Nghiên cứu cơ tính và thông số hình học của vòm tôn phục vụ quá trình chấn vòm

Để đáp ứng nhu cầu thực tế về mỹ thuật, thiết kế kỹ thuật hiện nay các sản phẩm tôn sóng vòm ngày càng xuất hiện nhiều trong thực tế như các công trình dân dụng, công công, nhà xưởng côn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS PHAN CHÍ CHÍNH

……… Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LƯU PHƯƠNG MINH

……… Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS PHAN ĐÌNH HUẤN

……… Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày 08 tháng 01 năm 2011

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ

2 TS PHAN CHÍ CHÍNH

3 TS LƯU PHƯƠNG MINH

4 PGS.TS PHAN ĐÌNH HUẤN

5 TS NGUYỄN VĂN GIÁP

Chủ tịch đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

————————— —————————— Tp.HCM, ngày 08 tháng 01 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đỗ Chí Bình Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 02 – 1985 Nơi sinh: Gia lai Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy MSHV: 09040360

I - TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CƠ TÍNH VÀ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA VÒM TÔN PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH CHẤN VÒM

II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo nghiệm quan hệ giữa biến dạng, ứng suất và các thông số hình học của trong quá trình chấn tôn vòm

- Tiến hành thực nghiệm, xử lý số liệu thực nghiệm để tạo cơ sở dữ liệu cần thiết và điển hình của một số vật liệu tôn thông dụng phục vụ quá trình chấn vòm

- Thiết lập chương trình điều khiển tự động đạt kích thước sản phẩm vòm

III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 0 5 – 7 - 2010

IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05 – 12 - 2010

V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : T.S PHAN CHÍ CHÍNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM, những người đã tận tình dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường, nhất là thời gian em nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tiếp đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn - Thầy TS Phan Chí Chính đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em

hoàn thành cuốn luận văn này Đồng thời, em cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy, cô trong Khoa Cơ Khí Trường Đại Học Công Nghiệp Tp HCM đã tận tình giúp

đỡ em trong thời gian thực hiện luận văn tại trường

Vì thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế, trong thời gian thực hiện luận văn có nhiều khó khăn nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy, cô đóng góp ý kiến để em nhận thức được những thiếu sót, cố gắng sửa chữa và hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô đã dành những thời gian quý báu để nhận xét và bổ sung thêm những kiến thức tốt hơn cho luận văn này

Học viên

Đỗ Chí Bình

TÓM TẮT

Trong cuộc sống công nghiệp hiện nay, các sản phẩm được sản xuất từ thép lá

cuộn ngày càng đóng vai trò quan trọng Các sản phẩm chính như: thép hình, thép

ống, xà gồ, tôn lợp… là những sản phẩm được sử dụng nhiều trong dân dụng và công

nghiệp Cùng với sự phát triển của đất nước sản phẩm tấm lợp ngày càng đa dạng,

trước đây tấm lợp chủ yếu là các tôn sóng tròn, tôn phờ rô ximang đang dần được thay

thế bằng các sản phẩm tôn cao cấp hơn như tôn sóng vuông, tôn giả ngói, tôn sóng

vòm Để đáp ứng nhu cầu thực tế về mỹ thuật, thiết kế kỹ thuật hiện nay các sản phẩm

tôn sóng vòm ngày càng xuất hiện nhiều trong thực tế như các công trình dân dụng,

công công, nhà xưởng công nghiệp…

Các máy móc và dây chuyền công nghệ chế tạo các sản phẩm từ thép lá cuộn

như máy cán xà gồ thép, dây truyền cán ống định hình, dây truyền cán tôn lợp đã

được nghiên cứu chế tạo thành công và triển khai cho các cơ sở công nghiệp ở khu

vực Tp.HCM Các loại máy chấn tôn vòm có yêu cầu cao hơn về độ chính xác biến

dạng là đối tượng nghiên cứu của đề tài Vì vậy, tác giả xin chọn đề tài “Nghiên cứu

cơ tính và thông số hình học của vòm tôn phục vụ quá trình chấn vòm” để nghiên

cứu

Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã đạt những nội dung sau:

1 Mô tả hình học các thông số chấn vòm và lưu đồ hoạt động của máy

2 Biểu đồ mối quan hệ giữa lực kéo và độ giãn dài một số loại tôn

3 Xác định mối liên hệ giữa thông số đầu vào (áp lực và chiều dày tôn) và góc tạo hình

4 Chương trình điều khiển PLC tự động đạt bán kính chấn vòm

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN viii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH x

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết 3

1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 4

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 5

1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM 6

2.1 GIỚI THIỆU VỀ TÔN SÓNG VÀ TÔN SÓNG VÒM 6

2.1.1 Khái niệm 6

2.1.2 Phân loại 7

2.1.3 Vật liệu chế tạo 8

2.1.4 Các biên dạng tôn thường gặp 8

2.1.4.1 Loại sóng thẳng 8

2.1.4.2 Tôn sóng vòm 10

2.2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 13

2.2.1 Nghiên cứu trong nước 13

2.2.2 Nghiên cứu ngoài nước 15

2.3 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TÔN SÓNG VÒM 17

2.3.1 Qui trình công nghệ sản xuất tôn sóng vòm 17

2.3.1.1 Mô tả hình học quá trình chấn vòm tôn sóng 19

2.3.1.2 Mô tả lý thuyết quá trình tạo hình 20

2.3.1.3 Hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình 22

2.3.2 Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo kim loại 24

2.3.2.1 Biến dạng kéo nén của kim loại 24

2.3.2.2 Trạng thái ứng suất và các loại ứng suất trong quá trình tạo hình 26

2.3.3 Phương thức biến dạng nhỏ 29

2.3.4 Các loại biến dạng chính 30

2.3.5 Mối quan hệ ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình kim loại 30

2.4 CÁC YẾU TỐ CƠ HỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH 2.4.1 Ảnh hưởng của hình dạng đường cong Ứng suất thực - Biến dạng thực 31

2.4.2 Ảnh hưởng của tính đồng nhất của vật liệu 32

2.4.3 Ảnh hưởng của khuyết tật, vết nứt 33

2.4.4 Ảnh hưởng tính bất đẳng hướng 33

2.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ trong quá trình biến dạng 33

