Đồ án máy đột dập khí nén

Với mức độ tự động hóa của thiết bị, chất lượng chế tạo cao, mà cụ thể là độ chính xác cao, độ tin cậy lớn… thì các máy và cụm kết cấu được ứng dụng lớn trong truyền động cơ khí – thủy l

Lời nói đầu

Để thực hiện công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế Việt Nam, trong tương lai tới thì trình độ công nghệ của sản xuất phải đánh giá bằng chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hóa Chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hóa được thể hiện qua trang thiết bị, máy móc, công cụ và kĩ thuật điều khiển để tự động hóa quá trình sản xuất

Với mức độ tự động hóa của thiết bị, chất lượng chế tạo cao, mà cụ thể là độ chính xác cao, độ tin cậy lớn… thì các máy và cụm kết cấu được ứng dụng lớn trong truyền động cơ khí – thủy lực – khí nén – điện Các thông tin truyền dưới dạng các năng lượng đó phải là tín hiệu tương tự, nhị phân và tín hiệu số, được sử lý với vận tốc nhanh

Những trang thiết bị trình độ cao này đã được chuyển giao công nghệ vào Việt Nam một phần và tương lai sẽ còn tiếp tục phát triển Chúng được khai thác tối ưu, thích nghi, hoàn thiện và mở rộng, để đảm bảo quá trình sản xuất ổn định có hiệu quả kinh tế , có sức cạnh tranh trên thị trường Để có thể vận dụng các trang thiết bị, cũng như triển khai vào thực tế sản xuất thì đòi hỏi kiến thức mới về tự động hóa Truyền động thủy lực – khí nén là một trong các dạng truyền động có tính tự hóa, làm việc với công suất cao và tải trọng lớn, yêu cầu không gian lắp đặt nhỏ, dễ dàng điều chỉnh nhanh chóng và chính xác Xi lanh thủy lực –khí nén có kết cấu đơn giản và hiệu quả kinh tế hơn so mới các truyền động cơ khí khác Sự kết hợp của những ưu điểm này mở ra một phạm vi ứng dụng rộng rãi cho thủy lực- khí nén trong ngành cơ khí chế tạo máy, cơ khí động lực và ngành hàng không

Với tính ứng dụng cao và cấp thiết của thủy lực – khí nén trong công nghiệp

cũng như trong đời sống nên em đã chọn đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình kẹp chặt chi tiết bằng khí nén trên máy đột dập

Trong thời gian thực hiện hiện đồ án em đã được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận

tình của thầy giáo - Ts Đào Chí Cường, cùng sự góp ý của các thầy trong bộ môn

Công nghệ cơ điện và các bạn cùng lớp, đã giúp em hoàn thiện đề tài một cách sớm nhất Tuy vậy do thời gian và kiến thức của bản thân có hạn, lên đồ án của em vẫn còn nhiều thiếu sót và khuyết điểm, em rất mong được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến hơn nữa từ các thầy

Em xin chân thành cảm ơn !

Hưng yên, Ngày 04 tháng 8 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Phạm Quốc Minh

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Vài nét về sự phát triển của công nghệ khí nén

Không khí xung quanh ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất lớn

mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên Tuy nhiên sự phát triển

và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do chưa có sự phối hợp giữa các ngành vật lý, cơ học v.v

Mãi cho đến thế kỷ17, nhà kĩ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike, nhà toán học và triết học người Pháp Blaise Pascal, cũng như nhà vật lý người Pháp Denis Papin đã xây dựng nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén

Trong thế kỉ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát minh như: thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835) của Josef Ritter, phanh bằng khí nén (1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861)…Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụng năng lượng bằng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu trong nhiều lĩnh vực, mà khi sử dụng năng lượng điện sẽ nguy hiểm; sử dụng năng lượng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhưng truyền động với vận tốc lớn;

sử dụng năng lượng khí nén ở những thiết bị như búa hơi, dụng cụ dập, phun sơn, giá kẹp chi tiết… và nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển bằng thủy lực – khí nén sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm,… do những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác cao, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện

1.1.2 Khả năng ứng dụng của khí nén

1 Trong lĩnh vực điều khiển

Sau chiến tranh Thế giới thứ 2, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế ký

20 này, là thời gian phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật điều khiển bằng khí nén giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Chỉ riêng ở Cộng hòa Liên bang Đức dã có 60 hãng chuyên sản xuất các phân tử điều khiển bằng khí nén Hệ thống điều khiển bằng khí nén được

sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó dễ xảy ra các vụ cháy nổ, các thiết bị phun sơn; các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, vì các thiết bị khí nén có thể đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất

2 Hệ thống truyền động

Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác than; trong các công trình xây dựng, như xây dựng hầm mỏ, đường hầm,

3 Truyền động quay

Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bầng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan, công suất khoảng 3,5 kw; máy mài, công suất khoảng 2,5 kw, cũng như những láy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp

4 Truyền động thẳng

Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đông gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô

5 Trong các hệ thống đo và kiểm tra

Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm

1.1.3 Ưu - nhược điểm của khí nén:

Khí nén được tạo ra từ không khí lấy trong tự nhiên nên nó có những ưu điểm:

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

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

- Không gay ô nhiễm môi trường

- 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 quá áp suất giới hạn được đảm bảo

Tuy vậy trên thự tế khí nén cũng có rất nhiều hạn chế:

- Lực truyền tải trọng thấp

- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vìkhả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển động thẳng hoặc quay đều

- Dòng khí thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn

- Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển

1.1.4 Đặc điểm, tính chất của không khí nén

- Số lượng: có thể coi là vô tận

- Việc vận chuyển: có thể được lưu thông dễ dàng trong các đường ống dẫn,

với một khoảng cách nhất định Đường hồi về không cần thiết vì khí nén sau

khi công tác được thoát ra ngoài môi trường

- Lưu trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục Không khí nén

được lưu trữ trong các bình chứa, được lắp nối trong hệ thống ống dẫn để cung

cấp cho sử dụng khi cần thiết

- Nhiệt độ: Không khí nén ít bị thay đổi theo nhiệt độ

- Chống cháy nổ: Không có nguy cơ gây cháy bởi khí nén nên không tốn phí về

phòng cháy Hoạt động với áp suất khoảng 6 - 7 bar nên việc phòng nổ không

quá phức tạp

- Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong trường hợp lưu thông trong

các đường ống hay thiết bị Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới Điều

này đặc biệt cần thiết trong các ngành công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm

sản, thuộc da…

- Cấu tạo trang thiết bị: Đơn giản nên có giá thành thấp

- Vận tốc: Không khí nén có thể lưu thông với tốc độ rất cao Vận tốc công tác

của các xy lanh khí nén thường trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số

trường hợp có thể đạt 5 m/s

- Tí nh dễ điều chỉnh: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác dùng khí

nén được điều chỉnh một cách vô cấp

- Vấn đề quá tải: Các công cụ và thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến

khi chúng dừng hẳn, cho nên sẽ không xảy ra quá tải

Để phân định một cách cặn kẽ các lĩnh vực áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết các tính chất không thể không chú trọng đến sau đây:

