Thiết kế máy chấn thủy lực

Thiết kế máy chấn thủy lực Thiết kế máy chấn thủy lực Thiết kế máy chấn thủy lực 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 CHẤN THỦY LỰC

Người hướng dẫn: TS TÀO QUANG BẢNG

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỨC MẠNH

Đà Nẵng, 2019

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

Chương 1 GIỚI THIỆU MÁY VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 5

1.1 GIỚI THIỆU MÁY 5

1.2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 7

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI 10

1.3.1 Tính dẻo của kim loại : 12

1.3.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo : 13

1.3.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội : 16

1.4 Lý thuyết quá trình uốn 16

1.4.1 Khái niệm : 16

1.4.2 Quá trình uốn : 16

1.5 Cơ sở tính toán để tạo hình phôi thép 19

1.5.1 Cơ sở tính toán : 19

1.5.2 Công thức : 19

1.5.3 Công thức chấn gấp 20

1.5.3.1 Bán kính chấn gấp tối thiểu 20

1.5.3.2 Chiều dài cạnh gấp tối thiểu 21

1.5.3.3 Độ dài trừ hao cho tấm kim loại trải phẳng 21

Chương 2THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG 23

2.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC: 23

2.2 PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH : 23

2.3 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 23

2.3.1 Phương án bố trí xi lanh 23

2.3.1.1: Bố trí một xi lanh 23

2.3.1.2 : Bố trí hai xi lanh 25

2.3.1.3 : Bố trí ba xi lanh 26

2.3.2 PHƯƠNG ÁN ĐỒNG BỘ 27

2.3.2.1 : Phương án đồng bộ bằng trục đồng bộ 27

2.3.2.2 : Phương án đồng bộ bằng thanh răng - bánh răng 28

2.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 29

2.4.1: Sơ đồ động học của máy 29

2.5 Tính toán thiết kế động học cho máy 30

2.5.1 Phân tích hoạt động của máy 30

DUT.LRCC

2.5.2 Tính toán lực ép cần thiết của máy 30

2.6 Ttính toán hệ thống thủy lực và các phần tử trong hệ thống 31

2.6.1 Tính lực ép, áp suất, đường kính piston 31

2.6.2 Tính chọn công suất bơm dầu 38

2.6.3 Tính toán van an toàn 40

2.6.4 Tính toán van cản 46

2.6.5 Tính toán cho acqui dầu 48

2.6.6 Chọn lựa van điều khiển 50

2.6.7 Chọn lọc dầu cho hệ thống 51

2.6.8 Tính toán ống dẫn dầu 52

2.6.9 Tính công suất động cơ điện 54

2.6.10 Tính toán thiết kế bể chứa dầu 54

Chương 3TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ CƠ CẤU CỦA MÁY 57

3.1 TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO THÂN DAO TRÊN 57

3.2 TÍNH SỨC BỀN THÂN DAO DƯỚI 64

3.3 TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO CẦN PISTON 65

3.4 TÍNH BỀ DÀY THÀNH XILANH 66

3.5 TÍNH CHỌN VÍT ĐỂ GHÉP VÕNG CHẮN KHÍT 68

3.6 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 70

Chương 4AN TOÀN VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 71

4.1 Máy chấn được thiết kế điều khiển bằng hệ thống thủy lực với bảng điều khiển gồm các nút nhấn sau: 71

4.2 Cách thức hoạt động 71

4.3 An toàn với người công nhán khi vận hành máy chấn tôn thủy lực 72

4.4 An toàn đối với máy chấn tôn thủy lực 72

4.5 Bảo vệ máy chấn tôn thủy lực 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DUT.LRCC

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 :Thanh chữ U và V 7

Hình 1.2 :Phần khung sườn sau khi được người công nhân ráp lên tường 8

Hình 1.3 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể 11

Hình 1.4 Các dạng ứng suất chính 13

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mứt độ biến dạng 16

Hình 1.6 Biến dạng của phôi thép khi uốn 17

Hình 1.7 Các kích thước cơ bản trong chấn gấp trên sản phẩm kim loại tấm 21

Hình 1.8 Công thức tính chiều dài cạnh gấp tối thiểu 21

Hình 2.1 : Sơ đồ nguyên lý bố trí một xilanh 24

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý bố trí hai xilanh 25

Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý bố trí ba xilanh 26

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý đồng bộ bằng trục đồng bộ 27

Hình 2.5 : Sơ đồ nguyên lý đồng bộ bằng thanh răng – bánh răng 28

Hình 2.6 Sơ đồ động máy ép thủy lực 29

Hình 2.7 Kết cấu xilanh piston 32

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hành trình xuống nhanh 34

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hành trình ép phôi 36

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hành trình lùi về 37

Hình 2.11 Bơm piston hướng trục 39

Hình 2.12 Kết cấu nguyên lý van an toàn 41

Hình 2.13 Kết cấu nguyên lý van cản 46

Hình 2.14 Kết cấu nguyên lý acqui dầu 49

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý lưới lọc thô 51

Hình 2.17 Kết cấu bộ lọc cao áp 52

Hình 2.18 Kết cấu bình chứa dầu 55

Hình 3.1 Kết cấu thân dao trên 57

Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng 57

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán 58

Hình 3.4 Sơ đồ mômen tại các gối 58

Hình 3.5 Biểu đồ mômen do tải trọng gây ra 59

Hình 3.6 Sơ đồ lực tác dụng lên thân gá dao dưới 64

Hình 3.7 Kết cấu thân gá dao dưới 64

Hình 3.8 Kết cấu của thănh xilanh 66

Hình 3.9 Kết cấu của xilanh piston 68

Hình 3.10 Sơ đồ mạch điện điều khiển 70

DUT.LRCC

LỜI NÓI ĐẦU

Tốc độ phát triển của ngành gia công kim loại tấm và công nghiệp phụ trợ tăng trưởng mạnh trong những năm gần đây đặt ra yêu cầu về sản lượng, tốc độ làm việc, chất lượng sản phẩm đầu ra và xu hướng phát triển công nghệp 4.0 đòi hỏi các phương pháp gia công cắt, gấp phải được cải tiến liên tục

Hơn nữa, hiện nay Đảng đã xác định công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa Như chúng ta đã biết, nước ta là nước có nền công nghiệp còn lạc hậu, trình độ công nghệ còn chưa theo kịp các nước tiên tiến trên thế giới Vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị để phục vụ cho nền kinh tế

Từ đó đảng đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó việc đào tạo những người có chuyên môn trong lĩnh vực này rất cần thiết

Từ chủ trương của Đảng, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã không ngừng phát triển, nâng cao chất lượng giảng dạy và học trong đó ngành cơ khí ngày càng phát triển, nâng cao chất lượng đào tạo Là những sinh viên may mắn được tìm hiểu và học tập tại khoa Cơ Khí, chúng em rất tự hào và phấn khởi Sau một thời gian học tập tại trường và được đi tham quan, thực tập tại các nhà máy, xí

nghiệp, bản thân em đã được giao nhiệm vụ Thiết kế Máy chấn thủy lực

Bằng kiến thức học tập tại trường và qua quá trình thực tập tại các nhà máy

cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy TS.TÀO QUANG BẢNG , em đã hoàn

thành nhiệm vụ đã được giao Tuy nhiên, do kiến thức và kinh nghiệm của em còn nhiều hạn chế cho nên việc tính toán thiết kế máy chắc chắn còn rất nhiều thiếu sót Em kính mong các thầy bỏ qua và chỉ dẫn thêm để em được vững kiến thức trước khi ra trường

Lời cuối, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn và các thầy cô trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thiết kế

Nguyễn Đức Mạnh DUT.LRCC

Chương 1

GIỚI THIỆU MÁY VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM

1.1 GIỚI THIỆU MÁY

Máy chấn tôn thủy lực hay máy chấn thép tấm thủy lực (Press brake) là một loại máy

ép dập chủ yếu được sử dụng trong gia công uốn thép lá, nhôm lá Máy có thể gia công uốn vật liệu có chiều rộng lớn (nhiều trường hợp lên đến 16m)

Máy chấn tôn dùng hệ thống ép bằng thuỷ lực Máy chấn tôn là dùng chầy và cối để tạo góc cho vật liệu là tôn tấm, hoặc bản kim loại Máy chấn tôn thủy lực dùng hành trình từ trên xuống hoặc từ dưới lên Khi chấn thì toàn bộ lưỡi chấn tịnh tiến đều trên sản phẩm cần chấn để tạo ra đường chấn thẳng đều, có đôi khi còn phải chỉnh cho cối chấn cong lên để đường chấn được thẳng trên toàn bộ cạnh chấn để chấn tấm kim loại dày và lực chấn lớn

Máy chấn tôn thủy lực đa số sử dụng nguyên lý ép thủy lực trong cơ chế hoạt động, với 2 bộ phận chính, quan trọng nhất là chày và cối Vì vậy người ta gọi máy chấn tôn thủy lực để phân biệt với máy chấn tôn cơ Chày và cối có tác dụng tạo góc cho vật liệu cần chấn, có thể là tôn, inox hoặc các bản kim loại khác Khi hoạt động, toàn bộ lưỡi chấn chuyển động thẳng đều trên bề mặt bản kim loại nhằm tạo ra những đường chấn, những góc chấn chuẩn chỉnh và đều đặn Với những bản kim loại dày, cối chấn phải điều chỉnh cong lên sâu hơn

DUT.LRCC

1.1.1 Đặc điểm máy chấn thủy lực

 Máy ép thuỷ lực được thiết kế để ép các dạng hình V, L, Z, U, … đặc biệt là các chi tiết trong tàu bè, xà lan…vv, tùy vào hình dạng của khuôn chấn và dao chấn

 Cấu trúc thép liên kết hàn, chống rung khi làm việc

 Ba xilanh đứng

 Hệ thống cơ khí chắc chắn và đồng bộ

 Tích hợp hệ thống thuỷ lực thông minh

 Dàn đo độ rộng tôn điều khiển bằng động cơ, truyền động trục vít kiểu T, hiện thị số

 Thiết kế cần treo PANEL điều khiển

 Bàn đạp được thiết kế thêm nút dừng khẩn cấ

 Độ chính xác thiết bị cao

 Máy hoạt động được điều khiển bằng cơ cấu thuỷ lực , vận hành dễ dàng bằng bảng điều khiển

 Điều khiển thiết bị theo vật liệu cũng như thiết bị cần ép tương thích

 Có các hình thức điều khiển tuỳ theo việc sử dụng

 Nhiều hình dáng ép khác nhau như hình chữ chữ U, chữ L, Chữ V và hình dáng

đa diện (Phụ thuộc vào lựa chọn bộ khuôn)

 Chiều dài khuôn và dao chấn là 6000 mm

 Công suất máy cần phải đủ để tạo ra lực chấn được ra chi tiết

 Các phần khung, khuôn máy, dao chấn cần phải được tính toàn bền để chịu được các lực khi máy hoạt động

 Phải đảm bảo độ chính xác giữa khuôn và dao chấn, lưỡi dao chấn phải đồng tâm với phần khuôn

 Các phần cữ trên máy cần đặt vào các vị trí chính xác nhằm đảm bảo vị trí tương quan giữa chi tiết và phần khuôn

 Khuôn và dao chấn cần được gia công đảm bảo góc độ chính xác

 Bố trí tủ điều khiển thuận lợi để công nhân có điều kiện về vị trí làm việc tốt nhất

 Đảm bảo các hành trình piston phải phối hợp với nhau theo đúng trình tự: cấp phôi, chấn xuống, rút dao lên, rút piston cấp phôi về

1.1.2 Thông số kỹ thuật

 Áp lực danh định: 160 tấn

DUT.LRCC

 Chiều dài chấn tối đa: 6000mm

 Chiều dầy chấn tôn (L,V) tối đa: 6mm với chiều dài 4500mm, thép CT38

 Khoảng cách giữa hai trục thuỷ lưc: 2250m

 Chiều sâu khoang làm việc: 250mm

 Chiều cao nâng dao chấn tối đa: 400 mm·

 Công suất động cơ chính: 14KW

 Lưu lượng dầu: 40L/min

 Kích thước: 6100mm x 3065mm x 1810mm

 Trọng lượng khoảng 40 tấn

 Nguồn điện cung cấp: 380V/50Hz/3 Pha

 Hệ thống dao chấn và khuôn làm bằng hợp kim 130Cr12V

1.2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM

Hình 1.1 :Thanh chữ U và V DUT.LRCC

Hình 1.2 :Phần khung sườn sau khi được người công nhân ráp lên tường Cùng với đó ngành công nghiệp đóng tàu cũng là một ngành công nghiệp cực kì phát triển ở việt nam cũng như các nước trên thế giới Những tấm sườn, khung thép của chúng được làm bằng thép và cần phải có máy có chiều dài làm việc lớn để gia

Máy có thể chấn đƣợc những hình dạng chấn bao gồm chấn U, V,Z…

DUT.LRCC

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI

Khi kéo từ từ theo chiều trục một mẫu kim loại tròn, dài ta đƣợc biểu đồ kéo hay còn gọi là biểu đồ tải trọng – biến dạng với dạng điển hình đƣợc trình bày ở hình sau Biểu đồ này cho ta 1 khái niệm chung về các loại biến dạng và phá hủy

Khi tải trọng đặt vào nhỏ , F < Fđh, độ biến dạng (đƣợc biểu thị bằng độ dãi giài ) tỷ

lệ bậc nhất với tải trọng , khi bỏ tải trọng biến dạng mất đi Biến dạng nhƣ vậy gọi là

DUT.LRCC

biến dạng đàn hồi Ví dụ, dưới tải trọng F1 mẫu bị dài thêm 1 đoạn O1, nhưng khi bỏ tỉa trọng đi mẫu trở lại kích thước ban đầu

Khi tải trọng vào F>Fđh, độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn lại 1 phần Biến dạng này được gọi là biến dạng dẻo Ví dụ, khi đặt tải trọng F” mẫu bị kéo dài theo đường Oea tức bị dài thêm 1 đoạn Oa”, nhưng khi bỏ tải trọng mẫu bị co lại theo đường song song với đoạn thẳng Oe nên cuối cùng vẫn bị dài thêm một đoạn Oa’, phần này chính là phần biến dạng dẻo hay dư , còn lại sau quá trình; còn a’a” là phần biến dạng đàn hồi còn mất đi sau quá trình Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc đó trong lim loại xảy ra biến dạng cũ bộ ( hình thành co thắt ), tải trogj giảm đi mà biến dạng vẫn tăng dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C

Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực , kim loại biến dạng theo các giai đọan : biến dạng đàn hồi , biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Tùy theo từng cấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim

Trong đơn tinh thể kim loại , các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định , mỗi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó (a)

Hình 1.3 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

Biến dạng 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 (b) , nếu thôi tác dụng lực , mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu

DUT.LRCC

Biến dạng dẻo : 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 (c) 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 trang 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 (d) 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 xuất hiện

1.3.1 Tính dẻo của kim loại :

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các nhân tố khác nhau : thành phần và tổ chức của kim loại , nhiệt độ , trạng thái ứng suất chính , ứng suất dư , ma sát ngoài , lực quán tính , tốc độ biến dạng

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 cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

DUT.LRCC

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ , hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo 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 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

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 trang thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm

1.3.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo :

Giả sử trong vật thể hoàn toàn không ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau :

Hình 1.4 Các dạng ứng suất chính Ứng suất đường : max = 1/2 (1.1) [1/178] Ứng suất mặt : max = (1 - 2)/2 (1.2) [1/178] Ứng suất khối : max = ( max - max ) (1.3) [1/178] Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và không có biến dạng Ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy ch

Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường

Khi kim loại chịu ứng suất mặt

  = max (1.6) [1/180] Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi Thế năng của biến dạng đàn hồi

A = A0 + Ah (1.7) [1/184] Trong đó :

A0 : thế năng để thay đổi thể tích vật thể ( trong biến dạng đàn hồi thể tích của vật thể tăng lên , tỉ trọng giảm xuống )

Ah : thế năng để thay đổi hình dáng vật thể

Trạng thái ứng suất khối , thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định :

A = (11 + 22 + 33 ) /2 (1.8) [1/185] Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc :

A =

E

2

1 [ 12 + 22 + 32 - 2(12 + 23+ 13 ) Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hướng cùng góc :

F F

 = 

1 + 2 + 3 =

E

21 ( 

DUT.LRCC

Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (1.9) ta có thể viết :

2 =  (1 + 3) Khi biến dạng dẻo ( không tính đến đàn hồi ) thể tích của vật không đổi vậy

V=0

Từ (2.12) ta có :

E

21 ( 

1 - 3 = 0

3

2  = 0,580 (1.18) [1/190] Trong trượt tinh khi 1 = -3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0 , ứng suất tiếp khi  = 450

 = k = 0,580 (1.20) [1/190] Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là : k = 0,580 gọi là hằng số dẻo

Ơ trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết :

1 - 3 = 2k = const 2k = 0

3

2  = 1,156 Phương trình dẻo (1.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại bằng áp lực

DUT.LRCC

Tính theo hướng của các áp suất , phương trình dẻo (1.18) chính xác nhất là được viết : 1 - (3) = 2k

1.3.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội :

Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại

sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng

Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mứt độ biến dạng

1.4 Lý thuyết quá trình uốn

1.4.1 Khái niệm :

Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo

Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nén và co ngắn ở hướng dọc ,

bị kéo ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp trung hòa

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày , chỗ uốn sai lệch hình dạng tiết diện ngang , lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi với bán kính góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại

+ Xác định vị trí lớp trung hòa , chiều dài lớp trung hòa 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 dài cả đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Chiều dài phôi được tính theo công thức :

Lớptrung hòa

R DUT.LRCC

r x.s0

0

 

: chiều dài các lớp trung hòa

r : bán kính uốn cong phía trong

x : hệ số phụ huộc vào tỷ số r/s

s : chiều dày vật uốn

Khi uốn 1 góc  = 900

thì L = L90000,5s 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 (rtrong = rmin)

Bán kính uốn lớn nhất :

rmax =



2

.s

[2/106]

rngoài = rtrong - s

E = 2,15 105 Nmm2 : mô đun đàn hồi của vật liệu

S : chiều dày của vật uốn

1 : giới hạn chảy của vật liệu

Bán kính uốn nhỏ nhất : rmin =

21

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 :

P =

L

n S

: hệ số uốn tự do có thể tích theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỷ số L/S

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : chiều dày của vật uốn

N : hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng

DUT.LRCC

N = 1,61,8

b : giới hạn bền của vật liệu

L : khoảng cách giữa các điểm tựa Lực uốn góc tinh chính tính theo công thức :

P = q.F (N) Trong đó:

F - diện tích vành ép tiếp xúc với chi tiết (mm2 );

q - áp suất ép phụ thuộc vào vật liệu (N/mm2 ) Vật liệu Áp suất ép N/mm2 Vật liệu Áp suất ép N/mm2 Thép s < 0.5 2,5 - 3,0 Đồng đỏ 1,2 - 1,8

Thép s > 0.5 2,0 - 2,5 Nhôm 0,8 - 1,2

Đồng thau 1,5 - 2,0 Duara mềm 1,5 - 2,0

Tóm lại : Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà còn có 1 phần ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn có lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn

1.5 Cơ sở tính toán để tạo hình phôi thép

1.5.1 Cơ sở tính toán :

+ Thép cacbon thông thường CT42 có ch = 24 [kg/mm2] , b = 42 [kg/mm2] + Thép tấm JIS SS400 có ch = 24 [kg/mm2] , b = 42 [kg/mm2]

Bề dày phôi thép tối đa 12 mm

1.5.3.1 Bán kính chấn gấp tối thiểu

Các yêu cầu bán kính uốn tối thiểu có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và vật liệu Đối với các ứng dụng ngành hàng không vũ trụ, với yêu cầu an toàn hơn, giá trị có thể cao hơn Khi bán kính ít hơn khuyến cáo, điều này có thể gây ra vấn đề nứt gãy vật liệu Bán kính chấn gấp tối thiểu đƣợc các nhà chế tạo máy đề nghị phải bằng ít nhất 1 lần độ dày vật liệu

DUT.LRCC

Hình 1.7 Các kích thước cơ bản trong chấn gấp trên sản phẩm kim loại tấm

1.5.3.2 Chiều dài cạnh gấp tối thiểu

Chiều dài cạnh gấp phải được duy trì tránh các vết nứt và sản xuất dễ dàng

Chiều dài cạnh gấp nhỏ nhất = 3*Độ dày của tấm + Bán kính uốn cong

Hình 1.8 Công thức tính chiều dài cạnh gấp tối thiểu

1.5.3.3 Độ dài trừ hao cho tấm kim loại trải phẳng

Độ dài trừ hao của đường uốn cong là giá trị tính toán để xác định chiều dài tấm kim loại trải (trước khi chấn) Khi chấn, gấp phần kim loại bị giãn ra, kết quả

là tấm phẳng sẽ dài ra Tính chiều dài trừ hao cho việc giãn ra sẽ xác định được lượng cần trừ đi của cạnh chấn để sau khi chấn được chiều dài sản phẩm mong muốn

Sơ đồ bên dưới cho thấy sơ đồ đo kích thước tiêu chuẩn khi sử dụng công thức trừ hao uốn cong

Độ dài trừ hao BD được định nghĩa là phần chênh lệch giữa tổng chiều dài các cạnh và chiều dài tấm trải ban đầu

DUT.LRCC

Công thức tính chiều dài cạnh gấp tối thiểu

Lf = chiều dài tấm trải

BD = Độ dài trừ hao cho tấm trải

R = bán kính uốn cong bên trong

K = t / T (hệ số)

T = độ dày vật liệu

t = khoảng cách từ bên trong mặt vào đường trung bình

Để đơn giản, chúng tôi chỉ giới thiệu công thức cho chấn 90 độ

Uốn cong 90 độ, công thức đơn giản hóa là:

BD=R*(2-A)+T*(2-K*A)

Hệ số K

Hệ số K được xác định bằng công thức: K=t/T

và thường là giữa 0,3 và 0,5

Việc tính toán hệ số K sẽ mất nhiều thời gian và khó hiểu cho người vận hành Do

đó, các chuyên gia đã đưa ra bảng thực nghiệm xác định hệ số K như sau:

DUT.LRCC

Chương 2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA

HỆ THỐNG

2.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC:

Tính toán động học cho máy là việc phân tích, so sánh chọn các phương án thiết

kế máy và nguyên lý máy

Dập định hình trụ đèn là quá trình làm biến dạng phôi thép tấm để có được biên dạng như ý muốn Ở đây nhiệm vụ của người thiết kế là phân tích tìm hiểu các phương

án một cách kỷ càng để đưa ra một phương án thiết kế máy hợp lý nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật để nâng cao chất lượng của sản phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế và khả năng chế tạo của nơi sản xuất phải đáp ứng được

2.2 PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH :

Việc nhấn định hình trụ được thực hiện trên máy nhấn với lực nhấn được tính toán sau cho phôi thép tấm biến dạng dẻo để có biên dạng như yêu cầu Biên dạng được hình thành nhờ phần chày và cối có biên dạng thích hợp

Do biến dạng đàn hồi của phôi thép cho nên sau khi nhấn tạo hình phôi thép sẽ biến dạng như biên dạng của chày và cối cho nên phải tính toán biên dạng khuôn trên

và khuôn dưới để có biên dạng phôi đúng như yêu cầu

P T T L

1 2

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ưu điểm : Thiết kế đơn giản

2.3.1.2 : Bố trí hai xi lanh

Sơ đồ nguyên lý :

P T T L

1 2

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ưu điểm : Thiết kế máy nhỏ gọn hơn

+ Nhược điểm : Nếu một xilanh bị hỏng thì máy không thể làm việc

DUT.LRCC

2.3.1.3 : Bố trí ba xi lanh

Sơ đồ nguyên lý :

1 2

3

P T T L

4

5

Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý bố trí ba xilanh Trong đó :

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ưu điểm : Nếu một xilanh bị sự cố thì máy vẫn hoạt động được, đảm bảo năng suất + Nhược điểm : Các phần tử thủy lực bố trí rườm ra hơn do nhiều xilanh

DUT.LRCC

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý đồng bộ bằng trục đồng bộ Trong đó :

1 Xilanh

2 Trục đồng bộ

3 Đầu trượt

4 Dao nhấn

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ưu điểm : Làm việc chắc chắn, an toàn

Chế tạo đơn giản

+ Nhược điểm : Khi gặp sự cố phải thay cả trục

DUT.LRCC

2.3.2.2 : Phương án đồng bộ bằng thanh răng - bánh răng

Sơ đồ nguyên lý :

2 1

3 4

Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ưu điểm : Làm việc chính xác, bền bỉ

+ Nhược điểm : Khó chế tạo

DUT.LRCC

2.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

Với yêu cầu đặt ra của việc tạo hình cho thân trụ

+ Lực ép đủ lớn để có thể tạo ra biên dạng yêu cầu với phôi thép tấm có chiều dày lớn

+ Yêu cầu năng suất cao để đảm bảo cho dây chuyền sản xuất của toàn nhà máy hoạt đông tốt

+ Chiều dài nhấn rất lớn

Với yêu cầu của công nghệ gia công trụ đèn chiếu sáng và việc phân tích lưa chọn nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các phương án , các loại máy ta thấy việc lựa máy để gia công tạo hình cho sản phẩm là máy nhấn thủy lực sử dụng ba xilanh và sử dụng cơ cấu đồng bộ là trục đồng bộ

2.4.1: Sơ đồ động học của máy

13 12

4 5 6 7 8

10 9 3

11

2

14 15 16 17 1

Hình 2.6 Sơ đồ động máy ép thủy lực Trong đó :

11.Van phân phối 4/3 12.Xi lanh

13.Chày 14.Cữ hành trình chống quá tải 15.Dao nhấn

16.Cối 17.Bệ máy DUT.LRCC

2.5 Tính toán thiết kế động học cho máy

2.5.1 Phân tích hoạt động của máy

Trong quá trình thiết kế máy nhấn thủy lực phải đảm bảo cho máy làm việc chính xác.Các chuyển động của các pittông phải thực hiện một cách đồng bộ không có

sự chênh lệch về vận tốc, hành trình do đó phải chế tạo các bộ phận của máy chính xác đồng thời phải dùng các cơ cấu và các thiết bị thủy lực để làm đồng bộ các giá trị như các van tiết lưu hay là trục truyền đồng bộ Lực ép tạo ra phải đủ lớn để làm biến dạng phôi thép theo yêu cầu

2.5.2 Tính toán lực ép cần thiết của máy

Từ yêu cầu của việc thiết kế máy là nhấn định hình mà trong đó chủ yếu là nhấn định hình sản phẩm từ phôi thép tấm ta đi tính toán các thông số động học cho máy mà giá trị cần thiết nhất để cho máy làm việc theo đúng theo yêu cầu là lực nhấn cần thiết

để cho phôi thép tấm biến dạng một góc cho trước

+ Lực uốn góc tự do:

P1 =

L

n S

P1 + P2 = 140125 + 18000 = 158125 KG

Theo tính toán đã giảm đi bề mặt tiếp xúc của phôi dưới chày để giảm lực là phẳng (tinh chỉnh ) Nhưng do sai số chế tạo và chày cối bị mòn do đó diện tích tiếp xúc sẽ lớn hơn Từ lí do đó ta cần chọn lực ép thiết kế là 160 tấn nhằm tính toán các phần còn lại cho thiết bị

Như vậy : Chọn lực ép tính toán 160 tấn

Chiều dài bàn máy là 6m

2.6 Ttính toán hệ thống thủy lực và các phần tử trong hệ thống

Các đại lượng cần tính toán:

Áp lực dầu cung cấp: (bar)

Lưu lượng dầu vào: (lít/phút)

Lưu lượng dầu ra: (lít/phút)

Công suất của xilanh truyền lực: (KW)

Tính toán hệ thống truyền lực chính

Công suất của bơm dầu

Tính toán các phần tử điều khiển như van tràn, van một chiều, van tiết lưu và đường ống dẩn dầu

Tính công suất và chọn động cơ điện

Tính toán các thông số của bể dầu

2.6.1 Tính lực ép, áp suất, đường kính piston

Theo yêu cầu của việc tạo hình cho trụ đèn chiếu sáng thì lực cần thiết tạo ra để làm biến dạng thép tấm như đã tính toán là : Pmax = 1.600.000N = 1600KN = 160000KG

Theo máy chuẩn ta chọn D =32cm

Từ công thức trên suy ra áp lực lớn nhất tác dụng lên piston

k: hệ số với áp suất lực ép 248(KG/cm2) ta chọn k=2,9 (đối với các máy lớn)

 d= 320/2,9 = 110,344mm ,chọn d=120mm

Tính lực ma sát giữa piston và xilanh

Để đảm bảo tính công nghệ người ta sử dụng xilanh có nhiều secmăng

t g

V G

m: khối lượng qui đổi

 : khối lượng riêng của chất lỏng truyền lực

F: tiết diện tác dụng của động cơ thủy lực

l: chiều dài đoạn đường xảy ra sự thay đổi tốc độ

việc tính toán và thiết kế ở giai đoạn đầu tiên không thể hình dung toàn bộ kết cấu máy và khối lượng các bộ phận chấp hành khi đó có thể tính toán lực quán tính theo công thức gần đúng như sau:

(2.4)[3/88]

Trong đó:

G: khối lượng ước tính của bộ phận chuyển động(kg)

V: vận tốc lớn nhất của cơ cấu chấp hành

g: gia tốc trọng trường, g= 9,81(m/s2

) DUT.LRCC

t0: thời gian quá độ của piston đến tốc độ xác lập, thường lấy t0 = (0,01 đến 0,5)s giá trị lớn dùng cho máy cỡ nặng, công suất lớn và tốc độ lớn

Ơ hành trình này bơm không cần cung cấp lưu lượng và áp lực mà dùng trợ lực

từ buồng trên của xilanh

P1: áp lực của van tiết lưu 3bar

P2: áp lực của van đảo chiều 2bar

Fmsđ: lực ma sát động giữa piston và xilanh

Pép: lực ép cần thiết tạo ra để ép phôi

F1: diện tích buồng trên, F1 = 803,84cm2

F2: diện tích buồng đối áp, F2 = 708,855cm2

Tính P1: Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có phương trình cân bằng tĩnh

2

.01