đồ án nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống mài mẫu tự động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương 1:
Chương 2:
Hình 2.1:Lưới Fem trong solidwork simulation
Hình 2.2:Ứng dụng của FEA trong nghiên cứu chuyển vị
Hình 2.3:Các bước chính khi tiến hành một nghiên cứu tĩnh trên solidworks simulation
Hình 2.4: Kết quả của một nghiên cứu tĩnh trong solidwork simulation
Hình 2.5:Mô hình bộ phận giữ phôi được thiết kế trong solidwork
Hình 2.6:Mô hình bộ phận giữ phôi thực tế
Hình 2.7:Các thuộc tính của đồng thau trong Solidwwork
Hình 2.8:Giá trị ứng suất của bộ phận gá kẹp phôi trong solidwork simulation
Hình 2.9:Giá trị chuyển vị của bộ phận gá kẹp phôi trong solidwork simulation
Hình 2.10: Kiểm tra hệ số an toàn cho bộ phận giữ phôi
Hình 2. 11:Hình minh họa khỏa mặt đầu phôi
Hình 2. 12:Hình minh họa tiện mặt bậc
Hình 2. 13:Tiện lỗ
Hình 2. 14:Khoan các lỗ phụ
Hình 2. 15:Gia công tinh lỗ và vát mép
Hình 2. 16:Taro ren
Hình 2. 17:Sản phẩm mô hình hoàn thiện
Hình 2.18:Thông số kích thước của gá kẹp phôi
Hình 2.19:Mô hình bàn nâng được thiết kế trong solidwork
Hình 2.20:Bàn nâng trong thực tế
1 | 138

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.21:Chuyển vị của bàn nâng
Hình 2.22:Tính chất của vật liệu làm bàn nâng trong Solidwork
Hình 2.23:Giá trị ứng suất của bàn nâng
Hình 2.24:Giá trị chuyển vị của bàn nâng
Hình 2.25:Kiểm tra hệ số an toàn cho bàn nâng
Hình 2.26a,b,c,d: Gán vật liệu cho bàn nâng
Hình 2. 27a,b:Chỉnh sửa mô hình trong ANSYS
Hình 2. 28a,b,c: Sắp xếp và chia lưới trong ANSYS
Hình 2. 29a,b,c:Đặt lực tác dụng lên bàn nâng
Hình 2. 30:Đặt trọng lực
Hình 2. 31a,b,c:Kết quả chuyển vị
Hình 2. 32a,b:Kiểm tra các lỗi va chạm xuất hiện trong bản vẽ và sửa lại
Hình 2. 33a,b:Khởi tạo Solidworks Simulation
Hình 2. 34a,b:Thiết lập các thông số về lực và vật liệu trong solidwork
Hình 2. 35a,b:Chia lưới trong Solidwork
Hình 2. 36a,b,c:Tạo các ràng buộc liên kết
Hình 2. 37:Kết quả chia lưới
Hình 2. 38:Lựa chọn điều kiện biên
Hình 2. 39a,b:Lực tác dụng lên bàn nâng
Hình 2. 40a,b,c,d:Kết quả mô phỏng ứng suất và chuyển vị
Chương 3:
Chương 4:
Hình 4. 1: Sơ đồ khối điều chỉnh điện áp đưa vào động cơ
Hình 4. 2: Điều khiển động cơ 1 pha bằng tổng trở phụ
Hình 4. 3: Điều khiển động cơ 1 pha bằng biến áp tự ngẫu

Hình 4. 4: Một số mạch điều khiển động cơ xoay chiều 1 pha bằng Tiristor và triac
Hình 4. 5: mạch điều khiển động cơ xoay chiều 1 pha bằng Triac dùng R,C và Diac
Hình 4. 6: Triac BTA16
2 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 4. 7: Cấu tạo của triac
Hình 4. 8: Sơ đồ nguyên lý đấu triac trong mạch
Hình 4. 9: Đặc tính của triac
Hình 4. 10:Diac DB3
Hình 4. 11: Cấu tạo của diac
Hình 4. 12: Điện trở
Hình 4. 13: tụ điện
Hình 4. 14: Cuộn cảm
Hình 4. 15:Màn hình LCD16x2
Hình 4. 16: Sơ đồ chân của LCD
Hình 4. 17: Vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 4. 18: Cấu hình của Vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 4. 19: Sơ đồ khối của Vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 4. 20: Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 16F877A
Hình 4. 21: Encoder 400 xung
Hình 4. 22: Nguyên lý của Encoder
Hình 4. 23: Các dây của Encoder
Hình 4. 24:Mạch điều khiển trung tâm
Hình 4. 25: Mạch điều khiển động cơ dùng triac
Hình 4. 26: Mạch hiển thị và đầu vào Encoder

