THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH LÀM SẠCH BAVIA PHÔI THÉP TỰ ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN UỐN THÉP CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH LÀM SẠCH BAVIA PHÔI
THÉP TỰ ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN UỐN THÉP CNC

Họ và tên sinh viên: KIM THANH BẠCH
NGUYỄN HUY HOÀNG
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2013 – 2017

Tháng 06/2017


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH LÀM SẠCH BAVIA PHÔI THÉP TỰ
ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN UỐN THÉP CNC

TÁC GIẢ
KIM THANH BẠCH
NGUYỄN HUY HOÀNG

Khóa luận tốt nghiệp đươc đệ trình đáp ứng yêu
cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Phạm Quang Thắng
T.S Vương Thành Tiên

Tháng 06 năm 2017

LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình thực hiện đề tài trên cơ sở kiến thức chuyên môn thu được từ
những năm học tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, cùng với sự
hướng dẫn tận tình của Thầy Vương Thành Tiên, Thầy Phạm Quang Thắng, Thầy
Nguyễn Tấn Phúc và quí thầy cô khoa Cơ Khí – Công Nghệ, cùng với nhiều cố gắn và
nổ lực không ngừng, cuối cùng nhóm đã hoàn thành hoàn thành đồ án đúng thời gian
qui định theo yêu cầu đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình làm sạch bavia phôi thép tự
động trong dây chuyền uốn thép CNC”.
Qua thời gian làm đồ án chúng em đã học hỏi và tiếp thu được rất nhiều kiến
thức và kinh nghiệm bổ ích. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô khoa
Cơ Khí – Công Nghệ đã tạo điều kiện học tập và truyền đạt kiến thức để em thực hiện
đề tài này. Đặc biệt chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Phạm Quang
Thắng và Thầy Vương Thành Tiên – giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tình giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài.
Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân, các bạn sinh viên
cùng khóa đã nhiệt tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến để hoàn thành tốt đề tài.
Trong thời gian ngắn thực hiện đề tài, mặc dù rất cố gắng nhưng không thể tránh
khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thầy cô
và bạn bè.
Xin kính chúc quí thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và hạnh phúc!
TP.HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2017
Nhóm thực hiện đề tài
Kim Thanh Bạch
Nguyễn Huy Hoàng


TÓM TẮT
Đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình làm sạch bavia phôi thép tự động trong dây chuyền

uốn thép CNC” được tiến hành tại Khoa Cơ Khí Công Nghệ Trường Đại Học Nông
Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian từ ngày 14 tháng 02 năm 2017 đến ngày 04
tháng 06 năm 2017.
Nội dung đề tài được tóm tắt:
Chương 1: Đề tài trình bày được tính cấp thiết, nhu cầu thực tế trong quy trình
sản xuất ống thép. Cũng như phương án nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hợp lý.
Chương 2: Đưa ra cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng cụm, so sánh, đánh
giá từng phương pháp thiết kế chọn ra phương án tối ưu và các thiết bị điều
khiển.
Chương 3: Trình bày nội dung, phương pháp và các phương tiện nghiên cứu
trong quá trình chế tạo mô hình máy làm sạch.
Chương 4: Tính toán thiết kế trên cơ sở lý thuyết đưa ra các thông số chế tạo
tương đối chính xác.
Đưa ra các phương án thiết kế cụm cấp liệu, cụm băng tải, cụm xử lý và
dựa vào yêu cầu của máy để chọn .
Vẽ mô phỏng trên phần mềm AutoCad để thấy được hình dạng, kích
thước của từng cụm.
Lựa chọn cách bố trí péc phun làm sạch.
Tính toán công suất động cơ.
Lựa chọn cách điểu khiển theo lưu đồ giải thuật.
-

Phát triển hoàn thiện đưa vào sản xuất thực tế.

Tiến hành chế tạo mô hình máy làm sạch bề mặt đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề
ra, năng suất 300 ống/giờ. Khảo nghiệm mô hình máy làm sạch và từ các số liệu
khảo nghiệm đưa ra các thông số tối ưu cho máy.
Chương 5: Trình bày kết luận về mô hình, về điều khiển, lập trình PLC, về thực
nghiệm và hướng phát triển để đáp ứng yêu cầu cao hơn trong công nghiệp.

