Thiết kế, chế tạo máy tự động xếp phôi và hàn sản phẩm cơ khí có dạng hình cầu

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, robot công nghiệp, máy tự động, các dây chuyền sản xuất tự động cũng ngày càng phát triển và có ứng dụng trong hầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHÙNG THÁI SƠN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY TỰ ĐỘNG XẾP PHÔI VÀ HÀN

SẢN PHẨM CƠ KHÍ CÓ DẠNG HÌNH CẦU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KỸ THUẬT:

TS NGUYỄN CHÍ HƯNG

HÀ NỘI – 2018

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 8

1.1 Tự động hóa trong quá trình sản xuất 8

1.1.1 Lịch sử phát triển 8

1.1.2 Mục tiêu của tự động hóa 10

1.2 Lựa chọn đề tài, tính cấp thiết và yêu cầu của đề tài 11

1.2.1 Lựa chọn đề tài 11

1.2.2 Tính cấp thiết của đề tài 12

1.2.2 Yêu cầu của đề tài 13

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HÀN 15

2.1 Các khái niệm chung về hàn 15

2.1.1 Quá trình hàn 15

2.1.3 Đặc điểm của quá trình hàn 15

2.1.3 Phân loại các phương pháp hàn 16

2.2 Một số phương pháp hàn có thể tự động hóa 16

2.2.1 Hàn TIG 16

2.2.2 Hàn MIG-MAG 17

2.2.3 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc 19

2.2.4 Hàn điện tiếp xúc 20

2.3 Lựa chọn phương pháp hàn cho máy hàn tự động 20

2.3.1 Khí hàn 21

2.3.2 Dạng chuyển dịch giọt kim loại 21

2.3.3 Dòng điện hàn 25

2.3.4 Điện áp hàn 25

2.3.5 Tốc độ hàn 27

2.3.6 Thao tác mỏ hàn 28

2.3.7 Khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn (khoảng nhô ra của đầu

dây hàn) 28

2.3.8 Bảng chế độ hàn 29

2.3.9 Lựa chọn máy hàn 29

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CƠ KHÍ 31

3.1 Cơ cấu định hướng phôi 33

3.2 Cụm dẫn phôi 38

3.3 Cơ cấu định vị và kẹp chặt 40

3.4 Cơ cấu hàn và đẩy sản phẩm 42

3.5 Các cơ cấu truyền động 45

3.5.1 Lựa chọn động cơ dẫn động thùng chứa phôi 45

3.5.2 Lựa chọn động cơ dẫn động hàn 46

3.5.2 Lựa chọn xi lanh công tác 48

3.5 Thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị 52

CHƯƠNG 4: BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN 53

4.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển 53

4.2 Phân loại, cấu tạo và chức năng của PLC 55

4.2.1 Một số dòng sản phẩm PLC thông dụng 55

4.2.2 Cấu tạo và vai trò của PLC 59

4.3 Thiết bị trong máy hàn tự động 63

4.3.1 Tủ điện 63

4.3.2 Thiết bị đầu vào 65

4.3.2 Thiết bị đầu ra 67

4.4 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC 68

4.4.1 Xác định quy trình điểu khiển 68

4.4.2 Xác định tín hiệu vào ra 69

4.4.3 Soạn thảo chương trình 69

4.4.4 Nạp chương trình vào bộ nhớ 69

4.4.5 Chạy chương trình 69

4.5 Sơ đồ hệ thống trong tủ điện 70

4.5.1 Nguồn cung cấp 70

4.5.1 Động cơ, đèn trạng thái 70

4.5.2 Van điện từ 71

4.5.3 Đầu vào PLC 71

4.5.4 Đầu ra PLC 72

4.6 Xây dựng chương trình điều khiển 72

4.6.1 Lưu đồ thuật toán 72

4.6.2 Chương trình điều khiển cho PLC 74

4.6.3 Chương trình điều khiển cho HMI TK6070iP 81

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 86

5.1 Kết quả đạt được 86

5.2 Những hạn chế 88

5.3 Hướng phát triển đề tài 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ BIỂU SỐ 1: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG i

PHỤ BIỂU SỐ 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN viii

PHỤ BIỂU SỐ 3: BẢN VẼ THIẾT KẾ xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bản vẽ sản phẩm 13

Hình 2.1 Nguyên lý hàn MIG-MAG 17

Hình 2.2 Kiểu chuyển dịch giọt trong hàn MIG 21

Hình 2.3 Chuyển dịch dạng tia 22

Hình 2.4 Chuyển dịch dạng cầu 22

Hình 2.5 Chuyển dịch dạng ngắn mạch 23

Hình 2.6 Chuyển dịch dạng tia vừa (chuyển dịch hỗn hợp) 23

Hình 2.7 Quan hệ giữa chuyển dịch giọt và hình dạng phần kim loại ngấu của mối hàn 24

Hình 2.8 Đồ thị quan hệ giữa dòng điện hàn với tốc độ đẩy dây hàn và hình dạng

mối hàn 25

Hình 2.9 Mối quan hệ giữa điện áp hồ quang và hình dạng mối hàn 26

Hình 2.10 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ hàn và hình dạng mối hàn 27

Hình 2.11 Chọn chiều quay phôi và góc nghiêng mỏ hàn 28

Hình 2.12 Khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn 29

Hình 3.1 Kết cấu tổng thể của máy 31

Hình 3.2 Cơ cấu định hướng phôi bằng vấu móc 33

Hình 3.3 Cơ cấu định hướng phôi bằng khe rãnh 33

Hình 3.4 Dùng lỗ định hình hoặc túi định hướng 34

Hình 3.5 Định hướng phôi bằng ống 34

Hình 3.6 Phôi hàn 35

Hình 3.7 Cơ cấu định hướng phôi 35

Hình 3.8 Cơ cấu định hướng phôi sau khi lắp ghép hoàn chỉnh 36

Hình 3.9 Kết cấu cụm trục chính của thùng quay phôi 37

Hình 3.10 Cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng của thùng quay phôi 38

