THIẾT KẾ CẢI TIẾN MÁY CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO MÁY DẬP  

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU.. 3

GIỚI THIỆU MÁY ÉP THỦY LỰC.. 4

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH.. 5

1.1    SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.. 5

1.2   KẾT CẤU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.. 6

1.3    MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG.. 7

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG.. 10

2.1    TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC XYLANH, CHỌN XYLANH:10

2.1.1   Tính toán xylanh chính. 10

2.1.2   Tính toán 2 xylanh nhỏ. 11

2.2    TÍNH TOÁN CHỌN BƠM:11

2.2.1   Tính toán thông số bơm, chọn kiểu bơm.. 11

2.2.2   Tính toán chọn động cơ. 12

2.3    TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG.. 13

2.3.1 Tính toán đường kính ống hút14

2.3.2 Tính toán đường kính ống đẩy. 14

2.3.3  Tính toán đường kính ống xả. 14

2.4    TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BỂ DẦU.. 14

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG.. 16

3.1. XÁC ĐỊNH VAN PHÂN PHỐI16

3.2. VAN MỘT CHIỀU CÓ ĐIỀU KHIỂN.17

3.3 VAN AN TOÀN.. 18

3.4 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU.. 19

3.5 XÁC ĐỊNH LOẠI ỐNG NỐI19

3.6  ÁP KẾ. 20

3.7 BỘ LỌC DẦU.. 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 21

1. Tầm quan trọng của đề tài.

Hiện nay, các quá trình sản xuất các sản phẩm trên máy cắt kim loại, các máy gia công bằng áp lực ( như cán, uốn, dập, khoan…), các quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiểm tra, các hệ thống sản xuất trong các nghành công nghiệp nói chung như sản xuất phân bón, vật liệu xây dựng, thực phẩm… đều phát triển theo xu hướng tự hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp (cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt của máy một cách tin cậy.

Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ trong hệ thống cấp phôi và phải được trong từng điều kiện làm việc cụ thể của từng máy móc, thiết bị và công đoạn sản xuất. Trong quá trình nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động thì mục tiêu chính cần phải đạt được đó là hệ thống cấp phôi cần phải hoạt động một cách ổn định và tin cậy, có nghĩa là phải cung cấp phôi một cách kịp thời, chính xác về vị trí trong không gian, đủ số lượng theo năng suất yêu cầu có tính đến lượng dự trữ một cách an toàn và hiệu quả.

Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động có tính bao quát và bao gồm nhiều lĩnh vực có liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Giới thiệu tổng quan về mô hình hệ thống cấp phôi tự động.

Trong thực tế hiện nay, các ngành sản xuất đang sữ dụng khá rộng rãi các cơ  cấu cấp phôi bằng cơ khí, hoặc phối hợp giữa cơ khí – điện, cơ khí – điện khí nén. Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điều khiển tự động làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi được chương trình một cách linh hoạt thích ứng với các kiểu phôi khác nhau khi cần thay đổi sản phẩm. Đây là một trong những tính chất rất quan trọng mà nhờ nó có thể áp dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuất loại nhỏ và loại vừa mà vẫn có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao.

         Nhóm xin giới thiệu về cơ cấp phôi bằng cơ khí – điện khí nén:

1.4 Ý nghĩa của hệ thống cấp phôi tự động.

Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thốngsản xuất mang tính tự động từng phần hay toàn phần và không thể có hệ thống tự động nào mà không có quá trình cấp phôi. Quá trình cấp phôi tự động có những ưu điểm sau:

• Nâng cao năng suất sản xuất do giảm thời gian cấp phôi.
• Đảm bảo được năng suất gia công theo tính toán vì nó đảm bảo được chu kỳ cấp phôi chính xác, không bị ảnh hưởng đến các yếu tố về khách quan như tình trạng tâm sinh lý và trạng thái sức khỏe của con người.
• Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân.
• Đảm bảo an toàn cho người sử dụng và các máy móc thiết bị.
• Biến máy bán tự đông thành máy tự động. Dây truyền sản xuất thành dây truyền tự động.
• Mang lại hiệu quả kinh tế nhờ giảm tổn thất về thời gian.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ KHÍ NÉN

2. Khả năng ứng dụng của khí nén

2.1.1 Trong lĩnh vực điều khiển

Vào những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các lĩnh vực như: các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết… Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.

2.1.2 Trong hệ thống truyền động

Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng (xây dựng hầm mỏ, đường hầm…).

Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô…

Truyền động quay: Truyền động xylanh, động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén.

Trong các hệ thống đo và kiểm tra: Được dùng trong các thiết bị đo và kiểmtra chất lượng sản phẩm.

Hình 2.1: tay máy bằng hệ thống khí nén.

Hình 2.2: đóng gói sản phẩm bằng hệ thống khí nén.

2.2   những đặc trưng của khí nén.

1. Về số lượng: có sẳn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn.
2. Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống, với một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẩn về không cần thiết vì khí nén sau khi sữ dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi thực hiện xong công tác.
3. Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục. khí nén có thể lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cấn thiết.
4. Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.
5. Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén, nên không mất chi phí cho việc phòng cháy. Không khí nén thường hoạt động với áp suất khoảng 6 bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp.
6. Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc cát bụi bẩn, tạp chất hay nước nên thường sạch, không một nguy cơ nào về vệ sinh.
7. Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẽ hơn các thiết bị tự động khác.
8. Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lon71cho phép đạt được tốc độ cao.
9. Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của những thiết bị công tắc bắng khí nén đều được điều chỉnh một cách vô cấp.
10. Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị được nén khí đảm nhận tải trọng cho đến khí chúng dừng hoàn toàn cho nên sẽ không xảy ra quá tải.

 

I.GIỚI THIỆU ĐỂ TÀI

 

1.Tên đề tài

Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi tự động cho máy khoan đứng điều khiển bằng khí nén.

 

2.Nguyên lý làm việc

    Nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động cho máy khoan đứng điều khiển bằng khí nén như sau (Dựa vào hình:1)

 

Hình 1:Mô hình hệ thống cấp phôi tự động cho máy khoan đứng sử dụng khí nén.

 

Xilanh A duỗi thẳng đẩy chi tiết 3 vào và kẹp chặt chi tiết lại(xilanh A giữ nguyên vị trí), sau đó xilanh B duỗi thẳng, mang đầu khoan 1 đi xuống và thực hiện gia công chi tiết, sau khi đạt chiều sâu khoan thì xi lanh B lùi về, tiếp đến xi lanh A lùi về. Sau đó xilanh C duỗi thẳng, đẩy chi tiết xuống giỏ chứa 2. Lặp lại chu trình như vậy cho đến khi kết thúc gia công.

 

3.Các chuyển động cần thiết

    Để thực hiện quá trình cấp phôi một cách tự động thì cần chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến khứ hồi của 3 xilanh A, B, C đồng thời mang chi tiết và bầu khoan chuyển 

 

động tịnh tiến theo chúng. Ngoài ra để gia công được chi tiết thì cần chuyển động cắt gọt của mũi khoan.

 

4.Chức năng của các bộ phận

    Trong hệ thống cấp phôi tự động cho máy khoan đứng gồm một số bộ phận chủ yếu như:giá, xilanh, van đảo chiều, rơle thời gian, van tiết lưu, cử hành trình, máng chứa phôi, rãnh dẫn hướng, giỏ chứa chi tiết, dây dẫn khí..v.v. Chức năng của mỗi bộ phận như sau:

• Giá : là nơi để gắn tất cả cả bộ phận khác của hệ thống, đảm bảo độ cứng vững của hệ thống.
• Xilanh: tạo chuyển động tịnh tiến khứ hổi để mang chi tiết hay bầu khoan, ngoài ra đầu piston của xilanh còn có tác dụng tạo ra lực kẹp phôi để gia công.
• Van đảo chiều: dùng để đảo chiều chuyển động của các xilanh, tạo ra các chuyển động tịnh tiến khứ hồi phù hợp với quá trình làm việc của chúng.
• Van tiết lưu: điều chỉnh lưu lượng khí nén qua các xilanh nhằm thay đổi lực tác động cũng như thời gian tác động.
• Cử hành trình: có tác dụng tạo ra sự luân phiên chuyển động tịnh tiến khứ hồi của mỗi xilanh theo nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống.
• Máng chứa phôi: dùng chứa phôi để đảm bảo cho quá trình gia công được liên tục.
• Rãnh dẫn hướng: có tác dụng định hướng cho phôi chuyển động, đảm bảo chính xác quá trình định vị phôi.
• Giỏ chứa chi tiết: dùng chứa chi tiết sau khi phôi được gia công xong .
• Dây dẫn khí nén: dùng để dẫn khí nén giữa các bộ phận với nhau nhằm truyền tín hiệu tác động.

 

5.Chu trình làm việc của hệ thống

    Hệ thống làm việc theo một chu trình kín, nghĩa là công việc được lặp đi lặp lại trong một thời gian dài, không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài. Hệ thống sẽ ngừng hoạt động khi hết phôi trong máng hoặc ta ngưng cung cấp khí nén cho toàn hệ thống.

 

6.Loại sản phẩm được sản xuất

Phôi có nhiều hính dáng, cấu tạo khác nhau, nhưng đối với hệ thống này, chúng ta thiết kế để cấp phôi dạng hình hộp và hình trụ có l > d.

 

 

7.Khả năng ứng dụng và lý do chọn lựa đề tài

    Trên thế giới, vấn đề cấp phôi tự động đã ra đời từ rất lâu, từ các cơ cấu cơ khí đơn giản đến các thiết bị hiện đại như các tay máy, robot,..Tuy nhiên, do tính chất sản xuất cũng như các chỉ tiêu về kinh tế chưa đảm bảo nên chúng em lựa chọn đề tài này.

    Hệ thống mà chúng em thiết kế có các đặc điểm như: kết cấu tương đối đơn giản, giá thành rẽ(nhìn từ góc độ sản xuất), các thiết bị dễ tìm,…Bên cạnh đó thì hệ thống cấp phôi tự động này vẫn còn tồn tại một vài khuyết điểm như:độ chính xác thấp, tải trọng làm việc nhỏ,..do vậy chỉ ứng dụng trong sản xuất đơn chiếc.

 

II. THIẾT KẾ MÁY

1. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy

         Trong điều khiển hệ thống máy công cụ chúng ta có thể sử dụng nhiều phương án truyền động khác nhau như: truyền động bằng kết cấu cơ khí, truyền động bằng thủy lực và truyền động bằng khí nén.

1.1Truyền động bằng thủy lực.

* . Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực

• Ưu điểm:

-         Truyền động được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao.

-         Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, dễ thực hiện tự động hóa.

-         Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không phụ thuộc lẫn nhau.

-         Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất cao.

-         Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, dầu có tính chịu nén nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong cơ khí hay điện.

-         Dễ chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành.

-         Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.

-         Dễ theo dõi và qua sát bằng áp kế, kể cả những mạch phức tạp, nhiều mạch.

-         Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa.

• Nhược điểm:

-         Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế sử dụng.

-         Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính đàn hồi của dầu.

-         Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt thay đổi.

     -    Khó thực hiện đồng bộ hóa chính xác các chuyển động.

1.2  Truyền động bằng khí nén

*Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

• Ưu điểm

-         Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.

-         Do có khả năng chịu nén lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén.

-         Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra môi trường.

-         Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó không  tồn tại mỗi đe dọa bị nhiễm bẩn.

-         Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.

-         Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động khí nén thấp.

-         Các thành phần vận hành trong hệ thống có cấu tạo đơn giản và giá thành không đắt.

-         Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và do đó được sử dụngdeer điều khiển trình tự phức tạp.

• Nhược điểm

-         Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.

-         Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn.

-         Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây ra nhiều tiếng ồn.

=>  Đối với thiết kế “Cơ cấu cấp phôi tự động cho máy khoan” chỉ phù hợp với sản xuất đơn chiếc và nhỏ nên độ chính xác cấp phôi không yêu cầu cao. Do vậy ta sử dụng phương án truyền động và điều khiển bằng điện- khí nén để tận dụng nguồn khí sẵn có. Hơn nữa, để kết cấu máy nhỏ gọn hơn và giá thành hợp lý hơn ta không sử dụng phương án truyền động bằng thủy lực và khí nén.

* Thiết kế nguyên lý máy

- Theo yêu cầu thiết kế, các chuyển động chính trong hệ thống là chuyển động tịnh tiến. Chính về thế, cơ cấu dẫn động cần truyền năng lượng để cơ cấu chấp hành thực hiện công việc.

   - Nguyên lý làm việc của máy:

        + Ban đầu, cần cấp phôi tới vị trí đồ gá thiết kế. Để thực hiện công việc này, cơ cấu chấp hành (Xilanh A) thực hiện chuyển động tịnh tiến để đẩy phôi tới vị trí yêu cầu đồng thời kẹp chặt một cách chính xác.

        + Sau đó, một cơ cấu chấp hành khác (Xilanh B) của hệ thống thực hiện chuyển động tịnh tiến để mang theo mũi khoan đi từ trên xuống đề khoan phôi đã được đưa tới vị trí đồ gá và kẹp chặt. Khi khoan đạt chiều sâu cần thiết, cơ cấu chấp hành lùi về vị trí ban đầu. Sau khi xi lanh mang bầu khoan lùi về tới vị trí ban đầu thì xi lanh đẩy và kẹp phôi (Xilanh A) cùng lùi về vị trí ban đầu.

        + Cuối cùng, cơ cấu chấp hành cuối cùng (Xilanh C) của hệ thống thực hiện chuyển động tịnh tiến để đẩy chi tiết vừa được gia công xong ra khỏi vị trí gia công vào thùng chứa chi tiết. Sau đó lùi về vị trí ban đầu.

2. Xác định các thông số cơ bản

4.1. Tính toán các thông số động học máy

 

4.2 Tính toán các thông số các phần tử của hệ thống

1. Tính kích thước xylanh mang đầu khoan :

 

Hình 2

Mối quan hệ giữa áp suất và tải trọng với tốc độ của cơ cấu dẫn động kép rất phức tạp  . Ap suất tối thiểu của hệ thống phải cao hơn khoảng 10% áp suất di chuyển tách rời . Ap suất ngược vào khoảng 40% áp suất di chuyển tách rời.Tổn hao do ma sát vào khoảng12%.Do đó khi tính toán phải tăng thêm vào lực đẩy 52% tải trọng.

                           Với  P₀ = 869  (N).

                 P_S = 869.1,52 = 1321 (N) .

- Chọn áp suất nguồn bằng :  p_n =  6 bar = 6.10⁵ N/m²

     1) Tính đường kính piston :

Gọi D  là đường kính piston  ta có :

                    

          D = =          

            Chọn :       D  = 60 [mm]

 

Diện tích của piston là :

                           A =      [mm²]

Chiều dài hành trình piston  S₃ = 200  [mm]

Thời gian hành trình đi :    t_đ  = 8 [s]

Thời gian hành trình về :    t_v = 4 [s]

Thời gian một chu trình làm việc của xylanh mang đầu khoan :

               T_k = t_đ + t_v = 8 + 4 =12 [s]

     2) Tính đường kính cần piston :

     Tải trọng cho phép của cần piston

                F_ep =

Trong đó :         E : Modun đàn hồi  E = 2,1.10¹⁰.9,80665

                             J : Modun quán tính  J =   [m⁴]

                            l = 0,2  [m]: Chiều dài hành trình piston

                             n : Hệ số an toàn (3 £ n £ 5) ,  chọn : n = 5 .

Vậy :   F_ep =

                 d 0,013  [m] =13 [mm] 

            Thường chọn  d = (0,50,7) D  = 0,5 D =0,5 .60 =30 [mm] .

                        Chọn theo tiêu chuẩn :  d = 30  [mm]   

     3) Kiểm tra sức bền của xylanh :

Trong quá trình làm việc các xylanh khí nén chiệu tác động của áp lực bên trong tạo thành bởi áp lực của khí nén . Vì vậy cần kiểm tra các bộ phận cấu thành xylanh đặt biệt là thân xylanh .

Vật liệu chế tạo xylanh phải chịu ăn mòn . Để chống ăn mòn người ta dùng phương pháp mạ hoặc phủ sơn .

Vì đa phần các xylanh khí nén làm việc ở áp suất không cao . Do đó ta tính các thông số theo loại xylanh thành mỏng (có D_n/D £ 1,2 với D_n ,D là đường kính ngoài và trong của ống lót xylanh). Vật liệu chế tạo là hợp kim nhôm có :

s_b = 40 [KG/mm²]

+ Chiều dày thành xylanh :

                        t_min³ m.D + c

            Trong đó :

                        m : là hệ số được xác định theo giới hạn bền của vật liệu s_b [KG/mm²] và áp suất làm việc [KG/mm²]

                                    Chọn : m = 0,09

                        c : là đại lượng bổ sung cho chiều dày tối thiểu của thành xylanh có tính đến dung sai gia công . Khi đường kính trong được gia công theo H8 , đường kính ngoài được gia công theo h10 . Thì c thường được chọn theo bảng sau :

                                                                                                                        Bảng : 4.2

D [mm]	Đến 30 [mm]	30 ¸ 80 [mm]	80 ¸ 120[mm]	120 ¸ 180[mm]
c [mm]	0,5	0,7	0,8	1,0

 

                                    Chọn : c = 0,7

=> t ³ 0,09.60 + 0,7 = 6,1

Chọn : t = 7 [mm]

+ Ứng suất cho phép trên thành xylanh  d_cf [KG/mm²] :

                        d_cf = .h

            Trong đó :

                        s_b : Giới hạn bền của vật liệu ,

với hợp kim nhôm có s_b = 40 [KG/mm²]

                        n : Hệ số an toàn , thường chọn  n = 3.

                        h : Hệ số độ bền của mối hàn.

     - Đối với hợp kim nhôm cứng , hàn tay , một phía : h = 0,4

     - Đối với thép hàn tay có đệm lót :  h = 0,9

            Ta có :  h = 0,4

            Vậy :   d_cf = .0,4 = 5,33  [KG/mm²]

+ Ap suất làm việc cho phép của khí nén :

            p_max£  [KG/mm²]

            p_max£  = 116,5 [KG/mm²]

+ Biến dạng hướng kính cho phép của xylanh :

            DD = .(1 - 0,5.h)   [mm]

            Trong đó :

                  E : Mođun đàn hồi của vật liệu , với hợp lim nhôm có :

E = 7,2.10³ [KG/mm²]

            m : Hệ số POISON , với hợp kim nhôm có :  m = 0,3

            Vậy :   .(1 - 0,5.0,3)  = 1,82   [mm]

  b.  Tính kích thước xylanh kẹp chi tiết khi khoan :

Hình 3

       1) Tính lựckẹp chi tiết .

            Momen xoắn khi khoan chi tiết : M_x = 3,3 N.m .

            Để chi tiết không bị xoay trong quá trình khoan ta phải tạo một momen ma sát tối thiểu bằng momen tạo ra khi khoan chi tiết .

                        M_ms³ M_x

            Trong đó :

                        M_ms = 0,025.F_ms

                        F_ms = f_k.F_k

f_k = 0,12 : là hệ số ma sát

            Vậy :

                        M_ms = 0,025.0,12.F_k³ 3,3

                        ÞF_k³ = 1100 [N]

 

        2) Tính kích thước xylanh kẹp chi tiết :

            Để tăng thêm độ cứng vững cho chi tiết khi khoan ta thêm hệ số an toàn :

n = 1,5

            Ta có : F_k = 1100.1,5 = 1650 [N]

            Chọn áp suất nguồn : p_n = 6 [bar] = 6.10⁵ [N.m²]

            Tính đường kính piston: D và đường kính cần piston: d.

..............................

 

Hình 1.6.Lò nồi

    - Thiết bị nung phôi cho rèn, dập, cán. Phôi càng lớn thì tần số làm viêc càng nhỏ.

    - Thiết bị tôi bề mặt thường làm việc ở tần số cao. Lớp tôi càng mỏng thì tần số làm việc cáng cao.

    - Thiết bị nung, sấy chất điện môI và bán dẫn.

1.7.  Nguồn điện cao tần có thể được tạo ra bằng các cách sau:

1.7.1.  Dùng máy phát điện tần số cao đã được chế tạo ở dải công suất 0,5 – 1500 Hz ở dải tần số 500 – 8000 Hz đối với với tần số dưới 500 Hz, người ta dùng máy phát đồng bộ cực lồi có số cặp cực lớn và số vòng quay cao vì :

         f =  (Hz)

Trong đó :

p : số cặp cực.

n : tốc độ quay roto, vòng /phút.

Để tối ưu hóa quá trình công nghệ gia nhiệt, việc điều chỉnh dòng kích từ máy phát là rất quan trọng, nhằm ổn định điện áp máy phát ra cấp cho lò cảm ứng nhằm điều chỉnh cấp điện áp theo trị số mong muốn. Hoàn thiện nhất hiện nay là dùng bộ biến đổi kích từ bằng Thyristor, đảm bảo độ chính xác, ổn áp 1% với điện áp kích từ ( 0180 V)      

* Ưu điểm:

- Đơn giản về cấu trúc,

- Độ tin cậy cao.

- Có thể làm việc song song với các máy phát, vốn thấp nhất là khi công suất lớn.

* Nhược điểm:

- Có phần tử khó sửa chữa.

- Diện tích lắp đặt lớn, làm việc ồn

- Hiệu suất thấp khi tải nhỏ, bôi trơn làm lạnh phức tạp không thay đổi được tần số.

1.7.2.  Đèn phát tần số:Dùng trong thiết bị gia nhiệt tần số thường là đèn 3 cực chân không. Tần số từ vài chục đến hàng trăm MHz. Đèn được làm mát bằng không khí ( công suất vài Kw ) hay bằng nước ( công suất lớn hơn, tới ngoài 100 kW ).

    Khi làm việc, nhiệt độ Katot tăng từ nhiệt độ môi trường tới hơn 2000C và điện trở của lò tăng tới 10 lần do đó khi bắt đầu làm việc, không được cấp ngay điện áp định mức vì dòng Katôt quá lớn gây hỏng đèn mà phải qua nhiều nấc tăng dần.Lúc làm việc cũng cần ổn định điện áp sợi đốt vì tăng điện áp lên 1% cũng sẽ làm tuổi thọ đèn giảm hơn 10%.

* Ưu điểm:

- Gọn nhẹ dễ sửa chữa.

* Nhược điểm :

- Hiệu suất thấp tuổi thọ, sợi đốt của đèn tiêu thụ từ 8 30% công suất đèn.

- Phải qua nhiều khâu biến đổi.

1.7.3.  Dùng thyristor:là loại phổ biến nhất gồm hai khâu cơ bản là chỉnh lưu và nghịch lưu.

Dòng điện tần số công nghiệp được chỉnh lưu và được biến đổi thành dòng cao tần nhưng còn bị hạn chế ở tần số cao và giải công suất lớn.Sử dụng tốt với các lò công suất nhỏ và vừa.

1.8    Ưu điểm, nhược điểm của lò cảm ứng không lõi sắt

1.8.1.  Ưu điểm:

      - Luyện được hợp kim có độ sạch cao do không có các nguồn bẩn.

        Sự thấm H₂ trong kim loại nhỏ hơn 40% so với các lò hồ quang và lò mác tanh. Kim loại luyện trong các lò cảm ứng không lõi sắt không có lõi sắt chứa tạp chất phi kim loại tương đối ít sự oxi hóa của bệ lò nhỏ hơn trong các lò khác do nhiệt độ thấp và điều kiện nung hiện đại hơn.

      - Luyện được các hợp kim đồng nhất, thành phần hóa học trong bể lò đồng đều do sự sáo lộn gây ra bởi lực điện động

        Sự sáo trộn đó đồng thời làm dễ dàng cho việc tiến hành phản ứng giữa kim loại và xỉ.

      - Kim loại luyện có nhiệt độ cao và đạt được nhiệt độ cực đại trong toàn bộ khối kim loại không chỉ trong từng riêng biệt như trong lò hồ quang.

      - Kim loại cháy rất ít do nung kim loại từ trong ra ngoài. Điều này đặc biệt quan trọng khi luyện hợp kim có thêm chất hợp kim hóa hiếm và đắt cũng như khi luyện kim loại màu ( Sự cháy Nikien, Crôm, Vanadi, trong các lò cảm ứng không lõi sắt nhỏ hơn hai lần so với lò hồ quang )

      - Hiệu suất của bản thân lò cao.

      - Năng suất cao do luyện nhanh.

      - Diện tích lò chiếm nhỏ do kích thước ngoài nhỏ hơn so với kích thước lò khác.

      - Điều chỉnh công suất và nhiệt độ đơn giản, dễ dàng trong phạm vi rộng.

      - Có khả năng luyện trong chân không hoặc trong môi trường khí đặc biệt.

      - Điều kiện lao động nhẹ nhàng và hợp vệ sinh.

      - Máy phát môtơ làm việc yên tĩnh hơn so với chế độ làm việc không ổn định của lò hồ quang.

      - Không tiêu hao điện cực.

      - Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn so với lò hồ quang về phương diện này việc so sánh giá thép được luyện trong các lò cảm ứng và lò hồ quang có tầm quan trong đặc biệt.

      * Người ta so sánh tại Thủy Điển trong một phân xưởng có năng suất 20.000 tấn thép trong một năm được trang bị theo hai phương án:

1/ Lò hồ quang 10 – 13 tấn công suất 5000kVA giá thành trang bị 1.800.000 cua-ron tiền Thụy Điển.

      2/ Lò cảm ứng 3 – 8 tấn công suất 2700 kW, giá thành trang bị là 3.000.000 cua – ron.

         Kết quả cho thấy rằng phí tổn về hao mòn ở phương án thứ hai cao hơn phương án thứ nhất là 230.000 Cua- ron phí tổn về vận hành ở phương án thứ hai thấp hơn phương thứ nhất cụ thể:

a) Điện cực : 250.000 Cua-ron.

          b) Năng lương điện 32.000 Cua-ron.

          c) Sự cháy của các nguyên tố hợp kim 426500 Cua-ron. Do đó khi luyện trong phân xưởng với lò cảm ứng 20.000 tấn trong một năm tiết kiệm 487500 Cua-ron, cho phép hòa vốn về phương diện trang bị lò cảm ứng sau 3 năm so với các lò cảm ứng có lõi sắt, lò không có lõi sắt có ưu điểm là nó không có kênh, bản thân lò không có lõi sắt về cấu tạo là nồi lò chứa hợp kim nấu luyện và đặt vào trong cuộn cảm, được cung cấp bằng dây đồng điện xoay chiều nồi lò có cấu tạo đơn giản do đó dễ quan sát và không chịu áp suất thủy tĩnh của kim loại thân lò.

         Như vậy điều kiện làm việc của nồi trong lò không có lõi sắt dễ dàng hơn điều kiện của buồng đáy với kênh trong lò có lõi sắt.

         Đồng thời do cấu tạo nồi của lò không có lõi sắt mà kim loại được rót ra hoàn toàn sau mỗi mẻ luyện đó là giới hạn của lò có lõi sắt và kênh. Các đặc điểm này của lò cảm ứng không có lõi sắt không nhưng khắc phục được nhược điểm của lò cảm ứng có lõi sắt về cấu tạo mà còn cho phép luyện thép và các hợp kim khó chảy một cách hợp lý.

1.8.2.  Nhược điểm:

      - Kê tương đối lạnh, khó tiến hành phản ứng giữa kim loại và xỉ do đó quá trình tinh luyện khó. Nhược điểm này là là đặc tính chung của lò có lõi sắt cũng như không có lõi sắt. Do xỉ trong các lò này không có dòng điện chạy qua và chỉ được nung bằng nhiệt của kim loại nấu trong lò.

      - Hiệu suất của toàn bộ thiết bị thấp do trong thiết bị cần có nguồn tần số cao cũng như cấn phải có các tụ điện.

      - Trang bị đi với thiết bị của lò không lõi sắt phức tạp và đắt.

      - Yêu cầu nhân viên phục vụ có trình độ cao.

1.9.  Ứng dụng của của lò cảm ứng không lõi sắt.

- Ứng dụng chủ yếu để luyện thép chất lượng cao và các hợp kim đặc biệt khác có yêu cầu độ sạch cao đồng đều và chính xác về thành phần hóa học. Các yêu cầu nay không thực hiện được trong các lò có ngọn lửa và lò hồ quang.

      - Luyện các loại thép thông thường trong các lò  không có lõi sắt sẽ có tính kinh tế hơn so với các lò hồ quang, tương tự luyện các kim loại và hợp kim màu trong các lò điện không có lõi sắt sẽ kém kinh tế hơn so với các lò cảm ứng có lõi sắt như ta đã biết trong nhưng năm gần đây các thành tựu khoa học mới ra đời liên tiếp như: máy bay phản lực siêu âm dùng năng lương nguyên tử …. yêu cầu tạo ta hàng loạt những hợp kim đặc biệt chế tạo các hợp kim này, chủ yếu và đôi khi là duy nhất có thể dùng lò cảm ứng không lõi sắt.Do vậy sự phát triển của lò không có lõi sắt chậm hơn nên chỉ trong những năm gần đây mới chỉ sử dụng trong quy mô rộng lớn.

     Ta thử nghiên cứu của các nhà máy luyện kim đen ở Anh trong thời kỳ 1952 – 1954.

Bảng 1.2.Trang bị cơ bản của nhà máy luyện kim đen ở Anh.

Dạng lò	Số lò điện trong năm			% tăng sau 2 năm
	1952	1953	1954
Lò hồ quang	134	142	151	11,3
Lò cảm ứng	64	69	73	11,4

 

      Rõ ràng rằng mức độ sử dụng lò điện cảm ứng không có lõi sắt trong công nghiệp ở Anh cao hơn một chút so với mức độ sủ dụng lò hồ quang. 

Đặc điểm trên không những đặc trưng cho công nghiệp ở Anh mà còn ở nhiều nước khác như Thụy Điển. Năm 1951 Thụy Điển  sản xuất 1475000 tấn thoi đúc trong đó

-         Lò điện hồ quang 34,8%

-         Lò điện cảm ứng 5,2%

Và sản xuất 27200 tấn thép trong đó.

-         Lò điện hồ quang 62%

-         Lò điện cảm ứng 18,0%

      Trong các phân xưởng luyện thép ở Thụy Điển người ta đặt 33 lò cảm ứng dung tích từ 0,5 đến 12 tấn ( dung tích trung bình 3,8 tấn ) điện cấp từ 16 máy phát tổng công suất 19000 kW ( công suất trung bình 1185 kW ) ngoài ra còn đặt 39 lò cảm ứng trong phân xưởng đúc thép dung tích từ 0,5 đến 8 tấn ( dung tích trung bình 3,2 tấn ) cấp điện từ 22 máy phát tổng công suất 16500 kW( công suất trung bình 750 kW ) trong số lò lớn 5 lò có dung tích 5 tấn, 7 lò 8 tấn và 12 lò 12 tấn, năm 1951 người ta đã chế tạo thành công lò có dung tích 18 tấn. Ngoài luyện thép, lò cảm ứng được sử dụng rỗng rãi để đúc gang thay cho lò đứng.

 Đặc điểm kỹ thuật của các lò cảm ứng lớn chế tạo ở Thụy Điển như sau:

Bảng 1.3.Đặc điểm kỹ thuật của các lò cảm ứng lớn chế tạo ở