Thiết kế máy cắt, uốn thép tròn

Với ưu điểm là kết cấu nhẹ dễ chế tạo, dễ thi công, dễ bảo trì và vật liệu có độ tin cậy cao, các nước tiên tiến trên thế giới ngày càng sử dụng thép nhiều hơn trong xây dựng và các công

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CẮT UỐN THÉP TRÒN

Người hướng dẫn: ThS HOÀNG MINH CÔNG

Sinh viên thực hiện: LÊ MINH DŨNG

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, nền kinh tế nước ta đang có những tiến triển vượt bậc, không ngoại lệ, ngành cơ khí nói riêng cũng có những bước tiến lớn đóng góp quan trọng trong sự phát triển đó, đòi hỏi các kỹ sư cơ khí phải có kiến thức tương đối rộng, biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thường gặp trong cuộc sống

Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình đào tạo các sinh viên trở thành kỹ sư Quá trình làm đồ án giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học tập, đồng thời giúp rèn luyện vận dụng những kiến thức này để làm đồ án cũng như công tác sau này

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế máy cắt, uốn

thép tròn” Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Hoàng Minh Công em đã hoàn

thành đồ án này Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng do hiểu biết cũng như trình độ chuyên môn của bản thân còn hạn chế, nên không thể tranh được những thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô để em có thể hoàn thiện

đồ án này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Hoàng Minh Công và các thầy cô trong

Khoa Cơ Khí – Trường ĐHBK Đà Nẵng, đã tận tình chỉ dạy em để hoàn thành đồ án này

Em xin cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Lê Minh Dũng

PHẦN I: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆT CHUNG VỀ NHU CẦU SẢN XUẤT

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP XÂY DỰNG

1.1.1 Giới thiệu chung về thép

Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với Cacbon (C) từ 0.02% đến 2.06% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của các nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, sức bền kéo đứt Thép với tỉ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường cực kéo đứt so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn Tỷ lệ hòa tan tối

đa của cacbon trong sắt là 2,06% theo trọng lượng ( ớ trạng thái Austenit) xẩy ra ơ

1147 độ C; nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn Pha trộn với cacbon cao hơn 2,06% sẽ được gang Thép cũng được phân biệt với sắc rèn vì sắc rèn có rất ít rất hay không có cacbon, thường là ít hơn 0,035%.Ngày nay người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và thép) nhưng trong lịch sử đó, là ai sản phẩm khác nhau Ngày nay có một vài loại thép mà trong đó các bon được thay thế bằng các hỗn hợp vật liệu khác, và cacbon nếu có chỉ không được ưa chuộng trước Thời kỳ phục hưng người ta đã chế tạo thép với nhiều phương pháp kém hiệu quả Nhưng đến thế kỷ 17 sau khi tìm ra các phương pháp có hiệu quả hơn thì việc sử dụng phép trở nên phổ biến hơn với phát minh ra quy trình Bessemer vào thế kỉ XIX thép đã trở thành một loại hàng hóa được sản xuất hàng loạt ít tốn kém Trong quá trình sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương pháp thở oxy thì giá thành sản phẩm cần thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại Ngày nay thép được dùng trong là một trong những vật liệu phổ biến nhất trên thế giới và làm thành phần chính trong xây dựng đồ dùng công nghiệp cơ khí thông thường thép được phân thành nhiều cấp bậc

và được các tổ chức đánh giá và xác nhận theo chuẩn riêng

và gang) gọi là kim loại đen, những kim loại còn lại (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, ) và hợp kim của chúng gọi là kim loại màu Kim loại đen được sử dụng trong ngành xây dựng nhiều hơn cả, giá kim loại đang thấp hơn kim loại màu

Tuy nhiên loại màu lại có nhiều tính các giá trị: cường độ, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn, tính trang trí cao Những điều đó đã mở rộng phạm vi sử dụng của kim loại màu trong xây dựng, phổ biến là các chi tiết kiến trúc và các kết cấu nhôm

Nguyên liệu để chế tạo kim loại đen là quặng sắt, mangan và crom mà các khoáng đại diện cho chúng là các nhóm oxit macnetit Fe3O4, sắc đỏ Fe2O3, piroluzit MNO2 để sản xuất kim loại màu người ta sử dụng bôxit chứa các hiđroxit : hydracgilit, diasno; các loại quặng sunfua và cacbonat đồng, niken, chì với các khoáng đại diện là: chancopirit, sfaleit, xeruxit, magiezit,v.v…

b Các loại kết cấu thép sử dụng trong xây dựng

Với ưu điểm là kết cấu nhẹ dễ chế tạo, dễ thi công, dễ bảo trì và vật liệu có độ tin cậy cao, các nước tiên tiến trên thế giới ngày càng sử dụng thép nhiều hơn trong xây dựng và các công trình, Ở nước ta trong những năm gần đây công nghệ thép đã được

sử dụng vào các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp giao thông và đạt được hiệu quả cao

