Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 tấn

Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 tấn Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 tấn Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 tấn luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY ÉP TRỤC KHUỶU 100 TẤN

Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA

Sinh viên thực hiện: TRẦN VĂN SỸ

Đà Nẵng, 2019

Tên đề tài: Thiết kế máy ép trục khuỷu 100 Tấn

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Sỹ

Số thẻ SV: 101150046 Lớp: 15C1A

Nội dung tóm tắt:

Qua thời gian nghiên cứu và tìm hiểu đồ án, em đã nghiên cứu những nội dung sau:

- Sơ lược về gia công áp lực Các quá trình, hiện tượng, định luật xảy ra khi gia công áp lực Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo kim loại và ảnh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất, tổ chức kim loại Khái quát về các phương pháp gia công áp lực

- Xây dựng sơ đồ động học máy thông qua phân tích các yêu cầu kỹ thuật và chọn lựa các thành phần chính trong máy như cơ cấu chấp hành, cơ cấu truyền động, thân máy, trục khuỷu,…

- Tính toán động học và t nh học c a cơ cấu tay biên-trục khuỷu Xác định năng lượng c a máy

- Tính toán và thiết kế các kết cấu c a máy như : iên, ly hợp, phanh, cơ cấu bảo hiểm, thân máy, bánh đà, trục khuỷu…

- Cách lắp đặt, kiểm tra máy Các trường hợp hư hỏng và biện pháp khắc phục

ảo quản máy

Từ các nghiên cứu trên, em đã hoàn thành thiết kế Máy ép trục khuỷu 100 Tấn Phần báo cáo gồm 1 bản thuyết minh và 6 bản vẽ A0, 2 bản A1

DUT.LRCC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh thế giới, ngành cơ khí chế tạo máy vẫn đang trên đường phát triển không ngừng Xu hướng chung là tự động hoá trong quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm có chất lượng và năng suất cao Tuy nhiên bên cạnh đó, các máy cắt kim loại truyền động bằng cơ khí vẫn được sử dụng rộng rãi phù hợp với sản xuất có qui mô trung bình và nhỏ lẻ

Sau thời gian học tập, thực tập và được nhận đề tài tốt nghiệp THIẾT KẾ MÁY ÉP TRỤC KHUỶU 100T Đây là một trong những máy cắt kim loại điển hình có tính công nghệ tương đối cao, gia công được nhiều loại sản phẩm và sử dụng tương đối rộng rãi, nhất là các nhà máy có qui mô vừa thậm chí ngay cả đối với các nhà máy lớn Qua quá trình tìm hiểu phân tích và thiết kế dựa trên nhiều tài liệu khác nhau, em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao dưới sự hướng dẫn nhiệt tình c a thầy giáo Lưu Đức Hòa, các thầy cô trong khoa cơ khí cũng như bạn bè góp ý để có được thành công hôm nay

Tuy nhiên trong quá trình thiết kế tính toán vì còn thiếu kinh nghiệm nên không thể tránh những sai sót, nhầm lẫn, kính mong thầy cô góp ý để đề tài em được giao hoàn chỉnh cả về phần kết cấu lẫn tính toán Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thiết kế

Trần Văn Sỹ

DUT.LRCC

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a riêng tôi và được sự hướng dẫn

c a Ths Lưu Đức Hòa Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập

từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong phần thuyết minh còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu c a các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án c a mình Trường đại học ách Khoa Đà Nẵng không liên quan đến những

vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Trần Văn Sỹ

DUT.LRCC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC 2

1.1 Thực chất, đặc điểm c a gia công áp lực 2

1.1.1 Thực chất 2

1.1.2 Đặc điểm 2

1.2 Khái niệm về biến dạng dẻo kim loại 2

1.2.1 Khái niệm 2

1.2.2 Biến dạng dẻo của kim loại 3

1.2.3 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo: 4

1.2.4 Các định luật áp dụng trong gia công: 6

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng kim loại 7

1.2.6 Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức kim loại 8

1.3 Các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực 9

1.3.1 Cán kim loại 9

1.3.2 Kéo kim loại 12

1.3.3 Ép kim loại 13

1.3.4 Rèn tự do 15

1.3.5 Dập thể tích 17

1.3.6 Công nghệ dập tấm 19

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÁY ÉP TRONG RÈN DẬP 21

2.1 Định ngh a và ứng dụng máy ép 21

2.1.1 Định nghĩa: 21

2.1.2 Đặc điểm các loại máy ép: 21

2.1.3 Ứng dụng của máy ép: 21

2.2 Các loại máy ép thường dùng 21

2.2.1 Máy ép trục khuỷu 21

2.2.2 Máy ép thủy lực: 23

2.2.3 Máy ép ma sát trục vít 24

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, TĨNH HỌC CƠ CẤU TAY BIÊN TRỤC KHUỶU 26

3.1 Xây dựng sơ đồ động học máy ép trục khuỷu 26

3.1.1 Phân tích các yêu cầu kỹ thuật 26

3.1.2 Lựa chọn cơ cấu chấp hành 26

3.1.3 Lựa chọn thân máy 26

3.1.4 Lựa chọn bộ truyền: 27

3.1.5 Lựa chọn loại trục khuỷu 28

3.2 Tính toán t nh học và động học cơ cấu tay biên – trục khuỷu 30

3.2.1 Các số liệu ban đầu 30

3.2.2 Tính toán động học cơ cấu tay biên trục khuỷu 31

3.3 Tính toán t nh học cơ cấu tay biên - trục khuỷu 36

3.3.1 Trường hợp lý tưởng 36

3.3.2 Trường hợp thực tế (có tính đến ma sát) 38

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 42

DUT.LRCC

4.1 Xác định năng lượng máy 42

4.2 Sự tiêu tốn năng lượng trong hành trình công tác AP 43

4.3 Sự tiêu tốn năng lượng trong hành trình không tái Akt 43

4.4 Khái quát về xác định công suất động cơ và Momen quán tính bánh đà 45

4.5 Xác định công suất c a động cơ 46

4.6 Xác định mômen quán tính c a bánh đà 47

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU MÁY CHÍNH 49

5.1 Thiết kế các bộ truyền 49

5.1.1 Phân phối tỉ số truyền 49

5.1.2 Thiết kế bộ truyền đai 49

5.1.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng 54

5.2 Thiết kế trục khuỷu 60

5.2.1 Điều kiện làm việc c a trục khuỷu 60

5.2.2 Lựa chọn kết cấu trục khuỷu 60

5.2.3 Các số liệu đã có 61

5.2.4 Tính gần đúng trục khuỷu 62

5.2.5 Tính chính xác trục 67

5.2.6 Thiết kế bộ phận gối đỡ trục khuỷu 69

5.3 Thiết kế trục trung gian 72

5.3.1 Chọn vật liệu 72

5.3.2 Tính sơ bộ đường kính trụ 73

5.3.3 Tính toán trục 73

5.3.4 Tính then trên trục I 78

5.3.5 Thiết kế bộ phận gối đỡ trục 80

5.4 Thiết kế biên ( thanh truyền ) 81

5.4.1 Điều kiện làm việc và vật liệu chế tạo 81

5.4.2 Kết cấu thanh truyền 82

5.4.3 Xác định sơ bộ đường kính vít me đầu nhỏ và đường kính khớp cầu đầu nhỏ thanh truyền 82

5.4.4 Tính sức bền tay biên 84

5.5 Tính toán bạc lót giữa đầu to thanh truyền và trục khuỷu 88

5.5.1 Vật liệu làm bạc lót 88

5.5.2 Kết cấu bạc lót 89

5.5.3 Tính toán kiểm nghiệm bạc lót 89

5.6 Thiết kế ly hợp 90

5.6.1 Chọn phương án thiết kế ly hợp 90

5.6.2 Kết cấu li hợp và nguyên tắc làm việc 91

5.6.3 Tính then quay 92

5.7 Thiết kế hệ thống phanh 93

5.7.1 Tác dụng của phanh 93

5.7.2 Kết cấu phanh 93

5.7.3 Nguyên tắc hoạt động 93

5.7.4 Tính gần đúng lực phanh 94

5.8 Tính toán thiết kế đầu trượt và bộ phận dẫn hướng 95

5.8.1 Cấu tạo vật liệu và yêu cầu của đầu trượt 95

5.8.2 Tính toán bộ phận dẫn hướng của đầu trượt 96

DUT.LRCC

5.9 Thiết kế cơ cấu bảo hiểm 99

5.9.1 Kết cấu 99

5.9.2 Tính chiều dày tại chỗ bị cắt của đĩa 99

5.10 Tính toán bánh đà 100

5.10.1 Kết cấu và công dụng của bánh đà 100

5.10.2 Tính bánh đà 100

5.10.3 Tính sức bền của bánh đà 102

5.11 Thiết kế thân máy 102

5.11.1 Phân loại thân máy và lựa chọn kết cấu thân máy 102

5.11.2 Tính toán kết cấu thân máy 103

5.12 Thiết kế hệ thống điều khiển 104

5.13 Thiết kế hệ thống điện 106

5.13.1 Sơ đồ mạch điện 106

5.13.2 Nguyên lý làm việc 106

CHƯƠNG 6: LẮP ĐẶT -VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 107

6.1 Hướng dẫn lắp đặt và sử dụng máy 107

6.1.1 Lắp đặt máy 107

6.1.2 Sử dụng máy 107

6.2 Kiểm tra độ chính xác c a máy 108

6.3 Một số trường hợp hư hỏng và biện pháp khắc phục 108

6.4 Hướng dẫn bảo quản máy 110

6.5 An toàn cho máy 110

6.5.1 Trước khi làm việc 110

6.5.2 Trong khi làm việc 110

KẾT LUẬN CHUNG 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

DUT.LRCC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

ẢNG 3.1 Quan hệ giữa góc quay và quãng đường S ……….… 32

ẢNG 3.2 Quan hệ giữa  và vận tốc đầu trượt……… ….…… 33

ẢNG 3.3 Quan hệ giữa  và gia tốc đầu trượt……… ….…… 33

ẢNG 3.4 Quan hệ giữa góc quay và lực tác dụng lên tay biên……….….… 36

ẢNG 3.5 Quan hệ góc quay  và cánh tay đòn momen xoắn ……….….… 37

ẢNG 3.6 Quan hệ giữa góc quay  và các cánh tay đòn……… 40

ẢNG 5.1 Ứng suất và độ cứng thép C45 vàC35……….………… 54

HÌNH 1.1 iểu đồ tải trọng - biến dạng ……… … 2

HÌNH 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo trong đơn tinh thể……… 3

HÌNH 1.3 :Trạng thái ứng suất……… 4

HÌNH 1.4 : Sơ đồ trở lực bé nhất……… 7

HÌNH 1.5 Sơ đồ quá trình cán……… 9

HÌNH 1.6.Các sản phẩm cán……… 11

HÌNH 1.7 Sơ đồ cấu tạo máy cán ……… 12

HÌNH 1.8 Sơ đồ kéo kim loại……… 13

HÌNH 1.9 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại ……… 14

HÌNH 1.10 Kết cấu khuôn ép……… 14

HÌNH 1.11 Sản phẩm ép……….………… 15

HÌNH 1.12 Sơ đồ rèn……….………… 15

HÌNH 1.13 Nguyên lý máy búa hơi……… 17

HÌNH 1.14 Sơ đồ kết cấu c a một bộ khuôn rèn……… … 18

HÌNH 1.15 Sơ đồ nguyên công dập vuốt không làm mỏng thành……… 20

HÌNH 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu……….………… 22

HÌNH 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy ép th y lực……….…… … 22

HÌNH 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít ……… 24

HÌNH 3.1a Thân máy kiểu 1 trục……….….………… 26

HÌNH 3.1b Thân máy kiểu 2 trục……… ……… … 26

HÌNH 3.2 ố trí các bộ truyền ……… … … … 27

HÌNH 3.3 Một khuỷu……… …… …… 28

HÌNH 3.4 Khuỷu lệch tâm……… …….… … 28

HÌNH 3.5 Thông qua khâu bản lề……… … … 28

HÌNH 3.6 Nhờ cơ cấu hình sin……… …… 29

HÌNH 3.7 Sơ đồ động máy thiết kế……….….…… 29

HÌNH 3.8 Phân tích động học cơ cấu tay biên trục khuỷu……….……… 31

HÌNH 3.9 Đồ thị S , V , J theo  ……… ……….… 34

HÌNH 3.10 Sơ đồ phân tích lực cơ cấu tay biên trục khuỷu ………… ……… 35

HÌNH 3.11 Đồ thị cánh tay đòn ma sát ……….……… 40

HÌNH 4.1 Sự thay đổi năng lượng c a máy……… ……… 41

HÌNH 5.1 ộ truyền đai ……….……… … 48

HÌNH 5.2 Tiết diện đai thang ……… ……….… 50

HÌNH 5.3 Sơ đồ lắp ghép đai……… 53

HÌNH 5.4 ộ truyền bánh răng……….… 53

HÌNH 5.5 Sơ đồ trục khuỷu……… ……….… 59

HÌNH 5.6 Các kích thước trục khuỷu……… 61

HÌNH 5.7 Sơ đồ phản lực gối đỡ……… 61

HÌNH 5.8 Sơ đồ nội lực……… 62

DUT.LRCC

HÌNH 5.9 Sơ đồ Momen trục khuỷu……….… 64

HÌNH 5.10 Sơ đồ kích thước trục khuỷu ……….… 66

HÌNH 5.11 Sơ đồ lực trên trục trung gian……….……….… 73

HÌNH 5.12 Sơ đồ Momen trục trung gian……… 75

HÌNH 5.13 Sơ đồ mối lắp then……… 78

HÌNH 5.14 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên ổ……… … 79

HÌNH 5.15 Kết cấu ổ bi……… … … 80

HÌNH 5.16 Dạng bề mặt ren……… …… 81

HÌNH 5.17 Kết cấu biên……… …… 82

HÌNH 5.18 Sơ đồ tính tay biên……… …… 83

HÌNH 5.19 Sơ đồ tính đầu lớn c a biên……….…… 85

HÌNH 5.20 Sơ đồ tính đầu nhỏ c a biên……… 86

HÌNH 5.21 Kết cấu bạc lót thanh truyền……… 88

HÌNH 5.22 Ly hợp then quay……….… 91

HÌNH 5.23 Phanh đai……… ……… 92

HÌNH 5.24 Sơ đồ phân tích lực c a phanh……….……… 93

HÌNH 5.25 Kết cấu đầu trượt và bộ phận dẫn hướng……….……… 95

HÌNH 5.26 Sơ đồ phân tích lực đầu trượt và bộ phận dẫn hướng……… …… 96

HÌNH 5.27 Cơ cấu bảo hiểm máy quá tải……… 98

HÌNH 5.28 Kết cấu thân máy……… 102

HÌNH 5.29 Cơ cấu điều khiển ……….…… 104

HÌNH 5.30 Sơ đồ nguyên lí mạch điện……… 105

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hóa hiện nay, máy ép trục khuỷu là một trong những máy cắt kim loại điển hình có tính công nghệ tương đối cao, gia công được nhiều loại sản phẩm và sử dụng tương đối rộng rãi, nhất là các nhà máy có qui mô vừa thậm chí ngay cả đối với các nhà máy lớn Thông qua quá trình thiết kế máy, em cần phải tham khảo rất nhiều sách, tài liệu về vật liệu, các cơ cấu chính tạo ra máy,…từ đó giúp c ng cố kiến thức đã học và biết cách phải thiết kế, chế tạo một cái máy là phải làm như thế nào

Mục tiêu c a đề tài là thông qua các tài liệu hướng dẫn chế tạo ra máy ép trục khuỷu 100 tấn

Phương pháp nghiên cứu là tham khảo các tài liệu về máy ép, máy dập, sách thiết kế chi tiết máy, tài liệu về vật liệu, tham khảo hình ảnh các máy đã có, …

từ đó thiết kế ra máy ép trục khuỷu

Trong quá trình thiết kế thì nội dung đề tài gồm 6 chương

- Chương 1: Cơ sở lý thuyết về gia công áp lực

- Chương 2: Giới thiệu về các loại máy ép trong kỹ nghệ rèn dập

- Chương 3: Xây dựng sơ đồ động học và tính toán động học, t nh học cơ cấu tay biên- trục khuỷu

- Chương 4: Xác định năng lượng c a máy và công suất động cơ

- Chương 5: Tính toán thiết kế các kết cấu máy chính

- Chương 6: Lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng máy

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC

1.1 Thực chất, đặc điểm của gia công áp lực

1.1.1 Thực chất

- Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp chế tạo sản phẩm dựa vào nguyên lý biến dạng dẻo c a kim loại dưới tác dụng c a ngoại lực làm thay đổi hình dáng, kích thước kim loại theo ý muốn

1.1.2 Đặc điểm

- Kim loại rắn sau gia công không những thay đổi hình dáng kích thước mà còn thay đổi cả cơ, lý, hóa tính như: các hạt kim loại mịn chặt hơn, đồng đều hơn, khử được các khuyết tật (như rổ khí, rổ co), nâng cao cơ tính và tuổi bền chi tiết

- Có khả năng biến tổ chức hạt c a kim loại thành tổ chức thớ uốn, xoắn khác nhau làm tăng cơ tính c a sản phẩm

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa cho năng suất cao, giá thành rẻ

-Tuy nhiên, phương pháp gia công bằng áp lực không gia công được chi tiết phức tạp; không rèn dập được chi tiết quá lớn; không gia công được kim loại dòn; độ bong, độ chính xác bề mặt không cao

1.2 Khái niệm về biến dạng dẻo kim loại

c b

L P

Hình 1.1 iểu đồ tải trọng - biến dạng

DUT.LRCC

1.2.2 Biến dạng dẻo của kim loại

a Biến dạng trong đơn tinh thể

- Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi kim loại biến dạng theo hình thức trượt và song tinh

Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo trong đơn tinh thể + Theo hình thức trượt: một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định (hình a) Trên mặt phẳng trượt các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng một số nguyên lần thông số mạng Sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loai ở vị trí cân bằng mới + Theo hình thức song tinh: một phần tinh thể kim loại vừa trượt vừa quay đến vị trí mới đối xứng với một phần tinh thể qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (hình b)

Theo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức ch yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất iến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé nhưng khi có song tinh

sự trượt xảy ra thuận lợi hơn

b Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

iến dạng dẻo trong đa tinh thể kim loại và hợp kim là tập hợp c a nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc c a chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể

iến dạng dẻo trong đa tinh thể có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến dạng trong nội bộ hạt do hình thức trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng c a ứng suất chính một góc 45o sau đó đến các mặt khác Như vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đều Dưới tác dụng c a ngoại lực biên giới hạt c a các tinh thể bi biến dạng khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sự trượt và quay c a

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

1.2.3 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo:

Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có ba dạng ứng suất chính sau:

a.Ứng suất đơn b.Ứng suất phẳng c.Ứng suất khối

Trong gia công áp lực thì thường gặp các trạng thái: Ứng suất khối

- Khi chịu ứng suất khối:

2

min max max

Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và không có biến dạng

Điều kiện biến dạng dẻo: max giớihạn

Khi kim loại chịu ứng suất đường thì trạng thái biến dạng dẻo là:

1  chmax= ch

2Khi chịu ứng suất mặt thì trạng thái biến dạng dẻo là : 12 =ch

Khi chịu ứng suất khối thì trạng thái biến dạng dẻo là :

ch





max  min  Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau biến dạng đàn hồi Thế năng c a biến dạng đàn hồi ở đây:

δ3

δ2 Hình1.3 :Trạng thái ứng suất

DUT.LRCC

A = A0 + Ah (1.1)

Trong đó:

A0 - thế năng để thay đổi thể tích vật thể

Ah - thế năng để thay đổi hình dáng vật thể

Trong trạng thái ứng suất khối,thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Hook xác định

A= (11+22+33)/3 (1.2) Như vậy, biến dạng tương đối theo định luật Hook:

V

V 12 3 1 2E (12 3) (4) (1.5)

Ở đây  : hệ số Pyacon tính đến vật liệu biến dạng

E : Mođun đàn hồi c a vật liệu

Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:

1 2 2 3 3 1

1 [( ) +( ) +( ) ]

6E          (1.7) Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:

Khi cán kim loại, tấm kim loại biến dạng ngang không đáng kể:

Theo (3) ta có: 2 =[ (  1 3)] (1.10) Khi biến dạng dẻo không tính đến đàn hồi, thể tích vật thể không đổi : vậy v =0

DUT.LRCC

Theo (1.6) ta có:

)(

2

1

3 2

Phương trình dẻo (1.16) rất quan trọng để giải các bài toán gia công biến dạng

Tính đến hướng c a các ứng suất, phương trình dẻo (1.16) được viết lại:

(1)(3)2k (1.17)

1.2.4 Các định luật áp dụng trong gia công:

a Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo:

Khi gia công áp lực, nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có

một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định bằng góc đàn hồi, phụ thuộc vào modun đàn hồi E c a vật liệu và chiều dày tấm kim loại)

-Gia công nguội: Kim loại dạng tấm sẽ chịu ảnh hưởng lớn

-Gia công nóng: Kim loại dạng khối, ảnh hưởng c a biến dạng đàn hồi có thể bỏ qua Thường để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng biến dạng dư

do biến dạng đàn hồi gây ra

b Định luật ứng suất dư:

Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội không đều; lực biến dạng và lực

ma sát,… phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dư tồn tại cân bằng bên trong vật thể kim loại Nếu không cân bằng thì sẽ có quá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dư tồn tại cân bằng

DUT.LRCC

c Định luật thể tích không đổi:

Thể tích c a vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng Gọi thể tích vật trước khi gia công là V0

Gọi thể tích vật sau khi gia công là V

Vật thể có chiều cao, rộng, dài trước khi gia công là:h0 ,b0 ,l0

Vật thể có chiều cao, rộng, dài sau khi gia công là: h ; b ; l

Theo điều kiện thể tích không đổi ta có : h b l = h0 b0 l0

có giá trị tuyệt đối bằng tổng c a hai ứng biến kia

- Khi có một ứng biến bằng 0 thì hai ứng biến còn lại phải ngược dấu và có trị số tuyệt đối bằng nhau

d Định luật trở lực bé nhất:

Hình 1.4 Sơ đồ trở lực bé nhất Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đường viền có chu vi bé nhất

Áp dụng để thiết kế hình dáng c a phôi trước khi gia công

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng kim loại

b Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo c a kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ dao động nhiệt c a các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán c a các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn

c Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể vỡ vụn ra 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÷0,35)Tnc (nhiệt độ nóng chảy), ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo c a kim loại phục hồi trở lại( hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại hạt đồng đều hơn và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn do

đó tính dẻo tăng

d Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo kim loại Qua thực nghiệm cho thấy kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo Ứng suất do ma sát ngoài làm

thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo kim loại cũng giảm

e Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng từ mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại kim loại bị biến dạng 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 cứng chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà tiếp tục biến dạng

Do đó, ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt ra

1.2.6 Ảnh hưởng biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức kim loại

a Ảnh hưởng tới tổ chức và cơ tính kim loại

Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ c a các hạt càng lớn độ hạt càng giảm do

đó cơ tính càng cao

iến dang dẻo giúp khử được các khuyết tật như xốp, rổ khí, rổ co, lỏm co… iến dạng dẻo có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tinh sản phẩm

Tốc độ biến dạng càng lớn thì sự biến cứng càng nhiều

b Ảnh hưởng đến lý tính kim loại

iến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ tính trong kim loại

DUT.LRCC

iến dạng dẻo gây ra xô lệch mạng, xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ giao động nhiệt c a các điên tử

Các sai lệch tạo ra khi biến dang dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường cơ bản trong kim loại Do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ…

c Ảnh hưởng tới hóa tính kim loại

Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do c a kim loại tăng, do đó hoạt tính kim loại tăng

1.3 Các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực

1.3.1 Cán kim loại

a Thực chất của quá trình cán

- Quá trình cán là do kim loại biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau

có khe hở nhỏ hơn chiều cao c a phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm, chiều dài

và chiều rộng tăng Hình dạng c a khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dáng c a sản phẩm Quá trình phôi chuyển động qua khe hở trục cán là nhờ ma sát giữa hai trục cán với phôi

-Cán không những thay đổi hình dáng và kích thước phôi mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm

-Máy cán có hai trục cán đặt song song với nhau quay ngược chiều nhau Phôi

có chiều dày lớn hơn khe hở giữa hai trục cán, dưới tác dụng c a lực ma sát khi kim loại bị kéo vào giữa hai trục cán, biến dạng tạo ra sản phẩm Khi cán chiều dày phôi giảm, chiều dài và chiều rộng phôi tăng

N

P

T h

h A

*Các thông số sau để biểu thị khi cán

-Tỷ số chiều dài (hoặc tỷ số tiết diện) c a phôi trước và sau khi cán gọi là hệ số kéo dài

1 0 2

1

F

F l

lo,Fo: chiều dài và diện tích phôi cán

l1,F1: chiều dài và diện tích tiết diện sau khi cán

- Lượng ép tuyệt đối : h = ( h0 - h1) mm

- Quan hệ giữa lượng ép và góc ăn : h = D.( 1 - cos) mm

D-đường kính trục cán

α-góc ăn

- Sự thay đổi chiều dài trước và sau khi cán gọi là lượng giãn dài: l = l1 - l0

- Sự thay đổi chiều rộng trước và sau khi cán gọi là lượng giãn rộng :b = b1 - b0

- Cán có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội

Cán nóng có ưu điểm : Tính dẻo c a kim loại cao nên dễ biến dạng, năng suất cao nhưng chất lượng bề mặt kém vì có tồn tại vảy sắt trên mặt phôi khi nung Vì vậy cán nóng dùng cán phôi, cán thô, cán tấm dày, cán thép hợp kim

Cán nguội thì ngược lại chất lượng bề mặt tốt hơn song khó biến dạng nên chỉ dùng khi cán tinh, cán tấm mỏng, dài hoặc kim loại mềm

- Điều kiện để kim loại có thể cán được gọi là điều kiện cán vào Khi kim loại tiếp xúc với trục cán thì chúng chịu hai lực : Phản lực N và lực ma sát T, nếu hệ số ma sát giữa hai trục cán và phôi là f thì :

T = N.f với f = tg

sin

N N

N N

y x

cos cos

T T

f N T

T

y x

Vậy điều kiện cán đƣợc là β>α

Ngh a là hệ số ma sát f phải lớn hơn tang c a góc  hoặc góc ma sát lớn hơn góc

ăn

Khi vật cán đã vào giữa hai trục cán thì góc ăn nhỏ dần đến khi vật cán đã hoàn toàn vào giữa hai trục cán thi góc ăn chỉ còn bằng 1/2 Hiện tƣợng này gọi là ma sát thừa

Để đảm bảo điều kiện cán vào cần tăng hệ số ma sát trên bề mặt trục cán

*Biện pháp tăng hệ số ma sat trục cán

-Khoét rãnh, hạ nhiệt ở đầu phôi

- ôi các chất tăng masat

-Thay đổi độ hở giữa các trục cán

b Sản phẩm cán

Sản phẩm cán rất đa dạng, đƣợc phân ra 4 nhóm chính: Dạng hình, dạng tấm, dạng ống và dạng đặc biệt

-Dạng hình : Các sản phẩm đƣợc chia ra dạng hình đơn giản (a) gồm có thanh, thỏi tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, lục giác, bán nguyệt và dạng hình phức tạp (b)

+ Ống có mối hàn được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán

để hàn giáp mối với nhau Loại này có đường kính ngoài đến 720 mm và chiều dày đến 14 mm

-Dạng hình đặc biệt : Các sản phẩm đặc biệt gồm có các loại có hình dáng đặc biệt theo yêu cầu riêng như vỏ ô tô và các loại tiết diện thay đổi theo chu kỳ

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo máy cán

1 Trục cán 2 Trục các đăng 3 Hộp giảm tốc

4 Khớp nối 5 Bánh đà 6 Hộp giảm tốc 7 Động cơ

- Giá cán: nơi tiến hành cán

Gồm: trục cán, gối đỡ trục cán, thiết bị điều chỉnh khoảng cách giữa trục cán, than máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu lật trở phôi…

-Hệ thống truyền động: hộp giảm tốc, khớp nối, trục nối

-Nguồn năng lượng: động cơ điện

d Phân loại máy cán

Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang c a phôi giảm và chiều dài tăng Hình dáng và kích thước c a chi tiết giống lỗ khuôn kéo

● Đặc điểm :

+Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội

+ Kéo sợi cho ta sản phẩm có độ chính xác cấp 2 đến 4

● Công dụng :

+ Kéo sợi dùng để chế tạo các thỏi, ống, sợi bằng thép và kim loại màu

+ Kéo sợi còn dùng gia công tinh bề mặt ngoài các ống cán có mối hàn và một

số công việc khác

b Sơ đồ kéo kim loại

-Khi kéo sợi phôi (1) được kéo qua khuôn kéo (2) với lỗ hình có tiết diện nhỏ hơn tiết diện phôi kim loại và biến dạng theo yêu cầu, tạo thành sản phẩm (3) Đối với kéo ống, khuôn kéo (2) tạo hình mặt ngoài ống còn lỗ được sửa đúng đường kính nhờ lõi (4) đặt ở trong

1

2

2 3 P P

( a ) ( b )

Hình 1.8 Sơ đồ kéo kim loại

1 Phôi 2 Khuôn kéo 3 Sản phẩm 4 Lõi

a Ép thuận b Ép nghịch

1 Pistông 2 Xi lanh 3 Kim loại 4 Khuôn kéo 5 Lõi tạo lỗ

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại

Khi ép thanh, thỏi người ta có thể tiến hành bằng phương pháp ép thuận hoặc ép nghịch

+Với ép thuận (a) khi pistông (1) ép, kim loại trong xilanh (2) bị ép qua lỗ hình

c a khuôn ép (4) Chuyển động ra ngoài cùng chiều chuyển động c a pistông ép +Với ép nghịch (b), khi pistông (1) ép, kim loại trong xilanh (2) bị ép qua lỗ hình

c a khuôn ép (4) chuyển động ra ngoài ngược chiều chuyển động c a pistông ép

-Với ép thuận kết cấu đơn giản nhưng lực ép lớn vì ma sát giữa kim loại và thành xilanh làm tăng lực ép cần thiết đồng thời phần kim loại trong xilanh không thể

ép hết lớn (10 đến 12 %), ép nghịch lực ép thấp hơn, lượng kim loại còn lại trong xilanh ít hơn (6 đến 8%), nhưng kết cấu ép phức tạp

-Sơ đồ hình (c) trình bày nguyên lý ép ống, ở đây lỗ ống được tạo thành nhờ lõi (5) Phôi ép có lỗ rỗng để đặt lõi (5), khi pistông (1) ép, kim loại bị đẩy qua khe hở giữa lỗ hình c a khuôn (4) và lõi tạo thành ống

dễ gia công nhưng kim loại biến dạng qua khuôn khó hơn

DUT.LRCC

-Vật liệu chế tạo khuôn là thép hợp kim chứa W, V, Mo, Cr, hoặc hợp kim cứng

c Đặc điểm và ứng dụng

-Ép là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất cao,

độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao trong quá trình ép, kim loại ch yếu chịu ứng suất nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được các sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp -Nhược điểm c a phương pháp là kết cấu ép phức tạp khuôn ép yêu cầu chống mòn cao

-Phương pháp này được áp dụng rộng rãi để chế tạo các thỏi kim loại màu có đường kính từ 5 đến 200 mm, các ống có đường kính ngoài đến 800 m, chiều dày từ 1,5 đến 8 mm và một số profin khác

P

NDUT.LRCC

b Đặc điểm và dụng cụ rèn tự do

●Đặc điểm:

+ Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao, năng suất thấp

+ Chất lƣợng và tính chất c a kim loại từng phần chi tiết khó đảm bảo giống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình + Chất lƣợng sản c a sản phẩm phụ thuộc tay nghề c a công nhân

+ Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản

+ Rèn tự do đƣợc dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ

Ch yếu dùng sửa chữa thay thế

ch yếu là rèn máy

Theo đặc tính tác dụng lực, các máy dùng để rèn tự do đƣợc chia ra: máy tác dụng lực va đập (máy búa), máy tác dụng lực t nh (máy ép) Trong đó, máy búa hơi

là thiết bị đƣợc sử dụng nhiều nhất Máy búa hơi có hai xi lanh, một xi lanh khí (5)

và một xi lanh búa (9) Giữa hai xi lanh có van phân phối khí (7) để điều khiển sự cấp khí nén từ xi lanh nén sang xi lanh đầu búa

DUT.LRCC

7- Hệ van phân phối khí 8- Xilanh búa 9-Piston búa 10-Đầu búa 11-Đe

12- ệ đe 13-Giá đỡ bệ đe 14- àn đạp điều khiển

Nguyên lý làm việc c a máy búa: Động cơ 1 truyền động cho trục khuỷu 3

qua bộ truyền đai 2 Thông qua biên truyền động 4 làm cho pittông ép 6 chuyển

động tịnh tiến tạo ra khí ép ở buồng trên hoặc buồng dưới trong xi lanh búa 9 Tuỳ

theo vị trí c a bàn đạp điều khiển 14 mà hệ thống van phân phối khí 7 sẽ tạo ra

những đường dẫn khí khác nhau, làm cho pittông búa 8 có gắn thân pittông búa và

đe trên 10 chuyển động hay đứng yên trong xi lanh búa 9 Đe dưới 11 được lắp vào

gối đỡ đe 12, chúng được giữ chặt trên bệ đe 13

1.3.5 Dập thể tích

a Thực chất, đặc điểm và ứng dung

- Dập thể tích là phương pháp gia công áp lực trong đó kim loại biến dạng trong

một không gian hạn chế bởi bề mặt lòng khuôn

- Quá trình biến dạng c a phôi trong lòng khuôn được chia thành 3 giai đoạn

+ Giai đoạn 1: Chiều cao c a phôi giảm, kim loại biến dạng và chảy ra

xung quanh, theo phương thẳng đứng phôi chịu ứng suất nén, còn phương ngang chịu

ứng suất kéo

+ Giai đoạn 2: Kim loại bắt đầu lèn kín cửa bavia, kim loại chịu ứng suất

nén khối, mặt tiếp giáp giữa nửa khuôn trên và dưới chưa áp sát vào nhau

+Giai đoạn 3: Kim loại chịu ứng suất nén khối triệt để, điền đầy những

phần sâu và mỏng c a lòng khuôn phần kim loại thừa sẽ tràn qua cửa bavia vào rãnh

chứa bavia cho đến lúc hai bề mặt c a khuôn áp sát vào nhau

٭Ưu điểm c a phương pháp :

DUT.LRCC

+ Thiết bị cần có công suất cao, độ cứng vững và độ chính xác cao

+ Chi phí chế tạo khuôn cao, khuôn làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp lực cao ởi vậy dập thể tích ch yếu dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối

P

1

2345

6

Hình 1.14 Sơ đồ kết cấu c a một bộ khuôn rèn

1 Khuôn trên 2 Rãnh chứa ba via 3.Khuôn dưới

4 Chuôi đuôi én 5 Lòng khuôn 6 Cửa ba via

b Phân loại các phương pháp dập thể tích :

•Căn cứ vào kết cấu c a khuôn dập : 2 loại

+ Dập thể tích trong khuôn hở : là khuôn có mặt phân khuôn gần lòng khuôn vuông góc với lực tác dụng Dập thể tích trong khuôn hở, do có rãnh bavia, một phần kim loại bị biến dạng tự do nên biến dạng kém, khả năng điền đầy khuôn cao, tốn kim loại, nhưng có ưu điểm là không cần xác định chính xác kim loại

+ Dập thể tích trong khuôn kín : có ưu điểm khả năng điền thấu khuôn tốt, vật rèn không có bavia nên đỡ tốn kim koại , nhưng độ chính xác theo chiều cao thấp, đòi hỏi định lượng kim lại chình xác và chê tạo khuôn phức tạp

•Căn cứ và cách bố trí khuôn trên khối khuôn :

+ Rèn trong khuôn 1 lòng khuôn: phôi đươch rèn sơ bộ bằng rèn tự do hay thép định hình, kết cấu khuôn đơn giản nên được sử dung nhiều trong sản xuất trung bình

+ Rèn trong khối khuôn nhiều lòng khuôn : phôi được đưa và những lòng khuôn kế tiếp nhau trên cùng một khối khuôn Phương pháp này chỉ sử dụng trên các máy có công suất lớn, dạng sản xuất trung bình và khối

•Căn cứ vào trạng thái nhiệt c a phôi :

DUT.LRCC

+ Rèn trong khuôn nóng : kim loại dễ biến dạng, khả năng điền đầy kém, không cần thiết bị có công suất cao, khuôn ít mòn

+ Rèn trong khuôn nguội : dùng khi rèn tinh, sửa đúng trước khi ra thành phẩm

c Công nghệ dập thể tích

Tuỳ thuộc mức độ phức tạp c a vật dập, quá trình dập có thể tiến hành qua 1 hoặc nhiều lòng khuôn.Thông thường, với các vật dập phức tạp, quá trình dập đước tiến hành qua các nguyên công dập sơ bộ, dập bán tinh, dập sơ bộ

● Đặc điểm

- Năng suất lao động cao, dễ tự động hóa và cơ khí hóa

- Chuyển động c a thiết bị đơn giản, công nhân không cần trình độ cao, đảm bảo độ chính xác cao

- Có thể dập được những chi tiết phức tạp và đẹp có độ bền cao

*Nguyên công tạo hình : gồm các nguyên công

+ Nguyên công uốn: là nguyên công làm thay đổi hướng c a trục phôi Trong quá trình uốn công, lớp kim loại phía trên bị nén, phía dưới bị kéo, ở giữa không bị nén hay kéo gọi là lớp trung hoà Khi bán kính uốn cong càng bé thì mức độ nén và

DUT.LRCC

kéo càng lớn có thể làm cho vật bị uốn cong bị nứt nẻ Lúc này lớp trung hoà có xu hướng dịch về phía uốn cong

+ Nguyên công dập vuốt : là phương pháp chê tạo các chi tiết có dạng hình trục rỗng có hình dạng bất kì từ phôi thẳng và được tiến hành trên các khuôn dập vuốt Khi dập vuốt có thể làm mỏng thành hoặc không làm mỏng thành Khi dập vuốt không làm mỏng thành, chiều dày chi tiết dập bằng chiều dày phôi ban đầu Với các chi tiết, chiều cao thành vật dập không lớn hơn chiều dày nhiều, dùng chày dập và khuôn đê dập, còn

khi chiều cao c a vật lớn hơn chiều dày nhiều dày nhiều, thường dùng thêm vành ép

để tránh hiện tượng gấp mép ở miệng vật dập

1 Chày dập 2 Vành ép 3 Phôi 4 Phôi dập

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên công dập vuốt không làm mỏng thành

Ngoài ra còn có các nguyên công: uốn vành, tóp miệng, giãn rộng,viền mép, ghép mối,miết

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MÁY ÉP TRONG RÈN DẬP

2.1.2 Đặc điểm các loại máy ép:

- Có thể chế tạo được các chi tiết có hình dạng phức tạp

- Chế tạo chi tiết có chất lượng bề mặt cao không cần qua cắt gọt

- Năng suất máy cao, nền ít chịu rung động như nền máy búa

- Nhưng máy có nhược điểm là ít vạn năng trong các nguyên công dập thể tích, không thực hiện được nguyên công vuốt, ép như máy búa

2.1.3 Ứng dụng của máy ép:

Máy ép được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến trong nhiều nghành công nghiệp như: công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ,công nghiệp xây dựng,công nghiệp thực

phẩm

Được ứng dụng rộng rãi:rèn tự do,rèn khuôn, ép chất dẻo hoặc các vật liệu như

kim loại,ép bột kim loại

2.2 Các loại máy ép thường dùng

2.2.1 Máy ép trục khuỷu

Máy ép trục khuỷu có lực ép từ 16 đến 10.000 tấn Máy này có loại hành trình đầu con trượt cố định gọi là máy có hành trình cứng; có loại đầu con trượt có thể điều chỉnh được gọi là hành trình mềm Nhìn chung các máy lớn đều có hành trình mềm Trên máy dập cơ khí có thể làm được các công việc khác nhau: rèn trong khuôn hở, ép phôi, đột lỗ, cắt bavia,

Nguyên lý làm việc c a máy như sau: động cơ (1) truyền qua bộ truyền đai (2)

và (3), truyền chuyển động cho trục(4), bánh răng (5) ăn khớp với bánh răng (6) lắp lồng không trên trục khuỷu (8) Khi đóng ly hợp (7), trục khuỷu (8) quay, thông qua tay biên (10) làm cho đầu trượt (11) chuyển động tịnh tiến lên xuống, thực hiện chu

DUT.LRCC

trình dập Đe dưới (13) lắp trên bệ nghiêng có thể điều chỉnh được vị trí ăn khớp c a khuôn trên và khuôn dưới

Đặc điểm c a máy dập trục khuỷu: Chuyển động c a đầu trượt êm hơn máy búa , năng suất cao, tổn hao năng lượng ít, nhưng có nhược điểm là phạm vi điều chỉnh hành trình bé, đòi hỏi tính toán phôi chính xác và phải làm sạch phôi kỹ trước khi dập

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu 1- Động cơ điện 2- ánh đai nhỏ 3- Bánh đai lớn ( ánh đà) 4- Trục dẫn 5- ánh răng nhỏ 6- ánh răng lớn 7- Cơ cấu ly hợp 8- Trục khuỷu 9- Cơ cấu phanh hãm 10- Tay biên 11- Đầu trượt 12- Rãnh trượt1 13- Đe dưới 14- Đế máy

13 14

12 11

10 9

DUT.LRCC

5.Van tiết lưu 11 Van tràn

6.Van đảo chiều (van phân phối) 12 ể dầu

*Nguyên lý hoạt động :

Động cơ truyền chuyển đông làm quay bơm dầu 2, lấy dầu từ bể dầu 12 qua van tràn và van tiết lưu đến hệ thống van phân phối 6 theo đường dẫn dầu I đến Xi lanh 7 thực hiện quá trình ép đẩy đầu trượt 8 đi xuống, đồng thời dầu theo đường ống II qua van phân phối để về lại bể chứa dầu 12 Ở hành trình về c a piston sẽ theo chiều ngược lại tức là vào xi lanh theo đường ống II và ra khỏi xi lanh ở đường ống I Sự đảo chiều c a piston được điều khiển bởi hệ thống van phân phối 6

*Đặc điểm

-Ưu điểm :

+ Lực ép được kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ

+ Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, cố định ở bất kỳ vị trí nào c a hành trình làm việc

+ Khó xảy ra quá tải

+ Lực tác dụng làm biến dạng vật liệu rất êm và từ từ

+Tốc độ chuyển động c a đầu trƣợt cố định và có thể điều chỉnh đƣợc,có thể thay đổi đƣợc chiều dài hành trình

+ Làm việc không có tiếng ồn

+ Hệ thống điều khiển tự động hóa

+ Năng suất và hiệu quả cao

Động cơ (1) truyền chuyển động qua bộ truyền đai (2) làm quay trục (4), trên đó

có lắp các đ a ma sát (3) và (5) Khi nhấn bàn đạp (11), cần điều khiển (10) đi lên đẩy trục (4) dịch sang bên phải và đ a ma sát (3) tiếp xúc với bánh ma sát (6) làm trục vít quay theo chiều thuận đƣa đầu búa đi xuống Khi đến vị trí cuối c a hành trình ép vấu (8) tỳ vào cữ (9) làm cho cần điều khiển (10) đi xuống đẩy trục (4) qua trái và đ a ma sát (5) tỳ vào bánh ma sát (6) làm cho trục vít quay theo chiều ngƣợc lại đƣa đầu trƣợt

đi lên đến cữ hành trình (7), cần (10) lại đƣợc nhấc lên, trục (4) đƣợc đẩy sang phải lặp lại quá trình trên

Sơ đồ nguyên lý:

DUT.LRCC

5 3

1 2

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG

HỌC, TĨNH HỌC CƠ CẤU TAY BIÊN TRỤC KHUỶU

3.1 Xây dựng sơ đồ động học máy ép trục khuỷu

3.1.1 Phân tích các yêu cầu kỹ thuật

Qua việc phân tích ch ng loại máy ép và một số cơ cấu truyền động cùng với công nghệ chế tạo, ta rút ra một số yêu cầu chính để chế tạo máy ép

- Thân máy phải vững chắc đặc biệt là trục chính máy

- Máy có lực dập 100 tấn nên thân máy 2 trụ; tay biên con trượt ở giữa nên yêu cầu

độ cứng vững cao, thân máy có độ nghiêng bằng 00

3.1.2 Lựa chọn cơ cấu chấp hành

Chọn động cơ đúng là chọn động cơ có tính năng làm việc phù hợp với yêu cầu

truyền động máy, phù hợp với môi trường làm việc; vận hành an toàn, ổn định

Có các loại động cơ thường dùng trong công nghiệp là :

- Động cơ điện 1 chiều: dùng dòng điện 1 chiều để làm việc hoặc dòng 1 chiều điều chỉnh được Động cơ điện khởi động êm, hãm và đổi chiều dễ dàng Nhưng giá thành khá đắt, khối lượng sửa chữa lớn, mau hỏng hơn động cơ xoay chiều, tốn thêm vốn đầu tư thiết bị chỉnh lưu

- Động cơ xoay chiều 3 pha: Động cơ không đồng bộ 3 pha kiêu lồng sóc giá rẻ, cấu tạo vận hành đơn giản, mắc trực tiếp với mạng điện xoay chiều

- Động cơ không đồng bộ 1 pha: Công suất không lớn lắm, thường dùng cho máy khâu, máy quạt,…

Từ các phương án trên, ta chọn động cơ xoay chiều 3 pha kiểu lồng sóc vì giá thành

rẻ, có thể mắc trực tiếp với mạng điện, dễ sử dụng, bảo quản, sửa chữa

3.1.3 Lựa chọn thân máy

Ở đây, ta chọn phương án là thiết kế máy ép trục khuỷu

Dựa vào các kiểu thân máy, người ta chia ra làm hai kiểu: Thân hở và thân kín

+ Kiểu thân hở: Là kiểu thân máy có dạng chữ E có ưu điểm là gọn nhẹ, mở rộng được phạm vi, đưa phôi vào cả ba phía c a bàn máy Kiểu này thường có lực dập

DUT.LRCC

không lớn hơn 100 tấn, còn khi yêu cầu lực dập lớn hơn nữa người ta dùng kiểu thân kín Thân máy được liên kết với nhau bằng kết cấu hàn hay bulông giăng

+ Kiểu thân kín có độ cứng nòng cao: Thân máy bị biến dạng khi có tải trọng, sản phẩm dập ra có độ chính xác cao Việc đưa phôi vào máy thực hiện 2 phía trước và sau Ngoài việc phân loại trên, thân máy còn chia làm 2 kiểu: một trục và hai trục + Thân máy kiểu một trục : Là dạng thân máy có bộ phận truyền động nằm về một phía c a thân máy(hình 2-1 a), biên máy mang đầu trượt nằm ngoài gối đỡ c a thân máy, gọi là thân máy có trục công xôn Nhược điểm c a loại thân máy này là độ cứng

c a trục chính thấp

Hình 3.1a Thân máy kiểu 1 trục +Thân máy kiểu 2 trục: Là loại thân máy có bộ phận truyền động, bố trí ở 2 phía c a thân máy (hình 2-1 b) Biên máy mang đầu trượt nằm giữa 2 gối đỡ c a thân máy nên

độ cứng vững c a thân máy cao Thân máy kiểu 2 trục thường có kiểu thân nghiêng được và thân cố định, loại thân nghiêng được có ưu điểm là sản phẩm sau khi dập rời khỏi lòng khuôn , được ra theo chiều nghiêng c a thân máy

Hình 3.1b Thân máy kiểu 2 trục

3.1.4 Lựa chọn bộ truyền:

Truyền động cơ cấu tay biên trục khuỷu từ động cơ có thể bằng bộ truyên đai thang hay các bộ truyền bánh răng trụ Số cấp truyền động có thể từ 1,2,3,… tùy thuộc vào

DUT.LRCC

số hành trình trong 1 phút c a máy và số vòng quay c a động cơ điện Do đó, đối với máy ép hành trình nhanh có số hành trình trong 1 phút n=150-200, tỉ số truyền

X X

c) ba cấp 1 phía d) ba cấp 2 phía

Hình 3.2 ố trí các bộ truyền

Từ các phương án trên ta chọn bộ truyền 2 cấp

3.1.5 Lựa chọn loại trục khuỷu

Về nguyên lý làm việc c a máy ép trục khuỷu có chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến lên xuống c a đầu trượt mang chày tạo ra chuyển động dập Để tạo ra được chuyển động tịnh tiến này, ta đưa ra một số phương án:

a Chuyển động tịnh tiến nhờ trục khuỷu 2 trụ

Đặc điểm chuyển động c a cơ cấu này là biến chuyển động quay n thành chuyển động tịnh tiến lên xuống c a đầu trượt

DUT.LRCC

Cơ cấu này có 2 ƣu điểm là đơn giản, hiệu suất cao, độ cứng vững c a đầu trƣợt lớn và hành trình làm việc c a đầu ép lớn

Hình 3.3 Một khuỷu

b Chuyển động tịnh tiến nhờ trục lệch tâm kiểu 1 trục:

Đặc điểm c a chuyển động này là biến chuyển động quay trục lệch tâm CO1thành chuyển động lên xuống c a đầu trƣợt

Nhƣng ở cơ cấu này có đặc điểm là do dùng trục lệch tâm để truyền chuyển động nên lực ép không lớn lắm, độ cứng vững thấp hành trình làm việc nhỏ ,ƣu điểm là đơn giản

dễ chế tạo

Hình 3.4 Khuỷu lệch tâm

c Cơ chế chuyển động thông qua các khâu bản lề:

Đặc điểm c a cơ cấu truyền động: biến chuyển động quay c a khuỷu 1 thành chuyển động tịnh tiến c a đầu trƣợt Ta thấy ở loại cơ cấu này truyền động rất phức tạp , chiếm không gian máy lớn do dùng cơ cấu thanh truyền và khuỷu bản lề, hiệu suất truyền động thấp, hành trình làm việc nhỏ, không đáp ứng đƣợc tính năng kinh tế ,

kỹ thuật khi thiết kế máy

Hình 3.5 Thông qua khâu bản lề

d Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin

Cơ cấu hình sin chuyển động quay toàn vòng thành chuyển động tịnh tiến qua lại hay ngƣợc lại Ở đây con trƣợt 2 đóng vai trò thanh truyền khâu 1 quay tròn quanh O

S n

làm đầu trượt 2 trượt trong khe k: Nhờ sự trượt trong khe k c a khâu 2 làm cho khâu 3 mang đầu trượt gắn liền với khe chuyển động lên xuốn Ta thấy việc hoạt động c a cơ cấu rất phức tạp, hiệu suất thấp, độ cứng vững thấp nên không đáp ứng được tính năng kỹ thuật khi thiết kế

Hình 3.6 Nhờ cơ cấu hình sin

Kết luận: Qua việc phân tích và đưa ra các phương án thiết kế c a cơ cấu chấp hành như trên Ta thấy cơ cấu chuyển động tịnh tiến nhờ trục khuỷu 2 trụ là tối ưu, hiệu quả

về mặt tính năng kỹ thuật, hiệu suất cao phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cần thiết kế

Từ các lựa chọn trên ta chọn sơ đồ động c a máy ép trục khuỷu như hình dưới

Hình 3.7 Sơ đồ động máy thiết kế

3.2 Tính toán tĩnh học và động học cơ cấu tay biên – trục khuỷu

3.2.1 Các số liệu ban đầu

Thiết kế máy ép 1 khuỷu, dạng thân hở, không nghiêng được, tác dụng đơn ( đơn động ), có lực ép danh ngh a là 100 tấn

Chọn máy K2130ъ làm chuẩn, theo bảng PL- 31 trang 184 (1)

Ta có các thông số k thuật cơ bản c a máy như sau :

DUT.LRCC

Thông số kĩ thuật ban đầu Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Lực ép P 100 Tấn

Hành rình đầu trượt S 130 mm

Tốc độ đầu trượt n 50 ÷ 80 Nhát/phút Chiều cao kín c a máy 400 mm

Dựa vào các số liệu này ta đi tính động học và t nh học c a máy

3.2.2 Tính toán động học cơ cấu tay biên trục khuỷu

Khi thiết kế máy ép trục khuỷu, ta cần xác định các thông số động học: qui luật thay đổi hành trình, vận tốc gia tốc c a đầu trượt, xác định các giá trị đó trong suốt quá trình công tác

a Hành trình, tốc độ và gia tốc của đầu trượt

-Trong máy ép trục khuỷu, để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến c a đầu trượt, người ta sử dụng cơ cấu tay quay thanh truyền Chiều dài tay quay

R chính là bán kính lệch tâm c a trục kh yu Chiều dài L c a tay biên là khoảng cách giữa 2 tâm c a 2 ổ bi ở 2 đầu biên trên và dưới Khi đầu trượt chuyển động đi lại có hai vị trí tại đó vận tốc đầu trượt bằng 0 gọi là điểm chết trên và điểm chết dưới Khoảng cách giữa 2 vị trí đó gọi là hành trình c a đầu trượt S = 2R là 1 giá trị không đổi Mỗi vòng quay c a trục khuỷu thực hiện 2 hành trình đi lên và đi xuống

DUT.LRCC