Thiết kế máy uốn ống

2 Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ UỐN ỐNG.... Để có thể có được các sản phẩm ống có dạng cong như vậy, người ta có thể sử dụng nhiều cách thức

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG

Người hướng dẫn: TS TÀO QUANG BẢNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỨC LỘC

Đà Nẵng, 2020

1 Nhu cầu thực tế của đề tài:

Trong đời sống hằng ngày sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi cho các ngành, các phương tiện trong thực tế

Đó là nhu cầu rất cần thiết không thể thiếu được Nó chiếm một tỷ trọng đáng kể trong nhiều lĩnh vực

Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng công việc khác nhau

do đó ống dẫn sẽ không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh vực

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Đi sâu vào tính toán và thiết kể các cơ cấu cũng như bộ phận chính của máy uốn

ống như: thiết kế các cơ cấu cơ khí, tính toán hệ thống thủy lực…

3 Nội dung đề tài đã thực hiện :

• Phần lý thuyết: Nêu lên được tính cấp thiết của đề tài, t ổng quan về các loại

máy uốn, lựa chọn phương án thiết kế từ đó đưa ra nguyên lý làm việc của máy Tính toán động học và động lực học của máy để tính toán và thiết kế các cơ cấu, bộ phận của máy

• Cơ sở để tính toán thiết kế máy: Tính toán theo thô ng số lớn nhất của sản phẩm:

+Kích thước phôi: Ống tròn đường kính ngoài Ø 25÷ Ø 100 mm

+Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được Smax= 10mm

+Chiều dài phôi thép lớn nhất Lmax= 6000mm

Em xin chân thành cảm ơn!

1 Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Chiều dày thành ống lớn nhất: 10mm

- Kích cỡ ống: Ømax = 100 mm

- Vật liệu: CT38

- Chiều dài phôi thép lớn nhất: Lmax= 6000mm

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

A Lý thuyết

- Giới thiệu về nhu cầu, công nghệ và thiết bị sản xuất

- Các loại máy uốn thép và phương pháp thiết kế

- Lý thuyết điều khiển thủy lực

- Lý thuyết về biến dạng dẻo và lý thuyết uốn

B Tính toán thiết kế

- Thiết lập sơ đồ động của máy

- Tính toán động lực học và động học toàn máy

- Thiết kế hê thống điều khiển thủy lực

C Hướng dẫn sử dụng, an toàn và bảo dưỡng máy

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ )

- Bản vẽ lựa chọn phương án: 1A0

- Bản vẽ sơ đồ động: 1A0

- Bản vẽ tổng thể máy: 4A0

- Bản vẽ hê thống điều khiển thủy lực: 1A0

5 Họ tên người hướng dẫn: Tào Quang Bảng

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/02/2020

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng là một trong những ngành quan trọng, có tính then chốt và cũng là nền tảng

để đưa đất nước ta trở thành một nước công nghiệp hiện đại Để đáp ứng nhu cầu khoa học kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng thì người kỹ sư cơ khí là rất cần thiết đối với một nước công nghiệp phát triển

Hiện nay, nhu cầu về ống là rất cần thiết để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống và trong lao động như: ngành y tế, hà ng tiêu dùng, thuỷ lợi, đóng thuyền, xây dựng Việc lắp đặt hay tạo hình các ống có thể sẽ gặp rất nhiều khó khăn vì phải uốn lượn với những góc độ khác nhau, hay dùng rất nhiều ống nối chữ T, nối 900 để có thể đưa chất chuyển tải đến nơi cần thiết nói c hung, còn trong lĩnh vực đóng tàu biển thì các đường ống lắp đặt trên tàu nếu chỉ dùng các ống nối chữ T, nối 900 thì sẽ không đáp ứng được vì các đường ống trên tàu nối với nhau bỡi góc độ

Trước thực trạng đó để đáp ứng nhu cầu sử dụng của xã hội nói chu ng và ngành đóng tàu nói riêng, với sự nhất trí cho phép của khoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn

em xin thiết kế máy uốn ống làm đề tài tốt nghiệp

Em hy vọng với đề tài này sẽ giúp em kiểm tra lại kiến thức đã học được và trang bị thêm kiến thức để làm nền tảng cho em sau này

Đây là lần đầu tiên em thiết kế đề tài có kiến thức tổng hợp khá rộng Trong thời gian thiết kế em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học vào nhiệm vụ thiết

kế của mình Tuy đã rất cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn c hế nên trong quá trình làm đồ án có nhiều sai sót, kính mong sự chỉ dẫn thêm của các quý thầy cô, bạn bè

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Tào Quang Bảng và quý thầy cô đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 04 tháng 07 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Lộc

CAM ĐOAN

Với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu em đã

hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng:

− Các số liệu, công thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy

− Tuân thủ các quy định của nhà trường đề ra về cách thức trình bày đồ án

− Nội dung các phần trong đồ án được giáo viên hướng dẫn cụ thể và kiểm tra thường xuyên

− Không trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chưa được sự đồng ý cũng như các tài liệu vi phạm pháp luật

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Lộc

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CAM ĐOAN

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU 1

PHẦN A: PHẦN LÝ THUYẾT 2

Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ UỐN ỐNG 3

1.1 Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống 3

1.1.1 Lịch sử phát triển của ống 3

1.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống 3

1.1.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống 3

1.2 Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống 4

1.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp 4

1.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt 5

1.3 Một số loại máy uốn ống hiện có và thông số kỹ thuật 6

Chương 2: LÝ THUYẾT UỐN VÀ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 9

2.1 Cơ sở lý thuyết uốn 9

2.1.1 Các tính chất quan trọng của các loại vật liệu uốn ống 9

2.1.1.1 Vật liệu inox: 9

Bảng 2.1 Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường 10

2.1.1.2 Vật liệu thép mạ kẽm: 10

Bảng 2.2 Bảng thông số ống mạ kẽm 11

2.1.2 Uốn 12

2.1.2.1 Khái niệm uốn: 12

2.1.2.2 Đặc điểm: 12

2.1.2.3 Quá trình uốn 12

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của uốn đến tính dẻo và biến dạng của kim loại 14

2.1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 15

2.1.3.2 Ảnh hưởng của ứng suất dư 15

2.1.3.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính 15

2.1.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng 15

2.1.3.5 Biến dạng dẻo và phá hủy 15

2.1.3.6 Công nghệ uốn 18

2.2 Các số liệu ban đầu: 23

Chương 3: LÝ THUYẾT TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ĐƯỢC DÙNG 24

3.1 Lý thuyết truyền động thủy lực 24

3.3.1 Giới thuyết về hệ thống truyền động thủy lực 24

3.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực 24

3.2.1 Ưu điểm 24

3.2.2 Nhược điểm 24

3.3 Giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng trong máy 24

3.3.1 Van an toàn 24

3.3.2 Van giảm áp 26

3.3.3 Van cản 27

3.3.4 Van tiết lưu 27

3.3.5 Van điều khiển 28

3.3.5.1 Van đảo chiều 3 của 2 vị trí 28

3.3.5.2 Van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí 28

3.3.6 Bộ ổn tốc 28

PHẦN B: PHẦN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 30

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG 31

4.1 Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế máy 31

4.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn 31

4.1.2 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý 31

4.1.2.1 Lựa chọn phương án truyền động 31

4.1.2.2 Lựa chọn kết cấu máy hợp lý 34

4.1.3 Các bộ phận của máy uốn ống 35

4.2 Tính toán thông số kỹ thuật 36

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý của máy uốn ống 36

4.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy uốn ống 37

4.2.3 Tính toán lực uốn cong ống 37

4.2.3.1 Cơ sở quá trình tính toán 37

4.2.3.1 Sơ đồ lực của quá trình uốn 37

Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT MÁY TRONG MÁY UỐN ỐNG 44

5.1 Thiết kế bộ truyền xích 44

5.1.1 Chọn loại xích 44

5.1.2 Định số răng đĩa xích 45

5.2 Thiết kế trục 47

5.2.1 Tính gần đúng trục 47

5.2.2 Tính chính xác trục 48

5.2.3 Tính then 49

5.2.4 Thiết kế gối đỡ trục 50

Chương 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG, ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY UỐN ỐNG 52

6.1 Tính đường kính piston kéo má động 52

6.2 Tính công suất bơm dầu và công suất động cơ điện 53

6.2.1 Tính toán các tổn thất áp suất trong hệ thống 53

6.2.1.1 Tổn thất áp suất qua van: (p1) 53

Bảng 6.1 Các giá trị tổn thất của áp suất 53

6.2.1.2 Tổn thất áp suất trong ống dẫn 54

6.2.1.3 Tính các tổn thất thể tích trong hệ thống 55

5.2.2 Tính và chọn các thông số của bơm 55

6.2.2.1 Lưu lượng của bơm (Qb) 56

6.2.2.2 Áp suất bơm (pb) 56

6.2.2.3 Tính công suất bơm dầu 56

6.2.2.4 Tính công suất động cơ điện 57

6.2.3 Tính chọn các phần tử thủy lực khác 57

6.2.3.1 Tính chọn xi lanh kéo về 57

6.3.2.2 Tính đường kính xi lanh kẹp má động 58

6.2.4.7 Chọn lọc dầu cho hệ thống 59

6.2.5 Tính toán ống dẫn dầu 62

6.2.5.1 Yêu cầu đối với ống dẫn 62

6.2.5.2 Xác định đường kính ống dẫn 62

6.2.6 Tính toán thiết kế bể chứa dầu 63

6.2.6.1 Thiết kế bình chứa dầu 63

6.2.6.2 Bảo dưỡng bình chứa dầu thủy lực 65

PHẦN C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, AN TOÀN VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 66

Chương 7: CÁC QUY PHẠM AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 67

7.1 An toàn lao động khi sử dụng máy 67

7.1.1 Đối với người sử dụng 67

7.1.2 Đối với máy 67

7.2 Hướng dẫn sử dụng 67

7.3 Bôi trơn máy 68

7.4 Bảo dưỡng máy 68

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường 10

Bảng 2.2 Bảng thông số ống mạ kẽm 11

Bảng 6.1 Các giá trị tổn thất của áp suất 51

Bảng 6.2 Các đặc tính của dầu 62

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.I Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong công nghiệp 5

Hình 2.I Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong sinh hoạt 6

Hình 3.I Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T 6

Hình 4.I Máy uốn ống 3 trục Elip E-3A-O-76-3T 7

Hình 5.I Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S 8

Hình 1.II Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn 13

Hình 2.II Phôi ống sau khi uốn 14

Hình 4.II Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại 16

Hình 5.II Tính đàn hồi khi uốn 17

Hình 6.II Uốn có dùng chày 19

Hình 7.II Máy uốn kiểu dùng chày uốn 20

Hình 8.II Mô hình uốn kiểu ép đùn 20

Hình 9.II Sơ đồ lực quá trình uốn 21

Hình 10.II Bộ phận máy uốn ép đùn 21

Hình 11.II Mô hình uốn kiểu kéo và quay 21

Hình 12.II Sơ đồ lực quá trình uốn 22

Hình 13.II Mô hình uốn kiểu trục lăn 22

Hình 14.II Sơ đồ lực quá trình uốn 23

Hình 1.III Kết cấu nguyên lý van an toàn 25

Hình 2.III Kết cấu nguyên lý van giảm áp 26

Hình 3.III Kết cấu nguyên lý van cản 27

Hình 4.III Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng 27

Hình 5.III Van đảo chiều 3/2 28

Hình 6.III Tín hiệu tác động vào van 28

Hinh 7.III Kí hiệu van đảo chiều 3/2 28

Hình 8.III Kí hiệu van đảo chiều 4/3 28

Hình 1.IV Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bánh răng 32

Hình 2.IV Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bộ truyền đai 32

Hình 3.IV Sơ đồ nguyên lý máy uốn dùng hệ 1 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích 33

Hình 4.IV Sơ đồ nguyên lý uốn dùng hệ 2 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích 33

Hình 5.IV Má kẹp 34

Hình 6.IV Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh 34

Hình 7.IV Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh 35

Hình 8.IV Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống 36

Hình 9.IV Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn 37

Hình 10.IV Quá trình kẹp 38

Hình 11.IV Quá trình uốn 38

Hình 12.IV Sơ đồ lực quá trình uốn 39

Hình 13.IV Kích thước của phôi ống 40

Hình 14.IV Sơ đồ lực tính toán lực kéo má động 42

Hình 1.V Cấu tạo xích ống con lăn 44

Hình 2.V Sơ đồ bố trí xích kéo 46

Hình 2.V Biểu đồ mô men 47

Hình 4.V Sơ đồ chọn ổ 50

Hình 1.VI Sơ đồ phân tích lực piston kéo 52

Hình 2.VI Sơ đồ nguyên lí bơm bánh răng 57

Hình 3.VI Dầu trong các răng của bơm 57

Hình 4.VI Sơ đồ phân tích lực piston kéo về 58

Hình 5.VI Sơ đồ phân tích lực piston kẹp 59

Hình 8.VI Sơ đồ bể chứa dầu 64

MỞ ĐẦU

Trong ngành công nghiệp cơ khí và các ngành khác, máy móc chiếm vị trí quan trọng không thể thiếu Có nhiều loại máy móc thiết bị cho các lĩnh vực khác nhau như: nông nghiệp, y tế, xây dựng Mỗi một loại máy móc thiết bị cho ra sản phẩm phục vụ cho một hoặc một số lĩnh vực Sản phẩm ống là một trong số đó và được dùng rộng rãi trong cuộc sống và trong công nghiệp Ống đa dạng về hình dạng, kích cỡ, độ dày nên kéo theo máy móc phục vụ sản xuất ống củng đa dạng về hình dạng, kích cỡ, phương thức

Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống, công nghiệp thì sản phẩm ống cần cung cấp để phục vụ ngày càng tăng Tùy theo yêu cầu mà ống có hình dạng khác nhau, ống có thể thẳng hay cong, cong ở góc độ từ đơn giản đến phức tạp, đường kính phôi ống củng khác nhau từ nhỏ đến lớn Để có thể có được các sản phẩm ống có dạng cong như vậy, người ta có thể sử dụng nhiều cách thức khác nhau để uốn cong ống, máy móc để uốn ống đa dạng từ đơn giản đến phức tạp Máy uốn ống giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp sản phẩm ống để phục vụ cho xã hội nói chung và cho ngành đóng tàu nói riêng

Với mục tiêu và tầm quan trọng trên thì việc thiết kế một loại máy uốn ống là cần

thiết Được sự nhất trí cho phép của khoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn TS Tào Quang Bảng em xin thiết kế máy uốn ống dùng thủy lực làm đề tài tốt nghiệp

Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương:

Chương 1: Giới thiệu các sản phẩm uốn, phạm vi ứng dụng và một số thiết bị uốn

ống

Chương 2: Nội dung liên quan đến uốn và các số liệu ban đầu

Chương 3: lý thuyết truyền động thủy lực và giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng

Chương 4: Tính toán thiết kế máy uốn ống

Chương 5: Tính toán thiết kế một số chi tiết máy

Chương 6: Tính toán hệ thống dẫn dộng, điều khiển chi máy uốn

Chương 7: Các quy phạm an toàn trong sử dụng và bảo dưỡng máy

PHẦN A:

PHẦN LÝ THUYẾT

Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ UỐN ỐNG

1.1 Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống

1.1.1 Lịch sử phát triển của ống

Lịch sử của việc sản xuất ống được bắt đầu từ việc sử dụng những khúc gỗ rỗng

để cung cấp nước cho các thành phố thời trung cổ Việc sử dụng những ống gang ở Anh và Pháp trở nên phổ biến vào đầu thế kỉ XIX

Những ống thép đúc đầu tiên được tìm thấy ở Philadenphia vào năm 1817 và ở New York vào năm 1832 Sự phân phối khí cho các đèn khí đảo được tìm thấy đầu tiên ở Anh, người ta đã sử dụng thép tấm cuộn qua con xúc xắc tạo thành ống và hàn mép lại với nhau

Vào năm 1887 đường ống đầu tiên được làm từ thép Bethkhem ở Mỹ Ống thép

có đường hàn đã được sản xuất thử vào giữa thế kỉ 19 bằng nhiều phương tiện khác nhau; quy trình Mannesmanm đã được phát triển ở Đức vào năm 1815 và hoạt động có hiệu quả thương mại ở Anh vào năm 1887

Ống thép không hàn được sản xuất lần đầu tiên thành công ở Mỹ vào năm 1895 Vào đầu thế kỉ 20 ống thép không hàn đã được chấp nhận rộng rãi khi cách mạng công nghiệp được tiến hành với ngành ô tô, ngành tái lọc dầu, hệ thống các ống dẫn, các giếng dầu, các lò hơi phát điện kiểu cổ

Vào lúc này ống hàn không đạt được độ tin cậy bằng ống hàn điện

Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sự phát triển của ngành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khả năng chịu được những điều kiện khắc nghiệt của môi trường như là: nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các tác dụng của áp lực và dải nhiệt thay đổi Ống thép đã được sử dụng một cách tin cậy trong các ngành công nghiệp quan trọng; các đường ống từ Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử

1.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống

Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là Liên

Xô (20 triệu tấn) Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản (10,5 triệu tấn)

Việc sản xuất các sản phẩm thép dạng ống sẽ duy trì được ở mức độ trên là phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giới như là ngành khai thác dầu, xây lắp các nhà máy điện, công nghiệp sản xuất ôtô Ví dụ như, ở những vùng kinh tế có giá dầu thấp do vậy ít có nhu cầu khoan thêm các giếng dầu Kết quả là nhu cầu sản xuất ống thép cho ngành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống

Một ví dụ tương tự là sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp Tổng sản lượng trên toàn thế giới là sự tổng hợp các ảnh hưởng từ các khu vực kinh tế địa phương ở từng nước trên toàn thế giới

1.1.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống

Từ xưa con người đã biết sử dụng những vật thể tròn xoay bằng đá hoặc bằng

gỗ để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đường, ép các loại dầu lạc, hướng dương Những vật thể tròn xoay này dần được thay thế bằng kim loại như: nhôm, thép, đồng thau và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp trên

các máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triển thì nó ngày càng được hoàn thiện dần ví dụ như ban đầu các trục cán còn dẫn động bằng sức người, nhưng khi sản xuất đòi hỏi năng xuất cao hơn nên máy ngày càng to hơn thì con người không thể dẫn động được các trục cán này và do đó ta lại dẫn động bằng sức trâu, bò, ngựa Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng công suất động cơ là mã lực (sức ngựa)

Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán nói chung được chuyển sang dùng động cơ hơi nước Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì vậy sản phẩm cán, uốn được phong phú hơn trước có cả thép tấm, thép hình, đồng tấm, đồng dây Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu vật liệu thép tấm phục vụ cho công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà chiếc máy cán 4 trục đầu tiên ra đời vào năm 1870 Sau đó là chiếc máy cán 6 trục, 12 trục, 20 trục và dựa trên nguyên lý của máy cán thì máy uốn được ra đời và trong các loại máy này có máy uốn ống

Từ khi điện ra đời thì máy uốn được dẫn động bằng động cơ điện, đến nay có những máy uốn có công suất động cơ điện lên đến 7800 (KW)

Ngày nay do sự hoàn thiện và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật cho nên các máy cán, máy uốn được điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động làm việc theo chương trình điều khiển

1.2 Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống

1.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp

Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi dùng để dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu, dẫn khí được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất nước uống

Hình 1.I Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong công nghiệp

1.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt

Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được ứng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox, thép không gỉ Các sản phẩm như: lan can, bàn ghế

Hình 2.I Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong sinh hoạt

1.3 Một số loại máy uốn ống hiện có và thông số kỹ thuật

- Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T ( Elip Vn )

Hình 3.I Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T Thông số kỹ thuật:

Đường kính uốn giới hạn Ø4 -> Ø51 mm

-Máy uốn ống 3 trục ElipE-3A-O-76-3T( Elip Vn)

Hình 4.I Máy uốn ống 3 trục Elip E-3A-O-76-3T Thông số kỹ thuật:

Đường kính uốn cong tối đa 76 mm

Góc uốn tối thiểu 0 độ

- Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S( Elip Vn)

Hình 5.I Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S Thông số kỹ thuật:

Bán kính uốn nhỏ nhất Theo đường kính ống

Độ dài phôi cần cấp tối đa 3000 mm

Chương 2: LÝ THUYẾT UỐN VÀ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

2.1 Cơ sở lý thuyết uốn

2.1.1 Các tính chất quan trọng của các loại vật liệu uốn ống

2.1.1.1 Vật liệu inox:

Inox hay còn gọi là thép không gỉ được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crom Tên gọi là "thép không gỉ" nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của thép không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác Một số loại thép không gỉ:

* Thép không gỉ hai pha: với các mác 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 và 40Cr13 có tổ chức hai pha là ferit (hoà tan Crôm cao)

- Là loại thép có 0,10,4%C và 1,3%Cr

- Tính chống ăn mòn cao

- Khá dẻo, dai, có thể chụi biến dạng nguội

* Thép không gỉ một pha ferit: với các mác 08Cr13, 12Cr17, 15Cr25Ti

- Nếu dùng 13%Cr thì hàm lượng cacbon < 0,08% nếu dùng 0,10,2%C thì hàm lượng Cr là 1725%

- Không có chuyển biến pha, thù hình, luôn có tổ chức ferit

* Thép không gỉ một pha austenit:

- Đặc tính của thép này là không những có Crôm cao (>1618%) mà còn chứa Ni cao ( 68%) là nguyên tố mở rộng khu vực () đủ để thép có tổ chức austenic

- Chịu được ăn mòn cao

- Có độ dẻo và giới hạn chảy cao

* Thép không gỉ hoá bền tiết pha:

- Về thành phần và tổ chức gần với họ austenic song với lượng Cr, Ni thấp hơn đôi chút (1317Cr và 47Ni) có thêm Al, Cu, Mo và tổ chức austenic không thật ổn định

- Vừa có tính công nghệ vừa có cơ tính cao, rất dễ biến dạng và gia công cắt Thép

ở trạng thái mềm, sau đó hoá bền nó bằng hoá già, ở nhiệt độ thấp nhờ đó tránh được biến dạng và oxy hoá

- Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt

Bảng 2.1 Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường

(Tham khảo tài liệu về các loại ống đang có trên thị trường của công ty Nam Sơn)

2.1.1.2 Vật liệu thép mạ kẽm:

Thép mạ kẽm, sản phẩm có độ bền cao, có khả năng chịu được những ảnh hưởng của nước mưa,nước biển, độ ẩm, hóa chất nên tuổi thọ trung bình của thép ống mạ kẽm thường cao hơn so với ống thép đen

Ngoài ra thép mạ kẽm mang đầy đủ tính chất của vật liệu thép như:

- Độ cứng

- Độ đàn hồi

- Tính dễ uốn

- Sức bền kéo đứt

Chiều dài Tr/lượng Số cây/bó

Trọng lượng bó

Class Nominal size

Outside diameter

Wall

thickness Length

Unit weigt Pes/bundle

A

(mm) B(inch)

Tiêu chuẩn kg/m Kg/bundle

Hạng 15 2-Jan  21.2 1.9 6 0.914 168 921 Class 20 4-Mar  26.65 2.1 6 1.284 113 871

BS-A1 25 1  33.5 2.3 6 1.787 80 858 (khng

BS-L 25 1  33.5 2.6 6 1.981 80 951 (vạch 32 1/1/2004  42.2 2.6 6 2.54 61 930 nđu) 40 1/1/2002  48.1 2.9 6 3.23 52 1.008

BS-M 32 1/1/2004  42.5 3.2 6 3.1 61 1.135 (vạch 40 1/1/2002  48.4 3.2 6 3.57 52 1.114 xanh) 50 2  60.3 3.6 6 5.03 37 1.117

65 2/1/2002  76.0 3.6 6 6.43 27 1.042

80 3  88.8 4 6 8.37 24 1.205

100 4  114.1 4.5 6 12.2 16 1.171

(Tham khảo ở công ty vinapipe corp)

Ngoài ra còn có vật liệu thép theo tiêu chuẩn dùng trong các ngành công nghiệp

2.1.2 Uốn

2.1.2.1 Khái niệm uốn:

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phôi có dạng phẳng (tấm), dây, thanh định hình hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc Phôi được uốn ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

- Biến dạng đàn hồi: Là biến dạng bị mất đi khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi tải trọng nhỏ hơn một giá trị xác định gọi là giới hạn đàn hồi

Dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng, nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể tr ở về trạng thái ban đầu

- Biến dạng dẻo: Là biến dạng vẫn tồn tại khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi tải trọng lớn hơn giới hạn đàn hồi

- Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

- Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu

- Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn

- Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở

các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp xỉ 450, sau

đó mới đến các hạt khác Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

Uốn làm thay đổi hướng thớ của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước

Trong quá trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thớ và đồng thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hoà không bị ảnh hưởng bởi lực kéo nó vẫn

ở trạng thái ban đầu Ta sử dụng lớp trung hoà để tính sức bền của vật liệu khi uốn Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dày ở tiết diện ngang bị sai lệch

về hình dạng lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn

sẽ chống lại biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn và ngược lại

Hình 1.II Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn

Hình 2.II Phôi ống sau khi uốn

Hình 3.II Biểu đồ ứng suất của ống khi chịu uốn

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của uốn đến tính dẻo và biến dạng của kim loại

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

2.1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao Khi nung thép từ 20

 1000C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 100  4000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt độ này thì độ dẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng cao th ì sức chống biến dạng càng lớn

2.1.3.2 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ (0,25  0,30) Tnc (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

2.1.3.3 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm

2.1.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt

Nếu lấy 2 khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhưng độ biến dạng

tổng cộng trên máy ép lớn hơn

2.1.3.5 Biến dạng dẻo và phá hủy

Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng

Hình 4.II Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại

Khi tải trọng đặt vào nhỏ F < Fđh thì khi bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước ban đầu gọi là biến dạng đàn hồi

Khi tải trọng đặt vào lớn F > Fđh , biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không mất đi mà vẫn còn lại một phần Biến dạng này được gọi là biến dạng dẻo

Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc đó trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C

- Xác định vị trí lớp trung hoà

Vị trí lớp trung hoà được xác định bởi bán kính lớp trung hoà 

Trong quá trình uốn bề mặt phía trong và phía ngoài của chi tiết bị biến dạng nén

và kéo bởi lực kẹp nhưng có lớp kim loại ở giữa không bị biến dạng, lớp này gọi là lớp trung hoà Ta ứng dụng lớp trung hoà này để tính sức bền vật liệu của phôi và tính lực kẹp cần thiết

Bán kính của lớp trung hoà được xác định theo công thức: [7]

mm Trong đó: Btb là chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn

B : chiều rộng của phôi ban đầu (mm)

S : chiều dày vật liệu (mm)

r : bán kính uốn phía trong (mm)

e

a'' a'

= : S1: hệ số vật liệu sau khi uốn

Trong thực tế bán kinh lớp trung hoà có thể xác định theo công thức:

Trong đó: r: bán kính uốn phía trong

x: hệ số xác định khoảng cách lớp trung hoà đến bán kính uốn phía trong

- Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại chịu biến dạng đàn hồi Vì vậy khi thôi tác dụng lực thì vật uốn sẽ không giữ được kích thước và hình dạng như yêu cầu

Hình 5.II Tính đàn hồi khi uốn Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn sau khi thực hiện quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu

- Xác định chiều dài phôi uốn

Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng

Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong đơn giản Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Chiều dài phôi được xác định theo công thức:[7] Trong đó :

- 0= 180 - 

- l : Tổng chiều dài cac đoạn thẳng

- chiều dài các lớp trung hòa

- r: Bán kính uốn cong phía trong





Khi uốn một góc < 900 thì

- Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất

rtrong nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ không

có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn ( r trong ≥ rmin )

+ Bán kính uốn lớn nhất :[7] rmax =

rngoài ≥ r trong + s

E = 2,15.105 N/mm2: modun đàn hồi của vật liệu

S: Chiều dày vật uốn

T : giới hạn chảy của vật liệu

+ Bán kính uốn nhỏ nhất:[7]

- : Độ giản dài tương đối của vật liệu (%)

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

k: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

- Công thức tính lực uốn

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do

Lực uốn tự do được xác định theo công thức:[7]

: hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số l/s

B1: Chiều rộng của dải tấm

S: Chiều dày vật uốn

n: Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng: n = 1,6 - 1,8

b: giới hạn bền của vật liệu

l: Khoảng cách giưã các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

21

1min

2

1. . . B.s .k l

n s B

l

n s

k1 = .

Khi uốn thủ công không có máy móc hiện đại thì cách làm hiệu quả nhất để cho ống không bị bóp méo ở phần bị biến dạng cho vật liệu nhỏ mịn vào bên trong ống như cát, đất, để điền đầy diện tích rổng và bịt chặt 2 đầu và tiến hành uốn theo hình dáng yêu cầu

Ưu điểm của phương pháp này là tiện dụng, dễ làm thích hợp với phương pháp thủ công

Nhược điểm là chỉ áp dụng được đối với những chi tiết có đường kính nhỏ

- Uốn nhờ chuyển động quay và uốn có dùng chày

Đối với những phương pháp dùng tới máy móc, đối với những ống có chiều dày ống nhỏ thì phải dùng chày để chống bóp méo ở những tiết diện uốn nó có thể phù hợp với nhiều loại tiết diện ống khác nhau kể cả đường kính to hay nhỏ

Hình 6.II Uốn có dùng chày

Phương pháp này được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau: ống xả , ống tubin, ống dẫn nước, dẫn dầu trong hệ thống thủy lực Những nơi không cho phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn

Hình 7.II Máy uốn kiểu dùng chày uốn

- Uốn không dùng chày

Khi ống uốn có chiều dày lớn thì ở tiết diện uốn không bị ảnh hưởng b ởi lực kẹp và lực uốn nên lúc này ta không cần đến chày hay vật liệu dùng để điền đầy tiết diện chống mà tự chiều dày của nó đã đủ điều kiện giúp ông không bị bóp méo khi uốn

- Uốn kiểu ép đùn vào ống

Kiểu ép đùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả các phương pháp uốn ống

Hình 8.II Mô hình uốn kiểu ép đùn

1 Chày uốn 2 Phôi

3 Bàn máy 4 Thân máy Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định Bộ phận uốn chuyển động về giữa trục ống và tiến hành bẻ cong ống Phương pháp này có thiên hướng làm biến dạng cả mặt trong và mặt ngoài của ống Phôi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳ thuộc vào

độ dày của vật liệu Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện hoặc chứa các dây nối tới đèn chiếu sáng

4 3 2 1

Hình 9.II Sơ đồ lực quá trình uốn

Hình 10.II Bộ phận máy uốn ép đùn

- Uốn nhờ chuyển động quay

Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đường kính của ống uốn là không đổi trong quá trình uốn

Hình 11.II Mô hình uốn kiểu kéo và quay

Hình 12.II Sơ đồ lực quá trình uốn Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã được xác định sẵn từ trước Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn các tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác

- Uốn bằng các trục con lăn:

Được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đường kính phôi lớn hoặc các sản phẩm có dạng tròn mà đường kính vòng tròn khá lớn

Hình 13.II Mô hình uốn kiểu trục lăn

Hình 14.II Sơ đồ lực quá trình uốn Đầu cán gồm có 3 trục uốn, phôi uốn được lồng vào hai trục lăn hai bên trục lăn trên có thể chuyển động lên xuống để thực hiện quá trìn h biến dạng ống (quá trình uốn) Quá trình điều khiển trục uốn trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng thủy lực Kiểu uốn này được sử dụng để chế tạo ra trục tang lớn, các ống hút và xả trên tàu thủy các vật có bán kính đường tâm rất lớn

Kết luận: Từ những phân tích về các phương án của công nghệ uốn ta chọn phương

án dùng chày để dùng trong quá trình uốn là tiện dụng hơn cả vì nó dùng được cho nhiều trường hợp có thể điều chỉnh được đường kính chày tuỳ thuộc vào đường kính ống,vì vậy trong máy này ta chọn phương án dùng chày uốn

2.2 Các số liệu ban đầu:

Khi tính toán thiết kế máy ta chọn vật liệu phôi ống và đường kính ống để tính ra lực uốn lớn nhất mà máy cần để uốn từ đó tính ra công suất bơm dầu và công suất động cơ điện

+ Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 100 (mm)

+ Đường kính phôi ống nhỏ nhất là : D min = 25 (mm)

+ Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm)

+ Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm)

Chương 3: LÝ THUYẾT TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

VÀ GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ĐƯỢC DÙNG

3.1 Lý thuyết truyền động thủy lực

3.3.1 Giới thuyết về hệ thống truyền động thủy lực

Kỹ thuật truyền động, điều khiển của hệ thủy lực đã ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, dây chuyền thiết bị ở hầu hết các lĩnh vực Đặc biệt từ những năm 1980 trở lại đây, nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật điều khiển hệ thủy lực đã đạt được trình độ công nghệ cao

Hệ thống truyền động thủy lực được ứng dụng để truyền động những cơ cấu chấp hành có công suất lớn, đặc biệt nhờ khả năng truyền động vô cấp chính xác mà nó được ứng dụng để điều khiển vô cấp cơ cấu chấp hành khi yêu cầu độ chính xác điều khiển cao Hiện nay, hệ thủy lực được sử dụng trong các thiết bị c ông nghiệp, ví dụ như: máy ép, hệ thống nâng chuyển, máy công cụ vạn năng, máy CNC, Robot công nghiệp hoặc trong các dây chuyền sản xuất tự động

3.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực

3.2.1 Ưu điểm

- Truyền được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản và hoạt động với độ

tin cậy cao

- Điều chỉnh được vô cấp vận tốc của cơ cấu chấp hành

- Vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn bố trí không lệ thuộc với nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao

- Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, dầu có tính chịu nén nên có thể làm việc ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như hệ truyền động cơ khí hay truyền động điện

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch nhờ áp kế

- Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

3.2.2 Nhược điểm

- Tổn thất trong đường ống dẫn và các phần tử thủy lực nên làm giảm hiệu suất làm việc

- Do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi

3.3 Giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng trong máy

Trong lỗ thông (9) ở giữa piston (2) có lỗ giảm chấn (8) (có đường kính nhỏ), nhờ

đó buồng (a) cũng luôn thông với buồng (e) lò xo (5) có tác dụng ép viên bi vào đế van, ứng lực của nó có thể điều chỉnh được nhờ vít (7)

Khi áp lực dầu chưa vượt qua trị số ứng lực cho phép của lò xo (5) thì van bi (4) chưa mở, lúc này buồng (a) thông với buồng (b) Chất lỏng trong các buồng đều ở trạng thái tĩnh vì vậy áp suất trong các buồng a, c, d, e coi như bằng nhau

Khi đó piston (2) ở vị trí thấp nhất dưới tác dụng của lực lò xo (3) (vì áp suất dầu tác dụng lên piston (2) về phía buồng c) cân bằng với áp lực v ề phía buồng d và e khi

hệ thống quá tải áp suất trong các buồng a, c, d, e đồng thời tăng lên đột ngột Lúc này

áp lực của dầu lên viênbi (4) vượt quá lực lò xo (5), viên bi (4) bị đẩy trên và một ít chất lỏng từ buồng (c) được đẩy ra ngoài về thùng chứa Khi đó nhờ lỗ giảm chấn (8) gây tổn thất áp suất dầu, điều này tạo ra sự chênh áp giữa buồng d, e và c Như vậy trạng thái cân bằng lực tác dụng lên piston (3) mất đi Dưới tác dụng của áp suất cao trong buồng c và e piston được nâng cao lên cho đến khi lập lại sự cân bằng của áp lực chất lỏng và lực lò xo (3), lúc này piston ngừng đi lên Kết quả là buồng (a) thông với

buồng (b) và qua đó dầu trong hệ thống được đẩy bớt về thùng chứa, giảm tải cho hệ thống Nếu áp suất trong hệ thống (ở buồng a) càng tăng mạnh thì dòng dầu chảy từ buồng d, c, lên (c) qua van bi về thùng càng mạnh, tổn thất áp suất tại lỗ (8) càng lớn

độ chênh áp trên piston càng tăng Kết quả là piston (2) tiếp tục được nâng lên, cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b) càng rộng, dầu càng thoát nhiều về thùng

Trong thực tế người ta cho van làm việc như một van an toàn bằng cách điều chỉnh ứng lực lò xo (5) sao cho van bi luôn mở, nghĩa là luôn có chất lỏng thoát từ hệ thống

về thùng và van bi và qua cửa lưu thông giữa buồng (a) và (b) Nhờ hoạt động của van,

áp suất trong hệ thống buồng không thay đổi

Dựa vào nguyên lý hoạt động chia van an toàn ra làm hai loại chủ yếu:

+ Van an toàn tác dụng trực tiếp

+ Van an toàn có tác dụng tùy động

Đối với hệ thống thủy lực của máy thiết kế, ta chọn loại van an toàn có tác dụng tùy động

Loại này có các ưu điểm nổi trội so với loại van có tác dụng trực tiếp, đó là:

+ Làm việc với áp suất cao

+ Không những bảo vệ hệ thống khi quá tải mà còn ổn định áp suất làm việc của hệ thống

+ Không gây va đập trong van

3.3.2 Van giảm áp

Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau Lúc này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.III Kết cấu nguyên lý van giảm áp

3.3.3 Van cản

Van cản dùng để tạo nên một sức cản trong hệ thống thủy lực Ở cửa ra người ta đặt một van cản để tạo ra một áp suất nhất định, điều này làm cho chất lỏng không bị đứt quãng do đó piston của cơ cấu chấp hành chuyển động êm, nhẹ

Mặt khác van cản đặt ở đường dầu hồi về nên khi máy ngừng làm việc dầu trong xilanh không chảy hết về bể dầu Vì vậy khi máy bắt đầu hoạt động thì piston không bị gây chấn động

Dựa vào kết cấu van, người ta chia van cản ra làm ba loại chính:

- Loại van bi cầu

- Loại van bi côn

- Loại van piston

3.3.4 Van tiết lưu

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh được vận tốc của cơ cấu chấp hành

Vì quá trình kẹp chi tiết hạn chế va đập của má kẹp vào ống ta sử dụn g van tiết lưu một chiều

Kí hiệu:

Hình 4.III Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng

3.3.5 Van điều khiển

Sử dụng các van đảo chiều dùng để đóng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lương lượng, dùng đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành

- Số vị trí: là số định vị con trượt của van Th ông thường van đảo chiều có 2 cửa

3 vị trí.Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn

- Số cửa: là số lổ để dẫn dầu vào hay ra Số cửa của van đảo chiều thường là 2, 3

và 4 Trong những trường hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn

3.3.5.1 Van đảo chiều 3 cửa 2 vị trí

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 5.III Van đảo chiều 3/2

- Tín hiệu tác động vào van:

Hình 6.III Tín hiệu tác động vào van

- Kí hiệu:

Hinh 7.III Kí hiệu van đảo chiều 3/2

3.3.5.2 Van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí

- Kí hiệu:

Hình 8.III Kí hiệu van đảo chiều 4/3

Ta sử dụng van đảo chiều 4/3: vị trí trung gian các cửa nối bị chặn Dầu từ bơm cung cấp cho van đi qua van tràn để về thùng chứa Loại van này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tại một vị trí xác định khi dừng lại

3.3.6 Bộ ổn tốc

Bộ ổn tốc là cấu đảm bảo hiệu áp không đổi khi giảm áp ( p = const), và do đó đảm bảo một lưu lượng không đổi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc của cơ cấu chấp hành có giá trị gần như không đổi

Như vậy để ổn định vận tốc ta sử dụng bộ ổn tốc



Sơ đồ nguyên lý:

Hình 9.III Kết cấu bộ ổn tốc

Bộ ổn tốc là một van ghép gồm có: một van giảm áp và một van tiết lưu Bộ ổn tốc

có thể lắp trên đường vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành như ở van tiết lưu, nhưng phổ biến nhất là lắp ở đường ra của cơ cấu chấp hành

Kí hiệu:

Hình 10.III Kí hiệu bộ ổn tốc