m t v t hàn nh m t o ngu n nhi t c n thi t ban đ u Sau đó, d ng c ti p t c đi xu ng vào bên trong v t hàn t i ch m i hàn đ n khi vai

d ng c ti p xúc v i b m t v t hàn D ng c s d ng di chuy n t i đây trong m t kho ng th i gian c n thi t và vi c d ng c hàn quay s h tr s khu y c a kim lo i vùng xung quanh đ u hàn, t o nh ng thay đ i v t ch c v t li u và thúc đ y quá trình bi n d ng d o mãnh li t trong vùng khu y, sau đó d ng c di chuy n d c đ ng hàn theo h ng hàn đ t o thành m i hàn

Các v t hàn đ c k p ch t trên các thanh t a nh m ng n c n vùng ti p giáp b đ y tách

r i khi đ u d ng c quay Chi u dài c a đ u khu y ng n h n m t chút so v i chi u sâu hàn yêu

c u và vai d ng c c n ph i ti p xúc ch t v i b m t v t hàn

Hình 1.1 Nguyên lý hàn ma sát khu y

Các công ngh đ c ng d ng t hàn ma sát khu y:

 Hàn đi m ma sát khu y (Friction Stir Spot Welding)

 Quá trình ma sát khu y x lý v t li u (Friction Stir Process)

 Quá trình t o ph n ng b ng ma sát khu y (Friction Stir Reaction Process)

Fy làm xo n và cong tr c d ng c

c F Z: L c d c tr c làm xê d ch chi ti t theo tr c d ng c và có xu h ng làm d ng c

dch kh i tr c

1.2.3 D ng c trong hàn ma sát khu y

D ng c hàn c u t o g m b n ph n sau:

Hình 1.3 C u t o d ng c hàn ma sát khu y

 Chuôi: Ph n dùng đ l p vào tr c quay c a máy và c ng góp ph n t o moment xo n,

t o l c quán tính giúp d ng c đi t i d dàng h n

 Vai d ng c : Ti p xúc v i b m t phôi khi hàn, sinh nhi t do ma sát gi a hai b m t

ti p xúc, kh ng ch v t li u,… ép v t li u

 u khu y: làm nhi m v đâm xuyên vào v t li u hàn, c t ngu n kim lo i t i m i hàn

và di chuy n v t li u đó t tr c ra sau d ng c khi d ng c đi t i, khu y v t li u t

đ nh đ u c t lên ph n vai d ng c

 nh đ u khu y: T o nhi t do ma sát v i ph n g n v i mép d i c a v t hàn L ng nhi t này và l ng nhi t do ma sát gi vai d ng c v i b m t v t li u c ng v i l ng nhi t do quá trình bi n d ng d o s làm m m v t li u xung quanh đ u khu y

1.2.4 u đi m, nh c đi m

Các u đi m c a hàn ma sát khu y (FSW) có đ c nh m i hàn đ c th c hi n tr ng thái d o t i nhi t đ d i đi m nóng ch y c a v t li u xác đ nh là v t tr i h n so v i ph ng pháp hàn truy n th ng:

 Ch t l ng m i hàn cao, c tính t t Gi m chi phí gia công b m t sau khi hàn

 D dàng t đ ng hóa và kh n ng t ng thích cho vi c s d ng robot Chi phí l p đ t

và đào t o nhân công th p

Tuy nhiên hàn ma sát khu y (FSW) c ng có các khuy t đi m sau:

 l i l thoát sau khi rút d ng c

 Yêu c u l c k p l n đ gi các t m hàn v i nhau

 Ít linh ho t h n so v i ph ng pháp hàn h quang (khó kh n khi các t m có chi u dày thay đ i và các đ ng hàn không th ng)

 Không th t o m i hàn mà yêu c u l ng kim lo i (Ví d : hàn góc)

 T c đ di chuy n theo đ ng hàn ch m so v i các k thu t hàn ch y

1.2.5 ng d ng c a hàn ma sát khu y

1.2.5.1 Th gi i

Hi n nay Vi n hàn V ng qu c Anh đã c p gi y phép cho h n 200 công ty ho t đ ng trong lãnh v c công ngh và thi t b hàn ma sát khu y Do ch t l ng m i hàn cao, nên hàn ma

sát khu y đ c ng d ng trong các ngành công nghi p đ c bi t quan tr ng nh thùng nhiên li u tàu con thoi, tên l a đ y Boeing Deltra II và Delta IV (Boeing Delta II and Delta IV Expendable Launch Vehicles), tên l a Falcon 1…

N m 2004, hãng ôtô Ford đã s n xu t h n vài ngàn chi c Ford GT v i vi c l p khung

n c ta, hàn ma sát khu y là m t l nh v c còn khá m i m c bi t trong các tr ng

h c và các trung tâm nghiên c u, ph ng pháp này ch d ng l i m c đ gi i thi u khái ni m

Theo kh o sát, hi n nay h u nh không có doanh nghi p nào trong n c ng d ng

ph ng pháp này vào trong s n xu t

Các công ty có th ng d ng công ngh này m t cách có hi u qu nh : s n xu t n i h i, các nhà máy đóng tàu v h p kim nhôm (Bourbon Long An, Strategic Marine V ng Tàu…),…

nh ng các công ty trên v n ch a m nh d n đ u t vì ch a hi u rõ v thi t b công ngh hàn

1.3 Máy móc, thi t b hàn ma sát khu y

1.3.1 Tình hình

Theo kh o sát hi n nay, thi t b hàn đ c chia làm hai nhóm chính nh sau:

- Thi t b đ c đi u khi n b ng vi x lý: các tính n ng h tr t ng đ i đ n gi n nh

ph ng pháp bán t đ ng thông th ng

- Thi t b đ c đi u khi n b ng máy tính: các tính t ng đ c h tr b ng ph n m m máy tính v i các ph ng pháp hàn khác nhau Các thông s hàn đ c ghi nh n và hi n th trên màn hình máy tính

Các công ty s n xu t máy móc thi t b hàn ma sát khu y hi n nay nh : CTC, Nova-Tech Engineering (M ); TWI (Anh); Hitachi, Mazda (Nh t), …

1.3.2 Các d ng máy móc thi t b hàn ma sát khu y

M t s d ng máy hàn ma sát khu y hi n đang có trên th tr ng:

1.3.2.1 Máy hàn ma sát khu y tr c chính ph ng ngang

Hình 1.4 Máy hàn ma sát khu y tr c chính ph ng ngang

Máy hàn ma sát khu y đ c s d ng đ hàn các s n ph m hàn có d ng t m ph ng ho c hàn tròn các s n ph m hình tr ây là máy đ n v i đ u hàn đ c l p vào tr c chính n m ngang

u hàn đ c thi t k đ đâm vào v t li u c a v t hàn g n c đ nh v i m t c c u bên ngoài ví

d nh n nh ch ng trên máy phay, ho c gá tùy ch n đ hàn các s n ph m hình tr Hành trình di chuy n đ c l p v i máy, do đó cho phép s linh ho t t i đa v kích th c ho c d ng hình h c c a

v t hàn C c u đ nh đ u khu y có th lùi có th đ c đ a vào cho phép chuy n đ ng đ c l p

t ng đ i v i vai d ng c

1.3.2.2 Máy hàn ma sát khu y tr c chính ph ng đ ng

Hình 1.5 Máy hàn ma sát khu y tr c chính ph ng đ ng

Máy có đ u hàn đ c b trí theo ph ng th ng đ ng và bàn máy có m t tr c chuy n

đ ng Máy có hành trình hàn chu n dài kho ng 600mm, và đ u hàn có th đ c nghiêng th công

30 so v i bàn gia công C c u đ nh đ u khu y có th lùi có th đ c đ a vào cho phép chuy n

đ ng đ c l p t ng đ i v i vai d ng c

1.3.2.3 Máy hàn ma sát khu y n m tr c d ng đ ng

Hình 1.6 Máy hàn ma sát khu y n m tr c d ng đ ng

Máy có kh n ng hàn các biên d ng trong không gian Máy có ba tr c vuông góc nhau và hai tr c xoay đ ng l c u hàn đ c l p theo ph ng th ng đ ng và g m có: tr c đâm xu ng (Z), tr c đi u ch nh b c (A), tr c l c ngang (B) Bàn máy hàn cho phép chuy n đ ng theo hai

ph ng X và Y C c u đ nh đ u khu y có th lùi có th đ c đ a vào cho phép chuy n đ ng

