THIẾT KẾ MÁY UỐN CẮT TỰ ĐỘNG ỐNG THÉP phi 21 phi 54

Uốn là phương pháp gia công áp lực làm cong phôi dạng tấm, ống hay các tiết diện định hình v.v… Trong đó, uốn chi tiết với tiết diện tròn đóng một vai trò quan trọng.. 2.1.1 Phương pháp

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu sơ lược:

Ngày nay, gia công áp lực đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Chi tiết tạo hình bằng công nghệ trên chiếm đến khoảng 75% trên sản phẩm xe hơi, 80% trên dụng cụ và thiết bị điện, 95% trên máy nhiệt lạnh và nhiều sản phẩm trong ngành xây dựng

Ở các nước trên thế giới, thiết bị gia công áp lực ngày càng chiếm tỉ lệ cao trong tổng số máy gia công kim loại Ví dụ ở Italia tỉ lệ này vào khoảng 30% và lớn hơn nữa trong các nước có ngành công nghiệp phát triển Ở nước ta tỉ lệ này chỉ vào khoảng 10  12% và ngày càng tăng

Với qui mô sản xuất ngày càng lớn, các thiết bị gia công áp lực được thiết kế ngày càng hoàn chỉnh với khả năng công nghệ và mức độ an toàn cao Công nghệ được sử dụng phổ biến và hiệu quả trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, nhưng đồng thời cũng được dùng nhiều trong sản xuất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc

Một trong những nguyên công thường gặp nhất là công nghệ uốn Uốn là phương pháp gia công áp lực làm cong phôi dạng tấm, ống hay các tiết diện định hình v.v… Trong đó, uốn chi tiết với tiết diện tròn đóng một vai trò quan trọng

1.2 Sản phẩm và công dụng :

Ngày nay, ống uốn được sử dụng một cách rộng rãi trong các ngành công nghiệp xe hơi, công nghiệp hàng không, công nghiệp đóng tàu, đồng thời nó cũng được dùng trong công nghệ hoá chất, công nghệ năng lượng và rất nhiều ngành công nghiệp khác

Về vật liệu ống uốn, ống uốn dùng trong công nghiệp thường làm bằng thép, đồng, nhôm hoặc titan hay hợp kim với những yêu cầu đặc biệt của sản phẩm

Khả năng công nghệ của uốn ống là rất lớn Tiết diện uốn có thể là tròn, vuông Thông thường ống thép đã được uốn dùng như bán thành phẩm cho một giai đoạn tạo hình cuối Các lĩnh vực ứng dụng của ống uốn rất đa dạng, tuỳ thuộc vào yêu cầu của chi tiết uốn và dạng tạo hình dùng cho chi tiết đó

Người ta thường dùng ống uốn cho các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày như: tay vịn cầu thang ,bàn ghế, võng xếp, đồ trang trí nội thất v.v …

Hình 1.1 : Tay vịn cầu thang

Do tính chất nhẹ, bền mà ống cũng được sử dụng trong kiến trúc xây dựng Kết cấu vòm cho không gian lớn như: nhà xưởng, nhà thi đấu thể thao, nhà ga v.v …

Hình 1.2: Mái vòm nhà xưởng sử dụng thép ống

Đặc biệt là sản phẩm ống uốn được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, xe máy Sản phẩm là chi tiết lắp ráp như: khung sườn xe, cổ lái, càng và các chi tiết chịu lực khác Ngoài

ra còn ứng dụng làm ống dẫn ga, dẫn khí như: ống bô, ống xả v.v

Hình 1.4: Pô xả trên xe ô tô

Việc lắp đặt xây dựng nhà xưởng, hệ thống đường ống dẫn ga, dẫn khí… đòi hỏi một số lượng lớn các đoạn ống nối (Elbow/ Coude) Nên việc sản xuất hàng loạt những ống nối (co)

900 , 1800 là điều cần thiết nhằm phục vụ nhu cầu trên

Hình 1.5: Hệ thống đường ống dẫn khí gas

Hình 1.6 Co nối 90 O với các đường kính khác nhau

Hình 1.7 Co nối 180 0

Hình 1.8 Co nối với đường kính và góc uốn khác nhau

1.3 Kết luận:

Hiện tại thì ngành cơ khí chế tạo ở nước ta vẫn còn chậm phát triển so với các nước trong khu vực và trên thế giới Tuy nhiên một vài năm trở lại đây đã có những bước tiến khả quan Nhiều công ty, xí nghiệp trong nước đã có đầu tư trang thiết bị hiện đại cùng đội ngũ nhân viên kỹ thuật và kỹ sư có trình độ cao, cho ra đời những sảm phẩm có chất lượng Tuy nhiên, về máy móc thiết bị thì ta vẫn bị động do hầu hết đều được nhập về từ nước ngoài: Châu Âu Nhật, Đài Loan, Trung Quốc … Vấn đề gặp thường gặp khi sử dụng là khâu bảo trì, sửa chữa do tốn chi phí và thời gian chờ chuyên gia của nhà sản xuất Rõ ràng chúng

ta rất không chủ động về công nghệ và máy móc

Qua tất cả những tìm hiểu trên cho thấy rằng việc nghiên cứu và chế tạo máy móc trong nước là cần thiết trong thời điểm hiện tại Mục tiêu của chúng ta là phải làm chủ công nghệ càng sơùm càng tốt, càng nhiều càng tốt

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ

2.1 Một số phương pháp uốn ống:

Phương pháp uốn ống phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố như: đường kính ống uốn, chiều dày ống, bán kính góc lượn, góc độ uốn và vật liệu ống uốn

Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm: độ chính xác về kích thước và hình học, cơ tính tức khả năng chịu lực của sản phẩm Năng suất của sản phẩm

Đối với yêu cầu đề tài là uốn cong và cắt sản phẩm ống thép 21   54mm, chiều dày t

= 23,5 mm Co ống (Elbow) được sản xuất hàng loạt, với khả năng chịu lực cao Trong tính toán của luận văn, ta sẽ tính cho bán kính uốn và góc uốn lớn nhất có thể

Có nhiều phương pháp uốn ống với bán kính cho trước Một số kỹ thuật chính được sử dụng: uốn dùng con lăn, uốn với nguyên lý nén, uốn kéo, uốn với khuôn quay

2.1.1 Phương pháp uốn dùng con lăn :

Phương pháp này dựa trên nguyên lý tiếp xúc điểm qua các con lăn có tiết diện tương ứng với tiết diện của sản phẩm, phổ biến là uốn qua ba con lăn

Nguyên lý hoạt động: ba con lăn có kích thước như nhau được sắp xếp thành hình tam giác, hai con lăn được cố định và con lăn thứ ba dịch chuyển được Phôi được do ma sát giữa con lăn thứ ba, chuyển được sẽ kéo phôi uốn, lăn trên hai con lăn cố định

Ưu điểm:

1 Uốn sản phẩm với kích thước lớn, tiết diện thay đổi được theo hình 2.5

2 Bán kính và góc độ uốn lớn, hoặc xoắn ống

Nhược điểm:

2 Độ dày mỏng của sản phẩm phụ thuộc vào lực uốn

3 Chỉ phù hợp trong sản xuất ống với góc uốn lớn

4 Thiết kế, lắp đặt vị trí lưỡi dao cắt khó khăn

5 Năng suất thấp

Hình 2.1: Phương pháp uốn dùng ba con lăn

Hình 2.2: Con lăn và tiết diện khuôn tương ứng

2.1.2 Phương pháp uốn theo nguyên lý nén :

Là phương pháp uốn dựa trên nguyên lý nén ép với bộ khuôn gồm: khuôn uốn, khuôn kẹp và khuôn nén

Nguyên lý hoạt động: trong quá trình uốn, khuôn kẹp sẽ kẹp chặt phôi vào khuôn uốn được cố định, tiếp tuyến của cung uốn Khuôn áp lực di chuyển quay quanh khuôn uốn và ép ống dọc theo khuôn uốn xác định nên góc uốn theo yêu cầu

Hình 2.3: Nguyên lý uốn nén

Ưu điểm:

1 Kết cấu máy đơn giản do chỉ có khuôn nén quay, các khuôn còn lại đều cố định

2 Khuôn có thể thay đổi tuỳ thuộc vào tiết diện mặt cắt ngang của sản phẩm cần uốn Nhược điểm:

1 Bề mặt sản phẩm uốn không tốt do ảnh hưởng ma sát giữa khuôn nén và phôi uốn

2 Góc uốn bị hạn chế, phương pháp chỉ có năng suất cao khi góc uốn nhỏ hơn hoặc bằng

90o

2.1.3 Phương pháp uốn ống theo nguyên lý kéo:

Uốn kéo là phương pháp uốn ống mới Khác với các phương pháp trước đó là thành trong chịu ứng suất nén và thành ngoài chịu ứng suất kéo, thì ở phương pháp này cả hai phía đều chịu ứng suất kéo

Nguyên lý hoạt động: hai đầu ống sẽ được nối với hai xi lanh kéo bằng ngàm kẹp Trong quá trình làm việc, hai xi lanh vừa kéo vừa xoay đồng thời khuôn uốn di chuyển tới để định hình góc uốn bằng biến dạng của khuôn uốn

Hình 2.4: Phương pháp uốn theo nguyên lý kéo

Ưu điểm:

1 Cơ tính giữa lớp trong và ngoài ổ định, đồng đều (đều bị kéo)

2 Tiết diện có thể thay đổi bằng các bộ khuôn khác nhau

3 Năng suất cao khi sản phẩm có nhiều cung uốn

Nhược điểm:

1 Kết cấu máy phức tạp và điều khiển đòi hỏi độ chính xác cao

2 Chế tạo khuôn khó khăn

3 Chi phí đầu tư lớn

4 Không kha thi khi thưc hiên quá trình cắt tự động

2.1.4 Uốn ống theo nguyên lý cuộn :

Uốn ống theo nguyên lý cuộn là phương pháp uốn được sử dụng linh động nhất trong công nghiệp Số lượng lớn các nhà cung cấp khuôn với giá thành cạnh tranh Dụng cụ uốn gồm: khuôn uốn (con lăn dưỡng quay), khuôn kẹp và khuôn áp lực Ngoài ra còn có lõi để tránh nếp nhăn và giảm độ ô van cho tiết diện ống tại cung uốn

Nguyên lý hoạt động: Phôi uốn được lắp vào lõi và được định vị một đầu bằng cử đã được tính toán trước Sau đó phôi được kẹp chặt trong rãnh của khuôn uốn nhờ khuôn áp lực Khi uốn, khuôn uốn và khuôn áp lực sẽ quay một góc xác định theo yêu cầu rồi dừng lại Khi đó ống sẽ được cuộn vào khuôn uốn Khuôn kẹp sẽ bị kéo theo do ma sát và dịch chuyển theo cùng theo phương tiếp tuyến của ống so với cung uốn

Hình 2.5: Phương pháp uốn theo nguyên lý cuộn

Ưu điểm:

1 Góc uốn lớn, điều chỉnh góc xoay dễ dàng

2 Uốn được ống có đường kính

3 Giảm được sai lệch hình dạng tiết diện ống, đảm bảo cơ tính của sản phẩm

4 Dễ tự động hoá, kể cả quá trình cắt thành sản phẩm

5 Năng suất cao

Nhược điểm:

1 Đầu tư thiết bị tương đối lớn

2 Phải thiết kế khuôn thay thế cho từng nhóm sản phẩm uốn khác nhau

2.1.5 Phân tích và lựa chọn nguyên lý uốn

Qua phân tích nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của các phương pháp uốn ống đã biết Ta nhận thấy phương pháp uốn theo nguyên lý cuộn có nhiều ưu điểm, phù hợp với yêu cầu sản phẩm về cơ tính, độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học

1 Sản phẩm là chi tiết trong ngành ôtô, xe máy, nhà xưởng, hệ thống ống dẫn

2 Sản phẩm có khả năng chịu lực cao

3 Sản phẩm uốn với các nguyên công tiếp theo là: gá hàn

4 Số lượng lớn với độ đồng nhất cao

Ngoài ra, việc thiết kế và chế tạo có thể thực hiện được với yêu cầu điều kiện sản xuất hiện tại

Với phương án được chọn, ta có sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy uốn ống theo hình 2.6

C? T

LÙI DAO1

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp uốn, cắt tự động

2.2 Sơ đồ động của máy:

2.2.1 Sơ đồ động:

Từ sơ đồ nguyên lý ta thiết kế sơ đồ động theo hình 2.7

7 6

DAO C?

Hình 2.7: Sơ đồ động của máy

1 Xi lanh thuỷ lực tác động kép điều khiển khuôn kẹp

2 Đế quay khuôn kẹp

3 Khuôn kẹp

4 Khuôn quay

5 Khuôn áp lực

7 Sống trượt vít me – đai ốc

8 Cụm đỡ khuôn áp lực

9 Xy lanh áp lực

10 Lò xo hồi

11 Cử định vị ống uốn

12 Thep ống

13 Ranh trượt điều chỉnh

14 Xy lanh hai đầu, tác động kép

15 Bánh răng trụ răng thẳng

16 Thanh răng

17 Trục chính của máy

Nguyên lý hoạt động :

Quá trình uốn bắt đầu được thực hiện khi ta đóng điện cho mạch thuỷ lực hoạt động

Ống uốn được định vị nhờ vào cử định vị (11) Dưới tác dụng của xy lanh thì khuôn kẹp (3) và khuôn áp lực (5) được đẩy tới kẹp vào ống uốn Khuôn kẹp gây ra lực kẹp làm cho ống ban đầu thẳng được uốn cong áp sát khuôn uốn Lực kẹp được cố định trong suốt quá trình uốn

Sau đó, xi lanh (14) đẩy thanh răng (16) di chuyển tới truyền động cho bánh răng (15) tạo mô men uốn Khuôn uốn và cụm khuôn kẹp quay theo ép ống uốn sát vào bán kính cong của khuôn uốn Lực ma sát giữa ống và khuôn áp lực kéo khuôn áp lực trượt dọc theo rãnh trượt, trượt tiếp tuyến với góc uốn

Góc uốn được xác định tương ứng thông qua hành trình của xi lanh (14) bằng cách thiết lập vị trí của cảm biến

Khi uốn ống tới góc yêu cầu, dao cắt tiến đến cắt đứt ống, xi lanh (14) đứng yên và hai

xi lanh điều khiển kéo khuôn kẹp và khuôn áp lực lùi về Sản phẩm là co ống thành phẩm rơi xuống thùng chứa phía dưới Xi lanh (14) kéo về đúng vị trí đã được lập trình và chuẩn bị một chu kỳ uốn, cắt tự động tiếp theo

2.2.2 Một số điều chỉnh khi uốn:

1 Bộ khuôn có thể thay đổi để uốn ống với đường kích ngoài của ống uốn

2 Khi bán kính cung uốn thay đổi thì khuôn quay thay đổi Ta phải điều chỉnh sống trượt vít me – đai ốc để đưa cụm áp lực tiếp tuyến và cụm định vị với khuôn quay

3 Khi uốn ống thành mỏng, ta phải sử dụng lõi cố định hoặc lõi di động

2.3 Lý thuyết uốn ống:

Uốn ống là nguyên công nhằm biến đổi phôi dạng ống có trục thẳng thành các sản phẩm hay bán thành phẩm có dạng cong.Uốn kim loại được thực hiện do biến dạng dẻo xảy

ra ở hai phần khác nhau của sản phẩm

2.3.1 Quá trình biến dạng dẻo của kim loại:

Biến dạng dẻo của kim loại là hình thái biểu diễn khi có tải trọng tác động lên vật thể kim loại mà sau khi bỏ tải thì biến dạng đó vẫn còn Người ta lợi dụng tính chất này để ứng dụng vào quá trình gia công áp lực kim loại

b

Pa

Hình 2.8: Biểu đồ ứng suất và biến dạng

Biểu đồ cho thấy quá trình biến dạng có các giai đoạn sau:

Giai đoạn biến dạng đàn hồi:

Trên hình là đoạn từ O đến P, khi tăng tải trọng từ từ thì biến dạng cũng tăng tuyến tính theo định luật Húc Kim loại sẽ trở về trạng thái ban đầu khi bỏ tải trọng P gọi là giới hạn hồi của kim loại

Giai đoạn biến dạng dẻo:

Đoạn từ P đến a, khi tăng tải trọng vượt qua giới hạn đàn hồi, kim loại đạt tới trạng thái biến dạng dẻo Biến dạng tăng rất nhanh mặc dù ứng suất tăng ít Khi bỏ tải trọng , không phải toàn bộ kim loại kim loại đều ở trạng thái biến dạng dẻo mà vẫn tồn tại biến dạng đàn hồi theo định luật “Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo” Đây chính là giai đoạn dùng để gia công

Giai đoạn củng cố:

Đoạn từ a đến b, giai đoạn không phục hồi biến dạng, nếu tiếp tục tăng tải trọng tới giới hạn nào đó thì vật liệu sẽ bị phá huỷ Điểm b được gọi là giới hạn bền của vật liệu

Giai đoạn phá huỷ:

Trong giai đoạn này, các vết nứt tế vi phát sinh, xuất hiện sư tập trung ứng suất làm phá huỷ vật liệu

2.3.2 Biến dạng trong quá trình uốn ống:

Trong quá trình uốn độ cong của phần phôi bị biến dạng sẽ tăng lên và tại cùng biến dạng xảy ra hai quá trình khác nhau ở hai phía của phôi: các lớp kim loại ngoài góc uốn thì bị kéo, còn các lớp bên trong thì bị nén

vùng chịu nén vùng

chịu

nén

Hình 2.9: Biến dạng trong quá trình uốn

Sau khi uốn hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn bị thay đổi , sự thay đổi của tiết diện ngang càng lớn khi bán kính uốn càng nhỏ Sự thay đổi tiết diện ngang tại vùng uốn là do biến dạng dẻo theo bán kính của khuôn uốn với định luật thể tích không đổi kéo theo biến dạng dẻo ngược dấu theo một hoặc hai hướng tương ứng vuông góc: hướng kính và hướng trục

2.3.3 Bán kính uốn cho phép:

Khi uốn ống với bán kính tương đối nhỏ thường có đặc điểm riêng liên quan tới sự mất ổn định của phôi tại vùng nén làm xuất hiện những nếp nhăn Bán kính uốn tới hạn là bán kính mà khi đó phôi uốn ở trạng thái giới hạn của sự mất ổn định, nó phụ thuộc vào chiều dày tương đối của thành ống, tính chất cơ học của vật liệu, bán kính uốn, độ biến mỏng cho phép của thành ống, độ ô van cho phép của tiết diện ngang tại vùng uốn v V …

Một cách gần đúng, bán kính uốn tới hạn tương đối của ống mà bán kính này sẽ không làm xuất hiện nếp nhăn, có thể xác định theo công thức thực nghiệm sau:

D - đường kính ngoài của ống

S - chiều dày thành ống

Tính toán theo công thức trên có thể thấy rằng khi thay đổi chiều dày tương đối của thành ống S/D từ 0,01 đến 0,1 thì bán kính uốn tới hạn tương đối của ống thay đổi từ 4,1 đến 3,0

Như vậy với yêu cầu của luận văn: D = 54 mm, t = 3 mm

Bán kính uốn tới hạn của khuôn uốn:

Ta chọn bán kính uốn tính toán: R = 200 mm, khả năng uốn lớn nhất của máy

2.3.4 Độ ô van của tiết diện ngang tại góc uốn:

Ngoài sự tạo nếp nhăn, khi uốn ống còn xảy ra sự thay đổi hình dạng mặt cắt ngang tại góc uốn của ống; sự thay đổi này có thể được coi là một dạng mất ổn định Tiết diện tròn ban đầu sẽ thay đổi thành ô van Độ ô van xuất hiện do tác động của lực uốn lên các phân tố vòng trên ống Kí hệu là U và được xác định bởi công thức sau:

Hình 2.10: Độ ô van của tiết diện ngang tại góc uốn

Độ ô van của tiết diện ngang ống được quy định tuỳ theo tiêu chuẩn ngành.Khi bán uốn lớn, sự sai lệch không lớn hơn 8 đến 10%, còn khi uốn với bán kính nhỏ thì không quá 20%

2.3.5 Tính đàn hồi khi uốn:

Là sự thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết sau khi uốn so với hình dáng và kích thước của khuôn như : bán kính uốn và góc uốn

Trong quá trình uốn, không phải toàn bộ kim loại kim loại đều ở trạng thái biến dạng dẻo mà vẫn tồn tại biến dạng đàn hồi Khi ngoại lực tác dụng lên phôi, lớp kim loại ở vùng kéo có biến dạng đàn hồi nên co ngắn lại, còn các lớp ở vùng nén thì giãn ra Biến dạng đàn hồi khác nhau gây ra sự quay tiết diện ngang của phôi và tạo góc đàn hồi  21

Hình 2.11: Góc đàn hồi

Góc đàn hồi được xác định bằng hai phương pháp: tính toán giải tích và thực nghiệm 2.3.6 Chiều dài phôi uốn:

Để xác định chiều dài phôi nhằm đảm bảo kích thước chi tiết sau khi uốn cần tiến hành các bước sau:

1 Chia kết cấu ống thành những đoạn cong và đoạn thẳnng đơn giản

2 Xác định vị trí và chiều dài lớp trung hoà thớ cùng biến dạng

3 Xác định chiều dài ống:

Hình 2.12: Kích thước dài của ống

Xác định bán kính lớp trung hoà: trong quá trình uốn, lớp kim loại ở trong bị nén, lớp ngoài bị kéo tồn tại lớp trung hoà Chiều dài của lớp trung hoà không thay đổi Trường hợp tổng quát của uốn ống, ta có công thức xác định bán kính lớp trung hoà:

2

d r

   

Trong đó:

1 1

d

d

  - Hệ số dày thêm hướng kính

D ,d1 – đường kính trước và sau khi uốn

R – bán kính trong uốn R = R – d/2

Theo thực tế ta có thể xác định theo công thức gần đúng sau:

Bảng hệ số x khi uốn chi tiết ống và thanh tròn

Bảng 2.1 Hệ số vị trí trung hoà

Theo bảng hệ số ta xác định được x = 0,5

Ta giảm bán kính khuôn uốn xuống 5% để khắc phục tình trạng biến dạng đàn hồi tồn tại trong biến dạng dẻo

Vậy lớp trung hoà sẽ đi qua tâm của tiết diện

Bán kính lớp trung hoà của ống uốn:

163 0,5 54 190

     mm Chiều dài cung uốn:

L     mm 2.3.7 Vật liệu :

Bảng vật liệu thép ống dùng trong kết cấu cơ khí theo tiêu chuẩn của Nhật:

Bảng 2.2 Thành phần nguyên tố của ống thép uốn

Ký hiệu

% Max

STKM 12A 0.12 0.35 0.60 0.040 0.040

Bảng 2.3 Cơ tính của vật liệu

Ký hiệu Giới hạn

bền

Giới hạn chảy N/mm2 Độ giã#n dài %

Theo phương dọc Theo phương ngang

Kí hiệu (JIS): SKD11

Khối lượng :7,85 10 3[kg m/ 3]

Môđun đàn hồi :210[GPa]

2.4.1 Khuôn uốn (bend die):

Khuôn quay – Là bộ phận chính trong máy uốn ống; có hình dáng rãnh để có thể ôm lấy ống uốn dễ dàng, kẹp và kéo ống quanh khuôn tạo ra sản phẩm uốn; thường được gọi là khuôn uốn hay khuôn bán kính

Đặc điểm kỹ thuật chủ yếu của khuôn quay đường kính ngoài và bán kính uốn của ống được uốn

Khuôn ghép – thường được gọi là “khuôn cuộn”, bao gồm hai phần: khối bán kính cong và khối kẹp Khối bán kính cong được thiết kế với khoảng trống được vát đi để có thể lắp ghép với khối kẹp, thường là ốc lục giác bắt chìm vào trong Thiết kế trên có ưu điểm là giảm đáng kể giá thành để sàn xuất và cho phép thay thế khối kẹp khi bị mòn

Khuôn hình giọt nước – Là khuôn được thiết kế như một khối duy nhất, nhưng về cơ bản thì chức năng cũng giống như khuôn ghép Giá thành mắc hơn nhưng cần thiết khi mặt cắt ngang của khuôn quá nhỏ

Dựa vào các thông số ống uốn như kích thước ống, bán kính và góc uốn đã cho ta thiết kế khuôn uốn:

Hình 2.13: Khuôn quay (khuôn cuộn)

ra sự dát mỏng quá giới hạn cho phép của lớp bên ngoài cung uốn

Khuôn áp lực loại trượt khắc phục hiện tượng trên bằng cách di chuyển tới trong suốt quá trình uốn, vì thế làm giảm quá trình kéo giãn thành ống Với đặc điểm trên thì hầu hết các kiểu máy uốn hiện nay đều trang bị khuôn áp lực kiểu trượt

Đăc điểm kĩ thuật chính của loại khuôn áp lực là chiều dài của khuôn, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: góc uốn, bán kính uốn, cơ tính vật liệu phôi v.v…

Công thức tính độ dài của khuôn áp lực được cho như sau:

Lkal – chiều dài khuôn áp lực,

r – bán kính của đường tâm,

b – góc uốn,

t – đường kính ống,

k – hằng số độ cứng của vật liệu, hầu hết các ống tròn thì hằng số thường dùng là 2 Đối với các vật liệu cứng như: niken không rỉ hay titan thì hằng số này khoảng từ 2,5 đến 3 Hằng số này được thêm vào để chắc rằng khuôn áp lực đủ dài để đảm bảo chức năng của khuôn Chọn k = 2

Công thức tính độ dài của khuôn kẹp:

r – bán kính của đường tâm,

t – đường kính ống,

k – hằng số độ cứng của vật liệu, hầu hết các ống tròn thì hằng số thường dùng là 5 Hằng số sẽ tăng đối với các tiết diện không tròn hay khó uốn Nếu lòng khuôn kẹp là nhẵn thì giá trị nhỏ nhất của Lkk vào khoảng hai lần đường kính ống uốn Tăng giá trị giới hạn lên khi tăng hằng số k Chọn k = 6

Thể tích khuôn: V  1810555 mm3

Khối lượng: M14213 g

Khối lượng: P142 N

2.4.4 Đế quay của khuôn kẹp:

Đế quay được lắp cố định trên trục chính của máy và quay đồng thời với trục trong quá trình uốn Đế có tác dụng là giá đỡ của khuôn kẹp và xy lanh của khuôn kẹp Thông số kích thước sơ bộ của đế quay:

Hình 2.16: Đế quay khuôn kẹp

Chọn vật liệu gang xám: tỉ trọng 7,8 kg/dm3

Thể tích sơ bộ của đế quay ta có: 3

6,54dm

V 

Khối lượng của đế: m7,8 6,54 51kg

Xét thêm trọng lượng của xy lanh thủy lực, khuôn kẹp và cơ cấu giữ khuôn ta nhân thêm hệ số là s = 2 Lực tác dụng dọc trục chính của máy:

2.4.5 Thiết kế sống trượt:

Sống trượt là bộ phận của thân máy dùng để dẫn hướng cho bộ phận di động của máy Ngoài nhiệm vụ đảm bảo khả năng di động của bộ phận máy, sống trượt còn có nhiệm vụ truyền lực Vì thế, sống trượt cần thỏa mãn các yêu cầu sau đây: bề mặt mài mòn phải có độ chịu mòn cao, phải đảm bảo độ chính xác truyền động

Các sống trượt cần phải có khả năng điều chỉnh khe hở và các biện pháp bảo vệ để chống nhiễm bẩn

Ngoài ra, về độ cứng vững và độ bền cũng cần phải đạt yêu cầu

2 Kết cấu sống trượt:

Để khuôn uốn có thể chuyển động theo đường thẳng nhất định, sống trượt cần phải có những bề mặt định hướng để cho chi tiết có thể chuyển động được một chiều Tiết diện của

sống trượt là có thể là một đa giác bất kì như tam giác, hình chữ nhật, hình tròn, hình đuôi én

… Một số loại sống trượt thường dùng:

Sống trượt phẳng

Sống trượt lăn trụ

Rãnh trượt chữ V

Sống trượt đuôi én

Loại này dùng cũng thuận lợi như sống trượt phẳng, vì nó có khả năng chịu tải trọng từ

ba mặt Nó có thể đảm bảo vị trí của chi tiết trượt theo hướng lên, cũng như ở mặt bên Sống trượt đuôi én dùng phổ biến để di động bàn máy

Ưu điểm chính của nó là việc điều chỉnh khe hở rất dễ dàng với một thanh chêm Nhược điểm là việc chế tạo và kiểm tra tương đối phức tạp, khó giữ dầu

Sống trượt đuôi én có độ cứng vững kém, chủ yếu dùng để di động chi tiết với vận tốc thấp

Hình 2.17: Kết cấu sống trượt đuôi én

Dựa trên những phân tích ưu nhược điểm ở trên thì ta chọn kết cấu sống trượt đuôi én 2.5 Phân tích và tính toán lực uốn:

2.5.1 Sơ đồ phân tích lực uốn:

Mômen uốn cần thiết để uốn được xác định từ điều kiện cân bằng giữa mômen ngoại

R

A B

M – mômen uốn cần thiết của khuôn quay (Nmm)

R – bán kính uốn của ống (mm)

L – chiều dài của khuôn áp lực (mm)

a – khoảng cách giữa tâm quay với mặt ma sát của khuôn áp lực (mm)

b – khoảng cách giữa tâm quay với phương kéo của lò xo (mm)

Fp – Lực tác dụng lên khuôn áp lực

L- độ dịch chuyển của khuôn áp lực tại góc quay , và bằng chiều dài của cung AB

ống tại cung uốn, tuy nhiên ảnh hưởng của áp lực lên quá trình uốn là không đáng kể trong giới hạn của quá trính Ống uốn dưới tác dụng của của lực kẹp và moment uốn của khuôn quay sẽ chịu lực tác tương đương với sơ đồ lực như sau:

2.5.2 Tính toán lực của khuôn áp lực (Fal):

Để quá trình uốn xảy ra trong trạng thái biến dẻo thì mômen uốn tại A do Fal phải đủ lớn để thỏa điều kiện chảy dẻo không phá hủy:

 - ứng suất tại mặt cắt A

W – mômen kháng uốn của ống:

3

(1 )32

32 54

[chay],[ben] - lần lượt là ứng suất chảy và bền của ống

Xét mômen uốn tại A :

2 2

0

.( ) ( )

[ ]

chay al

chay al

W F

2.4601.175 2.4601.340(800 190 )   F al  800

Hình 2.20: Sơ đồ tính toán lực kẹp

Mômen nhỏ nhất mà lực kẹp sinh ra so với mặt cắt A: M 800kNmm

Lực kẹp cần thiết:

2 2.800

8

120 200

A k

M

Ta chọn Fk = 8,5 kN

Ma sát nghỉ giữa ống và khuôn kẹp: F ms  K f k

Trong đó f – hệ số ma sát nghi giữa ống uốn và khuôn kẹp Lấy f = 0.2 theo bảng 9.3 [1]

2.5.4 Tính toán mômen quay của trục chính:

Bao gồm ba thành phần: mômen cần thiết để làm biến dạng dẻo ống, mômen chống lại lực kéo của lò xo và mômen do ma sát lăn giữa khuôn áp lực và con lăn

Mbd – mômen gây ra biến dạng dẻo:

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY

3.1 Thiết kế tính toán bộ truyền thanh răng - bánh răng:

3.1.1 Nguyên lý làm việc của bộ truyền:

Khi có tải: xy lanh thủy lực tác dụng lên thanh răng, đẩy thanh răng di tới Thông qua bộ truyền thanh răng – bánh răng làm quay trục chính của máy theo một góc tương ứng Bộ khuôn quay và khuôn kẹp được gắn lên trục chính thực hiện quá trình uốn ống

Khi không tải: xy lanh lùi về quay bộ khuôn trở về vị trí ban đầu

Vận tốc uốn :

3.1.2 Tính toán thiết kế

1 Chọn vật liệu:

Thanh răng : thép 45 Cr được tôi cải thiện HB1 250

Để bộ truyền có khả năng chạy mòn tốt thì H1 H2(10 15) HB, ta chọn

2 Xác định ứng suất tiếp và ứng suất uốn cho phép:

Số chu kỳ làm việc cơ sở

1

3 i