Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị uốn ống có đường kính lớn

Đối với thị nền sản xuất cơ hí trong nước, rất nhiều c c sản phẩ hiện hữu như bình chứa, bồn chứa nhiên liệu, nguyên liệu, nồi hơi, ỗng dẫn, vỏ t u được sản xuất, ch t o ột c ch h đơn gi

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Văn Sở, học viên Cao học h a 2011 , chuyên ng nh ch t o

y Sau hai nă học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của c c thầy cô gi o v đặc biệt

l sự giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, thầy gi o hướng dẫn tốt nghiệp của

tôi, nên tôi đã đi đ n cuối chặng đường để t thúc ho học

Tôi đã quy t định chọn đề t i tốt nghiệp l : “ Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị

2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

PLC Programmable Logic Controller ộ điều hiển PLC

NC Numerical Control Điều hiển số

CNC Computer Numerical Control Điều hiển số bằng y tính

2.1 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn phôi tấm 27

4.4.6 Tính toán, chọn xy lanh thủy lực nâng trục X và Y 85

5

PHẦN MỞ ĐẦU

Công nghệ gia công p lực (GCAL) l ột phương ph p t o hình chi ti t dựa trên tính dẻo của vật liệu i lo i Với sự ph t triển nhanh ch ng của công nghiệp h a, hiện đ i h a, sản phẩ của GCAL ng y c ng chi tỷ trọng cao trong c c lĩnh vực công nghiệp như cơ hí ch t o, xây dựng, điện, điện tử, gia dung, y t , quốc phòng, giao thông vận tải Đối với c c nước công nghiệp ph t triển như Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Trung quốc, GCAL luôn đ ng vai trò then chốt cho ph t triển công nghiệp nặng, siêu nặng như luyện i , đ ng t u, vũ hí, h ng hông… Trong vòng 10 nă trở l i đây, với ục tiêu nâng cao tỷ lệ sản phẩ nội địa, lĩnh vực GCAL ng y c ng c vai trò quan trọng v đ ng g p đ ng ể cho sự ph t triển của nền sản xuất cơ hí nước nh Sở

sĩ như vậy l vì GCAL c tính ưu việt hơn hẳn so với c c phương ph p gia công cơ hí

h c đặc biệt hi thị trường ph t triển, cần sản xuất lo t lớn như ti t iệ vật liệu, đả bảo độ chính x c chi ti t, tăng cơ tính sản phẩ , chi phí sản xuất lo t lớn thấp, hả năng tự động h a cao

Công nghệ GCAL được chi th nh c c lo i hình chính như dập tấ , dập hối, dập bằng ôt trường đặc biệt (đ n hồi, chất lỏng, xung điện, từ trường), t o hình trên

c c trục lăn Đối với thị nền sản xuất cơ hí trong nước, rất nhiều c c sản phẩ hiện hữu như bình chứa, bồn chứa nhiên liệu, nguyên liệu, nồi hơi, ỗng dẫn, vỏ t u được sản xuất, ch t o ột c ch h đơn giản v hiệu quả với công nghệ uốn lốc trên trục lăn

Lo i hình công nghệ uốn lốc dọc (để ch t o sản phẩ tấ lợp tôn s ng hay dải phân

c ch ề đường bộ…) v uốn lốc ngang (sản phẩ d ng ống rỗng, c d ng trụ, côn hoặc bề ặt cong) đã v đang ph t triển v được ứng dụng h phổ bi n trong nhiều doanh nghiệp sản xuất ở Việt Na Tuy vậy, còn rất nhiều c c nh y cơ hí trong nước ặc dù uốn p dụng công nghệ v thi t bị n y để sản xuất c c sản phẩ phục

vụ cho doanh nghiệp ình, nhưng vẫn chưa c được đội ngũ những nh ỹ thuật c chuyên ôn v a hiểu để sẵn s ng thi t công nghệ v ch t o thi t bị Hầu h t c c doanh nghiệp như thi t bị lọc h a dầu, nh y sửa chữa cơ hí, thi t bị cho ng nh xi

6

ăng, nhiệt điện, than, c c công ty lắp y… đi ua thi t bị v tì hiểu luôn công nghệ uốn lốc của nước ngo i

Trên cơ sở ph t triển đưa lo i hình công nghệ uốn lốc v o c c doanh nghiệp dầu

hí v nâng cao năng lực thi t công nghệ, thi t bị, đồng thời đ p ứng nhu cầu của doanh nghiệp cơ hí h ng hải, tôi đã đề xuất thực hiện đề t i Nghiên cứu công nghệ v thi t thi t bị để uốn ống c đường ính lớn

Khi nghiên cứu về công nghệ v c c thi t bị để uốn lốc c c chi ti t d ng ống, rỗng c ích thước, đường ính lớn, c thể thấy 2 lo i thi t bị thường được sử dụng đ

l uốn trên y uốn 3 trục hoặc y uốn 4 trục Thi t bị uốn 3 trục c t cấu đơn giản, điều hiển dễ d ng, chi phí thi t bị, gi th nh y thấp nên phù hợp với nhiều doanh nghiệp vừa v nhỏ ở Việt Na Thi t bị uốn 4 trục t cấu y phức t p hơn, chương trình điều iển phức t p hơn, gi th nh y cũng cao hơn nhưng l i c tính linh động ề dẻo hơn trong qu trình uốn với c c chiều d y v đường ính h c nhau, việc uốn ép trước cũng thực hiện dễ d ng hơn

Sau khi nghiên cứu t i liệu, c c công trình đã thực hiện t i chuyên ng nh v

xe xét cụ thể yêu cầu t i doanh nghiệp cơ hí dầu hí, tôi lựa chọn thi t bị uốn 3 trục

để nghiên cứu v thi t công nghệ với ục tiêu để ch t o c c d ng ống c chiều d y

đ n 50 , chiều d i ống (ứng với hổ rộng của tôn tấ ) đ n 3000 v đường ính ống đ t đ n 3500

Phần nội dung chính của luận văn tập trung v o những vấn đề sau:

- Tổng quan công nghệ uốn lốc trên c c thi t bị trục lăn, tính hình sử dụng thi t bị v sản phẩ trên th giới cũng như ở Việt Na

- Nghiên cứu công nghệ uốn lốc trên y uốn lốc 3 trục, 4 trục Phân tích đặc điể uốn cũng như b i to n uốn phôi tấ dải rộng

- Tính to n thi t thi t bị uốn 3 trục

Trong qu trình thực hiện luận văn, do điều iện nghiên cứu, hảo s t thực tiễn còn chưa nhiều nên c thể luận văn còn những hi huy t, ính ong c c Thầy, Cô

8

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ VÀ SẢN PHẨM

UỐN LỐC

1 1 Các sản phẩm của công nghệ GCAL

C nhiều phương ph p trong sản xuất để ch t o ột chi ti t y, ột sản phẩ

cơ hí như đúc, h n, gia công p lực, gia công cắt gọt…

Để ch t o ột chi ti t như b nh răng, trục huỷu người ta c thể sự dụng những phương ph p đúc, h n, cắt gọt rồi nhiệt luyện Mặc dù năng suất hông cao, cơ tính của sản phẩ chưa đ t được ức tối ưu do cấu trúc vật liệu chưa phù hợp, nhưng cũng c thể được xe l giải ph p hi thị trường nhỏ lẻ Nhưng hi thị trường ph p triển, yêu cầu về chất lượng sản phẩ ng y c ng cao thì buộc c c chi ti t y chịu tài trọng l việc hắc nghiệt bắt buộc phải qua công nghệ GCAL để nâng cao cơ tính

Khi ch t o ột chi ti t như vỏ xe ô tô, vỏ ét chứa, vỏ y thì hông thể ch

t o bằng phương ph p n o h c ngo i công nghệ GCAL

Công nghệ GCAL được chia th nh 2 lo i hình công nghệ chính đ l dập tấ v dập hối C c d ng sản phẩ n y điển hình của dập tấ v dập hối được trình b y trên hình 1.1 và 1.2

9

Hình 1.1 Các sản phẩm dập khối điển hình

Hình 1.2 Sản phẩm dập tấm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng

Công nghệ dập tấ v dập hối để t o hình c c chi ti t c sử dụng huôn dập v thực hiện trên c c thi t bị như y búa, y ép cơ hí, y ép thủy lực, y ép vít a

s t…

Công nghệ GCAL còn được bi t đ n với nhưng lo i hình sản phẩ đặc biệt đ l

c c sản phẩ d ng rỗng C c chi ti t n y hông chỉ được thực hiện trên c c huôn đặc

h n ghép chi ti t đ y bình v thân bình l i với nhau

Xuất ph t từ nhu cầu thực t hiện nay c c thi t bị uốn lốc để ch t o thân bình đang rất cần thi t nhưng chủ y u c c doanh nghiệp vẫn phải đặt ua từ nước ngoài Vì vậy, để nâng cao hả năng sử dụng công nghệ v thi t bị trong nước, nội dung chính của luận văn sẽ tì hiểu v thi t công nghệ, thi t bị uốn lốc để ch t o c c chi ti t ống c đường ính lớn

1.2 Tổng quan về máy uốn lốc tôn

* Trên thế giới

Công nghệ uốn lốc trên th giới đã được bi t đ n từ lâu Từ những nă 30 của

th ỷ trước đã c những doanh nghiệp ứng dụng công nghệ uốn lốc để sản xuất công nghiệp với sản lượng lớn Trên th giới c ột số hãng sản xuất y lốc nổi ti ng h ng đầu như DAVI của Italia, SERTOM của Đức đã t o được chỗ đứng vững chắc trên

l ng công nghiệp ch tao y lốc to n cầu Trước những nă 1960, đa phần c c y uốn lốc được sử dụng chủ y u l y cơ hí đơn giản với hả năng công nghệ, năng suất v độ chính x c hông cao Đ n những nă 1980, hi lĩnh vực thủy lực c những bước đi nh ẽ thì cũng l lúc đ nh dấu sự ra đời h ng lo t của c c y thủy lực, đặc biệt ph t triển t i c c nước như Đức, Italya, Sec, Thụy sỹ, Ru ani v ungari C c

y uốn lốc c sử dụng truyền dẫn thủy lực cho lực ép, uốn lớn hơn rất nhiều Với c c thi t bị n y cho phép t o hình c c chi ti t từ tấ d y v đường ính sản phẩ lớn C c

12

sản phẩ của y lốc phục vụ rộng rãi cho công nghiệp quốc phòng như c c thùng t chứa xăng dầu, nhiên liệu, c c thùng chứa vũ hí hí t i, đ n dược, công nghiệp xi ăng, h a chất, thực phẩ , đ ng t u, thủy điện…

ước sang th ỷ 21, c c thi t bị y uốn lốc đã được nâng cấp cải ti n để c được những tính năng h t sức hiện đ i vượt trội hơn hẳn so với th hệ y lốc trước

đ C c y lốc được tích hợp với bộ điều hiển số, điều hiển logic C c hãng như DAVI, SERTOM lần lượt cho ra đời c c th hệ y lốc hiện đ i l y uốn lốc thủy lực điều hiển PLC c tính năng rất ưu việt, nâng cao hả năng công nghệ v độn chính x c của sản phẩ Những đ ng g p quan trọng của lĩnh vực điều hiển số PLC cũng như của ỹ thuật thủy hí cho phép c c hệ thống y uốn lốc v công nghệ uốn lốc trở nên linh ho t v ề dẻo, thích ứng với c c d ng sản phẩ rỗng c biên d ng

h c nhau Hệ thống y lốc ng y nay c thể đ t được hả năng công nghệ rất lớn, chúng c thể lốc được c c tấ ỏng cho tới những tấ rất d y, điều đ phụ thuộc v o từng chủng lo i y, đường ính trục lốc c thể từ nhỏ đ n rất lớn

Hiện nay hông chỉ c c c thương hiệu nổi ti ng đ n từ c c nước Âu Châu còn c nhiều hãng sản xuất đ n từ ột số nước Châu Á như Nhật ản, Đ i Loan, Ấn

Độ, H n Quốc, Trung Quốc C c thi t bị c chất lượng v tính năng tốt, tương đương của châu Âu với gi thanh c nh tranh

Như vây, c thể thấy rằng, ở c c nước c nền công nghiệp ph t triển, c c thi t bị

y uốn lốc tôn đã được phổ bi n v được ứng dụng c hiệu quả cao trong sản xuất công nghiệp

* Trong nước

C c sản phẩ uốn lốc phục vụ công nghiệp nội địa rất nhiều v nhu cầu ng y càng tăng Sau chi n tranh chống Mỹ d nh độc lập dân tộc v thống nhất đất nước, nhu cầu xây dựng v i n thi t c c nh y, xí nghiệp ở ọi nơi trên ọi iền tổ quốc, đặc biệt đẩy nh công nghiệp quốc phòng, xi ăng, hai th c, ch biên nên c c sản

13

phẩ uốn lốc đã xuất hiện Ng y nay, c c ng nh công nghiệp hai th c, công nghiệp dầu hí, công nghiệp năng lượng, nhiệt điện, thủy điện, xi ăng, h a chất … đang được ưu tiên ph t triển để đ p ứng công nghiệp h a v hiện đ i h a đòi hỏi c c nh

y cơ hí phải đ p ứng, ch t o c c chi ti t ngay C c chi ti t ống chịu p lực, bồn bề,

lò lung Clin er (thường phải nhập ngo i), bao hơi (100% phải nhập ngo i) hối lượng rất lớn Vì vậy, việc nghiên cứu th nh công ột ặt g p phần nâng cao cơ sở lý luận hoa học trong việc ch t o c c sản phẩ từ y lốc, ặt h c thúc đẩy việc tự ch t o

y lốc trong nước, ổn định sản xuất v ti t iệ ngo i tệ l điều rất cần thi t cho Việt

Na trong ho n cảnh hiện nay

Ở Việt Na hiện nay cũng đã xuất hiện ột số cơ sở sản xuất c c thi t bị y uốn lốc nhưng còn ở quy ô nhỏ lẻ v cũng còn rất h n ch cả về ích thước, ẫu ã, đặc biệt l hả năng công nghệ Thực t ột số doanh nghiệp trong nước đã tự ch ột

số y lốc 3 trục dựa theo ẫu y c xuất sứ từ Trung Quốc, Đ i loan từ những nă

1980 C clo i y uốn lốc n y chủ y u t o hình c c tấ thép c chiều d y từ 1 đ n 8 , chỉ đ p ứng được ột số nhu cầu nhất định để ch t o ột số lo i ống h i, ống dẫn hí v ống nước trong ột số ng nh công nghiệp, nông nghiệp v thủy lợi

Nhìn chung, những sản phẩ đơn chi c, thi u tính to n cơ sở hoa học v dựa trên chép ẫu Những cơ sở doanh nghiệp n y chỉ ch t o để đ p ứng công việc của bản thân cơ sở, chưa định hướng thị trường v chưa c chi n lược inh doanh hay định hướng sản phẩ cụ thể C c y lốc tự ch xuất hiện ở ột số nh y Cơ hí Hải Dương, LILAMA, COMA, VINASHIN với hả năng công nghệ rất h n ch H ng

nă , c c doanh nghiệp của LILAMA, COMA, SONGDA, VINASHIN… phải nhập nhiều lo i y lốc với nhiều ích cỡ h c nhau cho những ục đích ch t o t i c c dự

n C c y c xuất xứ từ c c nước G7, Nga, Trung Quốc v ột số nước Đông Âu với nhiều th hệ y, xong đa phần l y lốc 3 trục Hiện t i, lo i y 4 trục đã được nhập v o ột số doanh nghiệp trong nước như LISEMCO – Hải Phòng, LILAMA69-3 – Hải Dương, CS WIND TOWER – Hồ Chí Minh , của c c hãng ch t o thi t bị y

14

lốc h ng đầu như DAVI – Italy, MG – Italy, 4HEL – Italy, Bikko – Italy, Sertom – Thổ Nhĩ Kỳ , c c nước n y đã đ t tới trình độ cao về nghiên cứu v ch t o y lốc siêu lớn với nhiều biên d ng phức t p, với tôn d y đ n 200 như MC 3070, MC 3080,

MG 375 … c c chương trình điều hiển số NC v CNC

1 3 Các chủng loại máy uốn lốc tôn

Để ch t o c c chi ti t c biên d ng cong từ tấ phẳng, trong thực t c nhiều thi t bị uốn lốc đ p ứng được yêu cầu đ l công nghệ lăn ép trên y 2 trục, uốn lốc trên y 3 trục, y 4 trục

1.3.1 Máy uốn 2 trục

Hình 1.5 Uốn trên máy 2 trục

Công nghệ uốn trên thi t bị lăn ép 2 trục được nghiên cứu bởi nhiều hãng trên

th giới, chủ y u l Mỹ, châu Âu, Nhật bản … thi t bị n y được ứng dụng trong nhiều doanh nghiệp sản xuất vỏ t u thủy, vỏ x c lò phản ứng, c c chi ti t bồn chứa nhiên liệu, h a chất…

15

Ở Việt Na , rất ít nh y bi t đ n công nghệ v thi t bị uốn trên thi t bị 2 trục Nh y đ ng t u H Long c lắp đặt 1 thi t bị của Ý, song hông vận h nh bởi hiểu bi t về công nghệ cũng như năng suất của nh y còn ở ức thấp

Thi t bị uốn trên 2 trục lăn c ưu điể nhỏ gon, dễ thực hiện, thao t c đơn giản,

dễ d ng điều hiển Nhưng công nghệ uốn n y sẽ l cho chiều d y của tấ ỏng đi,

ặc dù ức độ bi n ỏng nhỏ, nhưng cũng cần thi t phải tính to n công nghệ ỹ c ng

để tr nh bi n ỏng l ảnh hưởng đ n chất lượng sản phẩ Hơn nữa, với công nghệ

n y hông cho phép uốn lốc c c chi ti t rỗng, c đường cong hép ín (ví dụ như chi

ti t ống) Công nghệ n y rất thích hợp để ch t o c c chi ti t c biên d ng cong bậc 2 hay bậc 3 như c c chi ti t vỏ t u thủy

1.3.2 Máy uốn 3 trục

M y uốn c 3 trục được bố trí t o th nh 3 đỉnh của ta gi c, 1 trục trên v 2 trục dưới C nhiều c ch dẫn động h c nhau cho thi t bị nhưng về nguyên tắc ít nhất

c 2 trục được dẫn động chủ động, 1 trục c thể tự quay theo

Trục trên c thể chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng Hai trục dưới c thể chuyển động ra v o để t o ra hoảng c ch chính x c so với trục trên theo thi t công nghệ Thường 2 trục dưới sẽ điều hiển được chuyển động theo hướng xiên, nhưng cũng c số trường hợp nh thi t đặt chuyển động theo hướng ngang

 M y thủy lực 3 trục c 2 trục dưới chuyển động trên ột đường xiên

16

17

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí trục và máy uốn 3 trục, trục trên cố định, 2 trục dưới chuyển

động theo hướng xiên của một số hãng khác nhau

 M y thủy lực 3 trục c 2 trục dưới chuyển động theo ột cung tròn

18

Hình 1.7 Máy uốn 3 trục, trục trên cố định, 2 trục dưới chuyển động theo cung tròn

của một số hãng khác nhau

 M y thủy lực 3 trục c 2 trục dưới chuyển động theo phương ngang

Hình 1.8 Máy uốn 3 trục, trục trên cố định, 2 trục dưới chuyển động theo ngang

 M y thủy lực 3 trục c 2 trục dưới cố định, trục trên chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng

20

21

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí trục lốc và máy uốn lốc 4 trục

1.3.4 Tình hình sử dụng và chế tạo máy uốn lốc ở thế giới và Việt Nam

Trên th giới c nhiều hãng ch t o nổi ti ng c c thi t bị y uốn lốc ngang như hãng DAVI của Italia, SERTOM của Đức, DURMA của Nhật v ột số hãng h c của

Đ i Loan , Trung Quốc…

C c doanh nghiệp ch t o y trên th giới c sử dụng công nghệ v thi t bị uốn lốc ngang rất nhiều v xuất hiện trong ọi lĩnh vực sản xuất công nghiệp

Ở Việt Na , hầu như việc ch t o y uốn lốc n y còn nhỏ lẻ, hông c nhưng hãng ch t o chuyên dùng Trong hi đ ở Việt Na c nhiều doanh nghiệp cơ hí ch

t o đang sử dụng nhiều thi t bị như Hòa ph t, Tân Á, Coma, Lilama, Licogi, Vinaconex, Sông đ …

C c lo i y uốn lốc 2 trục hoặc 3 trục với trục trên di động chỉ c ở c c doanh nghiệp đ ng t u

C c lo i y uốn lốc 4 trục cũng đã xuất hiện c c lo i y hiện đ i truyền dẫn thủy lực v c điều hiển theo chương trình

c thể đ t đường ính đ n 10.000 (10 m)

Hình 1.11 Biên dạng sản phẩm

23

Hình 1.12 Sản phẩm ống hình trụ

Hình 1.13 Sản phẩm ống hình côn

Ở Việt Na , sản phẩ uốn lốc xuất hiện rất nhiều nhưng về công nghệ v thi t

bị thì vẫn ở ức sơ hai Rất ít doanh nghiệp ch t o c c thi t bị uốn lốc, c c thi t bị uốn lốc cũng cho chất lượng chưa cao Nhu cầu sử dụng thi t bị xuất hiện cơ nhiều daonh nghiệp cơ hí, nhưng chủ yêu y c nhập hẩu đã l lãng phí nguồn t i nguyên, nhân lực trong nước

Trên cơ sở đ , sau hi hảo s t ỹ lưỡng c thể nhận thấy, trong c c dòng y uốn lốc 2 trục, 3 trục v 4 trục thì việc thi t , ch t o hả thi nhất, hiệu quả nhất ở Việt na l dòng y 3 trục Từ do ng y 3 trục c thể ph t triển lên thi t ch t o dòng y 4 trục Vì vậy đề t i n y sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ uốn lốc trên c c thi t bị y lốc v sẽ thi t y uốn lốc 3 trục phụ phụ để uốn c c d ng ống c đường ính lớn

25

CHƯƠNG II CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH UỐN

2 1 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn phôi tấm

Uốn l ột nguyên công nhằ bi n đổi c c phôi c trục thẳng th nh c c chi ti t

c trục cong Phôi bị uốn c thể xảy ra dưới t c dụng đồng thời của nhiều tải trọng bên ngo i như ô en, lực dọc v lực ngang Nguyên công uốn được thực hiện trên các

y ép trục huỷu, y ép thuỷ lực, y uốn tấ nhiều trục ( y lốc tấ ), y uốn prôfin chuyên dùng để uốn c éo v c c y uốn tự động v n năng Nhưng dù uốn trên thi t bị gì hay huôn gì thì ta cũng c sơ đồ uốn dưới đây

Hình 2.1 Sơ đồ uốn dưới tác dụng của tải trọng P

Lực P v Q sẽ t o ra ô en uốn l thay đổi hình d ng của phôi Trong qu trình uốn độ cong của phần phôi bị bi n d ng sẽ tăng lên v t i vùng bi n d ng xảy ra

qu trình bi n d ng h c nhau ở hai phía của phôi, c c lớp i lo i ở phía ặt ngo i

g c uốn thì bị éo còn c c lớp bên trong thì bị nén Như vậy, giữa hai vùng c ứng suất

éo v nén sẽ tồn t i ặt trung ho ứng suất c đặc điể :

| kéo | = | nén | và kéo = nén

Hình 2.2 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn phôi dải rộng

Khảo s t sự phân bố ứng suất hi uốn dẻo phôi dải rộng ta dựa trên hình 2.2 Khi uốn dẻo sự phụ thuộc của trị số ứng suất  v o hoảng c ch đ n ặt trung ho ứng suất hông phải l tuy n tính như trường hợp uốn đ n hồi Vì tồn t i vùng bi n d ng dẻo v cũng vì ảnh hưởng của độ uốn cong đ n sự phân bố ứng suất v

sơ đồ tr ng th i ứng suất nên biểu đồ ứng suất  rất phức t p Khi phôi uốn với độ cong lớn, trong qu trình bi n d ng c c lớp phôi nọ nén lên lớp phôi ia, do đ sinh ra ứng suất  vuông g c với ặt trung bình của phôi Trị số của chúng tăng từ 0 t i bề

ặt tự do đ n trị số cực đ i ở ặt trung ho ứng suất (t i đ  = 0)

Nghiên cứu điều iện cân bằng c c phân tố ở ổ bi n d ng hi uốn nên dùng to

độ độc cực c gốc trùng với tâ cong của lớp trung bình t i thời điể đã cho

27

Khi uốn bằng ô en sẽ hông c ứng suất ti p  v như vậy phương trình cân bằng c d ng:

0d

Xét sự phân bố ứng suất cho trường hợp

s



< 25 Khi đ chiều d y lớp bi n

d ng đ n hồi c thể bỏ qua v coi như to n bộ chiều d y phôi bị bi n d ng dẻo

Trường ứng suất phải tì được x c định bằng c ch giải t hợp phương trình (2.1), điều iền dẻo v điều iện biên:

- Khi  = R thì K = 0 (R- bán kính cong ngoài)

- Khi  = r thì n = 0 (r- b n ính cong bên trong g c uốn)

Như vậy, phân bố ứng suất ở vùng éo v vùng nén như sau:

Khi r < 5s thì ảnh hưởng của  đ n trị số v sự phân bố ứng suất  theo chiều

d y phôi l đ ng ể v hi ấy ặt trung ho ứng suất chuyển dịch từ ặt trung bình vào phía tâm cong

r 1 2

hi đ lớp trung ho ứng suất trùng với ặt trong

Cần lưu ý rằng ặt trung bình hay ặt trung ho ứng suất l những bề ặt hình học dịch chuyển trong qu trình uốn theo c c lớp của phôi

29

Vì ặt trung ho ứng suất phân chia vùng éo v nén v do sự chuyển dịch của

n từ ặt trung bình v o trong nên l tăng chiều d y vùng bi n d ng hông đơn điệu

Vì trong vùng bi n d ng hông đơn điệu ỗi ột lớp i lo i bi n d ng đầu tiên bị nén ti p tuy n v sau đ l éo nên bên trong vùng đ phải c ột lớp c trị số tuyệt đối bi n d ng éo bằng bi n d ng nén Chiều d i của lớp đ bằng chiều d i ban đầu của phôi, còn ặt trùng với lớp đ thì gọi l ặt trung ho bi n d ng

Rõ r ng rằng, b n ính ặt trung ho bi n d ng lớn hơn b n ính ặt trung ho ứng suất ( b

n

 > n ) nhưng l i nhỏ hơn b n ính ặt trung bình

C thể coi ặt trung ho bi n d ng nằ chính giữa vùng bi n d ng hông đơn điệu:

s1 - chiều d y thay đổi hi uốn, s0 - chiều d y phôi ban đầu

Khảo s t gi trị max cực đ i hi  = n ta nhận được:

max = - σfln

r

R

Công thức (2.8) cho thấy:

- Khi độ cong phôi tăng thì max tăng v hi Rr e2 7,4 thì max = σf

30

- Ti p tục tăng độ cong uốn (r giảm ) thì max > σf v theo điều iện dẻo, t i

ặt trung ho ứng suất t c dụng  = max+ σf c gi trị â Vì vậy hi

r

R > 7,4 thì ặt trung ho ứng suất trở th nh ặt t i đ th nh phần ứng suất 

thay đổi dấu ( = 0)

- Sơ đồ tr ng th i ứng suất thay đổi gần ặt trung ho ứng suất xuất hiện hi trị

số r nhỏ Thực vậy, lấy R = r + s thì hi r < 0,156s thì c sự thay đổi sơ đồ

tr ng th i ứng suất

Hình 2.3 Phân bố ứng suất khi uốn có và không có hoá bền

* X c định chiều d i của phôi hi uốn:

Độ d i của phôi hi uốn t i ột g c uốn được x c định trên cơ sở cân bằng với độ

d i của lớp trung ho bi n d ng Do vậy đối với ột chi ti t uốn, độ d i của phôi sẽ bao gồ : tổng độ d i của c c phần c nh thẳng v tổng độ d i của c c phần cung cong

l c c b n ính cong của lớp trung ho bi n d ng t i c c g c uốn

i i

l

1

1

1 180   (2.9) trong đ :

- l i: độ d i của c c phần c nh thẳng,

31

- n: số g c uốn,

- i: trị số c c g c uốn,

- bdi: b n ính cong của lớp trung ho bi n d ng t i c c g c uốn

Như vậy uốn x c định được độ d i của phôi cần phải x c định được vị trí của lớp trung hòa bi n d ng, b n ính cong v độ d i của lớp trung hòa bi n d ng t i ột

g c uốn

Ở giai đo n uốn đ n hồi dẻo v ngay cả hi uốn dẻo thuần túy phẳng với b n ính uốn tương đối lớn thì lớp trung ho bi n d ng sẽ đi qua trọng tâ ti t diện ngang của phôi N u ti t diện ngang của phôi l hình chữ nhật với chiều d y S thì:

trong đ : r l b n ính uốn

n ính cong của ặt trung ho bi n d ng c thể được x c định bởi ột hệ số x,

gi trị của n phụ thuộc v o b n ính cong tương đối r/S, hi r/S c ng lớn thì trị số x

c ng lớn Với r/S = 0,1 thì x = 0,3 còn với r/S = 5 thì x = 0,5 Như vậy ứng với ỗi gi trị của x ta c thể x c định được b n ính cong của lớp trung ho bi n d ng:

bd = r + x.S (2.11 )

Chúng ta c thể thấy rằng: hi giả c c b n ính uốn r vị trí lớp trung ho bi n

d ng sẽ dịch chuyển về phía c c thớ bị nén, lớp trung ho bi n d ng sẽ trùng với ặt trung bình khi r  5 S vì hi đ x = 0,5

Như vậy hi bi t được vị trí lớp trung ho bi n d ng chúng ta c thể x c định được độ d i của n v do đ x c định được độ d i của phôi uốn

Khi uốn phôi dải rộng ti t diện ngang của phôi t i vùng uốn thay đổi hông đ ng

ể v chủ y u chỉ bị giả chiều d y S Sự bi n ỏng của chiều d y S t i vùng uốn c thể được x c định gần đúng theo công thức:

2 3

) 2

(

4 r S

S S

32

Theo công thức trên ta thấy rằng, sự bi n ỏng rất rõ r ng hi b n ính uốn nhỏ

Ví dụ hi r = 2S thì gi trị  S  1 %chiều d y phôi

Chiều d y của phôi sau hi uốn t i vùng bi n d ng dẻo c thể được x c định trên

cơ sở c c số liệu thực nghiệ :

Sb ỏng = .S (2.13)

trong đ :

- : hệ số giả chiều d y;

- S: chiều d y ban đầu của phôi (trước hi uốn)

Khi uốn dải với g c uốn  = 900 bằng thép 10 v 20 người ta thấy gi trị của hệ

số  thay đổi tuỳ theo b n ính uốn tương đối r/S:

 Khi r/S = 0,1 thì  = 0,82;

 Khi r/S = 4,0 thì  = 0,99

2 2 Lực và mô men uốn

* Mô men uốn:

Hình 2.4 Sơ đồ xác định mô men uốn

Mô en cần thi t để uốn phôi được x c định bằng tổng ô en sinh ra t i vùng

éo v vùng nén do c c ứng suất ti p  đối với tâ uốn (hình 2.4)

d b

d b

N u giả thi t rằng ở giai đo n uốn dẻo ho n to n với phôi dải rộng, ứng suất 

t i vùng éo v vùng nén hông đổi trên to n bộ chiều d y của n v tương ứng bằng:

Còn ặt trung ho ứng suất trùng với bề ặt trung bình của phôi v do đ :

) (

5 , 0 5 ,

- W: ô en chống uốn của ti t diện ngang của phôi;

-  = 11,5 hệ số thay đổi tính đ n sự ảnh hưởng của ứng suất trung bình đ n bước chuyển quy ước của i lo i ở tr ng th i dẻo, hệ số n y đ t được trị số lớn nhất ở tr ng th i bi n d ng phẳng (Hệ số lôga)

Ở giai đo n uốn dẻo ho n to n với tr ng th i bi n d ng hối thì ứng suất  thay đổi trên chiều d y của phôi v bề ặt trung ho ứng suất dịch chuyển về c c thớ nén Tuy nhiên ô en vẫn hông đổi v được x c định theo công thức (2.15) Do vậy,

tr ng th i ứng suất t i ổ bi n d ng hi uốn cũng như vị trí của lớp trung ho ứng suất, hông ảnh hưởng đ n gi trị của ô en uốn



M = Mđ/hồi + Mdẻo =

Trong đ : y - chiều rộng vùng bi n d ng đ n hồi

Trong công thức trên, n u y = S thì n sẽ trở th nh công thức để x c định ô en uốn đối với giai đo n uốn đ n hồi:

N u y = 0 thì n sẽ trở th nh công thức để x c định ô en uốn hi uốn dẻo ho n toàn

Công thức để x c định ô en uốn hi uốn dẻo ho n to n với tr ng th i bi n

d ng hối, n u tính đ n sự ho bền của vật liệu hi sử dụng đường gần đúng của đồ thị

'2

2 2 2

2 2

r R r

R r

R E r

R b

3 12

.

S

y S

2

S b M

f







35

Vấn đề x c định lực uốn cần thi t để uốn l ột vấn đề rất h hăn, do đ chỉ c thể x c định ột c ch gần đúng Sở dĩ như vậy l do lực uốn phụ thuộc v o rất nhiều

y u tố như:

 Hình d ng v ích thước ti t diện ngang của phôi;

 Tính chất cơ học của vật liệu; hoảng c ch giữa c c gối tựa;

 n ính cong của ch y uốn v ép l việc của cối uốn, trục lăn;

 Điều iện a s t ti p xúc giữa phôi v dụng cụ, trục lăn v.v

Lực bi n d ng của qu trình uốn trên trục lăn c thể x c định ột c ch gần đúng bằng phương ph p cân bằng tĩnh v coi như uốn tự do Vì ở giai đo n n y hoảng cách giữa c c gối tựa của phôi uốn lớn (L > 5S) nên ảnh hưởng của ứng suất ti p l hông

đ ng ể N u gọi phản lực ở c c gối tựa l Q v coi lực a s t T suất hiện l do sự quay của phôi uốn đối với điể tựa v tỷ lệ với phản lực gối tựa: T = .Q thì khi chi u tất cả c c lực lên phương t c dụng của lực uốn PU chúng ta c phương trình sau:

4

. 2

 (2.14)

Độ d i của c nh tay đòn l bằng hoảng c ch giữa phương t c dụng của lực Q v pháp

tuy n qua tâ b n ính lượn của ch y, n được x c định từ quan hệ hình:

2 sin

1 2 cos ) (

36

N u gọi r1  rch  S 2 và r2  rc  S 2 ta có:

2 sin

1 2 cos ) (

Từ công thức (2.16) chúng ta thấy rằng lực uốn thay đổi theo h nh trình của ch y Khi

h nh trình của ch y thay đổi g c /2 cũng thay đổi v do đ thay đổi cả c nh tay đòn l

N u bỏ qua ảnh hưởng của lực a s t ( = 0) thì c thể thấy rằng hi rch  rc  r thì lực uốn cực đ i hi:

16 4

1 2



 Như vậy theo công thức trên người ta thấy rằng hi hoảng c ch tương đối giữa c c gối tựa (L/r) c ng lớn thì lực uốn đ t gi trị cực đ i với g c uốn  c ng lớn v sau đ hầu như hông đổi

2 3 Biến dạng đàn hồi khi uốn

Qu trình uốn tấ luôn xảy ra hiện tượng đ n hồi l i Hiện tượng n y sẽ gây ra sự thay đổi hình d ng v ích thước của chi ti t sau hi uốn so với hình d ng và kích thước của huôn hay ích thước ong uốn đ t được Sở dĩ c sự đ n hồi như vậy l

do hi c tải (ngo i lực) t c dụng lên phôi, c c lớp i lo i nằ ở vùng éo c bi n

d ng đ n hồi nên bị co ngắn l i, còn c c lớp i lo i ở vùng nén thì bị giãn ra i n

d ng đ n hồi h c nhau t i vùng éo v vùng nén gây ra sự quay ti t diện ngang của phôi v t o ra g c đ n hồi =θf-θo l cho b n ính cong v g c uốn bị thay đổi

2 cos 2

2 sin ).

2

cos 2

.(sin

.

2 1

S b

37

Hình 2.5 Sự biến dạng đàn hồi khi uốn

i n d ng đ n hồi cần phải được tính đ n hi x c định ích thước l việc của huôn hoặc hi uốn tự do thì ta phải uốn với ột g c nhỏ hơn để sau đ tấ sẽ bị bi n

d ng đ n hồi ngược l i với trị số  N u bi t được c c trị số đ n hồi v đặc điể của

sự thay đổi b n ính uốn v g c uốn thì chúng ta c thể x c định được c c ích thước

l việc của huôn Popov đã giải b i to n đơn giản nhất để x c định bi n d ng đ n hồi hi uốn dẻo thuần tuý phôi dải rộng bằng vật liệu đồng nhất hông h a bền với b n ính uốn đủ lớn ( hi đ ảnh hưởng của ứng suất nén hướng kính  c thể bỏ qua vì trị

số của chúng tương đối nhỏ):

(2.17)

Trong đ : U l g c uốn bằng (1800-)

Khi giải b i to n đã sử dụng giả thuy t ặt cắt ngang vẫn phẳng, lý thuy t ph huỷ của Inlusin v định luật Hoo e i n d ng đ n hồi của phần phôi hông ti p xúc với ch y hi nắn đã hông được tính đ n

o u ch

38

Sự chấp nhận trong việc phân tích những giả thuy t l giả độ chính x c tính

to n trong công thức (2.17), vì th n chỉ thích hợp để đ nh gi sự ảnh hưởng của c c

y u tố đ n bi n d ng đ n hồi hi uốn

Việc giải b i to n để x c định bi n d ng đ n hồi hi uốn bởi ô en uốn ở giai

đo n uốn dẻo thuần tuý phẳng c tính đ n sự ho bền của i lo i đã được E.N Mosnhin thực hiện C c công thức c d ng:

t ch

t ch

r E m

r S

r r

/

/

2

t ch t

ch u

r E

/ /

2

o

r

K K





0 hệ số ho bền của i lo i

Hệ số prôfil ti t diện ngang K1 đối với hình chữ nhật v hình vuông hoặc thép g c

K1=1,5 Đối với thép tròn K1=1,7 Đối với thép chữ U v thép chữ I thì K1=1,8

Công thức (2.18) c thể bi n đổi cho trường hợp uốn phôi bằng i lo i không

ho bền (E’=0 v Ko=0) c ti t diện ngang hình chữ nhật (K1=1,5)

39

t ch

t ch

r E

r r

/

/3

Hình 2.8 Quan hệ giữa góc đàn hồi và bán kính uốn tương đối

Đường liền nét: c c số liệu thực nghiệ của Rabinhin, Đường chấ g ch: theo c c số liệu lý thuy t của Kalpin v Norwsin Rabinhin đã nghiên cứu bằng thực nghiệ để x c định g c đ n hồi hi uốn ột

g c c c i lo i đen với b n ính uốn nhỏ v đã chỉ ra rằng: lực uốn chỉ ảnh hưởng

đ n g c đ n hồi đ n ột thời điể ho n to n x c định, còn sau đ n u tăng lực uốn,

g c đ n hồi cũng hông bị ảnh hưởng Những thí nghiệ đã x c nhận rằng: tuỳ thuộc

40

v o b n ính uốn tương đối rch/t, sự đ n hồi c thể l dương n u như sau hi bỏ tải trọng g c của chi ti t uốn tăng lên, hi đ : uốn=ch/t- v sự đ n hồi sẽ l â n u như sau hi bỏ tải trọng g c của chi ti t uốn giả đi v hi đ uốn = ch/t +  Ngoài

ra cũng phải x c định rằng sự đ n hồi cũng sẽ hông c hi  = 0 v do đ uốn =

ch

r được biểu diễn trên đồ thị hình 2.8 Từ đồ thị quan hệ n y ta c thể nhận thấy rằng

hi b n ính uốn tương đối rch tăng v g c uốn của chi ti t ch/t giả thì g c đ n hồi

 tăng v đối với ỗi gi trị g c của chi ti t c ột gi trị b n ính uốn tương đối để

 = 0 nghĩa l hông c sự đ n hồi Gi trị của b n ính uốn tương đối n y được gọi

l gi trị b n ính uốn tương đối tối ưu Qua đồ thị ta nhận thấy rằng c c số liệu lý thuy t v số liệu thực nghiệ tương đối trùng nhau

2 4 Bán kính uốn nhỏ nhất

Bán ính uốn nhỏ nhất cho phép được x c định trên cơ sở đả bảo độ bền của

c c thớ i lo i ngo i cùng của phôi uốn t i vùng éo Khi uốn c c phôi rộng, sự ất

ổn định của c c thớ ngo i cùng thường gây ra c c v t nứt; còn đối với c c phôi dải hẹp thường c c c v t nứt ở vùng éo hoặc c c n p nhăn ở vùng nén; đối với c c phôi cứng

v giòn c thể bị đứt, gẫy t i vùng uốn

n ính uốn nhỏ nhất cho phép phụ thuộc v o tính dẻo v tính dị hướng của vật liệu phôi, chiều d y S, chất lượng bề ặt v tr ng th i ép cắt của n Ngo i ra phương ph p uốn, trị số g c uốn v chiều rộng của phôi cũng c ảnh hưởng đ n gi trị của b n ính uốn nhỏ nhất cho phép

C nhiều công thức để x c định b n ính uốn nhỏ nhất cho phép, trong đ c ột công thức được x c định trên cơ sở giả thi t rằng: ức độ bi n d ng cho phép của lớp ngo i cùng t i vùng éo hông vượt qu bi n d ng tương đối trung bình hi éo, c

d ng: