TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN ỐNG THÉP ĐEN ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC.

Ngoài ra, chúng tôi đã trực tiếp tham gia tính toán, chế tạo các cụm của máy cán ống thép đen định hình, cải tiến cụm đo chiều dài và đưa tự động hóa vào trong qui trình sản xuất thông q

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ



LÊ VĂN HOÀNG NGUYỄN TẤN ĐẠT

TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN

ỐNG THÉP ĐEN ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO

CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

BẰNG PLC

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

TÓM TẮT

Thông qua sự giúp đỡ của công ty TNHH Cơ Khí TẤN THÀNH và được sự

hướng dẫn của thầy PHẠM ĐỨC DŨNG, chúng tôi đã thực hiện đề tài:

“TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN ỐNG THÉP ĐEN

ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU

KHIỂN BẰNG PLC” từ ngày 01/04/2008 đến 15/06/2008 tại công ty TNHH Cơ Khí

TẤN THÀNH, lô 31, đường số 2, khu công nghiệp TÂN TẠO, quận BÌNH TÂN, TP

HỒ CHÍ MINH

Tại đây, chúng tôi còn nghiên cứu quá trình hoạt động của từng cụm máy, của hệ

thống cũng như việc lắp ráp máy, bàn cắt ống tự động Ngoài ra, chúng tôi đã trực tiếp

tham gia tính toán, chế tạo các cụm của máy cán ống thép đen định hình, cải tiến cụm

đo chiều dài và đưa tự động hóa vào trong qui trình sản xuất thông qua lập trình PLC

được áp dụng ở bàn cắt ống… Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã đạt được

những kết quả mong muốn như: điều chỉnh được những kích thước các bộ phận máy

phù hợp hơn, cải tiến chi tiết máy phù hợp hơn, giúp giảm một phần chi phí chế tạo

máy, quá trình cắt được chính xác hơn,…

SUMARY

With the help of TAN THANH mechanical engineering company and my

teacher DUNG DUC PHAM We do the thesis:

“RESEARCHING THE STRUCTURE, OPERATING OF SHAPPING STEEL

TUBES MACHINE IMPROVING THE IMPROVING THE MEASUREMENT AND

CUTTING SECTION ADVISOR WITH PLC” From 01 April 2008 to 15 June 2008,

at TAN THANH mechanical engineering limited company located at Area 31, road no

2, TAN TAO industrial zone, BINH TAN district, HO CHI MINH city

At there, we researched the structures and operating of sections of system We

have part in calculating manufacturing the shapping steel tube machine, improve the

length mesurement and cutting section with PLC

The result is:

Calcute the dimension of manhine suitable, improve the structure of machine,

control the length of product exactly with PLC

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

1 Phụ lục 2………70

DANH SÁCH CÁC HÌNH

1 Cấu trúc đơn giản của PLC……… 8

2 Quét chương trình thang……… 10

3 Van vận hành bằng solenoid……… 12

4 Các xylanh……… …… 13

5 Sơ đồ vùng biến dạng khi cán kim loại……… 14

6 Sơ đồ áp lực của kim loại……… 17

7 Đồ thị ứng suất biến dạng……… 22

8 Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền trên bề mặt chi tiết……… 24

9 Sơ đồ nguyên lý máy cán ống thép đen định hình……… 28

10 Sơ đồ hoạt động máy cán ống……… 28

11 Bộ phận xả tole kép……… 30

12 Lồng nhốt tole……….32

13 Bộ phận hướng tole……… 34

14 Bộ phận cán tròn……… 36

15 Bộ phận giải nhiệt……… 38

16 Bộ phận cán định hình……… 39

17 Bộ phận cắt chạy……….41

18 Cử ống, bàn lật……… 43

19 Một số hình ảnh về PLC của SIEMENS……… 49

20 Các module gắn trên thanh rack……… 50

21 Các đèn báo và cổng truyền thông của CPU……… 51

23 Sơ đồ hoạt động của bàn cắt……… 55

24 Biểu đồ trạng thái của bàn cắt……… 57

25 Chương trình điều khiển PLC……… …58

26 Sơ đồ điều khiển khí nén……… 60

27 Biểu đồ tốc độ, thời gian bàn cắt……… 62

28 Sơ đồ nối động cơ vào mạch điện ba pha……… 63

29 Sơ đồ bộ máy tổ chức nhân sự của công ty……….69

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của xã hội, đời sống vật chất và tinh thần của người

dân ngày một nâng cao Trong đó, nhu cầu sử dụng gỗ để làm vật dụng trong gia đình

như khung cửa, tủ, bàn ghế, kệ… cũng ngày càng gia tăng Sự gia tăng này cũng kéo

theo sự gia tăng việc khai thác, chế biến gỗ Mặc khác, giá trị của các sản phẩm gỗ

cũng rất cao và ngày một khan hiếm, tác động đến nhu cầu người tiêu dùng

Với mục đích tạo ra các sản phẩm để thay thế dần các đồ dùng bằng gỗ, người ta

đã sử dụng kim loại Nó không chỉ thỏa mãn nhu cầu của người tiêu dùng là bền mà

giá thành cũng rẻ hơn nhiều so với gỗ, đây là một yếu tố có ý nghĩa thiết thực, có tính

kinh tế đối với người tiêu dùng Ngoài ra, công việc lắp ráp và vận chuyển, sử dụng

cũng rất dễ dàng và nhanh chóng, người ta có thể tạo ra được nhiều mẫu mã, kiếu dáng

mới phù hợp với thị hiếu ngày càng cao của người tiêu dùng Chính vì thế, việc cho ra

đời máy cán ống thép đen định hình đã đáp ứng được nhu cầu cấp bách của xã hội ở

hiện tại cũng như trong tương lai Trong đó, ý nghĩa hàng đầu là nó có thể thay thế

