Nghiên cứu công nghệ và thiết bị để chế tạo các chi tiết dạng bình cỡ lớn

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ nghiệp này bên cạnh việc tìm hiểu công nghệ miết và nghiên cứu các thiết bị miết hiện có trên thế giới cũng như Việt nam, luận v

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Trang 2

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo

PGS.TS Phạm Văn Nghệ cùng toàn thể các thầy, cô trong bộ môn gia công áp lực

nói riêng và viện đào tạo sau đại học, viện cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà

nội Tôi đã làm hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học và đạt những kết quả mong

muốn

Nhân dịp hoàn thành luận văn cao học tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy,

cô giáo trong bộ môn, khoa, viện và nhà trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tận

tình giúp đỡ, động viên, đóng góp tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn

thành khóa học của mình

Xin chân thành cám ơn các thầy phản biện đã đóng góp những ý kiến quí báu

và bổ ích để bản luận văn được hoàn thiện

Ngày 20 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Vũ Chí Bang

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Vũ Chí Bang Học viên lớp Cao học Công nghệ Cơ khí

Khoá học: 2008 – 2010

Viện đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà nội

Xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị để chế tạo các

chi tiết dạng bình chứa cỡ lớn” do tôi thực hiện trong thời gian từ tháng 3/2010

đến tháng 10/2010 tại bộ môn gia công áp lực - Viện cơ khí - Trường Đại học Bách

khoa Hà nội

Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Văn Nghệ – Viện Cơ khí – Trường

Đại học Bách Khoa Hà Nội

Kết quả nghiên cứu trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công

bố trong công trình nghiên cứu nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về những cam đoan trên

Ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả

Vũ Chí Bang

Trang 4

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỒN CHỨA CÔNG NGHIỆP 5

1.1 Khái quát sản phẩm bình, bồn chứa công nghiệp 5

1.1.1 Nhu cầu của thị trường về bình, bồn chứa công nghiệp 6

1.1.2 Hướng nghiên cứu 7

1.2 Công nghệ chế tạo bình, bồn chứa công nghiệpdạng chỏm cầu 9

1.2.1 Đặc điểm và thông số kỹ thuật của bình, bồn chứa công nghiệp 10

1.2.2 Sơ đồ qui trình chế tạo bình, bồn chứa công nghiệp dạng chỏm cầu 14

1.2.3 Qui trình công nghệ chế tạo bình, bồn chứa cỡ lớn 15

Chương 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ MIẾT ĐÁY

BỒN DẠNG CHỎM CẦU

19

2.1 Nghiên cứu công nghệ miết 19

2.1.1.3 Quá trình miết 22 2.1.2 Đặc điểm công nghệ miết 23

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy miết chỏm cầu 31

2.2.2 Sơ đồ động của máy miết chỏm cầu 32

Trang 5

2.3 Tính toán công nghệ miết bằng phương pháp mô phỏng số 53

2.3.1 Ưu điểm của phương pháp mô phỏng số và công nghệ ảo 53

2.3.2 Ứng dụng phần mềm mô phỏng số DEFORM để miết đáy chỏm cầu 55

3.1.1 Trạng thái ứng suất biến dạng của vật liệu trong quá trình uốn 60

3.1.2 Tính toán công nghệ uốn lốc chi tiết thân bồn chứa 63

3.2 Ứng dụng phần mềm mô phỏng số DEFORM để tính toán uốn lốc ống 67

3.3 Thiết kế máy uốn ống 3 trục dẫn động thủy lực 71

4.2 Công nghệ và thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 77

4.2.1 Công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 77

4.2.2 Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 84

4.3.3 Tính toán động học 91

4.3.5 Tính toán khung giá đỡ 99

5.1 Qui trình kiểm định chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật 100

Trang 6

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền công nghiệp hiện nay ngành cơ khí đóng một vai trò rất quan

trọng trong tất cả mọi lĩnh vực Đặc biệt nó còn có nhiệm vụ chế tạo, sản xuất các

thiết bị, công cụ cho nhiều ngành công nghiệp khác trong nền kinh tế quốc dân

Công nghệ chế tạo máy là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu,

thiết kế các quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí trong điều kiện qui mô sản xuất cụ

thể Hơn thế, việc chế tạo các máy chuyên dụng để hoàn thiện một số sản phẩm

trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau đang là nhu cầu cần thiết Một trong

những thiết bị chuyên dụng siêu trừơng siêu trọng mà hiện nay Việt nam đang phải

nhập ngoại là công nghệ và máy miết để chế tạo các bình, bồn chứa công nghiệp Ví

như các loại bồn, bình chứa công nghiệp có đường kính lớn, để chế tạo chúng cần

tiến hành bằng các phương pháp công nghệ chính sau: công nghệ gia công áp lực,

công nghệ cắt gọt, công nghệ hàn v.v

* Công nghệ gia công áp lực:

-Tạo ra phần chỏm cầu thực hiện trên máy miết

-Tạo ra phần thân hình trụ thực hiện trên máy uốn 3 hoặc 4 trục

*Gia công cơ khí (cắt gọt)

* Công nghệ hàn : Hàn ghép tổ hợp các phần chỏm cầu và thân, cũng như

các phụ kiện khác để hoàn chỉnh sản phẩm

Nước ta hiện nay các thiết bị dùng trong gia công áp lực rất đa dạng về mẫu

mã và chủng loại, chúng ta đã tự chế tạo được các thiết bị này nhưng thường là cỡ

nhỏ, chủ yếu vẫn phải nhập từ nước ngoài hầu hết các loại máy chuyên dùng và đặc

biệt loại lớn Trong số các thiết bị phải nhập đó có thiết bị miết chuyên dùng là máy

miết chi tiết lớn dạng chỏm cầu

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thì hàng loạt các khu chế xuất

công nghiệp được xây dựng nên nhu cầu về các sản phẩm bồn chứa công nghiệp có

dung tích từ vài m3 đến hàng nghìn m3 là rất lớn

Theo tìm hiểu của tôi thì việc ứng dụng công nghệ miết vào vê chỏm cầu cầu

đường kính lớn đặc biệt có hiệu quả, hiệu quả cả về kinh tế lẫn chất lượng sản phẩm

mà gần như không sử dụng các công nghệ khác để chế tạo Trong luận văn tốt

Trang 7

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ nghiệp này bên cạnh việc tìm hiểu công nghệ miết và nghiên cứu các thiết bị miết

hiện có trên thế giới cũng như Việt nam, luận văn tập trung nghiên cứu, thiết kế mô

hình các cụm chi tiết của máy, cải tiến các cụm cho khả năng làm việc tốt nhất

Hàn là công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong công việc gia công, sửa chữa và

lắp ghép các chi tiết máy Kỹ thuật hàn tiên tiến hiện nay cùng với sự phát triển

mạnh mẽ của công nghệ vật liệu cho phép chúng ta tạo ra những sản phẩm có chất

lượng tốt và đem lại hiệu quả kinh tế cao Việc nghiên cứu, thiết kế áp dụng công

nghệ hàn nóng chảy tự động dưới lớp thuốc bảo vệ với bộ đồ gá hàn để liên kết

phần thân hình trụ với phần đáy dạng chỏm cầu của bình chứa có đường kính lớn

nhằm nâng cao năng suất, chất lượng trong chế tạo bình, bồn công nghiệp (riêng

phần kết cấu các chi tiết, phụ kiện liên kết của bình chứa không đi sâu vào nghiên

cứu do đó không thể hiện trong luận văn )

Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã được sự giúp đỡ của thầy:

PGS.TS: Phạm Văn Nghệ cùng các thầy trong bộ môn, cùng các đồng nghiệp, các

công ty cổ phần công nghiệp Hoàng Anh, tổng công ty LILAMA, tổng công ty Dâù

khi Song với kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên luận văn không thể

tránh khỏi những khiếm khuyết, mong các thầy, cùng bạn bè đồng nghiệp cho ý

kiến để luận văn được hoàn thiện hơn

Tác giả

Vũ Chí Bang

Trang 8

Chương1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỒN CHỨA CÔNG NGHIỆP

1.1 Khái quát sản phẩm bình, bồn chứa công nghiệp

1.1.1 Nhu cầu của thị trường về bình, bồn chứa công nghiệp

Cùng với sự hội nhập của Việt Nam vào nền kinh tế thế giới, hàng loạt các

khu chế xuất công nghiệp được xây dựng Nên nhu cầu về các sản phẩm bồn chứa

công nghiệp có dung tích từ vài m3 đến hàng nghìn m3 là rất lớn, do vậy một vấn đề

đặt ra cho chúng ta phải chế tạo được thiết bị để sản xuất ra những sản phẩm này

nhằm phục vụ trong công cuộc đổi mới của đất nước

Hình 1.1: Các sản phẩm bồn chứa công nghiệp có kích thước

Trang 9

Hình 1.2- Các sản phẩm ứng dụng

Trang 10

1.1.2 Hướng nghiên cứu

Ở nước ta hiện nay vấn đề chế tạo các dạng bình, bồn chỏm cầu và dạng côn

có đường kính lớn trong công nghiệp hầu như vẫn phải nhập ngoại Trong điều kiện

hội nhập hiện nay, vấn đề đặt ra là ta phải tự chế tạo ra các sản phẩm dạng này để

phục vụ nhu cầu trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đaị hóa đất nước và đưa

nước ta trở thành một nước có nền công nghiệp hiện đại

Bồn chứa công nghiệp là sản phẩm được chế tạo từ tổng hợp 3 loại hình công

nghệ chính sau:

Công nghệ miết: Tạo ra phần chỏm cầu

Công nghệ uốn lốc ngang trên máy uốn: Tạo ra phần thân hình trụ

Công nghệ hàn : Hàn ghép tổ hợp phần chỏm cầu với thân

* Chế tạo đáy dạng chỏm cầu có các phương pháp khác nhau:

+ Dập vuốt

+ Dập nổ

+ Hàn ghép các tấm

+ Miết/vê

Đối với mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm nhất định

Với phương pháp dập vuốt đòi hỏi phải có thiết bị dập rất lớn, và việc chế

tạo những bộ khuôn lớn có giá trị đến hàng triệu đô la, hơn nữa những sản phẩm

dạng này không sản xuất hàng loạt một kích cỡ, do vậy phương pháp này không

hiêu quả

Phương pháp dập nổ là phương pháp không thông dụng cho tất cả các loại

sản phẩm, nó chỉ sử dụng trong quốc phòng là chính, hơn nữa lại không an toàn và

không có môi trường tốt

Phương pháp hàn ghép là phương pháp tương đối đơn giản và hiệu quả Tuy

vậy nó lại cho sản phẩm không có chất lượng tốt, đặc biệt với những sản phẩm dùng

để chứa chất lỏng hay khí có áp suất cao Thời gian tạo sản phẩm lâu

Với phương pháp miết sẽ khắc phục những nhược điểm của các phương pháp

trên Chính vì thế hướng nghiên cứu của luận văn là:

Trang 11

*Nghiên cứu, tính toán, thiết kế công nghệ và máy miết chỏm cầu để chế tạo

bình chứa công nghiệp có đường kính lớn

H ình 1.3: Một số h ình ảnh máy miết

* Nghiên cứu công nghệ uốn, lốc ngang: Lốc ống để tạo ra thân của bình, bồn

chứa Để chế tạo ra thân bình có đường kính lớn ta phải chọn máy lốc ống 3 trục

hoặc 4 trục

Hình 1.4: Máy uốn ngang 3 trục

* Để lắp ghép các bộ phận lại với nhau thì ta lựa chọn công nghệ hàn và

thiết kế tổ hợp đồ gá hàn

Trong quá trình gia công để hoàn thiện sản phẩm ta cần sử dụng công nghệ

hàn để tổ hợp kết nối các chi tiết, cụm chi tiết Trong công nghệ hàn có nhiều

phương pháp và để thực hiện công nghệ đó cần có nhiều dạng kết cấu đồ gá khác

Trang 12

Để liên kết các thành phần của bồn chứa lại với nhau ta chọn phương pháp

hàn nóng chảy Trong đó chủ yếu sử dụng phương pháp hàn điện hồ quang tay và

hàn tự động dưới lớp thuốc Và một nội dung quan trọng khác là nghiên cứu thiết kế

chế tạo bộ giá đỡ hàn tự động

H ình 1.5 mô hình đồ gá thiết bị hàn chuyên dụng

1.2: Công nghệ chế tạo bình, bồn chứa công nghiệp dạng chỏm cầu

Bồn chứa công nghiệp được chế tạo từ tổng hợp các công nghệ chính

Công nghệ miết : Tạo ra phần chỏm cầu

Công nghệ uốn ngang trên máy lốc 3 hoặc 4 trục: Tạo ra phần thân bồn chứa

Công nghệ hàn : Hàn ghép tổ hợp các thành phần chi tiết

Trang 13

1.2.1 Đặc điểm và thông số kỹ thuật của bình, bồn chứa công nghiệp

Bảng 1.1: ĐẶC ĐIỂM CỦA BÌNH

Môi chất làm việc

(bar)

Áp suất thử lớn nhất

(bar)

Nhiệt độ thành lớn

nhất ( 0 C)

Dung tích

(lít)

Tên gọi

Đặc điểm

Bảng 1.2: SỐ LIỆU KĨ THUẬT VỀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA BÌNH

Kích thước (mm) Kim loại chế

tạo Chiều

TT Tên Gọi

Số lượng

(Cái)

ĐK ngoài

Dầy

Dài hoặc cao

Mã hiệu

Số t/c của

VL

Phương pháp chế tạo

Trang 14

Giới hạn bền

(kG/

mm 2)

Giới hạn chảy

(%)

Độ dãn dài tương đối

0,3

~ 0,7

0,3

~ 0,7

0,3

~ 0,7

≤ 0,3 ≤ 0,045 ≤ 0,045

Trang 15

Bảng 1.4: ĐẶC ĐIỂM ỐNG CÚT, MẶT BÍCH VÀ CÁC CHI TIẾT BẮT CHẶT CUẢ BÌNH

Kim loại chế tạo

Cơ tính Hoá tính

TT Tên Gọi Số

lượng

Kích thước

(mm)

hoặc số liệu theo bảng phân loại

Mã hiệu

σbKg/

0,28

- 0,30

0,28

- 0,30

0,28

- 0,30

0,28

- 0,30

<

0,032

Trang 16

1,40- 1,85

0,80- 1,15

0,50- 0,80

Trang 17

1.2.2 Sơ đồ quy trình chế tạo bình, bồn chứa công nghiệp đáy dạng chỏm cầu

Hình 1.6: Sơ đồ quy trình chế tạo bồn chứa công nghiệp

Sơn bảo vệ

Vê chỏm cầu

ép chỏm cầu

Phun cát

Siêu âm Chụp chiếu

Lốc ống

Trang 18

1.2.3 Quy trình công nghệ chế tạo bình, bồn chứa cỡ lớn

1.2.3.1 Các công đoạn chế tạo đáy hình chỏm cầu :

Hình 1.7 Bản vẽ chi tiết chỏm cầu

Hình 1.8 Bản vẽ khai triển chi tiết chỏm cần

Chọn phương pháp gia công và lập quy trình công nghệ tiến hành gia công cho

từng bước dưới đây;

+ Chuẩn bị phôi:

-Tính toán phôi tấm

- Vẽ khai triển, vạch dấu trên thép tấm;

- Cắt pha theo dấu, làm sạch ba via sau cắt;

- Ghép và hàn nối ( nếu kích thước thép tấm không đủ lớn )

+ Gia công tạo hình bằng biến dạng dẻo:

- Bằng máy miết: ép mặt có bán kính cong lớn trên máy ép thuỷ lực và miết

phần bán kính cong nhỏ trên máy miết

- Bằng máy ép thủy lực: Làm khuôn dập thành hình

+ Lấy dấu, cắt phần thừa sau tạo hình;

+ Làm vát mép cạnh chuẩn bị cho hàn nối thân bình;

Yêu cầu: Hình dạng, kích thước, dung sai phôi phẩm phải đảm bảo theo thiết

kế và quy phạm kỹ thuật an toàn bình chịu áp lực

Trang 19

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ 1.2.3.2 Tính toán công nghệ chế tạo thân bình

Căn cứ kích thước thực của đầu bình sau khi gia công hoàn chỉnh, lập quy trình

công nghệ tiến hành gia công từng bước dưới đây:

Hình 1.9 Bản vẽ chi tiết thân bình

Hình 1.10 Bản vẽ khai triển thân bình

+ Chuẩn bị phội:

-tính toán phôi

- Vẽ triển khai, lấy dấu trên thép tấm;

- Cắt pha theo dấu, làm sạch ba via sau cắt;

- Làm vát các mép cạnh chuẩn bị cho hàn nối;

+ Gia công tạo hình: Bằng máy cuốn thép tấm

Trang 20

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ + Gá hàn và hàn đính; Chọn phương pháp và tiến hành hàn đính mối hàn nối dọc

thân hình trụ

+ Kiểm tra chất lượng phôi sản phẩm sau gia công;

Yêu cầu: Hình dạng, kích thước, dung sai phôi phẩm phải đảm bảo theo thiết kế

và thỏa mãn quy phạm kỹ thuật an toàn bình chịu áp lực

1.2.3.3 Các bộ phận, chi tiết chịu áp lực khác

- Bao gồm cụm lỗ – cửa, vách ngăn, mặt sàng, mặt bích, ống nối, chi tiết bắt

chặt vv

- Căn cứ đặc điểm hình dạng và kích thước, xác định phương pháp gia công và

lập quy trình công nghệ tiến hành gia công

1.2.3.4 Lắp ghép tổng thể sản phẩm

- Xác định phương pháp lắp ghép và lập quy trình công nghệ thực hiện lắp ghép;

- Kiểm tra kích thước của bộ phận cần lắp ghép;

- Tiến hành lắp ghép và gá hàn đính;

Yêu cầu: Dung sai sau lắp ghép phải đảm bảo theo thiết kế và quy phạm kỹ thuật

an toàn bình chịu áp lực

1.2.3.5 Hàn nối

Lập quy trình công nghệ hàn cho từng bước công việc;

- Trước khi hàn, cần tiến hành kiểm tra tình trạng chất lượng các mối ghép ( kích

thước dung sai );

- Vệ sinh làm sạch các mối ghép cần hàn theo quy định;

- Tiến hành hàn theo quy trình hàn đã xác lập: Hàn thân theo đường sinh (hàn

đường thẳng), hàn thân với đáy chỏm cầu (hàn tròn xoay), hàn các chi tiết phụ kiện

Yêu cầu: Đảm bảo thỏa mãn yêu cầu của quy phạm kỹ thuật và tiêu chuẩn về hàn

1.2.3.6 Kiểm tra chất lượng mối hàn nối

- Vệ sinh làm sạch bề mặt mối hàn và phần kim loại nền dọc theo hai bên mối hàn;

- Xác định các phương pháp kiểm tra không phá hủy;

Trang 21

- Kiểm tra ngoại quan các mối hàn: tình trạng bề mặt, kích thước;

- Kiểm tra chất lượng bên trong mối hàn bằng phương pháp không phá hủy ( X

quang, siêu âm, từ trường, thẩm thấu vv )

- Xử lý khuyết tật mối hàn đã phát hiện;

Yêu cầu: Chất lượng các mối hàn nối phải thỏa mãn yêu cầu quy định trong tiêu

chuẩn hàn

Trang 22

Chương2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ MIẾT

ĐÁY BỒN DẠNG CHỎM CẦU:

2.1 Nghiên cứu công nghệ miết

2.1.1 Cơ sở lý thuyết quá trình miết

2.1.1.1 Khái niệm và phân loại

*Khái niệm

Miết là một phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo hình chi tiết

rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng dựa vào chuyển động quay của phôi dưới tác

dụng của lực công tác làm biến dạng dẻo cục bộ tại một điểm trên phôi quay

Phương pháp miết được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp quốc phòng,

hàng không để chế tạo các sản phẩm đòi hỏi chất lượng và độ chính xác cao như

tuabin, đầu đạn tên lửa cũng như trong các ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu

dùng, v.v… Ưu điểm của phương pháp miết ở chỗ cho sản phẩm đa dạng về kiểu

dáng và chủng loại từ những chi tiết có thành thẳng (trụ, côn) đến những chi tiết có

hình dáng rất phức tạp (có gân, gờ, chiều dày thay đổi)

Miết kim loại tấm là một quá trình tạo hình rất linh hoạt và cho năng suất

cao, được dùng để chế tạo các chi tiết dạng rỗng đối xứng trục với nhiều hình dạng

phong phú Phương pháp này được sử dụng trong trường hợp nguyên công dập vuốt

sâu và một số nguyên công tương tự có thể không thực hiện được khi kích thước và

chiều dày phôi thay đổi hoặc trong trường hợp số lượng sản phẩm nhỏ Hơn nữa,

miết có thể tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp mà phương pháp dập vuốt sâu

không thể làm được, có thể tạo hình với một dải rộng các loại vật liệu như thép,

thép không gỉ, các kim loại nhẹ như nhôm, titan và các kim loại khác như đồng,

niken, vonfram

Các chi tiết điển hình chế tạo từ miết thay đổi chiều dày là chi tiết trong các

thiết bị dây truyền chế biến thực phẩm, các chi tiết dùng trong thí nghiệm khoa học

có liên quan đến hoá chất, các loại đèn và gương chiếu trong thiết bị, dụng cụ âm

nhạc, các chi tiết dạng đĩa trong vệ tinh nhân tạo, các loại xi lanh và bình chứa chịu

áp lực cao, các loại ống có độ chính xác cao, các loại Puli truyền động có nhiều rãnh

chữ V và các chi tiết trong ngành công nghiệp vũ trụ

Trang 23

* Phân loại

1 Phân loại theo đặc điểm phôi

- Miết phôi phẳng; Miết phôi ống; Miết phôi dạng thể tích

2 Phân loại theo hình dạng sản phẩm

* Dưỡng trong - con lăn miết;

* Dưỡng ngoài - con lăn miết;

* Con lăn miết - con lăn miết

Hình2.1 Phân loại phương pháp miết theo đặc điểm của phôi

Trang 24

Hình 2.3: Miết chi tiết hình cầu với cặp con lăn tạo hình và con lăn vê

2.1.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp miết

* Ưu đi ểm

Miết là phương pháp tạo hình gia công áp lực các chi tiết dạng côn, trụ rỗng,

bán cầu và các hình dạng tượng tự khác Một ưu điểm của phương pháp là chi phí

sản phẩm thấp, chi phí cho dụng cụ biến dạng thấp, thời gian sản xuất chi tiết phức

tạp thấp hơn các phương pháp khác (dập vuốt, ép chảy…), dung sai, độ bóng độ bền

… là rất cao

Phương pháp miết tăng cơ tính kim loại bằng cách sắp xếp lại cấu trúc hạt

Ví dụ thép cácbon thấp sẽ có ứng suất chảy tăng từ 240 – 430 MPa sau khi miết

Các sản phẩm miết có sự đối xứng trục rất cao điều này vô cùng quan trọng với các

chi tiết lắp ghép hay có chuyển động tròn với tốc độ cao quanh trục đối xứng

Phương pháp miết đặc biệt hiệu quả với chi tiết có đường kính lớn đến rất lớn

và chiều dày lớn, vì khi đó với những phương pháp khác cần phải có thiết bị rất lớn,

nếu dập vuốt thì khuôn rất lớn, máy cũng rất lớn và có thể không thực hiện được

Phương pháp miết không chỉ chế tạo được những chi tiết có tính dẻo cao mà

còn sản xuất được những sản phẩm làm bằng vật liệu cứng

Trang 25

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ Đối với phương pháp miết thông thường ta có thể sử dụng máy tiện để thực

hiện, đây là một điểm tương đối thuận tiện mang tính chất vạn năng của công nghệ

Đối với tất cả các loại miết ta có thể thay đổi một chút kết cấu là có thể tạo thành

máy cắt chi tiết tròn bằng cách thay đổi con lăn miết bằng một con dao cắt

* Nhược điểm

+ Chiều dày trên phần phôi bị miết thường không đồng đều

+ Với chi tiết dạng côn thì có tồn tại ứng suất dư nên tùy thuộc vào góc côn

mà có phải khử ứng suất dư hay không

+ Có thể gây ra rách hoặc nhăn do phần kim loại càng xa tâm quay càng dễ

mất ổn định

+ Trong một số trường hợp miết có năng suất thấp hơn nhiều so với dập vuốt

+ thời gian gá đặt phôi thường lớn hơn so với phương pháp thông thường,

khả năng tự động hóa kém hơn

2.1.1.3 Qúa trình miết

Tùy theo phương pháp miết mà ta có thiết bị chuyên dùng, theo phương pháp

miết thông thường thì phôi được kẹp chặt và quay theo trục nòng giống như máy

tiện, hình dáng sản phẩm có biên dạng giống trục nòng, phôi được kẹp chặt bởi trục

nòng và trụ kẹp (kết cấu như ụ động của máy tiện) Trong luận văn này ta đưa ra

một dạng máy miết có kết cấu nêu trên để thực hiện miết vê chi tiết dạng chỏm cầu

có đường kính lớn Trường hợp này thay vì trục nòng thì ta có con lăn tạo hình

cũng là dẫn động cho phôi quay theo, trụ đỡ và trụ kẹp làm nhiệm vụ định vị phôi

Dụng cụ miết hay con lăn miết tác dụng lực tỳ vào phôi bằng các cơ cấu như:

thủy lực, khí nén, cơ khí … khi đó phôi được biến dạng dẻo và thành hình theo yêu

cầu

Đường kính phôi ban đầu thường lớn hơn đường kính phôi lớn nhất của chi

tiết sau khi đã tạo hình cho phôi Mặc dù có sự không đồng nhất về chiều dày giữa

phôi và sản phẩm nhưng xác định kích thước của phôi vẫn dựa vào nguyên lý cân

bằng thể tích

Trang 26

2.1.2 Đặc điểm công nghệ miết

2.1.2.1 Vùng biến dạng khi miết

Công nghệ miết có thể được áp dụng để chế tạo các sản phẩm cỡ lớn (đường

kính tới 6 m, chiều dày sản phẩm 40 mm) Khi miết, kim loại bị biến dạng và biến

cứng mãnh liệt hơn nhiều so với khi dập vuốt

Khác với các phương pháp tạo hình kim loại tấm bằng gia công áp lực khác

như: dập vuốt, uốn, tóp miệng … với vùng biến dạng (ổ biến dạng) trên phần lớn

thể tích kim loại biến dạng, phương pháp miết chỉ biến dạng trên một phần thể tích

rất nhỏ (biến dạng cục bộ) nhờ vậy mà công và lực biến dạng giảm đi đáng kể so

với các phương pháp khác

Đối với miết mỏng, trạng thái ứng suất tại ổ biến dạng là nén khối, trạng thái

biến dạng là nén 2 chiều và 1 chiều kéo Với miết biến mỏng xuôi, phần chi tiết đã

biến dạng chịu kéo dọc trục, với miết biến dạng ngược thì phần chưa biến dạng chịu

nén

Nếu như các chi tiết có chiều dày rất nhỏ so với bán kính miết thì ta có thể

coi miết là bài toán biến dạng phẳng, biến dạng theo phương tiếp tuyến (biến dạng

vòng) có thể bỏ qua với giả thiết ma sát giữ con lăn miết và phôi là rất nhỏ (ma sát

lăn)

2.1.2.2 Thông số công nghệ của quá trình miết

* Các thông số cơ bản của quá trình miết bao gồm: lực miết, tốc độ miết, nhiệt độ

miết đối với miết nóng, mức độ biến dạng, hình dáng kích thước sản phẩm

Trang 27

* Trên hình 2.4 và 2.5 thể hiện sơ đồ tính toán lực miết chi tiết côn và sự

thay đổi lực miết trong quá trình miết Lực miết là một thông số được coi là quan

trọng nhất cần phải xác định

Tốc độ miết là thông số quan trọng quyết định sự thành công của công nghệ Đối

với từng loại vật liệu phải chọn tốc độ miết sao cho phù hợp như trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Tốc độ miết phụ thuộc vào vật liệu biến dạng

Dễ thấy các vật liệu có độ dẻo cao thì có tốc độ miết lớn hơn, tức là khả năng

miết cao hơn và ngược lại

* Khi miết mỏng, trị số mức độ biến dạng cho phép đối với thép các bon thấp

và thép không gỉ phải nhỏ hơn 75%, đặc biệt khi chế tạo những chi tiết bán cầu

thì không được vượt quá 50%

* Giới hạn đường kính tương đối của sản phẩm miết với phôi ban đầu là :

dmin/D = 0.2 ÷ 0.3

Trong đó : + dmin là đường kính sản phẩm

+ D là đường kính phôi

* Đối với sản phẩm hình trụ, kích thước tương đối có thể dmin/D = 0,6 ÷ 0,8

hoặc chiều dày tương đối : 0,5 ≤

D

S

.100 ≤ 2,5 Một số thông số kỹ thuật khác

Trang 28

* Hình dáng con lăn miết

* Hình dáng kích thước sản phẩm

* Tốc độ biến dạng

* Mức độ biến dạng

* Tốc độ quay phôi

2.1.2.3 Động học của quá trình miết

Con lăn miết có hình dáng phù hợp khi tạo hình bề mặt sản phẩm, phải quay

với tốc độ xác định trong khi miết và chuyển động theo quỹ đạo đã được định sẵn

Véc tơ vận tốc miết (V→m) bằng tổng véc tơ vận tốc quay phôi tại ổ biến

Trong đó : n là tốc độ quay của phôi

D là đường kính phôi tại ổ biến dạng

Từ đây ta có thể đưa ra hướng véc tơ vận tốc miết được xác định bởi góc

tgµ = Vt/Vq (1.3)

* Một trong những thông số động lực học quan trọng là tốc độ quay của trục nòng

(hay quả cầu tạo hình) và tốc độ dịch chuyển của con lăn Để xác định các thông số

này có thể dựa vào hình 2.6

Hình 2.6: Véc tơ tốc độ miết Vm Vq

V

Trang 29

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ 2.1.2.4 Năng lượng biến dạng của quá trình miết

Như ta đã biết miết là quá trình biến dạng cục bộ và tạo ra sản phẩm có độ dày

không đều Như vậy quá trình biến dạng của quá trình miết vô cùng phức tạp

Thông số năng lượng biến dạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà trước hết là

phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm và lực miết Dưới đây sẽ trình bày một phương

pháp xác định lực miết để từ đó xác định được năng lượng biến dạng đối với một

chi tiết hình côn (hình 2.7)

Phôi có chiều dày ban đầu to, sản phẩm có chiều dày thành tf Có thể xác định

chiều dày sản phẩm tf thông qua chiều dày to ban đầu của phôi và góc côn 2α

α

sin0

t

t f = (1.4)

O 1 R Z

2 B 2 A

1

B1A

Các thực nghiệm cho thấy rằng phôi hình trụ bị xoắn quanh trục nòng trong suốt

quá trình biến dạng Sự vặn xoắn này không đồng nhất theo chiều dày của kim loại

Kết quả là tất cả các mặt phẳng tiết diện ngang hướng kính đều bị xoắn Do biến

dạng rất phức tạp nên hầu hết các kết quả phân tích lực miết mỏng đều sử dụng

“phương pháp cân bằng năng lượng biến dạng”

Công ngoại lực = F t dl

trong đó: F t là thành phần lực tiếp tuyến tức thời trên con lăn

dl là chiều dài tiếp xúc của phôi và con lăn trong khoảng thời gian vô

cùng nhỏ dt

Hình 2.7: Sơ đồ miết có biến mỏng chi tiết hình côn

Trang 30

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ Phương trình cân bằng năng lượng giữa công ngoại lực và công biến dạng là:

At = An ( 1.5 )

Công ngoại lực At = F t dl ( 1.6 )

Trong đó : F t làthành phần lực tiếp tuyến tức thời trên con lăn

dl là phần chiều dài tiếp xúc của phôi và con lăn trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt

Công biến dạng phôi (công nội lực) An = dv∫σ− d−ε ( 1.7 )

Trong đó σ và dε là ứng suất hiệu dụng và biến dạng hiệu dụng vô cùng nhỏ

Vậy ta có phương trình cân bằng là :

F t dl = dv∫σ− d−ε ( 1.8 )

Từ đó ta có : Ft = t0.f.sinα ∫σ− d−ε = t0.f.sinα σ−mε− ( 1.9 )

Trong đó :

* t o là chiều dày ban đầu của phôi

* f là bước tiến của con lăn ( hay quả cầu vê )

* ε− biến dạng hiệu dụng Ta có thể xác định biến dạng hiệu dụng từ giả

thiết biến dạng cắt ở phía dưới con lăn miết Vậy ta có

3

ε− = g ( 1.10 )

Với giá trị này thì biến dạng hiệu dụng không bao gồm biến dạng dư Lúc đó,

ứng suất hiệu dụng trung bình σm được tính từ ε đạt được

Một số tài liệu khác phân tích tỉ mỉ hơn đã xác định được các tốc độ biến dạng

ngay tại vùng tiếp xúc với con lăn miết Các thành phần tenxơ tốc độ biến dạng

được xác định từ các vận tốc tức thời phía dưới con lăn Biến dạng dư gây ra bởi sự

di chuyển của con lăn trên phôi khi bước tiến phôi nhỏ hơn vùng mở rộng của vùng

biến dạng dẻo Theo phương pháp này thành phần lực tiếp tuyến F t được tính như

sau:

Trang 31

0

0 0

1

2 3

m t

u R

= - diện tích tiếp xúc tức thời

- n: số vòng quay qua trong khoảng thời gian ∆t;

Đại lượng δ liên quan đến các tốc độ biến dạng; các tốc độ này được giả

thuyết là độc lập với R và θ

Nếu các tốc độ biến dạng (1/R)(∂ u z /∂θ) = ε&θz là nhỏ có thể bỏ qua, δ=0 và

nếu A <<2π R 0 fcosα thì phương trình Ft chỉ do các tốc độ biến dạng ε&zR :

.3

cosα

σ t f

F t = m o (1.12)

Từ đó thấy rằng phương trình (1.9) là một trường hợp đặc biệt của (1.11)

Các đồ thị dưới đây chỉ ra rằng thành phần lực tiếp tuyến F t tính theo các công thức

(1.11) và (1.9) là xấp xỉ nhau khi bán kính côn tức thời R 0 đạt đến 250 mm Tuy

nhiên, tính theo (1.11) sẽ phức tạp hơn nhiều, do đó phương trình (1.11) cần phải

giải trên máy tính

Trang 32

Hình 2.8 Các đường cong lực tiếp tuyến F t

: Xác định theo thuyết biến dạng cắt

: Xác định theo thuyết gia lượng

Sau khi biết được lực tiếp tuyến Ft ta có thể tính được các thành phần lực

pháp tuyến Fr và Fz theo phương hướng kính và phương hướng trục Những lực này

được tính nhờ giả thuyết áp lực pháp p là phân bố đều trong vùng tiếp xúc giữ con

lăn miết ( quả cầu vê ) với phôi :

Trong đó Sr , Sz ,St lần lượt là ba hỡnh chiếu của diện tích tiếp xúc giữa con

lăn và phôi lên các phương của r, z và θ

Ví dụ : Áp dụng tính toán đối với phôi miết chi tiết dạng chỏm cầu :

Trang 33

2.1.2.5 Sự thay đổi chiều dàythành :

Trong thực tế, điều kiện để miết mỏng không phải luôn thực hiện được vì độ

cứng của máy bị giới hạn Khi chiều dày sau miết của hình côn t f ≠ t0sinα thì phần

vành phôi phải tăng hoặc giảm đường kính để tuân theo định luật thể tích không

đổi Do vậy, ứng suất sinh ra ở vành phôi có thể làm cho vành phôi mất ổn định

trong quá trình miết Nếu t f > t 0sinα, xảy ra hiện tượng miết biến mỏng dưới, đường

kính ngoài của vành phôi giảm gây ra ứng suất hướng kính σr là ứng suất kéo và

ứng suất vòng σθ là nén Trường hợp ngược lại gọi là miết biến mỏng trên, đường

kính vành ngoài của phôi có xu hướng tăng lên, các ứng suất đổi dấu so với trường

hợp trên Khi t f = t 0sinα, ở vành phôi, theo lý thuyết, không có ứng suất Trạng thái

ứng suất ở vùng dưới của con lăn phụ thuộc vào trạng thái ứng suất ở vành phôi, đó

chính là nguyên nhân làm cho chiều dày thành phôi thay đổi

Bắt đầu của quá trình miết, chiều dày thành hình côn giảm liên tục cho đến khi

xuất hiện nhăn trên vành phôi, sau đó thì chiều dày thành hình côn lại bắt đầu tăng

đạt đến chiều dày đã định bởi con lăn

Nguyên nhân làm cho chiều dày thực tế của thành hình côn nhỏ hơn chiều dày

đã định bởi con lăn là: ứng suất kéo hướng kính sinh ra trong vành phôi (miết biến

mỏng dưới) gây ra sự kéo cục bộ của phôi phía dưới con lăn miết

Ứng suất sinh ra trong vành phôi phụ thuộc rất nhiều vào đường kính phôi

Các thí nghiệm xác định sự thay đổi chiều dày miết được thực hiện trong các trường

hợp miết biến mỏng dưới, miết biến mỏng trên, miết biến mỏng ổn định với các

đường kính khác nhau được chỉ ra ở các đồ thị là thí nghiệm miết cùng một chiều

dày từ các phôi có đường kính khác nhau với thay đổi chút ít chiều dày thành côn

tối thiểu tại giai đoạn vành phôi bắt đầu mất ổn định Xảy ra sự thay đổi chiều dày

thành côn tối thiểu là do sự nhăn của vành phôi phụ thuộc rất nhiều vào sự giảm

chiều dày thành côn Tại thời điểm nhăn của vành phôi, ứng suất vòng trong vành

phôi giảm và sự kìm hãm của vành phôi trở nên nhỏ hơn Khi quá trình tiếp tục, sự

kìm hãm của vành phôi tiếp tục giảm không chỉ do sự phát triển tiếp tục của nếp

nhăn mà còn do cả sự giảm kích thước chiều rộng của vành Sự thay đổi chiều dày

thành côn chủ yếu bị gây ra bởi trạng thái ứng suất trong vành phôi phụ thuộc vào

các điều kiện miết

Trang 34

2.2 Tính toán thiết kế máy miết vê chỏm cầu

Qua nghiên cứu về công nghệ miết cho chúng ta thấy để thiết kế, chế tạo máy

miết ta phải có các thông số kỹ thuật chính sau:

KÍCH THƯỚC BAO CỦA MÁY

Chiều dài máy 8060 mm

Chiều rộng 2100 mm

Chiều cao 5185 mm

Trọng lượng 6500 kg

KÍCH THƯỚC QUẢ CẦU VÊ

Bán kính quả cầu vê mép 110 mm

Bán kính quả cầu tạo hình 300 mm

KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA MÁY

( thép có độ bền kéo = 40 kg/mm2 và giới hạn chảy = 24 kg/mm2 )

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy miết chỏm cầu

Máy vê chỏm cầu có nguyên lý hoạt động tương tự như máy miết thông dụng

và được đặt theo phương pháp đứng

Ở đây ta có máy miết thông dụng gồm có trục nòng được dẫn động bằng

động cơ vừa là phần kẹp phôi vừa là phần tạo hình cho sản phẩm Cụm con lăn miết

di chuyển để miết thành hình cho sản phẩm

Với máy vê chỏm cầu do sản phẩm có đường kính rất lớn nên không thể

dùng trục nòng để tạo hình chính cho nó, người ta thay thế bằng một con lăn tạo

hình có biên dạng giống với phần tạo hình của sản phẩm, và nó cũng được dẫn động

trực tiếp từ một động cơ thủy lực qua hộp giảm tốc Còn cụm định vị và kẹp phôi

Trang 35

Luận văn thạc sỹ Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ được thay thế bằng hệ thống trụ đỡ và trụ kẹp phôi di chuyển dọc theo bàn máy để

thay đổi đường kính của sản phẩm bằng hệ thống trục vít đai ốc dẫn động bằng một

động cơ thủy lực

Năng lượng chuyển động của cụm quả cầu vê là năng lượng thủy lực (do lực

miết lớn)

2.2.2 Sơ đồ động của máy miết chỏm cầu

Năng lượng dẫn động cho quả cầu tạo hình được cấp từ động cơ thủy lực,

đồng thời nó được điều chỉnh vị trí bởi một động cơ thủy lực khác thông qua bộ

truyền trục vít đai ốc Chính điều này đã tăng khả năng làm việc của máy lên rất

nhiều so với trường hợp cụm quả cầu vê cố định

Năng lượng truyền cho quả cầu vê từ xi lanh thủy lực và quỹ đạo chuyển

động của nó được điều khiển từ 3 xi lanh thủy lực

Hệ thống con lăn đỡ cũng được điều khiển bằng 2 xi lanh thủy lực

Hệ thống trục đỡ và trụ kẹp được điều khiển bằng hai xilanh thủy lực và hệ

thống trục vít đai ốc

Hình 2.9 : Sơ đồ động của máy vê chỏm cầu

Trang 36

* Thiết kế quy trình công nghệ tạo hình chỏm cầu:

Vì đây là sản phẩm có kích thước lớn(đường kính 3000mm, chiều dầy đến 25mm,

chiều cao chỏm cầu 600mm) nên việc gá dặt phôi phải dùng hệ thống cầu trục, cầu

trục để di chuyển phôi đến vị trí làm việc

Quy trình công nghệ chế tạo phần đáy dạng chỏm cầu của bồn chứa công nghiệp :

Cắt phôi tấm

Ép tạo thành chỏm cầu theo yêu cầu

Vê mép

Cắt miệng chỏm cầu

+ Nguyên công 1: Cắt phôi có thể sử dụng máy chuyên

dùng với dạng phôi đường kính nhỏ và có chiều dày nhỏ

Với các phôi có đường kính lớn và chiều dày lớn thì sử

dụng cắt phôi bằng ngọn lửa Axetylen hoặc bằng dòng

Plasma trên những máy cắt CNC

+ Nguyên công 2: Ép tạo hình chỏm cầu sử dụng trên

máy ép chuyên dùng có bàn máy lớn theo một phía

+ Nguyên công 3: Miết vê chỏm cầu

+ Nguyên công 4: Cắt miệng chỏm cầu

Hình2.10: Máy ép chỏm cầu

Trang 37

Ở trong nguyên công ép tạo hình sơ bộ ta liên tiếp ép trên phôi phẳng nhiều lần

bằng bộ khuôn hình chỏm cầu có kích thước tùy thuộc vào biên dạng của chỏm cầu

Nhưng nó có đường kính nhỏ hơn rất nhiều so với phôi

Lần ép đầu tiên vào chính tâm của phôi phẳng, đây là lần ép rất quan trọng,

không được phép ép quá mạnh để tránh trường hợp phôi bị rát mỏng Để đạt được

khuôn mẫu yêu cầu phải ép 3 đến 4 lần Những lần ép tiếp theo sẽ ra xa tâm phôi

hơn cho đến hết bán kính của phôi, mỗi lần ép có sự một phần trùng với lần ép

trước nó và trùng với vòng ép bên trong theo (hình2.11):

Hình 2.11 : Quá trình tạo chỏm cầu

Độ trung của mỗi lần ép quyết định đến độ tròn của chỏm cầu

Các vòng ép càng xa tâm thì càng tăng số lần ép lên gấp đôi so với trước đó

Quy định này cho tất cả các phôi

Bộ chày cối để thực hiện quá trình ép dập chỏm cầu có kết cấu đơn giản:

Trang 38

Hình 2.12 : Phần chày và cối của khuôn cho quá trình tạo chỏm cầu

Hình 2.13 : Mô hình 3D Phần chày và cối của khuôn cho quá trình ép chỏm cầu

Trang 39

Trang 40

β là hệ số phụ thuộc vào trạng thái làm việc của động cơ :

Thông thường lấy β = 0,8 ÷ 0,9 với đồ án này chọn β = 0.9

Ta có :

Py/c ≥ 81.57.0,93 84,3( )

Với kết cấu của máy nếu như ta sử dụng động cơ điện có công suất lớn như

vậy sễ rất cồng kềnh và làm cho bộ truyền của máy trở lên phức tạp hơn, và có thể

ta không đạt được động cơ như mong muốn Chính vì thế ta phải sử dụng động cơ

thủy lực trong trường hợp này, tuy giá thành có lớn hơn so với động cơ điện nhưng

bù lại nó có kết cấu nhỏ gọn, rất dễ dàng khi bố trí bộ truyền theo sơ đồ động đã nêu

ra ở trên

Như ta đã nêu ra ở sơ đồ động thì bộ truyền của ta cần phải nhỏ gọn để phù

hợp với cách bố trí bộ truyền cho máy Dễ thấy khi giảm số vòng quay của động cơ

thì kích thước của động cơ có tăng chút ít nhưng không đáng kể so với việc phải

tăng kích thước của hộp giảm tốc

Nếu ta sử dụng loại động cơ có công suất lớn mà không cần sử dụng hộp

giảm tốc trong trường này cũng là một biện pháp kinh tế có khả thi

Vậy đông cơ thủy lực phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

* Số vòng quay sơ bộ : nsb = 300 (vòng/phút)

Có công suất yêu câu là Py/c ≥ 1,4 84,3 = 118 kw (đã tính đến hệ số an toàn

k = 1,4 ) vậy ta chọn động cơ có thông số như sau : MRD 1100 -1

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của động cơ MRD 1100 -1

Mô men quán tính ( moment inertla of rotating parts ) kgcm 398.6 451.5

Mô men xoắn riêng (Theoretical specific torquea ) Nm/bar 8.10 17.93

Định dạng
Số trang	118
Dung lượng	4,77 MB