Thiết kế máy nhấn chỏm cầu và QTCN chế tạo bộ khuôn nhấn

5 Hình 1.13 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bồn tại xưởng “Chế tạo thiết bị áp lực và năng lượng mới” trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng.. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỒN CHỨA VÀ QUY TRÌNH CÔNG

LỜI CẢM ƠN

Hiện nay, Đảng và Nhà nước cùng nhân dân thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Đảng ta đã xác định công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa

Cùng với sự phát triễn các lĩnh vực khác thì công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, thiết bị nhiệt cũng phát triễn mạnh mẽ Sự phát triễn đó làm phát sinh nhu cầu về các loại thiết bị công nghiệp Trong đó có các loại bình chứa, các loại bồn bể ngày càng được sử dụng rông rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, đặc biệt trong sinh hoạt của con người

Do nhu cầu cần thiết để tạo các loại bồn bể, bình có biên dạng khác nhau

như vậy Nên em đã chọn đề tài thiết kế “Thiết kế máy nhấn chỏm cầu và QTCN chế tạo bộ khuôn nhấn” đễ làm đồ án tốt nghiệp Đây là máy trong dây chuyền máy vê

ép chỏm cầu chuyên dùng để ép các loại đáy bình chỏm cầu

Bằng kiến thức học tập được tại nhà trường cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Đinh Minh Diệm và các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí đã giúp

em hoàn thành nhiệm vụ Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu và tính toán thiết kế máy không tránh khỏi sai sót Em rất mong sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô giáo

để em hiểu kỹ hơn về lý thuyết cũng như phương pháp thiết kế của mình

Em xin chân thành cảm ơn

Đà nẵng, Ngày 21 tháng 12 năm 2015

Nguyễn Thanh Xuân

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỒN CHỨA VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

CHẾ TẠO ĐÁY BỒN CHỨA 1

1.1 Tổng quan về bồn chứa 1

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bồn chứa 4

1.2.1 Cấu tạo bồn chứa 4

1.2.2 Vật liệu chế tạo bồn chứa 6

1.2.3 Một số phương án chế tạo đáy bồn 6

1.2.4 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bồn 7

1.2.5 Một số hình ảnh sản phẩm 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG UỐN KIM LOẠI 11

2.1 Lý thuyết về uốn kim loại 11

2.1.1 Khái niệm 11

2.1.2 Quá trình uốn 11

2.1.3 Lớp trung hòa 13

2.1.4 Tính phôi uốn 15

2.1.5 Bán kính uốn cho phép lớn nhất và nhỏ nhất 17

2.1.6 Tính đàn hồi khi uốn 19

2.1.7 Tính lực uốn 19

2.2 Tính toán phôi và lực ép để gia công đáy bồn 21

2.2.1 Tính phôi thép tấm dùng để gia công đáy bồn 21

2.2.2 Tính lực ép để ép phôi tấm phẳng thành dạng chỏm cầu 25

2.3 Giới thiệu về khuôn ép và các yêu cầu kỷ thuật 27

2.3.1 Giới thiệu chung khuôn ép 27

2.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép 28

2.3.3 Vật liệu chế tạo khuôn 29

2.3.4 Cơ sở thiết kế và các bước tiến hành thiết kế khuôn ép 32

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 33

3.1 Các yêu cầu khi lựa chọn máy ép 33

3.2.2 Máy ép ma sát trục vít 35

3.2.3 Máy ép lệt tâm 37

3.2.4 Máy ép thủy lực 39

3.2.5 Lựa chọn phươn án 41

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC CỦA MÁY NHẤN CHỎM CẦU 42

4.1 Tính đường kính piston, xylanh, cần đẩy mang khuôn 42

4.2 Lực ma sat giữa piston và xylanh 43

4.3 Lực quán tính giữa piston và xylanh 45

4.4 Tính áp suất (p) và lưu lượng (q) 46

4.4.1 Hành trình xuống nhanh 46

4.4.2 Hành trình ép phôi 48

4.4.3 Hành trình lùi về nhanh 49

4.4.4 Tính sức bền của xilanh 50

4.4.5 Tính tổn thất áp suất 52

4.5 Tính và chọn các thông số của bơm 52

4.5.1 Áp lục của bơm cung cấp cho các hành trình 52

4.5.2 Tính chọn công suất bơm dầu 53

4.5.3 Tính toán công suất của bơm 55

4.5.4 Tính toán công suất của động cơ điện 56

4.6 Tính toán ống dẫn dầu 56

4.6.1 Yêu cầu đối với ống dẫn 56

4.6.2 Xác định các thông số ống dẫn đàu 57

4.7 Tính chọn van tràn và an toàn 58

4.7.1 Chọn loại van 58

4.7.2 Tính toán van an tràn và an toàn 60

4.7.3 Tính toán van cản 66

4.8 Van tiết lưu 70

4.9 Lựa chọn van phân phối 71

4.10 Chọn loại dầu cho hệ thống 72

4.11 Chọn lọc dầu trong hệ thống 75

4.11.1 Chọn lọc thô 75

4.11.2 Chọn lọc tinh 76

4.12 Tính toán thiết kế bể chứa dầu 77

4.12.1 Vị trí đặt bể chứa dầu 77

4.12.2 Hình dạng, kết cấu bể chứa dầu 78

4.12.3 Tính toán thiết kế bể dầu 78

4.13 Thiết bị làm nguội dầu 80

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ BỘ KHUÔN ÉP 83

5.1 Thiết kế các chi tiết cơ bản của khuôn 83

5.2 Xác định kích thước cơ bản của chày 83

5.2.1 Kiểm tra điều kiện bền nén của chày 85

5.2.2 Kiểm tra điều kiện bền uốn của chày 85

5.3 Xác định kích thước cơ bản của cối 87

5.4 Chuôi khuôn ( đầu gá chày) 88

5.5 Đế khuôn 88

5.6 Quy trình công nghệ chế tạo bộ chày cối 89

5.6.1 Đặc điểm chung về điều kiện làm việc, yêu cầu kỷ thuật, dạng sản xuất, phương pháp chế tạo phôi và lượng dư phôi dập 89