- Cách xử lý: Không khí nén phải được chuẩn bị sao cho không chứa bụi bẩn,

tạp chất và nước vì chúng làm cho các phần tử khí nén chóng mòn

- Tí nh chịu nén: Không khí có tính nén được, cho phép thay đổi và điều chỉnh vận

tốc của Piston

- Lực tác dụng: Không khí được nén sẽ không kinh tế nếu chưa đạt được một

công suất nhất định, áp suất làm việc thường được chấp nhận là 7 bar Lực

tác dụng được giới hạn trong khoảng 20000 đến 30000 N (2000 đến 3000

kp) Độ lớn của lực tác dụng còn phụ thuộc vào vận tốc và hành trình

- Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh gây ồn, nhưng nhờ các

bộ giảm thanh gắn ở từng đường thoát nên vấn đề này đã được giải quyết

- Giá thành: Không khí nén là một nguồn năng lượng dồi dào, đơn giản và

sẵn có nên hệ thống sử dụng có giá thành thấp

1.1.5 Các đại lượng vật lý và đơn vị đo

Không khí trong bầu khí quyển là một hỗn hợp các khí như ni tơ (chiếm 78% thể tích), ôxy (chiếm 21%), còn lại là một số khí như: cácbonic, acgông, hyđrô, nêông, hêli, criptông, xênon, …

Để hiểu rõ thêm các định luật về động lực học và trạng thái của không khí, dưới đây liệt kê các thông số vật lý và các hệ thống đo lường

Trong thực tế người ta thường dùng hai hệ thống đo lường thuận lợi trong việc nghiên cứu và ứng dụng là hệ kỹ thuật và hệ SI

Ampe

mét (m)

kg giây (s)

K

A Candela (Cd)

Kết hợp giữa hệ kỹ thuật và hệ quốc tế (SI) ta có công thức Niutơn: F = m.a

m – khối lượng; a – gia tốc; g - gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2)

Quan hệ giữa các thông số trên như sau:

• Đơn vị đo áp suất:

Đơn vị cơ bản của áp suất theo Hệ đo lường SI lâ Pascal

1 Pascal là áp suất phân bố đều lên bế mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)

Trong thực tế người ta coi: 1 bar = 1 kp/cm2 = 1 at

Ngoài ra một sô nước (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất Pound (O,45336kg) per square inch (6,4521 cm2) Kí hiệu Ibf/in2 (psi)

1 bar = 14,5 psi; 1psi = 0,06895 bar

ớ việt nam quen dùng đơn vị kG/cm2 tương đương với kp/cm2

1.1.6 Các tí nh chất và các định luật cơ bản của không khí

2 Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ

Với một lượng áp suất dư không đổi và nhiệt độ tăng 1 K thì thể tích không khí tăng thêm 1/273 thể tích của chính nó

Định luật Gay – Lussac:

Tổng quát:

3 Phương trình trạng thái của chất khí

p.V = G.R.T

p - áp suất, bar;  - khối lượng riêng của chất khí, kg/m3;

T – nhiệt độ, K; R - hằng số khí (của không khí là 29,27);

 - hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc vào thực nghiệm, số Reynold Re, nhiệt

độ, vận tốc, hướng chảy, hình dạng, tiết diện

g - gia tốc trọng trường

2 1

2

1

T

T V

V =

273

T T V V

V 2 1 1 2 − 1

+

=

g 2



1.1.7 Hệ thống khí nén

1.1.7.1 Tổng quan về hệ thống khí nén

Hình 1.1.Sơ đồ khối hệ thống khí nén Phần ử c n cấp năn ư n

Va đ o c iều, v n

t ết ưu

Xi a h, đ n cơ

Va o ic, rơle thời gia

1.1.7.2 Máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

Ta có thể phân loại máy nén khí như sau:

1.Theo áp suất:

- Máy nén khí áp suất thấp: p  15 bar

- Máy nén khí áp suất cao: p  15 bar

- Máy nén khí áp suất rất cao: p  300bar

2.Theo nguyên lý hoạt động:

- Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít

- Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục

1.1.7.3 Bì nh trí ch chứa khí nén

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khínén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn

1.1.7.3 Các phần tử trong hệ thống điều khiển

Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với các phần tử sau:

- Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng

vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất

- Phần tử xử lý tí n hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR hoặc AND

- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại

lương ra của mạch điều khiển Ví dụ: xilanh, động cơ khí nén

1 Van đảo chiều

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng

a Van đảo chiều 2/2

Là van có 2 cửa nối P và A , 2 vị trí 0 và 1 Vị trí 0 ở cửa A và bị chặn Nếu có tin hiệu tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, như vậy cửa P và cửa A nối thong với nhau Nếu tín hiệu không còn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ vị trí 1

về vị trí 0

Hình 1.3.Van đảo chiều 2/2

b Van đảo chiều 3/2:

Là van có 3 cửa, 2 vị trí Cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa A nối với buồng xi lanh cơ cấu chấp hành , cửa T là cửa xả Khi con trượt di chuyển sang trái cửa P thông với cửa A Khi con trượt di chuyển sang phải thì cửa A thông với cửa T

xả khí ra Van này thường dùng làm rowle khí nén

Hì nh 1.4.Van đảo chiều 3/2

c Van đảo chiều 5/2

Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (14), thì cửa (3) bị chặn, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (4) nối với cửa (5) Khi có tín hiệu điện tác động vào cửa (14) thì nòng van sẽ dịch chuyển sang phải, cửa (2) nối với cửa (3) và cửa (1) nối với cửa (4) còn cửa (5) bị chặn Khi tín hiệu tác động vào cửa (14) mất đi thì dưới tác

động của lò xo nòng van trở về vị trí ban đầu

Hì nh 1.5.Van 5/2

d Van đảo chiều 4/3

Là van có 4 cửa, 3 vị trí Cửa A,B lắp vào buồng làm việc của xi lanh chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng , cửa T xả khí

Hinh 1.6.Van đảo chiều 4/3

e Van đảo chiều 5/3

Là van có 5 cửa, 3 vị trí Cửa A,B lắp vào buồng làm việc của xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa T xả khí

2 Van điều khiển 4/2.

Van phân phối 4/2 làm việc theo nguyên lý một mặt tựa phẳng Là một tổ hợp

2 van phân phối 3/2 Bộ phân phối được đóng ở vị trí có lò xo và một đường mở khác cũng ở vị trí này