đ c l p t ng đ i v i vai d ng c

1.3.2.4 Máy hàn ma sát khu y d ng khung hàn v t hàn d ng t m

Hình 1.7 Máy hàn ma sát khu y d ng khung hàn v t hàn d ng t m

Lo i máy này đ c thi t k dành cho các s n ph m hàn d ng t m r ng, yêu c u đ c hàn

mí đ t o t m l n h n ây là máy hàn m t tr c v i đ u hàn di chuy n theo ph ng th ng đ ng

Nó có m t gi ng máy c đ nh C u hình tùy ch n bao g m c gi ng di đ ng Máy c s có kích th c tiêu chu n: hành trình hàn theo ph ng X là 3600mm, hành trình theo ph ng Z là 200mm và m t gi ng c đ nh Hành trình theo ph ng Y là tùy ch n

1.3.2.5 Máy hàn ma sát khu y hàn ng dày

Hình 1.8 Máy hàn ma sát khu y d ng khung hàn v t hàn d ng t m

Máy có kh n ng hàn ng có đ ng kính t 300mm đ n 600mm u hàn đ c l p theo

ph ng ngang và g m tr c dò đ ng hàn (X), tr c th ng đ ng (Y), và tr c đâm xu ng (Z) Máy

có kh n ng t o l c đâm xu ng 13700kg và moment xo n là 34600Nmm Hàn chu vi đ ng tròn

có th th c hi n v i m t tab run-off ho c c c u đ nh đ u khu y có th lùi cho phép hàn toàn b quanh ng

1.3.2.6 H th ng Robot hàn ma sát khu y

Trong m t s s n ph m n ng su t yêu c u ph i đ c t i đa hóa hay hàn đ c theo nhi u

h ng trong không gian Do đó vi c phát tri n h th ng robot hàn ma sát khu y (Robostir) là c n thi t Hi n nay h th ng robot hàn đã có kh n ng hàn v t có b dày t 1mm đ n 6mm đ i v i

h u h t các h p kim nhôm, ho c b dày lên đ n 25mm đ i v i h p kim nhôm 6xxx Các ph n

m m ng d ng c ng đ c phát tri n đ ng th i đ giúp h th ng tích h p có th th c hi n hàn ma sát khu y (FSW), quá trình ma sát khu y x lý v t li u (FSP) và hàn đi m ma sát khu y (FSSW)

Nh s h tr c a các ph n m m mà các thông s hàn, l c, v n t c d ng c khu y, đ nh vi, có

th thay đ i, đi u ch nh d dàng H th ng có th đ c tích h p v i thi t b t đ ng hoa nh PLC,

Hinh 1.9 Tay máy robot hàn ma sát khu y

M t s công ty đã thi t k , ch t o và phát tri n h th ng robot hàn thành công nh : Friction Stir Link, Inc; …

1.3.3 Các b ph n c u thành tay máy

Tay máy g m các b ph n: đ đ t c đ nh ho c g n li n v i xe di đ ng, thân, cánh tay trên, cánh tay d i và bàn k p

Bên trong cánh tay máy còn các b ph n khác nh :

 H th ng truy n d n d n đ ng có th là th y khí ho c đi n khí, là b ph n ch y u t o nên

s chuy n d ch các kh p đ ng

 H th ng đi u khi n đ m b o s ho t đ ng c a tay máy theo các thông tin đ t tr c ho c

nh n bi t đ c trong quá trình làm vi c

1.3.4 Hàn theo đ ng hàn c a tay máy hàn ma sát khu y

Hàn đ ng th ng đ c th c hi n b ng tay Tuy nhiên n ng su t th p, ch t l ng không cao do tính n đ nh ph thu c vào đi u ki n c a ng i công nhân: tay ngh , môi tr ng làm

vi c,… Do đó h th ng tay máy robot đ c ng d ng vào thay th con ng i Trong đó con

ng i th c hi n vi c k p ch t chính xác chi ti t đ c hàn Sau đó robot đ c đi u khi n di chuy n d c theo qu đ o hàn l p trình tr c Quá trình trên g i là quá trình theo v t có th thi t k robot hàn theo m t đ ng cho tr c ta c n ph i tìm hi u v các ph ng pháp đi u khi n tay máy

Theo d ng k t h p chuy n đ ng c a các chuy n đ ng đ c l p trên tay máy, vi c đi u khi n tay máy đ c chia thành các d ng chính sau:

 H đi u khi n r i r c còn g i là đi u khi n theo đi m (point-to-point) g m hai ki u đ ng

d n t ng đo n và đ ng d n theo đi m

 H đi u khi n theo đ ng d n liên t c (continuous path) g m g m hai ki u đ ng d n liên t c và đ ng d n đi u khi n

1.3.4.1 ng d n t ng đo n

ây là d ng đ n gi n nh t c a h đi u khi n r i r c: ki u đi u khi n có ph n h i s d ng các c ch n hay công t c hành trình và đ c s d ng các robot thuôc th h đ u ho t đ ng theo chu k S đi m đ c l p trình cho m i tr c th ng là hai: đi m đ u và cu i trên hành trình c a

tr c

1.3.4.2 ng d n theo đi m

ây là d ng l p trình đ c a chu ng các robot công nghi p ch đ hu n luy n, thi t

b l p trình chính cho robot trong tr ng h p này là các panel đi u khi n, còn đ c g i là pendant T t c các đi m l p trình đã đ c đ a vào trong b nh s đ c b đi u khi n x lý, tính toán v trí tay máy v i các t a đ suy r ng Các b đi u khi n có th ch a hàng ngàn đi m

teach-l p trình, cho phép đi u khi n nhanh h n và đi u khi n đ ng th i các tr c tùy vào b nh

1.3.4.3 ng d n liên t c

ng d n liên t c là t p h p t t c các đi m n m k nhau S khác nhau gi a đi u khi n

t ng đi m và đ ng d n liên t c là s l ng các đi m l p trình liên t c và ph ng pháp l u các

đi m l p trình vào b nh Ng i l p trình ch ra đ ng d n b ng cách s d ng teach-pendant hay thi t b l p trình nh thi t b mô ph ng, l p trình b ng cách d t m i ho c bàn phím đ ki m soát v trí c a máy Nh đó các robot nh n đ c các đi m l p trình trên đ ng d ch chuy n và

đ a vào trong b nh Sau đó các đi m này s đ c đ a ra tu n t b i b đi u khi n cho các tr c

c a robot khi th c hi n ch ng trình Qu đ o d ch chuy n c a robot có th là đ ng th ng hay cung tròn

Robot lo i này v t tr i h n các robot thu c th h đ u là t o ra chuy n đ ng êmkhông b

d ng đi m nút, đ ng th i gi m t i thi u vi c l ch h ng kh i đ ng d ch chuy n nh ch đ

đi u khi n servo Robot có đ ng d n liên t c th ng đ c s d ng trong s n và hàn

1.3.4.4 ng d n đi u khi n

Robot có đ ng d n đ c đi u khi n là h th ng đi u khi n theo đi m đ c trang b thêm

kh n ng ki m soát v trí c a tay g p d ch chuy n gi a các đi m l p trình Ph ng pháp l p trình

t ng t nh l p trình robot đi u khi n t ng đi m: dùng teach-pendant ghi nh n t ng đi m trên

