thiết kế chế tạo máy cán uốn ống thép (cuot - 3.0)

1 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Với mục tiêu chế tạo ỘMáy cán uốn ống thépỢ là máy gia công thép hình ựa năng hoàn toàn bằng nguồn lực có sẵn trong nước có giá thành phù hợp,gồm các nội

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý của hội đồng nghiệm thu)

ĐỀ TÀI:

” THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CÁN UỐN ỐNG THÉP”

( CUOT-3.0 )

CHỦ NHIỆM ðỀ TÀI

CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ

(Ký tên/đĩng dấu xác nhận) (Ký tên/đĩng dấu xác nhận)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 4 / 2009

1

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Với mục tiêu chế tạo ỘMáy cán uốn ống thépỢ là máy gia công thép hình ựa năng

hoàn toàn bằng nguồn lực có sẵn trong nước có giá thành phù hợp,gồm các nội dung chắnh như sau:

- Trên cơ sở khảo sát các qui trình sản xuất cán nguội,uốn nguội thép hình và các máy chuyên dụng tạo sản phẩm trong dây truyền sản xuất thuộc lĩnh vực sản xuất sản phẩm kim khắ của công ty cũng như một số công ty khác thuộc thành phố Hồ Chắ Minh và tỉnh Bình Dương,các bộ phận công tác tạo sản phẩm của máy gia công thép hình ựa năng ựược thiết kế chế tạo tương tự các bộ phận công tác của các máy chuyên dụng

- Chế tạo máy cán uốn ống thép ( CUOT-3.0 )

- Vận hành và ựiều chỉnh các thông số làm việc của máy

- đánh giá kết quả ựạt ựược như:ựộ chắnh xác,năng suất,chất lượng sản phẩm,Ầ

- Thảo luận kết quả ựạt ựược và hướng phát triển

- đề xuất các biện pháp hoàn thiện máy

2

SUMMARY OF RESEARCH CONTENTS

With the object of making “ rolling and bending steel pipe machine” is multi purpose figures steel working machine completely by available resources of domestic that have resonable price These are some main contents as follow:

- Base on surveying manufacturing process of cold-rolling and cold-bending figure steel and special machines that making products on manufacture line belong to manufacture products of metal wares as well as others belong to HCMC and Binh Duong province Working parts of multi purpose figures steel working machine is designed similar as working parts of special machines

- Design

+ Driven distribution part

+ Rolling shaped part

+ Bending part

+ Ascimet bending part

- Making rolling and bending steel pipe machine ( CUOT-3.0)

- Operation and adjusting operation factor of machine

- Evaluation of obtainment result such as: accuracy, capacity, quality of products, ect…

- Dicusstion of obtainment result and development way

- Proposing machines finishing measures

3

MỤC LỤC

Trang

Danh sách hình 4

Bảng quyết toán kinh phí 5

Phần mở ñầu 6

Chương I : Tổng quan 8

Chương II : Nội dung nghiên cứu 14

Chương III : Tính toán và thiết kế 18

Chương IV : Kết luận và ñề nghị 33

Tài liệu tham khảo 36

Phụ lục 37

1.10 Máy làm việc tạo sản phẩm cán định hình 13 1.11 Máy làm việc tạo sản phẩm uốn vịng 13 1.12 Máy làm việc tạo sản phẩm uốn acsimet 13 2.1 Sơ đồ truyền động máy cán uốn ống thép 15 2.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng kỹ thuật số 15 2.3 Sơ đồ nguyên lý hộp truyền động trung gian 17 2.4 Sơ đồ các chi tiết bộ phận cán tham gia cơ cấu gài truyền động

trung gian

17

3.2 Hộp truền động trung gian 19

3.4 Cụm dẫn hướng phôi cán 20

3.10 Cụm thân bộ phận uốn vòng 25

3.14 Lưu đồ giải thuật tổng quát 28

3.16 QTCN chế tạo máy CUOT-3.0 31

5

BAỹNG QUYEÁT TOAÙN KINH PHÍ

ứeà taụi : Thieát keá cheá taỉo maùy caùn uoán oáng theùp (CUOT-3.0)

Chuũ nhieảm ựeà taụi : Kyõ sỏ Leâ Vieảt

Cô quan chuũ trì : Cty CP Cô khắ vaụ ứuùc kim loaỉi Saụi Goụn (SAMECO)

Thôụi gian ựaêng kyù : 2005 - 2006

Toăng kinh phắ ựỏôỉc duyeảt : 92.300.000 ựvn

Kinh phắ caáp ựôỉt I : 82.300.000 ựvn (Theo thoâng baùo soá : 223 / TBKHCN

ngaụy 18 thaùng 11 naêm 2005)

Kinh phắ cấp trong năm

Kinh phắ quyết toán trong năm

Xét duyệt,giám ựịnh,nghiệm thu

Hội nghị,hội thảo

đánh máy tài liệu,VPP

Giao thong liên lạc

9.000 10.000

6

PHẦN MỞ ðẦU

1 Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo máy cán uốn ống thép” (CUOT-3.0)

Chủ nhiệm đề tài : Lê Việt

Cơ quan chủ trì : Cty Cổ phần Cơ khí và Đúc kim loại Sài Gòn

Thời gian thực hiện đề tài : 12 tháng

Kinh phí được duyệt : 92 300 000 đvn

Kinh phí đã cấp: 82 300 000 đvn(theo TB số:223/TBKHCN ngày 18 / 11 /2005)

2 Mục tiêu :

Việc thiết kế chế tạo máy CUOT-3.0 với mục tiêu hình thành máy gia công thép hình đa năng thực hiện ba dạng sản phẩm cán hình,uốn vòng,uốn acsimet trên cùng một máy,tự động hĩa các chế độ làm việc của các bộ phận chức năng tương tự máy nước ngoài đã giới thiệu tại Việt Nam qua catalog

3 Nội dung :

+ Thiết kế chế tạo bộ phận phân phối truyền dẫn động đảm bảo các thơng số làm việc như số vịng quay,vị trí gĩc quay cho các bộ phận cơng tác tạo sản phẩm chính xác

+ Thiết kế chế tạo bộ phận cán nguội định hình phôi thép dạng ống,thanh có tiết diện vuông, chữ nhật, tạo thành sản phẩm thép hình có sai lệch giới hạn kích thước cơ bản của tiết diện trong phạm vi sai lệch giới hạn của phôi

+ Thiết kế chế tạo bộ phận uốn vòng các ống thép,thanh thép thành các cung tròn,vòng tròn mà kích thước cơ bản của tiết diện thay đổi trong giới hạn cho phép

+ Thiết kế chế tạo bộ phận uốn các thanh thành các vòng acsimet (vòng xoắn ốc – bán kính thay đổi) mà kích thước cơ bản của tiết diện thay đổi trong giới hạn cho phép

4 Sản phẩm của đề tài :

- Báo cáo kết qủa chi tiết của đề tài (03 bộ)

- Báo cáo tóm tắt và kiến nghị (06 bản)

- Đĩa CD-Rom ghi toàn bộ kết kết quả nghiên cứu của đề tài (03 đĩa)

- Bảng quyết toán kinh phí đề tài (03 bộ)

- Máy cán uốn ống thép (01 máy)

7

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

1- Cán định hình,uốn vòng,uốn acsimet

Là các nguyên công của phương pháp gia công kim loại ở trạng thái nguội bằng áp lực.Nhờ tính chất biến dạng dẻo của kim loại thông thường sử dụng các máy chuyên dụng và các khuôn khác nhau tùy thuộc vào loại sản phẩm để tạo ra lực cần thiết làm biến dạng vật liệu kim loại dạng tấm,dải(thanh),ống tạo thành sản phẩm cần thiết có tên chung là sản phẩm kim khí

1.1- Cán định hình: Là hình thức biến dạng tạo hình,làm thay đổi hình dạng cục bộ của phôi bằng cách phân bố lại và dịch chuyển thể tích kim loại,nhưng kích thước cơ bản(kích thước axb,hình 1.2)của tiết diện phôi và tiết diện sản phẩm là như nhau,được thực hiện trên máy cán hai trục chuyên dụng có sơ đồ nguyên lý như hình 1.1

Hình 1.1- Nguyên lý cán định hình trên máy cán chuyên dụng

Phôi kim loại dạng tấm ,thanh,ống có tiết diện vuông,chữ nhật,có các bề mặt phẳng được cấp vào họng cán tạo bởi cặp trục cán,phần họng cán trên mỗi trục cán được gia công đặc biệt hình thành những gờ lồi có dạng vân cần chép hình lên bề mặt phôi để tạo ra sản phẩm.Cặp trục cán kéo phôi qua họng cán chép hình lên bề mặt phôi và đẩy sản phẩm qua các cụm lô nắn đứng,cụm lô nắn ngang để nắn thẳng sản phẩm

9

Hình 1.3- Sơ đồ nguyên lý tạo sản phẩm uốn vòng Vật liệu có bề dày trên 2mm được thực hiện trên máy uốn vòng ba trục,có một trục lô ép và hai trục lô đỡ được dẫn động quay.Trục lô ép được bố trí phía trên giữa hai trục lô đỡ.Phôi dạng thanh,ống có tiết diện vuông,tròn,chữ nhật hoặc thanh thép hình có thành,gân được đặt trên hai lô đỡ.Lô ép được đưa vào vị trí ép đã xác định tạo bán kính uốn cho sản phẩm bởi cơ cấu vít me đai ốc (hoặc xylanh thủy lực tùy theo máy chuyên dụng).Các lô được thay thế thích hợp tùy theo tiết diện phôi đưa vào uốn.Hai trục lô đỡ kéo phôi chắc chắn không trượt thực hiện uốn tạo sản phẩm.Tháo sản phẩm ra khỏi máy khi đã nâng lô ép trở về vị trí ban đầu

Các dạng sản phẩm của máy uốn vòng ba trục chuyên dụng như hình 1.4

Hình 1.4- Dạng sản phẩm của uốn vòng 1.3- Uốn acsimet: Là hình thức biến dạng uốn,làm cho phơi phẳng ,thẳng thành chi tiết cong,được thực hiện chép hình theo khuôn trên máy uốn chuyên dụng có sơ đồ nguyên lý tạo sản phẩm như hình 1.5

Phôi kim loại dạng thanh có tiết diện vuông,tròn,chữ nhật được kẹp chặt cố định với gale nhờ chốt kẹp lệch tâm.Gale có biên dạng xoắn ốc acsimet gá cố định trên đầu trục quay.Qúa trình uốn tạo sản phẩm,gale quay kéo phôi quay theo, mặt khác thân phôi luôn tựa vào thân gối lăn tựa làm cho phôi uốn theo biên dạng gale hình thành sản phẩm.Sản phẩm được tháo sau khi dịch chuyển vị trí của gối tựa lăn

và mở chốt lệch tâm

Sản phẩm của uốn acsimet như hình 1.6

10

Hình 1.5- Sơ đồ nguyên lý tạo sản phẩm uốn acsimet

Hình 1.6- Dạng sản phẩm của uốn acsimet

2- Máy cán uốn ống thép

Đối với các nước có công nghệ tiên tiến như: Đức, Nhật, Hàn Quốc…hay một số

nước có ngành sản xuất sản phẩm cơ kim khí xuất khẩu đã phát triển trước ta như:

Trung Quốc, Đài Loan, Thái Lan… Đã sản xuất nhiều máy chuyên dùng và máy

gia công thép hình đa năng tạo sản phẩm cán nguội định hình,uốn vòng,uốn

acsimet,xoắn hình tạo phôi cho các sản phẩm kim khí.Tất cả các máy đều được

ứng dụng điều khiển bằng kỹ thuật số,sản xuất ra sản phẩm đạt năng suất,chất

lượng cao do đó giá thành sản phẩm có tính cạnh tranh cao.Các máy chuyên dùng

đã được chào bán ở Việt Nam nhưng giá thành cao

11

Một số máy chuyên dùng và máy gia công thép hình đa năng dươc nhóm nghiên cứu tham khảo để thực hiện nghiên cứu đề tài thiết kế chế tạo máy cán uốn ống thép như hình 1.7,hình 1.8,hình 1.9

12

Hình 1 9- Máy đài Loan Hieản nay ựa soá doanh nghieảp saũn xuaát saũn phaăm cô kim khắ trong nỏôùc chuũ yeáu ựaàu tỏ caùc maùy ựaõ qua sỏũ duỉng cuũa nỏôùc ngoaụi vaụ caùc maùy ựỏôỉc cheá taỉo trong nỏôùc Trong lónh vỏỉc saũn xuaát saũn phaăm cô kim khắ cuũa coâng ty ựaõ sỏũ duỉng caùc maùy chuyeân duụng cuũa caũ ba daỉng saũn phaăm caùn nguoải ựònh hình,uoán voụng,uoán acsimet Maùy caùn uoán oáng theùp chỏa nôi naụo cheá taỉo

Qua khaũo saùt các qui trình sản xuất cán nguội,uốn nguội thép hình và các máy chuyên dụng tạo sản phẩm trong dây truyền sản xuất thuộc lĩnh vực sản xuất sản phẩm cơ kim khắ của công ty cũng như một số công ty khác thuộc thành phố Hồ Chắ Minh và tỉnh Bình Dương nhóm nghiên cứu hình thành phương án chế tạo máy cán uốn ống thép có bộ phận truyền ựộng chung kết hợp ựiều khiển bằng kỹ thuật số ,có nguồn ựộng lực motor servo thắch hợp truyền dẫn ựộng cho ba bộ phận chức năng tạo sản phẩm : - Bộ phận cán ựịnh hình Ờ Bộ phận uốn vòng Ờ Bộ phận uốn acsimet ,cả

ba bộ phận chức năng ựược thiết kế chế tạo tương tự các bộ phận công tác của các máy chuyên dụng.Máy làm việc theo từng chức năng tạo sản phẩm ựược bố trắ như hình 1.10, hình 1.11,hình 1.12

14

CHƯƠNG II

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1- Chọn nguồn động lực-và phân phối truyền động

Căn cứ yêu cầu chế độ làm việc của ba bộ phận cơng tác,số vịng quay và vị trí gĩc làm việc phải đảm bảo chính xác thì sản phẩm tạo ra mới cĩ năng suất chất lượng

và an tồn cho máy.thuận lợi chung cả ba bộ phận cơng tác đều làm việc với chuyển động quay

Khó khăn là bộ phận uốn acsimet thực hiện chuyển động gián đoạn và có số vòng quay mỗi chu kỳ làm việc tạo sản phẩm ít trên thực tế có thể chọn một trong ba phương án nguồn động lực và phân phối truyền động như sau :

2.1.1- Động cơ vô cấp cơ và hộp giảm tốc ba cấp bánh răng trụ răng thẳng

- Đối với động cơ:

+ Khó điều chỉnh chính xác các thông số vòng quay,góc quay.Mất nhiều thời gian điều chỉnh

+ Tuổi thọ giảm nhanh khi máy làm việc nhiều cùng bộ phận uốn acsimet do khó khăn nêu

+ Để tự điều khiển tự động cần có sự hỗ trợ bằng mạch điện khá phức tạp

- Đối với hộp hộp giảm tốc hoàn toàn phù hợp nhờ cấu tạo đơn giản,dễ chế tạo giá thành không cao,hiệu suất và tuổi thọ cao

2.1.2- Động cơ thủy lực và hộp giảm tốc ba cấp bánh răng trụ răng thẳng Đối với động cơ:

- Mô men kéo ổn định,hiệu suất làm việc cao

- Có quán tính cơ lớn Không khống chế chính xác thông số làm việc của bộ phận uốn

- Giá thành chung khá cao

2.1.3- Động cơ servo và hộp giảm tốc ba cấp bánh răng trụ răng thẳng

Sơ đồ truyền động máy cán uốn ống thép như hình 2.2

15

Đây là phương án phù hợp nhất do đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về thông số làm việc của cả ba bộ phận công tác,nhờ điều khiển bằng kỹ thuật số Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng kỹ thuật số như hình 2.1

- Thực hiện được góc trả về (quay ngược chiều làm việc khi uốn tạo sản phẩm)

vị trí ban đầu để tháo sản phẩm và nạp phôi tiếp theo,giúp cho thời gian tạo sản phẩm giảm được một phần ba so với máy chuyên dùng

- Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho máy nhờ chương trình bảo vệ được thiết lập

- Thiết lập các chế độ làm việc cho máy dễ dàng,mau chóng,chính xác,nhờ đó năng suất chất lượng tăng theo

16

2.1- Chọn truyền động trung gian cho bộ phận cán định hình

Bộ phận cán định hình cĩ căp trục cán là cụm chi tiết làm việc chính,trong đĩ trục nằm dưới được lắp cố định, trục cán 11 cĩ thể di động được khi cần thay đổi khoảng cách tâm giữa hai trục mà hai trục vẫ được dẫn động bình thường,bởi hai đầu trục đều được lắp bánh răng trụ để nhận truyền động.vì vậy cần cĩ bộ truyền động trung gian dặc biệt cho bộ phận cán định hình.Cĩ hai phương án để chọn:

- Thơng thường các máy cán sử dụng hộp truyền lực bánh răng trụ răng chữ v và cặp khớp nối catdang.do yêu cầu máy nhỏ gọn nên khơng thể lựa chọn phương án này

- Hộp truyền động trung gian có kết cấu gọn hơn so với phương án vừa

nêu.Phần trong hộp chủ yếu bố trí các chi tiết của cơ cấu gài truyền chuyển động quay cho bánh răng 8 của trục cán 11 một cách chắc chắn khi cần thay đổi khoảng cách tâm giữa hai trục cán ,sơ đồ nguyên lý như hình 2.3,sơ đồ các chi tiết thuộc bộ phận cán tham gia cơ cấu gài truyền động trung gian như sơ đồ hình 2.4

+ Thanh 1 có nhiệm vụ kết nối điều khiển luôn ăn khớp giữa bánh răng 4 với bánh răng 8.Phía bộ phận cán liên kết với gối đỡ di trượt di trượt 9 bằng mối ghép lỗ trục trơn và được cố định bởi mối ghép ren ở đầu thanh 1.Phía hộp trung

gian,phần thanh 1 có mặt cắt tiết diện vuông chạy được trong rãnh A trên vách hộp trung gian và liên kết với thanh 2 qua lỗ vuông của thanh

+ Bánh răng 6 là bánh chủ động lắp cố định với đầu trục 01 phía ngoài của hộp trung gian nhận chuyển động quay từ trục thứ cấp của hộp giảm tốc và luôn luôn ăn khớp với bánh răng di trượt 4 cũng như bánh răng trục cán cố định 7 + Bánh răng di trượt 4 lắp chạy trơn trên đầu trục 02 phía ngoài hộp trung gian.Trục 02 di trượt trong rãnh B hình cung trên vách hộp có tâm trùng vời tâm trục 01

+ Thanh 5 là tay quay của cơ cấu điều khiển một đầu lắp khớp bản lề với trục

01 dầu còn lại cùng với một đầu thanh truyền 3 lắp khớp bản lề với trục 02

+ Đầu còn lại cuả thanh truyền 3 và một đầu của thanh 2 lắp khớp bản lề với trục 03

Hoạt động của cơ cấu gài tuần tự như sau:

Trường hợp cần dịch ngắn khoảng cách tâm các thao tác tương tự như trên chỉ ngược động tác quay vô lăng cho vít me đi xuống.Hoạt động của các chi tiết theo chiều mũi tên nét đứt trong sơ đồ hình 2.3

18

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ

3.1- Bộ phận phân phối truyền động hình 2.1

Gồm hộp giảm tốc ba cấp bánh răng trụ,hộp truyền động trung gian cán

a- Hộp giảm tốc

Có tỉ số truyền i=32,ba cấp bánh răng trụ răng thẳng

Hình 3.1- Hộp giảm tốc

20

3.2- Bộ phận cán định hình: Bao gồm các cụm cơ bản cần thiết kế như hình 3.3

Hình 3.3- Bộ phận cán dịnh hình

1- Cụm dẫn hương phôi cán 2- Cụm cán

3- Cụm lô nắn đứng 4- Cụm lô nắn ngang

5- Thân cụm cán

3.2.1- Thiết kế

a- Cụm dẫn hướng phôi cán

Hình 3.4- Cụm dẫn hướng phôi cán

Cụm dẫn hướng được thiết kế tạo rãnh dẫn hướng để phôi đi vào họng cán

ngay ngắn