NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT KẾ MÁY CẮT ỐNG GIẤY NHÁM
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN................................................................................................. 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN................................................................. 6
1.1 Giới thiệu tồng quan về giấy nhám............................................................. 6
1.1.1 Yêu cầu xã hội........................................................................................ 6
1.1.2 Phân tích sản phẩm ( cơ lý tính )............................................................. 6
1.2 Thu thập thông tin về sản phẩm............................................................... 14
1.3 Chọn máy gia công sản phẩm................................................................... 14
1.4 Yêu cầu của máy....................................................................................... 14
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY...................................................................... 17
2.1 Sơ đồ làm việc của máy............................................................................ 17
2.2 Phương án cắt phôi quay, dao vừa quay vừa tịnh tiến.............................. 17
2.3.2 Thiết kế dao........................................................................................... 19
2.4 Khái quát về thép và hợp kim làm dao cắt.............................................. 19
2.4.1 Các yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt................................................ 19
2.4.2 Phân loại vật liệu làm dao...................................................................... 21
2.4.2.2 Thép làm dao cắt có năng suất cao (thép gió)
2.4.2.3 Hợp kim cứng
2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy......................................................... 25
2.6 Lựa chọn hệ thống điều khiển................................................................... 26
2.8. Tính toán lực đẩy phôi30
2.9. Lực đưa phôi từ trong phễu ra máng........................................................ 31
2.10. Xác định công suất động cơ ................................................................. 31
2.11. Cơ sở lý thuyết cơ cấu cam................................................................... 32
2.12. Phân tích lực cơ cấu cam....................................................................... 32
2.13. Tổng hợp cơ cấu cam................................................................................. 37
2.14 Tính toán thiết kế cam cho máy cắt ống giấy nhám................................ 40
2.14.1 Thông số ra của cần............................................................................. 40
2.14.2 Xác định miền tâm cam........................................................................ 43
2.14.3 Xác định biên dạng cam....................................................................... 43
2.14.4 Tính cam đưa phôi định lượng............................................................. 44
2.15. Khái niệm về cấp phôi tự động.............................................................. 45
2.16. Phễu chứa phôi..................................................................................... 47
CHƯƠNG III:THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN................................................ 53
3.1 Thiết kế bộ truyền xích từ trục chính đến trục cam chặn phôi.................. 53
3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn............................................................. 55
3.3 Thiết kế bộ truyền đai............................................................................... 58
3.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng.................................................................... 60
3.5 Tính toán thiết kế trục............................................................................... 66
3.5.1 Trục chính.............................................................................................. 66
3.5.2 Trục cam chặn phôi............................................................................... 74
3.5.3 Trục bánh răng côn................................................................................ 77
3.5.4 Trục dao................................................................................................. 81
3.6 Thiết kế khung................................................................................................................ 84
CHUONG IV: KẾT LUẬN............................................................................. 85
4.1. Nhận xét đánh giá máy............................................................................ 85
4.2 Hướng dẫn sử dụng ................................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 86
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN
1.1 Giới thiệu tồng quan về giấy nhám
1.1.1 Yêu cầu xã hội
Trong quá trình phát triển cùng với sự hội nhập của nền kinh tế khu vực và quốc tế, các công ty muốn cạnh tranh được với nhau thì cần phải nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm. Do đó, tự động hóa ngày càng chiếm một vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, vì thế các máy móc không ngừng được cải tiến nhằm đạt được năng suất cao, chất lượng tốt, vận hành đơn giản, giảm sức lao động cho con người và giá cả hợp lý. Vì thế nhóm em đã chọn đề tài thiết kế máy cắt giấy nhám tự động với mong muốn có thể tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt để phục vụ nhu cầu của xã hội
Hình 1.1: Giấy nhám
1.1.2 Phân tích sản phẩm ( cơ lý tính )
Giấy nhám, còn được gọi là glasspaper, là một loại giấy có gắn liền các hạt mài mòn với bề mặt của nó. Giấy nhám là một phần của sản phẩm mài mòn. Nó được sử dụng để loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu từ bề mặt, hoặc là để làm cho sản phẩm mượt mà hơn (hoàn thành bức tranh và gỗ), để loại bỏ một lớp vật liệu (ví dụ như lớp sơn cũ), hoặc đôi khi làm cho bề mặt thô trở nên bóng hơn.
Cấu tạo
a) Hạt mài (Grain): Đây là thành phần quan trọng nhất của giấy nhám, các hạt mài có các cạnh sắc đóng vai trò như lưỡi cắt giúp loại bỏ một phần vật liệu và làm cho chi tiết bóng, đẹp hơn. Một số hạt mài thông dụng hiện nay là:
‒ Granet: Thường được sử dụng trong chế biến gỗ.
‒ Emery: thường được sử dụng để mài mòn hoặc đánh bóng kim loại.
‒ Aluminium oxide: là loại hạt mài (dạng đá bột mịn) được sử dụng phổ biến nhất vì giá thành thấp và có thể sử dụng trên kim loại hoặc gỗ.
‒ Silicon carbide: có từ các hạt mài thô đến các hạt mài siêu mịn. được dùng phổ biến trong các môi trường có độ ẩm cao.
‒ Alumina zirconia: được sử dụng cho các ứng dụng của máy mài.
‒ Ceramic aluminum oxide: sử dụng trong môi trường áp suất cao, cấu tạo lớp ngoài và lớp trong đều nhám.
‒ phổ biến nhất vì giá thành thấp và có thể sử dụng trên kim loại hoặc gỗ.
‒ Silicon carbide: có từ các hạt mài thô đến các hạt mài siêu mịn. được dùng phổ biến trong các môi trường có độ ẩm cao.
‒ Alumina zirconia: được sử dụng cho các ứng dụng của máy mài.
‒ Ceramic aluminum oxide: sử dụng trong môi trường áp suất cao, cấu tạo lớp ngoài và lớp trong đều nhám.
b) Keo dính (bonding): Là một dung dịch hóa học ở dạng keo của các polyme tạo màng, có khả năng đông cứng lại và liên kết các vật liệu lại với nhau. Keo dính thường sử dụng trong giấy nhám là: Resin Bond, Resin Over Glue Bond, Zinc stearate, …
‒ Thành phần hóa học: Hợp chất của keo dán gồm các chất cơ bản sau:
+ Chất tạo màng: Đây là chất quyết định tính bám dính, tính cố kết và các đặc tính lý hóa cơ bản của mối dán. Chất tạo màng có thể là hợp chất tự nhiên như cao su, da động vật… hoặc là chất nhân tạo như các loại chất dẻo, nước thủy tinh, v.v…
+ Dung môi: Có tác dụng hòa tan các chất tạo màng, làm giảm độ nhớt của keo như cồn, axeton, benzen, xăng v.v…
+ Chất làm dẻo: có tác dụng giảm độ co của keo, giảm ứng suất và làm tăng tính đàn hồi cho keo khi keo đông cứng.
+ Chất đông cứng và chất xúc tác đông cứng có tác dụng chuyển keo từ dạng màng sang dạng cứng ổn định. Chất đông cứng sử dụng tùy thuộc vào chất tạo màng.
+ Chất độn có tác dụng làm giảm độ co của màng keo, tăng độ bền của mối dán do đó có khả năng làm giảm hiện tượng trượt giữa hai mặt vật dán, làm tăng độ chính xác của kết cấu mối dán. Một số chất độn còn làm tăng tính chịu nhiệt như bột oxit nhôm(Al2O3), bột thạch anh(SiO2), hoặc làm tăng tính dẫn điện như bột Al, Cu, Graphit…
c) Vải lót: Vải lót dùng làm nền để các hạt mài bám vào đó. Vải được phân thành hai nhóm lớn: Nhóm xơ thiên nhiên và nhóm xơ hóa học.
- Nhóm xơ thiên nhiên: Gồm những chất có sẵn trong thiên nhiên được loải người biết và khai thác từ lâu như bông, gai, lanh, tơ tằm, …
‒ Nhóm xơ hóa học: Gồm những xơ do con người chế ra có nguồn gốc hưu cơ và vô cơ. Những xơ do người tạo ra trên cơ sở các hợp chất cao phân tử có sẵn trong tự nhiên gọi là xơ nhân tạo. Một số xơ nhân tạo sử dụng phổ biến hiện nay là:
+ Xơ gốc hydrat như viscos ( CV), Cuproamoni (CU), fortisan…
+ Xơ gốc axetyl như acetat (CA), triacetat( CTA)…
+ Xơ gốc protid như zein (BKZ), lạc ( BKA), đậu nành (BKC), colagen ( BKG)…
+ Xơ polyanhydroxyl như polyvinylalcol (PVA).
+ Xơ polyester như polyetylentereftalat (PET), polyoxybenzoat.
+ Xơ kim loại (MT): như nhôm, đồng, hợp kim đồng-nikel.
+ Xơ á kim (NM): như thủy tinh (GL), gốm (NMKr),…
+ Xơ khoáng vật (ST): như xỉ (SL), basalt (STB),...
‒ Tính chất cơ học của vải:
+ Độ bền kéo: Pđ: Là lực kéo tại thời điểm đứt của vải tính bằng đơn vị (N).
+ Ứng suất kéo : Là lực kéo tính trên đơn vị diên tích mặt cắt tại thời điểm đứt của xơ hay sợi có đơn vị là (Pa):
sđ = , S: Là diện tích mặt cắt tại thời điểm đứt.
+ Độ giãn kéo: đặc trưng thể hiện tính chất giãn dài của vật liệu dệt khi bị một lực kéo tác dụng.
+ Độ giãn đứt tuyệt đối lđ: là đoạn dai thêm của mẫu (xơ, sợi, băng vải) tại thời điểm đứt, tính bằng mm.
+ Độ giãn đứt tương đối eđ: là tỷ lệ % lượng giãn dài của mẩu tại thời điểm đứt so với đoạn mẫu ban đầu giữa hai kẹp của máy kéo thử:
eđ= . 100 % , L0: Độ dài mẫu ban đầu (mm).
+ Công kéo đứt: cho lực kéo tăng dần để làm mẫu vật liệu giãn từ từ cho đến khi đứt tức là đã tạo nên một công kéo đứt mẫu.
+ Công riêng tính theo thể tích rv (j/mm3):
Rv=
+ Công tính riêng theo khối lượng rg (j/g):
Rg=
Bảng 1.1: Một số vật liệu hạt mài và tính chất của chúng
d) Keo dính (bonding): Là một dung dịch hóa học ở dạng keo của các polyme tạo màng, có khả năng đông cứng lại và liên kết các vật liệu lại với nhau. Keo dính thường sử dụng trong giấy nhám là: Resin Bond, Resin Over Glue Bond, Zinc stearate, …
‒ Thành phần hóa học: Hợp chất của keo dán gồm các chất cơ bản sau:
+ Chất tạo màng: Đây là chất quyết định tính bám dính, tính cố kết và các đặc tính lý hóa cơ bản của mối dán. Chất tạo màng có thể là hợp chất tự nhiên như cao su, da động vật… hoặc là chất nhân tạo như các loại chất dẻo, nước thủy tinh, v.v…
+ Dung môi: Có tác dụng hòa tan các chất tạo màng, làm giảm độ nhớt của keo như cồn, axeton, benzen, xăng v.v…
+ Chất làm dẻo: có tác dụng giảm độ co của keo, giảm ứng suất và làm tăng tính đàn hồi cho keo khi keo đông cứng.
+ Chất đông cứng và chất xúc tác đông cứng có tác dụng chuyển keo từ dạng màng sang dạng cứng ổn định. Chất đông cứng sử dụng tùy thuộc vào chất tạo màng.
+ Chất độn có tác dụng làm giảm độ co của màng keo, tăng độ bền của mối dán do đó có khả năng làm giảm hiện tượng trượt giữa hai mặt vật dán, làm tăng độ chính xác của kết cấu mối dán. Một số chất độn còn làm tăng tính chịu nhiệt như bột oxit nhôm(Al2O3), bột thạch anh(SiO2), hoặc làm tăng tính dẫn điện như bột Al, Cu, Graphit…
e) Vải lót: Vải lót dùng làm nền để các hạt mài bám vào đó. Vải được phân thành hai nhóm lớn: Nhóm xơ thiên nhiên và nhóm xơ hóa học.
- Nhóm xơ thiên nhiên: Gồm những chất có sẵn trong thiên nhiên được loải người biết và khai thác từ lâu như bông, gai, lanh, tơ tằm, …
+Nhóm xơ hóa học: Gồm những xơ do con người chế ra có nguồn gốc hưu cơ và vô cơ. Những xơ do người tạo ra trên cơ sở các hợp chất cao phân tử có sẵn trong tự nhiên gọi là xơ nhân tạo. Một số xơ nhân tạo sử dụng phổ biến hiện nay là:
+ Xơ gốc hydrat như viscos ( CV), Cuproamoni (CU), fortisan…
+ Xơ gốc axetyl như acetat (CA), triacetat( CTA)…
+ Xơ gốc protid như zein (BKZ), lạc ( BKA), đậu nành (BKC), colagen ( BKG)…
+ Xơ polyanhydroxyl như polyvinylalcol (PVA).
+ Xơ polyester như polyetylentereftalat (PET), polyoxybenzoat.
+ Xơ kim loại (MT): như nhôm, đồng, hợp kim đồng-nikel.
+ Xơ á kim (NM): như thủy tinh (GL), gốm (NMKr),…
+ Xơ khoáng vật (ST): như xỉ (SL), basalt (STB),...
+Tính chất cơ học của vải:
+ Độ bền kéo: Pđ: Là lực kéo tại thời điểm đứt của vải tính bằng đơn vị (N).
+ Ứng suất kéo : Là lực kéo tính trên đơn vị diên tích mặt cắt tại thời điểm đứt của xơ hay sợi có đơn vị là (Pa):
sđ = , S: Là diện tích mặt cắt tại thời điểm đứt.
+ Độ giãn kéo: đặc trưng thể hiện tính chất giãn dài của vật liệu dệt khi bị một lực kéo tác dụng.
+ Độ giãn đứt tuyệt đối lđ: là đoạn dai thêm của mẫu (xơ, sợi, băng vải) tại thời điểm đứt, tính bằng mm.
+ Độ giãn đứt tương đối eđ: là tỷ lệ % lượng giãn dài của mẩu tại thời điểm đứt so với đoạn mẫu ban đầu giữa hai kẹp của máy kéo thử:
eđ= . 100 % , L0: Độ dài mẫu ban đầu (mm).
+ Công kéo đứt: cho lực kéo tăng dần để làm mẫu vật liệu giãn từ từ cho đến khi đứt tức là đã tạo nên một công kéo đứt mẫu.
+ Công riêng tính theo thể tích rv (j/mm3):
Rv=
+ Công tính riêng theo khối lượng rg (j/g):
Rg=
Bảng 1.2: Tính chất cơ học của một số loại vải
|
Vật liệu dệt |
Độ mảnh |
Độ bền kéo (cN) |
Ứng suất kéo (Pa).107 |
Độ giãn tương đối (%) |
Công kéo đứt (J).107 |
|
Xơ bông: + Trung bình + Mảnh Sợi bông: + Chải thô + Chải kỹ Xơ len: + Mảnh + Thô Sợi len: + Chải liên hợp + Chải kỹ mảnh + Tơ kén + Tơ sống Xơ: + Viscos + Cuproamoni + Polyester + Polyacrylic Sợi: + Viscos stapen Sợi phức: + Viscos thường + Viscos bền + Acetat + Polyester + Polyamid 66 + Polyamid 6 + Elastic Tơ thủy tinh |
0,16-0,20 0,12-0,14
12-100 5-84
0,3-1 1,2-3
60-200 20-56 0,22-0,33 1,5-4,7
0,3 0,4 0,3 0,3
25
9 9 11 2,9 2,9 5 25 68 |
3-4 4-5
132-940 64-1340
6-12 20-35
180-780 100-350 6-9 440-1424
3 - 18 9
200
142 214 155 - - 200 350 220 |
19-20 32-36
10-75 10-21
20-25 15-20
8-20 4-14 40-45 25-42
27 22 75 33
12
24 36 18 - - 46 16 80 |
8-9 7-8
6-9 5-8
3-40 25-35
2-12 6-20 14-15 16-17
15 - 35 18
10
18 10 18 15 15 25 14 1,5 |
24-36 28-40
600-8450 320-10700
180-480 500-700
400-9000 600-7000 84-405 7040-2420
25 - 380 80
900
1530 1175 1535 - - 3500 14000 - |
1.2 Thu thập thông tin về sản phẩm
Từ phôi rời, dạng ống có kích thước Æ8,5´300mm cắt thành sản phẩm đạt kích thước Æ8,5´12mm.
Hình 2.4: Sản Phẩm sau khi cắt
1.3 Chọn máy gia công sản phẩm
Luôn luôn đứng trên vấn đề năng xuất để chọn máy gia công một sản phẩm nào đó.
Hình 2.11: Đường biểu thị năng suất các nhóm máy
Căn cứ vào năng xuất công nghệ K và đồ thị trên để chọn máy có năng xuất cao nhất:
+ K < K1 chọn máy nhóm II.
+ K1 < K < K2 chọn máy nhóm III.
+ K2 < K chọn máy nhóm I.
Trên cơ sở phân tích, nghiên cứu và vẽ đồ thị năng xuất cho rất nhiều máy tự động ta có những số liệu ước chừng sau.
+ K > 10 chi tiết/ph chọn hay thiết kế máy nhóm I.
+ K < 1 chi tiết/ph chọn hay thiết kế máy nhóm II.
+ 0,5 < K < 10 chi tiết/ph chọn hay thiết kế máy nhóm III.
Nói cách khác, khi gia công các chi tiết nhỏ nhẹ, đơn giản, nên thiết kê chế tạo và sử dụng máy nhóm I. Các chi tiết nhỏ và vừa có quy trình công nghệ tương đối phức tạp chọn máy nhóm III. Các chi tiết loại vừa, nặng tương đối phức tạp chọn máy nhón II.
Từ những yêu cầu làm việc nên ta chọn phương án thiết kế máy cắt giấy nhám theo máy nhóm I vì những lý do cụ thể sau:
+ Máy có trục phân phối quay với tốc độ không đổi trong chu kỳ gia công sản phẩm để thực hiện chuyển động làm việc và chuyển động chạy không.
+ Khi gia công sản phẩm khác (thay đổi kích thước giấy nhám), thời gian chu kỳ và vận tốc trục phân phối khác đi, nhưng trong chu kỳ này tốc độ quay của trục phân phối vẫn không đổi.
+ Khi gia công sản phẩm khác nhau, những cam thực hiện chuyển động chạy không (lắp trên trục phân phối) đòi hỏi trục phân phối phải quay những góc khác nhau, nhưng cố định : β1, β2, β3, …
+ Trong khi đó các cam thực hiện chuyển động làm việc đòi hỏi trục phân phối phải quay những góc khác nhau không cố định tùy theo tính chất gia công của mỗi loại sản phẩm (ví dụ như góc có thể thay đổi tùy theo kích cỡ lớn nhỏ khác nhau của loại kim cần sản xuất),nhưng tổng số của chúng luôn không thay đổi:
+ Từ đặc điểm trên thấy rằng tổng số thời gian chạy không tỷ lệ với thời gian chu kỳ T.
+ Khi thay đổi sản phẩm gia công,T sẽ khác nhau,nên thời gian gia công cũng khác nhau : .
+ Mặt khác,trong mỗi chu kỳ tỷ số giữa thời gian làm việc và thời gian chạy không không đổi.
1.4 Yêu cầu của máy
Máy hoạt động tốt chủ yếu nhờ vào dao cắt. Do đó để máy vận hành hoàn thiện thì cần phải chú trọng vào cách thức chọn dao, biên dạng dao cũng như vật liệu làm dao để dao khó bị mài mòn trong quá trình gia công.
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY
2.1 Sơ đồ làm việc của máy
Căn cứ vào hình dáng và kích thước của phôi, ta đưa sơ đồ làm việc của máy như sau:
Sơ đồ 2.1: Nguyên lý hoạt động của máy
2.2 Phương án cắt phôi quay, dao vừa quay vừa tịnh tiến
Phôi được gá lên lên đồ gá có khả năng quay quanh tâm. Trong quá trình cắt dao quay quanh tâm dao và tịnh tiến lên xuống sẽ cắt vào phôi đồng thời phôi cũng quay quanh tâm của nó cho đến khi bị tách rời, sau đó phôi được đẩy lên một lượng bằng với chiều dài sản phẩm và lại tiếp tục quá trình trên cho đến hết chiều dài phôi.
Hình 2.2: Phôi quay, dao vừa quay vừa tịnh tiến
Nhận xét:
+Ưu điểm
+ Lực cắt nhỏ.
+ Quá trình cắt diễn ra liên tục.
+ Chi tiết ít bị biến dạng sau khi cắt.
+ Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp, ngoài chuyển động quay của trục dao còn cần chuyển động tịnh tiến để đẩy phôi lên tiếp tục hành trình cắt.
+ Khó khăn cho việc phát triển theo hướng tự động hóa.
2.3 Thiết kế dao
2.3.1 Nguyên lý làm việc
Bộ dao cắt có nguyên lý làm việc của bộ “dao cầu” thái thuốc. Nghĩa là thái bằng một lưỡi dao chuyển động (dao quay) và một lưỡi dao cố định (tấm kê). Đồng thời giấy nhám được đưa tới và giữ cố định trước khi dao thực hiện quá trình cắt.
Hình 2.3: Nguyên lý cắt
2.3.2 Thiết kế dao
Hình 2.4: Kiểu dao có hình xoắn ốc
2.4 Khái quát về thép và hợp kim làm dao cắt
2.4.1 Các yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt
2.4.1.1 Điều kiện làm việc của dao cắt
Có nhiều loại dao khá nhau, điều kiện làm việc của chúng có thể khác nhau ít nhiều, song có thể lấy dao tiện, loại dao đơn giản và phổ biến nhất để khảo sát điển hình vì về cơ bản điều kiện làm việc của dao tiện cũng phù hợp với cái loại dao khác.
Khi dao tiện cắt phôi kim loại sẽ tạo ra phoi và có các quá trình sau xảy ra:
- Để tạo thành phoi, lưỡi cắt phải chịu áp lực lớn tạo ra công cơ học nhất định để phá hủy kim loại.
- Dao cắt làm việc trong điều kiện bị ma sát : mặt trước của dao ma sát với phoi, dao phải làm biến dạng (làm cong) và bẽ gẫy phoi, nên mặt trước của dao sẽ tạo thành rảnh lõm, còn mặt sau của dao tiện bị mài sát với phôi nên củng bị mòn đi. Sự mài mòn mặt trước và mặt sau xảy ra cho tới khi khoảng cách mặt trước và mặt sau quá nhỏ không chịu được áp lực lớn nữa. lưỡi cắt bị phá hủy, dao trở nên “cùn” không thể tiếp tục cắt gọt.
- Công cơ học để tách phoi ra khỏi phôi trong quá trình cắt và sự mài sát của phôi, phoi với dao phần lớn được biến thành nhiệt. nhiệt này nung nóng phôi, phoi truyền ra ngoài không khí nhưng chủ yếu tập trung vào dao, đặc biệt là ở lưỡi cắt. do vậy, khi cắt gọt lưỡi cắt bị nung nóng mạnh hơn cả. nhiệt độ của lưỡi cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vật liệu làm phôi, tốc độ cắt, tiết diện phoi, chế độ làm nguôi dao, v.v…
Hình 2.5: Sự tạo thành rãnh lõm ở mặt trước dao tiện do sựu mài sát giữa phoi và dao, 1. Phôi, 2. Phoi, 3. Rãnh lõm, 4. Dao, 5. Mặt trước, 6. Mặt sau
Do các đặc điểm như vậy, nên dao cắt cần những tính chất cơ học nhất định.
2.4.1.2 Yêu cầu về cơ tính của dao cắt
Độ cứng cao: để tạo ra được áp lực cao của dao cắt lên phôi, tách thành phoi, độ cứng của lưỡi cắt nói riêng và của dao nói chung phải cao hơn hẳn độ cứng của kim loại đem gia công (phôi) (thép kết cấu, gang, hợp kim màu đôi khi cả thép không gỉ, thép bền nóng…). Yêu cầu về độ cứng của dao củng phụ 1 phần vào độ cứng của phôi. Trong trường hợp gia công các thép, gang thông thường và hợp kim thấp, độ cứng phôi không quá 200¸250 HB, độ cứng dao không dưới 60HRC. Còn trong trường hợp gia công các thép, gang hợp kim cao (thép bền nóng, thép không rỉ, gang auxtenit…) độ cứng của dao phải lớn hơn 65HRC.
Tính chống mài mòn cao: tính chống mài mòn quyết định sự làm việc lâu bền của dao, nên dao có tính chống mài mòn càng cao càng tốt. tính chống mài mòn của dao trước hết phụ thuộc vào độ cứng của nó, độ cứng của dao càng cao tính chống mài mòn càng cao. Tuy nhiên với 2 thép công cụ có độ cứng như nhau, thép nào có chứa nhiều cacbit phân tán hơn, thép đó sẽ có tính chống mài mòn cao hơn.
Tính cứng nóng: độ cứng của thép làm dao đạt được sau khi tôi có tổ chức mactenxit, khi lưỡi cắt bị nung nóng tổ chức mactenxit của thép bị ram và phân hóa làm độ cứng của dao giảm đi, khả năng cắt gọt bị giảm. Trong trường hợp gia công năng suất cao (tốc độ cắt lơn, tiết diện phoi lớn) và gia công các vật liệu có độ bền cao, dao bị nóng mảnh liệt, làm giảm độ cứng của dao. Lúc này nếu vật liệu làm dao giữ được độ cứng cao (> 60HRC) ở nhiệt độ càng cao thì dao cắt có thể cắt gọt với tốc độ càng cao. Khả năng này của vật liệu làm dao cắt, được đánh giá bằng tính cứng nóng. Tính cứng nóng là khả năng duy trì được nhiệt độ nhất định, nó được xác định bằng nhiệt độ ram lớn nhất (với thời gian 1h) mà độ cứng của thép không dưới 58HRC. Tính cứng nóng của thép dụng cụ được quyết định bởi tính chống ram của thép.
2.4.2 Phân loại vật liệu làm dao
2.4.2.1 Thép làm dao cắt
Để đảm bảo cho dao cắt có độ cứng và tính chống mòn cao, thép đem chế tạo phải có lượng cacbon > 0,7% thông thường dùng loại cao tới trên dưới 1% tổ chức sau khi tôi và ram là mactenxt ram và cacbit dư, rất ít auxtenit dư.
Ngoài làm tăng tính chông mài mòn, cacbit dư trong thép còn có tác dụng cản trở sự phát triển hạt auxtenit của thép khi nung tôi và do đó giữ được hạt nhỏ, bảo đảm cho dao có độ dai nhất định. Các thép làm dao cắt thông thường có lương cacbit dư cao tới 15¸30%.
Hợp kim hóa thép dao cắt nhằm hai mục đích:
Trước hết các nguyên tố hợp kim làm tăng tính thấm tôi hay là làm thép dễ tôi cứng để đạt được tổ chức mactenxit cứng, thép cacbon buộc phải dùng trong môi trường tôi mạnh như nước, nước pha muối, sút, do đó dễ sinh nứt và biếng dạng. Thép hợp kim tôi dầu, tôi phân cấp rất thích hợp cho các loại dao có tiết diện biến đổi đột ngột, tiết diện lớn, hình dạng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao. Để đạt được mục đích này có thể dùng các nguyên tố hợp kim thông thường như Cr, Si, Mn, cũng như W, Mo, với lượng chứa thấp khoảng 1¸3%.
Mục đích thứ 2 của hợp kim hóa thép dao cắt là làm tăng tính cứng nóng. Nếu hợp kim hóa thấp, các nguyên tố hợp kim cản trở ít quá trình ram, do đó nâng cao không đáng kể tính cứng nóng.
Nhiêt luyện tôi, ram đối với thép làm dao cắt cũng như các thép dụng cụ khác có ý nghĩa quan trọng đặc biệt, khác với chi tiết máy 100% dao cắt và các dụng cụ làm bằng thép đều trải qua nhiệt luyện tôi + ram: hơn nữa nếu không tôi + ram các dụng cụ không thể làm việc được dù là trong thời gian rất ngắn.
2.4.2.2 Thép làm dao cắt có năng suất cao (thép gió)
Trong tất cả các loại thép làm dao thì thép gió là thép làm dao tốt nhất: so với thép dụng cụ cacbon và hợp kim thấp, nó có tốc độ cắt cao gấp 2¸4 lần, tuổi bền 8¸10 lần, tính cứng nóng đạt đến 560¸6000C, tốc độ cắt 25¸35m/phút và có độ thấm tôi cao.
2.4.2.3 Hợp kim cứng
Trong tất cả các loại vật liệu làm dao cắt thường dùng, hợp kim cứng là loại có tính cứng nóng cao hơn cả. Tính cứng nóng của hợp kim cứng cao tới 800¸1000oC, tốc độ cắt có thể tới hàng trăm m/phút.
a) Thành phần hóa học, các số hiệu và cơ tính
Thành phần chủ yếu của mọi loại hợp kim cứng là cacbit vonfram (WC), titan (TiC), tantan (TaC) ở dạng các hạt rất nhỏ được dính kết với nhau bằng kim loại coban. Do các cacbit chiếm tỷ lệ rất lơn (> 90%) nên hợp kim cứng có được những đặc tính chung cơ bản của cacbit: rất cứng, có nhiệt độ nóng chảy cao, dòn. Ngoài ra lượng chất dính kết coban cũng có ảnh hưởng nhỏ đến các tính chất của hợp kim cứng.
Có thể phân các hợp kim cứng ra làm 3 nhóm:
- Nhóm hợp kim cứng một cacbit – cacbit vonfram (BK).
- Nhóm hợp kim cứng hai cacbit – cacbit vonfram và cacbit titan (TK).
- Nhóm hợp kim cứng ba cacbit – cacbit vonfram, cacbit titan, cacbit tantan (TTK).
Các hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột. mẻ nhiên liệu rắn ở dạng bột có kích thước hạt nhỏ được trộn thật đều rồi đem ép thành các miếng có hình dạng đơn giản, sau đó đem nung đến nhiệt độ thích hợp (thiêu kết) để các chất dính kết liên kết các hạt với nhau thành khối vững chắc.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học và cơ tính của hợp kim cứng (GOCT 3882 – 47)
|
Nhóm hợp kim |
Số hiệu |
Thành phần hóa học % |
Cơ tính |
||||
|
Wc |
TiC |
TaC |
Co |
Giới hạn bền uốn su N/mm2 |
Độ cứng HRA |
||
|
Cacbit vonfram |
BK2 |
98 |
- |
- |
2 |
1000 |
90,0 |
|
BK3 |
97 |
- |
- |
3 |
1100 |
89,5 |
|
|
BK4 |
96 |
- |
- |
4 |
1400 |
89,5 |
|
|
BK6 |
94 |
- |
- |
6 |
1500 |
88,5 |
|
|
BK8 |
92 |
- |
- |
8 |
1600 |
87,5 |
|
|
BK10 |
90 |
- |
- |
10 |
1650 |
87,0 |
|
|
BK15 |
85 |
- |
- |
15 |
1800 |
86,0 |
|
|
BK20 |
80 |
- |
- |
20 |
1950 |
84,0 |
|
|
BK25 |
75 |
- |
- |
25 |
2000 |
82,0 |
|
|
Cacbit titan-vonfram |
T30K4 |
66 |
30 |
- |
4 |
950 |
92,0 |
|
T15K6 |
79 |
15 |
- |
6 |
1150 |
90,0 |
|
|
T14K8 |
78 |
14 |
- |
8 |
1250 |
89,5 |
|
|
T5K10 |
85 |
5 |
- |
10 |
1400 |
88,5 |
|
|
T5K12 |
83 |
5 |
- |
12 |
1650 |
87,0 |
|
|
Cacbit titan-tantan-vonfram |
TT7K12 |
81 |
4 |
3 |
12 |
1650 |
87,0 |
|
TT10K8 |
82 |
3 |
7 |
8 |
1450 |
89,0 |
|
|
TT20K9 |
71 |
8 |
12 |
9 |
1300 |
89,0 |
|
b) Công dụng
Hợp kim cứng được sử dụng ngày càng nhiều để làm vật liệu cắt và khuôn đột dập. trong cắt gọt do tính cứng nóng cao, tính chống mài mòn lớn nên tốc độ cắt và tuổi bền dao cắt bằng hợp kim cứng cao hơn hẳn thép gió (hiệu quả hơn).
Nhóm BK có tính cứng nóng lên đến 800oC, các số hiệu BK3 – BK8 thường được dùng để gia công các loại vật liệu có phoi vụn như các loại gang, sứ, gốm, một số hợp kim màu. Các số hiệu BK10 – BK15 có độ dai tốt hơn được dùng làm khuôn kéo sợ mũi khoan có tuổi bền cao hơn thép dụng cụ hàng chục lần. Các số hiệu BK20, BK25 có lượng coban lơn không được dùng làm dao cắt.
Nhóm TK có tính cứng nóng tới 900¸1000oC. Chúng được dùng chủ yếu để gia công cắt thép với tốc độ cao, gia công các thép đặc biệt.
Nhóm TTK có tính cứng nóng như nhóm TK nhưng có độ bền và tính chông rung, chống mẽ, được dùng trong các trường hợp điều kiện gia công cắt gọt năng nhất như khi gia công thô thỏi đúc, thỏi cán, rèn.
2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động
- Động cơ điện.
- Bộ truyền đai.
- Bộ truyền xích.
- Cam chặn phôi.
- Ống dẫn phôi.
- Dao cắt phôi
- Bộ truyền bánh răng trụ.
- Bộ truyền bánh răng côn.
- Cam đưa phôi định lượng.
- Con lăn dẫn hướng.
- Bộ bánh răng đảo chiều.
- Băng tải cấp phôi.
- Phôi.
- Phễu chứa phôi.
- Bánh răng và thanh răng.
Nguyên lý hoạt động của máy:
Phôi (13) nằm trong phễu chứa phôi (14), được bánh răng thanh răng (15) đưa lên máng nghiêng, nhờ độ nghiêng của máng mà phôi sẽ lăn đến băng tải cấp phôi (12) và được các con lăn dẫn hướng (10) đưa tới cam đưa phôi định lượng (9), cam đưa phôi định lượng (9) đưa phôi lên một lượng bằng chiều dài của sản phẩm cần cắt theo yêu cầu, qua ống dẫn hướng phôi (5) chi tiết sẽ được kẹp chặt, sau đó dao (6) sẽ cắt đứt phôi. Phôi tiếp tục được đẩy lên và cắt cho đến hết chiều dài phôi.
Hình 2.7: Mô hình tổng thể
2.6 Lựa chọn hệ thống điều khiển
* Hệ thống điều khiển bằng cam
“Điều khiển bằng cam” là tên gọi có tính chất quy ước phương pháp điều khiển không linh hoạt máy công cụ, áp dụng tự động hóa vào điều kiện sản xuất hàng loạt lớn. Phương pháp “điều khiển” cổ điển này dựa trên cơ sở mô hình hình học, khác với các phương pháp điều khiển hiện đại, linh hoạt, quy ước gọi là “điều khiển bằng chương trình” dựa trên cơ sở mô hình số học, áp dụng tự động hóa vào sản suất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc.
a) Khái niệm
Cơ cấu cam rất phổ biến và quan trọng, đảm nhiệm chức năng điều khiển chu kỳ làm việc của máy, cơ cấu cam được dùng nhiều không những ở các máy được chế tạo trên cơ sở cơ khí, mà còn ở những máy có cấu tạo trên cở sở là điện cơ, thủy lực hay khí nén….
b) Phân loại
Theo chuyển động của cam và cần, ta có cam phẳng và cam không gian. Nếu mặt phẳng chuyển động của cam trùng hay song song với mặt phẳng chuyển động của cần đẩy ta có cam phẳng, nếu mặt phẳng chuyển động của cam cắt mặt phẳng chuyển động của cần đẩy ta có cam không gian.
Hình 2.8: Cam không gian, 1. Cam, 2. Cần
Theo hình dạng đầu cần ta có các loại:
+ Cần đầu nhọn.
+ Cần đầu bằng.
+ Cần đầu cong.
+ Cần đầu con lăn.
`
Theo chuyển động của cần ta có: Cam cần tịnh tiến và cam cần lắc.
`
Hình 2.11: Cam cần lắc
Tính chất chuyển động của cần đẩy hay cần lắc phụ thuộc vào biên dạng của cam và của bản thân chúng. Trong nhiều trường hợp cần đẩy hay cần lắc chưa hẳn là khâu cuối cùng của cam thực hiện nhiệm vụ điều khiển. Trong trường hợp này giữa cần đẩy và cần lắc với cơ cấu chấp hành còn nhiều khâu truyền động trung gian như đòn bẩy, thanh truyền, bánh răng, thanh răng, … Vì vậy tính chất truyền động của cơ cấu chấp hành có thể giống hệt có thể khác nhiều so với tính chất chuyển động của cần đẩy hay cần lắc.
Để đảm bảo cơ cấu truyền động đúng đắn, cần đẩy hay cần lắc phải luôn luôn tiếp xúc với bề mặt làm việc của cam nhờ sức ép của trong lực của chính cần lắc hay cần đẩy, quả tạ, lò xo, lực ép của dầu ép hay khí nén, lực cắt kim loại, … Trong bất kỳ trường hợp nào sức ép này phải lớn hơn lực quán tính của cần đẩy hay cần lắc để chúng không tách rời mặt cam. Khi tính toán về động lực học của cơ cấu cam, nhất là trong trường hợp tốc độ hoạt động lớn, cần phải chú ý đến vấn đề này.
c) Ưu và nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Thực hiện các quy luật chuyển động 1 cách dễ dàng.
+ Thay đổi quy luật chuyển động tương đối đơn giản.
+ Điều khiển chính xác các chuyển động theo chu kỳ làm việc.
- Nhược điểm:
+ Do cơ cấu cam là loại khớp cao tiếp xúc theo điểm hay theo đường, dẫn đến hao mòn nhanh ở bề mặt làm việc, có khuynh hướng tháo khớp, khó khăn trong việc chế tạo chính xác bề mặt làm việc của cam.
® Căn cứ vào yêu cầu làm việc của máy đòi hỏi sự phối hợp chính xác các chuyển động của các cơ cấu nên ta chọn hệ thống điều khiển bằng cam.
2.7 Tính toán lực cắt
Lực cắt xác định theo công thức: F = (kỹ thuật dập nguội – Lê Nhương).
Trong đó:
: góc nghiêng của dao khi cắt vào phôi = 60
K: hệ số ảnh hưởng của dao mềm, vật liệu khó cắt: k = 1,3
: hệ số vật liệu: = 0,8 (sổ tay dap nguôi – Lê Nhương)
S: chiều dày vật liệu S = 0.5 mm
giới hạn bền cắt của phôi = (0,8 ¸ 0,9)
: giới hạn bền của vật liệu = 26 kg/mm2 => = 23,4kg/mm2
® F = 37 kg = 370 N
® Lực chặn phôi lấy bằng (0,3 – 0,4) F =>Fc = 111 (N)
........................................
CHUONG IV: KẾT LUẬN
4.1. Nhận xét đánh giá máy:
- Nhận xét:
Máy cắt ống giấy nhám có thể góp phần giúp cho nguồn cung cấp, chuẩn bị giấy nhám(chuyên dùng) của các thợ làm nails trở nên dễ dàng và cũng giảm chi phí cũng như thời gian. Máy có thể đáp ứng nhu cầu về ống giấy nhám thành phẩm đang ngày một cao của các tiệm nails để làm hài lòng hơn các chị em phụ nữ trong việc làm đẹp.
- Đánh giá:
Trong quá trình làm máy, do thời gian không cho phép cũng như kinh nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp nên máy cắt ống nhám nhất định vẫn sẽ còn nhiều sai sót. Nhưng nhóm thực hiện đò án tin rằng với nhiều kinh nghiệm đúc kết trong quá trình làm máy thì máy sẽ vận hành ổn cũng như nâng cao được năng xuất trong tương lai.
4.2. hướng dẫn sử dụng:
Đầu tiên ta cần cấp điện cho động cơ, sau khi máy đã hoạt động ta cho phôi(giấy nhám) vào phễu chứa phôi. Đến đây máy sẽ tự vận hành các công việc còn lại để tạo ra thành phẩm. Cứ như vậy mấy hoạt động liên tục.
