ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẢN XUẤT
GHIM KẸP GIẤY

Người hướng dẫn: TS. TÀO QUANG BẢNG
Sinh viên thực hiện: LÊ QUANG CHINH
TRẦN VŨ KỲ

Đà Nẵng, 2019


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

LỜI NĨI ĐẦU

Trong tiến trình sớm đưa Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp hiện
đại, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng địi hỏi một nguồn nhân
lực vững về chun mơn, lý luận và sáng tạo trong việc áp dụng kiến thức đã học để
xử lý các vấn đề mà thực tiễn yêu cầu.
Ngay khi còn ngồi ở ghế giảng đường Đại học, sinh viên được cung cấp một
lượng kiến thức lớn, các đồ án môn học đặc biệt là đồ án tốt nghiệp đóng một vai trị
quan trọng, tổng hợp tất cả kiến thức mà sinh viên đã học. Quá trình thực hiện đồ án
tốt nghiệp giúp sinh viên tự hệ thống và hiểu sâu hơn kiến thức, đồng thời nâng cao

C
C

khả năng sáng tạo để giải quyết các vấn đề của đồ án đặt ra cũng như làm nền tảng

R
L
T.

cho công việc sau này.

Đợt làm đồ án tốt nghiệp lần này, nhóm em chọn đề tài “ Thiết kế máy sản xuất

DU

ghim kẹp giấy”. Đề tài đồ án bám sát nhu cầu thực tế hiện nay ở các đại lý kinh
doanh các mặt hàng văn phịng phẩm, đó là uốn sợi thép đàn hồi để tạo ra sản phẩm.
Được sự chỉ bảo tận tình của thầy Tào Quang Bảng, nhóm em đã hoàn thành đồ án
này đúng thời gian yêu cầu.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn rất hạn
chế nên sẽ khơng thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy, chúng em ln mong thầy cơ và các
bạn sẽ đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, nhóm em xin bày tỏ sợ biết ơn sâu sắc thầy Tào Quang Bảng cùng
các cán bộ trong xưởng cơ khí đã tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để
nhóm em hồn thành tốt nhiệm vụ đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Lê Quang Chinh
Trần Vũ Kỳ

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

LỜI CAM ĐOAN
Trong muôn vàn các phát minh sáng chế khoa học về các loại máy trong công
nghiệp,tuy nhiên mỗi người sáng chế lại có một cách thực hiện hay cải tiến để không
bị trùng lặp các ý tưởng trước đó.
Trên tinh thần đó, nhóm chúng em gồm Trần Vũ Kỳ và Lê Quang Chinh thực hiện
đề tài máy sản xuất ghim kẹp giấy trên cơ sở có sẵn, tuy nhiên bọn em đã cải tiến cũng
như kết cấu thay đổi so với máy có trên thị trường.
Trong đề tài tốt nghiệp của bọn em, bọn em cam đoan tự làm 100% dưới sợ góp ý
giúp đỡ trực tiêp từ thầy T.S Tào Quang Bảng khoa cơ khí, khơng có sự copy hay nhặt
nhạnh từ đề tài cũ.

C
C

Với đề tài thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy chúng em cam đoan tự

R
L
T.

thiết kế, tự làm, nếu có sự tranh chấp bọn em xin chịu hồn tồn trách nhiệm.

DU

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Lê Quang Chinh
Trần Vũ Kỳ

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

MỤC LỤC

Tóm tắt
Nhiệm vụ
Lời nói đầu
Lời cam đoan
Mục lục
Danh sách các bảng và hình vẽ
Chương I. Giới thiệu về các sản phẩm uốn trong văn phịng phẩm và cơng nghệ
thiết bị uốn ghim kẹp giấy ............................................................................................... 1
I.1 Nhu cầu sản xuất............................................................................................................ 1
I.1.1 Lịch sử phát triển của ghim kẹp giấy ................................................................. 1

C
C

I.1.2 Lịch sử phát triển của máy .................................................................................. 7

R
L

T.

I.1.3 Vật liệu làm ghim kẹp giấy ................................................................................. 8
I.2 Các thông số phôi thép sợi ........................................................................................... 9
I.3 Công nghệ uốn ............................................................................................................... 9

DU

I.3.1 Khái niệm uốn....................................................................................................... 9
I.3.2 Quá trình uốn ........................................................................................................ 9
I.4 Thiết bị uốn .................................................................................................................. 10
I.4.1 Phương pháp uốn thủ công................................................................................. 10
I.4.2 Phương pháp dùng máy móc thiết bị ................................................................ 11
Chương II. Phương án thiết kế, tính tốn các bộ truyền của máy....................... 13
II.1 Phân tích yêu cầu động học của máy....................................................................... 13
II.2 Lựa chọn phương án truyền động ............................................................................ 13
II.2.1 Phương án 1 Uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai .......... 13
II.2.2 Phương án 3 Uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 2 bộ truyền đai .......... 14
II.2.3 Phương án 4 Uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền xích
và 1 bộ truyền đai ........................................................................................................ 15
II.2.4 Chọn phương án thiết kế ................................................................................... 16
II.3 Sơ đồ động học của toàn máy................................................................................... 16
II.4 Vật liệu sản phẩm ghim kẹp ..................................................................................... 17
II.4.1 Tính tốn lực uốn ............................................................................................... 17
II.5 Tính tốn tốc độ quay ................................................................................................ 18
II.6 Xác định công suất dẫn động máy, chọn động cơ . ............................................... 19
II.6.1 Xác định công suất dẫn động máy ................................................................... 19
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng



Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

II.6.2 Chọn động cơ...................................................................................................... 19
II.7 Phân phối tỷ số truyền ............................................................................................... 20
II.8 Các thông số trên trục................................................................................................ 20
II.8.1 Tốc độ quay trên các trục.................................................................................. 20
II.8.2 Công suất trên các trục ...................................................................................... 20
II.8.3 Mômen xoắn trên các trục................................................................................. 21
II.9 Thiết kế bộ truyền đai.............................................................................................. 21
II.10 Thiết kế các bộ truyền hộp giảm tốc...................................................................... 25
II.11 Thiết kế cơ cấu đảo chiều quay bằng bánh răng .................................................. 33
ChươngIII. Thiết kế trục, gối đỡ, nghiệm bền then các chi tiết máy và chế tạo mơ
hình ..................................................................................................................................... 35
III.1 Thiết kế trục............................................................................................................... 35
III.1.1 Chọn vật liệu ..................................................................................................... 35

C
C

III.1.2 Tính sơ bộ đường kính trục ............................................................................. 35
III.1.3 Tính gần đúng trục............................................................................................ 36

R
L
T.

III.1.4 Tính chính xác trục .......................................................................................... 42
III.2 Thiết kế gối đỡ trục .................................................................................................. 43

DU


III.2.1 Đối với trục 1 .................................................................................................... 43
III.2.2 Đối với trục 2 .................................................................................................... 44
III.2.3 Đối với trục 3 .................................................................................................... 44
III.3 Tính chọn then ......................................................................................................... 45
III.4 Thiết kế mâm uốn .................................................................................................... 46
III.4.1 Chọn vật liệu .................................................................................................... 46
III.4.2 Cấu tạo mâm uốn .............................................................................................. 46
III.5 Thiết kế con lăn đẩy ................................................................................................. 48
III.5.1 Chọn vật liệu ..................................................................................................... 48
III.5.2 Thiết kế con lăn đẩy ......................................................................................... 49
III.6 Thiết kế cơ cấu ép con lăn ....................................................................................... 50
III.7 Lựa chọn phần tử của cơ cấu ép ............................................................................. 50
III.7.1 Lò xo .................................................................................................................. 50
III.7.2 Bulong - Đai ốc ................................................................................................. 50
III.7.3 Nguyên lí hoạt động của cơ cấu ép ................................................................. 50
III.8 Thiết kế khung máy ................................................................................................. 51
III.9 Thiết kế cơ cấu cấp dây............................................................................................ 51
III.10 Chế tạo mơ hình ...................................................................................................... 52
III.10.1 Bản vẽ tổng thể của máy ............................................................................... 52
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

III.10.2 Bản vẽ chế tạo trục ......................................................................................... 53
III.10.3 Các chi tiết lắp ráp .......................................................................................... 54
III.11 Yêu cầu về lắp đặt máy .................................................................................... 62
Chương V: Vận hành và bảo dưỡng máy. ................................................................ 63
V.1 Yêu cầu về vận hành máy ......................................................................................... 63

V.2 Yêu cầu về bảo dưỡng máy ..................................................................................... 63
V.3 Yêu cầu về sửa chữa thay thế................................................................................... 64

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của thép đàn hồi 65Mn
Bảng 1.2 Tính chất cơ lý tính của thép đàn hồi 65Mn
Bảng 2.1 Thơng số thép mạ kẽm
Bảng 2.2 Bảng các thông số trên các trục
Bảng 2.3 Bảng các thơng số trên các trục tính được
Bảng 2.4 Các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền
Bảng 2.5 Các thơng số hình học của bộ truyền bánh răng
Bảng 2.6 Bảng các thơng số hình học của bánh răng
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của thép

C

C

Bảng 3.2 Cơ tính của thép CT51

R
L
T.

Bảng 3.3 Cơ tính của thép CT45

Hình 1. 1 Ghim giấy được sáng chế bởi Johan Vaaler

DU

Hình 1. 2 Chiếc kẹp khổng lồ ở Sandvika

Hình 1. 3 Nguyên lý máy ghim kẹp giấy Middlebrook 1899
Hình 1.4 Các kiểu dáng của ghim kẹp giấy
Hình 1.5 Nguyên lý máy tạo hình kẹp giấy năm 1930
Hình 1.6 Biến dạng của phơi trước và sau khi uốn
Hình 1.7 Phơi sau khi uốn
Hình 1.8 Uốn thép sợi trong xây dựng
Hình 1.9 Mơ hình uốn kiểu xilanh thủy lực
Hình 1.10 Mơ hình uốn kéo và quay
Hình 1.11 Mơ hình uốn bằng mâm quay
Hình 2.1 Sơ đồ uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai
Hình 2.2 Sơ đồ uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 2 bộ truyền đai
Hình 2.3 Sơ đồ uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai và 1 bộ truyền
xích
Hình 2.4 Sơ đồ động phương án thiết kế

Hình 2.5 Quy đổi tiết diện trịn về tiết diện vng
Hình 2.6 Sơ đồ động học toàn máy
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Hình 2.7 Kích thước tiết diện đai
Hình 2.8 Cơ cấu đảo chiều quay
Hình 3.1 Cấu tạo mâm uốn
Hình 3.2 Lưỡi uốn và ghim kẹp
Hình 3.3 Kích thước của sản phẩm sau khi uốn
Hình 3.4 Mâm uốn hồn chỉnh
Hình 3.5 Sơ đồ hoạt động của con lăn đẩy
Hình 3.6 Thơng số chi tiết con lăn đẩy
Hình 3.7 Sơ đồ cơ cấu ép con lăn
Hình 3.8 Lị xo
Hình 3.9 Thiết kế khung máy sơ bộ

C
C

Hình 3.10 Thiết kế cơ cấu cấp dây

R
L
T.

DU


SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM UỐN GHIM KẸP GIẤY,
CÔNG NGHỆ UỐN VÀ THIẾT BỊ UỐN HIỆN NAY

I.1 Nhu cầu sản xuất ghim kẹp giấy
Như chúng ta cũng đã biết, việc sử dụng các đồ dùng, máy móc để sản xuất các sản
phẩm phục phụ cho nhu cầu của con người là không thể thiếu. Đối với các sản phẩm
trong lĩnh vực văn phịng phẩm nói riêng thì máy móc đã và đang dẫn thay thế để nâng
cao năng suất và giảm giá thành cho người sử dụng.
Trong công việc văn phịng: Ghim kẹp giấy ln có mặt ở bất cứ văn phịng làm
việc nào, nó có tác dụng kẹp các giấy tờ, hồ sơ một cách gọn gàng mà khơng bị lẫn lộn
vào nhau. Vì nhu cầu sử dụng ghim kẹp giấy là rất lớn, nên để đáp ứng nhu cầu sử dụng
này máy sản xuất ghim kẹp được ra đời.

C
C

R
L
T.

Nắm bắt được nhu cầu sử dụng này, các doanh nghiệp đã đầu tư phát triển để sản
phẩm được đa dạng và bắt mắt hơn. Hiện nay đối với các doanh nghiệp lớn chuyên sản

DU


xuất đồ dùng văn phòng phẩm, ghim kẹp được sản xuất theo một dây chuyền khép kín
gồm cấp phơi tự động, uốn, định lượng và đóng gói sản phẩm, đối với các cơ sở nhỏ lẻ
thì máy ghim được chế tạo đơn giản hơn gồm cấp phơi tự động.
Dựa trên những phân tích, tính toán và nhu cầu sử dụng sản phẩm đề tài : “THIẾT
KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY SẢN XUẤT GHIM KẸP GIẤY” được thiết kế để đáp ứng
nhu cầu thiết yếu trên.
I.1.1 Lịch sử phát triển của ghim kẹp giấy
Kẹp giấy thường có hình dạng thn với các cạnh thẳng, nhưng cũng có thể là hình
tam giác hoặc hình trịn, hoặc có hình dạng phức tạp hơn. Vật liệu phổ biến nhất là
thép hoặc một số kim loại khác , nhưng nhựa đúc cũng được sử dụng. Một số loại kẹp
giấy khác sử dụng hệ thống kẹp hai mảnh. Những đổi mới gần đây bao gồm kẹp giấy
bọc nhựa nhiều màu và kẹp chất kết dính lị xo.
Theo bảo tàng, bằng sáng chế đầu tiên cho một chiếc kẹp giấy dây uốn cong đã được
trao ở Hoa Kỳ cho Samuel B. Fay vào năm 1867. Clip này ban đầu được dùng chủ yếu
để gắn vé vào vải, mặc dù bằng sáng chế đã nhận ra rằng nó có thể dùng để đính kèm
giấy tờ với nhau. Fay nhận được bằng sáng chế 64.088 của Hoa Kỳ vào ngày 23 tháng
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

1


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

4 năm 1867. Mặc dù thiết thực và thiết thực, thiết kế của Fay cùng với 50 thiết kế khác
được cấp bằng sáng chế trước năm 1899 không được coi là gợi nhớ đến thiết kế kẹp
giấy hiện đại được biết đến ngày nay.[ Một thiết kế kẹp giấy đáng chú ý khác cũng
được Erlman J. Wright cấp bằng sáng chế tại Hoa Kỳ vào năm 1877. Clip này được
quảng cáo vào thời điểm đó để sử dụng cho các tờ báo nhanh.
Một người Na Uy , Johan Vaaler ( 1866 - 1910 ), đã được xác định nhầm là người
phát minh ra kẹp giấy. Ông đã được cấp bằng sáng chế ở Đức và ở Hoa Kỳ (1901)

cho một chiếc kẹp giấy có thiết kế tương tự, nhưng ít chức năng và thực tế hơn, vì nó
khơng có dây cuối cùng. Vaaler có lẽ đã khơng biết rằng một sản phẩm tốt hơn đã có
mặt trên thị trường, mặc dù chưa có ở Na Uy. Phiên bản của anh ta không bao giờ
được sản xuất và không bao giờ được bán trên thị trường, vì Gem cao cấp đã có sẵn.

C
C

Rất lâu sau cái chết của Vaalin, những người đồng hương của ông đã tạo ra một

R
L
T.

huyền thoại quốc gia dựa trên giả định sai lầm rằng clip giấy được phát minh bởi một
thiên tài người Na Uy không được công nhận. Từ điển Na Uy từ những năm 1950 đã

DU

đề cập Vaaler là người phát minh ra kẹp giấy, và huyền thoại này sau đó đã tìm được
từ điển quốc tế và phần lớn tài liệu quốc tế về clip giấy.
Vaaler có lẽ đã thành cơng khi có thiết kế của mình được cấp bằng sáng chế ở nước
ngồi, mặc dù trước đó đã có các clip giấy hữu ích hơn, bởi vì các cơ quan cấp bằng
sáng chế vào thời điểm đó khá tự do và thưởng cho bất kỳ sửa đổi cận biên nào của
các phát minh hiện có. Johan Vaaler bắt đầu làm việc cho Alfred J. Bryns
Patentkontor ở Kristiania vào năm 1892 và sau đó được thăng chức quản lý văn
phịng, một vị trí ông giữ cho đến khi qua đời. Là nhân viên của một văn phịng bằng
sáng chế, anh ta có thể dễ dàng có được bằng sáng chế ở Na Uy. Lý do của ơng để áp
dụng ở nước ngồi khơng được biết đến; có thể là ơng muốn bảo đảm các quyền
thương mại quốc tế. Ngồi ra, anh ta có thể đã nhận thức được rằng một nhà sản xuất

Na Uy sẽ gặp khó khăn khi giới thiệu một phát minh mới ở nước ngoài, bắt đầu từ thị
trường nhà nhỏ.
Bằng sáng chế của Vaalin đã hết hạn một cách lặng lẽ, trong khi "Đá quý" được sử
dụng trên toàn thế giới, bao gồm cả đất nước của anh ta. Sự thất bại trong thiết kế của
ơng là tính khơng thực tế của nó. Nếu khơng có hai vịng đầy đủ của kẹp giấy được
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

2


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

phát triển đầy đủ, rất khó để chèn các tờ giấy vào clip của anh ấy. Người ta có thể điều
khiển đầu dây bên trong để có thể nhận được tấm, nhưng dây bên ngồi là ngõ cụt vì
khơng thể khai thác nguyên lý xoắn. Đoạn clip thay vào đó sẽ nổi bật như một cái keel,
vng góc với tờ giấy. Tính khơng thực tế trong thiết kế của Vauler có thể dễ dàng
được chứng minh bằng cách cắt bỏ vịng lặp bên ngồi cuối cùng và một mặt dài từ
clip Gem thông thường.
Hàng ngày, chiếc kẹp giấy bằng kim loại này vẫn âm thầm giúp chúng ta có được các
tập hồ sơ gọn gàng không bị lẫn lộn với nhau, nhưng trong lịch sử, nó từng có ý nghĩa
lớn hơn rất nhiều. Trong thời kỳ thế chiến thứ hai, khi chế độ Quốc xã chiếm đóng Na
Uy, chúng đã ra lệnh cấm các phù hiệu có lá cờ quốc gia hay biểu tượng H7 của vua
Haakon VII lúc đó đang phải đi lưu vong. Để phản kháng lại mệnh lệnh này, lực lượng

C
C

kháng chiến Na Uy đã lựa chọn một chiếc kẹp giấy trên ve áo để làm biểu tượng cho

R

L
T.

mình.

Người khởi xướng huyền thoại clip giấy Na Uy là một kỹ sư của cơ quan sáng chế

DU

quốc gia Na Uy đã đến Đức vào những năm 1920 để đăng ký bằng sáng chế của Na
Uy tại quốc gia đó. Anh ta đã tìm thấy bằng sáng chế của Vauler, nhưng khơng phát
hiện ra rằng nó khơng giống với clip kiểu Gem phổ biến lúc bấy giờ. Trong báo cáo
năm mươi năm đầu tiên của cơ quan sáng chế, ông đã viết một bài báo trong đó ông
tuyên bố Vaaler là người phát minh ra clip giấy thông thường. Đoạn thơng tin này
được tìm thấy trong một số bách khoa toàn thư của Na Uy sau Thế chiến II .
Các sự kiện của cuộc chiến đó đã góp phần rất lớn vào tình trạng huyền thoại của
clip giấy. Những người yêu nước đã đeo chúng trong vạt áo của họ như một biểu
tượng chống lại quân chiếm đóng Đức và chính quyền Đức Quốc xã khi các dấu hiệu
kháng cự khác, như ghim cờ hoặc ghim cho thấy mật mã của vua Haakon VII bị lưu
đày ở Na Uy bị cấm. Những người mặc chúng chưa xem chúng là biểu tượng quốc gia,
vì huyền thoại về nguồn gốc Na Uy của họ không được biết đến nhiều vào thời điểm
đó. Các clip có ý nghĩa biểu thị sự đồn kết và thống nhất ("chúng ta gắn kết với
nhau"). Việc đeo kẹp giấy đã sớm bị cấm và những người mặc chúng có thể bị phạt
nặng.

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

3



Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Cuốn bách khoa toàn thư hàng đầu của Na Uy đã đề cập đến vai trò của cái kẹp giấy
như một biểu tượng của sự kháng cự trong một tập bổ sung vào năm 1952, nhưng chưa
cơng bố nó là một phát minh của Na Uy. Thơng tin đó đã được thêm vào trong các
phiên bản sau. Theo ấn bản năm 1974, ý tưởng sử dụng kẹp giấy để biểu thị sự kháng
cự bắt nguồn từ Pháp . Một clip được đeo trên ve áo hoặc túi trước có thể được xem là
"deux gaules" (hai cột hoặc cột) và được hiểu là một tài liệu tham khảo cho lãnh đạo
của Kháng chiến Pháp, Tướng Charles de Gaulle.
Những năm sau chiến tranh đã chứng kiến sự hợp nhất rộng rãi của kẹp giấy như một
biểu tượng quốc gia. Các tác giả của những cuốn sách và bài báo về lịch sử cơng nghệ
Na Uy háo hức nắm bắt nó để làm cho một câu chuyện mỏng đáng kể hơn. Họ đã chọn
bỏ qua thực tế rằng clip của Vauler không giống với clip kiểu Gem được phát triển đầy

C
C

đủ. Năm 1989, một chiếc kẹp giấy khổng lồ, cao gần 7 m (23 ft), được dựng lên trong

R
L
T.

khuôn viên của một trường đại học thương mại gần thành phố Oslo để vinh danh
Vaaler, chín mươi năm sau khi phát minh của ơng được cấp bằng sáng chế. Nhưng

DU

tượng đài này cho thấy một clip kiểu Gem, không phải là bằng sáng chế của Vaaler. Lễ
kỷ niệm nguồn gốc Na Uy của clip giấy lên đến đỉnh điểm vào năm 1999, một trăm

năm sau khi Vaaler nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của Đức. Một con tem kỷ niệm đã
được phát hành vào năm đó, lần đầu tiên trong loạt thu hút sự chú ý đến tính sáng tạo
của Na Uy. Hình nền cho thấy một bản fax của "Patentschrift" của Đức. Tuy nhiên,
hình ở phía trước khơng phải là cái kẹp giấy được mơ tả trên tài liệu đó, mà là "Gem"
được biết đến nhiều hơn. Năm 2005, bách khoa toàn thư tiểu sử quốc gia Na Uy
( Norsk biografisk leksikon ) đã xuất bản tiểu sử của Johan Vaaler, nói rằng ông là
người phát minh ra clip giấy

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

4


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Hình 1. 1 Ghim giấy được sáng chế bởi Johan Vaaler
Vật khiêm tốn này trở thành đại diện cho sức mạnh và sự đoàn kết của lực lượng

C
C

phản kháng chống lại những kẻ xâm lược. Ngoài ra, chiếc kẹp giấy này còn làm tăng
thêm niềm tự hào yêu nước khi nó vốn là một phát minh của người Na Uy. Ngày nay,

R
L
T.

tại thị trấn Sandvika, một chiếc kẹp giấy khổng lồ cao 7 mét đã được dựng lên để kỷ
niệm biểu tượng của quốc gia và tưởng nhớ đến người phát minh ra nó, Johan Vaaler.


DU

Hình 1. 2 Chiếc kẹp khổng lồ ở Sandvika

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

5


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Và dù tác phẩm nghệ thuật ở Sandvika cho dù rất giống một vật hiện được sử dụng
phổ biến trên các văn phịng và ngơi nhà trên tồn thế giới, nó lại hồn tồn khác với
mơ hình được trao bằng sáng chế về thiết kế cho ơng Vaaler. Ơng Johan Vaaler đã phát
minh ra một loại kẹp giấy khác, không phải loại này.
Chỉ một vài người biết rằng loại kẹp giấy đang được sử dụng phổ biến ngày nay
có một cái tên riêng: “Gem”, và đó là một mơ hình thn dài với các cạnh song song và
hai vịng dây hở cuộn vào nhau. Thật kỳ lạ là đến nay, người ta vẫn chưa biết ai đã phát
minh ra nó, giáo sư về kỹ thuật tại Đại học Duke và cũng là một nhà sử học, ông Henry
Petrovski cho biết.
Một bằng sáng chế được cấp năm 1899 cho người Mỹ, ông William
Middlebrook về một chiếc “Máy chế tạo kẹp giấy bằng giấy.” Theo các hình vẽ mơ tả

C
C

của bằng sáng chế, những chiếc kẹp giấy này rõ ràng là loại Gem.

R

L
T.

DU

Hình 1. 3 Nguyên lý máy ghim kẹp giấy Middlebrook 1899
Đến cuối thế kỷ 19, người ta chứng kiến một trận lụt về các bằng sáng chế cho các
loại kẹp giấy khác nhau, tuy nhiên chỉ một vài trong số chúng cịn sống sót, nhưng tất cả
đều là thiểu số nếu so với chiếc Gem ngày nay.
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

6


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Hình 1.4 Các kiểu dáng của ghim kẹp giấy
I.1.2 Lịch sử phát triển của máy

C
C

Quy trình sản xuất kẹp giấy khá đơn giản, sử dụng máy tạo hình dây chuyên

R
L
T.

dụng. Hơn nữa, q trình đã khơng thay đổi nhiều kể từ những năm 1930.
1.


DU

Quá trình bắt đầu với một cuộn dây thép mạ kẽm khổng lồ. Một công nhân đưa

đầu dây vào máy kẹp giấy. Một clip giấy hoàn thành có ba uốn cong. Máy tạo thành dây
thành ba khúc uốn này bằng cách cắt nó và đi qua ba bánh xe nhỏ. Các bánh xe hơi
nhám, và bắt được chiều dài của dây khi nó đi qua.
2.

Bánh xe thứ nhất quay dây 180 độ, thực hiện lần uốn đầu tiên, lần thứ hai thực

hiện lần uốn tiếp theo và bánh xe thứ ba thực hiện lần quay cuối cùng. Tồn bộ q
trình rất nhanh, máy có thể tạo ra hàng trăm clip mỗi phút.
3.

Các clip giấy hoàn thành rơi vào hộp mở. Các hộp được đóng lại và niêm

phong. Tùy thuộc vào quy mô của nhà máy, nhiều máy kẹp giấy có thể hoạt động cùng
một lúc. Điều khiển tự động cho phép một công nhân giám sát hàng chục máy.

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

7


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Hình 1.5 Nguyên lý máy tạo hình kẹp giấy năm 1930
Cách luồng đơn giản của một máy kẹp giấy


C
C

R
L
T.

Ngày nay để tăng sản lượng và thay đổi kiểu dáng ghim kẹp đa dạng, người ta xây
dựng máy sản xuất ghim kẹp dựa trên ngun lý mâm quay có bố trí các đầu uốn trên

DU

vành mâm quay, khi mâm uốn quay đồng thời con lăn đẩy đẩy sợi thép đi tới, các đầu
uốn trên mâm uốn tiếp xúc với sợi thép tạo ra ghim kẹp, ở cuối hành trình của mâm uốn
có bố trí 1 lưỡi cắt để tách sản phẩm ra khỏi sợi thép.
I.1.3 Vật liệu làm ghim kẹp
Do điều kiện làm việc của ghim kẹp yêu cầu không bị rỉ trong quá trình làm việc để
đảm bảo khi tiếp xúc với tài liệu, giấy tờ thì khơng bị rỉ sắt ảnh hưởng đến chúng, để
đáp ứng yêu cầu này ta chọn thép mạ kẽm dạng sợi để làm phôi liêu ban đầu cho ghim
kẹp.
Vì ghim kẹp cần đảm bảo có độ cứng nên ta chọn vật liệu là thép CT38 để mạ.
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của thép CT38

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

8


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy


Bảng 1.2 Tính chất cơ lý của thép CT38

I.2 Các thông số phôi thép sợi

C
C

Hiện nay trên thị trường ghim kẹp được sản xuất với phôi ban đầu là thép dạng sợi
với d = 1mm
I.3 Công nghệ uốn:
I.3.1 Khái niệm uốn:

R
L
T.

DU

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội. Uốn là q
trình gia cơng kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phơi có dạng phẳng,
dạng dây, thanh định hình hay ống thành nhưng chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc.
Phơi được uốn ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.
Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối phôi được biến dạng
dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết.
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác nhau
của phôi uốn
Vật liệu uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên về số lượng,
chất lượng cũng như kiểu dáng.
I.3.2 Quá trình uốn:

Phụ thuộc vào kích thước và hình dáng vật uốn, dạng phơi ban đầu, đặc tính của q
trình uốn trong khn. Uốn có thể tiến hành trên máy ép trục khủy lệch tâm, ma sát hay
thủy lực. Quá trình uốn bao gồm biển dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm thay đổi
hướng thở của kim loại, làm cong phơi và thu nhỏ dần kích thước.
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

9


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Trong q trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thở và đồng thời
bị giãn ra theo hướng ngang, cịn phần phía ngồi góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo. Giữa
lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hịa khơng bị ảnh hưởng bởi lực kéo, nó vẫn ở trạng
thái ban đầu. Ta sử dụng lớp trung hịa để tính sức bền của vật liệu khi uốn.
Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dày ở tiết diện ngang bị sai lệch, về
hình dạng lớp trung hịa bị sai lệch về phía bản kính nhỏ.
Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biển dạng mỏng vật liệu nhưng
không có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ
chống lại biển dạng theo hướng ngang.
Khi uống phơi có bán kính nhỏ thì lượng biển dạng lớn và ngược lại.

C
C

R
L
T.

DU


Hình 1.6 Biến dạng của phơi trước và sau khi uốn

Hình 1.7 Phôi sau khi uốn
I.4 Thiết bị uốn:
Qua lịch sử phát triển hàng trăm năm của ngành uốn ống từ thô sơ đến phức tạp
nhằm hoàn thiện dần rồi đi đến tối ưu cho nhu cầu sử dụng của mình, các thế hệ trước
đã đúc kết thành những kinh nghiệm uốn thép như sau:
I.4.1 Phương pháp thủ công:
Khi uốn thủ công khơng có máy móc hiện đại thì cách làm hiệu quả nhất để uốn thép
là giữ sợi thép cố định đồng thời dùng cối uốn đặt vào vị trí cần uốn sau đó tác dụng lực
để tạo ra góc uốn theo yêu cầu.
Ưu điểm của phương pháp này là tiện dụng, dể làm hợp lý với phương pháp thủ
công.

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

10


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Hình 1.8 Uốn thép sợi trong xây dựng
Nhược điểm là tốn thời gian và nhân lực.
I.4.2 Phương pháp dùng máy móc, thiết bị:
a)

Uốn có dùng xilanh thủy lực

Đối với những phương pháp dùng tới máy móc, đối với sợi thép lớn thì dùng xilanh


C
C

thủy lực là rất phổ biến. Trong xây dựng, máy uốn thép dùng để làm đai trụ, dầm vì nhu
cầu uốn thép là rất lớn, góp phần giảm nhân công cho nhà thầu, giảm sự mệt mỏi cho

R
L
T.

người lao động.

DU

Hình 1.9 Mơ hình uốn kiểu xilanh thủy lực
Phương pháp này được sử dụng để uốn các loại thép xây dựng với đường kính từ loại
vừa cho đến loại lớn, có độ chính xác cao.
b)

Uốn kiểu kéo và quay:

Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biển và được dùng khi đảm bảo đường kính của
sợi thép uốn là khơng đổi trong q trình uốn.

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

11



Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

Hình 1.10 Mơ hình uốn kéo và quay
Phơi thép được bẻ qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã được xác
định sẵn từ trước. Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn các tay
vịn lan can, các dạng sắt mỹ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của khung gầm
ôtô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác.
c)

Uốn bằng mâm quay:

C
C

R
L
T.

Phương pháp uốn bằng mâm quay dùng cho các sợi thép có đường kính nhỏ, trên
mâm quay sẽ bố trí các đầu uốn; khi sợi thép đẩy về phía mâm quay đồng thời mâm

DU

quay có gắn các đầu uốn sẽ va đập vào sợi thép tạo thành góc uốn theo biên dạng của
đầu uốn.

Hình 1.11 Mơ hình uốn bằng mâm quay
Với phương pháp uốn này, tốc độ tạo ra sản phẩm nhanh, tạo ra biên dạng uốn theo
yêu cầu nhờ đầu uốn gắn trên mâm uốn. Từ phương pháp này ta áp dụng để xây dựng
mơ hình máy sản xuất ghim kẹp giấy.


SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

12


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

CHƯƠNG II: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, TÍNH TỐN CÁC BỘ TRUYỀN
CỦA MÁY UỐN GHIM KẸP GIẤY

Từ những phân tích về các nguyên lý uốn các loại thép sợi và theo yêu cầu của
đề bài là uốn sợi thép có đường kính ∅ ≤ 2mm và uốn theo góc bo với chiều dài
đoạn uốn ngắn đồng thời phải đảm bảo số lượng sản phẩm tạo ra trong 1 khoảng thời
gian ngắn. Vì vậy, ta chọn cơ cấu mâm quay để thiết kế.
II.1 Phân tích yêu cầu động học của máy:
- Thực hiện q trình kẹp và giữ phơi
- Thực hiện q trình uốn
- Lực uốn danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực uốn cần thiết.
II.2 Lựa chọn phương án truyền động

C
C

Để thực hiện q trình uốn sợi thép, ta có thể bố trí các dạng bộ truyền như: bộ

R
L
T.


truyền đai, bộ truyền xích, bộ truyền bánh răng để truyền chuyển động từ hộp giảm
tốc lên mâm uốn.

II.2.1 Phương án 1: Uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai
a) Sơ đồ nguyên lý:

DU

Hình 2.1: Sơ đồ uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai
b) Nguyên lý hoạt động:
Sơi thép đi vào mâm uốn nhờ cơ cấu đẩy và được uốn bằng lưỡi uốn gắn trên
mâm uốn, tốc độ quay của mâm uốn và con lăn đẩy nhờ trục ra của hộp giảm tốc
động cơ qua bộ truyền đai như hình vẽ, bộ truyền đai đi qua 4 bánh đai, bánh đai 1
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

13


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

dẫn động qua bánh đai 2-3-4, bánh đai 2 và 3 quay ngược chiều nhau nhằm đẩy sợi
thép đi vào mâm uốn đồng thời mâm uốn cũng quay theo chiều của bánh đai 3.
c) Ưu điểm và nhược điểm:
Ưu điểm:
- Cơ cấu đơn giản, nhỏ gọn
Nhược điểm:
- Khó tính tốn, thiết kế chính xác tỷ số truyền
- Cần phải có thêm bộ phận căng đai
II.2.2 Phương án 2: Uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 2 bộ truyền đai
trong đó trục ra của hộp giảm tốc động cơ dẫn động cho 2 trục bằng 2 bộ truyền đai

như sơ đồ:
Sơ đồ nguyên lý:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.2 Sơ đồ uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 2 bộ truyền đai
a) Nguyên lý hoạt động:
Trục ra của hộp giảm tốc động cơ dẫn động cho 2 trục bằng 2 bộ truyền đai: 1
trục dẫn động trục trung gian, còn 1 trục dẫn động ở trục con lăn đẩy, trục trung gian
truyền động cho mâm uốn qua bộ truyền bánh răng để tạo chiều quay ngược chiều
với chiều quay con lăn đẩy, trục trên của con lăn đẩy có bố trí cơ cấu nâng hạ trục có
chứa cơ cấu nâng hạ con lăn để ép con lăn nhằm tạo ma sát đồng thời con lăn đẩy
quay đưa sợi thép vào mâm uốn.

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

14


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

b) Ưu điểm và nhược điểm:
Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản
- Độ cứng vững của hệ thống cao
Nhược điểm:
- Máy cồng kềnh hơn so với hai phương án trên
II.2.3 Phương án 3: Uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai và 1 bộ
truyền xích
Trong đó trục ra của hộp giảm tốc động cơ dẫn động cho 1 trục của mâm uốn bằng
bộ truyền đai và 2 trục trung gian với con lăn đẩy được dân động bằng bộ truyền xích
như sơ đồ:
Sơ đồ ngun lý :

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.3 Sơ đồ uốn bằng mâm uốn truyền động bằng 1 bộ truyền đai và 1 bộ
truyền xích
c) Nguyên lý hoạt động:
Trục ra của hộp giảm tốc động cơ dẫn động cho trục của mâm uốn bằng bộ
truyền đai , trên trục mâm uốn có gắn bánh răng ăn khớp với bánh răng trục trung
gian để đảo chiều quay trục trung gian . Trục trung gian truyền chuyển động cho trục
con lăn đẩy thơng qua bộ truyền xích ,trục trên của con lăn đẩy có bố trí cơ cấu nâng
hạ trục có chứa cơ cấu nâng hạ con lăn để ép con lăn nhằm tạo ma sát đồng thời con
lăn đẩy quay đưa sợi thép vào mâm uốn.


SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

15


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

d) Ưu điểm và nhược điểm:
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản
- Độ cứng vững của hệ thống cao
- Khi xảy ra hiện tượng kẹt phơi trong đường truyền thì dai sẽ trượt không
gây nguy hiểm
- Dễ điều chỉnh lưỡi dao uốn vì lúc này trục mâm uốn và trục con lăn đẩy
quay đồng thời hơn phương án 3
Nhược điểm:
- Máy cồng kềnh hơn so với hai phương án 1 và 2 .
II.2.4 Chọn phương án thiết kế:
Từ yêu cầu đặt ra: thiết kế máy uốn sợi thép Dmax = 2 mm và dựa vào nguyên lý
hoạt động và những ưu nhược điểm của các phương án, ta quyết định chọn phương

C
C

án 4 làm phương án thiết kế máy.

R
L
T.


DU

Hình 2.4 Sơ đồ động phương án thiết kế

SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

16


Thiết kế và chế tạo máy sản xuất ghim kẹp giấy

II.3 Sơ đồ động học của tồn máy

C
C

Hình 2.5 Sơ đồ động học toàn máy

R
L
T.

II.4 Vật liệu sảm phẩm ghim kẹp

Để đảm bảo điều kiện làm việc của ghim kẹp giấy, thép sợi cần uốn phải có độ cứng

DU

nhất định đảm bảo yêu cầu chịu biến dạng. Ta chọn thép sợi CT38 mạ kẽm với σb =
1000 N/mm2


Bảng 2.1 Thông số thép CT38
Mác thép

Trạng thái nhiệt luyện

Cơ tính

Nhiệt

Mơi

Nhiệt

Giới hạn

Giới hạn

Độ giãn

Độ thắt

độ tơi

trường

độ ram

chảy


bền

tương đối

tương đối

֯C

Sch -kG/mm2

Sb -kG/mm2

d S-%

y-$

֯C

tơi

60Mn

840

Dầu

480

80


100

8

30

65Mn

830

Dầu

480

80

100

8

30

70Mn

830

Dầu

480


85

100

7

25

II.4.1 Tính toán lực uốn:
Ban đầu chọn tốc độ quay của mâm uốn n 1 = 60 v/ph
Ta uốn sợi thép thông qua mâm uốn .
SVTH: Lê Quang Chinh - Trần Vũ Kỳ Người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng

17