Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát và tự động hoá các máy đột dập

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 7 khóa VII đã cụ thể hoá khái niệm CNH, HĐH: “Là quá trình chuyển đổi căn bản, toàn diện các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và quản lý kinh tế, xã

Nghiªn cøu thiÕt lËp hÖ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

Ngô Kiên Cường

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Minh Hệ

Hà nội 2006

1.2 Khảo sát và phân tích một số dạng máy dập điển hình 4

1.3.Phôi và quá trình tự động hóa cấp phôi 17

1.3.2 Các nguyên tắc chung của tự động hóa 18 1.4 Khảo sát tình hình sử dụng máy dập tại một số cơ sở sản xuất 22

2.1.4.1 Phân loại 35

2.1.5.1 Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC 38 2.1.5.2 Các phần tử chuyển đổi tín hiệu điện – khí, khí – điện 45 2.1.5.3 Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén 50

3.1.3 Nguyên lý hoạt động – Bảng sơ đồ trạng thái 76

t¹i C«ng ty Cæ phÇn Khãa ViÖt TiÖp

Phần mở đầu

Bao bì kim loại đóng vai trò quan trọng trong chế biến và bảo quản thực phẩm Sau 20 năm đổi mới, mặc dù đã có được những thành tựu khởi sắc ban đầu, ngành gia công áp lực Việt nam nói chung, các doanh nghiệp sản xuất bao bì kim loại nói riêng còn có những yếu kém và khó khăn lớn

Số vốn đầu tư của các doanh nghiệp này chủ yếu từ thời kỳ bao cấp Tình trạng đầu tư lại quá phân tán và dàn trải, với 95% thiết bị đơn lẻ và không đồng bộ, hầu hết có tuổi thọ 30 – 40 năm, lạc hậu so với công nghiệp hiện nay Các doanh nghiệp mới hình thành do vốn đầu tư khó khăn, chủ yếu chỉ đầu tư nhỏ lẻ, hàm lượng công nghệ không cao, giá trị gia tăng thấp Với các trang thiết bị như trên, qui trình sản xuất thường là gián đoạn, thủ công, năng suất thấp, chất lượng sản phẩm không ổn định, nguy hiểm cho người vận hành

Trên thế giới và một số công ty 100% vốn nước ngoài có trang bị một số máy hiện đại, khả năng tự động hóa cao Tuy nhiên các thiết bị này có giá thành rất cao, đòi hỏi sản phẩm có số lượng lớn, dây chuyền tự động khép kín chỉ có thể sản xuất một hoặc một số loại sản phẩm

Trước tình hình thực tế trên, nhu cầu về cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất là đòi hỏi cấp bách Ngay từ năm 1994, Đảng và Nhà nước ta đã xác

định Cơ khí hóa và Tự động hóa là khâu then chốt của quá trình Công nghiệp hóa (CNH) và Hiện đại hóa (HĐH) Nghị quyết Hội nghị Trung ương 7 khóa VII đã cụ thể hoá khái niệm CNH, HĐH: “Là quá trình chuyển đổi căn bản, toàn diện các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và quản lý kinh tế, xã hội từ sử dụng lao

động thủ công là chính sang sử dụng một cách phổ biến sức lao động cùng với công nghệ, phương tiện và phương pháp tiên tiến, hiện đại dựa trên sự phát triển của công nghiệp và tiến bộ khoa học công nghệ, tạo ra năng suất lao động xã hội cao”

Trên tinh thần đó, thành phố Hà Nội đã xây dựng chương trình “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến vào thực tiễn sản xuất nhằm tạo ra các sản phẩm chủ

Sở Công nghiệp triển khai tới các cơ sở nghiên cứu, các trường Đại học và các nhà máy sản xuất bằng các đề tài cụ thể

Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát và điều khiển tự động máy dập” – Mã số: 01C - 01/06 – 2006 – 2 do Tiến sĩ Nguyễn Minh Hệ làm chủ nhiệm là một trong những đề tài năm 2006-2007 thuộc chương trình nêu trên

Nội dung của luận văn này thuộc một phần của đề tài trên

Đối tượng của đề tài là nghiên cứu ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào tự động hóa cấp phôi cho các máy dập, đặc biệt là đối với các ép và máy đột dập các chi tiết nhỏ, hình dáng đa dạng phi tiêu chuẩn, tại Công ty Xích líp Đông Anh và Công ty Khóa Việt Tiệp, nhằm làm tăng năng suất lao động, kiểm soát được số lượng và chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả quản lý doanh nghiệp, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động đối với người vận hành Trên cơ sở đó có thể ứng dụng cho việc cấp liệu, cấp phôi trong quá trình sản xuất bao bì, chế biến thực phẩm, (sản xuất lương khô, đường viên, bao bì kim loại ) và các lĩnh vực khác khi có yêu cầu

Chương I: Tổng quan

1.1 Lịch sử phát triển của tự động hóa (TĐH)

Ngày nay TĐH được coi là một trong những phương hướng quan trọng nhất của tiến bộ kỹ thuật

ý nghĩa của TĐH được thể hiện trên cả 3 mặt: về kỹ thuật nó giải quyết mâu thuẫn giữa khả năng hạn chế của con người với tốc độ máy và qua đó tăng khả năng làm việc của máy; về kinh tế nó cho phép nâng cao năng suất lao động, kiểm

soát được số lượng, chất lượng, hạ giá thành sản phẩm và kết quả là làm cho sản xuất phát triển; về xã hội nó làm thay đổi đặc tính lao động, gắn lao động chân tay

và lao động trí óc, giảm thiểu được nguy cơ về tai nạn lao động

Quá trình phát triển kỹ thuật của ngành chế tạo máy được chia làm ba thời kỳ: Thời kỳ đầu sáng chế ra các máy công tác đơn sơ, các chức năng khác nhau, chạy bằng sức người, đạp chân, quay tay, kéo tay Thời kỳ sau phát minh và chế tạo

ra các máy động lực: máy hơi nước, máy nổ, máy điện…dùng để truyền động cho máy công tác Và sau đó là thời kỳ tự động hóa quá trình sản xuất, chế tạo ra các cơ cấu tự động, máy tự động để giảm bớt sức lao động con người, nâng cao năng suất lao động