đ ng d n Nh ng khác tr ng h p tr c, v n t c d ch chuy n c a các tr c đ c đi u khi n sao cho t l thu n v i giá tr góc quay c a chúng H u h t robot có đ ng d n đ c đi u khi n th c

hi n vi c n i suy đ ng th ng cho phép d ch chuy n gi hai đi m b t k trong vùng không gian

ho t đ ng, n i suy cung tròn đ th c hi n qu đ o tròn, m t s ít có kh n ng n i suy các đ ng

ph c t p nh qu đ o parabola hay xo n c Các robot lo i này hi n nay còn đ c trang b kh

n ng th c hi n m i qu đ o mà h th ng CAD v đ c

1.4 M c tiêu c a đ tài

 Nghiên c u và thi t k tay máy gá đ u hàn ma sát khu y có kh n ng hàn các đ ng trong

m t ph ng

 Tính toán b n cho tay máy

 Mô ph ng chuy n đ ng c a tay máy khi hàn trên m t ph ng

1.5 K t lu n

Các s n ph m hay các k t c u đ c hàn b ng ph ng pháp hàn ma sát khu y đóng vai trò quan tr ng, có ý ngh a to l n trong đ i s ng và lãnh v c k thu t Vi c nghiên c u thi t b hàn

ma sát khu y, trong đó có tay máy robot hàn ma sát khu y, là r t c n thi t trong giai đo n hi n nay Nó s góp ph n đ y nhanh h n vi c ng d ng hàn ma sát khu y trong công nghi p, góp

ph n nâng cao n ng su t, ti t ki m n ng l ng và b o v môi tr ng ng th i vi c thi t b hàn

ma sát khu y ra đ i giúp Vi t Nam nhanh chóng ti p c n v i các công ngh tiên ti n trên th

gi i, phát tri n nhanh thành n c công nghi p hi n đ i

CH NG 2 L A CH N NGUYÊN LÝ VÀ S NG

2.1 Các yêu c u k thu t c a đ u hàn ma sát khu y

D a trên k t qu các thí nghi m:

 Modelling of friction stir welding for robotic implementation t i Phòng thí nghi m hàn t

đ ng c a tr ng đ i h c Vanderbilt và phòng thí nghi m qu c gia Los Alamos do Reginald Crawford, George E Cook và Alvin M Strauss th c hi n

 Experimental Measurements of Load Distributions on Friction Stir Weld Pin Tools c a sinh viên Aaron Stahl thu c tr ng i h c Bringham Young

Ta có các thông s v quá trình hàn ma sát nh sau:

 V t li u: thép d ng đã qua nhi t luy n H13 (tiêu chu n AISI)

 C u t o đ u khu y: tr tr n, không ren

 ng kính đ u khu y: 4,826mm (0,19in)

 Chi u dài c a đ u khu y: 3,62mm (0,1425in)

 Chi u sâu ng u không đ i: 3,683mm (0,145in)

 Chi u sâu vai ng u không đ i: 0,1016mm (0,004in)

 Vai d ng c có đ ng kính: 12,7mm (0,5in), chi u cao: 6,35mm (0,25in)

 Góc nghiêng đ u d ng c : 90

Hình 2.3 M i quan h gi a Moment M z và t c đ di chuy n khi v n t c quay là 27ipm

Hình 2.4 M i quan h gi a F x và đ ng kính đ u khu y

2.1.1 V n t c

 V n t c hàn: 1500vg/ph

 T c đ di chuy n: 11,43mm/s (27ipm)

S b c t do hay s b c chuy n đ ng c a tay máy là s kh n ng chuy n đ ng đ c l p c a

nó trong không gian đ c l p

* Xá c đ nh s b c t do cho tay máy:

 u tay máy g n b ph n gá d ng c hàn ma sát khu y

 Toàn b b ph n gá này s di chuy n trên m t ph ng th c hi n các m i hàn theo yêu c u

Do đó đ u tác v c a tay máy, đây là b ph n gá d ng c hàn ma sát khu y, c n hai b c

Tay máy ho t đ ng g m ba chuy n đ ng: hai chuy n đ ng t nh ti n và m t chuy n đ ng quay

Hình 2.5 L c đ c c u ph n cánh tay h t a đ tr

* u đi m:

 Có chuy n đ ng ngang và sâu vào trong vùng làm vi c

 C u tr c chuy n đ ng theo chi u d c đ l i nhi u kho ng tr ng cho sàn

 K t c u v ng ch c, có kh n ng th c hi n t i l n

 Kh n ng l p l i t t

* Nh c đi m:

