tính toán thiết kế máy uốn đai sắt thủy lực

Tìm hiểu các loại máy hiện nay - Hiện nay trên thế giới, sắt được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp vàtrong xây dựng trang trí nội thất với rất nhiều chủng loại sắt khác nha

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ hội nhập kinh tế toàn cầu hóa, cùng với công cuộc đổi mới đất nước,nước ta đang ra sức phát triển các ngành công nghiệp mũi nhọn như: Công nghệ hóachất, công nghệ luyện kim, cơ khí, may mặc, hàng tiêu dùng,… đã và đang đạt đượcnhiều kết quả rất đáng khích lệ, phần nào nâng cao đời sống của nhân dân, tạo công ănviệc làm cho hàng triệu người lao động

Một trong những ngành phát triển mạnh mẽ đó, chính là ngành cơ khí nói chung

và ngành chế tạo máy nói riêng Từ khi mới thành lập đến nay ngành chế tạo máy phầnnào tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, năng suất cao và được xuất khẩu ra nhiềuthị trường lớn như: EU, Châu Á, hay các thị trường khắc nghiệt như Mỹ, Ngày naykhoa học kỹ thuật ngày càng phát triển vì vậy mà các doanh nghiệp cơ khí đòi hỏi phảicải tiến phương thức sản xuất, thay thế các thiết bị lạc hậu, cũ kỹ bằng các thiết bị côngnghệ cao để đảm bảo chất lượng, độ chính xác gia công cũng như thẫm mỹ của sảnphẩm Tuy nhiên để cải tiến công nghệ thì chi phí đầu tư ban đầu cho việc mua sắm cácthiết bị rất cao do các máy hiện nay chủ yếu là nhập từ nước ngoài nên lợi nhuận thấp vìvậy mà nhiều doanh nghiệp không đầu tư hoặc đầu tư không nổi

Đứng trước thực trạng nền kinh tế nước ta như vậy, Đảng và Nhà nước ta đã coitrọng hàng đầu là việc phát triển ngành cơ khí chế tạo, đặc biệt là trong thời kỳ Côngnghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước như hiện nay và đã tạo ra được nhiều máy móc, thiết

bị phục vụ cho sự phát triển đất nước để đưa nước ta trở thành một nước phát triểntrong tương lai không xa Để hiểu thêm về máy móc thiết bị cũng như nắm vững cácnguyên lý thiết kế, chính vì vậy mà Nhà trường, Khoa giao cho nhóm thực hiện đề tài:

“Thiết kế máy uốn sắt” Hiện nay các loại máy này có độ chính xác và năng suất cao chủyếu là ở nước ngoài Mục đích của việc nghiên cứu đề tài là thiết kế được máy có chấtlượng, năng suất cao nhưng giá thành thấp phục vụ trong nước và có thể xuất khẩu ranước ngoài

Trong đề tài này tôi xin đề cập đến các nội dung chính sau:

 Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu

 Chương 2: Cơ sở tính toán thiết kế

 Chương 3: Quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình

 Chương 4: Kết luận và đề xuất ý kiếnTuy nhiên do yêu cầu về thời gian hạn hẹp, kiến thức còn nhiều hạn chế, việc tìmtài liệu về máy uốn sắt là rất khó khăn nên việc nghiên cứu đề tài chắc chắn còn nhiềuthiếu sót Vì vậy rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô cùng các bạn để đề tàiđược hoàn thiện hơn

Qua đề tài này em xin chân thành cảm ơn thầy TRẦN VĂN THẮNG, cùng cácthầy, cô, cùng các bạn đã giúp đỡ trong thời gian vừa qua để nhóm em hoàn thành tốt đềtài của mình

Chương I:

TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN SẮT PHỔ BIẾN HIỆN NAY

1.1 Tầm quan trọng của sắt,thép

- Ngày nay sắt, thép là một thiết bị, dụng cụ không thể thiếu đối với con người, chúng

ta có thể dễ dàng tìm thấy chúng khắp mọi nơi, trên các thiết bị của ô tô, xe máy, tàuthủy, nhà cửa hay đồ dùng gia đình …Sắt, thép còn đóng góp trong sự tiến hóa của loàingười Có thể nói tầm quan trọng của sắt thép với con người là rất lớn

Với nhu cầu của xã hội hiện nay, việc sử dụng thép đã “được uốn thành hình” trở nênphổ biến,ví dụ như: trong ngành xây dựng (bẻ đai,kiềng, ) trong ngành mỹ nghệ (làmlồng chim,lồng chứa gia cầm, đan ghế,khung… ,)và một số lĩnh vực khác Vì vậy máyuốn sắt thép ra đời với các ưu điểm như rẻ tiền, tiết kiệm thời gian, sức lao động,….kịpthời đáp ứng các yêu cầu của xã hội.Một số sản phẩm thép được dùng trong xây dựng dândụng, cầu đường:

Hình 1:1 Thép được sử dụng trong xây dựng

Hình 1.2: Thép được sử dụng làm cầu đường

1.2 Tìm hiểu các loại máy hiện nay

- Hiện nay trên thế giới, sắt được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp vàtrong xây dựng trang trí nội thất với rất nhiều chủng loại sắt khác nhau có đường kínhcũng như vật liệu rất đa dạng, nhận thấy được tầm quan trọng của sắt thép chính vì vậyviệc chế tạo máy uốn phù hợp với nhu cầu rất cần thiết Trên thế giới hiện nay máy uốnsắt đa dạng từ bằng tay, đến động cơ rồi đến NC hay CNC có thể uốn sắt với nhiều bánkính khác nhau với độ chính xác và năng suất rất cao

- Máy uốn sắt bán tự động NC dùng để uốn sắt có độ chính xác cao, kích thước sắttương đối lớn máy được sử dụng động cơ thủy lực vì vậy tạo ra lực uốn tác dụng lên sắtđồng đều ít sinh ra khuyết tật trong khi uốn, điều kiển máy tương đối đơn giản sử dụngbằng bàn đạp chân, máy uốn có sử dụng đầu phân độ vì vậy sắt được xoay theo các dạngkhác nhau để uốn những sắt có nhiều đoạn cong khác nhau

Hình 1.3: Máy uốn sắt sử dụng động cơ thủy lực

- Máy uốn sắt bán tự động sử dụng hệ thống thủy lực, điều khiển bằng bàn đạp chânhay nút điều khiển cho phép bạn uốn cong đến 1900, máy sử dụng puli và cử chắn dướigiúp cho sắt uốn không bị biến dạng, đạt độ chính xác cao Máy có thiết kế thêm bộ phậntay dẫn sắt phía sau giúp cho phần không uốn cong không bị biến dạng Tay uốn củamáy có cữ chắn linh hoạt giúp cho việc điều chỉnh góc uốn dễ dàng, máy làm việc với độ

ổn định cao, linh kiện thay thế đơn giản

Hình 1.4: Máy uốn sắt bán tự động

+ Máy uốn có các chốt thay đổi vì vậy có thể thay đổi khuôn uốn một cách dễ dàng,máy uốn được dùng để uốn sắt có kích thước lớn vì chế tạo khuôn uốn tương đối đơngiản hơn các loại khuôn uốn kiểu quay

Hình 1.5: Máy uốn sắt điện thủy lực RAPID T10/M

- Máy uốn sắt CNC 32B8 được lập trình trên phần mềm Bendtech EZ3D đây là phầnmềm mô phỏng 3D chính xác điểm uốn và góc uốn, thao tác và lập trình thông qua mànhình cảm ứng Sản phẩm uốn chính xác, bề mặt không có nết nhăn, có thể uốn một sắtgóc độ uốn không giới hạn tiết kiệm được thời gian tháo lắp Máy có thể nhớ trên 1000chương trình sản xuất khác nhau và có khả năng phát hiện lỗi khi lập trình khi hoạt động

Hình 1.6: Máy uốn sắt tự động CNC32B3

- Hiện nay nước ta cũng có một số công ty cũng sản xuất máy uốn sắt như xưởng cơkhí Lâm Quân – Tp HCM sản xuất máy uốn sắt 6 đầu trục, được dùng để uốn sắt thép,

Inox… dùng trong dân dụng làm lan can, cầu thang, ban công,…và được dùng trong sảnxuất công nghiệp Một số đặc điểm kỹ thuật máy:

+ Kích thước máy (cao x rộng x ngang): 700 x 700 x 600, cm

+ Trọng lượng: 80Kg

+ Công suất máy: 1,1Kw

Hình 1.7: Máy uốn sắt sáu đầu trục

Máy uốn sắt do công ty Khataco – Khánh Hòa nghiên cứu, chế tạo có thể uốn sắt vớiđường kính uốn 20 (mm), góc uốn có thể đạt được 1800 Ưu điểm của loại máy này là:Chế tạo tương đối đơn giản, vốn đầu tư thấp tuy nhiên loại máy này có nhiều nhược điểmnhư: Độ chính xác thấp, không gia công sắt có đường kính lớn, lực tác dụng lên khôngđều nên dễ sinh ra khuyết tật Loại máy thường được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc vàhàng loạt nhỏ

Hình 1.8: Máy uốn sắt do công ty Khataco – Khánh hòa chế tạo

Như vậy có thể khẳng định rằng nhu cầu sử dụng sắt uốn ở nước ta là rất lớn nhưng qua tìm hiểu thực tế ở nước ta thì hiện nay chưa có công ty hay tổ chức nào chuyên sản xuất hay nghiên cứu về máy uốn sắt, do vậy mà tài liệu cũng như chủng loại về máy uốn còn rất nhiều hạn chế Ở nước ta chỉ có các cơ sở uốn sắt nhỏ lẻ, thiết bị lạc hậu, năng suất

thấp, chất lượng cũng như thẩm mỹ kém, không thể uốn có đường kính lớn chủ yếu là các thiết bị bằng tay hay tự thiết kế, không đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như cạnh tranh với nước ngoài

1.3 Mục tiêu đề tài

Với nhu cầu của xã hội hiện nay, việc sử dụng thép đã “được sắt được ra thànhhình dạng ” trở nên phổ biến,ví dụ như: trong ngành xây dựng (bẻ đai,kiềng, ) trongngành mỹ nghệ (làm lồng chim,lồng chứa gia cầm, đan ghế,khung… ,)và một số lĩnhvực khác

Việc uốn sắt sử dụng các phương pháp thủ công sẽ mất nhiều thời gian và sức laođộng,tiền bạc… yêu cầu được đặt ra đối với ngành cơ khí chế tạo cũng như các ngành cóliên quan là thiết kế máy để khắc phục những khuyết điểm trên Vì vậy máy uốn ra đờivới các ưu điểm như rẻ tiền, tiết kiệm thời gian, sức lao động,….kịp thời đáp ứng các yêucầu của xã hội

Vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài thiết kế và chế tạo máy uốn sắt bằng thủy lực

+ Bản vẽ lắp máy uốn thủy lực

.Ưu điểm là máy uốn được thiết kế trên nền tảng lấy khung nắn thép đã có sẵn kết hợp với việc chế tạo bộ phận cắt.Máy có khả năng uốn được nhiều sản phẩm hình dạng khác nhau, có năng suất cao, tiết kiệm năng lượng , giá thành rẻ,dễ vận hành và bảo dưỡng Đểtiện cho việc vận chuyển cũng như tiết kiệm chi phí, khi sản xuất người ta chỉ sản xuất sắtthép theo dạng thẳng hoặc được cuộn tròn thành từng cuộn Tuy nhiên, khi sử dụng thì yêu cần sắt thép phải được uốn ở những hình dạng khác nhau và để thực hiện công việc này người ta cần sử dụng đến máy uốn sắt.Trong đời sống hàng ngày việc sử dụng các sản phẩm đã được định hình ngày càng nhiều cũng như trong các lĩnh vực khác như trongcông nghiệp, xây dựng, đồ trang trí.Máy uốn sắt thủy lực có những khác biệt lớn so với các loại máy cắt sắt thép khác ở chỗ chúng là loại máy chuyên dụng để uốn sắt thép và inox tạo ra những đường cong kiên cố chứ không chỉ đơn giản là uốn thẳng sắt thép Để

uốn cong được những vật liệu cứng kể trên, chúng cần có sự kết hợp giữa hệ thống pistonxilanh thủy lực và những khuôn ống với hình dạng và kích thước giống nhau Tùy thuộc vào những mục đích sử dụng cũng như nhiệm vụ khác nhau mà người sử dụng có thể lựa chọn khuôn ống tạo hình phù hợp.Máy uốn sắt thủy lực chuyên dùng cho việc uốn các loại sắt theo dạng khác nhau và có tính chất cơ động cao Máy uốn sắt thủy lực được thiết

kế với dạng đứng hoặc nằm ngang hoặc cũng có thể là kết hợp cả hai Các sản phẩm sau khi uốn có thể có dạng ống tròn, tròn đặc, vuông hoặc dạng dầm chữ H, I, T

Tuy nhiên do yêu cầu về thời gian hạn hẹp, kiến thức còn nhiều hạn chế, việc tìm tài liệu

về máy uốn sắt là rất khó khăn nên việc nghiên cứu đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót.Nên chúng em chỉ thiết kế và chế tạo máy uốn một số chi tiết đơn giản như chữ

L ,U.hình vuông… và một số chi tiết khác

Chương II:CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu đối với máy cần thiết kế

2.1.1 Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng

- Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng, kíchthước máy cố gắng thật nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ dàng …

- Để làm được điều này người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy đồngthời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý

2.1.2 Khả năng làm việc

- Máy có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được đồ bền, không thay

đổi kích thước cũng như hình dạng của máy, ngoài ra vẫn giữ được sự ổn định, có tínhbền mòn, chịu được nhiệt và chấn động

- Để máy có đủ khả năng làm việc cần xác định hợp lý hình dạng, kích thước chi tiếtmáy, chọn vật liệu thích hợp chế tạo chúng và sử dụng các biện pháp tăng bền như nhiệtluyện, …

2.1.3 Độ tin cậy

- Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ

được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độchính xác, …) trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện công việc đãquy định

- Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một thời gianquy định hoặc quá trình thực hiện công việc

2.1.4 An toàn trong sử dụng

Một kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường thìkết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như không gây hưhại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh.

2.1.5 Tính công nghệ và tính kinh tế

- Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thỏa mãn yêu cầu về tính côngnghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợpvới điều kiện sản suất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, ít tốn vật liệunhất, chi phí về chế tạo thấp nhất kết quả cuối cùng là giá thành thấp

- Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắpráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện và quy

2 1

Hình 3.1 Sơ đồ uốn bằng phương pháp chuyển động tịnh tiến.

- Nguyên lý làm việc:

Chày uốn đi xuống ( tịnh tiến ) nhờ chuyển động của máy ép ( như máy ép ma sát trục khuỷu, máy ép ma sát trục vít, máy ép lệch tâm, máy ép thuỷ lực ), tác dụng lực lên chi tiết làm chi tiết biến dạng theo hình dáng của chày uốn.

- Đặc điểm:

Cơ cấu này đơn giản, dễ chế tạo, hoạt động đơn giản có thể thực trên bất kỳ loại máy

ép nào Tuy nhiên hình dạng bị hạn chế, để đa dạng hình dạng ta phải chế tạo nhiều kiểu chày khác nhau Sử dụng trên các máy ép ma sát nên kết cấu cồng kềnh, góc đàn hồi lớn

b Phương án 2 : Chuyển động quay tròn của mâm.

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý bằng chuyển động quay.

1 Mâm quay; 2.Puly cố định; 3 Trục giữ puly ; 4 chi tiết

5 Trục con lăn; 6 Con lăn; 7 Cử định vị

- Nguyên lý làm việc:

Mâm quay (1) chuyển động quay quanh trục puly cố định (chạy lồng không ) làm cho trục con lăn quay Các con lăn được lắp lỏng trên trục nên nó còn có thể quay quanh tâm Nhờ đó các con lăn khi thực hiện chuyển động uốn, nó sẽ lăn trượt lên thanh sắt, không gây ra ma sát trượt làm hỏng bề mặt của

- Đặc điểm:

Kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dễ vận hành, sử dụng và bảo quản, kết cấu gọn Có

thể uốn nhiều góc độ khác nhau  1800 , hình dạng khác nhau, góc đàn hồi bé, bán kínhcong nhỏ, máy chỉ có thể uốn góc không uốn cong

c Phương án 3 : Chuyển động quay kiểu 3 trục cán:

- Sơ đồ nguyên lý ( Hình trang bên )

Có 2 phương án bố trí :

+ Phương án trục ép bố trí phía sau 2 trục dẫn

+ Phương án trục ép bố trí giữa 2 trục dẫn

- Nguyên lý làm việc: Động cơ truyền chuyển động cả ba trục nhờ các bộ truyền bánhrăng Hai trục dẫn (đỡ) có cùng chiều tiến, trục ép quay ngược chiều so với hai trục dẫn,đồng thời trục ép còn được điều chỉnh khoảng cách so với hai trục dẫn nhờ cơ cấu thuỷlực tạo sức ép nên bán kính cong khi uốn

Hình 3.3 Sơ đồ phương án uốn 3 trục cán, trục ép bố trí sau

Có 2 phương án bố trí :

+ Phương án trục ép bố trí phía sau 2 trục dẫn

+ Phương án trục ép bố trí giữa 2 trục dẫn

- Nguyên lý làm việc: Cả 2 phương án trên đều cùng nguyên lý hoạt động

Động cơ truyền chuyển động cả ba trục nhờ các bộ truyền bánh răng Hai trục dẫn (đỡ)

có cùng chiều tiến, trục ép quay ngược chiều so với hai trục dẫn, đồng thời trục ép cònđược điều chỉnh khoảng cách so với hai trục dẫn nhờ cơ cấu thuỷ lực tạo sức ép nên bánkính cong khi uốn

- Đặc điểm:

Hệ thống có độ cứng cao, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Tuy nhiên, máy có nhược điểm

là không thể uốn góc, mà chỉ uốn cong ống, kết cấu máy cồng kềnh hơn so với chuyểnquay, chuyển động tịnh tiến

d Phương án 4 : Chuyển động quay kiểu 4 trục cán:

Nguyên lý làm việc tương tự như 3 trục cán: o dây có một dẫn chuyển động cùng chiềutrục dẫn 3

- Sơ đồ nguyên lý :

1 2

3P

3

2 1

Hình 3.4 Sơ đồ phương án uốn 4 trục cán, 2 trục ép bố trí sau

e Phương án 5 Phương pháp uốn 3 trục biên dạng uốn nữa hình tròn

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý phương pháp uốn trên máy uốn 3 trục

1 Trục ép ; 2 Phôi; 3 Trục chủ động

Đây là phương pháp gia công áp lực Trong đó kim loại bị biến dạng nguội bởi lựctác dụng (mặt trong của ống chịu nén,mặt ngoài chịu kéo) để nhận được hình dáng cầnthiết Trong thực tế hiện nay người ta dùng phương pháp cuốn ba trục (2 trục chủ động vàmột trục bị động) Phương pháp này có thể tạo ra ống có đường hàn song song với trụccủa sắt hoặc có đường hàn xoắn quanh trục của

f Phương án 6 : Phương pháp uốn 4 trục:

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp uốn trên máy uốn 4 trục

1 Trục chủ động ; 2 Phôi; 3 Trục ép

* Kết luận:

Qua các phương án nêu trên, phương án nào cũng có ưu điểm nhất định, và cũngcác nhược điểm riêng Tuy nhiên, căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế, yêu cầu thiết kế máyuốn, cũng như căn cứ vào tính năng kỹ thuật của máy, tính kinh tế, khả năng linh hoạtcủa máy Ta thấy chọn phương án 2 kiểu xoay tròn của mâm phương án này có nhiều

ưu điêm hơn giá thành tương đối ,thấp năng suất cao, vận hành đơn giản

Nên nhóm đã chọn Phương án 2 Chuyển động quay tròn của mâm.

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý bằng chuyển động quay.

1 Mâm quay; 2.Puly cố định; 3 Trục giữ puly ; 4 chi tiết

5 Trục con lăn; 6 Con lăn; 7 Cử định vị

2.3 Tính toán các thông số động học

2.3.1 Các khái niệm cơ bản

- Uốn hay dập tạo hình đều được tạo ra từ biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra hình

dạng kích thước mong muốn ban đầu, để tạo nên hình dạng này ta cần có khuôn tạo hình.Khuôn tạo hình được tạo thành từ hai thành phần là: cối và chày

- Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy là 3 quá trình nối tiếp nhau xảy ra trongkim loại và phần lớn hợp kim dưới tác dụng của tải trọng gây ra Dưới tác dụng của tảitrọng xảy ra 3 quá trình: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo kèm biến dạng đàn hồi và pháhủy:

+ Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng Δl tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biếnl tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biếndạng đàn hồi lúc này kim loại có thể trở về vị trí ban đầu

+ Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định độ biến dạng Δl tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biếnl tăng rất nhanh khi thôi tácdụng tải trọng thì kim loại vẫn bị biến dạng nhưng không lớn lắm được gọi là biến dạngdẻo kèm theo biến dạng đàn hồi

+ Khi tải trọng đạt đến giá trị max thì lúc này xuất hiện các vết nứt tế vi và làm ứngsuất tập trung càng cao hơn dẫn đến các vết nứt càng tăng và to dần, kim loại bị tách rời

và bị phá hủy hiện tượng đó gọi là biến dạng phá hủy

- Khi uốn ống ta chú ý vào các biểu đồ sau vì đối với mỗi vật liệu thì chịu tác dụng mộtlực phù hợp để không làm phá hủy vật liệu đó:

+ Khi uốn các vật liệu dẻo ta chú ý đến biểu

+ Khi uốn các vật liệu cứng giòn ta chú ý đến biểu đồ P - Δl tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biếnl:

Hình 3.2: Biểu đồ P - Δl tăng theo tỉ lệ bậc nhất với nó, gọi là biếnl

- Từ hai biểu đồ trên ta thấy trong quá trình uốn ống dưới tác dụng của lực uốn làmcho vật liệu ở trạng thái biến dạng dẻo, ở vật liệu dẻo thì vật liệu dễ uốn hơn vì miền σchlớn nhưng đối với vật liệu cứng giòn thì rất khó thực hiện nguyên công uốn vì miền đànhồi đến miền bền là rất nhỏ nếu tốc độ uốn cao thì lúc này vật liệu sẽ chuyển từ miền biếndạng đàn hồi sang miền phá hủy vì vậy vật liệu sẽ bị phá hủy nên tùy theo vật liệu uốn

mà ta chọn tốc độ uốn phù hợp không làm hư hỏng chi tiết uốn

2.3.2 Khảo sát chuyển động của điểm trên sắt

- Để xét chuyển động tròn của sắt ta đi xét chuyển động của điểm M trong mặt phẳngoxy, ta lấy điểm O làm cực, vẽ nửa đường thẳng OM Gọi góc giữa trục ox và or là φ, gọiđoạn OM = r Khi đó vị trí của điểm M trên mặt phẳng oxy được xác định bởi hai tham số

r và φ Vậy các phương trình chuyển động có dạng:

- Tính toán gia tốc theo [16, trang 114, công thức 1.16] ta có:

a r=−Rϕω2;a p=Rϕϕ} } } {¿¿

Vậy: a= √ ar2+ a2p= Rϕ √ ω4+ ε2

Trong đó: ε= ¿¿ : Gia tốc góc của vật, rad/s2

- Khi áp dụng trong tọa độ cực ta có: a t=Rϕϕ} } ;a rSub { size 8{n} } =Rω rSup { size 8{2} } } {ω rSup { size 8{2} } } {¿¿

¿

2.3.3 Cách xác định vị trí của lớp trung hòa biến dạng

- Tại vùng uốn có những lớp kim loại bị nén và co ngắn đồng thời có những lớp kimloại bị kéo và giãn dài theo hướng dọc vì vậy giữa các lớp đó thể nào cũng tồn tại một lớp

có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của phôi, lớp này người ta gọi là lớp trung hòa biếndạng Lớp trung hòa biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định kích thước phôi uốn và xácđịnh bán kính uốn nhỏ nhất cho phép

- Khi uốn với bán kính uốn lớn, mức độ biến dạng ít vị trí lớp trung hòa biến dạngnằm ở giữa chiều dày của dải phôi nghĩa là bán kính cong ρ bd của lớp trung hòa biến

dạng được xác định theo công thức sau:

ρ bd=r + s

Trong đó: r : là bán kính uốn, mm

s : chiều dày vật liệu, mm

- Nếu uốn với mức độ biến dạng lớn (góc uốn và bán kính uốn nhỏ), tiết diện ngangcủa phôi bị thay đổi nhiều, chiều dày vật liệu giảm khi đó lớp trung hòa biến dạng không

đi qua tiết diện phôi mà dịch chuyển về phía tâm cong ở đây vị trí lớp trung hòa biếndạng được xác định theo công thức sau:

s : Hệ số giảm chiều dày

Với: s1 - Chiều dày vật liệu trước khi uốn, mm

s - Chiều dày vật liệu sau khi uốn, mm

+ b: Chiều rộng ban đầu của dải, mm

+ b tb : Chiều rộng trung bình sau khi uốn, mm

+ Khi uốn phôi có tiết diện tròn đường kính d với bán kính uốn r>1,5d thì tiết diện

ngang của phôi hầu như không đổi lớp trung hòa biến dạng đi qua giữa tiết diện phôi :

ρ bd=r+ d

Trong đó: r: Bán kính uốn, mm

d: Đường kính uốn, mm

+ Khi uốn phôi với bán kính uốn nhỏ r≤1,5d thì tiết diện ngang của phôi bị méo, có

thể là hình ôvan hay hình quả trứng vì vậy vị trí lớp trung hòa được xác định theo côngthức:

d2 : Đường kính của phôi sau khi uốn, mm

- Trong thực tế sản xuất để đơn giản cho quá trình tính toán thì bán kính cong của lớptrung hòa biến dạng được xác định như sau:

Trong đó: Χ0s=

ξ2s

2 −r(1−ξ)

X0: Là hệ số xê dịch được xác định bằng thực nghiệm và cho sẵn trong sổ tay, hệ

số này phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số r/s, góc uốn α và loại vật liệu, tình trạng vật liệu, …

X0s: Là khoảng cách từ lớp trung hòa biến dạng đến mặt trong của phôi

2.3.4 Bán kính nhỏ nhất cho phép khi uốn

- Bán kính nhỏ nhất cho phép khi uốn là giá trị bán kính uốn giới hạn có thể uốn đượcđối với mỗi loại vật liệu nhất định

- Khi uốn những thớ kim loại mặt ngoài của phôi bị kéo và bị giãn dài nếu bán kính uốnquá nhỏ sẽ làm cho các thớ kim loại lớp ngoài cùng bị kéo căng và có thể bị đứt vì vậycần phải xác định bán kính nhỏ nhất cho phép khi uốn để tránh hiện tượng nứt gãy cácthớ kim loại lớp ngoài cùng, giá trị bán kính này phù hợp với tính dẻo của từng loại vậtliệu nó xác định tùy thuộc vào mức độ biến dạng giới hạn của lớp kim loại ngoài cùng: + Khi mức độ biến dạng ít:

s: Chiều dày phôi uốn, mm

ε : Hệ số phụ thuộc vào từng loại vật liệu

- Trong thực tế sản xuất giá trị bán kính nhỏ nhất cho phép đã được xác định bằngthực nghiệm và cho sẵn trong sổ tay [15, bảng 5.48, trang 425]

+ Đối với thép C45, CT38 thì bán kính uốn nhỏ nhất Rϕmin=30(mm)

2.3.5 Xác định kính thước của phôi uốn

- Cơ sở để xác định kính thước phôi uốn là dựa vào đặc tính của lớp trung hòa biếndạng (có độ dài bằng độ dài của phôi ban đầu)

- Khi uốn với bán kính cong xác định, lớp trung hòa biến dạng nằm cách mặt trong củaphôi một khoảng X0s do đó độ dài của phôi bằng tổng độ dài các đoạn thẳng và đoạncong.

- Khi uốn trên các đoạn cong diễn ra sự giảm bớt độ dày ban đầu s của vật liệu, sự xêdịch lớp trung hòa về thớ nén một khoảng Δlp Đường trung hòa quy ước nằm cách bề

mặt trong của phôi một khoảng:

a r=X0s

Trong đó: a r : Khoảng cách giữa bán kính cong phía uốn đến bán kính cong của đườngtrung hòa sau khi uốn

X0 : Hệ số xê dịch phụ thuộc vào vật liệu, góc uốn,

s: Chiều dày vật liệu, mm

- Bán kính đường trung hòa quy ước được tính như sau:

- Chiều dài khai triển phôi được xác định là tổng chiều dài các đoan thẳng và lượn tròntheo đường trung hòa quy ước, nếu uốn một góc với góc uốn α và bán kính uốn r thì độdài của phôi được xác định theo công thức:

X1,…,Xn : các hệ số đặc trưng cho vị trí của lớp trung hòa biến dạng phụ thuộc vào tỉ

số r/s và được xác định theo bảng cho sẵn trong sổ tay dập nguội

* Chú ý: + Đối với các chi tiết quan trọng có hình dáng phức tạp và yêu cầu độ chínhxác thì cần phải kiểm tra độ dài của phôi bằng thực nghiệm trước khi đưa vào sản xuấthàng loạt để tránh thiệt hại lớn cho xí nghiệp

+ Để đảm bảo độ chính xác chiều dài phôi uốn với điều kiện là uốn không kèmtheo kéo phôi, khi phôi bị kéo thì chiều dài phôi và tiết diện ống sẽ bị thay đổi làm ảnhhưởng đến chất lượng sản phẩm

- Các công thức để xác định các bộ phận của chi tiết khi xác định chiều dài khai triểncủa nó để uốn:

Bảng 3.1 Một số công thức xác định chiều dài khai triển khi uốn

khai triển khi uốn

2.3.6 Khắc phục hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

- Uốn là một quá trình biến dạng dẻo có kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất đànhồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi kích thước và hình dạng sản phẩmthay đổi so với kích thước và hình dạng của khuôn, hiện tượng đó gọi là hiện tượng đànhồi sau khi uốn

- Hiện tượng đàn hồi gây ra sự sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn cho chitiết có góc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và góc uốn của khuôn phải thay đổimột lượng đúng bằng trị số đàn hồi

- Bằng thực nghiệm người ta xác định được rằng trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vàoloại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối r/s, lựcuốn và phương pháp uốn

- Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao tỉ số r/s càng lớn và chiều dày vật liệu càngnhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn, trị số đàn hồi có thể xác định bằng phương phápthực nghiệm hoặc giải tích

+ Khi uốn với tỉ số

r

s<10 thì sai lệch chủ yếu là góc uốn còn bán kính uốn thay đổi

không đáng kể trị số đàn hồi cho sẵn trong sổ tay dập nguội

+ Khi uốn với tỉ số uốn

r

s≥10 thì sau khi uốn cả góc uốn và bán kính uốn đều thay

đổi khi đó bán kính cong của chày có thể xác định bằng công thức:

σs: Giới hạn chảy của vật liệu, N/mm2

E: Mô đun đàn hồi của vật liệu, N/mm2 s: Chiều dày của vật liệu, mm

- Góc đàn hồi β được xác định theo công thức:

β=(1800−α0) (r r '−1)

Trong đó: α0: góc của chi tiết sau khi đàn hồi

- Thường không thể uốn những chi tiết có đường kính nhỏ và dài với bán kính uốn lớnr>15s bằng phương pháp thông thường do sự đàn hồi lớn, muốn uốn sử dụng phươngpháp uốn có kéo

2.4 Tính toán công suất truyền động

2.4.1 Tính toán công suất khi uốn

- Để uốn sắt ta đi tìm hiểu một số cơ tính của sắt: Sắt là nguyên tố kim loại thuộc nhómVII của bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, sắt chứa khá nhiều trong vỏ tráiđất (khoảng 5% về trọng lượng) sắt và hợp kim của sắt đã và đang đóng vai trò quantrọng trong sự tiến hóa của lịch sử loài người

- Cũng như giống các nguyên tố khác sắt không thể ở dưới dạng tuyệt đối tinh khiết các

số liệu đo được thường ứng với loại sắt đó và có thể dao động trong một khoảng nào đó

- Cơ tính của sắt: Các giá trị về các chỉ tiêu cơ tính của sắt như sau theo [5, trang 96] + Giới hạn bền kéo : σb = 250 N/mm2

+ Giới hạn chảy : σch = 120 N/mm2

+ Độ cứng : HB = 80KG/mm2

+ Độ dai va đập : αk = 3000kJ/m2

+ Độ giãn dài tương đối: δ = 50%

Như vậy so với nhiều kim loại thường dùng như nhôm, đồng, … Sắt có độ bền, độcứng cao hơn hẳn nhưng vẫn còn thấp so với yêu cầu của chế tạo cơ khí Đó là nguyênnhân hầu như không dùng sắt nguyên chất trong chế tạo cơ khí mà dùng hợp kim của nó

vì có cơ tính cao hơn rõ rệt

- Khi tính toán công suất uốn của máy ta sẽ tính toán công suất tối đa khi uốn sắt cóđường kính lớn nhất

Để uốn sắt có đường kính lớn nhất Ømax = 20(mm), chiều dày sắt s = 20(mm), ta tính toáncho điều kiện phá hủy vật liệu, là công suất tối thiểu cần truyền cho khuôn uốn

Từ biểu thức:

σmax= M umax

Trong đó: Mmaxu : Mô men uốn lớn nhất, N/mm

Wmaxu : Mô men chống uốn lớn nhất, mm3

[σ ch] : Giới hạn chảy cho phép, N/mm2

[σ ch]≤

Μ

maxu

ƯW max x

⇒Μmaxu =[σ ch] ƯW max x = 120.3408 = 408965,7 (N/mm) ¿ 0,4(KN/m)

- Tính toán lực tối đa cần thiết khi uốn:

Theo sản phẩm cần uốn ta có: Bán kính cong của khuôn uốn: r = 100(mm) = 0,1(m) Lực uốn cần thiết: Ρ=

Μmaxu

r =

0,40,1=4( KN )

- Theo đề tài đã cho ta có năng suất uốn: Q = 120 (sp/h)

⇒ Q = 3600FPvrl0 (3.18) Trong đó: F: Diện tích bề mặt sắt cần uốn, m2

v: Vận tốc uốn, m/s

r: Bán kính khuôn uốn, mm

l0: Chiều dài đoạn uốn cong (ta chọn uốn cong một góc α = 900 )

Giả sử khi uốn một góc α = 900 theo bảng (3.1) ta có ⇒ l0=πnp

Áp dụng [13, trang 144] ta có các điều kiện biên như sau:

- Tại x=±a , tại đó độ võng w = 0, mômen M x=0

- Tại y=±b , tại đó độ võng w = 0, mômen

Thay vào công thức (3.36) ta có: h = 23,6(mm)

Vì tấm làm việc bị khoan phải nhân thêm hệ số an toàn:

Hình 3.18: Cấu tạo chung của ổ lăn

- Xác định tải của ổ: Tải của ổ được tính theo hệ số khả năng làm việc Ct được xác

định theo [8, công thức 8-2, trang 108]:

C t=Q(n h)0,3

Trong đó: n : Số vòng quay của ổ, n = 355 (v/ph)

h : Số giờ làm việc của ổ đến thay thế (tuổi thọ của ổ), chọn h = 170000 (giờ)

Q : Tải trọng tương đương của ổ, daN

Q : được xác định theo [8, công thức 8-4, trang 108]:

Q = R K v K t K đ

Trong đó: K v : Hệ số vòng quay của ổ, xác định theo [8, bảng 67, trang 109], K v = 1

K t :Hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ, xác định theo [8, bảng 69, trang 110], K t = 1

K đ : Hệ số tải trọng động, xác định theo [8, bảng 70, trang 111], K đ = 1.

R : Lực hướng tâm tác dụng lên trục, N

D2

(mm)

d2

(mm)

D(mm)

B(mm)

Chỗ vát mép,r(mm)

Đường kính bi(mm)

2.5.Thiết kế xilanh

a)Tính toán các thông số của xi lanh thủy lực

FqtFN

Hình 11: Sơ đồ tính toán xilanh

FN - Tải trọng nângFmsc- Lực ma sát cần pistonA1- diện tích piston ở buồng công tácA2- diện tích piston ở buồng chạy khôngD- đường kính trong xilanh

d- đường kính cần pistonp1- áp suất ở buông công tácp2- áp suất ở buồng raQ1- lưu lương vào xianh

Trường hợp bỏ qua rò rỉ ở xi lanh lực, dầu vào xi lanh lực áp suất p1 tạo ra côngsuất phải cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải, công suất tổn hao do ma sát và côngsuất của lực quán tính Từ đó, ta có phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hànhtrình công tác:

p1.A1 – p2.A2 – Fms – FN– Fqt = 0 (1)Trong đó : Fms = Fmsp - Fmsc

p1 là áp suất dầu ở buồng công tác

p2 là áp suất dầu ở buồng chạy không

A1: diện tích piston ở buồng công tác

b - là bề rộng của mỗi vòng găng, chọn b = 2 mm = 0,2 cm

p2- là áp suất của buồng mang cần piston

chọn p2 = 2 bar = 2 kG cm/ 2 = 200000 N/m2

Z - là số vòng găng, chọn Z = 2

pk - là áp suất ban đầu giữa vòng găng và xilanh, pk = (0,07-0,14) kG/cm 2

chọn pk = 0.1 kG/cm 2

πn D.b.( p2+ pk) - lực của vòng găng đầu tiên

πn D.b.(z-1).pk - lực tiếp xúc của vòng găng tiếp theo

Thay các giá trị trên vào biểu thức (1) ta được

N = 3,14.4 0,2.[(2+0,1) + ( 2-1).0,1] = 5,526 kGVậy ta được: Fmsp = 0,1.10 5,526 = 5,526 N

Lực ma sát giữa cần piston và vòng khít:

Fmsc = 0,15.f πn d.b.pTrong đó :

f- hệ số ma sát giữa cần và vòng chắn, với vật liệu làm bằng cao suthì f = 0,1

d - đường kính cần piston, chọn d = 0,5D = 2 cm

b - chiều dài tiếp xúc của vòng chắn, chọn b = d = 2 cm

p - áp suất tác dụng vào vòng chắn, chính là áp suất p2 = 2 bar

0,15 - hệ số kể đến sự giảm áp suất theo chiều dài của vòng chắn

 Fmsc = 0,1.0,15.3,14.2.2.2 = 0,3768 kGHay Fmsc = 0,3768 = 3,768 NVậy suy ra: Fms = Fmsp - Fmsc = 5,526 – 3,768 = 1,758 N = 0,001758 kN

Trong mỗi lần nâng thì vận tốc xi lanh lực là không đổi, do đó

dv ct

d t =0 => Fqt = 0

Từ phương trình (1) suy ra:

p1.A1 – p2.A2 = 10 + 0,001758 = 10,001758 kN (3)Với: D = 4cm => A1 = 0.001257 m2