Toàn văn “Thiết bị gá kẹp phôi hàn đa năng sử dụng khí nén” trong dạy học thực hành nghề

TOÀN VĂN GIẢI PHÁP DỰ THI

THÔNG TIN CHUNG:

1. Tên giải pháp:

“ Thiết bị gá kẹp phôi hàn đa năng sử dụng khí nén”

trong dạy học thực hành nghề.

2. Ngày tạo giải pháp: 30/06/2014

3. Thuộc lĩnh vực: Giáo dục, đào tạo.

4. Người dự thi: Phạm Hoài Nam

Vũ Thị Thanh Ga

5. Tên cơ quan: Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Điện Xây Dựng Viêt Xô

6. Địa chỉ liên hệ: Khoa cơ khí chế tạo Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Điện Xây

Dựng Viêt Xô.

7. Số điện thoại: 01233779395,

E-mail: Namckct2009@gmail.com

PHẦN I. MỞ ĐẦU

Hưởng ứng hội thi sáng tạo kỹ thuật cấp tỉnh Ninh Bình lần thứ VII và

hội thi sáng tạo kỹ thuật toàn quốc lần thứ 13. Đồng thời ứng dụng các tiến bộ

khoa học để chế tạo, đồ dùng học cụ phục vụ cho công tác trọng tâm của nhà

trường là đào tạo dạy nghề và nâng cao chất lượng đào tạo giúp người học thành

thạo kỹ năng đáp ứng yêu cầu của xã hội.

Bản thân tôi nhận thấy việc thực hiện giải pháp sáng kiến kỹ thuật là việc

làm hết sức quan trọng và được xã hội rất quan tâm, đặc biệt trong lĩnh vực giáo

dục, vì giáo dục đào tạo là tạo những con người đủ đức đủ tài, phục vụ cho nền

công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước. Đất nước ta có thoát khỏi nghèo đói

hay không chính là phụ thuộc nền giáo dục đào tạo. Mặt khác khi thực hiện giải

pháp kỹ thuật, bản thân tôi được đào sâu tìm hiểu các tiến bộ khoa học, từ đó

cập nhật thêm những kỹ thuật tiên tiến để có thế truyền đạt đến người học. Đối

với người học khi sử dụng các giải pháp kỹ thuật, các em sẽ được trực tiếp tiếp

cận với những kỹ thuật mới, giúp người học nhanh tiếp thu bài học và nhanh

hình thành kỹ năng trong luyện tập tay nghề… Chính vì lý do đó tôi đã mạnh

dạn nghiên cứu chế tạo

“ Thiết bị gá kẹp phôi hàn đa năng sử dụng khí nén”

trong dạy học thực hành nghề.

PHẦN II. NÔI DUNG TOÀN VĂN GIẢI PHÁP DỰ THI

Hàn là quá trình nối cứng các phần tử kim loại với nhau bằng cách nung

nóng chỗ hàn đến trạng thái hàn là chảy hay dẻo. Sau đó kim loại đông đặc tạo

thành mối hàn.

Hàn là một trong các công nghệ chính của công nghiệp nặng, đã phát

triển nhanh trong thời gian qua. Được ứng dụng trong các ngành như đóng tàu,

ô tô, xe máy, lắp máy, dầu khí, xây dựng …

Trong công tác dạy nghề nói chung và dạy nghề hàn nói riêng mục tiêu

quan trọng nhất là việc hình thành được kỹ năng thành thạo cho người học. Đối

với nghề hàn, các kỹ năng được hình thành nhờ việc rèn luyện các bài thực hành

hàn trong các mô đun nghề hàn theo chương trình đào tạo của quốc gia. Để đạt

được kỹ năng thành thạo đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp thì người học

phải hàn được các liên kết ở các vị trí hàn trong không gian.

Các liên kết (đã nêu ở phần mô tả giải pháp) được chia ra như sau:

- Liên kết hàn giáp mối.

- Liên kết hàn góc.

- Liên kết hàn ống.

Các vị trí được chia ra như sau:

- Vị trí hàn bằng

- Vị trí hàn ngang

- Vị trí hàn leo

- Vị trí hàn trần

Để đáp ứng được mục tiêu đào tạo ra những người thợ hàn giỏi, để phục

vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa và hiện đại hóa của đất nước. Các trường dạy

nghề ngoài phải trang bị máy móc, để người học thực tập thì phải có đồ gá hàn

chuyên dụng để gá các liên kết phôi hàn theo các vị trí trong không gian. Đồ gá

hàn giúp gá chắc chắn phôi hàn để người học luyện tập hàn các vị trí hàn khác

nhau.. Theo thông tư số 43/2009/TT-BLĐTBXH ngày 31/12/2009 của Bộ Lao

động - Thương binh và Xã hội quy định về danh mục thiết bị phải có đối với

các trường đào tạo nghề hàn, thì thiết bị gá kẹp phôi hàn là một trong những

thiết bị phải có đối với mỗi cơ sở đào tạo nghề hàn. Từ đó có thể thấy được vai

trò của thiết bị gá kẹp phôi hàn trong dạy nghề hàn là rất quan trọng.

I. KHẢO SÁT THỰC TẾ

Trong thực tế một thiết bị gá kẹp phôi hàn phải đồng thời thực hiện được

3 công việc sau.

Công việc

Hình vẽ minh họa

Nội dung công việc

Công việc 1

Nâng hạ chiều cao phôi

hàn để phù hợp với vị trí

hàn và chiều cao người

học

Công việc 2

Công việc 3

Tạo ra lực kẹp giữ phôi

hàn chắc chắn trong quá

trình hàn

Xoay phôi hàn để phù

hợp vị trí hàn trong

không gian

Trước kia khi còn là một sinh viên theo học nghề hàn tại trường Đại Học

Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định, bây giờ là một giáo viên dạy nghề hàn tại trường

Cao Đẳng Nghề Cơ Điện Xây Dựng Viêt Xô. Tôi nhận thấy việc gá kẹp phôi

hàn và định vị phôi hàn trong quá trình luyện tập thông thường chỉ sử dụng vít

đai ốc để tạo lực kẹp chặt phôi hàn cho học sinh luyện tập.

Thiết bị gá kẹp phôi hàn trước đây thường chế tạo từ các ống thép có

đường kính khác nhau và lồng vào nhau để tạo chuyển động đi lên xuống và

xoay trái phải sau đó dùng vít đai ốc vít chắt để định vị các vị trí hàn trong

không gia cho học sinh luyện tập

Tuy nhiên giải pháp này lại tồn tại rất nhiều nhược điểm như.

- Chưa linh hoạt gá được phôi ở tất cả các vị trí hàn trong không gian

- Chưa linh hoạt được khi kẹp các dạng liên kết đặc biệt là liên kết góc có

kích thước bề rộng tấm phôi hẹp.

- Lực kẹp phôi (lực xiết của các bu lông) không được duy trì đủ mạnh nên

mất an toàn lao động vì phôi có thể bị rơi khi học sinh đang hàn.

- Bu lông xiết chặt phôi nhanh bị hỏng nên trong thời gian ngắn phải thay

thế cả tay gá.

Nghề hàn là nghề tương đối vất vả vì học sinh phải trực tiếp tiếp xúc với

nhiệt độ cao, khói bụi, do đó trong quá trình làm việc phải trang bị những thiết

bị bảo hộ chuyên dùng nên vào những ngày nắng nóng chỉ cần hàn một đường

hàn các em đã ướt đầm mồ hôi cộng với quần áo bảo hộ kính hàn khi gá hàn

trong điều kiện đó các em rất dễ dàng nảy sinh tính ẩu và làm cho qua, vì vậy

khi gá hàn theo phương pháp truyền thống rất dễ gây tai nạn vi phôi hàn nặng

và nóng rơi vào chân.

Trang bị nhiều

bảo hộ lao

động trong

quá trình hàn

Khói bụi

Nhiệt độ cao

Những nhược điểm kể trên ảnh hưởng lớn đến công tác giảng dạy của

giáo viên và việc luyện tập của học sinh. Rất nhiều năm trở lại đây giáo viên

giảng dạy tại các cơ sở dạy nghề trong nước luôn cố gắng nỗ lực có thể tạo ra

thiết bị gá hàn, nhằm tháo gỡ khó khăn trong việc gá hàn cũng như giúp người

học giảm bớt nặng nhọc trong quá trình luyện tập và nhiều hệ thống gá kẹp phôi

hàn ra đời để kỳ vọng có thế khắc phục những “ nhược điểm cố hữu” của hệ

thống gá kẹp phôi trong công tác đào tạo nghề hàn điển hình có thể kể đến

những thiết bị gá kẹp phôi hàn sau đây.

1, Thiết bị gá kẹp phôi hàn đa năng của thầy Nguyễn Thanh Thuận

Trường Trung cấp nghề Đăk Nông đạt giải nhì trong hội thi sáng tạo mô

hình học cụ tỉnh Đăk Nông năm 2013.

2, Thiết bị gá kẹp phôi hàn đa năng của tập thể giáo viên khoa cơ khí

động lực Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Luyện kim Thái nguyên đạt giải

nhất trong hội thi sáng tạo mô hình học cụ tỉnh Thái Nguyên năm 2013. Đạt

giải nhì trong hội thi sáng tạo mô hình học cụ toàn quốc 2013.

3, Sản phẩm “Trụ hàn đa năng” của tác giả Hồ Văn Ngữ, Lê Đình Sen

- Giáo viên trường Cao Đẳng Nghề Tỉnh BR-VT đoạt giải sáng tạo kỹ thuật

toàn quốc lần thứ 11 lĩnh vực giáo dục đào tạo…

Tuy thiết bị gá kẹp phôi hàn của các tác giả trên đã khắc phục được

nhược điểm của các giải pháp cũ là linh hoạt gá được phôi ở tất cả các vị trí hàn

trong không gian. Linh hoạt khi kẹp các dạng liên kết hàn.

Nhưng vẫn tồn tại 2 vấn đề chưa được giải quyết

+ Vẫn dùng lực kẹp giữ phôi hàn bằng vít và đai ốc.

Khi dùng vít đai ốc để tạo lực kẹp chặt phôi hàn với kinh nghiệm giảng

dạy nhiều năm về nghề hàn tôi thấy phương pháp này nảy sinh vấn đề lớn sau.

* Thứ nhất là vít và đai ốc nhanh hỏng do.

Khi hàn phải cung cấp nguồn nhiệt cao làm nóng chảy thép, nguồn nhiệt

này sẽ truyền sang vít đai ốc làm mất cơ tính của vít đai ốc, nên khi ở nhiệt độ

cao mà học sinh vặn vít để tháo phôi sẽ làm hỏng ren của vít đai ốc. Khi ren

hỏng thì lực kẹp sinh ra sẽ không đủ mạnh để giữ phôi hàn, và giảm khả năng

định vị cũng như giữ chắc chắn phôi hàn. Khi luyện tập hàn phôi hàn dễ rơi từ

trên cao xuống vào tay chân người học, gây tai nạn lao động ở vào trường hợp

này nếu chưa kịp thay vít và đai ốc khác học sinh, dễ đính phôi vào tay gá hàn

để giữ phôi hàn làm hỏng cả thiết bị gá hàn.

* Thứ hai chưa tự động gá kẹp phôi hàn cũng như nâng hạ chiều cao phôi

hàn. Nên học sinh thường tốn thời gian và công sức, để có thể gá phôi hàn trong

quá trình luyện tập.

II. HÌNH THÀNH Ý TƯỞNG

Từ những điều được nhìn thấy sự khó khăn trong quá trình gá kẹp phôi

hàn, của học sinh trong những giờ lên lớp. Tôi luôn trăn trở tìm tòi để tìm ra

phương án gá phôi nào hiệu quả hơn, giúp các em dễ dàng khi gá hàn và không

mất sức khi gá hàn. Tôi tự hỏi rằng để giữ chắc chắn phôi hàn ngoài dùng lực

kẹp từ vít đai ốc, trên thực tế còn dùng thiết bị nào khác nữa không. Trong

chương trình tôi được học có môn khí nén thuỷ lực, người ta tạo ra các lực kẹp

chặt từ áp lực khí nén và chất lỏng để kẹp chặt các chi tiết hay truyền các chi

tiết đi xa…Tuy nhiên nghề hàn khi ứng dụng thủy lực thì tương đối nguy hiểm

vì kim loại nóng chảy dễ bắt lửa vào dầu thủy lực, gây mất an toàn lao động. Vì

vây tôi đã áp dụng lực kẹp được tạo ra từ khí nén, để làm thiết bị gá kẹp phôi

hàn. Ưu điểm nổi bật của hệ thống khí nén là dễ tự động hóa, nên giảm thiểu

được sức lao động đồng thời lại an toàn với nhiệt độ cao, do khí nén giãn nở ít

và không bắt lửa.