Hình 4. 27: Sơ đồ mạch in PCB
Hình 4. 28: Mô phỏng tốc độ động cơ bằng phần mềm proteus
Hình 4. 29:Các thông số của máy mài maktec MT922
Hình 4. 30:Các thông số cơ bản của servo motor SGM 02A312
Hình 4. 31: Bộ điều khiển driver của động cơ SERVOPACK
Hình 4. 32: Thông số bộ điều khiển driver SERVOPACK (SGDA-01ASP)
Hình 4. 33:Nhãn driver SGDA-01ASP
Hình 4. 34:Tổng quát nguyên lý điều khiển
3 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 4. 35:Màn hình điều khiển.
Hình 4. 36:Nhãn của màn hình điều khiển
Hình 4. 37:Sơ đồ cấu trúc giao tiếp PLC
Chương 5:

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Chương 3:
Bảng 3. 1: Kết quả ứng suất, chuyển vị và hệ số an toàn cho bàn nâng:
Bảng 3. 2: Thông số làm việc của hệ thống dẫn hướng cho trục x
Bảng 3. 3:Bảng tra hệ số tải trọng
Bảng 3. 4: Bảng kết quả tính toán chọn tải trọng cho trục x:
Bảng 3. 5: Thông số làm việc của hệ thống dẫn hướng cho trục y
Bảng 3. 6:Bảng tra hệ số tải trọng cho trục Y
Bảng 3. 7: Bảng kết quả tính toán chọn tải trọng cho trục x:
Chương 4:

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của các lĩnh vực trong nghành cơ
khí thì công nghệ hàn đã trở nên vô cùng quan trọng trong nền công nghiệp sản xuất
trong nước cũng như trên toàn thế giới. Các sản phẩm của hàn đều mang tính ứng
dụng cao, tuy nhiên một trong những nhược điểm của hàn đó là để lại những khuyết
tật bên trong mối hàn như: nứt,rỗ,và ảnh hưởng vì nhiệt,... Những khuyết tật này
không thể quan sát bằng măt thường được vì chúng nằm sâu bên trong mối hàn.
Chính vì thế để kiểm tra cơ tính mối hàn cũng như kiểm tra phá hủy trên các mẫu
hàn, ngoài việc áp dụng các trang thiết bị hiện đại thì người ta còn sử dụng một
phương pháp truyền thống đó là cắt mẫu hàn và kiểm tra chất lượng qua mặt cắt thu
được.Và để làm được điều đó thì một trong những công đoạn cần thiết sau khi cắt
mẫu đó chính là mài mẫu.Hiện nay trên thị trường nước ngoài đã và đang cung cấp
4 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

rất nhiều sản phẩm mài mẫu với nhiều chủng loại khác nhau.Tuy nhiên ở Việt Nam
việc sử dụng các loại máy mài mẫu hiện đại còn khá hạn chế vì giá thành khá đắt đỏ.
Điều đó làm hạn chế khả năng học tập và nghiên cứu của các kỹ sư cũng như các
sinh viên trong các trường đại học.Hiểu được tầm quan trọng cũng như nhưng yêu
cầu thực tiễn đó, vì vậy em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống
mài mẫu tự động” làm đề tài tốt nghiệp của mình.Đồ án bao gồm các chương sau:
Chương 1: “Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài”.
Chương 2: “Thiết kế và phân tích FEM cho gá kẹp phôi và cho bàn nâng”.
Chương 3: “ Tính toán,thiết kế và phân tích FEM cho hệ thống truyền động trục
x và trục y”.

Chương 4: “Thiết kế và điều khiển tốc độ động cơ máy mài”.
Chương 5: “Đo lường và đánh giá kết quả độ nhám bề mặt mẫu”.
Em xin chân thành cảm ơn Th.S Trần Lâm cùng toàn thể các thầy cô trong bộ
môn Hàn đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.Mặc dù rất cố gắng nhưng
do kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiết sót. Kính mong
quý thầy cô đóng góp những ý kiến để đề tài này được hoàn thành tốt hơn.
Hà Nội, Ngày … tháng … năm 2019
Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN
CỨU THUÔC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Ngoài nước
Công nghệ hàn ngày nay đóng vai trò rất quan trọng trong nền sản xuất công
nghiệp trên toàn thế giới. Bên cạnh những ưu điểm của phương pháp Hàn như tiết kiệm
vật liệu, chế tạo các chi tiết lớn, phức tạp, tạo ra sản phẩm có độ bền và kín khít cao
(trong chế tạo các thiết bị bình, bồn áp lực),... thì hàn còn có những nhược điểm nhất
định mà một trong những nhược điểm đó là những khuyết tật bên trong mối hàn như:
nứt, rỗ khí, vùng ảnh hưởng nhiệt quá lớn,... Những khuyết tật này nằm sâu bên trong
mối hàn và khôg thể quan sát bằng măt thường được nên bên cạnh những thiết bị hiện
đại để kiểm tra như chụp siêu âm, X-ray, thử từ tính,.. thì một trong những phương
5 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

pháp truyền thống và kinh tế hơn là cắt mẫu hàn và kiểm tra chất lượng mối hàn thông
qua mặt cắt mẫu hàn thu được. Ngoài ra để kiểm tra cơ tính mối hàn thì một công việc
không thể thiếu đó là các kiểm tra phá hủy trên các mẫu hàn cắt ra từ sản phẩm hàn.

Hầu hết, các công việc sau khi cắt mẫu đều cần một công đoạn không thể thiếu đó là
mài mẫu, từ mài thô đên mài tinh để thực hiện các yêu cầu khác nhau đối với mẫu hàn
như quan sát tổ chức thô đại, quan sát cấu trúc tế vi, thử độ cứng, .... Hiện nay trên thế
giới có rất nhiều sản phẩm mài mẫu, từ thủ công, bán tự động đến tự động hóa hoàn
toàn từ khắp các nước trên thế giới như Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Thụy Điển,
Mỹ, Đức, ... Hầu hết tất cả các máy mài mẫu đều cần tuân thủ quy trình như sau để
đảm bảo chất lượng bề mặt mẫu mài đạt mức cao nhất:
Bước 1: Cắt mẫu kim tương
Bước đầu tiên trong việc chuẩn bị một mẫu để phân tích kim tương là để xác định
vị trí các khu vực quan tâm của đối tượng mẫu. Cắt là kỹ thuật phổ biến nhất để có
được mẫu thử khu vực quan tâm này. Cắt mẫu phải đảm bảo thích hợp nhằm tối thiểu
biến đổi cấu trúc của mẫu. Cắt mẫu đúng đắn là điều kiện tốt cho các bước chuẩn bị
mẫu tiếp theo.
Bước 2: Làm khuôn cho mẫu kim tương
Mẫu vật sau cắt mẫu vật thường được gắn khuôn. Gắn khuôn cung cấp những ưu điểm
sau: Thuận tiện trong việc giữ mẫu vật để mài và đánh bóng; tạo ra hàng loạt mẫu đồng
đều về kích thước để có thể mài/đánh bóng nhiều mẫu đồng thời bằng máy mài/ đánh
bóng tự động; bảo vệ các góc cạnh và bên ngoài rìa của mẫu nhằm không bị biến đổi
cấu trúc trong khi mài/đánh bóng; tạo ra mẫu có hướng nhất định; cung cấp một
phương tiện để ghi tên/số và bảo quản mẫu vật. Có hai kỹ thuật làm khuôn phổ biến
cho mẫu kim tương là làm khuôn nóng và làm khuôn nguội. Đối với các mẫu kim loại
thường sử dụng kỹ thuật làm khuôn nóng. Làm khuôn nóng có ưu điểm là dễ dàng và
nhanh chóng, chỉ cần vài phút ở nhiệt độ phù hợp là chuẩn bị xong một mẫu. Hầu hết
thời gian yêu cầu trong làm khuôn nóng lắp xảy ra trong giai đoạn gia nhiệt và làm mát
mẫu. Có thể sử dụng các loại hạt làm khuôn sau đây: nhựa Phenolic, Acrylic Resins,
Epoxy Resins, Diallyl phthalate Resins, Conductive Resins.
Bước 3. Mài và đánh bóng mẫu mẫu kim tương
6 | 138

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Sử dụng máy mài/đánh bóng mẫu chuyên dụng cho công đoạn này. Máy mài/đánh
bóng đĩa đơn tiết kiệm chi phí nhưng hiệu quả thấp hơn máy mài/ đánh bóng đĩa đôi.
•

Mài mẫu kim tương
Mẫu sau khi đúc xong được tiến hành mài bằng máy mài chuyên dụng sử dụng các

giấy mài và hạt mài phù hợp. Các hạt mài phổ biến nhất được sử dụng là Silicon
Carbide – SiC. Đây là loại hạt mài lý tưởng nhờ độ cứng và các cạnh sắc nét của nó.
Để chuẩn bị mài mẫu, vật liệu mài SiC được bọc trong giấy mài từ các dạng hạt thô
đến hạt min ương ứng với grit 60 đến grit 1200. Công việc mài và đánh bóng phải tuân
thủ đúng quy trình. Đối với các mẫu kim loại cứng như gang thì cần mài tích cực hơn
để loại bỏ lớp bề mặt. Vì vậy, giấy mài thô nhám SiC (120 hoặc 180 grit) được khuyến
cáo cho các yêu cầu mài sơ bộ ban đầu. Một khi mẫu đã được mài phẳng rồi thì khuyến
cáo dùng các giấy mài 240, 320, 400 và 600 grit để mài phẳng hơn. Ngoài ra, trong trên
thế giới có thể dùng giấy nhám abranet là loại giấy nhám lưới (net sanding) được thiết
kế đặc biệt cho giải pháp chà nhám không bụi, nâng cao hiệu suất chà nhám và năng
suất lao động, bề mặt chà nhám phẳng hơn, một giải pháp kinh tế bởi độ bền cao của
abranet mang lại. Cấu tạo của giấy nhám này gồm 3 lớp: Lớp hạt ôxit nhôm là mặt mài,
lớp keo để kết dính các hạt ôxit nhôm và lớp vải được chế tạo với nhiều móc câu để
dính với đế mài của máy. Ưu điểm của giấy nhám lưới này là mài không bụi, bụi bẩn
không bị mắc kẹt, môi trường làm việc trong sạch và khỏe mạnh hơn, tuổi thọ kéo dài
và điều khiển trực quan.
•

Đánh bóng mẫu kim tương

Đánh bóng là bước quan trọng nhất trong việc chuẩn bị một mẫu để phân tích tổ

chức tế vi. Đây là bước mà là cần thiết để hoàn toàn loại bỏ các tổn hại cấu trúc mẫu
trước đó. Lý tưởng nhất là số lượng các tổn hại cấu trúc xẩy ra trong quá trình cắt và
mài đã được giảm thiểu do đó công việc đánh bóng sẽ đơn giản hơn và tiết kiệm thời
gian. Để loại bỏ biến dạng từ công đoạn mài và đạt được một bề mặt phản xạ rất cao,
các mẫu vật phải được đánh bóng trước khi chúng có thể được quan sát dưới kính hiển
7 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

vi. Đánh bóng là một hoạt động phức tạp, trong đó các yếu tố như chất lượng phụ
thuộc vào vật liệu mài, vải đánh bóng, lực tỳ mẫu, tốc độ đánh bóng và thời gian cần
phải được đưa vào tính toán. Chất lượng của bề mặt thu được sau khi đánh bóng cuối
cùng phụ thuộc vào tất cả các yếu tố trên và đây là công đoạn kết thúc của từng giai
đoạn trước đó. Các vật liệu để đánh bóng bao gồm: Vải đánh bóng kim tương, Hạt
đánh bóng kim cương – đánh bóng thô và Các hạt đánh bóng nhôm ôxít để Đánh bóng
lần cuối cùng (đánh bóng tinh).
Bước 4: Soi mẫu kim tương bằng kính hiển vi
Sau khi mẫu được chuẩn bị đạt yêu cầu thì tiến hành soi mẫu trên kính hiển vi điện
tử và SEM. Mẫu được đưa vào kính hiển vi để soi với các độ phóng đại: 50 lần, 100
lần, 200 lần, 500 lần hay 1000 lần tùy từng yêu cầu cụ thể. Kính hiển vi thế hệ mới có
cổng kết nối với camera truyền hình khép kín cho phép hiển thị ảnh tức thời trên máy
tính. Vì vậy, thay vì quan sát bằng mắt kính thì người vận hành quan sát trên màn hình
máy tính. Máy tính được cài đặt phần mềm điều khiển camera và các chức năng phân
tích ảnh cao cấp.
1.2. Trong nước:

Hiện nay máy mài mẫu đã được bán tại Việt Nam với một số nhà phần phối chính
như Công ty TNHH SAO ĐỎ VIỆT NAM, Công ty TNHH tư vấn D.V.G, Công ty
TNHH thiết bị kỹ thuật Hust Việt Nam, ... tuy nhiên hiện nay tại Bộ môn Hàn & CNKL
vẫn chưa có hệ thống mài mẫu tự động (chủ yếu dùng máy mài thô cầm tay và mài thủ
công trên các giấy mài). Bởi vậy để đây chính là lý do để đề tài “Nghiên cứu, thiết kế
và chế tạo hệ thống mài mẫu tự động nhằm phục vụ nghiên cứu khoa học chuyên sâu
nghành công nghệ Hàn.” được tiến hành nghiên cứu lý thuyết và chế tạo trong phạm vi
phòng thí nghiệm nhằm có thể phục vụ cho phục vụ cho các nghiên cứu chuyên sâu
của các NCS, thạc sỹ chuyên nghành Hàn cũng như nhu cầu thí nghiệm của Bộ môn
Hàn & CNKL.
Ngoài ra, trong hệ thống mài mẫu tự động này, nhóm tác giả dự kiến sử dụng hệ thống
mài mẫu tiên tiến trên thế giới hiện nay dùng giấy nhám ABRANET nhằm tận dụng
8 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

tối đa các ưu điểm của loại giấy này mang lại như: chà nhám không bụi (an toàn cho
người sử dụng), nâng cao hiệu suất chà nhám và năng suất lao động, bề mặt giấy mài
phẳng hơn dẫn đến độ bóng mẫu mài đạt được tốt hơn, độ bền cao hơn 5-10 lần giấy
mài thông thường.
1.3. Tổng quan về đồ án
Đồ án này trình bày một cách tiếp cận mới cho một máy mài mẫu kim loại tự động,
có các tính năng bao gồm: một hệ thống dẫn hướng cho 3 trục và một bộ điều khiển tốc
độ động cơ cho máy mài. Hệ thống dẫn hướng được xây dựng với một bàn nâng (lab
jack) cho trục Z, một bộ truyền động trục vít cho trục X và một bộ truyền động trục vít
cho trục Y. Động cơ mài đã được điều chỉnh tốc độ từ máy mài Maktec có thể được gắn
với các giấy loại nhám khác nhau. Các giấy nhám có kích thước hạt mài khác nhau từ

thô đến tinh được sử dụng cho quá trình mài.

Hình 1. 1:Mô hình thiết kế máy mài mẫu trong solidworks
Trong đồ án này, phân tích FEM (hay FEA) là một phần thiết yếu được thực hiện
bởi công cụ solidwork simulation để kiểm tra xem các mô hình thiết kế có phù hợp
với các yêu cầu thiết kế hay không. Loại phân tích FEM được sử dụng là nghiên cứu
tĩnh, bao gồm: kiểm tra ứng suất, kiểm tra chuyển vị và kiểm tra hệ số an toàn
(FOS).
9 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Cùng với các phân tích khác, đo độ nhám bề mặt cũng đóng một vai trò quan
trọng trong việc đánh giá chất lượng của các mẫu vật sau khi được xử lý và hiệu suất
của toàn bộ hệ thống.
Đồ án được chia thành các phần như sau:
Chương 1: “Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài”.
Chương 2: “Thiết kế và phân tích FEM cho gá kẹp phôi và bàn nâng”.
Chương 3: “ Tính toán,thiết kế và phân tích FEM cho hệ thống truyền động trục
x và trục y”.
Chương 4: “Thiết kế và điều khiển tốc độ động cơ máy mài”.
Chương 5: “Đo lường và đánh giá kết quả độ nhám bề mặt mẫu”.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH FEM
CHO GÁ KẸP PHÔI VÀ BÀN NÂNG
2.1.Tổng quan về phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và solidworks
simulation

2.1.1.Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA)
Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) là một phương pháp nghiên cứu,
phân tích ảnh hưởng của một sản phẩm dưới tác động bởi các yếu tố: lực, rung động,
nhiệt,và các hiệu ứng vật lý khác. Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có
thể cho biết sản phẩm sẽ bị biến dạng, phá vỡ cấu trúc, hay mòn... FEA được thực hiện
bằng cách tạo lưới chia đối tượng thành một số lượng lớn (hàng ngàn đến hàng trăm
nghìn) các phần tử hữu hạn có dạng các hình khối nhỏ để phân tích,nghiên cứu từng
phần tử, qua đó có thể phân tích cho toàn bộ đối tượng.

10 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.1:Lưới Fem trong solidwork simulation
Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được ứng dụng rộng rãi trong
việc giải quyết các bài toán: ứng suất, chuyển vị, truyền nhiệt, cơ lưu chất, phân
tích dao động, động lực học hệ thống, độ bền kết cấu, độ bền mỏi, đánh giá tuổi
thọ kết cấu, va chạm và nhiều nhiều vấn đề kỹ thuật khác.

11 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.2:Ứng dụng của FEA trong nghiên cứu chuyển vị

2.1.2.Solidwork simulation
Solidwork simulation là một công cụ thiết kế,phân tích cấu trúc toàn diện được tích
hợp trong Solidwork,cho phép các kỹ sư, các nhà thiết kế và nhà phân tích có thể thiết
kế, đánh giá các sản phẩm trước khi chúng được tạo ra để sớm loại bỏ những lỗi thiết
kế, nhờ đó mà sản phẩm được đưa ra thị trường một cách nhanh hơn và với chi phí
thấp hơn mà không bị giảm chất lượng hoặc hiệu suất.
•

Ưu điểm khi sử dụng công cụ Solidwork simulation:

- Giảm chi phí bằng cách mô phỏng, kiểm tra mô hình trên máy tính thay vì phải thực
hiện các kiểm tra thực tế tốn kém.
- Giảm thời gian đưa sản phẩm ra thị trường bằng cách giảm số vòng đời phát triển sản
phẩm do nhanh chóng xác định các giải pháp thiết kế tối ưu.
- Cải thiện chất lượng sản phẩm bằng cách thực hiện nhiều phương án thiết kế và kiểm
tra nhanh chóng trước khi đưa ra quyết định cuối cùng,nên có thêm nhiều thời gian hơn
để suy nghĩ về các thiết kế mới.

12 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•

GVHD:Th.s Trần Lâm

Các bước tạo một phân tích tĩnh học đối với một đối tượng trong solidword

simulation:
Sau khi thiết kế xong mô hình mong muốn và chọn kiểu phân tích tĩnh trong tùy

chọn đầu tiên bên trong solidword simulation, có 5 bước quan trọng cần phải quan tâm
hơn trước khi chạy mô phỏng đó là: gán vật liệu cho đối tượng, xác định loại kết nối
của các phần tử, chọn mặt để tác dụng lực, áp dụng lực/mô-men và tạo lưới cho đối
tượng.

Hình 2.3:Các bước chính khi tiến hành một nghiên cứu tĩnh trên solidworks simulation
Kết quả của một nghiên cứu tĩnh học trong solidwork simulation bao gồm các đại
lượng:
•
•

Ứng suất,chuyển vị
Hệ số an toàn.

Bằng cách xem xét và đánh giá những kết quả này, các kỹ sư sẽ có thể đánh giá và
thực hiện các thay đổi hoặc điều chỉnh quan trọng đối với đối tượng của mình.

13 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.4: Kết quả của một nghiên cứu tĩnh trong solidwork simulation
2.1.3. Hệ số an toàn
- Hệ số an toàn (FOS) là đại lượng biểu thị mức độ dự trữ về khả năng chịu đựng của
vật liệu về độ bền, độ mỏi, độ ổn định.
- Hệ số an toàn (FOS) được định nghĩa là tỷ số giữa ứng suất cho phép của vật liệu và
ứng suất gây ra bởi tải trọng thực tế trong quá trình làm việc.

Hệ số an toàn =
Trong đó, Ứng suất làm việc là tải trọng thực tế tác dụng lên vật liệu trong quá trình
làm việc.Còn ứng suất cho phép phụ thuộc vào vật liệu của đối tượng, được xác định là
ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo trong khi điểm tới hạn là điểm mà vật
liệu bắt đầu chịu cả biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Trước điểm tới hạn,vật liệu sẽ
biến dạng đàn hồi và sẽ trở lại hình dạng ban đầu của nó khi ứng suất được loại bỏ. Khi
vượt qua điểm tới hạn đó thì một số phần của biến dạng sẽ là vĩnh viễn và không thể
hồi phục.

14 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

2.2.Thiết kế và phân tích FEM cho bộ phận gá kẹp phôi
2.2.1.Giới thiệu tổng quan
Bộ phận gá kẹp phôi được thiết kế để giữ cho phôi được cố định trong quá trình
mài.Nó được gắn ngay phía bên dưới bàn nâng.Mô hình gá kẹp phôi trong
SOLIDWORKS được thể hiện trong hình dưới đây.

Hình 2.5:Mô hình bộ phận giữ phôi được thiết kế trong solidwork

Hình 2.6:Mô hình bộ phận giữ phôi thực tế
15 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•

GVHD:Th.s Trần Lâm

Tải trọng tác dụng lên gá kẹp phôi bao gồm:

- lực mài: khoảng 100N
- Trọng lượng phôi: khoảng 2N.
Do đó, tổng tải trọng ước tính là khoảng 102N. Tuy nhiên, ta chọn 180N làm tổng tải
trọng thử nghiệm để đánh giá.
- Vật liệu chế tạo gá kẹp phôi: Đồng thau.
- Ứng suất cho phép: 478.413 MPa
- Ứng suất cho phép: 239.689 Mpa

Hình 2.7:Các thuộc tính của đồng thau trong Solidwwork
2.2.2. Nghiên cứu ứng suất

16 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.8:Giá trị ứng suất của bộ phận gá kẹp phôi trong solidwork simulation
Ứng suất cho phép của vật liệu làm gá kẹp phôi là 239.689 Mpa, nó chỉ ra rằng sau
khi vượt qua điểm tới hạn này vật liệu sẽ bị biến dạng. Trong trường hợp này, sẽ có
một số phần trên gá kẹp phôi bắt đầu bị phá hủy và gây ra các tác động xấu cho toàn bộ
phần gá kẹp phôi.
Dưới tác dụng của lực thử nghiệm 180N thì ứng suất cực đại là 0.1587 MPa, nhỏ
hơn nhiều so với ứng suất cho phép của vật liệu làm gá kẹp phôi là 239.689 MPa. Do

đó, Gá kẹp giữ phôi được đảm bảo an toàn.
2.2.3. Nghiên cứu chuyển vị

Hình 2.9:Giá trị chuyển vị của bộ phận gá kẹp phôi trong solidwork simulation
Chuyển vị nhỏ nhất là
phôi.
Chuyển vị lớn nhất là

10−30

mm, gần bằng không, xảy ra ở bề mặt đáy của gá kẹp

3.438 ×10−5

mm, xảy ra ở bề mặt tiếp xúc của gá kẹp phôi với

phôi gia công. Vì giá chuyển vị lớn nhất cũng không đáng kể nên chuyển vị không làm
ảnh hưởng đến quá trình mài.
 Vì vậy, gá kẹp phôi vẫn đảm bảo đủ an toàn.

17 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

2.2.4. Nghiên cứu hệ số an toàn (FOS)

Hình 2.10: Kiểm tra hệ số an toàn cho bộ phận giữ phôi

Sử dụng công cụ Solidwork simulation để tính hệ số an toàn cho gá kẹp phôi ta có
giá trị hệ số an toàn lớn nhất và nhỏ nhất của gá kẹp phôi đều tương đối lớn, cụ thể là
8.084 ×105

và

1.511×103

.Ngoài ra,cũng không có vùng màu đỏ nào xuất hiện trên mô

hình, vì vậy phần gá kẹp phôi được đảm bảo an toàn.
- Theo lý thuyết, hệ số an toàn (FOS) an toàn được xác định như sau:

Hệ số an toàn = Ứng suất cho phép/Ứng suất làm việc =

239.689 MPa
= 1510.33
0.1587 MPa

Bảng 2.1:Giá trị ứng suất, chuyển vị và hệ số an toàn của bộ phận gá kẹp phôi
Giá trị nhỏ nhất
Giá trị lớn nhất
−4
Ứng suất
15.87 MPa
×10
2.965
MPa
Chuyển vị
10 −30

×10−5
mm
3.438
mm
3
Hệ số an toàn (FOS)
×10
×105
1.511
8.084

o
Đánh giá:

Qua ba nghiên cứu tĩnh học được thực hiện bởi công cụ solidwork simulation bao
gồm : ứng suất, chuyển vị và hệ số an toàn, rõ ràng là phần gá kẹp phôi gia công chắc
18 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

chắn đủ an toàn dưới gây ra bởi lực thử nghiệm 180N, mà trong khi đó tải thực tế chỉ
khoảng là 102N.
2.2.5.Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết gá kẹp phôi.
2.2.5.1.Yêu cầu kỹ thuật.
- Độ chính xác bề mặt trụ lớn từ cấp 7-10.
- Độ chính xác bề mặt lỗ đạt cấp 7 – 9 yêu cầu chính xác cao hơn trụ ngoài.
- Độ đồng tâm mặt ngoài và mặt lỗ thông thường đạt >0.15 mm

- Độ không vuông góc giữa mặt đầu và đường tâm lỗ khoảng 0.1 -0.2
mm/100mm bán kính
- Độ nhám bề mặt
+ Với mặt ngoài Ra=2.5
+ Với mặt lỗ Ra = 2.5 -0.63 (tùy theo yêu cầu ) và đôi khi Ra = 0.32
+ Mặt đầu Rz = 40-10 và đôi khi cần Ra = 2.5 -1.25.
2.2.5.2.Vật liệu và phương pháp chế tạo phôi.
a.Vật liệu.
Vật liệu ta sử dụng để làm gá kẹp phôi ở đây là đồng thau.
b.Phương pháp chế tạo phôi.
Do đường kính ngoài của chi tiết là 80mm nên ta sử dụng phôi đúc hoặc rèn từng
chiếc.
Ta cũng có thể loại phôi dạng thanh.
c.Tính công nghệ trong kết cấu.
- Tùy theo yêu cầu làm việc cần chế tạo đơn giản và dễ gia công.
- Độ cứng vững cao,chịu được lực khi gia công cắt gọt với năng xuất cao.
- Các bề mặt trên gá kẹp phôi có thể gia công bằng dao thông thường.
- Các bề mặt khác ( lỗ ,ren …) phải được bố trí gia công dễ dàng.
2.2.5.3.Quy trình công nghệ gia công chi tiết gá kẹp phôi.
a.Chuẩn định vị.
Chuẩn định vị ở đây là bề mặt trụ ngoài có đường kính lớn nhất
19 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

b.Trình tự gia công.
1. Tiện khỏa mặt đầu của phôi đồng thời tiện thô và bán tinh mặt trụ ngoài

đường kính 80mm và cao 40mm

Hình 2. 11:Hình minh họa khỏa mặt đầu phôi
2. Tiện mặt trụ ngoài nhỏ hơn cho tới chiều cao là 20 mm và đường kính
ngoài là 44mm

20 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2. 12:Hình minh họa tiện mặt bậc
3. Gá tiện lỗ có đường kính lỗ là 34mm và sâu 15mm

Hình 2. 13:Tiện lỗ
4. Khoan các lỗ phụ

21 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2. 14:Khoan các lỗ phụ
5. Gia công tinh lỗ và các bề mặt ngoài

Hình 2. 15:Gia công tinh lỗ và vát mép

6. Taro ren

22 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2. 16:Taro ren
7. Đánh bóng:Sử dụng kem đánh bóng để làm sáng chi tiết.
8. Kiểm tra.

Hình 2. 17:Sản phẩm mô hình hoàn thiện
c.Biện pháp công nghệ thực hiện các nguyên công chính.
•

Gia công các bề mặt chính.

Tùy theo dạng phôi và quy mô sản xuất để quyết định máy và phương pháp gia công :
Dạng phôi thanh : Sử dụng máy tiện vạn năng (sản lượng ít), máy tự động rơ vôn ve
(sản lượng cao) với trình tự : tiện mặt đầu , tiện mặt trụ ngoài (hai kích thước ) ,tiện
lỗ ,khoan lỗ phụ ,cắt đứt.
Dạng phôi đúc hoặc rèn từng chiếc : Trên máy tiện cụt ,đứng (chi tiết lớn ,sản lượng
ít ). Máy nhiều trục nhiều dao ( sản lượng lớn )
23 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.18:Thông số kích thước của gá kẹp phôi
• Gia công các lỗ phụ:Các lỗ ren ta dùng mặt ngoài và trong kết hợp với mặt đầu
•

để định vị (sử dụng máy khoan đứng, máy khoan có đầu rơ vôn ve)
Gia công tinh lần cuối :Chủ yếu gia công lại các bề mặt chính ngoài và trong
và chủ yếu là sử dụng phương pháp mài.

2.3.Thiết kế và phân tích FEM cho bàn nâng sử dụng phần mềm solidwork
2.3.1. Giới thiệu tổng quan
Bàn nâng (lab jack) là thiết bị cơ khí được sử dụng làm thiết bị nâng để nâng vật
có tải trọng nhỏ. Bàn nâng sử dụng một bu lông có núm vặn và có các thanh nâng được
xếp chéo nhau có tác dụng truyền lực đẩy mặt bàn nâng lên.Bàn nâng sử dụng ưu thế
cơ học để cho phép ta có thể nâng vật bằng lực thủ công.Bàn nâng thường có sẵn trên
thị trường như hình sau:

Hình 2.19:Mô hình bàn nâng được thiết kế trong solidwork
24 | 138


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.s Trần Lâm

Hình 2.20:Bàn nâng trong thực tế
- Chuyển vị của bàn nâng:

Hình 2.21:Chuyển vị của bàn nâng

Trong thực tế,bàn nâng bao gồm các thành phần được làm bằng nhiều vật liệu. Điều
đó làm cho việc phân tích tính toán trở nên kho khăn hơn. Do đó, trong phần nghiên
cứu này, bàn nâng sẽ được giả định là được làm bằng một vật liệu duy là inox ( thép
không gỉ) nhất để có thể phân tích tính toán dễ dàng hơn.

25 | 138