Thiết kế máy lốc ống 4 trục

Nhu cầu thực tế của đề tài Hiện nay nhu cầu về việc sử dụng các loại đường ống cỡ lớn và cỡ trung ngày càng phổ biến đối với các ngành công nghiệp như: Dầu khí, thuỷ điện, vận chuyển hó

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY LỐC ỐNG 4 TRỤC

Người hướng dẫn: TS DƯƠNG MỘNG HÀ

Sinh viên thực hiện: BÙI VIỆT TIẾNG

Đà Nẵng, 2018

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

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

Để chế tạo ra các loại đường 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, các bình bồn

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 và cỡ trung

Do đó, thiết kế máy lốc ống 4 trục đảm bảo được nhu cầu cần thiết cho ngành công nghiệp, cần thiết cho các nhà xưởng các khu công nghiệp

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

 Tính toán thiết kế máy lốc ống 4 trục

3 Nội dung đề tài đã thực hiện: Thiết Kế Máy Lốc Ống 4 Trục

4 Kết quả đã đạt được:

a Phần lý thuyết:

 Tổng quan giới thiệu về các loại sản phẩm

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

b Phần tính toán và thiết kế máy:

 Phân tích lựa chọn phương án

 Thiết kế động học

 Thiết kế động lực học

 Thiết kế cơ cấu truyền động trục chính

 Thiết kế cơ cấu nâng bộ phận ép

 Thiết kế trục uốn

 Tính toán thiết kế phần điều khiển

Đà Nẵng, Ngày 19 tháng 5 năm 2018 Sinh viên thực hiện

Bùi Việt Tiếng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài tốt nghiệp:

THIẾT KẾ MÁY LỐC ỐNG 4 TRỤC

2 Các số liệu ban đầu:

- Chiều dài của phôi thép lớn nhất: L = 7540 (mm)

- Chiều rộng phôi thép: B ≤ 2800 (mm)

- Đường kính của ống sau uốn lớn nhất: Ømax = 2400 (mm)

- Chiều dày của phôi lớn nhất có thể uốn: 20 (mm)

- Công suất động cơ: N = 55 ( Kw)

- Các số liệu khác tham khảo từ thực tế

3 Nội dung thuyết minh:

c Phần lý thuyết:

 Tổng quan giới thiệu về các loại sản phẩm

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

d Phần tính toán và thiết kế máy:

 Phân tích lựa chọn phương án

 Thiết kế động học

 Thiết kế động lực học

 Thiết kế cơ cấu truyền động trục chính

 Thiết kế cơ cấu nâng bộ phận ép

 Thiết kế trục uốn

 Tính toán thiết kế phần điều khiển

4 Các bản vẽ và đồ thị:

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý và quy trình tạo ra sản phẩm 1A0

- Bản vẽ sơ đồ động máy uốn ống 1A0

- Bản vẽ lắp toàn máy 1A0

- Bản vẽ toàn máy 1A0

- Bản vẽ hộp tốc độ 1A0

- Bản vẽ các phương án thiết kế 1A0

- Bản vẽ cơ cấu đỡ phôi 1A0

- Tổng 7A0

5 Họ và tên giáo viên hướng dẫn : TS Dương Mộng Hà

7 Ngày hoàn thành thiết kế tốt nghiệp: Ngày 19 tháng 05 năm 2018

TRƯỞNG KHOA/ BỘ MÔN Giáo viên hướng dẫn

TS Dương Mộng Hà

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 cỡ lớn và cỡ trung 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 đường 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, các bình bồn

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 và cỡ trung

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, em

được thầy giáo TS Dương Mộng Hà 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 quá trình tìm hiểu thực tế máy

móc tại Doanh nghiệp tư nhân Tiến Lộc, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo TS Dương Mộng Hà 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 19 tháng 5 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Bùi Việt Tiếng

Với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng:

- Các số liệu, công thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy

- Tuân thủ các quy định của nhà trường đề ra về cách thức trình bày đồ án

- Nội dung các phần trong đồ án được giáo viên hướng dẫn cụ thể và kiểm tra thường xuyên

- Không trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chưa được sự đồng ý cũng như các tài liệu vi phạm pháp luật

Sinh viên thực hiện

Bùi Việt Tiếng

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI SẢN PHẨM VÀ CÁC LOẠI MÁY LỐC ỐNG HIỆN CÓ 1

1.1 Tổng quan về các loại sản phẩm uốn 1

1.2 Ứng dụng của các sản phẩm uốn trong thực tế 1

1.2.1 Ứng dụng trong nông nghiệp: 1

1.2.2 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp: 2

1.2.3 Trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, quân sự quốc phòng, công nghiệp đóng tàu, ôtô… 3

1.3 Các loại máy lốc ống hiện có 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT UỐN THÉP TẤM 8

2.1 Lý thuyết quá trình biến dạng kim loại 8

2.1.1 Biến dạng trong đơn tinh thể 8

2.1.2 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể 9

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại 9

2.1.4 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo 10

2.1.5 Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực 12

2.2 Kỹ thuật cán uốn thép tấm 13

2.2.1 Khái niệm uốn 13

2.2.2 Quá trình uốn 13

2.2.3 Tính toán phôi uốn 14

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY 17

3.1 Phân tích lựa chọn phương án 17

3.1.1 Máy cuốn tôn 3 trục 17

3.1.2 Máy cuốn tôn 4 trục 19

3.2 Thiết kế động học 21

3.2.1 Lựa chọn phương án dẫn động cho phôi 21

3.2.2.Lựa chọn phương án truyền động nâng hai trục uốn: 24

3.2.3 Lựa chọn phương án truyền động trục ép dưới 27

3.2.4. Xây dựng sơ đồ động học của máy 28

3.3 Thiết kế động lực học 30

3.3.1 Xác định lực khi uốn 30

3.3.3.Thiết kế cơ cấu nâng bộ phận ép 75

3.3.4 Thiết kế trục uốn 83

3.3.5 Tính chọn khớp nối động cơ với hộp tốc độ 88

3.3.6 Thiết kế hệ thống phanh hãm 89

3.4 Tính toán thiết kế phần điều khiển 91

3.4.1 Tính lực ép, áp suất, đường kính piston trục II 91

3.4.2 Tính chọn piston cơ cấu nâng hạ trục chính 96

3.4.3 Tính chọn công suất bơm dầu 99

3.4.4 Tính van an toàn 102

3.4.5 Tính toán van cản 107

3.4.6 Tính toán ăc quy dầu 109

3.4.7 Chọn lọc dầu cho hệ thống 111

3.4.8 Thiết kế bình chứa dầu 113

3.4.9 Tính toán ống dẫn dầu 115

3.5 Lắp đặt, an toàn vận hành và bảo dưỡng máy 116

3.5.1 Cách lắp đặt 116

3.5.2 Yêu cầu Vận hành 117

3.5.3 Bảo dưỡng 118

3.5.4 Sự cố máy và khắc phục 118

CHƯƠNG 4 : THIẾT LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ UỐN MỘT SẢN PHẨM ĐIỂN HÌNH 119

4.1 Hình dạng điển hình chi tiết và Phôi 119

4.2 các bước uốn ống 120

4.2.1 Bước 1 120

4 2.2 Bước 2 120

4.2.3 Bước 3 121

4.2.4 Bước 4 121

4.2.5 Bước 5 122

4.2.6 Bước 6 122

4.2.7 Bước 7 123

4.2.8 Bước 8 123

LỜI KẾT 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI SẢN PHẨM VÀ CÁC LOẠI MÁY LỐC ỐNG HIỆN CÓ

1.1 Tổng quan về các loại sản phẩm uốn

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nền công nghiệp đã có bước phát triển mạnh mẽ Ở nước ta các ngành công nghiệp nặng như cơ khí, xây dựng, đường sắt, đóng tàu, công nghiệp ôtô, công nghiệp quốc phòng…Đang trên đà phát triển và lan rộng khắp đất nước Để góp phần cho sự phát triển lớn mạnh của ngành công nghiệp này phải kể đến vai trò của ngành công nghiệp gia công cơ khí Gia công cơ khí có vai trò quan trọng để chi tiết có thể làm việc được và hoàn thiện hơn

Gia công các chi tiết có dạng ống được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và sản xuất Các loại ống, bình bồn có kích thước, hình dạng, tính năng làm việc khác nhau tùy thuộc

Trong đời sống hằng ngày sản phẩm dạng ống hay dạng nón được sử dụng rất rộng rãi cho các ngành, các thiết bị hay phương tiện trong thực tế

1.2 Ứng dụng của các sản phẩm uốn trong thực tế

1.2.1 Ứng dụng trong nông nghiệp:

 Sản phẩm dự kiến: các ống tròn sử dụng trong các công trình thuỷ lợi, sản phẩm ống được lắp đặt để cung cấp nước phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp, ngoài ra

nó còn làm hệ thống cung cấp nước sinh hoạt cho con người

 Số lượng: nhiều với các kích thước đường kính và chiều dài khác nhau

 Vật liệu: làm bằng thép

Hình 1.1: Các loại ống trong thực tế

1.2.2 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp:

Ống đóng vai trò chủ chốt trong mọi hoạt động sản xuất:

 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 1.3: 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 mà vẫn đảm bảo an toàn, loại này được sản xuất và kiểm tra rất kỹ lưỡng

Các loại bồn dùng để sàng lọc, xử lý hóa chất tại các nhà máy hóa chất,

Hình 1.4: Các loại bồn xử lý hóa chất, chứa khí gas Các bồn chứa hóa chất có đường kính với chiều dày thép lớn, các bồn xử lý trong hệ thống lọc dầu, tuabin thủy điện…

Hình 1.5: Các loại bồn chứa dầu tại nhà máy lọc dầu

1.2.3 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 võ tàu thủy có kích thước bán kính lớn, võ ôtô, các loại vỏ tên lửa, vũ khí quân sự trong ngành công nghiệp quốc phòng…

Tuy nhiên việc sử dụng ống cho nhiều hình thức khác nhau, có những dạng kích thước của ống khác nhau Vì vậy sản phẩm ống là nhu cầu không thể thiếu được trong sản xuất và đời sống

1.3 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

Máy lốc ống 2 trục

Hình 1.6: Máy lốc tôn 2 trục bằng tay

Hình 1.7: Máy lốc tôn 2 trục truyền động cơ khí

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 ép của trục lốc trên 120mm/phút

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

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

VÀ KỸ THUẬT UỐN THÉP TẤM

2.1 Lý thuyết quá trình biến dạng kim loại

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

Hình 2.1: Mạnh tinh thể trước biến dạng Hình 2.2: Biểu đồ quan hệ lực và biến dạng

a) Biến dạng đàn hồi (đoạn OA): Là biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng tác

dụng Vật thể tự khôi phục hình dáng và kích thước 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

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 hình thức song tinh

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

Biến 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

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

2.1.4 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo

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

- Ứng suất đường: τmax=σ1/2;

- Ứng suất mặt: τmax= (σ1 –σ2)/2;

- Ứng suất khối: τmax=(σmax –σmin)/2;

Nếu σ1=σ2=σ3 thì τ=0 không có biến dạng ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo

là giới hạn chảy σ

 Điều kiện biến dạng dẻo:

- Khi kim loại chịu ứng suất đường: |σ1|=σch tức là σmax=σch/2

- Khi kim loại chịu ứng suất mặt: |σ1 –σ2| =σch

- Khi kim loại chịu ứng suất khối: |σmax –σmin| =σch

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi

- Thế năng của biến dạng đàn hồi:

Trong đó: A0 – thế năng thay đổi thể tích vật thể

Ah - thế năng thay đổi hình dáng vật thể

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

E – mô đun đàn hồi của vật liệu

- Thế năng để làm thay đổi thể tích là:

- Thế năng dùng để làm thay đổi hình dạng của vật thể là :

Ah = A − A0 =(1+μ)

6E [(σ1− σ2)2+ (σ2− σ3)2+ (σ3− σ1)2] (2.7) Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là: 𝐴ℎ =(1+𝜇)

6𝐸 ∙ 2𝜎𝑐ℎ2 (2.8)

σ1− σ3 = 2K = const = 1,15σch (2.16)

Phương trình dẻo (1.16) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công biến dạng Tính đến hướng của các ứng suất, phương trình dẻo (1.16) được viết:

(±σ1) − (±σ3) = 2K (2.17)

2.1.5 Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực

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

Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo định luật Húc

b) Định luật ứng suất dư Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh

ra một ứng suất dư cân bằng nhau Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đến khi biến dạng làm giảm tính dẻo, độ bền và độ dai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc

phá hủy

c) Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước và sau khi cán không đổi

Xét một vật thể có kích thước trước biến dạng và sau khi biến dạng là:

1 0

h

h b

b L

c2, F2, v2, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 2

Gọi P1, P2, A1, A2, là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2

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

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

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

2.2.3 Tính toán phôi uốn

a) Xác định vị trí lớp trung hòa

Vị trí của lớp trung hòa được xác định bởi bán kính lớp trung hòa ρ Trong quá

trình uốn bề mặt lớp kim loại phía trong và phía ngoài của phôi bị biến dạng nén và kéo và ở giữa các lớp này là lớp trung hòa hầu như không bị biến dạng và để tính toán

Trong đó: r_bán kính uốn trong

S_chiều dày phôi (mm)

Trong đó: r_bán kính uốn phía trong

x_hệ số xác định khoảng cách lớp trung hòa đến bán kính uốn phía trong

Hệ số x được lấy theo bảng sau :(trang 55 [5] )

b) Tính chiều dài phôi

Hình 2.7 : Tình toán chiều dài phôi khi uốn Chiều dài phôi được tính theo công thức: Ll l  rxs

180

2 1

S_chiều dày vật uốn ( mm ) ; σ_ giới hạn chảy của vật liệu ( N/mm2 )

 Bán kính uốn nhỏ nhất được xác định theo công thức:

_lực làm cho phôi quay quanh trục

l

n BS

l

nS

k 1

e) Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại ở biến dạng đàn hồi

Hình 2.8 : Tính đàn hồi khi uốn Tính toán đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính 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 : β = α0 – α

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

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY

3.1 Phân tích lựa chọn phương án

3.1.1 Máy cuốn tôn 3 trục

Đối với máy cuốn tôn 3 trục ta có thể có nhiều phương án cuốn ống khác nhau Ở đây ta có 3 phương án điển hình

a) Phương án 1 :Hai trục ép đặt phía dưới

 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

c) Phương án 3: Trục ép được bố trí ở giữa hai trục đỡ

Hình 3.3 : Máy lốc 3 trục phương án 3 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:

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

- Dụng cụ chi tiết dễ chế tạo, dễ mua, tính kinh tế cao, dễ sửa chữa

 Nguyên lý hoạt động:

Phôi được đưa vào khe hở giữa hai trục dưới và trên và bắt đầu khởi động máy để cuốn Khởi động động cơ để ép hai trục dưới lên tạo độ cong cho phôi và trục trên chuyển động quay tròn để cuốn phôi Trục cuốn có thể quay 2 chiều để cuốn phôi chạy tới, lui cho đến khi sản phẩm ống được hình thành thì kết thúc một quá trình cuốn

9

3.1.2 Máy cuốn tôn 4 trục

Đối với máy cuốn tôn 4 trục ta có thể có nhiều phương án cuốn ống khác nhau Ở đây ta có 2 phương án điển hình

a) Lựa chọn phương án di chuyển cho hai trục uốn:

 Phương án 1:Hai trục bên di chuyển thẳng đứng

Hình 3.5: sơ đồ bố trí trục cho phương án 1

 Ưu điểm : Chế tạo rãnh trượt đơn giản

 Nhược điểm: khó khăn khi uốn các ống có đường kính nhỏ

Hình 3.6: Sơ đồ bố trí trục của phương án 2

 Ưu điểm: Cuốn 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

 Nhược điểm: chế tạo rãnh trượt khó khăn hơn

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

Hình 3.7: Sơ đồ bố trí các trục của máy cuốn tôn 4 trục Tuy nhiên, máy cuốn tôn 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

3.2 Thiết kế động học

3.2.1 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 đông 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 Điều kiện để phôi có thể di chuyển là:

a) Lựa chọn bố trí cặp bánh răng

Bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 3.8 : Cơ cấu cặp bánh răng ăn khớp ngoài

 Ưu nhược điểm:

 Ưu điểm: Chế tạo và lắp ráp dể dàng

 Nhược điểm: Không thể nâng trục lốc lên nên không điều chỉnh được khe

hở giữa 2 trục do đó chỉ uốn được ống với chiều dày nhất định

Bánh răng ăn khớp trong:

Hình 3.9: Cơ cấu cặp bánh răng ăn khớp trong

Đối phương pháp này có ưu điểm vượt trội, có thể nâng trục lốc lên thông qua

hệ thống xi lanh nên có thể điều chỉnh khe hơ giữa 2 trục lốc do đó có thể uốn ống với các chiều dày khác nhau Với việc bố trí cặp bánh răng ăn khớp trong làm cho khoản cách trục nhỏ lại nên kết cấu máy gọn nhẹ hơn, tiết kiệm diện tích nhà xưởng

M

M

b) Lựa chọn phương án tạo chuyển động quay cho trục I

 Phương án 1: Sử dụng động cơ thủy lực:

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 an toàn

3-Van tiết lưu 4 – Van đảo chiều

5-Động cơ dầu 6 – Van cản

 Nguyên lý hoạt động:

Khi đóng điện cho động cở 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

 Ưu điểm:

- Momen khởi động và chống quá tải tốt

- Điều chỉnh tốc độ dễ dàng, kết cấu động cơ nhỏ gọn hơn

- Làm việc được trong 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

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 3.11: Sơ đồ sử dụng động cơ điện

 Nguyên lý hoạt động:

Khi đóng điện cho động cơ hoạt động thì trên các cuộn 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, vận hành tin cậy

- Dễ lắp đặt sửa chữa và thay thế, giá thành rẻ, thông dụng

 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

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

 Phương án 1: Dùng thuỷ lực

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

Hộp giảm tốc

n dc

n

Sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 3.12: Sơ đồ bố nguyên lý dung thủy lực nâng 2 trục uốn

 Nguyên lý hoạt động:

Khi ta đóng điện cho động cơ bơm dầu hoạt động dầu sẽ được bơm lên hệ thống khi van đảo chiều ở vị trí giữa thì dầu sẽ chảy qua van an toàn về bể Khi van đảo chiều ở vị trí bên trái thì xilanh được cung cấp dầu chuyển động đi lên đẩy trục uốn đi lên uốn phôi Khi van đảo chiều ở vị trí bên phải thì dầu sẽ được ép lên phía trên làm cho xilanh đi xuống mang theo trục uốn đi xuống Nếu muốn dừng ta chỉ việc cho van đảo chiều về vị trí giữa là xilanh dừng lại ở bất kì vị trí nào mong muốn

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

 Nhược điểm: Do tính nén được 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 được sử dụng khá nhiều trong các loại máy gia công thép đặc biệt là các máy công cụ

Sơ đồ nguyên lý như sau:

1: Trục ép - 3: Động cơ - 5: Khớp nối

2: Vitme-đai ốc - 4: Trục vit-bánh vít - 6: Ổ lăn

Hình 3.13: Sơ đồ dùng bộ truyền trục vít-bánh vít và cơ cấu vít me-đai ốc

 Nguyên lý hoạt động:

Khi ta muốn các trục chuyển động thì ta khởi nhấn nút cho động cơ 3 dẫn động hoạt động Động cơ quay làm cho trục vít 4 nối với trục động cơ quay, trục vít tạo chuyển động cho bánh vít quay Bánh vít lắp trên trục vít me 2 quay thông qua rãnh then hoa truyền chuyển động cho trục vít me quay Vì đai ốc được lắp cố định trên thân máy nên khi trục ví me quay đai ốc đứng yên thì trục vít me phải tịnh tiến lên xuống và tạo chuyển động cho các trục ép

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

5

M

46

1

2

3

3.2.3 : 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 di chuyển khi tải trọng lớn vì vậy quá trình uốn sẽ không ổn định

 Phương án 2: Sử dụng xilanh thủy lực

Sơ đồ nguyên lý:

` Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý dùng thủy lực nâng trục dưới

 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: 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

3.2.4 Xây dựng sơ đồ động học của máy

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

Hình 3.15: Sơ đồ động toàn máy lốc tôn 4 trục

Trong đó: F1, F2- Lực kéo làm cho phôi quay quanh trục uốn

N, Q - Phản lực và lực cán đè lên tấm phôi tại tâm O

Fmst = 4.Fms - Lực ma sát tổng tại các điểm tiếp xúc phôi với các trục

Qtl - Trọng lượng của tấm phôi

 Lực tác dụng biến dạng kim loại được tính theo công thức sau:

BS K l

n BS F

l

nS

K 1

Trong đó: B - Chiều rộng phôi thép tấm (mm)

S - Chiều dày phôi (mm)

l - Khoảng cách giữa hai điển tiếp xúc (mm)

n - Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến cứng n = 1,6 ÷ 1,8

 Lực làm cho phôi quay quanh trục

F1 = F2= Fmst = 4.K.N = 4K Qtl

Trong đó: K - Hệ số ma sát, chọn K = 0,1

 Tính toán thực tế lực uốn phôi cho máy

Phôi thép tấm có các thông số sau:

Thông số phôi :

- Uốn ống với đường kính Ømax = 2500 (mm)

- Các thông số kỹ thuật của phôi :

+ Chiều dài: L = 2.п.r = п.Ømax = 7540 (mm) = 75,4 (dm)

+ Chiều rộng: B = 2000 (mm) = 20 (dm)

+ Chiều dày Max: S = 20 (mm) = 0,2 (dm)

Khối lượng của phôi là: Qtl = V γ (Kg)

Trong đó:

Qtl: Trọng luợng chi tiết (Kg)

V: Thể tích của chi tiết (dm3)

γ : Trọng lượng riêng của vật liệu (Kg/dm3), vật liệu là thép nên γ = 7,852 (Kg/dm3)

3.3.2 Thiết kế cơ cấu truyền động trục chính

a) Các tính toán thiết kế cho trục chính

Chọn sơ bộ đường kính trục chính là D= 2R =500 (mm).Vận tốc 4,5 (m/phút)

Chọn chiều dài trục uốn là : 3900 (mm)

Chọn vật liệu làm trục lốc là thép 40CrNi có :

bk = 750 (N/mm2) ; ch = 560 (N/mm2) ; HB = 150 ; u = 120 (N/mm2)

b) Chọn công suất động cơ

Để chọn công suất động cơ ta tính công suất cần thiết



N

N ct  ( CT 2.1 [10] )

Trong đó:  _Hiệu suất chung

Nct_Công suất cần thiết

N_Công suất làm việc

FV

60.1000

5,4.668535

1.2.3

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

 2 = 0,99 _ Hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

 3 = 1 Hiệu suất khớp nối

 0.974.0.995.10,842

842,0

45,

Tỉ số truyền được phân phối theo nguyên tắc:

Đảm bảo khuôn khổ, trọng lượng hộp giảm tốc là nhỏ nhất

Đảm bảo điều kiện bôi trơn là tốt nhất

Vận tốc vòng: V = 4,5 (m/ph) và chọn đường kính sơ bộ trục là : d = 500(mm)