Thiết kế máy uốn ống và chế tạo mô hình

MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, các sản phẩm uốn đã và đang được ứng dụng rất rộng rải và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày từ các chi tiết máy đến các sản phẩm trong si

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THẾ LONG

NGUYỄN NGỌC SỸ

Đà Nẵng, 2019

MỤC LỤC MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 3

Chương 1: TỔNG CÁC SẢN PHẨM UỐN VÀ NHU CẦU SẢN XUẤT 4

1.1 NHU CẦU SẢN XUẤT 4

1.2 TÌM HIỂU CÁC MÁY UỐN ĐÃ CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG 5

1.2.1 Máy uốn model BA4 5

1.1.2 Máy uốn model A2 7

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN CÔNG UỐN 9

2.1 Khái niệm 9

2.2 đặc điểm quá trình uốn 9

2.3 Tính lực uốn 9

2.4 Nguyên lý tạo hình sản phẩm (đường tròn) 12

2.4.1 Định nghĩa: 12

2.4.2 Nguyên lý tạo hình đường tròn 12

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 15

3.1 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC 15

3.1.1 Thiết kế nguyên lý máy 15

3.1.2: Các thông số động học 18

3.2 Thiết kế động lực học, sức bền 18

3.2.1 Lực uốn cần thiết 18

3.2.2 Tính công suất trên trục làm việc 21

3.2.3 Chọn động cơ 23

3.2.4 Thiết kế bộ truyền đai thang 23

3.2.5 Thiết kế bộ truyền xích 26

3.2.6 Thiết kế bộ truyền bánh răng 29

3.2.7 Thiết kế bộ truyền vít me- đai ốc 33

3.2.8 Thiết kế trục 35

3.2.8 Thiết kế gối đỡ trục 49

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY UỐN ỐNG 62

DUT.LRCC

4.2.1 Chế tạo cụm rãnh trượt 65

4.2.2 Chế tạo cụm tạo lực uốn 66

4.2.3 Chế tạo trục uốn 68

4.2.4 Chế tạo cụm lô uốn 68

Chương 5: HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG MÁY 70

5.1: Hướng dẫn cách sử dụng 70

5.1.1 Kiểm tra máy trước vận hành 70

5.1.2 Chạy thử máy 70

5.1.3 Chạy máy 70

5.1.4 Dừng máy và kiểm tra 71

5.2 Hướng dẫn bảo trì sửa chữa 71

TÓM TẮT 74

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 75

LỜI NÓI ĐẦU 76

CAM ĐOAN 77

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, các sản phẩm uốn đã và đang được ứng dụng rất rộng rải và

đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày từ các chi tiết máy đến các sản

phẩm trong sinh hoạt như bàn, ghế, lan can, mái che, … Hơn nữa với các hình dạng

cung tròn và các hình tròn có bán kính khác nhau đòi hỏi việc chế tạo ngày càng khó

khăn; chúng ta không thể sử dụng phương pháp uốn thủ công được Do đó cần sử dụng

máy móc vào quá trình chế tạo để đảm bảo tạo ra sản phẩm có độ chính xác, thẩm mỹ

cao Với nhu cầu cần thiết của quá trình sản xuất, cần có một loại máy có khả năng tạo

ra được các bán kính cong cũng như các đường tròn nhất định Trước thực trạng đó

máy uốn ống ra đời để đáp ứng nhu cầu sử dụng của xã hội Với sự cho phép của thầy

giáo hướng dẫn và Khoa cơ khí Trường đại học Bách Khoa chúng em đã được giao

cho đề tài “THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH”

Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc dưới sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy

giáo Pgs.Ts Đinh Minh Diệm chúng em đã hoàn thành nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp của

mình Em hy vọng với đề tài này sẽ giúp em kiểm tra lại kiến thức đã học được và

trang bị thêm kiến thức để làm nền tảng cho em sau này Đây là lần đầu tiên chúng em

thiết kế đề tài có kiến thức tổng hợp khá rộng và do hiểu biết còn hạn chế nên sẽ

không tránh những thiếu sót trong quá trình làm đồ án rất mong được thầy góp ý thêm

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà nẵng, ngày 5 tháng 12 năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Long & Nguyễn Ngọc Sỹ

DUT.LRCC

Chương 1: TỔNG CÁC SẢN PHẨM UỐN VÀ NHU CẦU SẢN XUẤT

1.1 NHU CẦU SẢN XUẤT

Hiện nay các sản phẩm uốn đã và đang được ứng dụng rất rộng rải và đóng vai trò

quan trọng trong cuộc sống hàng ngày từ các chi tiết máy đến các sản phẩm trong sinh

hoạt như bàn, ghế, lan can, mái che,… Hơn nữa nhu cầu của con người ngày càng tăng

lên; các đồ dùng, vật dụng trong sinh hoạt hàng ngày không những phải đáp ứng nhu

cầu sử dụng mà còn phải có tính thẩm mỹ và theo xu hướng Từ đó, các vật dụng

tưởng chừng đơn giản như bàn, ghế, lan can, … ngày càng được thay đổi mẩu mã, kiểu

dáng nhằm đáp ứng được thị hiếu của người tiêu dùng Hiện nay trên thị trường xuất

hiện rất nhiều loại bàn ghế, mái che có dạng hình tròn, cung tròn Để đáp ứng được

nhu cầu trên thì việc chế tạo ra các máy móc, thiết bị có thể uốn cong thép là rất cần

thiết

a/ Mái che và cửa sắt b/ Ghế

c/ thùng rác,xe đẩy Hình 1.1: Các sản phẩm uốn

DUT.LRCC

1.2 TÌM HIỂU CÁC MÁY UỐN ĐÃ CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG

Hiện nay trên thị trường có nhiều máy, thiết bị dùng để uốn thép với nhiều kiểu

dáng, nguyên lý khác nhau, có thể kể đến như:

1.2.1 Máy uốn model BA4

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý Máy uốn model BA4

* Nguyên lý làm việc

Khi động cơ 1 quay, qua hộp giảm tốc và bộ truyền xích 4.1 và 4.2 làm các trục 3.1

và 3.2 quay cùng chiều, đồng thời làm các trục 7.1 và 7.2 quay cùng chiều (tuy nhiên

ngược chiều so với trục 3.1 và 3.2) nhờ bộ truyền bánh răng 5.1 và 5.2 Khi các trục

DUT.LRCC

9.3 được dẫn động bằng bộ truyền vít me đai ốc 6 Khi phôi chuyển động hết chiều dài

thì động cơ 1 sẻ đảo chiều quay làm tất cả các trục đảo chiều kéo phôi chuyển động

tịnh tiến nhưng với chiều ngược lại Khi phôi chuyển động hết một chu kỳ pully 9.3 sẽ

đi xuống một đoạn (làm tăng biến dạng của phôi) và quá trình được lặp đi lặp lại cho

đến khi đạt được bán kính uốn yêu cầu

* Thông số kỹ thuật của máy:

Máy được dẫn động bằng động cơ xoay chiều 3 pha với thông số:

+ Máy dùng 3 trục để uốn nên có thể đạt được bán kính uốn lớn

+Máy có thể uốn được ở cả 2 đầu nên trong một số trường hợp đạt được năng

suất cao vì không mất thời gian thay đổi pully

DUT.LRCC

+ Kích thước máy khá lớn nên có độ cứng vững cao, làm việc chắc chắn, tin

cậy

- Nhược điểm:

+ Khoảng cách giữa các trục 3.1 và 3.2 là cố định nên khả năng giảm bán kính

uốn bị hạn chế

+ Trục vít me 6 được phát động bằng tay nên lực uốn nhỏ vì vậy khó có thể

uốn được những phôi có kích thước lớn và vật liệu cứng

1.1.2 Máy uốn model A2

Hình 1.3: Máy uốn model A2

8

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý

DUT.LRCC

* Nguyên lý làm việc:

Máy có nguyên lý uốn dùng 3 pully tương tự model BA4, tuy nhiên với model này

chỉ có một đầu uốn nhưng khoảng cách trục giữa 2 pully có thể thay đổi một khoảng

nhỏ Khi khoảng cách hai trục thay đổi theo phương ngang thì xích bị chùng, lúc đó bộ

truyền xích 4 cùng hộp giảm tốc 5 được năng lên, hạ xuống để căng xích

* Thông số kỹ thuật: Tương tự máy BA4

* Ưu nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Khoảng cách trục có thể thay đổi được nên dễ dàng thay đổi được bán kính

uốn linh hoạt hơn

+ Kết cấu nhỏ gọn

- Nhược điểm:

+ Vì máy chỉ có một đầu uốn nên mất thời gian thay pully khi thay đổi hình

dáng, kích thước phôi

+ Mất nhiều thời gian khi phải điều chỉnh khoảng cách trục

c) Máy uốn ống dùng thủy lực

* Nguyên lý làm việc:

Tương tự máy model A2, tuy nhiên pully ở giữa được truyền động nhờ xy lanh thủy

lực thay vì bộ truyền vít me-đai ốc

* Ưu điểm, nhược điểm:

- Ưu điểm:

+Vì dùng xy lanh thủy lực (tạo được lực nén lớn hơn nhiều so với bộ truyền vít

me đai ốc), kết hợp với động cơ điện dẫn động có công suất lớn hơn nên máy có thể

uốn được những phôi thép có kích thước lớn hơn cũng như vật liệu cứng hơn so với

hai kiểu máy trên

- Nhược điểm:

+ Máy tạo lực uống bằng thủy lực nên giá thành cao

+ Máy có kết cấu cồng kềnh

Kết Luận :

Dựa trên những ưu điểm và nhược điểm của hai loại máy hiện có trên thị trường cùng

với khả năng của bản thân về tài chính và năng lực, nhóm em quyết định chọn mẫu

máy uốn Ba4 để thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp

DUT.LRCC

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN CÔNG UỐN

2.1 Khái niệm

Uốn là một nguyên công thường gặp trong công nghệ dập, với mục đích là làm thay

đổi hướng trục của phôi (dạng tấm, ống, ) thành những chi tiết có hình cong đều hay

gấp khúc

2.2 đặc điểm quá trình uốn

Dưới tác dụng lực ép của chày và cối phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành

hình dáng cần thiết Quá trình biến dạng cũng bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng

Ta có:

2

u

F  Q (1) Trong đó:

z

Q y1 A

Qy2

A

x2 a/2

F u y

BDUT.LRCC

Từ biểu đồ nội lực nhận thấy momen uốn MX có giá trị cự đại tại điểm có lực tập trung

Fu và có giá trị cực đại max .

M  (3) Trong đó:

Β- giới hạn bền chảy của vật liệu (đối với vật liệu CT38)

* Đối với thép ống:

4 3

Đường tròn là quỹ tích tập hợp tất cả các điểm cùng cách đều một tâm

2.4.2 Nguyên lý tạo hình đường tròn

Từ định nghĩa đường tròn, hiện nay có hai nguyên lý thường dùng:

* Nguyên lý 1:

Cho phôi chạy theo một biên dạng đường tròn có sẵn Lúc này tâm, bán kính cong

của sản phẩm chính là tâm và bán kính cong của đường tròn có sẵn

DUT.LRCC

Đường tròn được xác định qua ba điểm không thẳng hàng Lúc này các điểm trên

suốt chiều dài phôi được lần lượt đi qua 3 điểm (A,B,C) của đường tròn đã xác định

Tâm và bán kính sản phẩm chính là tâm và bán kính của đường tròn tưởng tượng

a R

 Trong đó :

Bán kính sản phẩm: kí hiệu R (mm) r- (mm) Bán kính lô uốn

a- (mm) khoảng cách 2 trục

x- (mm) Hành trình của lô uốn

DUT.LRCC

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY

3.1 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC

3.1.1 Thiết kế nguyên lý máy

3.1.1.1 Phân tích và lựa chọn phương án phù hợp

Trên cơ sở các nguyên lý tạo hình sản phẩm đả phân tích ở trên, có thể đưa ra một

số phương án

a) Phương án 1: Dùng một lô uốn (ứng dụng nguyên lý 1)

Fu

R d

* Nguyên lý:

Lô uốn 1 bị hạn chế 5 bậc tự do (chỉ có thể quay quanh trục) Ban đầu, phôi 2 được

đặt tiếp tuyến với lô 1 Dưới tác dụng của lực F và Fu phôi được ép sát và biên dạng lô

1 Bán kính, tâm của sản phẩm chính là bánh kính, tâm của lô uốn

b) Phương án 2: Dùng ba lô uốn (sử dụng nguyên lý 2)

 Phương án 2.1:

* Nguyên lý: Lô 3 bị hạn chế 5 bậc tự do (chỉ có thể quay quanh tâm) Các lô 1, 4 bị

hạn chế 3 bậc tự do (chỉ có thể quay quanh tâm và tịnh tiến theo phương thẳng đứng,

nằm ngang) Trong quá trình uốn, các lô 1,4 tịnh tiến theo phương thẳng đứng để tạo

bán kính cong R cho sản phẩm Tịnh tiến sang ngang để thay đổi bán kính uốn

M

M M

R

3 2

x x

+ Lực uốn được tạo nhờ chuyển động tịnh tiến của hai lô 1,4 theo phương

thẳng đứng, chiều từ dưới lên nên khó khăn trong việc tạo lực uốn

+ Cả 3 lô 1,3,4 đều chuyển động tịnh tiến nên rất khó trong kết cấu

 Phương án 2.2:

M

M M

3 2

x

Sơ đồ nguyên lý uốn 3 lô 1,3,4 Lô uốn 2 Phôi

DUT.LRCC

* Nguyên lý:

Các lô 1,4 bị hạn chế 4 bậc tự do (chỉ có thể quanh quanh tâm và tịnh tiến theo

phương nằm ngang), lô 3 có thể quanh quanh trục và chuyển động tịnh tiến lên xuống

để tạo lực uốn (lực uốn theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống)

Trên cơ sở những phân tích trên kết hợp với mục tiêu ban đầu đặt ra (máy được

ứng dụng để uốn các sản phẩm với bán kính uốn lớn, dùng trong các cơ sở sản xuất

nhỏ) nên chọn phương án 2.2 là phù hợp nhất với những ưu điểm:

+ Dễ dàng tạo được các sản phẩm có bán kính lớn

+ Nguyên lý đơn giản, dễ chế tạo, dễ sử dụng

3.1.1.2 Thiết kế nguyên lý máy

Từ sơ đồ nguyên lý phương án 2.2 nhận thấy việc thay đổi khoảng cách trục (A) giữa

hai lô số 1 và 4 chỉ ảnh hưởng tới bán kính uốn nhỏ nhất (Rmin) và lực uốn Fu (A

càng lớn thì lực uốn càng nhỏ và ngược lại) Còn bán kính uốn cực đại Rmax chỉ phụ

thuộc vào vật liệu (góc đàn hồi)

Từ những phân tích trên ta có sơ đồ nguyên lý như sau:

* Nguyên lý hoạt động:

Khi động cơ 1 quay, qua hộp giảm tốc và bộ truyền xích 4.1 và 4.2 làm các trục

3.1 và 3.2 quay cùng chiều, đồng thời làm các trục 7.1 và 7.2 quay cùng chiều (tuy

nhiên ngược chiều so với trục 3.1 và 3.2) nhờ bộ truyền bánh răng 5.1 và 5.2

Khi các trục quay làm cho các pully 8.1, 8.2 (gắn trên trục 3.1, 3.2) và 9.1, 9.2 (gắn

trên trục 7.1, 7.2) quay kết hợp với lực uốn từ pully 9.3 làm cho phôi chuyển động

tịnh tiến pully 9.3 được dẫn động bằng bộ truyền vít me đai ốc 6

Khi phôi chuyển động hết chiều dài thì động cơ 1 sẻ đảo chiều quay làm tất cả các

trục đảo chiều kéo phôi chuyển động tịnh tiến nhưng với chiều ngược lại

DUT.LRCC

Khi phôi chuyển động hết một chu kỳ pully 9.3 sẽ đi xuống một đoạn (làm tăng

biến dạng của phôi) và quá trình đƣợc lặp đi lặp lại cho đến khi đạt đƣợc bán kính

uốn yêu cầu của chi tiết

Hình3.4: Sơ đồ nguyên lý

1 Động cơ 4 Bộ truyền xích

2 Hộp giảm tốc 5 Bộ truyền bánh răng

3 Trục 6 Bộ truyền vít me, đai ốc

3.1.2: Các thông số động học

a Tính chọn thông số động học của máy

Vận tốc của trục lúc làm việc: lấy n = 23,33 v/ph

4

DUT.LRCC

t = 0.5 3,5 mm

DUT.LRCC

x M

a

DUT.LRCC

lv lv hgt

0,9

0, 64

hgt ct

 Tính công suất trong trường hợp uốn bên trục nhỏ (khoảng cách trục a = 300)

Như đả biết bán kính uốn của chi tiết phụ thuộc vào khoảng cách trục A càng nhỏ thì

bán kính uốn được càng nhỏ Tuy nhiên lúc đó lực uốn ống cũng sẽ tăng lên rất nhiều

trong khi đó khả năng tạo lực của trục vít me bị giới hạn (do phát động bằng tay) nên

để uốn được những chi tiết có bán kính nhỏ ta cần phải giảm đường kính phôi (mục

ch

M



Từ momen chống uốn cực đại Wxmax 5584  Kích thước phôi tối đa có thể uốn được

bên ống nhỏ là : 40; t=3,5 (có momen chống uốn Wx  4435 N.mm)

- Tính công suất trên trục nhỏ:

Ta có momen uốn cực đại:

3.2.3 Chọn động cơ

Từ những tính toán về động học, động lực học ta có thể chọn chọn động cơ xoay

chiều một pha với các thông số:

+ Công suất:

P = 1,2 Kw + Tốc độ làm việc:

n= 1400 v/ ph

3.2.4 Thiết kế bộ truyền đai thang

Số liệu ban đầu:

+ Công suất truyền:

d

n i n

+ Dựa vào bảng 5.14 [1] chọn đường kính bánh đai dẫn D1= 100 mm

DUT.LRCC

2 1 2

v  C C C F



 

  Trong đó:

+ F= 81 mm2 + v = 7,3 m/s - vận tốc đai (m/s)

+ p o 1,51

N/mm2 - ứng suất có ích cho phép

+ N = 0,9 Kw- Công suất truyền

+ C t 0, 8 (bảng 5.6) + C 0, 91 (bảng 5.7) + C v  1, 03 (bảng 5.8)

h) Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

+ Lực căng ban đầu đối với mỗi đai

R S Z   

N

DUT.LRCC

n i n

   + Công suất truyền:

Số răng của đãi xích càng ít thì xích càng mòn nhanh và va đập lớn, tuy nhiên do tốc

độ quay nhỏ nên có thể chọn số răng đãi xích dẫn Z1 15  số răng đĩa xích bị dẫn

.

N K K K N

 Nt  2, 57.1, 67.1, 43.0, 27  1, 6 Kw Trong đó:

f) Lực tác dụng lên trục

DUT.LRCC

+ Điểm đặt trên trục, tại điểm giữa chiều rộng đĩa xích

+ Phương trùng với đường nối tâm 2 đĩa xích

+ Chiều hướng sang đĩa xích còn lại

 Trục dẫn

7

6.10

3.2.6 Thiết kế bộ truyền bánh răng

Số liệu ban đầu:

+ Công suất truyền: N = 0,16 Kw

+ Tỷ số truyền:

1

2

23123

n i n

   a) Chọn vật liệu

Chọn thép C45 có cơ tính: + Độ cứng: HB = 220

+ Giới hạn bền kéo: b 600 N/mm2

+ Giới hạn chảy: ch  300 N/mm2b) Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép

 Ứng suất tiếp xúc cho phép

o N

td

N K

u = 1 – số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng

T = 3.365.8 = 8760 h – Tổng số giờ làm việc

 Ứng suất uốn cho phép

Do bánh băng phải làm việc hai mặt (răng chịu ứng suất thay đổi chiều) nên ta

có công thức:

o m N

td

N K

N  - Số chu kỳ cơ sở cảu đường cong mỏi

 N td  5256000- Số chu kỳ tương đương

 m6- Số chu kỳ đường cong mỏi uốn

1, 45

sb

K K K

 

6 2

19,1.10

Nhận thấy u  u  Thỏa mãn điều kiện bền uốn

k) Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền

Để chịu đƣợc tải lớn thì ta có thể chọn profin ren hình thang hoặc vuông, tuy

nhiên trục vít có profin ren hình thang dể chế tạo hơn nhiều, vì vậy chọn profin ren

hình thang

DUT.LRCC

Với profin ren hình thang có thể chọn

0, 5

h

- Hệ số chiều cao đai ốc H

Với đai ốc nguyên ta có thể chọn

Đường kính trung bình d2 phải lây theo tiêu chuẩn vậy chọn d2 30

e) Các thông số chủ yếu của bộ truyền

 Bước ren: p 5

 Số mối ren của vít: n1

 Góc vít  (góc nâng của đường xoắn ốc trên mặt trụ trung bình)

H x p

Lực mà bộ truyền có thể tạo ra được tính theo công thức tr56 3  

DUT.LRCC

. 

.tan

Q L W

a F d

100 3

ch s

2 sin 37o 1935.sin 37o 1164

x x

F F   N- Thành phần nằm ngang của lực hướng tâm đĩa xích

DUT.LRCC

- Tính phản lực liên kết tại các gôi đỡ:

Ta có biểu đồ nội lực và mô men:

75 70