Trong hình trên, đường dẫn từ P đến B và từ

A đến R thông nhau Dưới tác động bằng lực

đồng thời của cả hai trục ấn, nó đóng sự vượt

qua từ P đến B và từ A về R Khi tác động với

áp suất đủ lớn lên cả hai trục ấn sẽ làm cho lò

xo hồi phục lại, tức mở đường đi qua từ P đến

A và từ B về R Bộ phân phối này không có

đường thoát và mở đường trùng lặp nhau Nó

được truyền dẫn nhờ vào lò xo ở vị trí đầu

Các bộ phân phối này được dùng để điều

khiển thiết bị xylanh tác động kép Hì nh 1.7.Van điều khiển 4/2

"Trong thực tế ít dùng van điều khiển 4/2 mà thường dùng van 5/2"

3 Van tiết lưu

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành Ngoài ra van tiết lưu cũng có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay dổi tiết diện

Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

Tiết diện chảy Ax thay đổi bằng điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay Khi dòng khí nén từ A qua B, lò xo đẩy màng chắ xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện

Ax Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo đẩy màng chắn lên và như vậy dong khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa mành chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không được điều chỉnh

Hì nh 1.8.Van tiết lưu

4 Công tắc hành trì nh

a Van khí nén ( Van 3/2 )

b Giới hạn hành trình điện cơ

Hì nh 1.9.Giới hạn hành trình điện cơ

+ Khi không tác động:

+ Khi có sự tác động :

5 Xi lanh khí nén

a Xi lanh chuyển động tịnh tiến

Xi lanh tác dụng đơn dùng lò xo:

Cylinder tác động đơn chỉ được cung cấp khí nén từ một phía do đó chỉ tạo ra hành trình làm việc theo một chiều Hành trình ngược lại của piston được thực hiện bởi lò xo Việc xác định kích cỡ lò xo tùy thuộc kiểu có thể đưa piston đi (hay về) vị trí khởi động một cách nhanh chóng

Trong xylanh có lò xo hồi vị, hành trình của piston là một hàm theo chiều dài của lò

xo Thông thường hành trình này không quá 100 mm

Loại này được sử dụng cho các công việc đơn giản: đẩy vào, đẩy ra, nâng lên, đưa chi tiết vào, cung cấp chuyển động

Độ kín khít được bảo đảm bởi vật liệu nhựa dẻo hoặc vật liệu mềm được lắp vào trong một piston kim loại Chuyển động ở mép piston là chuyển động trượt kín trong bề mặt trụ của xylanh

Thứ hai là loại xylanh mà lò xo thực hiện hành trình làm việc, còn khí nén thực hiện hành trình ngược lại Thường trong trường hợp này người ta sử dụng khí nén

để dừng, hãm (xe tải, xe con, toa xe) để bảo đảm sự chắc chắn phanh hãm

Hì nh 1.10.Xi lanh tác dụng đơn dùng lò xo

Xi lanh tác dụng hai chiều , không có bộ phận giảm chấn:

Hành trình đi và về của piston đều có tác động bởi khí nén Sử dụng trong trường hợp đòi hỏi phải có chuyển động hai chiều có điều khiển Độ kín giữa xylanh và piston được bảo đảm nhờ có các đệm ở mép piston hoặc của màng

Hì nh 1.11 Xinh lanh tác dụng hai chiều không có bộ phận giảm chấn

Xi lanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạy:

Thực chất của việc giảm chấn cho piston ở cuối hành trình là sự bố trí đường thoát bằng van một chiều có tiết lưu Ở đây khối dẫn hướng đóng vai trò quan trọng

Để tránh va đập có thể dẫn tới hư hỏng, người ta lắp một bộ phận giảm chấn điều chỉnh được ở cuối hành trình của xylanh Cần có bộ phận này bởi vì piston phải được giảm chấn một cách đáng kể khi nó đến cuối hành trình Bộ phận giảm chấn

có một đường thoát khí nhỏ có thể điều chỉnh được, tạo ra hiệu ứng giảm chấn

Khí được tích chứa trong phần cuối buồng chứa của xylanh sau mỗi lần nén Lúc bấy giờ áp suất dư phát sinh sẽ thoát qua van tiết lưu và hiệu ứng giảm chấn bắt đầu xảy ra (do phải đi qua tiết diện hẹp) Sự nén này của khí qua đường tiết lưu bổ sung thêm cho việc hấp thụ một phần năng lượng, piston hãm chuyển động và đi tới chậm dần cho tới cuối hành trình ở hành trình ngược lại tiếp theo sau thì vì tiết lưu

là một chiều nên piston chuyển động không bị hãm

Ngoài ra còn có các kiểu giảm chấn khác:

+ Giảm chấn không điều chỉnh được, ở hai phía

+ Giảm chấn không điều chỉnh được, ở một phía

+ Giảm chấn điều chỉnh được, ở một phía của piston

Hì nh 1.12.Xi lanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoang chạy

Xi lanh tác dụng hai chiều, dùng công tắc từ :

Kiểu truyền động xoay (hình 2.28) điều khiển bằng van 4/2, 5/2, 5/3

Ta có thể phân loại đột dập như sau :

1.2.1 Phương pháp dập

- Dập thể tí ch: Là phương pháp làm biến dạng kim loại hạn chế trong lòng

khuôn, khuôn dập vừa là dụng cụ truyền lực vừa là dụng cụ tạo hình vật dập Có các phương pháp dập thể tích như sau: dập nóng, dập nguội, dập trong lòng khuôn kín, dập trong lòng khuôn hở…

- Dập tấm: Là phương pháp gia công áp lực để chế tạo sản phẩm từ vật liệu

tấm, thép bản hoặc dải cuộn Dập tấm thường được tiến hành ở trạng thái nguội nên còn được gọi là dập nguội bề dày tấm lớn hơn 10mm thì có thể dập nóng Dập tấm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế tạo ôtô, máy bay, tàu thủy, các thiết bị đồ gia dụng…

1.2.2 Đột

Là một nguyên công dùng để tạo lỗ vậy nên còn gọi là đột lỗ Đột lỗ có đột lỗ thông suốt và đột lỗ không thông

- Đột lỗ thông suốt: Nếu chi tiết bị đột là tấm mỏng và không cần lật phôi Để

kim loại thừa thoát ra dễ dàng người ta dùng vòng đệm hoặc đặt phôi lên khuôn có

lỗ rồi mới gia công Nếu vật bị đột dày, lỗ nho, sau khi đột sâu khoảng 70%-80% chiều sâu toàn bộ người ta lật vật đột để đột Nếu đường kính lỗ quá lớn thì ta dùng mũi đột rỗng, khi lỗ quá sâu thì dùng thêm những đệm rỗng

- Đột lỗ không thông: Là giai đoạn đầu của đột lỗ thông Kim loại chỉ biến

dạng giãn ra quanh mũi đột mà không bị đẩy ra ngoài để tạo lỗ

1.2.3 Ưu nhược điểm của công nghệ đột dập

ta có thể dùng luôn mà không cần gia công cắt gọt lại, có độ bền vững cao

- Tiết kiệm nhiều nguyên vật liệu, không đòi hỏi tay nghề công nhân cao năng suất cao thuận lợi cho quá trình tự động hóa, sản lượng lớn giá thành hạ