Hình 3.11 Cơ cấu vận chuyển phôi 39

Hình 3.12 Chi tiết máng trung gian 40

Hình 3.13 Định vị phôi 40

Hình 3.14 Định vị phôi và kẹp chặt phôi 41

Hình 3.15 Cơ cấu che chắn, bảo vệ 42

Hình 3.16 Kết cấu cụm trục dẫn động phôi hàn 43

Hình 3.17 Cơ cấu đẩy sản phẩm 44

Hình 3.18 Kết thúc chu trình làm việc của máy 45

Hình 3.19 Thông số kỹ thuật động cơ 47

Hình 3.20 Thông số kỹ thuật xi lanh số 1 48

Hình 3.21 Thông số kỹ thuật xi lanh số 2, 4 49

Hình 3.22 Thông số kỹ thuật xi lanh số 3 50

Hình 3.23 Thông số kỹ thuật xi lanh số 5 52

Hình 4.1 Lưu đồ điều khiển dùng rơ le 53

Hình 4.2 Lưu đồ điều khiển bằng PLC 54

Hình 4.3 Mô hình hệ thống điều khiển PLC 55

Hình 4.4 Phân loại PLC 56

Hình 4.5 Truyền thông giữa máy tính, PLC và cơ cấu chấp hành 59

Hình 4.6 Quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển tự động 68

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, robot công nghiệp, máy tự động, các dây chuyền sản xuất tự động cũng ngày càng phát triển và

có ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp Trên thế giới nói chung và trong nước ta nói riêng Các doanh nghiệp sản xuất đều phải chịu nhiều sức ép cạnh tranh

về giá cả, chất lượng sản phẩm đồng thời phải chịu nhiều áp lực về các tiêu chuẩn

an toàn lao động cho công nhân nên các doanh nghiệp đều phải đưa ra những phương án sản xuất tối ưu nhất để có thể đứng vững tồn tại và phát triển Để đáp ứng nhu cầu đó, các doanh nghiệp đã không ngừng nỗ lực, tìm tòi, phấn đấu tìm các phương án sản xuất mới trong đó có phương án sử dụng các máy sản xuất tự động

Xuất phát từ nhu cầu trong sản xuất tại đơn vị công tác, kết hợp với các kiến thức được học trong chương trình cao học chuyên ngành cơ điện tử, đã chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo máy tự động xếp phôi và hàn sản phẩm cơ khí có dạng hình cầu” Với thiết kế này, thiết bị có thể thay thế hoàn toàn người công nhân hàn tay, qua đó giúp tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ sức khỏe người lao động Đề tài chế tạo thiết bị xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, nên có tính thực tế cao

Nội dung luận văn bao gồm:

Chương 1: Giới thiệu chung về tự động hóa sản xuất; lý do lựa chọn đề tài

Chương 2: Tổng quan về các phương pháp hàn, lựa chọn phương pháp hàn

Chương 3: Nguyên lý hoạt động và kết cấu cơ khí của máy

Chương 4: Hệ thống điều khiển của máy

Chương 5: Kết quả đạt được, những mặt hạn chế và phương hướng phát triển đề tài

Xin chân thành cảm ơn Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot, trường ĐH Bách khoa Hà Nội, các thầy cô trong Bộ môn và đặc biệt là thầy giáo TS Nguyễn Chí Hưng đã tạo mọi điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong thời gian học tập và làm đề tài tốt nghiệp Trong quá trình thực hiện, em đã phấn đấu tiếp cận và học tập kết hợp với thực tế để hoàn thành mục tiêu của đề tài Hầu hết các vấn đề của luận văn đã được giải quyết tới mức tốt nhất với khả năng của bản thân và vẫn còn

những vấn đề giới hạn chưa thể giải quyết trọn vẹn Tuy nhiên, do còn thiếu kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi có những sai sót Vì vậy, rất mong nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình, đưa kiến thức vào áp dụng thực tiễn để góp phần hợp lý hoá sản xuất trong đơn vị

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tự động hóa trong quá trình sản xuất

Các máy tự động cơ học đã được sử dụng ở Ai Cập cổ và Hy Lạp khi thực hiện các màn múa rối để lôi kéo những người theo đạo Trong thời trung cổ người ta

đã biết đến các máy tự động cơ khí thực hiện chức năng người gác cổng của Albert Một đặc điểm chung của các máy tự động kể trên là chúng không có ảnh hưởng gì tới các quá trình sản xuất của xã hội thời đó

Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do một thợ cơ khí người Nga, ông Pônzunôp chế tạo vào năm 1765 Nhờ nó mà mức nước trong nồi hơi được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước Để đo mức nước trong nồi, Pônzunôp dùng một cái phao Khi mức nước thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van, thực hiện điều chỉnh lượng nước vào nồi Nguyên tắc điều chỉnh của cơ cấu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, nó được gọi là nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch hay nguyên tắc Pôdunôp - Giôn Oat

Đầu thế kỷ 19, nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi nước đã được thực hiện Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều chỉnh tự động cho các tuabin hơi nước bắt đầu xuất hiện Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tự động Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng - thanh răng thực hiện Cho đến năm 1798 ông Henry Nanđsley người Anh mới thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vít me -

