thiết kế hệ thống tôi cao tần tự động

Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế Dựa theo yêu cầu của máy tôi cao tần và theo phân tích trên sơ đồ khối ta thấy bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống là bộ phận truyền chuyển

Trải qua năm tháng học tập tại trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM , đã giúp

em học tập rất nhiều về kiến thức cũng như kỹ năng trong học tập và làm việc từ các Thầy, cô, bạn bè Luận văn tốt nghiệp là phần công việc cuối cùng để trở thành một kỹ sư trong tương lai Hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này một cách tốt nhất không chỉ nhờ vào bản thân em mà còn nhờ vào sự chỉ dẫn , góp ý của các Thầy, Cô

và bạn bè đồng thời sự ủng hộ của Gia Đình Qua đây em xin chân thành gửi lời cảm

ơn đến những người đã giúp đỡ, ủng hộ em trong suốt quá trình học tập và làm việc trong những năm tháng là sinh viên

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn Thầy Vũ Như Phan Thiện đã hướng dẫn

cho em trong suốt quá trình làm luận văn Những lời nhận xét, gợi ý, huớng dẫn tận tình của Thầy đã giúp em nhận ra được những thiếu sót về kinh nghiệm, kiến thức

để hoàn thiện luận văn cũng như là bản thân em

Tiếp theo ,em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những Thầy Cô đã giảng dạy

em, truyền đạt cho em những kiến thức về kỹ thuật đồng thời những kiến thức về làm người Đó sẽ là những thứ nền tảng để em phát triển hơn và sẽ hỗ trợ cho theo

em trong suốt quá trình tiếp theo

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tha thiết đến Gia Đình những người luôn sát cánh bên em,ủng hộ em rất nhiều về mặt tinh thần

Tp.Hồ Chí Mình , 30 tháng 5 năm 2019

Bùi Đình Khang

Dựa trên sự tìm hiểu những hệ thống tôi cao tần hiện tại, em đã tìm hiểu và thiết kế máy tôi cao tần sử dụng cho việc tôi những trục tròn với năng suất và yêu cầu đặt ra Nội dung đề tài gồm 6 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống tôi cao tần

Chương 2: Xây dựng và lựa chọn phương án thiết kế

Chương 3: Tính toán và thiết kế cơ khí

Chương 4: Thiết kế phần điều khiển điện

Chương 5: Hướng dẫn thao tác trên máy và bảo trì : hướng dẫn người sử dụng qua các bước cụ thể và bảo trì máy

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển cho đề tài

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH VẼ v

DANH SÁCH BẢNG vii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về quá trình nhiệt luyện 1

1.2 Đặt vấn đề 2

1.3 Phạm vi đề tài 2

1.4 Tìm hiểu về quá trình tôi cao tần 3

1.4.1 Chiều dày lớp tôi cứng 4

1.4.2 Các phương pháp tôi cao tần 5

1.4.3 Tổ chức và tính chất của thép sau khi tôi cao tần 6

1.4.4 Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp tôi cao tần 7

1.5 Một số máy tôi cao tần trên thị trường 8

1.6 Một số ứng dụng của tôi cao tần 10

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 12

2.1 Xây dựng phương án thiết kế 12

2.1.1 Thông số thiết kế 12

2.1.2 Sơ đồ khối 12

2.2 Phân tích và chọn phương án thiết kế 13

2.2.1 Cơ cấu đỡ phôi 13

2.2.2 Cơ cấu đẩy 16

2.2.3 Cơ cấu cấp phôi 23

2.2.4 Cơ cấu làm nguội 24

2.3 Chọn cơ cấu chính cho máy 25

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 28

3.1 Cụm tôi cao tần 28

3.2 Cụm vít me 34

3.3 Cụm con lăn 38

3.4 Cụm làm nguội 43

3.5 Tính toán chọn ổ lăn 48

3.6 Mô phỏng sức bền khung bằng phần mềm solidworks 49

CHƯƠNG 5: HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VẬN HÀNH VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG 62

5.1 Yêu cầu về lắp ghép 62

5.2 Hướng dẫn vận hành máy 67

5.3 Bảo trì 67

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69

6.1 Đánh giá kết quả thiết kế 69

6.2 Hướng phát triển đề tài 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Hình 1.1 Giản đồ Fe-C 1

Hình 1.2 Tôi cao tần trục 3

Hình 1.3 Nguyên lý tôi cao tần 4

Hình 1.4 Đồ thị quan hệ ρ và μ 5

Hình 1.5 Tôi cao tần bánh răng 7

Hình 1.6 Máy Magnet Electro 8

Hình 1.7 Lò tôi cao tần IRIS 9

Hình 1.8 Ứng dụng lò tôi cao tần trong luyện nấu kim loại 11

Hình 2.1 Phôi tròn 12

Hình 2.2 Sơ đồ khối 13

Hình 2.3 Con lăn 14

Hình 2.4 Phương án con lăn điều chỉnh góc α 15

Hình 2.5 Phương án con lăn & cụm đẩy 15

Hình 2.6 Xích tải 16

Hình 2.7 Cơ cấu vít me 19

Hình 2.8 Xylanh khí nén 20

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động xylanh khí nén 21

Hình 2.10 Vòng phun nước 23

Hình 2.11 Cụm cấp phôi 25

Hình 2.12 Cụm vít me 25

Hình 2.13 Cụm con lăn 26

Hình 2.14 Cụm bơm và tôi cao tần 26

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý con lăn 38

Hình 3.3 Momen quán tính con lăn 39

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm nguội 43

Hình 3.5 Sơ đồ bơm 45

Hình 3.6 Mô phỏng bền của khung 50

Hình 3.7 Kết quả mô phỏng ứng suất của khung 51

Hình 3.8 Kết quả mô phỏng chuyển vị của khung 52

Hình 3.9 Kết quả mô phỏng biến dạng của khung 52

Hình 4.1 PLC FX2N-32MT hang Mitsubishi 56

Hình 4.2 PLC S7-200 của hãng Siemens 56

Hình 4.3 Khởi động từ 57

Hình 4.4 Relay công nghiệp 57

Hình 4.5 Sơ đồ khối điều khiển 59

Hình 4.6 Sơ đồ giải thuật điều khiển 60

Hình 5.1 Cụm khung máy 62

Hình 5.2 Lắp ghép cụm con lăn 63

Hình 5.3 Lắp cụm vít me 63

Hình 5.4 Lắp cụm cấp phôi 64

Hình 5.5 Lắp cụm lấy phôi 65

Hình 5.6 Lắp cụm tôi cao tần 65

Hình 5.7 Lắp cụm làm nguội 66

Hình 5.8 Lắp vỏ máy 66

Bảng 3.1 Đặc tính của đồng 30

Bảng 3.2 Đặc tính của phôi 30

Bảng 3.3 Kết quả tính toán cụm tôi cao tần 34

Bảng 3.4 Thông số ren 35

Bảng 3.5 Hệ số thất thoát của 1 số ống nối 46

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TÔI CAO TẦN

1.1 Tổng quan về quá trình nhiệt luyện

Nhiệt luyện là một phương pháp tác động nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vi cấu trúc chất rắn, đôi khi tác động làm thay đổi thành phần hóa học, đặc tính của vật liệu Chủ yếu của ứng dụng nhiệt luyện là thuộc về ngành luyện kim Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như ngành sản xuất thủy

tinh Quá trình nhiệt luyện bao gồm sự nung nóng hoặc làm nguội với mức độ chênh lệch đáng kể, hoặc xử lý nhiệt theo một thời gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu, cũng như tạo ra sự cứng hay mềm khác nhau trên cùng một vật liệu,

ví dụ như tôi bề mặt, vật liệu chỉ cứng ở bề mặt (chống mài mòn) nhưng lại dẻo dai ở phần bên trong (chịu va đập cũng như chịu uốn rất tốt)

