Thiết kế và chế tạo mô hình máy uốn móc áo tự động

.2.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rất rộng rãi dùng để dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu,dẫn khí...được ứng dụng trong rất nhiều ngành như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia... Trong nghành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đường ống cũng đóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoáng sản...góp phần tiết kiệm chi phí trong vận chuyển và sản xuất. I.2.2. Sản phẩm dùng trong sinh hoạt Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được ứng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox. Các sản phẩm như: lan can, bàn ghế...

MỤC LỤC

Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÁC SẢN PHẨM UỐN VÀ NHU CẦU SỬ

DỤNG 7

I.1 Tìm hiểu lịch sử hình thành máy uốn 7

I.2 Các sản phẩm uốn trong công nghệp và đời sống 8

I.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp 8

I.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt 8

I.3 Nhu cầu sử dụng sản phẩm nhôm uốn 9

I.3.1 Đặt vấn đề 9

I.3.2 Giới thiệu sản phẩm móc áo và các loại máy uốn hiện có 9

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI 13

II.1 Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại 13

II.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại 14

II.1.1.1 Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại 15

II.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 15

II.1.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư 15

II.1.1.4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính 15

II.1.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng 16

II.1.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo 16

II.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội 19

II.1.4 Biến dạng dẻo và phá hủy 20

II.2 Khái niệm uốn 21

II.2.1 Định nghĩa 21

II.2.2 Quá trình uốn 21

II.2.3 Tính đàn hồi khi uốn 22

II.2.3.1 Xác định chiều dài phôi uốn 23

II.2.3.2 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất 24

II.2.4 Công thức tính lực uốn 24

Chương III: TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ UỐN 26

III.1 Các phương pháp uốn ống 26

III.1.1 Uốn kiểu ép đùn vào ống 26

III.1.2 Uốn kiểu kéo và quay 27

III.1.3 Uốn kiểu có chày uốn 27

III.1.4 Uốn bằng các trục lăn 28

Chương IV: THIẾT KẾ MÁY UỐN MÓC ÁO 29

IV.1 Phân tích các phương án 29

IV.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn 29

IV.1.2 Lựa chọn phương án truyền động 29

IV.1.3 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lí 29

IV.2 Tính toán các cơ cấu máy 30

IV.2.1 Tính chọn xylanh uốn dưới: 31

IV.2.2 Tính chọn xylanh kẹp trên: 33

IV.2.3 Tính chọn 2 xylanh uốn trên: 36

IV.2.5 Tính chọn xylanh cắt: 39

IV.2.6 Tính toán bộ nắn thẳng 42

Chương V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 49

V.1 Thiết kế và thi công bộ nắn thẳng 49

V.1.1 Khung nắn thẳng 49

V.2 Thiết kế và thi công bộ cắt 49

V.2.1 Dao cắt 49

V.2.2 Bộ phận cắt 50

V.3 Thiết kế và thi công bộ uốn móc 52

V.4 Thiết kế và thi công bộ phận giá đỡ phôi 53

V.5 Thi công hoàn chỉnh máy 54

Chương VI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN 55

VI.1 Lựa chọn phương án điều khiển 56

VI.1.1 Các phần tử truyền động 56

V.1.2 Các phương pháp điều khiển 56

V.1.3 Phân tích lựa chọn phương án điều khiển 56

VI.2 Giới thiệu về bộ khả lập trình PLC 58

VI.2.1 Giới thiệu về PLC 58

VI.2.2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 226: 59

VI.2.2.1 Cấu trúc phần cứng: 59

VI.2.2.2 Cổng truyền thông: 61

VI.2.2.3 Mở rộng cổng vào ra 62

VI.3 Xây dựng chương trình điều khiển 63

VI.3.1 Rút gọn nhóm 1 64

VI.3.2 Rút gọn nhóm 2 68

VI.3.3 Rút gọn nhóm 3 71

VI.3.4 Xác định tín hiệu động cơ nắn thẳng (ĐCN) và động cơ xoắn (ĐCX) 74

VI.3.5 Xác định tín hiệu trung gian giữa các nhóm 75

VI.3.6 Lựa chọn các phần tử điều khiển 75

VI.3.7 Thiết lập sơ đồ kết nối xilanh, động cơ và PLC 76

VI.3.7.1 Sơ đồ kết nối PLC 76

VI.3.7.2 Sơ đồ nối dây giữa xilanh, van và rơ le điện từ 77

VI.3.8 Chương trình điều khiển 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC HÌNH VẼ

