(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng sản phẩm đến lực tạo hình trong quy trình uốn ống cnc

Theo tư liệu thu thập được của các nhà chế tạo máy, nhà máy công nghiệp thì trong một dự án chế tạo một thiết bị dây chuyền thì cần ít nhất 20 chủng loại ống khác nhau mỗi chủng loại có

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án

Trong xu thế công nghiệp hóa - hiện đại hóa của thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng với Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ, nên những nghành đi đầu như công nghiệp cần vận dụng những sáng tạo khoa học kỹ thuật và cơ sở hạ tầng để góp phần nâng cao năng suất lao động, thay thế dần sức lao động của con người Sự phát triển này đã dẫn đến nhiều chủng loại máy ra đời nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếu của con người

Hiện nay trên thế giới, máy uốn ống được sử dụng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, xây dựng, trang trí nội thất và trên các thiết bị của ô tô, xe máy, tàu thủy, với rất nhiều chủng loại ống khác nhau có đường kính cũng như vật liệu làm ống rất đa dạng Theo tư liệu thu thập được của các nhà chế tạo máy, nhà máy công nghiệp thì trong một dự án chế tạo một thiết bị dây chuyền thì cần ít nhất 20 chủng loại ống khác nhau mỗi chủng loại có khoảng 4000 chi tiết cần uốn với các bán kính cong và góc uốn khác nhau

Nên em thấy việc chế tạo máy uốn ống phù hợp với nhu cầu hiện nay rất quan trọng Trên thế giới đã có nhiều các loại máy uốn khác nhau, từ thủ công, bán tự động cho đến tự động NC và CNC với các bán kính khác nhau rất đa dạng Ở Việt Nam cũng đã xuất hiện nhiều loại máy khác nhau, nhưng hầu hết là sản phẩm được nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành còn rất cao Nhu cầu của khách hàng còn lại đa dạng nên việc chế tạo được máy uốn ống ở trong nước sẽ giúp cho sử dụng sản phẩm được tăng mạnh không chỉ trong nước mà cả nước ngoài, bên cạnh đó còn tăng vị thế cạnh tranh của thị trường trong nước ngoài trong lĩnh vực công nghiệp

Hiện tại tại Việt Nam vừa mới chế tạo một máy uốn ống 3D CNC theo yêu cầu của doanh nghiệp Khi một máy uốn mới hình thành thì yếu tố lực cũng rất quan trọng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, việc nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến máy uốn ống nhằm phục vụ cho nhu cầu xã hội là rất cần thiết vì vậy em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng sản phẩm đến lực tạo hình trong qua trình uống ống CNC” để có thể cải hiện được độ chính xác cao hơn ít sản phẩm lỗi và tính khả năng tạo hình linh động hơn khi chọn lực phù hợp để uốn ống theo hình dạng mong muốn Về đề tài này thì hiện tại trong nước và ngoài nước chưa có nhiều bài báo nào nghiên cưu về vấn đề này.

Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hình dạng đến lực tạo hình ống theo nguyên lý biến dạng liên tục không khuôn (hình dạng sản phẩm ở đây nói cách khác là bán kính cong của ống)

- Nghiên cứu quy trình chi tiết của máy, cách máy uốn hoạt động và vận hành tạo ra sản phẩm

- Nghiên cứu phương pháp đo và chế tạo ra thiết bị đồ gá để đo lực

- Thực nghiệm tạo hình ống, hiểu và áp dụng các dụng cụ, phần mềm đo đạc sau đó đánh giá kết quả để cải thiện sản phẩm ngày càng tốt hơn trong tương lai.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu:

+ Thu thập và tổng hợp các tài liệu liên quan tới kỹ thuật tạo hình ống theo phương pháp biến dạng liên tục, đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài

+ Dựa trên các kết quả thành công và thất bại trong thực nghiệm, làm rõ ảnh hưởng bán kính cong đến lực tạo hình

- Phương pháp phân tích so sánh:

+ Dựa trên các kết quả của thực nghiệm sau đó phân tích, so sánh, đánh giá các yếu tố sau:

• Ảnh hưởng của bán kính cong đến lực tạo hình trong suốt quá trình uốn

• Vận tốc đáp ứng được hình dạng và lực cân đối để tạo ra sản phẩm tối ưu nhất

• Độ sai số cho phép khi uốn theo hình dạng bán kính sản phẩm yêu cầu áp dụng lực phù hợp.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Công nghệ uốn ống

Khái niệm uốn ống

Uốn ống là cách tạo ra sự biến dạng thích hợp của ống thẳng để có được độ uốn cong với góc và bán kính uốn cần thiết Có nhiều cách khác nhau với việc sử dụng các công cụ và máy móc

Sản phẩm uốn rất đa dạng và phong phú, có thể là kim loại như thép, inox, đồng, inox…được dùng rộng rãi trong thực tế trong đó, máy uốn đã và đang được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, như trong sản xuất ô tô, xe máy (khung xe, pô xe…), các sản phẩm trang trí nội thất (bàn, ghế, cầu thang, ban công…), các loại ống khí, ống của máy điều hòa không khí, ống thủy lực…

2.2 Quá trình hình thành hình dạng ống uốn

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước

Trong quá trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thở và đồng thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hòa không bị ảnh hưởng bởi lực kéo, nó vẫn ở trạng thái ban đầu

2.3 Lực tác động đến quá trình uốn ống

2.3.1 Uốn cong với lực kéo và nén tiếp tuyến

Hầu hết các hoạt động uốn trong thực tế có xuất hiện lực tiếp tuyến, với lực kéo thì phổ biến hơn nhiều so lực nén Các thuật ngữ uốn kéo, uốn nén và tạo hình kéo giãn đề cập đến các hoạt động uốn được đặc trưng bởi các mức độ gia tăng của lực kéo tiếp tuyến Những ưu điểm và nhược điểm của mỗi quá trình có liên quan mật thiết đến sự ảnh hưởng của lực kéo lên quá trình uốn

