Thiết kế, Chế Tạo Máy uốn ống tự động

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của quá trình biến dạng kim loại, từ đó nêu ra tính đàn hồi khi uốn, tính được lực uốn. Nêu ra các phương pháp uốn và công nghệ uốn, phân tích, lựa chọn phương pháp thiết kế và thiết kế cơ cấu máy uốn hợp lý, phù hợp với thực tiễn. Nêu ra nguyên lí hoạt động và tính toán lực cần thiết để uốn cong ống. Thiết kế mạch điều khiển thủy lực. Giới thiệu và tính toán các phần thủy lực. Dựa vào mạch thủy lực thiết kế mạch điều khiển tự động hóa quá trình uốn. Tính toán sức bền một số chi tiết máy, tính toán thiết kế bộ truyền xích và thiết kế trục. Nêu cách bảo dưỡng, vận hành, các qui định an toàn đảm bảo hoạt động tốt, an toàn cho người sử dụng.

Chương 1:

GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT MÁY UỐN ỐNG

1.1 Giới thiệu về các sản phẩm ống uốn.

1.1.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp.

Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rất rộng rãi dùng để dẫnnhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu,dẫn khí được ứng dụng trong rất nhiềungành như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia

Trong nghành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đường ống cũngđóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoáng sản góp phần tiết kiệmchi phí trong vận chuyển và sản xuất

1.1.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt

Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được ứng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏitính thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox Các sản phẩm như: lan can, bànghế

Một số hình ảnh minh hoạ

Hinh 1 : Sản phẩm ống

Hình 2 : Một số sản phẩm ống

1.2 Mục đích nghiêm cứu

1.2.1 Lý do chọn đề tài

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

cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp thì sảnphẩm ống uốn giữ một vai trò quan trọng vì nó được dùng làm để dẫn nhiên liệu

cả khí lẫn lỏng, đã có những đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia Trong sinhhoạt thì sản phẩm ống uốn được ứng dụng rộng rãi ví dụ làm lan can, bàn ghế,dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt

Vì vậy chúng em quyết định nghiêm cứu tính toán và thuyết kế máy uốn ống

tự động để đáp ứng nhu cầu thực tiễn, phục vụ các ngành công nghiệp và dùngtrong sinh hoạt

1.2.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của quá trình biến dạng kim loại, từ đó nêu ra tínhđàn hồi khi uốn, tính được lực uốn

Nêu ra các phương pháp uốn và công nghệ uốn, phân tích, lựa chọn phươngpháp thiết kế và thiết kế cơ cấu máy uốn hợp lý, phù hợp với thực tiễn

Nêu ra nguyên lí hoạt động và tính toán lực cần thiết để uốn cong ống

Dựa vào mạch thủy lực thiết kế mạch điều khiển tự động hóa quá trình uốn.Tính toán sức bền một số chi tiết máy, tính toán thiết kế bộ truyền xích vàthiết kế trục.

Nêu cách bảo dưỡng, vận hành, các qui định an toàn đảm bảo hoạt động tốt,

an toàn cho người sử dụng

1.3 Tổng quan lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống.

1.3.1 Lịch sử phát triển của ống

Lịch sử của việc sản xuất ống được bắt đầu từ việc sử dụng những khúc gỗrỗng để cung cấp nước cho các thành phố thời trung cổ Việc sử dụng những ốnggang ở Anh và Pháp trở nên phổ biến vào đầu thế kỉ XIX

Những ống thép đúcđầu tiên được tìm thấy ở Philadenphia vào năm 1817 và

ở New York vào năm 1832 Sự phân phối khí cho các đèn khí đảo được tìm thấyđầu tiên ở Anh, người ta đã sử dụng thép tấm cuộn qua con xúc xắc tạo thành ống

và hàn mép lại với nhau

Vào năm 1887 đường ống đầu tiên được làm từ thép Bethkhem ở Mỹ Ốngthép có đường hàn đã được sản xuất thử vào giữa thế kỉ 19 bằng nhiều phương tiệnkhác nhau; quy trình Mannesmanm đã được phát triển ở Đức vào năm 1815 và hoạtđộng có hiệu quả thương mại ở Anh vào năm 1887

Ống thép không hàn được sản xuất lần đầu tiên thành công ở Mỹ vào năm1895

Vào đầu thế kỉ 20 ống thép không hàn đã được chấp nhận rộng rãi khi cuộccách mạng công nghiệp được tiến hành với ngành ô tô, nghành tái lọc dầu, hệ thốngcác ống dẫn, các giếng dầu, các lò hơi phát điện kiểu cổ

Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sự phát triển củangành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khả năng chịu được những điều kiệnđòi của môi trường như là: nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các áp dụng chịu áp lực vàdải nhiệt thay đổi Ống thép đã được sử dụng một cách tin cậy trong các ngành côngnghiệp quan trọng; các đường ống từ Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử

1.3.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống

Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống làLiên Xô (20 triệu tấn) Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản(10,5 triệu tấn)

Việc sản xuất các sản phẩm thép dạng ống sẽ duy trì được ở mức độ trên làphụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giới như là nghành khai thác dầu,xây lắp các nhà máy điện, công nghiệp sản xuất ôtô Ví dụ như, ở những vùng kinh

tế có giá dầu thấp do vậy ít có nhu cầu khoan thêm các giếng dầu Kết quả là nhucầu sản xuất ống thép cho nghành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống

Một ví dụ tương tự là sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp Tổngsản lượng trên toàn thế giới là sự tổng hợp các ảnh hưởng từ các khu vực kinh tế địaphương ở từng nước trên toàn thế giới

1.3.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống.

Từ xưa con người đã biết sử dụng những vật thể tròn xoay bằng đá hoặc bằng

gỗ để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đường, ép các loại dầu lạc, hướngdương Những vật thể tròn xoay này dần được thay thế bằng nhôm, thép, đồngthau và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắptrên các máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triểnthì nó ngày càng được hoàn thiện dần ví dụ như ban đầu các trục cán còn dẫn độngbằng sức người, nhưng khi sản xuất đòi hỏi năng xuất cao hơn thì máy ngày càng

to hơn thì con người không thể dẫn động được các trục cán này thì ta lại dẫn độngbằng sức trâu, bò, ngựa Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng công xuất động cơ là

mã lực (sức ngựa)

Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán nói chung được chuyển sangdùng động cơ hơi nước Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì vậysản phẩm cán, uốn được phong phú hơn trước có cả thép tấm, thép hình, đồng tấm,đồng dây Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu vật liệu thép tấm phục vụcho công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà chiếc máycán 4 trục đầu tiên ra đời vào năm 1870 Sau đó là chiếc máy cán 6 trục,12 trục, 20trục và dựa trên nguyên lý của máy cán thì máy uốn được ra đời trong các loại máy

Từ khi điện ra đời thì máy cán được dẫn động bằng động cơ điện, đến nay cónhững máy cán có công suất động cơ điện lên đến 7800 (KW).

Ngày nay do sự hoàn thiện và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật chonên các máy cán được điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động làm việc theochương trình điều khiển

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI

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 cácgiai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Tùy theo từngcấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khácnhau : 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 3 : Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể+ Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng.Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên

tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực,

P

P

PP

+ Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đànhồi, 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 phầncòn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c) Trên mặttrượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúngbằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vịtrí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng tháiban đầu

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mớiđối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d) Các nguyên tửkim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt songtinh Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếugây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độnguyên tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có songtinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơntinh 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 bằnghoặc 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 tươngđối với nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặttrượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

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

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

2.1.1.1 Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tửkhác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạngthường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chứccản 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 lệchmạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

2.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăngnhiệt 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 phakém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao Khi nungthép từ 20  1000C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 1004000C độ dẻo giảm nhanh,

độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt độ này thì độdẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng cao thì sứcchống biến dạng càng lớn

2.1.1.3 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) Khinhiệt độ kim loại đạt từ 0,250,30 Tnc (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xô lệchmạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi) Nếunhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổchức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiệnhơn nên độ dẻo tăng

2.1.1.4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loạichịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đườnghoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng

2.1.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chaicứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độnguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lạithì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biếndạng, 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 trênmáy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhưng độ biếndạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn

2.1.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo

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

Hình 4 : Các dạng ứng suất chính Ứng suất đường : max = 1/2 (1.1)

Ứng suất mặt : max = (1 - 2)/2 (1.2) Ứng suất khối : max = ( max - max ) (1.3) Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và không có biến dạng Ứng suất chính để kim loạibiến dạng dẻo là biến dạng chảy ch

Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường :

1



= ch tức max = ch/2 (1.4) Khi kim loại chịu ứng suất mặt :

2

 

= ch (1.5)

Khi kim loại chịu ứng suất khối :

min

= max (1.6)Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi Thế năng của biến dạngđàn hồi

A = A0 + Ah (1.7)Trong đó :

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

Ah : thế năng để thay đổi hình dáng vật thể Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc đượcxác định:

A = (11 + 22 + 33 ) /2 (1.8)Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc:

1 = E

1[ 2 - (2 + 3 ) (1.9)

2 = E

1[ 2 - (1 + 3 ) (1.10)

3 = E

1[ 3 - (1 + 2 ) (1.11)Theo (1.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị:

A = E2

1[ 12 + 22 + 32 - 2(12 + 23+ 13 )Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biếndạng trong 3 hướng cùng góc:

F

F

 = 1 + 2 + 3 = E



21

Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể:

Ah = A - A0 = E6

1

[(1-2)2 +(2-3)2+ (3-1)2] (1.14)Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:

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

2 =  (1 + 3) Khi biến dạng dẻo (không tính đến đàn hồi) thể tích của vật không đổi

Vậy V=0

Từ (1.12) ta có : E



21

1 - 3 = 3 0

2



= 0,580 (1.18) Trong trượt tinh khi 1 = -3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứngsuất tiếp khi  = 450

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

1 - 3 = 2k = const

Giãn dài

Độ bền

0 20 40 60 80%

100 80 50 40 20

2k = 3 0

2



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

Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo (1.18) chính xác nhất làđược viết:

1 - (3) = 2k

2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội

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

Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơhọc của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kimloại hầu như mất hết tính dẻo

Hình 5: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng

2.1.4 Biến dạng dẻo và phá hủy

Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều

a'' a'

Hình 6: Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loai

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

- Khi tải trọng đặt vào lớn F > Fđh , 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 tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, 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

2.2 Khái niệm uốn

2.2.1 Định nghĩa

Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phôi

có dạng cong hay gấp khúc,phôi có thể là tấm, dài ,thanh định hình và được uốn ởtrạng thái nguội hoặc trạng thái nóng Trong quá trình uốn phôi được biến dạng dẻotừng phần dể tạo thành hình dáng cần thiết

Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khácnhau của phôi uốn

2.2.2 Quá trình uốn

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Uốn làm thay đổihướng thớ của kim loại, 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 và đồngthời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lựckéo Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hoà không bị ảnh hưởng bởi lực kéo

nó vẫn ở trạng thái ban đầu Ta sử dụng lớp trung hoà để tính sức bền của vật liệukhi uốn

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

Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưngkhông có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộnglớn sẽ chống lại biến dạng theo hướng ngang

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

Hình 7 :Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn

Hình 8 : Phôi ống sau khi uốn

2.2.3 Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biếndạng dẻo mà có một phần còn lại chịu biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không còn lựctác dụng lên phôi thì vật uốn có trở về hình dạng ban đầu





Hình 9 :Tính đàn hồi khi uốn Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn saukhi thực hiện quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vậtliệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu

2.2.3.1 Xác định chiều dài phôi uốn

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

- Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn congđơn giản

-Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, cònphần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

Chiều dài phôi được xác địnhk theo công thức:



chiều dài các lớp trung hòa

- r : Bán kính uốn cong phía trong

rngoài>= r trong + s

E = 2,15.105 N/mm2: modun đàn hồi của vật liệu

S: Chiều dày vật uốn

T : giới hạn chảy của vật liệu

- Bán kính uốn nhỏ nhất:

21

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

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

2.2.4 Công thức tính lực uốn

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu Trị số lực và lựcphẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do

1 1

2

l

n s B

P b  b

(N)

l

n s

k1  .

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

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày vật uốn

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

b : giới hạn bền của vật liệu

l : Khoảng cách giưã các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

P = q.F ( N )

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

- F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

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

đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở dạng đàn hồi Vì vậy không còn lựctác dụng thì vật uốn sẽ không giữ được kích thước và hình dáng như ban đầu

Chương 3:

CÁC THIẾT BỊ UỐN VÀCÔNG NGHỆ UỐN

3.1 Các phương pháp uốn ống

3.1.1 Uốn kiểu ép đùn vào ống

Kiểu ép đùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cảcác phương pháp uốn ống

Hình 10: Mô hình uốn kiểu ép đùn Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định Bộ phận uốn chuyển động về giữatrục ống và tiến hành bẻ cong ống Phương pháp này có thiên hướng làm biến dạng

cả mặt trong và mặt ngoài của ống Phôi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳ thuộcvào độ dày của vật liệu Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện hoặcchứa các dây nối tới đèn chiếu sáng

Hình 11 : Bộ phận máy uốn ép đùn

3.1.2 Uốn kiểu kéo và quay

Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đườngkính của ống uốn là không đổi trong quá trình uốn

Hình 12 : Mô hình uốn kiểu kéo và quay Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã đượcxác định sẵn từ trước Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốncác tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận củakhung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác.

3.1.3 Uốn kiểu có chày uốn

Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hư hỏng vàbiến dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được

Hình 13 : Mô hình uốn kiểu có chày uốnCác phôi ống được đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ linh động trong ống, chàyuốn bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và méo mó Ống được bẻ cong quapuly uốn được cố định trên các má uốn để đảm bảo quá trình uốn được thực hiện tốtnhất

Phương pháp này được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau: ống

xả, ống tubin, ống dẫn nước, dẫn dầu trong hệ thống thủy lực Những nơi khôngcho phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn

Hình 14 : Máy uốn kiểu dùng chày uốn

Kiểu uốn này được sử dụng để chế tạo ra trục tang lớn, các ống hút và xả trêntàu thủy các vật có bán kính đường tâm rất lớn

Hình 16 : Bộ phận máy uốn kiểu trục lăn

Chương 4:

THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG TỰ ĐỘNG

A PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 4.1 Phân tích các phương án

4.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn

- 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

4.1.2 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lí

Máy uốn ống cỡ lớn dùng để uốn các ống có đường kính từ 20-110 (mm)và

có độ dày lớn nhất là 10 (mm) do đó ta phải lựa chọn phương án truyền động và lựachọn cơ cấu máy hợp lí

4.1.2.1 Lựa chọn phương án truyền động.

Để thực hiện công tác kéo má động khi uốn ta có thể bố trí dạng truyềnđộng là: truyền động bánh răng, sử dụng hệ thống thủy lực

 Phương án 1 : Truyền động bánh răng.

Khi mở máy thông qua hộp giảm tốc chuyển động được truyền đến trụcuốn làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn

- Nhược điểm: Kết cấu máy rất phức tạp, cồng kềnh, khó điềukhiển, quá trình kẹp và nhả kẹp của các cơ cấu uốn phức tạp

- Sơ đồ nguyên lí:

2 Má tĩnh 4 Xi lanh kéo uốn

-Sử dụng các xi lanh thủy lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quátrình kẹp nhả ống

-Ưu điểm: Kết cấu máy đơn giản, máy có công suất lớn,truyền động vớikhoảng cách lớn Chuyển động đi về (thực hiện uốn) và chuyển động kẹp chặt dễdàng

-Nhược điểm: Do xilanh kéo uốn và xi lanh kéo về thực hiện quá trình kéoxích vòng qua đĩa xích do đó chiều dài của xilanh và cần pittong phải khá lớn.Vậy ta lựa chọn phương án thiết kế máy là sử dụng hệ thống thủy lực

4.1.2.2 Lựa chọn kết cấu máy hợp lí

* Lựa chọn các loại đầu kẹp ống

Có 2 loại đầu kẹp ống: Đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sửdụng các má kẹp

- Đầu kẹp sử dụng con lăn:

Các máy uốn ống sử dụng đầu kẹp này chủ yếu là các máy có công suất be.Khi uốn ma sát sinh ra trên ống kẹp và puly uốn nhỏ (ma sát lăn) Nhược điểmcủa loại này là khi các ống có kích thước lớn thì kết cấu puly cồng kềnh vàđầu kẹp sẽ lớn

- Đầu kẹp sử dụng các má kẹp:

Các má kẹp này có kết cấu khá đơn giản có thể dùng kẹp các ống có đườngkính lớn nhưng nhược điểm của nó là tạo ra lực ma sát lớn khi uốn (ma sáttrượt) Để hạn chế ma sát trượt trên má kẹp vì dễ làm hư hỏng ống khi ống trượttrên má kẹp (đặc biệt là các ống inox mỏng) ta thiết kế bộ phận dẫn động cho

má kẹp (ở trên má kẹp tĩnh nhưng kết cấu khá phức tạp)

Hình19: Má kẹp

*Cách bố trí các xi lanh uốn

-Máy chỉ sử dụng một xi lanh

5

Hình 20: Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh

1 Đĩa xích cố định trên thân máy

2 Xi lanh

3 Khớp nối

4 Xích

5 Đĩa xích gắn trên trục má động

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

1 xilanh cho quá trình 1 xi lanh cho quá trình chuyển động đi về của má uốn.Nhưng hạn chế của nó là bố trí của máy và xích kéo dài, công suất máy khá bé.-Máy sử dụng 2 xi lanh

5

Hình 21: Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh

2 Khớp nối 5 Xi lanh kéo về

3 XíchVới cách bố trí này máy uốn có công suất uốn khá lớn bố trí máy khá đơngiản vì dùng xích kéo ngắn truyền công suất lớn

Kết luận: Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn vì vậy ta thiết kế máy sử dụng

các má kẹp và bộ truyền xích hở sử dụng 2 xilanh cho hành trình đi và về của

và nhận chuyển động do pitong kéo xích truyền sang đĩa xích

-Đầu trượt có gắn má kẹp có xẻ rãnh để tăng ma sát trong quá trìnhkẹp, uốn Đầu trượt có nhiệm vụ cùng với pu li uốn giữ chặt ống trong khi máđộng chuyển động quay (đây là bộ phận nhanh hỏng trong máy uốn vì ma sát rấtlớn trong khi uốn)

*Má tĩnh

-Má tĩnh cùng với chày uốn và má động có nhiệm vụ kẹp chặt ống.-Má tĩnh gồm có nhiều má kẹp có chiều dài lớn hơn má động đểđịnh hướng và kẹp chặt

*Chày uốn

-Chày uốn dùng để chống dập cho ống có đường kính phù hợp vớicác ống khác nhau

*Cơ cấu dẫn động chày uốn

-Gồm có pít tông xi lanh dẫn động dùng thay đổi khoảng cách củachày uốn so với các má kẹp Các con lăn đỡ chày, đỡ ống được bố trí trên thân máy

*Xylanh dẫn động đầu trượt má động

Dẫn động đầu trượt chuyển động tịnh tiến để kẹp chặt

*Xylanh dẫn động đầu trượt má tĩnh

*Động cơ điện

*Các van điều khiển (van SOLENOID) và Các cữ hành trình

Điều khiển hoạt động của máy là các van điều khiển theo hành trìnhuốn và chuyển động tịnh tiến của các xilanh Các cữ hành trình đảm bảo an toàn chomáy

B TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC

4.2 Tính lực cần thiết để uốn cong ống

4.2.1 Sơ đồ nguyên lí của máy uốn ống

5

6 7 8

9 11

10

12 13

6 Má kẹp puly uốn 14 Xi lanh dẫn chày uốn

8 Má kẹp đầu trượt

5 4

3 2 1

Hình 23: Sơ đồ nguyên lí má động máy uốnTrong đó:

4 Ổ bi

4.2.2 Nguyên lí hoạt động của máy uốn ống

Kết cấu má động là một khối gồm có thân má động làm bàn trượt cho đầutrượt, trục má động có gắn đĩa xích bằng then và được dẫn động lui về bằng 2 xilanh, má động được đỡ trên thân máy thông qua 2 ổ đỡ Khi uốn, đầu trượt máđộng kết hợp pu ly uốn kẹp cứng phôi ống, đầu kẹp má tĩnh kết hợp với chày uốn

và pu ly uốn để giữ thẳng ống uốn Khi xi lanh kéo đĩa xích chuyển động, máđộng chuyển động quay và bẻ cong ống, ống được quay quanh pu ly uốn tạo thànhbán kính uốn và trượt chày uốn

4.2.3 Tính toán lực uốn cong ống

4.2.3.1 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 vàcông suất động cơ điện

+ Thép gia công CT3 có chảy = 25 KG/mm2; b = 36 KG/mm2

+ Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 110 (mm)

+ Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm)

+ Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm)

4.2.3.2 Sơ đồ lực của quá trình uốn

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

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

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

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

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

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

4.2.3.2.2 Tính lực uốn cong được ống :

- Đường kính phôi ống lớn nhất là: Dmax = 110 (mm)

- Đường kính phôi ống nhỏ nhất là: D min = 20 (mm)

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

các má kẹp không có rãnh tăng ma sát thì Ks = 2.) Ta chọn má kẹp có xẽ rãnhvậy Ks = 2

32

110.14,

Để uốn được ống thì ứng suất do lực Q sinh ra phải thắng ứng suất chảy của vật

Ta chọn loại thép uốn là loại thép CT38 có  0,2 = 250 (N/mm2)

Trong quá trình sử dụng ta uốn nhiều loại vật liệu khác nhau có  0,2 thay đổi do

đó ta lấy giá trị Qu = 1,5 Qmin = 1,5.102967,14 = 154450,71 (N )

c) Tính phản lực tại các điểm uốn:

154450,71(

- 450V

0154450,71

- VV

B

B Á

=> VA = -60064,2 (N)

VB = 214514,9 (N)

d) Tính lực ma sát tại má tĩnh

Khi bẻ cong ống thì ống bị ma sát trên má kẹp tĩnh

Chọn hệ số ma sát trượt cho cặp vật liệu thép - thép là: = 0,15 (Cẩm nang

kỹ thuật cơ khí-tr38)

FmsA =  VA = 0,15.60064,2 = 9009,18 (N) => FmsA = 9009,18 (N)

e) Tính 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 lăn cho cặp vật liệu thép - thép là: = 0,15 (Cẩm nang kỹ thuật

cơ khí-tr38)

FmsB =  VB = 0,15.214514,9 = 32177,24 (N)

=> FmsB = 32177,24 (N)

f) Tính lực kéo má động quay quanh trục của nó ( khi có tải)

Giả thiết khối lượng của má động thiết kế có khối lượng là 300 (Kg), chiềudài thiết kế của má động là 1200 (mm), trọng tâm của má đặt tại vị trí cách trụcquay 400(mm) Đường kính đĩa xích Dx = 400 (mm) Khoảng cách của 2 ổ đỡ máđộng là a+b (mm) Khoảng cách từ điểm đặt lực tới trục uốn là e = 300 (mm)

Sơ đồ tính toán:

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:

(N) 9009,18

F

(N)214514,9

V

(N)60064,2

XE = 69503,1 (N) ZE = -234676,1 (N)

XF = -151875,88 (N) YF = 3000 (N) ZF = 80225,4 (N)

PK = -262565,38 (N)

Sau khi thực hiện quá trình uốn, má động được kéo về vị trí ban đầu nhờ xi lanhkéo về do khi kéo về chỉ cần thắng mô men quán tính tĩnh của má động, và do kếtcấu của máy thiết kế có hành trình đi và về của pittong giống nhau (chiều dài củacần pittong lớn) nên ta chọn lực kéo về Pkv=(1/3)Pk = (1/3).262565,38 = 87521,8(N).

Truyền động thủy lực là một hệ thống truyền động dùng môi trường chấtlỏng (các loại dầu) làm khâu trung gian để truyền dẫn Truyền động được thực hiệnbằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng Sau đó biến đổithế năng của dầu thành động năng để thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnhtiến.

Bất kỳ một hệ thống truyền dẫn thủy lực nào cũng có hai phần chính là :

- Cơ cấu biến đổi năng lượng (Bơm , động cơ , xi lanh)

- Cơ cấu điều khiển , điều chỉnh (các loại van )

Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác để đảm bảo hệ thống làm việc Phầnlớn các thiết bị cơ cấu trong truyền dẩn thủy lực đã được tiêu chuẩn hóa Nên việcthiết kế, tính toán và lựa chọn sao cho phù hợp với thiết kế máy trên

So với các loại truyền dẫn khác, truyền dẩn thủy lực có nhiều ưu điểm hơnlà:

- Kết cấu nhỏ gọn, các phần tử dẫn và không dẫn không phụ thuộc nhau

- Tự động hóa dể dàng

- Dễ đề phòng quá tải nhờ các van toàn

- Truyền được công suất cao, lực lớn, độ tin cậy cao

-Có khả năng giảm khối lượng và kích thước của máy

- Điều khiển vô cấp,dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặctheo chương trình

- Nhờ quán tính nhỏ nên hoạt động ít gây ra tiếng ồn

Nhược điểm của hệ thống thủy lực:

- Chi phí thiết kế máy lớn