Nh c đi m duy nh t là gi i h n ti n v phía bên trái và phía bên ph i do k t c u c khí

và gi i h n kích c c a c c u tác đ ng theo chi u ngang

b H t a đ vuông góc

Tay máy ho t đ ng g m ba chuy n đ ng t nh ti n X, Y, Ztheo các tr c t a đ vuông góc

Hình 2.6 L c đ c c u ph n cánh tay h t a đ vuông góc

* u đi m:

 Không gian làm vi c l n, có th dài t i 20m

 i v i các lo i g n trên tr n s dành đ c di n tích sàn l n cho các công vi c khác

 H th ng đi u khi n đ n gi n

* Nh c đi m:

 Vi c thêm các lo i c n tr c hay các thi t b v n chuy n v t li u khác không phù h p l m

 Vi c duy trì các c c u d n đ ng và các thi t b đi u khi n g p nhi u khó kh n

c H t a đ c u

Tay máy ho t đ ng có các chuy n đ ng c b n: m t chuy n đ ng t nh ti n, m t chuy n

đ ng quay kh p c u và m t chuy n đ ng quay kh p tr

* L a ch n: D a trên các u đi m và nh c đi m c a các h t a đ trên, tôi ch n tay máy

ho t đ ng trong h t a đ tr vì có nhi u u đi m h n khi thi t k d ng tay máy lo i này

2.2.3 Vùng làm vi c

Vùng làm vi c c a tay máy là kho ng không gian mà nó có th thao tác đ c V i yêu

c u tay máy có kh n ng hàn đ c các đ ng hàn trong m t ph ng Không gian tay máy có d

2.3 L a ch n s đ đ ng c a tay máy

D a trên các đ c tính chuy n đ ng c a các b ph n ta l a ch n ph ng án truy n đ ng cho các khâu nh sau:

 Khâu (1) chuy n đ ng quay: truy n đ ng b ng b truy n bánh r ng sóng

 Khâu (2) chuy n đ ng t nh ti n so v i khâu (1) ta truy n đ ng b ng vít me-đai c bi bi n chuy n đ ng quay c a đ ng c thành chuy n đ ng t nh ti n

 Khâu (3) chuy n đ ng t nh ti n so v i khâu (2) ta truy n đ ng b ng vít me-đai c bi bi n chuy n đ ng quay c a đ ng c thành chuy n đ ng t nh ti n

Gear Box Motor

Gear Box Motor

Gear Box Motor

Hình 2.10 S đ truy n đ ng c a tay máy

CH NG 3 THI T K C KHÍ C A TAY MÁY HÀN MA SÁT KHU Y

Gear Box Motor

Gear Box Motor

Gear Box

Motor

Hình 3.1 S đ đ ng c a tay máy

Các thông s l c c a đ u hàn ma sát khu y ta đã xác đ nh trong ch ng 2:

Hình 3.2 S đ đ ng c a khâu 3

Công su t công tác th c hi n chuy n đ ng c a khâu 2:

)(25,010.55,9

400.598410

.55,

Hi u su t t ng qua các b truy n:

97,098,0.1.99,0

 ol  kn  hgt

V i hi u su t c a b truy n tr c vít t hãm đ h :kmmmm l n:  ol 0,99; kh p n i: 1

25,0

th ng (vg/ph) (l n

nh t)

T s truy n

2500P/r incremen tal

17bit absolute/

.3,1.4

606,3cos

.2

r d

D tb  3 2.(3  )402.(3,060,042)46,036 (3.7)

 ng kính trong c a đai c:

mm c

r D

D3  tb 2.( 3 )46,0362.(3,060,042)52,072 (3.8)

 Chi u sâu c a profin ren:

mm d

h3 0,35 b 0,35.62,1 (3.9)

 ng kính ngoài c a vít và đai c:

mm h

d

d  3 2 3 402.2,144,2 (3.10)

mm h

D

D  3 2 3 52,0722.2,149,862

35,4036,46

2.036,46.1

d

K D

 Khe h t ng c ng gi a các viên bi: 1.db = 1.6 = 6mm (3.13)

 Khe h h ng tâm: D3 (2.d b d3)52,072(2.640)0,072mm (3.14)