Luận văn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng bộ cam dẫn chày trên máy dập viên zp33b, nhằm nâng cao chất lượng sản xuất viên nén cho ngành dược Việt Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------- ------------ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỘ CAM DẪN CHÀY TRÊN MÁY DẬP VIÊN ZP33B, NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG SẢN XUẤT VIÊN NÉN CHO NGÀNH DƯỢC VIỆT NAM Hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Quý Đạc Học viên : KS Phạm Quang Bình Thái Nguyên năm 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG BỘ CAM DẪN CHÀY TRÊN MÁY DẬP VIÊN ZP33B, NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG SẢN XUẤT VIÊN NÉN CHO NGÀNH DƢỢC VIỆT NAM Học viên : KS Phạm Quang Bình Lớp: CHK9-CTM. Hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Quý Đạc TRƢỞNG KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS NGUYỄN VĂN HÙNG PGS-TS VŨ QUÝ ĐẠC PHẠM QUANG BÌNH Thái Nguyên năm 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 MỤC LỤC CHƢƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẾ TẠO MÁY DẬP VIÊN NÉN CỦA NGÀNH DƢỢC VIỆT NAM 1. Tình hình công nghiệp Dƣợc việt nam trong những năm gần đây và xu thế phát triển . 10 1.1. Những cố gắng của ngành Dƣợc Việt nam trong thời kỳ bao cấp 10 1.2. Thực trạng ngành dƣợc việt nam trong nhũng năm qua. 10 1.3. Xu thế phát triển của ngành dƣợc trong thời gian tới 12 2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại phụ tùng máy dập viên ở Việt Nam. 13 CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA BỘ CAM DẪN MÁY DẬP ZP33B. 1. Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết 16 1.1. Cấu tạo máy 16 1.2. Nguyên lý làm việc 19 1.3. Xác định vận tốc trƣợt, áp lực tác động lên bề mặt làm việc của cam 21 1.3.1. Phân tích động học các chuyển động của chày 21 1.3.2. Tính toán các bộ truyền 23 1.3.2.1. Bộ truyền đai. 23 1.3.2.2. Bộ truyền trục vít – bánh vít 24 .1.3.3. Phân tích lực tác dụng lên bề mặt của cầu trƣợt 25 1.3.3.1. phân tích các lực tác dụng vào chày 25 1.3.3.2. Lực tác dụng lên cầu trƣợt. 30 1.3.4. Tính toán sức bền của cam sử dụng phần mền cosmos Design star 4.0 theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn 32 1.3.4.1. Giới thiệu phần mền cosmos Design star 4.0 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 1.3.4.2. Nhận xét 36 2. Nghiên cứu xác định yêu cầu kỹ thuật sản phẩm: 37 2.1. Sai số tƣơng quan về hình dáng hình học các bề mặt làm việc 37 2.2. ảnh hƣởng của quá trình nhiệt luyện đến hình dáng hình học 38 2.3. Xác định các dạng hỏng chủ yếu, nguyên nhân, cơ chế mòn bề mặt làm việc của cam 39 2.3.1. Mòn do dính 40 2.3.1.1. Hiện tƣợng 40 2.3.1.2. Cơ chế mòn. 40 2.3.1.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do dính. 41 2.3.2. Mòn do cào xƣớc 43 2.3.2.1. Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo 43 2.3.2.2. Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách 47 2.3.2.3. Mòn hoá học 48 2.3.3. Mòn do mỏi 50 2.3.3.1. Hiện tƣợng 50 2.3.3.2. Cơ chế mòn 50 2.3.3.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do mỏi 52 2.3.4. Mòn fretting 52 2.3.4.1. Hiện tƣợng 52 2.3.4.2. Cơ chế mòn fretting 52 2.3.4.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn fretting. 53 2.3.5. Mòn do va chạm 53 2.3.5.1. Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion) 51 2.3.5.2. 2.3.5.3. Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion). Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn va chạm 54 55 2.3.6. Đánh giá ảnh hƣởng của các dạng hao mòn ở chi tiết cam. 55 2.4. Chỉ ra các hạn chế của chi tiết và xác định yêu cầu kỹ thuật chế tạo chi tiết 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO SẢN PHẨM BẰNG CÔNG NGHỆ CAO VÀ CÁC BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ BỀ MẶT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM 1. Giới thiệu chung 57 2. Thiết kế tái tạo sản phẩm 58 2.1. Các phƣơng pháp quét 58 2.1.1. Phƣơng pháp quang học 58 2.1.2. Phƣơng pháp cơ học 58 2.2. Quét hình bề mặt chi tiết 62 2.3. Xây dựng bề mặt 66 2.3.1. Xây dựng lƣới bề mặt từ các đám mây điểm 66 2.3.2. Đơn giản hoá lƣới tam giác 66 2.3.3. Chia nhỏ lƣới 67 2.3.4. Các mô hình hình học 67 2.4. Chỉnh sửa và hoàn thiện mẫu 3D từ dữ liệu quét 68 3. Chế tạo sản phẩm 69 3.1. Phân tích chi tiết chế tạo 69 3.2. Quy trình công nghệ chế tạo và gia công cam dẫn 72 3.3. Thiết kế chƣơng trình gia công 73 3.3.1. Thiết kế CAM trên phần mềm Mastercam 73 3.3.2. Kết nối chƣơng trình với máy CNC 76 3.3.3. Điều chỉnh máy để gia công 77 3.4. Gia công Cam trên máy VMC-85S 78 4. Biện pháp công nghệ bề mặt nâng cao tuổi bền của cam dẫn 79 4.1. Thấm N lớp bề mặt 79 4.2. Các phƣơng pháp thấm Nitơ truyền thống 80 4.3. Vật liệu thấm 80 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 4.4. Tính chất của lớp thấm nitơ 80 5. Kết luận chƣơng 3 82 CHƢƠNG 4 :PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ. 1. Độ chính xác chế tạo cam dẫn. 83 2. Các dạng sai số tái tạo ngƣợc cam dẫn 84 3. Phân tích các sai số tái tạo ngƣợc 84 3.1. Sai số quét hình. 84 3.2. Sai số khi tạo lƣới tam giác 84 3.3. Sai số do đơn giản hoá lƣới tam giác 85 3.4. Sai số do khi chia nhỏ lƣới 85 3.5. Sai số khi hiệu chỉnh bề mặt 85 4. Lắp đặt chạy thử. 86 5. Kết luận chƣơng 4 86 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài: - Hiện nay cả nƣớc ta có khoảng 200 công ty dƣợc, trong số đó chỉ có khoảng 70 công ty đủ tiêu chuẩn GMP (tiêu chuẩn Đông nam Á) theo lộ trình của nhà nƣớc đề ra là đến 2010 tất cả các công ty dƣợc muốn hoạt động tiếp thì phải đủ điều kiện theo tiêu chuẩn WHU (tiêu chuẩn thế giới) - Dân số nƣớc ta hiện nay gần 90 triệu (thứ 13 trên thế giới), điều kiện môi trƣờng nƣớc ta là kém, phát sinh nhiều bệnh tật. Do vậy thị trƣờng thuốc viên ở nƣớc ta hiện nay là rất tiềm năng, các máy dập viên ta chƣa sản xuất, hầu hết máy dập của các công ty đều nhập từ nƣớc ngoài nhƣ Trung Quốc, Đức, Thái Lan…phụ tùng cho các máy dập viên mua theo hợp đồng kinh tế, hoặc mua theo đƣờng tiểu ngạch. Trong hệ thống máy dập viên cụm chi tiết cam dẫn chầy giữ vai trò rât quan trọng, ảnh hƣởng trực tiếp đến chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến của chầy. Hiện nay nƣớc ta chƣa có một nhà máy hay cơ sở sản xuất nào nghiên cứu chế tạo hệ thống cam dẫn của máy dập viên ZP33B - Do vậy đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng bộ cam dẫn chày trên máy dập viên ZP33B nhằm nâng cao chất lượng sản xuất viên nén cho ngành Dược Việt Nam” là thực sự cấp thiết trong điều kiện hiện nay. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Tình hình phát triển của thị trƣờng phụ tùng máy dập viên nói chung và cầu trƣợt máy dập viên ZP33B nói riêng Các nguyên nhân hỏng của cam trƣợt máy dập ZP33B, trong quá trình làm việc. Cấu tạo tế vi của cầu trƣợt trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 Xác định vận tốc trƣợt, áp lực tác dụng lên bề mặt cam, từ đó xác định biểu đồ ứng suất, biến dạng của cam trƣợt Nghiên cứu lựa chọn vật liệu và các biện pháp công nghệ để chế tạo chi tiết đảm bảo khắc phục các nhƣợc điểm thƣờng Chế tạo cam trƣợt trên máy CNC đảm bảo độ bền, độ chịu mài mòn cao và chạy thử trên máy ZP33B. 3. Nội dung nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu tổng quan về ngành công nghiệp dƣợc việt nam. Thiết bị, phụ tùng máy dập viên trong công cuộc đổi mới hiện nay. Nghiên cứu quá trình làm việc của hệ thống cam dẫn: điều kiện làm việc của cam dẫn, quá trình mòn hỏng khi làm việc, tìm hiểu cấu tạo tế vi của chúng. Xây dựng các biểu đồ ứng suất, biến dạng của cam từ đó tìm ra các hạn chế của chi tiết Xây dựng qui trình công nghệ chế tạo chi tiết cam và tiến hành chạy thử nghiệm 4. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài - Nghiên cứu hoạt động của máy dập viên nén, điều kiện làm việc của hệ thống cam dẫn, tình trạng chịu ma sát, mòn giữa bề mặt cam và vai chầy dập từ đó xác định những yếu tố cơ bản ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng chế tạo sản phẩm. - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo và các biện pháp kỹ thuật bề măt nhằm kéo dài tuổi thọ của máy và nâng cao chất lƣợng sản xuất thuốc viên - Để chế tạo hệ thống cam dẫn cho máy dập viên ZP33B, có thể gia công trên các máy vạn năng, vấn đề là hệ thống đồ gá và quy trình công nghệ hợp lí Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 - Đã có nhiều cơ sở chế tạo, nhƣng chất lƣợng không ổn định, tỉ lệ phế phẩm cao không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, sản xuất không hiệu quả. - Trong khi đó nhu cầu thực tế của các doanh nghiệp dƣợc về loại phụ tùng này là rất lớn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 CHƢƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẾ TẠO MÁY DẬP VIÊN NÉN CỦA NGÀNH DƢỢC VIỆT NAM 1. Tình hình công nghiệp Dƣợc việt nam trong những năm gần đây và xu thế phát triển . 1.1. Những cố gắng của ngành Dƣợc Việt nam trong thời kỳ bao cấp. Từ sau ngày đất nƣớc thống nhất (1975), công nghiệp dƣợc Việt Nam đã có “một hệ thống” (nói đúng hơn là một tập hợp) cơ sở sản xuất dƣợc phẩm phân cấp theo tầng nấc hành chính: các doanh nghiệp dƣợc trung ƣơng (chủ yếu có nhà máy ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh), các doanh nghiệp cấp tỉnh, thành phố và hơn 500 cơ sở sản xuất của các công ty dƣợc phẩm huyện. Toàn bộ “hệ thống sản xuất” này tồn tại dựa trên giá trị 30 triệu rúp chuyển nhƣợng (tƣơng đƣơng 30 triệu USD) về thuốc do khối SEV viện trợ và trao đổi thƣơng mại cho Việt Nam trƣớc khi khối SEV sụp đổ, bao gồm một số thành phẩm thuốc (cảm sốt, kháng sinh nhóm betalactam, corticoid, vitamin...) và một số nguyên liệu dƣợc thiết yếu. Nguồn nguyên liệu thứ hai đƣợc ngành dƣợc tạo ra dựa trên nguồn ngoại tệ “tự có” do các doanh nghiệp xuất khẩu dƣợc liệu thô và tinh dầu để nhập khẩu thuốc thành phẩm và nguyên liệu dƣợc. Nhờ vậy mà trong suốt thời kỳ Việt Nam bị Mỹ thực hiện chính sách thù địch cấm vận kinh tế, ngành dƣợc vẫn có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu thiết yếu nhất về thuốc, góp phần quan trọng vào những thành tựu nổi bật của ngành y tế Việt Nam thời bao cấp. Mức tiêu thụ bình quân thuốc trên đầu ngƣời thời kỳ này (1975-1990) đạt vào khoảng 0,5-1USD/năm. 1.2. Thực trạng ngành dƣợc việt nam trong nhũng năm qua. Cho đến cuối những nǎm 80, theo chủ trƣơng phân cấp những hiệu thuốc huyện giao cho ủy ban nhân dân quản lý. Ngành Dƣợc Việt Nam có hàng trǎm công ty, xí nghiệp trung ƣơng, tỉnh và hơn 500 công ty dƣợc cấp huyện. Thực hiện Nghị định 388/HĐBT, ngành Dƣợc đã từng bƣớc sắp xếp lại mạng lƣới các doanh nghiệp một cách hợp lý và hiệu quả. Từ chỗ hơn 600 doanh nghiệp, chuyển thành 20 doanh nghiệp trung ƣơng và hơn 100 doanh nghiệp địa phƣơng chuyên sản xuất, kinh doanh về dƣợc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 Trƣớc đây, các xí nghiệp sản xuất dƣợc phẩm trong nƣớc đều là xí nghiệp bào chế thuốc mà nguyên liệu chủ yếu đƣợc nhập từ nƣớc ngoài theo các con đƣờng khác nhau. Trang thiết bị, máy móc, nhà xƣởng phần lớn còn cũ kỹ, lạc hậu, trình độ công nghệ rất hạn chế. Những nǎm gần đây, nhiều xí nghiệp dƣợc đã mạnh dạn đầu tƣ, đổi mới công nghệ đồng bộ và hiện đại, cải tạo, xây dựng lại cơ sở sản xuất, thực hiện tốt tiêu chuẩn sản xuất thuốc (GMP) của khối ASEAN. Một số xí nghiệp đã chú ý đầu tƣ nâng cấp trang thiết bị và nâng cao trình độ chuyên môn kiểm nghiệm chất lƣợng thuốc, nghiên cứu để tǎng tuổi thọ và sinh khả dụng của thuốc. Chủng loại các mặt hàng sản xuất trong nƣớc ngày càng đa dạng, phong phú, mẫu mã đƣợc cải tiến, đáp ứng nhu cầu ngƣời tiêu dùng. Nǎm 1996, lần đầu tiên Liên doanh sản xuất nguyên liệu giữa Xí nghiệp dƣợc phẩm trung ƣơng 24 và Công ty Woopyung Hàn Quốc đã bán tổng hợp thành công ở quy mô công nghiệp thuốc kháng sinh amocillin. Đây là bƣớc tiến rất quan trọng trong ngành sản xuất dƣợc phẩm của chúng ta. Trong lĩnh vực xuất nhập khẩu thuốc và nguyên liệu làm thuốc, trƣớc nǎm 1989, có hàng trǎm công ty, kể cả những công ty không có chức nǎng và không có chuyên môn về kinh doanh dƣợc phẩm cũng tham gia, do vậy đã tạo nên một thị trƣờng hỗn loạn mà ngành Y tế không quản lý cả về số lƣợng lẫn chất lƣợng. Thực hiện Quyết định số 113/HĐBT ngày 9-5-1989, ngành Y tế đã tiến hành sắp xếp lại và tới nay chỉ còn 35 công ty, xí nghiệp đƣợc phép nhập khẩu nguyên liệu, phụ liệu phục vụ cho sản xuất của chính mình. Nhờ vậy, công tác xuất nhập khẩu thuốc và nguyên liệu làm thuốc dần dần ổn định và đi vào nề nếp. Trị giá thuốc và nguyên liệu đƣợc nhập khẩu không ngừng gia tǎng qua từng nǎm: Nǎm 1990 là 61.360.379 USD, nǎm 1996 là 349.409.000 USD, nǎm 1997 là 387.096.000 USD, nǎm 1998 là 415.727.000 USD, nǎm 1999 dự kiến là 450.000.000 USD. về các mặt tổ chức, trình độ quản lý để theo kịp yêu cầu đổi mới, chƣa đủ nǎng lực quản lý có hiệu quả thị trƣờng thuốc ngày càng đa dạng và phức tạp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Một vấn đề khác cũng đáng lƣu ý là lực lƣợng cán bộ dƣợc sĩ đại học bổ sung cho các tỉnh, thành phố (trừ Hà Nội và TP Hồ Chí Minh) giảm đi rất nhiều; có nhiều tỉnh nhiều nǎm nay không đƣợc dƣợc sĩ đại học về nhận công tác. Nhiều công ty, xí nghiệp thiếu cán bộ chuyên môn ở vị trí chủ chốt, nhiều chủ nhiệm hiệu thuốc huyện chỉ là dƣợc sĩ trung cấp. Nếu không có biện pháp kịp thời trong vài nǎm tới sẽ không có cán bộ thay thế. Tuyến y tế cơ sở không có biên chế đƣợc dƣợc tá cho trạm y tế xã cũng là một khó khǎn cho công tác quản lý dƣợc. Đội ngũ cán bộ quản lý chuyên môn kỹ thuật của các công ty, xí nghiệp vừa thiếu vừa chƣa đủ về trình độ đáp ứng yêu cầu của nhiệm vụ mới. Điều kiện vật chất của các cơ quan kiểm nghiệm nói chung còn gặp nhiều khó khǎn, thiếu thốn, phân tán và thiếu đồng bộ, thực sự chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu đòi hỏi của công tác quản lý chất lƣợng. Các đơn vị nói chung, đặc biệt là các đơn vị sản xuất thiếu vốn lƣu động, thiếu vốn đầu tƣ để mở rộng khả nǎng kinh doanh của đơn vị mình, trong khi đó số lao động dƣ dôi do hậu quả từ thời bao cấp còn nhiều. 1.3. Su thế phát triển của ngành dƣợc trong thời gian tới. Trong những năm qua, ngành công nghiệp dƣợc với sự tham gia của các thành phần kinh tế đã tạo bƣớc phát triển mới, từng bƣớc đáp ứng nhu cầu thuốc phục vụ chăm sóc và bảo vệ sức khỏe nhân dân. Các doanh nghiệp đƣợc đầu tƣ mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu về tiêu chuẩn với 200 doanh nghiệp sản xuất thuốc, trong đó có 76 cơ sở đạt tiêu chuẩn thực hành tốt sản xuất thuốc (GMP), 83 doanh nghiệp đƣợc cấp giấy chứng nhận đủ điều kiện sản xuất thuốc có nguồn gốc từ dƣợc liệu... Ðến hết năm 2007, thuốc sản xuất trong nƣớc ngày càng đáp ứng nhiều hơn nhu cầu sử dụng của nhân dân, nếu tính theo giá trị sử dụng thì con số này chiếm hơn 50%; tiền thuốc bình quân đầu ngƣời của Việt Nam đã đạt 12,7 USD. Về cơ bản thuốc sản xuất trong nƣớc đã đáp ứng tƣơng đối đầy đủ các thuốc thiết yếu và thuốc phục vụ điều trị trong khối bệnh viện. Thuốc sản xuất trong nƣớc hiện nay bảo đảm đƣợc 773 hoạt chất, đạt gần 52% trong tổng số 1.500 hoạt chất đăng ký lƣu hành ở Việt Nam; đồng thời chiếm 20 trong tổng số 27 nhóm dƣợc lý theo phân loại của Tổ chức Y tế thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 Tuy có bƣớc phát triển nổi bật đó, nhƣng nền công nghiệp dƣợc Việt Nam vẫn còn non yếu, chƣa chủ động đƣợc thuốc sản xuất trong nƣớc để đáp ứng nhu cầu chăm sóc sức khỏe nhân dân vì tới 90% nguyên liệu sản xuất vẫn phải nhập khẩu. Bên cạnh đó, hầu hết các cơ sở sản xuất dƣợc phẩm ở Việt Nam sản xuất mang tính tự phát, chƣa đầu tƣ hợp lý cho cơ cấu sản phẩm, chỉ đầu tƣ cho những loại thuốc thông thƣờng, nhái mẫu mã, dẫn đến tình trạng đầu tƣ trùng lặp, chồng giá nhau trên thị trƣờng. Thuốc sản xuất trong nƣớc vẫn chủ yếu mang thể gốc có giá trị thấp, khả năng cạnh tranh yếu. Mặc dù đã đáp ứng đƣợc 50% nhu cầu sử dụng (tính theo giá trị sử dụng) nhƣng vẫn chỉ là những thuốc thông thƣờng; hay nhƣ việc thiếu bảy nhóm dƣợc lý lại rơi vào các nhóm thuốc chuyên khoa đặc trị. Ðồng thời, đầu tƣ nghiên cứu và sản xuất thuốc có dạng bào chế đặc biệt, thuốc chuyên khoa đặc trị, thuốc yêu cầu kỹ thuật cao, nghiên cứu sản xuất thuốc mới. Ðáng chú ý, các doanh nghiệp dƣợc phải có chiến lƣợc đầu tƣ hợp lý; tranh thủ tối đa những cơ hội khi tham gia hội nhập kinh tế quốc tế để có điều kiện cải tiến cơ sở vật chất, công nghệ sản xuất tiên tiến thông qua việc thu hút đầu tƣ nƣớc ngoài, liên doanh, liên kết chuyển giao công nghệ, nhƣợng quyền sản xuất... nhằm nâng cao chất lƣợng, tăng sức cạnh tranh của sản phẩm trên thị trƣờng. Chú trọng phát triển công nghiệp hóa dƣợc để sản xuất nguyên liệu làm thuốc nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất thuốc trong nƣớc, phù hợp mô hình bệnh tật của Việt Nam, nhất là nguyên liệu kháng sinh, nguyên liệu làm thuốc phòng, chống dịch, thuốc điều trị các bệnh phổ biến ở Việt Nam. Bên cạnh đó, có chính sách ƣu tiên phát triển công nghiệp chế biến và sản xuất thuốc có nguồn gốc từ dƣợc liệu, đƣa thuốc y học cổ truyền trở thành một phần quan trọng của ngành dƣợc Việt Nam. Phát triển các vùng công nghiệp nuôi, trồng dƣợc liệu; khai thác hợp lý dƣợc liệu thiên nhiên, bảo đảm cung cấp đủ nguyên liệu cho các cơ sở chế biến trong nƣớc và xuất khẩu. Có chính sách ƣu đãi cao nhất đối với đầu tƣ trong lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu, chuyển giao, tiếp nhận và ứng dụng công nghệ, kỹ thuật tiên tiến, công nghệ sinh học sản xuất các thuốc mới, đầu tƣ nguyên liệu làm thuốc, thuốc thành phẩm phù hợp mô hình bệnh tật và nhu cầu sử dụng thuốc ở nƣớc ta. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Việt Nam là thành viên của Tổ chức Thƣơng mại thế giới (WTO), đây là cơ hội và cũng là thách thức đối với ngành dƣợc trong nƣớc. Ðòi hỏi mỗi doanh nghiệp sản xuất phải có những bƣớc đi, cách làm phù hợp để đạt đƣợc hiệu quả cả về kinh tế và y tế. Phát triển công nghiệp dƣợc trong nƣớc là xu hƣớng tất yếu, vừa bảo đảm sự tồn tại của các doanh nghiệp, vừa bảo đảm có thuốc phục vụ công tác chăm sóc sức khỏe nhân dân. 2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại phụ tùng máy dập viên ở Việt Nam. Trong công nghiệp dƣợc, máy dập viên đóng vai trò quan trọng. Hầu nhƣ tât cả các công ty dƣợc đều có máy dập viên. Ở Việt nam hiện nay có nhiều loại máy dập viên các thế hệ máy dập viên có nguồn gốc nhập về từ Đức, Trung quốc, Thái lan ... Có thể nói rằng: Ở Việt nam chƣa sản xuất máy dập viên cho nên các loại phụ tùng của máy đƣợc sản xuất ở trong nƣớc vẫn còn khiêm tốn, chƣa có tính qui mô và đồng bộ. Khi các phụ tùng.linh kiện của máy hết hạn sử dụng do mòn hoặc do sự cố bất thƣờng bị hỏng thì các công ty dƣợc có thể mua từ nguồn nhập khẩu theo đƣờng tiểu ngạch hoặc đặt hàng với các công ty cơ khí. Do nền kinh tế nƣớc ta đƣợc mở cửa chƣa lâu vì thế mà công nghiệp phụ tùng máy dập viên chƣa phát triển, chủ yếu mang tính tự phát cao,chƣa có sự điều hành vĩ mô của các cơ quan chức năng nhà nƣớc. Trong quá trình làm việc của máy dập viên phụ tùng có nhu cầu lớn nhất là các bộ chày cối. Các bộ chày cối không những khi mòn hỏng cần phải thay mà khi thay đổi mã hàng thì loạt bộ chày cối phải thay theo. Phụ tùng chày cối trong nƣớc hiện nay đã đáp ứng đủ về số lƣợng và đảm bảo về chất lƣợng phục vụ cho máy hoạt động. Quá trình thiết kế chế tạo bộ chày cối theo các đơn đặt hàng của các công ty dƣợc riêng lẻ. Ngoài bộ chày cối ra các phụ khác của máy dập viên hầu nhƣ chỉ đƣợc thiết kế, chế tạo đơn chiếc, nhỏ lẻ Hệ thống cam dẫn chày dập của máy dập viên trong quá trình làm việc thƣờng bị mòn bề mặt làm việc dẫn đến chất lƣợng viên nén không đảm bảo dẫn đến phải thay mới. Thiết kế chế tạo hệ thống cam này đã có một số cơ sở trong nƣớc đã làm xong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 chất lƣợng không ổn định.Ngoài ra các phụ tùng khác của máy dập viên không mòn hoặc ít mòn thì chủ yếu khắc phục hỏng bằng cách sửa chữa. Ở miền bắc có 2 nhà máy ycụ 1 và ycụ 2 đặt tại Hà nội và tại thị xã Sông công, tỉnh Thái nguyên là 2 nhà máy sản xuất thiết bị ytế và một số ít các phụ tùng của máy dập viên. Ở miền nam có hợp tác xã Nam hữu ở thành phố Hồ Chí Minh sản xuất phụ tùng máy dập viên trong đó có cam trƣợt. Cho đến nay chƣa có một cơ quan, tổ chức nào đứng ra nghiên cứu, sản xuất cam trƣợt máy dập viên một cách bài bản chuyên nghiệp, có trăng chỉ là nhỏ lẻ hoặc theo đơn đặt hàng không thƣờng xuyên. Nhìn chung về nghiên cứu, thiết kế chế tạo phụ tùng máy dập viên ở Việt nam chƣa đƣợc phát triển. Có thể nói rằng đây là một thị trƣờng còn nhiều tiềm năng đang bị bỏ ngỏ, song những kết quả đạt đƣợc rất đáng khích lệ của ngành cơ khí nƣớc nhà, đó là nền tảng vững chắc cho ngành sản xuất phụ tùng máy dập viên của công nghiệp cơ khí nƣớc ta. Đất nƣớc ta có nhiều điều kiện thuận để ngành dƣợc phát triển, sự phát triển của ngành chế tạo phụ tùng máy dập viên góp phần to lớn để ngành dƣợc Việt nam đuổi kịp các nƣớc trong khu vực đông nam á và vƣơn ra thị trƣờng thế giới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA BỘ CAM DẪN MÁY DẬP ZP33B. 1. Nghiên cứu điều kiện làm việc của chi tiết 1.1.Cấu tạo máy. Hình 2.1 Máy dập viên nén ZP33B 1- Mâm dập thuốc. 2- Bộ truyền đai 3- Bộ truyền TV-BV 4- Cầu trƣợt trên 5- Chầy dập thuốc. 6-Tay quay. 7- Đồng hồ đo. 8- Đế máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 Máy dập viên nén ZP33B là một loại máy bán tự động dập ra viên nén viên liên tục, đƣợc ứng dụng chủ yếu trong việc chế tạo thuốc viên dạng nén của ngành công nghiệp sản xuất Dƣợc phẩm, đồng thời đƣợc sử dụng để nén các nguyên vật liệu của ngành công nghiệp thực phẩm.... Máy này dùng thích hợp trong việc nén hình (trong phạm vi lực nén của máy). Hơn nữa, các loại nguyên liệu dạng hạt có hàm lƣợng bột (trên 100 mục) không vƣợt quá 10% cũng đƣợc nén ép thành viên nén với các loại kiểu dáng khác nhau. Máy này sử dụng thích hợp trong việc nén các viên hình tròn trong phạm vi đƣờng kính từ 4-13(mm), các loại kiểu hình khác và có khắc chữ ở cả 2 mặt. ( Chụp ảnh một số mẫu viên thuôc tròn, định hình) Hình :2.2. Sản phẩm của máy dạng hình tròn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 HÌNH 2.3: Sản phẩm của máy dạng định hình Máy này không thích hợp trong chế tạo hạt ở dạng nửa thể rắn, ẩm ƣớt, nguyên liệu có tính dẫn ẩm, có điểm hòa tan thấp làm nguyên liệu ẩm và bột không ở dạng hạt. * Thông số kỹ thuật chủ yếu: Số khuôn dập (bộ) : 33 Áp lực nén lớn nhất(N): 60000. Đƣờng kính viên nén lớn nhất (mm):13 Độ sâu nạp liệu lớn nhất (mm): 17 Độ dày viên nén lớn nhất (mm): 6 Độ dài chầy dập trên và dƣới (mm): 115 Đƣờng kính chầy dập trên và dƣới (mm):22 Đƣờng kính ngoài cối dập (mm):26 Độ sâu cối dập (mm): 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Phạm vi số vòng quay của bàn quay (vòng/phút): 10- 30 Khả năng sản xuất viên nén (10.000 viên/giờ):3.96 - 11.88 Kích thƣớc bề ngoài máy (mm): 920 x 890 x1540. Sử dụng phối hợp các loại hình động cơ điện và chỉ số kỹ thuật: Loại hình động cơ điện Y 112M-6 B6 Công suất động cơ (KW): 2,2 Tần số động cơ (Hz): 50 1.2.Nguyên lý làm việc Nêu nguyên lý làm việc của máy theo sơ đồ động từ động cơ dẫn động - đai- li hợp côn - trục vít - bánh vít, bánh vít lắp cố định vào mâm máy, trên mâm máy lắp 33 lỗ cối và 33 lỗ xi lanh dẫn chầy trên và dƣới đồng tâm với tâm với lỗ chứa cối. Chày trên và dƣới chuyển động trƣợt lên xuống trong xi lanh nhờ vai chày tì vào đƣờng trƣợt trên cam mặt đầu kéo chầy lên xuống. Do mây máy quay lên kéo chày vừa chuyển động xung quanh mình nó vừa quay quanh tâm máy. Nguyên liệu để dập thuốc đƣợc dẫn từ phễu cấp phôi (chi tiết số mấy trên ảnh chụp..)đƣợc tự động chảy xuống qua bộ phận phân phối hạt đƣa vào miệng cối, sau một góc quay nhất định của mâm bột đƣợc đong đầy, chày thực hiện quá trình nén sơ bộ nhờ đƣờng trƣợt tác động vào vai chày, sau đó chầy đƣợc nén đúng tâm nhờ hệ thống nén trên và dƣới tác động vào đỉnh chầy trên và đáy chày dƣới đƣa từng cặp chầy lần lƣợt thực hiện quá trình ép. Khi ép xong viên nén đƣợc chày dƣới tiếp tục đẩy viên đi lên khỏi mặt mâm, viên thuốc đƣợc hình thành chuyển động thành dòng thoát ra khỏi mâm máy xuống thùng đựng . Áp lực làm việc khi nén do lò so điều chỉnh, đƣợc hiển thị qua đồng hồ đo, còn có thêm đèn hiển thị khi quá tải để đảm bảo vận hành an toàn, xung kích cơ khí dần dần, làm máy vận hành ổn định, giảm tạp âm. Máy này có kiểu nén đôi, bàn làm việc mỗi vòng 1 chu kỳ, hoàn thành 2 lần làm việc tuần hoàn nâng cao hiệu suất của máy. Cần nén trên sau khi lắp đặt xong một nút định hƣớng, có thể điều chỉnh nén theo hình dạng khác nhau. Khi cán nén trên phát sinh sự cố bị ngắt, thiết bị có lắp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 thêm bộ hộp phanh tự động, tránh cho các bộ phận khác trên máy bị ảnh hƣởng, tuyệt đối đảm bảo an toàn sản xuất. Đầu ra sử dụng kiểu sàng lọc, bên trong sàng lọc có nhiều tầng lƣới làm tăng quá trình sàng lọc viên nén. Đồng thời giúp cho thiết bị hút bột tăng cƣờng xử lý bột tinh làm viên nén tinh sạch và phòng trừ bụi cặn. Các cơ cấu bộ phận điều chỉnh của máy đều có đồng hồ đo và đồng hồ hiển thị để tiện điều chỉnh, thao tác đơn giản. Bộ phận quay hồi cao tốc và cơ cấu áp lực sử dụng ma sát lăn, để giảm mài mòn, giảm thiểu hao tốn công suất, tăng tuổi thọ sử dụng. Để phòng tránh bột bụi bay ra ngoài, ở trƣớc sau trái phải của bàn quay để lắp thêm cửa kính cơ và miệng hút bột bụi, thiết bị hút gió để hút bụi bột xung quanh bàn làm việc, tinh lọc không khí, đảm bảo máy vận hành bình thƣờng. Trong quá trình vận hành máy làm việc ổn định, đảm bảo cho phép về độ ồn, độ trong sạch của không khí đến môi trƣờng xung quanh. Khi máy làm việc chỉ cần một công nhân vận hành, việc cung cấp bột thuốc phải tuân thủ đúng qui trình, máy phải đƣợc làm việc trong phòng riêng diệt trùng để đảm bảo tiêu chuẩn sản phẩm. Máy có thể hoạt động liên tục ba ca chỉ phải dừng lại khi thay thế mã hàng, hoặc bảo dƣỡng sửa chữa. Trong quá trình làm việc nếu phát hiện có hiện tƣợng khác thƣờng phải dừng máy báo cho bộ phận quản lý thiết bị. Trƣớc khi đóng điện cho máy phải kiểm tra toàn bộ máy và quay thử bằng tay. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 1.3. Xác định vận tốc trƣợt, áp lực tác động lên bề mặt làm việc của cam Hình 2.4: Sơ đồ động máy ZP33B 1.3.1. Phân tích động học các chuyển động của chày: Chuyển động từ động cơ qua bộ truyền đai đến bộ truyền trục vít-bánh vít làm mân chuyển động quay. Chuyển động tịnh tiến lên xuống của chày đƣợc tạo ra nhờ chuyển động dọc biên dạng cam của chày ứng với các giai đoạn đi xa về gần mà chày chuyển động tịnh tiến di xuống hay đi lên mà tạo ra viên định hình (hình 2.6). Chuyển động của chày theo biên dạng cam đƣợc tổng hợp từ 2 chuyển động gồm: :qV Chuyển động quay quanh trục của cam .RVq n..2 ( n là vận tốc của bánh vít) :dV Chuyển động dọc trục của cam (lên, xuống) Ta có: V chầy = V dọc + V quay (1) Gọi là góc nghiêng của phƣơng trƣợt so với phƣơng nằm ngang có giá trị: )2(.tgVV qd Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 V chầy = )3( cos qV Kết hợp (1) (2) (3) ta có hệ phƣơng trình sau: cos . cos . . RV V tgVV RV q chay qd q sm RV V smtagtagRV smV q chay d q /533,0 10cos 6,2.202,0 cos . cos /0925,010.6,2.202,0.. /525,06,2.202,0 0 0 Với các giá trị: 10 6,225.14,3.2..2 202 n mmR rad/s + Nhận xét: Trong quá trình làm việc chày vừa quay xung quanh mình nó vừa quay xung quanh tâm của mâm. Khi đi chày đi xuống má dƣới cầu trƣợt tì vào vai của chày dập, khi đi lên vai chày tì vào má trên của cầu trƣợt.Có 6 khoảng của một vòng quay của mâm, tƣơng ứng với 6 mảnh cam, trong đó từng đôi đối xứng nhau: đó là chày nằm ngang-đi xuống-đi lên-nằm ngang-đi xuống-đi lên (hình 2.6) . Hinh 2.5. Mô tả quá trình đẩy chày đi xuống và kéo chày đi lên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 Hình 2.6. Sơ đồ làm việc của bộ cam trƣợt. 1.3.2.Tính toán các bộ truyền (theo tài liệu [11] 1.3.2.1. Bộ truyền đai. Trong máy dập thuốc ZP33B truyền động của mâm đƣợc dẫn động từ động cơ qua bộ truyền đai sang bộ truyền bánh vít - trục vít. - Xác định thông số của bộ truyền. Vận tốc của đai đƣợc xác định theo đƣờng kính bánh đai. Hình 2.7. Bộ truyền đai. Ø Ø Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 )/(214,6 60000 95012514,3 60000 .. 11 sm nd v 469,2 125 )02,01(315)1( 1 2 d d u ( 02,001,0 là hệ số trƣợt) Lực vòng )(891 469,2 2.21000.1000 12 N u P F - Xác định lực căng ban đầu và lực căng tác dụng lên đai. Lực căng trên đai đƣợc xác định theo công thức: )(1670 291,0214,6 1,12,2780 .. ..780 1 0 NF CZV KP F r d Với )/(214,6 91,01480 smV C Z=2 (có 2 dây đai) Kđ = 1,1 (hệ số tải trọng động) Lực tác dụng lên trục của bánh răng bị động (bánh lớn) )(642 2 184 sin...2 0 NZFFr 1.3.2.2. Bộ truyền trục vít - bánh vít. Bộ truyền trục vít - bánh vít có nhiệm vụ nhận truyền động từ bộ truyền đai và truyền chuyển động cho mâm. Tỉ số truyền 3 88 1 2 Z Z u Góc vít đƣợc xác định theo công thức: ,01 42163,0 10 3 q Z tg Bƣớc của đƣờng xoắn vít: 124ZP Với 31P thì bƣớc của ren Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 3,41 3 124 1P P P Z Góc masát tính theo công thức: 1,0 1 .. . ... 11 1 111 qZd PZ Zd P d P tg Z Hiệu suất bộ truyền: Hình: 2.8: Bộ truyền trục vít- bánh vít 7275,0 412,0 3,0 )4216425( 4216 )( ,0,0 ,0 tg tg tg tg Công suất của trục vít là: PTV=Pđc. đai. ổ = 1,9855,952,2.0,95.0 Mô men xoắn trên trục vít là: 6 69,55.10 . 9,55.10 .1,9855 49250,7( . ) 385 TVPT N m n Giáj trị các thành phần lực: )(3,11204216cos20 )4254216cos( 425cos824,2985 cos )cos( cos )(7,1230)4254216(824,2985)(. )(824,2985 704.3 88.7275,0.714,49250.2...2 ,00 ,0,0 ,0 1 21 ,0,0 121 2 1 21 Ntg tg F FF NtgtgFFF N d uT FF a rr aat ta 1.3.3. Phân tích lực tác dụng lên bề mặt của cầu trƣợt. 1.3.3.1. phân tích các lực tác dụng vào chày: Muốn tính các lực tác dụng lên cam trƣợt, ta phải phân tích các phản lực tác dụng từ cam lên chày vì: cam camCh chR R o R R     Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 a) Phân tích lực tác dụng trong giai đoạn đi xa: Các lực tác dụng lên chày (theo hình dƣới): Hình 2.9. Các lực tác dụng lên chày trong đoạn đi xa PFNFQFFNNK ttyxyx ,,,,,,,,, 1 Trong đó: K: lực đẩy chày (lực phát động) Nx, Ny: phản lực theo phƣơng x, y Fx, Fy: lực masát tại khớp do Nx và Ny yy xx NtgF NtgF . . 2 2 ( 2tg : là góc ma sát giữa chày và mâm dập thuốc) Nt: phản lực tác dụng lên then Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 sin. cos. tty ttx NN NN : góc giữa then và phƣơng y Ft: lực masát do Nt gây ra tt tgNtF 1tg : góc masát giữa then và mâm Q: phản lực pháp tuyến từ cam lênchầy F1: lực masát giữa cam và chầy Q+F1=R )cos(.cos. )sin(.sin. )sin(.cos. 1 1 1 RR RR RR z y x Các phƣơng trình lực a aL R a aL RRNNNN a aL RNN aNNaLR a aL RNN aNNaLR RNhayrRrN aN a NaLRM aN a K a NaLRM aN a NLRM aN a K a NLRM PRFFFFFoz RNNNoy KNRNNox yxyyxx yyy yyy xxx xxx xtxt ytyyy xtxxx ytyyy xtxxx ztyyxx ytyyy txxxx 2 )sin( 2 ).()10()9( )10( 2 )7()5( 0).()2( )9( 2 :)6()4( 0).()2( )8(.. )7(0. 2 .).(: )6(0. 2 . 2 .).(: )5(0. 2 ..: )4(0. 2 . 2 ..: )3(0 )2(0 )1(0 12121 21 21 21 21 102 102 201 201 2121 12 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 Trong đó: )sin(. )sin(.sin.)sin(.cos. 1 11 R RRRR yx Thay vào phƣơng trình 3: 0. 2 ).sin( 21 zt RpNtgtg a aL R Với: )sin(.cos)sin(.cos 11 tx NRR Thay vào ta đƣợc: t t tgg a tgaL P N )(cot )sin(.cos. ).sin().2( 1 1 211 b) Phân tích lực tác dụng trong giai đoạn về gần. Giai đoạn này cam tiếp xúc với chày theo mặt trên, khi đó phản lực tác dụng lên mặt vát trên của chầy cùng với trọng lực của chầy, đẩy chầy đi xuống cản trở chuyển động của chày. Các lực tác dụng lên chầy (theo hình dƣới): PFNFQFFNNK ttyxyx ,,,,,,,,, 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 Hình 2.10. Các lực tác dụng lên chày trong đoạn về gần +Với cách xác định tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp đi xa ta có: t t tt tgg a tgaL P N Ptgg a tgaL N )(cot )sin(.cos. ).sin().2( 0)(cot )sin(.cos. ).sin().2( . 1 1 211 1 1 211 c) Giai đoạn đứng gần. giai đoạn đứng gần cũng giống nhƣ giai đoạn đi xa với góc 010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Hình 2.11. các lực tác dụng lên chày trong đoạn đứng gần Thay các giá trị: )(5203 )(10.05,4981,910.510.5 )(93,281,93,0 9,4139,09,0 9,608,18,1 3,565,15,1 60 036 60 10 333 0 33 0 222 0 111 0 0 NK NkgQ NP tgf tgf tgf mmL mma Từ các giá trị của cam trƣợt ta suy ra phản lực tác động từ vai chày vào cam trƣợt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 1.3.3.2. Lực tác dụng lên cầu trƣợt: Theo Định luật các lực tác dụng tƣơng hỗ, các lực tác dụng từ cam lên chày chính bằng phản lực từ chày lên cam nhƣng ngƣợc dấu. Thay các giá trị ta tính đƣợc các trị số các lực tác dụng lên cam trƣợt nhƣ bảng sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Bảng các giá trị của các lực tác dụng lên cam dẫn. vi tri Rx Ry Rz R 1 -0, 2 -0,64 -1,109 -0,2808 -1,398 3 -0,59 -1,022 -0,2589 -1,289 4 -0,52 -0,9008 -0,2282 -1,136 5 -0,45 -0,7002 -0,1774 -0,883 6 -0,39 -0,676 -0,1712 -0,852 7 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 8 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 9 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 10 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 11 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 12 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 13 -0,36 -0,623 -0,1579 -0,786 14 -0,43 -0,745 -0,1886 -0,939 15 -0,49 -0,848 -0,2149 -1,07 16 -0,55 -0,952 -0,241 -1,201 17 -0,59 -1,022 -0,2589 -1,289 18 -0,65 -1,126 -0,285 -1,420 19 -0,61 -1,056 -0,267 -1,332 20 -0,55 -0,953 -0,241 -1,201 21 -0,48 -0,831 -0,211 -1,048 22 -0,42 -0,727 -0,184 -0,917 23 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 24 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 25 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 26 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 27 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 28 -0,31 -0,537 -0,2067 -0,745 29 -0,33 -0,571 -0,145 -0,721 30 -0,39 -0,675 -0,171 -0,852 31 -0,46 -0,797 -0,209 -1,105 32 -0,53 -0,918 -0,233 -1,108 33 -0,58 -1,005 -0,254 -1,267 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 1.3.4.Tính toán sức bền của cam sử dụng phần mền cosmos Design star 4.0 theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn 1.3.4.1. Giới thiệu phần mền cosmos Design star 4.0 phần mền cosmos Design star 4.0 là phần mền dùng để tính toán chi tiết dƣới tác dụng của tải trọng với sự trợ giúp của máy tính theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn là phƣơng pháp rất hiệu quả. Với phần mền này ta có thể kiểm tra sức bền, chuyển vị, sự phần bố ứng suất cho các chi tiết mà đặc biệt là các chi tiết có hình dáng, kết cấu phức tạp mà phƣơng pháp truyền thống gặp khó khăn hoặc không thực hiện đƣợc. Từ đó ta có cái nhìn trực quan nhất về chi tiết để đánh và có biện pháp sử lý thích hợp. Hình 2.12: Biểu đồ ứng suất von mises Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Hình 2.13: sơ đồ chuyển vị tĩnh Hình 2.14: sơ đồ ứng suất tĩnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Hình 2.15: kiểm tra bền theo tiêu chuẩn ứng suất lớn nhất Hình 2.16: Trình tự giải bài toán FEM/cosmos Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Hình 2.17:Mô hình FEM 1.3.4.2. Nhận xét: Hình 2.12. Ứng suất tại các nút: đơn vị kgf/cm2, tỉ lệ biến dạng 1:1216240. Trên bề mặt làm việc của chi tiết,tuỳ theo từng vị trí khác nhau có ứng suất khác nhau, sẽ đƣợc hiển thị mầu khác nhau. Nhìn vào sự phổ mầu đó ta có thể xác định đƣợc vùng ứng suất lớn và vùng ứng suất nhỏ. Bên cạnh là thang phổ mầu, cũng có các mầu tƣơng ứng với các mầu xuất hiện trên bề mặt chi tiết và bên cạnh là giá trị ứng suất tƣơng ứng với mầu. Ví dụ :mầu đỏ trên thang phổ mầu tƣơng ứng với ứng suất lớn nhất, biểu diễn: 1,141e+001 nghĩa là 1,141x10=11,1kg/cm2; mầu xanh lục trên thang phổ mầu tƣơng ứng với ứng suất nhỏ nhất, biểu diễn: 2,697e-005, nghĩa là: 2,697x10 -5 kg/cm 2 . Hình 2.15. Kiểm tra bề theo ứng suất tiếp lớn nhất: hệ số an toàn là 5500, tỉ lệ biến dạng là 1:0. Trên bề mặt làm việc của chi tiết, tuỳ theo vị trí khác nhau có các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 các hệ số an toàn khác nhau, sẽ đƣợc hiển thị mầu khác nhau. Nhìn vào sự hiển thị mầu đó ta có thể xác định đƣợc vùng có hệ số an toàn nhỏ và vùng có hệ số an toàn lớn. Bên cạnh là thang phổ mầu, cũng có các mầu tƣơng ứng với các mầu xuất hiện trên mặt chi tiết và là giá trị hệ số an toàn tƣơng ứng với mầu. Ví dụ: mầu đỏ trên thang phổ mầu tƣơng ứng với hệ số an toàn nhỏ nhất, biểu diễn: 1,000e+002 nghĩa là 1,000x10 2=100; mầu xanh lục tƣơng ứng với hệ số an toàn lớn nhất, biểu diễn: 1,001e+002 nghĩa là 1,001x102=100,1 Hình 2.14. Chuyển vị các phần tử: đơn vị cm, tỉ lệ biến dạng 1:1216240. Trên bề mặt làm việc của chi tiết, tuỳ theo vị trí khác nhau, có các chuyển vị khác nhau,sẽ đƣợc hiển thị mầu khác nhau. Nhìn vào sự phổ mầu đó ta có thể xác định đƣợc vùng có chuyển vị lớn và vùng có chuyển vị nhỏ. Bên cạnh là thang phổ mầu, cũng có các mầu tƣơng ứngvới các mầu xuất hiện trên mặt chi tiết và cạnh là giá trị tƣơng ứng với mầu. Ví dụ: mầu đỏ trên thang phổ mầu tƣơng ứng với chuyển vị lớn nhất, biểu diễn: 1,423e-005 nghĩa là: 1,423x10-5cm; mầu xanh lục trên thang phổ mầu tƣơng ứng với chuyển vị nhỏ nhất, biểu diễn: 1,000e-030 nghĩa là 1,000x10- 30cm(chuyển vị rất nhỏ) 2. Nghiên cứu xác định yêu cầu kỹ thuật sản phẩm: 2.1. Sai số tƣơng quan về hình dáng hình học các bề mặt làm việc Quan sát máy dập viên ZP33B làm việc, ta thấy vị trí tƣơng quan hình dáng hình học các bề mặt làm việc của cam dẫn chầy trên có vai trò rất quan trọng trong quá trình tạo thành sản phẩm. Biên dạng của cam là một phần của đƣờng xoắn vít, làm việc cả bề mặt trên và dƣới, có nhiệm vụ dẫn hƣớng chầy dập thuốc. Quá trình dẫn chầy đi xuống đồng thời với quá trình dồn bột thuốc một cách từ từ và đều đặn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Để đảm bảo viên nén đủ tiêu chuẩn WHO thì trƣớc khi nén thì bột thuốc phải đƣợc dồn một cách từ từ. Nếu có sai số hình dáng hình học của bề mặt cam thì sẽ sinh ra các hậu quả sau: + Chuyển động dẫn chầy sẽ không đƣợc hợp lý( nhƣ : chầy lên xuống đột ngột, chuyển động trƣợt trong lỗ của chầy trong mâm quay dễ bị kẹt ...v.v...) + Gây mòn nhanh bề mặt cam và vai chầy dẫn đến tuổi thọ máy giảm. + Quá trình dẫn chầy lên xuống không nhịp nhàng, quá trình dồn bột thuốc không đúng qui trình làm cho độ cứng của viên nén không đảm bảo. Biên dạng cam quan trọng nhất là vùng nén ( chày làm nhiệm vụ dồn bột thuốc). Các sai số bề mặt làm việc của cam có thể xẩy ra: + Sai số giữa bề mặt làm việc trên và dƣới của cam. + Sai số biên dạng bề mặt làm việc của cam. + Sai số các cung tròn của cam. + Sai số độ lớn của các cung của các mảnh cam dẫn đến khi lắp rắp sinh ra các khe hở hoặc bị kích không lắp đƣợc 2.2. ảnh hƣởng của quá trình nhiệt luyện đến hình dáng hình học Để đảm bảo độ cứng của bề mặt cam, trƣớc khi thực hiện các nguyên công cuối ta phải tiến hành nhiệt luyện. Nhƣ ta đã biết kích thƣớc của vành cam khá nhỏ so với đƣờng kính của nó. Do vậy khi nhiệt luyện vành cam sẽ xẩy ra cong vênh là không thể tránh khỏi, sẽ gây khó khăn cho các nguyên công cuối và sản phẩm. Để khắc vấn đề này này ta phải chia vành cam thành 6 mảnh có chiều dài cung bằng nhau sau đó ghép với thân máy thành vành cam dẫn. Sử dụng qui trình công nghệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 nhƣ vậy sẽ giảm thiểu đƣợc quá trình cong vênh khi chế tạo cam. Nhƣ vậy sau khi qua các nguyên công cuối thì hình dáng hình học cam đƣợc đảm bảo theo yêu cầu 2.3. Xác định các dạng hỏng chủ yếu, nguyên nhân, cơ chế mòn bề mặt làm việc của cam. Quan sát các bức ảnh chụp cấu tạo tế vi bề mặt làm việc của cam sau khi bị hỏng ta thấy bề mặt cam có các vết trắng do quá trình chế tạo phôi ban đầu của vật liệu cam không đồng đều và càng thuận lợi cho quá trình mòn xẩy ra nhanh hơn. Các vết trắng này càng thể hiện rõ ở ảnh có hệ số phóng đại lớn. Các vệt trắng này xen kẽ các vết đên là kết quả của cấu trúc tế vi các hạt tạo nên vật liệu cam không đồng đều, dẫn đến mòn do cào xƣớc và do mòn dính, trong quá trình làm việc. Khi đó đỉnh các nhấp nhô của bề mặt chày tiếp xúc với bề mặt cam và quá trình mòn của bề mặt cam bắt đầu hình thành, các nhấp nhô bắt đầu xuất hiện khi quá trình mòn bề mặt cam bắt đầu xẩy ra. Quá trình mòn càng nhiều thì các vết trắng đen càng thuận lợi cho quá trình mòn xẩy ra nhanh hơn bức ảnh thể hiện rất rõ điều đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Hình 2.17. Tổ chức tế vi của lớp vật liệu trên bề mặt dựng của cam tỷ lệ 1:500 Hình 2.18: tổ chức tế vi lớp vật liệu bề mặt dựng cam tỷ lệ 1:1000 2.3.1. Mòn do dính. 2.3.1.1. Hiện tƣợng. Xét hiện tƣợng mòn gây ra khi vai chầy tiếp xúc với bề mặt làm việc của cam dẫn Khi vai chầy chuyển động thực hiện miết trên bề mặt cam ép các bề mặt có sự chuyển động tƣơng đối so với cam . Và nhƣ vậy, giữa bề mặt cam với vai chầy có sự trƣợt tƣơng đối với nhau. Đặc biệt là sự trƣợt diễn ra mạnh trên hai mặt nghiêng của chúng. 2.3.1.2. Cơ chế mòn. Lý thuyết ma sát mòn đã chỉ ra: Khi hai bề mặt rắn phẳng trƣợt so với nhau. Dính xảy ra tại chỗ tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô dƣới tác dụng của tải trọng pháp tuyến, khi sự trƣợt xảy ra vậy liệu ở vùng này bị trƣợt (biến dạng dẻo) dính sang bề mặt đối tiếp hoặc tạo thành các mảnh mòn rời. Một số mảnh mòn còn đƣợc sinh ra do quá trình mòn do mỏi ở đỉnh các nhấp nhô. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Thật vậy, khi vai chầy tiếp xúc với bề mặt cam, các cạnh sắc của đỉnh các nhấp nhô của vai chầy có sự tiếp xúc trực tiếp với các nhấp nhô của bề mặt cam. Giữa các cạnh sắc có sự trƣợt tƣơng đối với nhau cạnh Vì vậy, mòn dính sẽ xảy ra đối với bề mặt cam. Quá trình mòn sẽ diễn ra sau mỗi chu kỳ quay của vành cam 2.3.1.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do dính. Theo định luật mòn dính của Archard: 03p W kQ (2.1) Trong đó: Q: thể tích vật liệu mòn, k: hệ số xác xuất một tiếp xúc tạo nên một hạt mài, W: tải trọng pháp tuyến tổng, p0: giới hạn chảy của vật liệu. Với định luật Archard ta có kết luận: - Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ thuận với quãng đường trượt. - Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu mòn của đầu ép tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu đầu ép. Theo thuyết mòn dính của Rowe: Rowe đã bổ xung lý thuyết mòn của Archard, có kể đến tác dụng của lớp màng bề mặt (surface films). Ak p W kQ ' 3 0 (2.2) () () Thể tích của mòn dính liên quan đến diện tích tiếp xúc trực tiếp Am. Q = km.Am Km là một hằng số cho kim loại trƣợt và độc lập với các tính chất của chất bôi trơn hay của lớp màng bề mặt. Đặt A Am là tỉ số giữa diện tích tiếp xúc trực tiếp khi có lớp bôi trơn. 0p W kAkQ mm (2.3) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Theo Rowe, giá trị thích hợp cho giới hạn chảy p (pháp) là giá trị tính đến sự kết hợp giữa ứng suất pháp và tiếp chứ không phải chỉ riêng do tải trọng pháp tuyến tĩnh gây ra p0. p 2 + as 2 = p0 2 . Do s = p ( là hệ số ma sát) nên 2/12 0 1 a p p Từ công thức này ta thấy: Khi kể đến lớp màng bề mặt thì giới hạn chảy của vật liệu chi tiết cam cần chọn sẽ nhỏ hơn trong điều kiện không có lớp màng bề mặt. Tổng hợp từ kết quả nghiên cứu của Archard và Rowe ta có thể đƣa ra nhân tố ảnh hƣởng đến mòn dính cam nhƣ sau: - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam. - Nếu tạo được lớp màng bề mặt hợp lý thì sẽ giảm được hệ số ma sát, giảm hiện tượng mòn do dính của bề mặt cam. Trong điều kiện sản xuất thuốc viên trên máy ZP33B tải trọng pháp tuyến (lực ép) lên cam đƣợc coi là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện tƣợng hỏng bề mặt cam do mòn dính ta cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam. - Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi tiết cam và vai chầy. Xác định giới hạn chảy của vật liệu cam theo cơ chế mòn dính đảm bảo điều kiện bền mòn: Để ép đƣợc 350000 vòng của vành cam Trung quốc thì lƣợng mòn Q đƣợc tính theo công thức: o ¦W 3p 350000Q K Vậy giới hạn chảy tối thiểu của vật liệu chi tiết cam sẽ là: w 350000 3Q op k Trong đó: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 + Chọn k với giá trị lớn nhất: k = 0,05, + W là tải trọng pháp tuyến tổng: W= 299,02 kG + Q: là tổng thể tích mòn trên một khoảng trƣợt cho phép là độ mòn cho phép của chi tiết cam là 0,2mm Q=3,5.401,5.3,14=4412 3mm Thay s ố: oP =197kg/ 2mm 2.3.2. Mòn do cào xƣớc. Mòn do cào xƣớc của chi tiết cam xảy ra khi các cạnh sắc của nhấp nhô vai chầy trƣợt trên bề mặt chi tiết cam và phá huỷ bề mặt tiếp xúc chung bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Trong trƣờng hợp chi tiết cam là vật liệu dẻo có độ dai va đập cao (kim loại và hợp kim), các hạt nhấp nhô sẽ gây nên biến dạng dẻo của vật liệu chi tiết cam trong cả trƣờng hợp tải nhẹ nhất. Trong trƣờng hợp vật liệu dòn có độ dai va đập thấp, mòn xảy ra do nứt tách khi đó trên vùng mòn nứt tách là biểu hiện chủ yếu. 2.3.2.1. Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. + Hiện tƣợng. Xét hiện tƣợng mòn gây ra do vai chày tiếp xúc với bề mặt làm việc của cam Khi máy làm việc chuyển động thực hiện dẫn chầy các nhấp nhô của vai chầy và cam xít lại với nhau. Trong quá trình ấy xảy ra các cạnh sắc mài trƣợt trên bề mặt cam gây ra phá huỷ bề mặt cam bằng biến dạng dẻo hoặc nứt tách. Thật vậy, khi quan sát bề mặt cam mòn có rất nhiều vùng mòn có vết xƣớc. + Cơ chế mòn. Vật liệu tách khỏi bề mặt thông qua biến dạng dẻo trong quá trình mòn do cào xƣớc có thể xảy ra theo vài chế độ biến dạng bao gồm cày (plowing), dồn ép vật liệu (wedge formation) và cắt. Challen và Oxley đã phân tích ba chế độ biến dạng phân biệt trên của mòn do cào xƣớc sử dụng vùng đƣờng trƣợt gây ra bởi một nhấp nhô bề mặt lý tƣởng. Theo phân tích này, vật liệu giả thiết là tuyệt đối dẻo và các đỉnh nhấp nhô chỉ chịu biến dạng phẳng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Cày: là hiện tƣợng tạo rãnh do hạt cứng trƣợt và gây ra biến dạng dẻo đối với vật liệu mềm hơn. Trong quá trình cày, vật liệu bị biến dạng và bị dồn sang hai bên của rãnh mà không bị tách ra. Tuy nhiên sau nhiều lần nhƣ thế phần vật liệu này có thể bị tách ra bởi cơ chế mỏi chu kỳ thấp. Quá trình cày cũng gây nên biến dạng dẻo của các lớp dƣới bề mặt và có thể góp phần vào sự hình thành mầm các vết nứt tế vi. Quá trình chịu tải và bỏ tải liên tuc (mỏi chu kỳ thấp và ứng suất cao) làm các vết nứt tế vi song song với bề mặt, phát triển, lan truyền, liên kết với nhau tạo thành các mảnh mòn mỏng. Trong trƣờng hợp vật liệu rất mềm nhƣ indium và chì, khối lƣợng mòn sinh ra rất nhỏ và vật liệu bị biến dạng sẽ dịch chuyển sang hai bên của rãnh. Dồn ép vật liệu: Sự hình thành lƣợng vật liệu dồn ép ở phía trƣớc của hạt cứng là một dạng mòn do cào xƣớc. Một hạt cứng khi chà sát trên bề mặt sẽ tạo nên một rãnh và một lƣợng vật liệu bị dồn ép ở phía trƣớc nó. Điều này thƣờng xảy ra khi tỷ số giữa sức bền cắt của bề mặt tiếp xúc với sức bền cắt của hạt cứng cao (0,5 1). Khi đó chỉ một phần vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh, còn phần lớn sẽ dồn ép về phía trƣớc của hạt cứng tạo nên hiện tƣợng này. Cắt: Dạng cắt của mòn do cào xƣớc xảy ra khi hạt cứng với góc tiếp xúc lớn di chuyển tạo nên rãnh và tách vật liệu ra khỏi rãnh dƣới dạng mảnh mòn có dạng giống nhƣ phoi dây hoặc vụn. Quá trình này xảy ra chủ yếu là do cắt còn lƣợng vật liệu bị biến dạng sang hai bên rãnh là rất nhỏ. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. Theo lý thuyết ma sát - mòn: Tổng thể tích vật liệu đầu ép bị dịch chuyển bởi tất cả các nhấp nhô là: 2W. tb x tg v H (2.4) Trong đó: W: lực ép, x: khoảng trƣợt của mỗi lần ép, (tg )tb : giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô hình nón gọi là yếu tố độ nhám, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 H: độ cứng của bề mặt cam, Theo Hokkirigawa và Kato đã phát triển và đƣa ra một công thức tính thể tích mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo tƣơng tự nhƣ phƣơng trình của Archard cho mòn dính thoả mãn một dải rộng của mòn do cào xƣớc là: H xW kv abr . (2.5) Trong đó: Kabr là hệ số mòn bao hàm cả tính chất hình học của các nhấp nhô, và xác xuất cắt của các nhấp nhô chứ không phải chỉ có xác xuất cày. Vì vậy, độ nhám ảnh hƣởng đến thể tích rõ ràng. Giá trị của kabr thay đổi trong dải từ 0,00001 đến 0,05, chọn kabr = 0,05 là giá trị lớn nhất. Từ cơ chế và phƣơng trình định lƣợng trên ta có thể rút ra đƣợc các nhân tố mòn chi tiết cam nhƣ sau: - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với quãng đƣờng trƣợt. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu chi tiết cam đá mài. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với tính chất hình học của các nhấp nhô. - Thể tích vật liệu cam mòn phụ thuộc vào sự tạo các hạt mài mới sắc làm tăng tốc độ mòn. Với điều kiện làm việc của máy dập ZP33B với độ chính xác cao, nên có thể coi tải trọng pháp tuyến là không đổi. Mặt khác hình dạng của các hạt mài rất phức tạp, sự tạo mới các hạt mài mới sắc và quãng đƣờng trƣợt của hạt mài trên bề mặt cam là không khắc phục đƣợc. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện tƣợng hỏng bề mặt cam do mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo ta chỉ đi nghiên cứu đảm bảo các yêu cầu sau: - Độ cứng của vật liệu cam. - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. Xác định độ cứng của chi tiết cam đảm bảo điều kiện mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Để nén đƣợc 350000 vòng cam thì thể tích vật liệu bị mòn đƣợc tính theo công thức: Vậy độ cứng của chi tiết cam sẽ là: 2¦WX(tg ) 350000H v Trong đó: + (tg )tb là giá trị trung bình của tất cả các nhấp nhô hình nón gọi là yếu tố độ nhám. Vì hạt mài Corindon có mạng tinh thể lập phƣơng, do đó giá trị trung bình của các góc sắc của hạt mài là 900 do vậy ta có: tb = 45 0 . + x: là khoảng trƣợt của một lần ép, lấy bằng độ nhám cho phép của bề mặt cam với độ bóng Rz = 6,3; x = 0,0063mm. + W là lực ép: W=299,02 Kg suy ra: w= 2990,2 N + v: là thể tích mòn cho phép của bề mặt chi tiết cam Với: R là bán kính vành cam 2R=401,5 mm h là độ mòn cho phép của chi tiết cam: h = 0,2 mm Vậy độ cứng tối thiểu của chi tiết cam đảm bảo điều kiện mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo sẽ là: H=237kg/mm2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Hình 2.19: Vai chày miết trên bề mặt cam gây ra mòn cam 2.3.2.2. Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. + Hiện tƣợng. Khi một hạt cứng sắc của vật liệu chày trƣợt trên mặt phẳng của bề mặt cam một vật rắn dòn. Khi tải trọng pháp tuyến còn nhỏ, hạt cứng sắc sẽ chỉ gây ra biến dạng dẻo trên mặt vật rắn và mòn xảy ra do biến dạng dẻo. Khi tải trọng pháp tuyến vƣợt quá một giá trị nào đó, mòn do nứt ngang làm tăng đột ngột tốc độ mòn. + Cơ chế mòn. Các vết nứt ngang phát triển từ ứng suất dƣ gây ra khi vật liệu bị biến dạng. Chiều dài lớn nhất của vết nứt vì thế chỉ đƣợc phát hiện khi hạt cứng rút ra khỏi bề mặt. Khi hạt cứng trƣợt trên bề mặt, các vết nứt ngang sẽ phát triển lên phía trên tới bề mặt từ vùng dƣới bề mặt bị biến dạng. Các mảnh mòn đƣợc tách ra dƣới dạng các mảnh đa diện từ vùng giới hạn bởi các đƣờng nứt ngang tới bề mặt trƣợt. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Từ các phân tích trên ta rút ra đƣợc các quy luật của mòn do cào xƣớc bằng nứt tách của bề mặt cam nhƣ sau: - Bề mặt cam bị biến dạng dẻo trƣớc rồi mới bị mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến. - Thể tích vật liệu cam mòn tỷ lệ nghịch với độ cứng Kc 1/2 và độ dai va đập H 5/8 của vật liệu chi tiết cam Với điều kiện cam làm việc trên máy bán tự động, chuyên dùng với độ chính xác cao, nên có thể coi tải trọng pháp tuyến (lực ép) là hằng số. Vậy để khắc phục và hạn chế hiện mòn hỏng bề mặt cam do mòn do cào xƣớc bằng nứt tách ta chỉ cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt làm việc của cam. - Ưu tiên tăng độ cứng bề mặt của chi tiết cam nhưng không nên cao quá, mà phải đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập dưới vùng biến dạng của bề mặt chi tiết cam 2.3.2.3. Mòn hoá học. + Hiện tƣợng. Trong quá trình làm việc chi luôn bị mòn do dính và do cào xƣớc, kim loại vừa bị mòn tác dụng với ô xy của không khí tạo nên lớp oxit. Lớp oxit liên tục hình thành và liên tục bị mất đi sau mỗi lần quay và nhƣ vậy gây mòn vật liệu cam + Cơ chế mòn. Chi tiết cam có thể bị ăn mòn hoá học xảy ra do sự tƣơng tác hoá học hoặc điện hoá của bề mặt chi tiết với môi trƣờng. Mòn hoá học xảy ra trong môi trƣờng ăn mòn, nhiệt độ và độ ẩm cao. Mòn điện hoá xảy ra khi phản ứng hoá học đi kèm theo với tác dụng của dòng điện xảy ra trong quá trình điện phân. Với điều kiện chi tiết cam làm việc trong môi trƣờng tự nhiên, không có dòng điện, do vậy chi tiết cam chủ yếu bị mòn do ăn mòn hoá học. Mòn hoá học xảy ra khi bề mặt của chi tiết cam trong môi trƣờng không khí, nguyên tố có hoạt tính hoá học nhất là ô xy, do đó mòn hoá học chủ yếu của chi tiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 cam là mòn do ô xy hoá. Sắt nguyên chất sẽ phản ứng với ôxy tạo thành các ôxit sắt. Khi các bề mặt đối tiếp (bề mặt làm việc của chi tiết cam) không có chuyển động tƣơng đối, sản phẩm ăn mòn hoá học trên bề mặt chi tiết cam là lớp màng bề mặt có chiều dày nhỏ hơn 1 m có xu hƣớng cản trở hoặc ngăn quá trình ăn mòn tiếp tục phát triển. Nhƣng khi thực hiện quá trình trƣợt, bề mặt làm việc của cam sẽ tiếp xúc với các vai chầy, lớp màng do ăn mòn hoá học bị cuốn đi vì thế các phản ứng hoá học lại tiếp tục xảy ra. Vì vậy cần hai điều kiện cả phản ứng hoá học và chuyển động trƣợt tƣơng đối để làm vỡ lớp màng hoá học. Vì ăn mòn hoá học là nguyên nhân chính của mòn bề mặt chi tiết cam, một tƣơng tác phức tạp giữa cơ chế mòn khác nhau luôn tồn tại trên bề mặt chi tiết cam. Đầu tiên mòn có thể là do dính hoặc do cào xƣớc sau đó là sự kết hợp của mòn hoá học và mòn do cào xƣớc. Ứng suất tiếp xúc cao có thể làm tăng mòn cục bộ dẫn đến sự tạo thành các lỗ châm kim trên bề mặt. Ứng suất dƣ trong lòng kim loại có thể gây ra nứt do kết hợp với sự ăn mòn trong môi trƣờng hoạt tính cao. Hiện tƣợng này kết hợp với sự trƣợt bề mặt có thể gây ra mòn mạnh giống nhƣ sự ăn mòn của một pha trong hợp kim ổ hai pha. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn hoá học. Nhƣ ta biết, cam làm việc trong phòng kín có lắp điều hoà duy trì nhiệt độ ở 27 C, môi trƣờng không khí tự nhiên, chỉ có ôxy là thành phần hoá học chủ yếu gây ăn mòn hoá học. Không có dòng điện trên bề mặt cam và không có các chất gây điện phân. Với chi tiết cam, mòn hoá học không phải là nguyên nhân chính gây mòn vật liệu chi tiết, do đó hiện tƣợng ăn mòn hoá học có lợi cho việc chống mòn chi tiết cam, vì lớp màng ô xy hoá và các sản phẩm của sự ăn mòn có thể ngăn cản dính giữa đỉnh các nhấp nhô và giảm mòn kim loại. Tuy nhiên để giảm cƣờng độ hao mòn ô xy hoá ta nên chọn vật liệu chi tiết cam có các thành phần hợp kim chống ăn mòn ô xy hoá, tạo lớp màng ma sát polymer, đánh bóng bề mặt không gây nứt tách. Ăn mòn hoá học ở bề mặt cam của máy dập viên xẩy ra không nhiều mặc dù trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 quá trình làm việc luôn luôn tiếp xúc với môi trƣờng thuốc tân dƣợc nhƣ: các vitamin B1, B2, C, E......... 2.3.3. Mòn do mỏi. 2.3.3.1. Hiện tƣợng. Mỏi xuất hiện dƣới và trên bề mặt xảy ra tƣơng ứng với tiếp xúc lăn và trƣợt theo chu kỳ. Sự đặt và nhấc tải theo chu kỳ của cam có thể là nguyên nhân gây ra các vết nứt dƣới hoặc trên bề mặt đầu ép. Sau một số chu kỳ giới hạn, các vết nứt sẽ phát triển tới bề mặt, tạo nên các mảnh mòn lớn làm cho bề mặt bị rỗ. Khác với mòn do dính hoặc cào xƣớc, khối lƣợng vật liệu mòn do mỏi không phải là thông số có ý nghĩa để đánh giá mòn, mà là số chu kỳ hay thời gian làm việc của chi tiết trƣớc khi mỏi xảy ra. Thật vậy, khi cam làm việc, các hạt mài lăn và trƣợt tƣơng đối trên mặt cam dƣới một áp lực , đồng thời quá trình làm việc của cam lại theo chu kỳ lặp lại và nhƣ vậy đồng nghĩa với việc đặt và nhấc tải theo chu kỳ. 2.3.3.2.Cơ chế mòn. + Cơ chế mòn do mỏi tiếp xúc lăn không trƣợt. Mòn do dính hoặc cào xƣớc xảy ra do sự tiếp xúc lý học trực tiếp giữa bề mặt hạt mài với bề mặt cam chuyển động tƣơng đối với nhau. Nếu hai bề mặt bị phân tách bởi một lớp màng bôi trơn (không có hạt cứng rời trong vùng tiếp xúc) mòn không xảy ra. Tuy nhiên, trên mặt tiếp xúc chung ứng suất tiếp xúc rất lớn, khi đó mặc dù không xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp, các bề mặt đối tiếp vẫn chịu ứng suất lớn đƣợc truyền qua màng bôi trơn trong chuyển động lăn. Theo phân tích ứng suất đàn hồi của Hec, ứng suất nén cực đại xảy ra trên bề mặt, nhƣng ứng suất tiếp cực đại lại xuất hiện dƣới bề mặt một khoảng nào đó. Khi sự lăn xảy ra, chiều của ứng suất tiếp bị đổi dấu trên từng bề mặt chi tiết. Thời gian để mòn do mỏi xảy ra phụ thuộc vào cƣờng độ của ứng suất tiếp đổi chiều, điều kiện bôi trơn và tính chất mỏi của vật liệu lăn. Khi một vết nứt về mỏi xuất hiện dƣới bề mặt, nó sẽ phát triển và tách vật liệu vùng bề mặt ra thành những mảnh mòn mỏng. Bởi vì vật liệu trong tiếp xúc lăn thƣờng qua tôi nên bề mặt thƣờng cứng, do đó các vết nứt xuất hiện ở bề mặt do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 ứng suất kéo tạo nên hiện tƣợng mỏi bề mặt. Mỏi bề mặt lăn không trƣợt đặc trƣng bởi sự hình thành các mảnh mòn lớn sau một số chu kỳ giới hạn nào đó. + Cơ chế mòn do mỏi tiếp xúc vừa lăn vừa trƣợt. Sự kết hợp giữa lăn và trƣợt làm dịch chuyển điểm có ứng suất tiếp cực đại lên gần bề mặt hơn, do đó vị trí hỏng do mỏi tiến gần bề mặt hơn. Sự trƣợt thúc đẩy sự phá huỷ bề mặt do dính. Bôi trơn thích hợp có thể hạn chế đến tối thiểu ảnh hƣởng phá huỷ bề mặt do trƣợt trong điều kiện tiếp xúc này. + Cơ chế mòn do mỏi tiếp xúc trƣợt. Khi bề mặt hạt mài và bề mặt đầu ép trƣợt tƣơng đối với nhau, mòn xảy ra do dính và cào xƣớc. Tuy nhiên, có thể thấy rằng các đỉnh nhấp nhô của cam có thể tiếp xúc và trƣợt với nhau mà không bị dính hoặc cào xƣớc. Ứng suất tiếp xúc ở đỉnh các nhấp nhô làm cho đỉnh các nhấp nhô ở một hoặc cả hai bề mặt bị biến dạng dẻo. Sự biến dạng ở bề mặt hoặc dƣới bề mặt xảy ra theo chu kỳ là nguyên nhân xuất hiện các vết nứt (từ mầm vết nứt hoặc những chỗ trống hoặc vết nứt tế vi có sẵn) ở trên bề mặt hoặc ở dƣới bề mặt. Các vết nứt này tiếp tục phát triển. Sau một số lần tiếp xúc nhất định, các nhấp nhô này bị phá huỷ và tạo thành hạt mòn. Rất khó có thể chứng minh mỏi là nguyên nhân mòn chính trong một tập hợp các điều kiện xác định. Archard và Hirst cho rằng kim loại dính sang bề mặt đối tiếp cuối cùng tách ra thành những hạt mòn do quá trình mỏi. Hệ số k trong phƣơng trình mòn do dính đƣợc giải thích là xác xuất của một đỉnh nhấp nhô tiếp xúc tạo ra một mảnh mòn mà không có một giải thích nào về bản chất vật lý của việc tạo nên mảnh mòn. Mặc dù lý thuyết mòn do dính giải thích hiện tƣợng dính vật liệu sang bề mặt đối tiếp nhƣng không giải thích đƣợc hiện tƣợng hình thành hạt mòn rời, đặc biệt sự hình thành hạt mòn của vật liệu cứng hơn khi hai bề mặt trƣợt trên nhau. Tất cả những điều này có thể giải thích bằng giả thuyết rằng mòn là một quá trình mỏi. Yếu tố k có thể hiểu rằng một hạt mài đƣợc tạo ra khi một nhấp nhô có số lần tiếp xúc và biến dạng đủ để tạo nên sự nứt vì mỏi. Khi điều này xảy ra, một hạt mòn rời đƣợc tạo ra và tất nhiên cơ chế này dùng để giải thích cho sản phẩm của các hạt mòn hình thành từ cả bề mặt vật liệu rắn hơn và mềm hơn. Cơ chế mòn do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 mỏi không loại bỏ khả năng dính của vật liệu sang bề mặt đối tiếp bằng cơ chế dính nhƣng dƣờng nhƣ phần lớn các hiện tƣợng mòn đều có thể giải thích về định tính trên khía cạnh mòn do mỏi. 2.3.3.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do mỏi. Hiện nay lý thuyết mòn do mỏi chƣa đƣa ra đƣợc các nghiên cứu để xác định chính xác cơ tính của vật liệu và các tính chất bề mặt của cam tối ƣu để chống mòn do mỏi. Tuy nhiên lý thuyết mòn do mỏi đã chỉ ra rằng, để khắc phục và hạn chế hiện tƣợng hỏng bề mặt cam do mòn mỏi ta cần phải chống biến dạng dẻo và nứt tế vi dƣới bề mặt chi tiết, cũng chính là hạn chế mòn do biến dạng dẻo và cào xƣớc. Với điều kiện vận tốc mâm máy quay là 25vòng/phút, tấc độ quay của chày dập cũng nhỏ. Do đó mòn do mỏi không phải là mòn chính đối với bề mặt chi tiết cam. 2.3.4. Mòn fretting. 2.3.4.1. Hiện tƣợng. Hiện tƣợng fretting xảy ra khi chuyển động tƣơng đối giữa hạt mài với bề mặt cam dao động với biên độ thấp (trong khoảng vài chục nanômét đến vào chục micrômét) xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chung của các bề mặt (về danh nghĩa là đứng yên). Đây là hiện tƣợng có thể sảy ra bởi vì nếu máy lắp đặt khi làm việc có dao động. 2.3.4.2. Cơ chế mòn fretting. Thực chất fretting là một dạng của mòn do dính và do hạt cứng mà ở đó tải trọng pháp tuyến gây nên hiện tƣợng dính ở đỉnh các nhấp nhô và chuyển động dao động gây nên sự cắt đứt tạo nên các mảnh mòn. Fretting kết hợp với ăn mòn hoá học là hiện tƣợng phổ biến gọi là fretting hoá. Ví dụ các hạt mòn thép sạch đƣợc tạo ra giữa hai bề mặt sẽ bị ô xy hoá tạo thành ô xít Fe203 sẽ là nguồn các hạt cứng trên mặt tiếp xúc chung. Bởi vì các bề mặt đƣợc ép sát với nhau và dao động với biên độ rất nhỏ nên các bề mặt không bao giờ tách rời nhau và nhƣ thế sẽ không có cơ hội để các mảnh mòn này lọt ra ngoài. Dao động tiếp tục xảy ra tạo ra các mảnh mòn mới và tiếp tục bị ô xy hoá và cứ thế lặp lại. Do vậy mòn trên một đơn vị chiều dài trƣợt do fretting có thể lớn hơn so với mòn do dính và do cào xƣớc thông thƣờng. Dao động trong mòn fretting chủ yếu do kích động từ bên ngoài, nhƣng trong nhiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 trƣờng hợp đó là kết quả của một trong những chi tiết chịu ứng suất thay đổi chu kỳ. Các vết nứt sẽ đƣợc tạo ra và dạng mòn đó gọi là mỏi fretting. Mòn do fretting sẽ tăng đột ngột khi biên độ dao động trƣợt vƣợt qua dải biên độ giới hạn. Với một biên độ dao động nhất định, khối lƣợng mòn vật liệu đầu ép trên một đơn vị chiều dài trƣợt của một đơn vị tải trọng pháp tuyến sẽ tăng tuyến tính theo số chu kỳ dao động tới biên độ dao đến 100 m. Khi vƣợt qua biên độ giới hạn này, tốc độ mòn sẽ đạt tới hằng số giống nhƣ tốc độ mòn trong trƣợt liên tục và trƣợt khứ hồi. Điều này cho phép đƣa ra một giới hạn trên có thể của biên độ trƣợt cho fretting. Ở biên độ nhỏ, đặc trƣng của fretting, vận tốc trƣợt tƣơng đối nhỏ hơn rất nhiều so với trƣợt thông thƣờng mặc dù biên độ dao động có thể cao. Tốc độ mòn do fretting tỷ lệ thuận với tải trọng pháp tuyến với biên độ trƣợt cho trƣớc. Trong trƣợt bộ phận, tần số dao động ít ảnh hƣởng tới tốc độ mòn trên một đơn vị chiều dài trƣợt trong dải tần số thấp. Tăng tốc độ biến dạng ở tần số cao dẫn đến tăng phá huỷ do mỏi và ăn mòn hoá học do nhiệt độ tăng. Tuy nhiên trong trƣợt toàn phần tần số ít có ảnh hƣởng. 2.3.4.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn fretting. Mòn fretting không phải là mòn chính gây hỏng bề mặt chi tiết, bởi vì biên độ dao động của máy ZP33B rất nhỏ. Để giảm đến mức thấp nhất mòn do fretting, máy lắp cam thiết kế phải giảm đến tối thiểu dao động, giảm ứng suất hoặc loại trừ việc thiết kế hai vật liệu cam và chày có cơ tính gần giống nhau. 2.3.5. Mòn do va chạm. 2.3.5.1. Mòn do va chạm của hạt cứng (erosion). + Hiện tƣợng. Erosion là hiện tƣợng va chạm của các hạt mài cứng với bề mặt cam. Đây là một dạng của mòn cào xƣớc do hạt cứng gây ra nhƣng có đặc trƣng riêng đó là ứng suất tiếp xúc sinh ra do năng lƣợng động lực học của các hạt khi va chạm vào bề mặt. Tốc độ của hạt, góc va chạm kết hợp với kích thƣớc của các hạt tạo nên năng lƣợng va chạm của chúng tỷ lệ với bình phƣơng vận tốc. Các mảnh mòn do va chạm tách ra khỏi bề mặt sau một số chu kỳ va chạm nhất định. + cơ chế mòn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Tƣơng tự nhƣ mòn do cào xƣớc, nguyên nhân của mòn vật liệu cam do va chạm bề mặt là biến dạng dẻo và nứt tách phụ thuộc vật liệu cam và các thông số của quá trình. Hình dạng của các hạt mài ảnh hƣởng đến kiểu biến dạng dẻo xảy ra quanh vị trí va chạm và có quan hệ với lƣợng vật liệu bị đẩy ra. Trong trƣờng hợp vật liệu dòn, mức độ và sự khốc liệt của các vết nứt phụ thuộc vào độ sắc của các hạt, các hạt sắc gây mòn mạnh hơn so với hạt cùn. Đối với vật liệu dẻo, ngƣời ta đã quan sát đƣợc hai cơ chế mòn cơ bản do va chạm của hạt cứng đó là cắt (cutting erosion) và cày (ploughing erosion). Tuy nhiên mức độ mòn gây ra bởi hai cơ chế này cũng phụ thuộc vào góc va chạm. Ở chế độ cắt mòn xảy ra mạnh nhất theo phƣơng grazing và chế độ cày theo phƣơng vuông góc. Độ cứng bề mặt và tính dẻo của vật liệu đầu ép là hai tính chất quan trọng nhất của vật liệu chống lại mòn do va chạm cắt và biến dạng dẻo của hạt mài. + Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn do va chạm của hạt cứng (erosion). Mòn do va chạm của các hạt mài là một vấn đề quan tâm trong trong nghiên cứu mòn vật liệu do va chạm hạt cứng, đối với quy trình vận hành máy do quá trình quay diễn ra chậm (tốc độ vài mét trên phút) vì vậy mà sự va chạm diễn ra không phức tạp, năng lƣợng va chạm nhỏ nên ảnh hƣởng gây mòn là rất nhỏ. 2.3.5.2. Mòn do va chạm của các vật rắn (percussion). + Hiện tƣợng. Mòn do va chạm của các vật rắn là va chạm có chu kỳ của vai chầy với bề mặt cam. Trong phần lớn các ứng dụng va chạm liên quan đến trƣợt nghĩa là bao gồm cả thành phần pháp và tiếp. Mòn do va chạm của các vật rắn xảy ra nhờ cơ chế hybrid là sự kết hợp của một loạt cơ chế: dính, hạt cứng, mỏi bề mặt, nứt tách và tribochemical. + Cơ chế mòn. Mòn do va chạm tỷ lệ thuận với yếu tố trƣợt bởi vì mòn chủ yếu xảy ra trong phần va chạm của trƣợt tƣơng đối. Va chạm pháp tuyến trên bề mặt cứng hơn có thể tạo nên cơ chế mòn do mỏi dƣới bề mặt. Một va chạm xảy ra cùng sự trƣợt (va chạm kết hợp) tạo nên mỏi bề mặt và hoặc dính, mòn do cào xƣớc. Các cơ chế mòn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 riêng biệt phụ thuộc vào hình học, vật liệu và các thông số của quá trình. Với các vật liệu có độ dai va đập cao, sự tham gia của mỏi bề mặt có thể bỏ qua. 2.3.5.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến mòn va chạm. Mòn do va chạm không phải là mòn chính gây mòn chi tiết, vì vận tốc di chuyển của cam rất nhỏ, và các hạt mài có khối lƣợng rất nhỏ, khi tiếp xúc với bề mặt cam đƣợc nén từ từ do đó vận tốc va chạm gần bằng không. Tuy nhiên để hạn chế mòn, lý thuyết mòn do va chạm đã cho ta thấy cần phải hạn chế tối thiểu mòn do cào xƣớc băng biến dạng dẻo và mòn do mỏi. 2.3.6. Đánh giá ảnh hƣởng của các dạng hao mòn ở chi tiết cam. Mòn do dính: + Giới hạn chảy của vật liệu cam phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam, giới hạn mòn và lực ép của máy. + Tạo độ bóng và lớp màng bề mặt hợp lý nhằm giảm ma sát trên bề mặt chi tiết cam Mòn do cào xƣớc bằng biến dạng dẻo. + Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu đầu ép phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam và lực ép của máy. + Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. Mòn do cào xƣớc bằng nứt tách. + Khắc phục và hạn chế biến dạng dẻo trên bề mặt cam tức là phải đảm bảo: - Giới hạn chảy hay độ cứng của vật liệu cam phải phải thoả mãn yêu cầu tuổi bền cam và lực ép của máy. - Tăng độ bóng, làm giảm các nhấp nhô trên bề mặt chi tiết cam. + Ƣu tiên tăng độ cứng bề mặt nhƣng không nên cao quá nhằm đảm bảo độ dẻo, độ dai va đập dƣới vùng biến dạng của bề mặt chi tiết cam 2.4. Chỉ ra các hạn chế của chi tiết và xác định yêu cầu kỹ thuật chế tạo chi tiết Cam trƣợt của máy ZP33B trong quá trình làm việc vừa chịu nén vừa chịu mài mòn do trƣợt trên vai chầy, song lực nén nhƣ ta tính phần trên là nhỏ chủ yếu mài mòn bền mặt cam dẫn là do các quá trình mòn xẩy ra do tiếp xúc giữa vai chầy với cam Khi lƣợng mòn quá giới hạn cho phép thì tuổi thọ của cam hết, khi cam đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 chế tạo thành 6 mảnh, nếu kích thƣớc không đảm bảo độ chính xác sẽ xẩy ra 2 khả năng: hoặc là không lắp đƣợc, hoặc là tạo thành khe hở gây khó khăn khi vai chày trƣợt trên đó. Do đó yêu cầu kỹ thuật chế tạo cam là: + Độ cứng tính toán của vật liệu cam phải đảm bảo yêu cầu tuổi bền cam, giới hạn mòn và lực ép của máy. + Vật liệu cam phải có hệ số ma sát tiếp xúc với vai chày nhỏ + Tạo độ bóng trên bề mặt cam nhằm giảm các mấp mô và ma sát trên bề mặt chi tiết cam. + Tạo lớp màng bề mặt sao cho độ cứng bề mặt được tăng lên, độ dòn nhỏ và liên kết tốt với kim loại gốc trên bề mặt cam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO SẢN PHẨM BẰNG CÔNG NGHỆ CAO VÀ CÁC BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ BỀ MẶT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM 1. Giới thiệu chung Ngày nay các sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lƣợng, độ chính xác gia công, mức độ tự động sản xuất và đặc biệt là yêu cầu về kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm phải đƣợc thay đổi một cách thƣờng xuyên và linh hoạt. Vì vậy nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới hoặc chép mẫu và thiết kế lại từ các sản phẩm đã có là rất lớn. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển công nghệ mới, trong đó có công nghệ CAD/CAM/CNC và kỹ thuật tái tạo ngƣợc. Từ những năm 90 của thế kỷ trƣớc, kỹ thuật tái tạo ngƣợc đã đƣợc nghiên cứu áp dụng trong lĩnh vực phát triển sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế các mô hình 3D từ mô hình cũ đã có nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật tái tạo ngƣợc ngày càng phát triển theo sự phát triển của máy quét hình, máy đo 3 chiều và các phần mềm CAD/CAM. Trong công nghệ gia công truyền thống để chế tạo một sản phẩm từ ý tƣởng hoặc nhu cầu sản xuất, ngƣời ta thiết kế mô hình CAD rồi đem sang máy công cụ để gia công. Tuy nhiên trong thực tế, đôi khi ngƣời ta cần chế tạo theo những mẫu có sẵn mà không có mô hình CAD tƣơng ứng nhƣ một số loại sản phẩm sau: - Các sản phẩm đồ cổ - Những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu - Những chi tiết không rõ xuất xứ hoặc coppy mẫu sản phẩm đã có - Những tác phẩm điêu khắc - Những chi tiết phức tạp - Bộ phận con ngƣời và động vật dùng trong kỹ thuật y sinh... Để tạo đƣợc mẫu của những sản phẩm này, trƣớc đây ngƣời ta đo rồi vẽ phác hoặc dùng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phƣơng pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là những chi tiết có hình dáng hình học phức tạp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Ngày nay ngƣời ta đã sử dụng máy đo 3 chiều CMM hoặc máy quét hình để quét hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạo đƣợc mô hình CAD 3D dƣới dạng khối hoặc bề mặt với độ chính xác cao. Mô hình 3D này có thể dễ dàng chỉnh sửa hoặc thay đổi kiểu dáng. Để nâng cao độ chính xác thiết kế và chế tạo sản phẩm cũng nhƣ năng xuất và hiệu quả khi chế tạo cam dẫn, tác giả ứng dụng kỹ thuật tái tạo ngƣợc trên máy đo 3 chiều CMM và các phần mềm CAD/CAM để thiết kế và phân tích độ chính xác thiết kế và chế tạo sản phẩm trên máy tiện vạn năng và máy phay CNC để gia công biên dạng cam dẫn. 2. Thiết kế tái tạo sản phẩm 2.1. Các phương pháp quét 2.1.1. Phương pháp quang học Phƣơng pháp quang học là phƣơng pháp dùng ánh sáng để quét vật thể nhƣ máy quét laser và máy quét ánh sáng trắng. Cả 2 loại máy này khi quét đều không tiếp xúc trực tiếp với vật. Máy quét laser: Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cƣỡng bức. Laser là loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng có thể nhìn thấy đƣợc. Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn sắc có bƣớc sóng rất ngắn và góc phân kỳ rất nhỏ. Bƣớc sóng phụ thuộc vào vật liệu phát ra tia laser. Không giống nhƣ máy CMM thƣờng là hệ máy đặt cố định, ngay cả với máy CMM cầm tay, việc đo đòi hỏi nhiều công sức và không đơn giản; các máy quét laser lại có thể đo các vật từ gần tới xa đến 35 mét, có thể đạt độ chính xác khoảng 25 micron với khoảng cách 5 mét. Máy quét dùng ánh sáng trắng: Máy đo thông dụng của phƣơng pháp này là máy COMET 250. Bằng phép đo tam giác (triangulation) dùng ánh sáng trắng hệ thống máy chuyên ứng dụng cho các bộ phận nhỏ, đòi hỏi chính xác cao nhƣ các hình điêu khắc bằng tay Bằng kỹ thuật chiếu patented fringe (cho ánh sáng giao thoa), Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 COMET tạo ra đám mây điểm dữ liệu chính xác và dày đặc, từ đó tạo điều kiện để tạo ra mô hình 3D của vật thể. COMET số hóa bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ. Việc quét dùng tia laser hay ánh sáng trắng đều dựa trên nguyên lý tam giác. Ở biểu đồ trên, nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm nằm trong tầm quan sát của máy quay đặt ở đỉnh. Vì góc và khoảng cách giữa nguồn sáng và máy quay là không đổi và hƣớng của tia sáng là xác định nên kích thƣớccủa bề mặt ánh sáng chiếu đến là có thể tính đƣợc. Trong hình trên nếu cửa xe di chuyển gần hơn, máy quay sẽ nhìn thấy điểm đƣợc đánh dấu nằm ở dƣới hơn và độ dày tính đƣợc sẽ lớn hơn. Hệ thống số hóa 3 chiều COMET: Mỗi lần chiếu của COMET 250 có thế tích là 230*180*250 mm và độ chính xác là +/-0.06mm Mỗi lần chiếu đo đƣợc 420000 điểm trong 30 giây. Với những vật lớn hay vật có hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều đƣợc đo. Không có hạn chế về số lần chiếu cũng nhƣ các vùng để đo với mỗi vật. Sắp xếp 1 cách tổng thể các vùng đƣợc số hóa COMET số hóa các bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ, đây là một hệ thống linh hoạt bởi các vùng tập trung dữ liệu cao đƣợc sắp xếp theo nhiều kỹ thuật khác nhau. Sau quá trình quét, các vùng đƣợc sắp xếp lại 1 cách tổng thể bởi phần mềm COMET để tạo nên 1 dải mây điểm 3 chiều. Không cố định, kích thƣớc của dải mây này có thể lên đến hàng triệu điểm. Tọa độ của những điểm này đƣợc hệ thống tính toán và kết quả thu đƣợc là đám mây điểm dày đặc chứa nhiều đƣờng hay mô hình đa giác. Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL. Phần mềm cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mô hình CAD và các tính toán phục vụ cho báo cáo về biểu màu. Máy quét dùng ánh sang nhƣ COMET 250 chụp gần nửa triệu điểm trong 1 lần bấm thì phức tạp hơn một chút, nhƣng về nguyên lý cơ bản thì cũng giống nhƣ trên. Sự khác biệt giữa ánh sang trắng và laser: Xét về tính chất, 2 nguồn sáng này hoàn toàn khác nhau nhƣng khi chúng liên quan đến kết quả đo thì sự khác biệt chỉ là rất nhỏ. Theo toán học, cả 2 đều ứng dụng thuật toán dùng phép đo tam giác, vốn đã có cùng đặc điểm về độ chính xác và độ phân giải – chúng đều là các kỹ thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 chiếu dùng ánh sáng. Việc ngƣời dùng chọn loại kỹ thuật chiếu nào phụ thuộc vào ứng dụng. Ánh sáng laser đƣợc hội tụ vào 1 tia hay một bản để bao phủ một khu vực nhất định mỗi lần và do đó chỉ có thể đo một số điểm nhất định nằm trong dải tia laser đó. Ánh sáng trắng trong hệ thống COMET, có khả năng bao phủ cả một vùng mỗi lần. Mỗi lần quét trong vùng này có thể thu đƣợc 420000 điểm dữ liệu. Hơn nữa, bằng việc chiếu các kiểu bóng đã đƣợc mã hóa trong các vùng đó, rất nhiều điểm nữa có thể đo đƣợc so với các điểm thu đƣợc khi dùng tia laser. Điều này cho thấy đấy là hệ thống quét nhanh hơn nhiều so với đo 3 chiều CMM. Hệ thống laser có thể đƣợc tạo ra với chi phí thấp hơn do chi phí thấp. Tuy nhiên, hệ thống này lại chậm hơn nhiều so với hệ thống dùng ánh sáng trắng. Những hệ thống ứng dụng các nguồn sáng trên đã đƣợc xây dựng nhƣng chƣa thấy hệ thống nào nổi trội hơn về độ chính xác. Hệ thống laser dễ bị ảnh hƣởng với dữ liệu âm thanh với các bề mặt phản xạ nhƣng cũng có những kỹ thuật để khắc phục vấn đề này. Mỗi vùng nhỏ khoảng 8 inch2. Nếu vật quét có kích thƣớc lớn hơn 8’’, sẽ có nhiều lần quét hơn. Mỗi lần quét cần “gối” lên lần quét trƣớc đó để có đƣợc một vật hoàn chỉnh. Có nhiều kỹ thuật để quét những vật lớn và mỗi kỹ thuật sẽ cho ra những kết quả khác nhau. Một lần nữa, giải pháp quét tối ƣu phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Thƣờng thƣờng với 1 mô hình ô tô thực tế độ chính xác là 0.1mm và với cánh máy bay Boeing là 0.25 mm. COMET 250 rất thích hợp đối với những bộ phận có dung sai nhỏ nhƣ bộ phận trong xe máy và các dụng cụ tạo ra bằng việc phun vật liệu nóng vào khuôn đến những ứng dụng cần ít độ chính xác hơn nhƣ đồ chơi bằng nhựa. Sau khi quét hình các phƣơng pháp trên đều cho dữ liệu là đám mây điểm. Đám mây này phải đƣợc chuyển sang dạng lƣới tam giác để xây dựng mô hình mặt. 3.2.1.2. Phương pháp cơ học Dùng máy đo dạng tiếp xúc nhƣ máy đo toạ độ 3 chiều CMM để đo các thông số hình học hoặc quét hình theo phƣơng pháp toạ độ. Khi quét bằng phƣơng pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo có toạ độ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 (x,y,z) và tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu là tập hợp các biên dạng. Máy đo toạ độ là tên gọi chung của các thiết bị vạn năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phƣơng pháp toạ độ. Thông số cần đo đƣợc tính từ các toạ độ điểm đo so với gốc toạ độ của máy. Các loại máy này còn đƣợc gọi là máy quét hình vì chúng còn đƣợc dùng để quét hình dáng của vật thể. Có hai loại máy đo toạ độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo đƣợc dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo đƣợc điều khiển tự động bằng chƣơng trình số). Máy đo 3D có phạm vi sử dụng lớn. Nó có thể đo kích thƣớc chi tiết, đo profile, đo góc, đo độ sâu... Nó cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một chi tiết nhƣ độ song song, độ vuông góc, độ phẳng. ...Đặc biệt máy có thể cho phép đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian, nhƣ bề mặt khuôn mẫu, cánh chân vịt, mui xe ô tô... Để dễ dàng cho việc tính toán kết quả đo, kèm theo máy là phần mềm thiết kế cho từng loại thông số cần đo. Mỗi hãng chế tạo máy CMM đều viết riêng cho các máy của mình những phần mềm khác nhau. Mỗi phần mềm có thể có nhiều môđun riêng biệt ứng dụng cho từng loại thông số cần đo.Ví dụ máy CMM của hãng Mitutoyo có các môdun phần mền sau đây: - Geopak: có nhiều cấp độ khác nhau, dùng cho đo lƣờng vật thể 3D, có thể xuất sang file dạng .gws, stl, igs.. để chuyển đổi dữ liệu đo thành dữ liệu chuỗi điểm cho thiết kế chi tiết bằng phần mềm Catia, Topsolid, Pro/Engineer - Scanpak: dùng để số hoá biên dạng 3D của vật thể, chuyên dùng để quét biên dạng và bề mặt 3D dùng cho tái tạo ngƣợc - Statpak : chuyên dùng để sử lý số liệu đo. - Gearpak: chuyên dùng cho đo bánh răng chuyển dữ liệu từ máy CMM sang máy kiểm tra bánh răng. - Tracepak: chƣơng trình quét vật thể 3D cho máy CMM vận hành bằng tay. Máy CMM có nhiều chủng loại khác khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ dò. Máy có thể chỉ có hệ điều khiển bằng tay hoặc có hệ điều khiển CNC/PC. Các máy CMM thƣờng đƣợc sử dụng để đo kích thƣớc, đo kiểm mẫu, góc, hƣớng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 hoặc chiều sâu.Các tính năng chung của máy CMM là có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, tái tạo ngƣợc, phần mềm SPC và bù nhiệt độ. Các thông số cơ bản đƣợc quan tâm của máy là các hành trình đo theo trục X,Y,Z; độ phân giải và trọng lƣợng vật đo. Trong giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng máy đo 3 chiều CMM C544 tại trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp để scan và xây dựng lại mô hình 3D của sản phẩm 2.2. Quét hình bề mặt chi tiết - Gá đặt chi tiết: Chi tiết cần quét đƣợc cố định trên bản máy. Đặt bàn máp và vật đo lên bàn đo của máy CMM C544 sao cho các cạnh của bàn máp song song với các trục x, y của máy. - Khởi động và kiểm tra hệ thống: Lắp đầu đo 1.5mm và nối cán đầu đo sao cho có đủ chiều sâu đo hết đƣợc biên dạng và bề mặt sản phẩm. - Bật máy nén khí, máy sấy khí. - Bật van khí nén, kiểm tra mức khí ở mức 0,4 MPa. - Khởi động máy tính, Khởi động chƣơng trình MCOSMOS24. - Nhấn phím START trên joystick. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Hình 3.5. Giao diện phần mềm GEOPAK - Đặt tên cho chƣơng trình đo trong phần part manager. - Nhấn vào nút CMM learn mode. - Hiệu chuẩn đầu đo: Độ chính xác khi đo phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ phòng và độ chính xác của đầu đo, do vậy trƣớc khi đo ta phải hiệu chuẩn đầu đo. Sử dụng quả cầu hiệu chuẩn MasterBall đƣợc lắp trên bàn máy để hiệu chuẩn, ta phải đo quả cầu MB này trên 6 điểm bất kì của MB. Sau khi đo quả cầu có đƣờng kính 19.9956mm. Tiến hành dịch chuyển đầu đo bằng joystick (Một thiết bị để dịch chuyển máy bằng tay). Khi tiến hành đo MB ta nhấn vào nút MEAS trên joytick và chạm 6 điểm bất kỳ trên MB. Sau khi đo 6 điểm trên MB máy sẽ báo kết quả đƣợc hiệu chuẩn của đầu đo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 - Lập hệ toạ độ của chương trình đo: Tiến hành đo một điểm để chọn làm gốc toạ độ, click nút Element Point sau đó tiến hành đo 1 điểm. Đo một mặt phẳng để chọn mặt phẳng đó làm mặt phẳng chuẩn Oxy. Sau khi đã có một điểm và một mặt phảng, ta tiến hành lập hệ toạ độ bằng chọn menu Co-or sys. Click Align plane… để chọn mặt phẳng đã đo làm mặt phẳng chuẩn Oxy Click ok Create origin… để chọn 1 điểm làm gốc toạ độ Lúc này đã có hệ toạ độ cho chi tiết cần đo, vẫn giữ nguyên trục x, y, z theo toạ độ máy. - Đo biên dạng bao quanh vật thể: Nhấn menu Machine, chọn CNC on/off lúc này máy sẽ có khả năng chạy tự động. Click Element Contour, ta chọn chế độ tự động (Auto). Điều chỉnh Joytick để đầu đo tiến gần sát vật thể ở một cao độ nhất định, nhấn OK. Máy sẽ tự động quét biên dạng bao quanh chi tiết. Ta tiến hành lƣu chi tiết bằng cách nhấn menu Contour chọn Contour save. Sau khi đã lƣu chi tiết ta thoát khỏi chƣơng trình. Trở lại với màn hình Part Manager. Nhấn vào Menu CMM/ Patch Scanning Generator, Click chọn nút contour , chọn biên dạng bao ngoài đã đƣợc quét. Chọn hƣớng quét là hƣớng nằm trên mặt phảng XZ, với chiều sâu trục Z là -35.5mm. Chọn thông số về bƣớc là 1,2mm. Sau đó thoát khỏi chƣơng trình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Chạy lại phần CMM Learn Mode, chọn relearn, nhấn OK. Nhấn nút chạy chƣơng trình con . Lúc này máy sẽ tự động quét bề mặt vật thể từ chiều sâu z = - 35.5mm. Máy đã có “vùng hoạt động” để có thể tiến hành cắt lớp vật thể. “Vùng hoạt động” chính là biên dạng bao đã đƣợc quét từ trƣớc. Hình 3.6. Thiết lập các thông số Scan Hình 3.7. Dữ liệu quét hình Sau khi máy chạy xong, toàn bộ phần bề mặt đƣợc quét đƣợc hiển thi ở dạng lƣới điểm. Ta tiến hành xuất dữ liệu thành File dwg, gws, iges, dxf, stl... Để đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 các định dạng khác nhau. Phần mềm Transpak sẽ chạy và chuyển dữ liệu sang các dạng khác đƣợc tích hợp sẵn trong Mcosmos24 theo tuỳ chọn. 2.3. Xây dựng bề mặt Đây là giai đoạn quan trọng trong qui trình công nghệ vì nó quyết định đến độ chính xác của bề mặt cần chế tạo. Xây dựng bề mặt là tạo ra các bề mặt trơn từ các đám mây điểm hoặc từ các dữ liệu biên dạng thành bề mặt của vật thể. 2.3.1. Xây dựng lưới bề mặt từ các đám mây điểm Bằng cách nối các điểm cạnh nhau để tạo thành các hình tam giác. Tùy vào mức độ chính xác quét mà mật độ các đám mây điểm sẽ khác nhau. Những phần gấp khúc, lồi lõm hay những phần giao nhau của các bề mặt phải chọn mật độ điểm dày hơn, những mặt trơn thì có mật độ điểm thƣa hơn. Do đó khi xây dựng lƣới tam giác ở những vùng khác nhau thì chúng ta có mật độ tam giác cũng khác nhau tùy thuộc vào độ phân giải của từng vùng. Hình 3.8. Xây dựng lưới bề mặt 2.3.2. Đơn giản hoá lưới tam giác Bằng cách giảm số lƣợng tam giác không cần thiết và tối ƣu hoá vị trí các đỉnh. Sau đó nối các cạnh của mỗi tam giác trong lƣới sao cho các điểm hình học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 không thay đổi. Sau khi đơn giản hoá bề mặt vật thể sẽ trơn hơn và có độ phân giải thấp hơn nhƣng không làm thay đổi vị trí và hình dáng của vật thể. 2.3.3. Chia nhỏ lưới Chia nhỏ lƣới để tạo bề mặt trơn theo ý muốn. Tùy mức độ trơn cần thiết mà ta chia mật độ lƣới khác nhau, những mặt phẳng thì có thể chia các ô lƣới to hơn so với những chỗ lồi lõm và những phần giao nhau. Khi chia lƣới cần chú ý làm sao chia các lƣới càng vuông càng tốt vì nhƣ vậy độ mịn và độ chính xác tăng lên. Sau khi chia xong chúng ta đƣợc một bề mặt trơn theo ý muốn và chuyển chúng thành file CAD với nhiều định dạng khác nhau nhƣ : IGES, DXF, STL… 2.3.4. Các mô hình hình học Sau khi chuyển thành các file dạng CAD chúng ta tạo mô hình tham số CAD từ dữ liệu quét. Có thể đƣa về một trong những dạng mô hình sau: - Mô hình hình học Mô hình hình học là dùng CAD để biểu diễn toán học hình dạng hình học của đối tƣợng. Mô hình này cho phép ngƣời dùng CAD biểu diễn hình ảnh đối tƣợng lên màn hình, thực hiện một số thao tác lên mô hình nhƣ làm biến dạng hình ảnh, phóng to thu nhỏ, lập một mô hình mới trên cơ sở mô hình cũ. Từ đó, ngƣời thiết có thể xây dựng một chi tiết mới hoặc thay đổi một chi tiết cũ. Có nhiều dạng mô hình hình học trên CAD. Ngoài mô hình 2D phổ biến, các mô hình 3D có thể đƣợc xây dựng cho phép ngƣời sử dụng quan sát vật thể từ các hƣớng khác nhau, phóng to thu nhỏ, thực hiện các phân tích kỹ thuật nhƣ sức căng, tính chất cơ lý của vật liệu và nhiệt độ. - Mô hình lưới Sử dụng các đƣờng thẳng để biểu diễn vật thể. Mô hình này có những hạn chế lớn là không có khả năng phân biệt các nét thấy và nét khuất trong vật thể, không nhận biết đƣợc các dạng đƣờng cong, không có khả năng kiểm tra va chạm giữa các chi tiết thành phần và khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý. - Mô hình bề mặt và khối đặc Là mô hình tạo lập từ các điểm, các đƣờng thẳng và các bề mặt. Mô hình này có khả năng nhận biết và hiển thị các dạng đƣờng cong phức tạp, có khả năng nhận biết bề Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 mặt và cung cấp mô hình 3D, có khả năng mô phỏng quỹ đạo chuyển động nhƣ quỹ đạo của dao cắt hoặc chuyển động của các rôbốt. Mô tả toàn khối vật thể một cách rõ ràng và chính xác. Nó có thể mô tả các đƣờng thấy và đƣờng khuất của vật thể. Mô hình này trợ giúp đắc lực trong quá trình lắp ráp các phần tử phức tạp. Ngoài ra, mô hình còn có khả năng tạo mảng màu và độ bóng bề mặt. Hơn nữa, ngƣời sử dụng có thể kết hợp với các chƣơng trình phần mềm chuyên dụng khác để biểu diễn mô hình và tạo hình ảnh sống động cho vật thể. Sau khi xây dựng mô hình xong chúng ta tạo vật thể 3D từ dữ liệu quét mô hình chi tiết. Hình 3.9. Mô hình Lưới và mô hình bề Mặt 2.4. Chỉnh sửa và hoàn thiện mẫu 3D từ dữ liệu quét Sau khi quét xong dữ liệu quét thƣờng không thoả mãn các yêu cầu tái tạo bắt buộc. Vì vậy việc chỉnh sửa dữ liệu sau khi quét là hết sức cần thiết, đây là khâu quyết định đến chất lƣợng của sản phẩm, tuỳ theo yêu cầu thực tế mà hình dáng kích thƣớc của vật có thể thay đổi theo yêu cầu. Để chỉnh sửa dữ liệu quét ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng nhƣ: Geomagic, Rapidform,Catia, Pro/Engineer, Solidedge, Inventor… Mỗi phần mềm có đặc trƣng riêng mạnh về lĩnh vực nào đó vì vậy tuỳ theo quá trình chỉnh sửa mà sử dụng phần mềm cho thích hợp và đạt hiệu quả. Giữa các phầm mềm này có thể chuyển đổi định dạng cho nhau. Ở đay tác giả sử dụng phần mềm Catia để thiết kế và hoàn thiện sản phẩm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 Hình 3.10. Sản phẩm 3D Đã thiết kế hoàn thiện (cam số 1) Hình 3.11. Sản phẩm 3D Đã thiết kế hoàn thiện (cam số 3) 3. Chế tạo sản phẩm 3.1. Phân tích chi tiết chế tạo Công dụng của cam dẫn Nhƣ đã phân tích về tính năng của máy và sản phẩm phần chƣơng 2, Cam dẫn chày có tác dụng dẫn hƣớng chày đi theo biên dạng của cam đi lên hoặc xuống dƣới. Cam có kết cấu lắp ráp từ 6 mảnh, cam đƣợc lắp ráp trên mâm trụ có đƣờng kính 375mm. Bản vẽ chế tạo cam nhƣ hình 3.12, 3.13 với các giá trị nhƣ bảng 3.1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Hình 3.12. Bản vẽ chế tạo sản phẩm số 1 Hình 3.13. Bản vẽ chế tạo sản phẩm số 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Giá trị các kích thƣớc đƣợc cho nhƣ bảng 3.1 STT Sản phẩm số 1 Sản phẩm số 2 Ghi chú Kích thƣớc Giá trị Kích thƣớc Giá trị 1 L1 12 L1 12 2 L2 14 L2 14.582 3 L3 7 L3 7.274 4 L4 36.4 L4 36.4 5 L5 11.815 L5 14.048 6 L6 36.997 L6 7 7 L7 194.5 L7 32 8 RL8 187.5 RL8 187.5 9 RL9 198.5 RL9 198.499 10 RL10 201.5 RL10 201.499 11 L11 38.484 Bảng 3.1. Giá trị kích thước chế tạo cam Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật Trong quá trình làm việc, bề mặt biên dạng cam luôn tỳ ép vào chày để dẫn hƣớng chính xác các vị trí của chày. Do đó biên dạng cam có yêu cầu về độ chính xác và tính chống mài mòn cao. Bề mặt tiếp xúc và làm việc của cam yêu cầu về độ nhám bề mặt Ra = 1.25, sai số về thiết kế và chế tạo ± 0.015, mặt trụ trong của cam lắp ráp với mâm quay do đó cần về độ chính xác kích thƣớc và và độ đồng tâm với các cam dẫn khác cùng lắp trên mâm. Biên dạng cam chịu mài mòn lớn trong quá trình làm việc vì vậy chi tiết sau khi chế tạo cần nhiệt luyện không bị cong vênh hay rạn nứt và có biện pháp nâng cao tính chống mài mòn bề mặt biên dạng cam Vật liệu chế tạo Do yêu cầu về tính chống mài mòn cao và các dạng hỏng chủ yếu do mòn bề mặt làm việc nên tác giả chọn vật liệu chế tạo là thép 9XC - 9CrSi. Sau khi phân tích thành phần hoá học trên máy quang phổ ta đƣợc kết quả nhƣ bảng 3.2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 Thành phần các nguyên tố thép 9XC - 9CrSi N.tố C Cr Mn Si Ni Ti P % 0.823 1.113 0.5862 1.2351 0.0332 0.0299 0.0241 N.tố Mo V Cu W Al Fe % 0.0192 0.1499 0.2876 0.1768 0.0011 95.447 Bảng 3.1. Thành phần hoá học thép 9CrSi 9CrSi là thép hợp kim hóa tốt, đƣợc sử dụng rất phổ biến, dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tƣơng đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn. Để có cơ tính cao nhất, thép phải qua nhiệt luyện hóa tốt (tôi + ram cao) nên có tên thép hóa tốt. Thép có độ cứng 217HB; giới hạn bền là: 800N/mm2 3.2. Quy trình công nghệ chế tạo và gia công cam dẫn Nhƣ đã phân tích, cam dẫn gồm 6 mảnh có kích thƣớc tƣơng quan nhƣng biên dạng cam khác nhau đƣợc lắp trên mâm trụ, các bề mặt và biên dạng cam sau khi phân tích về điều kiện làm việc, lắp ráp và yêu cầu về độ chính xác, cam đƣợc chế tạo theo quy trình sau: 1. Tạo phôi bằng phương pháp đúc 2. Tiện mặt trong, ngoài và mặt đầu tổng thể phôi 3. Cắt tách thành 6 mảnh phôi để gia công phay biên dạng cam 4. Lập chương trình và gia công trên máy phay CNC 5. Nhiệt luyện 6. Đánh bóng bề mặt biên dạng gia công 7. Thấm các bon để tăng khả năng chống mài mòn 8. Kiểm tra, phân tích và đánh giá độ chính xác tái tạo cam trên máy đo 3 chiều CMM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 Hình 3.14. Tiện và cắt phôi Trong giới hạn của đề tài, tác giả trình bày quy trình thiết kế công nghệ và gia công biên dạng cam trên máy phay CNC 3.3. Thiết kế chương trình gia công 3.3.1. Thiết kế CAM trên phần mềm Mastercam Sau khi đã hiệu chỉnh, sửa chữa và thiết kế bề hoàn thiện sản phẩm dạng 3D, ta tiến hành thiết kế công nghệ và lập quy trình gia công trên máy VMC-85S với hệ điều khiển là Fanuc OMD trên phần mềm Mastercam Hình 3.15. Thiết kế chương trình gia công trên Mastercam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 - Khai báo phôi gia công - Vào Jop setup để khai báo phôi - Click Post processor để chọn hệ điều hành phù hợp với hệ điều hành của máy gia công. - Nhập kích thƣớc để tạo phôi gia công hoặc click Bounding box để khai báo phôi. - Expand: nhập các khoảng cách thừa của phôi so với chi tiết. Click OK để kết thúc Hình 3.16. Khai báo phôi, vật liệu và hệ điều khiển - Thiết lập các tham số công nghệ Với sản phẩm gia công là bề mặt phức tạp, Để có thể tối ƣu hoá đƣờng toolpath nhằm đạt độ chính xác và năng xuất gia công thì cần phải lập trình cho nhiều nguyên công với các Toolpath thành phần khác nhau trên một lần gá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Hình 3.17. Thiết lập các thông số công nghệ - Mô phỏng, kểm tra và xuất chương trình NC:Sau khi đã thiết lập các thông số công nghệ, tiến hành mô phỏng quá trình phay trên máy tính nhằm phát hiện và sửa chữa các sai sót có thể, sau khi đã kiểm tra và hiệu chỉnh đạt yêu cầu ta thực hiện xuất chƣơng trình NC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Hình 3.18. Mô phỏng quá trình gia công 3.3.2. Kết nối chương trình với máy CNC Hiện nay hầu hết các máy CNC đều đƣợc kết nối với máy tính để ứng dụng công nghệ CAD/CAM, tuỳ từng hệ điều khiển của máy CNC mà có phƣơng thức truyền chƣơng trình khác nhau. Với hệ điều khiển Heidenhain có 3 phƣơng thức truyền chƣơng trình - Truyền qua cổng Enthernet - Truyền quan cổng RS232 bằng phần mềm chuyên dùng là TNCremoNT - Truyền quau ổ USB Với máy VMC-85S có hệ điều khiển là Fanuc OMD có cổng truyền RS232, có thể dùng phần mềm DNC Server và thiết lập các tham số truyền nhƣ hình vẽ Hình 3.19. Giao diện phần mềm DNC Server Để máy có thể nhận đƣợc tín hiệu truyền DNC, các tham số truyền của trung tâm gia công, máy tính và của phần mềm phải tƣơng thích nhau Cài đặt và thiết lập các tham số máy VMC-85S Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Hình 3.20. Các tham số truyền Máy tính và phần mềm DNC Server 3.3. Điều chỉnh máy để gia công - Thiết lập gốc toạ độ phôi Gốc toạ độ của chƣơng trình thiết kế trên máy tính và gốc của phôi khi khai báo phải thống nhất, để khai báo chính xác cần lập trình cho dao chạy không và điều khiển bằng tay để di chuyển dao chạm phôi và upload giá trị và gốc toạ độ G54 trong tham số máy nhƣ hình vẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Hình 3.21. Thiết lập gốc toạ độ - Thiết lập Bù đường kính dao Khi thiết kế công nghệ CAD/CAM có thể tuỳ chọn chức năng bù tự động hoặc bù theo giá trị trực tiếp trên hệ điều khiển và nhập giá trị vào tham số bù Bù trái Bù phải Hình 3.22. Bù đường kính dao - Bù chiều dài dao Trong quá trình gia công phải dùng nhiều dao có chiều dài khác nhau trong một chƣơng trình thì luôn chọn dao thứ nhất làm chuẩn và mặc định có chiều dài = 0, các dao sử dụng nguyên công sau đƣợc so sánh với dao thứ nhất và cũng đƣợc nhập giá trị l vào bảng tham số của máy Hình 3.23. Bù chiều dài dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 3.4. Gia công Cam trên máy VMC-85S Sau khi đã gá đặt, thiết lập gốc toạ độ, thiết lập các chức năng bù dao, tiến hành gia công sản phẩm nhƣ hình vẽ Hình 3.24. Gia công Cam trên trung tâm gia công VMC-85S 4. Biện pháp công nghệ bề mặt nâng cao tuổi bền của cam dẫn Để nâng cao tính chống mài mòn trên các bề mặt làm việc của cam dẫn. Nhƣ đã phân tích về điều kiện làm việc, sau khi chế tạo cam cần đƣợc sử lý bằng các công nghệ bề mặt, ở đây tác giả sử dụng phƣơng pháp hoá nhiệt luyện và thấm N lớp bề mặt. Hóa - Nhiệt luyện là đƣa chi tiết vào trong môi trƣờng thấm có thành phần, nhiệt độ thích hợp trong thời gian đủ để nguyên tố cần thấm đi sâu vào trong chi tiết sau đó đem nhiệt luyện để cải thiện hơn nữa tính chất của lớp bề mặt. 4.1. Thấm N lớp bề mặt Thấm Nitơ là quá trình khuếch tán Nitơ nguyên tử vào bề mặt kim loại. Lƣợng Nitơ trong tự nhiên khá lớn nhƣng chúng chủ yếu tồn tại ở dạng phân tử, trơ về mặt hóa học, ngoài ra, kích thƣớc của phân tử này quá lớn để có thể khuếch tán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 qua bề mặt vật liệu. Do đó, kỹ thuật thấm Nitơ tập trung vào những nguồn cung cấp Nitơ nguyên tử. Thấm nitơ không phụ thuộc vào phƣơng pháp thấm - là quá trình khuếch tán nitơ vào kim loại và quá trình khuếch tán này, sau khi nguyên tử nitơ đi qua bề mặt vật liệu, sẽ tiếp tục chừng nào nhiệt độ còn đủ cao và có sự cung cấp liên tục nitơ nguyên tử trên bề mặt. Nói cách khác, quá trình khuếch tán là giống nhau với mọi quá trình thấm nitơ, còn sự khác nhau là ở nguồn cung cấp nitơ. Yếu tố thứ hai này có ảnh hƣởng quyết định tới các tính chất nhận đƣợc của bề mặt sau thấm. 4.2. Các phương pháp thấm Nitơ truyền thống Có 3 phƣơng pháp thấm Nitơ truyền thống thƣờng đƣợc áp dụng trong công nghiệp là: Thấm Nitơ bằng bể muối với nguồn cung cấp Nitơ (và cả carbon) là muối nóng chảy; Thấm Nitơ thể khí sử dụng NH3 và Thấm Nitơ plasma. Thấm Nitơ plasma sử dụng trƣờng điện từ để tách phân tử Nitơ thành dạng ion Nitrex không sử dụng các bể muối do các vấn đề về môi trƣờng và an toàn. Hơn nữa, phƣơng pháp này không nhiều ƣu điểm ngoài việc nung nóng nhanh chi tiết. Do đó, không cần thiết mô tả phƣơng pháp này thêm. Thấm Nitơ plasma đƣợc sử dụng bởi Nitrex trong một số ứng dụng nhất định, sẽ đƣợc đề cập trong một bài riêng. Trong quá trình thấm nitơ thể khí, nitơ nguyên tử đƣợc tạo ra từ a- mô- ni- ăc. Dạng cổ điển của phƣơng pháp này dựa trên việc phân hủy a- mô- ni- ăc thành các khí thành phần- nitơ và hyđrô. Một thiết bị đơn giản gọi là burette đƣợc sử dụng để kiểm tra tốc độ phân hủy sau những khoảng thời gian nhất định và điều chỉnh lƣợng a- mô- ni- ăc phù hợp. 4.3. Vật liệu thấm Thông thƣờng các hợp kim hệ sắt, bao gồm thép không gỉ, gang, thậm chí hợp kim Titan đều có thể đƣợc thấm Nitơ. Tuy nhiên, các hợp kim khác nhau có các đặc tính khác nhau chẳng hạn trạng thái bề mặt, tốc độ khuếch tán tự nhiên và xu hƣớng hình thành Nitrit (ái lực với Nitơ). Cần hiểu rằng một quy trình thấm Nitơ sẽ tạo ra các kết quả khác nhau trên các vật liệu khác nhau. Do đó, nhiều ngƣời sử dụng gặp phải những khó khăn, đặc biệt nếu họ dùng phƣơng pháp cổ điển và không có đủ kiến thức và kinh ng