Thiết kế máy lốc 4 trục

Chương 1: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT CÁN UỐN THÉP TẤM 1.1 Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại 1.1.1 Biến dạng của kim loại - Dưới tác dụng của ngoại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN ĐẮC LỰC

Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN KỲ

Đà Nẵng, 2017

Chương 1: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG

VÀ KỸ THUẬT CÁN UỐN THÉP TẤM 1.1 Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại

1.1.1 Biến dạng của kim loại

- Dưới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ

+ Biến dạng đàn hồi: là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng, vật trở về hình dáng ban đầu Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính tuân theo định luật Hooke Trên đồ thị là đoạn OA

+ Biến dạng dẻo là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng không bị mất đi, nó tương

ứng với giai đoạn chảy của kim loại Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn giới hạn đàn hồi Đó là đoạn AB

+ Biến dạng phá huỷ: Khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn độ bền của kim loại

thì kim loại bị phá huỷ (điểm D)

H1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng

1.1.2 Biến dạng dẻo của kim loại

a Biến dạng dẻo trong đơn tin thể

Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a)

DUT.LRCC

+Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu

+Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c) Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng

số nguyênlần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu

H1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần c ̣òn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d) Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh

Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên

tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh trượt sẽ xẩy ra thuận lợi hơn

DUT.LRCC

b Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

Biến dạng dẻo xảy ra trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến

dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt

trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o sau đó mới đến

các mặt khác

Như vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đông thời và

không đều Dưới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến

dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau, do sự trượt và quay của các hạt

trong các hạt lại xuất hiện các mặt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp

tục phát triển

c Những yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại

* Ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại Qua thực

nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi

chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo Ứng suất dư, ma sát ngoài

làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng

giảm

* Ứng suất dư

Ứng suất dư chính là nội lực tồn tại trong kim loại sau mỗi quá trình gia công

bất kỳ sự tồn tại của ứng suất dư bên trong vật thể biến dạng sẽ làm cho tính dẻo của

vật kém đi Ứng suất dư lớn có thể làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy Thông

thường ứng suất dư trong kim loại bao giờ cũng cân bằng, nghĩa là tổng giá trị ứng

suất kéo phải bằng tổng gia trị ứng suất nén

Khi vật thể chịu ứng suất do ngoại lực tác động (σo) nếu kể đến ảnh hưởng của

ứng suất dư thì tổng ứng suất (σ) tác dụng bên trong vật thể sẽ khác nhau

. Ở vùng có ứng suất dư kéo:

σ = σo + σd

Ở vùng có ứng suất dư nén:

σ = σo - σd

DUT.LRCC

Do sự phân bố không đồng đều như vậy nên làm cho các vùng tinh thể sẽ biến dạng không đều, khả năng biến dạng sẽ kém đi và chất lượng gia công không đều

Ứng suất dư làm giảm tính dẻo, độ bền, độ dai va đập và làm giảm khả năng chịu đựng của vật thể Do đó để tăng khả năng biến dạng cũng như để đảm bảo ứng suất dư có giá trị thấp và phân bố đồng đều trong nhiều trường hợp trước hoắc sau gia công áp lực người ta đem ủ kim loại ( ủ kết tinh hoặc ủ hoàn toàn)

* Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại

- Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Thành phần hóa học hợp kim quyết định bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp kim và tạp chất

Nguyên tố cơ bản: nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đó ảnh hưởng quyết định đến tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim

Nguyên tố hợp kim: khi hợp kim hóa , nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim loại cơ sở những liên kết kim loại Các liên kết kim loại này thường có tổ chức tinh thể phức tạp lam cho kim loại và hợp kim rất cứng và giòn Các nguyên tố hợp kim còn làm xô lệch mạng, làm cản trở quá trình trượt, làm kim loại có tính dẻo thấp Thường thì lượng các nguyên tố hợp kim càng nhiều thì ảnh hưởng đến độ cứng, độ bền và tính dẻo của kim loại càng lớn

Nguyên tố tạp chất: tạp chất trong kim loại ảnh hưởng lớn đến tính dẻo trong kim loại có nhiều tạp chất ( vd: S, P, O, N, H…) đều làm giảm mạnh tính dẻo của kim loại Tạp chất dễ chảy thường tập trung ở vùng tinh giới hạt làm rối loạn mạng tinh thể

do đó lam tính dẻo kim loại kém đi

-Ảnh hưởng của tổ chức kim loai

Mật độ kim loại, kích thước hạt với sự đồng đều của kích thước hạt ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại Tổ chức hạt càng nhiều pha, mạng tinh thể càng phức tạp tính dẻo càng kém Tổ chức kim loại càng nhỏ mịn và đồng đều thì độ dẻo tăng, độ bền tăng

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng

DUT.LRCC

Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử làm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường, tồn tại ở các pha kém dẻo, khi ở nhiệt

độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao

* Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọi phía nên chai cứng hơn, đồng thời khi kim loại nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ

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

Nếu lấy hai khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép ta thấy mức độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhưng độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn

d Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của kim loại

* Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại

Biến dạng dẻo có ảnh hưởng lớn đến tổ chức và cơ tính kim loại Tùy thuộc vào nhiệt độ, tốc độ biến dạng, trạng thái kim loại trước khi gia công mà sau khi biến dạng

tổ chức và cơ tính thu được cũng khác nhau

Biến dạng dẻo có thể biến tổ chức hạt thành dạng thớ, có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính kim loại

Tốc độ biến dạng cũng ảnh hưởng đến cơ tính sản phẩm Nếu tốc độ biến dạng càng lớn thì độ biến cứng càng nhiều, sự không đồng đều của biến cứng càng nghiêm trọng, sự phân bố thớ không đều đặn do đó cơ tính kém Đối với phôi có tổ chức thớ nhờ biến dạng dẻo làm cho cơ tính sản phẩm cao hơn

Tóm lại sau khi biến dạng dẻo thường xảy ra hiện tượng biến cứng làm độ bền,

độ cứng của kim loại tăng lên và làm giảm độ dẻo, độ dai, giảm khả năng cống mài mòn, gây khó khăn cho quá trình gia công cắt gọt Mặt khác biến dạng dẻo làm thay đổi tổ chức ban đầu của kim loại, biến tổ chức hạt thành dạng thớ hoặc thay đổi hướng thớ

DUT.LRCC

     

 

 

 

* Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến lý tính kim loại

Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường trong kim loại

* Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến hóa tính kim loại

Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của kim lọai tăng do đó hoạt tính hóa học của kim loại tăng lên

1.1.3 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo

Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng

suất chính sau:

❖ Ứng suất đường:

2

1 max

Điều kiện biến dạng dẻo

❖ Khi kim loại chịu ứng suất đường:

2

max 1

ch ch







❖ Khi kim loại chịu ứng suất mặt: 1−2 =ch

❖ Khi kim loại chịu ứng suất khối: max−min =ch Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

H1.3 Trạng thái ứng suất

DUT.LRCC

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi Thế năng của biến dạng đàn hồi ở đây Ao, thế năng để thay đổi thể tích của vật thể Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng của biên dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định

3

3 3 2 2 1

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hướng vuông góc

3 2 1

V

Ở đây: _hệ số pyacon tính đến vật liệu biến dạng

E_Môđun đàn hồi của vật liệu

Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:

3 2 1 3

2 1 0

6

2 1 3

2

1  + + = −   + +

=

E V

V A

Thế năng để thay đổi vật thể:

3 1 2 3 2 2 2 1 0

1

c h

E

 ( − ) (+ − ) (+ − )2 = c2 =const

3 1 2 3 2 2 2

Đây gọi là phương trình năng lượng của biến dạng dẻo

Khi các kim loại tấm biến dạng ngang không đáng kể nên 2 =(1+3) Khi biến dạng dẻo ( không tính đến biến dạng đàn hồi ) thể tích của vật thể không đổi

DUT.LRCC

Trong trượt tinh khi 1 =−3 trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0

Ứng suất tiếp khi α = 45˚

2

2 1 max

1.1.4 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

"Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra đồng thời đă có biến dạng đàn hồi tồn tại" Quan hệ giữa chúng qua định luật Hooke Khi biến dạng kích thước của kim loại

so vớikích thước sau khi thôi tác dụng lực khác nhau, nên kích thước của chi tiết sau

khi gia công xong khác với kích thước của lỗ hình trong khuôn (vì có đàn hồi)

b Định luật ứng suất dư

"Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân bằng với nhau" Trong quá tŕnh biến dạng dẻo kim lọai do nhiệt độ không đều, tổ

DUT.LRCC

chứckim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều v.v làm cho kim loại sinh

ra ứngsuất dư, chung cân bằng với nhau

Sau khi thôi lực tác dụng, ứng suất dư này vẫn c ̣n tồn tại Khi phân tích trạng thái ứng suất chính cần phải tính đến ứng suất dư

c Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước và sau khi cán không đổi Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực

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

L0, b0, h0, L1, b1, h1

Ta có: L0b0h0 = L1b1h1

Từ đây: ln ln ln 0

0 1 0

1 0

h

h b

b L

Trên là phương trình điều kiện thể tích không đổi

Khi tồn tại bằng ứng biến chính đầu của ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia và có trị số bằng tổng hai ứng biến kia

d Định luật trở lực bé nhất

"Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo hướng nào có trở lực bé nhất" Khi ma sát ngoài trên các hướng của mặt tiếp xúc đều nhau thì một chất điểm nào đó trong vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có pháp tuyến nhỏ nhất Khi lượng biến dạng càng lớn tiết diện sẽ chuyển dần sang hình tròn là cho chu vi của vật nhỏ nhất

H1.4

DUT.LRCC

e Định luật đồng dạng

Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạng nhau Nhưng kích thước giống nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau Nếu gọi a1, b1, c1, F1, v1, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2,

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 1 2 1 2

1

n c

c b

b a

hở giữa hai trục cán

H1.5 Sơ đồ cán kim loại

DUT.LRCC

b Sản phẩm cán

Sản phẩm sản xuất bằng phương pháp cán được dùng trong mọi ngành công nghiệp (cơ khí, xây dựng, giao thông vận tải…) Tùy theo hình dánh sản phẩm cán có thể chia thành bốn nhóm chủ yếu: hình, tấm, ống, đặc biệt

Sản phẩm cán hình: được chia thành hai nhóm:

• Nhóm thông dụng có prôfin đơn giản (tròn, vuông, hình chữ nhật, lục giác, chữ

U, chữ T,…)

• Nhóm đặc biệt có prôfin phức tạp, dùng cho những mục đích nhất định (đường ray, các dạng đặc biệt dùng trong ôtô, máy kéo, trong ngành xây dựng…)

Sản phẩm cán tấm: được chia thành hai nhóm theo chiều dày:

• Tấm dày có chiều dày trên 4mm

• Tấm mỏng có chiều dày dưới 4mm

Sản phẩm cán ống: chia thành loại không có mối hàn và loại có mối hàn

Sản phẩm cán đặc biệt: gồm có các loại bánh xe, bánh răng, bi, vật cán có prôfin

Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội

Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao, độ nhẵn bề mặt tốt và nâng cao độ bền của vật liệu

Các kim loại và hợp kim màu, thép cacbon và thép hợp kim đều có thể có được bằng phương pháp nguội

Kéo sợi còn dùng gia công tinh bền mặt ngoài ống cán có mối hàn và một số công việc khác

DUT.LRCC

1- Phôi 2- Khuôn kéo 3- sản phẩm

H1.6 Sơ đô nguyên lý kéo kim loại

1.2.3 Ép kim loại

a.Thực chất

Ép là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim loại chứa trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ

khuôn ép có tiết diện giống tiết diện ngang của chi tiết

1- Piston 2- Xilanh 3- Kim loại 4- Khuôn ép

H1.7 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại

b Đặc diểm và ứng dụng

Ép là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất cao, độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, trong quá trình ép, kim loại chủ yếu chịu ứng suất nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được các sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp

Nhược điểm của phương pháp là kết cấu ép phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống mòn cao

DUT.LRCC

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để để chế tạo các thỏi kim loại màu

có đường kính từ 5÷200 mm, các ống có đường kính ngoài đến 800 mm, chiều dày từ 1,5÷8 mm và một số prôfin khác

1.2.4 Rèn tự do

a Thực chất

Rèn tự do là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao, dùng

áp lực ( bằng tay hoặc máy) làm biến dạng phôi kim loại để được hình dáng và kích thước sản phẩm theo yêu cầu

Trong quá trình biến dạng kim loại không bị khống chế bởi những bề mặt nào khác ngoài mặt đỡ ( mặt đe) và diện tích tiếp xúc trực tiếp của dụng cụ gia công (đầu búa)

b Đặc điểm

• Rèn tự do có độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt thấp, năng suất lao động và hiệu quả kinh tế không cao Thường chỉ gia công những chi tiết đơn giản hay những bề mặt không quá phức tạp

• Rèn tự do yêu cầu lượng dư gia công, dung sai chế tạo, thời gian phục vụ lớn

• Chất lượng toàn bộ của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của công nhân

• Hao phí kim loại lớn

• Thiết bị rèn tự do đơn giản, có thể rèn tay hoặc máy

• Rèn tự do có thể rèn được những vật nhỏ từ vài gam đến những vật lớn hàng trăm cân Rèn tự do thích hợp với dạng sản suất đơn chiếc hay loại nhỏ

Búa 2- Phôi 3- Đe H1.7 Sơ đồ rèn tự do

DUT.LRCC

• Khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao

• Năng suất cao

c Công nghệ dập tấm

Công nghệ dập tấm được đặc trưng bởi 2 nguyên công chính: Nguyên công cắt

và nguyên công tạo hình

* Nhóm nguyên công cắt

Cắt phôi là nguyên công cắt một phần phôi khỏi phôi kim loại chung Nguyên

DUT.LRCC

* Nhóm nguyên công tạo hình

Là nguyên công dịch chuyển một phần của phôi đối với phôi khác mà phôi không bị phá hủy gồm: Nguyên công uốn, nguyên công dập vuốt, uốn vành, tóp miệng, viền mép, ghép môi

1.2.6 Dập thể tích

a Thực chất

Dập thể tích (còn gọi là rèn khuôn) là phương pháp gia công áp lực trong đó kim loại được gia công biến dạng trong không gian hạn chế của lòng khuôn

Trong khi dập, nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới được bắt chặt với đe trên và

đe dưới của thiết bị Phần kim loại thừa chảy vào rãnh tạo thành bavia của vật rèn

1- Khuôn rèn 2- Rãnh chứa ba-via 3- Khuôn dưới 4- Chuôi đuôi én 5- Lòng khuôn 6- Cửa ba-via

H1.9 Sơ đồ nguyên lý dập thể tích

b Đặc điểm

• Độ chính xác vả chất lượng vật rèn cao

• Chế tạo được những chi tiết phức tạp

• Năng suất cao

• Dễ cơ khí hóa và tự động hóa

c Thiết bị dập thể tích

* Máy ép thủy lực có bình trữ áp

DUT.LRCC

H1.10 Sơ đồ máy ép thủy lực có bình trữ áp

* Máy ép trục khuỷu K366

H1.11 Máy ép trục khủy K366

DUT.LRCC

1.3 Kỹ thuật cán uốn thép tấm

1.3.1 Khái niệm uốn

Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực mhằm 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 phần để tạo thành 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

1.3.2 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 kéo 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

1.3.3 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 phôi ta tiến hành xác định vị trí lớp trung hòa và tính toán phôi tại đây

Bán kính lớp trung hòa có thể được xác định theo công thức:

2

2

B B

B_chiều rộng của phôi ban đầu ( mm ) S_chiều dày vật liệu ( mm ) r_ bán kính uốn phía trong ( mm ) ξ_hệ số biến mỏng

 S1_chiều dày vật liệu sau khi uốn

Trong thực tế bán kính lớp trung hòa có thể xác định theo công thức gần đúng:

ρ = r + x.S 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 [9])

b.Tính chiều dài phôi

H 1.13 Hình dạng phôi khi uốn

DUT.LRCC

Bảng 1.1: Giá trị giữa bán kính uốn và hệ số xác định

Chiều dài phôi được tính theo công thức:

L=l +l + (r+xs)

180

2 1



Trong đó: r_bán kính uốn ( mm )

c.Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất

Khi uốn, nếu bán kính uốn phía trong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn Nếu bán kính uốn quá lớn sẽ không xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo và phôi sẽ không giữ được trạng thái sau khi uốn

• Bán kính uốn lớn nhất được xác định theo công thức:

rngoài = rtrong - S Trong đó: E = 2,15.105 ( Nmm2 ) môđun đàn hồi của vật liệu 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:

2 1

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

d.Công thức tính lực uốn

Lực uốn bao gồm uốn tự do liên tục và lực làm cho phôi chuyển động quanh trục

2

1 F F

+

=Trong đó: F1

_lực biến dạng dẻo kim loại

F1

_lực làm cho phôi quay quanh trục

Lực uốn làm biến dạng dẻo kim loại

DUT.LRCC

F1 = 2 = 1  Với

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 Vì vậy khi không còn lực tác dụng của các trục uốn thì vật uốn hoàn toàn như hình dáng kích thước như đã lựa chọn ban đầu đó là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

H 1.14 Biến dạng 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 toán

β = α0 – α =0 ÷12 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

Khi uốn Sau khi uốn

DUT.LRCC

Chương 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU

MÁY HỢP LÝ 2.1 Giới thiệu về sản phẩm

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

Đó là nhu cầu rất cần thiết không thể thiếu được Nó chiếm một tỷ trọng đáng

kể trong nhiều lĩnh vực

• Trong nông nghiệp: ống được dùng để dẫn nước của máy bơm, máy kéo

• Trong các ngành công nghiệp ống đóng vai trò chủ chốt trong mọi hoạt động Ở các xí nghiệp ống được dùng để chứa các khí ( O2, CO2, C2H2… ) Dẫn nước, dầu cho máy móc có sử dụng ống

• Một số công trình thuỷ lợi, sản phẩm ống được lắp đặt để dẫn nước tới nơi cần được cung cấp

• Trong đời sống sinh hoạt, ống là phương tiện dẫn nước cho mọi người dân, bảo

vệ nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn

• Tại các công ty xăng dầu ống được sử dụng rất cần thiết, là chỗ chứa quan trọng

để đảm bảo cung cấp cho các phương tiện đi lại như ( xe ô tô, xe gắn máy….) Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng công việc khác nhau do

đó ống dẫn sẽ không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh vực

Dưới đây là một số hình ảnh sản phẩm thực tế

H2.1 Ống thép cỡ lớn

DUT.LRCC

H2.2 Ống nón cụt H2.3 Hệ thống ống dẫn dầu

DUT.LRCC

H2.4 Các loại bồn chứa

Công trình nổi tiếng nhất về ứng dụng của sản phẩm lốc ống là công trình CẦU RỒNG tại Đà Nẵng Đây là một trong nhưng công trình có kiến trúc độc đáo nhất thế giới, thể hiện được tài năng và trí tuệ con người Việt

H2.5 Ống được sản xuất tại nhà máy

DUT.LRCC

H2.6 Quá trình lắp ráp thi công

H2.7 Cầu Rồng

DUT.LRCC

2.2 Tìm hiểu về các loại máy lốc thép 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 tôn 2 trục

H2.8 Máy lốc tôn 2 trục bằng tay

H2.9 Máy lốc tôn 2 trục truyền động cơ khí

DUT.LRCC

H2.10 Máy lốc tôn 2 trục thủy lực

• Máy lốc tôn 3 trục

H2.11 Máy lốc tôn thủy lực w11 6x1500 Thông số kỹ thuật:

Chiều dày tối đa của tôn : 6mm

Chiều rộng tối đa của tôn: 1500mm

H2.12 Máy lốc tôn 3x 2500 Thống số kỹ thuật máy

Đường kính trục trên : 400mm

Đường kính 2 trục dưới: 340mm

H2.13 Máy lốc 4 trục Sahinler 4R HS 30-260 Thông số kỹ thuật của máy

DUT.LRCC

2.3 Lựa chọn kết cấu máy hợp lý

2.3.1 Lựa chọn phương án bố trí các trục lốc

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

H 2.14

­ Ưu điểm : Chế tạo rãnh trượt đơn giản

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

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

­ 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: Chọn phương án 2 nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm

2.3.2 Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho hai trục bên

• Phương án 1: Dùng thuỷ lực

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

Sơ đồ nguyên lý như sau:

H2.16 Sơ đồ nguyên lí dùng xilanh thủy lực

- 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 ơ 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 ỏ vị trí bên phải thì dầu sẽ được ép lên phía

DUT.LRCC

M

4 6

­ Ưu điểm : Truyền động dể 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 :

DUT.LRCC

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

Chọn vận tốc của vít me V = 3 m/ph

Cấu tạo của trục vít me có 3 đoạn Đoạn đầu để lắp ráp với bánh vít, đoạn cuối

áp chặt vào ốc an toàn và tì vào gối trục, đoạn giữa có ren và được lắp với đai ốc bằng đồng để điều chỉnh lượng ép

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 lêch 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 bộ truyền trục vít-bánh vít và cơ cấu vitme- đai ốc để tạo chuyển động tịnh tiến cho hai trục bên

2.3.3 Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho trục lốc

a Lựa chọn trục lốc và phương án truyền động quay trục lốc

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.Trục I quay nhờ ma sát giữa trục I và phôi thép kéo phôi thép di chuyển tịnh tiến theo

Điều kiện để phôi có thể di chuyển là :

Fms = f Fn ≥ Ft

Trong đó : Fms là lực ma sát trên vùng tiếp xúc

DUT.LRCC

Ft lực vòng cần truyền

Fn lực nén trên các trục

f hệ số ma sát

Chọn vận tốc di chuyển cho phôi thép tấm là V = 5 m/ph

Để trục I có thể quay tạo chuyển động dẫn phôi có thể sử dụng các phương án sau:

• 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:

H2.18 Sơ đồ mạch thủy lực

(1) bơm dầu (4) van đảo chiều

(2) van tràn và van an toàn (5) bơm dầu

(3) van tiết lưu (6) van cản

­ Nguyên lý hoạt động:

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

DUT.LRCC

động cơ quay truyền chuyển động quay cho các bộ phận chấp hành như hộp giảm tốc

…

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 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 giá thành cao

• Phương án 2: Dùng 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:

H2.19 Sơ đồ bố trí động cơ

(1) Động cơ (2) Cơ cấu phanh hãm

­ Nguyên lý hoạt động:

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:

- 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

DUT.LRCC

- 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

b Phân tích lựa chọn truyền chuyển động tịnh tiến cho các trục lốc

Ta lựa chọn phương án dùng xilanh thủy lực để tạo chuyển động tịnh tiến cho các trục lốc

Sơ đồ nguyên lý như sau:

H2.20 Sơ đồ nguyên lí dùng xilanh thủy lực

­ Ưu điểm : Truyền động dể dàng , kết cấu đơn giản

­ Nhược điểm : Do tính nén được của dầu nên có thể làm piston không ổn đinh và làm sai số bán kính cung uốn

DUT.LRCC

2.3.4 Lựa chọn cách bố trí cặp bánh răng

• Phương án 1: Bánh răng ăn khớp ngoài

H2.21 Cơ cấu cặp bánh răng ăn khớp ngoài

­ Ưu điểm: Chế tạo và lắp ráp dễ dàng

­ Nhược điểm :Không thể nâng trục lốc lên nên không thể lấy được phôi ra ngoài

• Phương án 2: Bánh răng ăn khớp trong

H2.22 Cơ cấu cặp bánh răng ăn khớp trong

Đối với phương pháp này có ưu điểm vượt trội, có thể nâng trục lốc lên thông qua hệ thống xilanh nên có thể điều chỉnh khe hơ giữa 2 trục lốc do đó có thể lốc 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, tiết kiệm diện tích nhà xưởng

2.3.5 Lựa chọn cơ cấu nâng trục lốc và cơ cấu tháo phôi

Trong quá trình lốc, cơ cấu nâng hạ trục lốc đảm bảo lực ép tác động lên tấm thép tạo ra lực ma sát đủ lớn để có thể kéo tấm thép và không làm biến dạng tấm thép Sau khi kết thúc quá trình uốn, cơ cấu tháo phôi để lấy sản phẩm ra khỏi máy

DUT.LRCC

Ta chọn cơ cấu nâng trục lốc bằng xilanh thủy lực kết hợp với cơ cấu cam để tháo sản phẩm

Đặt điểm: kết cấu đơn giản dễ lắp đặt và vận hành, dầu chịu lực ép trong quá trình lốc có thể chịu được áp lực tránh gây biến dạng tấm thép

H2.23 Sơ đồ cơ cấu tháo phôi

DUT.LRCC

2.4 Sơ đồ đông học toàn máy

Từ các phương án đã lựa chọn ta xây dựng sơ đồ động học toàn máy

H2.24 Sơ đồ động học toàn máy

DUT.LRCC

Chương 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 3.1 Tính toán động học máy

3.1.1 Tính toán vận tốc quay của các trục

Theo phương án bố trí trục đã lựa chọn, ta có sơ đồ trục như sau:

H3.1 Sơ đồ vận tốc quay Trong đó trục I là trục chủ động tạo ra chuyển động của phôi nhờ lực ma sát, các trục còn lại là trục bị động chuyển động nhờ sự chuyển động của phôi

Chọn vận tốc lốc: v= 7,5m/ph

Từ vận tốc lốc đã chọn ta xác định được vòng quay các trục

Chọn sơ bộ đường kính trục

Trục I: ØI =600mm Trục II: ØII =540mm Trục III: ØIII =450mm

Vận tốc của các trục bằng vận tốc piston truyền động

Chọn vận tốc làm việc như sau