Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP 1.1 Tình hình sử dụng thép trong nước và trên thế giới 1.1.1 Tình hình sử dụng thép trên thế giới Ngày nay thép là vật liệu khôn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

MÁY UỐN ĐAI THÉP XÂY DỰNG

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN ĐẮC LỰC Sinh viên thực hiện: CAO XUÂN HUY

Đà Nẵng, 2019

Tên đề tài: Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng

Sinh viên thực hiện: Cao Xuân Huy MSSV: 101140232 Lớp: 14c1va

Nội dung tóm tắt

1 Xuất phát từ yêu cầu thực tế: người lao động cần đạt năng suất cao trong xây dựng

Do vậy em nhận nhiệm vụ thiết kế máy uốn đai thép xây dựng Trong quá trình thiết

kế em đã tham khảo một số máy bẻ đai trong thực tế và một số tài liệu có liên quan

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

+ Cơ sở lý thuyết về quá trình duỗi, uốn và cắt

+ thiết kế máy uốn đai thép xây dựng

3 Kết quả đạt được:

+ phần lý thuyết

- Giới thiệu về máy duỗi, máy uốn và cắt thép dây tự động

- Cơ chế duỗi thẳng, cụm uốn và cắt thép dây tự động

+ phần thiết kế máy

- Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

- Thiết kế sơ đồ động

- Thiết kế và tính toán cho các kết cấu chính của máy

- Thiết kế các cụm kết cấu khác

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Số liệu ban đầu : Thép d = 6-:-8 mm

Năng suất : 3000 đai/ca

Các số liệu khác : Tham khảo thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Yêu cầu kỹ thuật của máy: nguyên liệu, sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật

- Phân tích lựa chọn phương án hợp lý

- Xây dựng sơ đồ động của máy

- Tính toán và lựa chọn các thông số kỹ thuật chủ yếu

- Tính toán thiết kế kết cấu và sức bền

5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý/sơ đồ động của máy (1A0)

- Bản vẽ kết cấu chung của toàn máy (1A0)

- Bản vẽ các cụm chi tiết chính (cụm duỗi thẳng, cụm uốn và cắt ) (2-3A0)

- Bản vẽ cụm đo chiều dài thép dây (1A0)

- Bản vẽ sơ đồ điều khiễn và sơ đồ mạch điện (2A0)

Tổng cộng : 6-7 bản vẽ A0

ThS.Nguyễn Đắc Lực Toàn bộ

8 Ngày hoàn thành đồ án: 25/05/2019

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG vi

LỜI NÓI ĐẦU viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP 1

1.1 Tình hình sử dụng thép trong nước và trên thế giới 1

1.1.1 Tình hình sử dụng thép trên thế giới 1

1.1.2 Tình hình sử dụng thép trong nước 1

1.1.3 Thép xây dựng 3

1.2 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép trên thế giới và trong nước 4

1.2.1 Thực trạng máy duỗi uốn và cắt đai thép trên thế giới 4

1.2.2 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép tại Việt Nam 5

1.2.3 Các loại đai thép 7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI 8

2.1 Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại 8

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

2.1.2 Trạng thái ứng suất và phương trình déo 10

2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội 13

2.1.4 Biến dạng dẻo và phá hủy 13

2.2 Khái niệm uốn 14

2.2.1 Định nghĩa 14

2.2.2 Quá trình uốn 15

2.2.3 Tính đàn hồi khi uốn 15

2.2.4 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất 16

2.2.5 Công thức tính lực uốn 16

2.3 Cắt bằng áp lực lưỡi cắt 17

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ UỐN DUỖI VÀ CẮT THÉP 19

3.1 Các phương pháp duỗi thép 19

3.1.1 Duỗi thép thủ công (bằng tay) 19

3.1.2 Duỗi thép bằng máy 19

3.2 Các phương pháp uốn thép 24

3.2.1 Phương pháp uốn bằng tay 24

3.2.2 Phương pháp uốn bằng động cơ 24

3.3 Các phương pháp cắt thép 25

4.2 Phân tích và lựa chọn phương án 35

4.2.1 Phương án 1 35

4.2.2 Phương án 2 36

4.3 Nguyên lý hoạt động của máy 36

4.4 Xây dựng bản vẽ nguyên lý 37

4.5 Tính toán các cơ cấu chính của máy 37

4.5.1 Cơ cấu duỗi 37

4.5.2 Cơ cấu uốn thép 40

4.5.3 Cơ cấu cắt thép 41

4.5.4 Tính chọn động cơ cho cơ cấu uốn và cắt 42

4.6 Sơ đồ động toàn máy 43

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN SỨC BỀN, THIẾT KẾ KẾT CẤU TOÀN MÁY 43

5.1 Thiết kế bộ truyền đai cho cụm duỗi 43

5.1.1 Chọn loại đai 44

5.1.2 Định đường kính bánh đai 44

5.1.3 Chọn sơ bộ khoảng cách trục 44

5.1.4 Định chính xác chiều dài đai và L và khoảng cách trục A 45

5.1.5 Kiểm nghiệm góc ôm 45

5.1.6 Xác định số đai cần thiết 45

5.1.7 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai 46

5.1.8 Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục 47

5.2 Thiết kế bộ truyền cho cơ cấu uốn và cơ cấu cắt 47

5.2.1 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu uốn và cắt 47

5.2.2 Bộ truyền đai qua trục trung gian 47

5.2.3 Tính bộ truyền đai từ trục trung gian qua trục cắt 51

5.2.4 Tính chọn bộ truyền xích cho trục uốn 54

5.4 Tính sức bền trục trung gian của cụm cơ cấu uốn và duỗi 61

5.5 Thiết kế gối đỡ ổ trục 65

5.6 Tính toán sức bền then trên trục 66

5.7 Cơ cấu điều khiển quá trính uốn và quá trình cắt 66

5.7.1 Ly hợp 66

5.7.2 Ly hợp vấu 67

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 69

6.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 70

6.2 Các phần tử và thiết bị điều khiển 70

6.2.1 Mạch Arduino UNO 70

6.2.2 ATMEGA328P-AU 71

6.2.3 Cảm biến (Encoder) 72

6.2.4 Rơle 73

6.3 Thiết kế mạch điều khiển và mạch điện 75

6.3.1 Mạch điều khiển 75

6.3.2 Sơ đồ mạch điện 76

CHƯƠNG 7 AN TOÀN SỬ DỤNG 76

7.1 Quy trình vận hành 77

7.1.1 Kiểm tra cụm duỗi 77

7.1.2 Kiểm tra cụm uốn và căt 77

7.1.3 Hệ thống điều khiển điện 77

7.2 Quy trình bảo dưỡng 78

7.2.1 Cụm duỗi 78

7.2.2 Cụm uốn và cắt 78

7.2.3 Hệ thống điều khiển điện 78

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Hình 1.6: Công nhân cắt thép bằng máy cắt bằng tay

Hình 1.7: Máy bẻ đai thép TD08

Hình 1.8: đai hình chữ nhật và đai hình vuông

Hình 2.1: Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

Hình 2.2: Các dạng ứng suất chính

Hình 2.3: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng

Hình 2.4: Sơ đồ biển đồ tải trọng – biến dạng điển hình của kim loại

Hình 2.5: Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn

Hình 2.6: Tính đàn hồi khi uốn

Hình 2.7: Các giai đoạn cắt kim loại

Bảng 3.1: Một số loại máy duỗi (nắn) thép thông dụng và tính năng sử dụng Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của con lăn

Hình 3.1: Khung quay

Hình 3.2: Cơ cấu truyền lực để uốn thép bằng tay

Hình 3.3: Máy uốn bán tự động

Hình 3.4: Máy uốn ống điện thủy lực Diamond – Japan

Hình 3.5: Kéo cắt sắt

Hình 3.6: Cắt sắt bằng máy cắt tay

Hình 3.7: Sơ đồ cắt bằng khí

Hình 3.8: Sơ đồ cơ cấu tay quay con trượt

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

Hình 3.10: Nguyên lý cắt dao thẳng song song

Hình 3.11: Sơ đồ thời kỳ cặp

Hình 3.12: Sơ đồ thời kỳ cắt

Hình 3.13: Nguyên lý cắt thép tấm dao nghiêng

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.2: Hành trình bánh lệch tâm

Hình 4.3: Sơ đồ động toàn máy

Hình 5.1: Kích thước đai

Hình 5.2: Kích thước chủ yếu của rảnh đai

Hình 5.3: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu uốn và cắt

Hình 5.4: Tiết diện đai B

Hình 5.5: Kích thước chủ yếu của rảnh đai

Hình 5.6: Tiết diện đai B

Hình 5.7: Kích thước chủ yếu của rảnh đai

Hình 5.8: Cấu tạo xích ống con lăn

Hình 5.9: Phân bố lực trên cụm duỗi

Hình 5.10: Biễu đồ momen uốn và momen xoắc

Hình 5.11: Phân bố lực trên trục trung gian

Hình 5.12: Biễu đồ momen uốn và momen xoắn

Hình 5.13: Phân bố lực trên ổ lăn

Hình 5.14: Ly hợp vấu

Hình 6.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hình 6.2: Mạch Arduino UNO

Hình 6.3: Sơ đồ chân Atmega328

Hình 6.4: Encoder

Hình 6.5: Cấu tạo bên trong của Encoder

Hình 6.6: Sơ đồ chân Rơle 4 kênh

Hình 6.7: Modun Rơle 4 kênh

Hình 6.8: Sơ đồ hoạt động uốn đai thép

Hình 6.9: Sơ đồ mạch điểu khiển

Hình 6.10: Sơ đồ mạch điện điều khiển

Đồ án tốt nghiệp này là bước ngoặt cuối cùng để em trở thành những kỹ sư thực thụ Đây cũng chính là cơ hội cuối cùng để em thể hiện khả năng của mình ở trường

Em đã cố gắng hết sức mình để hoàn thành tốt đề tài này Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án thì không thể không có những sai sót, kính mong các thầy tận tình chỉ bảo

để giúp em sửa chữa những khuyết điểm, những khúc mắc còn tồn tại và có thêm kinh nghiệm thực tiễn để sau khi ra trường em làm việc được tốt hơn

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 2 năm 2019

Sinh viên thực hiện:

Cao Xuân Huy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP

1.1 Tình hình sử dụng thép trong nước và trên thế giới

1.1.1 Tình hình sử dụng thép trên thế giới

Ngày nay thép là vật liệu không thể thiếu đối với con người, chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy chúng khắp mọi nơi, trên các thiết bị ô tô, xe máy, tàu thủy, nhà cửa hay đồ dùng gia đình… Thép còn đóng góp trong sự tiến hóa của loài người Có thể nói tầm quan trọng của sắt thếp đối với con người là rất lớn

Hình 1.1 Sản phẩm thép

Theo số liệu báo cáo của 66 nước gửi tới Hiệp hội Thép Thế giới (Worldsteel), sản lượng thép thô đã đạt 1,691 tỷ tấn trong năm 2017, so với mức 1,606

tỷ tấn của năm 2016, thì sản lượng thép thô trên toàn cầu đã tăng 5,3%

Khi đề cập đến ngành sản xuất thép, Trung Quốc là nước giữ vị thế vượt trội so với các nước khác trên thế giới Theo tổ chức Thép thế giới, nước này chiếm 49% trong

số 1,691 tấn thép được sản xuất trên toàn cầu trong năm 2017 Trung Quốc cùng với liên minh châu Âu, Nhật Bản, Ấn Độ và Mỹ là 5 nhà sản xuất thép hàng đầu thế giới

Mỹ là nước nhập khẩu thép lớn nhất thế giới với tổng giá trị thép nhập khẩu của nước này trong năm 2018 đạt trên 30 tỷ USD

1.1.2 Tình hình sử dụng thép trong nước

Trong báo cáo mới nhất của Cục Quản lý giá (Bộ Tài chính) vừa công bố, sản lượng tiêu thụ thép năm 2017 đạt 9,12 triệu tấn, tăng 14% so với năm 2016 Trong năm, giá thép xây dựng cũng có nhiều biến động cùng với sự tăng giảm của thị trường thép thế giới

Hình 1.2: Tình hình sản xuất thép năm 2017

Theo số liệu của VSA, trong tháng 9/2017, sản xuất thép của các doanh nghiệp thép trong nước đạt 836.624 tấn, tăng 19,4% so với cùng kỳ 2016 và tăng 18,13% so với tháng trước Tính chung 9 tháng của năm 2017, tổng lượng thép sản xuất đạt 15,425 triệu tấn, tăng 24,2 % so với cùng kỳ 2016 Trong đó, sản lượng thép xây dựng trong 9 tháng đã đạt 6,809 triệu tấn, tăng 14,3%; Ống thép đạt 1,626 triệu tấn, tăng 19,7%; Tôn mạ kim loại đạt 3,333 triệu tấn, tăng 40,3%; Thép cán nguội đạt 2,867 triệu tấn, tăng 5,2% so với cùng kỳ năm 2016

Tháng 9/2017, tổng lượng thép tiêu thụ trong nước đạt 740.565 tấn, giảm 6,5%

so với tháng trước, nhưng tăng so với cùng kỳ 2016 là 16,5%

Tính chung 9 tháng của năm 2017, tổng lượng thép tiêu thụ trong nước đã đạt gần 12,922 triệu tấn, tăng 20,5% so với cùng kỳ năm 2016 Trong đó, lượng tiêu thụ thép xây dựng đạt 6,722 triệu tấn, tăng 15,9%; Ống thép đạt 1,611 triệu tấn, tăng

18,9%; Tôn mạ đạt 2,58 triệu tấn, tăng 26,6%; Thép cán nguội đạt 1,46 triệu tấn, giảm 4,6% so với cùng kỳ 2016 Theo số liệu thống kê sơ bộ từ TCHQ Việt Nam, tháng 9/2017 xuất khẩu sắt thép đạt 450,5 nghìn tấn sắt thép, kim ngạch 294 triệu USD, tăng 2,4% về lượng và tăng 6,9% về trị giá so với tháng 8, nâng lượng thép xuất khẩu 9 tháng 2017 lên 3,3 triệu tấn, trị giá 2,1 tỷ USD, tăng 31,6% về lượng và tăng 51,1% về trị giá so với cùng kỳ 2016

Sắt thép của Việt Nam xuất khẩu chủ yếu sang các nước Đông Nam Á, chiếm thị phần lớn 58,1% tổng lượng thép xuất khẩu trên 1,9 triệu tấn, trị giá 1,15 tỷ USD

1.1.3 Thép xây dựng

Theo phạm vi sử dụng thép cacbon có hai loại: thép cacbon thường và thép cacbon chất lượng tốt Thép cacbon thường ở dạng qua cán nóng (tấm, cây, thanh, thép hình…) chủ yếu để dùng trong cây dựng

Theo TCVN 1765 : 1975 thép cacbon thường được chia thành 3 loại A, B, C Thép cacbon thường loại A là loại thép chỉ quy định về cơ tính Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765: 1975) quy định mác thép loại này ký hiệu là CT, con số đi cùng chỉ độ bền giới hạn Ví dụ, Thép CT31 là Thép có độ giới hạn bền tối thiểu là 310 N/mm2

Thép cac bon thường loại A có các loại mác theo bảng 1-1

Bảng 1-1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam

Mác thép (số hiệu) Giớ hạn bền 𝜎, N/mm2 Độ giản dài tương đối

𝛿, % Nga Việt Nam

Thép cacbon loại B là thép chỉ quy định về thành phần hóa học

Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765:1975) quy định mác thép loại này ký hiệu là BTC, con số kèm theo vẫn chỉ độ bền giới hạn như thép cacbon thường loại A, còn thành phần hóa học quy định như bảng 1-2

Bảng 1-2 Thông số Mác thép tại Việt Nam

Mác thép (số hiệu) Hàm lượng nguyên tố

Nga Việt Nam C,% Mn,% S không

lớn hơn,%

P không lớn hơn,%

và trong xây dựng trang trí nội thất với nhiều chủng loại thép khác nhau có đường kính cũng rất đa dạng, nhận thấy được tầm quan trọng của sắt thép chính vì vậy việc chế tạo máy duỗi, cắt phù hợp, tăng năng suất với nhu cầu rất cần thiết Trên thế giới hiện nay máy duỗi, cắt rất đa dạng nhỏ gọn, từ bằng tay cho đến các máy lớn sử dụng động cơ thủy lực rồi đến NC hay CNC có thể duỗi, cắt và uốn với nhiều bán kính khác nhau với độ chính xác và năng suất cao

Máy duỗi, cắt, uốn tự dộng thủy lực điều khiển bằng động cơ servo có độ chính xác cao, kích thước sắt tương đối lớn máy được sử dụng dộng cơ thủy lực vì vậy tạo ra lực cắt tác dụng lên sắt đồng đều ít sinh ra khuyết tật trong khi cắt, duỗi, điều khiển máy tướng đối đơn giản sử dụng bằng bàn đạp chân, máy cắt máy duỗi có sử dụng hành trình vì vậy nên sắt được duỗi cắt theo các chiều dài khác nhau Nhưng máy cắt, duỗi này hoàn toàn tự động, và bán tự động người công nhân chỉ việc cấp phôi

Hình 1.3: Máy duỗi, cắt thép sản xuất tại Trung Quốc

Bảng 1-3 Thông số kỹ thuật cảu máy bẻ đai thép GT4

Thông số Hydralic GT4-14

(Max, Model)

Hydralic GT4-14 (Regular, Model)

Hydralic GT4-14C (Update, Model) Đường kính Φ4 – Φ14mm Φ4 – Φ14mm Φ4 – Φ14mm

Tốc độ làm việc 30 – 50m/min 28 – 45m/min 50 – 65m/mm

Chiều dài cắt 800 – 9000mm 800 – 9000mm 1000- 8600mm

Hình 1.4:Máy uốn sắt TOYO Nhật Bản

1.2.2 Thực trạng máy duỗi, uốn và cắt đai thép tại Việt Nam

trên thị trường đã có nhiều máy duỗi, cắt và ẻ đai sắt hiện đại và cho năng suất cao Tuy nhiên tình hình sản xuất thực tại vẫn phổ biến nhiều hình thức sản xuất thủ công máy bẻ bán tự động hay chỉ giải quyết một khâu uốn, duỗi hay cắt Các khâu này hoạt động độc lập với nhau nên tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công Việc tiêu tốn nhiều thời gian sẽ ảnh hưởng tới tiến độ thi công các công trình

Hình 1.5: Công nhân đang kéo thép từ máy duỗi

Hình 1.6: Công nhân cắt thép bằng máy cắt bằng tay

Hiện nay nước ta cũng có một số công ty sản xuất máy uống như Cơ Sở Chế Tạo Thiết Bị Máy Công Nghiệp Thùy Dương tại An Thuận Bình Dương Đã nghiên cứu và chế tạo máy thành công máy bẻ đai thép tự động TD08, Được thiết kế bằng các

vi mạch kết hợp cùng hệ thống thủy lực nên máy bẻ đai thép TD08 hoàn toàn chạy bằng tự động, các thao tác đơn giản cho người vận hành Từ quá trình thép cuộn qua dàn lô nắn thẳng tự động tới bộ phận bẻ và cắt đai đã được lập trình sẵn cho nên giúp cho các nhà thầu giảm thiểu tối đa được mức nhân công và tiến độ cũng như hiệu quả của công việc cho công trình

Đặc điểm chung của máy: Máy bẻ đai thép TD08 được thiết kế chuyên dụng

cho bẻ đai thép thuộc ngành kết cấu thép xây dựng có đường kính từ (Φ6 – Φ8)mm bẻ

được đai thép đai vuông và đai hình chữ nhật, kích thước đai từ (100 × 100) mm đến (800 × 800) mm dễ dàng sử dụng phù hợp với trình độ của các người thợ tại các

công trường

Hình 1.7: Máy bẻ đai thép TD08

Dàn lô nắn thẳng: Đư máy bẻ được coi như mang một bước cải tiến vượt trội

bỏi tính năng sử dụng đơn giản thay thế dễ dàng và đặc biệt có độ bền cao

Một số máy khác như máy bẻ đai tự động do Công ty TNHH Hồng Phúc Lâm

có trụ sở tại Quận Bình Thạnh, TP HCM, máy có khả năng bẻ nắng uốn được đai

thép có kích thước cạnh dàu nhất đến 800 mm đường kính Φ8 mm Máy bẻ đai sắt

thép tự động do Công ty cổ phần máy xây dựng Phúc Long sản xuất, thao tác hoàn

toàn tự động do lập trình sẵn trên màn hình

1.2.3 Các loại đai thép

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại đai về hình dáng và kích thước cỡ như

là đai hình vuông, đai hình chữ nhật, đai tam giác, đai chữ C… Tuy nhiên phổ biến

vẫn lầ đai hình hình vuông, đai hình chữ nhật, các kích thước đai phụ thuộc vào dầm

và khoảng cách đầu đai đến góc giáp là 50

Hình 1.8: đai hình chữ nhật và đai hình vuông

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

Hình 2.1: Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

+ 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 dàn hồi của nguyên

tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu

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

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

số nguyên lần thông số mạng, sau khi 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

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới đối xứng cới phần còn lại qua 1 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 xảy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẻo đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạn ở vùng tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt xảy ra ở

cá hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp xỉ 45°, sau đó mới đến các hạt khác Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoiaj lực, biên giới hạt của các hạt tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt lại xuất hiện các mặt trượt tương đối với nhau Do sự trượt và quay của cá hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

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

Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo cả kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá hủy Tính dẻo của kim loại phụ thược vào hàng loạt các nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng…

2.1.1.1 Ảnh hưởng 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 chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm, Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

2.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

càng lớn

2.1.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến nhiều, các hạt tinh thể bị vở vụn, xô lệch mạng tăng nhanh, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mảnh (hiện tượng biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,24 – 0,30 Tnc (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ trung bình đạt tới 0,4Tnc trong kim lọa bắt đầu xuất hiện quá trính kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

2.1.1.4 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đén tính dẻo của kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại củng giảm

2.1.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng moi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ nguội dần sẽ kết tinh lại nư cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các ạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp túc biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị giòn và có thể bị nứt

Nếu lấy 2 kối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy bứa lớn hơn nhưng độ biến dạng tiings cộng trên máy ép lớn hơn

2.1.2 Trạng thái ứng suất và phương trình déo

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

Hình 2.2: Các dạng ứng suất chính

- Ứng suất đường : 𝜏max = 𝜎1/2 (1.1)

- Ứng suất mặt : 𝜏max = (𝜎1 - 𝜎2)/2 (1.2)

- Ứng suất khối : 𝜏max = (𝜎max -𝜏max) (1.3)

Nếu 𝜎1 = 𝜎2= 𝜎3 thì 𝜏 = 0 và không có biến dạng Ứng suất chính kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy 𝜎ch

Khi kim loại chịu ứng suất đường:

| 𝜎1| = 𝜎ch tức 𝜏max = 𝜎ch/2 (1.4) Khi kim loại chịu ứng suất mặt:

| 𝜎1 – 𝜎2| = 𝜎ch (1.5) Khi kim loại chịu ứng suất khối:

| 𝜎max – 𝜎min| = 𝜎max (1.6) 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

A = A0 + Ah (1.7) Trong đó:

A0: thế năng để thay đổi thể tích vật thể (tring biến dạng đàn hồi thể tích của vật thể tằn lên, tỉ trọng giảm xuống)

Ah: thế năng để thay đổi hình dáng vật thể

Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định:

A = (𝜎1𝜀1 + 𝜎2𝜀2 + 𝜎3𝜀3)/2 (1.8) Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc:

Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể:

Ah = A – A0 = 1+ 𝜇

6𝐸 [(𝜎1 - 𝜎2)2 +( 𝜎2 – 𝜎3)2 +( 𝜎3 - 𝜎1)2] (1.14) Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:

A0 = 1+ 𝜇

Từ (1.14) và (1.15) ta có:

(𝜎2 - 𝜎2)2 + (𝜎2 – 𝜎3)2 + (𝜎3 – 𝜎1)2 = 2𝜎0 = const Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo

Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (1.9) ta có thể viết:

𝜎2 = 𝜇(𝜎1 + 𝜎3) Khi biến dạng dẻo (không tính đến đàn hồi) thể tích của vật không đổi

Vậy ∆V = 0

Từ (1.12) ta có: 1−2𝜇

6𝐸 (𝜎1 + 𝜎2 + 𝜎3) = 0 Từ đó: 1 - 2 𝜇 = 0, vậy 𝜇 = 9,5 (1.16)

Từ (1.15) và (1.16) ta có: 𝜎2 = 𝜎1+ 𝜎3

2 (1.17) Vậy phương trình dẻo có thể viết:

𝜎1 – 𝜎3 = 2

√3𝜎0 = 0,58 𝜎0 (1.18) Trong khi trượt tinh khi 𝜎1 = -𝜎3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứng suất tiếp khi α = 450

Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết:

𝜎1 - 𝜎3 = 2k = const

2k = 2

√3 𝜎0 = 1,156 Phương trình dẻo (1.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại bằng áp lực

Tính théo hướng của các áp suất, phương trình dỏe (1.18) chính xác nhất là được viết

±𝜎1 – (±𝜎3) = 2k

2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội

Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên gión khó biến dạng

Hình vẽ dưới đây trình bày đường cog về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của thép và mức dộ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu như mất hết tính dẻo

Hình 2.3: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng

2.1.4 Biến dạng dẻo và phá hủy

Biến dạng dẻo và phá hủy được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng – biến dạng

Hình 2.4: Sơ đồ biển đồ tải trọng – biến dạng điển hình của kim loại

- Khi tải trọng đặt vào nhỏ F < Fdh thì khi bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước ban đầu gọi là biến dạng đàn hồi

- Khi tải trọng đặt vào lớn F > Fdh, biến dạng tăng nhanh theo tải trộng, khi bỏ tải trọng biến dạng không mất đi mà cẫn còn lại một phần Biến dạng này được gọi là biến dạng dẻo

- Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc đó trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thấp), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C

2.2 Khái niệm uốn

2.2.1 Định nghĩa

Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dài, thanh định hình và được uốn ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng Trong quá trình uốn phôi được 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 ở hai mặt khác nhau của phôi uốn

Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dài ở tiết diện ngang bị sai lệch về hình dạng lớp tring hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch về tiêt diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn

sẽ chống lại biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn và ngược lại

Hình 2.5: Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn

2.2.3 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 chịu biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không còn lực tác dụng lên phôi thì vật ướn có trở về hình dạng ban đầu

Hình 2.6: Tính đàn hồi khi uốn

Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn khi thực hiện quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu

2.2.4 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất

Nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ không

có khẳ năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn (rtrong ≥ rmin)

Bán kính uốn lớn nhất: max .

 = 2,15.105 N.mm2: modun đàn hồi của vật liệu

S: Chiều dày vật uốn

𝜎T: Giới hạn chảy của vật liệu

- Bán kính uốn nhỏ nhất:

min

1 1 2

s r



 

  

 

𝛿: Độ dãn dài tương đối của vật liệu (%)

Theo thực nghiệm rmin = k.s

K: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn α

k1 = 𝑠.𝑛

𝑙 : là hệ số uốn tự do có thể tính theo công thưc trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số l/s

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày vật uốn

N : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng n = 1,6 – 1,8

𝛿𝑏 : Giới hạn bề của vật liệu

L : Khoảng cách giữa các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

P = q.F (N)

- q : Áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theo bẳng

- F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

Tóm lại: Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn lức tác dụng thì vật uốn sẽ không giữ được và hình dáng như ban đầu

2.3 Cắt bằng áp lực lưỡi cắt

Cắt vật liệu tấm thành dải được tiến hành trên máy cắt vật liệu tấm

Các loại máy cắt vật liệu tấm thường dùng là máy cắt lưỡi song song, máy cắt lưỡi nghiêng, máy cắt dao đĩa, ngoài ra người ta còn dùng máy cắt nhiều đĩa, máy cắt chấn động

Quá trình cắt nguyên vật liệu tấm bằng máy cắt gồm 3 giai đoạn liên tục:

- Gian đoạn biến dạng đàn hồi: từ khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu cho đến trước điểm tới hạn - điểm chuyển từ biên dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo, ứng suất trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đà hồi

- Giai đoạn biến dạng dẻo: dao cắt tiếp tục tục đi xuống làm cho ứng suất cắt tăng lên vượt quá giới hạn chảy nhưng không đạt tới giá trị cực đại tương đương với ứng suất bền của kim loại Kim loại niến dạng dẻo cho đén khi bắt đầu xuất hiện cac vết nứt Trong giai đoạn này, dao lún sâu vào kim loại 0,2 – 0,5 chiều dày phôi, tùy theo độ cứng và độ dẻo của vật liệu

- Giai đoạn cắt đứt: lúc này xuất hiện những vết rạn nứt tê vi, sau đó vết nứt lớn dần Vết nứt xuất hiện từ vết nứt tạo ra do mép cắt của dao, hướng theo bề mặt trượt và cuối cùng tách phần vật liệu này đối với phần vật liệu khác

Hình 2.7: Các giai đoạn cắt kim loại

Trên các mặt cắt của tấm vật liệu có hai vùng rõ rệt; Một dải sáng hẹp tương ứng với giai đoạn biến dạn dẻo và một dải mở rộng hơn tương ứng vơi giai đoạn nứt Nếu vết nứt từ hai phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng thì mặt cắt sẽ phẳng và dẹp, không có bavia, nếu lệch sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu Bởi vậy việc khống chế khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nó có ảnh hưởng đến chất lượng mặt cắt

Lực cắt: lực cắt tác dụng Pi của lưỡi cắt trên và dưới lệch nau do có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt tạo nên momen quay M =Pi.a, trong đó a là cánh tay đòn giữa các điểm đặt a=(1,5 – 2)Z

Momen m có xu thế làm cho vật liệu quay đi một góc nhỏ trước lúc bị cắt đứt Hiện tượng làm cho mặt cắt xấu đi Để chống lại hiện tượng này, cần chặn vật liệu bằng lực Q

Độ chính xác của mặt cắt phụ thuộc vào khe hở giữa dao cắt, khe hở giữa dao cắt, ảnh hưởng của lực chặn Q và phương pháp định cữ

Để nâng cao độ chính xác cắt, cữ phía sau điều chỉnh bằng tay được thay thế bằng điều chỉnh cơ khí Lực chặn nên lấy Q =(0,3-0,4)P

Khi cắt trên máy cắt nghiêng, thường dài vật liệu cắt bị cong Để giảm sự uốn cong, người ta lmf góc nghiêng bé 𝜑 = 2-60

Máy cắt lưỡi nghiêng có ưu điểm là lực cắt không phụ thược vào chiều dài cắt nên nó được sử dụng nhiều trong các phân xưởng dập tấm Dài và phôi cắt ra trên các máy cắt bằng dao đĩa thường nên sau khi cắt cần phải nắn thẳng

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ DUỖI UỐN VÀ CẮT THÉP

3.1 Các phương pháp duỗi thép

Trong thuận tiện cho việc vận chuyển, bảo quản cốt thép, các thanh thép có thể

bị cong vênh hay với những thanh thép có đường kính nhỏ thường là cuộn tròn, vì vậy chúng ta cần được duỗi thẳng Những thanh thép nhỏ có thể dùng búa đạp hay dùng vam kết hợp bàn nắn thẳng hoặc dùng máy nắn thẳng

3.1.1 Duỗi thép thủ công (bằng tay)

Thường đuộc dùng là các loại thiết bị tự chế hoặc mua sẵn ngoài thị trường, gồm những loại sau:

- Khung nắn thép 6 & 8 (ngoài ra còn gọi là Vam hay Thước Vam tùy từng địa phương): làm bằng thép 6 hoặc 8 dùng để nắn thép 6 & 8

- Thước uốn (hay còn gọi là càng cua): được mua ngoài tiệm vì khó chế tạo hơn Dụng cụ ngoài chức năng nắn thẳng thép đường kính lớn còn được dùng

- Máy duỗi kiểu điểm tựa

- Máy duỗi con lăn

- Máy duỗi ống

- Máy duỗi kéo căng

- Máy duỗi uốn kéo căng

dầm, thép hình cỡ lớn, thép ống

Máy duỗi

con lăn

Kiểu điền chỉnh trục trên toàn bộ song song Duỗi thép

tấm dày cỡ trung

Kiểu điều chỉnh trục trên từng phần tạo góc lệch Duỗi thép

tấm dày cỡ mỏng và cỡ trung

Kiểu điều chỉnh trục trên từng phần tạo góc lệch Duỗi thép

Máy duỗi

kéo căng

Duỗi thép dài cuộn hoặc dải cuộn kim loại máy

Máy duỗi Kiểu kéo căng liên tục Duỗi thép

Qua thực tế và phân tích kết cấu cũng như tính năng của các loại máy duỗi hiện đang được sử dụng, đề tài đã chọn loại máy duỗi sử dụng để nghiên cứu và tính toán là máy duỗi ống và thép thanh tròn(kiểu đặt chéo cơ bản)

Hai điểm đáng chú ý ở bộ duỗi là làm sao có thể duỗi sắt cuộn tròn thành sắt, thẳng và làm sao cho sắt sau khi duỗi luôn có xu hướng đẩy ra phía trước đề thực hiện công đoạn tiếp là cắt

Để duỗi sắt cuộn thành sắt thẳng ta cần phải khổng chế 2 hướng lực của sắt cuộn, đó là hướng Oz và hướng Oy Dựa vào cách bố trí các con lăn đặt lệch tâm nhau giúp khổng chế các bậc tự do của thép cuộn theo hướng Oz và hướng Oy, chỉ cho phép tịnh tiến theo hướng Ox

Nguyên lý để duỗi sắt cuộn thành sắt thẳng là sự chuyển động tròn xoay của khung duỗi kết hợp với cách bố trí các con lăn đặt lệch tâm tạo thành đường xoắn lực quay quanh tiết diện của sắt cuộn

Ở đây,các con lăn được gắn lên một khung quay như hình Khi khung quay quay với 𝑛𝑙𝑣 thì tại điểm tiếp xúc giữa phôi thép thanh và con lăn có vận tốc dài

𝑣𝑡𝑥.Vận tốc này sẽ chuyển thành hai thành phần là 𝑣𝑐𝑙 và 𝑣𝑑𝑡

Trong đó:

𝑣𝑛lại có tác dụng làm con lăn quay

Ta có mối qua hệ giữu 𝑛𝑙𝑣 và 𝑣𝑝 như sau:

Khi khung quay thì ta có:

𝑣𝑡𝑥 = 2𝜋.𝑑.𝑛𝑙𝑣

2.60.1000 ( d: Đường kính phôi thép thanh) (1) Lại có : 𝑣𝑐𝑙 = 𝑣𝑡𝑥.cosα (α : Góc lệch giữa trục con lăn và trục phôi) (2) Và: 𝑣𝑝 = 𝑣𝑐𝑙.sinα (3)

Thế (2) và (3) vào (1) ta được:

Hình 3.2: Cơ cấu truyền lực để uốn thép bằng tay

3.2.2 Phương pháp uốn bằng động cơ

Máy uốn ống bán tự động bàn uốn nằm ngang sử dụng động cơ điện, điều khiển bằng bàn đạp chân hay nút điều khiển cho phép uốn cong đến1800., máy được sản xuất tại Nhật Bản sử dụng puli và cử chắn dưới giúp ống được những kích cỡ đai thép có đường kính khá lớn đến 40mm, đạt được độ chính xác cao Máy có thể thiết kế thêm bộ phận tay dẫn ống phía sau giúp cho phần không uốn cong không bị biến dạng Tay uốn máy có cữ chắn linh hoạt giúp cho việc điều chỉnh góc uốn dễ dàng, máy làm việc với độ ổn định cao, linh kiện thay thế dễ dàng

Hình 3.3: Máy uốn bán tự động

Ngoài ra có một loại máy hoạt động theo nguyên lý khác là không quay khuôn

để uống cong chi tiết mà dùng pittông thủy lực đẩy khuôn để uốn chi tiết đó là máy uốn ống điện thủy lực được dẫn động bằng động cơ RAPID T100M được lắp hộp giảm tốc điện thủy lực, điều khiển từ xa bằng bộ phận phân phối 2 chiều, là thiết bị được thiết kế cho độ chính xác đặc biệt Hộp giảm tốc bao gồm các pittong với van giới hạn cho phép xả dầu tự động để đạt ứng suất làm việc lớn nhất và duy trì áp lực làm việc Một trong những model này được lắp ráp với một bản gia công 2 tầng chắc chắn Hộp

số thủy lực được lắp ở tầng dưới, trong khi máy uốn ống được lắp ở tầng trên Loại máy RAPID T10M là loại máy có thể vận hành bằng tay khi cần thiết

Máy uốn có các chốt thay đổi vì vậy có thể xảy thay đổi khuôn uốn một cách dễ dàng Máy uốn được dùng để uốn có kích thước lớn vì chế tạo khuôn uốn tương đối đơn giản hơn các loại khuôn uốn kiểu quay

Hình 3.4: Máy uốn ống điện thủy lực Diamond – Japan

3.3 Các phương pháp cắt thép

Để thực hiệm cắt vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp, công nghệ khác nhau như: phương pháp cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phương pháp dập (dập cắt và đột lỗ), cắt bằng máy cắt thép… Tùy theo hình dạng, kích thước vật liệu cũng như quy mô sản xuất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý

3.3.1 Phương pháp cắt thủ công

Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như cưa bằng tay, kì cắt cộng lực, phương pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác

3.3.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí hàn

Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa khí là phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh và bị tách rời

Cắt đứt bằng hồ quang: là quá trình nóng chảy hoặc cắt đứt kim loại bằng nhiệt lượng hoặc hồ quang điện, điện cực hồ quang có thể là than hoặc kim loại Phương pháp này không kinh tế, khó thuận tiện khi chiều dày tấm thép lớn, đường cắt không đều

Cắt bằng khí là phương pháp cắt sử dụng nhiệt của ngọn lửa khí sinh ra khi đốt cháy khí trong dòng oxy để nung kim loại thánh các oxit và thổi chúng ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí được trình bày ở hình 3.7

Hình 3.7: Sơ đồ cắt bằng khí

Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt độ của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hóa mãnh liệt tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và đợc dòng oxy thổi khỏi mép cắt, tiếp theo do phản ứng cháy của kim loại tỏa nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh va tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt

Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thỏa mãn một số yêu cầu sau:

- Nhiệt độ cháy của kim loại thấp hơn nhiệt độ nóng chảy

- Nhiệt độ nóng chảy của oxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại

- Nhiệt độ tỏa ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo quá trình cắt không bị gián đoạn

- Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt

- Độ dẫn nhiệt của kim loại nóng không quá cao, tránh sự tỏa nhiệt nhanh dẫn đến mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn quá trình cắt

Thép cacbon có nhiệt nóng chảy 13500C, nhiệt độ chảy trên 15000C, nhiệt cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên rất thuận lợi cắt bằng khí Thép cabon cao do nhiệt độ nóng chảy thấp nên rất khó cắt hơn, khi cắt thường nung nóng trước tới 300- 6000C Thép hợp kim crôm hoặc hợp kim niken do khi cháy tạo thành oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùng thuốc cắt mới cắt được , mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao năng suất và hạ giá thành cắt cần phải chọn các chế độ cắt hợp lý khác nhau như áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt, tốc độ cắt, khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt do đó việc dùng phương pháp này để cắt thép tấm không mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như năng suất thấp, khó chuyển sang tự động hoá

3.3.3 Cắt trên máy cắt có lưỡi dao chuyển động tính tiến

3.3.3.1 Chuyển động tính tiến nhờ tay quay con trượt

a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.8: Sơ đồ cơ cấu tay quay con trượt

1 Tay quay 2 Thanh truyền 3 Con trượt

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin

Khi tay quay quay tròn làm cho con trượt tịnh tiến lên xuống trong ống, làm cho cần C tịnh tiến qua lại Cơ cấu này có hành trình chuyển động tịnh tiến lớn nhưng kết cấu cồng kềnh, đòi hỏi không gian làm việc của cơ cấu lớn, tạo lực không lớn, cơ cấu kém vững do đó hiệu suất của nó kém

Trong xây dựng các loại máy cắt thép thường được dùng để cắt phân đoạn các sản phẩm theo chiều dài quy định (theo tiêu chuẩn của ngành, của quốc gia hoặc quốc tế) để phục vụ cho công đoạn tiếp theo hoặc cắt bỏ các phần thừa của phôi thép Trong thực tế sản xuất các loại máy cắt được sử dụng rất nhiều và đa dạng, tuỳ theo tính năng hoặc theo kết cấu mà người ta đã phân ra nhiều loại máy cắt khác nhau

Các loại máy cắt thép phổ biến hay được sử dụng như:

3.3.3.3 Máy cắt dao thẳng song song

a Công dụng và các thông số cơ bản

Công dụng: Máy cắt dao thẳng song song dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm

có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cán theo kích thước qui định Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi

Hình 3.10: Nguyên lý cắt dao thẳng song song

1 Bàn kẹp 5 Con lăn dẫn động

2 Bàn trượt trên 6 Phôi thép

3 Cữ cắt 7 Lưỡi dao trên

4 Bàn trượt dưới 8 Lưỡi dao dưới

Các thông số cơ bản của máy theo hình 3.10:

H: Chiều cao vận hành dao

L: Chiều dài sản phẩm

S: Chiều cao lưỡi cắt

: Chiều dày lưỡi cắt S 2 .5 3

h: Chiều dày vật cắt

b: Chiều rộng vật cắt

: Độ trùng dao, = (1020) mm

l : Chiều dài lưỡi cắt

l = (3  4 ) b cho các máy có p = (60  260 ) tấn

l = (2  2.5) b cho các máy có p = (1000  1600 ) tấn

Góc cắt 90°, bốn góc đều cắt được

Vật liệu làm bàn trượt: Thép CT6

Vật liệu làm dao : Thép 6XHM,5X2BC, 55XHB, 55XH2

Theo kết cấu của máy, người ta phân ra làm hai loại: Loại có dao trên di động và loại có dao dưới di động

b Phương pháp xác định lực cắt

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn Khi thiết kế máy mới ta tính lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cố đáng

  (3.1) Trong đó:

Z1: Chiều sâu kim loại được cắt

h: Chiều dày vật cắt

- Thời kỳ cắt:

Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết dienj của vật cắt:

P giảm dần từ P max Pmin

Hình 3.12: Sơ đồ thời kỳ cắt

Đây là thời kỳ kim loại tự đứt Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ đứt, người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt tương đối 2 và được đặc trưng bởi tỷ số sau:

2 2

Z h

  (3.2) Trong đó:

Z2: là chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt

h: là chiều dày ban đầu của vật cắt

Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất Pmax là ở cuối thời

kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và Pmax được tính theo công thức sau:

k1 = 0,7 đối với thép mềm; k1 = 0,6 đối với thép cứng

F: diện tích tiết diện được cắt, F = F1 = h1.b

b : chiều rộng vật cắt

h1: chiều dày còn lại: h1 = h - z1 = h (1- 1) (3.4)

Thay các giá trị trên vào (3.3), ta có:

k3: Hệ số xét đến ảnh hưởng về khe hở của hai lưỡi dao

k3 = (1,15  1,25 ) cho cắt nóng và k3 = (1,2  1,3 ) cho cắt nguội

Trị số 1, 2tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với 1, 2 (Bảng 8.1 [8]) Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có chiều hướng dịch xuống hướng, khi ấy từ các cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao dịch xuống dưới sinh ra một momen có trị số Mt = P.a (Hình 3.8 )

Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:

T = ( 0,15  0,25 ) P

Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, người ta dùng lực kẹp Q để giữ vật cắt Khi ấy T = ( 0,1  0,15) P Và Q = ( 0,03  0,05)P