Mở đầu Mặt hàng đỗ gỗ xuất khẩu là sản phẩm chủ lực của Việt Nam trong các năm gần đây. Theo số liệu thống kê của Tổng Cục Hải Quan trong 2 quý đầu năm 2016 kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của nước ta đạt 3,21 tỷ USD, tăng 1,4% so với cùng kỳ năm 2015, đứng thứ 7 về kim ngạch trong số các mặt hàng/nhóm mặt hàng xuất khẩu của Việt Nam. Trong đó, kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ đạt 2,33 tỷ USD, tăng 5% so với cùng kỳ năm ngoái. Biểu đồ 1: Kim ngạch xuất khẩu Gỗ và sản phẩm gỗ của Việt Nam theo tháng trong giai đoạn 2014-2016 (ĐVT: triệu USD).
(Nguồn:Tổng Cục Hải quan) Mặt hàng gỗ chủ yếu là các sản phẩm đồ nội thất như bàn, ghế, giường…Để tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các nhà máy, xưởng chế biến gỗ đã và đang đầu tư rất nhiều về khâu tự động hóa từ khâu ra phôi đến các khâu xử lý tinh. Tuy nhiên, các máy tự động này chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài như Đài Loan, Italy…nên giá thành đắt, các linh kiện phụ kiện thay thế khó tìm được trong nước. 1 Mặc dù vậy vẫn còn một số chi tiết vẫn còn phải làm thủ công, điển hình là công đoạn ra phôi chi tiết “bọ ke góc”. Bọ ke góc là chi tiết ngắn có dộ dài từ 90 mm đến 120 mm, kết cấu bọ gồm 2 cạnh vát 45°, 5 (6) lỗ nằm trên 3 mặt khác nhau.
Bọ ke góc dùng để ke vuông góc khung bàn (ghế) và liên kết khung bàn (ghế) với chân. Cần 4 bọ ke góc cho 1 sản phẩm bàn hoặc ghế.1 Bọ ke góc Việc ra phôi bằng phương pháp thủ công mang nhiều nhược điểm như : năng suất thấp, sai số nhiều và đặc biệt việc gia công các chi tiết ngắn tiềm ẩn nhiều nguy hiểm do tay của công nhân để rất sát lưỡi cưa bàn. Từ thực tế trên, các doanh nghiệp cần một giải pháp để tối ưu hóa trong việc ra phôi có kích thước nhỏ. Do vậy, được sự chấp nhận của khoa Cơ khí máy trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, tôi chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động” làm tên đề tài luận văn cao học của mình.
Nội dung thực hiện của đề tài bao gồm: Ứng dụng tự động hóa vào việc ra phôi cho chi tiết bọ ke góc; Tối ưu hóa kết cấu các chi tiết máy; Gia công chế tạo máy hoàn chỉnh. Máy sẽ đảm bảo kích thước về chiều dài, góc độ và tối thiểu hóa phần phôi thừa. 2 Mục đích của đề tài là giúp thay thế vai trò người công nhân trong việc ra phôi bọ ke góc nhằm đảm bảo an toàn lao động, đảm bảo chất lượng đồng đều cho sản phẩm.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Trong luận văn này, đối tượng nghiên cứu là các yếu tố liên quan đến quá trình thiết kế máy : chế độ cắt – tốc độ cắt, lực cắt và công suất cắt ; Phương án cắt phôi, quy trình cắt; Ứng suất sinh ra trong các cơ cấu máy, chi tiết ; Thông số đường kính và hành trình cylinder; Bộ điều khiển, cảm biến. Khi nhận được các tín hiệu đầu vào từ cảm biến (sensor) hoặc công tắc hành trình, các cơ cấu chép hình như trục xoay, ngàm kẹp chặt, bàn trượt… với nguồn động lực là khí nén hoặc motor điện sẽ được vận hành.
Tất cả các thiết bị đầu vào, đầu ra đều đặt dưới sự điều khiển của bộ điều khiển lập trình (PLC), giúp máy vận hành theo quy trình tuần tự đã được thiết kế.2 Phạm vi nghiên cứu Thiết kế máy gia công bọ ke góc có yêu cầu về mặt kỹ thuật và năng suất như sau : Phôi bọ được làm từ gỗ Sồi (Oak) , có biên dạng hình thang cân với chiều dài cạnh ngắn 64 mm, cạnh dài 100 mm; rộng 56mm và dày 18mm. Dung sai các kích thước chiều dài đạt ± 0. Dung sai các kích thước góc ± 0. Phôi ban đầu dài từ 400-500mm.
Năng suất dự kiến đạt 1500 phôi bo/ca.3 Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu nhu cầu tự động hóa trong khẩu ra bọ gỗ. Xây dựng phương án gia công chi tiết bọ ke góc phù hợp với việc tự động hóa Để từ đó tìm và biện luận các phương án thiết kế để chọn được thiết kế tối ưu đảm bảo chỉ tiêu về tính khả thi, năng suất và tỉ lệ hao hụt phôi. Dựa vào tính chất cơ lý của vật liệu, chế độ cắt và hình học lưỡi cưa để tính toán được lực cắt và lực kẹp chặt 3 từ đó chọn được động cơ và dung tích cylinder phù hợp. Lập trình PLC điều khiển mạch khí nén và mô phỏng để đảm bảo quy trình gia công diễn ra đúng trình tự thiết kế.
Xuất các bản vẽ chi tiết để gia công, lắp ráp. Cuối cùng là chạy thử và chỉnh sửa lại.2 – Bản vẽ chi tiết bọ ke góc 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp quan sát : Quan sát các cơ cấu cưa của các máy có trong các xưởng mộc, tham khảo các máy có sẵn trên thị trường từ đó sao chép, chỉnh sửa, biến đổi cho phù hợp với máy đang thiết kế. Kết hợp tham khảo, tra cứu các giáo trình, các luận văn có nội dung tương tự hoặc liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu để trích dẫn, chọn lọc thông tin, công thức…phục vụ cho việc thiết kế, chế tạo. Tham khảo các máy có công năng tương tự trên Internet.3 Lợi ích mang lại của đề tài 1.1 Các máy có sẵn trên thị trường Trên thị trường hiện nay có một số máy chế biến gỗ có công năng cắt tự động, tuy nhiên đa phần các máy chỉ cắt được góc cố định 90° hoặc 45°, tuy tốc độ rất nhanh nhưng bị hạn chế về góc xoay.
Một số máy có khả năng xoay góc tự động, song chủ yếu dùng để cắt kim loại nên tốc độ cắt chậm , máy lớn nên chỉ phù hợp để cắt những chi tiết dài, giá thành máy lại cao, trong khi đó 4 giá trị mang lại của chi tiết bọ ke góc rất thấp. Đa phần các máy là hàng nước ngoài. Do đó vấn đề đặt ra là cần một máy có thể có thể cắt được các phôi ngắn với các góc tùy ý, tốc độ cao (vòng tua động cơ, tốc độ ăn phôi.) để phù hợp cho việc gia công gỗ và có giá thành hợp lý để nhanh chóng thu hồi vốn hoặc phù hợp cho xưởng mộc nhỏ.2 Lợi ích mang lại Thay thế các máy có công năng tương tự của nước ngoài giúp hạ giá thành đầu tư và chi phí bảo trì bảo dưỡng. Góp phần năng cao an toàn vệ sinh lao động trong các xưởng, nhà máy chế biến gỗ.
5 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CẮT GỌT 2.1 Gỗ Sồi (Oak) Gỗ Sồi có tên khoa học là Quercus spp. Loại cây này phân bố rộng khắp miền Đông Hoa Kỳ. Cho tới nay, Sồi là lọai cây lớn nhất mọc trong các cánh rừng của miền Đông. Sồi đỏ bao gồm nhiều loại nhưng chỉ khoảng tám loại được thương mại hóa.
Dát gỗ có màu từ trắng đến nâu nhạt, tâm gỗ màu nâu đỏ hồng. Đa số thớ gỗ thẳng, mặt gỗ thô. Gỗ chịu máy tốt, độ bám ốc và đinh tốt dù phải khoan trước khi đóng đinh và ốc. Gỗ có thể được nhuộm màu và đánh bóng để thành thành phẩm tốt.
Gỗ khô chậm, có xu hướng nứt và cong vênh khi phơi khô. Độ co rút lớn và dễ bị biến dạng khi khô.1 Khả năng gia công của gỗ sồi Gỗ Sồi không có hoặc ít có khả năng kháng sâu ở tâm gỗ. Tương đối dễ xử lý bằng chất bảo quản. Gỗ cứng và nặng, khả năng chịu lực xoắn và độ chắc trung bình.
Độ chịu lực nén cao. Dễ uốn cong bằng hơi nước Một số thông số kỹ thuật của gỗ Sồi : Khối lượng riêng (khi độ ẩm trung bình): 700 kg/m3 .Gỗ 6 sồi có độ cứng Janka đạt 5430N, độ bền nén 46.8 MPa, độ bền uốn 12,14 GPa, modul đàn hồi 12,14 Gpa. Gổ sồi thường dùng trong ngành đồ gỗ, ván sàn, vật liệu kiến trúc nội thất, gỗ chạm và gờ trang trí nội thất, cửa, tủ bếp, ván lót, và hộp đựng nữ trang. Không thích hợp đóng ván thùng khít.2 Khái niệm chế biến gỗ.
Gia công đóng vai trò cơ bản trong hầu hết các quy trình chế biến gỗ. Quá trình gia công sẽ biến đổi hình dạng, kích cỡ và chất lượng bề mặt của gỗ thô theo yêu cầu của người gia công. Cắt gọt là quá trình gia công được sử dụng trong hầu hết các trường hợp và phoi là sản phẩm phụ. Phoi gỗ được dùng trong các sản phẩm ván ép hoặc được dùng để tạo ra năng lượng.
Các phương pháp chế biến gỗ : Phương pháp tách chẻ: Là phương pháp chế biến mà trong đó việc thay đổi hình dáng, kích thước của gỗ được thực hiện bằng sự phá hủy liên kế giũa các phần tử vật chất nhờ công cụ theo các lớp gỗ mà không theo một định hướng trước của con người. Ví dụ: tước sợi, chẻ tre… Phương pháp áp lực : Là phương pháp chế biến mà trong đó việc thay đổi hình dáng, kích thước của gỗ được thực hiện bằng áp lực, không có sự phá hủy liên kết giữa các phần tử vật chất gỗ. Ví dụ: uốn gỗ, nén gỗ. Phương pháp va đập: Là phương pháp chế biến mà trong đó việc thay đổi hình dáng, kích thước của gỗ được thực hiện bằng sự phá hủy liên kết giữa các phần tử vật chất gỗ nhưng không theo hướng định trước của con người.
Ví dụ: ghiền, đập… Phương pháp cắt gọt: Là phương pháp chế biến mà trong đó việc thay đổi hình dáng, kích thước của gỗ được thực hiện bằng sự phá hủy liên kết giữa các phần tử vật chất gỗ theo hướng định trước của con người nhờ công cụ căt. Ví dụ: lạng, bào…Tùy thuộc vào việc có hay không có phoi trong lúc chế 7 biến người ta chia phương pháp cắt gọt thành 2 dạng nhỏ là gia công có phoi và không phoi.2 Các phương pháp chế biến gỗ Tầm quan trong về mặt kinh kế của gỗ, với vai trò là nguồn nguyên liệu có thể phục hồi được, sẽ là động lực thúc đẩy nhằm cải tiến công cụ , thiết kế máy móc và phát triển các công nghệ mới trên toàn thế giới. Ví dụ, sự rung động của lưỡi cưa sẽ tăng tổn thất cắt gọt, giảm độ chính xác, giảm chất lượng bề mặt và giảm tuổi bền của lưỡi cưa.