- Đột có thể cho phép tạo các lỗ có độ sâu không lớn một cách nhanh chóng,

mà không cần dùng đến các loại máy khoan

- Thường dùng gia công các lỗ cho nguyên công tán rive

Nhược điểm:

- Không gia công được các chi tiết phức tạp như đúc

- Không gia công đựơc các chi tiết có kích thước quá lớn

- Việc sử dụng các hợp kim trong phương pháp gia công này hạn chế hơn, không gia công được các kim loại giòn

1.3.1 Máy dập trục khuỷu

Máy dập trục khuỷu có lực ép từ 16 đến 10.000 tấn Máy này có loại hành trình đầu con trượt cố định gọi là máy có hành trình cứng ; có loại đầu con trượt có thể điều chỉnh được gọi là hành trình mềm Nhìn chung các máy lớn đều có hành trình mềm Trên máy dập cơ khí có thể làm được các công việc khác nhau : rèn trong khuôn hở, ép phôi , đột lỗ , cắt bavia …

Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình sau:

1-Động cơ điện ; 2-Bánh đai nhỏ ; 3-Bánh đai lớn ( Bánh đà ) ; 4-Trục dẫn ; Bánh răng nhỏ ; 6-Bánh răng lớn ; 7-Cơ cấu ly hợp ; 8-Trục khuỷu ; 9-Cơ cấu phanh hãm ; 10-Tay biên ; 11-Đầu trượt ; 12-Rãnh trượt ; 13-Đe dưới ; 14-Đế máy

Hì nh 1.18 Máy dập trục khuỷu

-Nguyên lý hoạt động:

Động cơ (1) truyền qua bộ truyền đai (2),(3) truyền chuyển động cho trục (4),

bánh răng (5) ăn khớp với bánh răng (6) lắp lồng không trên trục khuỷu (8) Khi

đóng ly hợp (7) trục khuỷu (8) quay , thông qua tay biên (10) làm cho đầu trượt (11)

chuyển động tịnh tiến lên xuống, thực hiện chu trình dập Đe dưới (13) lắp trên bệ

nghiêng có thể điều chỉnh được vị trí ăn khớp của khuôn trên và khuôn dưới

Đặc điểm của máy dập trục khuỷu : Chuyển động của đầu trượt êm hơn máy

búa , năng xuất cao, tổn hao năng lượng ít Nhưng có nhược điểm là điểu chỉnh

phạm vi hành trình bé, đòi hỏi tính toán phôi chính xác và phải làm sạch phôi kỹ

trước khi dập

1.3.2 Máy cắt đột lệch tâm

Máy ép lệch tâm được sử dụng nhiều trong dập nguội Máy ép lệnh tâm có lực

ép từ 50 đến 2500KN , bàn máy có thể cố định hoặc điều chỉnh được

ta lắp thêm bạc lệch tâm (8) vào trục ( 6) bằng rãnh then Khi lắp khuôn người ta điểu chỉnh chiều cao kín của máy bằng cách tăng dảm chiều dài thanh truyền hoặc điều chỉnh chiều cao bàn máy nếu bàn máy điều chỉnh được

1.3.2.2 Ưu – nhược điểm:

- Tính vạn năng của máy thấp

- Do kết cấu của máy không đối xứng nên trục lệch tâm gây ứng suất mỏi

- Khi làm việc gây chấn động mạnh

- Gây tiếng ồn

1.3.3 Cắt đột ma sát kiểu trục ví t

Nguyên tắc làm việc của máy đột

ma sát trục vít là áp dụng cơ cấu trục

vít tự hãm để dự trữ động năng quay

của bánh đà ở hành trình chạy không

và cung cấp động năng ấy cho hành

Động cơ (1) truyền chuyển động qua bộ truyền đai (2) làm quay trục (4) trên

đó có lắp các đĩa ma sát (3) và (5) Khi nhấn bàn đạp (16), cần điều khiển (15) đi lên đẩy trục (4) dịch sang bên phải và đĩa ma sát (3) tiếp tục với bánh ma sát (6) làm trục vít (7) quay theo chiều thuận đưa đầu búa đi xuống Khi đến vị trí cuối của hành trình độ vấu (10) tỳ vào cữ hành trình (12) làm cho cần điều khiển (15) đi xuống đẩy trục (4) qua trái và đĩa ma sát (5) tỳ vào bánh ma sát (6) làm cho trục vít quay theo chiều ngược lại đưa đầu trượt đi lên đến cữ hành trình (11), cần (15) lại được nhấc lên, trục (4)được đẩy sang phải lặp lại quá trình trên

1.3.3.2 Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm:

-Máy ép ma sát chuyển động đầu trượt êm, tốc độ ép không lớn lên kim loại biên dạng từ từ và triệt để hơn, hành trình làm việc điều chỉnh trong phạm vi khá rộng

-Máy tạo ra lực ép lớn và ổn định

-Đơn giản, dễ chế tạo, giá trành rẻ

-Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình công nghệ

Nhược điểm:

-Năng xuất không cao

-Lực ép tạo được không lớn

-Chưa có tính tự động hóa cao

về bể dầu

1.3.4.2 Ưu – nhược điểm máy đột thủy lực;

Ưu điểm :

- Lực ép được kiểm xoát chặt chẽ trong từng chu kỳ

- Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào khi xảy ra quá tải cho nên sẽ an toàn cho máy

- Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ

- Làm việc không có tiếng ồn

- Hệ thống điều khiển tự động hóa

- Năng xuất và hiệu quả cao

Nhược điểm:

- Giá thành cao khó chế tạo

- Máy có cấu tạo phức tạp

1.4 Hệ thống công nghệ của máy đột dập

4 Chi tiết gia công

Chi tiết gia công chính là phôi có dạng tấm, khối hình học … mà chúng ta cần gia công để đưa về hình dạng khác nhau với nhiều mục đích sử dụng

1.4.2 Hệ thống công nghệ của máy đột dập khí nén

Hệ thống công nghệ của máy đột dập khí nén gồm có ba phần chính đó là cơ cấu chấp hành,cơ cấu điều khiển và phần gá đỡ

- Cơ cấu chấp hành là xi lanh thủy lực –khí nén

Trong đó bao gồm xi lanh thực hiện chức năng dập, xi lanh cấp phôi, xi lanh kẹp phôi, xi lanh đẩy chi tiếp sau khi dập

- Cơ cấu điều khiển đó là các van 5/3 hoặc 5/2 tác động bằng tín hiệu điện

- Cơ cấu gá đỡ cơ cấu chấp hành và cơ cấu điều khiển

Kết luận chương 1

-Ở chương một đã trình bày khái quát về khí nén và hệ thống khí nén, trong đó bao gồm lịch sử phát triển ,các loại máy nén khí, các phần tử trong hệ thống khínén, chức năng nhiệm vụ của từng phần tử bao gồm cơ cấu điều khiển và cơ cấu chấp hành

-Đã tìm hiểu và trình bày tổng quan, cấu tạo về các loại máy đập dập thường được sử dụng trong công nghiệp, chức năng nhiệm vụ của các loại máy đột dập đó -Khái quát chung về hệ thống công nghệ của máy công cụ nói chung và hệ thống công nghệ của máy đột dập khí nén nói riêng

Đây là những kiến thức cơ bản để giúp cho việc tính toán, lựa chọn và xây dựng

mô hình máy đột dập sử dụng khí nén

Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán cơ cấu kẹp chặt

Một vật rắn tuyệt đối trong hệ tọa độ ba chiều có sáu chuyển động hoặc sáu bậc

tự do Đó là ba chuyển động tịnh tiến dọc trục OX, OY, OZ và ba chuyển động quay quanh các trục đó Bậc tự do theo phương nào đó của vật rắn tuyệt đối là khả năng di chuyển của vật rắn theo phương đó mà không bị bất kỳ một cản trở nào Ngược lại vật rắn không thể di chuyển theo phương nào đó, có nghĩa nó bị khống chế bậc tự do theo phương đó

Vật rắn tuyệt đối có hình dạng khối lập phương được đặt trong hệ tọa độ đềcác thì :

-Khi ta tịnh tiến khối lập phương tiếp xúc với mặt phẳng XOY thì khối lập phương bị khống chế các chuyển động sau: Tịnh tiến dọc trục OZ, quay xung quanh các trục OY,OX

-Khi tịnh tiến khối lập phương cho tiếp xúc với mặt phẳng YOZ, khối lập phương bị khống chế các chuyển động sau: tịnh tiến dọc trục OX, quay xung quanh trục OZ

-Khi tịnh tiến khối lập phương cho tiếp

xúc với mặt phẳng XOZ, khối lập phương bị

không chế chuyển động tịnh tiến dọc trục

OY

Như vậy khi khối lập phương tiếp xúc

với cả ba mặt phẳng của hệ tọa độ đề các thì

khối lập phương bị tước bỏ cả sáu chuyển

động, hay nói cách khác, nó bị khống chế cả

sáu bậc tự do : Hình 2.1.Sơ đồ xác định vị trí của vật rắn trong hệ tọa độ Đềcác

Tịnh tiến và quay quanh OX, OY, OZ

Khi một vật bị khống chế cả sáu bậc tự do, có nghĩ là nó có vị trí xác định trong không gian Đối với chi tiết gia công cũng vậy, muốn xác định được vị trí của

nó ta phải khống chế các bậc tự do theo phương cần thiết

Cần chú ý là mỗi mặt phẳng đều có khả năng khống chế ba bậc tự do Mặt phẳng YOZ và XOZ khống chế 2 và 1 bậc tự do, bởi vì các bậc còn lại đã bị khống chế trước đó ở mặt phẳng XOY

2.2.1 Khái niệm

Khi thiết kế đồ gá, sau khi đã lựa chọn được phương án định vị tương đối hợp

lý, tiếp theo ta chọn phương án kẹp chặt phôi trong đồ gá Việc chọn phương án kẹp chặt cũng phải tuân thủ theo những nguyên tắc nhất định, trong nhiều trường hợp giải quyết vấn đề kẹp chặt, còn khó khăn hơn vấn đề định vị vì kết cấu của đồ gá không cho phép

Kẹp chặt là tác động lên hệ thống đồ gá, cụ thể là vào chi tiết gia công một lực

để làm mất khả năng xê dịch hoặc rong động do lực do dập hoặc các lực khác trong quá trình dập sinh ra

Để thực hiện việc đó phải có cơ cấu kẹp chặt, cơ cấu kẹp chặt trong đồ gá là một hệ thống đi từ nguồn sinh lực đến vấu của đồ kẹp tì lên chi tiết: Nguồn sinh lực (cơ cấu sinh lực), cơ cấu truyền lực (cơ cấu phóng đại lực kẹp)…

Yêu cầu đối với cơ cấu kẹp chặt Khi thiết kế các cơ cấu kẹp chặt cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

-Khi kẹp không được phá hỏng vị trí của chi tiết đã được định vị chính xác -Trị số lực kẹp vừa đủ để chi tiết không bị xê dịch và rung động dưới tác dụng của lực cắt và các ảnh hưởng khác trong quá trình gia công, nhưng lực kẹp không lên quá lớn khiến cơ cấu kẹp to, thô và làm vật gia công biến dạng

-Không làm hỏng bề mặt do lực kẹp tác dụng vào nó

-Cơ cấu kẹp chặt có thể điều chỉnh được lực kẹp

-Thao tác nhanh, thuận tiện, an toàn, kết cấu gọn, nhưng có đủ độ bền, không

bị biến dạng khi chịu lực

-Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và xửa chữa

2.2.2 Phương, chiều, điểm đặt và trị số lực kẹp

2.2.2.1 Phương và chiều lực kẹp

Phương và chiều của lực kẹp có liên quan mật thiết với chuẩn định vị chính, chiều của trọng lượng bản than chi tiết gia công, chiều của lực cắt Nói chung phương của lực kẹp lên thẳng góc với mặt định vị chính, vì như thế sẽ có vị trí tiếp xúc lớn nhất, giảm được áp xuất do lực kẹp gây ra và do đó ít biến dạng nhất Chiều của lực kẹp lên hướng từ ngoài vào mặt định vị, không lên ngược chiều với chiều của lực dập và chiều trọng lượng bản than chi tiết gia công, vì như thế lực kẹp phải rất lớn, cơ cấu kẹp cồng kềnh, to và thao tác tốn sức Lực kẹp lên cùng chiều với chiều của lực dập và trọng lượng bản than vật gia công, nhưng đôi khi vì kết cấu không cho phép thì có thể chọn chúng thẳng góc với nhau

Hì nh 2.2.Quan hệ giữa phương và chiều của lực kẹp với Phương và chiều của lực dập và trọng lượng chi tiết

P-Lực dập ; G- trọng lượng chi tiết ; W-Lực kẹp

Từ hình trên ta thấy ở hình 2.2a phương và chiều lực kẹp chặt là tốt nhất

2.2.2.2 Điểm đặt của lực kẹp

Khi xác định điểm đặt lực kẹp cần phải tránh chi tiết nhận thêm ngoại lực và

mô men quay Điểm đặt lực tốt nhất phải tác dụng lên vị chí của chi tiết có độ cứng vững lớn nhất và nên ở ngay trên điểm đỡ hoặc trong phạm vi diệm tích đỡ

a-vị trí điểm đặt lực kẹp không đúng, b-vị trí điểm đặt lực kẹp đúng

-Xác định trị số của lực cắt và momen của lực cắt tác dụng lên chi tiết gia công, khi cần phải xác định lực quán tính và lực li tâm phát sinh trong quá trình gia công

-Giải bài toán tĩnh học về cân bằng vật rắn dưới tác dụng của tất cả các lực lên chi tiết, tính lực kẹp tính toán 𝑊𝑡𝑡