Quá trình tự động hóa cũng được chia làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Tự động hóa các nguyên công cần thiết để đảm bảo yêu cầu làm việc

của máy Trong giai đoạn này con người có nhiệm vụ theo dõi và kiểm tra sự làm việc của máy Quá trình tự động trong giai đoạn này không có khả năng ghi chép, phát hiện sai lệch và sửa chữa sai lệch

Giai đoạn 2: Tự động hóa có thể sử dụng các hệ thống phản hồi vào hệ thống điều

khiển để tự động điều chỉnh các sai lệch nhằm duy trì các chế độ làm việc bình thường của máy Nhờ có hệ thống phản hồi con người chỉ có nhiệm vụ lập chương trình ban đầu và gá lắp ban đầu

xác định điều kiện làm việc tối ưu của máy khi có nhiều tín hiệu từ nhiều bộ phận

điều khiển phản hồi về

Nghiên cứu lịch sử phát triển của ngành chế tạo máy chúng ta cần phân biệt

sự khác nhau giữa tự động hóa và cơ khí hóa Theo đó cơ khí hóa là các biện pháp

nhằm chuyển một phần hoặc toàn bộ các thao tác bằng tay sang thực hiện bằng các

bộ phận cơ khí do người công nhân điều khiển, đặc điểm lao động của người công nhân là phải thao tác nhịp nhàng với nhịp điệu của máy; tự động hóa là quá trình trong đó các thao tác sản xuất được thực hiện bởi các cơ cấu máy, sức lao động của con người được giải phóng khỏi việc thực hiện trực tiếp các chức năng thao tác,

điều khiển trong quá trình sản xuất

TĐH có thể điều hành từng bộ phận hoặc TĐH toàn bộ quá trình sản xuất Trong TĐH từng bộ phận, người công nhân chỉ phải thực hiện một số thao tác đơn giản, không tốn sức và không nguy hiểm Trong TĐH toàn bộ, các khâu TĐH bộ phận như tạo hình các nguyên công, kiểm tra, điều chỉnh… cần liên hệ với nhau và tạo thành một hệ thống điều khiển thống nhất, đảm bảo sự làm việc liên tục của hệ thống tự động

1.2 Khảo sát và phân tích một số dạng phôi và máy dập điển hình

1.2.1 Máy dập

Trong các nhà máy gia công cơ khí, nguyên công gia công áp lực (rèn, dập) chiếm khoảng 60 – 70% các sản phẩm cơ khí Các máy móc, thiết bị phần lớn từ thời bao cấp có xuất xứ từ các nước XHCN như: Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Ba Lan và một số từ các nước khác như: Nhật Bản, Hàn quốc, Đài Loan (hầu hết đã qua sử dụng) Những năm gần đây do sự phát triển của nền kinh tế thị trường, nhiều công ty nước ngoài đầu tư vào Việt Nam nên xuất hiện nhiều máy móc, thiết bị hiện đại của các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Đài Loan và các nước thuộc khối EU Các thiết bị này được ứng dụng công nghệ hiện đại, trình độ tự

động hoá cao, nhập theo dây chuyền chuyên sản xuất một hoặc một nhóm sản phẩm

Nhược điểm của các thiết

bị loại này là giá thành cao

và khó thay đổi các dạng

sản phẩm Một số hình ảnh

về dây chuyền và các dạng

máy dập hiện đại của Thế

giới (xem phụ lục 1)

Hình 1.1 ảnh một máy dập hiện đại

Với số vốn trung bình khoảng 20 tỉ đồng/doanh nghiệp các công ty trong nước khó có thể nhập các dây chuyền thiết bị tự động hoàn toàn kể trên

Theo các giáo trình của bộ môn Gia công áp lực – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các thiết bị dập tạo hình có thể được chia làm hai loại cơ bản sau: máy ép cơ khí (máy ép trục khuỷu) và máy ép thủy lực

1.2.1.1 Máy ép trục khuỷu

Máy ép trục khuỷu (METK) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất bao bì kim loại… Một trong các chi tiết quan trọng và phổ biến của máy là trục khuỷu Vì vậy tên gọi chính của máy là “máy ép trục khuỷu”

Thông số quan trọng nhất của máy ép là lực ép (hoặc đôi khi là cỡ chi tiết gia công được trên máy) Lực ép thể hiện phần nào kích thước và công suất của máy Máy ép trục khuỷu có thể có lực ép danh nghĩa từ rất nhỏ, dưới 25 kN, đến rất lớn, 100.000 kN, chủ yếu dùng để dập tấm, dập thể tích nóng, nguội, cắt phôi tấm, phôi thanh và nhiều nguyên công khác nữa

- Sử dụng máy và kết cấu của máy đơn giản

- Có thể chế tạo được chi tiết có hình dạng phức tạp

- Chế tạo được chi tiết có chất lượng bề mặt cao không cần qua gia công cắt gọt

- Năng suất của máy cao

Tuy vậy máy ép trục khuỷu cũng có những nhược điểm sau:

- ít vạn năng trong các nguyên công dập thể tích, không thực hiện được nguyên công vuốt và ép tụ như trên máy búa

- Lực ép danh nghĩa của máy không thể tăng quá lớn như ở máy ép thủy lực vì kích thước của máy sẽ rất lớn

- Đầu trượt có thể bị kẹt ở điểm chết dưới

Cũng như các loại máy khác, trong máy ép trục khuỷu có cơ cấu chấp hành để chuyển dịch khuôn dập Trong cơ cấu chấp hành, thường đầu trượt là khâu cuối và khâu đầu có thể là trục khuỷu hoặc là cam

Đầu trượt được chuyển động tịnh tiến qua lại khi cơ cấu khuỷu, tay đòn làm việc Do mối liên hệ động học là mối liên hệ “cứng” (nếu không tính đến biến dạng