2.4.6 Ảnh hưởng của thành phần hóa học của vật liệu 34

2.4.7 Ảnh hưởng tốc độ của quá trình biến dạng 35

2.4.8 Ảnh hưởng của chiều dày đến ứng suất giới hạn của kim loại tấm 36

2.5 CÁC SAI LỆCH CHỦ YẾU TRONG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TÔN SÓNG VÒM TRONG THỰC TẾ……… ……….36

2.5.1 Sai lệch thành bên 36

2.5.2 Thay đổi góc 37

2.5.3 Hiện tượng cong vênh chi tiết 38

2.5.4 Sự xáo trộn bề mặt chi tiết 39

2.5.5 Sự thay đổi hình dáng tổng thể 39

2.6 MỘT SỐ LOẠI MÁY CHẤN VÒM THÔNG THƯỜNG 39

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CHẤN VÒM MINI…… 43

3.1 ĐẬT VẤN ĐỀ 43

3.2 MỤC ĐÍCH………….……… 43

3.3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 43

3.3.1 Đặc tính tôn đầu vào……… 43

3.3.2 Phương án nghiên cứu chế tạo……… 44

3.3.3 Các chế độ vận hành và lưu đồ hoạt động của máy 44

3.3.4 Tính toán thiết kế một sộ bộ phận quan trọng của mô hình máy chấn vòm 48

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 53

4.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 53

4.2 NGUYÊN LIỆU THỰC NGHIỆM 53

4.3 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 54

4.3.1 Máy kéo nén tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM……… … 54

4.3.2 Mô hình máy chấn tôn mini tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM 55

4.3.3 Thiết bị dụng cụ đo 56

4.3.4 Chuẩn bị đầy đủ các loại thước đo, thiết bị cắt tôn 56

4.4 CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM………… ……… 56

4.4.1 Phương án nghiên cứu……… …56

4.4.2 Phương án thí nghiệm 57

4.5 PHẦN THÍ NGHIỆM KÉO TÔN 57

4.6 PHẦN THÍ NGHIỆM CHẤN TÔN 62

4.6.1 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm 62

4.6.1.1 Trình tự các bước thực hiện 62

4.6.1.2 Các phương pháp tính toán cho phương án cấu trúc ở tâm bậc hai 63

4.6.2 Phấn thực nghiệm cho loạt tôn cứng 64

4.6.3 Phần thực nghiệm cho loạt tôn mềm 69

4.7 VÍ DỤ KHI TIẾN HÀNH CHẤN VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 72

4.8 KẾT LUẬN 73

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……….……… ……….……76

5.1 KẾT LUẬN 76

5.2 KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 1 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THÉP LÁ CUỘN 80

PHỤ LỤC 2 GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH CỦA CÁC LOẠT CHẤN 81

PHỤ LỤC 3 BỘ CHÀY VÀ CỐI CHẤN TÔN 7 SÓNG TRONG THỰC TẾ 83

PHỤ LỤC 4 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 87

PHỤ LỤC 5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 88

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

CB - Cảm biến

NCKH - Nghiên Cứu Khoa Học

NXB - Nhà Xuất Bản

PLC - Programmable Logic Controller

SPIF - Single Point Incremental Forming

STT - Số thứ tự

Sole - Cuộn dây của van thủy lực

Ts - Tiến sĩ

Tp HCM - Thành phố Hồ Chí Minh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Mã hóa các yếu tố thực nghiệm 65

Bảng 4.2 Ma trận trực giao bậc hai 65

Bảng 4.3 Giá trị theo các yếu tố tự nhiên 66

Bảng 4.4 Các hệ số phương trình hồi qui 68

Bảng 4.5 Mã hóa các yếu tố thực nghiệm 70

Bảng 4.6 Ma trận trực giao bậc hai 70

Bảng 4.7 Giá trị theo các yếu tố tự nhiên 70

Bảng 4.8 Các hệ số của phương trình hồi qui 71

Bảng PL2.1 Giá trị trung bình của các loạt chấn tôn cứng 81

Bảng PL2.2 Giá trị trung bình của các loạt chấn tôn mềm 82

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Tôn sóng ngói và tôn sóng thẳng 7

Hình 2.2 Các thành phần chủ yếu của tôn lợp 8

Hình 2.3 Tôn sóng tròn trong thực tế 9

Hình 2.4 Tôn sóng vuông 9

Hình 2.5 Một số biên dạng tôn sóng ngói 9

Hình 2.6 Tôn sóng vòm lăn 10

Hình 2.7 Các thông số và kích thước giới hạn tôn vòm lăn 10

Hình 2.8 Kích thước giới hạn cung tròn 11

Hình 2.9 Kích thước giới hạn cung tròn 12

Hình 2.10 Kích thước giới hạn trong thực tế 12

Hình 2.11 Máy lốc tôn (11 sóng) điều khiển PLC 14

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý của mấy chấn vòm được xây dựng trong đề tài 18

Hình 2.13 Mô tả hình học nhát chấn 19

Hình 2.14 Góc tạo hình trong quá trình chấn 20

Hình 2.15 Sợ phân bố lại tiết diện sau khi biến dạng dẻo và đàn hồi 21

Hình 2.16 Biểu đồ ứng suất gới hạn và hiện tượng đàn hồi 22

Hình 2.17 Sự đàn hồi sau khi chấn 23

Hình 2.18 Phần tử trong mẫu kiểm tra kéo tấm 24

Hình 2.19 Biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại 25

Hình 2.20 Các loại ứng suất toàn phần 26

Hình 2.21 Các phần tử ứng suất, ba mặt phẳng trượt và ứng suất trượt 28

Hình 2.22 Ứng suất thủy tĩnh 28

Hình 2.23 Phần tử trước và sau biến dạng 29

Hình 2.24 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo 31

Hình 2.25 Mối quan hệ giữa đường cong biến dạng thực - ứng suất thực 32

Hình 2.26 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến góc tạo hình vật liệu AL5052 34

