Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Và Chế Tạo Bàn Gá Hàn Xoay Tự Động Công Nghệ Chế Tạo Máy

Đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo máy tập trung thiết kế, chế tạo bàn gá hàn xoay tự động, ứng dụng hiệu quả trong sản xuất công nghiệp.

• Tác giả: Hà Phi Hoàng
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Quang Khoa
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế và chế tạo bàn gá hàn xoay tự động
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN GÁ HÀN XOAY TỰ ĐỘNG
• ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURING OF AUTOMATIC ROTARY WELDING TABLE
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Các phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 2.1. Một số loại đồ gá, kẹp và căn chỉnh ứng dụng trong hàn ống
• 2.2. Đặc tính của máy và kết cấu máy
• 2.3. Tổng quan hàn MIG (MAG)
• 2.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu theo lĩnh lực đề tài
• 2.5. Tổng quan về ống hàn
• 2.6. Tổng quan về mặt bích
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Cấu hình các mối hàn
• 3.2. Tổng quan của động cơ giảm tốc
• 3.3. Tổng quan bộ truyền xích
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
• 4.1. Yêu cầu của đề tài
• 4.2. Lên ý tưởng thiết kế
• 4.3. So sánh các phương án thiết kế và đưa ra lựa chọn tối ưu
• 4.4. Tổng quan máy sau khi lựa chọn phương án
• 4.5. Mô hình thiết kế
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY
• 5.1. Tính toán chọn động cơ
• 5.2. Tính toán bộ truyền xích
• 5.3. Tính toán khớp nối
• 5.4. Tính toán trục
• 5.5. Kiểm nghiệm trục
• 5.6. Kiểm nghiệm then
• 5.7. Kiểm nghiệm khung máy bằng phần mềm INVENTOR 2022
• 5.8. Kiểm nghiệm bền theo ứng suất
• 5.9. Kiểm nghiệm bền theo chuyển vị
• 6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY
• 6.1. Chế tạo các bộ phận máy
• 6.2. Hệ thống mạch điện
• 6.3. Lắp ráp và căn chỉnh máy
• 6.4. Kết quả và thực nghiệm
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Đề tài 'Thiết kế và chế tạo bàn gá hàn xoay tự động' thuộc lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển một hệ thống bàn gá hàn có khả năng xoay tự động. Mục tiêu chính là tạo ra một thiết bị hỗ trợ quá trình hàn các chi tiết dạng ống, đặc biệt là ống thép, với độ chính xác và hiệu suất cao. Đề tài này không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong ngành công nghiệp cơ khí, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, việc hàn ống thép đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Tuy nhiên, các thiết bị bàn gá hàn hiện có chủ yếu được nhập khẩu, dẫn đến chi phí cao và hạn chế về khả năng tùy chỉnh. Đề tài này nhằm giải quyết vấn đề này bằng cách thiết kế và chế tạo một bàn gá hàn xoay tự động có khả năng linh hoạt, dễ dàng điều chỉnh góc hàn từ 0° đến 90°, giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế và chế tạo một bàn gá hàn xoay tự động có khả năng xoay linh hoạt, phù hợp với các chi tiết dạng ống. Đề tài cũng hướng đến việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ hiện đại như điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ và cơ cấu định vị kẹp chặt, nhằm đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình hàn.

II. Tổng quan nghiên cứu

Chương này tập trung vào việc tổng hợp các nghiên cứu liên quan đến bàn gá hàn và hệ thống hàn tự động. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc sử dụng bàn gá hàn xoay tự động có thể cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, các nghiên cứu về công nghệ hàn MIG và cơ cấu định vị đã cung cấp nền tảng lý thuyết quan trọng cho việc thiết kế và chế tạo bàn gá trong đề tài này.

2.1. Các loại đồ gá hàn

Các loại đồ gá hàn hiện có bao gồm đồ gá cố định và đồ gá xoay. Trong đó, đồ gá xoay được ưa chuộng hơn do khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh góc hàn. Tuy nhiên, các thiết bị này thường có giá thành cao và đòi hỏi kỹ thuật vận hành phức tạp. Đề tài này hướng đến việc thiết kế một bàn gá hàn xoay tự động với chi phí hợp lý và dễ dàng sử dụng.

2.2. Công nghệ hàn MIG

Công nghệ hàn MIG (Metal Inert Gas) là một trong những phương pháp hàn phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt hiệu quả khi hàn các chi tiết dạng ống. Việc kết hợp hàn MIG với bàn gá hàn xoay tự động sẽ giúp tối ưu hóa quy trình hàn, đảm bảo độ chính xác và chất lượng mối hàn.

III. Thiết kế và chế tạo bàn gá hàn xoay tự động

Chương này trình bày chi tiết quy trình thiết kế và chế tạo bàn gá hàn xoay tự động. Các bước bao gồm lên ý tưởng thiết kế, tính toán các thông số kỹ thuật, lựa chọn vật liệu và gia công các chi tiết. Đặc biệt, việc tích hợp hệ thống điều khiển tự động và cơ cấu xoay là những yếu tố then chốt giúp bàn gá hoạt động hiệu quả.

3.1. Thiết kế cơ khí

Phần thiết kế cơ khí tập trung vào việc tạo ra một khung máy chắc chắn, có khả năng chịu tải trọng lớn và đảm bảo độ chính xác trong quá trình xoay. Các chi tiết như trục quay, bộ truyền xích và động cơ giảm tốc được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

3.2. Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển tự động được thiết kế để điều chỉnh tốc độ xoay và góc hàn một cách linh hoạt. Việc sử dụng bộ điều khiển tốc độ và cảm biến góc giúp đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình vận hành.

IV. Kết quả và ứng dụng

Sau khi hoàn thành việc thiết kế và chế tạo, bàn gá hàn xoay tự động đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan. Thiết bị có khả năng xoay linh hoạt từ 0° đến 90°, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và mang lại hiệu quả cao trong quá trình hàn. Đề tài này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí.

4.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy, bàn gá hàn xoay tự động hoạt động ổn định, đảm bảo độ chính xác và hiệu suất cao. Các thông số như tốc độ xoay, góc hàn và lực kẹp đều được kiểm soát chặt chẽ, giúp tối ưu hóa quy trình hàn.

4.2. Ứng dụng thực tế

Thiết bị này có thể được ứng dụng trong các nhà máy sản xuất ống thép, giúp tăng năng suất và giảm thiểu chi phí nhân công. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng trong các cơ sở đào tạo, giúp sinh viên thực hành và nâng cao kỹ năng hàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Các phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp kế thừa. Nghiên cứ và chọn lọc các tài liệu tham khảo có liên quan đến hệ thống và kế thừa một cách chọn lọc nhất.

Quá trình thu thập thông tin, phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn trong sản xuất với mục đích lựa chọn được kết cấu và nguyên lý hoạt động phù hợp cho thiết bị. - Phương pháp tiếp cận. Tìm kiếm các tài liệu, thông lin liên quan: Tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu học thuật, các thông tin có liên quan trên các tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, thời sự, trang web sáng tạo,… dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn trong sản xuất. - Phương pháp tính toán, thiết kế.

Phân tích tính toán thiết kế hệ thống quay và chọn động cơ dựa trên lý thuyết tính toán nguyên lý máy, chi tiết máy cơ khí, lý thuyết bền, động lực học, điện tử và điều khiển… Cơ sở thiết kế máy được dựa trên quá trình thu nhập thông tin, xử lý số liệu, phân tích và đánh giá cở sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất nhằm mục đích lựa chọn được máy có kết cấu đơn giản nhưng đảm bảo năng suất cao và ứng thực tế vào dây chuyền tự động. - Phương pháp mô hình hóa. Đây là mục tiêu chính của đề tài, nhằm tạo cơ hội để tổng ôn lại toàn bộ kiến thức đã học và học hỏi được nhiều kinh nghiệm trong thực tiễn. Việc thiết kế, chế tạo bàn gá giúp kiểm nghiệm được lý thuyết và sửa chữa được những lỗ hỏng trong lý thuyết mà không thể tìm thấy được trong quá trình học trên giảng đường.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp. Đồ án tốt nghiệp bao gồm 7 chương: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Phương án thiết kế Chương 5: Tính toán, thiết kế các bộ phận của máy Chương 6: Chế tạo thử nghiệm Chương 7: Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Một số loại đồ gá, kẹp và căn chỉnh ứng dụng trong hàn ống Đồ gá hàn là thiết bị công nghệ cần thiết trong quá trình gia công cơ khí, kiểm tra, lắp ráp sản phẩm,…Nó dùng để xác định vị trí của phôi so với dụng cụ hàn, giữ chặt phôi ở vị trí cần gia công. Bằng các tính toán cụ thể, nó đảm bảo vị trí chính xác giữa các phôi với dụng cụ hàn.

Cố định chi tiết đã định vị, không có ngoại lực làm xê dịch khỏi vị trí đã cố định. Xác địng vị trí dẫn hướng chỗ dụng cụ hàn. Cấu tạo chung của đố gá hàn: + Bộ phận định vị + Bộ phận kẹp chặt + Cơ cấu truyền lực + Cơ cấu dẫn hướng + Thân và đế đồ gá + Cơ cấu định vị và kẹp chặt phôi 2. Đồ gá lăn xoay định vị hàn ống nằm ngang Đồ gá hàn ống lăn xoay có khả năng tự lựa theo đường kính ống.

Bốn bánh của cụm chủ động đều được dẫn động bằng 2 động cơ giảm tốc. Bánh thép được gắn cao su nên khả năng tải cao và ổn định trong quá trình làm việc, Điều chỉnh vô cấp với dải điều chỉnh rộng và độ chính xác cao. Vận hành đơn giản và độ tin cậy cao. Chức năng giao diện được cài sẵn trên máy và có thể kết nối với hệ thống cần cột của Weida.

4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Hình 2. Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động ma sát [7] Đối với loại đồ gá này thường áp dụng để hàn các chi tiết ống có khối lượng và kích thước đường kính lớn. D = 600 ÷ 4500 (mm), tải trọng đạt tới 5 tấn trở lên. Đồ gá đĩa đứng Đây là loại đồ gá dùng gá kẹp để hàn các chi tiết có biên dạng hình tròn.

Tuy nhiên công suất máy cũng như tải trọng làm việc là thấp xấp xỉ từ 100 ÷ 200 (kg). Do kết cấu đồ gá nhỏ gọn, về mặt ưu điểm là tính cơ động linh hoạt dễ dàng, tuy nhiên mối tương quan giữa tải trọng làm việc và tốc độ là đồi nghịch nhau. Việc chế tạo phân bố kết cấu, tỉ số truyền liên quan đến công suất động cơ cũng không khả thi. Muốn tải trọng làm việc của đồ gá cao thì đòi hỏi kết cấu máy phải lớn, và với đĩa gá kẹp như này để đảm bảo việc định vị chi tiết hàn sao cho hướng tâm cũng gặp nhiều khó khăn đây chính là mặt hạn chế của loại thiệt bị này.

Đồ gá hàn chi tiết dạng tròn xoay truyền động trực tiếp [7] 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Đồ gá hàn ống ngang truyền động trực tiếp Đây cũng là một loại đồ gá hàn, cắt ống thép phương nằm ngang có thể điều chỉnh nâng hạ độ cao được. Là loại đồ gá hạng nhẹ dễ linh hoạt cơ động chuyển đổi vị trí làm việc. Nó chỉ áp dụng được những loại chi tiết có trọng lượng nhẹ và cắt theo một phương nằm ngang.

Đồ gá hàn ống nằm ngang truyền động trực tiếp [7] 2. Kẹp căn chỉnh ống cho hàn ống kiểu cánh chuồn Hình 2. Kẹp căn chỉnh ống cho hàn ống kiểu cánh chuồn [9] + Là loại kẹp dùng kẹp nhanh và chính xác các đoạn ống vs ống, ống với co, ống với mặt bích, ứng dụng cho thao tác hàn ống. + Kết cấu cơ khí đơn giản nhưng có khả năng kẹp và giữ các loại ống có kích thước từ 1 - 14 (inch).

+ Thao tác đơn giản, dễ sử dụng. + Được làm từ vật liệu thép đúc siêu bền, chống sock và mài mòn trong quá trình sử dụng. 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Kẹp nối ống tự định tâm nhanh Hình 2.

Kẹp nối ống tự định tâm nhanh [9] + Kẹp nối ống, căn chỉnh tự động đồng tâm ống siêu nhanh, thao tác tới ống có kích cỡ 13 (inch). Sử dụng cho 2 ống kích thước bằng nhau hoặc không bằng nhau. + Kết cấu cơ khí đặc biệt, thao tác kẹp ống đơn giản chỉ trong khoảng 10 (s), tùy chọn vật liệu thép đúc hoặc thép không gỉ nên sử dụng được cho mọi loại vật liệu ống. Kẹp nhện gá trong căn chỉnh ống Hình 2.

Kẹp nhện gá trong căn chỉnh ống [9] + Nhện kẹp căn chỉnh ống thuộc loại thao tác gá trong dùng để gá kẹp căn chỉnh ống với mặt bích, co chữ T, ống, khớp nối. + Thao tác với các ống có đường trong lên tới 36 (inch). Cấu tạo từ thép hợp kim hoặc thép không gỉ (Stainless steel) thích hợp cho bất cứ vật liệu ống nào. 7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.

Đặc tính của máy và kết cấu máy Bàn gá hàn xoay tự động là một thiết bị chuyên dụng trong quá trình hàn, được thiết kế để cung cấp sự thuận tiện và hiệu suất trong việc hàn các chi tiết tròn hoặc ống. Tính năng và ưu điểm của bàn gá hàn xoay tự động: + Xoay tự động: Bàn gá xoay hàn này có khả năng xoay tự động, giúp người hàn dễ dàng truy cập và làm việc trên toàn bộ bề mặt của chi tiết hoặc ống mà không cần phải di chuyển chính bàn làm việc. Mâm cặp kẹp phôi [9] + Kiểm soát góc xoay: Có thể kiểm soát được góc xoay, cho phép người hàn điều chỉnh vị trí và góc đặt chi tiết để đảm bảo sự chính xác và đồng đều trong quá trình hàn. + Bảng điều khiển: Thường đi kèm với bảng điều khiển, cho phép người hàn dễ dàng điều chỉnh các tham số như tốc độ xoay, góc xoay, và các chức năng khác.

+ Tính năng tự động hóa: Một số bàn có tính năng tự động hóa, giúp tối ưu hóa quá trình hàn, giảm lực lao động và tăng hiệu suất. + Tính năng tự động hóa: Một số bàn có tính năng tự động hóa, giúp tối ưu hóa quá trình hàn, giảm lực lao động và tăng hiệu suất. 8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Hình 2. Mặt trước và mặt sau của tủ điện [9] + Chất lượng vật liệu: Bàn gá xoay hàn thường được làm từ vật liệu chịu nhiệt và chịu lực, giúp đảm bảo tính ổn định và độ bền trong quá trình sử dụng.

Tiếp điểm mass hàn [9] 2. Ứng Dụng của Bàn Gá Xoay hàn Tự Động: + Hàn ống và ổ tròn: Sử dụng phổ biến trong quá trình hàn ống và các chi tiết tròn như bồn, bình chứa. + Ngành công nghiệp dầu và khí: Ứng dụng trong việc sản xuất và bảo dưỡng các đường ống, thiết bị và cấu trúc dầu và khí. 9 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI + Xây dựng cầu và kết cấu kim loại: Bàn gá xoay hàn tự động hữu ích trong việc hàn các chi tiết tròn lớn trong xây dựng cầu và các công trình kết cấu kim loại.

+ Sản xuất ô tô và hàng hải: Được sử dụng trong quá trình hàn các chi tiết tròn và ống trong sản xuất ô tô và ngành công nghiệp hàng hải. + Chế tạo cơ khí: Ứng dụng rộng rãi trong các công ty chế tạo cơ khí, nơi cần hàn các chi tiết tròn hoặc ống có độ chính xác cao. ➔ Bàn gá xoay hàn tự động mang lại lợi ích lớn về sự linh hoạt và hiệu suất, giúp tăng cường chất lượng và đồng đều trong quá trình hàn. Đồng thời, nó giảm lực lao động và tối ưu hóa quy trình sản xuất Hình 2.

Ứng Dụng của Bàn Gá Xoay hàn Tự Động [10] 2. Kết cấu máy Bàn gá hàn xoay có cấu trúc tổng thể như sau: STT TÊN GỌI CHỨC NĂNG 1 Mặt bàn Nó có rãnh thoát xỉ hàn để thuận tiện trong việc làm sạch và quản lý xỉ hàn. Bên dưới mặt bàn, có ngăn kéo để hứng xỉ hàn và ống đựng que hàn. Mặt bàn cũng có giá treo mỏ hàn và mũ hàn 2 Khung máy Chịu toàn bộ tải trọng và đảm bảo độ chính xác của chi tiết khi hàn.

3 Bộ định vị hàn Bàn gá hàn xoay có bộ định vị hàn bao gồm bộ 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI phận quay bàn làm việc và bộ phận nghiêng. Bằng cách nghiêng và xoay bàn làm việc, phôi có thể được định vị và đạt được vị trí hàn. Việc quay của bàn làm việc được điều khiển bởi servo và biến tần, có thể đạt được tốc độ hàn tuỳ chỉnh theo yêu cầu. 4 Mâm cặp kẹp phôi Mâm cặp kẹp phôi có khả năng kẹp phôi lên đến 200 mm và có thể chịu tải từ 30 kg đến 300 kg.

Kết cấu mâm cặp đơn giản và thời gian gá phôi rất nhanh chóng.