đàn hồi của các khâu và sự trượt của động cơ điện) nên có thể coi tốc độ của đầu trượt luôn luôn tuân theo một qui luật xác định không phụ thuộc vào nguyên công Hình 1.2 là dạng đồ thị tốc độ của đầu trượt một loại cơ cấu chấp hành điển hình Trong một chu kỳ chuyển động, tốc độ đạt giá trị số không hai lần Vì vậy chuyển

động sẽ chịu ảnh hưởng của lực quán tính thay đổi về trị số và chiều

Để đảm bảo chuyển động của đầu trượt phù hợp với yêu cầu công nghệ, người ta có thể sử dụng các loại cơ cấu chấp hành khác nhau hoặc thay đổi kích thước của các khâu, hoặc thay một trong các khâu của cơ cấu chấp hành ấy

Có nhiều cách để phân loại máy ép trục khuỷu:

- Dựa vào dấu hiệu động học - tức là kết cấu xích động học của cơ cấu chấp hành,

- Theo số cơ cấu chấp hành,

- Theo cấu tạo máy,

- Theo tính năng công nghệ: đây là cách phân loại được nhiều người thừa nhận nhất, bởi vì chính đặc điểm của các quá trình công nghệ dẫn đến cấu tạo của máy

a Theo tính năng công nghệ

Máy ép trục khuỷu chia ra làm 2 nhóm: dập tấm và dập thể tích

Máy ép dập tấm so với máy ép để dập thể tích cần có tính vạn năng hơn, vùng làm việc và chiều dài hành trình đủ lớn Còn đối với máy dập thể tích do phải thắng trở lực biến dạng lớn, vật dập và khuôn có kích thước không lớn nên hành trình và kích thước vùng làm việc của máy nhỏ hơn máy ép dập tấm Ngược lại khi dập thể tích nóng, do thời gian biến dạng cần rút ngắn để phôi khỏi nguội nên máy ép thể tích cần có hành trình nhanh Mặt khác để đảm bảo độ chính xác và tiêu tốn năng lượng tối thiểu máy ép dập thể tích cần có độ cứng cao

Hình 1.2 - Đồ thị tốc độ của METK

t

α, góc quay của trục khuỷu

P, lực biến dạng vật dập

αp

chu kỳ

V

O

• Máy ép có công dụng chung và

• Máy ép tự động

Máy ép tự động để gia công một loại chi tiết xác định và có các cơ cấu đảm bảo tự động hoá toàn bộ các công việc, trước tiên là khâu cấp phôi và lấy chi tiết ra Máy ép công dụng chung và máy ép tự động lại chia thành nhiều loại (mỗi loại cũng có thể chia nhỏ ra với các máy ép riêng biệt) (xem hình 1.3)

Máy ép có công dụng chung để dập tấm gồm có:

- Máy cắt tấm

- Máy ép vạn năng các loại

- Máy ép dập vuốt và tạo hình

- Máy ép đột lỗ và các máy uốn

Máy ép tự động dập tấm gồm có:

- Máy ép tự động dập tấm nhiều vị trí

- Máy ép tự động truyền động phía dưới và máy ép tự động hành trình nhanh

- Máy ép tự động có đầu trượt tùy động để dập cắt từ phôi băng

Máy ép có công dụng chung để dập thể tích gồm:

Hình1.3 - Phân loại máy ép trục khuỷu

Máy tự động

có đầu trượt tuỳ động

Máy rèn ngang Máy ép dập vuốt

Máy ép uốn và nắn

Công dụng chung

Máy ép cắt Máy ép dập nóng

Máy ép cắt và máy rèn hướng kính

Máy ép trục khuỷu

Sự phát triển nhanh chóng của ngành gia công áp lực (rèn dập) tạo điều kiện cho sự xuất hiện các loại máy mới Vì thế sự phân loại theo tính năng công nghệ trên đây cũng chỉ có tính chất tương đối

b Theo cấu tạo của máy

Máy ép trục khuỷu được phân loại mhư sau:

Dựa vào vị trí của cơ cấu chấp hành chính (hay hướng chuyển động của đầu trượt), máy ép trục khuỷu chia ra thành máy ép đặt đứng, ngang và nghiêng

- Dựa vào cấu tạo thân máy: máy ép trục khuỷu có loại một trụ, hai trụ hở và kín

- Theo cấu trúc của trục chính: máy ép trục tay quay, trục khuỷu, trục lệch tâm, trục bánh răng - lệch tâm…

- Theo số khuỷu (số điểm đầu trượt): máy ép một, hai và bốn khuỷu

nối cầu hay khớp trụ: theo vị trí hệ thống truyền động: truyền động phía trên hay phía dưới v.v

c Theo số cơ cấu chấp hành hay theo nguyên lý tác dụng

- Máy đơn động như máy ép vạn năng, máy uốn tấm hay máy dập vuốt

- Máy song động: máy dập tấm rèn ngang

- Máy tam động: máy dập tấm, máy cắt phôi thanh

- Máy bán tự động: máy rèn hướng kính

- Máy tự động: máy uốn vạn năng và uốn chuyên dùng, máy chồn nguội

d Theo dấu hiệu động học

- Máy ép trục khuỷu đơn thuần (hình 1.1) và máy ép trục lệch tâm(hình 1.4a): cơ cấu truyền chuyển động cho đầu trượt là trục khuỷu – tay biên hoặc trục lệch tâm – tay biên

- Máy ép khớp - khuỷu

- Máy ép đòn – khuỷu: theo cơ cấu truyền chuyển động cho đầu trượt là trục khuỷu – tay biên và hệ thống đòn cứng

- Máy ép cam - đòn - khuỷu (hình 1.4b): trục khuỷu - tay biên truyền chuyển

động cho cơ cấu chính còn cam và đòn truyền chuyển động cho cơ cấu thực hiện nguyên công phụ

Cấu tạo của máy ép trục khuỷu có các bộ phận chính như sau:

Hình 1.5 là sơ đồ điển hình của máy ép trục khuỷu Đối với những máy ép hiện

đại, thông thường có trên một chục bộ phận, còn số chi tiết có thể rất nhiều

Cũng như các loại máy thông thường khác, máy có các bộ phận chính như:

động cơ, các bộ truyền, cơ cấu chấp hành, các bộ phận điều khiển, điều chỉnh, kiểm tra, bộ phận để đảm bảo an toàn cho máy và người Các bộ phận phụ khác được dùng để mở rộng khả năng công nghệ của máy

Năng lượng của máy được cung cấp từ động cơ điện 1 Để khắc phục tải trọng

đột biến khi dập, bánh đà được lắp trong hệ thống truyền động đến cơ cấu chấp

hành ở một số máy ép, tuỳ theo yêu cầu sử dụng, động cơ chính có thể có nhiều cấp tốc độ để thay đổi số hành trình của máy

Ngoài động cơ chính ra, trong máy có thể có các động cơ khác (truyền động cực nhỏ, truyền động để điều chỉnh vùng làm việc …) làm việc khóa liên động với nhau Truyền động từ động cơ chính đến cơ cấu chấp hành thường qua bộ truyền

đai thang và các bộ truyền bánh răng (đôi khi là bộ truyền trục vít như ở máy cắt)

Để đảm bảo nối hệ thống truyền động với cơ cấu chấp hành theo yêu cầu công nghệ, trong máy ép có đặt bộ ly hợp và phanh Thông thường phanh làm việc khi

đầu trượt ở vị trí trên (hay vị trí không làm việc phía sau) để dừng cơ cấu chấp hành, việc đóng mở li hợp và phanh thực hiện nhờ hệ thống điều khiển gồm phần

điện và phần cơ hoặc có thêm các cơ cấu khí nén, thuỷ lực Đối với máy có bánh đà lớn cần kết cấu thêm phanh bánh đà

Các bộ phận điều chỉnh và kiểm tra gồm: cơ cấu điều chỉnh chiều cao vùng làm việc, truyền động cực nhỏ cơ cấu bảo hiểm tránh quá tải, bộ phận đo lực, đo vị trí của trục khuỷu, cơ cấu kẹp chặt khuôn dập, bộ thay thế tấm lót khuôn dập cơ cấu che chắn bảo hiểm vùng làm việc và các bộ phận khác … Những bộ phận này

Hình 1.4 - Phân loại METK theo dấu hiệu động học

Trục lệch tâm

b) a)

ĐònCam

có: bộ phận bôi trơn, cân bằng đầu trượt, đệm khí nén và khí thuỷ lực … Các bộ phận này hỗ trợ cho việc vận hành máy và tăng độ tin cậy của tất cả các kết cấu

12 Cơ cấu để thu hồi phế liệu

13 Cơ cấu cấp phôi

14 Phễu tiếp liệu

15 Hệ thống truyền động cho phễu tiếp liệu

16 Truyền động cho cơ cấu cung cấp

17 Phanh

Hình 1.5 - Sơ đồ cấu tạo của METK

Trong máy ép tự động, ngoài các bộ phận kể trên còn có các bộ phận tự động hoá để cấp phôi, lấy sản phẩm, vận chuyển xếp đặt phôi và phế liệu … Những bộ phận kể trên không nhất thiết phải có đầy đủ trong bất cứ một máy nào Tuỳ theo công suất, công dụng và kết cấu của máy có thể bỏ một vài bộ phận nếu như các bộ phận ấy không cần thiết trong quá trình sử dụng máy, không tăng độ an toàn và không giảm giá thành chế tạo máy ép

Một số hình ảnh minh họa về METK (xem hình 1.6 và phụ lục 1)

H×nh 1.6- CÊu t¹o m¸y Ðp trôc khuûu

Khác với máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực (METL) làm việc hầu như theo tác dụng tĩnh không có lực xung đột Nguyên lý làm việc của máy dựa trên cơ

sở địng luật Pascal Thông thường máy gồm có hai khoang (hình -1.7): xilanh có pittông và các đường ống nối Nếu như bơm dầu tạo ra một lực P1 vào pittông 1 thì

nó sẽ tạo ra áp suất p = P1/f Theo địng luật Pascal thì áp suất p được truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng tác dụng vuông góc với mặt đáy của pittông 2 (xilanh) tạo ra lực P1 = p.f2, và lực này gây ra áp suất tác dụng lên phôi Qua đó ta thấy nếu diện tích f2 lớn hơn diện tích f1 bao nhiêu lần thì lực P2 sẽ lớn hơn lực P1 bấy nhiêu lần

2

Hình 1.7 - Nguyên tắc hoạt động của METL

Cấu tạo của METL gồm hai phần chính:

- Bộ phận công tác gồm bệ máy, xà cố định, xà di động mang xilanh khứ hồi; các xà này cùng với các cột đỡ tạo thành khung máy Xilanh có các đệm kín nhằm tránh sự rò rỉ chất lỏng công tác khi có áp suất Thông số chính của máy là

lực ép địng mức PH - đó là tích của áp suất chất lỏng trong xilanh với diện tích có ích của các pittông công tác của máy Phụ thuộc vào chức năng công nghệ mà máy

ép khác nhau về kết cấu của các chi tiết chính, về cách phân bố và số lượng của chúng, cũng như về các thông số cơ bản như: lực công tác định mức - PH, chiều cao

hở của không gian dập - Z, hành trình toàn bộ của xà di động - H, kích thước của bàn máy - A x B

Cũng như máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực được chia làm nhiều loại tùy thuộc vào chức năng công nghệ: kiểu cột, kiểu một trụ, kiểu hai trụ, kiểu chuyên dụng… Trong đó phổ biến nhất là khung máy bốn cột cố định Các xilanh cũng có nhiều loại nhưng kiểu pittông được dùng nhiều hơn cả Trong trường hợp này chi tiết làm kín cho pittông thường dùng vòng sécmăng và xilanh là loại có tác dụng kép

- Trạm thủy lực của máy ép bao gồm: nguồn cấp chất lỏng áp suất cao, phần truyền dẫn, phần thu hồi chất lỏng, các thùng chứa, các bộ phận điều khiển (bộ phân phối, các van, đường ống, cút…), dẫn động điện Trong đó nguồn cấp chất lỏng áp suất cao có ảnh hưởng lớn tới sơ đồ và hoạt động của máy, nó sẽ quyết định loại dẫn động của máy Trạm thủy lực có nhiều loại, có loại làm việc với dầu khoáng hay nhũ tương, dẫn động kiểu dùng bơm hay dùng bộ tăng áp, có hay không có bình tích áp…

Khi dùng loại dẫn động bơm không có bình tích áp thì nguốn cấp chất lỏng

áp suất cao sẽ được thực hiện trực tiếp từ các bơm Công suất định mức của bơm và

động cơ điện được xác định bằng công suất lớn nhất mà máy ép tạo ra Bộ dẫn

động điện sẽ tiêu thụ năng lượng cho công có ích mà máy ép thực hiện

Loại dẫn động bơm có bình tích áp là loại dẫn động mà nó thực hiện việc cấp chất lỏng công tác cho máy ép ở hành trình công tác đồng thời từ bình tích áp và từ bơm Bình tích áp có chức năng tích trữ năng lượng trong toàn bộ chu trình công tác của máy ép để thực hiện hành trình công tác Kết quả là tải của bơm và động cơ

điện trở nên đều Nhược điểm của loại này là có tiêu tốn năng lượng không phụ thuộc vào sức cản của phôi

hành trình công tác được thực hiện nhờ bộ tăng áp, chất lỏng công tác được cấp theo theo từng lượng nhất định Bộ tăng áp là một bơm với một xilanh Việc dẫn

động dùng hơi hay khí nén sẽ tiêu thụ năng lượng không phụ thuộc vào sức cản của phôi Nó có thể đảm bảo thực hiện một số lượng lớn các hành trình ngắn và lặp lại Dẫn động từ bộ tăng áp cơ khí sẽ đảm bảo tiêu thụ năng lượng phụ thuộc vào công thực hiện, nó cũng đảm bảo số lượng lớn các hành trình lặp lại và sự ngập sâu đồng

đều của đầu búa vào phôi kim loại

Để đặc trưng cho máy ép thủy lực, không chỉ nêu loại dẫn động mà còn phải

kể tới loại chất lỏng công tác

Chất lỏng công tác thường dùng là nước (nhũ tương nước) hoặc là dầu khoáng Để giảm sự ôxy hóa bề mặt xilanh, pittông, các chi tiết điều khiển và

đường ống, người ta pha thêm vào nước 2 ữ 3% chất nhũ tương Thành phần của chất nhũ tương là: 83 ữ 87% dầu khoáng, 12 ữ 14% axit olein và 2,5% xút nồng độ 40% Với dầu khoáng thường dùng là dầu công nghiệp, dầu máy, dầu tuabin….Nhũ tương được sử dụng khi máy ép có đường kính pittông lớn hơn 1000 mm xà xà di

động có hành trình lớn; hoặc nơi có nguy cơ tự bốc cháy, bình tích áp có thể tích chất lỏng lớn hơn 500 lít Chất lỏng công tác là dầu khoáng thường dùng cho máy

ép có đường kính pittông nhỏ hơn 1000 mm hoặc khi làm việc cần thiết phải có sự

điều chỉnh thật nhạy về tốc độ của xà ngang và lực ép, hành trình công tác ngắn

Tính chất chính của chất lỏng công tác là tính chịu nén và độ nhớt Hệ số nén thể tích đối với nước (nhũ tương) xấp xỉ 5.10-6 cm2/N, với dầu khoáng là 6.10-6

cm2/N Số liệu này tương ứng với vùng áp suất máy ép làm việc ở áp suất lớn hơn thì hệ số nén thể tích sẽ giảm đi Độ nhớt của dầu khoáng thường vào khoảng 6,2 ữ 4,38 cSt (1,50 ữ 60 BY) ở nhiệt độ 500C và áp suất khí quyển Nếu như áp suất không gây ảnh hưởng đáng kể tới độ nhớt của nước thì độ nhớt của dầu khoáng sẽ thay đổi đột ngột khi áp suất tăng Với áp suất gần 300 kg/cm2 thì độ nhớt của dầu khoáng sẽ tăng gấp đôi Nhiệt độ bốc cháy của hơi dầu dao động trong giới hạn 160

ữ 2100 C

Điều này cần được lưu tâm khi tính kết cấu và điều kiện làm việc của máy

Chất lỏng công tác trong hệ

thống thủy lực có vai trò rất

lớn trong việc quyết định

các đặc điểm kết cấu của

1.3 Phôi và quá trình TĐH cấp phôi

1.3.1 Khái quát chung

Các công trình nghiên cứu trước đây đã chỉ ra gia công áp lực nói chung hay hay tạo hình - biến dạng kim loại nói riêng là một phương pháp công nghệ tiến tiến tạo ra năng suất cao, sản phẩm có chất lượng và độ chính xác cao Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày càng có nhiều công nghệ tiên tiến để chế tạo chi tiết đúng với bản vẽ sản phẩm, có độ bóng cao, rất ít hoặc không cần gia công cơ khí Nếu phương hướng đó được kết hợp với TĐH thì năng suất và hiệu quả kinh tế

sẽ tăng lên rất nhiều

công nghệ và khuôn có trang bị TĐH phải phù hợp với thiết bị tạo hình - biến dạng

sử dụng Sản phẩm và phôi rất đa dạng (tấm, khối), trong mỗi công nghệ lại có nhiều loại nguyên công khác nhau đòi hỏi thiết bị khác nhau về loại và khác nhau

về thông số kỹ thuật, về năng suất (n - v/phút) Hệ thống TĐH gồm nhiều thiết bị khác nhau đó phải làm việc nhịp nhàng

Việc TĐH trong biến dạng tạo hình vật liệu tấm, gặp thuận lợi hơn trong biến dạng tạo hình khối

Kích thước Nhiệt độ N v/phút của máy

TĐH trong tạo hình biến dạng đòi hỏi thiết bị phải lớn, lực tác dụng lớn, tốc

độ làm việc nhanh, nhưng đó lại là công việc cần thiết vì nó làm giảm bớt sức lao

động và tai nạn lao động cho người vận hành

1.3.2 Các nguyên tắc chung của TĐH

Nghiên cứu TĐH cấp phôi ta phải xem xét tới một số đặc điểm như:

- Tính dây chuyền là tính liên tục của các vị trí của các nguyên công công nghệ về một hướng Một chi tiết chế tạo bằng tạo hình – biến dạng thường bao gồm nhiều nguyên công, vị trí thực hiện các nguyên công trên khuôn liên tục theo một hướng gọi là có tính dây chuyền

Ví dụ: Dập bánh răng từ phôi hình trụ

• Dập theo phương pháp không có bavia (dập chính xác)

Hình 1.9 - Dập phôi có tính dây chuyền

• Dập theo phương pháp có bavia (dập có lòng khuôn chuẩn bị, liên kết thô)

ở đây nguyên công dập tinh là nguyên công chịu tải lớn nhất, luôn luôn phải

đặt ở trong tâm khối khuôn, do đó bắt buộc phải phá vỡ tính dây chuyền

Hình 1.10 - Dập phôi không có tính dây chuyền

hoặc đặt nhiều máy để thực hiện nhiều nguyên công của một chi tiết

Hợp lý

Không hợp lý

1 - Máy dập hoặc đầu trượt

- Cường hóa quá trình công nghệ là kết hợp một vài nguyên công vào một khối khuôn (gọi là khuôn phối hợp hoặc khuôn liên tục) hoặc nâng cao mức độ biến dạng cho phép nhờ sử dụng công nghệ tiên tiến Nhờ cường hóa quá trình công nghệ mà giảm bớt số lượng khuôn, số lượng máy và phương tiện TĐH tức là nâng cao được tính ổn định của đường dây tự động

- Phương pháp TĐH phải phù hợp với đặc điểm của sản xuất là thực hiện mối quan hệ phù hợp giữa đặc tính của khuôn, thiết bị lắp cơ cấu TĐH với đặc điểm diễn biến của quy trình công nghệ Đảm bảo các khóa liên động chắc chắn, sao cho các cơ cấu TĐH thoát ra ngoài vùng làm việc trong thời gian biến dạng kim loại; sử dụng tối đa hành trình không tải vào công việc của phương tiện TĐH; bảo đảm điều chỉnh nhỏ quy trình công nghệ trong thời gian làm việc của máy tức là thực hiện nguyên tắc phản hồi

Việc chọn phương pháp TĐH căn cứ vào chương trình sản xuất và số “cái” của một vật, số chi tiết đặt trên một dây chuyền (hoặc máy), đặc điểm của một chi tiết và của quá trình công nghệ

Trong sản xuất biến dạng tạo hình có những phương pháp TĐH và CKH toàn

sản xuất loạt lớn, chi

tiết nhỏ và trung bình Hình 1.12 - Tủ điều khiển một máy dập hiện đại

- Khuôn tự động và bán tự động đặt trên máy dập vạn năng sản xuất hàng loạt và loạt lớn, kích thước chi tiết nhỏ từ phôi tấm

- Máy vạn năng trang bị các phương tiện TĐH dùng cho sản xuất hàng loạt

và loạt nhỏ, phôi nhỏ và trung bình

- Chương trình hóa quá trình nén trên máy búa vào máng ép thủy lực sản xuất hàng loạt, phôi lớn.

những quá trình công nghệ tiến bộ Bởi vậy tiến hành CKH và TĐH ta phải nghiên cứu và lập lại quy trình công nghệ mới sao cho tiên tiến hơn, ổn định hơn, không phải là giữ nguyên quy trình cũ và chỉ lắp thêm phương tiện TĐH; giải quyết các vấn đề để dễ dàng CKH và TĐH; hoàn thiện khâu thiết bị, dây chuyền công nghệ tối ưu, mặt bằng và tổ chức lao động hợp lý

Các yêu cầu của quy trình công nghệ được TĐH đòi hỏi kết cấu chi tiết sản phẩm có tính công nghệ cao, sản phẩm có chất lượng sử dụng cao, khuôn dễ chế tạo và làm việc có độ bền cao, hệ số sử dụng nguyên vật liệu cao η%, quy trình công nghệ ổn định Sự ổn định của quy trình công nghệ được xác định bằng thời gian làm việc liên tục không bị ngưng trệ của khuôn máy và đường dây tự động Muốn vậy thông số công nghệ và khuôn phải được tính toán trên cơ sở khoa học và

có độ chính xác cao, gia công chất lượng tốt Các nguyên công công nghệ là ít nhất

và được cường hóa để giảm tiêu hao lao động và tăng năng suất lao động

1.4 Khảo sát tình hình sử dụng máy dập tại một số cơ sở sản xuất

Ngày nay việc gia công chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm cơ khí nói chung bằng phương pháp gia công áp lực chiếm khoảng 60 – 70 % các sản phẩm cơ khí Do sự đa dạng về sản phẩm, phôi và công nghệ nên các công trình nghiên cứu trong nước về TĐH cấp phôi chỉ nêu ra những vấn đề chung nhất Một số khác

đi vào ứng dụng cho những lĩnh vực cụ thể, chủ yếu cấp phôi băng trong dập tấm Những thiết bị nhập ngoại trình độ TĐH cao có giá thành rất đắt Việc nghiên cứu ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào TĐH cấp phôi cho các máy dập đơn lẻ đặc biệt

là dập các sản phẩm dạng khối, kích thước nhỏ ít được các nhà nghiên cứu quan tâm

Kết quả khảo sát tại Công ty Xích Líp Đông Anh (XLĐA), Công ty Cổ phần Khóa Việt Tiệp (KVT), Công ty Sản xuất Bao bì kim loại Nam Việt và làng nghề kim khí Thanh Thùy (Thanh Oai, Hà Tây) cho thấy tại các công ty này sử dụng hàng chục máy dập thực hiện nhiều nguyên công khác nhau rất nguy hiểm cho người vận hành, năng suất thấp, khó kiểm soát được số lượng và chất lượng sản phẩm

