CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Biến dạng cục bộ là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực để tạo hình chi tiết từ phôi phẳng hoặc phôi trụ rỗng dưới tác dụng của lực làm biến dạng dẻo cục bộ theo quỹ đạo xác định. Ngày nay, công nghệ biến dạng kim loại đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như công nghệ sản xuất hàng tiêu dùng, công nghệ sản xuất ô tô, công nghệ quốc phòng,… Sản phẩm biến dạng cục bộ rất đa dạng và phong phú về chủng loại, hình dáng, kích thước, cũng như vật liệu của sản phẩm. Trong đó, biến dạng cục bộ kim loại có đặc điểm là ứng suất xuất hiện cục bộ từng phần nên công suất của thiết bị tạo hình nhỏ hơn rất nhiều so với các phương pháp biến dạng kim loại truyền thống khác. Hiện nay, các công ty, trường đại học và viện nghiên cứu cũng có những nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực biến dạng kim loại nhưng chủ yếu đi theo hướng tìm hiểu công nghệ và ứng dụng gia công cho các sản phẩm cụ thể trên nền tảng các thiết bị ngoại nhập, cũng như chế tạo các sản phẩm có giá trị dung sai kích thước và sai lệch hình dạng tương đối lớn.
Vì vậy, với những ưu điểm nổi trội của phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo các sản phẩm từ phôi tấm thì việc nghiên cứu, ứng dụng, phát triển công nghệ và thiết bị biến dạng cục bộ trong giai đoạn hiện nay là rất cần thiết 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Thiết kế mẫu máy miết CNC với chất lượng sản phẩm miết tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu và giảng dạy trên trường lớp. - Phát triển chất lượng về mẫu miết, kết cấu máy so với những dòng máy miết truyền thống trên thị trường nhưng vẫn phải đảm bảo về mức giá cả hợp lý Luan van 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ. Tính toán, thiết kế máy CNC tạo hình kim loại tấm bằng phương pháp biến dạng cục bộ.4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy CNC tạo hình kim loại tấm theo nguyên lí biến dạng cục bộ 1.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về công nghệ biến dạng kim loại tấm theo phương pháp biến dạng cục bộ Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu truyền động của máy Nghiên cứu tính toán phần điện Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình Nghiên cứu, tính toán đường chạy dao tối ưu 1.1 Cách tiếp cận Từ cơ cở các tài liệu, các nghiên cứu, đề tài đi trước, các mẫu máy có trên thị trường để phân tích những ưu điểm cũng như những nhược điểm của các dòng máy có trước từ đó lựa chọn thiết kế được mẫu máy tốt hơn.2 Phương pháp nghiên cứu Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình. Cụ thể: Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài.
Luan van - Nghiên cứu về lý thuyết tạo mẫu với công nghệ biến dạng kim loại tấm theo phương pháp biến dạng cục bộ - Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính xác, tối ưu hóa chuyển động. - Tìm hiểu về thuật toán điều khiển đường chạy của dao miết Thực nghiệm: - Chế tạo mô hình máy miết CNC từ đó áp dụng, kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã nghiên cứu. - Nghiên cứu các kiểu đường chạy dao có thể sử dụng đối với các mẫu miết để tối ưu mẫu miết. Luan van CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp lăp trục vitme - Sự thay đổi tải trọng và tốc độ quay cho phép của trục vitme, dựa vào việc sử dụng phương pháp lắp đặt trục vitme.
Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp lắp đặt phải phù hợp với điều kiện hoạt động cụ thể. Dưới đây là sơ đồ minh họa điển hình của một số cách lắp trục vitme : Hình 2. 1: Phương pháp cố định cố định Hình 2. 2: Phương pháp cố định gối đỡ Luan van Hình 2.
3: Phương pháp cố định tự do 2.2 Xác định bước trục vitme (l) [1] Bước trục vitme được xác định theo công thức : Vmax l= N max Trong đó: Vmax là vận tốc dài lớn nhất của trục vitme (mm/phút) N max là tốc độ lớn nhất của động cơ (vòng/ phút).3 Xác đinh lực dọc trục [1] 2.1 Cơ chế di chuyển ngang qua lại Hình 2. 4: Cơ chế di chuyển ngang Luan van - Đối với cơ chế di chuyển ngang qua lại, ta có thể sử dụng trong việc tính toán bằng các phương trình sau: o Tăng tốc (về trái): Fa1 = μ.g + f o Giảm tốc (về trái): Fa3 = μ.a o Tăng tốc (về phải): Fa4 = -μ.g - f o Giảm tốc (về phải): Fa6 = -μ.a Trong đó: Vmax a: gia tốc ( a = ) t Vmax : tốc độ quay lớn nhất (m/s). m: tổng khối lượng (kg). μ : hệ số ma sát trượt bề mặt.
f : lực chống không tải (N).2 Cơ chế di chuyển dọc lên xuống [1] Luan van Hình 2. 5: Cơ chế di chuyển dọc o Tăng tốc (đi lên): Fa1 = m.g + f o Giảm tốc (đi lên): Fa3 = m.a o Tăng tốc (đi xuống): Fa4 = m.g - f o Giảm tốc (đi xuống): Fa6 = m.a Trong đó: Vmax a là gia tốc ( a = ), Vmax : tốc độ quay lớn nhất (m/s). m là tổng khối lượng(kg). μ là hệ số ma sát trượt bề mặt.
f :là lực chống không tải (N).4 Xác định tải trọng trung bình [1] Lực dọc trục biến thiên theo từng cấp với mức độ tăng dần có thể xác định theo công thức: F13. 6: Lực dọc trục biến thiên theo từng cấp Hình 2. 7: Đường biểu diễn lực dọc trục biến thiên theo từng cấp Tốc độ quay trung bình có thể xác định theo công thức: n1.+t n Lực dọc trục biến thiên tương tự giống đường thẳng: Luan van Hình 2. 8: Lực dọc trục biến thiên tương tự giống đường thẳng Trường hợp này có thể xác định tải trọng trung bình theo công thức: 1 Fm = (F min +Fmax ) 3 Lực dọc trục biến thiên theo đường sin: có 2 trường hợp - Trường hợp 1: đồ thị lực dọc trục được biến thiên như biểu đồ: Lực trung bình có thể xác định theo công thức: Fm = 0,65.
9: Lực dọc trục biến thiên theo đường sin1 - Trường hợp 2: đồ thị lực dọc trục được biến thiên như biểu đồ: Lực trung bình có thể xác định theo công thức: Fm = 0,75.Fmax Luan van Hình 2. 10: Lực dọc trục biến thiên theo đường sin2 2.5 Xác định các hệ số tải trọng [1] 2.1 Tải trọng tĩnh Co Fmax = fs Trong đó: Fmax là lực dọc trục lớn nhất (N). Co là hệ số tải trọng tĩnh. f s là hệ số an toàn tĩnh.2 Tải trọng động C a - Có 3 cách xác định thời gian bền mỏi làm việc: Ca 3 6 o Theo số vòng quay: L = ( ) .f w L o Theo tổng thời gian hoạt động: L t = 60.l o Theo chiều dài hoạt động: Ls = 106 Trong đó: L: thời gian bền mỏi (tổng số vòng quay).
L t : thời gian bền mỏi (theo thời gian hoạt động). L s : thời gian bền mỏi (theo chiều dài hoạt động). Luan van C a : tải trọng động. Fa : lực dọc trục (N).
f w : hệ số tải trọng động. 1 Điều kiện chuyển động Tốc độ hoạt động fw Không va chạm và rung V 15 (m/phút) 1.2 động Va chạm và rung động nhẹ 15 < V 60 (m/phút) 1.5 Va chạm và rung động vừa 60 < V 1.6 Xác định tốc độ quay cho phép [1] - Được xác định theo công thức: 60.A L Trong đó: n là tốc độ quay cho phép (rpm). α là hệ số an toàn ( α = 0,8). E là ứng suất Young (2,1.d 4r I là moment quán tính mặt cắt ngang (I = (mm 4 )) 64 d r là đường kính trục vitme (mm).
Luan van L là chiều dài trục vitme (mm). g là gia tốc trọng trường (g =10 (m 2 ) ). s -6 3 γ là khối lượng riêng ( = 7,8. f,λ là hệ số phụ thuộc vao phương pháp lắp : Đỡ - đỡ: f = 9,7, ( λ = π ).
Cố định – cố định: f = 21,9, ( λ = 4,730). Cố định - tự do: f = 3,4, ( λ = 1,875).7 Xác định tải trọng cho phép của trục vitme [1] - Tải trọng cho phép của trục vitme có thể xác định theo công thức: π.103 L L Trong đó: α là hệ số an toàn ( α = 0,5). E là ứng suất Young (2,1.d 4r I là moment quán tính mặt cắt ngang (I= (mm 4 )) 64 d r là đường kính trục vitme (mm). L là chiều dài trục vitme (mm).
m, N là hệ số phụ thuộc vao phương pháp lắp: Đỡ - đỡ: m = 5,1 (N = 1). Cố định - cố định: m =20. Cố định - tự do: m = 1,3 (N = 1/4).8 Xác định sai số vị trí đo nhiệt độ [1] Luan van - Độ dãn nở hoặc co rút của trục vitme do nhiệt độ có thể xác định theo công thức: ΔLo = ρ.L Trong đó: ρ là hệ số giãn nỡ nhiệt ( μm/m C ) 0 L là chiều dài trục vitme (mm), θ là độ lệch nhiệt độ (oC). - Lực gây ra sự dãn nở vì nhiệt: F0 = ΔL0 .K s Trong đó: ΔL0 là độ dãn nỡ hoặc co rút của trục vitme (mm).
K s là độ cứng theo hướng dọc trục của trục vitme ( kgf/μm ).L Trong đo: E là ứng suất Young (2,1. L là chiều dài trục vitme (mm). d r là đường kính trục vitme (mm).1 Xác định moment phát động 2.1 Moment đặt trước [1] - Xác định theo công thức: F .π Trong đó: k là hệ số moment xoắn đặt trước ( k = 0,05. Luan van Fmax Fao là tải trọng đặt trước (N) ( Fao = ).
3 l là bước ren trục vitme (mm/vòng).2 Moment hoạt động ngược [1] Biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay gọi là moment hoạt động ngược.