Đồ án tốt nghiệp thiết kế và chế tạo mô hình máy uốn thép ống

Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sựphát triển của ngành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khảnăng chịu được những điều kiện khắc nghiệt của môi trường như:nhi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khíchế tạo máy nói riêng là một trong những ngành quan trọng, có tínhthen chốt và cũng là nền tảng để đưa đất nước ta trở thành một nướccông nghiệp hiện đại Để đáp ứng nhu cầu khoa học kỹ thuật nóichung và ngành cơ khí nói riêng thì người kỹ sư cơ khí là rất cần thiếtđối với một nước công nghiệp phát triển

Hiện nay, nhu cầu về ống là rất cần thiết để phục vụ cho nhiềulĩnh vực khác nhau trong cuộc sống và trong lao động như: ngành y

tế, hàng tiêu dùng, thuỷ lợi, đóng thuyền, xây dựng Việc lắp đặthay tạo hình các ống có thể sẽ gặp rất nhiều khó khăn vì phải uốnlượn với những góc độ khác nhau, hay dùng rất nhiều ống nối chữ T,nối 900 để có thể đưa chất chuyển tải đến nơi cần thiết nói chung,còn trong lĩnh vực đóng tàu biển thì các đường ống lắp đặt trên tàunếu chỉ dùng các ống nối chữ T, nối 900 thì sẽ không đáp ứng được vìcác đường ống trên tàu nối với nhau bỡi góc độ

Trước thực trạng đó để đáp ứng nhu cầu sử dụng của xã hội nóichung và ngành đóng tàu nói riêng, với sự nhất trí cho phép củaKhoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn chúng em được giao đề tài

“Thiết kế và chế tạo mô hình máy uốn thép ống” làm đề tài tốt

nghiệp

Chúng em hy vọng với đề tài này sẽ giúp chúng em kiểm tra lạikiến thức đã học được và trang bị thêm kiến thức để làm nền tảngcho em sau này

Đây là lần đầu tiên chúng em thiết kế đề tài có kiến thứctổng hợp khá rộng Trong thời gian thiết kế chúng em đã cố gắngvận dụng những kiến thức đã học vào nhiệm vụ thiết kế của mình.Tuy đã rất cố gắng nhưng do thời gian và trình độ kiến thức còn hạnchế nên trong quá trình làm đồ án có nhiều sai sót, kính mong sự chỉdẫn thêm của các quý thầy cô, bạn bè

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn

Th.S Bùi Trương Vỹ và quý thầy cô đã tận tình giúp đỡ chúng em

hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 22 tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Bùi Ngọc Cường

Lê Duy Quân

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ UỐN HIỆN NAY 8

I.1 Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống 8

I.1.1 Lịch sử phát triển của ống 8

I.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống 9

I.1.3 Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống 9

I.2 Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống 10

I.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp 10

I.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt 10

I.3 Các thông số phôi ống 11

I.3.1 Một số loại ống inox đang sử dụng trên thị trường 11

I.3.2 Ống mạ kẽm (Tham khảo ở công ty vinapipe corp) 13

I.3.3 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm ống uốn 14

I.4 Thiết bị uốn ống: 14

I.4.3 Lựa chọn Puly uốn 16

I.4.4 Chày uốn 16

CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP UỐN ỐNG 17

II.1 Bản chất của uốn ống 17

II.1.1 Khái niệm uốn 17

II.1.2 Quá trình uốn 17

II.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại 20

II.1.4 Xác định vị trí lớp trung hoà 21

II.1.5 Tính đàn hồi khi uốn 22

II.1.6 Xác định lực uốn 25

II.2 Các phương pháp uốn ống 26

II.2.1 Phương pháp uốn kéo 26

II.2.2 Phương pháp uốn nén 27

II.2.3 Phương pháp uốn nhấn 28

II.4 Công nghệ uốn 29

II.4.1 Quá trình công nghệ uốn 29

II.4.2 Phương pháp thủ công 30

II.4.3 Phương pháp dùng máy móc, thiết bị 31

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 33

III.1 Chọn các thông số kỹ thuật chính cho máy thiết kế 33

III.1.1 Các loại máy uốn 33

III.1.2 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn 33

III.1.3 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý 33

III.1.4 Các bộ phận của máy uốn ống 39

III.2 Tính toán thông số kỹ thuật 41

III.2.1 Tính lực cần thiết để uốn cong ống 41

III.3 Tính toán các hệ thống dẫn động 43

III.3.1 Thiết kế cụm má động, uốn theo phương án truyền động

bằng xích 43

III.3.2 Thiết kế động học cho máy 46

III.3.3 Tính toán lực uốn cong ống 47

III 4 Thiết kế hệ thống dẫn động 55

III.4.1 Thiết kế bộ truyền xích 55

III.4.2 Thiết kế trục 58

III.5 Hệ thống điều khiển 63

III.5.1 Đặc điểm hệ thống thủy lực 63

III.5.2 Tính toán thiết kế cơ cấu kẹp ống 64

III.5.3 Tính toán thiết kế cơ cấu uốn ống kim loại 66

III.5.4 Tính chọn xi lanh - pittông kéo về 68

III.5.5 Giới thiệu các phần tử thủy lực khác 69

III.5.5 Sơ đồ mạch khí nén điều khiển: 71

III.5.6 Biểu đồ trạng thái: 72

III.6 An toàn máy và bảo trì 73

III.6.1.Quy định vận hành máy 73

III.6.2 Bảo dưỡng máy 74

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Một số hình ảnh minh họa cho sản phẩm ống trong công

nghiệp…… 10

Hình 1.2 Một số hình ảnh minh họa cho sản phẩm ống trong sinh hoạt……… 11

Hình 1.3 Các sản phấm ống uốn tại công ty Sông Thu……… 11

Hình 1.4 Thông số của ống thép ……… 11

Hình 1.5 Con lăn và Má kẹp………

15

Hình 1.6 Khi kẹp ống……… 16

Hình 1.7 Chày chống móp ống………

16

Hình 2.1 Mạng tinh thể khi bị biến dạng đàn hồi……… 18

Hình 2.2 Mạng tinh thể khi bị biến dạng dẻo……… 18

Hình 2.3 Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn 20

Hình 2.4 Phôi ống sau khi uốn……… 20

Hình 2.5 Tính đàn hồi khi uốn……… 22

Hình 2.6: Chiều dài khai

triển……… 23

Hình 2.7 Biểu đồ ứng suất của ống khi chịu uốn 25

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp uốn kéo 26

Hình 2.9 Sơ đồ uốn ống bằng phương pháp uốn nén 27

Hình 2.10 Sơ đồ uốn ống bằng phương án uốn nhấn 28

Hình 2.11 Ống uốn 90 0 29

Hình 2.12 Ống uốn 180 0 29

Hình 2.13 Ống uốn khúc 30

Hình 2.14 Một số hình dạng ống uốn phổ biến 30

Hình 2.15 Các sản phẩm ống 30

Hình 2.16 Uốn có dùng chày……… 31

Hình 2.17 Máy uốn ống kiểu dùng chày uốn 32

Hình 2.18 Máy uốn bằng các trục lăn 32

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bánh răng.34 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bộ truyền đai .35

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý máy uốn dùng hệ thủy lực 36

Hình 3.4: Má kẹp 37

Hình 3.5: Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh 37

Hình 3.8 Má tĩnh 40

Hình 3.9 Cơ cấu dẫn động chày uốn 41

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống 42

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn 42

Hình 3.12 Kích thước puly uốn ống 43

Hình 3.13 Má kẹp má tĩnh 45

Hình 3.14 Quá trình kẹp… 48

Hình 3.15 Quá trình uốn 48

Hình 3.16 Sơ đồ lực quá trình uốn 49

Hình 3.17 Kích thước của phôi ống 50

Hình 3.18 Sơ đồ lực tính toán lực kéo má động 53

Hình 3.19 Cấu tạo xích ống con lăn… 55

Hình 3.20 Sơ đồ tính chiều dài xích 57

Hình 3.21 Sơ đồ momen uốn 59

Hình 3.22 Sơ đồ chọn ổ… 62

Hình 3.23 Sơ đồ cơ cấu kẹp phôi một phía 64

Hình 3.24 Sơ đồ phân tích lực pittong kẹp… …65

Hình 3.25 Sơ đồ phân tích lực pittong kéo…… …67

Hình 3.26 Sơ đồ phân tích lực pittong kéo về…… … 68

Hình 3.27 Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng… … 69

Hình 3.28 Van đảo chiều 3/2………… 70

Hình 3.29 Kí hiệu van đảo chiều 3/2… ….70

Hình 3.30 Kí hiệu van đảo chiều 4/3……… …70

Hình 3.31 Sơ đồ mạch khí nén trong máy 71Bảng 1.1 Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường…… … 12Bảng 1.2 Bảng thông số ống mạ kẽm… …13

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, CÔNG NGHỆ

VÀ THIẾT BỊ UỐN HIỆN NAY.

I.1 Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống.

I.1.1 Lịch sử phát triển của ống.

Lịch sử của việc sản xuất ống được bắt đầu từ việc sử dụngnhững khúc gỗ rỗng để cung cấp nước cho các thành phố thời trung

cổ Việc sử dụng những ống gang ở Anh và Pháp trở nên phổ biếnvào đầu thế kỉ XIX

Những ống thép đúc đầu tiên được tìm thấy ở Philadenphia vào

năm 1817 và ở New York vào năm 1832 Sự phân phối khí cho cácđèn khí đảo được tìm thấy đầu tiên ở Anh, người ta đã sử dụng thép

Vào năm 1887, đường ống đầu tiên được làm từ thép Bethkhem ở

Mỹ Ống thép có đường hàn đã được sản xuất thử vào giữa thế kỉ XIXbằng nhiều phương tiện khác nhau, quy trình Mannesmanm đã đượcphát triển ở Đức vào năm 1815 và hoạt động có hiệu quả thương mại

ở Anh vào năm 1887

Ống thép không hàn được sản xuất lần đầu tiên thành công ở Mỹvào năm 1895

Vào đầu thế kỉ XX, ống thép không hàn đã được chấp nhận rộngrãi khi cách mạng công nghiệp được tiến hành với ngành ô tô, ngànhtải lọc dầu, hệ thống các ống dẫn, các giếng dầu, các lò hơi phátđiện kiểu cổ

Vào lúc này ống hàn không đạt được độ tin cậy bằng ống hànđiện

Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sựphát triển của ngành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khảnăng chịu được những điều kiện khắc nghiệt của môi trường như:nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các tác dụng của áp lực và dải nhiệtthay đổi Ống thép đã được sử dụng một cách tin cậy trong cácngành công nghiệp quan trọng như các đường ống từ Alaska đến cácnhà máy điện nguyên tử

I.1.2 Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống.

Việc sản xuất các sản phẩm thép dạng ống duy trì được ở mức độtrên là phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giới nhưngành khai thác dầu, xây lắp các nhà máy điện, công nghiệp sảnxuất ôtô Ví dụ, ở những vùng kinh tế có giá dầu thấp, ít có nhu cầu

khoan thêm các giếng dầu Kết quả là nhu cầu sản xuất ống thépcho ngành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống.

Một ví dụ tương tự là sản xuất ống thép trong các ngành côngnghiệp Tổng sản lượng trên toàn thế giới là sự tổng hợp các ảnhhưởng từ các khu vực kinh tế địa phương ở từng nước trên toàn thếgiới

I.1.3 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, épcác loại dầu lạc, hướng dương Những vật thể tròn xoay này dầnđược thay thế bằng kim loại như: nhôm, thép, đồng thau và từ việccán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắptrên các máy có gá trục cán, từ đó các máy cán ra đời, qua thời gianphát triển thì nó ngày càng được hoàn thiện dần Ví dụ như ban đầucác trục cán còn dẫn động bằng sức người, nhưng khi sản xuất đòihỏi năng xuất cao hơn nên máy ngày càng to hơn thì con ngườikhông thể dẫn động được các trục cán này, do đó ta lại dẫn độngbằng sức trâu, bò, ngựa Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng côngsuất động cơ là mã lực (sức ngựa)

Năm 1771, máy hơi nước ra đời, lúc này máy cán nói chung đượcchuyển sang dùng động cơ hơi nước Năm 1864, chiếc máy cán 3trục đầu tiên được ra đời Vì vậy sản phẩm cán, uốn được phong phúhơn trước có cả thép tấm, thép hình, đồng tấm, đồng dây Do kỹthuật ngày càng phát triển, nhu cầu vật liệu thép tấm phục vụ chocông nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ màchiếc máy cán 4 trục đầu tiên ra đời vào năm 1870 Sau đó là chiếcmáy cán 6 trục, 12 trục, 20 trục và dựa trên nguyên lý của máy cán

Từ khi điện ra đời thì máy uốn được dẫn động bằng động cơ điện,đến nay có những máy uốn 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 cho nên các máy cán, máy uốn được điều khiển hoàn toàn

tự động hoặc bán tự động làm việc theo chương trình điều khiển

I.2 Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống.

I.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp.

Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rấtrộng rãi dùng để dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu, dẫnkhí được ứng dụng trong rất nhiều ngành như đóng tàu, sản xuấtsữa, sản xuất bia

Trong ngành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đườngống cũng đóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoángsản góp phần tiết kiệm chi phí trong vận chuyển và sản xuất

Hình 1.1 Một số hình ảnh minh họa cho sản phẩm ống trong công nghiệp.

I.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt.

Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được sử dụng rất rộng rãi,nhưng nhu cầu sử dụng của con người ngày càng cao đòi hỏi các mặt

hàng không những đảm bảo về chất lượng (độ bền, độ chịu nhiệt, độtin cậy…) mà còn mang tính thẩm mỹ cao, sản phẩm ống Inox có thểđáp ứng nhu cầu đó Thường thấy nhiều như: Lan can, bàn ghế…Bêncạnh đó những vật dụng làm từ thép ống cũng rất phố biến.

Hình 1.2 Một số hình ảnh minh họa cho sản phẩm ống trong sinh

hoạt.

Hình 1.3 Các sản phấm ống uốn tại công ty Sông Thu.

I.3 Các thông số phôi ống.

I.3.1 Một số loại ống inox đang sử dụng trên thị trường.

Ø3 -đường kính trung hoà (mm).

Chiều dày ống: S = đường kính ngoài - đường kính trong hay S

I.3.2 Ống mạ kẽm (Tham khảo ở công ty vinapipe corp).

Chiều dày u dài Chiề lượng Tr/ Số cây/ bó

Trọng lượng bó

Class Normal size

Outsidediameter

Wallthickness

Chiều dày u dài Chiề lượng Tr/ Số cây/ bó

Trọng lượng bó

I.3.3 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm ống uốn.

Trong cuộc sống hiện nay, sản phẩm của ống uốn được ứng dụngcực kỳ rộng rãi cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp Đặc biệt làtrong công nghiệp, sản phẩm ống uốn giữ một vai trò quan trọng vì

nó được dùng để dẫn nhiên liệu khí lẫn lỏng từ nơi sản xuất đến nơi

sử dụng, đã có những đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia Nócòn được coi như cầu nối giữa các khu công nghiệp, giữa nguồnnhiên liệu với các nhà máy Sản phẩm ống uốn không thể thiếu trongcông nghiệp tàu thủy, các ngành sản xuất nhiên liệu Trong sinh

bàn ghế, dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt, là đườngống dẫn nhiên liệu khí đốt

I.4 Thiết bị uốn ống.

I.4.1 Các bộ phận chính của máy uốn ống kim loại.

về vị trí ban đầu Trên má động có gắn đĩa xích và nhậnchuyển động do pitong kéo xích truyền sang đĩa xích

- Đầu trượt có gắn má kẹp có xẻ rãnh để tăng ma sát trongquá trình kẹp,uốn( đây là bộ phận nhanh hỏng trong máy uốn

vì ma sát rất lớn trong khi uốn)

- Gồm có píttông xi lanh dẫn động dùng thay đổi khoảngcách của chày uốn so với các má kẹp Các con lăn đỡ chày,

đỡ ống được bố trí trên thân máy

f Xi lanh dẫn động đầu trượt má động.

- Dẫn động đầu trượt chuyển động tịnh tiến để kẹp chặt.Điều khiển hoạt động của máy là các van điều khiển theohành trình uốn và chuyển động tịnh tiến của các xilanh Các

cữ hành trình đãm bảo an toàn cho máy

I.4.2 Lựa chọn các loại đầu kẹp ống.

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

a Đầu kẹp sử dụng con lăn.

Các máy uốn ống sử dụng đầu kẹp này chủ yếu là các máy cócông suất bé vì khi uốn ma sát sinh ra trên ống kẹp và puly uốn nhỏ(ma sát lăn) Nhược điểm của loại này là khi các ống có kích thước bélớn thì kết cấu puly cồng kềnh và đầu kẹp sẽ lớn

b Đầu kẹp sử dụng các má kẹp

Các má kẹp này có kết cấu khá đơn giản có thể dùng kẹp cácống có đường kính lớn nhưng nhược điểm của nó là tạo ra lực ma sátlớn khi uốn (ma sát trượt) Để hạn chế ma sát trượt trên má kẹp vì dễlàm hư hỏng ống khi ống trượt trên má kẹp (đặc biệt là các ống inoxmỏng) ta thiết kế bộ phận dẫn động cho má kẹp (ở trên má kẹptĩnh)

Hình 1.5 Con lăn và Má kẹp.

I.4.3 Lựa chọn Puly uốn.

Tuỳ thuộc vào đường kính ống uốn khác nhau mà ta có các loạipuly khác nhau, mà vòng bán nguyệt trên puly khác nhau

Trên puly có gắn một má kẹp kết hợp với má kẹp di động tạothành một cơ cấu giúp ta uốn ống theo hình dáng yêu cầu

Puly uốn có cấu tạo như hình minh họa nhằm đảm bảo ốngkhông bị trượt trong quá trình uốn (Hình 1.5)

trong công nghệ đóng tàu Ống được chế tạo bằng nhiều phương phápkhác nhau Để có được các biên dạng ống chính xác, đảm bảo tiêuchuẩn theo yêu cầu thì ta cần có một thiết bị rất quan trọng đó là máyuốn ống.

CHƯƠNG II NGUYÊN LÝ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP UỐN ỐNG II.1 Bản chất của uốn ống.

II.1.1 Khái niệm uốn.

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dậpnguội Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôihay một phần của phôi có dạng phẳng (tấm), dây, thanh định hìnhhay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc Phôiđược uốn ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng

Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối phôiđược biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết.Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ởhai mặt khác nhau của phôi uốn

Vật liệu uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừngtăng lên về số lượng, chất lượng cũng như kiểu dáng

II.1.2 Quá trình uốn.

Phụ thuộc vào kích thước và hình dáng vật uốn, dạng phôi banđầu, đặc tính của quá trình uốn trong khuôn, uốn có thể tiến hànhtrên máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực Đôi khi có thểtiến hành uốn trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên các máy uốnchuyên dùng

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

+ Biến dạng đàn hồi: Là biến dạng bị mất đi khi bỏ tải trọng

tác dụng, nó xảy ra khi tải trọng nhỏ hơn một giá trị xác định gọi làgiới hạn đàn hồi

Dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứngsuất 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,nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu.

Hình 2.1 Mạng tinh thể khi bị biến dạng đàn hồi.

a Trước khi biến dạng b Khi bị biến dạng c Sau khi bị biến dạng

+ Biến dạng dẻo: Là biến dạng vẫn tồn tại khi bỏ tải trọng tác

dụng, nó xảy ra khi tải trọng lớn hơn giới hạn đàn hồi

Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kimloại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển songsong với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng nàygọi là mặt trượt Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyểntương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông sốmạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằngmới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạngthái ban đầu

Hình 2.2 Mạng tinh thể khi bị biến dạng dẻo.

a Theo hình thức trượt b Theo hình thức song tinh.

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quayđến 1 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặtsong tinh Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển mộtkhoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh Các nghiên cứu lýthuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây rabiến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật

độ nguyên tử cao nhất Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé,nhưng khi có song tinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn

Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp củanhiều đơn tinh 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 biếndạng 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 dạngdẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồngđều Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng

bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau Do sựtrượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượtthuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển Uốn thay đổi hướng thớ của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏdần kích thước Trong quá trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lạitheo hướng dọc thớ và đồng thời bị giãn ra theo hướng ngang, cònphần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo Giữa lớp co ngắn vàgiãn 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 vậtliệu khi uốn.

Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dày ở tiết diệnngang bị sai lệch về hình dạng lớp trung hòa bị lệch về phía bán kínhnhỏ

Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏngvật liệu nhưng không có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng củavật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ chống lại biến dạng theo hướngngang Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn vàngược lại

Hình 2.3 Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn.

II.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại.

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữacác nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối vớicác hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một sốnguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đótính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúcnhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xôlệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

a.Ảnh hưởng của ứng suất dư.

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệchmạng tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh(hiện tượng biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ (0,25  0,30) Tnc(nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tínhdẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độnung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinhlại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn,mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng

b Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻocủa kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịuứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất

dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kimloại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm

c Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọiphía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớnhơn, đồng thời khi nhiệt độ nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc

độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chaichưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đóứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bịnứt.

Nếu lấy 2 khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhấtđịnh rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trênmáy búa lớn hơn nhưng độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn

hơn

II.1.4 Xác định vị trí lớp trung hoà

Vị trí lớp trung hoà được xác định bởi bán kính lớp trung hoà .Trong quá trình uốn bề mặt phía trong và phía ngoài của chi tiết

bị biến dạng nén và kéo bởi lực kẹp nhưng có lớp kim loại ở giữakhông bị biến dạng, lớp này gọi là lớp trung hoà Ta ứng dụng lớptrung hoà này để tính sức bền vật liệu của phôi và tính lực kẹp cầnthiết

Bán kính của lớp trung hoà được xác định theo công thức:

S B

B tb

mmTrong đó: Btb là chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn

2

2

B B

B tb   B: chiều rộng của phôi ban đầu (mm)

S: chiều dày vật liệu (mm)

r: bán kính uốn phía trong (mm)

với S1 là hệ số vật liệu sau khi uốn.

Trong thực tế bán kinh lớp trung hoà có thể xác định theo côngthức:

prx.S

r - bán kính uốn phía trong

x - hệ số xác định khoảng cách lớp trung hoà đến bán kính uốnphía trong

II.1.5 Tính đàn hồi khi uốn.

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốnđều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại chịu biến dạng đànhồi Vì vậy khi thôi tác dụng lực thì vật uốn sẽ không giữ được kíchthước và hình dạng như yêu cầu

Hình 2.5 Tính đàn hồi khi uốn.

Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế

và góc uốn sau khi thực hiện quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốnphụ thuộc vào tính chất của vật liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốnvới chiều dày vật liệu

Đường trung hoà

a) Xác định chiều dài phôi uốn.

Để tính toán chiều dài phôi đảm bảo kích thước của chi tiết saukhi uốn thì cần phải:

- Xác định vị trí lớp trung hoà, chiều dài lớp trung hoà ở vùngbiến dạng

- Chia kết cấu của chi tiết uốn thành những đoạn thẳng và congđơn giản

- Tổng cộng chiều dài của các đoạn đó lại Chiều dài của cácphần thẳng không thay đổi, còn các phần cong được tính theochiều dài lớp trung hoà

* Khi tính toán chiều dài phôi uốn chia ra làm hai trường hợp:

ir

a 0

Hình 2.6: Chiều dài khai triển.

1 Trường hợp i.r ≥ 5t: lớp trung hòa nằm ở tâm chiều dày t/2Bán kính lớp trung gian của phần cong: (i.r + t/2)

Chiều dài phần cong của lớp trung gian: 2 π (i r+

t

2)α0

360Chiều dài khai triển trong hình trên bao gồm cả phần đườngthẳng

L = a + 2 π (i r+

t

2)α0 + b

Mối quan hệ giữa ir và chiều dày t liên hệ:

Chiều dài khai triển trong hình trên bao gồm cả phần đườngthẳng

Bán kính uốn lớn nhất: rmax = T

s



.2

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

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

k: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

II.1.6 Xác định lực uốn

Để xác định lực uốn, ta xét đến đặc trưng hình học của mặt cắtngang của dầm chịu uốn thuần tuý Ta có mặt ngang của ống là hìnhvành khăn

Hình 2.7 Biểu đồ ứng suất của ống khi chịu uốn.

Khi chịu uốn 1/2 phần trên ống chịu ứng suất kéo còn 1/2 phầndưới chịu ứng suất nén Ta có biểu đồ ứng suất như hình vẽ trên

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 dạngđàn hồi Vì vậy khi thôi tác dụng lực thì vật uốn sẽ không giữ đượckích thước và hình dạng như yêu cầu

II.2 Các phương pháp uốn ống.

II.2.1 Phương pháp uốn kéo.

- Sơ đồ nguyên lý:

4

3 1

5

2

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp uốn kéo.

- Đặc điểm:

Kết cấu đơn giản dễ chế tạo, dễ vận hành, sử dụng và bảo quản,kết cấu gọn Có thể uốn nhiều góc độ khác nhau  1800 , hình dạngống uốn khác nhau, góc đàn hồi bé, bán kính cong nhỏ, máy chỉ cóthể uốn góc không uốn cong

II.2.2 Phương pháp uốn nén.

- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.9 Sơ đồ uốn ống bằng phương pháp uốn nén.

- Nguyên lý làm việc:

Má kẹp má động ( tịnh tiến ) nhờ chuyển động của máy ép ( nhưmáy ép ma sát trục khuỷu, máy ép ma sát trục vít, máy ép lệch tâm,máy ép thuỷ lực ), tác dụng lực lên chi tiết làm chi tiết biến dạngtheo hình dáng của puly

II.2.3 Phương pháp uốn nhấn.

- Sơ đồ nguyên lý:

10 11

Hình 2.10 Sơ đồ uốn ống bằng phương án uốn nhấn.

10 Chày nhấn 11 Phôi 12 Má kẹp.

II.4 Công nghệ uốn

Qua lịch sử phát triển hàng trăm năm của ngành uốn ống từ thô

sơ đến phức tạp các thế hệ đi trước đã đúc kết thành những kinhnghiệm uốn ống như sau:

II.4.1 Quá trình công nghệ uốn.

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dậpnguội Uốn ống tức là biến ống thẳng thành những ống cong hay gấpkhúc Khối lượng vật uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ khôngngừng tăng lên

Phụ thuộc vào kích thước và hình dáng vật uốn, dạng phôi banđầu ta có thể uốn trong khuôn hay tiến hành uốn trên máy ép trụckhuỷu lệch tâm, ma sát hay thuỷ lực Đôi khi có thể tiến hành trêncác dụng uốn bằng tay hoặc trên máy uốn chuyên dùng

Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày, cối hay lựckẹp, lực uốn phôi bị biến dạng dẻo từng vùng tạo thành hình dạngcần thiết Quá trình biến dạng bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi

và quá trình biến dạng dẻo

Bán kính cong bé Bán kínhcong lớn

Hình 2.11 Ống uốn 90 0

Hình 2.15 Các sản phẩm ống.

II.4.2 Phương pháp thủ công.

Khi uốn thủ công không có máy móc hiện đại thì cách làm hiệuquả nhất để cho ống không bị bóp méo ở phần bị biến dạng cho vậtliệu nhỏ mịn vào bên trong ống như cát, đất để điền đầy diện tíchrổng và bịt chặt 2 đầu và tiến hành uốn theo hình dáng yêu cầu

Ưu điểm của phương pháp này là tiện dụng, dễ làm thích hợp vớiphương pháp thủ công

Nhược điểm là chỉ áp dụng được đối với những chi tiết có đườngkính nhỏ

II.4.3 Phương pháp dùng máy móc, thiết bị.

a Uốn có dùng chày uốn.

Đối với những phương pháp dùng tới máy móc, đối với những ống

có chiều dày ống nhỏ thì phải dùng chày để chống bóp méo ở nhữngtiết diện uốn nó có thể phù hợp với nhiều loại tiết diện ống khácnhau kể cả đường kính to hay nhỏ

Hình 2.16 Uốn có dùng chày.

1 Chày uốn 2 Ống uốn.

Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hưhỏng và biến dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được.Các phôi ống được đỡ bên trong nhờ chày uốn đỡ linh động trongống, chày uốn đảm bảo cho ống không bị biển dạng và móp méo,ống được bé cong qua puly uốn, được cố định trên các má uốn đểđảm bảo quá trình uốn được thực hiện tốt

Phương pháp này được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩmkhác nhau như: ống xả, ống tuabin, ống dẫn nước, ống dẫn trong hệthống thủy lực… những nơi không cho phép biến dạng của ống uốn

là quá lớn

Hình 2.17 Máy uốn ống kiểu dùng chày uốn.

b Uốn không dùng chày.

Khi ống uốn có chiều dày lớn thì ở tiết diện uốn không bị ảnhhưởng bởi lực kẹp và lực uốn nên lúc này ta không cần đến chày hayvật liệu dùng để điền đầy tiết diện chống mà tự chiều dày của nó đã

đủ điều kiện giúp ông không bị bóp méo khi uốn

Hình 2.18 Máy uốn bằng các trục lăn.

Kết luận: Từ những phân tích về các phương án của công nghệ

uốn ta chọn phương án dùng chày để dùng trong quá trình uốn là

tiện dụng hơn cả vì nó dùng được cho nhiều trường hợp có thể điều

chỉnh được đường kính chày tuỳ thuộc vào đường kính ống, vì vậytrong máy này ta chọn phương án dùng chày uốn

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY III.1 Chọn các thông số kỹ thuật chính cho máy thiết kế III.1.1 Các loại máy uốn.

Máy uốn ông dùng để uốn cong một ống thẳng theo một cunghay một góc độ nào đó

Yêu cầu: uốn ống cong đảm bảo theo một góc cho trước và ốngkhông bị móp, méo, nứt, biến dạng Các loại máy uốn ống đa số làtương tự nhau, chỉ khác ở bộ phận dẫn động và khuôn uốn to nhỏtheo nhiều cỡ khác nhau và chiều quay của khuôn uốn và cơ cấukẹp phôi khác nhau.

III.1.2 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

III.1.3 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý.

Máy uốn ống dùng để uốn các ống có đường kính từ 6 - 25 (mm)

và các ống có độ dày lớn nhất là 2.3 (mm) do đó ta phải lựa chọnphương án truyền động và lựa chọn cơ cấu máy hợp lý

III.1.3.1.Lựa chọn phương án truyền động.

Dựa vào nguyên lý hoạt động của máy uốn ống, để thực hiệncông tác kéo má động và làm puly quay trong quá trình uốn ta cóthể lựa chọn dạng truyền động là: Truyền động bánh răng, truyềnđộng bánh răng và truyền động xích kết hợp sử dụng hệ thống thủylực

Nhiệm vụ của bộ phận truyền động là truyền chuyển động chotrục có gắn puly, làm cho puly cũng như má động quay để thực hiệnquá trình uốn ống Dựa vào nguyên lý đó ta có các phương án truyềnđộng như sau