Hình 2.27 Ảnh hưởng thành phần Cacbon đến biến dạng 34

Hình 2.28 Sơ đồ mồi liên hệ giữa tải trọng và độ giãn dài khi tăng tải trọng 35

Hình 2.29 Mối quan hệ giữa ứng suất giới hạn và chiều dày 36

Hình 2.30 Hình dạng thành bên trước và sau khi chấn 37

Hình 2.31 Sự thay đổi góc trước và sau khi chấn 37

Hình 2.32 Sự cong vênh chi tiết thể hiện ở một sóng tôn 38

Hình 2.33 Máy chấn vòm của công ty Ameco 40

Hình 2.34 Máy chấn vòm của công ty Vietsteel 40

Hình 2.35 Máy cán tôn dập vòm 41

Hình 2.36 Máy lốc vòm 41

Hình 3.1 Các chế độ vận hành 45

Hình 3.2 Bảng điều khiển 46

Hình 3.3 Lưu đồ hoạt động của máy 47

Hình 3.4 Hệ thống truyền dẫn thủy lực 49

Hình 3.5 Hệ thống con lăn 50

Hình 3.6 Hệ thống chày và cối khuôn 51

Hình 4.1 Kích thước của phôi chấn 53

Hình 4.2 Máy kéo nén UH – F500 KNI 54

Hình 4.3 Bản vẽ chày và cối khuôn 56

Hình 4.4 Kích thước sau khi chấn 56

Hình 4.5 Phôi dùng trong thí nghiệm kéo tôn 58

Hình 4.6 Biến dạng phôi sau thí nghiệm kéo tôn 58

Hình 4.7 Biểu đồ kéo tôn mềm chiều dày 0.3 mm 59

Hình 4.8 Biểu đồ kéo tôn mềm chiều dày 0.4 mm 59

Hình 4.9 Biểu đồ kéo tôn mềm chiều dày 0.5 mm 60

Hình 4.10 Biểu đồ kéo tôn cứng chiều dày 0.3 mm 60

Hình 4.11 Biểu đồ kéo tôn cứng chiều dày 0.4 mm 61

Hình 4.12 Biểu đồ kéo tôn cứng chiều dày 0.5 mm 61

Hình 4.13 Đồ thị mối quan hệ giữa góc với áp lực và chiều dày tôn cứng 74

Hình 4.14 Đồ thị mối quan hệ giữa góc với áp lực và chiều dày tôn mềm 74

Hình PL6.1 Chuẩn bị kéo tôn 95

Hình PL6.2 Tôn sau khi kéo đứt 95

Hình PL6.3 Chuẩn bị phôi chấn 96

Hình PL6.4 Mô hình máy chấn vòm 96

Hình PL6.5 Hình chày và cối khuôn 97

Hình PL6.6 Hệ thống xilanh thủy lực 97

Hình PL6.7 Sản phẩm sau khi chấn 98

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Để đáp ứng quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa nước ta, quá trình nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ được đặt lên hàng đầu, thậm chí không thể thiếu được Mảng nghiên cứu khoa học về điều khiển tự động đặc biệt được chú trọng Đáp ứng nhu cầu nghiên cứu với mục đích làm chủ công nghệ điều khiển tự động thế

hệ điều khiển số cho các máy móc thay thế nhập khẩu đang được sử dụng trong sản xuất công nghiệp Các máy móc và dây chuyền công nghệ chế tạo các sản phẩm từ thép lá cuộn như máy cán xà gồ thép, dây truyền cán ống định hình, dây truyền cán tôn lợp đã được nghiên cứu chế tạo thành công và triển khai cho các cơ sở công nghiệp ở khu vực Tp HCM Các thiết bị này đã ở thế hệ sử dụng điều khiển tự động dùng PLC và truyền động thuỷ lực, hiện nay đã thay thế được một phần máy nhập ngoại Máy chấn vòm có yêu cầu cao hơn về độ chính xác biến dạng là đối tượng nhiên cứu của đề tài này

Máy chấn vòm lấy nguyên liệu đầu vào là tôn lợp đã được cán thành sóng từ các máy cán tôn sóng Sản phẩm đầu ra là các lá tôn sóng đã được chấn thành vòm với bán kính mong muốn thường dùng để làm phần nhô cao dạng khum vòm cong của nóc đỉnh nhà xưởng công nghiệp Các nhà xưởng công nghiệp yêu cầu phần đỉnh nóc phải vừa đảm bảo thông gió đối lưu, lại vừa có kiểu dáng công nghiệp hiện đại Để tạo dạng vòm cong cho tôn đã cán sóng ở mức độ thấp hơn, người ta dùng các máy lốc dạng răng khía Sản phẩm dạng này tôn bị dúm ở vết cán chuyển tiếp và bán kính cong không thay đổi liên tục để làm các vòm tôn có nhiều đoạn cong hay vòm dạng parapol, hypepol được Các sản phẩm cấp thấp đó chỉ dùng trong dân dụng làm chỗ để

xe hơi, hoặc vòm mái sảnh nhỏ, sân thượng Trong mái nhà công nghiệp có nhiều phần cong chuyển tiếp như chỗ tiếp nối các phần xây dựng, đón mái và ngay cả phần nóc cũng hay được thiết kế kiểu dáng kết hợp nhiều đoạn vòm cong

Tôn vòm cho các nhà công nghiệp yêu cầu phải qua chấn đảm bảo độ chính xác

về hình dạng, bước chấn và bán kính các đoạn vòm Biến dạng sau khi chấn không bị

dúm, tôn mạ màu không bị bong xước Các loại tôn dùng để chế tạo cũng là có độ dày

và cơ tính cao hơn loại dân dụng

Máy chấn vòm có các loại do Nhật bản và Hàn Quốc chế tạo Một số công ty liên doanh đã trang bị các máy chấn vòm Ở khu vực Tp.HCM có công ty Cơ khí IMECO sản xuất các sản phẩm tôn vòm bằng máy nhập khẩu từ Hàn Quốc có dẫn động thuỷ lực, điều khiển dùng PLC tự động đạt bước chấn và bán kính vòm Qua khảo sát mẫu máy và nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều của các cơ sở cơ khí xây dựng, nhóm tác giả đề tài đã đề xuất chủ động nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình máy chấn vòm tôn sóng Đề tài đã được Bộ Công nghiệp duyệt cho triển khai trong

nhiệm vụ NCKH 2005 của trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM

Qua những nghiên cứu trước đây, chúng ta thấy để đổi mới công nghệ và hiện đại hóa thiết bị các dây chuyền sản xuất máy chấn vòm thì cần phải có các hệ thống cơ khí, thủy lực, PLC Việc nghiên cứu và chế tạo máy chấn tôn vòm là rất cần thiết nhằm nâng cao năng suất, tiết kiệm vật liệu, rút ngắn chu kỳ sản phẩm và giảm chi phí sản xuất trong sản xuất tôn chấn vòm Thông qua đó sẽ nâng cao được khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp Việt Nam, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành thép Việt Nam

Từ những yêu cầu cấp bách trên tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu

cơ tính và thông số hình học của vòm tôn phục vụ quá trình chấn vòm” Mục tiêu

của đề tài là tìm mối quan hệ giữa các thông số đầu vào (áp lực và chiều dày của tôn)

và đầu ra (góc tạo hình) trong quá trình chấn vòm

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung vào ba mục tiêu chính

- Nghiên cứu thực nghiệm tìm mối quan hệ giữa góc tạo hình biến dạng tôn sóng vòm và các thông số đầu vào là áp lực chấn P (kg/cm2) và chiều dày của tôn t (mm)

- Lưu đồ điều khiển PLC cho máy chấn vòm

- Xây dựng được chương trình điền khiển cho máy chấn tôn vòm

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ sản xuất các sản phẩm từ thép lá cuộn và các loại máy, dây chuyền sản xuất các sản phẩm từ thép lá cuộn

- Thực nghiệm mối quan hệ giữa biến dạng, ứng suất và thông số hình học của tôn sóng vòm

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ động của máy chấn tôn vòm

- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển

- Nghiên cứu thực nghiệm vận hành máy chấn vòm mini tại trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

1 Thu thập tài liệu về các công nghệ gia công các sản phẩm từ thép lá cuộn

2 Thu thập tìm hiểu quá trình biến dạng của vật liệu tấm khi chịu tác dụng của lực Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình kim loại tấm

3 Tìm hiểu thu thập tài liệu về tình hình nghiên cứu chế tạo các loại máy gia công thép lá cuộn trong và ngoài nước

4 Tổng quan phần lý thuyết cơ sở của quá trình tạo hình tôn sóng vòm với các nội dung chủ yếu sau:

- Nghiên cứu tổng quan về quá trình tạo hình tôn sóng vòm, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hình như: nhiệt độ, ứng suất, tốc độ biến dạng, vật liệu… Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình

- Nghiên cứu về các loại sai lệch chính trong quá trình tạo hình tôn sóng vòm

- Nghiên cứu hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình kim loại tấm

- Nghiên cứu chế tạo các chi tiết chính trong máy chấn vòm tôn sóng mini như: chày, cối, hệ thống điều khiển thủy lực và PLC, bộ phận định vị và dẫn hướng

- Phương pháp nghiên cứu là lấy mẫu, đo các thông số hình học trước và sau khi biến dạng của sản phẩm dạng tôn vòm Quan sát dạng mái lợp để so sánh các loại sản phẩm thích hợp để tổng hợp phương án chọn giải pháp điều khiển

- Nghiên cứu các tài liệu về PLC và thủy lực của các hãng sản xuất Khảo sát các máy gia công sản phẩm tôn mạ màu trong nước cùng kiểu biến dạng cán hoặc biến dạng không thay đổi chiều dày của tôn: các máy cán xà gồ (đòn tay thép) dạng chữ C, chữ Z và các loại máy cán Tôn sóng dẫn động thủy lực và dùng hệ điều khiển dùng PLC

1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm trên các loại tôn cứng và tôn mềm xác định các vấn đề:

- Tiến hành thực nghiệm trên hai loai tôn thường dùng trong thực tế là tôn cứng

và tôn mềm

- Đo đạc góc tạo thành tương ứng với các lực chấn khác nhau

Các thiết bị chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm:

- Máy kéo nén UH – F500 KNI tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM

- Mô hình máy chấn vòm mini để thực nghiệm tìm góc tạo hình

- Các thiết bị đo

- Các dụng cụ thiết bị phụ trợ khác

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Đối tượng được đề tài tập trung nghiên cứu: Thông số đầu vào của quá trình chấn vòm, sơ đồ máy và phần chương trình điều khiển PLC tự động đạt kích thước chấn vòm

- Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài chủ yếu hoàn thiện mô hình máy chấn vòm mini tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

- Ở nước ta các công trình nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào trong thực tế còn ít Đề tài thành công sẽ góp phần vào quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và

làm chủ được công nghệ trong lĩnh vực gia công thép lá cuộn nói riêng

- Luận văn sẽ góp phần hoàn thiện mô hình máy chấn tôn tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM tạo mô hình giảng dạy Đồng thời đáp ứng nhu cầu nghiên cứu với mục đích làm chủ công nghệ sản xuất các máy móc thay thế nhập khẩu đang được sử dụng trong sản xuất công nghiệp Từ đó có thể tiến hành sản xuất và chuyển giao công nghệ sản xuất các loại tôn sóng vòm thông dụng

1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

- Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về công nghệ gia công thép lá cuộn như máy cán xà gồ thép, dây chuyền cán ống định hình, dây chuyền cán tôn lợp, dây chuyền xả băng thép lá cuộn… chưa nhiều Hướng nghiên cứu và chế tạo các loại máy này là một hướng mới

- Trên cơ sở nghiên cứu cơ tính vật liệu của tôn, xác định chính xác cơ tính của vật liệu thông qua thí nghiệm kéo tôn nhằm hiểu rõ bản chất của quá trình tạo hình, sự ảnh hưởng của các tính chất cơ lý liên quan, đề tài sẽ đề xuất lưu đồ hoạt động của máy chấn tôn vòm cùng với đó là sơ đồ điều khiển PLC và sơ đồ điều khiển hệ thống thủy lực phục vụ quá trình chấn vòm tôn sóng trong sản xuất

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO

Hiện nay tôn sóng thẳng được sản xuất từ thép lá cuộn là chủ yếu Thông thường các cuộn có khối lượng, chiều dày và chiều rộng nhất định Các loại thép lá cuộn thường được nhập từ một số nước như Úc, Nhật, Đài Loan, Hàn Quốc đã có sẵn lớp bảo vệ oxi hóa thường là tôn mạ màu, tôn mạ kẽm, tôn lạnh Để thuận tiện và tăng hiệu quả khi sử dụng người ta tạo sóng thường là sóng vòm hay sóng vuông cho thép

lá cuộn Việc tạo sóng tôn là một quá trình công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố Chất lượng của quá trình tạo sóng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo hình tôn sóng vòm sau này

Tùy thuộc vào yêu cầu trong quá trình sử dụng mà ta chọn biên dạng sóng thẳng hay sóng ngói Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn, loại sóng tròn trước đây được sản xuất theo kích thước nhất định nên gây khó khăn trong quá trình sử dụng Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ chúng ta có thể sản xuất các loại tôn có kích thước mong muốn Đặc biệt với các loại tôn sóng ngói hiện nay có xu hướng được sử dụng nhiều hơn với các đặc điểm nổi bật phù hợp với kiến trúc của nước ta

Hình 2.1 Tôn sóng ngói và tôn sóng thẳng [24]

So với các loại tấm lợp khác ở nước ta thường được sử dụng như ngói, nhựa, phờ

rô xi măng, giấy lợp… thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn hẳn, đặt biệt là tôn sóng (sóng vuông, sóng ngói), được sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng và được thể hiện:

- Kích thước gọn nhẹ

- Ít hư hỏng, không thấm nước

- Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu (thanh xà bằng gỗ hay thép)

- Tuổi thọ cao

- Bức xạ nhiệt tốt

- Chiều dài tôn theo yêu cầu

Nhờ những ưu điểm trên cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng rộng rãi

- Theo số sóng có: Tôn 5 sóng, tôn 7 sóng, tôn 9 sóng…

- Theo công dụng có: Mái vòm, mái thẳng, tôn lạnh

- Theo biên dạng có: Tôn sóng vòm, sóng tròn, sóng ngói…

- Theo chiều dày có: Tôn 0.3 mm, 0.4 mm, 0.45 mm, 0.5 mm…

Hình 2.2 Các thành phần chủ yếu của tôn lợp [25]

- Tôn hợp kim bền nhưng giá thành cao

- Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dễ cán, dễ uốn, bền trong môi trường không khí nhưng giá thành cao và chịu lực kém

2.1.4 Các biên dạng tôn thường gặp

2.1.4.1 Loại sóng thẳng

- Sóng tròn

Sản phẩm tôn sóng vòm thông thường được sử dụng trong xây dựng dân dụng Các loại tôn sóng tròn thường phân biệt với nhau bằng khoảng cách sóng và bán kính cung tròn

vượt… Thông thường tôn sóng vòm có hai loại là vòm dập và vòm lăn

2.1.4.2.1 Dạng vòm lăn [22]

Các loại tôn sóng vuông sau khi tôn được cán rồi được dập cong theo chiều dài tấm lợp gọi là vòm lăn

Hình 2.6 Tôn sóng vòm lăn

Công thức tính R , chiều dài tấm tôn uốn cong theo bề rộng, chiều cao và góc ở tâm

Hình 2.7 Các thông số và kích thước giới hạn tôn vòm lăn [22]

Các kích thước cơ bản:

- Bán kính uốn:

2 2

48

Hình 2.8 Kích thước giới hạn cung tròn [22]

Các tấm tôn có thể được uốn cong để tạo thành 3/4 hình tròn nhưng để tiện cho việc nối dọc cạnh tấm chỉ nên uốn tối đa 1/2 hình tròn

Hình 2.9 Các kích thước giới hạn trong thực tế [22]

Trong thực tế nhằm đảm bảo độ cứng vững, sự an toàn, khả năng sử dụng thì chiều cao tối đa và chiều dài tối đa của tấm tôn nên là:

Hình 2.10 Kích thước giới hạn của tôn vòm

Nhìn chung việc lựa chọn, sử dụng các loại tôn (sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói, sóng vòm…) còn tùy thuộc vào đặc điểm kiến trúc của công trình xây dựng Đa

số hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (sóng vuông, sóng tròn) Tuy nhiên các loại tôn sóng ngói lại phù hợp những nhà có kiến trúc hiện đại, biệt thự hoặc các kiểu kiến trúc cổ mà không thể thay bằng các loại tôn sóng thẳng được, nên nhu cầu sử dụng tôn sóng ngói ít hơn Hiện nay, cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước các sản phẩm tôn vòm ngày càng được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các

nhà máy công nghiệp Tôn vòm các nhà công nghiệp yêu cầu phải qua chấn đảm bảo

độ chính xác về hình dạng, bước chấn và bán kính các đoạn vòm Biến dạng qua chấn không bị dúm, tôn mạ màu không bị bong xước Các loại tôn dùng để chế tạo cũng có

độ dày và cơ tính cao hơn loại dân dụng

Đối tượng nghiên cứu của đề tài chủ yếu tập trung vào chấn vòm tôn phẳng với thông số kích thước xác định chưa cán sóng và sản phẩm là tôn vòm dập Ở đây tác giả muốn tìm mối quan hệ giữa lực chấn và góc tạo thành khi chấn và xây dựng mối liên hệ giữa thông số đầu vào là chiều dài, bước chấn, chiều dày tôn, loại tôn để đạt kích thước mong muốn Đề tài tập trung hoàn thành mô hình máy chấn vòm Mini tại Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

2.2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.2.1 Nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, nghiên cứu ứng dụng các quá trình gia công các sản phẩm thép lá cuộn chưa nhiều Hướng nghiên cứu ứng dụng sản xuất tôn chấn vòm là một hướng nghiên cứu mới, chưa có nhiều thông tin nghiên cứu theo hướng này

1 Nghiên cứu “Cơ sở thực nghiệm hình vòm để xây dựng chương trình điều

khiển” của Ts Phan Chí Chính

Mục đích nghiên cứu: Xây dựng cơ sở thực nghiệm trong quá trình thực nghiệm chấn vòm để từ đó xây dựng chương trình điều khiển chấn vòm tự động

Nội dung nghiên cứu: Tìm mối liên hệ hình học giữa các thông số đầu vào trong quá trình chấn vòm Đề tài cũng tập trung thiết kế hệ thống thủy lực, hệ thống điều khiển PLC nhằm đạt yêu cầu chấn vòm Hệ thống thủy lực dẫn động cụ thể của đề tài với mục đích chấn vòm tự động được điều khiển bằng PLC có thể đại diện cho một hướng xây dựng cơ sở dữ liệu để đưa vào chương trình điều khiển tự động, thiết lập

hệ thống điều khiển bằng PLC cho một hệ thống dẫn động thủy lực nói chung trong quá trình chấn vòm

2 Nghiên cứu “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển dùng PLC để

điều khiển truyền dẫn thủy lực cho máy chấn vòm tôn sóng tự động đạt bước chấn

và bán kính vòm” của Thạc sĩ Lê Vũ Hải

Mục đích nghiên cứu: Thiết kế hệ thống điều khiển PLC để điều khiển hệ thống truyền dẫn thủy lực cho máy chấn vòm tôn sóng tự động đạt bán kính chấn vòm

Nội dung nghiên cứu: Tìm hiểu qui trình công nghệ của các loại máy chấn vòm trong thực tế sản xuất Khảo sát các máy gia công sản phẩm tôn mạ màu để chế tạo trong nước cùng kiểu biến dạng cán hoặc biến dạng không thay đổi chiều dày của thép

lá cuộn và thép tấm như: Các máy cán xà gồ (đòn tay thép) dạng chữ C, chữ Z và các loại cán tôn sóng truyền động thủy lực và hệ điều khiển dùng PLC để chọn giải pháp điều khiển Để từ đó đưa ra chương trình PLC điều khiển hệ thống thủy lực tự động đạt bán kính chấn vòm tôn sóng

3 Tác giả PGS.TS Nguyễn Thanh Nam đã có những nghiên cứu trong lĩnh

vực gia công kim loại tấm như:

- Nghiêu cứu công nghệ tạo hình kim loại tấm không dùng khuôn

- Khảo sát biến dạng dẻo của vật liệu bằng phương pháp số trong tạo hình kim

loại tấm bằng phương pháp SPIF (Single point incremental Forming)

4 Dự án Máy lốc tấm lợp công nghiệp, điều khiển PLC máy có thể cán được tôn

11 sóng dùng cơ cấu truyền động thủy lực và chương trình điều khiển PLC tại bộ môn

Gia Công Áp Lực tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Hình 2.11 Máy lốc tôn (11 sóng) điều khiển PLC [20]

5 Nghiên cứu “Ảnh hưởng tính dị hướng của vật liệu tấm tới chất lượng sản

phẩm dập vuốt” của tác giả Ts Nguyễn Đắc Trung

Hướng nghiên cứu: Tính dị hướng của vật liệu tấm sản xuất theo phương pháp cán nguội ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm dập tạo hình Nghiên cứu này

đề xuất mô hình có xét tới tính dị hướng của vật liệu tấm với các thông số dị hướng Lankford L0, L45, L90 được xác định từ thực nghiệm và được đưa vào điều kiện dẻo của Von Mise

Mô hình này được ứng dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của tính dị hướng tới quá trình biến dạng của vật liệu cũng như chất lượng của sản phẩm Tính đúng đắn của mô hình vật liệu dị hướng được chứng minh qua các kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với quá trình dập vuốt chi tiết hình cốc trụ Việc ứng dụng mô hình này cho phép đánh giá chính xác khả năng biến dạng của vật liệu tấm cán, chất lượng của sản phẩm để từ đó đưa ra những phương án tối ưu các thông số công nghệ phù hợp với quá trình dập tạo hình

Ngoài ra tác giả còn có những nghiên cứu liên quan đến công nghệ tạo hình kim loại tấm như:

- Ứng dụng FEM trong mô phỏng số quá trình dập vuốt ngược thuỷ cơ chi tiết đối xứng trục

- Nghiên cứu bài toán tiếp xúc trong quá trình dập thuỷ tĩnh nhờ phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.2 Nghiên cứu ngoài nước

1 Nghiên cứu “Ảnh hưởng của ma sát trong quá trình tạo hình kim loại tấm”

(Friction in sheet metal forming) của Rudi Ter Haar

Nội dung nghiên cứu tập trung vào các chủ đề:

- Nghiên cứu thực nghiệm trên kim loại tấm với các nguyên công như: dập, uốn, vuốt trên các loại vật liệu khác nhau như: thép, thép mạ kẽm, nhôm và một số vật liệu khác nhằm tối ưu hóa hình dáng hình học với sự trợ giúp của các chương trình máy tính

- Lực ma sát giữa dụng cụ và sản phẩm trong quá trình tạo hình kim loại tấm đóng một vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Thông thường lực ma sát được cố định với giá trị không đổi trong quá trình tạo hình khi tính toán Trong quá trình thực nghiệm kết quả cho thấy sự khác nhau của ảnh hưởng của lực ma sát trong quá trình tạo hình với các loại vật liệu khác nhau Ở trong đề tài này tác giả đã xây dựng một số đường cong chỉ lực ma sát trong một số vật liệu điển hình

- Một kết quả quan trọng của đề tài là từ mô phỏng 3D là đã chỉ ra ảnh hưởng của lực tác dụng của dụng cụ tạo hình lên kim loại tấm

2 Nghiên cứu “ Lợi ích quá trình tạo hình bằng phương pháp cán đối với vật

liệu có độ cứng cao” (Profit Pointer for Roll Forming High-Strength Materials) của

Baicheng Wen, trung tâm nghiên cứu Roll – Kraft Ohio

Mục đính của nghiên cứu: Các loại thép có độ bền cao được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Hiện nay các chi tiết làm từ vật liệu có độ bền cao, độ cứng cao, trọng lượng nhẹ hơn so với các loại thép Cacbon tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi và tiết kiệm nhiều chi phí vật liệu

Nội dung của nghiên cứu: Đề cập tới vấn đề biến dạng của vật liệu trong quá trình uốn Trong quá trình biến dạng, ứng suất căng bên trong và bên ngoài vật liệu vượt quá giai đoạn biến dạng dẻo để biến dạng hoàn toàn và tạo hình vật liệu Tuy nhiên ứng suất căng trong vùng ứng suất vẫn giữ lại một phần Vì vậy, khi tháo khuôn vật liệu có khuynh hướng đàn hồi trở lại ngược với hình dáng vừa được tạo ra, đó là hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình

3 Nghiên cứu “Ứng dụng máy tính lập kế hoạch gia công uốn kim loại tấm”

(Computer aided process planning for sheet metal bending) của Joost R Duflou, József Váncza và Richard Aerens

Mục đích nghiên cứu: Đề tài đưa ra cái nhìn tổng quan về lập kế hoạch trong quá trình dập uốn kim loại tấm nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình uốn kim loại tấm

Nội dung nghiên cứu: Thực nghiệm tìm ra giới hạn bán kính uốn tấm của một số kim loại tấm điển hình Lực tạo hình và tính chất của vật liệu là yếu tố chính trong quá trình tạo hình Nghiên cứu đưa ra thông số tối ưu trong quá trình tạo hình kim loại tấm cho một số kim loại điển hình

2.3 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TÔN SÓNG VÒM

2.3.1 Qui trình công nghệ sản xuất tôn sóng vòm [2], [3]

Tôn sóng vòm là loại tấm lợp được uốn thành dạng vòm trên một phần hoặc cả chiều dài tấm tôn sóng vuông Sản phẩm tôn sóng uốn vòm được chế tạo từ thép lá dạng cuộn (có thể được mạ kẽm) với ưu điểm dễ lắp đặt, kinh tế và có độ bền vững cao Sản phẩm được sử dụng làm mái che cho các băng tải, nhà xưởng công nghiệp, cầu vượt…

Các sản phẩm tôn vòm lăn thông thường được sử dụng chủ yếu làm các mái che các băng tải ngoài trời hay các công trình dân dụng và công nghiệp Trường hợp các mái vòm lớn thì thường được lắp ghép các tôn vòm thích hợp Đối với sản phẩm tôn vòm dập thường dùng làm mái che hay mái thoát nước trong các công trình dân dụng

và công cộng

Tôn sóng vòm có thể được chia ra hai loại chính: Dạng vòm cả chiều dài tấm tôn (vòm lăn) và dạng vòm một phần chiều dài tấm tôn (vòm dập) Nhưng nhìn chung qui trình công nghệ và thiết bị gia công các loại tôn này thì không khác nhau nhiều lắm

Sơ đồ nguyên lý chấn vòm được thể hiện trong đề tài như sau:

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý của máy chấn vòm được xây dựng trong đề tài

Đầu tiên tôn sóng được đưa vào nhờ hệ thống con lăn kẹp và quay theo chiều đưa tôn vào (khi cần điều chỉnh chiều dài có thể quay theo chiều ngược lại) Hướng vận hành từ vật liệu tôn sóng đầu vào theo mũi tên A, sản phẩm vòm tôn sóng đã chấn

ra theo mũi tên B Dẫn động quay con lăn đưa tôn bằng mô tơ thủy lực Tác động kẹp

và nhả kẹp bằng xy lanh kẹp (thủy lực), tác động chấn bằng xy lanh chấn (thủy lực), biến dạng dẻo của tôn tạo thành các vết chấn theo hình dạng khuôn chấn Khuôn trên gọi là chày được gắn và dẫn động từ piston, tác động chấn khi chày đi xuống Khuôn dưới gọi là cối, được cố định trong khi chấn và đảm bảo độ cứng vững liền với thân máy

Do tác dụng biến dạng dẻo khi chấn, gần về phần đáy sóng chiều dài tôn bị biến

dạng co lại nhiều hơn, kết quả tạo ra dạng vòm có bán kính phụ thuộc vào khoảng cách các bước chấn Khoảng cách càng ngắn, tức là số bước chấn càng nhiều, hay số bước chấn trên một đơn vị chiều dài càng nhiều, thì bán kính vòm càng nhỏ lại Chiều dài bước chấn được xác định bằng enconder, báo số xung tương ứng với chiều dài đưa

về hệ điều khiển Nhờ vào thực nghiệm, xác định được quan hệ tương ứng giữa chiều dài bước chấn và bán kính vòm, sau đó đưa vào thuật toán điều khiển tự động tạo bán kính vòm

2.3.1.1 Mô tả hình học quá trình chấn vòm tôn sóng

Đặc điểm của quá trình chấn vòm tôn sóng là tác dụng của áp lực giữa chày và cối, phôi được biến dạng theo từng vùng tạo thành hình dáng cần thiết Đối với hình dáng của tôn vòm thể hiện ở các kích thước chính là góc  và bán kính của vòm R

Ta có thể mô hình hóa nhát chấn để mô tả các thông số hình học nhát chấn và các quan hệ toán học đưa vào thuật toán tạo hình vòm

Tại mỗi nhát chấn Mi tôn sóng được tạo nên có một sự thay đổi góc  Xét tại hai nhát chấn liên tiếp MiMi+1 với bước chấn:

Góc ở tâm cung vòm cần tạo thành là  Số bước chấn để tạo thành cung vòm là N

Ta có:  N.

0 0

)/ (180 )

Như vậy nếu ta cần tạo ra sản phẩm tôn vòm có bán kính là R với góc ở tâm là

 là (R, ) Như vậy để có sản phẩm tôn với hai thông số (R, ) được đưa vào chương trình PLC có mối quan hệ:

0

2 os( / 2) / (180 )

S Rc N

2.3.1.2 Mô tả lý thuyết quá trình tạo hình [9]

Đặc điểm của quá trình chấn là sự tác dụng của áp lực giữa chày và cối, phôi được biến dạng theo từng vùng tạo thành hình dáng cần thiết Lúc đầu chày tiếp xúc với phôi tại điểm đầu chày, chày đi xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ bán kính góc uốn

Hình 2.14 Góc tạo thành trong quá trình chấn

Để mô tả ứng suất khi uốn ta kẻ các ô vuông trên phôi trước khi uốn thì sau khi uốn các ô vuông ở phần cong bị uốn biến dạng thành hình thang, các ô tính từ đường trung hòa vào phía trong có xu thế bị ép dồn còn các ô từ đường trung hòa trở ra bị dãn dài Như vậy các lớp kim loại ở phía trong đường trung hòa bị nén còn các lớp kim loại ở phía ngoài đường trung hòa bị kéo Lớp trung hòa có chiều dài không thay đổi

Trong quá trình uốn bán kính uốn càng nhỏ dần thì hình dáng tiết diện cũng thay đổi dần, do đó trọng tâm của chi tiết cũng di chuyển dần về phía tâm uốn

Hình 2.15 Sự phân bố lại tiết diện sau khi biến dạng dẻo và đàn hồi TL [8]

Vị trí của lớp trung hoà được xác định bởi bán kính trung hoà  Bán kính trung hoà có thể xác định theo công thức:

2

r

S S



   

Trong đó: r – bán kính uốn phía trong

S - chiều dày vật liệu

B - chiều rộng của phôi ban đầu

S1 - chiều dày vật liệu tại điểm giữa cung uốn

Ứng suất chính của biến dạng có thể được tính theo định luật Húc như sau:

y  với t là chiều dày của phôi

E: Mô đun đàn hồi của vật liệu

: Là bán kính cong lớp trung hòa được xác định như ở trên

2.3.1.3 Hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình

Trong quá trình tạo hình tôn sóng, không phải toàn bộ kim loại ở phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có phần nào đó biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không có lực tác dụng của chày thì hình dạng của chi tiết không hoàn toàn như lúc còn lực tác dụng Đó là hiện tượng phục hồi sau khi uốn

Quá trình đàn hồi của kim loại tấm được thể hiện dưới biểu đồ sau:

Hình 2.16 Biểu đồ ứng suất - biến dạng với hiện tượng đàn hồi [4]

Khi kim loại tấm được tạo hình dẻo thành một chi tiết, hình dáng của chi tiết luôn sai lệch so với hình dáng của dụng cụ tạo hình Khi thôi tác dụng lực từ quá trình biến dạng dẻo từ vị trí A theo đường AB tới B, ở đây đường OB mô tả quá trình biến dạng dẻo hoàn toàn và BC là quá trình biến dạng được phục hồi (đàn hồi)

Mặt dù tính tái đàn hồi này làm cho sự biến dạng tới một vị trí rất nhỏ, nhưng nó

có thể gây ra sự thay đổi về hình dáng đáng kể do các tác động cơ tính lên các vị trí khác nhau trong quá trình uốn

Hình 2.17 Sự đàn hồi sau khi uốn [9]

Sự đàn hồi thường được biểu hiện bằng sự thay đổi của góc uốn Để có góc uốn của chi tiết o, người ta phải uốn chi tiết có góc  , và góc đàn hồi được biểu thị bằng:

2

o

 

  Góc đàn hồi  có thể được xác định bằng hai phương pháp: Bằng tính toán giải tích hoặc bằng thực nghiệm tức là thử và đo Trong giới hạn nghiên cứu của đề tài tác giả bỏ qua ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi

Như vậy, quá trình chấn là một quá trình phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố như hình dạng chày và cối, lực chấn, cơ tính và hình dạng của vật liệu chấn Trong khuôn khổ của đề tài tác giả chỉ muốn tìm hiểu mối liên hệ thông số đầu vào là lực chấn và chiều dày của vật liệu (tôn chưa cán sóng) và thông số đầu ra là góc tạo thành

sau mỗi lần chấn tương ứng với bộ chày và cối cố định Đồng thời tác giả cũng bỏ qua những yếu tố như tốc độ chấn, lực ma sát khi chấn… trong quá trình thực nghiệm được trình bày ở chương tiếp theo

2.3.2 Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo kim loại

Trong mục này ta nghiên cứu các hiện tượng xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực

và các đặc trưng của nó Cơ tính của vật liệu thể hiện khi có tải trọng cơ học tác dụng, làm thay đổi kích thước và hình dáng vật liệu đó chính là sự biến dạng Trong kim loại đặc biệt là kim loại tấm thì biến dạng dẻo là biến dạng chính cũng là mục tiêu nghiên cứu của đề tài Do vậy việc nghiên cứu các quá trình xảy ra khi biến dạng dẻo giúp ta nắm được bản chất của các đặc trưng cơ tính và mối quan hệ của cơ tính với lực tác dụng cơ học

Để dễ dàng hình dung các tính chất cơ học của vật liệu kim loại tấm, ta xét một phần tử có các bề mặt trực giao với nhau trong quá trình biến dạng, được giọi là phần

tử chính, các phương chính 1, 2, 3 được chọn tương ứng với các mặt của phần tử chính như hình vẽ sau:

Hình 2.18 Phần tử trong mẫu kiểm tra kéo tấm [16]

2.3.2.1 Biến dạng kéo nén của kim loại [6], [7]

1 Biểu đồ kéo và các giai đoạn biến dạng của mẫu thử kéo nén

Để khảo sát về cơ tính của vật liệu ta khảo sát biểu đồ kéo theo chiều trục của mẫu kim loại hình trụ cho ta khái niệm về các loại biến dạng và phá hủy Dưới tác dụng của lực kéo mẫu kéo liên tục bị kéo dài đến khi đứt Biểu đồ kéo theo sơ đồ sau:

Hình 2.19 Biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại [7]

Biểu đồ kéo dọc trục vật liệu được qua ba giai đoạn như sau:

- Ban đầu, khi tải trọng tăng, độ dãn dài tăng theo qui luật đường thẳng và chậm (đoạn Oe) Khi bỏ qua tải trọng, kích thước mẫu trở lại vị trí ban đầu Giai đoạn này gọi là biến dạng đàn hồi

- Khi tải trọng vượt qua giá trị nhất định (điểm e), biến dạng tăng nhanh, nếu

bỏ tải trọng, kích thước mẫu l dài hơn trị số ban đầu lo, giai đoạn này gọi là biến dạng dẻo đi kèm biến dạng đàn hồi

- Khi tải trọng đạt giá trị lớn nhất (điểm b), trên vùng nào đó của mẫu xuất hiện biến dạng tập trung, tiết diện mẫu giảm nhanh (hình thành cổ thắt) tại đó vết nứt xuất hiện, kính thước vết nứt tăng nhanh và cuối cùng gây phá hủy

2 Định luật thể tích biến dạng không đổi

Dưới tác dụng của ngoại lực lên vật bất kỳ Ta có thể chia nhỏ thể tích của vật thành những phân khối Xét trên mỗi phân khối thì:

Thể tích của phân khối trước biến dạng có thể tính theo công thức sau:

V0 = dx.dy.dz Sau khi biến dạng thì:

V = (dx + Ddx )(dy + Ddy)(dz + Ddz)

o x y z

V V    

Trong đó: 0là biến dạng dài tương đối trung bình

Khi biến dạng dẻo kim loại ta có thể coi thể tích của vật thể không đổi

0

x

     

Có nghĩa là trong giai đoạn biến dạng dẻo tổng giá trị của 3 biến dạng bằng không

2.3.2.2 Trạng thái ứng suất và các loại ứng suất trong quá trình tạo hình [4], [6-7]

1 Ứng suất tại một điểm

Ứng suất tại một điểm M là giới hạn của tỷ lệ nội lực P và diện tích F khi F

 tiến đến không, được ký hiệu là S:

Hình 2.20 Các loại ứng suất toàn phần [6]

Trên một mặt phẳng bất kỳ ta luôn có: Một ứng suất pháp và hai ứng suất tiếp

Ứng suất theo các phương:

lim0

lim0lim0

Fx xx

Fy xy

Fz xz

Hình 2.21 Các phần tử ứng suất, ba mặt phẳng trượt và ứng suất trượt [4]