-Xác định lực kẹp thực tế bằng cách nhân thêm với hệ số an toàn – K:

𝑊 = 𝐾𝑊𝑡𝑡 (2.1) Trong đó : W-Lực kẹp chi tiết ; 𝑊𝑡𝑡- lực kẹp tính toán theo điều kiện cân bằng

; K-hệ số an toàn, K = 𝑘0𝑘1𝑘2𝑘3𝑘4

𝑘0-hệ số an toàn chung cho mọi trường hợp 𝑘0= 1,5÷2

𝑘1-hệ số kể đến lượng dư không đều, khi gia công thô 𝑘1=1,2 ; khi gia công tinh 𝑘1= 1,0

𝑘2-hệ số xét đến nguồn sinh lực không ổn định, khi kẹp bằng tay 𝑘2=1,3

; khi kẹp chặt bằng khí nén 𝑘2= 1,0

𝑘3-hệ số kể đến vị trí tay quay của cơ cấu kẹp thuận tiện hay không thuận tiện, khi kẹp chặt bằng tay : góc quay < 900, 𝑘3= 1,0 ; goc quay > 900,

𝑘3=1,5

𝑘4-hệ số tính đến momen làm lật phôi quay quanh điểm tựa, khi định vị trên các chốt tì : 𝑘4=1,0 ; khi định vị trên phiến tì : 𝑘4=1,5

Phải căn cứ vào điều kiện cụ thể để xác định từng hệ số riêng biệt

Một số ví dụ tính toán lực kẹp cụ thể:

Tính lực kẹp theo sơ đồ hình 2.4

Theo sơ đồ hình 2.4a: Khi lực dập P cùng chiều với lực kẹp W và vuông góc với mặt chuẩn chính Nếu hệ không có khả năng gây ra trượt thì W=0 , khi đó không cần đến lực kẹp chặt Ví dụ, khi chuốt ép lỗ ( chuốt đứng, thực sự không cần đến lực kẹp)

Khi có khả năng gây ra lực trượt N thì:

𝑊 = 𝐾𝑁

𝑓1+𝑓2− 𝑃 (2.2) Trong đó : K-hệ số an toàn chung ; 𝑓1-hệ số ma sát giữa mặt chuẩn định vị của chi tiết và chi tiết định vị ( mặt thô 𝑓1=0,2÷0,3 ; mặt tinh 𝑓1=0,1÷0,15) ; 𝑓2-hệ số ma sát giữa mỏ kẹp và chi tiết; N-lực trượt

vị (mặt thô 𝑓1=0,2÷0,3 ; mặt tinh 𝑓1=0,1÷0,15) ; 𝑓2-hệ số ma sát giữa mỏ kẹp và chi tiết; N-lực trượt

-Theo sơ đồ 2.4c:

Khi lực kẹp ngược chiều với lực dập và trọng lượng:

W = K(P+G) (2.4) Trong đó : G-trọng lượng bản thân chi tiết

Tí nh lực kẹp chi tiết khi gia công trên máy tiện:

Chi tiết gá trên mâm cặp Dưới tác dụng của momen 𝑀𝑐 và lực 𝑃𝑥 , chi tiết có thể quay quanh tâm của nó và trượt trên các chấu kẹp

Điều kiện cân bằng:

-Phương trình cân bằng momen:

Hình 2.5.Sơ đồ tính lực kẹp khi tiện

Lực kẹp trên mỗi chấu

W= 𝑊Ʃ

𝑧 (2.5) Phương trình cân bằng chống trượt dọc:

𝑊Ʃ 𝑓 ≥ 𝐾 𝑃𝑥

 𝑊Ʃ ≥ 𝐾.𝑃𝑥

𝑓 Lực kẹp trên mỗi chấu

W= 𝐾.𝑃𝑥𝑓.𝑧 (2.6) Trong đó: 𝑊Ʃ-Tổng lực kẹp của các chấu kẹp (N); W-Lực kẹp của một chấu; z-

số chấu kẹp; 𝑀𝑐-momen cắt ; 𝑀𝑐 = 𝑃𝑐𝑅𝑐 (Nm) ; 𝑅𝑐-bán kính gia công ; R-bán kính mặt chuẩn (mm) ; 𝑃𝑧- thành phần lực cắt tiếp tuyến (N); 𝑃𝑥-thành phần lực theo phương x (N) ; f-hệ số ma sát (f=0,5÷0,7) Tùy theo trường hợp cụ thể lực kẹp chọn

𝑊𝑚𝑎𝑥 chọ trong (1) hoặc (2)

Tí nh lực kẹp khi khoan

-Trong trường hợp lực kẹp lằm theo phương thẳng đứng và cùng chiều với lực

𝑃0, thì thực tế lực kẹp 𝑃0 không cần lớn lắm Tuy nhiên để gia công được, lực kẹp phải thắng đc momen cắt 𝑀𝑐

Điều kiện cân bằng:

W L f ≥ K 𝑀𝑐

 W ≥ 𝐾 𝑀𝑐

𝑓 𝐿 Nếu để trọng lượng chi tiết thì lực kẹp tổng cộng 𝑊Ʃ :

𝑊Ʃ= W + 𝑃0 + G (2.7) Khi 𝑃0 + G > 𝐾 𝑀𝑐

𝑓 𝑅𝑡𝑑 , thì có thể lấy : W=0

Hì nh 2.6.Sơ đồ tí nh lực kẹp khi khoan

-Khi khoan lỗ có đường tâm song song với đường tâm chi tiết trụ, chi tiết gá đặt trên khối V, lực kẹp vuông góc với tâm chi tiết

Lực kẹp phải đảm bảo sao cho chi tiết không bị xoay do tác động của momen

𝑀𝑐, đồng thời không bị xê dịch dọc theo trục do tác dụng của lực dọc 𝑃0

Phương trình cân bằng để đảm bảo không trượt là:

2 𝑓2 𝑊𝑠𝑖𝑛𝛼2+ 𝑊 𝑓1 ≥ 𝐾 𝑃0 Suy ra:

Trong đó: 𝑓1 – hệ số ma sát giữa chi tiết và mỏ kẹp (𝑓1 =0,1÷0,15); 𝑓2 – hệ số

ma sát giữa chi tiết và khối V, (𝑓2 =0,2÷0,3 đối với mặt thô, 𝑓2 = 0,1÷0,15 đối với mặt tinh); R-bán kính của chi tiết (mm); d-đường kính của mũi khoan (mm); H-kích thước từ tâm chi tiết đến vị trí lỗ gia công; α-góc khối V

Tí nh lực kẹp khi phay

Có nhiều phương pháp phay, ở mỗi phương pháp lực cắt có giá trị và hướng khác nhau làm cho lực kẹp khác nhau Tùy theo sơ đồ cụ thể mà phân tích, xem xét

để tính lực kẹp đảm bảo kẹp chặt vững vàng

Hình 2.7.Sơ đồ tính lực kẹp khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu

-Khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu và chuẩn là mặt đáy Theo hình

vẽ, ta thấy lực 𝑃𝑦 có tác dụng hỗ chợ cho lực kẹp W (vì cùng chiều với lực kẹp); 𝑃𝑥

có tác dụng làm cho chi tiết quay xung quanh cạnh 2-4, cạnh 1-3 bị hất lên; 𝑃𝑧 làm cho chi tiết quay xung quanh cạnh 3-4, cạnh 1-2 bị hất lên Vì vậy lực kẹp W ở góc

1 phải có khả năng chống lại được tất cả các momen do các lực cắt gây ra

vị trí 1, còn dao khi sắp thoát khỏi vùng cắt thì chỉ có lực kẹp ở vị trí 2

Tùy theo vị trí của dao mà trạng thái nguy hiểm có thể xe dịch phôi khác nhau,

để đảm bảo an toàn cần thiết phải tính lực kẹp ở vị trí nguy hiểm nhất

Khi dao ở vị trí bên phải hệ thống an toàn hơn khi ở bên trái Trong 4 mỏ kẹp thì số 1 là mỏ kẹp phải chịu lực lớn nhất và tính lực kẹp tại vị trí đó Công thức (2.12) chính là công thức tính lực kẹp ở góc 1

Phay mặt phẳng chi tiết bằng dao chạy mặt đầu

Gá chi tiết trên 6 điểm tựa hạn chế 6 bậc tự do Lực kẹp vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng đi qua hai điểm tựa bên hông của chi tiết

Lúc này lực ma sát phải thắng được thành phần lực 𝑃𝐻 nhằm không cho chi tiết

xê dịch dọc

Khi kẹp bằng hai mỏ kẹp, lực kẹp do hai mỏ kẹp sinh ra là : 𝑊1 = 𝑊2 = 𝑊

Lực ma sát giữa hai mỏ kẹp và chi tiết là: 𝐹1 và 𝐹2

Lực ma sát giữa mặt định vị của chi tiết và mặt định vị của đồ gá 𝐹3 và 𝐹4 Giả thiết hệ số ma sát 𝑓1=𝑓2=𝑓3=𝑓4=𝑓, thì 𝐹𝑚𝑠1=𝐹𝑚𝑠2=𝐹𝑚𝑠3=𝐹𝑚𝑠4=W.f

Phương trình cân bằng chống trượt là:

4.W.f ≥ K 𝑃𝐻 Vậy:

W =𝐾.𝑃𝐻

Thành phần của lực 𝑃𝑟 có tác dụng đẩy chi tiết vào hai điểm tựa bên hông không gây xê dịch hoặc lật chi tiết nếu lực kẹp hướng đúng vào các điểm tựa hoặc thấp hơn

Hình 2.8.Sơ đồ tính lực kẹp khi phay chi tiết gá đặt trên 6 điểm tựa

Phay mặt phẳng bằng dao phay trụ

Hì nh 2.9.Phay mặt phẳng bằng dao trụ

Trường hợp xấu nhất khi bắt đầu gia công và cắt toàn bộ chiều sâu cắt Chi tiết

bị quay quanh điểm O do tác dụng của momen R.L còn hai momen ma sát FB.fB.L1

và FA.fA.L2 chống lại sự quay của chi tiết ở hai chốt tì A và B (do kẹp liên động, nên bỏ qua momen ma sát ở giữa mỏ kẹp và bề mặt chi tiết)

Điều kiện cân bằng:

FB.fB.L1 + FA.fA.L2 ≥ K.R.L (giả thiết hệ số ma sát fA=fB=f và lực ma sát FB=FA=f.𝑊

2) Vậy:

f.𝑊

2.( L1+.L2) ≥ K.R.L Suy ra:

W ≥ 2.K.R.Lf.(L 1 +.L 2)

Trong đó : R- hợp lực của lực cắt, R=√Pr2+ Pv2

f-hệ số ma sát giữa chi tiết và chốt tì định vị

L-khoảng cách từ lực R đến điểm quay O của chi tiết

K-hệ số an toàn chung

2.2.2.4 Các loại cơ cấu kẹp chặt phôi

Sau khi đã tính được lực kẹp chặt cần thiết, ta phải tính các thông số của cơ cấu kẹp phôi để sinh ra lực kẹp cần thiết đó

Có nhiều cách phân loại các cơ cấu kẹp chặt Sau đây là một số cách phân loại được sử dụng rộng rãi:

-Phân theo kết cấu: cơ cấu đơn giản và cơ cấu tổ hợp: Đơn giản khi do một

chi tiết thực hiện việc kẹp chặt; tổ hợp khi do hay nhiều chi tiết như: vít, bánh lệch tâm, chêm, đòn… phối hợp thực hiện việc kẹp Ví dụ: ren ốc – đòn bẩy, đòn bẩy - bánh lệch tâm, chêm – ren ốc… Những cơ cấu tổ hợp thường dùng dể phóng đại lực kẹp, để đổi chiều lực kẹp hoặc (bắt đầu) đi tới điểm đặt

-Phân theo nguồn sinh lực: Kẹp bằng tay, kẹp cơ khí hóa và kẹp tự động hóa

Cơ khí hóa: khí nén, dầu ép, kẹp bằng chân không, bằng điện từ, hoặc những thứ đó kết hợp với nhau Tự động hóa: không cần người thao tác mà nhờ những cấu chuyển động của máy thao tác tự động

-Phân theo phương pháp kẹp có: kẹp một chi tiết hoặc kẹp nhiều chi tiết; kẹp

một lần hoặc nhiều lần tách rời

Các tính chất cơ bản của cơ cấu kẹp chặt đơn giản và tổ hợp Các tính chất cơ bản là: tỉ số truyền lực, tỉ số dịch chuyển, hiệu suất

-Đối với cơ cấu kẹp chặt đơn giản: Tỷ số truyền của lực và tỉ số truyền của

dịch chuyển có thể được xác định như sau:

Tỉ số truyền lực:

i=W

Q => W=i.Q (2.14) Trong đó: W-là lực sinh ra trên khâu bị dẫn (lực kẹp)

Q-là lực phát động sinh ra trên khâu dẫn

Trường hợp lý tưởng nếu coi cơ cấu làm việc không có ma sát:

ilt =Wlt

Q => Wlt = Q ilt (2.15) -Tỉ số truyền của dịch chuyển:

id =Sw

SQ => Sw = SQ id (2.16) Trong đó: Sw- dịch chuyển của khâu bị dẫn; SQ- dịch chuyển của khâu dẫn;

iltvà i –luôn luôn lớn hơn 1(có lợi về lực); id- luôn luôn bé hơn 1(thiệt về quãng đường đi)

Trong trường hợp lí tưởng, khi coi cơ cấu không có lực ma sát: Lực được tăng bao nhiêu lần, thì quãng đường đi cũng giảm bấy nhiêu lần (định luật bảo toàn cơ học), do đó ta có:

i = i1 i2… ik (2.20)

id = id1 id2… idk (2.21)

