Hình 2.2- Số lượng và vị trí điểm hàn trên hộp TĐ Hình 2.3a- Hình dạng mặt bụng chi tiết thành trái thành phải.. CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỂM, NHIỆM V
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU
VÀ MÔ PHỎNG HỆ TỰ ĐỘNG: MÁY HÀN ĐIỂM - ĐỒ
GÁ HÀN NHIỀU ĐIỂM TUẦN TỰ, ĐỒNG THỜI
Hà Nội – Năm 2010
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-
Phạm Văn Được
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU
VÀ MÔ PHỎNG HỆ TỰ ĐỘNG: MÁY HÀN ĐIỂM - ĐỒ GÁ HÀN NHIỀU
ĐIỂM TUẦN TỰ, ĐỒNG THỜI
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực bằng khảo sát, tính toán thực tế và chưa từng ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn
Phạm Văn Được
Trang 4MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ ……….….3 Bảng 1.1- Chế độ hàn thép các bon thấp (máy hàn tự động, chế độ hàn cứng)
Bảng 1.2- Chế độ hàn thép các bon thấp (chế độ hàn cứng, chế độ hàn mềm)
Bảng 1.3- Chế độ hàn điểm tiếp xúc thép 12Cr18Ni9
Bảng 1.4- Chế độ hàn thép 2Cr25Ni20 (TCVN)
Bảng 1.5- Chế độ hàn điểm hợp kim nhôm
Bảng 1.6- Thông số kỹ thuật của 03 loại máy hàn HANVIET
Bảng 1.7- Thông số kỹ thuật của máy hàn điểm cố định DN 10-16-25-35
Bảng 2.1- Chế độ hàn thực tế
Bảng 4.4- Tính năng kỹ thuật của một số máy hàn điện tiếp xúc bán tự động
Bảng 4.5- Thông số máy hàn YR-JM2
Bảng 4.6- Thành phần của vật liệu điện cực
Bảng 4.7- Cơ tính của vật liệu
Bảng 4.8- Tính chất của vật liệu ở nhiệt độ 200C
Bảng 4.9- Cụm đôg gá chi tiết
Bảng 4.10- Bảng kích thước các chi tiết trong cụm xi lanh [mm]
Trang 5DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………4 Hình 1.1- Các điểm hàn của cụm nắp bình xăng xe máy
Hình 1.2- Các điểm hàn của cốc dầu cụm ly hợp xe máy
Hình 1.3- Các điểm hàn của chắn bùn ôtô
Hình 1.4- Các điểm hàn của sàn ôtô
Hình 1.5- Hàn vỏ tên lửa
Hình 1.6- Hàn vỏ thùng máy tính
Hình 1.7- Các điểm hàn trên thân súng bộ binh
Hình 1.8- Các điểm của hộp tiếp đạn
Hình 1.16- Hình biểu diễn hàn hợp kim nhẹ
Hình1.17- Máy hàn điểm HANVIET
Hình 1.18- Máy hàn YR500JM2
Hình 1.19- Thông số kỹ thuật máy hàn YR500JM2
Hình 2.1- Hộp TĐ
Hình 2.2- Số lượng và vị trí điểm hàn trên hộp TĐ
Hình 2.3a- Hình dạng mặt bụng chi tiết thành trái (thành phải)
Hình 2.3b- Hình dạng mặt chính, mặt lưng chi tiết thành trái (thành phải)
Hình 2.4a- Má táp trái (phải)
Hình 2.4b-Vấu trước
Hình 2.5- Hình dạng vấu sau
Hình 2.6- Bản vẽ chi tiết TĐ01-01
Trang 6Hình 2.14- Mô tả vị trí, kích thước điểm hàn
Hình 2.15- Các nguyên công trong dây chuyên hàn hộp TĐ
Hình 2.23a- Thứ tự các điểm hàn trên phần lưng
Hình 2.23b- Vị trí các điểm hàn trên phần lưng
Hình 2.24- Vị trí trên các điểm hàn vấu trước
Hình 2.25- Vị trí trên các điểm hàn vấu sau
Hình 2.26- Biểu đổ Grafcet nhiệm vụ, hành động và điều khiển Hình 2.26a- Quy trình công nghệ bán tự động 13 điểm tuần tự Hình 2.26b- Quy trình công nghệ bán tự động 06 điểm đồng thời Hình 3.1- Vị trí và thứ tự các điểm hàn
Trang 7Hình 3.2- Biểu đồ chu trình hàn điểm
Hình 3.16- Mô hình chạy mô phỏng của đồ gá hàn
Hình 4.1a- Các bước, động tác của nguyên công hàn 06 điểm đồng thời Hình 4.1b- Vị trí và thứ tự các điểm hàn trên má táp
Hình 4.3- Quy trình công nghệ bán tự động 06 điểm đồng thời
Hình 4.4- Biểu đổ Grafcet nhiệm vụ, hành động và điều khiển
Hình4.5- Đế điện cực
Hình 4.6- Vòng giữ có ren
Hình 4.7- Nắp điện cực
Hình 4.8- Đế điện cực
Trang 8Hình 4.9- Hình dạng điện cực dưới
Hình 4.10- Nguyên lý làm việc của hệ thống nước làm mát điện cực
Hình 4.11- Tiết diện nguy hiểm trên điện cực
Hình 4.12- Cụm kẹp đã được lắp trên máy hàn
Hình 4.13- Cụm định vị
Hình 4.14- Cụm giã đỡ
Hình 4.15 - Cụm TĐ
Hình 4.16-Thành trái và má táp trái
Hình 4.17- Cụm TĐ nhìn từ phía trước vào
Hình 4.18- Cụm TĐ nhìn từ phía bên phải, sau vào
Hình 4.19- Cụm đồ gá nhìn từ trên xuống
Hình 4.20- Cụm đồ gá nhìn từ bên phải, phía sau
Hình 4.21- Cụm đồ gá nhìn từ bên trái, phía trước
Hình 4.22- Cụm đồ gá nhìn hướng ngang
Hình 5.1- Tổng hợp chu trình hoạt động của hệ thống máy hàn và đồ gá hàn Hình 5.2- Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn và điều khiển tự động khí nén
Hình 5.3- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động
Hình 5.4- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động
Hình 5.5- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động
Hình 5.6- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động
Hình 5.7- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động
Hình 5.8- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động
Trang 9MỞ ĐẦU ……… 11
CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỂM, NHIỆM VỤ ĐẶT RA ……… 12
1.1- Một số dạng sản phẩm chế tạo từ công nghệ hàn điểm ……… 12
1.1.1- Sản phẩm dạng cốc, vỏ bao che ……… 12
1.1.2- Sản phẩm dạng hộp ……….14
1.2- Những vấn đề cơ bản của công nghệ và thiết bị hàn điểm ……….16
1.2.1- Kỹ thuật và công nghệ hàn điểm ……….16
1.2.2- Thiết bị hàn điểm ……….16
1.3- Nhiệm vụ đặt ra ……… 33
1.3.1- Lựa chọn sản phẩm, các số liệu, yêu cầu ban đầu ……….33
1.3.2- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa của hệ thống bán tự động ……….… 33
CHƯƠNG 2- XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỂM BÁN TỰ ĐỘNG ……… 34
2.1- Khảo sát, phân tích sản phẩm lựa chọn ……… 34
2.1.1- Khảo sát cụm chi tiết dạng hộp ……… 34
2.1.2- Thiết lập lại bản vẽ kết cấu hàn hộp TĐ ……….38
2.1.3- Khảo sát dây chuyền công nghệ hàn điểm hiện tại ……….47
2.1.3.1- Khảo sát quá trình hàn điểm ……… 47
2.1.3.2- Khảo sát chế độ hàn và các yêu cầu kỹ thuật ……… 48
2.2- Xây dựng quy trình công nghệ hàn điểm bán tự động ……… 49
2.2.1- Mô tả trình tự thao tác công nghệ hàn ……… 49
2.2.2- Tính toán chế độ hàn tại các bước tương ứng ……….64
2.2.3- Quy trình công nghệ hàn bán tự động ……….68
2.3- Thuật toán điều khiển quy trình công nghệ hàn bán tự động ……… 67
2.4- Kết luận ……… 71
Trang 102.4.1- Những vấn đề tồn tại ……… 71
2.4.2- Hướng giải quyết ……….71
CHƯƠNG 3-THIẾT KẾ ĐỒ GÁ HÀN QUAY 3.1- Đặt vấn đề ……… 72
3.1.1- Khảo sát nguyên công 8 ……… 73
3.1.2- Xây dựng quy trình công nghệ bán tự động nguyên công 8 ………… 76
3.1.2.1- Trình tự bước trong nguyên công ………76
3.1.2.2- Xác định thứ tự hàn 13 điểm cho nguyên công bán tự động …… 77
3.2- Thiết kế đồ gá quay ………79
3.2.1- Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá ……….79
3.2.2- Nguyên lý động học của đồ gá ………80
3.2.3- Kết cấu đồ gá ……… 80
3.3- Thiết kế mô phỏng kết cấu đồ gá hàn ………82
3.3.1- Mô phỏng các chi tiết của đồ gá……… 82
3.3.2- Mô phỏng hoạt động của đồ gá………86
3.3.3- Thiết kế mô phỏng hoạt động của đồ gá……… 87
3.4- Kết luận……… 90
3.4.1- Kết quả đạt được……….90
3.4.2- Hướng nghiên cứu, phát triến……….90
CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ ĐỒ GÁ HÀN ĐỒNG THỜI………90
4.1- Đặt vấn đề……… 90
4.1.1- Khảo sát nguyên công hàn 06 điểm ………91
4.1.2- Phương án dự kiến……… 92
4.1.3- Chế độ hàn……… 93
4.1.4- Lựa chọn thiết bị……… 94
4.1.5- Thiết kế mô đun hàn bán tự động………95
Trang 114.2- Thiết kế Đồ gá hàn đồng thời……….97
4.2.1- Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá.……….97
4.2.2- Nguyên lý động học đồ gá……… 97
4.2.3- Thiết kế điện cực……… 97
4.2.4- Thiết kế các chi tiết của đồ gá……….103
4.2.4.1- Cụm kẹp……… 104
4.2.4.2- Cụm định vị……….105
4.2.4.3- Cụm giá đỡ……… …106
4.2.5- Kết cấu đồ gá ghép nối với máy hàn bán tự động……… 107
4.3- Thiết kế mô phỏng hoạt động của đồ gá hàn trên Solidworks……….107
4.3.1- Thiết kế các chi tiết mô phỏng của đồ gá……… 107
4.3.2- Thiết kế mô phỏng tháo, lắp các chi tiết của đồ gá………109
4.3.3- Thiết kế mô phỏng hoạt động của đồ gá………113
4.4- Kết luận……….115
4.4.1- Kết quả đạt được……….115
4.4.2- Hướng nghiên cứu, phát triến……… 115
CHƯƠNG 5- THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY HÀN – ĐỒ GÁ HÀN……….…….116
5.1- Mở đầu……… 116
5.2- Thiết kế lựa chọn các phần tử của hệ thống điều khiển………116
5.2.1- Tổng hợp chu trình làm việc của hệ thống……….116
5.2.2- Lựa chọn các phần tử truyền dẫn và điều khiển khí nén………118
5.2.3- Lắp ghép các phần tử của hệ thống điều khiển Máy hàn - Đồ gá hàn 119
KẾT LUẬN……… 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO………124 PHỤ LỤC
Trang 12và lĩnh vực trọng tâm mình tìm hiểu nghiên cứu sâu để sau khi ra trường mỗi chúng ta có thể áp dụng vào trong sản xuất thực tế
Cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật, từ khi ra đời đến nay kỹ thuật cơ khí nói chung và ngành hàn nói riêng đã đạt được những thành tựu rực rỡ góp phần quan trọng trong nền kinh tế Nó được ứng dụng ngày càng sâu rộng trong nhiều ngành công nghiệp như ngành chế tạo máy, ngành xây dựng, ngành dầu khí, ngành đóng tàu, ngành thực phẩm v.v Do vậy, ngành hàn đang đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước
Để hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ Hàn của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự đồng ý của Viện Cơ Khí, Bộ môn Hàn - CNKL và
thầy giáo GVC TS Nguyễn Ngọc Thành, em được nhận đề tài:
Nghiên cứu, tính toán, thiết kế kết cấu và mô phỏng hệ thống tự động: Máy hàn điểm - Đồ gá hàn nhiều điểm tuần tự, đồng thời
Đề hoàn thành đề tài em đã vận dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu các tài liệu chuyên ngành liên quan Do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên quá trình hoàn thiện không tránh khỏi những sai xót, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy, cô và mọi người
Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô Bộ môn Hàn - Công nghệ Kim loại, Khoa
Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thiện đề tài
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn GVC.TS Nguyễn Ngọc Thành đã trực tiếp hướng
dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tận tình để có thể hoàn thiện được đề tài
Hà Nội, tháng 10 năm 2010
Học viên
Phạm Văn Được
Trang 13CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỂM, NHIỆM VỤ ĐẶT RA
1.1- Một số dạng sản phẩm chế tạo từ công nghệ hàn điểm
1.1.1- Sản phẩm dạng ống
Công nghệ hàn điểm là phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp chế tạo ô tô
- xe máy, nó đóng vai trò rất lớn trong chế tạo khung vỏ ô tô và các chi tiết ở xe máy Dưới đây là một vài hình ảnh của việc ứng dụng công nghệ hàn điểm trong công nghiệp ô tô - xe máy
Trang 14Hình 1.1, hình 1.2 là cụm chi tiết nắp bình xăng xe máy và cốc dầu cụm ly hợp xe
máy của hãng Hon Da Việt Nam Hai cụm chi tiết trên được hàn với nhau bằng công
nghệ hàn điểm tiếp xúc hai phía Các cụm chi tiết đều được hàn từ những vật liệu có
chiều dày khác nhau, cụm nắp bình xăng được hàn bởi chi tiết nắp trên là thép C45
(TCVN) có chiều dày là 1,2 mm, chi tiết nắp dưới là thép 08Cr13 (TCVN) có chiều
dày là 3,2 mm Vật liệu hai chi tiết của cốc dầu cụm ly hợp xe máy là thép C45
(TCVN), chiều dày hai chi tiết là 1,5 mm và 2 mm Thao tác hàn các cụm chi tiết
trên được thực hiện bằng tay nên năng suất rất thấp
Vỏ và sàn xe ô tô thường là các loại thép có chiều dày nhỏ, nên công nghệ hàn
điểm rất thích hợp để liên kết chúng lại với nhau Như hình 1.3, hình 1.4 là sử dụng
công nghệ hàn điểm để sửa chữa vỏ, sàn xe (phần chắn bùn, sàn lót)
Không chỉ được ứng dụng trong các ngành công nghiệp dân dụng mà công nghệ
điểm đóng góp rất lớn vào ngành công nghiệp có kỹ thuật và đòi hỏi cơ tính cao
Như hình 1.5 là công nghệ hàn điểm được ứng dụng trong chế tạo vỏ tên lửa
Hình 1.5- Hàn vỏ tên lửa Hình 1.6- Hàn vỏ thùng máy tính
Trang 151.1.2- Sản phẩm dạng hộp
Công nghệ hàn điểm không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ôtô - xe máy mà còn được ứng dụng rất nhiều trong các nghành công nghiệp khác Như một vài hình ảnh dưới đây
Hình 1.7- Các điểm hàn trên thân súng
bộ binh
Hình 1.8- Các điểm của hộp tiếp đạn
Hình 1.7, hình 1.8 là ứng dụng công nghệ hàn điểm trong chế tạo thân và hộp tiếp đạn của súng bộ binh Hộp tiếp đạn được hàn từ nhiều chi tiết có chiều dày khác nhau Không chỉ được ứng dụng trong các ngành công nghiệp dân dụng mà công nghệ hàn điểm đóng góp rất lớn vào ngành công nghiệp có kỹ thuật và đòi hỏi cơ tính cao
- Về hình dạng, kích thước và vật liệu
Cụm chi tiết dạng hộp (ký hiệu là TĐ) theo thiết kế của Nhà máy được thể hiện trên bản vẽ dưới đây (hình 1.9):
Trang 16Hình 1.9- Cụm chi tiết TĐ
Cụm TĐ có những đặc điểm sau đây:
- Hình dạng phức tạp, gồm nhiều mặt phẳng, mặt cong, gân, gờ v.v
- Các kích thước được thể hiện trên hình 1.9, chi tiết mỏng nhất là 0,7 mm; dày nhất là 1,6 mm
- Kết cấu cụm TĐ có 06 chi tiết lắp ghép với nhau bằng liên kết hàn (hàn điện tiếp xúc) Trong đó, có má táp trái/phải (dày 1,6 mm) hàn với thành trái/phải (dày 0,7 mm) và hàn các vấu trước, vấu sau vào hộp có độ dày khác nhau Các vị trí hàn còn lại trên Bụng và lưng của cụm TĐ có độ dày như nhau
- Vật liệu các chi tiết của TĐ là thép C45 Là loại thép có tính hàn trung bình với thành phần %C là 0,45%
Cụm TĐ được tạo bởi 06 chi tiết, gồm có:
Trang 17• Thành trái, thành phải
• Má táp trái, má táp phải
• Vấu trước, vấu sau
Chúng được hàn lại với nhau theo phương pháp hàn điểm
Trên thực tế, chúng tôi không được cung cấp đầy đủ các bản vẽ thiết kế chi tiết mà chỉ một số bản vẽ và khảo sát, tự đo đạc trực tiếp các các chi tiết này Vì vậy công việc tiếp theo là phải hoàn chỉnh thiết kế vẽ lại các chi tiết này
1.2- Những vấn đề cơ bản của công nghệ và thiết bị hàn điểm
1.2.1- Kỹ thuật và công nghệ hàn điểm
Phương pháp hàn điện trở ra đời từ rất lâu Cùng với sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp, hàn điện trở tiếp xúc đóng một vai trò quan trọng trong việc chế tạo ra các sản phẩm công nghiệp và dân dụng, do đó công nghệ hàn điện trở tiếp xúc
đã được ứng dụng ngày càng rộng rãi Chẳng hạn: trong ngành chế tạo khung, vỏ và một số chi tiết máy của ôtô, ngành kỹ thuật điện và gia công chính xác, đặt biệt còn ứng dụng để hàn một số hợp kim màu
Hình 1.10- Các phương pháp hàn điện trở tiếp xúc
Trang 18Ngày nay, kỹ thuật và công nghệ hàn điện trở đã có những bước tiến nhảy vọt với các phương pháp hàn đa dạng Hình 1.10 cho ta thấy một cách hệ thống về sự phát triển và các phương pháp hàn điện trở Trong mục này, tìm hiểu một số nội dung cơ bản của kỹ thuật và công nghệ hàn điểm
Quá trình tạo điểm hàn gồm các giai đoạn sau:
• Tạo lực ép sơ bộ các chi tiết hàn: Lực ép sơ bộ (Psb) lên vật hàn nhằm đảm bảo
sự tiếp xúc hoàn toàn giữa hai chi tiết, để đạt tới điện trở tiếp (Rtx) xúc yêu cầu
• Nung nóng chi tiết ở chỗ hàn đến nhiệt độ cần thiết: Dòng điện hàn được cấp để nung nóng chỗ hàn đến trạng thái hàn (trạng thái chảy hoặc dẻo)
• Duy trì (hoặc tăng Psb): Kim loại chỗ hàn khi đạt được trạng thái hàn thì việc duy trì hoặc tăng lực ép sẽ làm cho kim loại ở hai chi tiết khuếch tán với nhau, sau quá trình kết tinh sẽ hình thành mối hàn
Hình1.11- Thông số điểm hàn
dm- Đường kính lõi nóng chảy [mm], theo [1], Chương 4, trang 1, ta có :
dm = 2δ + 3 (1.1) hay: dm = (0,9 - 1,4)de (1.2) δ1,δ2- Chiều dày hai chi tiết hàn [mm]
de- Đường kính điện cực [mm], theo [1], Chương 4, trang 1, ta có :
de = (5 10) − δ (1.3) r- Độ lún [mm]
Chú ý: δ trong công thức (1-1) là chi tiết có chiều dày nhỏ hơn
Theo hình 1.12, thông số quan trọng là thời gian nghỉ (tng), khi tng > 0,2 [s] sẽ không có lợi Khi ép quá sớm (tng < 0) kim loại sẽ bắn tóe ra ngoài, tạo ba via Nhiều
Trang 19trường hợp (khi hàn thép) chế độ nguội sau hàn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
mối hàn, khi làm nguội giữa các điện cực hàn áp lực thì thời gian làm nguội tng dài
đáng kể có thể dẫn tới tôi điểm hàn, gây dòn không có lợi cho mối hàn
Hình 1.12- Chu trình hàn điểm
Trong đó :
Ih- Dòng điện hàn
Psb, Pe- Lực ép sơ bộ và lực ép chồn
t1- Thời gian tăng lực ép tới Psb
t2- Thời gian duy trì dòng hàn
tch- Thời gian duy trì lực ép Psb hoặc Pe
t3- Thời gian chi tiết nguội
tng- Thời gian nghỉ
a- Điện trở khi hàn tiếp xúc
Nhiệt sinh ra cung cấp cho vũng hàn được sinh ra do dòng điện đi qua vũng hàn
và được xác định theo định luật Jun-Lenxơ:
Q= 0, 24 .R I t2 (1-4) Trong đó:
Trang 20Q- Nhiệt lượng cung cấp cho vũng hàn [cal]
R∑ = Rct1 + Rct2 + Rk +2.Rdc + 2.Re (1-5) Trong đó:
RΣ- Điện trở tổng cộng
Rk- Điện trở tiếp xúc giũa hai chi tiết, theo [1], Chương 2, trang 6, ta có:
Rct1- Điện trở chi tiết trên
Re- Điện trở tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết Với chi tiết hàn bằng thép, được làm sạch, điện cực đồng hoặc hợp kim đồng lấy gần đúng Re = 0,5.Rk
Trang 21Rdc- Điện trở của điện cực, điện trở này thường nhỏ
Rct2- Điện trở chi tiết dưới
Điện trở RΣ sẽ phụ thuộc và các điện trở thành phần và phụ thuộc vào bản chất
vật liệu, lực ép, nhiệt độ và trạng thái bề mặt tiếp xúc
b- Các thông số ảnh hưởng chất lượng mối hàn
b1 - Ảnh hưởng của dòng mạch rẽ
Mạch rẽ ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và chất lượng mối hàn Ảnh hưởng
của mạch rẽ đến độ bền mối hàn tăng nhanh cùng với việc tăng số điểm hàn Độ bền
của điểm thứ 2 chỉ bằng 80- 90% độ bền điểm 1
Tính toán dòng mạch rẽ để khống chế mức thấp nhất ảnh hưởng của nó Xây
dựng nên được phương pháp hàn thích hợp Đặc biệt khi thực hiện hàn chi tiết dạng
vòng (dòng mạch rẽ cả hai phía của điểm hàn) Sơ đồ mạch rẽ được thể hiện như
Trang 22Ir- Cường độ dòng mạch rẽ, [A]
Ih- Cường độ dòng điện hàn, [A]
δ1, δ2- Chiều dày hai chi tiết, [mm]
Dòng điện tổng, theo [1], Chương 2, trang 9, ta có:
Z = + (1-9) m- Hệ số ảnh hưởng hiệu ứng bề mặt, phụ thuộc đường kính điểm hàn, vật liệu,
chiều dày vật hàn
Xr- Trở kháng của mạch rẽ, [Ω]
Trong thực tế từ điểm hàn thứ hai ta phải tính toán ảnh hưởng của dòng mạch rẽ
và xác định dòng điện hàn
b2- Ảnh hưởng của dòng điện hàn
Từ công thức (1-4) ta thấy dòng hàn I có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng nhiệt
cho quá trình hàn Dòng hàn được xác định cho từng trường hợp để đảm bảo cho mối
hàn đạt chất lượng cao nhất Nếu dòng hàn không đủ lớn sẽ dẫn tới chỗ hàn không có
đủ nhiệt để đạt tới trạng thái hàn do đó không hình thành được mối hàn, ngược lại
khi dòng hàn quá lớn làm chảy hoàn toàn điểm hàn, thêm vào đó là lực ép hàn sẽ làm
cho mối hàn cháy thủng không đảm bảo yêu cầu chất lượng mối hàn
b3- Ảnh hưởng của thời gian hàn
Lượng nhiệt cần cho quá trình hàn là do dòng điện cung cấp với hàn điện tiếp xúc
vũng hàn rất nhỏ so với vùng kim loại bao quanh vùng hàn Do vậy thời gian hàn có
quan hệ chặt chẽ với quá trình mất mát nhiệt ra xung quanh vũng hàn (hay tạo ra
vùng ảnh hưởng nhiệt lớn) ngoài ra lượng nhiệt còn bị tổn hao vào không khí và điện
Trang 23cực Do vậy với từng vật liệu hàn, chiều dày vật hàn ta có thời gian hàn hợp lý để đảm bảo chất lượng mối hàn
b4- Ảnh hưởng của lực ép
Lực ép ảnh hưởng rất lớn tạo điều kiện tiếp xúc bề mặt của chi tiết trước khi cấp dòng, nó ép các chi tiết đến trạng thái tiếp xúc tốt nhất trước khi dòng hàn được cung cấp để làm nóng điểm hàn tới trạng thái hàn Khi đạt tới trạng thái hàn, lực ép có tác dụng tăng sự khuyếc tán, sau thời gian kết tinh hình thành mối hàn
b5- Ảnh hưởng của hình dạng đầu điện cực
Hình dạng đầu điện cực có ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt tiếp xúc trong quá trình hàn giữa hai chi tiết với nhau Thông thường hình dạng đầu điện cực có hình côn, trụ, chỏm cầu v.v
b6- Ảnh hưởng của điều kiện tiếp xúc giữa hai bề mặt
Khi gia công các bề mặt phôi phải đảm bảo độ bóng, làm cho sự tiếp xúc giữa hai
bề mặt là tốt nhất, giúp quá trình hàn đạt được chất lượng tốt nhất
b7- Ảnh hưởng của vật liệu
Vật liệu hàn ảnh hưởng là cơ sở chính cho quá trình tính toán thông số chế độ hàn Các chi tiết muốn hàn được phải biết rõ vật liệu và trên cơ sở đó người ta sẽ áp quy trình hàn hợp lý đạt chất lượng mối hàn cao nhất
c- Hàn thép các bon chiều dày nhỏ và trung bình
Trong công nghiệp thường hàn thép các bon với chiều dày S ≤ 6 mm, Với chiều dày lớn hơn đòi hỏi công suất máy lớn hơn và phải ứng dụng công nghệ đặc biệt Hàn điểm có thể tiến hành với cả thép cán nóng và cán nguội
• Thép cán nóng có lớp vảy ôxyt sắt (thậm chí cả xỉ) nên phải làm sạch cẩn thận trước khi hàn
• Thép cán nguội không đòi hỏi phải làm sạch
• Thép ít các bon được hàn theo chu trình đơn giản như hình 1.12
Đặc điểm:
• Lực ép duy trì không đổi trong suốt quá trình hàn
Trang 24• Nhạy cảm nhỏ với nhiệt
• Khi chiều dày đến 6mm có thể hàn với cả tốc độ nung nóng lớn (chế độ hàn cứng) và nhỏ (chế độ hàn mềm), máy hàn phải có công suất lớn
δ-chiều dày tấm [mm]
P- lực ép [KG]
Trang 25
Bảng 1.1- Chế độ hàn thép các bon thấp (máy hàn tự động, chế độ hàn cứng) Chiều dày
δ mỗi tấm,
[mm]
Đường kính dm tiếp xúc của điện cực, [mm]
mỗi tấm,
[mm]
Đường kính d m tiếp xúc của điện cực,
[mm]
Lực ép
P, [KG]
Thời gian duy trì dòng điện t h , [s]
Cường độ dòng hàn
Đường kính điện cực chỗ tiếp xúc d m
Theo (1-1) ta có: d m = 2δ + 3 [mm], trong quá trình điện cực mòn làm tăng dmnhưng không vượt quá (15 ÷ 20)% Điện cực bằng đồng hoặc hợp kim khác nhưng phải đảm bảo độ cứng, dẫn điện tốt Tỷ lệ đồng phải đảm bảo ≥ 75%
Kích thước thực tế của điểm hàn
Trang 26Khi chế độ công nghệ hàn hợp lý, đường kính điểm hàn (dr), theo[1], Chương 4, trang 7, ta có:
d r =(0,9 1,3)÷ d m (1-12)
Chú ý:
Khi các chiều dày không đồng nhất, chế độ hàn được xác định theo tấm có chiều
dày bé và tăng Ih lên (10 ÷ 20)%
Khi hàn hai chi tiết có chiều dày giống nhau điểm hàn hình thành đối xứng với độ ngấu tổng:
h= (0,5 0, 75) − δ [mm] (1-13) Kích thước điện cực khác nhau, trên điện cực lớn không có vết lõm và do đó lõi
có xu hướng di chuyển về phía điện cực nhỏ
Khi lực ép không đủ ta nhận được lõi đúc không bình thường Khi có lớp phủ bề mặt, Lực ép P cao hơn so với thép cácbon không phủ có cùng chiều dày khoảng(15÷25)%
d- Hàn thép hợp kim thấp
Thép các bon thấp với hàm lượng c ≥ 0,2% và hầu hết thép hợp kim kết cấu do nung nóng và làm nguội nhanh khi hàn điểm nên mối hàn dòn đáng kể, trong thời gian hàn với chế độ hàn cứng, vùng điểm hàn có thể nứt
Trong thời gian hàn các loại thép dễ tôi, người ta hay dùng 3 phương án công nghệ sau đây:
• Hàn chế độ hàn mềm với việc gia công nhiệt tiếp theo để ngăn ngừa nứt
• Hàn ở chế độ hàn mềm không gia công nhiệt tiếp
• Hàn chế độ hàn cứng với gia công nhiệt trực tiếp các điểm hàn giữa các điện cực máy hàn
Gia công nhiệt nói chung đảm bảo độ bền thỏa mãn và tổ chức hạt đồng đều Trong nhiều trường hợp hàn không gia công nhiệt cho ta kết quả tốt nhưng năng suất thấp, gây biến dạng, hạt vùng hàn to
Trang 27e- Hàn điểm thép có chiều dày lớn
Hiện nay có thể hàn điểm với chiều dày đến (10 ÷ 12 mm) nhưng khi δ > 6 mm,
sẽ gặp những khó khăn sau:
• Để tiếp xúc tốt lực ép phải lớn
• Làm sạch những bề mặt lớn làm tăng giá thành chế tạo
• Áp lực rèn cần lớn để làm chặt nhanh lõi đúc
• Do lực ép lớn, thời gian dài nên điện cực chóng mòn
• Do tiết diện lớn nên dẫn đến giảm dòng điện làm xấu chất lượng hàn
• Tăng mức độ mạch rẽ
• Công suất máy phải lớn
Hàn điểm thép có chiều dày lớn có thể thực hiện bằng dòng điện xung tần số công nghiệp (50Hz) hay tần số thấp (2,5 – 3 Hz)
Hàn bằng dòng điện xung tần số công nghiệp được tiến hành trên máy hàn bình thường có công suất 150 kW hoặc lớn hơn, bằng những thiết bị tự động phù hợp (điều khiển xung, thời gian v.v.)
Hàn bằng dòng điện xung tần số công nghiệp với thời gian như hàn liên tục Thời gian ngừng có thể làm nguội điện cực một ít để giảm mòn Do đó cho phép nâng cao
áp lực nên làm tốt mối hàn Để nâng cao hiệu quả người ta dùng dòng điện hàn có tần số thấp Do tần số thấp nên theo kỹ thuật điện, điện trở cảm ứng (tỷ lệ với tần số)
sẽ nhỏ, hệ số cosφ của máy cao (cosφ > 0,8)
Chế độ hàn thép C thấp có chiều dày б = 12mm:
• Thời gian đưa dòng điện vào: t = 10 ÷ 16 s (phụ thuộc vào dòng mạch rẽ )
• Lực ép sơ bộ và lực rèn đặt vào điện cực: P = 7500 [KG]
• Lực ép ở thời điểm đưa dòng điện: P = 5000 [KG]
• Thời gian ép sơ bộ và nung nóng: 3 [s]
• Thời gian đặt áp lực rèn: 2,5 [s]
• Dòng hàn: 40.000 [A]
Trang 28• Thời gian chung để hàn một điểm 20 ÷ 40 [giây]
• Độ bền trung bình của mối hàn: 20.000 [KG]
f- Hàn điểm thép Ostenit và thép không gỉ
Với thép12Cr18Ni9 (TCVN): cho kết quả tốt khi hàn ở chế độ hàn cứng (ví dụ: thời gian nung khi hàn chiều dày 0,5÷2,5 mm đối với chế độ hàn cứng 0,08 ÷ 0,3 s) Khi hàn các thép không chứa các chất ổn định (Titan, Niobi, v.v.), thời gian nung nóng phải nhỏ để ngăn ngừa tạo ra các bit CrC và sự ăn mòn tinh giới hạt
Sử dụng chế độ hàn cứng rất mong muốn khi hàn các thép gia công nguội vì nung nóng thời gian ngắn sẽ giảm vùng kim loại bị phá hủy
Thường dùng áp lực cao khi hàn loại thép này (khoảng 15 KG/mm2) Áp lực riêng cao đòi hỏi điện cực phải có khả năng chống mài mòn cao
Bảng 1.4 dưới đây là bảng thông số chế độ hàn hợp lý của thép 12Cr18Ni9 Được thực hiện trên máy hàn có công suất không lớn (< 15kW) được điều chỉnh chính xác bằng việc điều chỉnh thời gian đóng dòng điện (dòng điện không liên tục) và tăng lực
d m , [mm]
Lực ép P, [KG]
Thời gian duy trì dòng điện
t h , [s]
Cường độ dòng hàn
Trang 29Khi hàn thép hợp kim với hàm lượng các nguyên tố hợp kim cao thường dùng chế
độ hàn mềm hơn so với hàn thép 12Cr18Ni9 , như bảng 1.5 dưới đây
Bảng 1.4- Chế độ hàn thép 2Cr25Ni20 (TCVN)
Chiều dày
δ, [mm]
Đường kính tiếp xúc củ điện cực
d m , [mm]
Lực ép P, [KG]
Thời gian duy trì dòng điện t h , [s]
Cường độ dòng hàn
Trang 30Lực ép P, [Kg]
Thời gian duy trì dòng điện
t h , [s]
Cường độ dòng hàn I h , [A]
a- Máy hàn điểm đạp chân HANVIET- có một số ưu điểm sau:
Hình1.17- Máy hàn điểm HANVIET
• Ứng dụng rộng rãi trong việc gia công sản phẩm từ inox, tôn lá
• Hàn nối cho các sản phẩm bằng thép xây dựng, thép mỹ thuật
• Hiệu suất làm việc cao
Mối hàn đẹp, đồng nhất, độ chính xác cao
• Điều chỉnh cường độ dòng điện dễ dàng nhờ sử dụng bộ điều khiển SRC
• Sử dụng đơn giản nhưng hiệu quả cao
Thông số kỹ thuật của các dòng máy hàn HANVIET cho trong bảng 1.7
Trang 31Bảng 1.6- Thông số kỹ thuật của 03 loại máy hàn HANVIET
Máy hàn điểm sử dụng trong hàn thép tấm hai mặt Điều khiển bằng bàn đạp, mỏ
hàn được làm mát tuần hoàn bằng nước nên có tuổi thọ cao
Bảng 1.7- Thông số kỹ thuật của máy hàn điểm cố định DN 10-16-25-35
Trang 32Khả năng cỏch
c- Máy hàn điểm SLP 35A5
Hỡnh1.18- Mỏy hàn điểm SLP 35A5
- Thông số kỹ thuật của máy SLP 35A5 :
+ Nguồn điện hàn : 1 pha, 380V
d- Mỏy hàn Panasonic YR500JM2
Với cỏc thụng số cụng nghệ như sau:
+ Công suất danh định : 35 KVA
+ Công suất hàn tối đa : 80 KVA
+ Dòng ngắn mạch tối đa : 17.000A
Trang 34
1.3- Nhiệm vụ đặt ra
1.3.1- Lựa chọn sản phẩm, các số liệu, yêu cầu ban đầu
Khảo sát cụm chi tiết dạng hộp:
Cụm chi tiết dạng hộp (ký hiệu là TĐ) theo thiết kế của nhà máy Cụm TĐ có những đặc điểm sau đây:
- Hình dạng: phức tạp, gồm nhiều mặt phẳng, mặt cong, gân, gờ v.v
- Các kích thước được thể hiện trên hình 1.9 chi tiết mỏng nhất là 0,7 mm; dày nhất là 1,6 mm
- Kết cấu: toàn bộ cụm TĐ có 06 chi tiết lắp ghép với nhau bằng liên kết hàn (hàn điện tiếp xúc) Trong đó, có má táp trái/phải (dày 1,6 mm) hàn với thành trái/phải (dày 0,7 mm) và hàn các vấu trước, vấu sau vào hộp có độ dày khác nhau Các vị trí hàn còn lại trên Bụng và lưng của cụm TĐ có độ dày như nhau
- Toàn bộ các chi tiết của TĐ là thép C45 Là loại thép có tính hàn trung bình với thành phần %C là 0,45%
1.3.2- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa của hệ thống bán tự động
Dây chuyền sản suất hiện tại có những đặc điểm:
- Toàn bộ các thao tác hàn được thực hiện bằng tay, năng suất thấp
- An toàn lao động không đảm bảo do thiết bị quá cũ, mặt bằng chật hẹp, nhiều thao tác công nghệ trực tiếp bằng tay
Qua nghiên cứu và phân tích, chúng ta thấy sản phẩm được gia công phần lớn là
cơ khí thủ công Vì vậy dẫn đến chất lượng và năng xuất lao động bị ảnh hưởng lớn
Do vậy nhu cầu tăng năng suất, ổn định chất lượng, đổi mới quy trình công nghệ
và thiết bị là cần thiết Để thực hiện được nhiệm vụ này, có thể tiến hành áp dụng tự động hóa toàn bộ dây chuyền Tuy nhiên, việc này chưa thể thực hiện ngay một lúc,
do điều kiện kinh tế và ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất khác của nhà máy Vì vậy đưa kỹ thuật và công nghệ bán tự động áp dụng vào một số nguyên công trong dây chuyền này thì hợp lý hơn, khi đó các nguyên công còn lại trong dây chuyền
Trang 35vẫn giữ nguyên
Trong quá trình khảo sát, chúng tôi chọn nguyên công 1 và nguyên công 8 để thiết
kế thành một mô đun bán tự động làm việc trong dây chuyền hiện tại
Việc chọn hai nguyên công này với những lý do sau:
- Đều là những nguyên công khó bảo đảm chất lượng
- Năng suất thấp
- Dễ xảy ra mất an toàn
CHƯƠNG 2- XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỂM BÁN TỰ ĐỘNG
2.1- Khảo sát, phân tích sản phẩm lựa chọn
2.1.1- Khảo sát cụm chi tiết dạng hộp tại nhà máy
Hình 2.1 là sản phẩm TĐ thực tế do nhà máy của Quốc phòng chế tạo
Hình 2.1- Hộp TĐ
Trang 36Về hình dạng, kích thước và kết cấu
Cụm TĐ được tạo bởi 06 chi tiết, gồm có:
• Thành trái, thành phải
• Má táp trái, má táp phải
• Vấu trước, vấu sau
Chúng được hàn lại với nhau theo phương pháp hàn điểm
Máp táp trái (phải) hàn với thành trái (phải) bởi 10 điểm hàn, trong đó 06 điểm hàn được hàn trên phần mặt phẳng của má táp với thành Và 04 điểm hàn được thực hiện trên phần mặt cong của má táp và thành
Thành trái và thành phải của hộp TĐ được hàn lại với nhau trên cả 2 phần Phần lưng và phần bụng, trên phần lưng được hàn lại với nhau bởi 13 điểm hàn, còn phần bụng là 11 điểm Vấu sau được hàn vào chi tiết sau đó với 06 điểm hàn (mỗi bên 3 điểm hàn) Vấu trước được hàn vào chi tiết với 05 điểm hàn trên 3 mặt của vấu trước Số lượng và vị trí điểm hàn được thể trên hình 2.2
Hình 2.2- Số lượng và vị trí điểm hàn trên hộp TĐ
11 điểm hàn mặt bụng thành phải với thành trái
13 điểm hàn mặt lưng thành phải với thành trái
5 điểm hàn của vấu trước
với thành phải (trái)
6 điểm hàn má táp phải với thành phải (trái)
6 điểm hàn vấu sau với lưng thành phải (trái)
Trang 37Thành trái (phải) là chi tiết dạng tấm có chiều dày δtb = 0,7mm và có biên dạng phức tạp Phôi được tạo thành từ phương pháp dập tấm, có độ nhẵn bề mặt và độ chính xác cao
Trên mặt chính (mặt phẳng của thành trái và thành phải) có các đường gân tăng cứng, hình dạng thể hiện như trên hình 2.3b
Măt bụng (hình 2.3a) là mặt cong (mặt trụ) vuông góc với mặt chính Mặt bụng có bán kính cong R = 175mm
Mặt lưng (thuộc thành trái và thành phải, hình 2.3b) bao gồm một mặt trụ vuông góc với mặt chính có bán kính cong R = 240mm và mặt phẳng song song với mặt chính có bề rộng b = 6mm
Má táp trái (phải) là chi tiết dạng tấm có chiều dày δ = 1,6mm, được uốn cong với bán kính R = 8mm
Hình 2.3a- Hình dạng mặt bụng chi tiết thành trái (thành phải)
Mặt bụng
Trang 38Hình 2.3b- Hình dạng mặt chính, mặt lưng chi tiết thành trái (thành phải)
Hình dạng của má táp được thể hiện như trên hình 2.4a
Vấu trước được chế tạo từ thép tấm có chiều dày δ = 1,6mm, chi tiết sẽ được hàn vào hộp TĐ trên cả 3 mặt của thành trái và thành phải
Hình dạng của vấu trước được thể hiện như trong hình 2.4b
Hình 2.4a- Má táp trái (phải) Hình 2.4b-Vấu trước
Mặt lưng
Mặt chính
Trang 39Vấu sau được chế tạo để hàn vào phần lưng của hộp TĐ, có 2 mặt trụ (dày δ = 1,6mm) hàn vào mặt lưng của thành trái và thành phải Hình dạng của vấu sau được thể hiện trên hình 2.5
Hình 2.5- Hình dạng vấu sau
Trên thực tế, chúng tôi không được cung cấp đầy đủ các bản vẽ thiết kế chi tiết mà chỉ một số bản vẽ và khảo sát, tự đo đạc trực tiếp các các chi tiết này Vì vậy công việc tiếp theo là phải hoàn chỉnh thiết kế vẽ lại các chi tiết này
Về vật liệu : Toàn bộ các chi tiết của cụm TĐ đều bằng thép C45
2.1.2- Thiết lập lại bản vẽ kết cấu hàn hộp TĐ
a- Hoàn thiện bản vẽ thiết kế chi tiết
Để tiện trong việc quản lý hồ sơ, tài liệu thiết kế kỹ thuật, công nghệ, các chi tiết của cụm TĐ được ký hiệu như sau:
• TĐ01-01 – Chi tiết thành trái của cụm trái
• TĐ01-02 – Chi tiết má táp trái của cụm trái
• TĐ02-01 – Chi tiết thành phải của cụm phải
• TĐ02-02 – Chi tiết má táp phải của cụm phải
2 mặt của vấu sau
Trang 40• TĐ03-01 – Chi tiết vấu trước của hộp
• TĐ03-02 – Chi tiết vấu sau của hộp
Trên cơ sở hình dạng thực tế của các bán sản phẩm do nhà máy Quốc phòng chế tạo (xem các hình 2.1 đến 2.5), chúng tôi đã vẽ hoàn thiện như sau (xem các hình từ 2.6 đến 2.11 dưới đây):