III. GIẢI QUYẾT NHỮNG NHƯỢC ĐIỂM CÒN TỒN TẠI CỦA

GIẢI PHÁP CŨ.

Để giải quyết được những nhược điểm của giải pháp cũ, cũng như Để

biến ý tưởng tạo ra đồ gá kẹp phôi hàn, không sử dụng lực kẹp bằng vít mà

dùng hệ thống khí nén. Để kẹp phôi đồng thời thiết bị này có thể tự động kẹp

phôi hàn, và nâng hạ phôi hàn cũng như tự động xoay phôi hàn giảm sức lao

động của người học hàn tôi đưa ra cách giải quyết như sau.

Nhược điểm giải pháp cũ

Hướng giải quyết

Diễn giải

Tự động tạo

lực kẹp phôi

và nâng phôi

Muốn nâng phôi hàn phải dùng tay để

nâng phôi hàn

Dùng Piston xi lanh khí

nén

Muốn xoay phôi hàn phải dùng tay

Tự động

chuyển động

xoay phôi hàn

theo các vị trí

trong không

gian

Dùng Động cơ điện

IV. CHUẨN BỊ NGUYÊN VẬT LIỆU

Để chế tạo nên

THIẾT BỊ GÁ KẸP PHÔI HÀN ĐA NĂNG SỬ DỤNG KHÍ NÉN

cần các chuẩn bị chi tiết sau.

Stt

Tên chi tiết Thông số

Hình ảnh

Công dụng

kỹ thuật

1

Cặp bánh m = 5

răng

Truyền chuyển

động quay từ

động cơ tới tay gá

hàn để xoay phôi.

2

Piston

nâng

Cms

Tạo lực nâng hạ

phôi hàn để phù

hợp với từng vị

trí hàn và tầm với

của học sinh

300x30

3

Piston đẩy Cms

150x20

Tạo lực kẹp phôi

giữ chắc chắn

trong quá trình

luyện tập

4

Động cơ 220v AC

Tạo ra chuyển

động quay làm

xoay tay gá hàn

để phù hợp với

từng vị trí hàn

xoay chiều 6W

(9

gắn

hộp vòng/phút)

giảm tốc

5

Các phần Van

tử khí nén chiều 5/3

đảo

Đóng mở các van

khí tạo ra các

dòng khí với các

chiều khác nhau

làm cho piston đi

lên đi xuống để

nâng hạ phôi hàn

hoặc sang trái

(220 v AC)

sang phải để kẹp

hoặc nhả phôi

Van

lưu Ø4 và

Ø6

tiết

Tăng hoặc giảm

lưu lượng khí đi

vào xi lanh từ đó

điều chỉnh tốc độ

của piston

6

Vòng bi

Vòng

loại 7318

bi

Làm giảm lực ma

sát giữa tay gá

hàn và tấm đỡ

giúp tay gá hàn

xoay dễ dàng

7

8

9

Bàn hàn

Thép tấm

s=5mm,

8mm,thép

ống Ø60

Để dụng cụ trong

quá trình hàn

Thanh

trượt

Thép tròn

đặc Ø24

Đỡ và tạo thanh

trượt cho bộ phận

gá phôi hàn

Che chắn Thép tấm

xỉ hàn s=1mm

Che chắn xỉ hàn

nóng chảy bắn

vào

xi

lanh

piston.

V. TIẾN HÀNH LÀM THIẾT BỊ

Vẽ sơ đồ khối thiết bị

Bước 1. Làm bàn hàn

+ Bàn hàn bao gồm chân bàn hàn và mặt bàn hàn, ngăn bàn. Bàn hàn có tác

dụng chính là để đỡ hệ thống gá kẹp phôi hàn, và mặt bàn hàn dùng để dụng cụ

nghề hàn, đồng thời hứng xỉ lỏng nóng chảy rơi xuống khi học sinh luyện tập

hàn.

Các công đoạn chế tạo bàn hàn

* Làm chân bàn hàn

Chuẩn bị phôi liệu

- Chuẩn bị thép ống Ø65 x 600

Ø 65

Ø 60

600

- Chuẩn bị thép tấm s=8mm và thép tròn đặc Ø25 cắt theo kích thước như hình

vẽ số lượng mỗi thứ 3 cái

Ø 50

100

50

5

50

300

* Làm mặt bàn hàn

- Chuẩn bị mặt bàn hàn cắt từ thép tấm s=5mm theo bản vẽ

500

100

200

20

30

* Làm ngăn bàn hàn

- Chuẩn bị ngăn bàn hàn cắt thép tấm s=5mm theo bản vẽ

Cắt 2 tấm có kích thước sau

320

20

200

20

200

Cắt 2 tấm có kích thước sau

20

500

Cắt 1 tấm có kích thước

200

500

Hàn đính các chi tiết lại với nhau theo bản vẽ và tiến hành hàn thành bàn

hàn như hình ảnh sau.

Bước 2. Làm thanh trượt.

Thanh trượt có tác dụng định hướng cho tấm đỡ trượt suốt theo chiều dài

thanh trượt từ đó kéo theo phôi hàn được nâng lên hạ xuống.

Hai thanh trượt được chế tạo từ thép tròn đặc kích thước như bản vẽ.

Ø 24

545

Sau đó được hàn vào mặt bàn hàn như hình vẽ.

352

545

50

Bước 3. Làm tấm đỡ

Tấm đỡ có tác dụng đỡ tay gá hàn bộ phận gá kẹp phôi hàn, động cơ, vòng

bi, piston xi lanh khí nén, bánh răng ăn khớp giữa đông cơ điện và bộ phận gá

kẹp phôi hàn.

Chuẩn bị phôi liệu.

- Mặt tấm đỡ chế tạo từ thép tấm s=8mm kích thước như bản vẽ.

R45

300

272

- Ống trượt tiện ống như hình vẽ số lượng 4 ống.

Ø 24

Ø 40

50

- Hàn ống trượt vào mặt tấm đỡ như hình vẽ.

- Lắp tấm đỡ vào thanh trượt.

Bước 4. Chế tạo tay gá hàn.

Tay gá hàn có tác dụng nối bộ phận gá kẹp phôi hàn với tấm đỡ, đồng thời

thông qua bánh răng ăn khớp nối với động cơ khi động cơ quay tay gá hàn cũng

sẽ quay kéo theo bộ phận gá kẹp phôi hàn, cũng quay làm phôi hàn quay theo

các vị trí hàn trong không gian.

+ Chuẩn bị phôi liệu

Vật liệu làm tay gá hàn chọn thép ống có kích thước như hình vẽ.

Ø 90

Ø 78

300

+ Lắp tay gá hàn vào tấm đỡ.

Khi lắp tay gá hàn vào tấm đỡ để tay gá hàn, có thể xoay được theo nhu cầu

của người sử dụng thiết bị khi muốn xoay phôi hàn các vị trí hàn trong không

gian, thì tôi thiết kế lắp tay gá hàn vào tấm đỡ như hình vẽ.

Mặt B

Mặt A

Phần nhô ra ngoài

bên mặt B của tấm

đỡ sau này sẽ được

lắp ghép với bánh

răng ăn khớp với

động cơ giúp xoay

tay gá hàn

+ Lắp vòng bi vào tay gá hàn bên mặt A của bàn hàn.

Vòng bi

Mặt A

Mặt B

+ Lắp bánh răng ăn khớp với động cơ để xoay tay gá hàn vào tay gá hàn

bên mặt B của bàn hàn.

Mặt A tay gá hàn lắp với

Mặt B

vòng bi

Bánh răng

+ Lắp động cơ để xoay tay gá hàn vào bên mặt B của bàn hàn.

Động cơ dùng để xoay

tay gá hàn

Bước 5. Chế tạo bộ phận gá kẹp phôi hàn.

Bộ phận gá kẹp phôi hàn có chức năng gá kẹp chắc chắn, các loại liên kết

hàn theo các vị trí hàn trong không gian, để học sinh luyện tập hàn hình thành

tay nghề.

Đặt vấn đề.

Theo thực tế sử dụng thì tay gá hàn phải làm hai nhiệm vụ sau đây

+ Gá kẹp chắc chắn được tất cả các dạng liên kết hàn có trong chương trình

đào tạo.

+ Gá chắc chắn được các liên kết hàn có trong chương trình đào tạo ở các

vị trí hàn trong không gian.

Giải quyết vấn đề

Để giải quyết được vấn đề trên tôi chế tạo bộ phận gá kẹp phôi hàn như sau

Trước hết chế tạo chi tiết có hình dạng như hình vẽ từ thép tấm s=8mm.

Ø 200

Ø 90

Sau đó tôi cho hàn vào tay gá hàn như hình vẽ.

Chi tiết được hàn vào tay gá hàn có thể xoay theo tay gá hàn.

+ Giải quyết vấn đề Gá kẹp chắc chắn được tất cả các dạng liên kết hàn có

trong chương trình đào tạo tôi chia chi tiết.

Làm 4 phần tương ứng với mỗi phần gá dạng liên kết khác nhau theo

chương trình đào tạo.

Sau khi đã chia 4 phần tôi hàn trên mỗi phần bộ phận gá kẹp để gá kẹp phôi

hàn như hình ảnh.

Bộ phận gá hàn

liên kết hàn

ống 6G

Bộ phận gá hàn

liên kết liên kết

giáp mối

Bộ phận gá hàn

liên kết góc

Bộ phận gá hàn

liên kết hàn ống

ở vị trí khác

Chi tiết gá các

bộ phận gá

phôi hàn

Vì chi tiết gá các bộ phận gá phôi hàn được hàn trực tiếp vào tay gá hàn nên

nó có thể xoay các góc độ trong không gian. Khi mô tơ xoay nên có thể gá phôi

hàn ở tất cả các vị trí trong không gian, vậy là ta có thể giải quyết được vấn đề

Gá chắc chắn được các liên kết hàn có trong chương trình đào tạo ở các vị trí

hàn trong không gian.

Bước 6. Chế tạo bộ phận tay đẩy

Bộ phận tay đẩy là một phần trực tiếp nhận nhiệt độ cao từ phôi hàn. Nó

làm nhiệm vụ chính là truyền lực đẩy từ piston khí nén, rồi truyền lực đó đến

phôi hàn và ép chặt phôi hàn, giữ phôi hàn chắc chắn trong quá trình hàn.

Đặt vấn đề

Khi chế tạo tay đẩy thì có những vấn đề sau được đặt ra.

- Một là phải chế tạo là sao để có thể tản nhiệt nhanh nhất để không truyền

nhiệt vào piston xilanh khí nén, dễ làm hỏng piston xi lanh khí nén vì tay đẩy

nhận nhiệt từ phôi hàn.

- Hai là phải chế tạo làm sao để cùng lúc tay đẩy có thể làm nhiệm vụ ép

được nhiều dạng liên kết, để phù hợp với gá các liên kết hàn theo bộ phận gá

kẹp phôi hàn vì nếu chỉ kẹp được một dạng liên kết thì khi thay tháo sẽ mất thời

gian.

- Ba là tay đẩy vừa kết nối với piston để nhận lực đẩy để ép phôi hàn đồng

thời lại phải xoay theo bộ phận gá kẹp phôi hàn.

Để giải quyết những vẫn vấn đề trên tôi đã chế tạo tay đẩy như sau.

Phần trượt trong rãnh bộ

phận gá kẹp phôi để truyền

lực đẩy từ piston kẹp phôi

hàn

Phần ống thép rỗng Ø 76 dài

300 phần này nằm trong tay gá

hàn di chuyển dọc theo tay gá

hàn để truyền lực đẩy piston

Phần kết nối piston xilanh khí

nén để nhận lực đẩy piston