Thiết kế máy ép thủy lực đáy bình dạng chỏm cầu

Song song với sự phát triển đó thì sự phát triển của bình chứa, các loại bình bể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, đặc biệt trong sinh hoạt c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM

Sinh viên thực hiện: DƯƠNG ĐỨC VIỆT

Đà Nẵng, 2018

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÌNH CHỨA

Trong chương 1 này em xin trình bày được các vấn đề tổng quan có liên đến máy ép đáy bình dạng chỏm cầu dung thủy lực 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 GIỚI THIỆU 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 bình 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

1.1.2 Phân loại bình chứa

Có nhiều cách để phân loại bình chứa:

• Theo công dụng: chứa chất lỏng, chứa chất khí, chứa hóa chất, chứa thực phẩm…

• Theo lĩnh vực: sinh hoạt, công nghệ hóa học, công nghệ thực phẩm…

• Theo vật liệu: thép Cacbon, thép không gỉ, composite…

• Theo hình dạng đáy của bình: bình đáy elíp, bình đáy chỏm cầu,…

• Bình chứa hoá chất (kiềm, axit,…), phân bón hoá học, thuốc nhuộm,…

• Bình xử lý nước thải trung tâm, xử lý môi trường, nước thải sinh hoạt,…

• Bình khoáy trộn hoá chất, trộn keo, hoá chất, cao su…

• Bình chiết rót sơn công nghiệp, sơn tĩnh điện, nhúng kẽm, xi mạ,…

• Bình thép, inox, composite chứa xăng, dầu, nhớt các loại

1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÌNH CHỨA

1.2.1 Cấu tạo bình chứa

Các loại bình chứa nói chung gồm các phần: thân bình, đáy bình và nắp bình Các bộ phận được chế tạo riêng biệt với nhau sau đó được hàn kín lại với nhau Các loại bình, bình 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, bình chứa có đường kính và biên dạng khác nhau Các loại bình chứa, bình bể đựng hóa chất, thực phẩm, nước người ta thường sử dụng đáy, nắp có hình dạng chỏm cầu hoặc elip

• Áp suất tác dụng lên thành bình đồng đều

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

• Để hạn chế góc cạnh gây mòn và làm rò rỉ nhiên liệu

• Để giảm lực quán tính của nước tác động lên cạnh thẳng đứng hai bên thành bình (bình xe chữa cháy, xe chở xăng dầu)

• Tăng tính thẩm mỹ

• Tăng thể tích sử dụng

1.2.2 Các loại đáy bình, đáy bình thường dùng

Các loại đáy bình thường dùng:

a) Đáy bình elip b) Đáy bình dạng chỏm cầu

Hình 1.7 Các loại đáy bình, đáy bình chứa

1.2.3 Các phương pháp chế tạo đáy bình chứa

Đối với sản phẩm đáy bình 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 bình 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

1.2.4 Vật liệu chế tạo đáy bình

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

Cơ tính của thép CT38 như sau:

❖ Yêu cầu của thép cacbon dùng để ép:

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

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 Cacbon CT38, thép không gỉ

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 khi ép

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

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 như 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,

Máy vê

Sản phẩm

Khuôn ép R1000 Khuôn ép R750

Khuôn ép R550

Cắt đứt bằng khí AXETYLEN

mép ngoài của phôi

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

510 500

Ø256

Chày (Khuôn trên)

Cối (Khuôn dưới)

❖ 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

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

❖ 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 cacbon 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

• Thép để gia công sau khi ủ và sau khi tôi có độ cứng bề mặt cao, tính chịu mài mòn tốt

• Thép CD70, CD70A , CD80 dùng để chế tạo những chi tiết mỏng chịu va đập 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

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

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

• 7CrV, 9CrV, 11Cr, 17Cr: dùng để chế tạo phần làm việc của khuôn cắt, đột tạo hình với kích thước hay đường kính đến 35 mm

- Thép hợp kim thấp tôi cao:

• Thép hợp kim nhóm này có tính thấm tôi cao Điều đó cho phép chế tạo những chi tiết làm việc của khuôn dập có tiết diện lớn

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

• Thép Cr12 không nên dùng với khuôn dập có hình dáng phức tạp hay làm việc

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

• BK25, BK30 chế tạo khuôn dập tách (khuôn xấu) đòi hỏi độ bền cao Khuôn có tiết diện nguy hiểm, kém bền do hình dáng đặc biệt của chi tiết dập, khuôn thành hình, khuôn chồn, và ép chảy

➢ Tóm lại: Đối với máy ép này thì vật liệu làm khuôn được làm từ vật liệu thép Y8A, nhiệt luyện đến độ cứng HRC = 58÷ 62 (Theo tiêu chuẩn Nga)

(Theo tiêu chuẩn của Nga Y8A có nghĩa là:

Y: Thép dụng cụ

8: Thành phần cácbon trong thép là 0,8%

A: Ký hiệu thép chất lượng cao.)

Ta có thể sử dụng máy phay CNC để gia công các loại khuôn ép, ta chế tạo các loại đồ

gá chuyên dùng để gá các loại khuôn ép trên bàn máy

Đây là phương pháp gia công đạt độ chính xác cao

1.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ UỐN KIM LOẠI

1.4.1 Định nghĩa và đặc điểm của quá trình uốn

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

Hình 1.12 Quá trình uốn

Chày Phôi uốn

Cối

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

Trên hình 1.12 trình bày quá trình uốn liên tục hình chữ V 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

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

ρ

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.(

B tb

Trong đó:

B - Chiều rộng của phôi ban đầu (mm)

S - Chiều dày vật liệu (mm)

r - Bán kính uốn phía trong (mm)

 - Hệ số biến mỏng

ξ = S1/S

Trị số ξ được xác định theo bảng 1.3 sau:





.2

Trong đó:

 - độ dãn dài tương đối của vật liệu (%)

S - Chiều dày vật liệu (mm)

Thực tế, bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức thực nghiệm đơn giản hơn:

Hướng đường uốn vuông góc

vuông góc hướng cán

dọc hướng cán CT38

CT42

CT51

CT61

0,1 0,2 0,3 0,5

0,5 0,6 0,8 1,0

0,5 0,6 1,0 1,0

1,0 1,2 1,5 1,7

Ghi chú:

trung bình so với khi đường uốn vuông góc và dọc hướng cán

c) Những yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn

• Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện:

Qua các trị số cho trong bảng 2.2, ta thấy rõ, nếu vật liệu có tính dẻo tốt hoặc đã

• Ảnh hưởng của góc uốn:

Cùng với một bán kính uốn r như nhau, nếu góc uốn  càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn Có nghĩa là mức độ biến dạng ở vùng uốn lớn Điều đó dẫn đến phải

tăng trị số bán kính uốn nhỏ nhất cho phép

• Góc làm bởi đường uốn và hướng cán (thớ kim loại):

Vì kim loại chịu kéo và chịu nén theo phương của thớ kim loại thì tốt hơn nhiều so với khi kéo và nén vuông góc với thớ kim loại Cho nên khi đường uốn vuông góc với hướng cán (thớ kim loại) thì rmin cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn dọc theo

hướng cán từ 1,52 lần

• Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu:

Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt có nhiều ba via hoặc nhiều vết đứt thì khi uốn dễ sinh ra ứng lực tập trung và tại những nơi đó dể sinh ra vết nứt Bởi vậy cần phải tăng trị số rmin lên 1,52 lần

1.4.4 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 và cối uốn Đó là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Tính đàn hồi được biểu hiện 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

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

Góc đàn hồi khi uốn với bán kính nhỏ (r <10S) được xác định dựa trên cơ sở thực nghiệm và trị số cho trong bảng 1.5 và bảng 1.6

Trong bảng 1.5 trình bày các công thức để tính góc đàn hồi khi uốn từ vật liệu là thép mềm [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 112]

Bảng 1.5 Góc đàn hồi  khi uốn hình chữ V

S

r

36 , 0 434 ,

S

r

58 , 0 37 ,

S r

S

r

91 , 0 95 ,

S

r

79 , 0 78 ,

S

r

36 , 1 46 ,

S r

S

r

76 , 0 81 ,

S

r

62 , 1 79 ,

S

r

71 , 1 51 ,

S r

Trong bảng 1.6 cho trị số góc đàn hồi khi uốn góc 90° các vật liệu từ kim loại màu và thép hợp kim [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 113]

Bảng 1.6 Góc đàn hồi  khi uốn góc 90 0

Vật liệu

S r

Chiều dày vật liệu, mm

>5

2 4,5

8

Trị số góc đàn hồi trình bày trong hai bảng trên là đối với uốn một góc tự do Khi uốn có nhiều góc nối tiếp nhau và khuôn uốn có hiệu chỉnh thì phải qua dập thử để xác định trị số góc đàn hồi

Khi uốn với bán kính lớn (R >10S) tính đàn hồi làm thay đổi không chỉ góc uốn

mà cả bán kính uốn

Sự xác định bán kính của chày uốn được tiến hành theo giản đồ, cách xác định như sau:

- Từ bảng 1.7 chọn giới hạn chảy của mác thép đã cho Sau đó xác định tỷ số giữa bán

- Trên thang bên trái của giản đồ tìm điểm thích ứng với tỷ số đó

điểm đó lại bằng một đường thẳng Giao điểm của đường thẳng này với thang ở giữa

- Thu nhỏ góc uốn ở chày, cối để bù trừ lại góc đàn hồi 

- Làm lõm phía dưới chày của khuôn uốn, sau khi uốn cần có nguyên công là phẳng ở giữa

- Vừa kéo vừa uốn, tức là làm tăng ứng suất của vật liệu để đạt đến biến dạng dẻo, làm giảm tính đàn hồi của vật liệu Vừa kéo vừa uốn thường dùng khi uốn với bán kính lớn

1.4.5 Độ chính xác khi uốn

Độ chính xác khi uốn trong khuôn dập phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:

• Hình dạng và kích thước vật uốn

• Tính chất cơ học của vật liệu

• Chiều dày vật liệu và độ sai lệch theo chiều dày vật liệu

• Số lần uốn

• Kiểu khuôn uốn và độ chính xác chế tạo khuôn

• Sau khi uốn có là phẳng hay không

• Độ chính xác của phôi trước khi uốn

• Độ chính xác lắp khuôn trên máy

Độ sai lệch cho phép về góc uốn và kích thước vật uốn được cho trong bảng sau:

1.4.6 Yêu cầu công nghệ đối với vật uốn

Các yêu cầu công nghệ đối với kết cấu của vật uốn, nhằm đảm bảo cho vật uốn đạt được độ chính xác và thuận lợi cho quá trình gia công

• Chiều cao thành uốn:

Để tránh hiện tượng đàn hồi vật liệu chiều cao thành vật uốn cần phải lớn hơn hai lần chiều dày vật liệu

• Khoảng cách từ lỗ đột đến vùng uốn

Để ngăn sự sai lệch hình dáng lỗ đột Khoảng cách gần nhất từ mép lỗ đến tâm bán kính uốn cần phải lớn hơn hai lần tâm chiều dày vật liệu Nếu lỗ cần bố trí gần với thành uốn thì chúng ta được khoan sau khi uốn hoặc trên cung uốn được khoan trước một lỗ công nghệ đặc biệt

• Tỷ lệ chiều dài phần uốn

Chi tiết có chiều dài các phần không bằng nhau Khi uốn không thuận lợi vì dễ bị kéo vênh về một pha

• Tỷ lệ chiều cao thành uốn

Ở chi tiết uốn, người ta không muốn thành uốn có chỗ cao, thấp Vì rằng khi uốn sẽ không đồng thời và dễ vênh

• Góc giữa đường bao và đường uốn

Góc giữa đường bao và đường uốn cần phải bằng 90° vì rằng trong trường hợp ngược lại có cùng vật liệu bị vặn

A (mm)

L (mm)

RR

S

B

S

AA

1.4.7 Khuôn uốn chử V

Uốn hình chữ V có thể theo hai phương pháp uốn tự do và uốn có là phẳng (tinh chỉnh) Uốn tự do có nghĩa là trong quá trình uốn chày chỉ tác dụng lực lên vật liệu tại điểm đầu chày, cho đến khi hai thành vật uốn song song với bề mặt làm việc của cối Bán kính vật uốn sẽ lớn hơn một ít so với bán kính của chày và giữa vật uốn với chày

có một khe hở (Hình 1.15 a)

Hình 1.16 Uốn tự do Hình 1.17 Kích thước và kết cấu của khuôn uốn chữ V

Uốn có là phẳng có nghĩa là cuối quá trình uốn, vật uốn bị ép sát giữa bề mặt làm việc của chày và cối bán kính của vật uốn theo chày (Hình 1.15 b)

Uốn có là phẳng (tinh chỉnh) đạt được độ chính xác và độ phẳng bề mặt cao hơn khi uốn tự do Bởi vậy nó được sử dụng rộng rãi hơn

Khi uốn chữ V có là phẳng, kích thước và kết cấu phần làm việc của chày, cối được Được trình bày trên hình 1.16 và tính toán theo các công thức sau: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 121]:

• Bán kính uốn của chày R lấy theo sản phẩm, nhưng không nhỏ hơn trị số bán kính uốn nhỏ nhất cho phép, cho trong bảng 1.3

1 ( 2 cos

Bảng 1.10 Số giới hạn nhỏ nhất của kích thước b (mm)

l H

S

R2

Chiều sâu lòng cối H ≥ 3R và không nhỏ hơn trị số cho phép

Bán kính góc lượn R2 của cối tra bảng

[Tra trong bảng 62_Trang 122 _ Sách Công nghệ dập nguôi _Tôn Yên)

Khe hở Z giữa chày và cối về một phía [Sách công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _

Trong đó:

S - Chiều dày vật liệu (mm)

δ - Sai lệch dương của chiều dày vật liệu (mm)

λ - Hệ số phụ thuộc vào chiều dày vật liệu và trị số tra bảng

[Tra trong bảng 63_trang 123_ Sách Công nghệ dập nguôi _Tôn Yên]

1.4.9 Xác định lực uốn

Vấn đề xác định lực uốn cần thiết để uốn chi tiết một góc uốn bằng khuôn là một vấn đề rất khó khăn, do đó chỉ có thể xác định một cách gần đúng Sở dĩ như vậy

là do lực uốn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:

• Hình dạng và kích thước ngang của phôi

• Tính chất cơ học của vật liệu, khoảng cách giữa các gối tựa

• Bán kính cong của chày uốn và mép làm việc của cối uốn

• Điều kiện ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ vv

Ngoài ra lực uốn cần thiết để uốn phối trong khuôn uốn một góc còn phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa phôi uốn với chày và cối

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu Trị số lực và lực phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do Giai đoạn này sẽ kết thúc khi phôi tiếp xúc hoàn toàn với chày và cối trên tất cả phần làm việc của bề mặt tiếp xúc

Lực uốn tự do được xác định theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên]

P =

L

n S

B1. 2.b.

S - Chiều dày của vật uốn (mm)

n - Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến cứng:

Có n = 1,61,8

L - Khoảng cách giữa các điểm tựa (mm)

Lực uốn góc tính chính tính theo công thức:

Trong đó:

Lực uốn cuối cùng Pc (KG) có là phẳng vật liệu khi uốn được tính theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 116]:

r - Bán kính uốn của chày (mm)

Khi uốn hình chữ U có là phẳng cuối cùng, lực uốn được tính theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 117]:

Pc=0,7.B.S2.b

+q.F (kG ) (1-12)

Trong đó:

B - Chiều rộng của vật liệu (mm)

Nhận xét:

Trong chương 1 em đã 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 vần 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, và cơ sở lý thuyết về uốn kim loại Đây là các vấn đề liên quan chính và cần thiết, ngoài ra còn có rất nhiều vấn đề liên qua khác nữa Và đây chính là các cơ sở, các tiền đề để ta thiết kế, tính toán cho hệ thống ở các chương sau

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP ĐÁY BÌNH DẠNG

CHỎM CẦU 2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY

2.1.1 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

2.1.2 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:

P - Lực cần thiết cho nguyên công (kG)

• Kiểu máy: Hành trình và tốc độ của máy cần phải phù hợp với yêu cầu công nghệ 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

• 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 - Chiều cao lớn nhất của máy (mm)

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

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

truyền tới tất cả các điểm của thể tích chất lỏng, có tác dụng vuông góc vào đáy của

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 bình 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

• Máy ép thủy lực có kích thước: L x R x H = 4850 x790 x 2890 (mm)

• 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]

• Quá trình dịch chuyển piston nhờ vào hộp phân phối điều khiển cơ cấu tay gạt cơ khí

• Dầu nhớt được làm mát thông qua một hệ thống gọi là cooler làm tăng khả năng động học của dầu và quá trình làm việc của hệ thống

trị Pmax=180 tấn

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

• Khuôn ép được chế tạo từ thép CT45 tôi nhiệt luyện đạt độ cứng 50-60 HRC

• Không được ép nhả liên hồi

• Không ép quá tải

• Không để vật ép lệch

• Không được hàn vào chỗ ép

3

2

T P

10 8

9 7

8 Đồng hồ đo áp suất

Nguyên lý làm việc:

Chất lỏng (khoáng dầu) từ bình chứa (15), được truyền đến piston xylanh (4-5) nhờ bơm cao áp (13), 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 6) sẽ làm dịch chuyển piston 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 tiết lưu (7) tự

mở ra để dầu về bể Khi dầu về bể có van cản (9) 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 (10)

Ưu và nhược điểm:

a) Ưu điểm:

• Hành trình ép và lực ép được kiểm tra chặt chẽ trong từng chu kỳ

• Có khả năng tạo ra lực làm việc lớn, có định ở bất kỳ vị trí nào của hành trình làm việc

• 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

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC CỦA MÁY ÉP

ĐÁY BÌNH DẠNG CHỎM CẦU 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC CỦA MÁY

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

Để thực hiện công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế Việt Nam trong tương lai tới thì trình độ công nghệ của sản xuất phải được đánh giá bằng chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hoá Điều đó được thể hiện qua trang thiết bị, máy móc, công cụ

và kỹ thuật điều khiển nó để tự động hoá quá trình sản xuất

Với mức độ tự động hoá của thiết bị, chất lượng chế tạo cao, mà cụ thể là do độ chính xác cao, độ tin cậy lớn… thì các máy và cụm kết cấu được dùng là: Truyền động

cơ khí - thuỷ lực - khí nén - điện Các thông tin truyền dưới dạng năng lượng đó phải

là tín hiệu tương tự, nhị phân và tín hiệu số, được xử lí với vận tốc nhanh

Điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực hoàn toàn đáp ứng được những yêu cầu đã nêu trên mặc dù nó còn những hạn chế nhất định

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện)

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của chất lỏng

và tính đàn hồi của đường ống dẫn

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do

độ nhớt của chất lỏng thay đổi

3.1.2 Các phương pháp điều khiển thuỷ lực

Trong hệ thống điều khiển thuỷ lực người ta thường sử dụng 3 phương pháp sau:

a Điều khiển vị trí (tịnh tiến hoặc quay)

b Điều khiển vận tốc (tịnh tiến hoặc quay)

c Điều khiển tải trọng (lực, mômen xoắn hay áp suất)

Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của thiết bị mà có thể thực hiện một, hai hoặc cả ba chức năng trên

a) Điều khiển vị trí

Điều khiển vị trí là di chuyển cơ cấu chấp hành đến một vị trí nào đó theo yêu cầu Nếu là xi lanh thuỷ lực thì vị trí là hành trình dịch chuyển của pittông, nếu là động cơ dầu thì vị trí là góc quay của động cơ dầu Tuy nhiên tuỳ theo yêu cầu mà pittông - xilanh hoặc động cơ dầu có thể truyền đến hệ truyền động cơ khí nào đó Ví dụ như vít

me, bánh răng - thanh răng, bộ truyền bánh răng…và cũng có thể chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay hoặc ngược lại

Khi điều khiển vị trí người ta thường sử dụng loại van trượt

Van trượt điều khiển thường sử dụng loại ba vị trí: trái, phải và trung gian Ứng với ba vị trí điều khiển của van thì xi lanh (hoặc động cơ dầu) chuyển động theo chiều thuận, đảo chiều hoặc dừng

Các loại van thường sử dụng để điều khiển vị trí: van solenoid, van tỉ lệ, van servo…

b) Điều khiển vận tốc

Để điều khiển tốc độ chuyển động tịnh tiến của pittông – xilanh thuỷ lực hoặc chuyển động quay của động cơ dầu ta thay đổi lưu lượng dầu cung cấp Hiện nay có các phương pháp thay đổi lưu lượng như sau:

- Thay đổi lưu lượng bằng tiết lưu (lỗ tiết lưu hoặc van điều khiển)

Tuy nhiên thay đổi lưu lượng bằng tiết lưu có năng lượng tiêu tốn thấp, kết cấu gọn, giá thành hợp lí… nên phù hợp với các mạch điều khiển tốc độ

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí về điều khiển tốc độ bằng các lỗ tiết lưu

c) Điều khiển tải trọng

Để điều khiển lực đối với chuyển động tịnh tiến hoặc điều khiển mômen xoắn đối với chuyển động quay người ta thay đổi áp suất làm việc của hệ thống Trong mạch điều khiển kín, cảm biến sử dụng là cảm biến lực hoặc cảm biến mômen Tuy nhiên trong đa số thiết bị hiện nay người ta sử dụng cảm biến áp suất mà vẫn đảm bảo được

độ chính xác cần thiết

Hình thức điều khiển áp suất bằng van tràn, van giảm áp là theo hệ hở, độ chính xác thấp có ảnh hưởng bởi các yếu tố liên quan đến điều kiện làm việc như: độ nhớt, lưu lượng hay tải trọng thay đổi Nên nếu đòi hỏi độ chính xác cao hơn người ta sử dụng mạch điều khiển kín Tín hiệu phản hồi của cảm biến áp suất đưa về bộ khuếch đại của van nhằm so sánh và xử lý nhằm ổn định áp suất theo yêu cầu của tải trọng Hiện nay van tỷ lệ hiệu suất cao phù hợp với mạch điều khiển áp suất nên nó được sử dụng rộng rãi

8 Đồng hồ đo áp suất

1

14 15

4

3

2

T P

3.2 LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC

Đối với máy ép thủy lực ME 6250 ta cần chọn các phần tử thủy lực sau:

3.2.1 Bơm dầu

Bơm dầu là cơ cấu biến đổi năng lượng dùng để biến cơ năng thành động năng và

thế năng (dưới dạng áp suất) của dầu Trong hệ thống dầu ép chỉ dùng loại bơm thể

tích tức là loại bơm chỉ thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng chách thay đổi thể

tích các buồng làm việc Khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện

chu kỳ hút và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra, thực hiện chu kỳ nén Nếu trên đường

dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản, dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ

thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm

Với yêu cầu của máy thiết kế, dựa vào áp suất làm việc lớn nhất ta chọn bơm cho hệ

thống là loại bơm piston hướng trục

Bơm piston hướng trục là loại bơm có piston đặt song song với trục của rôto

Bơm piston hướng trục có các ưu điểm sau:

• Kích thước nhỏ gọn

• Do piston đặt theo dọc trục, nên rôto có kích thước bé, mômen quán tính nhỏ, rất

thích hợp với động cơ dầu

• Hiệu suất làm việc tốt và hầu như không phụ thuộc vào tải trọng và số vòng quay

Nguyên lý hoạt động:

Khi động cơ hoạt động, đĩa nghiêng 5 quay mang theo các pit tông 3 cùng quay theo Trên đĩa phân phối 1 người ta khoét các rảnh đối xứng Một nối với cửa a (cửa đẩy), một nối với cửa b (cửa hút) Các pittông khi đi qua rãnh hút thì hút dầu từ bể dầu thông qua cửa hút b vào trong các khoang của xy lanh và khi các pit tông này đi qua rãnh đẩy sẽ đẩy dầu vào cửa đẩy a để cung cấp dầu cho hệ thống

Điều chỉnh lưu lượng của bơm có thể thực hiện bằng cách thay đổi góc nghiêng α của đĩa nghiêng (3) Trên cơ sở đó làm thay đổi độ dài hành trình của piston

3.2.3 Van tràn và van an toàn

- Nhiệm vụ: Van tràn và van an toàn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng trong

hệ thống thủy lực vượt quá trị số quy định Van tràn làm việc thường xuyên, còn van

an toàn làm việc khi quá tải

- Ký hiệu van tràn và van an toàn:

3.2.4 Van cản (van một chiều)

- Nhiệm vụ: van một chiều dùng để điều khiển dòng chất lỏng đi theo một hướng, và hướng dầu bị ngăn lại

Trong hệ thống thủy lực, thường đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau

Van một chiều: van bi

Hình 3.4 Kết cấu van bi một chiều

- Ứng dụng:

• Đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu chảy về bể)

• Đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu trong bơm)

• Khi sử dụng hai bơm dầu dùng cho một hệ thống

3.2.5 Van phân phối (van đảo chiều)

- Nhiêm vụ: van đảo chiều dùng để đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành (xilanh thủy lực hay động cơ thủy lực)

3.2.6 Thiết bị làm nguội dầu

Trong những hệ thống thủy lực có chế độ làm việc cao, sinh nhiệt nhiều, cũng như ở những hệ thống có yêu cầu đặc biệt phải ổn định nhiệt độ của dầu thì cần thiết phải dùng thiết bị làm nguội Nếu có thiết bị làm nguội, lượng dầu cần thiết củng như kích thước bể dầu có thể giảm một mức đáng kể Điều náy có ý nghĩa lớn đối với việc thiết kế đường dây tự động có nhiều thiết bị thủy lực Thiết bị làm nguội có thể đặt trong bể dầu hoặc bên cạnh bể dầu để lấy nhiệt từ dầu đưa ra ngoài làm nguội bằng nước hoặc bằng không khí Do đó trong hệ thống thủy lực thường dùng hai loại thiết bị làm nguội đó là: thiết bị làm nguội bằng nước và thiết bị làm nguội bằng không khí

Nó gồm có thân (1) và bên trong nó được đặt bộ trao đổi nhiệt kiểu xoắn ruột gà bằng đồng (2) Dầu từ van tràn của bơm cao áp được đưa vào cửa (a) của bộ trao đổi nhiệt, đi qua toàn bộ ống xoắn, về cửa (b) rồi ra bể dầu Nước làm nguội từ ngoài được dẫn qua cửa (c), qua ống (3) và qua cửa (d) đi ra ngoài