được gỗ, một loại nguyên liệu mà giá thành của nó đã và đang ngày một tăng cao Từ

đó, giúp hạn chế được việc khai thác gỗ một cách bừa bãi, giúp bảo vệ môi trường

sống ngày càng tốt hơn

Với trang thiết bị tiên tiến, đội ngũ công nhân kỹ thuật lành nghề và hơn mười

năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo máy nói chung, cũng như chế tạo

máy cán ống thép đen định hình nói riêng, công ty TNHH Cơ Khí TẤN THÀNH đã

cho ra đời nhiều loại máy tạo ống có kích cỡ khác nhau Không chỉ đáp ứng nhu cầu

trong nước (Hà Nội, Quãng Ngãi, TP Hồ Chí Minh, Đồng Nai, ) mà còn xuất khẩu

sang các nước khác như Lào, Thái Lan,

Hiện nay, trong nền công nghiệp hiện đại ở mọi ngành sản xuất, mục tiêu tăng

năng suất lao động được giải quyết bằng cách gia tăng tự động hóa ở các qui trình và

thiết bị sản xuất Một trong những yếu tố góp phần vào việc tự động hóa đó là bộ điều

(gồm các họ: Fx, Fx0 , Fxo,…), PLC Ormon, PLC có ngôn ngữ lập trình dễ dàng, dễ

hiểu, nhiều chức năng điều khiển, chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống Điểm

nổi bật nhất mà hầu như không có một thiết bị nào có khả năng làm được là nó có thể

làm việc trong môi trường khắc nghiệt, ồn ào, va đập,… Nó được sử dụng rộng rãi

trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất

lượng và sự đồng nhất sản phẩm Giúp tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng

mức an toàn, tiện nghi, giải phóng sức lao động cơ bắp của con người, cho phép nâng

cao tính thị trường của sản phẩm Mặc khác, với chương trình điều khiển bên trong,

PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi

thông tin với môi trường xung quanh

Được sự chấp thuận của hội đồng khoa học của Khoa Cơ Khí- Công Nghệ Trường

Đại Học Nông Lâm TP HỒ CHÍ MINH và sự hướng dẫn của thầy Phạm Đức Dũng,

chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:

” TÌM HIỂU CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CÁN ỐNG THÉP ĐEN

ĐỊNH HÌNH; CẢI TIẾN CỤM ĐO CHIỀU DÀI VÀ CẮT ỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU

KHIỂN BẰNG PLC” từ ngày 01/04/2008 đến 15/06/2008 tại công ty TNHH Cơ Khí

TẤN THÀNH và đạt được những kết quả tốt đẹp

CHƯƠNG 2

TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC

TIẾP ĐỀ TÀI

2.1 Cấu trúc PLC - Theo tài liệu [1]

* PLC: có cấu trúc được mô phỏng đơn giản, trong đó:

- Khối xử lý trung tâm (CPU) có chức năng: thực hiện việc trao đổi các dữ liệu,

thực hiện các phép toán, thực hiện các phép so sánh và ra quyết định nhận, gửi số liệu

tới các cổng vào/ra tương ứng với chương trình trong bộ nhớ

- Bộ nhớ (memory) có hai loại là bộ nhớ chỉ đọc và bộ nhớ đọc/ghi:

+ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) có chức năng lưu giữ các chương trình (tập dãy lệnh),

các hằng số, các bảng - biểu, các công thức tính toán…(gọi chung là chương trình)

theo ngôn ngữ máy và không bị xóa khi ngừng cấp điện do người thết kế đặt ra thể

hiện quy trình công nghệ sản xuất của một dây chuyền hay một tập hợp các dây

chuyền trong một nhà máy cụ thể Bộ nhớ chỉ đọc lại có các loại:

* Loại ROM chương trình được nhập vào khi chế tạo ROM và chương trình

này không xóa được Muốn thay chương trình hay sửa lỗi đều phải bỏ và chế tạo mới

* Loại PROM chương trình được nhập sau khi đã chế tạo bộ nhớ hoặc PLC

(người sử dụng lập trình và nhập vào)

* Loại PROM lại có 3 kiểu:

● Kiểu 1: Người sử dụng mua PLC, lập trình, nhập vào Chương trình đã

nhập không xóa được, muốn thay chương trình hay sửa lỗi trong chương trình, đều

phải mua mới

● Kiểu 2: Người sử dụng mua PLC, lập trình, nhập vào chương trình xóa

để được nhập lại chương trình khi phải thay đổi hay sửa chương trình (muốn sửa

chương trình cũng phải xóa hết chương trình cũ) Kiểu này gọi là EPROM, trên bộ

nhớ có cửa sổ bằng thủy tinh trong suốt để xóa chương trình dưới tia cực tím (thời

gian xóa khá lâu, khoảng vài chục phút)

● Kiểu 3: tương tự kiểu 2 chỉ khác là xóa chương trình bằng điện nên có

thể xóa toàn bộ hoặc sửa phần bị lỗi Kiểu này gọi là EEPROM

Hình 2.1 Cấu trúc đơn giản của PLC

+ Bộ nhớ đọc/ghi (RAM) còn gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, có chức năng:

Lưu giữ tạm thời chương trình, dữ liệu, kết quả tính toán (gọi chung là dữ liệu) và dữ

liệu bị mất khi ngừng cấp điện (để khắc phục nhà chế tạo lắp pin khô trong bộ nhớ này

hoặc chuyển đổi nguồn ắc quy khi mất điện) Bộ nhớ RAM có 2 kiểu:

● Ram tĩnh: lưu được dữ liệu nếu nguồn điện được duy trì

● Ram động: dữ liệu sẽ mất nếu không được cập nhật theo định kỳ mặc dù

nguồn điện được duy trì (việc cập nhật định kỳ còn được gọi là làm “tươi”) Tuy nhiên

do kích thước nhỏ gọn và năng lượng tiêu thụ không đáng kể nên RAM động được sử

dụng trong bộ nhớ lớn mặc dù sử dụng không đơn giản

- Khối điều khiển I/O có chức năng: Điều khiển việc nhận tín hiệu để xử lý và gửi

tín hiệu đã xử lý xong ở CPU Khối này cũng có chức năng nhớ (được chế tạo ở dạng

bộ nhớ đệm) nhưng chỉ nhớ các tín hiệu I/O

- Khối đầu vào/ra có chức năng bảo vệ, tạo dạng tín hiệu vào/ra thích hợp cho việc

truyền tín hiệu theo chuẩn (chuyển đổi mức điện thế làm cho tín hiệu trong và ngoài

phù hợp với nhau) Khối này thường được chế tạo theo dạng mô đun hóa và có thể mở

rộng thêm theo yêu cầu

- Khối giao diện nằm giữa PLC và các thiết bị ngoại vi có chức năng truyền dữ

liệu từ PLC tới máy tính, tới các PLC khác, tới máy tính ở trung tâm điều khiển, tới

các khối khác trong hệ TĐĐ của nó, tới hệ thống DCS… Việc truyền dữ liệu phải theo

các phương pháp truyền nối chuẩn như: Phương pháp dòng 20mA và phương pháp

RS-232 (+24V) hay RS-485…

- Khối tạo lập chương trình có chức năng cho người sử dụng nhập chương trình

vào ROM

- Các khối đã mô tả được nối với nhau thông qua các đường, các nhóm đường có

tên gọi chung là BUS

* Lập trình thang PLC:

- Phương pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang Việc viết

chương trình tương đương với vẽ mạch chuyển mạch Sơ đồ thang gồm hai đường dọc

biểu diễn đường dẫn công suất Các mạch được nối kết theo đường ngang (các nấc

thang), giữa hai đường dọc này

- Để vẽ sơ đồ thang, cần tuân thủ các qui ước sau:

+ Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được nối kết

+ Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển

+ Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống Hình 2.2 minh họa

chuyển động quét do PLC thực hiện Nấc ở đỉnh thang được đọc từ trái sang phải Tiếp

theo, nấc thứ hai tính từ trên xuống được đọc từ trái sang phải,… Khi ở chế độ hoạt

động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang, nấc cuối của chương trình được

ghi chú rõ ràng, sau đó lập lại từ đầu Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc của

chương trình được gọi là chu trình

Hình 2.2 Quét chương trình thang

+ Mỗi nấc bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ

ra Thuật ngữ ngõ vào được dùng cho hoạt động điều khiển, chẳng hạn đóng các tiếp

điểm công tắc, được dùng làm ngõ vào PLC Thuật ngữ ngõ ra được sử dụng cho thiết

bị được nối kết với ngõ ra của PLC, ví dụ như động cơ

+ Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng Vì vậy, công

tắc thường mở được trình bày trên sơ đồ thang ở trạng thái mở Công tắc thường đóng

được trình bày ở trạng thái đóng

+ Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang Ví dụ: có thể có rờ le

đóng mạch một hoặc nhiều thiết bị

+ Các ngõ vào, ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, ký hiệu tùy theo nhà

sản xuất PLC Đó là địa chỉ ngõ vào hoặc ngõ ra trong bộ nhớ của PLC Các PLC của

END

SIEMENS sử dụng mẩu tự I cho ngõ vào, Q cho ngõ ra như I0.0, Q0.1,…, Mitsubishi

series F sử dụng mẫu tự X đứng trước các phần tử nhập, Y đứng trước các phần tử

xuất và sử dụng các số theo sau, như: X 400 - 407, Y – 437,…

- Nhập chương trình thang:

Mỗi thanh ngang trên thang biểu diễn một lệnh trong chương trình sẽ được PLC

sử dụng Toàn bộ thang tạo thành chương trình hoàn chỉnh Hiện có nhiều phương

pháp nhập chương trình vào thiết bị lập trình đầu cuối Bất kể phương pháp được sử

dụng để nhập chương trình vào thiết bị lập trình đầu cuối thì tín hiệu ra đến bộ nhớ của

PLC phải có dạng thích hợp để bộ vi xử lý của PLC có thể xử lý

* Contactor:

Các solenoid quyết định số lượng thiết bị kích hoạt điều khiển các tín hiệu Khi

dòng điện đi qua solenoid, từ trường được sinh ra, từ trường này có thể hút các bộ

phận kim loại sắt trong vùng lân cận Một ví dụ về thiết bị kích hoạt là contactor Khi

mạch điện có tín hiệu, từ trường xuất hiện trong solenoid, hút các tiếp điểm để đóng và

mở một hoặc nhiều công tắc Kết quả là các dòng điện lớn hơn nhiều có thể được đóng

mạch Chính vì vậy, contactor có thể được sử dụng để đóng mạch dòng điện đến động

cơ

Về bản chất, contactor là một dạng rờle, sự khác nhau là thuật ngữ rờle được sử

dụng cho thiết bị chuyển mạch các dòng điện nhỏ, thấp hơn 10A, còn thuật ngữ

con-tactor sử dụng cho thiết bị chuyển mạch dòng điện lớn, có thể đến hàng trăm ampere

* Các van điều khiển hướng:

Một số ví dụ khác về việc sử dụng solenoid làm thiết bị kích hoạt là van vận hành

bằng solenoid Van này có thể được sử dụng để điều khiển hướng lưu thông của khí

nén hoặc dầu ép, và cũng được sử dụng để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn:

chuyển động của piston trong xi lanh Hình 2.3 minh họa kiểu van vận hành bằng

so-lenoid, được sử dụng để điều khiển chuyển động của piston trong xylanh

Hình 2.3 Van vận hành bằng solenoid

Khí nén hoặc dầu thủy lực được nạp trong cổng P, cổng này nối với nguồn áp suất

bơm hoặc khí nén, và cổng T được nối kết để cho phép dầu thủy lực trở về thùng chứa

hay đi vào hộp hệ thống thủy lực để đẩy không khí ra ngoài Khi không có dòng điện

chạy qua solenoid, van cuộn điều khiển dầu thủy lực hoặc khí nén được nạp vào bên

phải piston và được xả ở bên trái, kết quả là piston di chuyển về bên trái Khi có dòng

điện đi qua solenoid, van cuộn chuyển dầu thủy lực hoặc khí nén đến bên trái piston và

được xả về bên phải Piston di chuyển về bên phải Sự chuyển động của piston có thể

được sử dụng để đẩy bộ chuyển hướng, làm lệch hướng hàng hóa ra khỏi băng chuyền

hoặc thực hiện dạng dịch chuyển khác cần có công suất

Các van dẫn hướng có thể được sử dụng để điều khiển hướng chuyển động của

piston trong xi lanh, sự dịch chuyển của piston được dùng để thực hiện các hoạt động

cần thiết Xylanh tác động đơn (hình 2.4a) là xylanh được cung cấp công suất bằng

cách nén lưu chất vào một phía của piston để cung cấp chuyển động theo một hướng,

piston trả về theo hướng khác, có thể bằng lo xo Xylanh tác động kép (Hình 2.4b) là

xylanh được cung cấp công suất cho chuyển động của piston, bằng cách đưa lưu chất

vào cả hai hướng chuyển động của piston

P

T

Chất lỏng ra Chất lỏng vào

Solenoid

Hình 2.4 Các xylanh: (a) Tác động đơn, (b) Tác động kép

2.2 Lý thuyết cán kim loại - Theo tài liệu [2]

* Điều kiện đảm bảo máy cán hoạt động liên tục:

- Vật cán đồng thời ăn vào nhiều trục cán của các giá cán

- Thể tích vật cán qua các lỗ hình luôn luôn bằng nhau Có nghĩa là:

V1 = V2 = V3 = … = Vn-1 = Vn = C (hằng số)

* Máy cán hình:

Máy cán chuyên dùng để cán ra các loại thép hình ở trạng thái nóng gọi là máy

cán hình Trên máy cán hình, các trục cán được tiện khoét bỏ đi một phần kim loại để

có những rãnh tạo hình đặc biệt theo thiết kế Khi cán, các rãnh này hợp lại thành các

lỗ hình, thép được biến dạng và tạo hình trong các lỗ hình này để ra sản phẩm Trục

cán thường dùng để cán thép hình có đường kính phổ biến từ 250 ÷1300 mm

* Máy cán ống hàn:

Phôi ban đầu cho cán ống hàn là các loại thép tấm, thép bản và thép băng Thép

tấm và băng thép được tạo hình tròn liên tục trên máy cán uốn tạo hình bởi các khuôn

cán ép có các kích thước khác nhau Khi ống tạo xong hình tròn hay hình vuông, hình

chữ nhật thì cũng là lúc máy hàn cao tần hàn kín ống lại

00

* Các đại lượng đặc trưng cho quá trình cán kim loại:

Khi cán, kim loại ăn vào trục, dưới tác dụng của lực cán, kim loại bị biến dạng

Tại vùng biến dạng vật cán bị biến dạng mãnh liệt mà không phá vỡ tổ chức của kim

lọai Sau khi cán, vật cán dài ra, chiều rộng sẽ rộng hơn, chiều dày giảm đi

- Vùng biến dạng:

+ Khi cán, hai trục cán quay liên tục và ngược chiều nhau, nhờ ma sát tiếp xúc

giữa vật cán và bề mặt trục cán mà vật cán được ăn vào trục và bị biến dạng

+ Sau biến dạng, chiều dày vật cán giảm dần, chiều dài tăng lên, chiều rộng

cũng tăng lên và hình dáng vật cán bị thay đổi Vùng kim loại ăn để bị biến dạng và ra

khỏi trục gọi là vùng biến dạng Vùng biến dạng là vùng kim loại bị biến dạng dẻo

- Các thông số đặc trưng cho vùng biến dạng:

+ Góc ăn kim loại α (rad, độ):

+ Góc trung hòa  (rad, độ):

Góc I OB

là góc trung hòa Tại tiết diện IJ của góc trung hòa vận tốc của trục cán bằng vận tốc của kim loại

+ Lượng ép tuyệt đối (∆h) mm:

Đây là hiệu số chiều cao của kim loại trước và sau khi cán

∆h = h1 – h2, mm

+ Lượng ép tương đối ε%:

Là tỷ số giữa lượng ép tuyệt đối với chiều cao ban đầu của kim loại nhân với

100%

ε% = * 100 % * 100 %.

1

2 1

h h h



+ Lượng ép tổng ∑∆h (mm) và ∑∆h%

Trong cán hình có khi người ta dùng khái niệm lượng ép tổng ∑∆h (mm)

tuyệt đối (còn gọi là tổng lượng ép), ∑∆h = ∆h1 + ∆h2 + …………∆hn

Trong cán tấm hay dùng khái niệm lượng ép tổng tương đối ∑∆h%

Trong đó: ∆h1, ∆h2, …………∆hn là lượng ép từ lần cán thứ nhất, thứ

hai,…….thứ n

h1 là chiều dày ban đầu của vật cán (mm)

+ Lượng giản rộng tuyệt đối ∆b (mm):

∆b là hiệu số giữa chiều rộng của vật cán sau và trước khi cán

∆b = b2 – b1, mm

+ Hệ số giản dài khi cán µ (hệ số kéo dài)

µ là tỷ số chiều dài sau và trước khi cán:

* Điều kiện vật cán ăn vào trục cán:

Khi máy cán làm việc, trục cán quay và lôi vật cán vào trục để cán, ép làm cho nó

biến dạng Không phải cứ đẩy thật mạnh vật cán vào trục hoặc dùng phôi cán thật dày

đem vào cán để có năng suất cao Muốn vật cán dễ ăn vào trục, người ta đập bẹp đầu

vào của phôi cán, hàn các thanh sắt làm gờ hoặc khoét lỗ để tăng ma sát khi cán nóng

thép hình

* Hiện tượng trễ và hiện tượng vượt trước khi cán dọc:

Từ thực tế người ta thấy rằng: khi cán, tại vùng biến dạng có hiện tượng sau:

- Tốc độ cán tại điểm kim loại tiếp xúc với trục cán VH cho tới tiết diện trung hòa

luôn luôn nhỏ hơn tốc độ trục cán v

Tức là:

VH < V

- Từ tiết diện trung hòa theo hướng cán ra khỏi trục tốc độ cán luôn có hiện tượng:

V< Vh, VH = Vh

- Tại tiết diện trung hòa thì:

V = Vh = VH

- Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có: VH < V gọi là hiện tượng trễ

hoặc sự trễ

- Vùng biến dạng có hiện tượng trễ gọi là vùng trễ

- Hiện tượng mà tại vùng biến dạng của kim loại có: V< Vh gọi là hiện tượng

vượt trước hoặc sự vượt trước

- Vùng biến dạng có hiện tượng vượt trước gọi là vùng vượt trước

- Mặt cắt chia ra hai vùng trễ và vượt trước gọi là mặt phân giới

- Tiết diện kim loại ở mặt phân giới gọi là tiết diện trung hòa

* Lực cán, mômen cán, công suất động cơ

- Lực cán: là áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán Khi cán, kim loại

tác dụng lên trục cán một lực phân bố như hình vẽ Tổng hợp các lực phân bố đó sẽ có

áp lực toàn phần của kim loại tác dụng lên trục cán

- Lực cán được tính theo công thức:

Ptb là áp lực đơn vị hay còn gọi áp lực trung bình, (N/mm2, kG/mm2)

Ftx là diện tích tiếp xúc giữa kim loại với bề mặt trục cán và tính theo công thức:

Ftx = Btb*l = B B * Rh

2

2

1 , mm2

Bth là chiều rộng trung bình của vật cán (mm),

B1, B2 là chiều rộng của vật cán trước và sau khi cán (mm),

l là chiều dài cung tiếp xúc, l = Rh, mm

- Mômen cán và các mômen liên quan:

+ Mômen cán: Mc do lực cán sinh ra và được tính theo công thức:

+ Mômen ma sát:

Mms gồm mômen ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán Mms1 và mômen

ma sát sinh ra tại các chi tiết quay Mms2

+ Mômen không tải:

Mo sinh ra để thắng toàn bộ trọng lượng các chi tiết quay của máy cán khi

máy chạy không tải Mômen không tải thường bằng từ (3 ÷ 6)%Mc

- Công suất động cơ:

Mỗi một giá cán hoặc một nhóm giá cán đều được dẫn động bởi một động cơ

điện, động cơ này có thể là loại xoay chiều hay một chiều Tính công suất động cơ cho

giá cán là phải tính theo lần cán có lực cán lớn nhất Từ lực cán lớn nhất tính ra các

mômen, rồi chuyển về trên trục động cơ Công suất được tính theo công thức như sau:

Nđc = Mtđc*w, kW

Hay Nđc = Mtđc*

975 , 0

M M

η là hệ số truyền động hữu ích của máy, η = η1* η2* η3 = 0,85 ÷ 0,93

η1 là hệ số truyền động hữu ích của hộp giảm tốc, η1 = 0,95 ÷ 0,98

η2 là hệ số truyền động hữu ích của hộp truyền lực, η2 = 0,92÷ 0,95

η3 là hệ số truyền động hữu ích của trục khớp nối, η3 = 0,95 ÷ 0,99

n, w là vận tốc quay (v/ph), vận gốc góc (1/s) của động cơ

nc, wc là vận tốc quay (v/ph), vận gốc góc (1/s) của trục cán

2.3 Tính đàn hồi của vật thể và uốn ngang phẳng - theo tài liệu [3]

* Tính đàn hồi của vật thể:

- Dưới tác dụng của ngoại lực hay nhiệt độ….vật thể bị biến dạng, nghĩa là vật thể

không còn hình dạng và kích thước ban đầu nữa

- Ứng với một loại vật liệu, khi lực tác dụng chưa vượt quá một giới hạn nhất định

thì khi bỏ lực vật liệu sẽ khôi phục lại hình dáng và kích thước ban đầu Biến dạng sẽ

mất đi, người ta gọi là vật thể đàn hồi tuyệt đối

- Khi lực tác dụng vượt quá một giới hạn nhất định thì khi bỏ lực vật liệu không

trở lại hình dáng và kích thước ban đầu Chúng chỉ khôi phục lại một phần biến dạng

ban đầu, người ta gọi là vật thể đàn hồi không hoàn toàn Phần biến dạng không khôi

phục được gọi là biến dạng dư (biến dạng dẻo)

* Uốn ngang phẳng:

- Thanh chịu uốn ngang phẳng là thanh có trục bị uốn cong dưới tác dụng của

ngoại lực

- Những thanh chịu uốn được gọi là dầm

Ngoại lực gây ra uốn có thể là lực tập trung hay phân bố có đường tác dụng vuông

góc với trục dầm hay là những mômen tập trung phân bố nằm trong mặt phẳng chứa

trục dầm

- Ngoài ra, còn có một số định nghĩa:

+ Nếu ngoại lực cùng đặt trong một mặt phẳng, mặt phẳng này chứa trục dầm

thì ta gọi mặt phẳng đó là mặt phẳng tải trọng

+ Giao tuyến giửa mặt phẳng tải trọng và mặt cắt ngang của dầm gọi là đường

tải trọng

+ Nếu trục của dầm sau khi bị uốn là một đường cong nằm trong mặt phẳng

quán tính chính, thì sự uốn đó gọi là uốn phẳng hay uốn đơn

2.4 Đồ thị ứng suất – biến dạng – Theo tài liệu [4]

Sức bền của một vật liệu không phải là tiêu chuẩn duy nhất phải xem xét trong các

thiết kế kết cấu Độ cứng của một vật liệu thường có tầm quan trọng tương đương Ở

một mức độ thấp hơn, các tính chất cơ học như độ rắn, độ dai và độ mềm quyết định

sự lựa chọn vật liệu Các tính chất này được xác định bằng việc làm các thí nghiệm

trên các vật liệu và so sánh các kết quả với các tiêu chuẩn đã được xác lập

Trong thử nghiệm sức căng, một mẫu được kẹp giữa các má kẹp của một máy thử

Các giá trị của tải và độ dãn dài trên một thước đo chiều dài được quan sát đồng thời

Các số liệu này được vẽ trên một đồ thị với trục tung biểu diễn tải và trục hoành biểu

diễn độ dãn dài

Hình 2.7 Đồ thị ứng suất – biến dạng

Ứng suất

Giới hạn chảy

Giới hạn đàn hồi

Giới hạn

tỷ lệ

Độ bền giới hạn Giới hạn bền khi kéo thực tế

Giới bền khi kéo

Biến dạng

2.5 Lý thuyết biến dạng dẻo của tole - Theo tài liệu [5]

Thông số vật lý của bề mặt gia công

a Sự biến cứng bề mặt:

Trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt, trên bề mặt của kim loại

sinh ra biến dạng dẻo Các hạt tinh thể bị kéo lệch mạng gây nên ứng suất giữa các

tinh thể Tác dụng này làm giảm mật độ kim loại, nâng cao giới hạn bền, nâng cao độ

cứng và độ giòn, làm giảm tính dẻo và tính dai hiện tượng này gọi là sự biến cứng và

chiều sâu biến cứng của bề mặt kim loại Mức độ biến cứng H có thể xác định theo

Ứng suất dư là ứng suất được tạo thành sau khi ngừng tác động lực cắt Có rất

nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất dư, nhưng nguyên nhân sâu xa nhất vẫn là biến

dạng dẻo Biến dạng dẻo ở đây có thể do lực cắt hoặc nhiệt cắt sinh ra biến dạng dư

Vậy ứng suất dư được tạo thành:

* Khi cắt kim loại do biến dạng dẻo cho nên lớp bề mặt ngoài được làm

chắc, thể tích tăng lên Lớp bề mặt ngoài có khuynh hướng lấn chiếm thể tích, nhưng

vì có liên hệ lớp bên trong nên ở lớp ngoài sinh ra ứng suất dư nén còn ở lớp bên

trong lại có ứng suất dư kéo

Hình 2.8 Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền (biến cứng) trên bề mặt chi tiết

 I: lớp kim loại nguyên thủy

 II: lớp kim loại bị biến dạng đàn hồi

 III: lớp kim loại biến dạng dẻo khi cắt

 IV: lớp kim loại mỏng đã bị phá hủy

* Khi gia công nhiệt cắt nung nóng bề mặt ngoài, làm môđun đàn hồi của nó

giảm đến tối thiểu Sau đó lại nguội nhanh nên nó co lại nhưng vì có liên hệ với lớp

bên trong nên lớp bên ngoài gây ra ứng suất kéo còn bên trong sinh ra ứng suất dư

nén Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất dư cho nên sự phân bố giá trị, dấu đặc tính

cũng như chiều sâu ứng suất dư trên bề mặt kim loại rất phức tạp Để đánh giá ứng

suất dư người ta thường dùng hai thông số: giá trị ứng suất dư 0 và chiều sâu ứng

suất dư h Như vậy để đánh giá chất lượng bề mặt người ta thường dùng các thông

số sau đây: Ra, Rz, Hck, Sm, S, Wz, p, Sw, k, h, 0, h

Trên hình vẽ còn cho ta thấy sự thay đổi độ cứng và ứng suất dư lớp bề mặt

đã gia công của chi tiết thông đồ thị HV và 2 trên hệ RIHV hoặc trên hệ RI2

Độ hóa bền (hay biến cứng) được biểu thị bằng hệ số D

- Trong đó: HVs: là độ cứng tế vi sau khi gia công

HVt: là độ cứng tế vi trước khi gia công

- Theo kinh nghiệm khi cắt kim loại D = 120% ÷ 200%, chiều sâu lớp biến cứng

- Lc = 20  300 m Riêng mài có chiều sâu biến cứng tương đối nhỏ: Lc < 60

m

Các hiện tượng cơ lý trên là kết quả của quá trình biến dạng và ma sát khi cắt

Những hiện tượng cơ lý này ảnh hưởng rất lớn đến kết quả gia công ra sản phẩm

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp:

3.1.1 Phương pháp lý thuyết:

- Nghiên cứu sự biến dạng của tole và quá trình cắt (thể hiện trong phần tra cứu)

- Nghiên cứu quá trình tạo hình sơ bộ và tạo hình thành phẩm

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy cán ống, phương pháp lập

trình PLC cho bàn cắt

- Nghiên cứu cấu tạo và cách làm việc của bàn cắt

- Điều chỉnh, cải tiến các bộ phận làm việc cho phù hợp hơn với điều kiện làm

việc thực tế của máy

3.1.2 Phương pháp chế tạo: dạng hộp, dạng ống, dạng trục

Trên máy cán, các trục cán được tiện khoét bỏ đi một phần kim loại để có những

rãnh tạo hình đặc biệt theo thiết kế Khi cán, các rãnh này hợp lại thành các lỗ hình,

thép được biến dạng và tạo hình trong các lỗ hình này để ra sản phẩm

Phôi ban đầu cho cán ống là các loại thép tấm, thép bản và thép băng Thép tấm và

băng thép được tạo hình tròn liên tục trên máy cán uốn tạo hình bởi các khuôn cán ép

có các kích thước khác nhau Khi ống tạo xong thì cũng là lúc máy hàn cao tần hàn kín

ống lại Lớp hàn này được dao gọt gọt cho bề mặt bằng phẳng Sau đó, ống này đi đến

giàn máy cán định hình sản phẩm nhờ các cặp trục ép sao cho tạo được hình dáng sản

phẩm: dạng hộp, dạng ống, dạng trục

- Thiết lập bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết của cụm cắt

- Sử dụng PLC ở bàn cắt ống, tham gia lập trình cho PLC giúp bàn cắt hoạt động

tự động cắt sản phẩm

Áp dụng phương pháp cán ống định hình để chế tạo cụm máy định hình sản phẩm,

các chi tiết trong cụm máy

3.1.3 Phương pháp đo đạc:

Sử dụng các dụng cụ như thước kẹp, thước kéo, thước lá,….để đo các chi tiết

trong quá trình chế tạo như đo chiều dài trục dao cắt, đo chiều rộng rãnh then, đo cụm

kẹp ống, đo khung bàn cắt, đo kích thước nắp đậy dao cắt,…

3.2 Phương tiện:

- Sử dụng máy cắt sắt loại đĩa để cắt các thanh thép dài, ngoài ra còn cắt sắt bằng

gió đá với thép dày 110 mm

- Sử dụng nhiều máy tiện nhỏ để tiện các trục nhỏ, các lô bánh ép và một máy tiện

lớn có bàn chạy dao dài tới 6m, có thể gia công được đối với những trục dài và có

đường kính lớn

- Sử dụng các máy bào để bào các chi tiết của máy như: bộ kẹp, rảnh trượt,…

- Dùng máy hàn điện để hàn các chi tiết, ráp các tấm thép lại tạo khung bàn cắt,

hàn nắp đậy dao,…

- Sử dụng các máy khoan tay, các máy khoan bàn để khoan lỗ trên các trục, tấm

thép,… sau đó tarô ren lỗ

- Sử dụng máy phay để phay các trục, các chi tiêt cần thiết như: rãnh then

- Các dụng cụ đo lường dùng để chế tạo máy: những dụng cụ có sẵn trong công ty

như thước cặp, Panme, thước thẳng, thước dây…

- Ngoài ra còn có một số dụng cụ khác như: máy mài thô, máy mài tinh, máy tạo

rãnh then,……

- Sử dụng PLC và viết chương trình điều khiển, giúp tự động hóa ở khâu cắt ống

- Một số công đoạn được gia công ở nơi khác như nhiệt luyện thép, mạ Crôm

CHƯƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động chung:

gọtt Con sol

Ống thành phẩm ra

Cử ống bàn lật

5 P 3P 2P

Lô chử thập

4C 3C

Con sol

Hai cuộn tole được lắp vào cuộn xả kép (một cuộn làm việc, cuộn còn lại dùng để

dự trữ), tole sẽ được phóng nhanh vào lồng nhốt nhờ vào lực kéo của một động cơ đặt

ngay trên lồng nhốt (có tác dụng trữ tole) Khi cuộn này gần hết tole thì người ta dừng

động cơ kéo tole, hàn đuôi cuộn tole này vào đầu cuộn tole kia Tiếp tục cho động cơ

chạy, kéo tole vào lồng nhốt Giúp cho máy hoạt động liên tục

Tole sẽ đi ra ở đầu kia của lồng nhốt và đi qua hai trục căng tole dưới sức kéo của

phần tạo hình phía sau Tole sẽ đi đến bộ phận hướng tole, có tác dụng làm cho tole

bằng phẳng Sau đó, tole sẽ đi đến phần cán tròn, tấm tole dần dần được bo tròn dưới

sức ép của các cặp bánh ép Khi bo tròn xong, khe hở của ống được hàn lại bằng hàn

cao tần Sau đó sẽ được dao gọt gọt đi lượng dư của lớp hàn, giúp cho ống tròn hơn

Lượng dư này được thu lại nhờ một tang quay nằm ở phía trên

Sau đó, ống sẽ chạy qua thùng làm mát để giải nhiệt Ống tròn sẽ đi đến bộ phận

cán định hình, dưới sức ép của các cặp bánh ép (có biên dạng tạo hình cho sản phẩm),

ống tròn sẽ được ép tạo ống thành phẩm Sau khi tạo xong, ống thành phẩm sẽ đi đến

bàn cắt chạy, được dao cắt cắt đứt ống theo đúng kích thước yêu cầu, ống bị cắt đứt

được đẩy ra bàn lật và hất xuống giàn thu Quá trình lập lại tuần hoàn, giúp cho máy

hoạt động liên tục

4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của từng cụm máy:

4.2.1 Bộ phận xả tole kép:

Hình 4.3 Bộ phận xả tole kép

a Cấu tạo: gồm hai phần cố định và chuyển động

 Phần cố định:

Một đế hình vuông 1200x1200 mm, dày 100 mm để cố định cả cụm Thân cuộn

xả kép có dạng hình trụ, cao 800 mm được gắn lên trên mặt đế bằng mối ghép hàn

Bên trong trụ có cấu tạo rỗng để lắp ổ bi tạo khớp xoay cho phần di động Trên trụ có

gắn khóa để cố định xoay tròn của phần di động khi làm việc

 Phần chuyển động:

Trục xoay lắp vào ống trụ giúp cho phần xả tole có thể quay tròn được Hai

mâm cuộn xả kép, có dạng hình tròn, đường kính 850 mm, có ba cánh bố trí cách nhau

1200, ở giữa mâm có một rãnh sâu 265mm, có tác dụng giúp người vận hành nhìn thấy

được tole trong quá trình xả tole Hai trục xả tole đặt gần nhau, mỗi trục dài 1010 mm

để gắn hai mâm xả được cố định trên hai gối đỡ có gắn hai ổ bi Sáu múi bung gắn lên

trên trục xả nhờ các thanh để cho cuộn tole đưa vào được dễ dàng, các múi bung và

thanh được ghép bằng các bulông mục đích có thể điều chỉnh được đường kính trong

của cuộn tole

b Hoạt động:

Khi bắt đầu làm việc, người ta sẽ cho hai cuộn tole lên hai trục xả (một cuộn thì sẵn

sàng làm việc khi máy hoạt động, cuộn còn lại thì để dự trữ tole) Một cuộn tole sẽ

quay tròn để xả tole ra nhờ sức kéo tole của một motor đặt ngay trên lồng nhốt, tole sẽ

được phóng thẳng vào lồng nhốt và đi ra bộ phận phía sau lồng nhốt Khi cuộn tole

này hết đồng nghĩa với việc tole được dự trữ trong lồng nhốt rất nhiều thì người ta sẽ

cho dừng motor trên lồng nhốt lại Sau đó, người ta sẽ hàn đuôi cuộn tole này vào đầu

cuộn tole dự trữ còn lại và cho motor tiếp tục chạy, cuốn tole vào lồng nhốt Mục đích

của việc dự trữ tole này là giúp máy hoạt động liên tục

c Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm: có hai trục xả tole, giúp trữ tole trong quá trình làm việc, tiết kiệm thời

gian và chi phí so với bộ phận xả tole đơn

+ Nhược điểm: chế tạo nhiều hơn làm tốn kinh phí, kích thước lớn, khó vận chuyển

hơn cuộn xả đơn

1 Khung hình chữ nhật 5 Trục ren điều chỉnh

3 Hai con lăn dẫn hướng 7, 8 Trục căng tole

4 Hai con lăn nằm ngang

Hình 4.4 Lồng nhốt tole

a Cấu tạo: Gồm hai phần giàn khung, hệ thống kéo tole

 Giàn khung: khung ngoài và khung trong

+ Khung ngoài: là một hình hộp chữ nhật dài 6000 mm, rộng 650 mm, cao 2900

mm được lắp ráp từ nhiều thanh chữ u bằng cách hàn Chân lồng nhốt tole bao gồm

sáu thanh sắt nằm ngang lồng nhốt, ở hai đầu mỗi thanh có hai thanh sắt chống bắt

bằng bulông với thành khung, giúp gia tăng sự cứng vững

+ Khung trong: là hai khung hình chữ nhật dài 5640 mm, cao 2300 mm đặt

song song có sáu trục ren để điều chỉnh chiều rộng của hai khung cho phù hợp với bề

rộng của tole làm cho tole trong lồng không bị rối

 Hệ thống kéo tole

+ Đầu tole vào: hai con lăn dẫn hướng được đặt thẳng đứng có khả năng quay

tự do quanh trục của nó, có tác dụng kềm tole trước khi tole vào lồng nhốt Hai con lăn

nằm ngang, có tác dụng giúp căng tole trước khi tole đi vào bộ phận chỉnh sửa Có thể

tăng giảm khoảng cách của hai trục con lăn nằm ngang nhờ khớp trượt cho phù hợp

với bề rộng của tole Trên trục con lăn nằm ngang người ta gắn một xylanh khí nén để

tạo lực ép để kéo tole Động cơ được đặt ở đầu lồng nhốt truyền động cho trục con lăn

để kéo tole vào

+ Đầu tole ra: có gắn con lăn căng tole cố định nhờ hai gối đỡ mục đích để đưa

vào bộ phận chỉnh sửa tole

b Hoạt động:

+ Đầu tole vào: động cơ đặt ở đầu lồng nhốt kéo tole vào lồng, nhờ cụm con lăn

thẳng đứng sẽ kềm tole lại, giúp quá trình kéo được hiệu quả Tole sẽ được xếp theo

kiểu xếp chồng chứa trong lồng nhốt, xếp như vậy mục đích để tole không bị rối khi

trữ trong lồng

+ Đầu tole ra: nhờ vào lực kéo tole của máy ở phía sau và hai cụm con lăn nằm

ngang tạo ra sức căng, tole sẽ được kéo vào bộ phận hướng tole

c Ưu, nhược điểm:

+ Ưu điểm: giúp dự trữ tole, đảm bảo cho máy có khả năng hoạt động liên tục, kịp

thời cung cấp tole mới vào, tole xếp không bị rối

+ Nhược điểm: quá cồng kềnh, chiếm diện tích lớn trong phân xưởng

4.2.3 Bộ phận hướng tole (bộ kềm tole):

Hình 4.5 Bộ phận hướng tole

a Cấu tạo: gồm phần kềm và phần chỉnh sửa tole

 Phần kềm:

Có hai vách làm gối đỡ cho hai trục kềm Hai trục kềm được lắp vào hai vách,

nó chỉ giữ khoảng cách giúp tole không thay đổi phương, hai trục kềm không quay