MỤC LỤC

Trang
Trang tựa........................................................................................................................ i
Lời cảm ơn....................................................................................................................ii
Tóm tắt.........................................................................................................................iii
Mục lục......................................................................................................................... iv
Danh sách các chữ viết tắt..........................................................................................viii
Danh sách các hình.......................................................................................................ix
Danh sách các bảng.....................................................................................................xii
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài....................................................................................................1
1.2. Mục tiêu đề tài........................................................................................................2
1.3. Phạm vi đề tài.........................................................................................................2
1.4. Ý nghĩa thực tế của đề tài........................................................................................3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN........................................................................................4
2.1. Tiêu chuẩn làm sạch bề mặt....................................................................................5
2.2. Phương pháp làm sạch bề mặt.................................................................................7
2.5.2. Phương pháp thủ công......................................................................................7
2.5.3. Phương pháp phun hạt mài...............................................................................8
2.5.4. Phương pháp phun nước áp lực......................................................................10
2.5.5. Phương pháp cắt đốt bằng laser......................................................................12
2.5.6. Phương pháp plasma trong dung dịch điện phân............................................13
2.3. Phương pháp cấp phôi dạng ống...........................................................................14
2.3.1. Mặt phẳng nghiêng kết hợp càng nâng...........................................................14


2.3.2. Hệ thống băng tải có gờ đứng.........................................................................14
2.3.3. Cơ cấu xy lanh khí nén...................................................................................15

2.3.4. Cưa ống thép trực tiếp trên băng tải................................................................16
2.4. Phương pháp vận chuyển phôi dạng ống..............................................................17
2.4.1. Hệ thống con lăn.............................................................................................17
2.4.2. Hệ thống đĩa xoay...........................................................................................17
2.4.3. Băng tải lòng máng.........................................................................................18
2.5. Sơ lược về PLC S7 200 và các phần mềm điều khiển...........................................19
2.5.1. Giới thiệu PLC...............................................................................................19
2.5.2. Chương trình trong PLC.................................................................................20
2.5.3. Bộ điều khiển lập trình S7-200 CPU 224 DC/DC/DC....................................20
2.5.4. Phần mềm STEP7-MCROWIN......................................................................22
2.5.4.1. Làm việc cơ bản với STEP7-MICROWIN...............................................24
2.5.4.2. Phần mềm mô phỏng SIMULATOR S7-200............................................26
2.6. Cảm biến hồng ngoại DS30C4..............................................................................27
2.7. Các bộ phận truyền động......................................................................................28
2.5.1. Động cơ AC....................................................................................................28
2.5.2. Động cơ DC....................................................................................................29
2.5.3. Máy bơm áp lực nước đầu ngang...................................................................30
2.8. Các bộ phận, linh kiện khác được sử dụng trong mô hình....................................31
2.5.1. Led 7 đoạn......................................................................................................31
2.5.2. Speed Control.................................................................................................32
2.5.3. Nguồn tổ ong..................................................................................................32
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................34
3.1. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................34


3.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................34
3.3. Phương tiện nghiên cứu........................................................................................35
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................38
4.1. Thiết kế chế tạo phần cứng...................................................................................38
4.1.1. Sơ đồ thiết kế mô hình máy làm sạch bề mặt..................................................38

4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật của mô hình máy làm sạch bề mặt......................................38
4.1.3. Sơ đồ khối mô hình.........................................................................................39
4.1.4. Tính toán thiết kế mô hình máy làm sạch bề mặt............................................40
4.1.1. Cụm cấp liệu...............................................................................................40
4.1.2. Cụm băng tải...............................................................................................42
4.1.3. Cụm xử lý....................................................................................................44
4.1.4. Cụm thoát liệu.............................................................................................46
4.1.5. Mô hình toàn bộ máy......................................................................................47
4.2. Thiết kế chế tạo, lập trình điều khiển....................................................................48
4.2.1. Lưu đồ giải thuật.............................................................................................48
4.2.2. Các phương án điều khiển..............................................................................49
4.2.2.1. Arduino Uno.............................................................................................49
4.2.2.2. PLC S7-200..............................................................................................49
4.2.3. Sơ đồ nguyên lý điều khiển............................................................................50
4.2.3.1. Khối nguồn...............................................................................................51
4.2.3.2. Khối xử lý................................................................................................52
4.2.3.3. Khối led báo hiệu.....................................................................................53
4.2.3.4. Khối led báo số lượng..............................................................................53
4.2.3.5. Khối Relay...............................................................................................53
4.2.3.6. Khối điều chỉnh tốc độ động cơ................................................................54


4.2.3.7. Khối động cơ............................................................................................54
4.2.4. Tính toán công suất động cơ cho hệ thống con lăn.........................................54
4.2.5. Tính toán sức bền trục con lăn và thanh ngang gá con lăn..............................54
4.2.6. Tính toán bộ truyền xích.................................................................................55
4.2.7. Tính toán vận tốc nước phun ra tại đầu péc phun...........................................56
4.3. Kết quả khảo nghiệm thực tế................................................................................57
4.3.1. Nguyên lý hoạt động của mô hình máy..........................................................57
4.3.2. Kết quả khảo nghiệm......................................................................................60

4.3.2.1. Áp suất thay đổi, vận tốc quay con lăn không đổi....................................60
4.3.2.2. Áp suất không đổi, vận tốc quay con lăn thay đổi....................................61
4.3.2.3. Áp suất thay đổi, vận tốc quay con lăn thay đổi.......................................62
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.................................................................65
5.1. Kết luận................................................................................................................. 65
5.2. Đề nghị.................................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................67
PHỤ LỤC................................................................................................................... 68


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CNC

Computer Numerical Control

PLC

Programmable Logic Controller

PII

Process-image input table

PIQ

Process-image output table

LAD

Ladder logic

FBD

Function Block Diagram

STL

StaTement List

CPU

Central Processing Unit

IC

Integrated Circuit

VCC

 Voltage

GND

Ground

N

North

S

South

colector to colector


DANH SÁCH CÁC H
Hình 2.1 Búa gõ.............................................................................................................7
Hình 2.2 Bàn chải sắt.....................................................................................................7
Hình 2.3 Bàn chải sắt tròn.............................................................................................7
Hình 2.4 Máy phun cát khô............................................................................................8
Hình 2.5 Cấu tạo vòi phun hạt mài................................................................................9
Hình 2.6 Phun nước áp lực..........................................................................................10
Hình 2.7 Máy phun áp lực thấp....................................................................................11
Hình 2.8 Máy phun áp lực cao.....................................................................................11
Hình 2.9 Làm sạch bằng Laser.....................................................................................12
Hình 2.10 Làm sạch bằng Plasma................................................................................13
Hình 2.11 Mặt phẳng nghiêng kết hợp càng nâng........................................................14
Hình 2.12 Băng tải có gờ đứng....................................................................................15
Hình 2.13 Cơ cấu xylanh khí nén.................................................................................15
Hình 2.14 Cưa ống thép...............................................................................................16
Hình 2.15 Hệ thống con lăn.........................................................................................17
Hình 2.16 Hệ thống đĩa xoay.......................................................................................18
Hình 2.17 Băng tải lòng máng.....................................................................................18
Hình 2.18 So sánh quy trình điều khiển bằng Relay và điều khiển bằng PLC.............19
Hình 2.19 Chu kỳ quét trong PLC...............................................................................20
Hình 2.20 Bộ điều khiển lập trình CPU 224 DC/DC/DC.............................................21
Hình 2.21 Lập trình theo LAD.....................................................................................22
Hình 2.22 Lập trình theo FBD.....................................................................................23
Hình 2.23 Lập trình theo STL......................................................................................23

Hình 2.24 Giao diện cửa sổ projects............................................................................24
Hình 2.25 Soạn thảo chương trình cho PLC................................................................25
Hình 2.26 Download chương trình vào PLC................................................................25
Hình 2.27 Chạy mô phỏng PLC...................................................................................26
Hình 2.28 Cảm biến hồng ngoại DS30C4....................................................................27
Hình 2.29 Cấu tạo Roto...............................................................................................28


Hình 2.30 Cấu tạo Starto động cơ không đồng bộ.......................................................28
Hình 2.31 Cấu tạo động cơ DC....................................................................................30
Hình 2.32 Máy bơm áp lực đầu ngang.........................................................................30
Hình 2.33 Béc phun.....................................................................................................31
Hình 2.34 Led 7 đoạn..................................................................................................31
Hình 2.35 Một số loại Led 7 đoạn...............................................................................32
Hình 2.36 Bộ điều khiển Speed Control......................................................................32
Hình 2.37 Nguồn tổ ong 24V - 5A...............................................................................33
YHình 3.1 Máy tiện, máy phay CNC – Xưởng CNC Khoa Cơ Khí – Công Nghệ - ĐH

Nông Lâm......................................................................................................................36
Hình 3.2 Đồng hồ đo áp suất.......................................................................................37
YHình 4.1 Sơ đồ sơ bộ máy làm sạch.............................................................................

38
Hình 4.2 Giai đoạn làm sạch trong quy trình sản xuất.................................................39
Hình 4.3 Sơ đồ khối mô hình.......................................................................................39
Hình 4.4 Mô hình thiết kết cụm cấp liệu......................................................................41
Hình 4.5 Cụm cấp liệu được chế tạo............................................................................41
Hình 4.6 Mô hình thiết kế cụm băng tải con lăn..........................................................43
Hình 4.7 Cụm băng tải con lăn được chế tạo...............................................................43
Hình 4.8 Con lăn được chế tạo.....................................................................................44

Hình 4.9 Mô hình thiết kế buồn phun..........................................................................45
Hình 4.10 Buồn phun chế tạo thực tế...........................................................................45
Hình 4.11 Mô hình thiết kế cụm đầu ra........................................................................46
Hình 4.12 Cụm đầu ra được chế tạo.............................................................................46
Hình 4.13 Mô hình thiết kế toàn bộ máy làm sạch.......................................................47
Hình 4.14 Mô hình chế tạo toàn bộ máy làm sạch.......................................................47
Hình 4.15 Lưu đồ giải thuật.........................................................................................48
Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý điều khiển.........................................................................51
Hình 4.17 Sơ đồ khối nguồn........................................................................................51
Hình 4.18 Led 7 đoạn hiển thị số lượng.......................................................................53
Hình 4.19 Relay cách ly giữa PLC và các thiết bị........................................................53


Hình 4.20 Péc phun giảm đường kính..........................................................................57
Hình 4.21 Máy làm sạch bề mặt..................................................................................58
Hình 4.22 Ống thép dính dầu và mạc sắt sau khi cưa..................................................58
Hình 4.23 Máy bơm áp lực thấp đầu ngang.................................................................59
Hình 4.24 Tủ điều khiển..............................................................................................59
Hình 4.25 Biểu đồ sự phụ thuộc mức độ làm sạch với áp suất.....................................61
Hình 4.26 Biểu đồ sự phụ thuộc mức độ làm sạch với vận tốc con lăn........................62
Hình 4.27 Biểu đồ sự phụ thuộc mức độ làm sạch giữa vận tốc con lăn, áp suất.........63
Hình 4.28 Ống thép nằm trên con lăn..........................................................................70
Hình 4.29 Biểu đồ nội lực của trục..............................................................................71
Hình 4.30 Biểu đồ nội lưc của thanh............................................................................74


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Bảng yêu cầu kỹ thuật của máy làm sạch bề mặt.........................................38
Bảng 4.2: Bảng đánh giá các giải pháp cụm đầu vào...................................................40
Bảng 4.3: Bảng đánh giá các giải pháp cụm băng tải...................................................42

Bảng 4.4: Bảng đánh giá các giải pháp cụm xử lý.......................................................44
Bảng 4.5: Bảng so sánh ưu nhược điểm của Arduino Uno và PLC S7-200.................49
Bảng 4.6: Bảng kết nối dây giữa PLC và các thiết bị...................................................52
Bảng 4.7: Bảng hiệu mức độ sạch khi áp suất thay đổi, vận tốc con lăn không đổi.....60
Bảng 4.8: Bảng mức độ làm sạch vận tốc con lăn thay đổi, áp suất không đổi...........61
Bảng 4.9: Bảng mức độ làm sạch vận tốc con lăn thay đổi, áp suất thay đổi..............63


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài.
Sản xuất của cải vật chất là cơ sở quan trọng của sinh hoạt xã hội. Trong quá
trình sản xuất của cải vật chất, con người sự với lao động của mình sử dụng tư liệu lao
động để tác động, gọi chung là tư liệu sản xuất, thể hiện một cách tổng quát dưới ba
dạng: Năng lượng, vật liệu và công cụ. Trong đó công cụ sản xuất có tác dụng quyết
định hơn cả. Trình độ phát triển công cụ sản xuất là thước đo mức độ phát triển của
sản xuất. Các thời đại phát triển kinh tế khác nhau không phải ở chỗ sản xuất ra thứ gì,
mà ở chỗ sản xuất ra của cải vật chất như thế nào, bằng những công cụ sản xuất ra sao.
Cho nên công cụ lao động là yếu tố có tác dụng quyết định nhất trong quá trình sản
xuất ra của cải vật chất.
Nước ta đang trong quá trình phát triển kinh tế hạ tầng, nhu cầu cơ khí hóa hiện
đại hóa ngày càng cao, ngành chế tạo máy giữ một vị trí quan trọng trong nền kinh tế
cung cấp công cụ sản xuất cho tất cả các ngành khác, nên đây là cơ hội để sinh viên
trước khi ra trường nghiên cứu, tìm hiểu khoa học kỹ thuật có tính chất gắn liền với
thực tế sản xuất, chuẩn bị vốn kiến thức trước khi hội nhập với môi trường bên ngoài
nhà trường một cách nhanh nhất.
Ngày nay, trong thực tế sản xuất xu hướng dùng hệ thống tự động, máy công cụ,
robot, ... làm việc thay thế cho sức người lao động ngày càng phát triển rõ rệt, đặc biệt
là những máy móc thông minh. Không chỉ riêng các ngành công nghiệp, nông nghiệp
mà hầu như nó phục vụ trong tất cả các lĩnh vực đời sống, xã hội. Với tính đặc thù là

khả năng làm việc không mệt mỏi, chính xác và liên tục theo thiết kế nên khi dùng
máy móc, hệ thống sản xuất tự động thay cho sức người sẽ làm tăng năng xuất, chất
lượng sản phẩm đồng đều, kiểm soát được quá trình sản xuất một cách dễ dàng. Đặc
biệt khi phải làm việc trong môi trường độc hại, nguy hiểm, công việc nặng nề hoặc


nhàm chán lặp đi lặp lại không phù hợp với con người thì việc sáng tạo ra một loại
máy thay thế thế con người làm những công việc đó là việc hết sức cần thiết.
Trong ngành công nghiệp, việc nghiên cứu sáng tạo và phát triển hệ thống sản
xuất tự động khép kín hay tự động hoá trong sản xuất đóng một vai trò quan trọng
trong việc phát triển công ty là nền tảng của công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
Với tinh thần đó, trong quá trình thực tập tại công ty TNHH SX CK & TM Hải
Hà, nhóm đã quan sát và được các anh trong công ty gợi ý phát hiện vấn đề cần giải
quyết. Vấn đề là ống thép sau khi cưa cần phải làm sạch mạc sắt bám trên ống trước
khi được đưa vào máy uốn CNC. Tuy nhiên, hiện nay khâu xử lý làm sạch ống thép
vẫn được thực hiện thủ công bằng tay, năng suất không cao cũng như phải qua nhiều
lần vận chuyển gây mất thời gian. Cho nên việc nghiên cứu chế tạo máy làm sạch tự
động bề mặt ống thép là cần thiết và thiết thực. Hướng phát triển là hoàn thiện hệ
thống tự động khép kín từ khâu cưa ống thép đến khâu gia công bằng máy uốn CNC.
Việc thực hiện thành công đề tài góp phần cho quá trình phát triển về sản xuất
của xã hội, tạo động lực cho các sinh viên khóa sau mạnh dạn đầu tư, nghiên cứu tìm
hiểu về lĩnh vực thiết kế chế tạo máy, cơ khí hóa và tự động hóa.
Vì vậy nhóm em đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình làm sạch bavia phôi
thép tự động trong dây chuyền uốn thép CNC”.
1.2.

Mục tiêu đề tài.
Để đánh giá và xác định hướng nghiên cứu thì nhóm đã đặt ra các mục tiêu đề tài

như sau:

-

Tìm hiểu nhu cầu thực tế tại công ty.

-

Thiết lập phương án thiết kế, chế tạo mô hình máy làm sạch phôi thép tự động.

-

Tính toán, thiết kế chế tạo mô hình máy làm sạch phôi thép tự động.

-

Lập trình điều khiển PLC vận hành toàn bộ mô hình máy làm sạch phôi thép tự
động.

-

Đếm và hiển thị số lượng sản phẩm.

-

Phát triển hoàn thiện đưa vào sản xuất thực tế.

1.3.

Phạm vi đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài về thiết kế mô hình làm sạch bề mặt phôi thép

tròn (dạng ống), do thời gian và điều kiện kinh phí, thiết bị có hạn nên phạm vi đề tài


nhóm chỉ tập trung giải quyết những vấn đề chính là tính toán thiết kế, chế tạo mô hình
làm sạch bề mặt ống thép với tiêu chuẩn Sa1, phôi có kích thước dài không quá 400
mm và đường kính từ 16 mm đến 42 mm.
Lập trình PLC điều khiển toàn bộ hệ thống, đầu vào cấp phôi tự động, điều khiển
tốc độ băng tải bằng Speed Control, đếm và hiển thị số lượng sản phẩm bằng Led 7
đoạn.
1.4.

Ý nghĩa thực tế của đề tài.
Sau khi hoàn thành đề tài sẽ là một nền tảng, cơ sở nghiên cứu để phát triển thành

máy công cụ hoàn thiện không chỉ với chức năng làm sạch bề mặt ống thép mà còn có
thể ứng dụng vào nhiều mục đích khác.
-

Ứng dụng được rộng rãi trong các công ty sản xuất cơ khí dạng ống.

-

Áp dụng tự động hóa vào sản xuất giảm thiểu sức lao động, giảm chi phí sản xuất.

-

Nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm đến người tiêu
dùng.

-

Giải quyết được vấn đề thực tế trong công ty sản xuất cơ khí.

-

Khẳng định khả năng thích ứng của nền công nghiệp tự động hóa của nước nhà.


Chương 2
TỔNG QUAN
Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Đầu tiên
quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa là quá trình xây dựng nền kinh tế theo hướng
công nghiệp, các lĩnh vực phải sử dụng công cụ phương tiện máy móc hiện đại chính
vì vậy ngành công nghiệp cơ khí là một ngành có vị trí đặc biệt quan trọng đối với sự
phát triển của nền kinh tế bởi vì đây là một ngành công nghiệp sản xuất ra máy móc,
thiết bị cung cấp cho toàn bộ cho các ngành kinh tế khác. Sự phát triển của ngành công
nghiệp cơ khí vừa là nền tảng vừa là động lực cho sự phát triển của tất cả các ngành
nghề khác nhau trong xã hội, nó còn có tác động tích cực đến ngành dịch vụ thông qua
sự phát triển của mạng lưới phân phối, thu hút số lượng lao động xã hội, vai trò cụ thể
như là:
Vật liệu chế tạo chất lượng cao, vật liệu thông minh phục vụ các quy trình chế
tạo ra các loại sản phẩm cơ khí gọn, nhẹ, ít tiêu hao vật liệu, năng lượng và thân thiện
với môi trường.
Với sự phát triển của ngành cơ khí với hàng ngàn doanh nghiệp bao gồm nhiều
thành phần kinh tế tham gia với quy mô vốn đầu tư từ vài tỷ đến hàng ngàn tỷ, với
máy móc, thiết bị đủ các loại từ đơn giản đến phức tạp ứng dụng công nghệ PLC,
CNC, ... sản xuất ra nhiều loại sản phẩm phục vụ cho tất cả các ngành nông - lâm ngư nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, du lịch, phục vụ nhu cầu trong nước và bước đầu
vươn ra thị trường nước ngoài.
Thiết bị điện: Xây dựng ngành sản xuất thiết bị điện hiện đại, đến năm 2020 đạt
trình độ tiên tiến trong khu vực về công nghiệp thiết bị điện và vật liệu điện, có thể xây

dựng và lắp được những đường dây cao thế đáp ứng nhu cầu người dân.
Trong giao thông vận tải: đáp ứng nhu cầu tạo ra những thiết bị tinh vi với
những đặc tính siêu bền, nhẹ, ... nhằm cải tiến, phát triển ngành ô tô và giao thông có


thể vươn tầm khu vực và trên thế giới để góp phần vào quá trình công nghiệp hóa của
nước ta.
Không chỉ trong lĩnh vực kinh tế mà trong lĩnh vực quân sự vật liệu cũng có
ảnh hưởng rất lớn như: Vật liệu từ vô định hình được cấu tạo từ lá kim loại mỏng (Fe,
Co) kết hợp với một số phụ gia có cấu trúc ổn định nên chịu được tần số cao, thay thế
được một số thiết bị khí tài quân sự trong nước, không cần nhập khẩu.
Chính vì lẽ đó mà vai trò thiết yếu ngành cơ khí và việc phát triển hiện đại ngành
cơ khí sẽ đáp ứng được những đòi hỏi đặt ra cho quá trình phát triển, đáp ứng được
chuỗi cung ứng và sản xuất các sản phẩm có giá trị cao và có hàm lượng công nghệ kỹ
thuật cao, mang lại giá trị kinh tế to lớn cho đất nước. Từ đó phát triển đất nước trên
mọi lĩnh vực, mang lại sự giàu mạnh và văn minh, tiên tiến cho Tổ quốc. Trong quá
trình sản xuất cơ khí đôi khi chúng ta cần làm sạch bề mặt kim loại do kim loại chịu
tác động của môi trường; làm sạch sau sơn; sau khi hàn xỉ bám trên bề mặt; sau khi
cưa, tiện phoi bám trên bề mặt, ...
2.1. Tiêu chuẩn làm sạch bề mặt
Như chúng ta đã biết, một nhược điểm lớn nhất của thép là chúng dễ bị han gỉ.
Để kéo dài tuổi thọ của chi tiết cũng như trang thiết bị, người ta tiến hành làm sạch khi
qua công đoạn gia công khác, phoi bám trên bề mặt sau gia công, sơn hoặc mạ bề mặt
kim loại, ... Trước khi sơn mạ nhất thiết phải làm sạch kỹ bề mặt để sơn cũng như kim
loại mã dính kết tốt nhất với bề mặt. Có một vài phương pháp xử lý sơ bộ bề mặt, ví
dụ như: làm sạch bằng tay, làm sạch cơ học, làm sạch bằng hóa chất, làm sạch bằng
phun cát, ... Để loại bỏ khỏi bề mặt kim loại những lớp han gỉ thô, cũng như lớp dầu
mỡ, đất cát, ... Sau khi làm làm sạch để đánh giá độ sạch của bề mặt cần phải so sánh
với trạng thái ban đầu của nó. Hiện nay trên thế giới tồn tại một số tiêu chuẩn quốc tế
để đánh giá trạng thái ban đầu của bề mặt trước xử lý (độ nhiễm bẫn) và độ sạch của

bề mặt sau xử lý. Một trong những tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất ở Việt Nam là
tiêu chuẩn ISO 8501-1:1988.
-

Độ nhiễm bẩn của bề mặt trước khi xử lý:

A- Phần lớn bề mặt của thép bị bao phủ bởi lớp vảy thép cán, lớp han gỉ không có
hoặc có với số lượng nhỏ.
B- Bề mặt thép bắt đầu han gỉ và bong thành lớp.


C- Bề mặt kim loại bị bao phủ hoàn toàn bời các lớp gỉ có thể cạo ra được.
D- Bề mặt kim loại bị bao phủ hoàn toàn bởi lớp gỉ hoặc bằng mắt thường có thể nhìn
thấy những vết thủng rỗ do ăn mòn.
-

Độ sạch của bề mặt sau xử lý:
Sa1 – Làm sạch thường. Khi đó trên bề mặt kim loại sẽ không nhìn thấy dầu mỡ,

chất bẩn, những lớp gỉ mới, phần sót lại của lớp mạ bảo vệ trước đó cũng như các dị
vật khác.
Sa2 – Làm sạch kỹ. Khi đó trên bề mặt kim loại sẽ không nhìn thấy dầu mỡ, chất
bẩn, đã loại bỏ được gần hết lớp gỉ, lớp sơn cũng như các dị vật khác. Những chất bẩn
còn sót lại đều bám dính rất chặt vào bề mặt cần xử lý.
Sa2 ½ – Làm sạch rất kỹ. Khi đó trên bề mặt kim loại bằng mắt thường sẽ không
nhìn thấy dầu mỡ, chất bẩn, đã loại bỏ gần hết lớp gỉ, lớp sơn cũng như các dị vật
khác. Tất cả những dấu tích chất bẩn còn sót lại chỉ nhìn thấy được dưới dạng những
vết đôm hoặc vết vạch mờ.
Sa3 – Làm sạch siêu kỹ. Có thể quan sát bề mặt thép sạch bằng mắt thường. Khi
đó trên bề mặt kim loại bằng mắt thường sẽ không nhìn thấy dầu mỡ, chất bẩn, đã loại

bỏ được gần hết lớp gỉ, lớp sơn cũng như các dị vật khác. Bề mặt được phẳng, nhẵn,
quan sát thấy rõ màu sắc kim loại.
Để thu được thông tin chính xác nhất về mức độ chuẩn bị bề mặt, các ký hiệu trên
thường được viết liền nhau như: C Sa2, có nghĩa là độ sạch Sa2 thu được sau khi xử lý
bề mặt với độ nhiễm bẩn là C.
Còn có những mã để ký hiệu những phương pháp chuẩn bị bề mặt khác.
St – phương pháp cơ học hoặc làm sạch bằng tay.
FI – phương pháp nhiệt.
Ngoài tiêu chuẩn ISO người ta còn sử dụng một số tiêu chuẩn tương đương như:
BS (Tiêu chuẩn làm sạch của Anh), SSPC (Tiêu chuẩn làm sạch của Mỹ), NACE
(Hiệp hội quốc tế về Kỹ thuật ăn mòn), ...


2.2. Phương pháp làm sạch bề mặt
2.5.2. Phương pháp thủ công
-

Dùng búa hay gõ đục làm sạch bề mặt

Phương pháp này cũng ít được áp dụng vì khi dùng phương pháp này nó thường làm
lõm bề mặt, không khí và hơi sẽ tồn động trong các lỗ và vết lõm làm hình thành rỉ sét.

Hình 2.1 Búa gõ
-

Dùng bàn chải sắt để chà

Tẩy cặn gỉ bề ngoài ở những diện tích nhỏ. Phương pháp này chỉ thích hợp khi không
thể áp dụng thổi sạch bằng hạt. Nó có một nhược điểm là đem lại kết quả kém so với
các phương pháp dùng hạt hay bằng dụng cụ cơ khí khác.

Hình 2.2 Bàn chải sắt
-

Dùng bàn chải sắt để quay

Phương pháp này hiệu quả hơn những phương pháp thủ công khác, tuy nhiên có một
nhược điểm là bề mặt bị đánh bóng nếu không cẩn thận hoặc sử dụng thiết bị không
phù hợp. Bàn chải sắt nên dùng loại to và xoắn đôi dây thừng.

Hình 2.3 Bàn chải sắt tròn


 Ưu điểm:
-

Các phương pháp này dễ làm.

-

Các phương tiện thực hiện thông dụng dễ tìm.

-

Chi phí vật tư cho gia công thấp, ...

 Nhược điểm:
-

Độ mịn, độ nhám bề mặt không đồng đều.

-

Tốn chi phí nhân công.

-

Ô nhiễm không khí do bụi bẩn.

-

Năng suất lao động thấp.

-

Ảnh hưởng sức khoẻ người lao động.

2.5.3. Phương pháp phun hạt mài
Phương pháp phun cát khô, cát ướt (hỗn hợp cát và nước để giảm bụi) sử dụng
không khí nén thổi hạt thép, hạt mài tới bề mặt vật phẩm làm sạch. Một bề mặt thép bị
gỉ hoặc “bẩn” có thể làm sạch một cách có hiệu quả bằng phương pháp phun cát tức là
các hạt cát, đá, sỏi nhỏ được đẩy tới với một tốc độ cao qua miệng ống phun sẽ tác
động lên bề mặt để làm sạch gỉ và các chất bẩn dính trên nó.
Kích thước một hạt mài (cát, sỏi) khoảng từ 0,3 đến 1,5 mm là kích thước được
kiểm nghiệm hiệu quả nhất đạt được các tiêu chuẩn chuẩn bị bề mặt theo quy định, đặc
biệt có hiệu qủa khi làm sạch bề mặt bị lõm sâu. (Việc sử dụng hạt sỏi trong quá trình
chuẩn bị bề mặt thường sử dụng nhiều hơn và hiệu qủa hơn dùng bằng cát).

Hình 2.4 Máy phun cát khô

Máy phun cát TC-3D:
-

Dung tích chứa cát khoảng 100 kg (cát kỹ thuật).

-

Dùng máy nén khí nhỏ 1 HP – 3 HP điện 1 pha ( điện sinh hoạt).

-

Dạng máy di động dễ vận chuyển đi xa.

-

Sử dụng được nhiều loại cát khác nhau như cát sông, cát vàng, cát trắng, cát
hợp kim, oxit nhôm, ...

-

Máy được chế tạo bằng tôn và hàn hai mặt được thử áp trước khi xuất xưởng.

-

Đước chế tạo đặc biệt dưới áp cao nén cát phun với đầu béc phun.

Hình 2.5 Cấu tạo vòi phun hạt mài
 Ưu điểm:
-

Phương pháp được sử dụng phổ biến.

-

Sau khi xử lý chất lượng bề mặt được chuẩn bị rất cao. Các vết gỉ, chất bẩn bị

loại bỏ hoàn toàn đồng thời bề mặt được tạo nhám tốt, độ bám dính của lớp sơn được
cải thiện rõ rệt.
-

Phù hợp với bề mặt phẳng hoặc nhấp nhô.

 Nhược điểm:
-

Phương pháp này rất bụi nên gây ô nhiễm môi trường.

-

Thất thoát hạt mài trong khi vận hành.

-

Chi phí mua sắm thiết bị đắt.

-

Khi vận hành gây tiếng ồn.

-

Gây ô nhiễm môi trường khi vận hành.

-

Không gian lắp đặt lớn.


2.5.4. Phương pháp phun nước áp lực
Nước được nén với áp lực là một phương pháp phổ biến để làm sạch bề mạch
kim loại. Chủ yếu dùng để làm sạch bề mặt kim loại bị bẩn, bám bụi và những thứ dễ
làm sạch khác. Nước được nén với áp lực cao có thể làm sạch cả lớp sơn cũ và bề mặt
hoen rĩ của kim loại.
Áp lực các tia nước ra khỏi súng có thể lên tới 2500 bar, tuy nhiên do đầu súng
có cấu tạo đặc biệt, các tia nước đi xuyên và xoay nên phản lực tác động lên người
cầm súng phun nhỏ, đảm bảo an toàn lao động.

Hình 2.6 Phun nước áp lực
Trong lĩnh vực Công nghệ phun nước áp lực cao, người ta phân loại máy theo dải
áp lực như sau:
-

Từ 350 bar đến 700 bar được gọi là Bơm cao áp. Với dải áp lực này các lớp

sơn rỗ tróc, hoặc dầu mỡ trên bề mặt sẽ được tẩy sạch.
-

Từ 700 bar đến 1700 bar được gọi là Bơm trung cao áp. Với giải áp lực này gỉ

sắt, rỗ bề mặt kim loại, sơn thông thường cũ sẽ được tẩy sạch
-

Từ 1700 bar đến 2800 bar được gọi là bơm siêu cao áp. Với dải áp lực này toàn

bộ lớp vật liệu bám trên bề mặt kim loại sẽ được tẩy sạch đưa bề mặt kim loại về trạng
thái nguyên thủy ban đầu.


-

Máy phun nước áp lực thấp:

Hình 2.7 Máy phun áp lực thấp
Áp suất làm việc: 15-35 kg/cm2 .
Công suất: 750-1250 W.
Máy phun nước áp lực cao: 300-350 kg/cm2.

-

Công suất: 12000 W

Hình 2.8 Máy phun áp lực cao
 Ưu điểm:
-

Nước có mặt ở khắp mọi nơi, chiếm 3/5 trái đất, 2/3 cơ thể, dễ khai thác.

-

Thân thiện với môi trường, không độc hại, lượng chất thải nhỏ nên giảm tối đa

chi phí sử lý chất thải.
-

Không có bụi nên không làm ảnh hưởng đến môi trường, thiết bị máy móc xung

quanh.
-

Không mài mòn, phá vỡ cấu trúc bề mặt thép.

-

Dễ sử dụng ở những không gian kín, hẹp.

-

Rửa trôi tất cả các hạt bụi trong các hốc lõm và muối trên mặt thép triệt tiêu

nguyên nhân gây ăn mòn từ trong ra.


 Nhược điểm:
-

Bề mặt kim loại bị ẩm ướt.

-

Tạo rỉ cấp tính ngay sau khi khô bề mặt.

2.5.5. Phương pháp cắt đốt bằng laser
Phương pháp này sẽ tạo ra quá trình gọi là “Cắt đốt bằng laser”, thuật ngữ khoa
học để chỉ việc tập trung laser nhằm loại bỏ một vật liệu khác. Đốt laser thường được
dùng để làm sạch bụi bẩn và rỉ sét ra khỏi kim loại.
Công nghệ dùng laser làm sạch kim loại này do một công ty P-Laser tại Bỉ thực
hiện. Đầu phát laser sử dụng nguồn điện phát ra tia laser có công suất 1000W, phát ra
xung laser cực mạnh, cực nhanh với bước sóng cực ngắn, nhằm tạo ra những vụ nổ
plasma siêu nhỏ.
Những vụ nổ này sẽ tạo thành chấn động và áp suất nhiệt, giúp đẩy bay các mảng
bám - ở đây là gỉ sắt. Đồng thời, tiêu cự của laser sẽ được điều chỉnh một cách tuyệt
đối chính xác sao cho chỉ tác động đến lớp gỉ bên ngoài, thay vì bề mặt kim loại bên
trong.
Phiên bản cầm tay được chế tạo bởi công ty Bỉ có tên P-Laser.

Hình 2.9 Làm sạch bằng Laser
 Ưu điểm:
-

Công nghệ hiện đại, tiện lợi khi sử dụng.

-

Bề mặt được xử lý tốt.

-

Chất lượng sản phẩm đồng đều.