BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN ỐNG VI SINH THEO TIÊU CHUẨN DIN 188-50
MÃ SỐ: SV2020-67
S K C 0 0 7 3 9 7
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN ỐNG VI SINH
THEO TIÊU CHUẨN DIN 188-50
SV2020-67
Chủ nhiệm đề tài: Hà Minh Tân
TP Hồ Chí Minh, 07/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN ỐNG VI SINH
THEO TIÊU CHUẨN DIN 188-50
SV2020-67
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao
SV thực hiện: Hà Minh Tân Nam, Nữ: Nam
Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa: 16143CL2A, CLC Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo: 4 năm
Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy
Người hướng dẫn: Ts. Bành Quốc Nguyên
TP Hồ Chí Minh, 07/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn ống vi sinh theo tiêu chuẩn Din 188-50
- Chủ nhiệm đề tài: Hà Minh Tân Mã số SV: 16143137
- Lớp: 16143CL2A Khoa: CLC
- Thành viên đề tài:
Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa
Thái Huy Hoàng 18143089 CLC 2
Trần Bảo Huân 18143092 CLC 3
- Người hướng dẫn: TS. Bành Quốc Nguyên
2. Mục tiêu đề tài:
Sản phẩm đồ gá dùng để lắp đặt và thử nghiệm hàn ống vi sinh theo tiêu chuẩn Din 188-
50.
3. Tính mới và sáng tạo: Bộ đồ gá được thiết kế theo từng kích thước của ống, giúp lắp
đặt một cách nhanh chóng, thuận tiện cho quá trình hàn.
4. Kết quả nghiên cứu: Chế tạo, thử nghiệm thành công sản phẩm đồ gá hàn ống vi sinh
theo tiêu chuẩn Din 188-50, làm tiền đề cho việc cải tiến bộ đồ gá tự động, bán tự động
hóa để giúp cho việc sản xuất hàng loạt.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả
năng áp dụng của đề tài: Ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, giúp giảm
tối đa nhân công và tăng năng xuất.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu
có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày tháng năm
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(Kí, họ và tên)
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài
(phần này do người hướng dẫn ghi):
Ngày tháng năm
Người hướng dẫn
(Kí, họ và tên)
TS.BÀNH QUỐC NGUYÊN
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 4
1.1 Phân loại đồ gá ........................................................................................................... 4
1.1.1 Phân loại theo nhóm máy .................................................................................... 4
1.1.2 Phân loại theo mức độ chuyên môn hóa .............................................................. 5
1.1.3 Cấu tạo tổng quát đồ gá ....................................................................................... 8
1.1.4 Tác dụng đồ gá .................................................................................................... 9
1.1.5 Yêu cầu đối với đồ gá ........................................................................................ 10
1.2 Định vị và đồ định vị ................................................................................................ 11
1.2.1 Định nghĩa ......................................................................................................... 11
1.1.2 Yêu cầu đối với đồ định vị ................................................................................ 11
1.2.3 Định vị khi chuẩn định vị là mặt trụ ngoài ........................................................ 13
1.3 Kẹp chặt và các cơ cấu kẹp chặt ............................................................................... 15
1.3.1 Khái niệm về kẹp chặt ....................................................................................... 15
1.3.2 Những yêu cầu đối với kẹp chặt ........................................................................ 15
1.3.3 Ý nghĩa của vấn đề kẹp chặt .............................................................................. 16
1.3.4 Phương và chiều lực kẹp ................................................................................... 16
1.3.5 Điểm dặt lực kẹp ............................................................................................... 16
1.3.6 Phân loại các cơ cấu kẹp chặt ............................................................................ 17
1.4 Cơ cấu tự định tâm ................................................................................................... 18
1.4.1 Khái niệm .......................................................................................................... 18
1.4.2 Các cơ cấu định tâm thường dùng ..................................................................... 18
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỒ GÁ ............................................................... 19
2.1 Tính toán đồ gá ......................................................................................................... 19
2.1.1 Xác định kích thước ống ................................................................................... 19
2.1.2 Phương pháp định vị ......................................................................................... 19
2.1.3. Xác định phương chiều lực kẹp ........................................................................ 19
2.1 .4 Tính toán tự định tâm ....................................................................................... 22
2.2 Thiết kế đồ gá ........................................................................................................... 24
2.2.1 Khóa kẹp ............................................................................................................ 24
2.2.2 Đồ định vị .......................................................................................................... 29
2.2.3 Thân gá .............................................................................................................. 32
CHƯƠNG 3: LẮP RẮP THỬ NGHIỆM ĐỒ GÁ ............................................................. 37
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .................................................................................................. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 39
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tổng quan về quá trình hàn orbital, lý do chọn đề tài
Công nghệ Orbital vốn được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới trong các lĩnh vực y tế,
thực phẩm, sinh học và công nghệ cao. Tuy nhiên, ở Việt Nam thì đây là những thuật ngữ
tương đối mới và ít được biết đến. Vậy công nghệ Orbital này là gì ?
Công nghệ hàn orbital hay còn gọi là hàn quỹ đạo là một quá trình hàn liên tục, đường
hàn xoay tròn 360 độ nhờ điện cực được quay tròn qua kết cấu cơ khí dạng kẹp. Chi tiết
được hàn là phôi tĩnh ví dụ như đường ống.
Hình 1: Đầu hàn kín orbital
Trong quá trình hàn quỹ đạo, chi tiết ống được kẹp tại chổ và đầu hàn quỹ đạo orbital sẽ
xoay điện cực và hồ quang điện quanh mối hàn để tạo ra mối hàn theo yêu cầu. Hệ thống
hàn orbital bao gồm Bộ nguồn và đầu hàn quỹ đạo.
Bộ nguồn : Nguồn điện/ hệ thống điều khiển cung cấp và kiểm soát tham số hàn theo
chương trình hàn cụ thể được tạo hoặc được gọi lên từ thẻ nhớ. Bộ nguồn này cung cấp
tham số điều khiển, dòng điện hồ quang hàn, nguồn điện dẫn động mô tơ trong đầu hàn và
bộ ngắt mạch khí bảo vệ on/off khi cần thiết.
1
Đầu hàn: Đầu hàn orbital thường là loại đầu kín và cung cấp buồng khí trơ bảo vệ bao
quanh mối hàn. Đầu hàn orbital tiêu chuẩn thích hợp với size ống hàn từ 1.6 mm đến 152
mm với độ dày đến 3.9 mm. Đường kính và độ dày lớn hơn có thể phù hợp với đầu hàn
hở.
Hình 2: Cấu tạo bên trong bộ đầu hàn
Hiểu một cách đơn giản thì đây là công nghệ cắt ông và hàn ống kim loại mà trong đó
thiết bị sẽ di chuyển theo quỹ đạo tròn xoay quanh chi tiết cần gia công để thực hiện việc
gia công. Với công nghệ cắt Orbital thì lưỡi cắt sẽ cắt từ từ vào vật liệu, xoay quanh chi
tiết cắt và làm phẳng bề mặt vết cắt, không để lại ba vớ. Công nghệ hàn Orbital dựa trên
công nghệ hàn TIG và khí Argon cùng phương pháp hàn xoay quanh chi tiết hàn cho mối
hàn sáng, đẹp và quan trọng hơn hết là độ khít cao và đồng nhất.
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối yêu cầu chính là cơ khí hóa và tự động hóa sử
dụng đồ gá là một hệ thống tự thiết kế dựa theo sản phẩm nhằm nâng cao năng suất và
giảm sức lao động. Dùng nhiều các đồ gá nhiều vị trí, bán tự động và tự động, gia công
liên tục, phân độ và kẹp chặt tự động..đây là lý do em chọn đề tài.
2
Hình 3: Bàn thao tác đầu hàn
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Chế tạo ra đồ gá hàn ống vi sinh theo tiêu chuẩn Din 188-50, thử nghiệm gá đặt ống :
- Hai ống phải có độ đồng tâm
- Mép hàn giữa hai ống phải kín
- Gá đặt nhanh chóng
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Thiết kế đồ gá cho bộ hàn quỹ đạo orbital kín trong lĩnh vực ngành công nghiệp thực
phẩm.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Tính toán nghiên cứu chế độ hàn xung, sau đó thiết kế đồ gá thực hiện công việc gá đặt
ống vi sinh theo tiêu chuẩn Din 188-50.
Hình 4: Hình ảnh mối hàn
3
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong quá trình sản xuất chế tạo máy, toàn bộ các phụ tùng kèm theo máy để giúp cho
máy thực hiện có hiệu quả trong quá trình gia công các đối tượng sản xuất đều được gọi là
các trang bị công nghệ.
Những trang bị công nghệ dùng để định vị và kẹp chặt chi tiết gia công gọi là đồ gá. Còn
những trang bị công nghệ dùng để lắp ráp và kẹp chặt dụng cụ cắt gọi là dụng cụ phụ. Nói
tóm lại, những trang bị công nghệ (tùy theo yêu cầu của quy trình công nghệ) dùng để xác
định chính xác vị trí của các chi tiết gia công rồi kẹp chặt nó nhanh chóng gọi là đồ gá
máy cắt kim loại. Đồ gá, dụng cụ cắt và dụng cụ phụ gọi là trang bị công nghệ. Ngoài đồ
gá máy cắt kim loại còn có đồ gá kiểm tra, đồ gá lắp ráp…
Hình 5: Đồ gá trong thực nghiệm
1.1 Phân loại đồ gá
- Đồ gá trên máy tiện, máy tiện revolve.
- Đồ gá trên máy phay.
- Đồ gá trên máy bào.
- Đồ gá trên máy khoan.
- Đồ gá trên máy doa.
1.1.1 Phân loại theo nhóm máy
4
- Đồ gá trên máy chuốt.
- Đồ gá trên máy gia công bánh răng.
1.1.2 Phân loại theo mức độ chuyên môn hóa
1.1.2.1 Đồ gá vạn năng thông dụng
Đồ gá vạn năng thông dụng có thể gọi là đồ gá vạn năng không điều chỉnh. Khi sử dụng
đồ gá vạn năng thông dụng không cần phải lắp bổ sung thêm các chi tiết và bộ phận khác
vào đồ gá. Loại đồ gá này được dùng để định vị và kẹp chặt các chi tiết có kích thước và
hình dáng khác nhau trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ. Các đồ gá vạn năng thông
dụng thường được chế tạo như loại thiết bị phụ kèm theo máy của các nhà máy chế tạo
máy công cụ. Ví dụ: mâm cặp vạn năng, êtô vạn năng, đầu phân độ vạn năng…
Hình 6: Đầu hàn ống nhỏ
1.1.2.2 Đồ gá vạn năng điều chỉnh
Đồ gá này gồm có bộ phận cố định và bộ phận thay đổi. Bộ phận cố định là phần cơ sở
dùng cho mọi chi tiết gia công khác nhau. Bộ phận thay đổi là những chi tiết của đồ gá
được sử dụng tùy theo hình dạng và kích thước của chi tiết gia công.
Ví dụ: các loại êtô khí nén dùng để phay, có má êtô thay đổi còn để êtô là phần cố định.
5
1.1.2.3 Đồ gá vạn năng lắp ráp (đồ gá tổ hợp)
Đồ gá tổ hợp là đồ gá được tổ hợp lại từ những chi tiết và bộ phận tiêu chuẩn hóa đã được
chế tạo sẵn và được dùng lại nhiều lần để gá đặt nhiều loại chi tiết khác nhau. Đồ gá này
được dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, hàng loạt lớn và hàng khối. So với các
đồ gá vạn năng và đồ gá chuyên dùng, sử dụng đồ gá tổ hợp có hiệu quả kinh tế rất cao
bởi vì chi phí về thiết kế và chế tạo đồ gá loại này cho sản phẩm cụ thể tương đối thấp, rút
ngắn được thời gian chuẩn bị sản xuất khi chuyển sang sản xuất loại sản phẩm mới.
Hình 7: Đồ gá hàn cho ống lớn
1.1.2.4 Đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh
Đồ gá này dùng để định vị và kẹp chặt nhóm các chi tiết có kích thước, có kết cấu công
nghệ gần như nhau, phương pháp gia công và đặc tính của các bề mặt định vị tương tự
nhau.
Đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh gồm hai bộ phận: bộ phận vạn năng và bộ phận thay
thế. Bộ phận vạn năng thường không đổi và gồm: than đồ gá, truyền dẫn… Bộ phận thay
thế gồm các chi tiết thay thế được chế tạo thích hợp với hình dáng và kích thước của
nhóm chi tiết gia công trên đồ gá.
6
Hình 8: Bộ đầu hàn và đồ gá
Trên đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh có thể điều chỉnh được các chi tiết định vị để gá
đặt các chi tiết cùng kiểu nhưng có kích thước khác nhau. Việc sử dụng các chi tiết thay
thế sẽ mở rộng khả năng công nghệ của đồ gá, giảm số lượng các đồ gá chuyên dung, do
đó rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất khi chuyển sang sản xuất hang loại sản phẩm mới.
Đồ gá chuyên môn hóa điều chỉnh được dung phổ biến trong sản xuất hang loạt và hàng
loạt lớn.
1.1.2.5 Đồ gá chuyên dùng
Loại đồ gá này chỉ thực hiện được một nguyên công của một chi tiết cụ thể nào đó. Khi
thay đổi đối tượng sản xuất, loại này không dùng được.
Hình 9: Bàn thao tác 7
Đồ gá chuyên dùng có ưu điểm là với một lần điều chỉnh máy có thể gia công tất cả các
chi tiết trong lô sản phẩm đạt độ chính xác đã cho. Do đó có thể năng cao năng xuất lao
động, giảm thời gian phụ và sức lao động của công nhân. Ưu điểm này càng thể hiện rõ
trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.
Tuy nhiên, trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, sử dụng đồ gá chuyên dung sẽ
không kinh tế vì chi phí cho thiết kế chế tạo đồ gá làm cho giá thành sản phẩm cao, không
rút ngắn được thời gian chuẩn bị sản xuất.
Hình 10: Bàn thao tác cho đầu hàn
1.1.3 Cấu tạo tổng quát đồ gá
Tùy theo tính chất nguyên công, đồ gá cần thiết kế có kết cấu cụ thể gồm nhiều bộ phận
Cơ cấu định vị.
Cơ cấu kẹp chặt.
Cơ cấu dẫn hướng dụng cụ cắt hoặc cơ cấu so dao.
khác nhau. Nhìn chung đồ gá được cấu tạo bởi các bộ phận chính như sau:
8
Cơ cấu quay và phân độ.
Thân đồ gá và đế đồ gá để lắp ráp các bộ phận trên tạo thành bộ đồ gá hoàn chỉnh.
Cơ cấu định vị và kẹp chặt đồ gá vào máy cắt kim loại.
1.1.4 Tác dụng đồ gá
Nâng cao năng suất và độ chính xác gia công vì vị trí của chi tiết so với máy đã được xác
định bằng các đồ gá định vị, không phải rà gá mất nhiều thời gian. Độ chính xác gia công
được đảm bảo nhờ phương án chọn chuẩn, độ chính xác của đồ gá và đặc biệt là không
phụ thuộc vào tay nghề công nhân. Vị trí của dao so với đồ định vị (quyết định kích thước
gia công) đã được điều chỉnh sẵn.
Mở rộng khả năng công nghệ của thiết bị: nhờ đồ gá mà một số máy có thể đảm nhận
công việc của máy khác chủng loại; ví dụ ta có thể mài trên máy tiện, có thể tiện trên máy
phay hoặc phay trên máy tiện...
Đồ gá giúp cho việc gia công nguyên công khó mà nếu không có dồ gá thì không thể gia
công được. Ví dụ như khoan lỗ nghiêng trên mặt trụ, đồ gá phân độ để phay bánh răng,
gia công nhiều lỗ...
Giảm nhẹ sự căng thẳng và cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, không cần sử
dụng thợ bậc cao.
Hình 11: Bộ gá kẹp hàn
9
1.1.5 Yêu cầu đối với đồ gá
• Kết cấu phù hợp với công dụng:
- Phù hợp với quy mô sản xuất loại nhỏ, vừa hay lớn của nhà máy.
- Chế tạo cho phân xưởng mới.
- Để mở khả năng công nghệ máy công cụ.
- Nếu đồ gá được dùng cho nâng cao năng suất lao động thì kết cấu của đồ gá phải giải
quyết được việc gá đặt và tháo phôi nhanh. Đồ gá chuyên dùng phải có kết cấu đơn giản
tới mức tối đa. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, hiệu quả kinh tế vẫn là chỉ tiêu để lựa
chọn phương án kết cấu cho đồ gá.
Hình 12: Cơ cấu kẹp
• Đảm bảo được độ chính xác:
- Đồ định vị phải chính xác.
- Kẹp chặt đúng vị trí và không làm biến dạng chi tiết.
- Thân đồ gá phải cững vững.
- Sai số khi gia công chi tiết trên đồ gá phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có đồ gá.
Người thiết kế đồ gá phải hiểu được sai số nào của đồ gá sẽ ảnh hưởng đến sai số gia
công chi tiết. Cần khống chế các sai số của đồ gá và các sai số có liên quan ở mức cho
phép để đảm bảo sai số cho phép của chi tiết gia công.
• Sử dụng phải thuận tiện:
- Gá đặt và tháo lắp chi tiết gia công nhanh, dễ dàng.
- Cơ cấu kẹp chặt dễ thao tác.
10
- Dễ làm sạch phôi trên đồ gá.
- Gá đặt đồ gá trên máy phải đơn giản.
• An toàn lao động:
An lao động là một chi tiêu quan trọng đối với đồ gá, đặt biệt là đối với đồ gá quay cùng
với trục chỉnh máy trong quá trình làm việc như đồ gá trên máy tiện, máy tiện rovonve,
máy tiện đứng, máy mài mòn. Các đồ gá này không nên có phần lồi nhô ra lớn khi làm
việc cần có bộ phận che bảo vệ.
1.2 Định vị và đồ định vị
1.2.1 Định nghĩa
Quá trình định vị là sự xác định vị trí chính xác tương đối của chi tiết so với dụng cụ cắt
trước khi gia công.
Hình 13: Cơ cấu kẹp
1.1.2 Yêu cầu đối với đồ định vị
Khi định vị chi tiết trên đồ gá, người ta dùng các chi tiết hay các bộ phận tiếp xúc trực
tiếp với bề mặt dùng làm chuẩn của chi tiết, nhằm đảm bảo độ chính xác về vị trí tương
quan giữa bè mặt gia công của chi tiết với dụng cụ cắt.
11
Các chi tiết và bộ phận đó được gọi là đồ định vị (cơ cấu định vị, chi tiết định vị).
Sử dụng hợp lí cơ cấu định vị sẽ mang lại hiệu quả kinhtees thiết thực vì có thể xác định
chính xác vị trí của chi tiết một cách nhanh chóng, giảm được thời gian phụ và nâng cao
năng suất lao động.
Hình 14: Đầu hàn ống orbital
Để đảm bảo được chức năng đó, cơ cấu định vị phải thỏa mãn những yêu cầu chủ yếu sau
đây:
1) Cơ cấu định vị cần phải phù hợp với bề mặt dùng làm chuẩn định vị của chi tiết gia
công về mặt hình dáng và kích thước.
2) Cơ cấu định vị cần phải đảm bảo độ chính xác lâu dài về kích thước và vị trí tương
quan.
3) Cơ cấu định vị chi tiết có tính chống mài mòn cao, đảm bảo tuổi thọ qua nhiều lần
gá đặt. Độ mòn của bề mặt làm việc cơ cấu định vị được tính như sau:
Trong đó: u là độ mòn [ ]; là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và tính chất tiếp
xúc được xác định bằng thực nghiệm. Thông thường, hệ số nằm trong khoảng
0,2÷0,4; N là số lần gá đặt phôi lên đồ định vị.
Vật liệu làm cơ cấu định vị, có thể sử dụng các loại thép 20X, 40X, Y7A, Y8A, thép 20X
thấm C hoặc thép 45... Nhiệt luyện đạt độ cứng 50÷60 HRC.
12
Độ nhám bề mặt làm việc Ra = 0,63÷0,25; cấp chính xác IT6÷IT7.
Tất cả các loại đồ định vị được trình bày trong phần này đã được tiếu chuẩn hóa. Các
thông số hình học, độ chính xác, kích thước và chất lượng bề mặt đã được cho trong các
sổ tay cơ khí, sổ tay công nghệ chế tạo máy, sổ tay thiết kế đồ gá. Bề mặt của chi tiết gia
công được sử dụng làm chuẩn định vị thường gặp:
- Chuẩn định vị là mặt phảng.
- Chuẩn định vị là mặt trụ ngoài.
- Chuẩn định vị mặt trụ trong.
- Chuẩn định vị kết hợp (hai lỗ tâm; một mặt phẳng và hai lỗ vuông góc với mặt
phẳng đó; một mặt phẳng và một lỗ có đường tâm song song hoặc thằng góc với
mặt phẳng...)
Hình 15: Đồ gá cho ống kích thước lớn
1.2.3 Định vị khi chuẩn định vị là mặt trụ ngoài
Chuẩn định vị là mặt trụ ngoài thì các chi tiết định vị thường là: Khối V, cơ cấu định
tâm(mâm cặp, ống kẹp đàn hồi), khối hình đặc biệt.
1. Khối V:
13
Khối V dùng để định vị khi mặt chuẩn định vị của chi tiết là mặt trụ ngoài hoặc một phần
của mặt trụ ngoài. Ưu điểm khi định vị bằng khối V là định tâm tốt, tức là đường tâm của
mặt trụ định vị của chi tiết bảo đảm trùng với mặt phẳng đối xứng của hai mặt nghiêng.
làm việc của khối V, không bị ảnh hưởng của dung sai kích thước đường kính mặt trụ
ngoài. Một khối V có thể định vị được những chi tiết có đường kính khác nhau. Kết cấu
của khối V. Hình 3a trình bày kết cấu của khối V, có hai loại :
Hình 16: Kết cấu khối V
+ Khối V dài: Tương đương với 4 điểm tiếp xúc và hạn chế 4 bậc tự do (hoặc khối V có
chiều dài tiếp xúc L của nó với mặt chuẩn định vị của chi tiết sao cho L/D >1,5 ; Dđường
kính của chi tiết). Khối V dài định vị những chi tiết có đường kính lớn, thường khoét lõm
như hình 5.6b. Để giảm bề mặt gia công của khối V, người ta dùng hai khối V ngắn rồi
lắp trên một đế (hình 5.6c).
+ Khối V ngắn:Tương đương 2 điểm tiếp xúc và hạn chế 2 bậc tự do (hoặc khối V ngắn là
khối V mà mặt chuẩn định vị trên chi tiết gia công chỉ tiếp xúc với nó trên chiều dài L,
với L/D< 1,5).
Khi định vị theo các mặt chuẩn định vị thô của chi tiết, thì mặt định vị của khối V phải
làm nhỏ, bề rộng từ 2÷5mm hoặc khía nhám.
Vị trí của khối V quyết định vị trí của chi tiết, nên khối V phải được định vị chính xác
trên thân đồ gá bằng hai chốt và dùng vít để bắt chặt. Khối V tiêu chuẩn có góc α=60o ,
α=90o và α=120o .
14
Khối V định vị được chế tạo bằng thép 20X, 40X; mặt định vị được thấm các bon sâu
0,8÷1,2mm; tôi cứng đạt HRC=58÷62. Đối với những khối V dùng làm định vị các trục
có D>120mm, thì đúc bằng gang hoặc hàn, trên mặt định vị có lắp các bản thép tôi cứng,
khi mòn có thể thay thế được.
1.3 Kẹp chặt và các cơ cấu kẹp chặt
1.3.1 Khái niệm về kẹp chặt
Kẹp chặt là công việc tiếp theo sau khi định vị để hoàn thành việc gá đặt chi tiết.
Cơ cấu kẹp chặt là một bộ phận của đồ gá có nhiệm vụ sinh ra lực kẹp khi có nguồn lực
tác dụng vào nó. Tác dụng của cơ cấu kẹp chủ yếu là đảm bảo sự tiếp xúc chắc chắn giữa
phôi và đồ định vị, đồng thời không cho nó dịch chuyển cũng như không bị rung động
trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt.
Ngoài cơ cấu kẹp chính có khi còn dùng cơ cấu kẹp bổ sung nhằm tăng độ vững của hệ
thống công nghệ, do đó nâng cao độ chính xác gia công, đảm bảo được độ nhám yêu cầu
và nâng cao năng suất.
Thông thường cơ cấu định vị và cơ cấu kẹp chặt tách rời nhau để tránh gây biến dạng của
cơ cấu định vị dưới tác dụng của lực kẹp, đảm bảo độ chính xác của phôi.
- Không được phá hỏng vị trí đã định vị của choi tiết gia công.
- Lực kẹp phải đủ để chi tiết không bị xê dịch dưới tác dụng của lực cắt nhưng không quá
1.3.2 Những yêu cầu đối với kẹp chặt
- Không làm hỏng bề mặt do lực kẹp tác dụng vào.
- Thao tác nhanh, đỡ tốn sức.
- Kết cấu nhỏ, gọn, an toàn, thành một khối để dễ bảo quản, sửa chữa.
- Cố gắng làm cho phương, chiều của lực kẹp vuông góc và hướng vào mặt chuẩn chính,
lớn so với các giá trị cần thiết để tránh sinh ra biến dạng của phôi.
- Điểm đặt của lực kẹp nằm ngay trên đồ định vị hoặc nằm trong đa giác chân đế tạo nên
không ngược chiều với lực cắt.
bởi các đồ định vị tiếp xúc với mặt chuẩn chính để không gây lật hoặc biến dạng phôi.
15
Có nhiều loại cơ cấu kẹp, mỗi loại có các đặc điểm về kết cấu, tính năng cơ bản và phạm
vi sử dụng khác nhau.
Không nên nhầm lẫn định vị và kẹp chặt. Đó là hai khái niệm khác nhau hẳn cần được
phân biệt rõ ràng.
1.3.3 Ý nghĩa của vấn đề kẹp chặt
Cơ cấu kẹp chặt tốt hay xấu ảnh hưởng rất lớn đến thời gian gia công, nhất là ảnh hưởng
đến thời gian phụ và sức lao động của công nhân, ngoài ra còn ảnh hưởng đến độ chính
xác, độ bóng bề mặt của chi tiết gia công.
Trong sản xuất loại lớn và hàng khối việc chọn cơ cấu kẹp chặt rất quan trọng, cần phải
cơ khí hóa và tự động hóa việc kẹp chặt nhằm rút ngắn thời gian phụ, thao tác thuận tiện
và giảm sức lao động cho công nhân. Đối với các chi tiết lớn, nặng cũng phải cơ khí hóa
việc kẹp chặt để khỏi tốn sức.
Khi thiết kế cơ cấu kẹp chặt cần chú ý mấy vấn đề chính sau đây: Phương và chiều của
lực kẹp, điểm đặt của lực kẹp, trị số lớn nhỏ của lực kẹp, tính tự hãm, truyền động và kết
cấu hợp lý nhất.
1.3.4 Phương và chiều lực kẹp
Phương và chiều của lực kẹp có liên quan mật thiết với vị trí của chuẩn định vị chính,
chiều của lực cắt và chiều của trọng lượng bản thân vật gia công.
Nói chung phương của lực kẹp nên thẳng góc với mặt chuẩn định vị chính, vì như thế ta
có diện tích tiếp xúc lớn nhất, giảm được áp suất và do đó ít biến dạng nhất. Còn chiều
của lực kẹp thì đi từ ngoài vào mặt định vị. Chiều lực kẹp không nên ngược với chiều lực
cắt và chiều trọng lượng vật gia công (kẹp từ dưới lên trên), vì như thê lực kẹp phải rất
lớn, cơ cấu kẹp cồng kềnh, to và thao tác tốn sức, nhất là khi gia công thô và trường hợp
vật gia công rất lớn. Lực kẹp nên cùng chiều với lực cắt và trọng lượng bản thân vật gia
công là tốt nhất, nhưng đôi khi vì kết cấu không cho phép thì có thể chọn chúng thẳng góc
với nhau.
1.3.5 Điểm dặt lực kẹp
Điểm đặt của lực kẹp cần thỏa mãn 2 điều kiện:
16
1. Khi kẹp vật gia công ít bị biến dạng nhất. Muốn vậy điểm đặt phải tác dụng vào
chỗ có độ cứng vững lớn.
2. Khi kẹp không gây ra mômen quay đối với vật gia công. Muốn vậy điểm đặt phải
tác dụng ở trong diện tích định vị hoặc ở trong diện tích mấy điểm đỡ và phải ở
gần mặt gia công.
1.3.6 Phân loại các cơ cấu kẹp chặt
Có thể phân cơ cấu kẹp chặt thành mấy loại sau:
1. Phân theo kết cấu có: Cơ cấu đơn giản và cơ cấu tổ hợp.
a. Đơn giản: Do một chi tiết kẹp chặt thực hiện việc kẹp.
b. Tổ hợp: Do hai hoặc nhiều chi tiết, ví dụ bu lông, bánh lệch tâm, chêm, đòn v.v...
phối hợp thực hiện việc kẹp. Ví dụ: Ren ốc – đòn bẩy, đòn bẩy – bánh lệch tâm,
chêm – ren ốc v.v...
Những cơ cấu tổ hợp thường dùng để phóng đại lực kẹp, để đối chiếu lực kẹp hoặc “bắc
cầu” đi tới điểm đặt.
2. Phân theo nguồn lực có: Kẹp bằng tay, kẹp cơ khí hóa và kẹp tự động hóa.
a. Cơ khí hóa gồm: Hơi ép, dầu ép, kẹp bằng chân không bằng điện tử, hoặc những
thứ đó phối hợp với nhau.
b. Tự động hóa: Không cần người thao tác mà nhờ những cơ cấu chuyển động của
máy thao tác tự động.
3. Phân theo phương pháp kẹp có: Kẹp một chi tiết hoặc kẹp nhiều chi tiết một lúc.
Kẹp một lần hoặc kẹp nhiều lần tách rời.
17
1.4 Cơ cấu tự định tâm
1.4.1 Khái niệm
Cơ cấu tự định tâm là những cơ cấu vừa định vị, vừa kẹp chặt đồng thời có tác dụng làm
cho tâm đối xứng của chi tiết trùng với tâm của cơ cấu tự định tâm.
Cơ cấu tự định tâm rất cần thiết khi phải gá đặt chi tiết hai hoặc nhiều lần, khiến những
lần gá đặt đó tâm của chi tiết có vị trí không đổi. Các bề mặt định vị của cơ cấu tự định
tâm đều có chuyển dịch được, không cố định, chúng tiến vào hoặc lùi ra cùng tốc độ, cho
- Ưu điểm:
nên mặt định vị đồng thời cũng là bề mặt kẹp chặt.
+ Giảm thời gian định vị và kẹp chặt chi tiết.
+ Độ chính xác định tâm cao, vì dung sai của hai mặt chuẩn và dung sai khoảng cách
- Ứng dụng:
hai mặt chuẩn đều phân cho hai bên.
+ Cơ cấu tự định tâm thường hay dùng để định tâm vật tròn xoay, vật đối xứng và vật
có chuẩn định vị do một lần chạy dao tạo ra. Lúc đó ta sẽ có sai số mặt định vị bằng
không.
- Cơ cấu tự định tâm bằng ren ốc trái chiều nhau.
- Tự định tâm bằng chêm.
- Tự định tâm bằng đòn bẩy.
- Tự định tâm bằng đường cong.
- Tự định tâm bằng khe chêm.
- Tự định tâm bằng lò xo đĩa.
- Tự định tâm bằng chất dẻo.
1.4.2 Các cơ cấu định tâm thường dùng
18
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỒ GÁ
2.1 Tính toán đồ gá
2.1.1 Xác định kích thước ống
- Đường kính ống: D1max=38mm; D1min=35.5mm;
D2max=38mm; D2min=35.5mm;
D3max=38mm; D3min=35.5mm;
- Chiều dài ống: L= 125mm.
2.1.2 Phương pháp định vị
Chi tiết định vị 4 bậc tự do.
Định vị 4 bậc tự do bằng mặt cong trụ dài.
2.1.3. Xác định phương chiều lực kẹp
Sơ đồ lực tác dụng lên chi tiết:
19
Lực tác dụng lên chi tiết:
.1. Tính toán lực kẹp cần thiết
W1, W2: Lực kẹp chi tiết
Qua hình ve ta thấy: Chi tiết được định vị trên phiến tỳ,chốt chống xoay, lực cắt tiếp
tuyến được xác định theo công thức sau đây: Rz = 895 N
Để đơn giản khi tính lực kẹp ta cho rằng chỉ có lực Ps tác dụng lên chi tiết. Trong trường
hợp này cơ cấu kẹp chặt phải tạo ra lực ma sát P lớn hơn lực Ps:
Lực Ps được tính bằng công thức: Ps = 0,4Rz = 358N
P = P1 + P2 = (W1 + W2)f = Wct.f P
Ở đây:
Wct - l lực kẹp cần thiết, K – hệ số an tòan, f = 0.4 hệ số ma sát
Trong đó:
K0= 1,5 : Hệ số an toàn cho tất cả các trường hợp.
K1= 1,2 : Hệ số tính đến trường hợp tăng lực cắt khi độ bong thay đổi.
20
K2= 1,2 : Hệ số tăng lực cắt khi dao mòn.
K3= 1,2 : Hệ số tăng lực cắt khi gia công gián đoạn.
Do đó: K=1,5.1,2.1,2.1,3.1.1= 2,808
Phương trình cân bằng moment tại điểm O
Q + Wct = 0
Q = - Wct/2 = - /2 = 1257 kG
Với : W : Lực kẹp tổng
Q : Lực kẹp do ren tạo ra
2. Tính đường kính bulông
Vậy chọn: d = 10 mm
Theo bảng 3-1 /79 sách công nghệ chế tạo máy: Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào
Với bulông M10 ta chọn :
Lực vặn : Q = 5
Lực kẹp : W = 750
3. Tính sai số chế tạo đồ gá
* Sai số chế tạo cho phép của đồ gá [ect] được tính theo công thức sau :
ek _sai số kẹp chặt : do lực kẹp gây ra.
em_sai số mòn : do đồ gá bị mòn gây ra. Sai số mòn được tính theo công thức :
Với:
b_ hệ số phụ thuộc vào kết cấu đồ gá ( = 0,2)
N_số lượng cho tiết được gia công trên đồ gá ( N=5000)
eđc_sai số điều chỉnh do quá trình lắp ráp và điều chỉnh đồ gá.
21
em=0,014mm
Chọn eđc=8m=0,008mm
4. Các yêu cầu kỹ thuật của đồ gá
- Đồ gá khi lắp cần phải đảm bảo độ song song giữa phiến tỳ và mặt đáy B không quá
0,015 [mm].
- Các áo bạc phải được nhiệt luyên và mài đạt Rz1,25.
- Đồ gá sau khi sử dụng cần được bảo dưỡng và tra dầu mỡ tại các mối lắp.
2.1 .4 Tính toán tự định tâm
Ta chọn phương pháp tự định tâm bằng ống kẹp co bóp đàn hồi.
Ống kẹp co bóp là một ống xẽ rãnh đàn hồi hình côn, nhờ biến dạng đàn hồi của nó để
kẹp chặt và định tâm chi tiết.
Ống kẹp co bóp có thể phân thành các loại :
+ Theo mặt định vị: Định vị bằng mặt ngoài và mặt trong của chi tiết. Ống kẹp định tâm
mặt trong chi tiết nhờ đầu côn bung, còn định tâm mặt ngoài thì nhờ đầu côn bóp.
+ Theo phần kẹp: Kẹp một đầu và kẹp hai đầu.
+ Theo chiều kẹp: Kéo và đẩy.
Sơ đồ làm việc:
22
1-ống kẹp; 2- thân đồ gá ; 3- vãt chống xoay; 4-chi tiết. Đầu bên phải ống kẹp được xẽ 3
rãnh . Khi kéo ống kẹp sang bên trái, ống sẽ bị bóp lại để định vị và kẹp chặt chi tiết.
Để dễ dàng tháo chi tiết ra, góc côn α= 300.
Rãnh và lỗ ống kẹp có các kiểu như hình 6 tùy theo tiết diện của phôi.
Kiểu a: lỗ vuông, 4 rãnh; kiểu b: lỗ hình chữ nhật, 4 rãnh; kiểu c: lỗ 6 cạnh, 3 rãnh.
Khi ống kẹp nằm trong ổ kẹp thì tuỳ theo đường kính phôi to nhỏ khác nhau mà điểm tiếp
xúc giữa ống kẹp sẽ khác nhau.
Góc côn α của phần làm việc khi ở trạng thái tự do và khi ở trạng thái kẹp chặt thường lấy
cách nhau 30′ .
Tính lực kẹp:
Nếu ta xem ống kẹp như là một chêm cứng không biến dạng thì phần làm việc của nó
chịu các lực sau đây khi kẹp chặt :
Q - Lực kéo hướng trục (kG),
W - Phản lực của chi tiết (kG) , tức là lực kẹp, F2 - Lực ma sát giữa chi tiết và ống kẹp.
W1- Tổng phản lực thẳng đứng của phản lực W và lực ma sát giữa vỏ đồ gá và ống kẹp
(kG).
Theo lực kẹp của chêm ta có :
23
α - là nữa góc côn của ống kẹp.
Nếu giữa phôi và ống kẹp có khe hở f thì lực kẹp trên phải được trừ bớt đi một thành phần
lực W2 cần để làm các mảnh hình máng A, B, C biến dạng một khoảng là f.
Có thể coi các mảnh đó như những dầm công xôn được ngàm một đầu có chiều dài L chịu
lực W2 ở đầu để biến dạng một đoạn f.
Nếu không có miếng chặn định cữ số 1, chi tiết có thể xã dịch hướng trục được thì lực ma
sát F2 giữa chi tiết và ống kẹp không ảnh hưởng đến lực kẹp, lúc đó :
- Vật liệu chế tạo ống kẹp co bóp đàn hồi bằng thép thấm các bon, hoặc thép có thành
phần các bon cao. Đối với những chi tiết lớn nặng, ống kẹp thường làm bằng thép hợp
kim 12XH3A hoặc 15XA, 4XC, 9XC, cũng có thể dùng thép Y6A ÷Y10A, nhiệt luyện
phần đuôi đến độ cứng HRC =30÷35, phần làm việc HRC =55÷60.
- Ưu điểm của ống kẹp co bóp đàn hồi: kết cấu nhỏ, đơn giản, thao tác tiện lợi và nhanh.
- Nhược điểm: không hoàn toàn tiếp xúc với cả bề mặt phôi theo cả tiết diện ngang hay
dọc.
2.2 Thiết kế đồ gá
2.2.1 Khóa kẹp
Tác dụng là lẹp chặt chi tiết đồng thời hạn chế 2 bậc tự do trong chi tiết.
24
Dựa vào kích thước thực tế đo được ta gia công chi tiết.
Các bảng vẽ chi tiết như sau:
Hình 17: Chi tiết khóa kẹp 1
25
Hình 18: Chi tiết khóa kẹp 2
Hình 19: Chi tiết khóa kẹp 3
26
Hình 20: Chi tiết khóa kẹp 4
27
Hình 21: Bảng vẽ lắp khóa kẹp
Hình 22: Hình ảnh thực tế 28
2.2.2 Đồ định vị
Bộ phần định vị rất quan trọng trong việc gá đặt, định vị là điểm không thể thiếu trong đồ
gá.
Dựa vào các dạng ống ta gia công và thay đổi bộ phận định vị cho hợp lý.
Dưới đây là mẫu thiết kế định vị chính, có thể thay đổi kích thước theo kích thước ống
Din 188-50.
Các bảng vẽ chi tiết và bảng vẽ lắp:
Hình 23: Chi tiết đồ định vị 1
29
Hình 24: Chi tiết đồ định vị 2
Hình 25: Bãng vẽ lắp đồ định vị
30
Hình 26: Hình thực tế cặp định bị phi
Hình 27: Hình thực tế cặp định bị phi
31
Hình 28: Hình thực tế cặp định bị phi
2.2.3 Thân gá
Thân gá giúp cho bộ đồ gá được cứng vững, chịu tác động của ngoại lực.
Các chi tiết của thân gá
32
Hình 29: Thân đở dưới 1
Hình 30: Thân đở dưới 2
33
Hình 31: Thân đở trên 1
Hình 32: Thân đở trên 2
34
Hình 33: Nắp đậy
Hình 34: Chốt ngang
35
Mô phỏng bộ đồ gá ống tiêu chuẩn Din 188-50
Hình 35: Bảng vẽ lắp thân đồ gá
Hình 36: Mô khi lắp đặt
36
CHƯƠNG 3: LẮP RẮP THỬ NGHIỆM ĐỒ GÁ
Bước1: Lắp rắp cụm đồ gá
Bước 2: Sau khi lắp cả mặt dưới và mặt trên bộ đồ gá, ta đặt ống vào, căn chỉnh và kẹp 1
bên lại.
37
Sản phẩm sau khi gá đặt và thử nghiệm
Bước 3: Kẹp chặt hai bên, khi 2 ống đã đồng tâm và khít ta có thể thử nghiệm
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
Qua khảo sát thực tế trên thị trường, phân tích đặc biệt về các chủng loại đồ gá hàn cắt
các chi tiết dạng ống, bài này đã đề xuất một dạng đồ gá nhằm phục vụ cho việc gá đặt chi
tiết ống vi sinh theo tiêu chuẩn Din 188-50 cách nhanh chóng, thuận tiện và chính xác để
thực hiện quá trình hàn. Sau khi thực hiện thiết kế tính toán các thông số hình học của chi
tiết đồ gá, tiến hành gia công, lắp rắp và thử nghiệm đồ gá mới này. Đồ gá đã có độ chính
xác trong việc gá đặt ở độ tin cậy cao, kết cấu đồ gá gọn nhẹ phụ hợp với từng kích thước
của ống. Từ đó, có thể đưa vào sử dụng sử dụng và thử nghiệm trên thiết bị hàn orbital
kín này.
38
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bài giảng Công nghệ chế tạo máy- Ts. Bùi Hệ Thống, Khoa cơ khí-Trường Cao Đẳng
Công Nghệ.
2. GS.TS Trần Văn Địch - Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy-trang90
3. https://doanchatluong.vn/do-an/do-an-tinh-toan-thiet-ke-do-ga-tien-phi-120-chi-tiet-
nap-lo-dhspkt_ckmdg0000026
39
![Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thực phẩm: Thiết kế nhà máy sản xuất rau quả [chuẩn nhất]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2023/20230508/bongbay02/135x160/1019879403.jpg)
![Thiết kế mạch điện tử: Đồ án môn học [chuẩn nhất]](https://cdn.tailieu.vn/images/document/thumbnail/2025/20250930/ngotien0801@gmail.com/135x160/55401759287195.jpg)
