Thiết kế máy uốn ống

Một trong những ngành phát triển mạnh mẽ đó là ngành cơ khi nói chung và chế tạo máy nói riêng.Từ khi mới thành lập đến nay ngành chế tạo máy phần nào tạo ra những sản phẩm có chất lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN & CÔNG TRÌNH

-o0o -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG

i

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian 4 năm học tập và rèn luyện tại Trường Đại Học Lâm nghiệp Viêt Nam cho đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, của qúy thầy cô và bạn bè Đặc biệt là các thầy cô Khoa Cơ Điện và Công Trình -Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ em về tài liệu tham khảo để em có thể hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này Nếu không có những lời hướng dẫn, dậy bảo của các thầy cô

và sự ủng hộ động viên của gia đình và bạn bè thì đề tài khóa luận này em khó có thể thực hiện được

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Thầy Trần Văn Tùng và cô Đặng Thị Hà - hai người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý và đóng góp của quý thầy cô Để em học thêm được nhiều king nghiệm

và sẽ hoàn thành tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30, tháng 4, năm 2020

Sinh viên thực hiện

Hoàng Đức Trung

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN ỐNG 3

1.1 Tình hình và xu hướng phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn 3

1.1.1 Tầm quan trọng của sắt thép 3

1.1.2 Tình hình phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn 4

1.2 Giới thiệu về các sản phẩm từ thép uốn 6

1.2.1 Các sản phẩm thép uốn dùng trong công nghiệp 6

1.2.2 Các sản phẩm thép uốn dùng trong sinh hoạt 8

1.3 Tình hình sử dụng máy uốn thép hiện tại 10

1.4 Các thông số phôi thép 13

Chương 2 CÔNG NGHỆ UỐN VÀ THIẾT BỊ UỐN 15

2.1 Công nghệ uốn 15

2.1.1 Khái niệm uốn 15

2.1.2 Quá trình biến dạng kim loại 16

2.1.4 Xác định chiều dài phôi 17

2.1.5 Bán kính uốn cho phép 21

2.1.6 Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn 23

2.2 Thiết bị uốn 25

2.2.1 Uốn theo kiểu ép đùn vào ống 25

2.2.2.Uốn theo kiểu kéo theo 26

2.2.3 Uốn bằng các trục lăn 27

Chương 3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 29

3.1.Các yêu cầu đối với máy cần thiết kế 29

3.2 Phương án thiết kế 1 29

3.3 Phương án 2 31

3.4 Lựa chọn phương án thiết kế 32

iii

Chương 4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT MÁY 33

4.1 Xây dựng sơ đồ động học của máy, xác định các thông số ban đầu 33

4.2 Tính toán lực uốn 34

4.2.1.Tính toán lực uốn tạo hình 34

4.3 Tính toán tốc độ quay của trục dẫn 37

4.3.1 Xác định công suất dẫn động máy 37

4.3.2 Phân phối tỉ số truyền sơ bộ 38

4.3.3 Chọn động cơ 38

4.3.4 Phân phối lại tỉ số truyền 41

4.4 Tính toán các thông số trên các trục 41

4.4.1 Tốc độ quay trên các trục công tác 41

4.4.2 Công suất trên các trục 41

4.4.3 Mômen xoắn trên các trục 42

Bán kính uốn lớn nhất của máy 42

Bán kính uốn nhỏ nhất của máy 43

Chương 5 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG NGOÀI 45

5.1 Chọn vật liệu 45

5.2 Xác định ứng suất cho phép 45

5.2.1 Đối với bánh chủ động 45

5.2.2 Đối với hai bánh răng bị động 47

5.3 Ứng suất quá tải cho phép 49

5.4 Xác định khoảng cách trục 50

5.5 Xác định thông số bộ truyền 50

5.5.1 Xác định số răng 50

5.5.2 Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng ngoài 51

5.6 Kiểm nghiệm độ bền 51

5.6.1 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 51

5.6.2 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 53

Chương 6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 55

6.1 Chọn vật liệu 55

6.2 Tính toán thiết kế trục về độ bền 55

iv

6.2.1 Tính toán kích thước đường kính sơ bộ của trục 55

6.2.2 Tính gần đúng chiều dài trục 56

6.2.3 Phân tích lực tác dụng lên bộ truyền 56

6.2.4 Xác định phương trình cân bằng lực và đường kính các đoạn trục 57

Chương 7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEN VÀ Ổ LĂN 64

7.1 Tính toán thiết kế then 64

7.1.1 Tính toán then trên trục I 64

7.1.2 Tính toán then trên trục 2 65

7.1.3 Then trên trục 4 67

7.2 Tính toán thiết kế ổ lăn 69

7.2.1 Tính toán ổ trên trục 2 69

7.2.2 Tính toán ổ trên trục 4 73

Chương 8 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC 77

8.1.Sơ đồ hệ thống thủy lực 77

8.1 Chọn các phần tử thủy lực 77

8.1.1: Van tràn và an toàn 77

8.2 Van tiết lưu 80

8.2.1.Van cản 80

8.2.2 Van điều khiển 81

8.2.3 Chọn lọc dầu cho hệ thống 81

8.2.4 Chọn dầu cho hệ thống 84

Chuong 9 YÊU CẦU LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY …………94

9.2.Yêu cầu về vận hành máy 97

9.3.Yêu cầu về bảo dưỡng máy 98

Chương 10 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 99

10.1Kết luận 99

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng quy chuẩn trọng lượng ống tròn theo TCVN 2056 14

Bảng 2.1 Xác định chiều dài phôi 19

Bảng 2.2.Bán kính uốn nhỏ nhất khi uốn thép hình và ống 23

Bảng 5.1 Bảng thông số vật liệu chọn làm bánh răng 45

Bảng 7.1 Bảng tổng kết thông số then 69

Bảng 7.2 Bảng thông số của ổ đũa trụ ngắn đỡ trên trục 2 70

Bảng 7.3 Bảng thông số của ổ đũa trụ ngắn đỡ trên trục 4 74

Bảng 8.1 Bảng tổn thất áp suất các kiểu van 92

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Vũ khí và công cụ lao động của người Ai Cập cổ 3

Hình 1.2 (a)- Hệ thống đường ống tại nhà máy Dệt nhuộm Hưng Yên; 7

(b) - Hệ thống đường ống dẫn khí đốt 7

Hình 1.3 Hệ thống đường ống hút bụi cho dây chuyền sản xuất ván sàn tàu tại công ty đóng tàu DAMEN Sông Cấm – Thủy Nguyên – Hải Phòng 7

Hình 1.4 (a)-Cầu Ghềnh bắc qua sông Đồng Nai, (b)- Cầu Bình Lợi bắc qua sông Sài Gòn 8

Hình 1.5 (a)-Bàn ghế Inox; (b)-Lan can cầu thang 9

Hình 1.6 (a)-Máy tập thể dục (b)-cầu trượt ở công viên 10

Hình 1.7 Cơ cấu uốn ống thủ công 11

Hình 1.8 Máy uốn ống thủy lực dùng tay 11

Hình 1.9 Máy uốn ống 3 trục 12

Hình 1.10 Máy uốn CNC Elip E-63 2A 1-S của Tập đoàn sản xuất Elip 13

Hình 2.1 Thứ tự quá trình uốn gấp tạo thành góc 90° 15

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ dãn dài l 16

Hình 2.3 Sự phân bố lại tiết diện 17

Hình 2.4 Khoảng cách a ở 2 đầu tự do 18

Hình 2.5 Quan hệ giữa góc uốn và đoạn được uốn 19

Hình 2.6 Sự thay đổi của góc do đàn hồi 24

Hình 2.7 Phương pháp uốn theo kiểu ép đùn vào thành ống, (a)-sử dụng kích tay; 25 Hình 2.8 Phương pháp uốn kéo theo: (a)- bằng tay, (b)-sử dụng thủy lực; (c)-CNC 26

Hình 2.9 Uốn bằng các trục lăn: (a)-3 trục con lăn; (b)-4 trục con lăn; (c)-3 trục sử dụng điện – thủy lực 27

Hình 3.1.Phương án thiết kế 1: (a)-Sơ đồ nguyên lý; (b)-sơ đồ truyền lực 30

Hình 3.2 Phương án thiết kế 2: (a)-Sơ đồ nguyên lý; (b)-sơ đồ truyền lực 31

Hình 4.1 Sơ đồ động học của máy:1-Động cơ điện; 2-Bộ truyền bánh răng; 33

Hình 4.2 Kết cấu phôi uốn 33

Hình 4.3 Quy đổi tiết diện tròn về tiết diện vuông 34

Hình 4.4 Sơ đồ uốn ống tròn 35

Hình 4.5 Sơ đồ lực uốn tác dụng lên puly uốn 36

vii

Hình 4.6 Catalogue động cơ Tong Run 40

Hình 4.7 Vị trí ban đầu 43

Hình 4.8 Bán kính uốn của phôi với lượng tịnh tiến cho trước 43

Hình 4.9 Góc uốn 900 44

Hình 4.10 Bán kính uốn r = 400 mm 44

Hình 4.11 Góc uốn với bán kính uốn cố định 44

Hình 6.1 Sơ đồ phân tích lực trên trục II 57

Hình 6.2 Biểu đồ phân bố mômen trên trục 59

Hình 6.3 Hình dạng chi tiết trục 2 60

Hình 7.1 Các thông số của then bằng 64

Hình 7.2 Kết cấu ổ côn 69

Hình 7.3 Sơ đồ lực tác dụng trên trục 2 70

Hình 7.4 Sơ đồ bố trí ổ đũa côn trên trục 2 71

Hình 7.5 Sơ đồ lực tác dụng trên trục4 73

Hình 7.6 Sơ đồ bố trí ổ đũa côn trên trục 4 75

Hình 8.1: Sơ đồ hệ thống thủy lực: 1-Van tràn và an toàn; 2- Bộ lọc 3-Bơm dầu 4-Van tiết lưu 5-4-Van cản 6-4-Van điều khiển 7-Xylanh thủy lực 77

Hình: 8.2 Kết cấu van kiểu bi 78

Hình: 8.3 Kết cấu van kiểu con trượt 79

Hình 8.4 Kết cấu của van điều chỉnh 2 cấp áp suất 80

Hình 8.5 Các kiểu tấm lỗ của phần tử lọc 83

Hình 8.6 Kết cấu bộ lọc lưới 84

Hình 8.7 Hình dạng bể dầu của hệ thống thủy lực 86

Hình 8.8 Xylanh thủy lực 89

Hình 8 9 Xylanh thủy lực Parker 91

Hình 8.10 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài 95

Hình 10.1 Hình render 3D máy uốn ống 3 trục 100

Hình 10.2 Hình 3D Isometric 100

Hình 10.3 Hình chiếu đứng máy 100

Hình 10.4 Hình chiếu cạnh phải máy 101

Hình 10.5 Hình chiếu cạnh trái máy 101

viii

Hình 10.6 Hình chiếu cạnh sau máy 101

Hình 10.7 Hình chiếu bằng máy 102

Hình 10.8 Hình chiếu bằng máy nhìn từ đáy 102

Hình 10.9.Hình thực tế của máy trong quá trình lắp ráp mặt trước 103

Hình 10.10 ảnh thực tế của máy trong quá trình lắp ráp cạnh phải máy 103

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời kì hội nhập kinh tế Đông, Tây và toàn cầu hóa cùng với công cuộc đổi mới đất nước nước, nước ta đang ra sức phát triển các ngành công nghiệp mũi nhọn như: Công nghệ hóa chất, công nghệ luyện kim, hàng tiêu dùng, may mặc… đã đang đạt được kết quả rất đáng khích lệ , phần nào nâng cao đời sống nhân dân, tạo điều kiện cho hàng triệu người lao động

Một trong những ngành phát triển mạnh mẽ đó là ngành cơ khi nói chung và chế tạo máy nói riêng.Từ khi mới thành lập đến nay ngành chế tạo máy phần nào tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt và được xuất khẩu ra nhiều thị trường lớn như EU,Châu Á , hay thị trường khắc nhiệt như Mỹ…Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển vì vậy mà các doanh nghiệp cơ khí phải cải tiến phương thức sản xuất, thay thế các thiết bị lạc hậu bằng các công nghệ kỹ thuật cao để đảm bảo chất lượng,

độ chính xác khi gia công cũng như thẩm mỹ của sản phẩm Các nước có nền công nghiệp tiên tiến như:Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan đã hoàn thành mô hình liên kết

- Chuyên cung cấp các loại dụng cụ hỗ trợ lắp ráp các loại ống

- Chuyên thực hiện các dịch vụ đo lường kiểm cha chất lượng ống

Trong thời kì hội nhập và hợp tác kinh tế quốc tế, muốn tồn tại và phát triển bền vững, ngành thiết bị uốn ống thép của Việt Nam cần phải có các giải pháp phù hợp Tuy nhiên để cải tiến công nghệ thì chi phí đầu tư ban đầu rất cao do các máy chủ yếu nhập từ nước ngoài nên lợi nhuận thấp vì vậy mà nhiều doanh nghiệp không đầu tư hoặc đầu tư không nổi

Đứng trước thực trạng nền kinh tế nước ta như vậy, Đảng và Nhà nước đã coi trọng việc hàng đầu là phát triển ngành cơ khí chế tạo, đặc biệt trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa để tạo ra nhiều máy móc, thiết bị phục vụ cho sự phát triển

2

cho đất nước để đưa nước ta phát triển trong tương lai không xa Qua đó, để hiểu thêm

về máy móc thiết bị cũng như nắm vững các nguyên lí thiết kế, chính vì vậy em đã xin

Nhà trường, khoa: CƠ ĐIỆN và CÔNG TRÌNH để thực hiện bài khóa luận: thiết kế

máy uốn ống

Khóa luận tốt nghiệp nghành cơ khí là một môn học mà bất cứ sinh viên nghành

cơ khí nào cũng phải trải qua để tổng hợp toàn bộ kiến thức đã được học trong suốt quá trình theo học tại trường cũng như những kỹ năng thực tế đã được học hỏi từ quá trình thực hành trong nhà trường và thực tập doanh nghiệp

Ngày nay, các sản phẩm của sắt thép uốn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều

ngành nghề và lĩnh vực, bao gồm trong công nghiệp khai thác, vận chuyển chất lỏng –

nhiên liệu, trong xây dựng, thiết kế nội thất và gia dụng Nhận thấy rõ nhu cầu, lợi thế, tầm quan trọng cũng như giá trị kinh tế mà nó mang lại, nên việc đẩy mạnh phát

triển các máy móc uốn là rất cần thiết Do đó, đề tài thiết kế máy uốn ống

ĐỀ TÀI :Máy Uốn Ống được em lựa chọn nhằm trình bày, giải thích và đưa ra

phương án thiết kế máy tối ưu cho việc chế tạo máy uốn ống đáp ứng những nhu cầu cần thiết nêu trên

MỤC TIÊU: Để tăng suất công việc và hiệu quả công việc, hoạt động trong

thời gian dài bền bỉ Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng, kích thước máy cố gắng thật nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ dàng …

Để làm được điều này người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy đồng thời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý

Máy phải đảm bảo độ tin cậy đã đặt ra đồng thời phải đạt được các mục tiêu khi đặt ra như:( năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, …)

Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu là Fe

và số hiệu nguyên tử bằng 26 Nằm ở phân nhóm VIII B chu kỳ 4 Sắt là nguyên tố có nhiều trên Trái Đất, là cấu thành lớp vỏ ngoài và trong của lõi Trái Đất Sắt là kim loại phổ biến nhất, và người ta cho rằng nó là nguyên tố phổ biến thứ 10 trong vũ trụ Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe) và cacbon (C), lượng cacbon từ 0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau

Từ xa xưa, loài người đã biết sử dụng đồ đồng, đồ sắt để làm công cụ lao động, dụng cụ sản xuất, đồ dùng gia đình, đồ trang sức và còn để chế tạo vũ khí chiến tranh Ngày nay, sắt thép là một loại vật liệu quan trọng không thể thiếu, chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy chúng có mặt ở khắp mọi nơi, từ công trình xây dựng, trường học, bệnh

xá, trung tâm thương mại, siêu thị… cho tới các thiết bị công nghiệp như máy móc, xe

tăng, vũ khí chiến tranh, dây chuyền sản xuất… và các đồ dùng trong gia đình

Hình 1.1 Vũ khí và công cụ lao động của người Ai Cập cổ

4

Có thể nói, sắt thép xây dựng được Việt Nam cũng như các quốc gia và các nước phát triển mạnh coi là nghành kinh tế mũi nhọn hàng đầu và được chú trọng đầu tư một cách mạnh mẽ Trong những năm gần đây, Việt nam đã gia nhập vào Tổ chức thương mại thế giới (WTO), mở ra một cánh cửa mới cho nghành sắt thép và thúc đẩy nghành sắt thép phát triển Thông qua đó, làm cho giá thép xây dựng cạnh tranh cao hơn so với nguồn hàng nhập khẩu, các doanh nghiệp sắt thép trong nước phải đối mặt với sự cạnh tranh giữa các sản phẩm từ nước ngoài làm ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sắt thép

ở trong nước Vì vậy, việc năng cao chất lượng sản phẩm và tạo ra nhiều mẫu mã, kết cấu đa dạng là vấn đề chúng ta cần đẩy mạnh phát triển

1.1.2 Tình hình phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn

Những ứng dụng của thép uốn đã có từ thế kỷ 18 Ở nước Nga, thép uốn đã được

sử dụng lần đầu vào năm 1838 trong công trình sữa chữa cải tạo cung điện mùa đông sau trận cháy lớn Còn ở nước Mỹ, năm 1855, để xây dựng nhà công vụ ở New York,

đã sử dụng thép uốn chữ U với chiều dày từ 1,6 đến 3,5 mm liên kết bulông Khi đó, quá trình uốn được thực hiện trên máy ép có năng suất thấp

Cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là nghành công nghiệp xây dựng, chế tạo máy nói chung và chế tạo máy nông nghiệp, đóng toa xe lửa nói riêng đã đòi hỏi sự phát triển các phương pháp sản xuất thép uốn khác hiệu quả hơn Để đáp ứng nhu cầu trong sử dụng thép uốn, đầu thế kỉ XX, phương pháp uốn trên máy ép được thay thế bằng phương pháp uốn liên tục Hệ máy uốn có năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn và hạ được giá thành Năm 1910, Mỹ

là quốc gia đầu tiên đã xây dựng các dây chuyền uốn có năng suất cao, đáp ứng được các nhu cầu trên Còn ở Châu Âu, các dây chuyền uốn tương tự được xây lắp muộn hơn Cho đến thời điểm hiện tại, hầu hết các nước có nền kinh tế phát triển, đều sản xuất thép uốn

Thép uốn có hành loạt ưu điểm so với thép hình cán nóng Ưu thế nổi trội hơn cả

là thép uốn có biên dạng phức tạp, thành mỏng và độ bền cao, giá thành sản xuất thấp, khả năng sử dụng thép uốn rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp và xây dựng Công nghiệp sản xuất thép uốn phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới thứ 2

và những năm kế tiếp, sự phát triển của thép uốn ở các nước thành viên Hiệp hội kim loại quốc tế liên kết chặt chẽ với sự phát triển của công nghiệp quốc phòng, công

5

nghiệp chế tạo máy và xây dựng, do việc sử dụng thép uốn trong các kết cấu và các máy móc cho phép đạt hiệu quả kinh tế cao hơn Các hãng cực lớn của Mỹ có sản xuất thép uốn bao gồm: “Joder”, “Alside”, “Inland Steel Products Company”, “Fenestra Incorporated”, “Steelcraft Manufacturing Company”…

Công suất các dây chuyền uốn ở Liên Bang Nga tại các nhà máy cơ khí và công nghiệp xây dựng lớn hơn công suất các dây chuyền uốn trong các liên hợp luyện kim

Ở Nga, có tất cả 90 dây chuyền uốn có khả năng sản xuất hơn 350 loại sản phẩm khác nhau

Từ hoạt động của các dây chuyền uốn đang hoạt động trong các liên hiệp chế tạo máy và xây dựng, cho phép rút ra kết luận sau: sự phát triển và phát triển sản xuất các loại thép uốn đã có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân nói chung

Sự phát triển của nghành sản xuất thép uốn, không những chỉ thể hiện trong tổng sản lượng, mà còn thể hiện trong cả sự năng cao về chất lượng, chủng loại, kích cỡ và hình dạng thép uốn Sản lượng hình uốn hợp kim, trong đó có cả hợp kim không gỉ, chịu nhiệt cao, độ bền cao… không ngừng được nâng cao Các cỡ kích thước thép uốn được mở rộng Hình dạng tiết diện ngang và tiết diện dọc của thép uốn ngày càng phức tạp

Đặc điểm nổi bật của nền sản xuất thép uốn trên thế giới là phát triển với tốc độ lớn nhất so với các nghành luyện kim khác Đó là quy luật chung của các nước phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức: từ năm 1939 đến năm 1959 tổng sản lượng thép uốn tăng từ 1,8 đến 5,0 lần Ở Liên Bang Nga, ưu thế phát triển của thép uốn còn rõ rệt hơn nhiều: từ năm 1928 đến năm 1966 tổng sản lượng thép cán, thép và gang tăng 21 đến

22 lần, còn sản lượng thép uốn tăng 50 lần

1.1.3 Xu hướng phát triển kỹ thuật sản xuất thép uốn

Xu hướng phát triển của thép uốn hiện nay và trong giai đoạn tiếp theo tập trung vào các nội dung sau:

Nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, phát triển các xưởng sản xuất thép uốn, từng bước cải tạo nâng cấp chúng

Mở rộng quy mô sản xuất, tăng độ bền sản phẩm

Xây dựng dây chuyền chuyên môn sản xuất từng chủng loại thép uốn hoàn chỉnh như

Xây dựng các quá trình công nghệ và kỹ thuật uốn mới

Áp dụng các sáng kiến và cải tiến kỹ thuật trong các dây chuyền uốn nằm nâng cao hiệu quả sử dụng

1.1.4 Ưu thế kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất thép uốn

Việc so sánh giữa quá trình uốn so với quá trình cán tạo điều kiện đánh giá ưu thế kinh tế – kỹ thuật trong sản xuất thép uốn, cộng với việc thiết bị uốn tương tự như thiết

bị cán, nên ta phân tích được các ưu thế sau:

Chi phí chế tạo và chi phí vận hành thiết bị uốn thấp hơn so với chi phí chế tạo thiết bị cán và thiết bị dập Kết quả là vốn đầu tư và chi phí vận hành thiết bị uốn giảm

từ 11 đến 12% với thiết bị cán và thiết bị dập

Năng suất uốn cao do tốc độ uốn có thể lên tới 5 m/s

Chi phí chế tạo dụng cụ uốn thấp nhưng lại có tuổi thọ cao

Hệ số sử dụng kim loại trong quá trình uốn cao hơn so với quá trình cán và dập Thép uốn có hình dạng kinh tế hơn, có nghĩa là, tỉ lệ chiều dày sản phẩm và đườn kính danh nghĩa thấp hơn 4 ÷ 5% so với cán

Phôi uốn rẻ hơn phôi cán

Quá trình uốn liên tục nên dễ cơ khí hóa và tự động hóa, điều đó cải thiện điều kiện lao động và nâng cao văn hóa sản xuất

1.2 Giới thiệu về các sản phẩm từ thép uốn

1.2.1 Các sản phẩm thép uốn dùng trong công nghiệp

Trong sản xuất hiện nay, các sản phẩm thép uốn được ứng dụng rộng rãi trong tất

cả các ngành nghề, lĩnh vực Đặc biệt ở lĩnh vực công nghiệp và khai thác, các đường ống dẫn dầu, ống dẫn gas, ống dẫn nước, dẫn hóa chất, dẫn dung dịch và dẫn khoáng sản… được phát triển rất mạnh mẽ vì chúng được lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm thời gian, chi phí và ít tổn thất hơn tất cả các phương thức vận chuyển khác

8

tàu tại công ty đóng tàu DAMEN Sông Cấm – Thủy Nguyên – Hải Phòng

Ngoài ra, trong lĩnh vực xây dựng, sản phẩm thép uốn rất được ưa chuộng do yêu cầu kết cấu phức tạp, khả năng làm việc lâu dài, khả năng chịu tải lớn, độ bền cao, đồng thời cũng đảm bảo được tính thẩm mỹ, kinh tế

(a)

(b)

Hình 1.4 (a)-Cầu Ghềnh bắc qua sông Đồng Nai, (b)- Cầu Bình Lợi bắc qua sông Sài Gòn 1.2.2 Các sản phẩm thép uốn dùng trong sinh hoạt

Trong sinh hoạt sản phẩm, thép uống cũng không thể thiếu ở bất kỳ nơi đâu Do nhu cầu sử dụng và phục vụ cuộc sống của con người ngày càng cao đòi hỏi các mặt hang không những đảm bảo về chất lượng (độ bền, độ chịu nhiệt, độ tin cậy…) mà còn mang tính thẩm mỹ cao và khả năng kinh tế

9

(a)

(b)

Hình 1.5 (a)-Bàn ghế Inox; (b)-Lan can cầu thang

Ngoài ra còn có các sản phẩm ống uốn phục vụ nhu cầu giải trí, công cộng, sản phẩm được thể hiện như hình 1.6

10

(a)

(b)

Hình 1.6 (a)-Máy tập thể dục (b)-cầu trượt ở công viên

1.3 Tình hình sử dụng máy uốn thép hiện tại

Nhận thức rõ lợi thế, tầm quan trọng và giá trị kinh tế của các sản phẩm thép uốn, nên việc đẩy mạnh phát triển các máy móc uốn ống rất được quan tâm Từ những sản phẩm đơn giản, giá thành thấp, dễ chế tạo cho đến các loại máy móc công nghiệp hiện đại ứng dụng điều khiển số NC hoặc CNC trong gia công, nhằm đạt được năng suất cao, độ chính xác cao và giá trị kinh tế rất lớn

11

Hình 1.7 Cơ cấu uốn ống thủ công

Trong hình 1.7 là cơ cấu uốn ống thủ công hoàn toàn, kết cấu nhỏ gọn, dễ chế

tạo, phí đầu tư ban đầu thấp, thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm đơn chiếc trong các xưởng thủ công mỹ nghệ, các cơ sở gia đình Nhưng, cơ cấu này chỉ uốn được các sản

phẩm nhỏ, đơn giản, kém chính xác, giá trị thấp…

Hình 1.8 Máy uốn ống thủy lực dùng tay

Trên hình 1.8 là dòng máy uốn ống thủy lực dùng tay loại nhỏ phù hợp các loại

ống có kích thước nhỏ và mỏng cũng như độ dày vừa phải Máy được thiết kế khá nhỏ gọn, đơn giản, dễ thao tác, vận hành Máy uốn có khuôn uốn nhiều kích cỡ cho phép thay đổi đường kính ống uốn một cách dễ dàng, thuận tiện Đây là loại máy theo

12

nguyên lý uốn góc không liên tục nên bề mặt tại chỗ uốn dễ dàng biến dạng, méo mó Máy này phù hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ

Hình 1.9 Máy uốn ống 3 trục

Trên hình 1.9 là dòng máy uốn ống 3 trục sử dụng động cơ điện thủy lực,

Máy uốn này hoạt động nhờ vào hệ thống pittông xylanh đẩy làm thay đổi độ cong của ống uốn Do đó, việc sử dụng tương đối đơn giản nhờ sự di chuyển tịnh tiến của xylanh kết với các khuôn có sẵn sẽ làm cho ống thép uốn cong theo ý muốn Hệ thống khuôn thông minh phù hợp với nhiều loại ống có kích thước khác nhau mà khi uốn sẽ tạo nên những đường cong không bị móp méo Máy đạt năng suất tương đối cao, phù hợp với các xưởng gia công vừa và lớn

13

Hình 1.10 Máy uốn CNC Elip E-63 2A 1-S của Tập đoàn sản xuất Elip

Máy uốn CNC Elip E-63 2A 1-S của Tập đoàn sản xuất Elip là máy uốn ống sử

dụng hệ thống điều khiển số CNC được điều khiển hoàn toàn tự động thông qua máy tính, có trục cấp phôi và trục truyền dẫn được điều khiển bởi động cơ servo, đảm bảo tính chính xác cao và ổn định tốt, tốc độ gia công nhanh, máy chạy ổn định không rung lắc, chất lượng sản phẩm uốn có độ chuẩn xác cao hơn, đạt năng suất cao, giá trị sản phẩm cao Ở nước ta máy này được dùng chủ yếu trong nghành công nghiệp đóng tàu Phù hợp với các cơ sở sản xuất hàng loạt và hàng khối

14

Bảng 1.1 Bảng quy chuẩn trọng lượng ống tròn theo TCVN 2056

15

Chương 2

CÔNG NGHỆ UỐN VÀ THIẾT BỊ UỐN 2.1 Công nghệ uốn

2.1.1 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 cách sử dụng áp lực để tác động vào phôi nhằm làm biến dạng dẻo phôi để tạo thành chi tiết có hình dạng cong đều hay gấp khúc,…[1] Quá trình công nghệ cơ bản của uốn là dựa trên cơ sở biến dạng uốn dẻo ngang hoặc dọc nhờ khuôn, con lăn hoặc trục cán Ngoài ra, còn có uốn tự do hoặc uốn theo dưỡng Sau này người ta ứng dụng uốn có kéo, uốn có nén trong một vài loại máy hiện đại

Hình 2.1 Thứ tự quá trình uốn gấp tạo thành góc 90°

1 Cối.; 2 Chày; 3 Chi tiết gia công

Hình 2.1 giới thiệu quá trình uốn chi tiết hình chữ V Đầu tiên, chày chỉ tiếp xúc với phôi tại điểm đầu chày Trong quá trình chày đi xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn Cuối cùng, phôi bị ép chặt giữa chày và cối, 2 cạnh chữ V được nắn thẳng và phần đỉnh có bán kính uốn nhỏ nhất theo đầu chày Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày nên quá trình biến dạng dẻo cũng xảy ra chính ở đó Bởi vậy, sau khi khử bỏ lực tác dụng thì vật liệu còn có khả năng đàn hồi trở lại, biểu hiện ở góc đàn hồi sau khi uốn

Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối, phôi được biến

16

dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết

2.1.2 Quá trình biến dạng kim loại

Cơ tính của vật liệu được xác định bằng các phương pháp thử khác nhau, tùy thuộc vào bản chất của tải và môi trường đặt tải Thực tế, chi tiết chịu tải trọng phức tạp với ứng suất 3 chiều Tuy nhiên, phương pháp thử đơn giản và thông dụng để phản ánh được các đặc trưng cơ tính của vật liệu là thử kéo Trong đó, mẫu thử được kéo một chiều, đúng tâm với tải trọng tăng dần cho tới khi bị đứt

Để thử, người ta tác động lên mẫu thử có tiết diện F0, chiều dài l0 một lực kéo P, sau đó lập quan hệ giữa lực kéo P và độ dãn dài (∆𝑙 = 𝑙 − 𝑙0) Ta được biểu đồ kéo có

dạng như hình 2.2, chúng gồm 3 giai đoạn nối tiếp nhau như sau:

Hình 2.2 Biểu đồ quan hệ giữa lực kéo P và độ dãn dài l

Ban đầu, khi tải trọng tăng, độ dãn dài tăng theo quy luật hàm bậc nhất và chậm (đoạn OA) Sau khi loại bỏ tải trọng, kích thước mẫu lại trở về vị trí ban đầu Giai đoạn này gọi là biến dạng đàn hồi

Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định (điểm A), biến dạng tăng nhanh, nếu bỏ tải trọng, kích thước mẫu l dài hơn trị số ban dầu l0 Giai đoạn này gọi là biến dạng dẻo đi kèm biến dạng đàn hồi (ví dụ: điểm K trên biểu đồ)

Khi tải trọng đạt giá trị lớn nhất (điểm C), trên vùng nào đó của mẫu xuất hiện biến dạng tập trung, tiết diện mẫu giảm nhanh (hình thành cổ thắt) tại đó vết nứt xuất

17

hiện, kích thước vết nứt tăng nhanh và cuối cùng gây ra phá hủy mẫu (điểm D) Đó gọi

là giai đoạn phá hủy

2.1.3 Lớp trung hòa

Trong quá trình uốn, các lớp kim loại phía trong góc uốn (phía chày) bị nén ở hướng dọc và bị kéo ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hòa Độ dài của lớp trung hòa bằng độ dài ban đầu của phôi

Hình 2.3 Sự phân bố lại tiết diện

Như vậy, có thể thấy lớp trung hoà không phải là một lớp mang tính chất vật lý nào đó có thể thấy được mà nó là một mặt cong quy ước chạy qua các lớp phôi khác nhau

Khi uốn những phôi có dải hẹp, thường xảy ra sai lệch rất lớn của tiết diện ngang, kèm theo sự giảm chiều dày của vật liệu ở chỗ uốn, sự dịch chuyển của lớp trung hoà

về phía thớ bị nén và sự thay đổi hình dạng chữ nhật của tiết diện ngang thành dạng hình thang

Khi uốn những dải rộng hoặc tấm cũng xảy ra sự biến mỏng của vật liệu nhưng hầu như không có sự sai lệch của tiết diện ngang, bởi vì vật liệu có chiều rộng lớn sẽ cản trở sự biến dạng theo phương ngang

2.1.4 Xác định chiều dài phôi

Xác định chiều dài phôi đảm bảo kích thước của chi tiết sau khi uốn phải:

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

+ Chia kết cấu của chi tiết uốn thành những đoạn thẳng và cong đơn giản

18

+ Cộng chiều dài của các đoạn lại với nhau: chiều dài của các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Nhược điểm lớn nhất trên máy uốn ống 3 trục không thể khắc phục triệt để được

là khoảng cách a của 2 đầu tự do của phôi không thể gia công trên máy được (hình 2.6) Để hoàn thành sản phẩm ta buộc phải dùng thêm 1 công đoạn nữa là vê tròn đầu phôi trên máy uốn thủy lực chuyên dụng hoặc cắt bỏ khoảng cách a đó

Hình 2.4 Khoảng cách a ở 2 đầu tự do

Trong sản xuất thực tế, những cơ sở sản xuất vừa và nhỏ thường chọn cách cắt bỏ khoảng cách a của 2 đầu tự do này để tiết kiệm chi phí mua máy vê đầu phôi chuyên dùng Khoảng cách đầu mút không thể uốn a thường được lấy bằng phần nửa khoảng giữa 2 trục uốn phía dưới: a = 0,5.L (mm)

Đối với phôi tấm

Chiều dài của lớp trung gian của đoạn cong được xác định theo công thức:

19

+ x: Hệ số xác định từ vị trí lớp trung hòa

Hình 2.5 Quan hệ giữa góc uốn và đoạn được uốn

Chỉ khi φ = 90° thì góc của đoạn uốn mới bằng góc uốn bên trong, còn mọi trường hợp còn lại thì: φ = 180 – α Trong đó α là góc uốn bên trong như hình trên

Bảng 2.4 giới thiệu những ví dụ xác định kích thước của phôi uốn đối với các trường hợp phổ biến nhất

Bảng 2.1 Xác định chiều dài phôi

2

 (r2+x2.S)…

+

2

 (rn−1+xn−1.S)

Uốn nửa vòng

tròn

L = 2 l+ π(r + x S)

Đối với phôi uốn tiết diện tròn

Chiều dài lớp trung hòa của đoạn cong phôi có tiết diện tròn được tính theo công thức:

0, 017 180

Trong đó:

+ φ: góc của đoạn uốn cong

+ x: hệ số xác định từ vị trí lớp trung hòa Tra tại bảng 2.2 phía trên

2.1.5 Bán kính uốn cho phép

Khi uốn, 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 dạng sau dở tải vì chưa đến mức biến dạng dẻo Ngược lại nếu quá nhỏ thì có thể làm nứt vật liệu ở tiết diện uốn Bán kính uốn lớn nhất được phép xác định theo công thức :

23

Bảng 2.2.Bán kính uốn nhỏ nhất khi uốn thép hình và ống

Loại thép

Bán kính uốn nhỏ nhất

Ghi chú

Ký hiệu: h – chiều cao thép hình D – đường kính ống S – chiều dày thành ống

2.1.6 Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Do uốn là quá trình làm biến dạng dẻo kim loại, nên lực đàn hồi do tính đàn hồi của vật liệu được sinh ra Lực đàn hồi (hay còn gọi là biến dạng đàn hồi) là những biến dạng có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chưa có hoặc không còn lực tác dụng vào

Lực đàn hồi có điểm đặt vào vật bị biến dạng, cùng phương, ngược chiều có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng tại thời điểm xuất hiện Khi lực tác dụng vào vật quá lớn, vật mất khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu, ta nói lực tác dụng vượt qua giới hạn đàn hồi của vật liệu Tùy vào cơ tính của mỗi vật liệu, ở một giá trị nào đó thì lực đàn hồi không xuất hiện nữa và ta gọi giá trị này là giới hạn đàn hồi, nếu vượt quá giới hạn đàn hồi, lúc đó vật bị biến dạng sẽ không thể trở về được hình dạng ban đầu, sau khi không chịu tác động làm biến dạng

24

Hiện tượng đàn hồi sau quá trình uốn ống gây sai lệch về góc uốn và bán kính uốn Để khắc phục hiện trạng này, ta phải thay đổi giá trị góc uốn và bán kính uốn để

bù trừ một lượng đàn hồi đúng bằng giá trị đàn hồi

Hình 2.6 Sự thay đổi của góc do đàn hồi

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

Sự phục hồi đàn hồi được biểu hiện bằng sự thay đổi của góc uốn, để có được

Góc đàn hồi  có thể được xác định bằng 2 phương pháp: bằng tính toán giải tích hoặc bằng thực nghiệm tức là thử và đo

Góc đàn hồi khi uốn thành hình chữ V được tính như sau:

10.75 T Tg

ks E





 

25

Trong đó:

+ k – hệ số xác định vị trí lớp trung hòa, phụ thuộc vào r/S

+ x Hệ số x được tra theo bảng 2.1 và 2.2

+ l – khoảng cách giữa các điểm tựa, tức là các mép cối, mm

2.2.1 Uốn theo kiểu ép đùn vào ống

Sơ đồ phương pháp uốn theo kiểu ép đùn vào ống như thể hiện ở hình 2.7

Phương pháp này chỉ thích hợp để uốn ống có đường kính nhỏ, yêu cầu độ chính

2.2.2.Uốn theo kiểu kéo theo

Sơ đồ phương pháp uốn theo kiểu kéo theo như thể hiện ở hình 2.8

(c)

Hình 2.8 Phương pháp uốn kéo theo: (a)- bằng tay, (b)-sử dụng thủy lực; (c)-CNC

Hình 2.8 mô tả phương pháp uốn ống theo kiểu kéo ống theo quay quanh khuôn

cố định Kiểu uốn ống này được sử dụng khá phổ biển, trải dài từ thủ công, đơn giản cho đến phức tạp và chính xác nhất Do việc uốn ống chỉ quay quanh theo 1 khuôn cố

Nếu ở các máy ép, lực danh nghĩa là thông số cơ bản nhất thì với máy loại trục quay, thông số cơ bản là mômen xoắn tác dụng lên trục chính

29

Chương 3

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3.1.Các yêu cầu đối với máy cần thiết kế

Có khả năng sản xuất các sản phẩm với đường kính và chiều dài như đã thiết kế Khả năng hoạt động liên tục nhưng vẫn giữ được độ ổn định

Máy phải đạt năng suất như yêu cầu thiết kế, hiệu suất cao, ít tốn năng lượng, kích thước phải đảm bảo nhỏ gọn, vận hành dễ…

Sản phẩm sau khi hoàn thành phải đảm bảo được tính chính xác, đồng thời phải đảm bảo được năng suất, chất lượng sản phẩm

Khả năng làm việc

Cơ cấu có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được độ bền, sự ổn định, đảm bảo được tính chịu nhiệt, chịu mài mòn và chịu va chấn, và đặc biệt là không làm thay đổi kết cấu, hình dạng của máy

Độ tin cậy

Một cơ cấu được xem là đáng tin cậy khi nó đảm bảo thực hiện đúng các chức năng như thiết kế đồng thời vẫn giữ nguyên được các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng (như năng suất, công suất máy, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác sản phẩm…) trong quá trình thực hiện công việc đã định.Đặc trưng cơ bản của độ tin cậy là khả năng làm việc không hỏng hóc trong thời gian quy định

An toàn trong sử dụng

Hệ thống điện phải được che chắn, bao bọc sao cho đảm bảo an toàn và mỹ quan, nhưng đồng thời hệ thống điều khiển cũng phải dễ thao tác, vận hành.Hệ thống biển báo vùng nguy hiểm phải được bố trí trực quan, dễ nhìn Nhưng không cản trở các hoạt động của máy và tầm nhìn của người vận hành Các vùng hoạt động nguy hiểm phải được che chắn kỹ càng Các thiết bị nạp, lưu trữ nhiên liệu phải được bố trí an toàn, hợp lý

Thành phần kết cấu của máy phải đảm bảo chất lượng Quá trình lắp ráp, chế tạo các thiết bị phải được thực hiện đúng quy trình, phải tuân theo những tiêu chuẩn kỹ thuật về tính an toàn kết cấu và an toàn vận hành

3.2 Phương án thiết kế 1

Uốn bằng các trục con lăn, trục ép bố trí giữa 2 trục đỡ

Phương án truyền lực sử dụng thủy lực tạo ra năng suất cao, tiết kiệm được thời

31

gian gia công, giảm khối lượng lao động, có thể điều khiển được tốc độ tịnh tiến của puly uốn, thành sản phẩm đồng đều, ít sinh ra phế phẩm Tuy nhiên, chi phí đầu tư cao, tốn không gian lắp đặt, tăng khối lượng máy

3.3 Phương án 2

Uốn bằng các trục con lăn, trục đỡ bố trí giữa 2 trục ép-truyền lực uốn bằng tay

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý phương án thiết kế 2: uốn bằng các trục con lăn trong đó trục đỡ

bố trí giữa 2 trục ép như thể hiện ở hình 3.2

cả 2 con lăn dưới này quay hành tinh độc lập với nhau, tức là mỗi con lăn chịu lực tác động bởi lực uốn riêng biệt (hình 3.2b) trình bày sơ đồ truyền lực bằng tay, đai ốc được đặt cố định trên 1 mặt tựa để chịu lực, puly uốn chuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ quá trình xoay tay quay biến chuyển động xoay của tay quay thành chuyển động tịnh tiến của puly uốn thông qua cơ cấu vít me – đai ốc