đai ốc

Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh

Năm 1887 Đ.G Xtôleoôp đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trọng nhất của kỹ thuật tự động hóa Cũng trong giai đoạn này, các cơ sở của lý thuyết điều chỉnh và điều khiển hệ thống tự động bắt đầu được nghiên cứu, phát triển Một trong những công trình đầu tiên thuộc lĩnh vực này thuộc về nhà toán học nổi tiếng P.M Chebưsep Có thể nói, ông tổ của các phương pháp tính toán kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động là I.A.m Vưsnhegratxki, giáo sư toán học nổi tiếng của trường đại học công nghệ thực nghiệm Xanh Pêtêcbua

Năm 1876 và l877 ông đã cho đăng các công trình “Lý thuyết cơ sở của các

cơ cấu điều chỉnh” và “Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp” Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của các quá trình quá độ do ông đề xuất vẫn được dùng cho tới tận bây giờ Không thể không kể tới đóng góp to lớn trong sự nghiệp phát triển lí thuyết điều khiển hệ thống tự động của nhà bác học A.Xtôđô người Séc, A.Gurvis người Mỹ, A.K.Makxvell và Đ.Paux người Anh, A.M.Lapunôp người Nga và nhiều nhà bác học khác

Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hóa đã cho phép chế tạo trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20 các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối

Cũng trong khoảng thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một môn khoa học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của

tự động hóa các quá trình sản xuất vào công nghiệp

Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành

rộng rãi tự động hóa trong sản xuất loạt nhỏ Điều này phản ánh xu thế chung của một nền kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và hàng khối thay đổi Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của thế kỷ 20 đã có sự thay đổi sâu sắc

Sự xuất hiện của một loạt các công nghệ mũi nhọn như kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình (Visual Manufacturing Systems), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệ Nanô đã cho phép thực hiện tự động hóa toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc

Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC (Programmable Logic Controller), các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems), các hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại

1.1.2 Mục tiêu của tự động hóa

Tự động hóa sản xuất quá trình sản xuất là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơ khí hóa Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hóa không thể đảm đương được đó là điều khiển quá trình Với các thiết bị vạn năng và bán tự động, các chuyển động phụ do người thợ thực hiện, còn trên các thiết bị tự động hóa

và máy tự động, toàn bộ quá trình làm việc đều được thực hiện tự động nhờ các cơ cấu và hệ thống điều khiển tự động, không cần đến sự tham gia trực tiếp của con người Như vậy, tự động hóa quá trình sản xuất là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiến hành các hệ thống có năng suất cao, tự động thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết

bị tự động, mà không cần đến sự tham gia của con người Tự động hóa quá trình sản xuất luôn gắn liền với việc ứng dụng các cơ cấu tự động vào các quá trình công nghệ cụ thể Và chỉ có trên cơ sở của quá trình công nghệ cụ thể mới có thể thiết lập

và ứng dụng các cơ cấu hệ thống điều khiển tự động

Có hai loại máy: Máy bán tự động và máy tự động Máy bán tự động là loại máy chỉ tự động trong một chu kì gia công, khi chuyển sang chu kì mới cần có sự giúp đỡ của con người Còn máy tự động, là máy có khả năng lấy phôi, gá đặt, tiến hành gia công, tháo sản phẩm ra, tự động thực hiện chu kì mới mà không cần sự giúp đỡ của con người

Tự động hóa nhằm mục tiêu nâng cao tính cạnh tranh sản phẩm, vì vậy cần làm chủ các vấn đề sau :

- Làm chủ giá thành

- Làm chủ chất lượng sản phẩm

- Khả năng linh hoạt hóa, thay đổi mẫu mã ứng dụng nhu cầu thị trường

- Giải phóng sức lao động của con người, bảo vệ con người tránh khỏi những tác nhân độc hại trong quá trình sản xuất

1.2 Lựa chọn đề tài, tính cấp thiết và yêu cầu của đề tài

1.2.1 Lựa chọn đề tài

Là một kỹ sư cơ khí chế tạo máy, làm việc tại phòng quản lý thiết bị của đơn

vị, được giao nhiệm vụ quản lý công tác sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị của Nhà máy và chế tạo các trang thiết bị phụ trợ cho dây chuyền sản xuất, phát hiện và thực thi sáng kiến, cải tiến kỹ thuật để tối ưu hoá quá trình sản xuất của đơn vị

Qua thực tế sản xuất tại nơi công tác, tại đơn vị đang triển khai sản xuất các sản phẩm quốc phòng phục vụ cho nhu cầu sử dụng trong quân đội, trong đó có sản phẩm dạng cầu rỗng giữa có đường kính ngoài là 50mm với sản lượng hàng năm lớn Với công nghệ hiện tại, hai nửa quả cầu được chế tạo bằng phương pháp đột dập, sau đó hàn hai nửa quả cầu lại với nhau bằng phương pháp thủ công để tạo một quả cầu hoàn chỉnh

Khi quan sát công đoạn hàn sản phẩm do người công nhân thực hiện thủ công, đã có ý tưởng cần phải tự động hoá công đoạn này Với ý tưởng như vậy, đã trao đổi với thầy Nguyễn Chí Hưng và thầy đã gợi ý đề tài: Thiết kế, chế tạo máy tự động xếp phôi và hàn sản phẩm cơ khí có dạng hình cầu Thiết bị này có khả năng thay thế người công nhân, giúp cho quá trình hàn đạt năng suất cao hơn, độ chính xác cao hơn

Sau khi trao đổi với thầy giáo hướng dẫn, đây là một đề tài rất thực tế, là một

cơ hội lớn để có thể áp dụng kiến thức tổng hợp đã được học và kinh nghiệm thực tế vào sản xuất tại đơn vị, đồng thời cũng là cơ hội chứng tỏ năng lực của bản thân với

lãnh đạo đơn vị, vì vậy đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo máy tự động

xếp phôi và hàn sản phẩm cơ khí có dạng hình cầu” để làm đề tài tốt nghiệp

1.2.2 Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình hàn hai nửa quả cầu với nhau, người công nhân phải tiến hành gá đặt 2 nửa quả cầu xếp chồng lên nhau, rồi tiến hành hàn theo một đường tròn Với một người công nhân thành thạo tay nghề, đã có kinh nghiệm, thì họ mất khoảng 3-5 phút, từ việc lấy phôi, căn chỉnh 2 nửa quả cầu, kẹp chặt, hàn đính và cuối cùng là hàn kín một vòng tròn Kết quả của mối hàn hay độ đồng tâm của hai nửa cầu hoàn toàn phụ thuộc vào tay nghề của người thợ hàn và gần như không thể kiểm soát được Ngoài ra sức khoẻ của người thợ còn bị ảnh hưởng nhiều bởi các tác nhân độc hại trong quá trình hàn như nhiệt, khói, hồ quang

Nếu tạo ra được một chiếc máy hàn tự động, hoàn toàn tự động từ khâu phân loại phôi, định hướng phôi, vận chuyển phôi, gá đặt và hàn Thì hiệu quả công việc

sẽ tăng lên, rút ngắn được thời gian trung bình để tạo ra được một sản phẩm, chất lượng mối hàn được nâng cao, độ chính xác, độ đồng tâm của 2 nửa cầu cũng được kiểm soát Không những vậy, nếu sử dụng máy hàn tự động, thì sẽ bảo vệ người công nhân tránh được những độc hại trong quá trình hàn gây ra Nếu thiết bị được đưa vào sử dụng trong thực tế sẽ tăng năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm và bảo vệ người lao động Với những lợi ích thiết thực như vậy, việc nghiên cứu và chế tạo ra chiếc máy hàn tự động là rất cấp thiết, và cần được thực hiện

+ Sai số đồng tâm của hai nửa quả cầu không quá 0.5mm

+ Mối hàn ngấu, chất lượng tốt

+ Hoạt động ổn định

+ Đảm bảo tính thẩm mỹ

- Yêu cầu điều khiển:

+ Sử dụng PLC để điều khiển hoạt động của máy

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HÀN

Trong chương này trình bày tổng quan về hàn, một số phương pháp hàn tự động hiện tại Từ đó sẽ chọn được một phương pháp hàn có thể đưa vào sử dụng cho máy hàn tự động hai nửa cầu

2.1 Các khái niệm chung về hàn

2.1.1 Quá trình hàn

Hàn là phương pháp nối hai hay nhiều chi tiết kim loại thành một mà không thể tháo rời được bằng cách nung nóng chúng tại vùng tiếp xúc đến trạng thái nóng chảy hay dẻo, sau đó không dùng áp lực hoặc dùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với nhau

Khi hàn nóng chảy, kim loại bị nóng chảy, sau đó kết tinh hoàn toàn thành mối hàn

Khi hàn áp lực, kim loại được nung đến trạng thái dẻo, sau đó được ép để tạo nên mối liên kết kim loại và tăng khả năng thẩm thấu, khuếch tán của các phần tử vật chất giữa hai mặt chi tiết cần hàn làm cho các chi tiết liên kết chặt với nhau tạo thành mối hàn

2.1.3 Đặc điểm của quá trình hàn

- Tiết kiệm kim loại: so với tán ri vê tiết kiệm từ 10-20%, so với phương pháp đúc có thể tiết kiệm được 30-50% lượng kim loại

- Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu như dầm, giàn, khung

- Có thể tạo được các kết cấu nhẹ nhưng khả năng chịu lực cao

- Độ bền và độ kín của mối hàn lớn

- Có thể hàn được hai kim loại có tính chất khác nhau

- Thiết bị hàn đơn giản, vốn đầu tư không cao

- Trong kết cấu hàn tồn tại ứng suất dư nhiệt lớn, nên vật dễ bị biến dạng và cong vênh

- Tổ chức kim loại gần mối hàn bị giòn nên kết cấu hàn chịu xung lực kém

- Hàn được sử dụng rộng rãi để tạo phôi, đặc biệt trong ngành chế tạo máy, chế tạo kết cấu dạng khung, giàn trong xây dựng, cầu đường

2.1.3 Phân loại các phương pháp hàn

- Theo trạng thái hàn: Hàn nóng chảy, hàn áp lực, hàn nhiệt

+ Hàn nóng chảy: Hàn hồ quang, hàn khí, hàn điện xỉ, hàn bằng tia điện tử, hàn bằng laser, hàn plasma, Khi hàn nóng chảy, kim loại mép hàn được nung đến trạng thái nóng chảy kết hợp với kim loại bổ sung từ ngoài vào điền đầy khe hở giữa hai chi tiết hàn, sau đó đông đặc tạo ra mối hàn

+ Hàn áp lực: Hàn tiếp xúc, hàn ma sát, hàn nổ, hàn siêu âm, hàn khí ép, hàn cao tần, hàn khuếch tán, Khi hàn bằng áp lực, kim loại ở vùng mép hàn được nung nóng đến trạng thái dẻo sau đó hai chi tiết được ép lại với nhau với lực ép đủ lớn, tạo ra mối hàn

+ Hàn nhiệt: Là sử dụng nhiệt của các phản ứng hóa học phát nhiệt để nung kim loại mép hàn đến trạng thái nóng chảy đồng thời kết hợp với lực ép để tạo ra mối hàn

- Theo năng lượng sử dụng:

+ Điện năng: Hàn hồ quang, hàn điện tiếp xúc,

+ Hóa năng: Hàn khí, hàn nhiệt,

+ Cơ năng: Hàn ma sát, hàn nguội,

- Theo mức độ tự động hóa: Hàn bằng tay, hàn bán tự động, hàn tự động

2.2 Một số phương pháp hàn có thể tự động hóa

2.2.1 Hàn TIG

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) hay hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (Gas Tungsten Arc Welding - GTAW) là quá trình hàn nóng chảy, trong đó nguồn nhiệt điện cung cấp bởi hồ quang được tạo thành giữa điện cực không nóng chảy và vũng hàn Vùng hồ quang được bảo vệ bằng môi trường khí trơ (Ar, He hoặc Ar + He) để ngăn cản những tác động có hại của oxy và nitơ trong không khí Điện cực không nóng chảy thường dùng là volfram

- Một số ưu điểm của phương pháp hàn TIG:

+ Tạo mối hàn có chất lượng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim

+ Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn hồ quang và vũng hàn có thể quan sát được trong khi hàn

+ Không có kim loại bắn tóe

+ Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian

+ Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng của liên kết hàn

- Phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn TIG:

+ Phương pháp hàn TIG được áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt rất thích hợp trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng

+ Phương pháp hàn này thông thường được thao tác bàng tay và có thể tự động hóa hai khâu di chuyển hồ quang cũng như cấp dây hàn phụ

+ Thường được sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, trong sản xuất xe + Sử dụng hàn các tấm mỏng, ống thành mỏng trong ngành công nghiệp xe đạp

+ Thường được sử dụng trong quá trình phục chế sửa chữa các chi tiết bị hỏng, đặc biệt là các chi tiết làm bằng nhôm và magiê

2.2.2 Hàn MIG-MAG

Hình 2.1 Nguyên lý hàn MIG-MAG

Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (Gas Metal Arc Welding - GMAW) phân thành 2 loại MAG (Metal Active Gas welding)

và MIG (Metal Inert Gas welding) là quá trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn: Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của oxi và nitơ trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí

Trong hàn MIG: Khí bảo vệ là khí trơ (Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He) không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không được ứng dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại mầu và thép hợp kim

Trong hàn MAG: Khí bảo vệ là khí hoạt tính (CO2; CO2 + O2; CO2 + Ar, )

có tác dụng chiếm chỗ và đẩy không khí ra khỏi vùng hàn để hạn chế tác dụng xấu của nó Phương pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 được ứng dụng rộng rãi do

có rất nhiều ưu điểm:

- CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp

- Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay

- Tính công nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang dưới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau

- Chất lượng hàn cao Sản phẩm hàn ít bị cong vênh đo tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

- Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí độc

Phạm vi ứng dụng:

- Hàn các loại thép kết cấu thông thường, thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim có ái lực hóa học mạnh với ôxi

- Phương pháp hàn này có thể sử dụng được ở mọi vị trí trong không gian

- Chiều dày vật hàn từ 0,4-4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép, từ l,6-10mm thì hàn một lớp có vát mép, còn từ 3,2-25mm thì hàn nhiều lớp

- Không thích hợp cho hàn ngoài trời, vì sự chuyển động của không khí xung

quanh có thể làm ảnh hưởng tới khí bảo vệ và mối hàn nên sử dụng trong ngành xây dựng khá hạn chế

- Được dùng phổ biến trong hàn tự động và bán tự động

2.2.3 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ

Đặc điểm hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

- Nhiệt lượng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ rất cao, cho phép hàn với tốc

độ lớn Vì vậy phương pháp hàn này có thể hàn những chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép

- Chất lượng liên kết hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng của oxi và nitơ trong không khí xung quanh Kim loại mối hàn đồng nhất về thành phần hóa học Lớp thuốc và xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên ít bị thiên tích Mối hàn có hình dạng tốt, đều đặn, ít bị các khuyết tật như không ngấu, rỗ khí, nứt và bắn tóe

- Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn)

- Hồ quang được bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn Lượng khói (khí độc) sinh ra trong quá trình hàn rất ít so với hàn hồ quang tay

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn

Phạm vi ứng dụng của hàn hồ quang dưới lớp thuốc:

- Các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thước lớn, các dầm thép có khẩu độ và chiều cao, các ống thép có đường kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trong công nghiệp đóng tàu,…

- Chủ yếu được ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng các mối hàn

có chiều dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp

- Hàn được các chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm

2.2.4 Hàn điện tiếp xúc

Hàn điện tiếp xúc (còn gọi là hàn tiếp xúc) là dạng hàn áp lực, sử dụng nhiệt

do biến đổi điện năng thành nhiệt năng bằng cách cho dòng điện có cường độ lớn đi qua mặt tiếp xúc của hai chi tiết hàn để nung nóng kim loại

Đặc điểm của hàn điện tiếp xúc:

- Thời gian hàn ngắn, năng suất cao, mối hàn đẹp và bền

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa các hệ thống hàn điện tiếp xúc

- Đòi hỏi phải có máy hàn công suất lớn (dòng điện hàn có thể lên đến vài chục nghìn Ampe), thiết bị hàn đắt, vốn đầu tư lớn

Hàn điện tiếp xúc có hai loại: hàn điểm và hàn đường

2.3 Lựa chọn phương pháp hàn cho máy hàn tự động

Đặc điểm của hai nửa cầu kim loại cần phải hàn:

- Làm bằng thép Cacbon thấp

- Chiều dày vật liệu là 2mm

- Đường hàn là một đường tròn có đường kính 50mm

- Yêu cầu chất lượng mối hàn: đều, ổn định, không bị khuyết tật

Dựa vào đặc điểm của hai nửa cầu cần hàn, và qua tìm hiểu đặc điểm của những phương pháp hàn có thể tự động hóa, ta lựa chọn phương pháp hàn MIG-MAG để sử dụng cho máy hàn tự động do các ưu điểm sau

- CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp

- Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay

- Tính công nghệ của hàn trong CO2 cao hơn so với hàn hồ quang dưới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau

- Chất lượng hàn cao Sản phẩm hàn ít bị cong vênh đo tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp

- Điều kiện lao động tốt hơn so với hàn hồ quang tay và trong quá trình hàn không phát sinh khí độc

Phương pháp hàn MIG-MAG này rất phổ biến, thỏa mãn các yêu cầu đề ra,

đồng thời, phương pháp hàn này mang lại hiệu quả cao về kinh tế, do chi phí đầu tư nhỏ hơn so với các phương pháp hàn khác

Dựa trên kích thước, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, tra cứu tài liệu, ta lựa chọn chế độ công nghệ hàn như sau:

2.3.1 Khí hàn

Chọn hỗn hợp khí Argon (Ar) hoặc Heli (He) với Oxy theo tỷ lệ 2-10% Oxy

để hồ quang cháy ổn định và vẫn giữ được hoạt động làm sạch của khí trơ Để tiết kiệm chi phí sản xuất có thể dùng khí CO2 hoặc hỗn hợp khí Ar với khí CO2 Áp lực khí từ 1~3 kg/cm2, lưu lượng 15-25 lít/phút

2.3.2 Dạng chuyển dịch giọt kim loại

Chuyển dịch giọt kim loại từ đầu dây hàn vào bể hàn trong hàn MIG có 3 loại: “chuyển dịch tia”, “chuyển dịch cầu”, và "chuyển dịch ngắn mạch” Ngoài ra còn có "chuyển dịch hỗn hợp" Chúng ta gọi đó là “Mezzo-spray transfer - chuyển dịch tia vừa”

Hình 2.2 Kiểu chuyển dịch giọt trong hàn MIG

a Chuyển dịch tia

Đây là trạng thái mà dây hàn nóng chảy thành những giọt nhỏ chuyển dịch vào bể hàn nhanh, liên tục Chuyển dịch tia xảy ra trên dòng tới hạn của hàn MIG Dòng tới hạn nghĩa là dòng điện hàn mà tại đó trạng thái của chuyển dịch kim loại

thay đổi Trong kiểu hàn này, kim loại nóng chảy trên đầu dây hàn bị kéo theo chiều dọc và chuyển qua hồ quang thành giọt nhỏ hơn nhiều so với đường kính của dây hàn

Hình 2.3 Chuyển dịch dạng tia

b Chuyển dịch cầu

Trong trường hợp dòng điện hàn thấp hơn dòng điện tới hạn, chuyển dịch cầu xảy ra Chuyển dịch này cho thấy trạng thái các giọt bằng hoặc lớn hơn đường kính của dây hàn Mức độ bắn toé tăng lên so với các chuyển dịch khác

Hình 2.4 Chuyển dịch dạng cầu

c Chuyển dịch ngắn mạch

Đây là kiểu chuyển dịch cho thấy trạng thái nhỏ giọt ngắn mạch với kim loại hàn và tạo hồ quang Chúng ta có thể gọi chuyển dịch này là "Hồ quang ngắn Tần suất của ngắn mạch là 50÷150 lần trên giây

Hình 2.5 Chuyển dịch dạng ngắn mạch

d Chuyển dịch tia vừa

Hình 2.6 Chuyển dịch dạng tia vừa (chuyển dịch hỗn hợp)

Chuyển dịch này nằm ở khoảng giữa của chuyển dịch ngắn mạch và chuyển dịch tia Thực tế khi hàn MIG cho các loại hợp kim nhôm thường dùng kiểu chuyển dịch này

d Quan hệ giữa chuyển dịch giọt và hình dạng phần kim loại ngấu của mối hàn Hình dạng phần kim loại ngấu trong chuyển dịch ngắn mạch là hình bán nguyệt giống như đáy chảo khi hàn MAG/CO2 và hàn hồ quang bằng que hàn Hình dạng phần kim loại ngấu trong chuyển dịch cầu hoặc chuyển dịch tia vừa là hình

"ngón tay" do chuyển dịch của giọt ở tốc độ cao bằng dòng plasma

Độ rộng phần kim loại ngấu hình ngón tay hẹp hơn độ rộng mối hàn Do đó, chúng ta phải chĩa đầu dây hàn vào đúng đường hàn

Hình 2.7 Quan hệ giữa chuyển dịch giọt và hình dạng phần kim loại ngấu của mối

hàn

e Áp dụng chuyển dịch giọt thích hợp trong hàn MIG

Bảng 2.1 Dạng chuyển dịch giọt tương ứng với dòng diện hàn và đường kính dây

Loại dòng diện hàn Đường kính

Hàn kim loại vừa và mỏng (tất cả các vị trí)

100 ÷ 125A trong hàn

MIG với dây hàn loại tốt 0,4 ÷ 0,8mm

Chuyển dịch ngắn mạch

Hàn kim loại mỏng (tất

cả các vị trí)

Dựa vào đặc tính của vật hàn (vật liệu thép các bon thấp, khá mỏng), ta lựa chọn kiểu chuyển dịch ngắn mạch

Với chiều cao của mối hàn là 2mm, tra đồ thị ta chọn dòng điện hàn là 300A

2.3.4 Điện áp hàn

Khi điện áp hồ quang tăng, độ dài hồ quang sẽ tăng và phần kim loại đắp của mối hàn sẽ phẳng Khi điện áp hồ quang giảm, chiều dài hồ quang sẽ ngắn và kim loại đắp của mối hàn sẽ lồi lên Điện áp hồ quang ảnh hưởng đến sự ổn định của hồ quang và số lượng hạt kim loại bắn toé

Hình 2.9 Mối quan hệ giữa điện áp hồ quang và hình dạng mối hàn

Tra đồ thị trong hình 2.16, với dòng điện là 300A, dạng chuyển dịch giọt kim loại là dạng ngắn mạch, ta chọn được dải điện áp hàn là 10-30V Để mối hàn đẹp, phần kim loại đắp của mối hàn phẳng, ta chọn điện áp hàn ở mức cao, tuy nhiên điện áp hàn còn phụ thuộc vào kích cỡ dây hàn, do đó tuỳ vào đường kính dây hàn

ta chỉnh điện áp cho phù hợp theo bảng sau:

2.3.5 Tốc độ hàn

Trong trường hợp dòng điện hàn và điện áp hồ quang không đổi, nếu tốc độ hàn tăng, chiều rộng mối hàn, độ ngấu và chiều cao phần đắp sẽ giảm

Hình 2.10 Đồ thị quan hệ giữa tốc độ hàn và hình dạng mối hàn

Với chiều cao mối hàn là 2 mm, tra đồ thị trên ta chọn tốc độ hàn là 60 cm/phút

Tính tốc độ quay của phôi:

V = ωR = 2πR/T = 2πRf

Trong đó: V là vận tốc dài của điểm hàn = tốc độ hàn = 60 cm/phút

R là bán kính quả cầu tại vị trí hàn = 25 mm = 2,5 cm

 Tốc độ quay của phôi: n = f = V/2πR = 60/(2*3,14*2,5) = 3,82 vòng/phút

 Chọn động cơ gắn liền hộp giảm tốc, kết hợp biến tần, có tốc độ đầu ra thấp nhất 4 vòng/phút

2.3.6 Thao tác mỏ hàn

Sử dụng phương pháp hàn trái, góc nghiêng mỏ hàn từ 10-20o

Hình 2.11 Chọn chiều quay phôi và góc nghiêng mỏ hàn

2.3.7 Khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn (khoảng nhô ra của đầu dây hàn)

Khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn thay đổi, các yếu tố khác sẽ thay đổi Nếu khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn tăng lên, tốc độ nóng chảy của dây hàn tăng lên và hiệu quả của khí bảo vệ sẽ kém đi

Trong trường hợp tốc độ đẩy dây hàn không đổi, nếu khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn tăng, dây hàn sẽ bị nung nóng Dòng hàn cung cấp cho dây hàn bị giảm đi Vì vậy khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn cần giữ ở khoảng 10 ÷ 20mm

Hình 2.12 Khoảng cách giữa miệng phun và kim loại hàn

1 Ống phun khí; 2 Bép hàn; 3 Khoảng cách giữa ống phun khí và bề mặt kim loại hàn; 4 Khoảng nhô của dây hàn; 5 Dây hàn; 6 Kim loại hàn; 7 Chiều dài hồ quang

Từ các thông số trên, chọn máy hàn Hồng Ký model HK-MIG-350i có thông

số kỹ thuật như sau:

Bảng 2.4

4 Điện áp ra (V) 10 - 60

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CƠ KHÍ

Trong chương này trình bày về nguyên lý hoạt động và kết cấu cơ khí của máy Kết cấu cơ khí bao gồm: Cơ cấu định hướng phôi, cơ cấu vận chuyển phôi, cơ cấu định vị và kẹp chặt, cơ cấu che chắn bảo vệ và các cơ cấu truyền động (xi lanh khí nén, động cơ)

Hình 3.1 Kết cấu tổng thể của máy

1 Thùng chứa phôi; 2 Đĩa định hướng phôi; 3 Máng dẫn phôi; 4 Động cơ; 5 Xi lanh số 1; 6 Cụm phân độ; 7 Xi lanh số 2; 8 Xi lanh số 3; 9 Khay đỡ sản phẩm;

10 Xi lanh số 4; 11 Xi lanh số 5; 12 Chốt điện từ; 13 Thanh gạt sản phẩm;

14 Mỏ hàn

Nguyên lý hoạt động của máy như sau:

- Nửa cầu trái (phôi trái) được đổ vào thùng chứa phôi bên trái của máy, nửa cầu phải (phôi phải) được đổ vào thùng chứa phôi bên phải của máy

- Khi thùng chứa phôi (1) quay, phôi sẽ chuyển động hỗn độn trong thùng, phôi nào nằm đúng trạng thái úp trong lỗ của thùng (1) sẽ được vận chuyển theo chiều quay của thùng, khi đến điểm cao nhất sẽ trùng với lỗ trên đĩa định hướng và rơi vào máng dẫn phôi

- Phôi sẽ chuyển động trượt trong máng nhờ trọng lực, đến đoạn cuối của máng sẽ được chốt điện từ (12) giữ lại Khi cả 2 máng đều có phôi ở vị trí chốt điện

từ, xi lanh số 2 (7) sẽ đưa máng dẫn trung gian vào đồng thời xi lanh số 3 (8) sẽ đưa cốc định vị phôi lên Mở chốt điện từ để 2 phôi rơi tự do xuống cốc định vị Nhờ có máng trung gian mà khi rơi xuống cốc, hai nửa phôi vẫn giữ được trạng thái ổn định

và ốp vào nhau

- Xi lanh số 2 (7) kéo máng trung gian ra ngoài, hai nửa phôi nằm trong cốc

ở trạng thái ốp vào nhau Xi lanh số 1 (5) chuyển động sang phải đẩy trục gá phôi sang phải, khi tiếp xúc với phôi trái thì dừng lại, như vậy nửa trái đã được định vị

Xi lanh số 5 (11) chuyển động sang phải đưa mũi tâm tiến vào nửa phải, khi đó nửa phải đã được định vị

- Xi lanh số 3 (8) chuyển động đi xuống đưa cốc định vị xuống Xi lanh số 1 (5) và xi lanh số 5 (11) chuyển động sang trái đưa quả cầu tiếp xúc với đầu trục chính của cụm phân độ Tại đây phôi được kẹp chặt nhờ lực đẩy của xi lanh số 5 (11)

Xi lanh số 4 (10) đưa tấm chắn xỉ hàn vào vùng hàn để ngăn xỉ hàn bắn vào miệng máng dẫn phôi, máng trung gian và cốc định vị Tiếp đó, động cơ (4) quay dẫn động cho trục chính của cụm phân độ quay 1 vòng, tạo chuyển động hàn, đồng thời máy hàn cấp điện cho mỏ hàn (14) hoạt động Mối hàn được hình thành theo chu vi của quả cầu

Sau khi hàn xong, xi lanh số 5 (11) chuyển động sang phải, do kết cấu của mũi tâm lắp trên xi lanh số 5 (11) nên quả cầu sẽ bám vào mũi tâm, chuyển động sang bên phải, khi gặp phải thanh gạt sản phẩm thì quả cầu sẽ tách khỏi mũi tâm và rơi xuống khay chứa sản phẩm (9) Xi lanh số 4 (10) kéo tấm chắn xỉ hàn về vị trí ban đầu Máy thực hiện chu trình tiếp theo

3.1 Cơ cấu định hướng phôi

Định hướng phôi là một vấn đề rất quan trọng và phức tạp của thiết bị Đây

là yêu cầu đầu tiên khi chế tạo máy hàn tự động Nếu không định hướng được phôi, thì không thể gá đặt phôi và thực hiện hàn theo yêu cầu Thông thường, việc định hướng phôi phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi Tùy thuộc vào đặc điểm riêng của từng loại phôi, mà người kỹ sư sẽ đưa ra các giải pháp định hướng phôi Một số phương pháp định hướng phôi đã được sử dụng trên thực tế: định hướng bằng vấu móc, định hướng bằng khe rãnh, dùng lỗ định hình hoặc túi để định hướng, định hướng bằng ống

Hình 3.2 Cơ cấu định hướng phôi bằng vấu móc

Hình 3.3 Cơ cấu định hướng phôi bằng khe rãnh

Hình 3.4 Dùng lỗ định hình hoặc túi định hướng

Hình 3.5 Định hướng phôi bằng ống

Hình 3.6 Phôi hàn: a) Nửa cầu trái; b) Nửa cầu phải

Sau nhiều thời gian nghiên cứu, học hỏi những cơ cấu định hướng phôi có trước và sau rất nhiều lần làm thử nghiệm, đã đưa ra được một cơ cấu định hướng phôi phù hợp với yêu cầu của máy

Hình 3.8 Cơ cấu định hướng phôi sau khi lắp ghép hoàn chỉnh

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu, lợi dụng trọng lượng của phôi, và đặc điểm của phôi có 2 vị trí cân bằng ổn định Khi thùng chứa quay, những nửa cầu nào úp xuống sẽ mắc vào các lỗ Ø60 tại các góc của thùng, đi lên đến vị trí cao nhất sẽ rơi qua lỗ Ø60 trên đĩa định hướng phôi sau đó rơi vào máng dẫn Những phôi nào ngửa lên sẽ bị trượt xuống khi máng quay, không thể lên tới vị trí cao nhất, và không thể rơi ra khỏi máng Nhờ cơ cấu quay này, ta chọn được những phôi có trạng thái úp xuống, kết cấu lục giác của thùng quay sẽ giúp các phôi không úp vào

lỗ Ø60 thay đổi trạng thái

Động cơ dẫn động thùng quay phải có tốc độ chậm, để phôi có thể rơi qua lỗ

ở đĩa định hướng Sau nhiều lần thực nghiệm lựa chọn được động cơ có tốc độ 9 vòng/phút là hợp lý

Để lựa chọn được góc nghiêng hợp lý, đảm bảo phôi sau khi úp vào lỗ Ø60 trên đáy thùng sẽ đi được đến điểm cao nhất mà không bị rơi ngang chừng, có bố trí thêm cơ cấu điều chỉnh góc nâng, theo đó góc nâng có thể điều chỉnh được từ 20o

đến 40o Qua thực nghiệm lựa chọn được góc nghiêng hợp lý là 30o

Ø25 H7k6Ø52 H7

M20x1,5 M24x1,5

5 Thùng chứa phôi (mặt đáy)

6 Đĩa định hướng phôi

từ thì dừng lại Khi trong 2 máng dẫn phôi đã có đủ 2 nửa cầu trái và phải (nhận biết bằng cảm biến) các xi lanh số 2 và số 3 sẽ đưa máng trung gian và cốc định vị phôi vào vị trí làm việc để đưa 2 nửa phôi vào cốc định vị Sau đó hai chốt điện từ mở cùng lúc để giải phóng hai nửa phôi, chúng rơi tự do qua máng dẫn và xuống cốc định vị

Máng trung gian thiết kế có ngăn ở giữa, vát mép hai bên để hai nửa cầu luôn

ở trạng thái thẳng đứng Trên một mặt của máng dẫn trung gian có khuyết 1 phần để

đảm bảo thoát được 2 nửa phôi khi xi lanh số 2 rút máng trung gian ra khỏi vị trí làm việc Xi lanh số 2 phải là loại có dẫn hướng để đảm bảo máng trung gian không

bị xoay, lật trong quá trình chuyển động Theo tính toán hành trình của xi lanh số 2 tối thiểu là 65mm Chuyển động đẩy máng trung gian và cốc định vị vào vùng làm việc đồng thời để giảm thời gian máy và giảm số đầu vào cho xi lanh 2 và 3

3 1

4

5

6

2

Hình 3.11 Cơ cấu vận chuyển phôi

1 Phôi trái; 2 Phôi phải; 3 Máng dẫn; 4 Chốt điện từ 5 Máng dẫn trung gian;

6 Cốc định vị