Thép sử dụng trong xây dựng rất đa dạng và phong phú bao gồm các loại như: thép ống thép thanh vằn, thép cuộn vằn, thép thanh tròn trơn, thép hình (U, V, I, L,…)

Hình 1.1: Các loại thép sử dụng trong xây dựng

c Sản phẩm của thép kết cấu sử dụng trong các ngành xây dựng:

trong bối cảnh hiện nay, thị trường bất động sản, đặc biệt là các công trình xây dựng đang phát triển rất mạnh mẽ những tòa nhà cao chọc trời, những trình những công trình phúc lợi hay những dự án của quốc gia đang được triển khai thi công từng ngày trên khắp đất nước Những công trình xây dựng để thể hiện sự giàu mạnh của đất nước sự khang trang của mỗi thành phố Tuy nhiên, khí hậu ngày càng biến đổi khắc nghiệt, các thiên tai như: bão lũ, động đất, sóng thần, lốc xoáy thường xuyên xảy ra và ảnh hưởng đến các công trình xây dựng Vì vậy để đảm bảo được các công trình xây dựng đạt được kết cấu vật chất và trường tồn theo thời gian chống chọi với thiên nhiên thì kết cấu thép đóng vai trò vô cùng quan trọng Các thép dầm giàn, sàn liên kết với nhau tạo thành một kết cấu vững chắc trong ruột các công trình xây dựng

Thép kết cấu là một bộ phận đa dạng hóa với các khả năng sản xuất hàng loạt cho nhiều lĩnh vực ứng dụng thấy kết cấu khác nhau Lợi thế của các giải pháp thép kết cấu

là đưa vào sử dụng nhanh, giảm rủi ro, bước cột rộng tạo không gian thoáng, có thể tái

sử dụng,b công nghệ cao công trình bền vững và giá cả cạnh tranh, Bởi lẽ đó nhu cầu

sử dụng thép và các sản phẩm làm ra từ thép rất lớn

Hình 1.2: Nhà cao tầng

1.2 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm cắt uốn thép tròn trong xây dựng

Trong xây dựng thép thường được cắt uốn thành những hình dạng kích thước khác nhau phù hợp với nhu cầu sử dụng Trong đó đai thép là một sản phẩm điển hình Với một công trình xây dựng nhỏ cũng đã cần sử dụng đến hàng ngàn đai thép với các kích cỡ khác nhau

Sự cần thiết của đai thép xây dựng là không thể chối cãi Để có được những công trình xây dựng, những tòa nhà cao lớn như vậy cần sử dụng một lượng đài thép rất lớn Những dầm ngang, dọc hay những cột đứng đều cần sử dụng đến đai thép Để có một công trình xây dựng đảm bảo độ bền và kết cấu của dầm, trụ là quan trọng nhất Với mỗi lần trụ đều được tính toán số lượng đai cần dùng và kích cỡ đai phù hợp với dầm

đó

Hình 1.3: Các kết cấu thép dùng trong nhà cao tầng

Như chúng ta đã biết công việc uốn và cắt đứt đai thép, dần thép là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc Ngoài ra, công việc uốn và cắt đứt đai thép, dầm thép theo kích thước trong các công trình còn là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn Đây là vấn đề hết sức bất cập mà bấy lâu nay chúng ta chưa giải quyết được Việc áp dụng đề tài này vào sản xuất chắc chắn sẽ giúp tạo được nhiều thuận lợi cho việc sản xuất đai, dầm và thi công các công trình xây dựng và theo xu hướng phát triển của khoa học để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm Chúng ta cần tiến tới đưa và các thiết bị máy móc sử dụng và hoạt động xây dựng thay thế cho các biện pháp thủ công hàng ngày để được ứng dụng rộng rãi hơn

Sau đây là một số hình ảnh cho thấy ứng dụng quan trọng của các ống thép xây dựng và công việc các thép một cách thủ công:

Hình 1.4: ứng dụng của đai thép, dầm thép Hình 1.5: Đai thép

Hình 1.6: Uốn thép thủ công Hình 1.7: Cắt thép thủ công Một số dạng thép thường được cắt uốn trong xây dựng:

Việc sử dụng máy cắt uốn thép liên hợp mang lại năng suất cực kỳ cao, chất lượng sản phẩm tốt, độ chính xác cao hơn nhiều so với phương pháp cấp uống thủ công

Hiện nay có nhiều loại máy có thể cắt uốn thép nhân kết cấu cồng kềnh khối lượng lớn không thể cơ động việc thiết kế máy cắt uốn liên hợp với kết cấu gọn nhẹ,

cơ động có thể vận chuyển dễ dàng trong các công trường mang lại lợi ích rất lớn

Vì vậy việc đưa máy cắt uốn thép liên hợp và áp dụng thực tế là một vấn đề hết sức cấp thiết và mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn trong công việc

Giai đoạn biến dạng đàn hồi: là giai đoạn kể từ khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu

cho đến trước thời điểm tới hạn điểm chuyển từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo

Giai đoạn biến dạng dẻo: giai đoạn biến dạng dẻo phát triển ngay tại mép cắt của

dao có sự tập trung ứng suất, dao cắt tiếp tục đi xuống làm cho ứng lực cắt tăng lên vượt quá điểm tới hạn kim loại sẽ bị biến dạng cắt dẻo cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt tế vi tại mép cắt của dao trên và dao dưới

Giai đoạn phá hủy: khi ấn lực các gần đến điểm giới hạn bằng các vết nứt xuất

hiện từ mép cắt của dao tiến sâu vào vật liệu cho tới khi gặp nhau và làm đứt rời kim loại hoàn toàn

a) b)

c) Hình 2.1: Quá trình cắt đứt vật liệu

1: Lưỡi cắt trên 2: Phôi cắt 3: Lưới cắt dưới 4: Tấm chặn phôi

Nếu vết nứt từ hai phía gặp nhau trên một mặt phẳng thì mặt cắt sẽ đẹp và thẳng không có ba via, nếu gặp lệch sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu xí, xù xì, ba via vì vậy việc khống chế khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt chất Do vậy cần phải khống chế khe hở do như thế nào để sản phẩm các đẹp nhất

Quan sát một chi tiết cắt thấy rõ có 3 vùng như hình vẽ sau:

Hình 2.2: Sự phân vùng khi cắt vật liệu

Vùng 1: kim loại bị uốn nhẹ và có bán kính lượn nhỏ với mặt chi tiết

Khe hở giữa hai lưỡi dao là hệ số kích thước làm việc của lưỡi dao trên và lưỡi dao dưới chị số khe hở khi các ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt cắt, độ chính xác vật cắt, lực cắt và độ bền của hai lưỡi dao

Khe hở hợp lý (chọn đúng chị số) thì vết nứt ở hai phía sẽ gặp nhau theo đường thẳng và chất lượng vết cắt đó là tốt nhất, nếu khe hở quá nhỏ hai khe hở quá lớn thì làm hay vết nứt không trùng nhau dẫn đến chất lượng vết cắt xấu

Trị số khe hở dưới phụ thuộc vào tính chất và bề dày S của vật liệu, số hành trình đầu trượt, vật liệu cần mềm càng mỏng thì khe hở càng nhỏ

c Phương pháp xác định lực cắt

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn chúng ta chỉ việc trang bị sao cho đồng bộ các máy cán và sản phẩm cần cắt sau khi đã tính toán và thiết kế đầy đủ Tuy vậy khi thay đổi sản phẩm cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn nhất quá trình các vật liệu chia làm 3 thời kỳ giữa quá trình các xảy ra trong nháy mắt các thời

h: Chiều dày vật cắt

+) Thời kỳ cắt: Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt +) Thời kỳ cắt đứt: Đây là thời kỳ kim loại tự các đứt Để đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của quá trình cất đứt người ta đưa ra khái niệm độ sâu tương đối và được đặc trưng bởi tỉ số sau: 𝜀2 = 𝑧2

ℎ

z2: chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt đứt

h: chiều dày vật cắt

Do đó :

𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐾1 𝐾2 𝐾3 𝑏 ℎ 𝜎𝑏 (1 − 𝜀1) Trong đó :

𝐾2 : Hệ số kể đến sự tăng lực khi dao bị cùn

𝐾2 = (1,1 ÷ 1,2) cho dao cắt nóng

𝐾2 = (1,15 ÷ 1,25) cho dao cắt nguội

𝐾3 : Hệ số kể đến sự ảnh hưởng khe hở của lưỡi dao

𝐾3 = (1,15 ÷ 1,25) cho dao cắt nguội

𝐾3 = (1,2 ÷ 1,3) cho dao cắt nguội

B,h : Chiều rộng và chiều dày vật liệu

Phụ thuộc vào hình dáng và kích thước vật uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép lệch tâm, ma sát hay thủy lực, đôi khi có thể tiến hành trong các dụng cụ uốn ống bằng tay trên các máy chuyên dụng

Đặc điểm của quá trình uốn kim loại là khi uốn kim loại tấm để đạt được những chi tiết có kích thước và hình dạng cần thiết, người ta nhận thấy rằng với tỉ số chiều rộng và chiều dày của phôi khác nhau với mức độ biến dạng khác nhau (tỉ số giữa bán kính phôi và chiều dài của vật liệu khác nhau) và giá trị góc uốn khác nhau thì quá trình biến dạng tại vùng uống cũng có những đặc điểm khác nhau

Tại các vùng uống các thứ ngang vẫn phẳng và vuông góc với trục phôi

Các thớ dọc bị biến dạng khác nhau ở hai phía của phôi các lớp kim loại ở phía trong góc cuốn thì bị nén và con ngắn theo hướng dọc đồng thời bị kéo và dãn dài ra theo hướng ngang các lớp kim loại ở phía ngoài góc uống (phía bán kính lớn) thì bị kéo và dãn dài theo hướng dẫn và đồng thời bị nén và co ngắn theo hướng ngang, tạo thành độ công ngang

Khi uống những dải phôi rộng chiều dài của vật liệu giảm, mặt cắt ngang của phôi bị thay đổi không đáng kể, có thể coi như không đổi bởi vì trở lực biến dạng của vật liệu có chiều rộng lớn chống lại sự biến dạng theo hướng ngang Khi đó các lớp kim loại ở phía trong góc uốn chỉ bị nén và co ngắn theo phương dọc còn các lớp kim loại ở ngoài góc uốn chỉ bị kéo và dãn dài và theo hướng dọc

Khi uốn với mức độ biến dạng lớn các lớp kim loại ở ngoài phôi bị kéo và dãn dài đáng kể, dễ gây hiện tượng nứt, gẫy Vì vậy khi cắt phôi uốn cần phải chú ý bố trí sao cho đường uốn vuông góc với thớ cán của phôi tránh, để đường uống song song với thớ cán

b Lớp trung hòa

Tại các vùng uốn có những lớp kim loại bị nén và co ngắn lại đồng thời có những nét kim loại bị kéo và dãn dài ra theo hướng dọc vì vậy giữa các lớp đó thế nào cũng tồn tại một lớp có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của khối lớp này gọi là lớp trung hòa biến dạng Lớp trung hòa biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định kích thước của phôi khi uống và xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép

Hình 2.6: a) Trước khi uốn b) Sau khi uốn

Khi uống với bán kính uốn lớn mức độ biến dạng ít, vị trí lớp trung hòa nằm ở giữa chiều dày dãi phôi nghĩa là bán kính cong của lớp trung hòa được xác định theo công thức sau:

𝑅𝑏𝑑 = 𝑟 +𝑆

2Trong đó:

r : Bán kính uốn (mm)

R: Chiều dày vật liệu (mm)

Hình 2.7: Bán kính độ cong của lớp trung hòa

𝜀 = 𝑆1

𝑆 : Hệ số giảm chiều dài

𝑆1 : Chiều dày trước khi uốn (mm)

𝑆 : Chiều dày sau khi uốn (mm)

r: Bán kính uốn (mm)

b: Chiều rộng ban đầu của dải (mm)

𝑏𝑏𝑑 : Chiều rộn trung bình sau khi uốn (mm)

𝑏𝑏𝑑 =1

2(𝑏1+ 𝑏2)

𝑏1, 𝑏2 : Chiều rộng phía trên và dưới sau khi uốn (mm)

Khi chiều rộng của dải lớn thì tỷ số 𝑏𝑡𝑏

2 𝑆

2 −𝑟(1 − 𝜉)

𝑋0 : Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tỷ số 𝑟/𝑆, góc yuoons và loại vật liệu uốn

𝑋0 𝑆 : Là khoảng cách từ lớp trung bình tới mặt trong của phôi

c Bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất cho phép

Quá trình uống bán kính uốn phía trong được quy định trong một giới hạn nhất định Nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi thôi tác dụng lực (ra khỏi khuôn) chưa đạt đến trạng thái biến dạng dẻo Còn khi bán kính uống quá nhỏ có thể làm đứt nứt vật liệu tại tiết diện uốn, như vậy ta có bán kính uống như thế nào là hợp lý: 𝑅𝑚𝑎𝑥 = 𝜀.𝑆

2𝜎𝑇Trong đó :

𝜀 : Mô đun đàn hồi khi kéo, KG/mm2

𝜎𝑇 : Giới hạn chảy cua vật liệu, KG/mm2

𝛿 : Độ dãn dài tương đối của vật liệu, %

Thực tế bán kính uốn nhỏ nhất được xác định theo công thức : 𝑅𝑚𝑖𝑛 = 𝐾 𝑆

K : Hệ số

S : Chiều dày vật liệu

Hệ số K để xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép đồi với góc uốn 90° tra bảng :

Bảng 2.2: Tra hệ số K

VẬT LIỆU Trạng thái vật liệu

HƯỚNG ĐƯỜNG UỐN Vuông góc

d Tính đàn hồi khi uốn

Như ta đã biết khi uốn kim loại không phải toàn bộ phần kim loại ở phần cung uống đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi Vì vậy khi thôi không còn tác dụng của lực uốn thì vật vốn không hoàn toàn giữ nguyên hình dáng của chày và cối uốn và đó gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Hiện tượng đàn hồi thường xảy ra khi sai lệch về góc uốn và bán kính uống vì vậy muốn cho chi tiết có góc uốn và bán kính uốn đã cho thì ta phải làm bán kính và gốc của khuôn và chày thay đổi một lượng đúng bằng tỉ số đàn hồi

Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được chỉ số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu và chiều dài vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính chi tiết uốn tương đối r/S, lực uốn và phương pháp uốn

Khí giới hạn chảy càng cao, tyur số r/S càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn

Khí uốn với tỷ số r/S<10 thì sai lệch chủ yếu là góc uốn, còn bán kính uốn thay dổi không đáng kể Trị số góc đàn hồi cho sẵn trong sổ tay

Khí uốn với tỷ số r/S>10 thì sau khi uốn cả góc uốn và bán kính uốn đều bị thay đổi Khí đó bán kính cong của chày được xác định bằng công thức sau:

𝑟𝑐ℎ𝑎𝑦 = 𝑟′

1 + 3𝑘0Trong đó :

r’ : Bán kính sản phẩm sau khi đàn hồi

k0 = 𝜎𝑐.𝑟

𝐸.𝑆 hệ số uốn

E : Mô đun đàn hổi vật liệu (KG/cm2)

S : Chiều dày vật liệu (mm2)

-Góc đàn hồi được xác định theo công thức sau :

𝛽 = (180° − 𝛼0) (𝑟

′

𝑟 − 1) Góc đàn hồi được xác lập bới hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi uốn và góc của chày cối uốn

Trong đó :

𝛼0: Góc của chi tiết ( sau biến dạng đàn hồi)

Hình 2.8: Góc đàn hồi 𝛽 sau khi uốn

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi uốn và góc của chày cối uốn

𝛽 = (∝ −∝0)

𝛼 : Góc của chày và cối uốn

𝛼0 : Góc của vật uốn khi chưa thơi lực uốn

Góc đàn hồi 𝛽 được tra theo bảng 2.3

Bảng 2.3: Góc đàn hồi 𝛽 khi uốn góc 90°

VẬT LIỆU Tỷ số r/S CHIỀU DÀY VẬT LIỆU (MM)

Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày, quá trình biến dạng dẻo cũng chỉ xảy ra

ở đó khi bán kính uốn càng nhỏ thì mức độ kéo nén của kim loại càng lớn có thể gãy nứt và lớp trung hòa có xu hướng dịch vào bên trong

Hình 2.9: Sơ đồ quá trình uốn

Trong quá trình uốn thì khi thôi tác dụng lực nó tồn tại lực đàn hồi nên góc uốn lớn ra,

và góc đàn hồi từ 0÷ 10° và lực uốn là :

𝑃𝑈 =0,7 𝐵 𝑆

2 𝜎𝑏

𝑟 + 𝑆Trong đó :

B: Chiều rộng của phôi (mm)

S : Bề dày của phôi (mm)

𝜎𝑏 : Giới hạn bền kéo của vật liệu (N/mm2)

r : Bán kính trong (mm)

S : Chiều dài hành trình trượt (mm)

L : Chiều dài thanh truyền (mm)

c Máy cắt dao thăng song song

Máy này dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện hình vuông, chữ nhật,

Máy này thường đặt sau máy cán phôi, cán hình Máy có thể phân đoạn khi quá dài, máy có lưỡi cắt đặt song song, khi làm việc mặt phẳng chuyển động dao luôn không đổi

Hình 2.11: Máy cắt dao song song

1 Bàn kẹp 2 Lưỡi cắt trên 3 Bàn trượt trên 4 Cữ cắt

5 Chi tiết 6 Con lăn 7 Lưỡi cắt dưới 8 Bàn trượt dưới Với : S: Chiều cao lưỡi cắt

𝛿: Chiều dày lưỡi cắt

d Máy cắt dao thẳng song song có dao trên di động

Nguyên lý làm việc như sau:

Khi vật cắt đúng vào cử cắt, bàn kẹp kẹp chặt vật cắt dao, dưới 3 đứng yên dao trên 2 gắn vào bàn trượt di động xuống và quá trình cắt được diễn ra sau khi cắt xong dao trên đi lên lại và kết thúc quá trình cắt Dao trên và bằng chuột di chuyển lên xuống nhờ cơ cấu thủy lực cơ cấu cam, trục khuỷu, thanh truyền

Nhược điểm của loại này là sản phẩm có nhiều ba via, bị xước, kết cấu máy cồng kềnh

Hình 2.12: Máy cắt song song có dao trên di động

1 Bàn kẹp 2 Dao trên di động 3 Chi tiết 4 Đối trọng

5 Bản lề 6 Con lăn 7 Lưỡi cắt dưới 8 Bàn trượt dưới

2.2.2 Thiết bị uốn thép tròn

Hiện nay các thiết bị uốn thép rất đa dạng và phong phú Một số loại thiết bị sử dụng

hệ thống thủy lực, khí nén với bộ điều khiển PLC phức tạp, có khả năng uốn chính xác, năng suất cao, điển hình như máy uốn đai thép xây dựng của công ty Rồng Việt

Hình 2.13: Máy uốn, cắt thép GQW40

Thông số kĩ thuật của máy GQW40 :

Đường kính thép cắt max (mm) 6-36

Đường kính thép uốn max (mm) 6-36

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

3.1 Phương án I

Hình 3.1: Sơ đồ động học phương án I

1 Thùng trộn 2 Bánh đai nhỏ 3 Bánh đai lớn

4 Li hợp 5 Trục khuỷu 6 Tay biên

7 Đầu trượt 8 Chày uốn 9 Phôi uốn

10 Cối uốn 11 Phanh 12 Bánh lệch tâm

13 Lò xo 14 Thanh trượt 16 Lưỡi cắt di động

16 Lưỡi cắt cố định

Nguyên lý làm việc : Động cơ (1) truyền chuyển động cho trục khuỷu (5) qua bộ

truyền đai, trục khuỷu biến chuyển động quay thành chuyển độnh tịnh tiến của đầu trượt (7); đầu trượt mang chày uốn (8) ép xuống cối uốn (10) tạo nên lực làm biến dạng vật uốn (9) Trên trục khuỷu gắng bánh lệch tâm (12), khi quay tác dụng lên con trượt có (14) mang dao cắt (16), làm con trượt tính tiến tạo thành lực cắt

Ưu điểm : Kết cấu đơn giản vì sử dụng bộ truyền đai, có thể giữ an toàn cho các

chi tiết máy khác khi bị quá tải đột ngột, làm việc êm

Nhược điểm : Có hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai nên tỷ số truyền không ổn

định Sử dụng mỗi bộ truyền đai nên chỉ có thể truyền được tỷ số truyền bé Máy có

kết cấu lớn, cồng kềnh không thể cơ động

3.2 Phương án II

Hình 3.2: Sơ đồ động học phương án II

1 Động cơ 2 Bộ truyền đai 3 Hộp giảm tốc

4 Li hợp 5 Bộ truyền bánh răng nón ngoài

6 Mâm quay 7 Bộ truyền bánh răng trụ ngoài 8 Cơ cấu cắt

Nguyên lý làm việc : Động cơ (1) truyền momen qua hộp giảm tốc (3) qua bộ

truyền đai (2), sau đó truyền chuyển động qua bộ truyền bánh răng nón (5)và tiếp tục

qua bộ truyền bánh răng trụ (7); tại trục này, momen được truyền đồng thời cho mâm

quay bên trên thực hiện mô men uốn và bánh lệch tâm phía dưới Bánh lệch tâm quay

tác động vào thanh trượt chuyển động tịnh tiến thực hiện công việc cắt thép ở đầu ra

có gắn lưỡi cắt di động

Ưu điểm : Truyền động có độ chính xác cao, khả năng tải lớn, truyền được tỷ số

truyền lớ, kết cấu gọn nhẹ nên có khả năng di chuyển ra các công truyền xây dựng

Nhược điểm : Bộ truyền đai có hiện tượng trượt

3.3 Phương án III

Hình 3.3: Sơ đồ động học phương án III

1 Động cơ 2 Bộ truyền đai 3 Hộp giảm tốc

4 Li hợp 5 Cơ cấu uốn 6 Cơ cấu cắt

Nguyên lý làm việc : Phương án này có nguyên lý làm việc giống như phương án

II chỉ khác ở cách sắp xếp Với phương pháp sắp xếp như trên sơ đồ, mâm quay được chế tạo gắn trục tiếp vào bánh răng trụ lớn bị dẫn cuối cùng, còn cơ cấu cắt được gắn ở dưới trục V

Ưu điểm : Phương án này có mọi ưu điểm của phương án II, mặt khác với cách

bố trí như trên, chiều dài của máy sẽ được giảm hơn, gọn hơn, thận tiện cho việc di chuyển đến các công trường xây dựng

Nhược điểm : Bộ truyền đai có hiện tượng trượt

Theo những phân tích như trên, ta lựa chọn phương án III để thiết kế hệ thống cắt uốn liên hợp

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH

CỦA MÁY

4.1 Sơ đồ động học của máy

Hình 4.1: Sơ đồ động học của máy

1 Động cơ 2 Bộ truyền đai 3 Hộp giảm tốc

4 Li hợp 5 Cơ cấu uốn 6 Cơ cấu cắt

4.2 Thiết kế cơ cấu cắt, uốn

4.2.1 Thiết kế cơ cấu cắt :

a Phôi cắt

Thép tròn CT38÷CT51, đường kính lớn nhất 36mm

b Cơ cấu cắt:

Hình 4.2: Sơ đồ cơ cấu cắt

1 Bánh lệch tâm 2 Lưỡi cắt di động 3 Phôi cắt

4 Lưỡi cắt cố định 5 Trục dẫn

c Tính lực cắt:

𝑃𝑐 = 𝑘 𝐹𝐶 𝜎𝐶

- Diện tích cắt : 𝐹𝐶 = 𝜋𝑅2 = 𝜋 182 = 1017 (mm2)

- Giới hạn bền cắt: Theo thực nghiệm lấy: 𝜎𝐶 = (0,6 ÷ 0,8) 𝜎𝑏

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝜎𝑏 = 510 (N/mm2)p

Ta lấy 𝜎𝐶 = 0,7 𝜎𝑏 = 357 (N/mm2)

- k : Hệ số tính đến sự không đồng đều về chiều dày và tính chất vật liệu, mép cắt

bị mòn, chế tạo và lắp ghép khôn không chính xác, k= 1,1 ÷ 1,3 Ta lấy k= 1,2 Thay vào công thức ta có lực cắt : 𝑃𝑐 = 1,2.1017.357 = 435837 (N)

d Xác định công suất động cơ khi cắt:

d.1 Xác định công tiêu hao trong 1 hành trình công tác

𝐴𝑝 = 𝐴𝑔+ 𝐴𝑓 + 𝐴𝑑ℎ+ 𝐴𝑑ℎ𝑓

- Công tiêu hao do ma sát (𝐴𝑓):

Theo bảng trang 51 tài liệu [2] ta có:

d.2 Công tiêu hao trong thời gian hành trình không tải

Theo bảng trang 51 tài liệu [2] ta có :

𝐴𝑘𝑡 = 0,3 𝐴𝑔 = 0,3.3295 = 988,5 (J)

- Công mở li hợp : 𝐴𝑙ℎ = 0,3𝐴𝑔 = 988,5 (J)

e.Xác định công suất động cơ

Chọn động cơ theo kiểu lồng sóc, công suất động cơ ( xác định theo công suất trung bình) tính theo công thức ( trang 63[2] ) :

Tra bảng 64[2] ta có k=1,2

𝜂𝑡𝑟.𝑑 : Hiệu suất truyền động từ động cơ đến trục khuỷu

𝜂𝑡𝑟.𝑑 = 𝜂đ 𝜂𝑜𝑙6 𝜂𝑡𝑟𝑘 𝜂𝑡𝑟𝑘2 𝜂𝑡𝑟ℎ 𝜂𝑛ℎ 𝜂𝑙ℎTrong đó :

𝜂đ = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai thang

𝜂𝑜𝑙 = 0,995 : Hiệu suất ổ bi

𝜂𝑡𝑟𝑘 = 0,98 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín

𝜂𝑡𝑟ℎ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ hở

𝜂𝑛ℎ = 0,94 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng nón hở

p : Hệ số sử dụng hành trình, p = 0,5

𝜀 : Mô đun đàn hồi

𝜎𝑇 : Giới hạn chảy của vật liệu

* Với thép CT38Φ10 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝜎𝑇 = 240(N/mm2)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.10 ≈ 8,38 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑎𝑥 = 2,1.10

5 8,38 2.240 = 3666,25 (mm)

* Với thép CT38 𝛷36 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝜎𝑇 = 240(N/mm2)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.36 ≈ 30,168 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑎𝑥 = 2,1.10

5 30,168 2.240 = 13199 (mm)

* Với thép CT51 𝛷10 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝜎𝑇 = 280(N/mm2)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.10 ≈ 8,38 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑎𝑥 = 2,1.10

5 8,38 2.280 = 3142,5 (mm)

* Với thép CT51 𝛷36 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝜎𝑇 = 280(N/mm2)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.36 ≈ 30,168 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑎𝑥 = 2,1.10

5 30,168 2.280 = 11313 (mm)

- Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức :

𝑅𝑚𝑖𝑛 =𝑆

2(

1

𝛿− 1) Trong đó:

𝛿 : Độ dãn dài tương đối của vật liệu, %

S : Chiều dày vật liệu ( mm)

* Với thép CT38 𝛷10 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝛿 = 25 (%)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.10 ≈ 8,38 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑖𝑛 = 8,38

2 ( 10,25− 1) = 12,57 (mm)

* Với thép CT38 𝛷36 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝛿 = 25 (%)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.36 ≈ 30,168 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑖𝑛 = 30,168

0,25− 1) = 45,252 (mm)

* Với thép CT51 𝛷10 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝛿 = 19 (%)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.10 ≈ 8,38 (mm)

Suy ra 𝑟𝑚𝑖𝑛 = 8,38

2 ( 10,19− 1) = 17,86 (mm)

* Với thép CT51 𝛷36 :

Tra bảng 1.4 tài liệu [3] ta có 𝜀 = 2,1.105 (N/mm2)

Tra bảng 1.2 tài liệu [3] ta có 𝛿 = 19 (%)

S : Chiều dày vật liệu, S ≈ 0,838.d ≈ 0,838.36 ≈ 30,168 (mm)

K - hệ số phụ thuộc tỉ số l/S, với l/S > 8 k = 1,33

S – Chiều dày thỏi uốn

B – Chiều rộng thỏi uốn

𝜎𝑢 – Giới hạn bền uốn của vật liệu, với CT51 lấy 𝜎𝑢 = 𝜎𝑐ℎ = 280 (N/mm2)

Bảng 4.3: Sơ đồ uốn ứng với trường hợp lực uốn max

Với thanh trònđường kính d có mô men uốn tương đương với thanh hình chữ nhật có tiết diện B×S :

𝑃𝑢 =𝑘 0,185 𝜋 𝑑

3 𝜎𝑢𝑙

𝑃𝑢 = 𝑘.0,185.𝜋.𝑑

3 𝜎𝑢

𝑙 = 1,33.0,185.𝜋.36

3 280

c Xác định công suất uốn

Theo tài liệu [4] :

𝑁𝑑𝑐 =(𝑘 + 𝑘1+𝑟 + 𝑑𝑑 ) 𝜎𝑢 𝑊 𝜔

1000 𝜂𝑡𝑟.𝑑Trong đó :

k = Hệ số phụ thuộc tiết diện thanh uốn, với thnah tròn k = 1,7

𝑘1 – Phụ thuộc vật liệu, 𝑘1 = 0,62 ÷ 0,7, lấy 𝑘1 = 0,65

𝜎𝑢 : Giới hạn bền uốn của vật liệu, với CT51 𝜎𝑢 = 280 N/mm2

R – Bán kính uốn, R = 75mm

4.2.3 Thiết kế cơ cấu cắt :

Động cơ chọn cần có công suất lớn hơn 2,215 (kW)

Tra bảng 2P tài liệu [4] ta chọn động cơ A0𝜋2-32-4 có n = 1430 ( vòng/ phút), công suất N = 3,0 kW

Ta có:

𝜂đ = 0,96 : Hiệu suất bộ truyền đai thang

𝜂𝑜𝑙 = 0,995 : Hiệu suất ổ bi

𝜂𝑡𝑟𝑘 = 0,98 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ kín

𝜂𝑡𝑟ℎ = 0,95 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ hở

𝜂𝑛ℎ = 0,94 : Hiệu suất bộ truyền bánh răng nón hở

5.2 Thiết kế bộ truyền

5.2.1 Thiết kế bộ truyền đai :

a Chọn loại đai :

Thiết kế bộ truyền đai cần phải xác định được loại đai, kích thước đai và bánh

đai, khoảng cách trục A, chiều dài đai L và lực tác dụng lên trục

Ta nên chon loại đai làm bằng vải cao su vì chất liệu vải cao su có thể làm việc được trong điều kiện môi trường ẩm ướt ( vải cao su ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và

độ ẩm ), lại có sức bền và tính đàn hồi cao Đai vải cao su thích hợp ở các truyền động

có vận tốc cao, công suất truyền động nhỏ

b Xác định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền đai

b.1 Xác định đường kính bánh đai nhỏ D 1 :

Chọn loại đai, giả thiết vận tốc v(5÷10m/s) ta có thể dùng đai loại O hoặc A (Bảng 5-13) tài liệu , ta tính theo cả 2 phương án để lựa chọn phương án phù hợp có lợi

Tiết diện đai O A

Kích thước tiết diện đai a*h(mm) 10*6 13*8 Diện tích tiết diện F(mm2) 47 81

Định đường kính bánh đai nhỏ, dựa theo bảng 5-14 ta lấy:

Trong đó : id hệ số bộ truyền đai

𝜉: hệ số trượt truyền đai thang lấy 𝜉 = 0,02 ( trang 84 tài liệu [4] )

 D2 = 3.( 1- 0,02).D1 = mm 235,2 352,8

Chọn D2 = mm theo ( bảng 5.15 ) 250 360

Số vòng quay thực của trục bị dẫn:

1000.60

D1

n dc