Hình 1.1 Giản đồ Fe-C Một số quá trình nhiệt luyện:

a Ủ

Là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định (từ 200 - 10000C), giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng với lò để đạt được tổ chức ổn định

b.Thường hóa

Là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn

Austenit (A3 +(30 – 50 ºC) hay Acm + (30 – 50 ºC)) giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để Austenit phân hóa thành peclit phân tán thành xocbit với độ cứng tương đối thấp Ưu điểm của phương pháp này là giải phóng lò ngay sau khi nung

c Tôi thép

Tôi thép là phương pháp nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn để làm xuất hiện tổ chức Austenit giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao

đi lên

- Nhiệt luyện là một quá trình hết sức quan trọng trong ngành cơ khí Và chỉ có làm nhiệt luyện thành công thì mới vực dậy nền cơ khí Việt Nam Xuất phát từ nhu cầu thực tế và mong muốn đóng góp cho xã hội, em chọn nghiên cứu đề tài máy tôi can tần dùng trong công nghiệp

1.3 Phạm vi đề tài

Đề tài : Thiết kế hệ thống cấp tự động cho máy tôi cao tần

 Phạm vi:

- Tìm hiều cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp phôi cho máy tôi cao tần

- Lựa chọn phương án truyền động

- Tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi

- Tính toán chọn máy tôi cao tần

- Sử dụng phần mểm tính toán,mô phỏng chuyển động,tính toán sức bền máy

- Bảo trì, bảo dưỡng máy

 Yêu cầu :

- Máy vận hành trơn tru đạt được yêu cầu đề ra

- Kết cấu thuận lợi cho thao tác điều khiển

- Diện tích máy tối ưu không gian làm việc

- Dễ bảo trì bảo dưỡng

- Dễ cải tiến và tự động hóa

1.4 Tìm hiểu về quá trình tôi cao tần

Tôi cao tần cũng là một trong các phương pháp nhiệt luyện làm thay đổi tổ chức,

từ đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo nhu cầu sử dụng của con người Nguyên lý nung nhiệt của tôi cao tần là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng sức nóng của dòng điện tạo ra trên bề mặt chi tiết, khi chi tiết đặt trong một từ trường biến thiên Và chiều sâu lớp bề mặt có dòng điện chay qua tỷ lệ thuận với tấn

số f

Hình 1.2: Tôi cao tần trục

Hình 1.3: Nguyên lý tôi cao tần

1.4.1 Chiều dày lớp tôi cứng

Đối với tôi thể tích thì chiều sâu của lớp tôi cứng là gần như toàn bộ thể tích chi tiết từ ngoài vào trong

Còn đối với tôi cao tần thì tần số của dòng điện quyết định đến chiều dày lớp nung nóng cho nên quyết định đến chiều sâu lớp tôi cứng Và thông thường với phương pháp tôi cao tần người ta sẽ áp dụng cho các chi tiết chỉ cần bề mặt cứng để chịu mài mòn tốt, và bên trong vẫn đảm bảo deo dai, vậy nên thường chiều sâu lớp tôi cứng bằng 20% diện tích

Hình 1.4: Đồ thị quan hệ &

Tần số cao nên chiều sâu lớp tôi thay đổi không đáng kể vì:

=

( ) Trong đó :

∶ đ ệ ở ấ (Ω )

∶ độ ừ ℎẩ f: tần số dòng điện (Hz) Năng lượng chuyển thành nhiệt trong khối liệu W

W = 2 10

Trong đó

I : cường độ dòng điện trong cuộn cảm

1.4.2 Các phương pháp tôi cao tần

Tùy thuộc vào vật liệu và mục đích sử dụng mà có các phương pháp tôi cao tần như sau:

 Nung nóng và làm nguội toàn bề mặt, áp dụng cho các chi tiết, bề mặt tôi nhỏ

 Nung nóng và làm nguội tuần tự, từng phần riêng biệt thường áp dụng cho tôi bánh răng, và trục khuỷu

Nung nóng và làm nguội liên tục liên tiếp và thường áp dụng cho các chi tiết dài

1.4.3 Tổ chức và tính chất của thép sau khi tôi cao tần

 Tổ chức:

- Tổ chức nhận được sau tôi là Mactenxit có độ cứng cao

- Nhiệt độ chuyển biến pha được nâng cao lên, do vậy độ tôi phải lấy cao hơn tôi thể tích từ 100 - 200°C

- Để đảm bảo hạt nhỏ và mịn thì sau khi tôi phải ram cao

 Cơ tính:

- Bề mặt vật liệu có thể đạt độ cứng từ 45 - 62 HRC tùy thuộc và từng vật liệu

- Bên trong lõi vẫn đảm bảo dẻo dai với độ cứng khoảng 15 - 30HRC

=> Chính vì vậy mà chi tiết sau khi tôi cao cần có độ cứng cao, vừa chịu được

ma sát mài mòn, vừa chịu được tải trọng tĩnh hay va đập cao, rất thích hợp với bánh răng, trục truyền, Ngoài ra chi tiết tôi cao tần còn có thể chịu được mỏi

và chịu uốn xoắn tốt

 Ưu điểm:

- Năng suất cao do thời gian tăng nhiệt nhanh

- Chất lượng tốt, tránh được các hiện tượng oxi hóa bề mặt, hạn chế biến dạng cong vênh

- Chi tiết sau khi tôi cao tần chịu được ma sát, mài mòn, chịu uốn xoắn tốt

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa

- Không gây ô nhiễm môi trường

 Nhược điểm:

- Khó áp dụng cho các chi tiết phức tạp, có biên dạng không đồng đều,

- Không tôi cao tần được một số loại thép có tính hợp kim cao như SKD,

- -Tôi cao tần thường áp dụng tốt cho thép có hàm lượng cacbon trung bình nhứ C45, hay 40Cr,

Hình 1.5: Tôi cao tần bánh răng

1.5 Một số máy tôi cao tần trên thị trường

1.5.1 Hệ thống tôi cao tần dạng ngang

Hình 1.6: Máy Magnet Electro

Hiệu: Magnet Electro

Thông số kỹ thuật:

Điện áp đầu vào

3 Pha, 380V AC, 50Hz, 180KVA

Đặc tính kỹ thuật:

- Công dụng: Gia nhiệt các loại vật liệu chi tiết

- Có khả năng thiết kế theo yêu cầu công suất và tần số sử dụng

- Gá lò có thiết kế theo hình ống vuông, giúp tính toán chính xác nhu cầu vòng nung, nâng hiệu quả nung

- Ray chuyền hình chữ V tiện vệ sinh làm sạch

- Vỏ gá lò được làm từ Bakelite, kiên cố, bền và không chiếm không gian

- Ống kẹp chi tiết có trang bị hệ thống tăng giảm điện, đảm bảo vật liệu chi tiết không bị nóng chảy

- Có trang bị bộ bảo vệ máy chính, dễ bảo trì, dễ sử dụng, giảm thiểu sự cố

- Có trang bị thiết bị cấp phôi, có thể cấp đủ loại vật liệu gia nhiệt

1.5.2 Lò tôi cao tần dạng đứng

Hình 1.7: Lò tôi cao tần IRIS

Thông số kỹ thuật

- Làm khô nhanh bề mặt vật liệu

- Ứng dụng trong lĩnh vực tôi kim loại như: Đầu mũi khoan lớn, dao, những dụng cụ gia công cơ khí,

- Lò nung cao tần là một trong những thiết bị không thể thiếu trong những xưởng gia công kim loại, nó cho phép người sử dụng khai thác và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cần thiết

- Những lĩnh vực khác như: Làm nóng chảy thuỷ tinh, pha lê, tôi những chi tiết máy

Hình 1.8: Ứng dụng lò cao tần trong luyện nấu kim loại

CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Xây dựng phương án thiết kế

Hình 2.2: Sơ đồ khối

2.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Dựa theo yêu cầu của máy tôi cao tần và theo phân tích trên sơ đồ khối ta thấy bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống là bộ phận truyền chuyển động cho phôi đảm bảo phôi vừa chuyển động tính tiến vừa xoay đều khi vào vòng tôi cao tần

Nguyên lý hoạt động :

Phôi vửa chuyển động tịnh tiến vừa xoay khi vào vòng tôi cao tần

Dựa vào nguyên tắc hoạt động ta đề ra yêu cầu thiết kế như sau

- Có thể thay đổi kích thước phôi tùy theo mục đích

- Có thể thay đổi vận tốc tịnh tiến của phôi

- Cụm có thể dễ dàng lắp ráp và dễ dàng bảo trì sửa chữa

2.2.1 Cơ cấu đỡ phôi

Vì phôi hình tròn và yêu cầu xoay được nên chọn cơ cấu là con lăn hoặc bề mặt tiếp xúc là hình côn

Phương án 1: Con lăn côn + cơ cấu đẩy

Nguyên lý hoạt động :

- Con lăn côn đặt nhiều thành hàng dọc nghiêng góc α

- Phôi được cấp rớt vào trong lòng con lăn

- Cụm đẩy có nhiệm vụ đẩy con lằn tịnh tiến

+ Không truyền chuyển động xoay cho trục được

+ Phù hợp với trục dài hơn trục ngắn

Phương án 2 : Con lăn có thể điều chỉnh được góc α

Nguyên lý hoạt động :

- 2 con lăn đặt song song với nhau

- Con lăn A chủ động quay với vận tốc góc ω, con lăn B là con lăn bị động

- Con lăn B có thể điểu chỉnh góc nghiêng α so với mặt phẳng nằm ngang

- Khi con lăn xoay phôi có thể vừa xoay vừa chuyển động

Hình 2.4: Phương án con lăn điều chỉnh góc α

Ưu điểm :

- Đơn giản hệ thong vì lược bỏ cụm đẩy phôi

- Có thể điều chỉnh góc α

Nhược điểm :

- Không thể cấp đồng thời nhiều phôi

- Không linh hoạt trong sử dụng

Phương án 3 : Con lăn xoay + cụm đẩy

Nguyên lý hoạt động

- 2 con lăn đặt song song với nhau

- Con lăn A chủ động quay với vận tốc góc ω, con lăn B là con lăn bị động

- Cụm đẩy có nhiệm vụ đẩy phôi tịnh tiến về phía trước

Hình 2.5: Phương án con lăn & cụm đẩy

Ưu điểm :

+ Có thể cấp nhiều phôi cùng lúc

+ Dễ dàng điều chỉnh được tốc độ tịnh tiến của phôi

+ Có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa 2 con lăn

Nhược điểm :

+ Cần thêm cụm đẩy tốn không gian

2.2.2 Cơ cấu đẩy

Phương án 1 : Xích tải

Khái niệm:

Một trong số những băng tải cần tính liên kết cao đó là băng tải xích Nó chủ yếu được sử dụng khi vận chuyển liên tục vật liệu được thực hiện với một khoảng cách nhất định Để phù hợp với từng loại vật liệu tải thì các mắc xích sẽ được lựa chọn và gắn kết với nhau thành một chuỗi dài

Thông thường các chuỗi xích được gắn kết với nhau thành chuỗi hoặc khối rắn chắc chúng được gắn kết với nhau bằng bulong và các thanh chắn 2 bên, các chuỗi có thể được hàn hoặc không hàn Một số bánh răng được đồng bộ hóa với các khe trong chuỗi để làm cho mắc xích di chuyển Một tấm xích lớn là một chuỗi hệ thống bao gồm các mắc xích, con lăn, làm bằng thép, thép không rỉ hoặc nhựa Các bộ phận thép thường được xử lý bằng nhiệt cho dẻo dai hơn Tùy theo từng ứng dụng mà ta lựa chọn loại xích cho phù hợp Ứng dụng băng tải xích trong ngành khai thác mỏ sẽ khác với ngành sản xuất lốp xe

lên được nhiều cơ sở sản xuất rất yêu thích Băng tải xích thường được sản xuất từ xích công nghiệp với chất liệu là nhôm định hình

Hình 2.6: Xích tải

Ưu nhược điểm:

Ưu điểm của băng tải xích

- Băng tải xích tấm kim loại có độ bền và độ cứng cao, cho phép vận chuyển các vật liệu dạng cục lớn, nặng và có cạnh sắc

- Bộ phận kéo của băng tải xích tấm vận hành bằng xích nên có độ bền kéo lớn, có chiều dài và chiều cao băng lớn dẫn làm tăng năng suất của băng tải

- Băng tải có góc nghiêng lớn

- Băng tải xích tấm chuyển động với vận tốc không lớn nên băng tải vận hành một cách dễ dàng thuận tiện

- Khi sử dụng cơ cấu di động có thể đặt băng tải cong trong 1 mặt phẳng thẳng đứng hoặc mặt phẳng ngang

- Thiết kế đơn giản, vận hành linh hoạt, dễ dàng lắp đặt và bảo trì

- Có khả năng chống chịu mài mòn tốt

- Có thể thiết kế với nhiều dạng khác nhau như: cong, thẳng, ngiêng,

- Vận chuyển được các vật liệu có khối lượng lớn

Nhược điểm :

- Trọng lượng băng tải và trọng lượng truyền động lớn

- Kết cấu của băng tải tương đối phức tạp nên vốn đầu tư lớn

- Trong băng tải xích tấm có nhiều con lăn và bánh răng nên việc chăm sóc

và bảo dưỡng phải diễn ra thường xuyên do đó chi phí vận hành lớn so với các loại băng tải khác

Phương án 2 : Vít me đai ốc

Phương án vít me

Khái niệm vít me:

Vít me là cơ cấu trục vít gắn liền với đai ốc dùng để truyền chuyển động cho cơ cấu trượt dọc theo trục vít me (trục vít me thường dài so với đường kính của nó) Thông thường, trục vít me có ren ở 2 đầu mối, hình thanh để có thể chịu lực cao hơn, khi truyền động sẽ làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến (cũng có trường hợp cơ cấu đai ốc quay làm cho trục vít me chuyển động tịnh tiến) Nếu trục vít đứng yên thì đai

ốc chuyển động tịnh tiến hoặc đai ốc đứng yên thì trục vít chuyển động tịnh tiến – Đó nguyên lý hoạt động của trục vít me

Từ nguyên lý trên, người ta chế tạo ra các loại máy vít nâng hạ cửa van với chiều dài của trục vít lớn hơn nhiều so với đường kính của nó, nên tải trọng nâng hạ của trục vít là khác nhau (ví dụ: chiều dài trục vít càng ngắn thì lực nâng hạ càng lớn)

Ngoài ra, người sử dụng cũng có thể điều chỉnh tốc độ dịch chuyển lên xuống của trục vít bên trong hộp số của máy vít bằng điện hoặc quay đai ốc Bộ truyền vitme- đai ốc bi thường được sử dụng trong chuyển động chạy dao các máy CNC , NC và dùng trong các máy mài, máy doa tốc độ và các loại máy khác Chuyển động chạy dao tịnh tiến thường được dẫn động bởi các động cơ servo

- Nhược điểm của vitme đai ốc bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường ( do đặc điểm cấu tạo)

- Ngoài ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn và gia thành cũng là nhược điểm của vitme đai ốc bi

Phương án 3 : Phương án Piston khí nén

Khái niệm:

Một trong những cách hiệu quả nhất và đơn giản nhất để đạt được điều này là sử dụng bộ truyền động khí nén, thường được gọi là xy lanh khí nén Thiết bị truyền động

là một thiết bị chuyển một nguồn năng lượng tĩnh sang chuyển động đầu ra hữu ích

Nó cũng có thể được sử dụng để tạo lực Thiết bị truyền động thường là các thiết bị cơ học lấy năng lượng và chuyển đổi nó thành một số chuyển động Chuyển động đó có thể dưới bất kỳ hình thức nào, chẳng hạn như chặn, kẹp hoặc đẩy

Bộ truyền động khí nén là các thiết bị cơ học sử dụng khí nén hoạt động trên một piston bên trong một xy lanh để di chuyển tải dọc theo đường thẳng Không giống như các lựa chọn thay thế thủy lực của chúng, chất lỏng hoạt động trong thiết bị truyền động khí nén chỉ đơn giản là không khí, do đó rò rỉ khí không gây ô nhiễm môi trường xung quanh

Hình 2.8: Xy lanh khí nén

Nguyên lí hoạt động:

Có thể thu được năng lượng cơ học từ bình khí nén vì khí nén có thể giãn nở mà không cần năng lượng bên ngoài nào Sự giãn nở này là động lực chính đằng sau sự tạo ra động năng xảy ra do áp suất tạo ra từ khí nén ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển Sự mở rộng không khí này đẩy piston của xy lanh khí nén di chuyển theo một hướng đặc biệt

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động xy lanh

 Ưu Điểm:

- Tính đồng nhất năng lượng giữa phần điều khiển và chấp hành nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện

- Không yêu cầu cao đặc tính kĩ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8Bar

- Khả năng quá tải của động cơ khí

- Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kĩ thuật

- Tuổi thọ lớn

- Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong điều kiện dễ nổ, và đảm bảo môi trường làm việc sạch vệ sinh

- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ

và tổn thất áp suất trên đường dẫn thấp

- Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao

- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa dễ dàng Như vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén

- Có khả năng truyền năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ

- Đường dẫn khí nén thải ra không cần thiết

- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn

- Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được bảo đảm

 Nhược Điểm:

- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử

- Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn khả năng điều khiển phức tạp kém

- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh

- Lực truyền tải trọng thấp

- Dòng khí nén thoát ra ở đưỡng dẫn gây tiếng ồn

- Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng

- Lực truyền tải thấp

- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi Bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện được những

2.2.3 Cơ cấu cấp phôi

Chọn cơ cấu cấp phôi dạng máng nghiêng có càng gạt được điều khiển bởi động

cơ servo

2.2.4 Cơ cấu làm nguội

Các môi trường làm nguội

 Môi trường nước:

- Là môi trường tôi mạnh, an toàn, rẻ tiền, dễ kiếm, có các đặc điểm sau:

- Nước lạnh từ 10 - 30 độ C có tốc độ nguội khá lớn 600°C/s, chính vì thế dễ gây nứt, cong vênh và biến dạng

- Khi tôi nước bị nóng lên thì tốc độ nguội lại giảm mạnh Khi nước nóng lên tầm 50°C thì tốc độ nguội chỉ còn là 100°C/s, chính vì vậy không nên để nước nóng tới 50°C , hạn chế bằng cách cho nước lạnh vào và tháo nước nóng ra

- Tổ chức đạt được sau tôi là Mactenxit, có độ cứng cao

- Là môi trường tôi cho Thép cacbon nhưng không thích hợp cho chi tiết phức tạp

 Môi trường dung dịch Kiềm và dung dịch muối:

- Các dung dịch như NaCl, Na2CO3 (10%) và dung dịch Kiềm NaOH, KOH với nồng độ thích hợp là các môi trường tôi mạnh nhất với các đặc điểm sau:

- Tốc độ nguội đạt được 1100°C/s đến 1200°C/s

- Tăng khả năng tôi cứng ở thép do tốc độ nguội ở nhiệt độ cao tăng

- Tổ chức đạt được sau tôi là Mactenxit, có độ cứng cao

- ít gây cong vênh và nứt do không tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp

 Môi trường Dầu:

- Là môi trường tôi thường dùng nhất có tốc độ nguội nhỏ, gồm các loại dầu máy, dầu khoáng vật

- Tốc độ nguội đạt được 100°C/s đến 150°C/s

- Khi tôi thì dầu dễ bị bốc cháy, và tạo ngọn lửa cao, nên cần chú ý lửa hỏa hoạn khi tôi trong dầu

- Tốc độ nguội 200°C - 300°C khoảng 20°C/s đến 25°C/s, nên tránh được cong vênh và nứt

- Là môi trường tôi gây hại cho sức khỏe và con người

- Tổ chức đạt được sau tôi là Mactenxit, có độ cứng cao

- Thường dùng để tôi thép hợp kim và thép cacbon có biên dạng phức tạp

Dựa trên ưu và nhược điểm của từng phương pháp ta chọn môi trường làm nguội

Dựa và những phân tích phía trên, ta tiến hành chọn và thống nhất cơ cấu cho từng cụm

- Cụm cấp phôi : chọn cấp phôi theo máng nghiêng

Hình 2.11: Cụm cấp phôi

- Cụm truyền động cho phôi : gồm con lăn xoay tròn và cụm vít me đẩy phôi tịnh tiến

Hình 2.12: Cụm vít me

Hình 2.13: Cụm con lăn

- Cụm làm nguội: gồm lò tôi cao tần và hệ thống bơm

Hình 2.14: Cụm bơm và tôi cao tần Sau khi chọn co cấu chính cho hệ thống,tiến hành rút ra sơ đồ nguyên lý

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý của máy

Nguyên lý hoạt động: Phôi được cấp qua cụm cấp phôi (2) tại đây động cơ servo

sẽ quay và đẩy phôi vào cụm con lăn.Sau khi phôi quay trên cụm con lăn thì cụm vít

me sẽ đẩy phôi qua vòng tôi.Tại đây phôi được tôi cứng bề mặt, sau khi ra khỏi vòng tôi cụm bơm sẽ hoạt động phun nước làm nguội và cuối cùng phôi được đẩy ra ngoài

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Yêu cầu phôi :

Vậy thông số đầu vào là

Chiều sâu lớp tôi cứng là s=1 mm

Đường kính trục d = 20mm

Công suất 10 KW

Chiều dài vòng tôi b= 30 mm

 Độ sâu khi nung:

 Số lượng vòng tôi:

= + (3.2) Trong đó:

N: số lượng vòng tôi

: chiều dài của phôi được tôi cứng (m)

 Đường kính trong của vòng tôi

= + 2 × (3.3)

 Đường kính ngoài của vòng tôi

= + 2 × (3.4) Trong đó:

: đường kính của vùng tôi (m)

: đường kính vòng tôi (m)

 Tổng chiều dài dây quấn của vòng tôi:

= 2 + (2 × ) + (1,5 × ) (3.5) Trong đó:

: chiều dài vòng tôi (m)

: chiều dài của vùng tôi (m)

: bán kính trong của vùng tôi (m)

Vì chiều dày nhỏ nhất của vòng tôi bằng ít nhất 2 lần chiều sâu khi tôi nên chiều dày vòng tôi là:

= 2 (3.6) Trong đó:

: chiều dày nhỏ nhất của vòng tôi (m)

:độ sau khi tôi (m)

 Độ sâu khi nung:

 Tổng chiều dài dây quấn của vòng tôi

= 2 × 0,3 + 2 (2 × 0,06) + (1,5 × 0,08) = 1,39 m