Xác định độ chảy loãng của hợp kim nhôm đúc và chế tạo mô hình thiết bị thí nghiệm đo độ chảy loãng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CƠ
CẤU TAY GẮP KHÍ NÉN
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2014_85

S KC 0 0 5 5 0 5

Tp. Hồ Chí Minh, 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
_____________________________

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH & CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CƠ
CẤU TAY GẮP KHÍ NÉN

MÃ SỐ: T2014_85

THUỘC NHĨM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ
ĐƠN VỊ

: Th.S NGUYỄN VĂN ĐỒN
: KHOA CKM

TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 02 NĂM 2015


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1. Đặt Vấn đề

Gá đặt định vị và lắp đặt chi tiết vào một cụm chi tiết là một vấn đề xiên suốt và có mối
quan hệ mật thiết với nhau, nó có ở hầu hết các hệ thống lắp ráp từ lớn đến nhỏ trong các
nhà máy.
Trước đây trong các nhà máy lớn và trong một số các nhà máy nhỏ hiện nay việc lắp ráp
thông thường được thực hiện chủ yếu bởi tay người công nhân, tuy nhiên với các chi tiết
tương đối lớn thì thao tác của người cơng nhân là khá thuận tiện và nhanh chóng, nhưng
đối với các chi tiết nhỏ và đòi hỏi tần số lắp ráp cao thì việc sử dụng tay cơng nhân lắp ráp
đơi khi khơng cịn phù hợp hoặc cho một năng suất rất thấp không đáp ứng được yếu tố
kinh tế cũng như kỹ thuật.
Trong những năm gần đây việc thay thế máy móc thiết bị cho con người được thực hiện
trên tất cả các lĩnh vực trong đó việc thay thế các tay gắp tự động thay thế cho bàn tay của
con người cũng là một lĩnh vực được quan tâm rất nhiều.
Các loại tay gắp được thiết kế và chế tạo mô phỏng theo thao tác tay của con người cũng
rất đa dạng và phong phú, một trong những phương pháp đó là tay gắp được điều khiển
bằng nguồn lực khí nén.
Cơ cấu gắp điều khiển bằng khí nén được nhiều hãng cung cấp linh kiện khí nén trên thế
giới sản suất với nhiều kích thước khác nhau, tuy nhiên ở Việt Nam các loại tay gắp này
cịn rất hạn chế về số lượng cũng như kích thước cho các loại sản phẩm khác nhau, việc
nhập các cơ cấu này phải mất rất nhiều thời gian và kinh phí và nó cũng là yếu tố ảnh
hưởng đến năng suất cũng như giá thành sản suất của các nhà máy.
Với phương châm giảm giá thành của thiết bị người nghiên cứu quyết định chọn đề tài “
Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén” làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục tiêu của đề tài.
- Nghiên cứu các dạng sản phẩm lắp ráp dưới dạng trụ và khối hộp.
- Nghiên cứu quá trình lắp ráp dạng thủ công và bán tự động.
- Nghiên cứu phương pháp lắp ráp và thiết kế cơ cấu gắp tương ứng.
- Thiết kế cơ cấu gắp khối trụ và khối hộp dạng khí nén.
- Mơ phỏng q trình gắp định vị sản phẩm.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 1

Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

- Hồn thiện bản vẽ cơ cấu gắp dạng khí nén.
3. Tầm quan trọng của đề tài.
Giải mã những công nghệ tiên tiến của những nước tiên tiến là một trong những
nhiệm vụ cấp bách của đất nước ta hiện nay, với việc chế tạo được thiết bị công
nghiệp trong việc gắp và định vị thiết bị khi lắp ráp trong một dây chuyền tự động
là một vấn đề cực kỳ quan trọng, nó sẽ mang lại năng suất cao, giảm sức lao động
trực tiếp của công nhân, góp phần đẩy mạnh sự phát triển kinh tế của đất nước.
4. Điểm mới của đề tài.
-

Việc gắp và định vị các chi tiết nhỏ bằng tay sẽ làm giảm năng suất của quá
trình lắp ghép các sản phẩm công nghiệp, tuy nhiên nếu đầu tư một cơ cấu gắp
tự động được nhập về từ các nước tiên tiến, thì giá thành của hệ thống lắp ráp sẽ
rất cao, đôi khi không phù hợp với sản phẩm cần thiết kế.

-

Các cơ cấu gắp hiện nay trên thị trường Việt Nam được nhập về từ các nước tiên
tiến lực kẹp chi tiết khi gắp chủ yếu phụ thuộc vào lực của khí nén cũng như
kích thước của xi lanh, điều này có thể sẽ làm hỏng hoặc biến dạng các chi tiết
có độ bền kém, vơi cơ cấu gắp được nghiên cứu trong đề tài, lực kẹp chi tiết có
thể được điều chỉnh thông qua lực ép của lò xo mà có thể không phụ thuộc vào
2 yếu tố trên.

5. Giới hạn đề tài.
-

Đề tài chỉ đi sâu vào phần nghiên cứu và thiết kế cơ cấu tại mỏ gắp dạng song
song và kẹp thiết bị, không nghiên cứu tay gắp dạng robot.

-

Sản phẩm gắp trong thực tế có rất nhiều dạng, đề tài này chỉ đi nghiên cứu
nguyên lý chung của cơ cấu gắp và nghiên cứu cụ thể việc gắp các chi tiết dạng
trụ, hình hộp với kích thước nhỏ hơn 50mm.

6. Tiến trình nghiên cứu
- Nghiên cứu hình dạng của một số sản phẩm cần gắp tự động.
- Nghiên cứu ngun lý của một số cơ cấu gắp có trên thị trường.
- Nghiên cứu một số xi lanh dạng tiêu chuẩn.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyeãn Văn Đoàn
Trang 2


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

- Nghiên cứu các phương pháp tạo chuyển động dẫn hướng.
- Nghiên cứu đầu mỏ kẹp cho hình khối và hình trụ.
- Mơ phỏng q trình kẹp chi tiết.
- Chế tạo thử nghiệm cơ cấu kẹp khí nén có sử dụng lực lị xo.
- Viết báo cáo khoa học.
- Hồn thiện thuyết minh.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 3

Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Chương 2:
CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1. Một số sản phẩm cần định vị gắp và ráp tự động.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 4


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

2.2. Thiết bị kẹp chặt sản phẩm.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 5


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

2.2.1. Kẹp chặt sản phẩm bằng Ê tơ.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 6


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

2.2.2. Kẹp chặt sản phẩm bằng một số mỏ kẹp

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Ñoaøn
Trang 7


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 8


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

2. 3. Một số phương pháp định vị phôi trước khi thực hiện gắp và gá đặt.
2.3.1. Sử dụng băng tải để đưa chi tiết về vị trí chuẩn.

Với phương pháp này, chi tiết cần lắp ráp sẽ được đưa đến băng chuyền từ một chuyền
khác hay được cấp riêng lẻ bởi người công nhân, qua chuyển động của băng tải các chi tiết
này sẽ đến vị trí cuối của băng tải, tại đây người thiết kế sẽ bố trí một cơ cấu gắp để gắp và
định vị lại một lần nữa trước khi đưa vào ráp với chi tiết khác.

2.3.2. Sử dụng phễu rung.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 9


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Nhờ lực rung điện từ chi tiết được di chuyển từ đáy phễu tới đỉnh phễu và tập trung thành
từng dãy ở cuối rãnh xoán ốc, lúc này chi tiết đã được định vị và mỏ gắp có thể gắp và đưa
đúng vào vị trí lắp ghép trên dây chuyền.

2.3.3. Cơ cấu cấp phôi và định hướng bẵng rãnh.
Phễu cấp phôi như hình dưới đây thường được dùng cho loại phôi có mũ,
chiều dài phôi l = 50mm; d = 10mm. Trong phễu có đóa 2 quay, trên đóa có gắn các vấu
làm nhiệm vụ đẩy phôi ra máng khi phôi lọt vào rãnh. Đóa thường được đặt nghiêng
một góc 250- 300. Máng dẫn đặt ở vị trí cao của đóa. Loại phễu này làm việc êm, có độ
tin cậy cao, năng suất trung bình, cuối rãnh có vị trí định vị chuẩn để mỏ kẹp có thể gắp
được.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 10


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

2.3.4. Cấp phơi kiểu hộc chứa kết hợp với băng tải

4
1

2

3
Phôi1 được đưa vào phễu 4, xi lanh 3 sẽ đẩy phôi từ phễu sang băng tải 2, băng tải sẽ
chuyển phôi đến vị trí của mỏ gắp, sự cấp phôi sẽ được điều khiển thông qua xi lanh 3.
2.4. Các phương pháp kẹp chặt chi tiết.
2.4.1. Kẹp chặt bằng đầu hút chân khơng

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 11

Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Phương pháp này áp dụng để kẹp chặt các sản phẩm có kích thước nhỏ hoặc có trọng
lượng thấp có độ bền khơng cao và khó kẹp bằng các cơ cấu cơ khí khác, đây cũng là một
phương pháp kẹp nhanh.
2.4.2. Kẹp chặt bằng mỏ kẹp với nguồn lực là động cơ và đầu kẹp cơ khí.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 12


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 13


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Nguồn lực cho phương pháp kẹp chặt bằng cơ khí có thể là truyền động trực tiếp bằng
động cơ hay gián tiếp bằng một số bộ truyền động cơ khí khác.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 14


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

2.4.3. Kẹp chặt bằng mỏ kẹp với nguồn lực là khí nén và đầu kẹp cơ khí.

Đây là một số mỏ kẹp sử dụng nguồn lực khí nén, với thiết bị này xi lanh khí nén được
tích hợp thành một bộ trên mỏ kẹp và không thể tách rời lực kẹp, mỏ kẹp này có tốc độ
kẹp rất nhanh và lực kẹp phụ thuộc vào cấu tạo cơ khí cũng như lực của xi lanh.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 15


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU KẸP BẰNG KHÍ NÉN
3.1. Chọn phương án thiết kế mỏ kẹp
Như các phương án kẹp sử dụng khí nén đã trình bày ở trên, kết cấu của đầu cuối mỏ kẹp
phụ thuộc chủ yếu vào sản phẩm cần gắp và kẹp, lực kẹp phụ thuộc vào nguyên lý kẹp
cũng như lực trên xi lanh khí nén, Các hãng sản xuất tuy khác nhau nhưng kích thước và
lực mỏ kẹp gần như được tiêu chuẩn hóa như nhau, nếu một mỏ kẹp được thiết kế kẹp chi
tiết hộp với kích thước 50mm với chiều rộng mở tối đa của mỏ kẹp là 60mm, mỏ kẹp này
có thể kẹp chi tiết có độ dày từ 50mm tới 55mm với lực kẹp phụ thuộc vào kích thước của
xi lanh cũng như áp suất của nguồn khí nén cung cấp, vì một lý do nào đó người thiết kế
muốn thay đổi lực kẹp bắt buộc phải thay đổi áp suất của nguồn cung cấp khí nén ( điều
này sẽ làm ảnh hưởng đến lực của các xi lanh khác trong cùng hệ thống và hầu như không
thể thực hiện), hoặc thay đổi kích thước của xi lanh khí nén, khi thay đổi kích thước này
đồng nghĩa với việc phải đổi một loại mỏ kẹp mới với kích thước và kết cấu có thể khác so
với thiết kế ban đầu và nhiều khi khơng thể tìm được một loại mỏ kẹp nào đáp ứng được.
Để có thể đáp ứng được yêu cầu trên, việc thiết kế và chế tạo một cơ cấu kẹp với xi lanh
và phần kẹp được tách rời là một bước cải tiến và bổ sung có ý nghĩa trong lĩnh vực phát
triển các cơ cấu kẹp trong việc lắp ráp sản phẩm.

XI LANH

PHẦN KẸP

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 16


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

XI LANH

PHẦN KẸP

3.2. Nguyên lý kẹp của cơ cấu kẹp khí nén kiểu ngàm kẹp song song

1. Xi lanh, 2. cơ cấu địn bẩy, 3. Thanh trượt, 4. Mỏ kẹp
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Ñoaøn
Trang 17


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Nguyên lý hoạt động:
Dưới tác dụng của lực xi lanh, thông qua phần đầu của piston sẽ tác dụng vào cơ cấu đòn
bẩy, cơ cấu đòn bẩy này quay quanh trục của nó sẽ tác động vào 2 mỏ kẹp, tùy vào hướng
chạy của piston mà mỏ kẹp sẽ đóng hay mở.

3.2. Nguyên lý kẹp của cơ cấu kẹp khí nén kiểu ngàm kẹp song song cải tiến
Với nguyên lý kẹp của cơ cấu kẹp sử dụng kiểu khí nén được trình bày ở mục trên còn

tồn tại một hạn chế lớn lực kẹp tại mỏ kẹp 4 phụ thuộc chủ yếu vào lực kẹp của xi lanh khí
nén và khơng thể thay đổi được nếu khơng thay đổi nguồn khí cũng như tiết diện của xi
lanh điều khiển nó, vì vậy trong một số trường hợp nào đó nó có thể là nguyên nhân gây ra
sự hư hỏng của chi tiết kẹp hoặc không thể điều chỉnh được chiều rộng của mỏ kẹp khi
kẹp các chi tiêt nhỏ hơn.
Để khắc phục được nhược điểm này, việc thêm vào một mỏ kẹp phụ trượt trên mỏ kẹp
chính sẽ rất có ý nghĩa và cơ cấu hoàn chỉnh tại mỏ kẹp cải tiến như hình bên dưới.
Các chi tiết được thêm vào bao gồm 5_hệ thống lò xo và băng trượt, 6_mỏ kẹp phụ.
Như vậy từ việc thêm vào các chi tiết 5,6 như bên dưới lực kẹp chi tiết 7 hoàn toàn phụ
thuộc vào lực của lị xo và nó có thể điều chỉnh được mà không cần phải thay thế áp lực
của nguồn khí cũng như tiết diện của xi lanh khí nén.
Ngồi ra với cơ cấu được đưa thêm vào việc thay thế qua lại mỏ kẹp phụ để gắp các sản
phẩm dạng hộp và dạng trụ là rất nhanh và không ảnh hưởng đến các chi tiết khác của mỏ
kẹp.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 18


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

3.4 Cấu tạo mỏ kẹp phụ để kẹp chi tiết dạng hộp và dạng trụ

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 19


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

3.5 Bản vẽ lắp tổng thể của cơ cấu kẹp song song kiểu khí nén
Trên cơ sở phân tích cải tiến phần đầu của mỏ kẹp và để có thể thay đổi khi kẹp sản phẩm

dạng hình hộp và dạng trụ, đồng thời tách riêng phần kẹp và phần xi lanh khí nén nhằm dễ
thay thế và thay đồi lực kẹp, ta có bản vẽ hồn thiện của cơ cấu kẹp song song kiểu khí
nén như sau.

Trên đây là bản vẽ với mỏ kẹp phụ là má đệm 17, dùng cho kẹp chi tiết dạng hộp, với chi
tiết dạng trụ ta có thể thay thế bằng má kẹp trụ để kẹp hình trụ với trục vng góc hoặc
song song với trục của xi lanh như sau:

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 20


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Như vậy việc kẹp các chi tiết dạng hộp và dạng trụ sẽ được thực hiện trên cùng một mỏ
kẹp với lực kẹp tùy thuộc vào độ cứng của các lò xo.
3.6. Tính lực kẹp tại ngàm kẹp.
Để có có thể kẹp được các chi tiết và di chuyển chúng tới vị trí lắp ráp cũng như khơng
làm hư hỏng hay biến dạng hình dáng của nó, lực kẹp sơ bộ phải được tính tốn để chọn
cơ cấu kẹp chính và kích thước của xi lanh cho phù hợp.
Sơ đồ phân tích lực kẹp sơ bộ theo nguyên lý trên được thể hiện như hình vẽ.

ở đây 0.5Fxilanh *0A = Fkep*0B  Fkep = (0A*Fxilanh )*/(2*OB)
Lực kẹp này sẽ tác động gián tiếp đến chi tiết kẹp thơng qua lị xo, vì vậy khi chọn lò xo
lực gây nén lò xo phải nhỏ hơn lực kẹp sơ bộ và phải lớn hơn lực giữ chi tiết trong q
trình di chuyền.
Thơng thường khi tính tốn, ta thường tính lực kẹp dùng để giữ chi tiết trước sau đó sẽ
tính lực cần thiết của xi lanh thơng qua cơng thức trên.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn

Trang 21


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

Chương 4

Mơ phỏng q trình kẹp chi tiết và chế tạo mơ hình thử nghiệm

4.1.Kẹp chi tiết dạng hình hộp

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Ñoaøn
Trang 22


Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85

4.2. Kẹp chi tiết dạng trụ

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------GVTH: Nguyễn Văn Đoàn
Trang 23