Thiết kế máy chấn thủy lực

GIỚI THIỆU MÁY VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM

GIỚI THIỆU MÁY

Máy chấn tôn thủy lực, hay còn gọi là máy chấn thép tấm thủy lực (Press brake), là thiết bị quan trọng trong gia công uốn thép lá và nhôm lá Với khả năng gia công uốn vật liệu có chiều rộng lớn, máy có thể xử lý các tấm kim loại lên đến 16m, đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng trong ngành công nghiệp.

Máy chấn tôn sử dụng hệ thống ép thủy lực để tạo góc cho tôn tấm hoặc bản kim loại Thiết bị này hoạt động bằng cách di chuyển từ trên xuống hoặc từ dưới lên, giúp lưỡi chấn tịnh tiến đều trên sản phẩm, tạo ra đường chấn thẳng và chính xác Đôi khi, cần điều chỉnh cối chấn để đảm bảo đường chấn thẳng trên toàn bộ cạnh của tấm kim loại dày, đồng thời hỗ trợ lực chấn lớn.

Máy chấn tôn thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý ép thủy lực, với hai bộ phận chính là chày và cối Điều này phân biệt nó với máy chấn tôn cơ Chày và cối có nhiệm vụ tạo góc cho vật liệu như tôn, inox hoặc các loại kim loại khác Khi hoạt động, lưỡi chấn di chuyển đều trên bề mặt bản kim loại, tạo ra các đường chấn và góc chấn chuẩn xác Đối với những bản kim loại dày, cối chấn cần được điều chỉnh cong sâu hơn để đảm bảo hiệu quả chấn.

SVTH: Nguyễn Đức Mạnh – Lớp 15C1C GVHD: TS Tào Quang Bảng 6

1.1.1 Đặc điểm máy chấn thủy lực

Máy ép thủy lực được thiết kế để tạo hình các chi tiết có dạng V, L, Z, U, đặc biệt là trong ngành công nghiệp tàu bè và xà lan, tùy thuộc vào hình dạng của khuôn và dao chấn.

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

 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 đƣợc thiết kế thêm nút dừng khẩn cấ

 Độ chính xác thiết bị cao

 Máy hoạt động đƣợc 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 nhƣ 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 đƣợc ra chi tiết

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

 Phải đảm bảo độ chính xác giữa khuôn và dao chấn, lƣỡi 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 đƣợc 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

 Áp lực danh định: 160 tấn

 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 lƣc: 2250m

 Chiều sâu khoang làm việc: 250mm

 Chiều cao nõng dao chấn tối đa: 400 mmã

 Công suất động cơ chính: 14KW

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

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

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

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM

Máy chấn tôn thủy lực có sự đa dạng về kích thước và hình dạng sản phẩm Dưới đây là một số sản phẩm tiêu biểu mà chúng tôi muốn giới thiệu.

Với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam, nhiều thành phố lớn đang phát triển mạnh mẽ Cơ sở hạ tầng ngày càng hoàn thiện và đời sống người dân nâng cao, khiến mọi người chú trọng hơn đến việc xây dựng ngôi nhà đẹp và hoàn thiện Đặc biệt, phần trần nhà được nhiều người quan tâm Để đáp ứng nhu cầu này, chúng tôi thiết kế và sản xuất các thanh đỡ U và V chuyên dụng để làm khung gắn các tấm thạch cao, với quy mô sản xuất lớn.

Ngành công nghiệp đóng tàu tại Việt Nam và trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ, với các tấm sườn và khung thép được chế tạo từ vật liệu thép chất lượng Để gia công những bộ phận này, cần sử dụng máy móc có chiều dài làm việc lớn, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong sản xuất.

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

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

Khi kéo một mẫu kim loại tròn, dài theo chiều trục, ta thu được biểu đồ kéo hay biểu đồ tải trọng – biến dạng, cho thấy các loại biến dạng và quá trình phá hủy Biểu đồ này cung cấp cái nhìn tổng quan về hành vi của vật liệu dưới tác động của lực kéo.

Khi tải trọng nhỏ hơn tải trọng giới hạn, F < Fđh, độ biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng, và khi tải trọng được loại bỏ, biến dạng sẽ mất đi Biến dạng này được gọi là biến dạng đàn hồi.

Nguyễn Đức Mạnh, học sinh lớp 15C1C, dưới sự hướng dẫn của TS Tào Quang Bảng, đã nghiên cứu về biến dạng đàn hồi Cụ thể, khi chịu tải trọng F1, mẫu vật sẽ kéo dài thêm một đoạn O1, nhưng khi tải trọng được gỡ bỏ, mẫu sẽ trở về kích thước ban đầu.

Khi tải trọng vượt quá Fđh, độ biến dạng tăng nhanh và khi tải trọng được gỡ bỏ, một phần biến dạng vẫn còn lại, được gọi là biến dạng dẻo Chẳng hạn, khi tải trọng F” được áp dụng, mẫu kéo dài theo đường Oea, nhưng khi tải trọng được gỡ bỏ, mẫu co lại theo đường song song với đoạn thẳng Oe, dẫn đến việc mẫu vẫn dài thêm một đoạn Oa’ Phần này là biến dạng dẻo còn lại sau quá trình, trong khi a’a” là phần biến dạng đàn hồi đã mất Nếu tải trọng tiếp tục tăng đến giá trị tối đa Fb, biến dạng cũ bộ sẽ xảy ra, hình thành co thắt; khi tải trọng giảm, biến dạng vẫn tăng, dẫn đến đứt gãy và phá hủy tại điểm C.

Dưới tác động của ngoại lực, kim loại trải qua ba giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Mỗi loại kim loại có cấu trúc tinh thể riêng, dẫn đến các giai đoạn biến dạng xảy ra với mức độ khác nhau Bài viết này sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại và nghiên cứu sâu về biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim.

Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử được sắp xếp theo một trật tự nhất định, và mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó.

Hình 1.3 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

Biến dạng đàn hồi xảy ra khi mạng tinh thể của kim loại bị tác động bởi ngoại lực, nhưng ứng suất chưa vượt quá giới hạn đàn hồi Trong trường hợp này, các nguyên tử kim loại chỉ dịch chuyển trong khoảng một thông số mạng (b) Khi lực tác dụng được loại bỏ, mạng tinh thể sẽ trở về trạng thái ban đầu.

Biến dạng dẻo : khi ứng suất sinh ra trong kim loại vƣợt quá giới hạn đàn hồi , kim loại bị biến dạng dẻo do trƣợt 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 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, và sau khi dịch chuyển, chúng ở vị trí cân bằng mới, dẫn đến việc kim loại không trở về trạng thái ban đầu khi không còn tác dụng lực Đối với hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua mặt phẳng gọi là mặt song tinh, nơi các nguyên tử kim loại di chuyển tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, với các mặt trượt có mật độ nguyên tử cao nhất; mặc dù biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất nhỏ, nhưng khi có song tinh, quá trình trượt diễn ra thuận lợi hơn.

Biến dạng dẻo của đa tinh thể kim loại và hợp kim, bao gồm nhiều đơn tinh thể, được gọi là cấu trúc đa tinh thể Trong quá trình biến dạng dẻo, có hai dạng chính: biến dạng nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt Biến dạng nội bộ hạt xảy ra do hiện tượng trượt và song tinh, trong đó trượt diễn ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ.

Biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể diễn ra không đồng thời và không đồng đều, với sự tác động của ngoại lực làm biến dạng biên giới hạt của các tinh thể Khi đó, các hạt sẽ trượt và quay tương đối với nhau, dẫn đến sự xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, từ đó thúc đẩy quá trình biến dạng trong kim loại tiếp tục diễn ra.

1.3.1 Tính dẻo của kim loại :

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng mà không bị phá hủy khi chịu tác động của ngoại lực Yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo bao gồm thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát, lực quán tính và tốc độ biến dạng.

Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể và lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau, ví dụ như đồng và nhôm có tính dẻo cao hơn so với sắt Đối với các hợp kim, cấu trúc mạng thường phức tạp, và sự xô lệch mạng có thể làm giảm tính dẻo của kim loại.

Tính dẻo của kim loại chịu ảnh hưởng lớn từ nhiệt độ; khi nhiệt độ tăng, tính dẻo thường tăng theo do dao động nhiệt của các nguyên tử gia tăng, làm giảm xô lệch mạng và tăng khả năng khuếch tán của các nguyên tử, từ đó tạo ra tổ chức đồng đều hơn Nhiều kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường có pha kém dẻo, nhưng khi được nung nóng, chúng chuyển sang pha có độ dẻo cao hơn.

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn và xô lệch mạng tăng, dẫn đến ứng suất dư lớn và giảm tính dẻo của kim loại (hiện tượng biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 đến 0,30 T nóng chảy, ứng suất dư và xô lệch mạng giảm, giúp phục hồi tính dẻo của kim loại (hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4 T nóng chảy, quá trình kết tinh lại bắt đầu xuất hiện, tạo ra tổ chức kim loại với hạt đồng đều và lớn hơn, từ đó làm tăng độ dẻo.

Trạng thái ứng suất chính ảnh hưởng lớn đến tính dẻo của kim loại, với kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn so với kim loại chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất dư và ma sát bên ngoài có thể làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại, dẫn đến sự giảm sút tính dẻo của nó.

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 :

Lý thuyết quá trình uốn

Uốn là kỹ thuật gia công kim loại bằng áp lực, giúp tạo hình cho phôi kim loại thành dạng cong hoặc gấp khúc Phôi có thể là tấm, dải hoặc thanh định hình và có thể được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng Quá trình uốn diễn ra khi phôi bị biến dạng dẻo tại từng vùng, từ đó tạo ra hình dáng mong muốn.

Uốn kim loại tấm đƣợc thực hiện do biến dạng dẻo đàn hồi xảy ra khác nhau ở 2 mặt của phôi uốn

Uốn là một trong những nguyên công phổ biến trong dập nguội, bao gồm cả biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Quá trình này không chỉ làm thay đổi hướng thớ kim loại mà còn làm cong phôi và thu nhỏ kích thước của nó.

Trong quá trình uốn, kim loại ở góc uốn sẽ bị nén và co ngắn theo chiều dọc, trong khi đó lại bị kéo dài theo chiều ngang Giữa các lớp co ngắn và kéo dài này tồn tại một lớp trung hòa.

Khi uốn những dải hẹp, hiện tượng giảm chiều dày xảy ra, dẫn đến sự sai lệch hình dạng của tiết diện ngang Đồng thời, lớp trung hòa cũng bị lệch về phía bán kính nhỏ.

Khi uốn tấm dải rộng, hiện tượng biến mỏng vật liệu có thể xảy ra mà không dẫn đến sai lệch tiết diện ngang Điều này là do trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn giúp ngăn chặn sự biến dạng theo hướng ngang.

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

Hình 1.6 Biến dạng của phôi thép khi uốn Xác định chiều dài phôi uốn

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

Chia kết cấu của chi tiết và sản phẩm thành các đoạn thẳng và đoạn cong đơn giản Để tính toán, cộng chiều dài của các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết và phần cong được xác định theo chiều dài lớp trung hòa.

Chiều dài phôi đƣợc tính theo công thức :

L: tổng chiều dài của cả đoạn thẳng

   : 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

Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất rất quan trọng trong quá trình uốn vật liệu Nếu bán kính uốn quá nhỏ, vật liệu sẽ bị đứt ở tiết diện uốn Ngược lại, nếu bán kính uốn quá lớn, sản phẩm sẽ không giữ được hình dáng sau khi ra khỏi khuôn Do đó, bán kính uốn trong cần được xác định chính xác, với r trong = r min để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Bán kính uốn lớn nhất : r max 

E = 2,15 10 5 Nmm 2 : 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 : r min 1 2

 : độ giản dài tương đối của vật liệu (%) Theo thực nghiệm có r min = k.s [2/108] k : hệ số phụ thuộc vào góc nhấn  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 đƣợc xác định theo công thức :

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

B 1 : Chiều rộng của dải tấm

S : chiều dày của vật uốn

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

b : giới hạn bền của vật liệu

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

Diện tích vành ép tiếp xúc với chi tiết được đo bằng mm2, trong khi áp suất ép phụ thuộc vào loại vật liệu và được tính bằng N/mm2 Các loại vật liệu khác nhau sẽ có mức áp suất ép khác nhau, ví dụ như vật liệu A có áp suất ép là X N/mm2, trong khi vật liệu B có áp suất ép là Y N/mm2.

