Nghiên cứu và phát triển máy hàn ma sát khuấy tại HCMUTE

MỤC LỤC

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.2. Mục tiêu của đề tài

1.3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu

1.3.2. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Giới thiệu về ma sát khuấy

2.2. Lịch sử phát triển

2.3. Nguyên lý hàn ma sát khuấy

2.4. Phân loại

2.5. Ứng dụng của hàn ma sát khuấy

2.5.1. Thế giới

2.5.2. Trong nước

2.6. Thiết bị hàn ma sát khuấy

2.6.1. Máy hàn ma sát khuấy trục chính phương ngang

2.6.2. Máy hàn ma sát khuấy trục chính phương đứng

2.6.3. Máy hàn ma sát khuấy năm trục dạng đứng

2.6.4. Máy hàn ma sát khuấy dạng khung hàn vật hàn dạng tấm

2.6.5. Máy hàn ma sát khuấy hàn ống dày

2.6.6. Robot công nghiệp

2.6.7. Dụng cụ hàn ma sát khuấy

2.6.7.1. Dụng cụ Skew-Stir

2.6.7.2. Dụng cụ Whorl

2.6.7.3. Dụng cụ Triflute

2.6.8. Các lực trong hàn ma sát khuấy

2.6.8.1. Lực dọc Fx

2.6.9. Các nghiên cứu trong và ngoài nước. Định lượng các công việc nghiên cứu

3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY HÀN MA SÁT KHUẤY

3.1. Phương án kết cấu

3.2. Lực chọn phương án

3.3. Phương án thiết kế thân đỡ đầu máy

3.3.1. Phương án 1 – Thép tấm

3.4. Lực chọn phương án

3.5. Phương án thiết kế lắp đặt cụm động cơ servo của vitme dọc

3.5.1. Lựa chọn phương án

3.6. Phương án thiết kế lắp đặt cụm động cơ servo của vitme ngang

3.6.1. Lựa chọn phương án

3.7. Phương án thiết kế truyền động từ động cơ sang đầu máy

3.7.1. Lựa chọn phương án

3.8. Phương án điều khiển tốc độ động cơ

4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ

4.1. Xác định lực hàn

4.2. Truyền động trục Y

4.3. Tính toán bộ truyền vít me - đai ốc bi theo độ bền kéo (hoặc nén)

4.4. Chọn động cơ trục Y

4.5. Truyền động trục X

4.6. Tính toán bộ truyền vít me - đai ốc bi theo độ bền kéo/nén

4.7. Chọn động cơ trục X

4.8. Tính toán chọn động cơ cho trục chính

4.9. Tính toán thiết kế bộ truyền động đai

4.9.1. Thông số đầu vào

4.9.2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai

5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM

6.1. Chế tạo chi tiết cơ khí

6.2. Cụm khung đầu máy

6.3. Tấm T che mặt trên

6.4. Cụm vitme dọc

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

I. Nghiên cứu máy hàn ma sát khuấy tại HCMUTE Tổng quan và bối cảnh

Bài viết này tập trung phân tích nghiên cứu và phát triển máy hàn ma sát khuấy tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HCMUTE). Nghiên cứu về công nghệ hàn ma sát khuấy đang thu hút sự chú ý toàn cầu do tính hiệu quả và thân thiện môi trường. Tuy nhiên, tại Việt Nam, ứng dụng hàn ma sát khuấy vẫn còn hạn chế. Đề tài nghiên cứu tại HCMUTE đóng góp đáng kể vào việc phát triển máy hàn ma sát khuấy trong nước, giúp giảng viên HCMUTE và sinh viên làm chủ công nghệ hàn ma sát khuấy. Nghiên cứu khoa học HCMUTE trong lĩnh vực này mang ý nghĩa đào tạo và ứng dụng thực tiễn cao. Khó khăn chính là chi phí đầu tư cao cho máy móc thiết bị hàn ma sát khuấy. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và phát triển tại HCMUTE hướng đến giải pháp tối ưu về chi phí và tính ứng dụng rộng rãi.

1.1 Ý nghĩa và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu máy hàn ma sát khuấy tại HCMUTE nhắm mục tiêu thiết kế và chế tạo một mô hình máy hàn có khả năng hàn giáp mí tấm nhôm (6061) dày đến 6mm. Đây là một thử thách kỹ thuật đáng kể, đặc biệt là trong điều kiện hạn chế về nguồn lực. Mục tiêu của nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc chế tạo máy, mà còn bao gồm việc nghiên cứu sâu về quá trình hàn ma sát khuấy, tối ưu hóa tham số hàn ma sát khuấy, và đánh giá chất lượng mối hàn. Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển công nghệ hàn ma sát khuấy tại Việt Nam, một lĩnh vực còn tương đối mới mẻ. Thành công của đề tài sẽ góp phần thúc đẩy ứng dụng rộng rãi công nghệ hàn ma sát khuấy trong các ngành công nghiệp. HCMUTE, với vai trò là một trường đại học kỹ thuật hàng đầu, có trách nhiệm đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng nhu cầu phát triển công nghệ hiện đại. Nghiên cứu và phát triển tại HCMUTE tập trung vào tính khả thi và ứng dụng thực tiễn của máy hàn ma sát khuấy.

1.2 Thách thức và giải pháp

Một trong những thách thức lớn nhất là chi phí hàn ma sát khuấy cao, do đó, việc lựa chọn vật liệu và thiết kế máy phải tối ưu hóa chi phí. Vật liệu hàn chủ yếu là nhôm (Al 6061) dày 6mm, vật liệu dao khuấy là thép SKD 11, dễ tìm kiếm tại Việt Nam. Thiết kế máy hàn ma sát khuấy đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo chất lượng mối hàn. Phương pháp nghiên cứu kết hợp nghiên cứu lý thuyết, phân tích số liệu, thiết kế mô hình và thử nghiệm thực tế. Kiểm soát chất lượng hán ma sát khuấy là rất quan trọng. Các nghiên cứu trước đó trên thế giới cung cấp nền tảng lý thuyết quan trọng. Tuy nhiên, việc áp dụng vào điều kiện cụ thể tại Việt Nam cần được nghiên cứu kỹ lưỡng. An toàn hàn ma sát khuấy cũng là một yếu tố cần được đặc biệt chú trọng trong quá trình thiết kế và vận hành máy.

II. Phân tích thiết kế và chế tạo máy hàn ma sát khuấy

Phần này trình bày chi tiết quá trình thiết kế máy hàn ma sát khuấy. Thiết kế cơ khí tập trung vào cấu trúc máy, lựa chọn vật liệu, và tính toán các thông số kỹ thuật. Phương án thiết kế được lựa chọn dựa trên các tiêu chí hiệu quả, độ tin cậy, và chi phí. Truyền động của máy được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo chính xác và ổn định. Mô phỏng hàn ma sát khuấy được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế. Chế tạo máy hàn ma sát khuấy bao gồm các giai đoạn gia công, lắp ráp, và thử nghiệm. Kiểm tra chất lượng máy hàn ma sát khuấy sau khi chế tạo là bước quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.1 Thiết kế cơ khí và truyền động

Thiết kế máy hàn ma sát khuấy bao gồm việc lựa chọn các máy móc thiết bị hàn ma sát khuấy phù hợp, tính toán lực hàn, và thiết kế hệ thống truyền động. Truyền động trục Y và trục X được thiết kế dựa trên tính toán độ bền. Việc lựa chọn động cơ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất làm việc của máy. Thiết kế bộ truyền động đai được tính toán để tối ưu hóa hiệu suất truyền động và độ bền. Mô phỏng phần mềm được sử dụng để kiểm tra tính ổn định của cấu trúc máy và hệ thống truyền động. Phân tích ứng suất giúp đảm bảo độ bền của các bộ phận máy. Tiêu chuẩn thiết kế được tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cho người vận hành và chất lượng mối hàn. Lựa chọn phương án tối ưu dựa trên cân nhắc về chi phí, hiệu quả, và độ tin cậy. Vật liệu được lựa chọn cẩn thận dựa trên tính chất cơ lý, khả năng chịu mài mòn, và chi phí.

2.2 Điều khiển và kiểm nghiệm

Bộ điều khiển của máy được thiết kế để điều chỉnh các tham số hàn ma sát khuấy, bao gồm tốc độ quay, tốc độ tiến, và lực ép. Phần mềm điều khiển cho phép người vận hành giám sát và điều chỉnh các tham số một cách dễ dàng. Kiểm nghiệm máy hàn ma sát khuấy được thực hiện để đánh giá hiệu suất, độ chính xác, và độ tin cậy của máy. Quá trình chế tạo các chi tiết cơ khí được thực hiện theo đúng quy trình kỹ thuật. Lắp ráp máy đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo hoạt động ổn định. Kiểm tra chất lượng mối hàn được thực hiện để đánh giá chất lượng của mối hàn và hiệu quả của máy. An toàn lao động được đặt lên hàng đầu trong quá trình thiết kế, chế tạo và vận hành máy. Dữ liệu thử nghiệm được phân tích để đánh giá hiệu quả của thiết kế và tìm ra những điểm cần cải tiến. Báo cáo nghiên cứu tổng hợp toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm máy.

III. Kết luận và ứng dụng

Nghiên cứu này đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một mô hình máy hàn ma sát khuấy. Kết quả nghiên cứu cho thấy máy hoạt động ổn định và hiệu quả trong việc hàn các tấm nhôm với chất lượng mối hàn tốt. Ứng dụng của máy hàn ma sát khuấy rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, như hàng không, ô tô, và đóng tàu. Tiềm năng hàn ma sát khuấy còn rất lớn, và nghiên cứu này đã góp phần làm sáng tỏ tiềm năng của công nghệ hàn ma sát khuấy tại Việt Nam. Nghiên cứu tại HCMUTE đã đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực này. Hạn chế của nghiên cứu là quy mô nhỏ và cần được mở rộng hơn nữa.

3.1 Đóng góp và hạn chế

Nghiên cứu này có những đóng góp quan trọng trong việc phát triển công nghệ hàn ma sát khuấy tại Việt Nam. Nó cung cấp một mô hình máy hàn ma sát khuấy hiệu quả và kinh tế. Đề tài cũng đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho lĩnh vực này. Tuy nhiên, nghiên cứu còn có những hạn chế nhất định. Quy mô của nghiên cứu còn nhỏ, và cần được mở rộng hơn nữa để ứng dụng vào sản xuất công nghiệp. Số lượng mẫu hàn còn hạn chế, cần thêm nhiều thí nghiệm để xác định đầy đủ khả năng của máy. Chi phí nghiên cứu cũng cần được xem xét kỹ hơn để có thể thương mại hóa công nghệ này rộng rãi hơn. Hợp tác nghiên cứu với các doanh nghiệp sẽ giúp thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của công nghệ này. Tối ưu hóa thiết kế và công nghệ chế tạo vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí.

3.2 Hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu cần được tiếp tục mở rộng quy mô, thử nghiệm với nhiều loại vật liệu khác nhau, và cải tiến thiết kế để nâng cao hiệu suất. Hợp tác quốc tế sẽ giúp tiếp cận các công nghệ tiên tiến và kinh nghiệm quốc tế. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào hệ thống điều khiển sẽ giúp tự động hóa quá trình hàn và nâng cao chất lượng mối hàn. Nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa tham số hàn sẽ giúp tăng hiệu suất và giảm chi phí. Phát triển phần mềm mô phỏng chính xác hơn sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu thời gian thử nghiệm. Xây dựng hệ thống quản lý chất lượng cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc chuyển giao công nghệ cho các doanh nghiệp sẽ giúp công nghệ này được ứng dụng rộng rãi hơn trong sản xuất công nghiệp.

Nghiên cứu thiết kế và phát triển máy hàn ma sát khuấy tại HCMUTE