2.3.2 Đàn hồi ngược và các ứng suất dư

Khi lực kéo được đặt lên trên quá trình uốn, lớp trung hòa dịch chuyển về phía trong của chỗ uốn Trong tạo hình kéo giãn, trong một số trường hợp, lớp trung hòa có thể di chuyển hoàn toàn ra khỏi thanh hoặc ống Trong những trường hợp này, tất cả các vật liệu đang chịu ảnh hưởng của lực kéo

2.3.3 Những hạn chế về lực tạo hình

Những giới hạn tạo hình trong uốn cong khá nhạy cảm với tính chất và mức độ của lực vòng đặt lên Khi lực kéo được đặt vào và lớp trung hòa bị dịch chuyển vào bên trong, nguy cơ bị nhăn bên trong sẽ giảm, nhưng có nhiều khả năng bị phá hủy do kéo hoặc phân bên ngoài mỏng quá mức Điều này được thể hiện dưới dạng sơ đồ như một sự dịch chuyển các đường giới hạn của đường bao hình thành trong hình 2.1 Thông thường, có thể tránh được một dạng hư hỏng cụ thể bằng cách thay đổi lực kéo tổng hợp trong một kiểu thao tác uốn xác định hoặc bằng cách thay đổi sang kiểu uốn khác h/R h/t

Hình 2.1: Sự thay đổi trong đường bao định dạng với lực kéo tiếp tuyến

2.3.4 Mức biến dạng và nhiệt độ Đối với các vật liệu dẻo, các ảnh hưởng của mức nhiệt độ và độ uốn của phôi là nhỏ Tuy nhiên, đối với các vật liệu có độ dẻo giới hạn, độ giãn dài có thể được tăng lên ở các nhiệt độ được nâng lên, do đó có thể uốn lớn hơn mà không bị kéo đứt các thớ bên ngoài giảm, vì ứng suất chảy dẻo của vật liệu sẽ giảm xuống một chút và ít có khả năng đạt đến giá trị tạo ra đứt gãy

2.4 Các phương pháp uốn ống tạo hình ống uốn hiện có

Hiện nay, với các thiết bị uốn ống được sản xuất trong nước, việc tạo hình các sản phẩm dạng ống còn khá hạn chế, ngoài ra, năng suất cũng là một trong những vấn đề cần cải tiến Ngược lại, với các thiết bị ngoại nhập, hai nhược điểm này có thể được giải quyết, tuy nhiên, bài toán chi phí đầu tư, chi phí vận hành đang và vấn đề nan giải cho đa số các doanh nghiệp gia công hiện nay Với các thiết bị chuyên dùng cho quá trình uốn ống, những chức năng quan trọng sau thường được tích hợp trong thiết bị uốn:

Khi uốn thủ công không sử dụng máy móc hiện đại thì cách để làm hiệu quả nhất để cho ống không bị bóp méo thì cho vật liệu nhỏ mịn vào bên trong ống như đất, cát,… để điền đầy diện tích rổng của ống rồi bịt chặt hai đầu và tiến hành uốn ống theo hình dáng yêu cầu Ưu điểm của phương pháp này là tiện dụng, dể làm hợp lý với phương pháp thủ công chi phí thấp

Nhược điểm là chỉ áp dụng được đối với những chi tiết có đường kính nhỏ, năng suất không cao và hạn chế tạo hình

2.4.2 Phương pháp dùng máy móc thiết bị

Những ống rỗng hay ống đặc có thể uốn được trên một hoặc nhiều mặt phẳng bởi ít nhất một trong những phương pháp uốn cơ bản nếu tiết diện của ống có hình dạng đồng đều tại một đoạn có kích thước đủ dài để kẹp ống với một lực thích hợp

Tất cả những phương pháp uốn kim loại sử dụng để uốn cong những ống thẳng đều có một đặc điểm chung là: sau khi uốn cong, độ dài khúc cong lồi luôn dài hơn độ dài khúc lõm vào của chỗ uốn cong Sự khác nhau ở độ dài biên dạng có thể được nhận thấy rõ rệt bởi hai kiểu:

- Uốn: các thớ ngoài của ống bị dãn dài ra, là nơi có sức căng bề mặt lớn trong khi các thớ trong của ống được ép lại, làm ngắn lại

- Định hình bằng kéo dãn: các thớ ngoài được kéo dãn để đạt được góc độ cong tốt hơn so với các thớ trong của ống

Việc lựa chọn quy trình uốn cho ống dựa vào:

- Số lượng ống phải uốn và chất lượng đặt ra từ trước

- Kích thước đường kính, bề dày thành và bán kính nhỏ nhất khi uốn cần đạt được

Hai đồ thị giúp tổng quan lại giữa các phương pháp uốn phù hợp với khoảng đường kính ống cùng với độ dày ống ở độ thị 3-1 Cũng như quan hệ giữa độ dày của ống với bán kính uốn nhỏ nhất ở độ thị 3-2

Hình 2.2: Quan hệ giữa đường kính ống và chiều dày ống [7]

Hình 2.3: Quan hệ giữ chiều dày ống và bán kính nhỏ nhất [7]

2.4.2.1 Phương pháp uốn nén: (Compression bending) Ở phương pháp này, phôi ống sẽ được kẹp vào giữa khối định hình với một chi tiết kẹp (clamp) và khối uốn sẽ xoay quanh khối định hình kéo theo phần chiều dài phôi uốn theo biên dạng khối định hình Tuy nhiên, khi phôi ống cần uốn nhiều vị trí thì phải cần đến trục đỡ (mandrel) mà phương pháp uốn nén hầu như không dùng đến trục đỡ

Ngoài ra, phương pháp uốn nén làm cho các thớ kim loại dãn hay nén lại không đều so với việc uốn kéo Về vận hành có thể dùng thêm động cơ hoặc điều khiển bằng tay

Hình 2.4: Phương pháp uốn nén [8] a) Điều khiển bằng tay:

Lực tác động đến quá trình uốn ống

2.3.1 Uốn cong với lực kéo và nén tiếp tuyến

Hầu hết các hoạt động uốn trong thực tế có xuất hiện lực tiếp tuyến, với lực kéo thì phổ biến hơn nhiều so lực nén Các thuật ngữ uốn kéo, uốn nén và tạo hình kéo giãn đề cập đến các hoạt động uốn được đặc trưng bởi các mức độ gia tăng của lực kéo tiếp tuyến Những ưu điểm và nhược điểm của mỗi quá trình có liên quan mật thiết đến sự ảnh hưởng của lực kéo lên quá trình uốn

2.3.2 Đàn hồi ngược và các ứng suất dư

Khi lực kéo được đặt lên trên quá trình uốn, lớp trung hòa dịch chuyển về phía trong của chỗ uốn Trong tạo hình kéo giãn, trong một số trường hợp, lớp trung hòa có thể di chuyển hoàn toàn ra khỏi thanh hoặc ống Trong những trường hợp này, tất cả các vật liệu đang chịu ảnh hưởng của lực kéo

2.3.3 Những hạn chế về lực tạo hình

Những giới hạn tạo hình trong uốn cong khá nhạy cảm với tính chất và mức độ của lực vòng đặt lên Khi lực kéo được đặt vào và lớp trung hòa bị dịch chuyển vào bên trong, nguy cơ bị nhăn bên trong sẽ giảm, nhưng có nhiều khả năng bị phá hủy do kéo hoặc phân bên ngoài mỏng quá mức Điều này được thể hiện dưới dạng sơ đồ như một sự dịch chuyển các đường giới hạn của đường bao hình thành trong hình 2.1 Thông thường, có thể tránh được một dạng hư hỏng cụ thể bằng cách thay đổi lực kéo tổng hợp trong một kiểu thao tác uốn xác định hoặc bằng cách thay đổi sang kiểu uốn khác h/R h/t

Hình 2.1: Sự thay đổi trong đường bao định dạng với lực kéo tiếp tuyến

2.3.4 Mức biến dạng và nhiệt độ Đối với các vật liệu dẻo, các ảnh hưởng của mức nhiệt độ và độ uốn của phôi là nhỏ Tuy nhiên, đối với các vật liệu có độ dẻo giới hạn, độ giãn dài có thể được tăng lên ở các nhiệt độ được nâng lên, do đó có thể uốn lớn hơn mà không bị kéo đứt các thớ bên ngoài giảm, vì ứng suất chảy dẻo của vật liệu sẽ giảm xuống một chút và ít có khả năng đạt đến giá trị tạo ra đứt gãy.

Các phương pháp uốn ống tạo hình ống uốn hiện có

Hiện nay, với các thiết bị uốn ống được sản xuất trong nước, việc tạo hình các sản phẩm dạng ống còn khá hạn chế, ngoài ra, năng suất cũng là một trong những vấn đề cần cải tiến Ngược lại, với các thiết bị ngoại nhập, hai nhược điểm này có thể được giải quyết, tuy nhiên, bài toán chi phí đầu tư, chi phí vận hành đang và vấn đề nan giải cho đa số các doanh nghiệp gia công hiện nay Với các thiết bị chuyên dùng cho quá trình uốn ống, những chức năng quan trọng sau thường được tích hợp trong thiết bị uốn:

Khi uốn thủ công không sử dụng máy móc hiện đại thì cách để làm hiệu quả nhất để cho ống không bị bóp méo thì cho vật liệu nhỏ mịn vào bên trong ống như đất, cát,… để điền đầy diện tích rổng của ống rồi bịt chặt hai đầu và tiến hành uốn ống theo hình dáng yêu cầu Ưu điểm của phương pháp này là tiện dụng, dể làm hợp lý với phương pháp thủ công chi phí thấp

Nhược điểm là chỉ áp dụng được đối với những chi tiết có đường kính nhỏ, năng suất không cao và hạn chế tạo hình

2.4.2 Phương pháp dùng máy móc thiết bị

Những ống rỗng hay ống đặc có thể uốn được trên một hoặc nhiều mặt phẳng bởi ít nhất một trong những phương pháp uốn cơ bản nếu tiết diện của ống có hình dạng đồng đều tại một đoạn có kích thước đủ dài để kẹp ống với một lực thích hợp

Tất cả những phương pháp uốn kim loại sử dụng để uốn cong những ống thẳng đều có một đặc điểm chung là: sau khi uốn cong, độ dài khúc cong lồi luôn dài hơn độ dài khúc lõm vào của chỗ uốn cong Sự khác nhau ở độ dài biên dạng có thể được nhận thấy rõ rệt bởi hai kiểu:

- Uốn: các thớ ngoài của ống bị dãn dài ra, là nơi có sức căng bề mặt lớn trong khi các thớ trong của ống được ép lại, làm ngắn lại

- Định hình bằng kéo dãn: các thớ ngoài được kéo dãn để đạt được góc độ cong tốt hơn so với các thớ trong của ống

Việc lựa chọn quy trình uốn cho ống dựa vào:

- Số lượng ống phải uốn và chất lượng đặt ra từ trước

- Kích thước đường kính, bề dày thành và bán kính nhỏ nhất khi uốn cần đạt được

Hai đồ thị giúp tổng quan lại giữa các phương pháp uốn phù hợp với khoảng đường kính ống cùng với độ dày ống ở độ thị 3-1 Cũng như quan hệ giữa độ dày của ống với bán kính uốn nhỏ nhất ở độ thị 3-2

Hình 2.2: Quan hệ giữa đường kính ống và chiều dày ống [7]

Hình 2.3: Quan hệ giữ chiều dày ống và bán kính nhỏ nhất [7]

2.4.2.1 Phương pháp uốn nén: (Compression bending) Ở phương pháp này, phôi ống sẽ được kẹp vào giữa khối định hình với một chi tiết kẹp (clamp) và khối uốn sẽ xoay quanh khối định hình kéo theo phần chiều dài phôi uốn theo biên dạng khối định hình Tuy nhiên, khi phôi ống cần uốn nhiều vị trí thì phải cần đến trục đỡ (mandrel) mà phương pháp uốn nén hầu như không dùng đến trục đỡ

Ngoài ra, phương pháp uốn nén làm cho các thớ kim loại dãn hay nén lại không đều so với việc uốn kéo Về vận hành có thể dùng thêm động cơ hoặc điều khiển bằng tay

Hình 2.4: Phương pháp uốn nén [8] a) Điều khiển bằng tay:

Quy trình này dùng sức người phù hợp với những đoạn cong đơn giản, chu kì làm việc ngắn, những đoạn ống chỉ cần một chỗ uốn giúp giảm chi phí máy móc và chi phí công nghệ

Nhược điểm của việc điều khiển này là nếu quy trình sản xuất có các nguyên công đặc biệt ví dụ như uốn ống rỗng có bề dày mỏng với yêu cầu đẩy phôi ra nhanh Với những ưu nhược điểm trên, việc điều khiển bằng tay là sự lựa chọn tốt nhất khi các bước uốn có thời gian thực hiện thấp và với đa dạng các kiểu như ống rỗng cũng như ống đặc, uốn các thanh phẳng,…

Quá trình uốn dùng sức đẩy từ con người và định hình chỗ uốn bằng những công cụ uốn bao gồm:

- Khối đình hình có phần lõm vào có biên dạng giống với biên dạng mong muốn

- Khối kẹp hay khối giữ chắc chắn phôi trong quá trình uốn

- Khối di chuyển đẩy phôi theo khối định hình

Khối định hình, khối kẹp phải chắc chắn phần lõm với kích thước thật chính xác với đường tâm của vật liệu làm cho chỗ uốn đạt yêu cầu đề ra

Khi uốn ống sẽ làm biến dạng ống gây nên một lực đàn hồi khiến cho sai lệch về kích thước bán kính, chiều dài khúc uốn Chính vì thế, khối định hình phải thiết kế với bán kính nhỏ hơn so với bán kính yêu cầu Lượng đàn hồi luôn liên hệ với cơ tính vật liệu, kích thước, độ cứng, cũng như là bán kính uốn Thông thường luôn phải thực nghiệm để có được tính toán chính xác kích thước cho khối định hình b) Phương pháp uốn ống khối uốn xoay

Phương pháp trên được khuyến khích cho đoạn uốn lớn với bán kính đường tâm ít nhất bằng 4 lần đường kính bên ngoài của ống Ngoài ra phương pháp còn thực hiện tốt với trường hợp uốn ống nhựa hoặc ống rỗng bề dày lớn với góc uốn nhỏ, đây là phương pháp hiệu quả nhất dùng để uốn góc uốn nhỏ cho hầu hết các dạng ống

Khối định hình và khối uốn được trình bày ở Hình 2.4 với kích thước ở phần lõm chính xác vừa với ống Ống phôi không được phép trượt trong quá trình uốn bởi vì chỉ cần một khoảng trượt nhẹ sẽ gây nên méo ống sai yêu cầu chế tạo

Hình 2.5: Khối định hình và khối uốn với kích thước ở phần lõm vừa với ống [8]

Trường hợp uốn hơn 180 độ thường là có thể đạt được nhưng phôi sẽ bật mạnh ra do sự cơ tính vật liệu Vì thế, nên chia ra làm 2 bước uốn và tấm định hình nên đặt ngang với mặt đất

Phương pháp uốn ống xuyên qua 2 lỗ

Đây là phương pháp mới sử dụng bằng máy uốn ống 3D điều khiển CNC được chế tạo theo yêu cầu của doanh nghiệp tại Việt Nam với mục đích phát triển công nghệ uốn cải thiện về năng suất và chất lượng không thua kém các loại máy của nước ngoài Đây cũng là phương pháp mà em lựa chọn để nghiên cứu phát triển đề tài

Hình 2.9: Máy uốn ống 3D CNC [11]

Máy uốn ống được điều khiển bằng máy tính (CNC) là được phát triển để giải quyết các vấn đề liên quan đến các biên dạng phức tạp Công nghệ máy tính hiện đại liên kết với cơ khí, kiểm soát cung cấp một phương pháp chính xác để kiểm soát trục uốn

Máy này hiện tại mới chế tạo xong nên chưa có bất cứ bài báo hoặc nghiên cứu nào liên quan

Hình 2.10: Nguyên lý hoạt động của đầu uốn[11]

Hình 2.12 là nguyên lí hoạt động của đầu uốn và quá trình uốn của ống trong công nghệ uốn ống linh hoạt: Ống được đẩy với vận tốc v qua đầu dẫn Trong lúc đó, gối đỡ đầu dẫn chuyển động tịnh tiến trên hệ tọa độ Oxy kéo theo đầu uốn quay quanh đầu dẫn Đầu dẫn được giữ cố định suốt quá trình uốn và nó được thiết kế để điều chỉnh góc uốn Độ lệch tâm U được tạo ra bởi tâm của đầu uốn và trục Z theo phương vuông góc với trục Z bởi chiều chuyển động của bạc đỡ Độ lớn của U quyết định bán kính uốn của ống Với độ lệch tâm U nhỏ thì bán kính uốn R lớn và ngược lại với độ lệch tâm U lớn thì bán kính uốn R nhỏ Tuy nhiên, mối quan hệ bán kính uốn R hình dáng hình của ống có thể ảnh hưởng bởi vật liệu ống, điều kiện lực, vận tốc,…

• Ưu điểm: phương pháp này có thể thay đổi được các bán kính cong khác nhau, mức độ kiểm soát cao, có tính linh hoạt, dễ dàng sử dụng và vận hành

• Nhược điểm: là chỉ uốn được những ống có đường kính nhỏ, lực uốn chưa được nghiên cứu nhiều Máy vẫn đang trong quá trình nghiên cứu thực hành sau khi mới hoàn thiện Và đề tài này là một trong những để tài để giúp máy hoàn thiện và phát triển hơn tương lai để Việt Nam có thể tự sản xuất máy và ống uốn

Kết luận: Như các phương pháp uốn trên trong quá trình hình thành hình dáng sản phẩm một số phương pháp em thấy giữa bán kính cong và lực đều có mối liên quan đến nhau trong quá trình uốn, điều này chưa được chứng minh cụ thể vì vậy em sẽ tiến hành nghiên cứu mối liên hệ trên bởi phương pháp uốn ống xuyên qua 2 lỗ.

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 3.1 Tổng quan máy uốn ống

Các bước vận hành máy uốn ống 4 trục

Hình 3.3: CP tổng của máy uốn ống 4 trục

Bước 2: Khởi động máy tính để mở phần mềm Mach3

Hình 3.4: Khởi động phần mềm Mach3

Hình 3.5: Giao diện tổng quát của Mach3

Bước 3: Tiến hành cài đặt đơn vị, Nút Estop và thông số các trục trên Mach3 (cài đặt đơn vị:Config – Select Native Units – MM’s)

Hình 3.6: Cài đặt đơn vị cho phần mềm Mach3

Cài đặt thông số các trục X,Y,Z,A: Config – Motor Tuning, sau đó tiến hành nhập thông số như hình vẽ

- Cài đặt nút Estop: Config – Pots and Pins – Input Signals

Hình 3.7: Thông số các trục X,Y,Z

Hình 3.9: Cài đặt nút Estop

- Để tiến hành vận hành máy bằng phương pháp thủ công, chúng ta tiến hành chuyển qua tab MDI ( hoặc sử dụng tổ hợp phím Alt + 2)

- Khi đã chuyển qua MDI, nhấn Tab để bật bảng điều khiển

Hình 3.10: Giao diện bảng điều khiển bằng tay (MDI)

Hình 3.11: Khu vực hiển thị thông số các trục

- Nhấn Zero X, Zero Y, Zero Z, Zero 4 để đưa về gốc tọa độ 0

Hình 3.12: Các thông số khi đã được đưa về 0 (gốc tọa độ)

Bước 5: Cách đưa code vào phần mềm Mach3

Hình 3.13: Nhập file G-Code để chạy tự động

- Muốn chỉnh sửa code thì chọn dòng Edit G-Code

Hình 3.14: Chỉnh sửa file G-Code

Bắt đầu chạy chương trình

Lập tức dừng chương trình

Hình 3.15: Tác dụng của 3 nút vận hành code.

Dụng cụ đo

Thiết kế cụm đo Loadcell kết hợp với bộ đo chỉ thị TPSDH để đo lực

3.3.1 Nguyên tắc hoạt động của cụm đo

Khi máy uốn cong theo phương ngang Ox, lực uốn sẽ tác động lên bạc di động và từ bạc di động sẽ dẫn truyền lực đến Loadcell trục Ox Loadcell chịu lực tác dụng và truyền về bộ đo chỉ thị TPSDH thông số lực uốn đang vận hành

Tương tự với trục Ox, khi máy uốn theo phương dọc Oy, lực uốn sẽ tác động lên bạc di động và từ bạc di động sẽ dẫn truyền lực đến Loadcell trục Oy Loadcell trục Oy sẽ chịu lực và về bộ đo chỉ thị TPSDH thông số lực uốn đang vận hành

Tuy nhiên trong đề tài này vì phương Ox và Oy tương tự nhau và giới hạn về kinh phí nên chọn trục Oy để tiến hành đo và nghiên cứu

Hình 3.6: Cụm đo Loadcell kết hợp với bộ đo chỉ thị TPSDH trên trục Oy Đối với trục Oz, khi đẩy ống vào vùng uốn ống, thông qua trục đẩy, lực được truyền đến Loadcell trục Oz Loadcell chịu lực tác dụng dẫn truyền về bộ đo chỉ thị TPSDH thông số lực uốn để xuất ra lực uốn vận hành Bất kể quá trình uốn cong như thế nào, Loadcell Oz luôn nhận được lực tác dụng

Hình 3.17: Cụm đo Loadcell kết hợp với bộ đo chỉ thị TPSDH trên trục Oz

3.3.2 Bộ chỉ thị TPSDH để đo lực:

Sử dụng bộ đo TPSDH của hãng Shanghai Yaohua Weighing System Co.,Ltd vơi thông số kỹ thuật

Hình 3.26: Bộ chỉ thị TPSDH đo lực

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật bộ chỉ thị TSPDH

Tiêu chuẩn CE Độ phân giải 1/30.0000

Phạm vi cài đặt 5 kg đến 100000 kg

Màn hình hiển thị LED số đỏ, số lớn chiều cao số 51 mm

Tốc độ nhận mẫu 10 lần/ giây Độ nhạy loadcell 1.5mv/v tới 3mv/v

Cổng giao tiếp RS232 kết nối máy in, máy tính, màn hình phụ khoản cách nhỏ hơn 50m

Phím nhấn Zero, ACCUM, TARE, CLEAR, HOLD, FUNC

Kết nối load cell Kết nối tối đa 8 LoadCell 350 tới 800 ohm, 2mv/v hoặc 3mv/v

Loadcell là cảm biến lực, khi lực tác dụng lên Loadcell, Loadcell sẽ chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện Ngoài ra Loadcell còn được gọi là đầu dò tải bởi vì nó cũng có thể chuyển đổi một tải trọng (lực tác dụng) thành tín hiệu điện

3.3.3.1 Lắp đặt và kết nối Loadcell

Trong quá trình bắt đầu uốn ta đặt bộ chỉ thị kế bên và kết nối Loadcell vào để tiến hành đo đạc lại thông số Có 3 vị trí có thể lắp đặt LoadCell đó là trục X, Y và trục Z

Hình 3.19: Lắp đặt Loadcell lên máy uốn ống trục Ox, Oy

Bảng 3.2 Liệt kê các chi tiết của cơ cấu của cụm đo trên phương Ox, Oy

STT Tên chi tiết Mô tả/Chức năng của chi tiết Ảnh minh họa chi tiết

Dùng để gắn các chi tiết của bộ đo LoadCell

Nhận lệnh di chuyển theo trục

OX, OY, OZ để tạo hình cho ống

Hạn chế bạc di động tịnh tiến theo trục OZ

4 Gá LoadCell Để định hình LoadCell trên tấm tạo hình

Dẫn truyền lực tác dụng từ bạc di động xuống LoadCell trong quá trình uốn

Hình 3.27: Lắp đặt Loadcell lên máy uốn ống trục Oz

Bảng 3.3 Liệt kê các chi tiết của cơ cấu của cụm đo trên phương Oz

STT Tên chi tiết Mô tả/Chức năng của chi tiết Ảnh minh họa chi tiết

Dùng để gắn các chi tiết của bộ đo LoadCell

2 Gân cứng Để cố định giữa thanh định lỗ và tấm tạo hình

3 Thanh định lỗ Để gá LoadCell lên tấm tạo hình

4 Thanh định hình Giữ định hình Loadcell

Dẫn truyền lực tác dụng từ trục đẩy xuống LoadCell trong quá trình uốn

Đồng hồ điện tử đo bán kính cong của ống

- Chọn sử dụng đồng hồ đo bán kính của hãng INSIZE có các thông số kỹ thuật như sau:

Hình 3.21: Bộ đồng hồ điện tử đo bán kính Insize

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo

Dải đo bán kính 5-700mm/0.2-27.5 Độ phân giải 0.01mm/0.001

Cấp chính xác ±0.01R (mm) Đồng hồ điện tử đo bán kính dùng đo bán kính cung có thể thay đổi đo các cung hoặc đường cong lớn bên trong hoặc bên ngoài bằng cách sử dụng đồng hồ đo kiểu tiếp xúc ba điểm linh hoạt có thể uốn cong để phù hợp với cung được đo Khi cả ba điểm tiếp xúc tiếp xúc với đường cong, hàm có kích thước với các bán kính nhất định và trên đấy có một ốc khóa sẽ được vặn chặt để cố định phép đo tại chỗ

Mặt bàn Map hoặc bàn máy phay đạt độ phẳng và song song để đặt đồng hồ đo bán kính và tấm kim loại gá mẫu ống

* Tiến hành các bước đo tất cả mẫu ống:

Thiết lập đồng hồ về chuẩn: cài đặt đồng hồ chỉnh đơn vị bằng cách nhấn nút in/mm về mm hiển thị ở mặt đồng hồ Su đó gắn đầu có hai đầu điểm tiếp xúc loại 60 mm vào ống lót của đồng hồ và vặn chặt đai ốc để cố định với ống lót của đồng hồ đo

Hình 3.23: Gắn đầu 2 điểm tiếp xúc loại 60 mm vào ống lót

Nhấn nút s trên đồng hồ chỉ ra chỉ số s có in khoảng cách hai điểm trên chi tiết có hai đầu điểm tiếp xúc loại 60 mm và ta nhấn nút để thiếp lập đúng yêu cầu

Theo quy định của nhà sản xuất R1 là bán kính ngoài và R2 là bán kính trong Chỉ số ở trên là số đo bán kính và chúng ta cũng cần chú ý đến đến hai kiểu R1 và R2 để đạt được sự thống nhất khi đo

Hình 3.25: Quy định về bán kính của đồng hồ đo.

Phương pháp phân tích sau khi đo

Sau khi đo thông số bán kính cong khi uốn và lực trong quá trình uốn bằng công cụ đo ta sử dụng phận mềm vẽ đồ thị Orgin Pro 2021 để tiến hành vẽ biểu đồ và phân tích

Hình 3.26: Phần mềm Origin Pro 2021

3.5.1 Giới thiệu tổng quan về Origin Pro 2021

OriginLab OriginPro là một phần mềm phân tích dữ liệu và đồ thị tương tác cung cấp phân tích dữ liệu và không gian làm việc cho các nhà khoa học và kỹ sư

OriginPro cung cấp một bộ công cụ toàn diện cho các nhà khoa học và kỹ sư ở mọi cấp độ kỹ thuật để phân tích, đồ thị và ấn phẩm Chương trình có thể được sử dụng để thực hiện phân tích dữ liệu theo một số loại, thống kê bao gồm, phân tích đỉnh,khớp đường cong,… OriginPro có thể đặt các điểm dữ liệu ba chiều trên các mức tọa độ X, Y và Z, đồng thời các mức và điểm có thể được hiển thị cùng nhau.

TẠO HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ CHI TIẾT 4.1.Phương án xác định hình dạng ảnh hưởng đến lực tạo hình

Phân tích lực tạo hình

Sau khi thực nghiệm và đo lực theo thời gian của các ống uốn khi hoàn thành thì sử dụng Phần mềm đo Origin 2021 để tiến hành vẽ biểu đồ lực

Hình 4.7: Nhập dữ liệu đã đo vào OriginPro 2021.

Kết quả và đánh giá đo lực ống nối tiếp và hình dạng sản phẩm

Hình 4.9: Chỉnh sửa màu và nét theo mong muốn cho biểu đồ

4.5 Kết quả và đánh giá đo lực uốn nối tiếp và hình dạng sản phẩm

- Thực nghiệm với 75 ống uốn cho 3 trường hợp sau

4.5.1.Trường hợp 1: với X0, Y2, Z10 thay đổi Z (Z10,Z12,14,Z16,Z18) (Z là khoảng cách giữa bạc di động và bạc cố định để bẻ ống).

Hình 4.10: Những đoạn ống đã tạo hình của trường hợp 1

4.5.1.1 X0 Y2 Z10, BÁN KÍNH RẤT LỚN KHÔNG THỂ XÁC ĐỊNH

Bảng 4.2: Kết quả đo lực và thời gian của ống X0 Y2 Z10

- Lực Fy đạt giá trị nhỏ nhất 9.5(Kg) ở V(A) = 90 mm/ph

- Lực Fy đạt giá trị lớn nhất 31.1(Kg) ở V(A) = 150 mm/ph

- Lực Fz đạt giá trị nhỏ nhất 2.6(Kg) ở V(A) = 90 mm/ph

- Lực Fz đạt giá trị lớn nhất 10.0 (Kg) ở V(A) = 150 mm/ph

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) = 90 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất

- Nếu tăng tốc độ ép (V(A)) thì thời gian uốn giảm mạnh

- Ống uốn ra đúng biên dạng mong muốn, phần ống từ bạc cố định đến ụ đẩy không bị biến dạng trong trường hợp X0 Y2 Z10 khi tốc độ thay đổi

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) = 90 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất và thời gian uốn tương đối

- Nếu tăng tốc độ ép (V(A) thì thời gian uốn giảm mạnh Lực Fz và Fy giảm khi vận tốc tăng

- Lực Fy lớn hơn Fz

- Lực Fz và Fy giảm khi vận tốc tăng Lực Fy lớn hơn Fz

- Cả 2 lực đều giảm nếu giữ nguyên X và Y mà tăng Z

- Lực Fz và Fy giảm khi vận tốc tăng

4.5.2 Trường hợp 2: với X0, Y4, Z10 thay đổi Z (Z10,Z12,14,Z16,Z18)

Bảng 4.7 Kết quả đo lực và thời gian của ống X0 Y4 Z10

- Lực Fy đạt giá trị nhỏ nhất 35(Kg) ở V(A) = 90 mm/ph

- Lực Fz đạt giá trị lớn nhất 46.9(Kg) ở V(A) = 150 mm/ph

- Lực Fz và Fy tăng khi vận tốc tăng

- Lực Fz đạt giá trị lớn nhất 33.0(Kg) ở V(A) = 60 và 120 mm/ph

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) = 180 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất và thời gian uốn ngắn nhất

- Lực Fy đạt giá trị nhỏ nhất 16(Kg) ở V(A) = 60 và 150 mm/ph

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) = 60 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất tuy nhiên thời gian uốn khá dài

4.3.3 Trường hợp 3: với X0, Y6, Z10 thay đổi Z (Z10,Z12,14,Z16,Z18)

- Lực Fy đạt giá trị nhỏ nhất 223 (Kg) ở V(A) = 180 mm/ph

- Lực Fy đạt giá trị lớn nhất 256.5 (Kg) ở V(A) = 60 mm/ph

- Lực Fz đạt giá trị nhỏ nhất 88 (Kg) ở V(A) = 90 mm/ph

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) = 180 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất và thời gian uốn khá ngắn

- Lực Fz đạt giá trị nhỏ nhất 65.2 (Kg) ở V(A) = 120 mm/ph

- Lực Fy đạt giá trị lớn nhất 190 (Kg) ở V(A) = 60 mm/ph

- Lực Fz đạt giá trị lớn nhất 78 (Kg) ở V(A) = 120 mm/ph

- Lực Fy đạt giá trị nhỏ 169.2 (Kg) ở V(A) = 60 và 150 mm/ph

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) 0 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất và thời gian uốn ngắn nhất

- Lực Fy đạt giá trị nhỏ 148.8 (Kg) ở V(A) = 60 mm/ph

- Để đạt biên dạng ống như mong muốn thì ở V(A) 0 mm/ph là lực tác dụng nhỏ nhất và thời gian uốn tương đối ngắn

Sau khi thực nghiệm 3 trường hợp trên với 75 ống uốn ta có biểu đồ ảnh hưởng của lực đến hình dạng của ống sau khi uốn như sau:

Lực ở trục F(kg) cho ta thấy lực F(Y> F(Z) và lực càng lớn thì bán kính hình dạng càng nhỏ tương ứng với độ cong của sản phẩm sẽ càng cong

Hình 4.13: Biểu đồ ảnh hưởng của lực đến bán kính ở V(A) 60mm/phút Ở vận tốc V(A) 60mm/phút thì R(max)= 1970 ở lực bé nhất F(Z)!.7, F(Y)" và R(min)#9 ở lực lớn nhất F(Z).6, F(Y)%6.5 Ở vận tốc này để hoàn thành ống uốn mất khá nhiều thời gian

Hình 4.14: Biểu đồ ảnh hưởng của lực đến bán kính ở V(A) 90mm/phút Ở vận tốc V(A) 90mm/phút thì R(max) 1970 ở lực bé nhất F(Z)'.8, F(Y)#.3 và R(min)#9 ở lực lớn nhất F(Z), F(Y)"5 Ở vận tốc này cho ra biên dạng ống khá đẹp không xảy ra hiện tưởng lỗi ống, thời gian hoàn thành ống uốn tương đối

Hình 4.15: Biểu đồ ảnh hưởng của lực đến bán kính ở V(A) 120mm/phút

F(Z) F(Y) Ở vận tốc V(A) 120mm/phút thì R(max)= 1970 ở lực bé nhất F(Z)!.5, F(Y)#.4 và R(min)#9 ở lực lớn nhất F(Z).9, F(Y)"6.4 Ở vận tốc này cũng như ở vận tốc V(A) 90mm/phút cho ra biên dạng ống khá đẹp không xảy ra hiện tưởng lỗi ống, thời gian hoàn thành ống uốn tương đối ổn định

Hình 4.16: Biểu đồ ảnh hưởng của lực đến bán kính ở V(A) 150mm/phút Ở vận tốc V(A) 150mm/phút thì R(max)= 1970 ở lực bé nhất F(Z)'.4, F(Y)& và R(min)#9 ở lực lớn nhất F(Z).5, F(Y)#2.8 Ở vận tốc này thì đã bắt đầu xảy ra tình trạng lỗi có một số mẫu ống nứt nhẹ trong quá trình uốn

Hình 4.17: Biểu đồ ảnh hưởng của lực đến bán kính ở V(A) 180mm/phút Ở vận tốc V(A) 180mm/phút thì R(max)= 1970 ở lực bé nhất F(Z)#.5, F(Y)".7 và R(min)#9 ở lực lớn nhất F(Z).4, F(Y)"3

Kết luận: Ở vận tốc V(A)60mm/phút chạy tương đối ổn định tuy nhiên thời gian hoàn thành mẫu uốn sẽ rất lâu Ở vận tốc V(A) 180mm/phút và V(A) 150mm/phút do tốc độ uốn khá nhanh nên với những ống có bán kính cong nhỏ chịu lực tác dụng lớn uốn trong thời gian nhanh như vậy gây ra tình trang dễ gãy và nứt ống

Hình 4.18: Ống có vết đứt

Hình 4.19: Ống bị gãy trên máy

Riêng vận tốc từ 90mm/phút – 120mm/phút thì uốn ống không gặp lỗi, về hình dạng sản phẩm sau khi uốn đẹp bán kính cong nhỏ lực cũng tương đối trung bình không cao cũng không thấp thời gian uốn cũng vừa phải

Vì vậy đối với những ống uốn yêu cầu về hình dạng có bán kính cong nhỏ thì nên sử dụng vận tốc khoảng 90mm/phút - 120mm/phút để đạt yêu cầu tối ưu nhất về lực cũng như thời gian và hình dạng sản phẩm.

Ứng dụng lên sản phẩm yêu cầu của khách hàng

Ứng dụng lên sản phẩm yêu cầu của khách hàng, áp dụng vận tốc hợp lý như đã chứng minh trong khoảng V(A)90mm/phút - V(A)120mm/phút để lực tác động lên sản phẩm cho ra biên dạng như mong muốn và sai số chính xác cũng như ít gặp lỗi khi uốn

4.6.1 Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác với chi tiết “Ống dầu trước SPR1”

Hình 4.20: Bảng vẽ của ống dầu trước SPR1

- Sản phẩm sau khi uốn

Hình 4.29: Sản phẩm sau khi uốn

- Đánh giá độ chính xác sản phẩm

Hình 4.30: Số liệu bán kính sau khi đo

Bảng 4.17: Bảng thông số bán kính sản phẩm 1

Số liệu bán kính trung bình: Rtb= 100.09+99.1+99.69+100.5

Kết luận: Cả 3 sản phẩm sau khi uốn đều có độ chính xác cao, sai số % không đáng kể

- Như đã chứng minh ảnh hưởng của hình dạng đến lực tạo hình thi ở chi tiết này bán kính

4.6.2 Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác với chi tiết “Ống nối áp cao QR12”

Hình 4.23: Bảng vẽ của ống nối áp cao QR12

- Đánh giá độ chính xác sản phẩm

Hình 4.25: Số liệu bán kính sau khi đo

Bảng 4.18 Bảng thông số bán kính sản phẩm 2

Số liệu bán kính trung bình: Rtb= 99.89+99.19

Kết luận:Cả 3 sản phẩm sau khi uốn đều có độ chính xác cao, sai số % không đáng kể

- Như đã chứng minh ảnh hưởng của hình dạng đến lực tạo hình thi ở chi tiết này bán kính Rtb= 99.29 nên lực sẽ rất lớn

4.6.3 Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác với chi tiết “Ống xả khí O15.125”

Hình 4.26: Bản vẽ của ống xả khí O15.125

- Sản phẩm sau khi uốn

Bước 4: Đánh giá độ chính xác sản phẩm

Hình 4.28: Số liệu bán kính sau khi đo Bảng 4.19 Bảng thông số bán kính sản phẩm 3

Số liệu bán kính trung bình: Rtb= 100.05+100.49+100.07

Kết luận: Cả 3 sản phẩm sau khi uốn đều có độ chính xác cao, sai số % không đáng kể

- Như đã chứng minh ảnh hưởng của hình dạng đến lực tạo hình thi ở chi tiết này bán kính Rtb= 99.29 nên lực sẽ rất lớn

=> Sau khi ứng dụng lên 3 sản phẩm khách hàng yêu cầu Nhìn chung các sản phẩm sau khi uốn có độ chính xác cao, sai số phần trăm không đáng kể (0.07-1.07%) Biên dạng của các sản phẩm giống nhau

Với bán kính cong đo được trong tầm khoảng 99mm - 101mm vì vậy sẽ chịu một lực rất lớn.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hình Dạng Sản Phẩm Đến Lực Tạo Hình Trong Quy Trình Uốn Ống CNC
Tác giả	Trần Thị Ngọc Ánh
Người hướng dẫn	TS. Lê Minh Tài
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	11,37 MB