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

Trong quá trình uốn kim loại, không phải toàn bộ phần vật liệu đều trải qua biến dạng dẻo; một phần vẫn giữ trạng thái đàn hồi Do đó, khi lực tác dụng không còn, vật uốn sẽ không hoàn toàn giữ được hình dáng mong muốn.

Cơ sở tính toán để tạo hình phôi thép

+ Thép cacbon thông thường CT42 có  ch = 24 [kg/mm 2 ] ,  b = 42 [kg/mm 2 ] + Thép tấm JIS SS400 có  ch = 24 [kg/mm 2 ] ,  b = 42 [kg/mm 2 ]

Bề dày phôi thép tối đa 12 mm

+ Lực uốn góc tự do:

+ Lực uốn góc có tinh chỉnh: P 2 = qF

+ Lực ép tối đa cần thiết: a Lực là phẳng tinh chỉnh góc:

P 2 = qF q : áp lực tinh chỉnh q = 2.5 N/mm 2

P 2 = 72000 x 2.5 = 180000 N = 18000 KG b Lực uốn tự do:

Lực ép cần thiết tối đa :

Để giảm lực ép, bề mặt tiếp xúc của phôi dưới chày đã được giảm thiểu Tuy nhiên, do sai số trong quá trình chế tạo và sự mòn của chày cối, diện tích tiếp xúc thực tế lớn hơn dự kiến Vì vậy, lực ép thiết kế cần được chọn là 160 tấn để tính toán cho các thành phần còn lại của thiết bị.

Nhƣ vậy : Chọn lực ép tính toán 160 tấn

Chiều dài bàn máy là 6m

Tính toán chiều dài trải phôi khi chấn gấp là một yếu tố quan trọng trong gia công kim loại tấm để đảm bảo độ chính xác của sản phẩm Trong quá trình chấn gấp, kim loại xung quanh vị trí chấn gấp sẽ bị biến dạng và kéo dài, dẫn đến việc tổng chiều dài sản phẩm tăng lên một lượng nhỏ Do đó, khi thực hiện bản vẽ trải phôi, bạn cần trừ hao một lượng nhất định so với kích thước chi tiết để đạt được kết quả chính xác.

1.5.3.1 Bán kính chấn gấp tối thiểu

Yêu cầu về bán kính uốn tối thiểu có thể thay đổi tùy theo ứng dụng và vật liệu Trong ngành hàng không vũ trụ, nơi yêu cầu an toàn cao hơn, giá trị này thường lớn hơn Nếu bán kính uốn thấp hơn mức khuyến cáo, có thể dẫn đến nguy cơ nứt gãy vật liệu Các nhà chế tạo máy khuyến nghị rằng bán kính chấn gấp tối thiểu nên bằng ít nhất 1 lần độ dày của vật liệu.

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 đƣợc 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 đƣợc lƣợng cần trừ đi của cạnh chấn để sau khi chấn đƣợc chiều dài sản phẩm mong muốn

Sơ đồ dưới đây minh họa cách đo kích thước tiêu chuẩn theo công thức trừ hao uốn cong Độ dài trừ hao BD được xác định là sự chênh lệch giữa tổng chiều dài các cạnh và chiều dài ban đầu của tấm trải.

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

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:

Hệ số K đƣợc xác định bằng công thức: K=t/T và thường là giữa 0,3 và 0,5

Việc xác định hệ số K có thể gây khó khăn và tốn thời gian cho người vận hành Để đơn giản hóa quá trình này, các chuyên gia đã phát triển bảng thực nghiệm giúp xác định hệ số K một cách dễ dàng hơn.

Vật liệu mềm Vật liệu trung bình Vật liệu cứng

0 đến độ dày 0.42 0.44 0.46 độ dày đến 3 x độ dày 0.46 0.47 0.48

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

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 biến dạng phôi thép tấm để đạt được hình dáng mong muốn Người thiết kế cần phân tích và tìm hiểu các phương án một cách kỹ lưỡng để đưa ra thiết kế máy hợp lý, nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, nâng cao chất lượng sản phẩm và đảm bảo hiệu quả kinh tế cũng như khả năng chế tạo của nhà sản xuất.

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 tính toán để phôi thép tấm biến dạng dẻo theo yêu cầu Biên dạng được hình thành nhờ phần chày và cối có thiết kế phù hợp.

Do biến dạng đàn hồi của phôi thép, sau khi nhấn tạo hình, phôi thép sẽ biến dạng theo biên dạng của chày và cối Do đó, cần phải tính toán biên dạng khuôn trên và khuôn dưới để đảm bảo biên dạng phôi đúng như yêu cầu.

CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.3.1 Phương án bố trí xi lanh

2.3.1.1: Bố trí một xi lanh

Hình 2.1 : Sơ đồ nguyên lý bố trí một xilanh Trong đó :

1 Cối 3 Xilanh 5 Động cơ dầu

2 Chày 4 Bơm dầu Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ƣu điểm : Thiết kế đơn giản

+ Nhược điểm : - Xilanh có đường kính lớn

- Các phần tử thủy lực cũng phải chọn lớn nên máy sẽ trở nên cồng kềnh

- Khó tìm xilanh thay thế khi có sự cố

2.3.1.2 : Bố trí hai xi lanh

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý bố trí hai xilanh Trong đó :

+ Ƣu điểm : Thiết kế máy nhỏ gọn hơn

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

2.3.1.3 : Bố trí ba xi lanh

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

Máy móc với nhiều xilanh có ưu điểm là vẫn có thể hoạt động hiệu quả ngay cả khi một xilanh gặp sự cố, từ đó đảm bảo năng suất sản xuất Tuy nhiên, nhược điểm của thiết kế này là các phần tử thủy lực thường được bố trí phức tạp hơn, gây khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa.

2.3.2.1 : Phương án đồng bộ bằng trục đồng bộ

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

4 Dao nhấn Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ƣu điểm : Làm việc chắc chắn, an toàn

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

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

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

5.Dao nhấn Ưu điểm và nhược điểm của phương án :

+ Ƣu điểm : Làm việc chính xác, bền bỉ

+ Nhƣợc điểm : Khó chế tạo

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

Để đáp ứng yêu cầu công nghệ gia công trụ đèn chiếu sáng, việc phân tích lựa chọn nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của các phương án và loại máy là rất quan trọng Qua đó, máy nhấn thủy lực sử dụng ba xilanh và cơ cấu đồng bộ trục đồng bộ được xác định là lựa chọn tối ưu cho gia công tạo hình sản phẩm.

2.4.1: Sơ đồ động học của máy

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

9.Đồng hồ đo áp suất 10.van tiết lưu

11.Van phân phối 4/3 12.Xi lanh

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

Tính toán thiết kế động học cho máy

2.5.1 Phân tích hoạt động của máy

Trong thiết kế máy nhấn thủy lực, việc đảm bảo độ chính xác trong hoạt động là rất quan trọng Các pittông cần thực hiện chuyển động đồng bộ mà không có sự chênh lệch về tốc độ hay hành trình Do đó, các bộ phận của máy phải được chế tạo chính xác và sử dụng các cơ cấu cùng thiết bị thủy lực để đồng bộ hóa các giá trị, chẳng hạn như van tiết lưu và trục truyền đồng bộ Lực ép tạo ra phải đủ lớn để biến dạng phôi thép theo yêu cầu.

2.5.2 Tính toán lực ép cần thiết của máy

Để thiết kế máy nhấn định hình, cần xác định các thông số động học, đặc biệt là lực nhấn cần thiết để phôi thép tấm biến dạng theo một góc xác định Việc này đảm bảo máy hoạt động hiệu quả và đáp ứng yêu cầu thiết kế sản phẩm.

+ Lực uốn góc tự do:

+ Lực uốn góc có tinh chỉnh: P 2 = qF

+ Lực ép tối đa cần thiết: a Lực là phẳng tinh chỉnh góc:

P 2 = qF q : áp lực tinh chỉnh q = 2.5 N/mm 2

P 2 = 72000 x 2.5 = 180000 N = 18000 KG b Lực uốn tự do:

Lực ép cần thiết tối đa :

Để giảm lực ép, bề mặt tiếp xúc của phôi dưới chày đã được giảm thiểu; tuy nhiên, do sai số chế tạo và tình trạng mòn của chày cối, diện tích tiếp xúc thực tế lại lớn hơn dự kiến Vì lý do này, lực ép thiết kế cần được chọn là 160 tấn để tính toán các thành phần còn lại của thiết bị.

Nhƣ vậy : Chọn lực ép tính toán 160 tấn

Chiều dài bàn máy là 6m

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

Các đại lƣợng 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 tạo hình cho trụ đèn chiếu sáng, lực cần thiết để biến dạng thép tấm được tính toán là P max = 1.600.000N, tương đương với 1600KN hay 160000KG.

: áp suất khí lớn nhất (KG/cm 2 )

P max : lực ép lớn nhất (KG)

D: đường kính của piston chính (cm)

Theo máy chuẩn ta chọn D 2cm

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

Trong đó: D: Đường kính piston

SVTH: Nguyễn Đức Mạnh – Lớp 15C1C GVHD: TS Tào Quang Bảng 32 k: hệ số với áp suất lực ép 248(KG/cm 2 ) ta chọn k=2,9 (đối với các máy lớn)

Tính lực ma sát giữa piston và xilanh Để đảm bảo tính công nghệ người ta sử dụng xilanh có nhiều secmăng

Hình 2.7 Kết cấu xilanh piston

Lực ma sát đƣợc tính theo công thức

Trong đó: Pmsđ : lực ma sát động

P mst : lực ma sát tĩnh

: Hệ số tỷ lệ tính đến áp lực chắn khít giữa đầu piston và secmăng f,f 0 : hệ số ma sát động và ma sát tĩnh

G: tải trọng qui đổi của bộ phận dịch chuyển f = (0,05 đến 0,08) với v > 0,2m/s f = (0,1 đến 0,2) với v < 0,2m/s f 0 = (0,1 đến 0,3)

G H = 3.G piston + Gthân gá dao trên

Thay các số liệu trên vào ta đƣợc:

Phương trình xác định lực quán tính viết dưới dạng tổng quát

t : thời gian thay đổi tốc độ dịch chuyển

 v : độ thay đổi tốc độ m: khối lƣợng qui đổi

 : khối lƣợng 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 lƣợng các bộ phận chấp hành khi đó có thể tính toán lực quán tính theo công thức gần đúng nhƣ sau:

G: khối lƣợng ƣớc 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/s 2 )

Thời gian quá độ của piston đến tốc độ xác lập, ký hiệu là t0, thường được xác định trong khoảng từ 0,01 đến 0,5 giây Giá trị t0 lớn thường áp dụng cho các loại máy có kích thước lớn, công suất cao và tốc độ hoạt động lớn.

Hình 2.8 minh họa sơ đồ nguyên lý hành trình xuống nhanh, trong đó van đảo chiều mở cho phép dầu từ buồng dưới của xilanh chảy về bể dầu, dẫn đến việc piston dịch chuyển xuống Trong hành trình này, bơm không cần cung cấp lưu lượng và áp lực, mà sử dụng trợ lực từ buồng trên của xilanh.

P 0 : áp suất cản ở đường ra

P ch : khối lƣợng của bộ phận dịch chuyển

Theo máy chọn P ch = 7000/3 = 2333,3 KG

Từ sơ đồ nguyên lý ta có

 0 : lực cản buồng đối áp

P 1 : áp lực của van tiết lưu 3bar

P 2 : áp lực của van đảo chiều 2bar

Thay tất cả vào phương trình ta được:

Vậy lưu lượng cần đưa vào:

Q Or = F 2 V 0 = 708,855 60 = 42540 cm 3 /phút = 42.54 (lít/phút)

Khi van đảo chiều được dịch chuyển, dầu từ buồng dưới của xilanh sẽ chảy về bể, khiến pitton dịch chuyển xuống dưới nhờ trọng lượng của nó Đồng thời, dầu từ bể sẽ tự động chảy vào phần trên của xilanh.

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hành trình ép phôi Các thông số:

P 0 : áp suất cản ở đường ra

F msđ : lực ma sát động giữa piston và xilanh

P ép : lực ép cần thiết tạo ra để ép phôi

F 1 : diện tích buồng trên, F1 = 803,84cm 2

F 2 : diện tích buồng đối áp, F 2 = 708,855cm 2

Tính P 1 : Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta có phương trình cân bằng tĩnh

Vận tốc ép xuống của chày phụ thuộc vào vận tốc biến dạng của vật liệu, tra bảng ta chọn V ct = 5mm/s = 30cm/phút

Thay các giá trị trên vào phương trình trên ta được:

Trong đó; P qt = G.V/gt 0 = 3,96KG

Hành trình lùi về trong sơ đồ nguyên lý (Hình 2.10) cho thấy quá trình bơm cung cấp dầu vào buồng dưới của xilanh chính, trong khi dầu từ buồng trên của xilanh chính sẽ chảy về bể chứa.

Tính P 3 : Dựa vào sơ đồ nguyên lý trên ta có phương trình cân bằng như sau

 P 2 = (P 1 F 1 + Piston ch + F mst )/F 2 = 5 (KG/ cm 2 )

Tính lưu lượng cần cung cấp

 Q 3v = 42.54 (lít/phút) lưu lượng ra:

Tính toán tổn thất áp suất

Tổn thất áp suất trên hệ thống thủy lực gồm có:

P 1 : tổn thất trên các van tiết lưu, P 1 = 2KG/cm 2

P 2 : tổn thất trên các van giảm áp, P 2 = 2,5KG/cm 2

P 3 : tổn thất áp suất trên các van chỉnh hướng, P 3 = 1KGg/cm 2

P 4 : tổn thất áp suất trên bộ lọc, P 4 = 1,5KG/cm 2

P 5 : tổn thất áp suất trên ống, P 5 = 2KG/cm 2 vậy ta có tổn thất áp suất:

Tính áp lực bơm cung cấp cho các hành trình

Hành trình xuống nhanh: P o ' = 1,534 KG/cm 2

Hành trình ép phôi: P 1 = 250 KG/cm 2

Hành trình lùi về: P2 = 5 KG/cm 2

Do có tổn thất áp suất trên hệ thống cho nên áp lực bơm cần cung cấp cho các hành trinh là:

Hành trình xuống nhanh: P 0 ’ = P 0 + P = 10,534 KG/cm 2

Hành trình ép phôi: P 1 ’ = P 1 +P = 259 KG/cm 2

2.6.2 Tính chọn công suất bơm dầu

Bơm dầu là thiết bị chuyển đổi năng lượng, chuyển cơ năng thành động năng và thế năng dưới dạng áp suất Trong hệ thống dầu ép, chỉ sử dụng bơm thể tích, loại bơm này hoạt động bằng cách thay đổi thể tích để thực hiện quá trình biến đổi năng lượng.

Nguyễn Đức Mạnh, lớp 15C1C, dưới sự hướng dẫn của TS Tào Quang Bảng, đã nghiên cứu về quá trình hoạt động của các buồng làm việc Khi thể tích của các buồng này tăng lên, bơm sẽ thực hiện chu kỳ hút, và khi thể tích giảm, bơm sẽ chuyển sang chu kỳ đẩy.

Dựa trên yêu cầu thiết kế máy và giá trị áp suất làm việc lớn nhất của hệ thống P max = 259 (KG/cm²), chúng ta lựa chọn bơm cho hệ thống là bơm pistông hướng trục Bơm pistông hướng trục mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.

- Làm việc với áp suất cao

- Hiệu suất làm việc tốt và hầu nhƣ không phụ thuộc vào tải trọng

2.6.2.1 Nguyên lý hoạt động a Sơ đồ nguyên lý của bơm pistông hướng trục

Hình 2.11 Bơm piston hướng trục b Nguyên lý làm việc

Nguyên lý chuyển động của pitton trong xilanh máy pitton rôto hướng trục dựa trên nguyên lý chuyển động của thanh truyền tay quay Khi pitton và xilanh quay quanh trục bơm, đĩa nghiêng quay quanh trục của nó với một góc nghiêng, tạo ra chuyển động tương đối giữa pitton và xilanh với hành trình là S.

Sự tịnh tiến tới lui của các pitton trong xilanh sẽ tạo ra sự hút và đẩy dầu thông qua đĩa phân phối dầu

Lượng dầu được phát ra trong mỗi vòng quay phụ thuộc vào đường kính xilanh, số lượng pitton và hành trình của pitton Hành trình của pitton được xác định bởi góc lệch của đĩa diều khiển, do đó có thể điều chỉnh góc lệch này để thay đổi lượng dầu phát ra.

Trong thực tế, góc lệch của tấm điều khiến có thể cố định, có thể điều chỉnh đƣợc tùy từng loại trong bơm cụ thể

Ngoài ra người ta có thể điều khiển lưu lượng của bơm nhờ vào việc điều tốc độ quay của rôto

P b : áp suất của bơm (KG/cm 2 )

Q b : lưu lượng của bơm (lít/phút)

Tính công suất cho bơm dầu chính là xác định công suất cho hành trình ép, vì đây là giai đoạn mà bơm thực hiện công suất lớn nhất.

Và lưu lượng cần tính là:

: hiệu suất của bơm dầu, lấy  = 0,8  Qb = 24,12/0,96 = 30,15(lít/phút) thay tất cả các giá trị trên vào công thức trên ta đƣợc:

 chọn công suất của bơm dầu là N = 13KW

2.6.3 Tính toán van an toàn

Van an toàn đƣợc dùng để đảm bảo cho hệ thống đƣợc an toàn khi có quá tải Nó đƣợc đặt trên ống chính có áp suất cao

Van an toàn có hai chế độ hoạt động: khi làm việc gián đoạn, được gọi là van chống đỡ, và khi hoạt động liên tục, gọi là van tràn Tùy thuộc vào cách phối hợp trong hệ thống, cùng một loại van có thể thực hiện chức năng của cả van tràn và van chống đỡ.

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 tuỳ 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 ƣu 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

2.6.3 1 Nguyên lý hoạt động a Sơ đồ nguyên lý:

Dưới tác động của lò xo yếu, pistông bị ép xuống dưới, tạo ra sự thông suốt giữa buồng (a) và buồng (e) thông qua lỗ giảm chấn ở giữa pistông Lò xo có vai trò quan trọng trong việc ép viên bi vào đế van, và ứng lực của nó có thể được điều chỉnh dễ dàng nhờ vít.

Khi áp lực dầu chưa vượt qua trị số ứng lực cho phép của lò xo, van bi chưa mở, dẫn đến buồng (a) không thông với buồng (b) và chất lỏng trong các buồng ở trạng thái tĩnh, với áp suất trong các buồng a, c, d, e coi như bằng nhau Pistông 2 ở vị trí thấp nhất, chịu tác dụng của lực lò xo, cân bằng với áp lực từ buồng d và e Khi hệ thống quá tải, áp suất trong các buồng a, c, d, e tăng đột ngột, làm áp lực dầu lên viên bi vượt quá lực lò xo, khiến viên bi bị đẩy lên và một ít chất lỏng từ buồng (c) được đẩy ra ngoài về thùng chứa.

Hình 2.12 Kết cấu nguyên lý van an toàn

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ CƠ CẤU CỦA MÁY

AN TOÀN VÀ BẢO DƯỠNG MÁY

Tiêu đề	Thiết Kế Máy Chấn Thủy Lực
Tác giả	Nguyễn Đức Mạnh
Người hướng dẫn	TS. Tào Quang Bảng
Trường học	Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Cơ khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	1,55 MB