Tran g H.1.1: Một số sản phẩm uốn 2

H.1.2: Sản phẩm uốn 3

H.1.3: Một số sản phẩm móc áo trên thị trường 4

H.1.4: Các loại máy uốn móc áo theo cơ cấu Cam 5

H.1.5: Máy uốn móc theo cơ cấu dây chuyền 6

H.2.1: Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể 7

H.2.2: Các dạng ứng suất chính 10

H.2.3: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng 13

H.2.4: Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loai 14

H.2.5: Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn 16

H.2.6: Phôi ống sau khi uốn 16

H.2.7: Tính đàn hồi khi uốn 17

H.3.1: Mô hình uốn kiểu ép đùn 20

H.3.2: Bộ phận máy uốn ép đùn 20

H.3.3: Mô hình uốn kiểu kéo và quay 21

H.3.4: Mô hình uốn kiểu có chày uốn 21

H.3.5: Máy uốn kiểu dùng chày uốn 22

H.4.1: Sơ đồ cơ cấu uốn dưới 25

H.4.2: Sơ đồ cơ cấu kẹp dưới 27

H.4.3: Sơ đồ cơ cấu kẹp trên 29

H.4.4: Sơ đồ cơ cấu uốn trên 31

H.4.5: Sơ đồ bộ nắn thẳng 37

H.4.6: Sơ đồ tính lực con lăn nắn 37

H.4.7: Sơ đồ tính lực con lăn kéo 38

H.4.8: Sơ đồ tính trục 40

H.4.9: Kích thước trục thiết kế 42

H.4.10: kích thước ổ lăn 43

H.5.1: Khung nắn thẳng đã được hoàn thiện 44

H.5.2: Bộ phận nắn thẳng sau khi hoàn thành 45

H.5.3: Sơ đồ bộ phận cắt 46

H.5.4: Bộ phận cắt sau khi hoàn thành 47

H.5.5: Bộ phận uốn móc sau khi hoàn thiện 48

H.5.6: Máy thực tế 49

H.6.1: Biểu đồ trạng thái 50

H.6.2: Cấu trúc cơ bản của PLC 54

H.6.3: PLC 226 55

H.6.4: Truyền thông trong S7-200 57

H.6.5: Module mở rộng CPU 226 58

H.6.6: Biểu đồ trạng thái nhóm 1 59

H.6.7: Biểu đồ trạng thái nhóm 2 63

H.6.8: Biểu đồ trạng thái nhóm 3 65

H.6.9: Biểu đồ trạng thái 68

H.6.10: Sơ đồ kết nối PLC 70

H.6.11: Sơ đồ nối dây xilanh, động cơ 71

Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÁC SẢN PHẨM UỐN VÀ NHU

CẦU SỬ DỤNG

I.1 Tìm hiểu lịch sử hình thành máy uốn

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

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

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

mã lực (sức ngựa)

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

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

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

I.2 Các sản phẩm uốn trong công nghệp và đời sống

I.2.1 Sản phẩm dùng trong công nghiệp

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

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

I.2.2 Sản phẩm dùng trong sinh hoạt

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

Một số hình ảnh minh hoạ:

cả khí lẫn lỏng, đã có những đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia Trongsinh hoạt thì sản phẩm ống uốn được ứng dụng rộng rãi ví dụ làm lan can, bànghế, dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt.còn trong dời sống hằngngày móc áo nhôm là thứ mà ta thường thấy nhất cùa sãn phẩm nhôm uốn

I.3.2 Giới thiệu sản phẩm móc áo và các loại máy uốn hiện có

Hiện nay móc áo là một sản phẩm thông dụng và cần thiết trong đời sống sinhhoạt của mọi người, nó xuất hiện trong mọi gia đình, trên mọi quốc gia Móc áođược sử dụng để giữ áo quần và các vật dụng có dạng tấm mỏng để phơi sau khiđược làm sạch bằng nước Móc áo cơ nhiều loại với hình dáng, kích thước, vật liệu,công dụng khác nhau, về vật liệu thì ta có móc gỗ, móc nhựa, móc kẽm, móc thép,móc inox,…

Hình 1.3: Một số sản phẩm móc áo trên thị trường.

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy làm móc áo với nhiều chủng loại,kích thước, cơ cấu hoạt động khác nhau, có máy hoạt động theo có cấu Cam, có máyhoạt động theo dây chuyền, có máy hoạt động uốn bằng cơ cấu khí nén, thủy lực,…

Hình 1.4: Các loại máy uốn móc áo theo cơ cấu Cam.

Hình 1.5: Máy uốn móc theo cơ cấu dây chuyền.

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG

KIM LOẠI

II.1 Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại

Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo cácgiai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Tùy theo từngcấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khácnhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở

đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim

Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định,mỗi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó

Hình 2.1 : Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể.

+ Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng.Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên

tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực,mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu

+ Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đànhồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh.

Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phầncòn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c) Trên mặttrượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúngbằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vịtrí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng tháiban đầu

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

Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơntinh thể (hạt tinh thể ), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể.Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng

ở vùng tinh giới hạt Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh Đầu tiên

sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằnghoặc xấp xỉ 450, sau đó mới đến các hạt khác Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại

đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều Dưới tác dụng của ngoại lực,biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tươngđối với nhau Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặttrượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển

II.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại

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

II.1.1.1 Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại

Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tửkhác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạngthường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chứccản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm Thông thường kim loại sạch và hợp kim

có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệchmạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại

II.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khităng nhiệt độ tính dẻo tăng Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tửtăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tănglàm cho tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồntại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao.Khi nung thép từ 20  1000C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 1004000C độ dẻogiảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt

độ này thì độ dẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càngcao thì sức chống biến dạng càng lớn

II.1.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạngtăng, 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 xôlệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi).Nếu nhiệt độ nung 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 hoànthiện hơn nên độ dẻo tăng

II.1.1.4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loạichịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đường

hoặc chịu ứng suất nén kéo Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứngsuất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm.

II.1.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chaicứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độnguội dần sẽ kết tinh lại như cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lạithì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biếndạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt.Nếu lấy 2 khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèntrên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhưng độ

biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn

II.1.2 Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo

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

Điều kiện biến dạng dẻo :

Khi kim loại chịu ứng suất đường :

1 = ch tức max = ch/2 (2.4) Khi kim loại chịu ứng suất mặt :

1 2 = ch (2.5)

Khi kim loại chịu ứng suất khối :

max  min = max (2.6)Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo

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

A = (11 + 22 + 33 ) /2 (2.8)Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc:

1 = E

1[ 2 - (2 + 3 ) (2.9) 2 = E

1[ 2 - (1 + 3 ) (2.10)

3 = E

1[ 3 - (1 + 2 ) (2.11)Theo (2.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị:

A = 2E

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

F

F

 = 1 + 2 + 3 = E

21

( 1 + 2 + 3 ) (2.12)

E : mô đun đàn hồi của vật liệu Thế năng để làm thay đổi thể tích.

A0 =

3

32

12

Ah = A - A0 = 6E

1[(1-2)2 +(2-3)2+ (3-1)2] (2.14)Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:

A0 = 6E

1 20 (2.15)

Từ (2.14) và (2.15) ta có :

(1-2)2 +(2-3)2+ (3-1)2 = 20 = const Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo

Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (2.9) ta có thể viết:

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

Vậy V=0

Từ (2.12) ta có : E

21

1 - 3 = 3 0

2



= 0,580 (2.18) Trong trượt tinh khi 1 = -3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứngsuất tiếp khi  = 450

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

1 - 3 = 2k = const

2k = 3 0

2

 = 1,156 Phương trình dẻo (2.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kimloại bằng áp lực

Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo (2.18) chính xác nhất làđược viết:

1 - (3) = 2k

II.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội

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

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

Hình 2.3: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng.

II.1.4 Biến dạng dẻo và phá hủy

Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiềutrục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng

FbFa

Fdh

F1

b c a

e

a'' a'

Hình 2.4: Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loai.

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

- Khi tải trọng đặt vào lớn F > Fđh , biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi

bỏ tải trọng biến dạng không mất đi mà vẫn còn lại một phần Biến dạng này đượcgọi là biến dạng dẻo

-Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất Fb, lúc đó trong kim loại xảy

ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạngvẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C

II.2 Khái niệm uốn

II.2.1 Định nghĩa

Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần củaphôi có dạng cong hay gấp khúc,phôi có thể là tấm, dài ,thanh định hình và đượcuốn ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng Trong quá trình uốn phôi được biếndạng dẻo từng phần dể tạo thành hình dáng cần thiết

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

II.2.2 Quá trình uốn

Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Uốn làm thay đổihướng thớ của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước

Trong quá trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thớ vàđồng thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởilực kéo Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hoà không bị ảnh hưởng bởi lựckéo 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 diện ngang bị sailệch về hình dạng lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ

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

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

Hình 2.5 :Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn.

Hình 2.6 : Phôi ống sau khi uốn.

II.2.3 Tính đàn hồi khi uốn

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



Hình 2.7 :Tính đàn hồi khi uốn.

Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốnsau khi thực hiện quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chấtcủa vật liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu

II.2.3.1 Xác định chiều dài phôi uốn

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

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

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

Chiều dài phôi được xác địnhk theo công thức:





chiều dài các lớp trung hòa

- r : Bán kính uốn cong phía trong

- x : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s

- s : Chiều dày vật uốn

rngoài >= r trong + s

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

S: Chiều dày vật uốn

T : giới hạn chảy của vật liệu

- Bán kính uốn nhỏ nhất:

21

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

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn 

II.2.4 Công thức tính lực uốn

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

-Lực uốn tự do được xác định theo công thức

1 1

2

1. . . B.s .k l

n s B

(N)

l

n s

k1  .

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

B1 : Chiều rộng của dải tấm

S : Chiều dày vật uốn

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

b : giới hạn bền của vật liệu.

l : Khoảng cách giưã các điểm tựa

- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức

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

- F : Diện tích phôi được tinh chỉnh

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

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

Chương III: TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ UỐN

III.1 Các phương pháp uốn ống

III.1.1 Uốn kiểu ép đùn vào ống

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

Hình 3.1: Mô hình uốn kiểu ép đùn.

Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định Bộ phận uốn chuyển động vềgiữa trục ống và tiến hành bẻ cong ống Phương pháp này có thiên hướng làm biếndạng cả mặt trong và mặt ngoài của ống Phôi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳthuộc vào độ dày của vật liệu Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điệnhoặc chứa các dây nối tới đèn chiếu sáng

Hình 3.2 : Bộ phận máy uốn ép đùn.

III.1.2 Uốn kiểu kéo và quay

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

Hình 3.3: Mô hình uốn kiểu kéo và quay.

Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đãđược xác định sẵn từ trước Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việcuốn các tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phậncủa khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác

III.1.3 Uốn kiểu có chày uốn

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

Hình 3.4 : Mô hình uốn kiểu có chày uốn.

Các phôi ống được đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ linh động trong ống, chàyuốn bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và méo mó Ống được bẻ cong qua

puly uốn được cố định trên các má uốn để đảm bảo quá trình uốn được thực hiện tốtnhất.

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

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

Hình 3.5: Máy uốn kiểu dùng chày uốn.

III.1.4 Uốn bằng các trục lăn

Được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đường kính phôi lớn

hoặc các sản phẩm có dạng tròn mà đường kính vòng tròn khá lớn

Chương IV: THIẾT KẾ MÁY UỐN MÓC ÁO

IV.1 Phân tích các phương án

IV.1.1 Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn

- Động cơ đủ công suất để kéo dây qua bộ phận nắn thẳng.

- Xylanh cắt sợi đủ lực để tạo ra lực cắt

- Thực hiện quá trình kẹp chặt và giữ phôi khi uốn

- Thực hiện hành trình uốn

- Động cơ xoắn đủ momen xoắn móc

- Lực uốn danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực uốn cần thiết

- Nhả kẹp và tháo sản phẩm

IV.1.2 Lựa chọn phương án truyền động

Máy uốn thanh nhôm dùng để uốn nhôm có đường kính từ 2mm do đó ta phải lựa chọn phương án truyền động và lựa chọn cơ cấu máy hợp lí

Phương án 1: ta chế tạo bộ phận xoắn và bẻ cung trên đầu móc cùng 1 cụm

chi tiết chuyện động đồng thời

*Ưu điểm: máy có kết cấu nhỏ gọn.

*Nhược điểm: máy khó chế tạo.

Phương án 2: ta chế tạo từng bộ phận tách rời nhau bộ phận xoắn và bẻ móc

là 2 cụm chi tiết riêng biệt

*Ưu điểm:sản phẩm sau khi gia công lấy ra dễ dàng.dễ chế tạo.

*Nhược điểm: kêt cấu máy phức tạp, cồng kềnh.

IV.1.3 Lựa chọn các kết cấu máy hợp lí

Để thực hiện công tác kéo móc ta bố trí dạng truyền động là bộ truyền xích,

sử dụng hệ thống motor kéo và công tắc hành trình

Để thực hiện cơ cấu uốn móc ta dùng hệ thống xylanh khí nén và các công tắc hành trình.

* Lựa chọn các loại đầu kẹp dây:

Có 2 loại đầu kẹp dây: Đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sử dụngcác má kẹp

- Đầu kẹp sử dụng con lăn: Các máy uốn thép sử dụng đầu kẹp này chủyếu là các máy có công suất bé 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 lớn thì kết cấu puly cồng kềnh và đầu kẹp sẽ lớn

- Đầu kẹp sử dụng các má kẹp: Các má kẹp này có kết cấu khá đơngiản có thể dùng kẹp các sợi nhôm nhưng ưu điểm của nó là tạo ra lực

ma sát lớn khi uốn (ma sát trượt) nên giữ dây nhôm cố định trênkhuôn mà không bị trượt

 Ta dùng đầu kẹp sử dụng má kẹp để kẹp dây nhôm

IV.2 Tính toán các cơ cấu máy

Vì trên thị trường không có bán dây nhôm với khối lượng nhỏ nên ta

sẽ tạm dùng dây thép để làm nguyên liệu làm móc và lấy số liệu của dây

thép để tính toán

Ta có cơ tính của dây thép

+ Giới hạn bền kéo σb = 250 MPa = 250 N/mm2

+ Giới hạn chảy σch = 120 MPa = 120 N/mm2

Để uốn dây thép có đường kính lớn nhất ∅max = 4 mm ta tính toán cho điều kiện phá hủy vật liệu, là công suất tối thiểu truyền cho khuôn uốn

max max

W

u

ch u

M





(1) Trong đó:

max

u

Vậy nếu muốn uốn sợi thép ta cần cung cấp 1 momen uốn ≥ 754 N.mm.

IV.2.1 Tính chọn xylanh uốn dưới:

Ta tính chọn lúc xylanh uốn hết hành trình vì lúc này lực cần thiết là lớn nhất

M : momen cần thiết để uốn dây.

l: khoảng cách giữa tâm uốn đến vị trí lực tác dụng

Lực cần thiết để tạo ra lực hữu ích F2:

F1 =

2 cos 46o

F

=

16,7 cos 46o

= 24 (N)

Ta có:

Mu = F1.90 = 24.90 = 2160 (N.mm)

'

35000

108(N)20

u xl

M F

l

.Trong đó:

Fxl: lực tạo ra từ xylanh

Mu: momen uốn cần thiết để uốn thanh kẽm:

l': khoảng cách từ tâm quay đến trục xylanh

Ta có lực làm việc thực tế của xylanh:

F F

Trong đó:

k1: hệ số khớp quay giữa tay uốn với máy (k1=0,95)

k2: hệ số khớp quay giữa đầu xylanh với tay uốn (k2=0,95)

k3: hệ số tính đến ma sát giữa tay uốn với thanh kẽm và khuôn uốn (k3=0,9)

Ta dùng cơ cấu cấp khí có áp suất 4 Bar = 0,4 N/mm

Ta chọn xylanh có đường kính trong D = 25mm.

IV.2.2 Tính chọn xylanh kẹp trên:

Hình 4.2: Sơ đồ cơ cấu kẹp trên.

Hệ số ma sát giữa thép với thép là 0,17 (f=0,17)

Để thân móc không bị cong trong quá trình xoắn thì ta cần tạo ra lực kẹp (lực

ma sát) lớn hơn lực do momen xoắn tạo ra

754

15, 08( ) 50

u ms

F ms: lực ma sát do má kẹp tạo ra

max

u

M : momen giới hạn làm dây kẽm bị uốn cong

l: khoảng cách cánh tay đòn tạo ra lực uốn dây

Ta lại có:

ms k

xl tt

F F k

Trong đó:

k: hệ số khớp quay của tay kẹp (k=0,9)

Ta dùng cơ cấu cấp khí có áp suất 4 Bar = 0,4 N/mm

Ta chọn xylanh có đường kính trong D=25mm.

IV.2.3 Tính chọn 2 xylanh uốn trên:

M : momen giới hạn làm dây kẽm bị uốn cong.

l: khoảng cách ngắn nhất từ vị trí uốn đến tâm uốn

1

Mxl F u.l 37,7.103 3883(   N mm)

Trong ó:đó:

M xl1: momen uốn cần được xylanh tạo ra

l: khoảng cách từ vị trí uốn đến tâm quay của tay quay

1 1

3883

59

xl xl

M

N l

Trong ó:đó:

F xl1: lực cần thiết do xylanh tạo ra

l: cánh tay đòn tính từ thân xylanh đến tâm quay

Ta có lực làm việc thực tế của xylanh:

1 65,8

73(N) 0.9

xl tt

F F k

Trong đó:

k: hệ số khớp quay của tay uốn (k=0,9)

Ta dùng cơ cấu cấp khí có áp suất 4 Bar = 0,4 N/mm2

3883, 2

150( ).

xl xl

s: diện tích piston (

2 2

Ta chọn xylanh có đường kính trong D=25mm.

IV.2.4 Tính chọn momen động cơ xoắn:

M : momen cần thiết để uốn dây

M dc: momen cần thiết do động cơ tạo ra

Ta có momen làm việc thực tế của động cơ:

IV.2.5 Tính chọn xylanh cắt:

Ngày nay các máy cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn Khi thiết kế máy mới

ta tính lực cắt sao cho máy làm việc đảm bảo an toàn và không xảy ra các sự cốđáng tiếc Dù dùng loại máy cắt nào thì quá trình cắt cũng chia ra làm ba thời kỳ đólà:

người ta đưa ra thông số tỉ số chiều sâu cắt tương đối 1:

1 1

Z h