Nghiên cứu công nghệ và thiết bị để chế tạo các chi tiết dạng bình chứa cỡ lớn1

Qui trình kiểm định chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật 96 Hình 1.6 Sơ đồ quy trình chế tạo bồn chứa công nghiệp 14 Hình2.1 Phân loại phương pháp miết theo đặc điểm của phôi 20 Hình 2.3

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 1

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là Vũ Lai Huỳnh - học viên lớp Cao học Chế tạo máy – Khoá 2009 – Viện Cơ Khí – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan bản luận văn thạc sỹ khoa học này do tôi tự làm, không sao chép nguyên bản của ai Các nguồn

tài liệu là do tôi thu thập và dịch từ các tài liệu chuẩn nước ngoài Số liệu trong bản luận văn này là số liệu thực tế, không bịa đặt

Nếu có bất cứ sai phạm nào tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt

nghiệp và nhà trường

Học viên cao học

Vũ Lai Huỳnh

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 2

MỤC LỤC

Trang

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 3

Chương 5: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 96 5.1 Qui trình kiểm định chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật 96

Hình 1.6 Sơ đồ quy trình chế tạo bồn chứa công nghiệp 14

Hình2.1 Phân loại phương pháp miết theo đặc điểm của phôi 20

Hình 2.3 Miết chi tiết hình cầu với cặp con lăn tạo hình và con lăn vê 21

Hình 2.12 Phần chày và cối của khuôn cho quá trình tạo chỏm cầu 35

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 4

Hình 2.13 Mô hình 3D Phần chày và cối của khuôn cho quá trình ép chỏm cầu 35 Hình 2-14 Hình ảnh về động cơ thủy lực kiểu MRD 1100 -1 38

Hình 2.22 Mô hình 3D một số biên dạng của quả cầu tạo hình 43

Hình 3.1 Một số kiểu máy uốn ngang và khả năng công nghệ của chúng 53

Hình 3.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn phôi dải rộng 54 Hình 3.5 Phân bố ứng suất khi có và không có hóa bền 56

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 5

Hình 3.13 Vectơ chuyển vị của phần tử kim loại trên phôi 65

Hình3.15 Ứng suất tương đương của vật liệu sinh ra trong quá trình biến dạng 66

Hình 4.1 Sơ đồ hàn hồ quang tay que hàn có thuốc bọc 70

Hình 4.14 Máy hàn cần tự động chuyên dụng dưới lớp thuốc 85

Hình 4.17 Mô hình 3 D thiết bị đồ gá hàn ( Rullo hàn) 86

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 6

Hình 5.1 Các nguyên tắc kiểm tra bằng thấm thuốc nhuộm 100 Hình 5.2 Dùng nàm tinh thể thạch anh để dò tìm các dao động siêu âm 102

Bảng 1.2 Số liệu kỹ thuật về các bộ phận chính của bình 10

Bảng 1.4 Đặc điểm ống cút, mặt bích và các chi tiết bắt chặt của bình 12

Bảng 2.1 Tốc độ miết phụ thuộc vào vật liệu biến dạng 24

Bảng 4.2 Tính chất cơ lý của một số loại dây thuốc hàn theo AWS A5.17 74

Bảng 4.4 Một số thông số chiều dày và đường kính que hàn 77 ảng Bảng 4.5 Thông số chính của máy hàn cần chuyên dụng 85

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 7

NỘI DUNG

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 8

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 9

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

lớn và rất lớn :

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 10

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 11

Hình 1.2- Các sản phẩm ứng dụng

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 12

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:

*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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 13

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 nhau

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 14

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

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

Bảng 1.1: ĐẶC ĐIỂM CỦA BÌNH

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 15

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

1 Thân bình 01 1066 8 2000

GB

Lốc - hàn

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 16

Giới hạn bền

(kG/

mm 2)

Giới hạn chảy

(%)

Độ dãn dài tương đối

0,3

~ 0,7

0,3

~ 0,7

≤ 0,3 ≤ 0,045 ≤ 0,045

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 17

0,3

~ 0,7

(mm)

hoặc số liệu theo bảng phân loại

Mã hiệu

bKg/

0,28

- 0,30

0,28

- 0,30

0,28

- 0,30

<

0,032

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 18

0,28

- 0,30

<

0,032

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 19

1,40- 1,85

0,80- 1,15

480-

655

370 22 0,07

0,15

-1,50- 2,0

0,50- 0,80

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 20

ép chỏm cầu

Phun cát

Siêu âm Chụp chiếu

Lốc ống

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 21

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 22

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;

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 23

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

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 24

- 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

+ 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;

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 25

- 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;

- 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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 26

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 27

Hình 2.2: Miết chi tiết hình côn không dưỡng

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

* 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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 28

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 điểm

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 29

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

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 30

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

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 31

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

* 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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 32

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 :

* Quỹ đạo chuyển động của con lăn miết ( quả cầu miết )

* Hình dáng con lăn miết

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 33

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

tg = 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

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 34

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



sin0

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

Phương trình cân bằng năng lượng giữa công ngoại lực và công biến dạng là:

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 35

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





 d  ( 1.7 ) Trong đó  và d  là ứng suất hiệu dụng và biến dạng hiệu dụng vô cùng nhỏ

Vậy ta có phương trình cân bằng là :

* t o là chiều dày ban đầu của phôi

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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 36

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

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  liên quan đến các tốc độ biến dạng; các tốc độ này được giả

thuyết là độc lập với R và 

Nếu các tốc độ biến dạng (1/R)(  u z /) =   z là nhỏ có thể bỏ qua, =0 và

nếu A <<2  R 0 fcos  thì phương trình F t chỉ do các tốc độ biến dạng  zR :

.3

cos

 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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 37

: Xác định theo thuyết gia lượng

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 

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

Vật liệu thép CT3

Chiều dày : t0 = tm = 25 mm ( Max t=25 )

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 38

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  t 0sin 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 0sin, xảy ra hiện tượng miết biến mỏng dưới, đường kính ngoài của vành phôi giảm gây ra ứng suất hướng kính  r là ứng suất kéo và ứng suất vòng   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 0sin, 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

Học viên: Vũ Lai Huỳnh 39

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

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 )

Chiều dày tấm thép lớn nhất 25 mm

Đường kính chỏm lớn nhất 3500 mm

Đường kính chỏm cầu nhỏ nhât 800 mm