5.6.2 Các bước nguyên công gia công chày 91

5.6.3 Các bước nguyên công gia công cối 107

5.6.4 Nhiệt luyện đễ gia tăng độ cứng cho chày và cối 111

CHƯƠNG 6 TÍNH SỨC BỀN VÀ KẾT CẤU MÁY 113

6.1 Kiểm tra bền đối với trụ piston mang khuôn trên 113

6.2 Kiểm tra tính ổn định đối với trụ piston mang khuôn trên 115

6.3 Tính toán mối ghép vít đễ cố định xi lanh vào thân máy 117

6.4 Tính toán thiết kế và kiểm tra sức bền thân máy 120

6.4.1 Giới thiệu thân máy 120

6.4.2 Tính kết cấu thân máy 121

6.4.3 Tính ổn định thân máy 124

7.1 Vận hành máy 132

7.1.1 Kiểm tra máy móc và chuẩn bị phôi liệu 132

7.1.2 Kiểm tra máy móc 132

7.1.3 Chuẩn bị phôi 133

7.2 Bảo dƣỡng máy 133

7.2.1 Bảo dưỡng piston và xylanh thủy lực 134

7.2.2 Bảo dưỡng bể dầu 134

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hệ thống bồn bể chứa trong khu lưu trử xăng dầu 1

Hình 1.2 Bồn chứa nước INOX 2

Hình 1.3 Bồn chứa nước bằng nhựa Composite 2

Hình 1.4 Xe bồn chở khí LGP 2

Hình 1.5 Bồn chứa khí hóa lỏng LPG 3

Hình 1.6 Bồn trong công nghiệp dược phẩm 3

Hình 1.7 Bồn trong công nghệp thực phẩm 3

Hình 1.8 Bản vẽ bồn chứa đơn giản 4

Hình 1.9 Đáy bồn dạng chỏm cầu 5

Hình 1.10 Đáy bồn dạng phẳng 5

Hình 1.11 Đáy bồn dạn chỏm cầu 5

Hình 1.12 Đáy bồn dạng phẳng 5

Hình 1.13 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bồn tại xưởng “Chế tạo thiết bị áp lực và năng lượng mới” trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng 7

Hình 1.14 Máy ép chỏm cầu tại xưởng “Chế tạo thiết bị áp lực và năng lượng mới” trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng 8

Hình 1.15 Công nhân đang thực hiên xoay phôi trong quá trình ép chỏm cầu 8

Hình 1.16 Bộ lô trên máy vê chỏm cầu 9

Hình 1.17 Máy vê chỏm cầu 9

Hình 1.18 Đáy bồn dạng chỏm cầu 10

Hình 1.19 Đáy bồn dạng chỏm cầu và dạng phẳng 10

Hình 2.1 Quá tình uốn liên tục trên bộ chày khuôn hình chữ V 12

Hình 2.2 Dạng lưới vật liệu khi chưa bị uốn 13

Hình 2.3 Biến dạng của phôi sau khi uốn 13

Hình 2.4 Các kích thước chi tiết uốn 15

Hình 2.5 Các kích thước chi tiết uốn 16

Hình 2.6 Tính đàn hồi khi uốn 19

Hình 2.7 Sự thây đổi lực uốn theo hành tình của chày 20

Hình 2.8 Chỏm cầu dạng có a > h 22

Hình 2.9 Chỏm cầu có a < h 23

Hình 2.10 Đáy bình dạng phẳng 24

Hình 2.11 Hình ảnh cối được lắp trên máy ME 6250 27

Hình 2.12 Bộ chày cối lắp trên máy ME 6250 27

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khủy 34

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý máy ép ma sát trục vít 36

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý máy ép trục lệt tâm 37

Hình 4.2 Xilanh trong hành trình xuống nhanh 47

Hình 4.3 Xilanh trong hành trình ép phôi 48

Hình 4.4 Xi lanh trong hành trình về nhanh 49

Hình 4.5 Cấu tạo Xilanh 51

Hình 4.6 Nguyên lý và ký hiệu bơm thủy lực 53

Hình 4.7 Nguyên lý bơm piston hướng trục truyền bằng đĩa nghiêng 54

Hình 4.8 Van an toàn và ký hiệu 59

Hình 4.9 Van điều chỉnh hai cấp áp xuất 60

Hình 4.10 Van cản 67

Hình 4.11 Van tiết lưu 70

Hình 4.12 Van phân phối tay gạt và van an toàn lắp trên máy thực tế 72

Hình 4.13 Kí hiệu van phân phối 4 cửa 3 vị trí điều khiển bằng tay gạt 72

Hình 4.14 Ký hiệu bộ lọc dầu 75

Hình 4.15 Kết cấu bộ lọc lưới thô 76

Hình 4.16 Bộ lọc tinh 77

Hình 4.17 Kết cấu bể chứa dầu 78

Hình 4.18 Bộ phận làm nguội dầu thực tế lắp trên máy thực tế 81

Hình 4.19 Cấu tạo bộ phận làm mát bằng nước 81

Hình 5.1 Bộ chày cối lắp trên máy tham khảo 83

Hình 5.3 Các kích thước của chày 84

Hình 5.4 Kết cấu cối 87

Hình 5.5 Kết cấu chuôi khuôn 88

Hình 5.6 Kết cấu đế khuôn 89

Hình 5.7 Khuôn dập để chế tạo phôi bộ chày cối 90

Hình 5.8 Bản vẽ lồng phôi chi tiết chày 90

Hình 5.9 Bước tiện mặt đầu Ф310 91

Hình 5.10 Bước tiện mặt trụ Ф310 94

Hình 5.11 Bước tiện mặt đầu Ф510 96

Hình 5.12 Nguyên công tiện mặt trụ Ф510 98

Hình 5.13 Nguyên công tiện bề mặt làm việc của chày 100

Hình 5.14 Nguyên công gia công các lỗ lắp ghép 103

Hình 5.15 Nguyên công tiện mặt phẳng đáy 108

Hình 5.16 Hai bước của nguyên công tiện mặt trụ ngoài 109

Hình 5.17 Nguyên công tiện mặt cong làm việc của cối 110

Hình 5.18 Nguyên công hàn và gia công nguội các bách lắp ghép 111

Hình 6.1 Mô hình lực tác dụng lên trụ piston 113

Hình 6.2 Mô hình tính ổn định trụ piston 115

Hình 6.3 Lắp nắp xi lanh vào thân xi lanh 117

Hình 6.4 Tổng thể máy tham khảo ME 6250 121

Hình 6.5 Mô hình lực tác dụng lên thân máy khi có tải P 122

Hình 6.6 Mô hình lực tác dụng lên thanh AB thân máy 122

Hình 6.7 Mô hình xét tính ổn định cho toàn máy 124

Hình 6.8 Biểu đồ nội lực của hệ 125

Hình 6.9 Biểu đồ lực cắt và mô men uốn 126

Hình 6.10 Mặt cắt ngang khung thân máy 127

Hình 6.11 Ghép thân máy bằng bu-lông 129

Hình 6.12 Bu-lông ghép thân máy trên máy tham khảoME 6250 131

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng tra hệ số biến mỏng 14

Bảng 2.2 Bảng hệ số thực nghiệm tính bán kính uốn nhỏ nhất 18

Bảng 4.1 Bảng tra một số loại dầu thủy lục theo tiêu chuẩn Nga 73

Bảng 5.1 Bảng tra các kích thước cơ bản của chày 84

Bảng 5.2 Bảng tra các kích thước cơ bản của chày 87

Bảng 5.3 Các thông số kỹ thuật máy tiện T630 91

Bảng 5.4 Kích thước dao tiện dùng cho nguyên công 1- gia công chày 92

Bảng 5.5 Chế độ cắt cho bước 1- nguyên công 1- gia công chày 93

Bảng 5.6 Chế độ cắt cho bước 2 - nguyên công 1 – gia công chày 95

Bảng 5.7 Chế độ cắt dùng cho bước 3 - nguyên công 1 - gia công chày 97

Bảng 5.8 Kích thước dao tiện dùng trong nguyên công 2 - gia công chày 98

Bảng 5.9 Chế độ cắt dùng cho nguyên công 2 – gia công chày 99

Bảng 5.10 Chế độ cắt dùng cho nguyên công 3 - gia công chày 102

Bảng 5.11 Bảng thông số kỹ thuật máy khoan cần 2H135 104

Bảng 5.12 Chế độ cắt dùng cho nguyên công 4 - gia công chày 107

Bảng 5.13 Chế độ cắt nguyên công 1-gia công cối 108

Bảng 5.14 Chế độ cắt nguyên công 2 - gia công cối 110

Bảng 5.15 Chế độ cắt nguyên công 3 - gia công cối 111

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỒN CHỨA VÀ QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐÁY BỒN CHỨA 1.1 Tổng quan về bồn chứa

Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu sản xuất hàng tiêu dùng và các thiết bị công nghiệp ngày một nhiều và đa dạng hơn Trong các nghành hóa chất, dầu khí, công nghiệp thực phẩm… ta hay gặp các thiết bị bồn chứa được dùng để lưu trử hay sử dụng ở một công đoạn trong quá trình sản xuất một sản phẩm nào đó Do vậy có thể thấy nhu cầu về các sản phẩm bồn chứa trong công nghiệp và đời sống là khá cao

Hình 1.1 Hệ thống bồn bể chứa trong khu lưu trử xăng dầu

 Phân loại bồn chứa

Có nhiều tiêu chuẩn để phân loại các loại bồn chứa, xét trên quan điểm về phạm vi sử dụng ta có bồn chứa dùng trong công nghiệp và bồn chứa dùng trong sinh hoạt

Trong sinh hoạt ta thường thấy các loại bồn chứa dùng để chứa nước, các loại bồn này thường được chế tạo từ thép không rỉ (INOX) hay làm từ nhựa composite Các loại bồn này được thiết kế theo tiêu chuẩn các loại bồn không chiệu

áp xuất Vì liên quan trực tiếp đến môi trường sống của con người nên các tiêu chuẩn về y tế cũng cần phải đảm bảo

Composite

Hình 1.4 Xe bồn chở khí LGP

Trong công nghiệp bồn được sử dụng rộng rải trong rất nhiều nghành liên quan đến các quá trình chế biến hóa học như là nghành sản xuất thực phẩm, dược phẩm, hóa chất… Các loại bồn này được thiết kế theo tiêu chuẩn riêng của từng nghành đảm bảo các điều kiện về hóa học và vật lý Bồn thường thiết kế chiệu áp

Ngoài ra người ta còn phân loại bồn theo các cách như sau

- Theo công dụng chứa chất lỏng, chứa chất khí, chứa hóa chất, chứa thực phẩm…

- Theo lĩnh vực sinh hoạt, công nghệ hóa học, công nghệ thực phẩm…

- Theo vật liệu thép các bon, thép không gỉ, composite…

- Theo hình dạng đáy của bình bồn đáy elíp, bồn đáy chỏm cầu

- Bồn chứa hoá chất (kiềm, axit,…), phân bón hoá học, thuốc nhuộm,…

- Bồn xử lý nước thải trung tâm, xử lý môi trường, nước thải sinh hoạt,…

- Bồn khoáy trộn hoá chất, trộn keo, hoá chất, cao su…

- Bồn chiết rót sơn công nghiệp, sơn tĩnh điện, nhúng kẽm, xi mạ,…

- Bồn thép, inox, composite chứa xăng, dầu, nhớt các loại

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất bồn chứa

1.2.1 Cấu tạo bồn chứa

Nếu chỉ xét các bồn chứa có cấu tạo đơn giản được sản xuất đễ phục vụ việc lưu trử các chất thì cấu tạo bồn chứa nói chung gồm các phần: thân bồn, đáy bồn và nắp bồn Các bộ phận được chế tạo riêng biệt với nhau sau đó được hàn kín lại với nhau Thân bồn thường có hình trụ, thường lặp đặt theo kiểu bồn trụ nằm ngang hay lắp theo kiểu bồn trụ thẳng đứng Dưới đây là bản vẽ một bồn chứa trụ ngang đơn giản

Hình 1.8 Bản vẽ bồn chứa đơn giản

Trong đồ án này ta chỉ xét đến quy trình công nghệ chế tạo đấy bồn chứa Trong thực tế ta thường thấy đấy bồn chứa dạng chỏn cầu hoặc dạng phẳng

Hình 1.9 Đáy bồn dạng chỏm cầu Hình 1.10 Đáy bồn dạng phẳng

Dây chuyền máy ép, máy vê đáy elip và chỏm cầu được sử dụng vào mục đích phục vụ cho việc gia công, chế tạo nắp và đáy bồn chứa có đường kính và biên dạng khác nhau Các loại bình chứa, bồn bể đụng hóa chất, thực phẩm, nước người

ta thường sử dụng đáy, nắp có hình dạng chỏm cầu hoặc elip là vì các nguyên nhân sau đây

- Áp suất tác dụng lên thành bình đồng đều

- Theo lý thuyết thì ứng suất tập trung tại các góc cạnh, do vậy thiết kế sao cho giảm ứng suất tập trung (bồn chứa nước đứng/nằm toàn hình trụ)

- Để hạn chế góc cạnh gây mòn và làm rò rỉ nhiên liệu

- Để giảm lực quán tính của nước tác động lên cạnh thẳng đứng hai bên thành bồn (bồn xe chữa cháy, xe chở xăng dầu)

- Tăng tính thẩm mỹ

- Tăng thể tích sử dụng

Đáy bồn dạng phẳng được chế tạo trên máy vê còn đấy bồn dạng chỏm cầu được thực hiện lần lượt trên máy nhấn chỏm cầu và máy vê

1.2.2 Vật liệu chế tạo bồn chứa

Vật liệu chế tạo các loại bồn chứa phổ biến hiện nay thường là vật liệu thép cacbon CT38 đối với các bồn thông thường, thép không gỉ đối với các loại bồn dùng trong nghành thực phẩm, dược phẩm

Cơ tính của thép cacbon CT38

Thép cacbon để ép được một chỏm cầu hoàn hảo thì nên dùng thép cacbon

có lực kéo không quá 3444 kG/mm2 và có độ giãn dài từ 26÷35 (%) Tuy nhiên có thể vê uốn được vật liệu của phôi có lực kéo giãn tới 5052 kG/mm2 và có độ giãn thấp hơn Nhưng nếu sử dụng những loại phôi này thì công việc vê uốn sẽ gặp khó khăn có thể phôi bị nứt hoặc sẽ bị tách

1.2.3 Một số phương án chế tạo đáy bồn

Đối với sản phẩm đáy bồn chứa, bình chứa có hình chỏm cầu hoăc elip thì

có nhiều phương pháp chế tạo: phương pháp đúc, phương pháp dập, phương pháp ép…

Trong các phương pháp trên thì phương pháp đúc và phương pháp dập ít được sử dụng Phương pháp đúc có nhiều phế phẩm nên sẽ rất tốn kim loại lỏng Mặt khác vật liệu chế tạo thường là thép, mà thép lại có tính chảy loãng không tốt Đối với phương pháp dập thì chủ yếu là dập được những biên dạng và đường kính vừa và nhỏ Các chi tiết đáy bồn chứa thường có đường kính lớn nên để thực hiện bằng phương pháp này thì cần phải có lực dập lớn dẫn đến công suất của máy lớn, vận tốc, kích thước của máy lớn

Tóm lại phương pháp ép là tối ưu nhất vì nó có vận tốc nhỏ, kim loại biến dạng từ từ Ít phế phẩm so với đúc vì dễ kiểm soát được chất lượng phôi (thép tấm)

1.2.4 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bồn

Quy trình công nghệ chế tạo đấy bồn được trình bày sau đây đựa trên quy trình tham khảo tại xưởng “Chế tạo thiết bị áp lực và năng lượng mới” trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Hình 1.13 Quy trình công nghệ chế tạo đáy bồn tại xưởng “Chế tạo thiết bị áp lực và

năng lượng mới” trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Quy trình công nghệ chế tạo đáy bồn nêu trên có thể tóm tắc qua 3 giai đoạn như sau

 Giai đoạn 1: Chuẩn bị phôi

Phôi ban đầu thường là vật liệu thép cacbon CT38, thép không gỉ Theo đề tài thì đường kính lớn nhất của phôi dmax = 3200(mm) Cắt phôi theo đường kính đã được tính toán phù hợp đáy bình, đáy bồn theo ý muốn

Phôi được cắt đứt từ thép tấm (cắt đứt bằng khí …) nhưng phải chú ý là trên phôi không có các vết nứt hoặc vết khía sâu ở mép ngoài do quá trình cắt phôi tạo

ra Để tránh những điều đó thì nên mài mép ngoài và mép trong của phôi trước khi

ép

 Giai đoạn 2: Ép nguội

Đầu tiên ta dùng khuôn ép có đường kính R1000 để ép phôi, thực hiện xoay phôi từ trong ra ngoài, sau khi có biên dạng tương đối phù hợp (bề mặt không có những vết mấp mô) thì ta thay đổi khuôn ép có đường kính R750 thực hiện các bước tương tự , sau đó thay đổi khuôn ép có đường kính R550 để ép tiếp tục đến khi đạt được đường kính và chiều cao cần thiết

Hình 1.14 Máy ép chỏm cầu tại xưởng “Chế tạo thiết bị áp lực và năng lượng mới”

trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng

 Giai đoạn 3: Vê uốn chỏm cầu(Quá trình miết)

Sau khi thực hiện ép đáy bình ở trên máy ép ta chuyển chi tiết sang máy vê

để vê bán kính cần thiết sau khi vê xong ta được sản phẩm có bán kính theo yêu cầu

Hình 1.16 Bộ lô trên máy vê chỏm cầu

Hình 1.17 Máy vê chỏm cầu

1.2.5 Một số hình ảnh sản phẩm

Một sản phẩm đáy bồn ép hoàn chỉnh thường phải đảm bảo các thống số về

độ tròn đương kính chỉ sai lệt nhỏ hơn 3mm, độ dày phần trụ sau khi bo cho phép

có chiều dày nhỏ hơn 1mm so với chiều dày ban đầu của phôi

Hình 1.18 Đáy bồn dạng chỏm cầu

Hình 1.19 Đáy bồn dạng chỏm cầu và dạng phẳng

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG UỐN KIM

LOẠI 2.1 Lý thuyết về uốn kim loại

2.1.1 Khái niệm

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

Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng dẻo đàn hồi xảy ra khác nhau ở 2 mặt của phôi uốn

2.1.2 Quá trình uốn

Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội Uốn tức là biến dạng thẳng (tấm), dây hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc Khối lượng vật uốn không tăng lên

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

Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng ép của chày và cối, phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết Quá trình biến dạng cũng bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi và quá trình biến dạng dẻo

Uốn làm thay đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước.Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nén và co ngắn ở hướng dọc, bị kéo ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp trung hòa

Khi uốn những dải 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 kính góc lượn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại

Hình 2.1 Quá tình uốn liên tục trên bộ chày khuôn hình chữ V

Trình bày quá trình uốn liên tục hình chữ V Đầu tiên chày chỉ tiếp xúc với phôi tại điểm của chày Trong quá trình chày đi xuống(theo thứ tự hình a,b,c,d) sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn Cuối cùng phôi bị nén chặt (chỉnh hình) giữa chày và cối, hai thanh chữ V được nén thẳng và phần đỉnh có bán kính uốn nhỏ nhất theo đầu chày

Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày (đỉnh chữ V), quá trình biến dạng dẻo cũng chỉ xảy ra ở đó là chính Bởi vậy sau khi khử bỏ lực tác dụng thì vật còn

có khả năng đàn hồi trở lại, biểu hiện ở góc đàn hồi khi uốn

2.1.3 Lớp trung hòa

Trên thành của phôi trước khi uốn ta kẻ những ô vuông Sau khi uốn ta thấy những ô vuông ở phần thẳng không thay đổi, còn những ô vuông ở phần cong thì biến thành hình thang

Các vạch gạch ngang tính từ tâm uốn ra, các vạch ở phía ngoài dài ra, còn

các vạch ở phía trong ngắn lại Chỉ có đường OO là chiều dài không đổi Đó là lớp

trung hòa Phần ngoài lớp trung hòa chịu kéo, còn phần trong chịu nén Lớp trung hòa không chịu kéo hay nén, nên giữ được độ dài ban đầu Đó là căn cứ tốt nhất để xác định phôi uốn

Hình 2.2 Dạng lưới vật liệu khi chưa bị uốn

Hình 2.3 Biến dạng của phôi sau khi uốn

Quan sát tiết diện cắt ra trên cung uốn, ta thấy có dạng hình quạt Phần dưới lớp trung hòa thì co lại, phần trên phình ra Lớp trung hòa giữ nguyên được ban đầu của phôi Hiện tượng này càng rõ rệt, khi bề rộng vật uốn càng hẹp và bán kính uốn càng nhỏ

Người ta đã chứng minh rằng lớp trung hòa đi qua trọng tâm của mặt phẳng tiết diện Trong quá trình uốn, bán kính uốn càng nhỏ dần thì hình dáng tiết diện

cũng thay đổi dần, do đó trọng tâm của tiết diện cũng di chuyển dần về hướng tâm uốn

Vị trí của lớp trung hòa được xác định bởi bán kính lớp trung hòa ρ Bán kính lớp trung hòa có thể xác định theo công thức của B П Rômanovxki sách Công Nghệ Dập Nguội của tác giả Tôn Yên, trang 103

: Hệ số biến mỏng, trị số cho trong bảng 46 [10]

x: Hệ số, xác định khoảng cạch trung hòa đến bán kính uốn phía trong Hệ số x được xác định bằng thực nghiệm và trị số cho trong bảng 48[10]

Khi

S

r

lớn hơn 6,5 sự thay đổi hình dáng tiết diện không đáng kể Lúc đó

lấy x = 0,5 và tính bán kính lớp trung hòa bằng công thức ρ = r +

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

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

- Tổng cộng chiều dài của các đoạn đó lại Chiều dài của các phần thẳng không thay đổi, còn các phần tử cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa

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

Đối với trường hợp có nhiều góc uốn

L = l i+ 0

0

180 i

 : Tổng chiều dài của cả đoạn thẳng (mm)

0 0

180 i



 (ri + xi.S): Chiều dài các lớp trung hòa (mm)

Hình 2.5 Các kích thước chi tiết uốn

Khi các kích thước cho trên bản vẽ chi tiết như hình 2.5a, chiều dài phôi uốn được xác định theo công thức

L = l1 + l2 + 0

0

180.

(r + x.S) – 2tg

2

0

(r + S) (mm) Khi uốn 900

và kích cho trên bản vẽ chi tiết như trên hình 2.5b, chiều dài

L = l1 + l2  a (mm) Trong đó a = -2r và trị số được thành lập theo bảng 49 [10]

 Bán kính uốn r <0.5S

Trong thực tế khi uốn với bán kính nhỏ, chiều phôi bị kéo dài ra và chiều dày vật liệu nơi uốn bị mỏng đi Góc uốn càng nhỏ và có nhiều góc uốn cùng một lúc thì hiện tượng kéo dài càng rõ rệt

2.1.5 Bán kính uốn cho phép lớn nhất và nhỏ nhất

Khi uốn, bán kính uốn phía trong được quy định trong một giới hạn nhất định Nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn vì chưa đạt đến mức độ biến dạng dẻo Nếu quá nhỏ có thể làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn (rtrong= rmin)

Bán kính uốn lớn nhất cho phép được xác định theo công thức

rmax=

T

S E

 (S): giới hạn chảy của vật liệu (kG/mm2)

Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được quy định theo mức độ biến dạng cho phép ở lớp ngoài cùng và được xác định theo công thức

Thực tế, bán kính nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức thực nghiệm đơn giản hơn:

Hướng đường uốn vuông góc

hướng cán dọc hướng cán

vuông góc hướng cán

dọc hướng cán

0,5 0,6 0,8 1,0

0,5 0,6 1,0 1,0

1,0 1,2 1,5 1,7

 Những yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn

Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện Nếu vật liệu có tính dẻo tốt hoặc đã qua ủ mềm thì rmin có trị số nhỏ hơn so với khi đã qua biến dạng - bị biến cứng

Ảnh hưởng của góc uốn Cùng với một bán kính uốn r như nhau, nếu góc uốn  càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn Có nghĩa là mức độ biến dạng ở vùng uốn lớn Điều đó dẫn đến phải tăng trị số bán kính uốn nhỏ nhất cho phép

Góc làm bởi đường uốn và hướng cán Vì kim loại chịu kéo và nén vuông góc với thớ kim loại Cho nên khi đường uốn vuông góc với hướng cán (thớ kim loại) thì rmin cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn dọc theo hướng cán từ 1,5 2 lần

Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt có nhiều ba via hoặc nhiều vết đứt thì khi uốn dễ sinh ra ứng lực tập trung và tại những nơi đó dễ sinh ra vết nứt Bởi vậy cần phải tăng trị số rmin lên 1,5 2 lần

2.1.6 Tính đàn hồi khi uốn

Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi Vì vậy khi không còn tác dụng của chày thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng của chày uốn Đó là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Tính đàn hồi được khi uốn với bán kính nhỏ (r<10S) bằng góc đàn hồi 

Còn khi uốn với bán kính lớn (r>10S) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi bán kính

cong của vật uốn

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc của chày cối uốn:  = 0 

Hình 2.6 Tính đàn hồi khi uốn

Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc uốn, tỷ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu, kiểu khuôn uốn và hình dáng kết cấu vật uốn

2.1.7 Tính lực uốn

Vấn đề xác định lực uốn cần thiết để uốn chi tiết một góc uốn bằng khuôn

là một vấn đề rất khó khăn, do đỏ chỉ có thể xác định một cách gần đúng Sở dĩ như vẫy là do lực uốn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như



- Tính chất cơ học của vật liệu, khoảng cách giữa các gối tựa

- Bán kính cong của chày uốn và mép làm việc của cối uốn

- Điều kiện ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ vv

- Ngoài ra lực uốn cần thiết để uốn phối trong khuôn uốn một góc còn phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa phôi uốn với chày và cối

Hình 2.7 Sự thây đổi lực uốn theo hành tình của chày

Lực uốn trong khuôn dập bao gồm lực uốn tự do và lực phẳng vật liệu Trị

số lực là phẳng lớn hơn rất nhiều so với lực uốn tự do Sự thay đổi lực khi uốn một góc được biểu diễn bằng sơ đồ trên hình 2.7

 Công thức tính lực uốn

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

P =

L

n S

hoặc chọn theo bảng 13 [5]

n: Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng

n = 1,12

Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

2.2 Tính toán phôi và lực ép để gia công đáy bồn

2.2.1 Tính phôi thép tấm dùng để gia công đáy bồn

Tính phôi theo các công thức trong Cataloge máy ME 6250

 Đối với đáy bồn dạng chỏm cầu

Trường hợp chỏm cầu có a > h bán kính phôi cần có R được tính

R = a+b =

4444

,0

Hình 2.9 Chỏm cầu có a < h

 Đối với đáy bồn dạng phẳng

Khai triễn biên dạng đáy bằng

Hình 2.10 Đáy bình dạng phẳng

Đường kính phôi 2R được tính trong 2 trường hợp

Khi a > r thì 2R = d +(-2r + 2,828r) +2a Khi a < r thì 2R = d +[-2r + π( r – 1/2)] +2a Trong đó:

r: bán kính góc vê

2.2.2 Tính lực ép để ép phôi tấm phẳng thành dạng chỏm cầu

Xét sự biến dạng của tấm phôi khi ép trên bộ khuôn chỏm cầu ta thấy phôi được nhấn vào trong lòng cối tương tự như nguyên công dập vuốt nên ta có thể sử dụng các công thức tính toán lực ép dựa vào công thức tính lực dập vuốt không làm mỏng thành Lực dâp của chày chịu ảnh hưởng các yếu tố sau

- Tính chất cơ hoc của vật liệu

- Phương pháp ép:ép thuận, ép nghịch, ép phối hợp khi phối hợp Khi ép phối hợp thì áp suất nhỏ hơn khi ép thuận hoặc ép nghịch

- Chiều dày của thành và của đáy sản phẩm

- Diện tích của chày vuông góc với trục ép, diện tích của chày càng lớn thì lực ép càng lớn

- Trạng thái bề mặt của phôi và trạng thái bề mặt của khuôn.Độ nhẵn càng cao thì lực càng lớn.Thông thường các phần của thành của khuôn được chế tạo với độ nhẵn Rz 40 ÷ 80

- Có các chất bôi trơn hoặc không có chất bôi trơn thì quá trình bôi trơn không đảm bảo yêu cầu dẫn đến quá trình ép sẽ bị nứt , rạn bề mặt vật liệu kim loại

Theo công thức tính lực ép khi dập vuốt không làm mỏng thành, trang 174 [10] ta có:

Dựa theo máy chuẩn ta thực hiên ép chỏm cầu mà không cần chặn phôi do

đó thành phần Q trong công thức trên không tồn tại, Q = 0

Quá trình ép được thực hiện 3 lần ở 3 bộ khuôn R1000, R750, R550 đến khi đạt được vật ép theo yêu cầu

Để tính lực ép cho quá trình ta tính lần thứ nhất, vì lực ép lần thứ nhất là lớn nhất

Lực ép theo lý thuyết được xác định theo công thức trang 174 [10]

Trong đó:

d1: đường kính chi tiết qua lần dập thứ nhất (mm)

d1 = 500 (lấy theo đường kính của cối đập) (mm)

σb: Giới hạn bền cho phép của vật liệu tra bảng 85 [10] (kG/mm2)

Pt = P1Theo máy chuẩn ta chọn Pt =180 (Tấn)

2.3 Giới thiệu về khuôn ép và các yêu cầu kỷ thuật

2.3.1 Giới thiệu chung khuôn ép

Khuôn ép là một bộ phận quan trọng trong các máy ép nói chung cũng như máy ép thủy lực nói riêng, đây là bộ phận trực tiếp taọ nên hình dáng của sản phẩm

và độ chính xác của sản phẩm

Đối với máy ép đáy bồn ta sử dụng 3 bộ khuôn ép R1000, R750, R550 thứ

tự ép được tiến hành từ khuôn ép đến khuôn nhỏ

Hình 2.11 Hình ảnh cối được lắp trên máy ME 6250

Hình 2.12 Bộ chày cối lắp trên máy ME 6250

Chày

Cối

Khuôn uốn ép có 4 mặt bích để định vị trên bàn máy và được kẹp chặt trên bàn máy bằng 4 bulông và đai ốc Thành bên được hàn 2 tai nâng để tiện trong việc vân chuyển và thay thế khuôn trong quá trình làm việc

Các chi tiết của khuôn ép được chia làm 2 nhóm cơ bản

Các chi tiết có giá trị công nghệ, có nghĩa là những chi tiết trực tiếp tham

gia vào các quá trình công nghệ, tác dụng vào phôi hay bán thành phẩm Các chi tiết

có gia trị công nghệ bao gồm:

- Các chi tiết làm việc: chày, cối, chày - cối liên hợp, dao cắt

- Các chi tiết định vị: chốt định vị bước đưa băng, dao cắt bước, đầu định

vị lỗ, vòng định vị phôi

- Các chi tiết ép và tháo phế liệu, tháo sản phẩm: tấm ép, vòng ép, tấm gạt, vòng gạt

Các chi tiết có giá trị kết cấu, có nghĩa là những chi tiết dùng để lắp ghép

và kẹp chặt Các chi tiết có giá trị kết cấu bao gồm:

- Các chi tiết giữ và đỡ: đế khuôn, chuôi chày, áo chày, áo cối, tấm lót

- Các chi tiết dẫn hướng: trụ và bạc dẫn hướng, tấm dẫn hướng

- Các chi tiết truyền động: chêm, cam, tấm trượt, thanh giằng, bản lề

- Các chi tiết kẹp chặt và đàn hồi: vít, chốt, đai ốc, đòn kẹp, lò xo, cao su Chày được lắp trên đầu piston bằng đai ốc, cối được gá trên bàn máy

2.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép

- Tính công nghệ của kết cấu khuôn ( khả năng công nghệ)

- Độ chính xác và độ bền vững

- Tính an toàn của các bộ phận khuôn

- Khả năng thay thế dễ dàng của các chi tiết mòn hỏng

- Khả năng lắp khuôn trên máy được thuận lợi

- Chế tạo đảm bảo tính kinh tế

- Thao tác thuận lợi và an toàn cho công nhân

2.3.3 Vật liệu chế tạo khuôn

Những chi tiết làm việc của khuôn ép (chày và cối) thông thường làm việc trong điều kiện chịu va đập, chịu áp lực cao, chị ăn mòn, và có khi làm việc trong trạnh thái đốt nóng Hình dáng của chúng thường phức tạp và phải giữ hình dáng sau gia công nhiệt luyện

Xuất phát từ đó mà vật liệu chế tạo khuôn ép cần phải có độ cứng cao, độ bền cao, và tính chịu mài mòn tốt

Trong quá trình chế tạo những chi tiết của khuôn ép cần đặc biệt chú ý đến công nghệ nhiệt luyện, để đảm bảo độ cứng và tổ chức của kim loại

Khi chọn vật liệu làm khuôn cần chú ý đến:

- Đặc điểm của các nguyên công dập

- Vật liệu được gia công

- Quy mô sản xuất

Các loại vật kiệu dùng để chế tạo khuôn bao gồm:

 Thép các bon có tính tôi thấp, ứng suất dư bên trong nhiều, do quá trình làm nguội khi tôi xảy ra nhanh chóng Độ “nhạy” với nhiệt cao làm giảm độ bền của thép

- Thép để gia công sau khi ủ và sau khi tôi có độ cứng bề mặt cao, tính chịu mài mòn tốt

- Thép CD70, CD70A , CD80 dùng để chế tạo những chi tiết mỏng chịu va đập Những chi tiết này không yêu cầu có độ cứng cao: như tấm trượt, chêm, chèn, chốt định vị, vòng ép Chày cối hình đơn giản, làm việc nhẹ

- CD10A, CD11A chày cối của khuôn cắt, đột, dập, vuốt có hình dáng đơn giản

và không lớn lắm

 Thép dụng cụ hợp kim thấp, có tính thấm tôi tốt, độ bền cao hơn so với thép các bon Độ nhạy và độ lớn lên của hạt khi đốt nóng thấp, ít bị biến dạng khi làm nguội

7CrV, 9CrV, 11Cr, 17Cr: dùng để chế tạo phần làm việc của khuôn cắt, đột tạo hình với kích thước hay đường kính đến 35 mm

 Thép hợp kim thấp tôi cao:

- Thép hợp kim nhóm này có tính thấm tôi cao Điều đó cho phép chế tạo những chi tiết làm việc của khuôn dập có tiết diện lớn

- Thép mác Cr có nhược điểm là tổ chức các bít không đồng đều Nó ít sử dụng đối với nhiều loại khuôn dập

- Thép 9CrSi có độ cứng cao sau khi ủ và khó gia công, dễ bị oxi hóa, không được nung trong lò đốt bằng ngọn lửa

- Thép CrWMn có độ dao động lớn về tính tôi được và tính thấm tôi Tổ chức cacbit không đồng đều

- Thép CrWSiMn có tổ chức đồng đều hơn, nhiệt độ tôi thấp hơn và tính thấm tôi lớn hơn so với các loại thép kể trên

Nói chung thép Cr, 9CrSi, CrWMn, CrWSiMn dùng để chế tạo khuôn dập cắt tinh, sữa tinh, vòng cắt phức tạp và đòi hỏi chính xác

 Thép hợp kim thấm tôi rất cao:

- Thép hợp kim nhóm này được chia ra: thép crôm, thép có 5÷6 % Cr, và thép hợp kim phức tạp

- Thép crôm cao: Cr12Mo, Cr12V1 và Cr12, vượt các loại thép khuôn dập khác về độ thấm tôi Nhược điểm chủ yếu của nó là tổ chức không đồng đều, điều

đó gây nên sự khác nhau về tính chất cơ học theo những hướng khác nhau Một nhược diểm nữa là nhiệt độ tôi cao

- Thép Cr12 không nên dùng với khuôn dập có hình dáng phức tạp hay làm việc có đốt nóng

- Thép Cr12m có tính chất cơ hoc tốt hơn thép Cr12

Đối với những khuôn dập làm việc với tải trong lớn (lực dập lớn, chấn động mạnh) thì tốt hơn cả là dung thép Cr12V1 Thép Cr12V1 có tính “linh hoạt” trong gia công nhiệt luyện

Thép nhóm này dùng để chế tạo chày cối của khuôn dập vuốt, uốn thành hình, ép chảy có hình dáng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao

