Thiết kế máy ép thủy lực để ép đáy bình dạng chỏm cầu

Hiện nay Đảng và Nhà nước cùng nhân dân thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Đảng ta đã xác định công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa Như đã biết nước ta là một nước có nền công nghiệp còn lạc hậu trình độ công nghệ chưa theo kịp các nước trên thế giới vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị các loại máy móc để phục vụ cho nền kinh tế Từ đó Đảng ta đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng trong đó việc đào tạo thế hệ những người có chuyên môn trong lĩnh vực này rất cần thiết Ngày nay khi khoa học và công nghệ phát triển ngày càng ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống Cùng với sự phát triển các lĩnh vực khác thì công nghệ thực phẩm công nghệ hóa chất thiết bị nhiệt cũng phát triển mạnh mẽ Song song với sự phát triển đó thì sự phát triển của bình chứa các loại bồn bể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm công nghệ hóa chất đặc biệt trong sinh hoạt của con người

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: TS TÀO QUANG BẢNG

Sinh viên thực hiện: TRẦN QUỐC THIỆU

Đà Nẵng, 2020

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, Đảng và Nhà nước cùng nhân dân thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Đảng ta đã xác định công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa Như đã biết, nước ta là một nước có nền công nghiệp còn lạc hậu, trình độ công nghệ chưa theo kịp các nước trên thế giới vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị, các loại máy móc để phục vụ cho nền kinh tế Từ đó Đảng ta đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó việc đào tạo thế hệ những người có chuyên môn trong lĩnh vực này rất cần thiết

Ngày nay khi khoa học và công nghệ phát triển, ngày càng ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống Cùng với sự phát triển các lĩnh vực khác thì công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, thiết bị nhiệt cũng phát triển mạnh mẽ Song song với sự phát triển đó thì sự phát triển của bình chứa, các loại bồn bể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, đặc biệt trong sinh hoạt của con người

Do nhu cầu cần thiết để tạo các loại bồn bể, bình có biên dạng khác nhau như vậy Nên em đi đến nhiệm vụ thiết kế “Thiết kế máy ép thủy lực để ép đáy bình dạng chỏm cầu” Đây là máy trong dây chuyền máy vê ép chỏm cầu chuyên dùng để ép các loại đáy bình chỏm cầu

Bằng kiến thức học tập được tại nhà trường cùng với sự hướng dẫn tận tình của

thầy giáo TS Tào Quang Bảng và các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí đã giúp em

hoàn thành nhiệm vụ đồ án này

Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu và tính toán thiết kế máy không tránh khỏi sai sót Em rất mong sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô giáo để em hiểu kỹ hơn về lý thuyết cũng như phương pháp thiết kế của mình

Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 02 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Thiệu

DUT.LRCC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 5

1.1 Tổng quan về sản phẩm bình chứa 5

1.1.1 Nhu cầu về bình chứa 5

1.1.2 Phân loại bồn chứa 6

1.1.3 Giới thiệu một số bồn chứa 6

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bình chứa thép 11

1.2.1 Cấu tạo bình chứa 11

1.2.2 Các phương pháp chế tạo đáy bình chứa 12

1.2.3 Các loại đáy bồn, đáy bình thường dùng 12

1.2.4 Vật liệu chế tạo đáy bình 13

1.2.5 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bình 13

1.3 Giới thiệu các loại khuôn ép và các yêu cầu kỹ thuật 15

1.3.1 Giới thiệu chung khuôn ép 15

1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép 16

1.3.3 Vật liệu chế tạo khuôn 16

1.4 Cơ sở lý thuyết về uốn kim loại 20

1.4.1 Định nghĩa và đặc điểm của quá trình uốn 20

1.4.2 Lớp trung hòa 20

1.4.3 Tính đàn hồi khi uốn 21

1.4.4 Xác định phôi thép tấm dùng để gia công đáy chỏm cầu 22

1.4.5 Tính lực ép để ép phôi thép tấm thành đáy chỏm cầu 23

CHƯƠNG 2PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CỦA MÁY 26

2.1 Phân tích và lựa chọn phương án động học 26

2.1.1 Máy ép trục khuỷu 26

2.1.2 Máy ép trục lệch tâm 27

2.1.3 Máy ép ma sát trục vít 29

2.1.4 Máy ép thủy lực 31

2.2 Phân tích và lựa chọn phương án kết cấu 33

DUT.LRCC

2.2.1 Phương án thân máy 33

2.2.2 Phương án xilanh 34

2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý của máy 36

2.3.1 Mục đích và nội dung của công việc thiết kế sơ đồ nguyên lý 36

2.3.2 Các yêu cầu khi lựa chọn máy 36

2.3.3 Các thông số của kỹ thuật của máy ép ME 6250 37

2.3.4 Đặc tính động học của máy 38

CHƯƠNG 3THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY 40

3.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực của máy 40

3.1.1 Khả năng và hiệu quả của hệ thống thuỷ lực trong điều khiển máy 40

3.1.2 Các phương pháp điều khiển thuỷ lực 41

3.2 Lựa chọn các phần tử thủy lực 43

3.2.1 Bơm dầu 43

3.2.2 Xilanh thủy lực 44

3.2.3 Van tràn và van an toàn 44

3.2.4 Van cản 44

3.2.5 Van phân phối (van đảo chiều) 45

3.2.6 Thiết bị làm nguội dầu 45

3.2.7 Bộ lọc dầu 46

3.2.8 Ống dẫn dầu 46

3.2.9 Đồng hồ đo áp suất 47

3.3 Các tính toán cần thiết cho hệ thống thủy lực 47

3.3.1 Tính đường kính Piston, xylanh, cần đẩy mang khuôn 47

3.3.2 Lực ma sát giữa Piston và xylanh 48

3.3.3 Lực quán tính giữa piston và xylanh 50

3.3.4 Tính áp suất (P) và lưu lượng (Q) 51

3.3.5 Tính sức bền của xylanh 54

3.3.6 Tính tổn thất áp suất 55

3.3.7 Tính và chọn các thông số của bơm 56

3.3.8 Tính toán công suất của động cơ điện 57

DUT.LRCC

3.3.9 Tính toán ống dẫn dầu 57

3.3.10 Tính chọn van tràn và van an toàn 59

3.3.11 Tính toán van cản 66

3.3.12 Lựa chọn van phân phối 70

3.3.13 Chọn lọc dầu trong hệ thống 71

3.3.14 Tính toán thiết kế bể chứa dầu 72

3.3.15 Thiết bị làm nguội dầu 74

CHƯƠNG 4TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY 77

4.1 Kiểm tra bền đối với trụ piston 77

4.2 Kiểm tra tính ổn định đối với trụ piston 79

4.3 Tính toán mối ghép vít cấy để cố định nắp xylanh vào thân xylanh 80

4.4 Tính toán thiết kế và kiểm tra sức bền thân máy 83

4.4.1 Tính toán kết cấu cho thân máy 83

4.4.2 Tính toán ổn định cho thân máy 85

4.4.3 Tính toán bu lông ghép thân máy 89

CHƯƠNG 5SỬ DỤNG VẬN HÀNH VÀ BẢO QUẢN MÁY 93

5.1 Sử dụng và vận hành máy 93

5.1.1 Kiểm tra máy móc trước khi hoạt động 93

5.1.2 Chuẩn bị phôi 93

5.2 Bảo duỡng máy 94

5.2.1 Bảo dưỡng tổng thể máy 94

5.2 Bảo dưỡng piston và xylanh thủy lực 94

CHƯƠNG 6MÔ PHỎNG MÁY THIẾT KẾ TRÊN MÁY VI TÍNH 96

6.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 96

6.2 Các bước mô phỏng trên máy tính 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

Trong chương 1 này em xin trình bày được các vấn đề tổng quan có liên đến máy

ép thủy lực dùng trong ép đáy bình dạng chỏm cầu mà em đang thiết kế Các vấn đề đó bao gồm:

+ Sản phẩm bình chứa

+ Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm bình chứa

+ Các loại khuôn ép và các yêu cầu kỹ thuật của nó

+ Cơ sở lý thuyết về uốn kim loại

1.1 Tổng quan về sản phẩm bình chứa

1.1.1 Nhu cầu về bình chứa

Ngày nay khi khoa học và công nghệ phát triển, ngày càng ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống Cùng với sự phát triển các lĩnh vực khác thì công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất cũng phát triển mạnh mẽ Song song với sự phát triển đó thì sự phát triển của bình chứa, các loại bồn bể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, đặc biệt trong sinh hoạt của con người

Hình 1.1 Ảnh bồn chứa xăng dầu và bồn chứa khí hóa lỏng

DUT.LRCC

Hình 1.2 Ảnh bồn chứa dùng trong công nghệ thực phẩm ,dược phẩm

1.1.2 Phân loại bồn chứa

Có nhiều cách để phân loại bồn chứa:

 Theo vật liệu: thép các bon, thép không gỉ, composite…

 Bồn xử lý nước thải trung tâm, xử lý môi trường, nước thải sinh hoạt,…

 Bồn khoáy trộn hoá chất, trộn keo, hoá chất, cao su…

 Bồn chiết rót sơn công nghiệp, sơn tĩnh điện, nhúng kẽm, xi mạ,…

 Bồn thép, inox, composite chứa xăng, dầu, nhớt các loại

1.1.3 Giới thiệu một số bồn chứa

a) Bồn chứa chất lỏng

Bồn chứa chất lỏng có nhiều loại (theo Tiêu Chuẩn của Mỹ):

 Có áp suất (tính theo ASME Sec, VIII Div)

 Loại không có áp suất (tính theo API 650)

 Loại áp suất thấp (tính theo API 620)

Bồn nước dùng phổ biến tại Việt Nam để chứa nước sinh hoạt, tưới tiêu trong nông nghiệp và chăn nuôi, đựng thực phẩm, chứa hóa chất hoặc nhiều ứng dụng khác

Có nhiều loại vật liệu được dùng để sản xuất bồn nước như nhựa tổng hợp, inox, xi

DUT.LRCC

măng, đá, sợi thủy tinh, v.v… Tại Việt Nam, trên thị trường hiện nay, loại bồn nước thông dụng nhất là bồn inox và bồn nhựa

♦ Bồn chứa Inox

Xuất hiện trên thị trường từ năm 1993 với mặt hàng nổi tiếng là bồn nước inox,

đã đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa sản phẩm của người tiêu dùng trên cả nước Cùng với

sự phát triển đó, chúng ta không thể không nói đến sự ô nhiễm môi trường sinh thái do khói của xe thải ra và nguồn nước tắt nghẽn bởi rác từ những ngôi nhà ven kênh rạch…Và nước thiếu trầm trọng ở những nhà cao tầng, gây khó khăn trong sinh hoạt của mọi người Sau nhiều năm nghiên cứu tìm hiểu thị trường với những nhu cầu tối thiểu cần phải có trong đời sống của người dân và những biện pháp khắc phục Nói về nước trong sinh hoạt hiện nay, chúng ta ai cũng công nhận thực tế rằng: nước đang thiếu và thiếu rất nhiều ở những hộ dân cư, gây khó khăn cho mọi người, hơn nữa nguồn nước đang bị ô nhiễm trầm trọng Trước thực tế và nhu cầu đó cần phải có biện pháp hữu hiệu trước mắt để khắc phục, nhanh chóng đưa nguồn nước đến mọi nhà, mọi người, khỏa lấp khoảng trống đang bị hỏng trong sinh hoạt hàng ngày hiện nay Với khả năng cùng tư duy sáng tạo và những nhận định ban đầu nhằm áp dụng khoa học kỹ thuật vào thực tế tình hình ở Việt Nam, qua tham khảo, tận mắt tham quan cơ

sở sản xuất của Đài Loan với dây chuyền công nghệ tiên tiến từng công đoạn lắp ráp phù hợp: sản xuất sản phẩm bồn chứa nước bằng inox (thép không gỉ) dụng cụ dùng để chứa nước ở những vùng thiếu nước sinh hoạt và nhất là những tòa nhà cao tầng, những hộ dân cư, bồn chứa nước phải được làm bằng các vật liệu không bị gỉ sét Một trong những vật liệu phổ biến dùng làm bồn chứa là thép không gỉ 304 (thường

gỉ ở mối hàn và lân cận

DUT.LRCC

Hiện nay, do giá rẻ, trên thị trường xuất hiện nhiều inox 202 Inox 202 có thành phần hóa học (%) là:

C<0,15; Cr=17-19; Ni=4-6; Mn=7,5-10,0; Si<1; P<0,06;S<0,03

Với thành phần như trên, tính chịu ăn mòn của Inox 202 kém hơn nhiều so với inox304 Inox 202 thường được dùng làm các chi tiết, kết cấu làm việc trong điều kiện khí quyển tốt, ít được dùng làm bồn chứa nước Vì bồn inox 202 dễ bị sét gỉ trong môi trường nước, không khí ẩm và mặn nên sử dụng làm bồn chứa nước uống và sinh hoạt thì ảnh hưởng đến sức khỏe con người là điều tất nhiên Nếu chỉ căn cứ vào bề ngoài, không thể phân biệt được inox 202 và inox 304

Bồn inox: được sản xuất từ thép không gỉ tấm và được hàn lại và tạo gân Bồn

inox được bảo hành khoảng 10 năm và có giá bán cao hơn so với bồn nhựa do giá nguyên liệu đầu vào Mẫu mã bồn inox đẹp hơn bồn nhựa nhưng bồn inox cũng có nhược điểm là hấp thụ nhiệt mạnh nên mùa hè làm nước nóng, còn mùa đông làm nước lạnh

Ngoài ra, bồn inox không thích hợp cho các vùng nước phèn chua hoặc mặn vì inox dễ bị ăn mòn, gỉ và như thế sẽ ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm

a) Bồn chứa nước loại nằm ngang b) Bồn chứa nước loại đứng

Hình 1.3 Các loại bồn chứa nước bằng Inox

DUT.LRCC

♦ Bồn chứa composite

Composite là loại vật liệu hỗn hợp từ nhựa tổng hợp và cốt lõi sợi thủy tinh khi cứng nó trơ với mọi môi trường kể cả môi trường hóa chất và nước biển mặn Một đặc điểm nổi bật là tuổi thọ của bồn composite rất cao, nhiều bồn đã sử dụng trên 20 năm

mà vẫn còn chứa nước tốt và giá rẻ hơn nhiều so với bồn inox 304

Hình 1.4 Bồn chứa composite

Sử dụng bồn chứa nước sinh hoạt và nước uống bằng bồn composite, vừa rẻ, vừa bền, lại vừa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và nếu được gia công bằng khuôn mẫu thì mức độ thẩm mỹ không thua gì bồn inox để chứa nước dùng cho mục đích ăn uống

và sinh hoạt

Bồn nhựa composite (FRP): các loại bồn, bể từ nhựa composite dùng trong công nghiệp hoá chất, xử lý nước thải, bể phản ứng như bồn, bể, thùng chứa axit H2SO4, HCl, HNO3 , chứa kiềm NaOH, KOH , chứa polyme PAC, FeCl2 FeCl3 và các loại dầu,

mỡ, dung môi hữu cơ, các loại dung dịch hoá học với mọi dung tích khác nhau

Ở Tiền Giang, Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ KHCN thuộc Sở Khoa học

và Công nghệ hơn 15 năm qua đã có nhiều kinh nghiệm làm bồn chứa chất lỏng bằng vật liệu composite: trong đó, chủ yếu là bồn chứa nước sinh hoạt đã cung cấp cho nhiều hộ gia đình, nhiều trạm cung cấp nước sinh hoạt nông thôn, chẳng những được thị trường trong tỉnh ưa chuộng mà còn được thị trường các tỉnh bạn lân cận như Đồng Tháp, Bến Tre và Long An nhiệt tình ủng hộ và giá cả chỉ bằng phân nửa bồn inox loại tốt Với những ưu điểm trên, bồn chứa nước composite dễ dàng xâm nhập thị trường, nhất là rất phù hợp với túi tiền của bà con giới bình dân

DUT.LRCC

Mặt khác, do nhẹ và bền với môi trường nắng nóng nên có thể lắp đặt trên các nhà cao tầng thay bồn inox, vì hoàn toàn khắc phục được những nhược điểm của loại bồn này, nhất là nhược điểm khó phân biệt loại nào đạt chuẩn bằng inox 304 để khẳng định là không ảnh hưởng đến sức khỏe con người Tuy nhiên, tuổi thọ và chất lượng bồn chứa nước composite còn tùy thuộc vào chủng loại vật liệu của nước sản xuất và nhất là công nghệ sản xuất phải bảo đảm thì độ thẩm mỹ và chất lượng mới được như mong muốn được

Bồn nhựa: Được sản xuất dựa trên công nghệ xoay ly tâm Nhựa được đốt nóng

và xoay ba chiều trong một khuôn khép kín Bồn nhựa có khả năng cách nhiệt tốt, thích hợp cho tất cả các nguồn nước, nhất là nước giếng khoan có nhiều khoáng chất, phèn chua Bồn nhựa có loại bồn đứng và bồn nằm và có nhiều dung tích khác nhau Bồn nhựa thông thường trên thị trường được bảo hành 5 năm và có giá rẽ hơn bồn inox

b) Bình chứa khí nén (bình tích áp)

Chức năng chính của bình chứa khí (bình tích áp) trong hệ thống khí nén trung tâm là tích trữ lượng khí nén mà máy nén khí nén lên áp suất đặt sẵn Và cung cấp trở lại cho hệ thống khí nén khi có nhu cầu sử dụng đột xuất, nhằm duy trì áp suất làm việc trong hệ thống không giảm xuống một cách đột ngột ảnh hưởng quá trình làm việc của thiết bị và máy móc sử dụng khí nén

Hình 1.5 Một số bình chứa khí

Ngoài ra, bình chứa khí (air tank) còn có chức năng như thiết bị ngưng một phần nước, bụi bẩn mà máy nén khí cung cấp cho hệ thống và làm giảm nhiệt độ (làm mát đầu vào cho các thiết bị khác như: máy sấy khí, lọc khí và các thiết bị khí nén khác…)

DUT.LRCC

Bình chứa khí (air tank) được chia thành nhiều loại: bình chứa khí áp suất thấp, bình chứa khí áp suất cao Bình chứa khí sử dụng vật liệu thép thông thường, bình chứa khí

sử dụng thép không gỉ (thường được dùng trong ngành chế biến dược phẩm, y tế, dược phẩm)…

Hiện nay hàng năm cung cấp ra thị trường hàng trăm nghìn sản phẩm bình chứa khí (bình tích áp) với hàng nghìn mẫu mã và thiết kế theo yêu cầu của khách hàng Các sản phẩm về bình chứa khí (air tank) có dung tích từ 0,5m3 đến 50m3 áp suất làm việc

từ 10kGf/cm2 đến 50kGf/cm2 Tất cả các sản phẩm (bình khí nén) cung cấp đều đạt tiêu chuẩn Quốc tế và Việt Nam có chứng nhận xuất xứ rõ ràng, được chứng nhận của

cơ quan kiểm định tại Việt Nam: bình chứa khí, bình tích áp, bình khí nén, bình áp lực

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bình chứa thép

1.2.1 Cấu tạo bình chứa

Các loại bồn chứa nói chung gồm các phần: thân bồn, đáy bồn và nắp bồn Các

bộ phận được chế tạo riêng biệt với nhau sau đó được hàn kín lại với nhau Các loại bình, bồn bể dùng đựng hóa chất thực phẩm cần có yêu cầu cao về độ chính xác chất lượng cũng như thẩm mỹ

Dây chuyền máy vê, máy ép đáy elip và chỏm cầu được sử dụng vào mục đích phục vụ cho việc gia công, chế tạo nắp và đáy bình, bồn chứa có đường kính và biên dạng khác nhau Các loại bình chứa, bồn bể đựng hóa chất, thực phẩm, nước người ta thường sử dụng đáy, nắp có hình dạng chỏm cầu hoặc elip:

 Theo lý thuyết thì ứng suất tập trung tại các góc cạnh, do vậy thiết kế sao cho giảm ứng suất tập trung (bồn chứa nước đứng/nằm toàn hình trụ)

(bồn xe chữa cháy, xe chở xăng dầu)

DUT.LRCC

1.2.2 Các phương pháp chế tạo đáy bình chứa

Đối với sản phẩm đáy bồn chứa, bình chứa có hình chỏm cầu hoặc elip thì có

nhiều phương pháp chế tạo: phương pháp đúc, phương pháp dập, phương pháp ép…

Trong các phương pháp trên thì phương pháp đúc và phương pháp dập ít được sử dụng Phương pháp đúc có nhiều phế phẩm nên sẽ rất tốn kim loại lỏng Mặt khác vật liệu chế tạo thường là thép, mà thép lại có tính chảy loãng không tốt Đối với phương pháp dập thì chủ yếu là dập được những biên dạng và đường kính vừa và nhỏ Các chi tiết đáy bồn chứa thường có đường kính lớn nên để thực hiện bằng phương pháp này thì cần phải có lực dập lớn dẫn đến công suất của máy lớn, vận tốc của máy lớn, kích

thước của máy lớn

Tóm lại phương pháp ép là tối ưu nhất vì nó có vận tốc nhỏ, kim loại biến dạng

từ từ

Hình 1.6 Các máy loại máy ép đáy elip và chỏm cầu

1.2.3 Các loại đáy bồn, đáy bình thường dùng

Các loại đáy bình thường dùng:

a) Đáy bình dạng chỏm cầu

DUT.LRCC

b) Gia công chỏm cầu bằng thép Hình 1.7 Các loại đáy bình, đáy bồn chứa

1.2.4 Vật liệu chế tạo đáy bình

Vật liệu chế tạo sản phẩm được sử dụng rộng rãi hiện nay là vật liệu thép các bon CT38, thép không gỉ …

Cơ tính của thép CT38 như sau:

b = (3849) kG/mm2

ch = 25 kG/mm2 Yêu cầu của thép các bon dùng để ép:

Thép các bon để ép có một chỏm cầu hoàn hảo thì nên dùng thép các bon có giới hạn

vê uốn được vật liệu của phôi có lực kéo giãn tới 5052 kG/mm2 và có độ giãn thấp hơn Nhưng nếu sử dụng những loại phôi này thì công việc vê uốn sẽ gặp khó khăn có thể phôi bị nứt hoặc sẽ bị tách

1.2.5 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bình

Phôi: vật liệu thép các bon CT38, thép không gỉ

Theo đề bài thì đường kính lớn nhất của phôi có thể: d max = 3200 (mm)

Phôi được cắt đứt từ thép tấm (cắt đứt bằng khí…) nhưng phải chú ý là trên phôi không có các vết nứt hoặc vết khía sâu ở mép ngoài do quá trình cắt phôi tạo ra

Để tránh những điều đó thì nên mép ngoài và mép trong của phôi được mài trước

DUT.LRCC

Cắt phôi theo đường kính đã được tính toán phù hợp đáy bình, đáy bồn theo ý muốn

Đầu tiên ta dùng khuôn ép có đường kính R1000 để ép phôi, thực hiện xoay phôi

từ trong ra ngoài, sau khi có biên dạng tương đối phù hợp (bề mặt không có những vết mấp mô) thì ta thay đổi khuôn ép có đường kính R750 thực hiện các bước tương tự, sau đó thay đổi khuôn ép có đường kính R550 để ép tiếp tục đến khi đạt được đường kính và chiều cao cần thiết

Sau khi thực hiện ép đáy bình ở trên máy ép ta chuyển chi tiết sang máy vê để vê bán kính cần thiết sau khi vê xong ta được sản phẩm có bán kính theo yêu cầu

Hình 1.8 Quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm

Hình 1.9 Máy miết (máy vê) chỏm cầu

DUT.LRCC

1.3 Giới thiệu các loại khuôn ép và các yêu cầu kỹ thuật

1.3.1 Giới thiệu chung khuôn ép

Khuôn ép là một bộ phận quan trọng trong các máy ép nói chung cũng nhƣ máy

ép thủy lực nói riêng, đây là bộ phận trực tiếp tạo nên hình dáng của sản phẩm và độ chính xác của sản phẩm

Đối với máy ép đáy bình chỏm cầu ta sử dụng 3 bộ khuôn ép R1000, R750, R550 thứ tự ép đƣợc tiến hành từ khuôn ép đến khuôn nhỏ

Các chi tiết của khuôn ép được chia làm 2 nhóm cơ bản:

a) Các chi tiết có giá trị công nghệ, có nghĩa là những chi tiết trực tiếp tham gia vào các quá trình công nghệ, tác dụng vào phôi hay bán thành phẩm

Các chi tiết có giá trị công nghệ bao gồm:

- Các chi tiết làm việc: chày, cối, chày - cối liên hợp, dao cắt

- Các chi tiết định vị: chốt định vị bước đưa băng, dao cắt bước, đầu định vị lỗ, vòng định vị phôi

- Các chi tiết ép và tháo phế liệu, tháo sản phẩm: tấm ép, vòng ép, tấm gạt, vòng gạt b) Các chi tiết có giá trị kết cấu, có nghĩa là những chi tiết dùng để lắp ghép và kẹp chặt

Các chi tiết có giá trị kết cấu bao gồm:

- Các chi tiết giữ và đỡ: đế khuôn, chuôi chày, áo chày, áo cối, tấm lót

- Các chi tiết dẫn hướng: trụ và bạc dẫn hướng, tấm dẫn hướng

- Các chi tiết truyền động: chêm, cam, tấm trượt, thanh giằng, bản lề

- Các chi tiết kẹp chặt và đàn hồi: vít, chốt, đai ốc, đòn kẹp, lò xo, cao su

Chày được lắp trên đầu piston bằng đai ốc, cối được gá trên bàn máy

1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép

- Tính công nghệ của kết cấu khuôn (khả năng công nghệ)

- Độ chính xác và độ bền vững

- Tính an toàn của các bộ phận khuôn

- Khả năng thay thế dễ dàng của các chi tiết mòn hỏng

- Khả năng lắp khuôn trên máy được thuận lợi

- Chế tạo đảm bảo tính kinh tế

- Thao tác thuận lợi và an toàn cho công nhân

1.3.3 Vật liệu chế tạo khuôn

Những chi tiết làm việc của khuôn ép (chày và cối) thông thường làm việc trong điều kiện chịu va đập, chịu áp lực cao, chịu ăn mòn, và có khi làm việc trong trạnh thái đốt nóng Hình dáng của chúng thường phức tạp và phải giữ hình dáng sau gia công nhiệt luyện

DUT.LRCC

Xuất phát từ đó mà vật liệu chế tạo khuôn ép cần phải có độ cứng cao, độ bền cao, và tính chịu mài mòn tốt

Trong quá trình chế tạo những chi tiết của khuôn ép cần đặc biệt chú ý đến công nghệ nhiệt luyện, để đảm bảo độ cứng và tổ chức của kim loại

Khi chọn vật liệu làm khuôn cần chú ý đến:

- Đặc điểm của các nguyên công dập

- Vật liệu được gia công

- Quy mô sản xuất

Các loại vật liệu dùng để chế tạo khuôn bao gồm:

- Thép các bon có tính tôi thấp, ứng suất dư bên trong nhiều, do quá trình làm nguội khi tôi xảy ra nhanh chóng Độ “nhạy” với nhiệt cao làm giảm độ bền của thép

mòn tốt

Những chi tiết này không yêu cầu có độ cứng cao: như tấm trượt, chêm, chèn, chốt định vị, vòng ép Chày cối hình đơn giản, làm việc nhẹ

và không lớn lắm

- Thép dụng cụ hợp kim thấp, có tính thấm tôi tốt, độ bền cao hơn so với thép các bon

Độ nhạy và độ lớn lên của hạt khi đốt nóng thấp, ít bị biến dạng khi làm nguội

hình với kích thước hay đường kính đến 35 mm

- Thép hợp kim thấp tôi cao:

chi tiết làm việc của khuôn dập có tiết diện lớn

đối với nhiều loại khuôn dập

 Thép 9CrSi có độ cứng cao sau khi ủ và khó gia công, dễ bị oxi hóa, không được nung trong lò đốt bằng ngọn lửa

DUT.LRCC

 Thép CrWMn có độ dao động lớn về tính tôi được và tính thấm tôi Tổ chức cacbit không đồng đều

tôi lớn hơn so với các loại thép kể trên

Nói chung thép Cr, 9CrSi, CrWMn, CrWSiMn dùng để chế tạo khuôn dập cắt tinh, sữa tinh, vòng cắt phức tạp và đòi hỏi chính xác

- Thép hợp kim thấm tôi rất cao:

 Thép hợp kim nhóm này được chia ra: thép crôm, thép có 5÷6 % Cr, và thép hợp kim phức tạp

về độ thấm tôi Nhược điểm chủ yếu của nó là tổ chức không đồng đều, điều đó gây nên sự khác nhau về tính chất cơ học theo những hướng khác nhau Một nhược điểm nữa là nhiệt độ tôi cao

có đốt nóng

 Thép Cr12m có tính chất cơ hoc tốt hơn thép Cr12

Đối với những khuôn dập làm việc với tải trong lớn (lực dập lớn, chấn động mạnh) thì tốt hơn cả là dùng thép Cr12V1 Thép Cr12V1 có tính “linh hoạt” trong gia công nhiệt luyện

Thép nhóm này dùng để chế tạo chày cối của khuôn dập vuốt, uốn thành hình, ép chảy có hình dáng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao

 Thép có 56% Cr

Thép nhóm này có hàm lượng crôm và các bon thấp hơn so với thép crôm cao

Nó có độ dai lớn hơn và tổ chức tương đối đồng đều hơn Thép Cr6WV, 9Cr5 chế tạo chày, cối dập vuốt lớn, cối để ép chảy thép

Thép hợp kim phức tạp: có độ bền cao (lớn hơn 20% so với thép có 6÷12 % Cr)

Tổ chức rất đồng đều, hạt nhỏ, ít “nhạy” đối với việc đốt nóng và thoát các bon Kích thước và hình dáng không thay đổi khi tôi

phức tạp

DUT.LRCC

hình ép chảy-làm việc chịu mài mòn, yêu cầu độ tinh sạch bề mặt và độ chính xác cao

lớn, khuôn cắt hình và đột lỗ những chi tiết từ thép đã tôi

có tiết diện nguy hiểm, kém bền do hình dáng đặc biệt của chi tiết dập, khuôn thành hình, khuôn chồn, và ép chảy

DUT.LRCC

1.4 Cơ sở lý thuyết về uốn kim loại

1.4.1 Định nghĩa và đặc điểm của quá trình uốn

a) Định nghĩa

Uốn là một nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội Uốn tức là biến phôi phẳng (tấm), dây hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc Khối

lượng vật uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên

Phụ thuộc vào kích thước và hình dáng vật uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực Ngoài ra còn được uốn trên các dụng cụ uốn bằng tay và máy uốn chuyên dùng

b) Đặc điểm qua trình uốn

Dưới tác dụng ép của chày và cối, phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết Quá trình biến dạng cũng bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi và quá trình biến dạng dẻo

Đầu tiên chày chỉ tiếp xúc với phôi tại điểm đầu chày Trong quá trình chày đi xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn Cuối cùng phôi bị nén chặt (chỉnh hình) giữa chày và cối, hai thanh chữ V được nắn thẳng và phần đỉnh có bán kính uốn nhỏ nhất theo đầu chày

Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày (đỉnh chữ V) nên quá trình biến dạng dẻo cũng chỉ xảy ra ở đó là chính Bởi vậy sau khi khử bỏ lực tác dụng thì vật liệu còn có khả năng đàn hồi trở lại, biểu hiện ở góc đàn hồi khi uốn

1.4.2 Lớp trung hòa

Trên thành của phôi trước khi uốn, ta kẻ những ô vuông Sau khi uốn ta thấy những ô vuông ở phần thẳng không thay đổi Còn những ô vuông ở phần cong thì biến thành hình thang (hình 2.2)

Các vạch ngang tính từ tâm uốn ra, các vạch ở phía ngoài dài ra còn các vạch ở trong ngắn lại, chỉ có đường 00 là chiều dài không thay đổi Đó là lớp trung hoà Phần ngoài lớp trung hoà chịu kéo, còn phần trong chịu nén Lớp trung hoà không chịu nén hay kéo nên giữ được độ dài ban đầu Đó là căn cứ tốt nhất để xác định phôi uốn

DUT.LRCC

Người ta đã chứng minh rằng lớp trung hòa đi qua trọng tâm của mặt phẳng tiết diện Trong quá trình uốn, bán kính càng nhỏ dần thì hình dáng tiết diện cũng thay đổi dần, do đó trọng tâm của tiết diện cũng di chuyển dần về phía hướng tâm uốn

S

r

Hình 1.13 Biểu đồ của lớp trung hoà

Vị trí lớp trung hoà được xác định bởi bán kính lớp trung hoà  và được xác định theo công thức của Roomanovxki [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 103]

)2.(

 

S

r S B

B tb

Trong đó:

Btb - Chiều rộng trung bình của tiết diện uốn (mm)

B - Chiều rộng của phôi ban đầu (mm)

S - Chiều dày vật liệu (mm)

r - Bán kính uốn phía trong (mm)

1.4.3 Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không còn tác dụng của chày thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng của chày uốn Đó là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

DUT.LRCC

Tính đàn hồi được khi uốn với bán kính nhỏ (r < 10S) bằng góc đàn hồi Còn khi uốn với bán kính lớn (r > 10S) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi bán kính cong của vật uốn

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc

Hình 1.14 Tính đàn hồi khi uốn

Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc uốn, tỷ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu, kiểu khuôn uốn và hình dáng kết cấu vật uốn

1.4.4 Xác định phôi thép tấm dùng để gia công đáy chỏm cầu

*Trường hợp chỏm cầu có a > h bán kính phôi cần có R được tính:

=

Hình 1.15 Chỏm cầu có dạng a > h

DUT.LRCC

d: bán kính thân bồn (mm) r: bán kính góc vê (mm)

1.4.5 Tính lực ép để ép phôi thép tấm thành đáy chỏm cầu

Xét sự biến dạng của tấm phôi khi ép trên bộ khuôn chỏm cầu ta thấy phôi được nhấn vào trong lòng cối tương tự như nguyên công dập vuốt nên ta có thể sử dụng các công thức tính toán lực ép dựa vào công thức tính lực dập vuốt không làm mỏng thành Lực dâp của chày chịu ảnh hưởng các yếu tố sau

- Tính chất cơ hoc của vật liệu

- Phương pháp ép: ép thuận, ép nghịch, ép phối hợp khi phối hợp Khi ép phối hợp thì áp suất nhỏ hơn khi ép thuận hoặc ép nghịch

- Chiều dày của thành và của đáy sản phẩm

- Diện tích của chày vuông góc với trục ép, diện tích của chày càng lớn thì lực ép càng lớn

DUT.LRCC

- Trạng thái bề mặt của phôi và trạng thái bề mặt của khuôn Độ nhẵn càng cao thì lực càng lớn Thông thường các phần của thành của khuôn được chế tạo với độ nhẵn Rz 40 ÷ 80

- Có các chất bôi trơn hoặc không có chất bôi trơn thì quá trình bôi trơn không đảm bảo yêu cầu dẫn đến quá trình ép sẽ bị nứt , rạn bề mặt vật liệu kim loại

Theo công thức tính lực ép khi dập vuốt không làm mỏng thành, trang 174 [10] ta có:

Trong đó:

: Lực ép lý thuyết (kG): đường kính chi tiết qua lần dập thứ nhất (mm)

: Giới hạn bền cho phép của vật liệu tra bảng 85[10]

Chọn = 49 (kG/mm2)

k : Hệ số phụ thuộc vào hệ số ép, tra bảng 86 [10] theo hệ số m

DUT.LRCC

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CỦA MÁY

2.1 Phân tích và lựa chọn phương án động học

Để tạo ra sản phẩm từ máy ép thì ta có nhiều phương án Nhưng với phương án

nào phù hợp với yêu cầu làm việc của máy có hiệu quả và năng suất cao mới tối ưu

Để tìm ra một phương án tối ưu, thì yêu cầu phải phân tích các phương án và tìm ra

Trong đó:

+ Chƣa có tính tự động hóa cao

+ Tốc độ không đều, lực quán tính sinh ra trong quá trình chuyển động của đầu trƣợt lớn

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý máy ép trục lệch tâm

Trong đó:

1 Động cơ điện 8 Trục truyền

2 Bộ truyền đai 9 Thanh truyền

DUT.LRCC

c) Ƣu và nhƣợc điểm

- Ƣu điểm:

+ Bền, chắc chắn, tạo lực ép riêng lớn + Dễ thiết kế, chế tạo, giá thành rẻ + Bàn máy có thể điều chỉnh + Dễ sử dụng

- Nhƣợc điểm:

+ Lực ép nhỏ, từ 20 đến 2500 KN + Khi ép gây ra rung động lớn, kém chính xác + Chƣa có tính tự động hóa cao

c) Ƣu và nhƣợc điểm

- Ƣu điểm:

+ Máy ép ma sát có chuyển động đầu trƣợt êm, tốc độ ép không lớn nên kim loại biến dạng từ từ và triệt để hơn, hành trình làm việc điều chỉnh trong phạm vi khá rộng

+ Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẽ

- Nhƣợc điểm:

+ Năng suất không cao + Lực ép tạo đƣợc không lớn + Chƣa có tính tự động hóa cao

DUT.LRCC

7 Thiết bị làm mát 15.Bơm piston hướng trục

17.Van tiết lưu

b) Nguyên lý hoạt động

Chất lỏng (khoáng dầu) từ bồn chứa (13), được truyền đến piston xylanh (3-4) nhờ bơm cao áp (15), tùy theo vật liệu và cường độ của thép mà bơm cao áp có áp suất tương ứng Khi tác động vào tay gạt (van phân phối 5) sẽ làm dịch chuyển piston

DUT.LRCC

Piston được nâng hạ nhờ áp lực dầu tạo ra ở khoang trên và khoang dưới của xylanh, sinh ra lực ép tại đỉnh piston, trên đỉnh piston có lắp một cơ cấu ép gọi là chày (khuôn ép) Khuôn ép có R và biên dạng tương đương với R mà sản phẩm cần thiết phải chế tạo, khuôn ép này được thay đổi cho phù hợp với sản phẩm Khi hệ thống thủy lực áp suất chất lỏng trong hệ vượt quá mức điều chỉnh trị số quy định thì van tràn,van an toàn (14) tự mở ra để dầu về bể Khi dầu về bể có van cản (6) tạo nên sức cản trong hệ thống thủy lực, tạo nên một áp suất nhất định ở đường ra làm cho dòng chất lỏng trong

hệ thống không bị gián đoạn, do đó xilanh và động cơ thủy lực làm việc êm, không bị

va đập khi hệ thống khởi động Dầu hệ thống được làm mát bởi bộ làm mát bằng nước

+ Khó xảy ra quá tải + Lực tác dụng làm vật liệu biến dạng êm và từ từ + Tốc độ chuyển động của chày mang khuôn ép cố định và có thể điều chỉnh được, có thể thay đổi được chiều dài hành trình

+ Làm việc ít có tiếng ồn + Khả năng tự động hóa cao + Dễ bố trí cơ cấu ép theo các phương án khác nhau + Năng suất hiệu quả cao

Kết luận

Với nhưng yêu cầu như trên, ta thấy chọn phương pháp gia công chỏm cầu máy

ép thủy lực có thể tạo được lực rất lớn trong quá trình gia công Máy có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, hoạt động êm, nhược điểm là máy có kích thước lớn, cồng kềnh tuy nhiên dễ chế tạo ở trong nước Phù hợp với các cơ sở, phân xưởng cơ khí trung bình Hiện nay, máy ép thủy lực được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Với hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo được yêu cầu về chất lượng sản phẩm Do đó, ta chọn máy ép thủy lực là phương án tốt nhất

2.2 Phân tích và lựa chọn phương án kết cấu

2.2.1 Phương án thân máy

a) Thân kín

 Ưu điểm

-Đảm bảo độ cững vững của thân máy

-Thuận lợi cho việc thao tác khi sử dụng máy

-Chịu được tải trọng lớn, độ ổn định của máy cao

 Nhược điểm

Kết cấu của máy lớn

b) Thân hở

DUT.LRCC

1 Xilanh +Chú thích

 Ƣu điểm

- kết cấu thân máy đơn giản, nhỏ gọn

 Nhƣợc điểm

- Khó khăn cho việc thao tác máy

- không gian làm việc của máy hẹp

b) Sử dụng hai xilanh

B: PHUONG ÁN XY LANH B2: Hai xy lanh

PTTL

2 1

+Chú thích:

2 Xy lanh 2

3 Chày

1 xy lanh 1 3

2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý của máy

2.3.1 Mục đích và nội dung của công việc thiết kế sơ đồ nguyên lý

Thiết kế nguyên lý máy là nghiên cứu vấn đề chuyển động và điều khiển chuyển động của cơ cấu máy và máy Ba vấn đề chung của các loại cơ cấu máy và máy mà

nguyên lý máy nghiên cứu là vấn đề về cấu trúc, động học và động lực học

Ba vấn đề nêu trên được nghiên cứu dưới dạng hai bài toán: bài toán phân tích và

bài toán tổng hợp

Bài toán phân tích cấu trúc: Nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của cơ

cấu và khả năng chuyển động của cơ cấu tuỳ theo cấu trúc của nó

Bài toán phân tích động học nhằm xác định chuyển động của các khâu trong cơ

cấu, khi không xét đến ảnh hưởng của các lực mà chỉ căn cứ vào quan hệ hình học của các khâu

Bài toán phân tích động lực học nhằm xác định lực tác dụng lên các khâu của cơ

cấu và quan hệ giữa các lực này với chuyển động của cơ cấu

Việc hình thành được sơ đồ nguyên lý sẽ giúp ta có cái nhìn tổng quan về các chuyển động chính của các khâu trong cơ cấu máy và máy

2.3.2 Các yêu cầu khi lựa chọn máy

Các thông số kỹ thuật cơ bản dùng để chọn máy là: lực, công suất, trị số bước, chiều cao kín và kích thước của bàn máy

Khi chọn máy ép cần chú ý những yêu cầu sau:

 Lực ép của máy cần phải lớn hơn lực dập, lực ép yêu cầu:

Pm ≥ (1,25÷1,3) P

Trong đó:

Pm - Lực danh nghĩa của máy (kG)

P - Lực cần thiết cho nguyên công (kG)

thực hiện

Đối với những nguyên công làm việc với hành trình lớn thì lực ở điểm bắt đầu sẽ nhỏ hơn nhiều so với lực danh nghĩa nên phải chọn lực danh nghĩa lớn, có trường hợp phải lớn gấp 2 lần lực tính toán

Chọn máy ép theo độ lớn của hành trình có ý nghĩa rất quan trọng trong việc ép cân đối hơn hành trình lớn

DUT.LRCC

 Chiều cao kín của máy ép:

Chiều cao kín của máy là yếu tố rất quan trọng khi thiết kế máy và khuôn ép Chiều cao kín của máy ép (khoảng cách từ mặt bàn máy đến mặt dưới của đầu trượt) và khuôn phải phù hợp với bất đẳng thức:

H – 5mm ≥ Hk ≥ H2 + 10mm Hoặc có thể theo điều kiện:

H -

3

2

M ≤ H – (0,1÷ 0,3) M Trong đó:

H - Chiều cao lớn nhất của máy (mm)

H2 - Chiều cao kín nhỏ nhất của máy (mm)

M - Khoảng cách điều chỉnh của đầu trượt (mm)

2.3.3 Các thông số của kỹ thuật của máy ép ME 6250

P2 = P1

1

2

f f

Diện tích f2>f1 bao nhiêu lần thì lực P2 lớn hơn P1 bấy nhiêu lần

- Nguyên lý hoạt động của máy ép:

Chất lỏng (dầu) từ bồn chứa được truyền đến piston-xylanh nhờ bơm cao áp, tùy theo vật liệu và cường độ của thép mà bơm cao áp có áp suất tương thích Khi tác dụng vào tay gạt (van phân phối) sẽ làm dịch chuyển piston Piston được nâng hạ nhờ áp lực dầu

áp lực khoang trên và khoang dưới xilanh sinh ra lực ép tại đỉnh piston Trên đỉnh piston có gắn một cơ cấu khuôn ép, bán kính R và biên dạng R tương đương với biên dạng sản phẩm

b) Đặc tính kỹ thuật của máy



DUT.LRCC

 Hành trình dịch chuyển piston: 780 (mm), đường kính piston 250 (mm), đường kính xylanh 400 (mm)

 Công suất động cơ 25 (kw), n = 1450 (v/ph), nối điện 3 pha [380 (v), f= 50/60Hz]

 Thiết bị đi cùng máy ép là khuôn ép có 3 bộ khuôn R1000, R750, R550

 Chiều dày phôi đạt lớn nhất Smax = 20 mm

 Không ép quá tải

7 Thiết bị làm mát 15.Bơm piston hướng trục

17.Van tiết lưu

DUT.LRCC