Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay

• Tác giả: Tạ Văn Rảnh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Cương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• Danh sách các hình
• Danh sách các bảng
• 1. Chương 1
• 1.2. Các phương pháp hàn ma sát
• 1.3. Hàn ma sát thẳng (linear friction welding)
• 1.4. Hàn ma sát đảo/ngoáy (friction stir welding)
• 1.5. Hàn ma sát xoay (Rotative friction welding)
• 1.6. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.7. Kết quả nghiên cứu trên thế giới
• 1.8. Kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.9. Các vấn đề còn tồn tài cần nghiên cứu để giải quyết
• 1.10. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.11. Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài
• 1.12. Ý nghĩa khoa học
• 1.13. Tính thực tiễn
• 1.14. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.15. Mục đích nghiên cứu
• 1.16. Khách thể, đối tượng nghiên cứu
• 1.17. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.18. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.19. Giới hạn đề tài
• 1.20. Cơ sở phương pháp luận
• 1.21. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 1.22. Kế hoạch thực hiện
• 1.23. Lịch sử hàn ma sát
• 1.24. Các thông số công nghệ hàn ma sát xoay
• 1.25. ÁP lực ma sát và áp lực rèn (áp lực chồn)
• 1.26. Lựa chọn lượng co gia nhiệt (làm nóng)
• 1.27. Thời gian nung (thời gian ma sát)
• 1.28. Sự tương quan giữa mô men và nhiệt năng
• 1.29. Nguyên lý hoạt động hàn ma sát xoay
• 1.30. Đặc điểm của hàn ma sát
• 1.31. Quy trình hàn ma sát xoay
• 2. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
• 2.1. Thông số thiết kế
• 2.2. Phát thảo nguyên lý hoạt động
• 2.3. Nguyên lý yêu cầu
• 2.4. Nguyên lý hoạt động
• 2.5. Phương án thiết kế
• 2.6. Phương án 1: Hàn ma sát trên máy tiện
• 2.7. Phương án 2: Máy hàn ma sát thông thường
• 2.8. Phương án 3: Máy hàn ma sát quán tính
• 2.9. Phương án 4: Máy hàn ma sát điều khiển tự động
• 2.10. Phương án 1: Hàn ma sát trên máy tiện
• 2.11. Phương án 2: Hàn ma sát thường
• 2.12. Phương án 3: Hàn ma sát quán tính
• 2.13. Phương án 4: Hàn ma sát điều khiển tự động
• 2.14. Các bộ phận máy hàn ma sát xoay
• 2.15. Đề xuất chế tạo máy hàn
• 3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
• 3.1. Phương án thiết kế thân đế
• 3.2. Phương án 2: Chế tạo khung đỡ cho máy
• 3.3. Phương án thiết kế hệ thống đỡ trục chính mang mâm cặp quay
• 3.4. Phương án 1: Chế tạo hộp tốc độ chứa trục chính
• 3.5. Sử dụng hộp tốc độ máy tiện
• 3.6. Phương án thiết kế hệ thống kẹp chặt chi tiết đứng yên
• 3.7. Thiết kế cụm chi tiết sử dụng mâm cặp ba chấu tự định tâm
• 3.8. Cơ cấu kẹp chặt bằng khối V tự định tâm
• 3.9. Phương án thiết kế hệ thống trượt mang cơ cấu kẹp cố định
• 3.10. Phương án 1: Sử dụng băng trượt máy tiện, gia công thêm bàn bàn trượt
• 3.11. Phương án 2: Sử dụng thanh dẫn trượt (SLIDE GUIDE)
• 3.12. Phương án thiết kế hệ thống đẩy bàn trượt bằng xy – lanh thủy lực
• 3.13. Phương án 1: Hai xy lanh đẩy nối tiếp nhau
• 3.14. Phương án 2: Sử dụng hai xy lanh kế hợp với đòn bẩy
• 3.15. Phương án 3: Sử dụng 1 xy lanh, dùng van điện từ solenoid
• 3.16. Phương án điều khiển tốc độ động cơ
• 3.17. Phương án 1: Sử dụng puley
• 3.18. Phương án 2: Sử dụng biến tần
• 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, VẬN HÀNH
• 4.1. Kết cấu tổng thể
• 4.2. Tính toán phần cơ khí
• 4.3. Tính công suất máy (Chi tiết xem Phục lục 01)
• 4.4. Tốc độ quay của trục chính (Chi tiết xem phụ lục 02)
• 4.5. Tính toán bộ truyền đai (Chi tiết xem phụ lục 03)
• 4.6. Tính toán xy lanh thủy lực (Chi tiết xem phụ lục 04)
• 4.7. Khoản cách hai đầu kẹp
• 4.8. Chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay
• 4.9. Chế tạo khung đỡ
• 4.10. Lắp ráp bộ phận gá trục chính mang mâm cặp quay
• 4.11. Chế tạo cơ cấu mang mâm cặp không quay
• 4.12. Chế tạo hệ thống trượt
• 4.13. Chế tạo bộ phận gá lắp xy lanh thủy lực
• 4.14. Vận hành thiết bị
• 5. THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ
• 5.1. Vật liệu thử nghiệm
• 5.2. Mẫu thử nghiệm
• 5.3. Thông số thử nghiệm
• 5.4. Chuẩn bị mẫu thử nghiệm
• 5.5. Tiến hành thử nghiệm
• 5.6. Sản phẩm thử nghiệm hàn ma sát
• 5.7. Thép không gỉ 304
• 5.8. Đánh giá chất lượng mẫu hàn
• 5.9. Kiểm tra độ bền kéo mẫu hàn
• 5.10. Đánh giá chất lượng mối hàn
• 6. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÍNH CÔNG SUẤT MÁY
• TÍNH TỐC ĐỘ QUAY TRỤC CHÍNH
• TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI
• TÍNH TOÁN LY LANH THỦY LỰC
• ĐƯỜNG KÍNH CỦA ĐƯỜNG ỐNG

I. Tổng quan về nghiên cứu thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay

Nghiên cứu thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí. Phương pháp hàn này không chỉ giúp kết nối các chi tiết một cách hiệu quả mà còn đảm bảo độ bền cao cho mối hàn. Hàn ma sát xoay sử dụng nhiệt sinh ra từ ma sát giữa hai chi tiết đang quay để làm nóng chảy vật liệu tại vùng tiếp xúc. Điều này tạo ra một mối hàn ổn định và bền vững hơn so với các phương pháp hàn truyền thống.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của hàn ma sát xoay

Hàn ma sát xoay là quá trình hàn áp lực, trong đó hai chi tiết quay tương đối với nhau. Nhiệt ma sát sinh ra làm nóng chảy vật liệu tại vùng tiếp xúc, sau đó lực ép được áp dụng để tạo thành mối hàn. Phương pháp này cho phép kết nối các vật liệu khác nhau một cách hiệu quả.

1.2. Lịch sử phát triển của hàn ma sát xoay

Hàn ma sát xoay đã được cấp bằng sáng chế từ năm 1891. Từ đó, công nghệ này đã phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong các lĩnh vực quân sự và công nghiệp chế tạo. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải tiến hiệu suất và ứng dụng của phương pháp này.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay

Mặc dù hàn ma sát xoay mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức trong quá trình thiết kế và ứng dụng. Các vấn đề như độ chính xác trong việc điều chỉnh tốc độ quay, lực ép và nhiệt độ là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu phù hợp cũng là một yếu tố quyết định đến hiệu quả của quá trình hàn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn

Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ quay, lực ép và thời gian ma sát. Việc điều chỉnh chính xác các thông số này là rất quan trọng để đạt được mối hàn bền vững và ổn định.

2.2. Thách thức trong việc lựa chọn vật liệu hàn

Việc lựa chọn vật liệu hàn phù hợp là một thách thức lớn. Các vật liệu khác nhau có tính chất vật lý và hóa học khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng kết nối và độ bền của mối hàn. Cần có nghiên cứu kỹ lưỡng để xác định vật liệu tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

III. Phương pháp thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay hiệu quả

Thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ hiện đại và các phương pháp truyền thống. Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng và phân tích sẽ giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế. Các yếu tố như cấu trúc máy, hệ thống điều khiển và các bộ phận cơ khí cần được xem xét kỹ lưỡng.

3.1. Quy trình thiết kế thiết bị hàn

Quy trình thiết kế bao gồm việc xác định yêu cầu kỹ thuật, lựa chọn vật liệu, và phát triển mô hình 3D. Các bước này giúp đảm bảo rằng thiết bị sẽ hoạt động hiệu quả và đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng.

3.2. Ứng dụng công nghệ trong thiết kế

Sử dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay giúp tăng độ chính xác và giảm thời gian sản xuất. Công nghệ này cho phép mô phỏng và kiểm tra các thiết kế trước khi sản xuất thực tế.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị hàn ma sát xoay

Thiết bị hàn ma sát xoay đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo máy, sản xuất ô tô và hàng không. Các ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Hàn ma sát xoay cho phép kết nối các vật liệu khác nhau, mở ra nhiều cơ hội mới trong sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong ngành chế tạo máy

Trong ngành chế tạo máy, hàn ma sát xoay được sử dụng để kết nối các chi tiết máy có hình dạng phức tạp. Phương pháp này giúp tăng cường độ bền và độ chính xác của các sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong ngành hàng không

Hàn ma sát xoay cũng được ứng dụng trong ngành hàng không, nơi yêu cầu cao về độ bền và độ nhẹ của các chi tiết. Phương pháp này cho phép kết nối các vật liệu nhẹ mà vẫn đảm bảo độ bền cao.

V. Kết luận và tương lai của thiết bị hàn ma sát xoay

Thiết bị hàn ma sát xoay đang ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo. Với những ưu điểm vượt trội về chất lượng mối hàn và khả năng kết nối các vật liệu khác nhau, phương pháp này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Nghiên cứu và cải tiến công nghệ sẽ giúp nâng cao hiệu suất và mở rộng ứng dụng của hàn ma sát xoay.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ hàn ma sát

Công nghệ hàn ma sát xoay có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm mới và cải tiến quy trình sản xuất. Nghiên cứu liên tục sẽ giúp tối ưu hóa các thông số kỹ thuật và nâng cao hiệu quả sản xuất.

5.2. Tác động của hàn ma sát đến ngành công nghiệp

Hàn ma sát không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc sử dụng công nghệ này sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp chế tạo.