THIẾT kế CHẾ tạo mô HÌNH máy cán, cắt tôn tự ĐỘNG

Về công nghệ cán, cắt tôn ngày nay chủ yếu tập trung vào những vấn đề như tăng tốc độ cán và cắt sử dụng giàn cán nhiều tầng, bên cạnh đó là hỗ trợ đắc lực của các thiết bị phụ như: các

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Trường Đại Học Nha Trang, đặc biệt là các Thầy trong bộ môn Cơ điện tử đã truyền thụ những kiến thức quý báu cho em trong những năm học qua

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Tường, Thầy Đỗ Quốc Chí, giảng viên Trường Đại Học Nha Trang đã tận tâm hướng dẫn, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tập đồ án này

Xin chân thành cảm ơn những người bạn, những người thân đã giúp đỡ và động viên trong quá trình thực hiện đồ án và trong học tập

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC HÌNH iv

LỜI NÓI ĐẦU vi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN, CẮT TÔN 2

1.1.Tình hình thế giới 3

1.2 Tình hình trong nước 3

1.3 Giới thiệu về tôn sóng và nhu cầu sử dụng 3

1.3.1 Giới thiệu về tôn sóng 3

1.3.2 Phân loại 4

1.3.3 Các loại biên dạng tôn thường gặp 4

1.3.4 Vật liệu chế tạo 5

1.4 Nhu cầu sử dụng 5

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CÁN TẠO SÓNG VÀ CẮT TÔN 7

2.1 Công nghệ cán 8

2.1.1 Lý thuyết cán 8

2.1.2 Lý thuyết quá trình uốn 10

2.1.3 Quá trình tạo sóng tôn 14

2.1.4 Sơ bộ về dây chuyền cán tôn tạo sóng 14

2.1.5 So sánh, chọn phương án thiết kế máy và nguyên lý 17

2.1.5.1 Cơ sở tính toán thiết kế biên dạng sóng tôn 18

2.1.5.2 Xác định kích thước con lăn cán 19

2.1.6.Các phương án thiết kế máy, phân tích chọn phương án 19

2.1.7 Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán 20

2.1.8 Thiết kế động học trong hệ thống 24

2.1.8.1 Tính năng kỹ thuật của dây chuyền 24

2.1.8.2 Thiết kế động học 25

2.1.8.3 Thiết kế bộ truyền xích 29

2.1.8.4 Thiết kế trục 31

2.2 Công nghệ cắt 37

2.2.1 Tính toán lực cắt đứt tôn 37

2.2.2 Thiết kế cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa hai trục cán 39

2.2.2.1.Xác định đường kính bulong 40

2.2.2.2 Xác định đường kính dày lo xo 40

2.2.3 Thiết kế thân dây chuyền cán 41

2.2.4 Lắp đặt vận hành bảo dưỡng dây chuyền cán 41

2.3.1 Quy trình chế tạo dây chuyền cán 43

2.3.1.1 Tính áp lực cán 43

2.3.1.2 Tính công suất động cơ 45

2.3.1.3 Lựa chọn phương pháp truyền động 48

2.3.2.Thiết kế chế tạo hệ thống cắt 50

2.3.2.1 Tính lực cắt 50

2.3.2.2 Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống cắt 50

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 53

3.1.Giới thiệu về PLC 54

3.1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC 54

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của PLC 56

3.2 Sơ đồ tổng thể mạch điện hệ thống 64

3.2.2 Encoder 65

3.2.3 Rơ le 66

3.3 Khí nén 67

3.3.1 Van khí nén 67

3.3.2 Sơ đồ điều khiển 68

3.3.3 Sơ đồ giải thuật 68

CHƯƠNG 4 77

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 77

4.1 Kết quả nghiên cứu 78

4.2 Kết luận và hướng phát triển 78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Tính biên dạng sóng nhô cao .18

Bảng 2.2: Tính biên dạng sóng thấp xuống 18

Bảng 2.3: Tính áp lực cán biên dạng nhô cao 25

Hình 2.4: Tính áp lực cán biên dạng thấp xuống 25

Bảng 2.5: Bảng tính các thông số 28

Hình 2.6: Bảng tính momen và công suất 29

Bảng 2.7: Thông số mô hình thực tế 44

Bảng 2.8: Momen mô hình thực tế 45

Bảng 2.9: Thông số trục 45

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Các dạng sóng tôn .5

Hình 2.1: Cán dọc 5

Hình 2.2: Cán ngang 9

Hình 2.3: Trước khi uốn 10

Hình 2.4: Sau khi uốn 10

Hình 2.5: Bộ phận truyền động 15

Hình 2.6: Cán lệch 20

Hình 2.7: Cán đối xứng 20

Hình 2.8: Truyền động bằng dầu ép 21

Hình 2.9: Truyền động bằng cơ khí 22

Hình 2.10: Truyền động bằng trục vít, bánh vít 23

Hình 2.11: Truyền động xích 23

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cắt 24

Hình 2.13: Biên dạng sóng 25

Hình 2.14: Trục 26

Hình 2.15: Trục bị động 32

Hình 2.16:Trục dẫn động 32

Hình 2.17: Biểu đồ lực 34

Hình 2.18: Độ võng trục 36

Hình 2.19: Pittong 38

Hình 2.20: Cơ cấu điều chỉnh khe hở 40

Hình 2.21: Thân máy 41

Hình 2.22: Biên dạng sóng thực 44

Hình 2.23: Trục 44

Hình 2.24: Cặp trục trơn 46

Hình 2.25: Cặp trục một sóng .46

Hình 2.26: Cặp trục ba sóng 47

Hình 2.27: Gối trên .47

Hình 2.28: Gối dưới 47

Hình 2.29: Ổ bi .47

Hình 2.30: Khung gối 47

Hình 2.31: Đế mô hình 48

Hình 2.32: Xích ống con lăn 48

Hình 2.33 Bánh xích 49

Hình 2.34: Truyền động xích 49

Hình 2.35: Dao dưới .51

Hình 2.36: Dao trên 51

Hình 2.37: Mô hình thực tế 52

Hình 3.1: Thanh rack 55

Hình 3.2: Cấu tạo PLC 57

Hình 3.3: Lập trình có cấu trúc 60

Hình 3.4: Hàm thư viện 63

Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện hệ thống 64

Hình 3.6: Các loại Encoder 65

Hình 3.7: Rơle 66

Hình 3.8: Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện 67

Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển 68

Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán 70

Hình 4.1: Mô hình thực tế 79

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển và hội nhập của nền kinh tế đất nước với các nước trong khu vực và thế giới, kể từ những năm đầu của sự nghiệp đổi mới đến nay, nền kinh tế nước ta đã có những chuyển biến rõ rệt, trong đó có ngành công nghiệp nói chung cũng đã có những bước nhảy vọt Bắt đầu từ việc chuyển giao công nghệ tiên tiến của nước ngoài Dưới nhiều hình thức dẫn đến việc nghiên cứu, thay thế một số linh kiện

và từng bước tự động hóa dây chuyền sản xuất Chính điều đó làm tăng tính hiệu quả

về mặt kinh tế, giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà còn nâng cao tính tự lập,

tự cường, phát huy sức mạnh nội lực và khả năng sáng tạo

Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vấn đề xây dựng cơ bản đang được quan tâm, nhu cầu sử dụng tấm lợp ngày càng tăng Đặc biệt là các tấm lợp bằng kim loại (Tôn) Yêu cầu đặt ra đối với các loại sản phẩm tôn ngày càng cao

về hình dạng, màu sắc và kích thước, trong khi đó nước ta chưa sản xuất được tôn mà phải nhập từ nước ngoài Để có những sản phẩm tôn sóng đến với người tiêu dùng có giá thành thấp, mẫu mã đẹp thì việc thiết kế chế tạo một “MÔ HÌNH MÁY CÁN, CẮT TÔN TỰ ĐỘNG” là cần thiết Sử dụng được lao động trong nước mà chỉ nhập tôncuộntừ nước ngoài

Sau một thời gian dài nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy trong Bộ môn

Cơ điện tử và sự tận tình hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Tường, thầy Đỗ Quốc Chí.Chúng tôi đã thực hiên đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CÁN, CẮT TÔN TỰ ĐỘNG” Đề tài được chia thành hai phần riêng biệt, cơ khí và lập trình cho hai người trong một nhóm thực hiện

• Phần thiết kế cơ khí – Vũ Ngọc Tuấn

• Phần lập trình và điều khiển – Ngô Văn Tuấn

Mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo nhưng vốn kiến thức hạn chế, tài liệu khan hiếm, thời gian ngắn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên quá trình thực hiện đề tài không tránh được sai sót Rất mong được sự góp ý của Thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Tường, thầy Đỗ Quốc Chí, các Thầy trong Bộ môn Cơ điện tử, các bạn lớp 48 CKCD đã giúp em thực hiện xong đề tài này

Nha Trang, tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Tuấn

Vũ Ngọc Tuấn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN, CẮT TÔN

1.1.Tình hình thế giới

Công nghệ và thiết bị cán, cắt tôn hiện nay rất đa dạng và phong phú Phần lớn các nhà máy hiện đại trên thế giới đều được tự động hoá ở một mức độ rất cao, cho sản lượng và chất lượng rất tốt

Về công nghệ cán, cắt tôn ngày nay chủ yếu tập trung vào những vấn đề như tăng tốc độ cán và cắt sử dụng giàn cán nhiều tầng, bên cạnh đó là hỗ trợ đắc lực của các thiết bị phụ như: các thiết bị thay trục cán nhanh, áp dụng điều khiển tự động, điều khiển toàn dải cán ngay trong quá trình cán

Về công nghệ cán và cắt tôn các nhà máy được tự động hoá hầu như 100% và sản xuất đồng thời nhiều kích thước về chiều dài, chiều rộng lẫn chiều dày theo một chương trình định sẵn qua máy tính Điều này cho phép đáp ứng một cách linh hoạt các đơn hàng đa kích thước của khách hàng

1.2 Tình hình trong nước

Hiện nay các đất nước ta chưa nhà máy nào sản xuất được tôn tấm, các tấm tôn được nhập khẩu từ các nước như: Úc, Nhật, Đài Loan, Hàn Quốc, Mĩ …Và đã có sẵn lớp bảo vệ oxi hóa gọi là tôn mạ màu, tôn mã kẽm, tôn lạnh Tôn phẳng được sản xuất từng cuộn là chủ yếu, với khối lượng mỗi cuộn khoảng 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định

Công nghệ cán và cắt ở nước ta cũng phong phú và đa dạng Các nhà máy trang

bị những dây chuyền cán cắt tương đối hiện đại, có thể tạo ra nhiều chủng loại tôn khác nhau như: sóng vuông, sóng ngói, và cán cắt theo yêu cầu của người sử dụng Dây chuyền của các nhà máy hiện nay gần như 100% là được trang bị hệ thống cán, cắt tự động, có thể điều chỉnh được số lần cắt và chiều dài theo yêu cầu Nhưng hiện nay rất ít nhà máy được trang bị hệ thống dây chuyền máy cán, cắt tôn tự động nhiều tầng

Đây là một hệ thống dây chuyền mới, trên máy này được trang bị nhiều kiểu cán hình tôn khác nhau.Do đó sẽ đem lại nhiều lựa chọn cho quá trình sản xuất, đồng thời

có thể tiết kiệm không gian nhà xưởng và công nhân điều khiển Đây sẽ là một hướng

đi, hướng lựa chọn và phát triển của nhiều công ty và doanh nghiêp

1.3 Giới thiệu về tôn sóng và nhu cầu sử dụng

Trong cuộc sống hiện nay nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao Người ta sản xuất

và sử dụng rộng rãi, phổ biến nhất là tôn kim loại Đó là những tấm kim loại được dát mỏng, thường được sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm, với chiều rộng từ 0,92m đến 1,2m Tôn được sử dụng nhiều làm tấm lợp che chắn

Để tăng cứng vữngvà thuận tiện khi sử dụng người ta tạo sóng cho nó và vấn đề tạo sóng là cần thiết cho sử dụng Việc tạo sóng tôn cũng là bước công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố.

Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà người ta chọn dạng biên sóng mà tạo sóng thẳng hay sóng ngói.Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và tôn sóng tròn

So với các tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa, miro xi măng, giấy lợp…Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là tôn sóng (sóng vuông, sóng ngói ), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng

-Chiều dài theo yêu cầu

Nhờ những ưu điểm đó, cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng rộng rãi

-Theo công dụng:Loại mái vòm, mái thẳng

-Theo biên dạng: Tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói …

-Theo chiều dày: 0,3mm, 0,4mm, 0,45mm…

1.3.3 Các loại biên dạng tôn thường gặp

+Sóng tròn:

Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao

Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dễ cán, dễ uốn, bền trong không khí nhưng giá thành cao và hiệu lực kém

1.4 Nhu cầu sử dụng

Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp, công nghệ chưa phát triển, vấn

đề tấm lợp chưa được quan tâm Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn ra đời, được cải thiện, và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẵn và có các kích thước

có sẵn Nhưng loại này có giá thành cao, không thuận lợi cho sử dụng nên nhu cầu sử dụng còn hạn chế

Ngày nay khi đời sống được nâng cao từ đó nảy sinh các nhu cầu thiết yếu về xây dựng cơ bản Do vậy vấn đế sử dụng tấm lợp nhất là tôn ngày càng nâng lên Nó đặt ra một số yêu cầu mới về giá tôn chịu nhiệt, tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói

Nhìn chung việc lựa chọn, sử dụng loại tôn nào còn phụ thuộc vào lối kiến trúc xây dựng của công trình Đa số hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (sóng vuông, sóng tròn) phù hợp với thẩm mĩ với nhà thông dụng và công nghiệp Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng ngói có giá thành cao hơn một ít

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CÁN TẠO SÓNG VÀ CẮT TÔN

2.1 Công nghệ cán

2.1.1 Lý thuyết cán

Trong thực tế có nhiều phương pháp gia công bằng áp lực trong đó cán là phương pháp chủ yếu Phần lớn các sản phẩm thép (nhôm, inox ) được sản xuất ra từ các dạng tấm, hình ống, dạng đặc biệt

Khác với phương pháp gia công bằng áp lực khác (kéo, ép, đạp, rèn) kim loaisẽ biến dạng khi gia công.Vì vậy cán là phương pháp có năng suất cao Các máy hiện đại

có khả năng tự động hóa rất cao.Vận tốc cán có thể 20-40m/phút

Công nghệ cán ngày càng hoàn thiện và được sử dụng rông rãi Hiện nay đã hình thành các trung tâm luyện cán tại Thái Nguyên, Biên Hòa, Đà Nẵng, Hải Phòng, Tp HCM Các trung tâm này đáp ứng nhu cầu các loại sản phẩm hiện nay

a Phân loại sản phẩm cán

Việc phân loại sản phẩm cán phải dựa vào thành phần vật liệu Công dụng sản phẩm, tổ chức công nghệ Nhưng đăc trưng nhất của việc phân loại sản phẩm cán là dựa vào hình dáng, tiết diện sản phẩm Hầu hết các nước đều phân loại thành các nhóm sau:

 Loại tấm: được chia thành 3 loại:

-Thép tấm dày: có chiều dày h>=25mm

-Thép tròn có  = (8 – 200) mm Đặc biệt có loại lớn hơn = 300 mm và có loại nhỏ

 = (5 – 9) mm gọi là thép sản xuất thành cuộn

-Thép vuông cạnh (a x a) = [(5 x 250) x (5 x 250)] mm2

- Thép bản có chiều dày: h = (4 – 6) mm

Chiều rộng: (12 – 200) mm

-Thép tam giác đều cạnh và không đều cạnh

• Loại đặc biệt :- Bánh xe lửa

-Vành bánh xe lửa

b Các phương pháp cán

Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo của kim loại giữa các trục cán quay tròn

để nhận được sản phẩm có hình dáng, kích thước và chất lượng nhất định

Căn cứ vào hình dáng, chuyển động và cách bố trí trục cán và chuyển động của phôi kim loại mà quá trình cán có thể chia 3 loại khác nhau

2.1.2 Lý thuyết quá trình uốn

a Khái niệm

Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và được uốn ở trạng thái nóng hoặc nguội Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo hình dáng cần thiết Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻo

Đàn hồi xảy ra khác nhau ở hai mặt của phôi uốn

b Quá trình uốn

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Uốn làm đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ kích thước

Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nắn và co ngắn ở hướng dọc,

bị kéo ở hướng ngang Các lớp kim loại ở phía ngoài chịu kéo và giãn dài ở hướng dọc, bị nén ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hòa

Khi uốn những giải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày, chỗ uốn sai lệch hình dạng tiết diện ngang, lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang

Khi uốn phôi với bán kích góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại

Hình 2.3: Trước khi uốn

Hình 2.4: Sau khi uốn

*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 chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng, đoạn cong đơn giản -Cộng chiều dài các đoạn lại: chiều dài các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, phần cong còn lại được tính theo chiều dài lớp trung hòa

-Chiều dài phôi được tính theo công thức:





: Chiều dài các lớp trung hòa

r: Bán kính uốn cong phía trong

- rngoaìi >= r trong + s

-Với: ε =2,15.105 N/mm2: Modun đàn hồi

s: Chiều dày vật uốn

T: Giới hạn chảy của vật liệu

-Bán kính uốn nhỏ nhất:

21

-Với: : Độ giãn dài tương đối của vật liệu

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

K: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

k s B l

n s B

B1: Chiều rộng của dải tấm

S: Chiều dày vật uốn

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

σ: Giới hạn bền của vật liệu

l: Khoảng cách giữa các điểm tựa

Lực uốn góc tinh chỉnh theo công thức:

P=q.F (N)

p: Áp lực tinh chỉnh (la phẳng) theo chọn bảng

F: Diện tích phôi được tinh chỉnh

-Tóm lại: Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở phần uốn đều chịu biến bạng dẻo mà có phần biến dạng đàn hồi Vì vậy không còn lực tác dụng thì vật uốn không hoàn toàn như dạng cần uốn

*Momen và công suất động cơ trong khi cán kim loại

-Công suất động cơ điện để truyền cho trục dẫn và momen quay

Ndc=Nc + Nms  Nd = Nt  Nd

Mdc = Mc + M’ms  Mdc = M’t  M’d

Trong đó:

Nc ,Mc: Công suất cán và momen cán

Nns ,M’ms : Công suất và momen lực ma sát xuất hiện trong ổ đỡ trục và trong các

cơ cấu truyền động khác

Nd ,M’d Công suất và momen động để vượt qua độ ì cơ cấu

-Hai đại lượng đầu Nc- + Nms hoặc M’c + M’mc không đổi trong quá trình cán gọi

là tải trọng tĩnh của động cơ

-Tải trọng của động cơ Nd- hoặc M’ sinh ra trong thời điểm phôi bị ôm bởi các trục cán

*Momen cán của động cơ

ndc, ntr : Tốc độ quay của động cơ và trục cán (vòng, phút)

Công suất cán (biến dạng dẻo) trên trục cán (công suất trên tâm trục cán)

M M

M M

d P r

P

ms ms

ms ms

2 1

' 2 '

1 '

0 0 0 0 1

D

D d P

Sự mất công do ma sát trong các cơ cấu truyền được tính theo hệ số hữu ích của

bộ truyền bao gồm: bộ phân lực (1 = 0,920- 0.95) hộp giảm tốc ( = 0,95 – 0,97) và trục Spin den với khớp nối trục (3 = 0,99 ) như vậy o = 0,85- 0,93

*Momen tĩnh

i

M M M

M

ms c t

0

1 '

1 '

0 1 '

c t

M

M M

d J

M d'  

(Nm)



 m.R i2

J : Tổng momen quán tính của các kết cấu được truyền từ động cơ

m, RI : Khối lượng, bán kính quán tính của mối liên kết

: Gia tốc góc của các chi tiết quay (l/s2)

dt

dn GD

375

2 '

d

30

d

M'  '  max 

Mdm: Momen định mức của động cơ

k: Hệ số quá tải cho phép của động cơ (k=2-2,5)

2.1.3 Quá trình tạo sóng tôn

Quá trình cán tôn là quá trình cán đặc biệt Nó không làm thay đổi độ dày của tôn tại mọi vị trí Tôn phẳng sau khi đi qua dây chuyền cán nó có biên dạng như yêu cầu Đặc biệt trong quá trình cán tôn, lớp mạ sơn phải được giữ nguyên hoàn toàn không bị phá hủy tại một vị trí nào Với đặc điểm của cán tôn như vậy ta có thể xem quá trình cán tôn như là quá trình uốc liên tục tạo ra hiên dạng yêu cầu Việc tạo ra sóng tôn cũng phải qua nhiều lần cán, từ 4 đến 5 lần làm sao cho bảo đảm biên dạng trong cán tôn, sóng tôn được định hình giữa hai con lăn cán Trong đó một con lăn đóng vai trò

là cối, một con lăn đóng vai trò là chày Giữa cối và chày có chuyển động quay và phôi có chuyển động tịnh tiến Độ sâu của sóng tôn sau mỗi lần phụ thuộc vào độ sâu của chày

2.1.4 Sơ bộ về dây chuyền cán tôn tạo sóng

a Dây chuyền cán

Dây chuyền cán là hệ thống các thiết bị thực hiện nguyên công chính là làm biến dạng dẻo kim loại bằng áp lực để nhận được sản phẩm cán có hình dạng, kích thước yêu cầu

Dây chuyền gồm các bộ phận chính sau:

*Nguồn động lực (động cơ, mô tơ)

Nguồn động lực hay còn gọi là nguồn năng lượng để làm biến dạng dẻo kim loại được truyền đến trục cán từ các động cơ điện Thường dùng động cơ điện chuyên dụng

có thổi gió làm mát Ở dây chuyền cán có tốc độ cán không thay đổi (dây chuyền cán liên tục) thường dùng động cơ đồng bộ (đôi khi dùng động cơ không đồng bộ với bánh đà) Ở dây chuyền cán có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều, nguồn động cơ một chiều được cấp từ bộ chỉnh lưu riêng

*Bộ phận truyền động

Bao gồm: Hộp giảm tốc, khớp nối ,trục và hộp bánh răng trợ lực

-Hộp giảm tốc là bộ phận giảm tốc trục quay khi truyền động từ hộp đến trục cán

-Trục Spendet: Dùng để truyền chuyển động quay từ bộ bánh răng chữ V đến trục cán, sử dụng phổ biến là trục Spendet vạn năng

-Hôp bánh răng truyền lực: là bộ phận chuyển động từ hộp giảm tốc qua các bánh răng chữ V để phân phối cho các trục cán

*Giá cán

Giá cán là bộ phận chủ yếu của dây chuyền cán Bao gồm than giá cán, trục cán,

ổ đĩa cán, bộ phận điều chỉnh lượng ép, hệ thống dẫn phôi, lật phôi cán và các thiết bị phụ khác đặt trên thân giá cán

b Phân loại dây chuyền cán

Có nhiều cách phân loại dây chuyền cán:

*Phân loại theo tên gọi

-Dây chuyền cán phá: Gồm máy cán phá phôi thỏi và phôi tấm

-Dây chuyền cán phôi trung gian: Phôi thường đặt sau dây chuyền cán, dây

chuyền này có nhiệm vụ cung cấp phôi cho máy cán hình

-Dây chuyền cán ra thành phẩm: Gồm các loại máy sau:

+Máy cán cỡ lớn: Máy cán tấm lá

+Máy cán cỡ trung bình: Máy cán ống

+Máy cán cỡ nhỏ: Máy cán hình đặc biệt

+Máy cán dày

*Phân loại theo cách bố trí giá cán:

-Máy cán một giá: Loai này chủ yếu máy cán phá

-Máy cán bố trí theo hàng: Các giá cán đứng theo một hay nhiều hàng ngang -Máy cán bố trí theo chữ Z

-Máy cán liên tục: Phối hợp hai loại máy cán liên tục và theo hàng trong một dây chuyền công nghệ

*Phân loại theo số lượng giá cán

-Máy cán có một giá cán (Máy cán phá)

-Máy có nhiều giá cán (Máy cán lá tấm)

*Phân loại theo số lượng trục cán

Bao gồm: Máy cán hai trục, ba trục, máy cán nhiều trục, máy cán hành tinh, máy cán trục nghiêng

*Phân loại theo chế độ làm việc

-Máy cán quay thuận nghịch có điều chỉnh

-Máy cán không quay theo thuận nghịch có điều chỉnh

-Máy cán không quay thuận nghịch không có điều chỉnh

c Dây chuyền cán tôn và nhu cầu sử dụng

*Dây chuyền cán tôn

Dây chuyền cán là thiết bị gia công áp lực dùng biến dạng dẻo để biến dạng kim loại phẳng thành một sản phẩm hình sóng, tiết diện ngang của các sản phẩm có hình dạng khác nhau, nhưng có đặc điểm là độ dày sản phẩm ở mọi điểm không khác nhau mấy

Trên một dây chuyền cán tôn có nhiều cặp trục nằm liên tiếp nhau Sản phẩm được hình thành từ các tấm hoặc dải lần lượt qua nhiều cặp trục, mà ở mỗi cặp trục cán được tạo hình dần dần tiến đến hình dáng, tiết diện của sản phẩm cuối cùng

Quá trình cán tôn được thực hiện liên tục trên nhiều giá cán đứng liên tiếp nhau trong cùng một hàng dọc Nhờ lực ma sát giữa các con lăn quay và tấm kim loại mà phôi cán chuyển động tịnh tiến ăn liền vào giá cán phía đứng sau Để đảm bảo quá

trình cán diễn ra liên tục thì thể tích kim loại đi qua các giá cán cùng một lúc trong một đơn vị thời gian phải bằng nhau

So với dập, uốn thì việc cán tôn trên máy cán liên tục có những ưu điểm sau: -Năng suất cán cao hơn

-Chiếm nhiều diện tích nhà xưởng

*Nhu cầu sử dụng dây chuyền cán tôn sóng

Do nhu cầu sử dụng tôn ngày càng tăng và để giảm giá thành sản phẩm, chủ động trong đáp ứng nhu cầu của con người về màu sắc, vật liệu, độ dày và chiều dài của tôn,đòi hỏi các nhà sản xuất, kinh doanh phải tìm các phương pháp tối ưu nhất và từ đó hiện nay các phân xưởng cán tôn cũng được xây dựng cơ bản và tiến hành tự động hóa

quá trình sản xuất

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và nhu cầu tấm lợp nói riêng Hiện nay trên địa bàn thành phố Nha Trang đã có một số phân xưởng cán tôn của các công ty tư nhân hoạt động như: Hoa Mai, Hoa Mai Anh, Việt Tiến Các phân xưởng này chủ yếu sử dụng cán tôn một tầng, chuyên cán sóng tôn vuông, sóng tôn tròn, sóng ngói thì do Đài Loan hoặc TPHCM sản xuất

Nước ta chưa sản xuất được các vật liệu làm tôn nên các phân xưởng chủ yếu sử dụng phôi nhập liệu từ nước ngoài Phôi nhập liệu là những tấm dài có chiều rộng từ 0,92mm - 1,22mm Các tấm kim loại có thể được sơn hoặc mạ sẵn và được quấn thành từng cuộn khoảng 5 tấn

Với nhu cầu thực tế hiên nay thì việc thiết kế và sản xuất “Máy cán, cắt tôn tự động” là vấn cần thiết và thực tế

2.1.5 So sánh, chọn phương án thiết kế máy và nguyên lý

Cán tôn là quá trình làm biến dạng kim loại một cách liên tục giữa các cặp trục cán đứng yên liên tiếp nhau Từ đó sản phẩm được hình thành từ những tấm phẳng được trải ra từ cuộn tôn qua nhiều trục cán, mà ở mỗi trục cán được tạo sẵn biên dạng nên sóng dần dần, tiến đến hình dáng và tiết diện yêu cầu

Để thiết lập sơ đồ động của máy, ta dựa vào cách bố trí những con lăn hình sóng tôn, số lượng các cặp trục cán, hệ thống truyền động

Việc chọn thông số sóng tôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố chiều rộng phôi tấm, hình dáng kích thước sóng tôn, chiều rộng tôn sau khi cán, và nhu cầu sử dụng của mỗi người

Hiện nay các loại tấm tôn được sử dụng có chiều rộng: 1200mm, 1070mm, 1000mm, 940mm Chiều dày thường từ 0,25 đến 0,5mm

Các loại sóng tôn thì nhu cầu sử dụng gần tương đương nhau

2.1.5.1 Cơ sở tính toán thiết kế biên dạng sóng tôn

Cần tìm ra qui luật và trình tự tính toán thích hợp cho toàn bộ biên dạng Bắt đầu

từ việc xác định thông số của biên dạng sóng tôn Tiến hành phân tích hai biên dạng sau:

+Biên dạng sóng nhô cao

Sau các lần cán, ta được chiều cao a1 theo yêu cầu, bán kính cong R không đổi, và tương ứng với chiều dài l1 (dây cung l1 )

Ta xét quan hệ giữa các thông số

(l1/2)2 = R2 – (R-a1)2  l12 = 4( R2 – ( R2 – (R –a1 )2

 l1 = 2 a12Ra1

Đối với biên dạng sóng này, khi cán sẽ thực hiện kéo, uốn cả hai phía Để tránh hiện tượng tôn ở vị trí uốn bị ép mỏng ta chọn 4 lần cán, để tạo sự đồng đều trong các lần cán ta cho vị trí số a1 tương ứng 4mm, 9mm, 14mm và 18mm là đủ chiều cao yêu cầu Ta có bảng sau:

A 4 9 14 18

l1 30 42,8 50,75 55,5

Bảng 2.1: Tính biên dạng sóng nhô cao

Đây là sóng tôn giữa, sau đó bố trí các lô cán cho các sóng nhô cao này ở hai bên, việc xác định các kích thước biên dạng cho các sóng này chỉ kéo tôn về một phía và cũng 4 lần cán như trên

2.1.5.2 Xác định kích thước con lăn cán

Muốn xác định kích thước của con lăn cán, ta phải chọn đường kính kích thước danh nghĩa của các con lăn thông qua vận tốc của sản phẩm là V=0,3 m/s

Các con lăn trên trục cán có đường kính không giống nhau và nó theo biên dạng cán nên có đường kính nhỏ và lớn Do vậy khi sản phẩm cán đi qua hai trục cán sẽ có phần vận tốc của tôn khác đi qua vận tốc dài của con lăn cán Do đó sẽ xuất hiện hiện tượng trượt tương đối giữa tôn và con lăn cán

2.1.6.Các phương án thiết kế máy, phân tích chọn phương án

Có nhiều phương án thiết kế máy khác nhau, nhưng tùy thuộc vào cách truyền động, sự phân bố biên dạng trên trục cán Khi cán sóng tôn gợn này, hệ con lăn cán của các sóng gần nhau phải liên tục Để đơn giản ta chỉ biểu diễn con lăn của các sóng

cơ bản còn các sóng trung gian và con lăn trung gian thì ngầm hiểu

2.1.7 Chọn phương án truyền động chính cho dây chuyền cán

Có hai phương án truyền động cho dây chuyền:

-Phương án truyền động bằng dầu ép

-Phương án truyền động bằng cơ khí

*Phương án truyền động bằng dầu ép

-Có khả năng thực hiện chuyển động vô cấp cho chuyển động chính, cũng như

các chuyển động phụ để đảm bảo cho số vòng quay cho cơ cấu chấp hành

- Kích thước gọn nhẹ, trọng lượng và momen quán tính nhỏ

-Dễ đảo chiều và chống quá tải

-Mức độ an toàn cao

-Dễ dàng trong điều khiển tự động

-Tiện lợi cho việc bố trí cơ cấu phụ

*Truyền động bằng cơ khí

1.Động cơ điện 4 Hộp phân lực

2.Khớp nối 5.Hệ trục con lăn

3.Hộp giảm tốc

Hình 2.9: Truyền động bằng cơ khí Những ưu, nhược điểm của phương án này:

-Điều kiện bôi trơn

-Bộ truyền gây ồn ào

+ Chọn phương án truyền động cho dao cắt

Độ dày của tôn sóng luôn nhỏ hơn 1mm Chiều ngang tôn cần cắt lớn hơn 830mm, do vậy hành trình của dao không lớn lắm Chọn dao cắt có lưỡi nằm ngang, lưỡi trên nghiêng với lưỡi dưới một góc 2 đến 6 độ, lúc đó lực cắt giảm đi đáng kể so với hai lưỡi song song nhau Tôn mỏng nên không sợ bị cong vênh Do vậy để thuận lợi cho việc điều khiển tự động, bố trí kết cấu và tận dụng ưu điểm, ta chọn hệ thống pittong xi lanh cho dao cắt

Động cơ Động cơ

Nguyên lý chung cho dây chuyền cắt

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền cắt

2.1.8 Thiết kế động học trong hệ thống

2.1.8.1 Tính năng kỹ thuật của dây chuyền

Để có được biên dạng sóng tôn thì trục cán mang các con lăn cán của dây chuyền cán phải có biên dạng như sóng tôn Khi trục quay tạo sóng thì vận tốc dài của các vị trí trên con lăn cán sẽ khác nhau, vì đường kính tại các vị trí đó khác nhau Để tôn ra khỏi dây chuyền có vận tốc như nhau thì về cơ bản vận tốc điểm tại một ví trí quan trọng chịu áp lực lớn phải bằng vận tốc đó Còn các vị trí còn lại sẽ xuất hiện sự tượng trượt tương đối giữa tôn và con lăn cán

Chỉ truyền công suất cho một trục trong một cặp trục dây chuyền, còn trục cán kia sẽ tự do nhờ áp lực của tôn tác dụng lên sinh ra ma sát sẽ tạo ra mômen quay Dây chuyền cán là loại cán hình loại nhẹ, để đơn giản ta truyền công suất cho một nửa cặp trục Do vậy công suất chung của toàn bộ dây chuyền được tính quy về công suất của bộ truyền xích trên số nửa cặp trục này

Biên dạng sóng tôn được tạo nhờ vào hai con lăn cán Việc thiết kế chế tạo các con lăn cán chia làm 8 loại cho hai biên dạng và có độ sâu theo số lần cán tạo sóng

Để thuận lợi cho việc tính toán thiết kế, ta chọn đường kính danh nghĩa cho các con lăn là D=d=150 mm

Số vòng quay của các trục cán được tính:

n =

150.14,3

3,0.60.1000

60.1000



V d

30

2 , 38 14 , 3 30

B 2 b.

Trong đó: B – Chiều rộng vật uốn

S – Chiều dày của phôi tấm, trong dây chuyền cán tôn này Chiều dày nhất của tôn là 0,5mm ,chọn S=0,5mm

b –Giới hạn bền của vật liệu làm phôi tấm

b<= 400 (N/mm2 )

n-Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến dạng cứng n=1,8

l -Khoảng cách giữa các điểm tựa

Chiều rộng của vật uốn B được tính như sau:

180

.  R

R

l ac

2 arcsin 2 2 sin

Hình 2.13: Biên dạng sóng +Đối với biên dạng sóng nhô cao ta có R = 30

m: Trọng lượng trục cán và các con lăn lắp trên trục

Áp lực kim loại tác dụng lên trục nhỏ nên chọn sơ bộ các kích thước của trục:

D: Đường kính danh nghĩa con lăn

+Mc: Momen cán để làm biến dạng kim loại

Mc = P1 t l

P1: Áp lực kim loại tác dụng lên trục

t: Hệ số tay đòn khi cán hình đơn giản

l1

l2

l3

l (mm)

Mms (N/mm)

Ml (N/mm)

Mc (N/mm)

M (N/mm)

Trục Q

(N)

P1 (N)

l (mm)

Mms (N/mm)

Ml (N/mm)

Mc (N/mm)

M (N/mm)

b Tính công suất động cơ

Nhằm tăng hiệu suất truyền động, giảm công suất tiêu hao qua các bộ truyền bánh và tránh tập trung công suất lớn trên một trục, ta tiến hành tính toán công suất trên các trục Công suất của các trục được tính theo công thức sau:

: Hiếu suất bộ truyền

Tính toán ta được:

Th số Trục

Hình 2.6: Bảng tính momen và công suất

Tổng công suất trên các trục:

068,3

Tra bảng 24 – Hướng dẫn thiết kế chi tiết máy, ta chọn Z1 = 25

Vậy số răng đĩa xích lớn là: Z2 = 3,2 25 = 80

c Xác định bước xích t

*Xác định hệ số điều kiện sử dụng K

K = Kđ Ka Ko Kđc Kb KcTrong đó:

Kđ: Hệ số xét đến tính chất của tải trọng tác dụng Do tải trọng êm nên ta chọn Kđ = 1

Ka: Hệ số xét đến chiều dài xích Chọn Ka = 1 với giả thiết A = (30-40)t

Ko: Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, chọn Ko = 1

Kđc: Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, chọn Kđc = 1,25

Kb: Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn Kb = 1(bôi trơn nhỏ giọt)

Kc: Hệ số xét đến chế độ làm việc Do làm việc 2 ca/ngày,chọn Kc=1,25

200 = 5,24

762.2 + (

= 115,16 Chọn X = 116 ( mắt )

*Tính chính xác khoảng cách trục A:

2 2

)2

12(8)2

21(

2

2Z1[

Z Z Z

Z X

Z X

t

2 2

)2

2580(8)2

8025116(2

8025116[4

4,

2 , 38 25 15

4





X

n Z L

V

=0,54 Tra bảng 27 – Hướng dẫn thiết kế chi tiết máy – Phạm Hùng Thắng

4,25

1

180sin

0 0

180sin

0 0

23,3.15,1.10.6

1

10

1 1 7





N t Z

N

K t

(N) Trong đó: -Kt: Hệ số xét đến tác dụng của trọng lượng xích lên trục

Chọn Kt = 1,15

-N1: Công suất cần truyền

2.1.8.4 Thiết kế trục

a Vai trò của trục trong dây chuyền cán

Trong dây chuyền cán thiết kế, bộ phận để dẫn động mang các lô cán tạo nên biên dạng sóng tôn chính là trục cán Trục cán là một bộ phận chủ yếu trong dây chuyền cán Thông qua tác dụng lực làm biến dạng kim loại và hình thành các biên

dạng sóng tôn như yêu cầu

+Có hai phương án thiết kế trục cán

-Dạng trụ trơn với đường kính và chiều dài nhất định trên đó có các rãnh then để

lắp con lăn cán Các con lăn cán được chế tạo riêng rẽ theo từng dạng tôn, khi lắp vào trục thông qua khe tạo thành khối mang biên dạng tôn Loại này rất thuận lợi cho viêc

kiểm tra và chế tạo

-Dạng trụ cán có biên dạng sóng tôn được trực tiếp chế tạo, nghĩa là trục và con lăn mang biên dạng cùng khối Loại này rất khó khăn trong việc kiểm tra chế tạo và cũng như lắp vào dây chuyền

Từ hai phương án trên nên chọn phương án thứ nhất, với phương án này trong dây chuyền có hai loại trục

-Loại trục ngắn có chiều dài cổ trục bằng nhau để lắp ổ trục Trục này nằm trên là

Công suất của trục cán dài ta chọn trong bộ truyền N = 3,2(kw)

2,38

2.3.10.55,9.10.55,

Thiết kế chung cho cả hệ thống trục dẫn, ta thiết kế một trục trong số các trục

đó Các trục còn lại chọn theo thông số trục thiết kế

d  (mm)

Trong đó: d: Đường kính sơ bộ trục

N: Công suất truyền (kw)

n: Số vòng quay trong một phút của trục (v/p)

c: Hệ số tính toán

Chọn c = 160 (Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm)

Vậy theo công thức ta có:

2 , 38

2 , 3



(N) +Momen uốn tại A:

800000

75,02,

48 1 , 0

3 , 1555626 ]

[ 1 , 0



Mtd

(mm) Chọn d = 70 (m)

*Tính kiểm nghiệm trục

+Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn

-Hệ số an toàn n: