Thiết kế máy lốc ống 4 trục

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 c

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS LƯU ĐỨC HÒA

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU HUYNH

d

Đà Nẵng, 2017

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp

nước ta nói chung và ngành cơ khí chế tạo nói riêng đã có nhiều bước phát triển vượt

bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền kinh tế của đất nước Để

bắt nhịp cùng sự phát triển bậc của ngành công nghiệp cơ khí trên thế giới, ngành cơ

khí nước ta không ngừng đào tạo nguồn nhân lực biết vận dụng và nắm bắt công nghệ

tiên tiến và hiện đại, đồng thời từng bước cải tiến sáng tạo ra công nghệ mới, cải tiến

cách thức sản xuất phù hợp với nền công nghiệp đất nước

Hiện nay nhu cầu về việc sử dụng các loại đường ống 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 Lưu Đức Hòa 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 Công Ty Cổ Phần Cơ Điện Miền Trung, cùng với sự hướng dẫn tận tình của

thầy giáo Lưu Đức Hòa 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 tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Huynh

DUT.LRCC

Trang 3

SVTH: Nguyễn Hữu Huynh - Lớp: 12C1A GVHD: ThS Lưu Đức Hòa - 2-

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG

VÀ KỸ THUẬT UỐN THÉP TẤM

1.1 Lý thuyết quá trình biến dạng kimloại

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

1.1.1 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 1.1:Mạnh tinh thể trước biến dạng Hình 1.2: Biểu đồ quan hệ lực và biến dạng

a) Biến dạng dần 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

DUT.LRCC

Trang 4

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 1.3)

Hình 1.3:biến dạng theo hình thức trượt Hình 1.4: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 1.4)

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

1.1.2.Biến dạng dẻo trong đa tinh thể

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

Do đó kim loại có tính đẳng hướng

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

1.1.3 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

DUT.LRCC

Trang 5

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

1.1.4.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 là giới hạn chảy σch

DUT.LRCC

Trang 6

- 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 Hooke được xác định :

E – mô đun đàn hồi của vật liệu

- Thế năng để làm thay đổi thể tích là :

DUT.LRCC

Trang 7

Từ (1.7) và (1.8) ta có phương trình dẻo :

( ) ( ) ( ) (1.9) Khi cán kim loại dạng tấm, biến dạng ngang không đáng kể, theo (1.3) ta có thể viết :

( ) (1.10) Khi biến dạng dẻo ( không tính đến đàn hồi) thể tích của vật thể không đổi, vậy : Từ (1.6) ta có :

( )

( ) (2.11)

Từ đó : vậy

Từ (1.10) và (1.11) ta có : ( ) (1.12) Vậy phương trình dẻo có thể viết :

√ (1.13) Trong trượt tinh khi trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứng suất tiếp khi : ( ) (1.14)

So sánh với (1.13) khi

√ (1.15) Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là: gọi là hằng số dẻo ở trạng thái ứng suất khối, Phương trình dẻo có thể viết :

(1.16) 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 :

( ) ( ) (1.17)

1.1.5.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:

DUT.LRCC

Trang 8

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

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

c

c b

b a

Quá trình cán là cho kim loại biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau

có khe hơ nhỏ hơn chiều cao cảu phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm chiều dài

và chiều rộng tang Hình dạng của khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dạng của sản phẩm Quá trình phôi chuyển động qua khe hở trục cán là nhờ ma sát giữa hai trục cán với phôi mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm

DUT.LRCC

Trang 9

Trang 10

b) Kéo kim loại

- Thực chất:

Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang của phôi giảm và chiều dài tang Hình dáng và kích thước của chi tiết giống lỗ khuôn kéo

Hình 1.6: sơ đồ nguyên lý kéo kim loại

- Đặc điểm:

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

 Kéo sợi cho ta sản phẩm có độ chính xác và độ bóng bề mặt cao

- Công dụng

 Kéo sợi dung để chế tạo các thỏi, ống, sợi bằng thép và kim loại màu

 Kéo sợi còn dung gia công tinh bề mặt ngoài các ống cán có mối hàn và một số công việc khác

Trang 11

- Đặc điểm 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 tang, do đó có thể ép được các sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp nhược điểm của phương pháp là kết cấu phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống mòn cao Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các thỏi kim loại màu có đường kính từ 5 đến 200mm, các ống có đường kính ngoài 800mm, chiều dày từ 1,5-8mm và một số profin khác

d) Rèn tự do

- Thực chất:

Rèn tự do là một phương pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không bị khống chế bởi một mặt nào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại với dụng cụ gia công Dưới tác dụng của ngoại lực P do búa gấy ra và phản lực N

từ đe, khối kim loại biến dạng, sự biến dạng chỉ bị khống chế bởi hai mặt trên

và dưới, còn các mặt xung quanh hoàn toàn tự do

Hình 1.8: sơ đồ nguyên lý rèn tự do

- Đặc điểm:

 Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao Năng suất thấp

 Chất lượng và tính chất kim loại từng phần của chi tiết khó đảm bảo giống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình

 Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề công nhân

 Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản

DUT.LRCC

Trang 12

 Rèn tự do được dung rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ Chủ yếu dung cho sủa chữa, thay thế

e) Dập thể tích

- Thực chất:

Dập thể tích là phương pháp gia công áp lực trong đó kim loại biến dạng trong một không gian hạn chế bởi bề mặt lòng khuôn Có 2 phương pháp dập là dập trong khuôn hở và dập trong khuôn kín:

Hình 1.9: sơ đồ nguyên lý dập trong khuôn hở

Hình 1.10: sơ đồ nguyên lý dập trong khuôn kín

- Đặc điểm:

 Chế tạo phôi có hình dạng phức tạp hơn rèn tự do

 Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa

 Độ chính xác và độ bóng bề mặt phôi cao

 Chất lượng sản phẩm đồng đều và cao Ít phụ thuộc vào tay nghề công nhân

 Thiết bị cần có công suất lớn, dộ cứng vững và độ chính xác cao

 Chi phí chế tạo khuôn cao, khuôn làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp lực cao Bởi vậy dập thể tích chủ yếu dung trong sản xuất hàng loạt và hàng khối

Trang 13

 Năng suất lao động cao do dễ tự động hóa và cơ khí hóa

 Chuyển động của thiết bị đơn giản, công nhân không cần trình độ cao, đảm bảo độ chính xác cao

 Có thể đạp được những chi tiết phức tạp và đẹp, có độ bền cao v v

- Công dụng:

 Dập tấm được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đặc biệt ngành chế tạo máy bay, nông nghiệp, otô, thiết bị điện, dân dung v v…

1.2.Kỹ thuật cán uốn thép tấm

1.2.1.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 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

DUT.LRCC

Trang 14

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

1.2.3.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

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

S S

r

Trong đó : r_bán kính uốn trong

S_chiều dày phôi (mm)

Trang 15

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 đƣợc lấy theo bảng sau :( [5] )

b) Tính chiều dài phôi

Hình 2.7 :Tình toán chiều dài phôi khi uốn

Chiều dài phôi đƣợc 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 đƣợc xác định theo công thức:

Trang 16

Sau khi uốn

_lực làm cho phôi quay quanh trục

Lực uốn làm biến dạng dẻo kim loại b k BS b

l

n BS

F1  2  1  Ở đây:

l

nS

k1 

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

Thông thường β bằng khoảng 100

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

1.3.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

Trang 17

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

1.3.1 Ứng dụng của các sản phẩm uốn trong thực tế

- 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

- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp:

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

 Sản phẩm dự kiến :

 Dạng ống được dùng để dẫn khí ( O2, CO2, C2H2…), dẫn nước và các đường ống dẫn dầu, thiết bị xử lý hóa chất, bồn chứa các loại chất lỏng, chứa thiết bị

xử lý hóa chất

DUT.LRCC

Trang 18

Hình 1.2: Các loại bồn chứa chất lỏng

 Tại các nhà máy thủy điện ống đƣợc 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 đƣợc áp suất cao mà vẫn đảm bảo an toàn, loại này đƣợc sản xuất và kiểm tra rất kỹ lƣỡng

DUT.LRCC

Trang 19

 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

- 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

DUT.LRCC

Trang 20

1.3.2 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(Hình 1.7, 1.8, 1.9), máy lốc 3 trục(Hình 1.10, 1.11) và máy lốc 4 trục(Hình 1.12)

Hình 1.7 Máy lốc 2 trục bằng tay

Hình 1.8 Máy lốc 2 trục truyền động cơ khí

DUT.LRCC

Trang 21

Hình 1.9 Máy lốc tôn 2 trục thủy lực

Hình 1.10 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 Tốc độ cuốn : 5m/s Đường kính trục trên: 160mm Đường kính 2 trục dưới: 160mm

Khoảng cách 2 trục dưới: 250mm Cống suất động cơ: 4kw

DUT.LRCC

Trang 23

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MÁY

2.1 Phân tích lựa chọn phương án

2.1.1 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

Trang 24

b) Phương án 2: Trục ép đặt về phía sau hai trục uốn

Hình 2.2 : Máy lốc 3 trục phương án 2

 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 2.3 : 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

DUT.LRCC

Trang 25

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

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy lốc 3 trục

2.1.2 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 2.5: 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

Trang 26

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

Hình 2.6: 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

cán di chuyển xiên góc 600 để nâng cao năng suất ,bảo tính công nghệ cho máy và

Trang 27

Hình 2.7: 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

Sau khi ta phân tích lựa chọn trên cơ sở những ưu diểm và nhược điểm của 2 loại máy cuốn tôn điển hình trên thực tế.Em lựa chọn phương án thiết kế máy cuốn tôn với

4 trục uốn.Bởi vì máy có nhiều cơ cấu phức tạp cũng như có nhiều bộ phận được cải tiến mà em có thể vân dụng kiến thức tổng hợp đã được học và nghiên cứu để tìm hiểu trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

2.2 Thiết kế động học

2.2.1 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 :

Trang 28

- 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 :

 Bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 2.8 : 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

M

DUT.LRCC

Trang 29

 Bánh răng ăn khớp trong :

Hình 2.9 : 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

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-Bơm dầu 6 – Van cản

Hình 2.10 : Sơ đồ bố trí thủy lực

 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

M

DUT.LRCC

Trang 30

động cơ dầu, nhở chuyển động của dầu làm cho roto của động cơ quay và làm trục động cở quay truyền chuyển động quay cho các bộ phận cháp 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 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 2.11 :Sơ đồ sử dụng động cơ điện

 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 và nhược điểm:

 Ưu điểm :

- Kết cấu đơn giản , không cần các thiết bị đi kèm phức tạp,vận hành tin cậy

Hộp giảm tốc

n dc

n

DUT.LRCC

Trang 31

- 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

máy ta lựa chọn phương án dùng động cơ điện tạo chuyển động quay cho trục I 2.2.2.Lựa chọn phương án truyền động nâng hai trục uốn:

a)Phương án 1: Dùng thuỷ lực

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

Sơ đồ nguyên lý như sau :

Hình 2.12: Sơ đồ bố nguyên lý dung thủy lực nâng 2 trục uốn

Trang 32

phôi Khi van đảo chiều ở vị trí bên phải thì dầu sẽ được ép lên phía trên làm cho xilanh đi xuống manh theo trục uốn đi xuống Nếu muốn dùng 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 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

b) 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 2.13: 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.Ren

5

M

4 6

1

2

3

DUT.LRCC

Trang 33

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: a 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

2.2.3: 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:

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

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

b) Phương án 2 : Sử dụng xilanh thủy lực

Sơ đồ nguyên lý :

Hình 2.14 : Sơ đồ nguyên lý dùng thủy lực nâng trục dưới

DUT.LRCC

Trang 34

 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

DUT.LRCC

Trang 35

2.2.4 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 DUT.LRCC

Trang 36

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC 3.1 Xác định lực khi uốn

Hình 3.16 : Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các trục

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:

F= b b

BS K l

n BS F

F1 2  2  1  Với:

l

nS

K1 

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

S - Chiều dày phôi (mm)

Trang 37

K1- Hệ số uốn tự do phụ thuộc vào vật liệu và tỷ số S/l, K1 = (0,05 ÷ 0,7) Chọn K1 =0,05

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

) Nên ta có : V = 75,4.20.0,2 =314(dm3)

3.2 Thiết kế cơ cấu truyền động trục chính

3.2.1 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)

DUT.LRCC

Trang 38

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)

DUT.LRCC

Trang 39

3.2.2 Thiết kế trục uốn.

DUT.LRCC

Trang 40

Trục uốn là bộ phận làm việc chủ yếu của máy cuốn, nó trực tiếp tiếp xúc với kim loại, tác dụng áp lực cuốn lên kim loại làm biến dạng kim loại để trong quá trình

chuyển động cuốn tạo ra hình dáng kích thước đúng theo yêu cầu

Kết cấu trục uốn gồm 3 phần chủ yếu

- Đầu trục uốn: Để nối với bộ phận truyền động hoặc với chi tiết quay khác

- Cổ trục uốn: Là đoạn để lắp ổ đỡ hoặc ổ trượt lên gối đỡ của thân máy

- Thân trục uốn: Là phần làm việc của trục, tiếp xúc với kim loại khi uốn

a) Thiết kế trục uốn chủ động 1

- Chọn : L = 3100 (mm) ; C = 800 (mm) ; a = 3900 (mm)

- Chọn vật liệu làm trục uốn là thép 40CrNi có

bk = 750 (N/mm2) ; ch = 560 (N/mm2) ; HB = 150 ; u = 120 (N/mm2) Khi uốn trục chịu tải trọng phân bố đều trên suốt chiều dài L với tải trọng đơn vị p

P là lực cần thiết để làm biến dạng kim loại trên một đơn vị độ dài

Ta có : P = k.s.b = 0,05.400.42 = 840(N)

Sử dụng RDM để tính mô men uốn và phản lực tại gối của trục cán chủ động 1 ta

có biểu đồ sau

Hình 3.17Biểu đồ mô men trục cán 1

Tiết diện của trục tại chính giữa ( nơi chịu uốn lớn nhất )

120.1,0

10.52985,1

1,0

 Chọn D = 450(mm)

- Kiểm nghiệm sức bền uốn của trục

1,52985.10 9DUT.LRCC

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	2,92 MB