Hoàn thiện máy uốn ống cnc

Để có sự thành công như ngày hôm nay, không thể không nhắc đến sự giúp đỡ của các anh cựu sinh viên, những người đi trước đã tiếp bước cho chúng em có thêm những kỹ năng xử lý khi gặp kh

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài

Trong thời kỳ công nghiệp hóa - hiện đại hóa, ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của đất nước, đặc biệt là ngành cơ khí Ngành cơ khí sử dụng các nguyên lý và kỹ thuật để thiết kế và chế tạo máy móc cho sản xuất Kỹ thuật Cơ khí, đặc biệt là chế tạo máy, được coi là xương sống của nền sản xuất Máy uốn ống CNC là sản phẩm tiêu biểu của ngành này, được ứng dụng rộng rãi trong trang trí nội thất, làm hàng rào, ghế, chân đèn và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.

1.1.2 Lý do chọn đề tài

Nhật Bản, Đài Loan và Hàn Quốc là những quốc gia hàng đầu trong ngành máy uốn, nổi bật với việc thiết kế và chế tạo nhiều loại máy uốn đa dạng Các máy này bao gồm cả bán tự động và tự động, có khả năng uốn nhiều loại ống với các đường kính và vật liệu khác nhau.

Hiện nay, máy uốn ống CNC chủ yếu được nhập khẩu với giá cao, khiến sản phẩm trên thị trường chưa đáp ứng được nhu cầu người tiêu dùng Do đó, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy uốn ống CNC là cần thiết để giảm giá thành, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời tăng cường tính cạnh tranh trong nước và quốc tế.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của thị trường, nhóm chúng em quyết định cải tiến máy uốn ống hiện có thay vì thiết kế một máy mới Quyết định này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn rút ngắn thời gian sản xuất, từ đó cho phép chúng em nhanh chóng đưa ra những sản phẩm đáp ứng nhu cầu đời sống Chính vì những lý do này, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Hoàn thiện máy uốn ống” làm đề tài tốt nghiệp.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.2.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Tạo điều kiện áp dụng kiến thức vào vận hành máy chế tạo đầu uốn chuyên dụng cho từng loại ống Đề xuất cải tiến máy nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả.

Nghiên cứu, thực nghiệm và đánh giá được biên dạng khi uốn

1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Máy uốn ống ra đời nhằm uốn được phôi với nhiều biên dạng, vật liệu và kích thước khác nhau mà các phương pháp uốn khác khó đạt được

2 Đáp ứng được nhu cầu sử dụng sản phẩm từ máy uốn ống Có thể sản xuất hàng loạt phục vụ cho sản xuất công nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và sơ đồ kết nối của cụm đầu uốn là bước quan trọng để thực nghiệm máy uốn Thực hiện các phép uốn thử trên các cung tròn theo giá trị đã tính toán, sau đó kiểm tra các sản phẩm uốn và đo các kích thước để xác định sai lệch so với tính toán ban đầu Qua đó, chúng ta có thể tìm ra quy luật chung để uốn ống một cách chính xác.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Máy uốn ống CNC công nghiệp Đường kính phôi uốn ∅19 (𝑚𝑚) dày 0,8 (mm)

Nguyên lý hoạt động máy uốn

Quy luật tính toán và chương trình toạ độ điểm trên hệ trục toạ độ trục x, y, z

Những loại máy uốn ống trong và ngoài nước hiện nay Đọc các bài báo, tạp chí khoa học về máy uốn ống CNC trong và ngoài nước

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, mô hình thực tế máy uốn ống CNC.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Các phương pháp uốn trước chỉ uốn được những biên dạng đơn giản, tính chính xác không cao

Các loại máy uốn CNC trên thị trường đa phần nhập từ nước ngoài với chi phí cao, chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng máy uốn trong nước

1.5.2 Phương pháp phân tích lý thuyết

Nghiên cứu các bài báo và tạp chí khoa học liên quan đến máy móc giúp phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị đang được sử dụng trong và ngoài nước Dựa trên những phân tích này, chúng tôi đề xuất phương án thiết kế tối ưu cho máy.

Sử dụng các thông số đã tính toán và mô phỏng trên phần mềm để thiết kế các bộ phận trên máy đùn ống

1.5.3 Phương pháp thực nghiệm Đo đường kính ống và bề dày thực tế của ống trên thị trường, xác định kích thước uốn cần thiết

Chạy thử nghiệm để lấy thông số chạy thực tế để chỉnh sửa, hoàn thiện máy và hoàn thiện quy luật tính toán

Tung ra kết quả bằng những sản phẩm hoàn chỉnh được tạo ra từ máy uốn Đánh giá kết quả và đưa ra kết luận.

Cấu trúc đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương án cải tiến

Chương 5: Thiết kế cụm đầu uốn

Chương 6: Chế tạo, kiểm nghiệm và kết quả

Chương 7: Vận hành máy uốn ống CNC

Chương 8: Kết luận và hướng phát triển

TỔNG QUAN

Tổng quan chung về ngành uốn

Uốn ống là quá trình biến ống thẳng thành hình cong với các bán kính uốn mong muốn, sử dụng nhiều dụng cụ và máy móc phù hợp cho các phương pháp uốn khác nhau Công nghệ uốn ống không chỉ được ứng dụng trong chế tạo các thành phần và sản phẩm dạng ống mà còn có nhiều ứng dụng khác Ngành uốn đã đạt được nhiều thành tựu lớn nhờ vào sự phát triển của động cơ bảo dưỡng, bộ điều khiển, cân chính xác và bộ nguồn, góp phần tạo ra những khúc uốn chất lượng hoàn hảo.

Trong ngành kỹ thuật cơ khí, uốn ống được coi là công nghệ kỹ thuật thứ cấp, không quan trọng như công nghệ tiện và phay Quá trình này không chỉ áp dụng cho ống tròn mà còn cho các hình dạng khác như ống chữ nhật, hình vuông và hình bầu dục.

Uốn lạnh là phương pháp uốn ống mà không cần gia nhiệt trước hoặc trong quá trình uốn, giúp biến đổi hình dạng thẳng của ống thành cong theo yêu cầu.

Nói chung, công nghệ uốn ống yêu cầu bộ dụng cụ uốn ống riêng biệt hoặc cho từng bán kính ống.[3]

2.1.2 Lịch sử phát triển của máy uốn ống

Kỹ thuật uốn ống đã xuất hiện từ thời kỳ đồ đồng và dần được cải tiến qua các thời kỳ Trong thời kỳ nhà Thương đến nhà Xuân Thu, ngành công nghiệp luyện đồng phát triển mạnh mẽ, với nghề đúc đồng sản xuất nhiều công cụ hữu ích Tuy nhiên, do hạn chế về kỹ thuật, quá trình uốn ống thời đó tiêu tốn nhiều chi phí, thời gian và công sức.

Vào những năm 1990, sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế công nghiệp đã dẫn đến nhu cầu gia tăng về cơ sở hạ tầng, trang thiết bị và phương tiện vận tải, kéo theo nhu cầu lớn đối với nhiều loại ống kim loại Nhận thấy tiềm năng này, Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất hàng loạt máy uốn ống chính xác, mặc dù năng suất lúc bấy giờ còn lạc hậu Để khắc phục điều này, Trung Quốc đã hợp tác với các nước phương Tây, từ đó công nghệ máy uốn ống của nước này đã được cải tiến đáng kể Hiện nay, ngành sản xuất máy uốn ống của Trung Quốc đã phát triển mạnh mẽ.

Máy uốn hai chiều truyền thống không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu về các biên dạng phức tạp trong ngành công nghiệp, dẫn đến sự phát triển của nhiều loại máy uốn khác nhau để phục vụ thị trường.

Tình hình nghiên cứu trong nước

Máy uốn ống đang trở thành thiết bị phổ biến trong ngành công nghiệp và trang trí nội thất tại Việt Nam Mặc dù nhu cầu sử dụng máy uốn ống ngày càng tăng cao, nhưng phần lớn các sản phẩm hiện có trên thị trường đều được nhập khẩu với giá thành cao, chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước.

Theo tài liệu từ các nhà chế tạo máy công nghiệp, để thực hiện một dự án chế tạo thiết bị dây chuyền, cần ít nhất hai mươi loại ống khác nhau và khoảng hai ngàn năm trăm chi tiết cần uốn với bán kính và góc uốn đa dạng Việc thiết kế và chế tạo ống bằng máy uốn hiện có trên thị trường trong nước thường không đạt độ chính xác cao và tính thẩm mỹ kém Do đó, nhiều dự án này thường cần vốn đầu tư từ nước ngoài.

Theo thống kê trong ngành xây dựng và trang trí nội thất, các công trình lớn nhỏ, bao gồm cầu, có thể sử dụng tới mười lăm ngàn ống khác nhau Những ống này được uốn với nhiều biên dạng đa dạng để đáp ứng nhu cầu thiết kế và kỹ thuật của từng công trình.

Máy uốn ống một trục có khả năng uốn góc lên đến 180°, thường được sử dụng trong các công trình xây dựng Thiết bị này có thể uốn nhiều biên dạng khác nhau, giúp giảm bớt sức lao động cho công nhân.

Hình 2.1: Máy uốn ống một trục của công ty Phúc Thắng [5]

Máy uốn ống CN 2 đầu có khả năng uốn nhiều góc khác nhau một cách linh hoạt Với công tắc chân di động, máy vừa thực hiện chức năng khởi động vừa dừng, rất phù hợp cho việc uốn cong và tạo ra các biên dạng góc đối xứng.

- Có khả năng uốn biên dạng cong từ 0 đến 180 độ

- Trục quay được điều khiển bằng áp suất thủy lực

- Khuôn uốn và khối kẹp ống đều được điều khiển bằng thủy lực

- Mỗi bên có thể uốn được các biên dạng cong khác nhau

- Mỗi bên có tốc độ uốn riêng

- Tùy chỉnh thời gian linh hoạt giữa mỗi chuyển động [6]

Hình 2.2: Máy uốn ống hai đầu thủy lực của công ty BABYLON [6]

Máy uốn ống thủy lực là thiết bị sử dụng hệ thống xylanh thủy lực kết hợp với khuôn ống, giúp thao tác điều khiển trở nên dễ dàng và thu hút người tiêu dùng trên thị trường máy uốn.

Sử dụng thủy lực đẩy trục giữa để uốn cong ống tạo biên dạng cho sản phẩm

Máy uốn có 3 trục đứng rất thuận tiện trong việc đỡ sản phẩm dài nằm ngang

Ba trục đồng thời chuyển động, trục giữa quay ngược chiều 2 trục bên nhằm làm giảm bớt lực cản khi uốn

Hai trục bên có thể đưa rộng ra hoặc gần vào nhau, giúp tăng lực cho máy

Máy uốn 3 trục sử dụng 3 lô để uốn Lô giữa chuyển động lên xuống bằng trục vitme, hai lô bên di chuyển bằng động cơ

Khi uốn ống, công nhân cần đặt ống vào đúng vị trí giữa hai lô bên và lô giữa Sau đó, họ siết vít để lô giữa đè xuống trước khi khởi động động cơ để thực hiện quá trình uốn ống lần đầu.

Khi lăn uốn hết lần đầu thì dừng máy và rồi siết vitme đè trục giữa xuống tiếp

Rồi tiếp tục bật máy và lăn uốn lần tiếp theo, thực hiện lặp đi lặp lại cho đến khi ống đạt độ cong mong muốn thì dừng lại [7]

Hình 2.3: Máy uốn ống 3 trục của công ty SUMAC [7]

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, máy uốn ống rất đa dạng về loại và kích thước, trong đó máy uốn ống NC và CNC bán tự động có khả năng uốn ống lớn cho ngành công nghiệp Sản phẩm sau khi uốn đạt chất lượng cao với ít khuyết tật, đồng thời thao tác vận hành đơn giản Máy cũng có thể uốn các bán kính cong mà máy thủ công không thể thực hiện, và thời gian tháo lắp phôi nhanh chóng giúp tối ưu hóa quy trình uốn, tạo ra sản phẩm có tính thẩm mỹ cao.

Máy uốn ống NC và CNC sử dụng động cơ servo, mang lại độ chính xác cao trong quá trình uốn Với khả năng vận hành êm ái, máy giảm thiểu khuyết tật trong sản phẩm Hệ thống điều khiển tự động giúp giảm sức lao động cho công nhân, nâng cao hiệu quả sản xuất.

Máy NC và CNC, đặc biệt là máy uốn ống, đã cách mạng hóa quy trình sản xuất bằng cách tăng tốc độ và hiệu quả Chúng cho phép xử lý các biên dạng chi tiết từ đơn giản đến phức tạp một cách dễ dàng, tự động hóa sản xuất, giảm thiểu sức lao động và phế phẩm Nhờ đó, năng suất lao động được nâng cao, chi phí sản phẩm giảm, và máy có khả năng hoạt động liên tục.

Máy uốn NC bán tự động là thiết bị phổ biến hiện nay, được điều khiển bằng hệ thống thủy lực Với khả năng uốn góc lớn và công suất mạnh mẽ, máy đảm bảo hiệu suất làm việc cao, đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng.

Hình 2.4: Máy uốn CNC của Trung Quốc [8]

+ Máy uốn CNC là loại máy uốn dạng tự do Có thể uốn bất kỳ hình dạng bán kính nào theo nhu cầu người sử dụng [9]

Hình 2.5: Máy uốn CNC của Nhật [9] Ưu điểm máy uốn CNC

+ Bán kính uốn dễ dàng thiết lập: Khi uốn máy uốn CNC ta có thể thiết lập bán kính cung theo ý định hướng cho trước

Phương pháp uốn ống này giúp giảm thiểu tỉ lệ biến dạng của tiết diện ống, nhờ vào việc dẫn hướng an toàn bằng khuôn, từ đó ngăn chặn hiện tượng gập khúc phôi trong quá trình uốn.

Bán kính uốn có khả năng điều chỉnh linh hoạt, cho phép người dùng dễ dàng thay đổi cả bán kính và hướng uốn thông qua các thiết lập trên máy tính.

+ Góc độ uốn: có thể uốn với nhiều góc độ khác nhau giúp nâng cao năng suất mà không phải thay đổi khuôn

Máy uốn mới được cải tiến vượt trội so với các loại máy truyền thống, cho phép nhập tọa độ trực tiếp trên máy tính Nhờ đó, sản phẩm tạo ra không bị gãy và biên dạng có thể tùy chỉnh linh hoạt theo nhu cầu.

Sản phẩm ngành uốn ống

Ngành uốn trên thế giới và tại Việt Nam đã có sự phát triển mạnh mẽ, mang lại nhiều sản phẩm có năng suất cao và tính thẩm mỹ vượt trội Sản phẩm uốn không chỉ sở hữu nhiều ưu điểm so với các phương pháp gia công khác, mà còn có khả năng tạo ra những chi tiết với biên dạng phức tạp, thành mỏng và độ bền cao Đặc biệt, giá thành sản phẩm uốn tương đối thấp, cho phép ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Ngành uốn thép đang phát triển mạnh mẽ, với chất lượng sản phẩm ngày càng được cải thiện Tốc độ phát triển của ngành uốn thép vượt trội so với các ngành luyện kim khác Một số sản phẩm tiêu biểu của ngành uốn thép bao gồm các loại thép cuộn, thép tấm và các sản phẩm gia công khác.

Nhu cầu sử dụng máy uốn ống trong và ngoài nước đang tăng cao, tuy nhiên, máy uốn trong nước vẫn gặp nhiều hạn chế như độ chính xác thấp, năng suất kém và tính thẩm mỹ không cao Phần lớn máy uốn trên thị trường hiện nay đều nhập khẩu với giá thành cao, không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng trong nước Do đó, việc chế tạo máy uốn ống mới cần phải giải quyết các vấn đề hiện tại và đồng thời hạ giá thành sản phẩm là rất cấp thiết.

Xuất phát từ vấn đề thực tế đó, việc hoàn thiện máy uốn ống CNC là vô cùng cấp thiết

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Biến dạng uốn

Khi bẻ một thanh kim loại nhỏ và giữ nguyên, ta nhận thấy nó bị uốn cong Tuy nhiên, khi thả tay ra, thanh kim loại trở về hình dạng ban đầu, cho thấy hiện tượng biến dạng tạm thời Điều này minh chứng cho lực đàn hồi, khi thanh kim loại bị tác động lực sẽ biến dạng, nhưng khi lực tác dụng biến mất, nó sẽ trở lại trạng thái ban đầu.

Trạng thái hơi bẻ một chút Trạng thái hơi bẻ một chút

Hình 3.1: Biến dạng đàn hồi [2]

Khi tác động một lực ngoại lực vượt quá giới hạn đàn hồi, tấm kim loại sẽ bị biến dạng Tuy nhiên, khi lực này được loại bỏ, tấm kim loại có xu hướng trở về trạng thái ban đầu nhờ vào tính đàn hồi tồn tại trong vật liệu Trong quá trình uốn, lực nén xuất hiện ở mặt trước và lực kéo ở mặt sau của tấm kim loại, tạo ra phản lực, hiện tượng này được gọi là đàn hồi ngược.

Trạng thái khi tác dụng lực Trạng thái khi loại bỏ ngoại lực

3.1.3 Lớp trung gian và sự dịch chuyển lớp trung gian

Khi tiến hành uốn cong vật liệu chày và cối, quá trình gia công chữ V sẽ tạo ra biến dạng nén ở mặt bên trong và biến dạng kéo ở mặt ngoài của tấm kim loại Độ lớn của biến dạng này đạt tối đa ở bề mặt tấm kim loại và giảm dần khi đi sâu vào chiều dày của tấm.

Biến dạng kéo Lớp trung gian

Việc dịch chuyển lớp trung gian dịch chuyển vào trong khi chiều dày vật liệu giảm, nghĩa là vật liệu đã bị kéo dài ra

Lớp trung gian dù là kéo hay nén vẫn không thay đổi chiều dài so với trước khi gia công

Uốn ống có thể được thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm uốn trên đồ gá, uốn giữa hai con lăn, sử dụng máy uốn chuyên dụng, và uốn trên các khuôn dập.

Khuôn uốn ống có thiết kế đặc biệt để giảm ma sát, với các con lãn cho ống nhỏ (hình 3.4c) và các má uốn dịch chuyển (hình 3.4d) Quy trình uốn ống thành vòng được thực hiện qua ba bước: đầu tiên uốn một đầu theo bán kính đã định, sau đó uốn đầu thứ hai, và cuối cùng cuốn toàn bộ vòng lại.

Hình 3.4: Các phương pháp uốn [13]

Bán kính uốn tối thiểu của ống phụ thuộc vào loại vật liệu, độ dày thành ống và phương pháp uốn được sử dụng Trong quá trình uốn, tiết diện ngang của ống sẽ bị biến dạng đáng kể; chiều dày thành ống sẽ giảm ở mặt ngoài nhưng lại tăng lên ở mặt trong.

Để giảm thiểu biến dạng trong quá trình uốn, có thể sử dụng cát hoặc lõi để giữ chặt bên trong lòng ống, giúp duy trì hình dạng tròn của tiết diện ống Kỹ thuật này đảm bảo rằng các thành ống sẽ có độ dày khác nhau.

Khi ống không có lõi, tiết diện của ống sẽ bị bẹp và có hình dạng ôvan Việc uốn ống thành mỏng dễ dẫn đến tình trạng nếp nhăn và gấp ở phía trong khuỷu uốn do sự biến dạng không đều.

Khi uốn ống cong theo hình thước thợ (khuỷu), quá trình này thường được thực hiện bằng phương pháp dập ống qua hai nguyên công Đầu tiên, phôi ống được cắt vát ở hai đầu và uốn để tạo mặt vuông góc, dẫn đến việc tiết diện ngang của ống chuyển thành hình ôvan Tiếp theo, phôi sẽ được đưa vào khuôn định hình để sửa đổi tiết diện ôvan thành tiết diện hình tròn.

Hình 3.6: Dập khuỷu ống có thành dày S > 0,37D và có bán kính uốn R≤1,5D [13]

Máy uốn ống CNC hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản, sử dụng lực kéo từ động cơ servo AC 1kW qua hộp giảm tốc 1/20 để đẩy ống tiến về phía trước theo phương Z Bộ truyền vít-me từ động cơ servo AC 400W và hộp giảm tốc 1/20 đảm nhận di chuyển theo trục X, trong khi động cơ AC 750W với hộp giảm tốc 1/9 điều khiển di chuyển theo trục Y Sự kết hợp của chuyển động trên hai trục X và Y giúp đầu uốn xoay tạo ra biên dạng uốn cong cho ống.

Cơ sở về một số loại vật liệu

Nhựa MC là một trong các loại nhựa công nghiệp được trực tiếp từ Caprolactam Monomer Nylon-6 thành khuôn và cho phép Polime hóa tận dụng như Anions

MC Nylon với đặc tính kỹ thuật chất lượng cao đã nhanh chóng trở thành nguyên liệu công nghiệp thay thế cho kim loại và gỗ trong nhiều lĩnh vực sản xuất Những đặc tính nổi bật của MC Nylon bao gồm độ bền cao, khả năng chống mài mòn và trọng lượng nhẹ, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất công việc.

- Cực nhẹ (bằng 1/7 kim loại)

- Chống va chạm và tiếng ồn cực tốt

- Dễ dàng và đơn giản gia công

- Chịu được sự ăn mòn, có độ bền cao

- Chịu được sự bào mòn của các chất hữu cơ hòa tan và rò rỉ nước

- Có tính cách điện và giá trị kinh tế cao Ứng dụng:

- Được sử dụng trong các máy kim loại và thép: gia công các trục con lăn, con lăn, vật bảo vệ…

- Các máy móc liên quan đến vận chuyển, chuyên chở: Làm các loại bánh xe, trục băng tải, đĩa xích, Pallet…

- Dùng làm thiết bị điện: Bánh răng, con lăn…

- Dùng trong máy móc trong công nghiệp dệt: Bánh răng, ống chỉ, ống suốt, thanh dẫn

Các ngành công nghiệp đa dạng như kỹ thuật hóa học, sản xuất giấy và bột giấy, xây dựng dân dụng, thiết bị điện năng, cũng như lĩnh vực đóng tàu, ô tô và hàng không đều đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế.

- Ứng dụng trong làm khuôn bế, kê chân máy…

- Làm thớt trong ngành công nghiệp sản xuất bao bì, sản xuất giấy… [14]

3.2.2 Thép C45 Định nghĩa là một loại thép hợp kim với hàm lượng cacbon cao, có độ cứng, độ kép phù hợp, có khả năng chịu tải Ngoài ra thép có một số tập chất khác như silic, lưu huỳnh, Có độ cứng, độ kéo cao, chịu va đập mạnh

Giải thích ký hiệu thép C45

+ C là kí hiệu nhóm thép cacbon

+ 45 là hàm lượng cacbon trong thép khoảng 0,45%

Thành phần cacbon của thép ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thép

Bảng 3.1: Thành phần hoá học thép C45 [15]

Hàm lượng của nguyên tố

Giới hạn chảy Độ bền kéo Độ giãn dài tương đối Độ cứng sau khi thường hóa (HB) Độ cứng sau khi

Thép C45, ở điều kiện thường, có độ cứng đạt 23 HRC Để tăng cường độ cứng, phương pháp Ram có thể được áp dụng trong sản xuất Thép C45 nổi bật với khả năng chống mài mòn và oxy hóa cao, đồng thời chịu được tải trọng lớn Đặc biệt, khả năng chịu va đập của thép C45 được thể hiện qua độ bền kéo của nó.

Thép C45 có thể chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọng bền kéo như: trục bánh răng, trục piston, vỏ khuôn, … [15]

Thép SKD61 là ký hiệu của mác thép theo tiêu chuẩn của Nhật Bản (JIS – Japan Industrial Standard)

- Dạng tấm: dùng làm khuôn đúc nhôm, kẽm; sản phẩm gia dụng, …

- Dạng tròn đặc: thường ứng dụng làm chi tiết máy

Bảng 3.3: Thành phần hoá học [16]

STT Thành Phần hoá học Hàm Lượng (%)

Cacbon là yếu tố quan trọng giúp tăng cường độ cứng cho thép; hàm lượng cacbon càng cao thì độ cứng càng lớn, tuy nhiên, điều này cũng làm giảm độ dẻo và khả năng chịu va đập của vật liệu.

Crom (Chromium) là một nguyên tố quan trọng giúp hạn chế khả năng rỉ sét của thép Khi tiếp xúc với không khí, crom sẽ oxy hóa và tạo ra một lớp oxit mỏng, bảo vệ bề mặt thép khỏi quá trình oxy hóa tiếp theo, từ đó bảo vệ lớp kim loại bên trong.

Molybdenum là một nguyên tố quan trọng giúp tăng cường khả năng chống mài mòn của thép, đồng thời cải thiện độ bền, độ dẻo và tính hàn cho vật liệu này Ngoài ra, molybdenum còn nâng cao tính chống ram của thép nhờ vào việc tạo ra các cacbit nhỏ mịn phân tán, giúp giảm sự nhạy cảm với hiện tượng giòn ram ở nhiệt độ cao.

Vanadi (Vanadium) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra cacbit VC có độ cứng cao và kích thước nhỏ mịn, giúp ngăn chặn sự phát triển của austenit trong quá trình nung Hợp chất này cũng nâng cao tính chống ram và khả năng chống mài mòn cho thép, góp phần cải thiện chất lượng và độ bền của vật liệu.

- Silic: Giống với Mn, Si hòa tan vào Fe giúp tăng bộ bền và độ cứng của thép

Các đặc điểm nổi bật của thép skd61:

- Khả năng chống mài mòn cao vì có chứa hợp kim Molypden (Molybdenum)…

SKD61 có khả năng cân bằng nhiệt độ cao và độ dẻo, mang lại lợi thế vượt trội so với các loại thép thông thường trong môi trường làm việc với nhiệt độ cao.

- Đạt độ cứng lên đến khoảng 50-55 HRC khi xử lý nhiệt Nếu như tôi quá cao sẽ làm cho thép trở nên giòn và dễ gãy

- Gia công tốt, ít biến dạng khi nhiệt luyện nhờ Crom có tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao [16]

Các dạng sơ đồ kết nối của dầu uốn và thân uốn trong uốn ông CNC 3 trục

Sơ đồ kết nối tự do: Đầu uốn tách rời với thân uốn trong quá trrình uốn Ưu điểm: Dễ thiết kế

Nhược điểm: Khó kiểm soát độ nghiêng của đầu uốn

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối tự do [17]

Sơ đồ kết nối tiếp tuyến trong uốn cho phép một nửa đầu uốn tiếp xúc với thân uốn, tạo ra sự liên kết chặt chẽ hơn giữa hai phần Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là cải thiện độ liên kết giữa đầu và thân uốn so với sơ đồ kết nối tự do.

Một trong những nhược điểm của sản phẩm là kết nối chưa hoàn thiện, dẫn đến khoảng hở giữa đầu uốn và thân uốn trong quá trình hoạt động Điều này gây ra va đập khi quay trở lại vị trí góc tọa độ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền của các chi tiết và dễ làm hỏng đầu uốn.

Hình 3.11: Sơ đồ kết nối tiếp tuyến [17]

Sơ đồ kết nối hình cầu với đầu uốn được thiết kế bằng các đường cong khép kín tiếp tuyến giúp tạo sự liên kết liên tục trong quá trình uốn Ưu điểm của sơ đồ này là đầu uốn di chuyển tịnh tiến trên mặt phẳng tọa độ Oxy mà không tạo khoảng hở, đảm bảo quá trình uốn diễn ra liên tục Khi quay trở về, thiết kế này cũng ngăn chặn sự va đập giữa đầu uốn và thân uốn, nâng cao hiệu quả hoạt động.

Nhược điểm của quá trình thiết kế và chế tạo là tính phức tạp, đòi hỏi phải đảm bảo các kích thước chính xác trong thiết kế Điều này bao gồm việc kiểm soát dung sai của các chi tiết trong quá trình gia công, cũng như đảm bảo độ tiếp tuyến chính xác khi lắp ráp các thành phần.

Hình 3.12: Sơ đồ kết nối hình cầu [17]

PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN

Yêu cầu của đề tài

Để nâng cao độ chính xác của sản phẩm sau khi uốn và đảm bảo tính thẩm mỹ cao mà không bị trầy xước, cần giải quyết vấn đề về độ bền của các chi tiết tiếp xúc thường xuyên với ống trong quá trình uốn Hiện tại, chi tiết thân đầu uốn và đầu uốn được gia công cơ có độ chính xác thấp, trong khi các chi tiết tiếp xúc với ống thường xuyên làm từ vật liệu POM dễ bị bào mòn và nóng cháy Do đó, việc cải tiến quy trình và vật liệu là cần thiết để đạt được mục tiêu đề ra.

Giải pháp thực hiện

4.2.1 Cải tiến đầu đẩy ống khi uốn Ở thiết kế cũ, đầu đẩy ống hoàn toàn có khả năng thực hiện được chức năng đẩy ống của mình mà không hề có va chạm hay ảnh hưởng gì đến các bộ phận khác của máy Tuy nhiên, ở đầu đẩy cũ do thiết kế chưa tối ưu nên khi đẩy ống làm cho ống bị to ra với kích thước ống dày 1mm, còn đối với ống 0,8mm đầu đẩy đi sâu vào trong ống, ảnh hưởng đến quá trình tính toán tọa độ điểm khi uốn và không thể lấy ống trực tiếp theo hướng uốn một cách dễ dàng

Hình 4.1:Hình đầu uốn cũ

Sau khi tìm hiểu và thực nghiệm nhóm đã quyết định chọn thay đổi đầu đẩy ống với kích thước và thiết kế khác đầu đẩy cũ

Hình 4.2: Hình đầu uốn mới

4.2.2 Cải tiến cụm đầu uốn

Tình trạng đầu uốn cũ do gia công bằng máy cơ dẫn đến độ chính xác thấp, gây ra sản phẩm uốn với sai số cao Kích thước lớn của đầu uốn hạn chế khả năng uốn các biên dạng có bán kính nhỏ, đồng thời khoảng tiếp xúc bị hở trong quá trình uốn.

Hình 4.3: Kết nối đầu uốn cũ

Sau khi tìm hiểu và tham khảo các thiết kế nhóm đã quyết định chọn và thiết kế đầu uốn theo sơ đồ kết nối hình cầu:

Hình 4.4: Két nối đầu uốn mới

Phương án 1 đề xuất gia công lại đầu uốn và thân uốn bằng công nghệ CNC, đồng thời thay thế vật liệu chế tạo của ống lót, bạc dẫn hướng và ống lót đầu uốn bằng nhựa MC Nhựa MC, hay còn gọi là Monomer-Cast Nylon hoặc Cast PolyAmide, là một loại nhựa dẻo có thành phần chính là nylon 6, được chiết xuất từ caprolactam chứa 6 nguyên tử carbon.

- Có trọng lượng nhẹ, chỉ bằng 1/7 kim loại

- Chống tiếng ồn và va chạm

- Có độ bền cơ học cao

- Chịu được sự ăn mòn của các hóa chất hữu cơ hòa tan và rò rỉ nước

- Có tính cách điện, cách nhiệt tốt

- Độ cứng, độ bền tốt, dẻo dai

- Khi hệ số ma sát thấp sẽ tự bôi trơn rất tốt

- Nhựa MC kháng tốt với Excellent nên dễ dàng sản xuất thành dạng hạt, tấm, cây tròn và đúc khuôn

- Giảm ồn khi tiếp xúc và tuyệt vời khi hấp thụ lực chống sốc

Phương án 2 đề xuất gia công lại đầu uốn và thân uốn thông qua phương pháp CNC, đồng thời thay thế vật liệu chế tạo ống lót, bạc dẫn hướng và ống lót đầu uốn bằng thép SKD 61.

Thép SKD61, theo tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản, được sử dụng chủ yếu cho khuôn dập nóng và đúc áp lực nhôm, kẽm Đây là loại thép công cụ gia công nóng, nổi bật với sự cân bằng tốt giữa độ bền, độ dẻo và khả năng chống nhiệt Thép SKD61 cũng có khả năng gia công tốt, với độ biến dạng tối thiểu sau khi nhiệt luyện.

- Độ dẻo dai và độ cứng nóng vượt trội

- Chống rạn nứt và chống mài mòn

- Chống biến đổi trong quá trình xử lý nhiệt

- Thích hợp cho khuôn đúc áp lực nóng do có hàm lượng Vanadium cao

- Thích hợp cho khuôn dập Nhôm và Magie.

Lựa chọn phương án

Bảng 4.1: So sánh ưu và nhược điểm của từng phương án Ưu điểm Nhược điểm

Phương án 1 - Vật liệu phổ biến dễ mua

- Chi phí gia công rẻ

- Dễ bị mài mòn trong quá trình uốn

- Dễ bị nóng chảy do nhiệt sinh ra trong quá trình uốn

- Cần thay thế thường xuyên

- Sản phẩm đạt được độ chính xác thấp

Phương án 2 - Vật liệu chống mài mòn tốt

- Ít khi cần thay thế

- Sản phẩm đạt được độ chính xác cao, không bị trầy xước

- Cần đánh bóng kỹ lưỡng để không làm xước ống

- Chi phí gi công cao

Kết luận: Mặc dù cả hai phương án đều có những ưu điểm riêng, nhưng để tối ưu hóa chi phí và đảm bảo sản phẩm uốn đạt độ chính xác cao cũng như không bị trầy xước, từ đó nâng cao tính thẩm mỹ, nhóm em đã quyết định chọn phương án 2.

Trình tự công việc tiến hành

Bước 1: Tiến hành đo các kích thước lắp ráp thực tế của cụm đầu uốn cũ

Bước 2: Thiết kế lại cụm đầu uốn mới phù hợp với kích thước thực tế của cụm đầu uốn để khi lắp ráp không bị khó khăn

Trong quy trình gia công, bước 3 yêu cầu thực hiện gia công từng chi tiết của cụm đầu uốn theo thiết kế đã được điều chỉnh Sau khi hoàn tất gia công, bước 4 là kiểm tra kích thước của các chi tiết để đảm bảo chúng đúng theo bản vẽ Cuối cùng, bước 5 là lắp ráp các chi tiết vào máy và tiến hành thực nghiệm.

THIẾT KẾ CỤM ĐẦU UỐN

Thiết kế cụm đầu uốn

Sau khi nghiên cứu và thiết kế các dạng đầu uốn cho uốn ống CNC, nhóm đã quyết định chọn thiết kế đầu uốn theo sơ đồ tiếp tuyến hình cầu Sơ đồ này được xem là một giải pháp kết nối ổn định và hiệu quả cho phương pháp uốn tự do của ống CNC.

Các thiết kế dưới đây đảm bảo sự đồng tâm đồng trục và việc vận hành ổn định theo như mô phỏng trên phần mềm Inventor

5.1.1 Thiết kế mặt bích trước

Hình 5.1: Thiết kế 3D của mặt bích trước

Hình 5.2: Thiết kế 2D của mặt bích trước

Hình 5.3: Ứng suất khi uốn của mặt bích trước

5.1.2 Thiết kế ống lót đầu uốn

Hình 5.4: Thiết kế 3D ống lót đầu uốn

Hình 5.5: Thiết kế 2D ống lót đầu uốn

Hình 5.6: Ứng suất khi uốn của ống lót đầu uốn

Hình 5.7: Thiết kế 3D đầu uốn

Hình 5.8: Thiết kế 2D đầu uốn

Hình 5.9: Ứng suất khi uốn của đầu uốn

5.1.4 Thiết kế mặt bích sau

Hình 5.10: Thiết kế 3D mặt bích sau

Hình 5.11: Thiết kế 2D mặt bích sau

Hình 5.12: Ứng suất khi uốn của mặt bích sau

5.1.5 Thiết kế bạc dẫn hướng

Hình 5.13: Thiết kế 3D bạc dẫn hướng

Hình 5.14: Thiết kế 2D bạc dẫn hướng

Hình 5.15: Ứng suất khi uốn của bạc dẫn hướng

5.1.6 Thiết kế thân đầu uốn

Hình 5.16: Thiết kế 3D thân đầu uốn

Hình 5.17: Thiết kế 2D thân đầu uốn

Hình 5.18: Ứng suất khi uốn của thân đầu uốn

5.1.7 Thiết kế ống dẫn hướng

Hình 5.19: Thiết kế 3D ống dẫn hướng

Hình 5.20: Thiết kế 2D ống dẫn hướng

Hình 5.21: Ứng suất khi uốn của ống dẫn hướng

Thiết kế đầu đẩy ống ỉ19

Hình 5.22: Thiết kế 3D đầu đẩy

Hình 5.23: Thiết kế 2D đẩu đẩy

CHẾ TẠO, KIỂM NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

Chế tạo

6.1.1 Chế tạo thân đầu uốn

Hình 6.1: Quá trình phá thô thân đầu uốn

Hình 6.2: Quá trình tiện bán tinh thân đầu uốn

Hình 6.3: Thân đầu uốn sau khi phá thô

Hình 6.4: Quá trình khoan, taro lỗ

Hình 6.5: Gia công trên máy tiện CNC

Hình 6.6: Quá trình gia công CNC thân đầu uốn

Hình 6.8: Quá trình phá thô đầu uốn

Hình 6.9: Quá trình tiện bán tinh đầu uốn

Hình 6.10: Lập trình trên máy tiện CNC MAZATROL T32B

Hình 6.11: Quá trình gia công CNC đầu uốn

6.1.3 Chế tạo hai mặt bích trước và mặt bích sau

Hình 6.13: Quá trình phá thô mặt bích trước

Hình 6.14: Quá trình tiện bán tinh mặt bích trước

Hình 6.15: Quá trình cắt dây

Hình 6.16: Quá trình khoan lỗ bậc cho mặt bích trước

Hình 6.17: Quá trình gia công CNC cho mặt bích trước

Hình 6.19: Khoan taro lỗ cho mặt bích sau

6.1.4 Chế tạo bạc dẫn hướng

Hình 6.21: Quá trình phá thô bạc dẫn hướng

Hình 6.22: Bạc dẫn hướng sau khi tôi

Hình 6.23:Tiện tinh bạc dẫn hướng

6.1.5 Chế tạo ống lót đầu uốn

Hình 6.25: Quá trình phá thô ống lót đầu uốn

Hình 6.26: Đo kiểm tra kích thước

Hình 6.27: Ống lót đầu uốn sau khi tôi

Hình 6.28: Ống lót đầu uốn

6.1.5 Chế tạo ống lót dẫn hướng

Hình 6.29: Quá trình phá thô ống lót dẫn hướng

Hình 6.30: Tôi ống lót dẫn hướng

Hình 6.31: Tiện tinh ống dẫn hướng

Hình 6.32: Ống dẫn hướng sau khi tiên tinh

6.1.6 Chế tạo đầu đẩy ống ỉ19

Hình 6.33: Tiện phá thô đầu đẩy

Hình 6.34: Phay mặt để khoan taro M5

Hình 6.35: Khoa lỗ bậc, taro M5

Hình 6.36: Đầu đẩy sau khi hoàn thiện

Kiểm nghiệm

Tính toán các thống số uốn của sản phẩm

Hình 6.37: Phân tích tọa độ điểm uốn

Ta quy ước các thông số như sau:

U: khoảng di chuyển của trục để tạo ra cung uốn 𝐴: Khoảng cách đầu uốn và thân uốn

𝐿 𝑏𝑑 : chiều dài cung uốn ban đầu

𝐿𝑅(𝑐𝑢𝑛𝑔 𝑢ố𝑛): chiều dài cung uốn cần thiết α

6.2.1 Tính toán các thống số uốn cung tròn R100

Hình 6.38: Bản vẽ uốn ống cung R100

Từ bản vẽ đã có ta thiết lập các điểm uốn của đường thẳng và cung tròn với bán kính R 0

- Tính khoảng dịch chuyển U của đầu uốn cho cung tròn R100:

- Chiều dài uốn ban đầu của cung tròn R100:

- Chiều dài cung uốn thứ nhất R100:

Bảng 6.1: Bảng thông số tọa độ điểm uốn cung tròn R100

Số điểm uốn Tọa độ Z Tọa độ X Tọa độ Y

Kiểm nghiệm các sản phẩm uốn:

Hình 6.40: Sản phẩm uốn bằng cụm uốn cũ

Hình 6.41: Sản phẩm uốn bằng cụm uốn mới

- Với đầu uốn cũ, cùng thông số uốn nhưng ở 2 chiều giữ X âm và X dương độ lệch thực tế không chính xác dẫn đến 2 cung của chữ S không đều nhau

6.2.2 Tính toán các thống số uốn chữ S

Hình 6.42: Bản vẽ uốn ống chữ S

Từ bản vẽ đã có ta thiết lập các điểm uốn của đường thẳng và cung tròn với bán kính R 0

Bảng 6 2: Bảng thông số tọa độ điểm uốn chữ S

- Với đầu uốn cũ, cùng thông số uốn nhưng ở 2 chiều giữa X âm và X dương độ lệch thực tế không chính xác dẫn đến 2 cung của chữ S không đều nhau

Đầu uốn mới cho thấy độ lệch giữa hai cung đề nhau giảm, chứng tỏ quá trình uốn đầu uốn di chuyển chính xác và ổn định hơn so với đầu uốn cũ.

6.2.3 Tính toán các thống số uốn khung lưng ghế y tế

Hình 6.46: Bản vẽ khung lưng ghế y tế

Từ bản vẽ đã có ta thiết lập các điểm uốn của đường thẳng và cung tròn với bán kính R0

Bảng 6.3: Bảng thông số tọa độ điểm uốn của khung lưng ghế y tế

6.2.4 Tính toán các thống số uốn của tấm đỡ ngực

Hình 6.50: Bản vẽ tấm đỡ lưng

Bảng 6.4: Bảng thông số tọa độ điểm uốn của tấm đỡ ngực

Tọa độ Z Tọa độ X Tọa độ Y

Kiểm nghiệm các sản phẩm:

Sản phẩm uốn với đầu cụm đầu uốn cũ gặp phải vấn đề sai góc uốn và xước bề mặt ống, dẫn đến việc không đạt yêu cầu kích thước theo bản vẽ và độ thẩm mỹ cần thiết.

Sản phẩm uốn ống với đầu cụm đầu uốn cũ đảm bảo góc uốn chính xác, bề mặt ống không bị xước và đáp ứng yêu cầu kích thước theo bản vẽ, đồng thời giữ được độ thẩm mỹ cao khi uốn.

6.2.5 Tính toán các thống số uốn của chân đèn hình vuông

Hình 6.54: Bản vẽ chân đèn hình vuông

Bảng 6.5: Bảng thông số tọa độ điểm uốn của chân đèn hình vuông

Số điểm uốn Tọa độ Z Tọa độ

Sản phẩm uốn với đầu cụm đầu uốn cũ gặp phải vấn đề sai góc uốn và xước bề mặt ống, dẫn đến việc không đạt yêu cầu kích thước theo bản vẽ cũng như tiêu chuẩn thẩm mỹ khi uốn.

6.2.6 So sánh độ hoàn thiện giữa đầu đẩy ống mới và cũ

Hình 6.58: Ống được đẩy bằng đầu đẩy cũ

Hình 6.59: ống được đẩy bằng đầu đẩy mới

Đầu đẩy mới giúp ống không bị biến dạng, dễ dàng lấy ống ra khỏi đầu uốn, từ đó giảm thời gian và tăng năng suất uốn ống.

6.2.7 So sánh độ hoàn thiện về thay đổi vật liệu ở các chi tiết ống lót và bạc dẫn hướng

Hình 6.60: Ống được uốn bằng vật liệu POM

Hình 6.61: Ống được uốn bằng vặt liệu SKD61

Vật liệu POM có độ ma sát cao, dẫn đến việc ống bị móp khi uốn và bề mặt ống bị xước sau quá trình uốn, làm giảm giá trị kinh tế của sản phẩm.

Vật liệu SKD61, nhờ vào quy trình gia công CNC và đánh bóng tỉ mỉ, mang lại độ bóng cao, giúp bảo vệ ống khỏi hư hỏng khi uốn và đảm bảo sản phẩm có độ thẩm mỹ vượt trội.

Kết quả

6.3.1 Cụm đầu uốn sau khi chế tạo

Hình 6.62: Cụm đầu uốn mới

6.3.2 Đầu đẩy ống với kớch thước ống ỉ19

Hình 6.63: Đầu đảy sau khi lắp ráp

6.3.2 Một số sản phẩm uốn khác sau khi đã gia công hoàn chỉnh

+ Sản phẩm sau khi uốn đảm bảo chất lượng không bị gãy, trầy xước

+ Thời gian gia công rút ngắn

+ Chất lượng sản phẩm có độ chính xác cao

Hình 6.66: Vành bóng rổ size 45cm

Tiêu đề	Hoàn Thiện Máy Uốn Ống CNC
Tác giả	Trần Anh Thoại, Nguyễn Phúc Thiện, Bùi Trọng Thái
Người hướng dẫn	TS. Lê Linh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	9,67 MB