η = η1 η2… ηk (2.22)

Trong đó: i1, id1, η1- là các tính chất của cơ cấu đơn giản thứ nhất

i2, id2, η2- là các tính chất của cơ cấu đơn giản thứ hai

k- là số cơ cấu đơn giản

Lực kẹp W sinh ra nhờ cơ cấu tổ hợp, được xác định theo công thức:

W=Q i1 i2… ik (2.23)

Ở đây Q là lực phát động trên tay gạt hay cần của cơ cấu dẫn động Ví dụ có

cơ cấu tổ hợp bao gồm cơ cấu: ren-vít, cơ cấu chem Và cơ cấu đòn nối tiếp nhau phối hợp làm việc

Hình 2.10.Sơ đồ tác dụng của cơ cấu kẹp tổ hợp

Lực phát động Q trên tay gạt qua cơ cấu thứ nhất được tăng 75 lần (i1= 75), sau đó tiếp tục qua cơ cấu thứ 2 được tăng 3 lần (i2=3) và qua cơ cấu thứ 3 được tăng 2 lần (i3 = 2), ta có:

(2.24)

Dịch chuyển của khâu bị dẫn cuối cùng (mỏ kẹp) trong cơ cấu tổ hợp được xác định theo công thức:

(2.25) Nếu biết các tính chất của ilt1 ilt2… iltk, thì dịch chuyển có thể tính theo công thức:

(2.26) Thường số lượng của các khâu đơn giản trong cơ cấu tổ hợp bị hạn chế, chủ yếu người ta dùng chêm hay đòn Để cơ cấu tổ hợp đảm bảo tính tự hãm khi làm việc trong đó phải có một khâu tự hãm

Chêm là chi tiết kẹp có hai bề mặt làm việc không song song với nhau Khi đóng chêm vào thì trên bề mặt của chêm tạo ra lực kẹp Trong quá trình làm việc, nhờ lực ma sát giữa hai bề mặt làm việc mà chêm không tụt ra được và được gọi là

tự hãm Tính chất tự hãm của chêm có một ý nghĩa rất quan trọng trong kẹp chặt

Đa số các cơ cấu kẹp chặt đều dựa trên nguyên lý chêm

Cơ cấu kẹp bằng chêm, tác dụng trực tiếp bằng lực do tay công nhân ít dùng trong thực tế vì kết cấu cồng kềnh, thao tác khó, lực kẹp có hạn Người ta kết hợp với các cơ cấu khác hoặc dùng làm nguồn sinh lực khí nén hoặc thủy lực để tác dụng vào nó lại được dùng nhiều

Người ta sử dụng chêm theo các phương án sau:

-Chêm phẳng chỉ có một mặt nghiêng

Hì nh 2.11.Chêm phẳng chỉ có một mặt nghiêng

-Chêm có hai mặt nghiêng (a), hay có dạng côn (b)

Hì nh 2.12.Chêm có hai mặt nghiêng

-Chêm dưới dạng là bánh lệch tâm hay cam phẳng

Trong các kết cấu này cơ sở của nó là bề mặt nghiêng của chêm được tạo trên chu vi của một đĩa phẳng, mặt nghiêng của chêm là một đường cong

Hì nh 2.13.Chêm dưới dạng là bánh lệch tâm

-Chêm dưới dạng cam mặt đầu

Ở đây mặt nghiêng của chêm được tạo trên diện tích xung quanh của một hình trụ Mặt nghiêng của chêm ở đây như mặt làm việc của một cam mặt đầu

Cơ cấu chêm còn được dùng rộng rãi trong các cơ cấu tự định tâm (các kiểu mâm cặp, đồ gá tự định tâm)

Hì nh 2.14.Chêm dưới dạng cam mặt đầu

2.3.1 Tí nh lực kẹp của cơ cấu chêm

Xuất phát từ điều kiện cân bằng của chêm để tính lực kẹp tương ứng

Hình 2.15.Sơ đồ tính lực kẹp a)Cơ cấu kẹp chêm lý tưởng; b)Cơ cấu kẹp chêm thực tế

-Cơ cấu kẹp chêm lí tưởng:

(2.27)

Từ đó ta có:

(2.28)

Do đó, trong trường hợp lí tưởng khi α=0 thì lực kẹp W tiến tới vô cùng

Gọi : iw – Tỉ số truyền lực Q của khâu ban đầu

id – Tỉ số dịch chuyển của khâu bị dẫn

Từ hình (a), ta có:

(2.29) Hiệu suất của cơ cấu được xác định theo công thức:

(2.30) -Cơ cấu kẹp chêm thực tế

Ta dùng một ngoại lực Q để đóng chêm vào, trên mặt phẳng nghiêng sinh ra lực ma sát F, trên mặt phẳng lằm ngang sinh ra lực ma sát F1; góc ma sát là φ và φ1

, góc chêm là α , từ đó sinh ra phản lực pháp tuyến với mặt phẳng nghiêng là N và với mặt phẳng nằm ngang là W1 Tổng hợp lực N và F ta được lực R, phân lực R thành W và P

Cân bằng các lực tác dụng lên chêm, ta có:

(2.31)

Từ đó ta có lực kẹp W bằng :

(2.32) Trường hợp chỉ có mặt nghiêng có ma sát thì tg𝜑1=0 , lúc đó:

(2.33)

2.3.2 Tính toán điều kiện tự hãm của chêm

Sau khi đóng chêm vào, trong quá trình làm việc do lực cắt, rung động… chêm

có xu hướng bị đẩy ra, nhưng vì nó có tính tự hãm nên không tụt ra mà vẫn đứng nguyên ở vị trí kẹp chặt với lực kẹp đã tạo ra ban đầu, lúc này lực kẹp lớn hơn lực kẹp lúc đóng vào ban đầu một ít Lúc đó lực Q mất đi, do mất Q nên chêm có xu hướng đi ra, nên lực ma sát có hướng ngược lại Phản lực pháp tuyến N phân thành hai phân lực W và P Lực ma sát F ở mặt nghiêng phân thành hai phân lực F’ và F.sinα

Vậy muốn tự hãm được cần có điều kiện sau:

(a) Trong đó:

(b)

Hì nh 2.16.Sơ đồ tính điều kiện tự hãm

Trong đó: α – góc nhọn của chêm; φ – góc ma sát giữa mặt phẳng nghiêng của chêm và chi tiết trên; φ1- góc ma sát giữa mặt ngang của chêm và chi tiết dưới Thường φ=φ1, nên điều kiện tự hãm là α ≤ 2φ

Khi f=tgφ=0,1, thì φ=5043′

F=tgφ=0,15, thì φ=8030′

Như vậy điều kiện tự hãm sẽ là:

+Đối với chêm có ma sát trên cả hai bề mặt:

+Đối với chêm chỉ có mat sát trên bề mặt nghiêng: