Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành sản xuất hàng tiêu dùng tại Việt Nam, móc áo nhôm là sản phẩm được thị trường ưa chuộng nhờ giá thành thấp, độ bền cơ học cao, không bị giòn gãy như móc nhựa, không đắt đỏ như móc gỗ và không bị oxy hóa rỉ sét. Tuy nhiên, các cơ sở gia công uốn móc áo trong nước phần lớn phải nhập khẩu máy tự động từ nước ngoài với chi phí đầu tư rất cao. Một số cơ sở chế tạo máy công cụ nội địa đã bắt đầu sản xuất máy uốn tự động nhằm giảm giá thành, song do hạn chế về trình độ công nghệ, các thiết bị này thường có độ ổn định kém, vận hành gây va đập cơ khí rung chấn mạnh, tiếng ồn lớn và linh kiện nhanh hỏng hóc. Mặt khác, các hệ thống máy sẵn có trên thị trường có kết cấu tương đối cồng kềnh, không gian quan sát hẹp khiến công nhân khó thao tác khi xảy ra sự cố kẹt phôi và gây trở ngại lớn cho công tác bảo trì, sửa chữa.
Trước thực trạng đó, đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo máy tự động làm móc áo theo dây chuyền" được thực hiện dựa trên đơn đặt hàng và yêu cầu kỹ thuật cụ thể từ Công ty Japan Store.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định gồm:
- Nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo mô hình máy tự động uốn móc áo nhôm phân bố theo dây chuyền băng truyền liên tục.
- Đạt chỉ tiêu năng suất làm việc từ 20 đến 30 sản phẩm/phút theo yêu cầu của đơn đặt hàng.
- Tối ưu hóa kết cấu cơ khí nhằm thu gọn kích thước, giảm giá thành chế tạo, tạo không gian thao tác thông thoáng và có khả năng chủ động điều chỉnh biên dạng móc áo mà vẫn đảm bảo độ bền, độ chính xác hình học.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ uốn định hình và kết cấu máy tự động làm móc áo từ phôi thanh nhôm hợp kim có xi mạ (đường kính phôi từ 3 mm đến 5 mm, chiều dài phôi cắt sẵn $110 \pm 3\text{ cm}$).
- Phạm vi nghiên cứu: Do giới hạn về thời gian và điều kiện thực hiện, đề tài tập trung vào khuôn khổ nghiên cứu cơ cấu động học, tính toán động lực học, thiết kế chi tiết máy và thực nghiệm chế tạo các cụm cơ cấu chấp hành cơ khí chính, không đi sâu vào nghiên cứu luyện kim hay tối ưu hóa vật liệu.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Về mặt lý thuyết, đồ án vận dụng các nguyên lý biến dạng dẻo của kim loại trong gia công áp lực nguội và sức bền vật liệu:
- Lý thuyết biến dạng dẻo và quá trình uốn kim loại: Khảo sát các giai đoạn làm việc của vật liệu (đàn hồi OA, chảy AC, củng cố CBD). Quá trình uốn nguội làm kim loại phía góc uốn co dọc thớ và giãn ngang, trong khi lớp ngoài chịu ứng suất kéo giãn. Tác giả áp dụng công thức xác định bán kính lớp trung hòa $\rho$ phụ thuộc vào bề rộng ban đầu $B$, bề rộng trung bình $B_{tb}$, chiều dày $S$ và hệ số biến mỏng $\varepsilon$. Tính đàn hồi sau khi uốn được phân tích theo bán kính uốn tương đối ($r < 10S$ và $r > 10S$). Các tiêu chuẩn chảy dẻo Tresca và Von Mises được viện dẫn để kiểm soát ứng suất tới hạn, ngăn ngừa nứt gãy phôi nhôm.
- Tính toán động lực học máy và chi tiết máy: Áp dụng phương pháp tính toán động cơ điện, phân phối tỷ số truyền, động học và động lực học cơ cấu gián đoạn Mante (Man) 5 rãnh, tính toán độ bền mỏi và độ bền tiếp xúc của bộ truyền xích ống con lăn và trục truyền động theo giáo trình chi tiết máy.
Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:
- Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Khảo cứu lý thuyết truyền động cơ khí, sức bền vật liệu, vật liệu chế tạo khung vỏ và cơ cấu cam, bánh răng.
- Phương pháp tham khảo, so sánh thiết bị thực tế: Khảo sát các dòng máy uốn móc áo điển hình trong và ngoài nước để làm cơ sở lựa chọn phương án:
| Tiêu chí so sánh |
Máy uốn móc áo SMB-1 (Đức) |
Máy uốn móc áo Đắc Nhâm (Việt Nam) |
Phương án thiết kế của đề tài |
| Nguyên lý bố trí |
Sản xuất tập trung tại một cụm |
Phân bố các khâu trên băng truyền |
Phân bố quy trình trên băng truyền |
| Năng suất làm việc |
Lên đến 3600 sản phẩm/giờ |
Năng suất khá cao |
Thiết kế đạt 20 – 30 sản phẩm/phút |
| Vật liệu gia công |
Thép, nhôm, dây điện bọc nhựa |
Kẽm hoặc nhôm ($\phi 1{,}7 - 3{,}0\text{ mm}$) |
Phôi thanh hợp kim nhôm ($\phi 3 - 5\text{ mm}$) |
| Kích thước & khối lượng |
Kích thước lớn, trọng lượng rất nặng |
$180 \times 140 \times 130\text{ cm}$, nặng 600 kg |
Khung thép chữ nhật nhỏ gọn |
| Đặc tính vận hành |
Rất ổn định, ít sự cố, tiếng ồn lớn |
Ồn lớn, va đập mạnh, bền cơ học |
Kết cấu thoáng, giảm va đập, dễ bảo trì |
| Tính linh hoạt cỡ mẫu |
Chỉ làm một kích cỡ cố định |
Chỉ uốn kích thước cố định |
Chủ động thay đổi kích thước, biên dạng |
| Giá thành thương mại |
Chi phí nhập khẩu rất cao |
Khoảng 170 triệu VND |
Chi phí chế tạo thấp, tận dụng vật tư |
- Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mẫu thử từng cụm chức năng (cụm chấn gờ, cụm gập tạo cạnh và chấn cung tròn, cụm xoắn đầu, cụm uốn móc treo) để kiểm tra lực uốn, hành trình cam và chất lượng liên kết xoắn trên phôi thực tế.
- Nguồn dữ liệu: Số liệu thực nghiệm đo đạc từ phôi nhôm; thông số kỹ thuật của xưởng gia công Japan Store; bảng tra tiêu chuẩn chi tiết máy, động cơ điện và xích dẫn động.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống máy được thiết kế dựa trên nguyên tắc phân bổ tuần tự các nguyên công uốn dọc theo đường chuyển động của băng tải, sử dụng hệ thống truyền động cơ khí liên động dẫn động bởi một động cơ điện trung tâm.
Kiến trúc tổng thể và thông số đầu vào
- Khung máy tận dụng kết cấu thép hộp chữ nhật hàn sẵn kích thước $60 \times 40 \times 3{,}2\text{ mm}$.
- Động cơ điện: Động cơ không đồng bộ ba pha mã hiệu 4A132M4Y3, công suất định mức $P_{đc} = 4{,}4\text{ kW}$, tốc độ quay $n_{đc} = 1450\text{ vòng/phút}$. Công suất tính toán yêu cầu là $P_{ct} = 4{,}3\text{ kW}$ (đáp ứng công suất kéo băng tải $P_{tải} = 3{,}7\text{ kW}$ với vận tốc $v = 1{,}25\text{ m/s}$, lực kéo vòng $F = 3000\text{ N}$, kết hợp công suất phụ trợ cho cụm xoắn $P_t = 32\text{ W}$ và các tổn thất hiệu suất qua cam, ổ lăn, bộ truyền xích).
- Cơ cấu cấp phôi và tạo bước nghỉ gián đoạn: Sử dụng cơ cấu Mante (Man) đĩa 5 rãnh ($Z = 5$), bán kính đĩa $R = 320\text{ mm}$, khoảng cách tâm $L = 175\text{ mm}$, góc chia $\alpha = 36^\circ$, $\beta = 54^\circ$. Cơ cấu Mante chuyển đổi chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay ngắt quãng để dừng xích tải trong thời gian thực hiện các nguyên công dập chấn ($t_m = 0{,}42\text{ s}$).
- Bộ truyền xích: Sử dụng xích ống con lăn một dãy có bước xích $t = 19{,}05\text{ mm}$, số răng đĩa xích dẫn và bị dẫn $Z_1 = Z_2 = 26$ răng, khoảng cách trục $A = 240\text{ mm}$, số mắt xích $x = 52$. Ứng suất tiếp xúc thực tế tính được $\sigma_{H1} = 454{,}69\text{ MPa}$, nhỏ hơn ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H] = 500\text{ MPa}$ của vật liệu đĩa xích thép C45 tôi cải thiện đạt độ cứng HB 170.
Kết cấu các cụm cơ cấu chấp hành
- Bộ phận chấn gờ vai: Gồm cối dập cố định bắt bu-lông vào thân máy và chày dập tịnh tiến theo phương đứng. Chày được dẫn động bởi cơ cấu cam cần tịnh tiến con lăn nhằm kiểm soát chính xác góc chấn $150^\circ \pm 5^\circ$, bán kính dập lượn tròn để tránh ứng suất tập trung làm nứt gãy phôi.
- Bộ phận tạo cung tròn và gập 2 cạnh: Bố trí 2 búa gập đầu trụ chuyển động quay $\frac{3}{4}$ cung tròn từ dưới lên để gập phôi nhôm thành 2 cạnh bên. Lực đập được truyền động qua cặp bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp kết hợp cam dẫn động. Cụm chày cối chấn định hình cung tròn vai móc đường kính $30\text{ mm}$ (dung sai $6\text{ mm}$) có lò xo đẩy chày hồi vị.
- Bộ phận kẹp phôi: Cơ cấu kẹp dẫn động bằng cam đĩa, định vị giữ chặt thân móc ở phương thẳng đứng, chống xê dịch khi các cụm bẻ và xoắn thao tác.
- Bộ phận xoắn đầu móc: Trục chính thực hiện chuyển động phối hợp vừa quay vừa tịnh tiến dọc trục (tương tự nguyên lý đầu máy khoan cần), sử dụng cơ cấu truyền động thanh răng - bánh răng kết hợp cam ép tịnh tiến để xoắn 2 đầu dây nhôm đúng 3 vòng sít chặt đều đặn mà không làm đứt ren phôi.
- Bộ phận uốn đầu móc treo: Khuôn trụ tròn định hình kết hợp chày gập xoay để uốn đoạn dây nhôm còn lại thành $\frac{3}{4}$ cung tròn đường kính $30 \pm 5\text{ mm}$.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu
Chương này làm rõ tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu thực tế của các xưởng sản xuất móc áo trong nước: máy nhập ngoại đắt tiền còn máy nội địa thường rung lắc, ồn và hay hỏng. Tác giả giới thiệu ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm tạo ra mẫu máy móc nhỏ gọn, thoáng đãng, dễ sửa chữa và giá rẻ. Mục tiêu đặt ra là chế tạo máy làm móc nhôm đạt năng suất 20 - 30 sản phẩm/phút theo đơn đặt hàng của Japan Store. Tác giả phân tích hai mô hình máy tiêu biểu gồm máy SMB-1 (Đức) năng suất 3600 chiếc/giờ và máy Đắc Nhâm (Việt Nam) trị giá 170 triệu đồng, nặng 600 kg. Qua đó, nhóm quyết định chọn sơ đồ phân bố các khâu uốn trên băng truyền. Đồ án xác lập phương pháp nghiên cứu gồm tìm hiểu tài liệu, khảo sát thực tế và thực nghiệm chế tạo.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài
Tác giả phân tích kết cấu chịu lực của chiếc móc áo thông thường: điểm G (giao điểm 3 đoạn) là nơi tập trung ứng suất lớn nhất khi móc chịu tải trọng; nếu không có thanh ngang giữ dưới đáy thì hai nhánh bên dễ bị biến dạng dẻo hẹp dần bề ngang. Do đó, móc tiêu chuẩn phải có thanh ngang gia cố, góc dốc vai $A$ từ $15^\circ - 35^\circ$, bề ngang $B$ từ $405 - 415\text{ mm}$. Với kích thước này, chiều dài phôi nhôm cần cắt là $110 \pm 3\text{ cm}$, đường kính phôi $3 - 5\text{ mm}$, thể tích $V = 21\text{ cm}^3$, khối lượng sản phẩm $Q = 56{,}7\text{ g}$. Dựa trên bảng định mức của Nguyễn Đắc Lộc, tác giả xác định loại hình sản xuất của máy là sản xuất hàng khối. Tiếp đó, chương khảo sát 4 phương pháp uốn ống (ép đùn, kéo và quay, có chày uốn, trục lăn) và lựa chọn phương án tách rời các cụm chức năng (xoắn và bẻ riêng biệt) thay vì tích hợp trên một cụm để dễ gia công chế tạo và dễ lấy sản phẩm ra ngoài.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Nội dung chương đi sâu vào bản chất vật lý của quá trình biến dạng dẻo kim loại:
- Khảo sát biểu đồ kéo mẫu dẻo (các giới hạn tỷ lệ $P_{tl}$, giới hạn chảy $P_c$, giới hạn bền $P_b$).
- Cơ chế trượt và song tinh trong đơn tinh thể và mạng đa tinh thể, trong đó trượt là hình thức chủ yếu xảy ra theo mặt có mật độ nguyên tử cao nhất.
- Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo: thành phần hợp kim, nhiệt độ, ứng suất dư (hiện tượng biến cứng ở nhiệt độ thường và phục hồi ở nhiệt độ cao), trạng thái ứng suất khối và tốc độ biến dạng.
- Định nghĩa quá trình uốn nguội, sự dịch chuyển của lớp trung hòa khi uốn cong phôi dải mỏng và dải rộng, tính đàn hồi phục hồi góc uốn đối với bán kính $r < 10S$ và sự hình thành thớ kim loại làm xuất hiện tính dị hướng cơ học. Tiêu chuẩn chảy dẻo Tresca và Von Mises được đưa ra làm cơ sở giới hạn biến dạng.
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp
Chương 4 cụ thể hóa các thông số kỹ thuật cần đạt: uốn phôi nhôm $\phi 5\text{ mm}$ trên khung máy $60 \times 40 \times 3{,}2\text{ mm}$. Tác giả đề xuất và phân tích lựa chọn giải pháp cơ cấu cho 5 cụm công tác:
- Cụm chấn gờ: chọn phương án cơ cấu cam cần tịnh tiến con lăn vì tính nhỏ gọn, kiểm soát được biên dạng chuyển động và dễ thay thế khuôn.
- Cụm tạo cung tròn và gập móc: dùng cơ cấu cặp bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp dẫn động bằng cam để búa gập quay $\frac{3}{4}$ cung tròn đập nâng 2 cạnh bên.
- Cụm xoắn đầu móc: chọn phương án kết hợp thanh răng - bánh răng với cam tịnh tiến dọc trục để vừa quay vừa nén, xoắn sít 3 vòng đều nhau.
- Cụm bẻ đầu treo: dùng chày uốn cong ôm quanh khuôn trụ tròn tạo cung $30 \pm 5\text{ mm}$.
Chương này kết thúc bằng quy trình triển khai công việc gồm 11 bước từ tính toán đầu vào, thiết kế sơ đồ động, dựng bản vẽ đến gia công lắp ráp và kiểm tra.
Chương 5: Đề xuất công nghệ tính toán thiết kế
Đây là chương trọng tâm với khối lượng tính toán chi tiết máy:
- So sánh 2 phương án sơ đồ truyền động: Phương án 1 (phân tách các khâu trên 8 trục riêng biệt) và Phương án 2 (tích hợp cụm chấn đầu móc và chấn khía cạnh chung 1 trục). Tác giả chọn Phương án 1 nhằm điều chỉnh độc lập hành trình từng cụm, bù trừ sai số đàn hồi co rút của kim loại dù hệ thống có nhiều trục truyền hơn.
- Tính chọn động cơ: Xác định lực vòng băng tải $F = 3000\text{ N}$, vận tốc $v = 1{,}25\text{ m/s}$ ($P_{tải} = 3{,}7\text{ kW}$). Lực xoắn phôi tính toán $F = 640\text{ N}$ với cánh tay đòn $d = 1{,}5\text{ cm}$, sinh công suất $P_t = 32\text{ W}$. Tổng công suất cần thiết qua hệ thống hiệu suất truyền động là $P_{ct} = 4{,}3\text{ kW}$; chọn động cơ 4A132M4Y3 công suất $4{,}4\text{ kW}$, tốc độ $1450\text{ vg/ph}$.
- Tính toán cơ cấu Mante: Thiết kế đĩa Man 5 rãnh ($Z = 5$), góc $\alpha = 36^\circ$, $\beta = 54^\circ$. Xác định quy luật biến thiên vận tốc góc $\omega_d$, gia tốc góc $\varepsilon_d$, điểm gia tốc góc cực đại tại $\varphi = 18{,}19^\circ$, lực tác dụng lên chốt cần $P_đ = 3318{,}5\text{ N}$ và mô-men cản trên trục cần gạt $M = 97099{,}31\text{ Nmm}$.
- Thiết kế bộ truyền xích: Chọn xích ống con lăn một dãy bước xích $t = 19{,}05\text{ mm}$, đĩa xích $Z_1 = Z_2 = 26$ răng, khoảng cách trục $A = 240\text{ mm}$ ($x = 52$ mắt xích). Kiểm nghiệm an toàn độ bền mỏi và độ bền tiếp xúc mặt răng ($\sigma_{H1} = 454{,}69\text{ MPa} < [\sigma_H] = 500\text{ MPa}$).
- Thiết kế trục V (trục chắn móc cụm 2): Chọn vật liệu thép C45 ($\sigma_b = 600\text{ MPa}$, $[\tau] = 12 - 20\text{ MPa}$). Xác định các đoạn ngõng trục lắp ổ và đĩa xích ($d = 25\text{ mm}$). Vẽ biểu đồ nội lực mô-men uốn $M_x, M_y$ và mô-men xoắn $T_5 = 881783\text{ Nmm}$. Kiểm nghiệm độ bền mỏi tại tiết diện nguy hiểm $E$ có rãnh then ($b = 6\text{ mm}, t_1 = 3{,}5\text{ mm}$), xác định hệ số an toàn uốn $s_\sigma = 6{,}14$ thỏa mãn điều kiện bền.
Chương 6: Chế tạo thử nghiệm - Thực nghiệm đánh giá
Nội dung chương trình bày quá trình gia công và kết quả chạy thử thực nghiệm trên 3 cụm cơ cấu chấp hành:
- Cơ cấu tạo 2 cạnh móc và chấn cung tròn: thử nghiệm độ chính xác của góc uốn và độ hồi phục đàn hồi của phôi nhôm sau khi búa gập va đập.
- Cơ cấu xoắn đầu móc: đánh giá chuyển động đồng bộ giữa trục răng, thanh răng và hành trình cam ép đứng để tạo 3 vòng xoắn liên kết.
- Cơ cấu uốn đầu móc treo: kiểm tra khả năng định hình $\frac{3}{4}$ cung tròn ôm sát dưỡng trụ.
Tác giả ghi nhận tiến độ thực tế: đã gia công hoàn thiện 2 bộ phận chức năng, 2 bộ phận gần hoàn thiện và 1 bộ phận đang dừng ở bước ý tưởng thiết kế.
Chương 7: Qui định vận hành, hướng dẫn sử dụng, bôi trơn và bảo dưỡng máy
Đưa ra các quy chuẩn an toàn lao động đối với hệ thống máy dập uốn cơ khí: che chắn bộ truyền xích hở, nối đất an toàn động cơ điện, các vị trí dừng khẩn cấp. Hướng dẫn quy trình vận hành cấp phôi, hiệu chỉnh khe hở chày cối và quy định chế độ bôi trơn định kỳ bằng mỡ/dầu công nghiệp cho các con lăn cam, khớp bản lề xích và ổ lăn đỡ trục nhằm chống mài mòn.
Kết quả và đóng góp
Các kết quả kỹ thuật và tính toán cụ thể được hoàn thành trong đồ án:
- Hoàn thành bộ hồ sơ tính toán động học và động lực học chi tiết cho toàn bộ dây chuyền uốn móc áo với công suất động cơ dẫn động $4{,}4\text{ kW}$ (4A132M4Y3), đảm bảo vận tốc kéo phôi băng tải $v = 1{,}25\text{ m/s}$ và lực kéo vòng $3000\text{ N}$.
- Tính toán, thiết kế chuẩn xác cơ cấu gián đoạn Mante 5 rãnh ($Z = 5, R = 320\text{ mm}, \alpha = 36^\circ, \beta = 54^\circ$) tạo chu kỳ dừng $t_m = 0{,}42\text{ s}$ đồng bộ nhịp nhàng với hành trình ép của các đầu cam dập.
- Thiết kế hoàn chỉnh bộ truyền xích ống con lăn ($t = 19{,}05\text{ mm}, Z_1 = Z_2 = 26, A = 240\text{ mm}, x = 52$ mắt) và hệ trục truyền động thép C45 ($\phi 25\text{ mm}$) đạt hệ số an toàn bền mỏi $s_\sigma = 6{,}14$.
- Xác lập quy trình công nghệ uốn định hình móc nhôm qua 5 công đoạn tuần tự trên băng chuyền: chấn gờ tạo góc ($150^\circ \pm 5^\circ$) $\rightarrow$ gập 2 cạnh và chấn cung tròn vai ($d = 30\text{ mm}$) $\rightarrow$ kẹp định vị $\rightarrow$ xoắn liên kết 3 vòng $\rightarrow$ uốn móc treo ($\frac{3}{4}$ cung tròn $d = 30 \pm 5\text{ mm}$).
- Đóng góp thực tiễn: Đề xuất giải pháp bố trí phân tán các cụm uốn dọc băng tải giúp kết cấu máy thoáng đãng hơn, công nhân dễ quan sát và loại bỏ phôi lỗi; tạo tiền đề cho việc chế tạo thiết bị nội địa giá thành rẻ, có thể thay đổi kích thước mẫu móc áo linh hoạt hơn so với các máy uốn ngoại nhập nguyên khối đắt tiền.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án theo công bố của nhóm tác giả:
- Tại thời điểm bảo vệ tốt nghiệp, nhóm mới gia công chế tạo hoàn thiện được 2 bộ phận chức năng, 2 bộ phận ở mức gần hoàn thiện và 1 bộ phận vẫn đang dừng lại ở bản vẽ ý tưởng; toàn bộ cỗ máy chưa được lắp ráp tích hợp đồng bộ hoàn chỉnh trên khung để chạy thử liên tục toàn dây chuyền.
- Máy vận hành hoàn toàn bằng cơ cấu cơ khí (cam, bánh răng, xích, đòn bẩy) nên mức độ rung động và tiếng ồn trong quá trình làm việc vẫn còn tương đối cao.
- Sự canh chỉnh, phối hợp hành trình chuyển động giữa nhiều khâu công tác trên các trục tách rời gặp nhiều khó khăn, dễ phát sinh sai số tích lũy do độ đàn hồi và hệ số co rút của vật liệu kim loại.
Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:
- Hoàn thiện chế tạo nốt cụm cơ cấu còn lại và tiến hành lắp ráp tích hợp toàn bộ hệ thống máy trên khung đỡ.
- Nghiên cứu cải tiến kết cấu các khớp động và cơ cấu trượt nhằm giảm ma sát, hạn chế mài mòn, triệt tiêu tiếng ồn va đập cơ khí.
- Nâng cao tính ổn định làm việc, độ cứng vững và kéo dài tuổi thọ chi tiết máy trong điều kiện làm việc sản xuất hàng khối liên tục.
Giá trị tham khảo
Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích đối với:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy và Cơ điện tử: Cung cấp phương pháp tính toán hệ dẫn động cơ khí phức tạp kết hợp giữa chuyển động liên tục và chuyển động gián đoạn; tài liệu tham khảo thực tế cho các môn học Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế máy và Công nghệ Chế tạo máy.
- Kỹ sư thiết kế máy công cụ và máy tự động hóa chuyên dụng: Tham khảo số liệu tính toán động học, động lực học của cơ cấu chia độ Mante ($Z = 5$), bộ truyền xích tải nặng và phương pháp kiểm nghiệm bền mỏi trục có rãnh then chịu tải phức tạp.
- Các cơ sở sản xuất móc áo và cơ sở chế tạo máy cơ khí vừa và nhỏ: Nắm bắt quy trình công nghệ uốn định hình sản phẩm nhôm dây và kết cấu các cụm chày cối dập uốn, làm cơ sở để cải tiến máy móc uốn dây kim loại tại xưởng.
Câu hỏi thường gặp
1. Chiếc móc áo nhôm thành phẩm được thiết kế với những thông số hình học nào?
Móc áo có bề ngang đáy $B$ từ $405\text{ mm}$ đến $415\text{ mm}$, góc dốc của vai móc $A$ đạt từ $15^\circ$ đến $35^\circ$, hai góc vai có chấn gờ tạo góc $150^\circ \pm 5^\circ$ và dập cung tròn đường kính $30\text{ mm}$ (dung sai $6\text{ mm}$), cổ móc được xoắn sít chặt 3 vòng, đầu móc treo uốn $\frac{3}{4}$ cung tròn đường kính $30 \pm 5\text{ mm}$. Chiều dài phôi nhôm ban đầu cần cắt là $110 \pm 3\text{ cm}$, đường kính phôi từ $3\text{ mm}$ đến $5\text{ mm}$, khối lượng khoảng $56{,}7\text{ g}$.
2. Đồ án lựa chọn động cơ điện có thông số ra sao và căn cứ tính toán như thế nào?
Nhóm chọn động cơ ba pha 4A132M4Y3 công suất $4{,}4\text{ kW}$, tốc độ quay $1450\text{ vòng/phút}$. Công suất này được xác định dựa trên tổng công suất làm việc yêu cầu $P_{ct} = 4{,}3\text{ kW}$, bao gồm công suất kéo tải của băng chuyền $3{,}7\text{ kW}$ (lực kéo vòng $3000\text{ N}$, vận tốc $1{,}25\text{ m/s}$), công suất phụ trợ cho cụm xoắn đầu móc $32\text{ W}$ (ứng lực xoắn phôi $640\text{ N}$, cánh tay đòn $1{,}5\text{ cm}$) cùng các hệ số tổn thất qua cam, ổ lăn và xích truyền động.
3. Cơ cấu Mante trong máy có thông số kỹ thuật gì và đóng vai trò gì trong dây chuyền?
Cơ cấu Mante có số rãnh $Z = 5$, bán kính đĩa $R = 320\text{ mm}$, góc chia $\alpha = 36^\circ$ và $\beta = 54^\circ$. Nhiệm vụ của cơ cấu là biến chuyển động quay liên tục từ trục truyền thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa kéo xích tải, tạo thời gian nghỉ ($t_m = 0{,}42\text{ s}$) cho phôi dừng lại đúng vị trí để các cụm chày cối dập chấn, bẻ góc và xoắn đầu thực hiện nguyên công.
4. Tại sao nhóm tác giả chọn phương án bố trí các cụm công tác phân tán thay vì tích hợp?
Nhóm chọn phương án tách rời từng cụm công tác trên các trục riêng (Phương án 1) nhằm đảm bảo mỗi khâu thực hiện độc lập một nhiệm vụ, tạo không gian thao tác thông thoáng giúp dễ lấy sản phẩm ra ngoài, dễ chế tạo khuôn và linh hoạt điều chỉnh hành trình uốn để bù trừ sai lệch co rút cơ học của phôi kim loại.
5. Mức độ hoàn thiện thực tế của sản phẩm máy khi kết thúc đồ án đạt đến giai đoạn nào?
Tại thời điểm hoàn thành đồ án, nhóm nghiên cứu đã gia công hoàn thiện 2 bộ phận chức năng, 2 bộ phận đạt mức gần hoàn thiện và 1 bộ phận đang nằm trong giai đoạn thiết kế ý tưởng; máy chưa được lắp ráp đồng bộ toàn bộ dây chuyền do hạn chế về thời gian và kiến thức thực tế.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo máy tự động làm móc áo theo dây chuyền" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn bài toán tính toán động học, động lực học và thiết kế kết cấu chi tiết máy cho dây chuyền uốn móc nhôm năng suất 20 - 30 sản phẩm/phút theo đơn đặt hàng của Japan Store. Thiết kế đã lựa chọn thành công sơ đồ truyền động cơ khí phân tán dọc băng chuyền, ứng dụng cơ cấu gián đoạn Mante 5 rãnh đồng bộ với hệ thống cam kẹp, cam chấn và cụm xoắn đầu móc. Mặc dù sản phẩm thực nghiệm chưa được tích hợp hoàn chỉnh toàn bộ dây chuyền do giới hạn thời gian, công trình đã xây dựng được cơ sở tính toán lý thuyết vững chắc và cung cấp giải pháp máy uốn tự động mang tính ứng dụng cao cho ngành cơ khí chế tạo máy trong nước.