(Xem h×nh 1.13, 1.14, 1.15, 1.16 vµ phô lôc 2)

H×nh 1.13 - C«ng nh©n thùc hiÖn c«ng ®o¹n dËp n¾p hép b¸nh

H×nh 1.14 - CÊp ph«i b»ng tay t¹i C«ng ty XÝch LÝp §«ng Anh

H×nh 1.15 - DËp m¸c khãa víi cÊp ph«i b»ng tay

Hình 1.16 - Tai nạn do vận hành máy dập (nguồn Vietnamnet)

1.5 Đặt vấn đề

Việc nghiên cứu ứng dụng TĐH cấp phôi tại các công ty này là nhu cầu cấp thiết Do tại thị trường miền Bắc, bao bì thực phẩm có số lượng nhỏ, chia nhiều loại kích thước, kiểu dáng, tính thời vụ cao, hơn nữa máy móc thiết bị cũ, lạc hậu nên khó thực hiện TĐH Đề tài chọn 2 sản phẩm cấp phôi (hình trụ) trên máy dập 110 tấn của Công ty XLĐA và cấp phôi (dạng hình hộp) trong công đoạn dập mác khóa của Công ty CP KVT làm đối tượng nghiên cứu ứng dụng Trên cơ sở đó ứng dụng cho ngành bao bì thực phẩm và các lĩnh vực khác khi có điều kiện Đề tài được thực hiện với sự phối hợp của Sở Khoa học & Công nghệ Hà nội, Sở Công nghiệp Hà

Bách Khoa Hà nội

Để giải quyết được vấn đề nêu trên, cần thực hiện theo một số bước sau:

- Khảo sát các máy dập, nêu ra các biện pháp cải tạo, sửa chữa để có thể thực hiện được TĐH

- Nghiên cứu các nguyên công và sản phẩm hiện có, đưa ra giải pháp cấp phôi tự động, lựa chọn một số loại điển hình để thực hiện

- Thiết kế và chế tạo các cơ cấu cấp phôi thay cho động tác cấp phôi thủ công của con người

- Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại dùng bộ điều khiển lập trình PLC

- Chế tạo hệ thống thiết bị và ứng dụng vào điều kiện sản xuất

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và thực tiễn của đề tài

2.1 Cơ sở lý thuyết

Để thực hiện được đề tài cần dựa vào cơ sở lý thuyết về các phương pháp và cơ cấu cấp phôi tự động

2.1.1 Khái niệm về phương tiện TĐH và CKH

Các hướng phát triển trong sản xuất tạo hình - biến dạng hiện nay của TĐH và CKH là trang bị phương tiện TĐH và CKH cho máy vạn năng để có thể TĐH và chế tạo máy tự động chuyên dùng

ở cả hai trường hợp trên đều có những phương tiện TĐH như nhau, nhưng khác nhau ở chỗ trường hợp đầu các phương tiện TĐH chỉ là cơ cấu phụ, nếu không

có nó thì máy vẫn hoạt động được, còn trong trường hợp thứ hai thì ngược lại phương tiện tự động hóa là cơ cấu chính thiếu nó máy chết không làm việc được Như vậy:

+ Phương tiện TĐH là cơ cấu làm việc do sự điều khiển của máy (không phải

do người công nhân)

+ Phương tiện CKH là cơ cấu làm việc do người công nhân điều khiển

Các phương tiện TĐH và CKH dùng để thực hiện các nguyên công:

• Định hướng (định vị) phôi ở vị trí đã cho

• Dịch chuyển phôi tới máy

• Đưa phôi vào vị trí làm việc của máy

• Giữ phôi trong quá trình dập biến dạng

• Dịch chuyển bán thành phẩm giữa các vị trí dập

• Thoát chi tiết và phế liệu ra khỏi vùng làm việc

• Xếp sản phẩm theo một quy cách nhất định

• Vận chuyển bán thành phẩm giữa các tổ hợp máy

• Thu dọn phế liệu

Để chế tạo một chi tiết nào đó không nhất thiết phải dùng cả 9 nguyên công trên mà thường chỉ dùng một vài loại trong một chu trình nào đó

2.1.2 Sơ đồ cấu trúc

2.1.2.1 Sơ đồ cấu trúc TĐH

Hình 2.1 - Sơ đồ cấu trúc TĐH

Sơ đồ cấu tạo khép kín, tức là có quan hệ tương hỗ giữa tất cả các cơ cấu nhờ

hệ thống điều khiển và khóa liên động

Liên hệ giữa bộ phận truyền động với cơ cấu chấp hành tức là cơ cấu cặp là

điều kiện bắt buộc đối với phuơng tiện TĐH

2.1.2.1 Sơ đồ cấu trúc CKH

Hình 2.2 - Sơ đồ cấu trúc CKH

Người công nhân điều khiển cơ cấu truyền động và đôi khi cả cơ cấu cặp

Từ hai sơ đồ cấu trúc trên ta thấy rằng TĐH và CKH đều có các bộ phận thống nhất:

- Cơ cấu cặp (cơ cấu chấp hành)

Truyền động

do con người biến đổi Cơ cấu Cơ cấu cặp

Phương tiện định hướng - đổi hướng Cơ cấu biến đổi

Hệ thống điều khiển

và khóa (lệch)

- Cơ cấu biến đổi chuyển động

2.1.3.2 Một số cơ cấu cặp điển hình

a Thanh đẩy

Phôi được xếp vào hộp cấp phôi 9, sau đó được thanh đẩy 10 đẩy vào vị trí công tác Vấu chặn 3 đảm bảo cho phôi nằm đúng vị trí để chầy 4 dập xuống Sau khi dập, chầy 4 đi lên và lò xo 1 đẩy phôi ra ngoài

H×nh 2.3- C¬ cÊu thanh ®Èy

b C¬ cÊu vÊu kÑp

Hình 2.4- Cấp phôi dạng vấu kẹp

Phôi được chất vào hộp 12 để phiến trượt 14 đẩy vào vùng cặp của vấu kẹp Chuyển động tịnh tiến qua lại của phiến trượt được duy trì đồng thời cùng với thanh có vấu kẹp 15, 17 Các vấu kẹp 10 thực hiện nhiệm vụ cặp phôi nhờ có các lò

xo 9 làm các thanh 15 và 17 trượt trong rãnh của dầm 6 và 16 Thanh 15 và 17 cùng với vấu kẹp 10 trở về vị trí ban đầu do sự tác dụng của bốn nêm 18 gá với đầu trượt Chuyển động dọc của các thanh 15 và 17 được thực hiện nhờ các tay đòn 4 quay quanh trục 2 của giá đỡ 3 lắp trên thân máy Tay đòn 4 nhận chuyển động từ cam 1 lắp trên trục máy Khi đầu trên của tay đòn 4 tỳ lên cam, đầu dưới của nó tác dụng lên dầm 6 tạo nên chuyển động cần thiết

Hình 2.5- Sơ đồ tĩnh học của cơ cấu cấp phôi Rơ von ve

Đĩa 3 được dẫn động từ trục chính 12 qua cặp bánh răng côn 11, trục các

đăng 10 và các cơ cấu tay đòn bánh răng Bánh răng trụ 7 nằm trên trục số 8 của khuỷu 9 qua bánh răng hành tinh 6 truyền chuyển động cho đĩa 3 Tay đòn 2 và 5 gắn liên kết với các trục của đĩa 3, của bánh răng hành tinh và trục 8 với nhau Trục

1 của đĩa Rơvonve 3 gắn trên thân máy Khi trục chính 12 của thiết bị quay liên tục, đĩa Rơvônve 3 sẽ nhận được chuyển động theo chu kỳ Đĩa 3 dừng trong thời gian công tác của thiết bị là do sự cộng chuyển động của cơ cấu tay đòn – bánh răng Phanh 14 làm việc liên tục đảm bảo khắc phục được khe hở trong các mối ăn khớp của dẫn động Chốt định vị 19 dẫn động bằng khí nén cùng với chốt vớt 17

đảm bảo cho đĩa Rơvônve dừng đúng vị trí

d Cơ cấu cấp phôi dạng tay cơ khí

Hình 2.6- Sơ đồ cơ cấu cấp phôi tay cơ khí

Tay cơ khí dùng cấp phôi có kích thước lớn hoặc phôi có hình dạng phức tạp khi mà không thể dịch chuyển chúng trong một mặt phẳng hay phôi rất mỏng có chiều dầy nhỏ hơn 0,3 mm Tay cơ khí có dẫn động khí nén hoặc thuỷ lực Bộ phận cặp dạng điện từ, khí nén hoặc kìm

Phôi được xếp trong một hộp có trang bị cơ cấu để đảm bảo độ cao không

đổi giữa phôi và vòi hút Vòi hút gắn trên ống 11 có thể dịch chuyển lên xuống trong mặt phẳng thẳng đứng nhờ trục 10 nhận chuyển động từ cam 8 qua cần 9 Độ chân không cần thiết cho vòi 11 hút phôi được tạo ra do piston 3 dịch chuyển trong xilanh Piston nhận chuyển động từ trục khuỷu qua thanh răng 4 Phôi được cặp bởi vòi hút cùng với tay đòn nâng lên và quay đặt vào đúng vị trí ở phía trên lỗ cối Tay

đòn quay được là nhờ chuyển động truyền từ đĩa lệch tâm 1 qua thanh giằng 2 và các cặp bánh răng trụ và các chi tiết 6 và 7 làm cặp bánh răng côn quay Khi vòi

thanh 12 vµ 13 më van 14, kh«ng khÝ lïa vµo vßi hót lµm ph«i r¬i xuèng

e C¬ cÊu cÊp, n©ng ph«i d¹ng m¸y n©ng chuyÓn

H×nh 2.7- C¬ cÊu cÊp ph«i d¹ng m¸y vËn chuyÓn

§Æc ®iÓm cña c¬ cÊu cÆp lo¹i nµy lµ thùc hiÖn cÆp vµ chuyÓn dÞch ph«i nhê lùc ma s¸t Lùc nµy cã lo¹i kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc, cã lo¹i ®iÒu khiÓn ®­îc (tøc lµ mét trong c¸c trôc c«ng t¸c cã thÓ ®­îc n©ng lªn lóc cÇn gióp cho ph«i cã thÓ cã chuyÓn dÞch tù do so víi trôc)

Dẫn động độc lập thường dùng động cơ điện - thủy lực - khí nén hoặc dùng khí - thủy học Dẫn động độc lập có ưu điểm có thể đảm bảo tốc độ chuyển dịch tối

ưu, cho phép bố trí gọn cơ cấu tự động hóa và có thể tận dụng khoảng thời gian không tải hoặc máy dừng để chuyển dịch phôi hoặc chi tiết Nhưng nó thường dùng khi dập chi tiết lớn không phụ thuộc vào tốc độ của máy

Dẫn động từ máy ép cho phép đạt năng suất cao hơn Trong các trường hợp khi TĐH dập phôi lớn 15 chiếc/phút, dập phôi trung bình 40 chiếc/phút và dập phôi nhỏ 90 chiếc/phút thì ta thiết kế máy chuyên dùng với số hành trình thấp nhưng có phương tiện TĐH có dẫn động từ máy ép

Có các loại bộ dẫn động đảm bảo chuyển động tịnh tiến thường có tác dụng

2 chiều và bộ dẫn động đảm bảo chuyển động quay thường có tác dụng 1 chiều

Khi dùng dẫn động 2 chiều thì không cần cơ cấu chuyển động chu kỳ bởi vì phương tiện TĐH nhờ bộ dẫn động sẽ quay về vị trí ban đầu Đại đa số dùng dẫn

động 1 chiều (lấy từ trục chính, từ động cơ điện) đều dùng cơ cấu chuyển động chu