Thiết kế máy uốn ống

Má kẹp là bộ phận giữ cho ống không bị xê dịch trong quá trình uốn, trên bề mặt má kẹp có xẻ những rãnh tạo ma sát giúp chi tiết bên phần uốn được ghì chặc và quay xug quanh puly uốn tạo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG

Người hướng dẫn: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM

Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH SANG

Đà Nẵng, 2019

Họ tên sinh viên: TRẦN ĐÌNH SANG Số thẻ sinh viên: 101140052

Lớp: 14C1A Khoa: Cơ Khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy

1 Tên đề tài đồ án: Thiết kế máy uốn ống

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:

- Đường kính ống: Ømax = 76 mm

- Chiều dày thành ống: Smax =10 mm

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần lý thuyết:

• Tổng quan về ống và máy uốn ống

• Cơ sở lý thuyết về biến dạng dẻo và công nghệ uốn ống

• Phân tích, lựa chọn phướng pháp uốn cho máy uốn ống

b Phần tính toán, thiết kế máy

• Thiết kế sơ đồ động của máy

• Xây dựng sơ đồ uốn và tính lực uốn cần thiết

• Tính chọn các xilanh thủy lực

• Tính chọn bơm dầu và các phần tử thủy lực khác

• Tình toán, thiết kế cụm truyền động chính

• Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết piston thủy lực

• Thiết kế hệ thống điều khiển máy

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

• Bản vẽ các phương án uốn và truyền động chính (1Ao)

• Bản vẽ sơ động của máy (1Ao)

• Bản vẽ lắp các cụm máy chính (2Ao)

• Bản vẽ lắp xilanh và van an toàn (1Ao)

• Bản vẽ sản phẩm uốn ống (1Ao)

• Bản vẽ hệ thống điều khiển (1Ao)

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 18/02/2019

6 Ngày hoàn thành đồ án: 25/05/2019

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 05 năm 2019

Trưởng Bộ môn: Công nghệ vật liệu Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật hiện nay, đặc biệt là định hướng phát triển công nghiệp, công nghệ, tự động hoá Nước ta bắt đầu xuất hiện những tập đoàn có danh tiến thế giới như Vingroup, FLC, Hoà Phát, Thaco, Vietjet

Mở ra một cơ hội rất lớn về công việc cơ khí hiện nay Là những kỹ sư chế tạo máy trong tương lai chúng ta cần phải nắm vững được những kiến thức cơ bản trong nhà trường để có nền tảng kiến thức vững chắc mới mong tiếp nhận được những công nghệ khoa học tiên tiến trong thời đại hiện nay Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước của nước ta ngành cơ khi chế tạo máy chiếm một vị thế hết sức quan trọng Nhận thấy được điều này Đảng và Nhà nước rất quyết tâm, thông qua những chính sách đúng đắn, để phát triển nền kinh tế đất nước Một trong những chính sách

đó là đào tạo ra một lực lượng lao động có trình độ trong ngành chế tạo máy

Là một sinh viên ngành chế tạo máy em rất tự hào và cũng định vị rõ ràng sứ mệnh của sinh viên tại trường đó là phải cố gắng học tập, nghiên cứu, nắm vững kiến thức của ngành học để có thể tự tin làm việc sau này Định hướng công việc sau này, nhằm có những hiểu biết sâu hơn về công việc nên em quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là thiết kế máy uốn ống Qua đồ án tốt nghiệp em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn như: Chi tiết máy, Cơ lý thuyết, Sức bền vật liệu, kỹ thật đo, công nghệ chế tạo máy, vật liệu kỹ thuật, công nghệ chế tạo phôi, nguyên lý cắt Việc này giúp tôi hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư chế tạo máy tương lai Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của tôi không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến từ các bạn để đồ

án của tôi được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy trong bộ môn và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Pgs.Ts Đinh Minh Diệm.Trong quá trình tính toán thiết kế, tính toán và lựa chọn số liệu không thể tránh khỏi thiếu sót Mong thầy cô góp ý để em bổ sung được kiến thức hoàn thiện hơn Em xin chân thành cám ơn

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Trần Đình Sang

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài: “ Thiết kế máy uốn ống” là một sản phẩm mà em đã

nổ lực nghiên cứu trong thời gian thực tập tại công ty công nghiệp nặng Doosan VINA

và tính toán thiết kế dựa trên hướng dẫn của thầy PGS TS Đinh Minh Diệm và các anh trong công ty trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp Trong quá trình viết bài có tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ rang Em xin cam đoan nếu có trách nhiệm

em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Trần Đình Sang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Điện thoại : 0395547841 Email: dinhsang031096@gmail.com

GV hướng dẫn : PGS.TS Đinh Minh Diệm

GV duyệt : Ths Lưu Đức Hoà

Nội dung ĐATN bao gồm các vấn đề sau:

1 Nội dung đề tài đã thực hiện :

✓ Số trang thuyết minh: 126 trang

✓ Số bản vẽ: 8 Ao

2 Kết quả đã đạt được:

a Phần lý thuyết :

• Tổng quan về ống và máy uốn ống

• Cơ sở lý thuyết về biến dạng dẻo và công nghệ uốn ống

• Phân tích, lựa chọn phướng pháp uốn cho máy uốn ống

b Đã tính toán thiết kế các phần chính như sau:

• Thiết kế sơ đồ động của máy

• Xây dựng sơ đồ uốn và tính lực uốn cần thiết

• Tính chọn các xilanh thủy lực

• Tính chọn bơm dầu và các phần tử thủy lực khác

• Tình toán, thiết kế cụm truyền động chính

• Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo chi tiết piston thủy lực

• Thiết kế hệ thống điều khiển máy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỐNG VÀ MÁY UỐN ỐNG

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC SẢN PHẨM DẠNG ỐNG

1.1.1 Giới thiệu về các sản phẩm dạng ống

Trong cuộc sống hiện nay thì sản phẩm ống uốn được ứng dụng rộng rãi cả trong

sinh hoạt lẫn trong công nghiệp Đặc biệt là trong công nghiệp thì sản phẩm ống uốn

giữ một vai trò quan trọng

Mỗi ngành, mỗi lĩnh vực đều đòi hỏi các loại ống phải có đủ hình dáng kích cỡ

mới phù hợp, bởi vậy phải làm biến dạng ống hay nói cách khác đó là gia công ống

theo từng kích thước, hình dáng khác nhau sao cho phù hợp và đáp ứng được yêu cầu

công việc

Hiện nay, ống được sử dụng rộng rãi và không thể thiếu đối với nhiều ngành như

công nghiệp hóa dầu, phục vụ cho ngành cấp thoát nước, thủy lợi, thủy điện, xây dựng,

công nghiệp đóng tàu, trang trí nội thất, nhà máy nhiệt điện… Do vậy sẽ cần rất nhiều

ống, chủng loại ống hơn nữa để đáp ứng nhu cầu thực tế

Sự đa dạng về kích thước và hình dáng của ống :

- Sản phẩm dùng trong công nghiệp :

Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rất rộng rãi dùng để

dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu, dẫn khí, được ứng dụng trong rất nhiều

ngành như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia, nhà máy nhiệt điện

Trong ngành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đường ống cũng

đóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoáng sản, góp phần tiết kiệm chi

phí trong vận chuyển và sản xuất

- Sản phẩm dùng trong sinh hoạt :

Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được ứng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏi tính

thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox Các sản phẩm chủ yếu như : lan can,

giường, bàn ghế,

Hình 1.1: Các sản phẩm ống mỹ nghệ dùng trong sinh hoạt

Hình 1.2: Coil và Panel dùng trong nhà máy nhiệt điện

1.2 THÔNG SỐ PHÔI THÉP ỐNG THƯỜNG DÙNG

1.2.1 Phôi ống thép đen

Bảng 1.1: Thông số phôi ống thép đen

Đ.kính trong danh nghĩa Số cây/bó

Đường kính ngoài Chiều dày

1.1 0.345 1.2 0.373

1.1 0.73 1.2 0.793 1.4 0.918

2.5 2.312

Chiều dày

Chiều dài

Trọn

g lượn

g

Số cây

bó

Trọng lượng bó

Class Nominal size

Outside diamete

r

Wall thicknes

s

Lengt

h

Unit weigt

Tiêu chuẩn mm m kg/m

Kg/bundl

e Hạng 15 21.2 1.9 6 0.914 168 921

Hình 1.4: Máy uốn ống C-Frame

Hình 1.5: Máy CNC Bending M/C

Hình 1.6: Máy NC tube bending M/C

Hình 1.7: Máy uốn ống CNC

Trong máy uốn ống thiết bị uốn được phân ra thành ba phần cơ bản là: puly

uốn, má kẹp và chày uốn

1.3.1 Puly uốn

Tùy thuộc vào đường kính ống uốn khác nhau mà ta có các loại puly uốn với

vòng bán nguyệt trên đó cũng khác nhau

Trên puly uốn có một má kẹp, khi kết hợp với má kẹp động sẽ tạo thành một cơ

cấu giúp ta uốn ống theo hình dáng yêu cầu

Hình 1.7: Puly uốn

1.3.2 Má kẹp

Má kẹp là bộ phận giữ cho ống không bị xê dịch trong quá trình uốn, trên bề mặt má

kẹp có xẻ những rãnh tạo ma sát giúp chi tiết bên phần uốn được ghì chặc và quay xug

quanh puly uốn tạo ra các góc độ uốn theo yêu cầu

1.3.3 Chày uốn

Chày uốn dùng để chống dập cho ống trong quá trình uốn, chày uốn có đường

kính phụ thuộc vào đường kính trong của phôi uốn, vì thế với mỗi loại ống khác nhau

thì cũng có những chày uốn khác nhau Nếu chày uốn có đường kính quá lớn thì trong

quá trình uốn dễ bị kẹt sinh ra hiện tượng kéo ống, nhưng nếu chày uốn quá nhỏ thì

ỗng sẽ bị biến dạng do lực kẹp gây nên

Vị trí của chày uốn được xác định dựa vào vị trí má kẹp trên puly uốn Nếu vị

trí chày uốn không hợp lý thì khi uốn ống có thể bị nhăn, hở hoặc xì ống; hoặc má

động không di chuyển được do kẹt chày uốn

Hình 1.9: Chày uốn

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG DẺO VÀ CÔNG

NGHỆ UỐN ỐNG

2.1 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO CỦA KIM LOẠI

Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các

giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Tùy theo từng cấu

trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau:

dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở đó

nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim

Trong đơn 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: Là biến dạng bị mất đi khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra

khi tải trọng nhỏ hơn một giá trị xác định gọi là giới hạn đàn hồi

Dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh ra

trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên tử kim loại dịch

chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (hình b), nếu thôi tác dụng lực thì mạng

tinh thể trở về trạng thái ban đầu

+ Biến dạng dẻo: Là biến dạng vẫn tồn tại khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi

Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến

dạng dẻo do trượt và song tinh

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn

lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (hình 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 với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (hình 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 của 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 dạng ở vùng

tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên sự trượt

xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp

xỉ 450, 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 ngoại lực, biên

giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối

với nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt

thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH DẺO

2.2.1 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 của kim loại dưới tác dụng

của ngoại lực mà không bị phá hủy Tính dẻo của kim loại phụ thuộc 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,

2.2.1.1.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

2.2.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

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

nhiệt độ tính dẻo tăng Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng

thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức

đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo,

khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao Khi nung thép từ (20

 100)0C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ (100  400)0C độ dẻo giảm nhanh, (đối với

thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt độ này thì độ dẻo tăng nhanh, ở nhiệt

độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng cao thì sức chống biến dạng càng lớn

2.2.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng,

ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cứng) Khi

nhiệt độ kim loại đạt từ (0,25  0,30)Tnc , ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho

tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ nung đạt tới

0,4Tnc , trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình 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

2.2.1.4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến 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 cũng giảm

2.2.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi 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 như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các

hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó

ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt

Nếu lấy 2 khối 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 búa lớn hơn nhưng độ biến dạng

tổng cộng trên máy ép lớn hơn

2.2.2 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 giòn khó biến dạng

Biểu đồ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học

của thép và mức độ biến dạng rất rõ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim loại hầu

như mất hết tính dẻo

Hình 2.2: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng

2.2.3 Biến dạng dẻo và phá hủy

Biến dạng dẻo là biến dạng dư , bắt đầu khi ngoại lực đạt một giá trị tới hạn ( giới

hạn chảy σch ) và không mất đi khi bỏ tải Biến dạng dư có được do sự dịch chuyển

nguyên tử ,nhờ phá vỡ các liên kết ban đầu rồi lập lại liên kết với các lân cận mới ,để

khi bỏ tải nguyên tử không trở về vị trí xuất phát mà cấu trúc của vật liệu vẫn được

bảo toàn

Biến dạng dẻo và phá huỷ 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 2.3: Biểu đồ ứng suất - biến dạng điển hình của kim loại

- Khi ứng suất tác dụng σ < σch thì khi bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước ban

đầu gọi là biến dạng đàn hồi

- Khi ứng suất tác dụng σch < σ <σ b , biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ

tải trọng biến dạng không mất đi mà vẫn còn lại một phần Biến dạng này được gọi là

biến dạng dẻo

- Nếu tiếp tục tăng ứng suất tác dụng đến giá trị cao nhất σ b , lúc đó trong kim

loại xảy ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến

dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm c

- Với vật liêu uốn là thép CT38 tra bảng ( Bảng 7.1 ) theo [ I ] ta có :

+ chảy = 250 N/mm2

+ b = 360 N/mm2

2.3 CÔNG NGHỆ UỐN

2.3.1 Khái niệm uốn

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội Uốn là

quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần phôi có dạng

phẳng (tấm ), dây hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc Phôi

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

Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối phôi bị biến dạng

theo từng vùng và tạo thành hình dáng cần thiết Uốn kim loại được thực hiện do biến

dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác nhau của phôi uốn

Ngày nay, vật liệu và dụng cụ uốn trong ngành chế tạo máy không ngừng tăng lên

về số lượng, chất lượng cũng như kiểu dáng

2.3.2 Công nghệ uốn ống

Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước vật uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của

quá trình uốn trong khuôn mà quá trình uốn có thể được tiến hành trên máy ép trục

khuỷu lệch tâm , ma sát hay thủy lực Đôi khi có thể tiến hành uốn trên các dụng cụ

uốn bằng tay hoặc các máy uốn chuyên dụng Trong qúa trình uốn xáy ra quá trình

biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

a/ Hình dạng thớ kim loại của phôi trước khi uốn

b/ Hình dạng thớ kim loại của phôi sau khi uốn

Uốn làm thay đổi hướng thớ của kim loại đồng thời làm cong phôi và thu nhỏ dần

kích thước Trong quá trình uốn kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thớ

đồng thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực

kéo Giữa lớp co ngắn và lớp giãn dài là lớp trung hòa và ta sẽ sử dụng lớp trung hòa

này để tính toán khi uốn

Hình 2.5: Hình dạng phôi sau khi uốn

2.3.3 Xác định vị trí lớp trung hòa

Vị trí lớp trung hòa được xác định bởi bán kính lớp trung hòa 

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

=B: Chiều rộng phôi ban đầu (mm) S: Chiều dày vật liệu (mm)

r: Bán kính uốn phía trong (mm)

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

S x

r+

=

Trong đó: r _ Bán kính uốn phía trong (mm)

x _ Hệ số xác định khoảng cách lớp trung hòa dến bán kính uốn phía trong

2.3.4 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 chịu biến dạng đàn hồi Điều đó có nghĩa là khi không còn

lực tác dụng lên phôi thì vật uốn có thể trở về hình dạng ban đầu hoặc góc độ đạt được

không như góc độ khi tính toán Do đó khi tính toán góc độ uốn thì người ta thường

phải bù thêm một lượng do biến dạng đàn hồi gây nên

Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn trên tính toán thiết kế so với góc

độ thực tế đạt được sau khi uốn Mức độ biến dạng đàn hồi phụ thuộc tính chất vật

liệu, góc uốn, tỉ số giữa bán kính góc uốn với chiều dày vật uốn



+

Hình 2.6: Biến dạng đàn hồi sau khi uốn

• Xác định chiều dài phôi uốn

Việc xác định chiều dài phôi uốn được thực hiện như sau:

- Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa vùng biến dạng

- Chia kết cấu chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng, đoạn cong đơn giản

- Cộng chiều dài các đoạn lại với nhau Chiều dài các đoạn thẳng lấy theo bản

vẽ chi tiết, các đoạn cong tính theo chiều dài lớp trung hòa

Khi đó chiều dài phôi được xác định theo công thức:



(Tr.105 Công nghệ dập nguội – Tôn Yên),

Trong đó : - l : Tổng chiều dài các đoạn thẳng (mm)

.0 +

- x: Hệ số phụ thuộc vào tỉ lệ r/s

- s: Chiều dày vật uốn (mm)

- 0= 180 - α Khi bán kính góc uốn  < 900 thì có thể coi:

Nếu rtrong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nhưng nếu quá lớn thì vật uốn

không thể giữ được hình dạng sau khi thôi tác dụng lực Vì thế cần xác định góc uốn

giới hạn để có thể tạo được hình dạnh theo yêu cầu

Trong đó: - ε = 2,15.105 N/mm2: modun đàn hồi của vật liệu

-S: Chiều dày vật uốn (mm) -T : Giới hạn chảy của vật liệu (mm)

Khi đó bán kính ngoài

rngoài ≥ r trong + s (mm) -Bán kính uốn nhỏ nhất

2 1

- : Độ giãn dài tương đối của vật liệu ( %)

Theo thực nghiệm thì rmin = k.s với

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

• Công thức tính lực uốn:

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu Trị số lực và lực phẳng

thường lớn hơn nhiều so với lực tự do

Lực uốn tự do được xác định theo công thức:

P =

L

n S

: hệ số uốn tự do có thể tích theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỷ số L/S

B1: Chiều rộng của dải tấm (mm)

S: chiều dày của vật uốn (mm) N: hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng

N = 1,6  1,8

b: giới hạn bền của vật liệu (N/mm2)

L: khoảng cách giữa các điểm tựa (mm)

Lực uốn góc tinh chính tính theo công thức:

q: áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theo bảng (N/mm2)

F: diện tích phôi được tinh chỉnh (mm2)

Tóm lại: Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều chịu

biến dạng dẻo mà còn có 1 phần ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn có lực tác dụng thì

vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

MÁY UỐN ỐNG

3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP UỐN ỐNG

3.1.1 Uốn theo kiểu ép đùn vào ống :

Uốn kiểu ép đùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả các

+ Các chuyển động cần thiết và phân tích lực :

Phôi ống được kẹp chặt vào hai con lăn tại hai điểm cố định A và B , hai con lăn

A và B xoay quanh trục cố định của nó Bộ phận uốn chuyển động về giữa trục ống và

tiến hành bẻ cong ống với bán kính uốn được xác định trước

+ Phân tích trang thái ứng suất :

Khi uốn theo kiểu ép đùn thì lực uốn tác dụng vuông góc với thớ của kim loại do

đó chất lượng sản phẩm uốn không tôt so với khi lực uốn tác dụng dọc theo thớ kim

loại Ngoài ra khi lực uốn vuông góc với thớ kim loại thì bán kính uốn rmin cho phép

nhỏ hơn so với khi lực uốn dọc theo thớ kim loại 1.5 ÷ 2 lần

+ Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng :

Do lực uốn tác dụng vuông góc với trục phôi làm biến dạng cả mặt trong và mặt

ngoài của phôi ống tại cung uốn do đó ống có thiên hương bị thay đổi đường kính tại

cung uốn Để hạn chế hiện tương này thì tại cung uốn ta tránh gây ra hiện tượng gây ra

ứng suất tập trung bằng cách bố trí lực uốn sao cho lực phân bố đều trên cung uốn

+Phạm vi áp dụng :

Kiểu uốn này được sử dụng phổ biến khi uốn các ống dẫn dây điện hoặc chứa

các dây nối tới đèn chiếu sáng

3.1.2 Uốn theo kiểu kéo và quay :

+ Các chuyển động cần thiết và phân tích lực :

Phôi ống được kéo qua một má uốn con lăn 3 quay quanh trục cố định và uốn

quanh puly uốn 4 có trục cố định với bán kính uốn đã được xác định sẵn từ trước

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý uốn kiểu kéo và quay

1 Má kẹp tĩnh 3 Má kẹp động

2 Ống 4 Buly uốn ống

+Phân tích trạng thái ứng suất :

Khi uốn theo phương pháp kéo và quay thì lực uốn tác dụng dọc theo thớ kim loại

do đó chất lượng sản phẩm uốn đạt yêu cầu kỹ thuật cao

+Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng :

Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đường kính

của ống uốn là luôn luôn không đổi trong quá trình uốn Uốn theo kiểu vừa kéo vừa

quay tức là làm tăng ứng suất của vật liệu để đạt đến biến dạng dẻo và làm giảm tính

Phương pháp này được sử dụng cho việc uốn các tay vịn lan can, các dạng sắt mỹ

nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại

đồ dùng khác

2.1.3 Uốn theo kiểu có chày uốn :

+ Các chuyển động cần thiết và phân tích lực :

Phôi ống được kẹp chặt bằng má tĩnh 1 tại A và đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ

linh động trong ống, chày uốn bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và móp ống

Ống được bẻ cong qua puly uốn 4 tại B, được cố định trên các má uốn để đảm bảo

quá trình uốn được thực hiện tốt nhất

+ Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng :

Phương pháp này sử dụng khi cần uốn những sản phẩm mà độ hư hỏng và biến

dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được

+Phạm vi áp dụng :

Uốn có chày uốn được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau : ống xả,

ống tubin, ống dẫn nước, dẫn dầu trong hệ thống thuỷ lực, những nơi không cho

phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý uốn kiểu có chày uốn

1 Con lăn cố định 3 Con lăn di động

2 Phôi ống 4 Con lăn cố định

2.1.4 Uốn bằng các trục lăn :

Đầu uốn gồm có 3 trục, phôi uốn được lồng vào hai trục lăn 1 và 4 hai bên, trục

lăn trên 3 có thể chuyển động lên xuống để thực hiện quá trình biến dạng ống

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý uốn kiểu trục lăn

1 Con lăn cố định 3 Con lăn di động

2 Phôi ống 4 Con lăn cố định

Khi uốn hai con lăn 1 và 4 làm nhiệm vụ truyền mômen uốn còn con lăn 3 luôn

ép sát phôi nó ngăn ngừa làm thay đổi đường kính phôi tại cung uốn Quá trình điều

khiển trục uốn trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng thuỷ lực

+ Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng :

Trong quá trình uốn con lăn 1 luôn ép sát phôi Nó ngăn ngừa làm thay đổi

đường kính phôi tại cung uốn

+Phạm vi áp dụng :

Phương pháp này được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đường kính phôi

lớn hoặc các sản phẩm có dạng tròn mà đường kính vòng tròn khá lớn

Kiểu uốn này còn được sử dụng để chế tạo các trục tang lớn, các ống hút và xả

trên tàu thuỷ, các vật có bán kính đường tâm rất lớn,

Kết luận: Qua việc phân tích các phương pháp uốn ống như trên ta thấy:

Uốn ống theo phương pháp có chày uốn là phương pháp tối ưu, vì vậy ta chọn

phương án này là phương án thiết kế

3.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG CHO TRỤC UỐN VÀ LỰA

CHỌN ĐẦU KẸP

3.2.1 Yêu cầu động học của máy :

- Thực hiện quá trình kẹp chặt và giữ phôi khi uốn

- Thực hiện hành trình uốn

- Lực uốn danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực uốn cần thiết

- Nhả kẹp và tháo ống

3.2.2 Lựa chọn phương án truyền động Puly uốn:

Máy uốn ống cỡ trung dùng để uốn các ống có đường kính từ 32 ÷ 76 (mm) và có

độ dày lớn nhất là 10(mm) Do đó ta phải lựa chọn phương án truyền động và lựa chọn

kết cấu máy hợp lí

Để thực hiện kéo má động khi uốn ta có thể bố trí các dạng truyền động là :

truyền động bánh răng, truyền động đai và truyền động xích

3.1.2.1 Truyền động cho trục uốn bằng bánh răng :

Khi mở máy thông qua bộ truyền bánh răng chuyển động được truyền đến trục

uốn làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn

+Ưu điểm :

• Khả năng tải lớn , kích thước nhỏ gọn

• Tỷ số truyền không thay đổi

• Hiệu suất cao , có thể đạt 0.97 ÷ 0.98 trong một cấp

• Tuổi thọ cao , làm việc tin cậy

+Nhược điểm :

• Công nghệ cắt răng phức tạp

• Yêu cầu cao về độ chính xác chế tạo cũng như lắp rắp

• Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn

Hình 3.5: Sơ đồ phương án dùng hộp giảm tốc và bộ truyền bánh răng

3.2.2.2 Truyền động cho trục uốn bằng đai :

Thông qua bộ truyền đai chuyển động được truyền đến trục uốn làm quay puly

• Công suất truyền động bé

• Đai có hiện tượng trượt do đó không đảm bảo độ chính xác khi uốn

Hình 3.6: Sơ đồ phương án dùng hộp giảm tốc và bộ truyền đai

3.2.2.3 Truyền động cho trục uốn bằng xích kết hợp với xilanh thủy lực :

Sử dụng các xilanh thuỷ lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quá

trình kẹp nhả ống

+ Ưu điểm :

• Có thể truyền mômen xoắn và chuyển động đến một số trục cách xa

nhau

• So với bộ truyền đai, khả năng tải và hiệu suất của bộ truyền xích cao

hơn kết cấu nhỏ ngọn hơn (hiệu suất của bộ truyền xích ƞ =0.96 ÷0.98)

• Kết cấu máy đơn giản

• Đảm bảo được độ chính xác và đảm bảo truyền được công suất lớn

• Truyền động với khoảng cách lớn

• Chuyển động thực hiện uốn và chuyển động kẹp chặt dễ dàng

• Bản lề mòn tương đối nhanh ,do bôi trơn bề mặt tiếp xúc khó khăn

Hình 3.7: Sơ đồ phương án dùng bộ truyền xích và xilanh thủy lực

Kết luận: Ta lựa chọn phương án thiết kế máy là kiểu truyền động xilanh thuỷ lực

kết hợp với đĩa xích.3.2.3 Lựa chọn phương án bố trí các xilanh uốn:

3.2.2.4: Phương án chỉ sử dụng 1 xilanh :

Hình 3.8: Sơ đồ máy chỉ dùng 1 xylanh

1 Đĩa xích cố định trên thân máy

2 Xilanh

3 Khớp nối

4 Xích

5 Đĩa xích gắn trên trục má động

Khi sử dụng một xilanh 2 chiều thì ưu điểm của nó là chi phí thấp vì chỉ sử

dụng 1 xilanh cho quá trình chuyển động đi về của má uốn Nhưng nhược điểm của nó

là bố trí của máy và xích kéo dài, công suất máy khá bé

3.2.2.5: Phương án sử dụng hai xilanh:

Cách bố trí này có công suất uốn khá lớn, bố trí máy khá đơn giản vì dùng xích

kéo ngắn, truyền công suất lớn

Hình 3.9: Sơ đồ máy dùng 2 xilanh

Kết luận: Vậy từ các phương án trên ta lựa chọn phương án bố trí máy sử dụng 2

xilanh

3.2.3 Lựa chọn loại đầu kẹp ống :

Có 2 loại đầu kẹp ống : đầu kẹp sử dụng con lăn và đầu kẹp sử dụng má kẹp

3.2.3.1: Phương án sử dụng loại đầu kẹp ống sử dụng con lăn:

Các máy uốn ống sử dụng đầu kẹp này chủ yếu là các máy có công suất bé Khi uốn lực ma sát lăn sinh ra trên ống kẹp và puly uốn nhỏ hơn các lực ma sát động khác Hệ

số ma sát lăn thường có giá trị là ƒ = 0.001

Nhược điểm của loại này là khi các ống có kích thước lớn thì kết cấu puly cồng kềnh và đầu kẹp sẽ lớn

3.2.3.2: Lựa chọn loại đầu kẹp có các má kẹp :

Các má kẹp này có kết cấu khá đơn giản có thể dùng kẹp các ống có đường kính lớn nhưng nhược điểm của nó là tạo ra lực ma sát trượt lớn khi uốn (hệ số ma sát nằm trong khoảng( 0.3÷0.6 ) Để hạn chế ma sát trượt trên má kẹp vì dễ làm hư hỏng ống khi ống trượt trên má kẹp (đặc biệt là các ống inox mỏng) ta thiết kế bộ phận dẫn động cho má kẹp (ở trên má kẹp tĩnh)

Ta lựa chọn đầu kẹp sử dụng các má kẹp

Kết luận chung : vậy ta lựa chọn phương án thiết kế máy là kiểu truyền động 2 xilanh

thuỷ lực kết hợp với đĩa xích, sử dụng các má kẹp

3.3 SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA MÁY UỐN ỐNG

Hình 3.10: Sơ đồ hệ thống thủy lực cho toàn máy uốn ống

* Chú thích :

2: Thanh truyền 10: Bể dầu

3: Xilanh 11: Lưới lọc dầu

4: Má kẹp cố định phương 12: Van cản

5: Van tiết lưu 13: Đĩa xích

6: Van đảo chiều 14: Xích

7: Van giảm áp 15: Chày uốn

8: Van tràn và van an toàn

3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY UỐN ỐNG:

5

6 7 8

9

11

10

12 13

4 Đĩa xích 12 Chày uốn

5 Puly uốn 13 Xylanh uốn

6 Má kẹp puly uốn 14 Xylanh dẫn động chày uốn

7 Má kẹp má động 15 Ống

8 Đầu trượt má động

3.4.2 Nguyên lý hoạt động của máy uốn ống :

Kết cấu má động là một khối gồm có thân má động làm bàn trượt cho đầu trượt, trục má động có gắn đĩa xích bằng then và được dẫn động lui về bằng 2 xylanh, má động được đỡ trên thân máy thông qua 2 ổ đỡ

Khi uốn đầu trượt má động kết hợp má kẹp puly uốn kẹp cứng phôi ống, má kẹp má tĩnh kết hợp với chày uốn và má kẹp puly uốn để giữ thẳng ống uốn Khi xylanh kéo đĩa xích chuyển động, má động chuyển động quay và bẻ cong ống, ống được quay quanh puly uốn tạo thành bán kính uốn và trượt trên má kẹp má tĩnh và chày uốn

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM CHÍNH CỦA MÁY

UỐN ỐNG

4.1 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC :

4.1.1 Cơ sở quá trình tính toán :

Khi tính toán thiết kế máy ta chọn vật liệu phôi ống và đường kính ống để tính ra lực uốn lớn nhất mà máy cần để uốn, từ đó tính ra công suất bơm dầu và công suất động cơ điện

- Đường kính phôi ống lớn nhất : Dmax = 76 mm

- Đường kính phôi ống nhỏ nhất : Dmin = 32 mm

- Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được : bmax = 10 mm

- Chiều dài phôi thép lớn nhất : lmax = 3000 mm

- Má động tiến hành kẹp chặt, giữ ống đồng thời tiến hành chuyển động quay quanh trục để uốn ống

- Puly uốn quay cùng má động và đóng vai trò là một điểm tựa cho quá trình uốn

- Má tĩnh cùng với chày uốn sẽ tạo thành một điểm tựa thứ hai cho quá trình uốn Trước khi uốn má tĩnh kẹp chặt và giữ ống tại vị trí uốn nhưng trong khi uốn các má kẹp này chịu lực ép khá lớn do quá trình bẻ cong và biến dạng của kim loại

- Lực uốn thay đổi trong quá trình uốn do điểm tác dụng lực ngày càng xa dần điểm tựa uốn (tạo thành bán kính uốn)

- Phôi ống bị trượt trên má kẹp má tĩnh, trên chày uốn và quay quanh puly uốn

4.1.3 Sơ đồ lực của quá trình uốn :

Để tính được lực tác dụng lên đĩa xích kéo má động chuyển động thì ta tách các thành phần lực tác dụng lên má động trong từng thời kì chuyển động

Chọn thời điểm tính toán là thời điểm bắt đầu bẻ cong ống vì tại thời điểm này lực tác dụng lớn nhất : lực tác dụng phải thắng momen chống uốn của phôi ống, ứng suất sinh ra khi uốn vượt qua giới hạn đàn hồi của vật liệu, thắng lực kẹp của má kẹp, lực ma sát trên chày uốn và các má kẹp, lực làm chuyển động má động

+ 76.2 = 520 (mm) Vì: 76.2.2,5 - 160 > 76.1

 Lb = 76.2.2,5-160 = 220 (mm)

Lb = 220 (mm)

❖ Lực uốn cong được ống :

Mô men chống uốn của ống thép hình vằn khăn :

Ø76 Ø56

Hình 4.4: Mặt cắt của phôi uốn

32

76.14,



Wu

Q.l

> 250

 Qmin =

l

Wu.250

Trong đó :

l = Lb /2 = 110 (mm)

Trong quá trình sử dụng ta uốn nhiều loại vật liệu khác nhau có chảy thay đổi,

 FmsA = 1.VA +2.VA = 0,15.21906,5 + 0,005.21906,5 = 3395,5 (N)

❖ Lực ma sát trên chày uốn :

Ở trạng thái uốn phôi ống tiếp xúc với chày uốn tại vị trí đầu đỉnh của chày uốn

và ống sẽ trượt lên đỉnh chày uốn

Áp lực tác động lên chày uốn : VB

Chọn hệ số ma sát trượt cho cặp vật liệu thép - thép là : 1 = 0,15 và ma sát lăn

là : 2=0,005

 FmsB = 1.VB +2.VB = 0,15.125464,52 + 0,005.125464,52 = 19447 (N)

❖ Lực kéo má động quay quanh trục khi có tải :

Giả thiết má động thiết kế có khối lượng 400 KG, chiều dài thiết kế là 1000 mm, trọng tâm của má đặt tại vị trí cách trục quay l = 400 mm Chọn đĩa xích có đường kính Dx = 400 mm Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ má động là (a+b) mm Khoảng cách từ điểm đặt lực tới trục uốn là e = 300 mm

Ta giải phóng các liên kết và đặt tại các liên kết

đó các lực tác dụng ta sẽ có sơ đồ tính toán như sau :

Hình 4.5: Sơ đồ lực tính toán lực kéo má động

Phương trình cân bằng :

F X = XF - XE - PK - FmsA - FmsB = 0 (1)

F