thiết kế máy ép thủy lực 100 tấn 4 cột

Công nghệ gia công áp lực thường được thường được ứng dụng trong các dạng sản xuất hàng loạt và hàng khối vì thế nên có thể giảm được giá thành sản phẩm nhiều so với những phương pháp ch

SV: Đặng Ngọc Hùng 1

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRONG NGÀNH GACL 4

1.1 Các thiết bị dập tạo hình 4

1.1.1 Nhóm máy búa 4

1.1.2 Nhóm máy ép thủy lực 5

1.1.3 Nhóm máy ép cơ khí 6

1.2 Giới thiệu chung về máy ép thủy lực 7

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 9

1.2.2 Phân loại máy ép thủy lực 9

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 11

2.1 Chọn truyền dẫn 11

2.2 Chọn chất lỏng công tác 11

2.3 Các thông số của máy 11

2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực 12

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THỦY LỰC 15

3.1 Tính toán và kiểm nghiệm xilanh 15

3.1.1 Tính toán xi lanh 15

3.1.2 Kiểm nghiệm độ bền xilanh 17

3.2 Hệ thống thủy lực: 18

3.2.1 Diện tích: 18

3.2.2 Lưu lượng: 18

3.3 Chọn các thành phần của thủy lực: 19

3.3.1 Động cơ điện chính: 19

3.3.2 Bơm thủy lực: 19

3.3.3 Hệ thống van 20

3.3.4 Bộ lọc 24

3.3.5 Hệ thống đường ống 25

3.3.6 Thùng dầu 27

3.3.7 Ống nối 27

3.3.8 Áp kế 28

CHƯƠNG 4 KIỂM NGHIỆM KHUNG THÂN MÁY 29

4.1 Thông số của khung thân máy: 29

4.2 Đơn vị 29

4.3 Tải trọng 30

4.4 Kết quả mô phỏng 30

4.5 Kiểm nghiệm chuyển vị 31

4.6 Kiểm nghiệm biến dạng 31

4.7 Kiểm nghiệm hệ số an toàn 32

DANH MỤC HÌNH ẢNH 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

SV: Đặng Ngọc Hùng 3

LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ gia công áp lực là một trong những phương pháp chế tạo chính đã có

từ lâu đời trong lĩnh vực sản xuất cơ khí Đây là phương pháp dựa vào khả năng biến

dạng dẻo của kim loại để tạo hình sản phẩm nhờ đó tiết kiệm được nguyên vật liệu và

tăng cơ tính cho sản phẩm Công nghệ gia công áp lực thường được thường được ứng

dụng trong các dạng sản xuất hàng loạt và hàng khối vì thế nên có thể giảm được giá

thành sản phẩm nhiều so với những phương pháp chế tạo khác trong sản xuất cơ khí

Vì thế gia công áp lực là ngành không thể thiếu trong lĩnh vực sản xuất cơ khí và ngày

càng phát triển mạnh tại những nước có nền công nghiệp đã và đang phát triển

Hiện nay tai các nước có nền công nghiệp đã và đang phát triển, các sản phẩm

mà ngành gia công áp lực mang lại là rất lớn Ở Việt Nam những năm gần đây ngành

công nghệ gia công áp lực ngày càng phát triển mạnh mẽ trong việc chế tạo các sản

phẩm cơ khí hiện đai như sản xuất ôto, xe máy,…

Việc chế tạo sản phẩm cơ khí hiện đại cần phải có được những thiết bị phù hợp,

tân tiến hiện đại Thiết bị trong ngành GCAl ngày càng được phát triển cải tiến và

đem lại hiệu quả cao Một trong số đó chính là máy ép thủy lực, đây là thiết bị đóng

vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp hiện nay, đặc biệt là công nghiệp

chế tạo và ngành dập tấm…

Với đề tài: “thiết kế máy ép thủy lực 100 tấn 4 cột” Dưới sự hướng dẫn của

thầy Đinh Văn Duy Em đã tìm hiểu về hệ thống thủy lực, các kết cấu cơ khí, tính

năng, công dụng của máy ép thủy lực, đồng thời tính toán, chọn, kiểm nghiệm các bộ

phận làm việc trên máy ép thủy lực 100 tấn 4 cột

Nội dung đồ án được trình bày trong 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về thiết bị trong ngành gia công áp lực

Chương 2: Phân tích và chọn phương án tối ưu

Chương 3: Tính toán thủy lực

Chương 4: Kiểm nghiệm khung thân máy

Trong quá trình tính toán thiết kế đề tài này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận

tình của các thầy cô trong bộ môn Gia công áp lực Do kiến thức và kinh nghiệm thực

tế còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được

sự bổ sung, góp ý của các thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thiết kế Đặng Ngọc Hùng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRONG NGÀNH

GIA CÔNG ÁP LỰC

1.1 Các thiết bị dập tạo hình

Hiện nay ngành gia công áp lực đang là một trong những ngành rất được chú trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới bởi chính những sản phẩm của ngành đóng vai trò chủ đạo trong sản xuất công nghiệp.Những thiết bị thiết yếu và điển hình của ngành :máy búa và máy ép thủy lực, máy ép cơ khí , trong đó máy ép thủy lực ngày càng được sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại và tính đa dạng về sản phẩm cũng như công năng của chúng như : dập thể tích, rèn tự do, ép chảy, ép đùn, uốn-nắn kim loại, dập

vuốt ( dập thủy tĩnh, dập thủy cơ… )

Trong ngành gia công áp lực, các thiết bị dập tạo hình chia thành 3 nhóm chính bao gồm :

- Máy búa : Là loại máy được sử dụng rộng trong các phân xưởng rèn và dập lớn

- Thông số cơ bản của máy :

SV: Đặng Ngọc Hùng 5

+ Trọng lượng của vật rơi

+ Tốc độ của vật rơi

+ Hiệu suất va đập

- Phân loại máy búa : Dựa vào cơ cấu phát động

+ Máy búa hơi nước – không khí nén

+ Máy búa không khí nén

+ Máy búa cơ khí

+ Máy búa thủy lực

+ Máy búa khí cháy

- Ưu và nhược điểm của máy búa :

+ Ưu điểm : Lực dập lớn, tốc độ dập cao, dập được những phôi cỡ lớn, dập được nhiều vật trên cùng một lòng khuôn

+ Nhược điểm : Thân máy cồng kềnh, tiếng ồn lớn, gây rung động mạnh, vật dập kém chính xác, khó tự động hóa trong quá trình dập và năng suất không cao so với máy ép cơ khí

- Công dụng : Rèn tự do, chồn, vuốt, dập khối, …

1.1.2 Nhóm máy ép thủy lực

Hình 1.2 Máy ép thủy lực

- Máy ép thủy lực : Là loại máy ép truyền dẫn bằng chất lỏng (dầu hoặc nước) có

áp suất cao Máy ép thủy lực hầu như hoạt động ở trạng thái tĩnh

- Nguyên lý làm việc : Dựa trên cơ sở của định luật Pascal

- Thông số chính của máy :

- Phân loại máy ép thủy lực :

+ Phân loại theo hình dáng khung máy : Khung máy chữ C, khung máy 2, 4 trụ (thân kín), khung máy dạng 2, 4 cột (thân kín)

+ Phân loại theo chức năng công nghệ : Máy ép dập tấm, máy ép rèn dập thể tích, máy ép chảy, máy cắt đột liên hợp, máy ép chuyên dụng

- Ưu và nhược điểm của máy ép thủy lực :

+ Ưu điểm : lực dập lớn hơn bất cứ một loại máy rèn nào khác, độ ồn thấp, làm việc êm không gây chấn động, dễ tự động hóa quá trình dập vì thế được sử dụng nhiều trong các nhà máy

- Ưu và nhược điểm của máy ép cơ khí :

+ Ưu điểm : kết cấu và sử dụng đơn giản, chế tạo các chi tiết có hình dáng phức tạp, chất lượng bề mặt chi tiết cao, năng suất cao, độ ồn thấp, ít gây rung động

+ Nhược điểm : ít vạn năng trong nguyên công dập thể tích, không thực hiện được các nguyên công vuốt, ép tụ Lực ép của máy không thể tăng quá lớn như máy ép thủy lực, đầu trượt có thể bị kẹt ở điểm chết dưới

- Công dụng : Dùng để dập tấm, dập thể tích nóng, nguội, cắt phôi và thực hiện nhiều nguyên công khác trong gia công áp lực, …

1.2 Giới thiệu chung về máy ép thủy lực

Máy ép thủy lực là một máy công cụ sử dụng nguồn lực là hệ thống thủy lực, hoạt động hầu như theo tác dụng tĩnh dựa trên nguyên lí định luật Pascal.Bên cạnh tính

đa dạng của loại máy này, ta không thể không kể đến những tính năng, ưu điểm cơ bản của máy ép thủy lực khiến nó được sử dụng rất phổ biến, đó là :

- Làm việc êm, không gây tiếng ồn như các loại máy cơ khí khác.Cho áp lực cực đại theo lực danh nghĩa và có thể duy trì áp lực đó trong suốt quá trình công nghệ

- Tác động riêng biệt hoặc đa tác động.Máy ép thủy lực có thể thiết kế tùy theo yêu cầu, máy đơn tác động dung cho một động tác ép, máy đa tác động dung cho nhiều động tác khác nhau như ép biên-ép sâu;ép theo chương trình, tăng áp theo hàm hoặc theo từng bước biến dạng.Sự điều khiển lực ép rất mềm dẻo tùy theo yêu cầu công nghệ với kết cấu khuôn tương ứng

- Máy ép thủy lực có kết cấu đơn giản, sử dụng các bộ phận được tiêu chuẩn hóa cao như bơm bánh răng, bơm cao áp piston, các van, các đường ống Chính vì vậy đã làm hạ giá thành sản phẩm

- Máy ép thủy lực không bị lực ép hạn chế.Có thể thiết kế cho lực ép lên trên, lực ép xuống dưới, lực ép ngang và có thể theo hướng nào đó theo yêu cầu công nghệ và khuôn.Lực ép có thể nhỏ, cũng có thể tạo lực ép cực lớn

- Máy ép thủy lực thiết kế có cơ cấu an toàn.Chính vì vậy lực ép không bao giờ vượt quá giới hạn cho phép, bảo đảm công nghệ ổn định và độ bền của máy cao

- Máy ép thủy lực được lắp nhiều dạng điều khiển khác nhau : điều khiển thủ công, điều khiển PLC, điều khiển CNC Nhờ đó, các thông số công nghệ được kiểm soát và điểu khiển chính xác, đảm bảo hiệu suất máy cao

và tận dụng được hết công suất máy

- Kết cấu máy có thể theo kiểu đứng, kiểu nằm, đồng thời kết cấu gọn nhẹ hơn so với kết cấu các máy cơ khí

Dưới đây là một số loại máy ép thủy lực thường gặp trong các nhà máy ở nước ta:

Hình 1.4 Một số loại máy ép thủy lực thường gặp trong các nhà máy ở nước ta

SV: Đặng Ngọc Hùng 9

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực

Nguyên lí hoạt động:

- Máy ép thủy lực làm việc tuân theo định luật truyền áp suất trong lòng

chất lỏng theo định luật Pascal

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực

- Đặt lực P1 vào piston 1 nó sẽ tạo ra áp suất 1

1

P p f

= Theo định luật Pascal thì áp suất p được truyền đến tất cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng tác dụng vuông góc với mặt đáy của piston 2, nó sẽ tạo ra lực P2 = p f. 2 và lực này gây ra tác dụng lên phôi 3

Trên cơ sở định luật Pascal, ta có: 2

1 f

P P

f

= Khi đó, P2 là lực ta cần sử dụng khi gia công

1.2.2 Phân loại máy ép thủy lực

❖ Phân loại theo khung thân máy :

- Khung than máy chữ C

- Khung máy 2, 4 trụ (thân kín)

- Khung máy dạng 2, 4 cột (than kín)

❖ Phân loại theo chức năng công nghệ :

- Máy ép dập tấm

+ Bộ tăng áp kiểu cơ khí

Kết luận: Chương tổng quan thiết bị trong ngành gia công áp lực cho em nắm được một cách tổng quát của ngành, các loại máy ép, đặc biệt là máy ép thủy lực

- Có bình tích áp : Chất lỏng được bơm trực tiếp từ bơm

- Không có bình tích áp : Chất lỏng bơm từ bơm và trong bình tích áp

cơ tự bốc cháy hoặc gây bẩn chất lỏng

❖ Dầu khoáng (dầu máy, dầu công nghiệp,…) thường được sử dụng khi : máy ép thủy lực nhỏ, có đường kính piston <1000mm

Vì máy ép thủy lực 100T là loại nhỏ nên ta chọn chất lỏng công tác là dầu khoáng Áp suất làm việc 200 bar

2.3 Các thông số của máy

2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí máy ép thuỷ lực

6 Cụm van tiết lưu + van một chiều

7 Van phân phối

8 Bơm thủy lực

9 Động cơ

10 Van điền đầy

11 Van chống lún

Trong sơ đồ thủy lực ta sử dụng các phần tử thủy lực sau :

− Bơm thuỷ lực: Cung cấp áp suất và lưu lượng cho toàn bộ hệ thống thủy lực

− Van an toàn: Để đảm bảo áp suất của hệ thống không vượt quá giá trị cho phép nhằm bảo vệ an toàn cho các thiết bị hệ thống không bị phá hỏng và hệ thống làm việc đúng yêu cầu của thiết kế

− Đồng hồ đo áp: Dùng để đo áp suất tại đầu ra của bơm ,từ đó xác định được điều kiện làm việc cụ thể của bơm trong từng trường hợp khác nhau

− Van phân phối : Van có 4 cửa nhưng hoạt động ở 3 vị trí, van này có đặc điểm là ở chế

độ chờ (không tải) tại vị trí van chưa hoạt động Dầu sẽ qua van và hồi về bể

− Van tiết lưu: điều chỉnh lưu lượng vào xilanh

− Van một chiều: lấy tín hiệu từ áp suất dầu trong hệ thống để hoạt động, Xylanh chính: Tạo lực cần thiết để ép vật liệu

− Cụm lọc dầu: Cụm này gồm có bộ lọc đi kèm với van 1 chiều có đặt mức áp suất Dầu

sẽ qua van 1 chiều khi bộ lọc hoạt động quá mức cho phép

− Bể dầu: Để đựng lượng dầu cần thiết cho hoạt động của hệ thống

− Van điền đầy: Sử dụng quá trình không tải nhanh đi xuống

Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Hành trình xuống bàn ép: Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu sẽ qua van phân phối đến không gian trên của xilanh giúp kéo bàn ép xuống Tiết lưu sẽ giúp điều chỉnh lưu lượng vào xilanh và điều chỉnh đúng tốc độ yêu cầu

Hình 2.2 Sơ đồ van phân phối trong hành trình ép

Chế độ giữ tải: là chế độ mà xilanh sau khi ép xong sẽ đứng im nhằm làm cho vật liệu ép gắn kết bền chặt hơn, tạo sản phẩm đạt yêu cầu về độ bền cơ học Lúc này van an toàn sẽ hoạt động để áp suất hệ thống không lên cao gây hỏng kết cấu sản phẩm

Hành trình lùi bàn ép: Van phân phối ở vị trí như hình vẽ, dầu sẽ qua van phân phối đến không gian dưới của xilanh giúp đẩy bàn ép lên Trong thời gian này, sản phẩm sẽ được lấy ra khỏi bàn ép

Hình 2.3 Sơ đồ van phân phối trong hành trình lùi

SV: Đặng Ngọc Hùng 15

3.1 Tính toán và kiểm nghiệm xilanh

3.1.1 Tính toán xi lanh

Các thông số tính toán đã cho :

• Lực ép lớn nhất của xi lanh: Fmax = 100 tấn

• Áp suất làm việc lớn nhất của xi lanh: Pmax = 250 bar

• Hành trình làm việc của xi lanh: S = 500 mm

• Tốc độ không tải đi xuống : v1 = 48 mm/s

• Tốc độ không tải đi lên : v2 = 55 mm/s

• Tốc độ ép : v3 = 6 mm/s

Hình 3.1 Sơ đồ pittong – xilanh

Theo công thức trang 5 sách [3]

2 max

5 max

100.10

0, 05200.10

Hình 3.2 Bản vẽ và các kích thước xilanh kiểu MF3

Đường kính của cần xilanh:

Chọn đường kính cần theo bảng tiêu chuẩn: d =1 125(mm)

Theo công thức trang 6 sách [3]

Chiều dày xi lanh:

- D1: đường kính trong của xilanh, (mm)

- pMax: áp suất làm việc lớn nhất của xi lanh, (Mpa)

- e: hệ số công nghệ với than xi lanh làm từ thép ống cán, e = 1

- k: hệ số an toàn, lấy k = 3,2

- th: giới hạn đàn hồi của vật liệu vỏ xilanh, (Mpa)

Chọn vật liệu vỏ xilanh từ thép cán ST52.3 (SAE 1026/JIS G3445(1974) STKM –

13C(13EC) Có các thành phần hoá học và đặc trưng vật liệu như sau:

th

 : giới hạn đàn hồi

SV: Đặng Ngọc Hùng 17

b

 : giới hạn bền

 : độ dãn dài tỉ đối

Đường kính ngoài xinh lanh: D2 =D1 + 2t= 250 + 2.20 = 290 (mm)

3.1.2 Kiểm nghiệm độ bền xilanh

Công thức ứng suất tại một điểm trên bán kính r của vỏ trụ chịu áp suất trong và ngoài: Trong trường hợp máy ép thủy lực đang xét, các vỏ xilanh chỉ chịu áp suất trong Pa nên công thức tính ứng suất hướng kính và ứng suất vòng

Theo công thức trang 7 sách [3]

- r và t ứng suất vòng và ứng suất hướng kính tại r

- p a và p b là áp suất ở mặt trong và mặt ngoài vỏ trụ

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán xilanh

Theo công thức trang 9 sách [3]

- Lưu lượng cần thiết khi xi lanh xuống nhanh trong hành trình không tải

- Dung tích của bơm thủy lực: Theo công thức trang 42 sách [3]

6

3 0, 018.10

12,51440

Tra catalogua [5] của hãng REXROTH: Ta chọn bơm bánh răng ăn khớp ngoài:

- Loại bơm: AZPF/ AZP-10-019RCB20MB18009Sxxx

- Dung tích bơm: 19 cm3

- Áp suất làm việc danh nghĩa: 250 bar

- Áp suất làm việc tối đa: 280 bar

- Tốc độ: 500 4000 vòng/ phút

Hình 3.4 Bơm bánh răng

3.3.3 Hệ thống van

a) Van phân phối:

Nhiệm vụ : phân chia và định hướng dòng dầu thủy lực vào các đường ống khác nhau theo các tín hiệu điều khiển và trả dầu về thùng , khi lựa chọn van phân phối , cần phải căn cứ vào những tính tính năng kĩ thuật như kiểu đóng mở van , áp lực và lưu lượng dầu qua van

Các loại van phân phối hay sử dụng :

• Van phân phối điều khiển bằng thủy lực

• Van phân phối điều khiển bằng tay

• Van phân phối điều khiển bằng điện tử

SV: Đặng Ngọc Hùng 21

Hình 3.5 Van phân phối

Hệ thống ép hoạt động liên tục theo một quy trình khép kín và dựa vào tính kinh tế, lưu lượng và áp suất ta chọn van phân phối điều khiển điện

Ta chọn van phân phối dạng 4/3 ( 4 cửa 3 vị trí)

Xác định van dựa vào các thông số:

- Lưu lượng qua van: Qv = 18 ( l/ph)

- Áp suất tại van: pv = 280 bar

Theo catalog [6] của hãng REXROTH, ta chọn van phân phối: 4WE6G-6X/EG24N9K4 Đây van có thông số:

- Áp suất max: Pmax = 350 bar

- Lưu lượng max: Qmax = 80 (l/ph)

Hình 3.6 Van phân phối 4WE

b) Van an toàn:

Van an toàn là một thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất trong mạch thủy lực Van an toàn thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào Nhiệm vụ chính của van an toàn là bảo vệ