Thiết kế máy lốc ống 4 trục

Để chế tạo ra các loại ống không chỉ có phương pháp uốn hàn mà còn có những phương pháp khác nhau như: Cán, ép, kéo… Tuy nhiên các phương pháp này chỉ thích hợp với việc sản xuất các đườ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY LỐC 4 TRỤC

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN THANH VIỆT

Sinh viên thực hiện: NGÔ VĂN THỂ

Đà Nẵng, 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Ngô Văn Thế Số thẻ sinh viên: 101150145

Lớp: 15C1C Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy

1 Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ MÁY LỐC ỐNG 4 TRỤC

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

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu

-Chiều dày phôi thép: 50mm

-Đường kính ống Φmax = 2400 (mm), chiều dài ống Lmax = 3100 (mm)

-Vật liệu: Thép CT38

-Các số liệu tham khảo máy thực tế

*Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

a, Lý thuyết

-Giới thiệu về sản phẩm uốn

- Cơ sở lý thuyết về quá trình gia công biến dạng và kỹ thuật uốn thép tấm

b, Tính toán thiết kế

-Phân tích lựa chọn phương án và thành lập sơ đồ động của máy

-Tính toán động học và động lực học toàn máy

-Thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực

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

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

- Bản vẽ lựa chọn phương án: 1A0

- Bản vẽ sơ đồ động: 1A0

- Bản vẽ lắp toàn máy và các mặt cắt: 2-3A0

- Bản vẽ hộp giảm tốc: 1A0

- Bản vẽ quy trình chế tạo chi tiết: 1A0

5 Họ tên người hướng dẫn: Nguyễn Thanh Việt

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 28/08/2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp nước ta nói chung và ngành cơ khí chế tạo nói riêng đã có nhiều bước phát triển vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế của đất nước Để bắt nhịp cùng sự phát triển bậc của ngành công nghiệp cơ khí trên thế giới, ngành cơ khí nước ta không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt công nghệ tiên tiến và hiện đại, đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ mới, cải tiến cách thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước

Hiện nay nhu cầu về việc sử dụng các loại đường ống lớn ngày càng phổ biến đối với các ngành công nghiệp như: Dầu khí, thuỷ điện, vận chuyển hoá chất, chất đốt… là những ngành có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân

Để chế tạo ra các loại ống không chỉ có phương pháp uốn hàn mà còn có những phương pháp khác nhau như: Cán, ép, kéo… Tuy nhiên các phương pháp này chỉ thích hợp với việc sản xuất các đường ống cỡ nhỏ, còn đối với ống có đường kính lớn phương pháp uốn hàn thì có nhiều tính năng vượt trội hơn so với các phương pháp khác và nó đáp ứng được nhu cầu về việc sản xuất các đường ống cỡ lớn

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, em được thầy giáo giao đề tài “Thiết kế máy lốc ống 4 trục” làm đồ án tốt nghiệp

Với những kiến thức đã học ở trường, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Thanh Việt và các thầy giáo trong khoa Cơ khí, đã giúp em hoàn thành nhiệm

vụ được giao Tuy nhiên, do thời gian có hạn, đồng thời vốn kiến thức còn nhiều hạn chế nên việc tính toán thiết kế máy không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong được các thầy đóng góp ý kiến và sửa chữa để em ngày một hoàn thiện hơn trong quá trình thiết kế sau này Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy

cô trong khoa đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 5 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Ngô Văn Thế

DUT-LRCC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

PHẦN A 1

LÝ THUYẾTCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI SẢN PHẨM UỐN VÀ 1

CÁC LOẠI MÁY UỐN THÉP HIỆN CÓ 2

1.1 Tổng quan về các loại sản phẩm lốc 3

1.2 Các loại máy lốc ống hiện có 5

1.3 CÁC NGUYÊN LÝ LỐC ỐNG 9

1.3.1, Máy lốc 3 trục 9

1.3.2, Máy lốc 4 trục 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT UỐN THÉP TẤM 12

2.1 Lý thuyết quá trình biến dạng kim loại 12

2.1.1 Biến dạng trong đơn tinh thể 12

2.1.2 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể 13

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại 13

2.2 Kỹ thuật cán uốn thép tấm 14

2.2.1 Khái niệm uốn 14

2.2.2 Quá trình uốn 14

THIẾT KẾCHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT 16

BAN ĐẦU CHO MÁY THIẾT KẾ 17

3.1 Kích cỡ ống lốc được 17

3.2 Tính lực đàn hồi khi uốn 18

3.3 Lực uốn 18

3.4 Thông số vật liệu 19

3.5 Công suất lốc cần thiết 19

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 20

DUT-LRCC

4.1 Lựa chọn phương án dẫn động cho phôi……… 20

4.2 Lựa chọn phương án tạo chuyển động quay cho trục I 21

4.3 Lựa chọn phương án chuyển động cho trục uốn 23

4.4 Lựa chọn phương án truyền động trục ép dưới 26

4.5 Lựa chọn phương án tháo sản phẩm (Hình 4.8) 27

4.6 Lựa chọn cách bố trí bánh răng cho trục chính (Hình 4.9) 28

4.7 Xây dựng sơ đồ động học của máy (Hình 4.10) 29

5.1 Tính toán động lực học máy 30

5.2 Phân tích và tính chọn công suất động cơ và phân phối tỷ số truyền 32

5.2.1 Chọn công suất động cơ 32

5.2.2 Chọn tỷ số truyền 33

5.3 Tính toán hộp giảm tốc 34

5.3.1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh 34

5.3.2 Thiết kế bộ truyền cấp chậm 1 38

5.3.3 Thiết kế bộ truyền cấp chậm 2 42

5.3.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng ngoài 45

5.4 Thiết kế trục, gối đỡ và then hộp tốc độ 48

5.4.1 Thiết kế trục 48

5.4.2 Cấu tạo vỏ hộp 59

5.5 Bôi trơn hộp giảm tốc 60

5.6 Thiết kế cơ cấu nâng bộ phận ép 60

5.7 Thiết kế trục uốn 61

5.7.1 Thiết kế trục uốn chủ động 1 62

5.7.2 Thiết kế trục uốn 3,4 63

5.7.3 Thiết kế gối đỡ trục 64

5.8 Tính chọn nối trục 65

5.8.1 Tính chọn khớp nối động cơ với trục vít 65

5.8.2Tính chọn khớp nối động cơ với hộp tốc độ 66

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 68

6.1 Tính lực ép, áp suất, đường kính piston trục II 68

6.2 Tính chọn piston cơ cấu nâng hạ trục chính 73

DUT-LRCC

6.3 Tính chọn công suất bơm dầu 76

6.4 Tính toán ống dẫn dầu 78

PHẦN C 80

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, 80

AN TOÀN 80

VÀ BẢO DƯỠNG MÁY CHƯƠNG 7: AN TOÀN VÀ SỬ DỤNG MÁY 80

7.1 Quy trình vận hành máy 81

7.1.1 Bước 1: Kẹp đầu phôi 81

7.1.2 Bước 2: Bẻ cong đầu phôi 81

7.1.3 Bước 3: Lốc đoạn cung đầu 82

7.1.4 Bước 4: Trở đầu phôi 82

7.1.5 Bước 5: Bẻ cong đầu phôi còn lại 83

7.1.6 Bước 6: Lốc đoạn cung đầu còn lại 83

7.1.7 Bước 7: Đưa trọng tâm về giữa máy 84

7.1.8 Bước 8: Lốc đạt hình dáng và đúng kích thước ống 84

7.2 Lắp đặt vận hành và bảo dưỡng máy 85

7.2.1 Cách lắp đặt 85

7.2.2 Yêu cầu Vận hành 85

7.2.3 Bảo dưỡng 86

7.2.4 Sự cố máy và khắc phục 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DUT-LRCC

Hình 1.4 Tua bin máy phát điện và hệ thống thu hồi nhiệt

Hình 1.5 Máy lốc tôn hai trục bằng tay

Hình 1.6 Máy lốc tôn 2 trục truyền động cơ khí

Hình 1.7 Máy lốc tôn thủy lực 3 trục W11S-10×2500

Hình 1.8 Máy lốc tôn thủy lực 4 trục TXW12-50x3000

Hình 1.9 Máy lốc tôn thủy lực 4 trục điều khiển CNC W12-16x2000

Hình 1.10 Hai trục ép đặt phía dưới

Hình 1.11 Trục ép đặt về phía sau hai trục uốn

Hình 1.12 Trục ép được bố trí ở giữa hai trục đỡ

Hình 1.13 Sơ đồ động của máy lốc ống 3 trục

Hình 1.14 Sơ đồ mô tả các chuyển động của trục lốc

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về quá trình biến dạng và kỹ thuật uốn thép tấm

Hình 2.1 Mạnh tinh thể trước biến dạng

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ lực và biến dạng

Hình 2.3 Biến dạng theo hình thức trượt

Hình 2.4 Biến dạng theo hình thức song tinh

Hình 2.6 Biến dạng của phôi thép trước và sau khi uốn

Phần B: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3: Xác định các thống số kĩ thuật ba đầu cho máy thiết kế

Hình 3.1 Bán kính uốn

Hình 3.2 Lực đàn hồi khi uốn

Chương 4: Thiết kế động học toàn máy

DUT-LRCC

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thủy lực

Hình 4.2 Sơ đồ sử dụng động cơ điện

Hình 4.3 Sơ đồ bố trí trục cho phương án 1

Hình 4.4 Sơ đồ bố trí trục của phương án 2

Hình 4.5 Sơ đồ bố nguyên lý dùng thủy lực nâng 2 trục uốn

Hình 4.6 Sơ đồ dùng bộ truyền trục vít - bánh vít và cơ cấu vít me - đai ốc

Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý dùng thủy lực nâng trục dưới

Hình 4.8 Cơ cấu tháo sản phẩm

Hình 4.9 Cơ cấu cặp bánh răng ăn khớp trong

Hình 4.10 Sơ đồ động toàn máy lốc 4 trục

Chương 5: Thiết kế động lực học toàn máy

Hình 5.1 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các trục

Hình 5.2 Sơ đồ động của hộp giảm tốc

Hình 5.3: Sơ đồ hộp tốc độ

Hình 5.4: Biểu đồ mô men trên trục I

Hình 5.5: Biểu đồ mô men trên trục II

Hình 5.6: Biểu đồ mômen trên trục III

Hình 5.7: Biểu đồ mômen trên trục IV

Hình 5.8: Sơ đồ động cơ cấu nâng bộ phận ép

Hình 5.9: Thông số hình học của trục uốn

Hình 5.10: Biểu đồ mô men trục I

Hình 5.11: Biểu đồ mômen trục III (IV)

Hình 5.12: Thông số hình học khớp nối vòng đàn hồi

Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực

Hình 6.1: Cụm piston xilanh

Hình 6.2: Hành trình ép phôi của piston

Hình 6.3: Hành trình đi xuống của piston

Hình 6.4: Hành trình nâng trục

Hình 6.5: Bơm dầu

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

DUT-LRCC

Chương 7: An toàn và sử dụng máy

Hình 7.1: Kẹp đầu phôi( bước 1)

Hình 7.2: Bẻ cong đầu phôi (bước 2)

Hình 7.3: Lốc đoạn cung đầu( bước 3)

Hình 7.4: Trở đầu phôi (bước 4)

Hình 7.5: Bẻ cong đầu phôi còn lại (bước 5)

Hình 7.6: Lóc đoạn cung đầu còn lại (bước 6)

Hình 7.7: Đưa trọng tâm phôi về giữa máy (bước 7)

DUT-LRCC

MỞ ĐẦU

Hiện nay nhu cầu về việc sử dụng các loại đường ống lớn ngày càng phổ biến đối với các ngành công nghiệp như: Dầu khí, thuỷ điện, vận chuyển hoá chất, chất đốt… là những ngành có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân

Để chế tạo ra các loại ống không chỉ có phương pháp uốn hàn mà còn có những phương pháp khác nhau như: Cán, ép, kéo… Tuy nhiên các phương pháp này chỉ thích hợp với việc sản xuất các đường ống cỡ nhỏ, còn đối với ống có đường kính lớn phương pháp uốn hàn thì có nhiều tính năng vượt trội hơn so với các phương pháp khác và nó đáp ứng được nhu cầu về việc sản xuất các đường ống cỡ lớn

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, em được thầy giáo giao đề tài “Thiết kế máy lốc ống 4 trục” làm đồ án tốt nghiệp

Đồ án gồm 3 phần:

Phần A: LÝ THUYẾT

+ Giới thiệu về các loại sản phẩm uốn và các loại máy lốc hiện có

+ Cơ sở lý thuyết về quá trình biến dạng và kỹ thuật uốn thép tấm

Phần B: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

+ Xác định các thống số kĩ thuật ba đầu cho máy thiết kế

+ Thiết kế động học toàn máy

+ Thiết kế động lực học toàn máy

+ Thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực

Phần C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, AN TOÀN VÀ BẢO DƯƠNG MÁY

DUT-LRCC

PHẦN A

LÝ THUYẾT

DUT-LRCC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI SẢN PHẨM UỐN VÀ

CÁC LOẠI MÁY UỐN THÉP HIỆN CÓ

 Các số liệu ban đầu:

- Đường kính ống lốc: Φmax = 2400 (mm)

- Chiều dày của phôi: 50 (mm)

- Chiều rộng của phôi: 3100 (mm)

Đặc điểm của thép CT38

Thép CT38 có giới hạn bền kéo từ khoảng 373-481 MPa

 Độ bền chảy (Mpa) phụ thuộc vào độ dày của thép:

1.1 Tổng quan về các loại sản phẩm lốc

a Ứng dụng trong nông nghiệp: Trong các công trình thuỷ lợi, sản phẩm ống được lắp

đặt để cung cấp nước phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp

Tháp chưng cất dầu tại nhà máy lọc hóa dầu Bình Sơn

Hình 1.2: Các ứng dụng của sản phẩm ống trong xăng dầu

 Tại các công ty, doanh nghiệp xăng dầu sản phẩm dạng ống được sử dụng rất nhiều như dùng làm bồn chứa dầu, hệ thống ống cấp phát, hệ thống phòng cháy chữa cháy, các loại xe bồn vận chuyển nhiên liệu

DUT-LRCC

Sản phẩm bồn chứa Nam Á Bồn chứa tại nhà máy lọc hóa dầu Bình Sơn

Hình 1.3: Các loại bồn chứa chất lỏng

 Tại các nhà máy thủy điện ống được dùng dẫn nhiên liệu, hệ thống thu hồi, xử

lý nhiệt ở nhà máy nhiệt điện, các vỏ tuabin máy phát, các lò hơi, nồi hơi, ống thải, ống thu hồi …

Hình 1.4: Tuabin máy phát điện và hệ thống thu hồi nhiệt

 Các hệ thống ống, các bình bồn còn dùng để chứa khí gas chịu được áp suất cao

 Các loại bồn dùng để sàng lọc, xử lý hóa chất tại các nhà máy hóa chất, loại này yêu cầu chất lượng và vật liệu tốt, đảm bảo vận hành tốt trong môi trường làm việc khó khăn phức tạp, chịu được áp suất, nhiệt độ làm việc cao

c Trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, quân sự quốc phòng, công nghiệp

đóng tàu, ôtô…

- Trong ngành đóng tàu sản phẩm là các vỏ tàu thủy có kích thước bán kính lớn,

vỏ ôtô, các loại vỏ tên lửa, vũ khí quân sự trong ngành công nghiệp quốc phòng…

DUT-LRCC

- Tháp chưng cất dầu khí

- Bồn chứa xăng dầu, hóa chất…

- Bồn chịu áp suất như: Bồn chứa gas, bồn chữa cháy, nồi hơi…

- Hệ thống thu hồi nhiệt

 Ứng dụng trong ngành công

nghiệp quốc phòng, hàng không

vũ trụ, công nghiệp đóng tàu,

ôtô…

- Thân tàu con thoi, tàu vũ trụ…

- Thân tên lửa hành trình

- Vỏ máy bay, tàu thủy, ôtô…

- Các bệ phóng tên lửa, bệ phóng tàu con thoi…

1.2 Các loại máy lốc ống hiện có

Hiện nay nhu cầu về các thiết bị đường ống ngày càng cao và đòi hỏi kích thước lớn mà trong khi đó các phương pháp cán ống chưa thể đáp ứng được Để đáp ứng được việc sản xuất chế tạo các đường ống có kích thước lớn cần phải được thực hiện trên các máy lốc thép

Qua quá trình học tập và tìm hiểu hiện nay có 3 loại máy lốc thép là máy lốc 2 trục, máy lốc 3 trục và máy lốc 4 trục

(Hình 1.5; 1.6; 1.7; 1.8; 1.9 thể hiện các loại máy lốc hiện có)

Hình 1.5: Máy lốc tôn 2 trục bằng tay DUT-LRCC

Hình 1.6: Máy lốc tôn 2 trục truyền động cơ khí

Máy lốc 3 trục

Hình 1.7: Máy lốc tôn thủy lực 3 trục W11S-10×2500

DUT-LRCC

Thông số kỹ thuật:

Điện áp 3 phase 380V/50Hz Công suất động cơ thủy lực 4KW

Công suất động cơ chính 5,5 KW Lực uốn trục trên 55 tấn Chiều rộng tôn lốc 2500mm Chiều dài trục lốc 2600mm

Độ dày tôn lốc max 10mm Chiều dày lốc mép max 8mm Đường kính trục lốc trên Φ 255 mm Đường kính trục lốc bên Φ 145 mm Khoảng cách giữa 2 trục bên 200mm Tốc độ lốc 3.5m/phút Tốc độ ép của trục lốc trên 120mm/phút Máy lốc 4 trục

Hình 1.8: Máy lốc tôn thủy lực 4 trục TXW12-50x3000 Thông số kỹ thuật:

Chiều rộng lớn nhất của tấm 3000 mm Chiều dài của con lăn làm việc 3100 mm

Độ dày tối đa của tấm 50 mm

Độ dày tối đa trước khi uốn 40 mm Đường kính con lăn trên 580 mm Đường kính con lăn dưới 560 mm Đường kính con lăn bên 480 mm Đường kính lốc nhỏ nhất 1700 mm

DUT-LRCC

Hình 1.9: Máy lốc tôn thủy lực 4 trục điều khiển CNC W12-16x2000

Thông số kỹ thuật:

Lực ép trên tấm 24Mpa Chiều dài trục lốc 2000 mm Chiều dài tấm trước khi lốc lớn

nhất

16 mm

Chiều dày bẻ mép 14 mm Đường kính con lăn trên 300 mm Đường kính con lăn dưới 270 mm Đường kính con lăn bên 220 mm Đường kính lốc nhỏ nhất 400 mm

1.3 CÁC NGUYÊN LÝ LỐC ỐNG

1.3.1, Máy lốc 3 trục

Đối với máy lốc 3 trục ta có thể có nhiều phương án uốn ống khác nhau Ở đây ta

có 3 phương án điển hình

 Phương án 1: Hai trục ép đặt phía dưới(Hình 1.10)

Hình 1.10 : Hai trục ép đặt phía dưới

 Ưu điểm: Kiểu máy uốn hai trục ép đặt phía dưới này được sử dụng để uốn những vật liệu dày có kết cấu phức tạp, cho năng suất cao

 Nhược điểm: Không uốn được những vật liệu quá nhỏ và khó chế tạo, giá thành cao

 Phương án 2: Trục ép đặt về phía sau hai trục uốn(Hình 1.11)

Hình 1.11: Trục ép đặt về phía sau hai trục uốn

 Ưu điểm: Phương án này có khả năng cuốn được các sản phẩm có kích thước khác nhau, cuốn được những vật liệu dày

 Nhược điểm: Năng suất không cao vì tính linh hoạt của máy thấp

 Phương án 3: Trục ép được bố trí ở giữa hai trục đỡ(Hình 1.12)

Hình 1.12 : Trục ép được bố trí ở giữa hai trục đỡ Trên đây là các phương án để cuốn ống từ máy lốc 3 trục Từ đó phương án 3 là phương án có hiệu quả và đảm bảo tính kinh tế cho việc chế tạo vì:

DUT-LRCC

+ Kết cấu máy đơn giản, làm việc có năng suất cao

+ Dụng cụ chi tiết dễ chế tạo, dễ mua

+ Đảm bảo tính kinh tế cao, dễ sửa chữa

Ta có sơ đồ động của máy nhƣ sau: (Hình 1.13)

1.3.2, Máy lốc 4 trục

Cũng dựa trên nguyên tắc phôi đƣợc ép nhờ hai trục III và IV, đồng thời đƣợc cuốn sang phải và trái thông qua chuyển động quay của trục cuốn I

(Hình 1.14) mô tả các chuyển động các trục của máy lốc 4 trục

Hình 1.14 : Sơ đồ mô tả các chuyển động của trục lốc

M

M

1 2

3

4

5 6

So với máy cuốn 3 trục, ở đây ta có thể lốc được các ống có chiều dày khác nhau qua khe hở giữa hai trục uốn I và II Ngoài ra so với máy cuốn 3 trục không thể uốn cong đoạn đầu của phôi trong khi máy lốc 4 trục có thể làm được và làm biến dạng đều trên toàn bộ bề mặt của phôi, thông qua việc điều chỉnh lực ép của hai trục bên lên phôi

Tuy nhiên, máy lốc 4 trục cũng còn nhiều hạn chế như:

+ Hệ thống điều khiển phức tạp, cơ cấu không gọn do vừa điều khiển bằng cơ khí vừa điều khiển bằng thủy lực

+ Giá thành chế tạo cao

+ Chiếm nhiều không gian trong nhà xưởng

Mặc dù vậy, máy cũng có những ưu điểm vượt trội:

+ Năng suất hoạt động lớn vì tính linh hoạt của máy cao

+ Có thể cuốn được những ống có đường kính lớn và chiều dày khác nhau và đảm bảo độ chính xác cao

Các chuyển động cần thiết:

+ Phôi được đưa vào đồng thời nâng trục II lên đúng bằng chiều dày phôi, sau

đó nâng trục III lên để bẻ cong đoạn đầu của phôi, nâng cơ cấu đỡ phôi lên Trục I quay sẽ làm phôi bị cuốn sang phải Hạ trục 3 xuống và trục I liên tục cuốn phôi sang phải khi đến mép, dừng trục I đồng thời nâng trục IV lên bẻ cong đầu còn lại, tiếp đến cho trục I quay ngược lại làm phôi bị cuốn sang trái Cứ làm như thế cho đến khi đạt bán kính yêu cầu

DUT-LRCC

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG

BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT UỐN THÉP TẤM

Như chúng ta đã biết, dưới tác dụng của ngoại lực thì kim loại bị biến dạng theo 3 giai đoạn:

2.1.1 Biến dạng trong đơn tinh thể

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

b) Biến dạng dẻo (đoạn AB): Là do ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới

hạn đàn hồi Làm biến đổi hình dáng và kích thước sau khi khư bỏ tải trọng tác dụng Kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh:

Theo hình thức trượt: Là sự chuyển động tương đối với nhau của các phần tinh thể theo những mặt và phương nhất định (mặt trượt và phương trượt) Trên mặt trượt

DUT-LRCC

các nguyên tử kim loại di chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số

nguyên lần thông số mạng, sau khi thôi tác dụng ngoại lực thì các hạt này không trở về

vị trí ban đầu mà dao động ở vị trí cân bằng mới (Hình 2.3)

Hình 2.3: Biến dạng theo hình thức trượt Hình 2.4: Biến dạng theo

Theo hình thức song tinh: Là sự giữa 2 phần của mạng tinh thể theo các mặt và phương nhất định, để sau đó 2 phần của mạng tinh thể đối xứng với nhau qua mặt đó Mặt mặt đối xứng gọi là măt song tinh (Hình 2.4)

c) Biến dạng phá huỷ (đoạn BC): Dưới tác dụng của tải trọng và nội ứng lực thì

kim loại bị vỡ, nứt Cho nên cơ tính của kim loại bị giảm xuống đáng kể và trở thành phế phẩm

2.1.2 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

Vật đa tinh thể có cấu tạo gồm nhiều đơn tinh thể xắp xếp ngẩu nhiên, vì phương của mỗi đơn tinh thể thường lệch hương nhau nên chúng bù trừ lẫn nhau

Do đó kim loại có tính đẳng hướng

Bến dạng dẻo đa tinh thể có hai hình thức trượt và song tinh có đặc điểm sau đây: Các hạt kim loại chịu các trạng thái ứng suất khác nhau, không đều nhau, cùng một lúc có thể xảy ra hạt chịu keo, hạt chịu nén hay xoắnvới các trị số ứng suất khác nhau Kim loại có cấu trúc hạt nhỏ chịu biến dạng tốt hơn kim loại có cấu trúc hạt to

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

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố

a) Ảnh hưỏng của thành phần và tổ chức kim loại

DUT-LRCC

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau Do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau Đối với các hợp kim kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo hạt cứng trong tổ chức,cản trở sự biến dạng của kim loại Do đó tính deo của kim loại giảm

b) Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Hầu hết các kim loại tăng tính dẻo khi nhiệt độ tăng Khi nhiệt độ tăng thì dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuyếch tán của các nguyên tử làm cho

tổ chức đồng đều hơn

c) Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại biến dạng nhiều các hạt tinh thể vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất

dư lớn làm cho tính dẻo của kim loại bị giảm mạnh (hiện tượng biến cứng) Tổ chức kim loại sau khi kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

d) Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đến độ dẻo của kim loại Qua thực nghiệm người ta thấy rằng: kim loại chịu ứng suất nến khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo

e) Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai cứng chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất khối trong kim loại sẽ lớn, hạt kim loại dòn và có thể bị nứt

2.2.1 Khái niệm uốn

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 từng phàn để tạo thàng hình dáng cần thiết Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra khác nhau ở hai mặt của phôi uốn

2.2.2 Quá trình uốn

DUT-LRCC

(Hình 2.6 thể hiện sự biến dạng của phôi thép trước và sau khi uốn)

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo Uốn làm thay đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước

Trong quá trình uốn, kim loại phía trong phía góc uốn bị nén lại và co ngắn ở hướng dọc, đồng thời bị kéo ở hướng ngang Còn phần kim loại phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp kim loại không bị ảnh hưởng bởi lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim loại và đây gọi là lớp trung hòa Sử dụng lớp trung hòa này để tính toán sức bền của vật liệu khi uốn

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

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

Khi uốn phôi với bán kính có khối lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại

PHẦN B

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

DUT-LRCC

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT

BAN ĐẦU CHO MÁY THIẾT KẾ

3.1 Kích cỡ ống lốc được

Hình 3.1 Bán kính uốn Chiều dài phôi được tính theo công thức:

Ll l  rxs

180 2 1

 Bán kính uốn lớn nhất cho phép xác định theo công thức:

T

S E r



2

.

Trong đó : E – modun đàn hồi khi kéo (KG/mm2)

σT – giới hạn chảy của vật liệu (KG/mm2)

) ( 2083 2400

2

50 10

1 min

rmin = K.S Với: K_hệ số phụ thuộc góc nhấn α

 Những yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn:

 Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện: Nếu vật liệu có tính dẻo tốt hoặc đã qua ủ mềm thì rmin có trị số nhỏ hơn so với khi đã qua biến dạng - bị biến cứng

 Ảnh hưởng của góc uốn: cùng một bán kính uốn r như nhau, nếu góc cuốn càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn

)(752

50125.0

3.2 Tính lực đàn hồi khi uốn

Khi biến dạng kim loại luôn tồn tại biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Tính đàn hồi được biểu hiện khi uốn với kính nhỏ nhỏ ( r < 10s ) bằng góc đàn hồi

β 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 uốn theo tính toán

β = α0 – α Thông thường β bằng khoảng 100

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, hình dáng kết cấu uốn

r





DUT-LRCC

Lực uốn làm biến dạng dẻo kim loại

b b

BS k l

n BS

- Chiều dài của phôi thép: 7540(mm)

- Chiều dày của phôi: 50 (mm)

- Chiều rộng của phôi: 3100 (mm)

Nct_Công suất cần thiết

N_Công suất làm việc

N FV 61 , 23 Kw

60 1000

5 , 5 668000



( chọn V = 5,5 m/ph )

1.2.3.

1 = 0,97 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng

2 = 0,99: Hiệu suất của ổ lăn

23,

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

Các chuyển động chính của máy bao gồm:

 Chuyển động tịnh tiến của phôi trên các trục uốn

 Chuyển động quay của 2 trục chính I và II

 Chuyển động tịnh tiến của trục II và hai trục ép III, VI

Dụng cụ và tác dụng của chúng:

cho động cơ quay và trục này quay, đồng thời ép và cuốn phôi vào

nâng đỡ phôi khi máy làm việc Khi bắt đầu đưa phôi vào thì nhờ trục này và trục I

ép chặt giữ lấy phôi

phôi vào và kết hợp với trục cuốn để tạo ra cung và góc cần tạo ra sản phẩm

4.1 Lựa chọn phương án dẫn động cho phôi

Quá trình uốn diễn ra khi phôi thép tấm chuyển động tịnh tiến đi qua các trục uốn Các trục uốn chuyển động tịnh tiến lên xuống để tạo ra biên dạng uốn

Có nhiều phương pháp tạo chuyển động cho phôi thép nhưng cần lựa chọn một phương pháp đảm bảo các điều kiện sau:

- Máy thiết kế có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ chế tạo

và lắp ráp

- Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên quan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy

- Máy phải có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

- Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện có

Từ những yêu cầu trên và với phương án thiết kế đã lựa chọn trên ta chọn phương pháp dẫn động phôi bằng cách truyền chuyển động quay cho trục I và trục II

Điều kiện để phôi có thể di chuyển là :

Fms = f.Fn ≥ Ft Trong đó : Fms : là lực ma sát trên vùng tiếp xúc

Ft : lực vòng cần truyền

DUT-LRCC

Fn : lực nén trên các trục

f : hệ số ma sát

4.2 Lựa chọn phương án tạo chuyển động quay cho trục I

 Phương án 1: Sử dụng động cơ thủy lực:(hình 4.1)

Có nhiều loại động cơ thủy lực như : động cơ bánh răng , động cơ cánh gạt , động

cơ piston ….tương ứng với các loại bơm dầu là các loại động cơ dầu

Sơ đồ mạch thủy lực được bố trì như sau:

1– Bơm dầu 2 – Van tràn và van an toàn 3 – Van tiết lưu 4 – Van đảo chiều

5 – Bơm dầu 6 – Van cản Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thủy lực

Khi đóng điện cho động cơ điện quay làm cho bơm dầu hoạt động, bơm dầu lên cho hệ thống Khi van đảo chiều ở vị trí giữa thì lượng dầu bơm lên sẽ thông qua van tràn chảy về bể Khi van đảo chiều ở hai vị trí trái hoặc phải thì dầu được cung cấp cho động cơ dầu, nhờ chuyển động của dầu làm cho roto của động cơ quay và làm trục động cơ quay truyền chuyển động quay cho các bộ phận chấp hành như hộp giảm tốc

 Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm:

- Momen khởi động và chống quá tải tốt

- Điều chỉnh tốc độ dễ dàng

DUT-LRCC

- Kết cấu động cơ nhỏ gọn hơn

- Làm việc ở môi trường khắc nghiệt như ngập nước, dễ cháy nổ…

 Nhược điểm:

- Để động cơ hoạt động được thì cần phải có nhiều thiết bị khác đi kèm vì thế hệ thống khá phức tạp, khó sửa chữa và thay thế và giá thành cao

 Phương án 2: Sử dụng động cơ điện(Hình 4.2)

Động cơ điện là loại động cơ được sử dụng nhiều trong công nghiệp cũng như gia dụng Có rất nhiều loại động cơ điện như động cơ một chiều, động cơ chiều 3 pha

đồng bộ, động cơ 3 pha không đồng bộ…

Sơ đồ bố trí động cơ như sau:

1– động cơ 2– cơ cấu phanh hãm

Hình 4.2: Sơ đồ sử dụng động cơ điện

Khi đóng điện cho động cơ hoạt động thì trên các quận dây của stato và roto động

cơ sinh ra hiên tượng cảm ứng điện từ làm cho roto quay Trục động cơ quay truyền chuyển động quay cho cơ cấu chấp hành như hộp giảm tốc, các bộ truyền ngoài tới trục I của máy

Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, không cần các thiết bị đi kèm phức tạp

- Dễ lắp đặt sửa chữa và thay thế

- Vận hành tin cậy

- Giá thành rẻ, thông dụng

Hộp giảm tốc

n dc

n

DUT-LRCC

 Nhược điểm:

- Khó khăn trong việc khởi động dòng khởi động lớn ( 4 đến 7 lần định mức ) làm sụt áp lưới điện và làm nóng động cơ

- Momen khởi động nhỏ

- Kích thước lớn hơn so với các loại động cơ khác có cùng công suất

 Kết luận: Với những ưu nhược điểm và kết cấu như trên và với yêu cầu của

máy ta lựa chọn phương án dùng động cơ điện tạo chuyển động quay cho trục I

để tạo chuyển động cho phôi thép

4.3 Lựa chọn phương án chuyển động cho trục uốn

4.2.1 Lựa chọn phương án di chuyển cho hai trục uốn:

 Phương án 1: Hai trục bên di chuyển thẳng đứng: (Hình 4.3)

I

II

Hình 4.3: Sơ đồ bố trí trục cho phương án 1

 Phương án 2: Hai trục bên di chuyển xiên và hợp với nhau một góc 60 º

 Ưu điểm: Uốn được những ống có đường kính lớn và những đường ống nhỏ

Đồng thời do trục bên ép theo phương xiên góc nên ép kim loại nhanh biến dạng hơn cho nên năng suất cao hơn

 Kết luận: Với những ưu nhược điểm trên ta lựa chọn phương án 2 cho 2 trục

cán di chuyển xiên góc 600 để nâng cao năng suất, bảo tính công nghệ cho máy và đảm bảo độ chính xác của sản phẩm

4.2.2 Lựa chọn phương án truyền động nâng hai trục uốn:

 Phương án 1: Dùng thuỷ lực (Hình 4.5)

Ta có thể dùng xilanh thủy lực để tạo chuyển động tịnh tiến cho các trục uốn

Sơ đồ nguyên lý như sau:

DUT-LRCC

 Ưu điểm và nhược điểm:

 Ƣu điểm: Truyền động dễ dàng, kết cấu đơn giản

 Nhƣợc điểm: Do tính nén đƣợc của dầu nên có thể làm piston không ổn

định và làm sai số bán kính cung uốn

 Phương án 2: Dùng bộ truyền trục vít - bánh vít và cơ cấu vít me - đai ốc

Đây là hệ thống truyền động bằng cơ khí đƣợc sử dụng khá nhiều trong các lại máy gia công thép đặc biệt là các máy công cụ ( Hình 4.6)

Sơ đồ nguyên lý nhƣ sau:

1

2

M

4 5 6

- Đặc tính cho bộ truyền này làm cho cơ cấu vít me đai ốc quay chậm lại, vít me đai ốc chịu đƣợc lực ép ( lực dọc trục ) rất lớn, vận tốc trƣợt chuyển động thấp

Cấu tạo của trục vít me có 3 đoạn Đoạn đầu để lắp ráp với bánh vít, đoạn cuối áp chặt vào cốc an toàn và tì vào gối trục, đoạn giữa có ren và đƣợc lắp với đai ốc bằng đồng để điều chỉnh lƣợng ép

DUT-LRCC

Ren được dùng trong vít me đai ốc là loại ren hình thang đỡ chặn một phía để chống rơ và lỏng khi làm việc

 Ưu điểm: ổn định, không có sai lệch khi bị nén như dầu thủy lực

 Nhược điểm: Khó khăn trong việc chế tạo trục vít_bánh vít…

 Kết luận: Với những phân tích như trên ta lựa chọn phương án 2 sử dụng cơ

cấu vitme - đai ốc truyền chuyển động tịnh tiến cho hai trục uốn Tạo ra độ chính xác cao cho sản phẩm

4.4 Lựa chọn phương án truyền động trục ép dưới

Trục II với nhiệm vụ tăng lực pháp tuyến để đảm bảo phôi quay không bị trượt trong quá trình gia công và rút ngắn khoảng cách giữa các trục để gia công được đoạn đầu phôi một cách dễ dàng

Trục này chỉ có chuyển động tịnh tiến lên xuống để ép phôi và nhận chuyển động quay của trục I Ta có các phương án truyền động sau:

 Phương án 1: Sử dụng cơ cấu trục vít bánh vít và cơ cấu vít me đai ốc

Cơ cấu này tương tự cơ cấu nâng hạ hai trục uốn đã nêu ở trên tuy nhiên do không có khả năng nén khi tải trọng thay đổi nên phôi thép sẽ khó gi chuyển khi tải trọng lớn vì vậy quá trình uốn sẽ không ổn định

 Phương án 2 : Sử dụng xilanh thủy lực (Hình 4.7)

DUT-LRCC

 Nguyên lý hoạt động:

Ban đầu khi mới đưa phôi thép tấm vào máy thì trục II ở vị trí dưới cùng Ta bấm nút điều khiển cho động cơ điện hoạt động làm cho bơm hoạt động Bơm dầu lên 2 piston nâng trục II đi lên nhờ lực ép của dầu lên hai 2 xilanh Khi trục II đã lên ép được vào phôi thép thì ấn nút dừng van đảo chiều hoạt động trục II sẽ đứng tại vị trí mong muốn

Sau khi gia công xong ta bấm nút điều khiển cho van đảo chiều hoạt động dảo chiều cho dầu chảy về bể nhờ trong lượng của trục tạo ra lực ép dầu chảy về bể dầu cho đến khi xilanh xuống tới điểm chết dưới

Ngoài ra cần bố trí thêm cơ cấu thanh truyền giữa hai piston để đảm bảo tính di chuyển đồng thời của hai piston và cân bằng lực giữa hai đầu trục uốn II

 Ưu điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm: Nhờ tính nén được của dầu nên, trong quá trình lốc thì trục II có thể

dịch chuyển lên xuống được khi tải trọng của quá trình biến dạng phức tạp thay đổi, làm cho quá trình lốc được tốt hơn Đồng thời dễ chế tạo hơn so với dùng trục vít _ bánh vít

 Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khó bảo trì sửa chữa, giá thành cao

 Kết luận: Ta lựa chọn phương án 2 sử dụng xilanh tủy lực để tạo chuyển động

cho trục ép vì khả năng nén của dầu thích hợp khi tải trọng thay đổi đảm bảo

quá trình uốn ổn định đảm bảo tính chính xác của sảm phẩm

4.5 Lựa chọn phương án tháo sản phẩm (Hình 4.8)

Để tháo sản phẩm khi đã gia công xong, ta dùng cơ cấu piston xilanh thủy lực để tháo sản phẩm Nhằm đảm bảo tính ổn định, làm việc êm và chính xác, dễ chế tạo

M

H G T

n I

I

Hình 4.8: Cơ cấu tháo sản phẩm DUT-LRCC

ở trạng thái treo, ta tiến hành tháo sản phẩm ra nhờ cầu trục hoặc cần trục

Quá trình tháo sản phẩm xong ta cấp điện cho cuộn nam châm điều khiển van đảo chiều chuyển về vị trí B, điều khiển xi lanh2 đi lên đẩy trục chính hạ xuống Sau đó cấp điện cho van đảo chiều 4/3 điều khiển xilanh 1 kéo cơ cấu đỡ trục chính lên để lắp

đỡ trục chính

4.6 Lựa chọn cách bố trí bánh răng cho trục chính (Hình 4.9)

M

HGT

do đó có thể uốn ống với chiều dày khác nhau Với việc bố trí cắp bánh răng ăn khớp trong làm cho khoảng cách trục nhỏ lại nên kết cấu máy gọn nhẹ hơn

DUT-LRCC

4.7 Xây dựng sơ đồ động học của máy (Hình 4.10)

Với những phân tích và lựa chọn trên ta có sơ đồ động toàn máy sau:

M M

Ð.Co

M

H G T

n III