- 1. NẴNG TRƯỜNG ĐẠIHỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG Người hướngdẫn: TS. TÀO QUANG BẢNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỨC LỘC Đà Nẵng, 2020
- 2. ÁN TỐT NGHIỆP Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau: Số Trang: 77 trang Số bản vẽ: 7 A0 1. Nhu cầu thực tế của đề tài: Trong đời sống hằng ngày sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi cho các ngành, các phương tiện trong thực tế. Đó là nhu cầu rất cần thiết không thể thiếu được. Nó chiếm một tỷ trọng đáng kể trong nhiều lĩnh vực. Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng công việc khác nhau do đó ống dẫn sẽ không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh vực. 2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp: Đi sâu vào tính toán và thiết kể các cơ cấu cũng như bộ phận chính của máy uốn ống như: thiết kế các cơ cấu cơ khí, tính toán hệ thống thủy lực… 3. Nội dung đề tài đã thực hiện : • Phần lý thuyết: Nêu lên được tính cấp thiết của đề tài, tổng quan về các loại máy uốn, lựa chọn phương án thiết kế từ đó đưa ra nguyên lý làm việc của máy. Tính toán động học và động lực học của máy để tính toán và thiết kế các cơ cấu, bộ phận của máy. • Cơ sở để tính toán thiết kế máy: Tính toán theo thông số lớn nhất của sản phẩm: +Kích thước phôi: Ống tròn đường kính ngoài Ø 25÷ Ø 100 mm +Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được Smax= 10mm +Chiều dài phôi thép lớn nhất Lmax= 6000mm • Tính toán thiết kế: - Thiết kế bộ truyền xích. - Thiết kế trục. - Thiết kế gối đỡ trục. - Tính chọn các phần tử trong hệ thống thủy lực. 4. Kết quả đã đạt được: Sau 03 tháng nhận đề tài tốt nghiệp, về cơ bản nhiệm vụ được giao em đã cố gắng hoàn thành tốt, tuy nhiên sẽ vẫn còn thiếu sót. Vì vậy để đồ án của em được hoàn thiện hơn em xin thầy giáo viên hướng dẫn, giáo viên duyệt và hội đồng bảo vệ xem xét và góp ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
- 3. NẴNG TRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCH KHOA KHOACƠKHÍ CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN ĐỨC LỘC Số thẻ sinh viên: 101150081 Lớp: 15C1B Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy 1. Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: - Chiều dày thành ống lớn nhất: 10mm - Kích cỡ ống: Ømax = 100 mm - Vật liệu: CT38 - Chiều dài phôi thép lớn nhất: Lmax= 6000mm Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: A. Lý thuyết - Giới thiệu về nhu cầu, công nghệ và thiết bị sản xuất. - Các loại máy uốn thép và phương pháp thiết kế. - Lý thuyết điều khiển thủy lực. - Lý thuyết về biến dạng dẻo và lý thuyết uốn. B. Tính toán thiết kế - Thiết lập sơ đồ động của máy. - Tính toán động lực học và động học toàn máy. - Thiết kế hê thống điều khiển thủy lực. C. Hướng dẫn sử dụng, an toàn và bảo dưỡng máy. 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ) - Bản vẽ lựa chọn phương án: 1A0 - Bản vẽ sơ đồ động: 1A0 - Bản vẽ tổng thể máy: 4A0 - Bản vẽ hê thống điều khiển thủy lực: 1A0 5. Họ tên người hướng dẫn: Tào Quang Bảng 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/02/2020 7. Ngày hoàn thành đồ án: 01/07/2020 Đà Nẵng, ngày 04 tháng 07 năm 2020. Trưởng bộ môn ( Ký và ghi rõ họ tên) Người hướng dẫn ( Ký và ghi rõ họ tên) Tào Quang Bảng
- 4. thời đại ngày nay, ngành cơ khí nói chung và ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng là một trong những ngành quan trọng, có tính then chốt và cũng là nền tảng để đưa đất nước ta trở thành một nước công nghiệp hiện đại. Để đáp ứng nhu cầu khoa học kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng thì người kỹ sư cơ khí là rất cần thiết đối với một nước công nghiệp phát triển. Hiện nay, nhu cầu về ống là rất cần thiết để phục vụ cho nhiều lĩnh 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 đặt hay tạo hình các ống có thể sẽ gặp rất nhiều khó khăn vì phải uốn lượn 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 tàu nếu chỉ dùng các ống nối chữ T, nối 900 thì sẽ không đáp ứng được vì các đường ống trên tàu nối với nhau bỡi góc độ. Trước thực trạng đó để đáp ứng nhu cầu sử dụng của xã hội nói chung và ngành đóng tàu nói riêng, với sự nhất trí cho phép của khoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn em xin thiết kế máy uốn ống làm đề tài tốt nghiệp. Em hy vọng với đề tài này sẽ giúp em kiểm tra lại kiến thức đã học được và trang bị thêm kiến thức để làm nền tảng cho em sau này. Đây là lần đầu tiên em thiết kế đề tài có kiến thức tổng hợp khá rộng. Trong thời gian thiết kế em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học vào nhiệm vụ thiết kế của mình. Tuy đã rất cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án có nhiều sai sót, kính mong sự chỉ dẫn thêm của các quý thầy cô, bạn bè. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Tào Quang Bảng và quý thầy cô đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, ngày 04 tháng 07 năm 2020 Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Lộc
- 5. hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và tham khảo các tài liệu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng: − Các số liệu, công thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy. − Tuân thủ các quy định của nhà trường đề ra về cách thức trình bày đồ án. − Nội dung các phần trong đồ án được giáo viên hướng dẫn cụ thể và kiểm tra thường xuyên. − Không trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chưa được sự đồng ý cũng như các tài liệu vi phạm pháp luật. Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Lộc
- 6. ĐẦU................................................................................................ CAM ĐOAN................................................................................................... MỤC LỤC...................................................................................................iii DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH........................................................ MỞ ĐẦU.......................................................................................................1 PHẦN A: PHẦN LÝ THUYẾT...................................................................2 Chương 1:GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ UỐN ỐNG.............................................................3 1.1. Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống ................................................3 1.1.1. Lịch sử phát triển của ống............................................................................................3 1.1.2. Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống ..............................................................3 1.1.3. Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống....................................................................3 1.2. Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống ..........................................................4 1.2.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp..............................................................................4 1.2.2. Sản phẩm dùng trong sinh hoạt ...................................................................................5 1.3. Một số loại máy uốn ống hiện có và thông số kỹ thuật...........................................6 Chương 2: LÝ THUYẾT UỐN VÀ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU....................9 2.1. Cơ sở lý thuyết uốn.........................................................................................................9 2.1.1. Các tính chất quan trọng của các loại vật liệu uốn ống ............................................9 2.1.1.1. Vật liệu inox:..........................................................................................................9 Bảng 2.1. Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường........................................ 10 2.1.1.2. Vật liệu thép mạ kẽm: ........................................................................................ 10 Bảng 2.2. Bảng thông số ống mạ kẽm ........................................................................... 11 2.1.2. Uốn ............................................................................................................................... 12 2.1.2.1. Khái niệm uốn:.................................................................................................... 12 2.1.2.2. Đặc điểm:............................................................................................................. 12 2.1.2.3. Quá trình uốn....................................................................................................... 12 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng của uốn đến tính dẻo và biến dạng của kim loại ............. 14 2.1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ..................................................................................... 15 2.1.3.2. Ảnh hưởng của ứng suất dư............................................................................... 15 2.1.3.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính........................................................ 15 2.1.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng...................................................................... 15 2.1.3.5. Biến dạng dẻo và phá hủy.................................................................................. 15
- 7. uốn .................................................................................................... 18 2.2. Các số liệu ban đầu: .................................................................................................... 23 Chương 3:LÝ THUYẾT TRUYỀNĐỘNG THỦYLỰC VÀ GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ĐƯỢC DÙNG .............................................24 3.1. Lý thuyết truyền động thủy lực ................................................................................ 24 3.3.1. Giới thuyết về hệ thống truyền động thủy lực ........................................................ 24 3.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực............................. 24 3.2.1. Ưu điểm ....................................................................................................................... 24 3.2.2. Nhược điểm................................................................................................................. 24 3.3. Giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng trong máy ........................................ 24 3.3.1. Van an toàn.................................................................................................................. 24 3.3.2. Van giảm áp ................................................................................................................ 26 3.3.3. Van cản ........................................................................................................................ 27 3.3.4. Van tiết lưu.................................................................................................................. 27 3.3.5. Van điều khiển............................................................................................................ 28 3.3.5.1. Van đảo chiều 3 của 2 vị trí............................................................................... 28 3.3.5.2. Van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí............................................................................... 28 3.3.6. Bộ ổn tốc...................................................................................................................... 28 PHẦN B: PHẦN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ...............................................30 Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG.............................31 4.1. Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế máy ............................................. 31 4.1.1. Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn.................................................................. 31 4.1.2. Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý............................................................................. 31 4.1.2.1. Lựa chọn phương án truyền động..................................................................... 31 4.1.2.2. Lựa chọn kết cấu máy hợp lý............................................................................ 34 4.1.3. Các bộ phận của máy uốn ống.................................................................................. 35 4.2. Tính toán thông số kỹ thuật ...................................................................................... 36 4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của máy uốn ống........................................................................... 36 4.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy uốn ống................................................................... 37 4.2.3. Tính toán lực uốn cong ống....................................................................................... 37 4.2.3.1. Cơ sở quá trình tính toán.................................................................................... 37 4.2.3.1. Sơ đồ lực của quá trình uốn............................................................................... 37 Chương 5:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT MÁY TRONG MÁY UỐN ỐNG ........................................................................................44 5.1. Thiết kế bộ truyền xích............................................................................................... 44 5.1.1. Chọn loại xích............................................................................................................. 44 5.1.2. Định số răng đĩa xích................................................................................................. 45
- 8. trục.................................................................................................................. 47 5.2.1. Tính gần đúng trục ..................................................................................................... 47 5.2.2. Tính chính xác trục..................................................................................................... 48 5.2.3. Tính then...................................................................................................................... 49 5.2.4. Thiết kế gối đỡ trục .................................................................................................... 50 Chương 6:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG, ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY UỐN ỐNG..................................................................52 6.1. Tính đường kính piston kéo má động ..................................................................... 52 6.2. Tính công suất bơm dầu và công suất động cơ điện ............................................ 53 6.2.1. Tính toán các tổn thất áp suất trong hệ thống ......................................................... 53 6.2.1.1. Tổn thất áp suất qua van: (p1)............................................................................ 53 Bảng 6.1. Các giá trị tổn thất của áp suất ...................................................................... 53 6.2.1.2. Tổn thất áp suất trong ống dẫn.......................................................................... 54 6.2.1.3. Tính các tổn thất thể tích trong hệ thống ........................................................ 55 5.2.2. Tính và chọn các thông số của bơm......................................................................... 55 6.2.2.1. Lưu lượng của bơm (Qb) ................................................................................... 56 6.2.2.2. Áp suất bơm (pb)................................................................................................. 56 6.2.2.3. Tính công suất bơm dầu..................................................................................... 56 6.2.2.4. Tính công suất động cơ điện ............................................................................. 57 6.2.3. Tính chọn các phần tử thủy lực khác....................................................................... 57 6.2.3.1. Tính chọn xi lanh kéo về.................................................................................... 57 6.3.2.2. Tính đường kính xi lanh kẹp má động............................................................. 58 6.2.4.7. Chọn lọc dầu cho hệ thống................................................................................ 59 6.2.5. Tính toán ống dẫn dầu................................................................................................ 62 6.2.5.1. Yêu cầu đối với ống dẫn.................................................................................... 62 6.2.5.2. Xác định đường kính ống dẫn........................................................................... 62 6.2.6. Tính toán thiết kế bể chứa dầu.................................................................................. 63 6.2.6.1. Thiết kế bình chứa dầu....................................................................................... 63 6.2.6.2. Bảo dưỡng bình chứa dầu thủy lực................................................................... 65 PHẦN C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, AN TOÀN VÀ BẢO DƯỠNG MÁY. ....................................................................................................................66 Chương 7:CÁC QUY PHẠM AN TOÀN TRONG SỬ DỤNG VÀ BẢO DƯỠNG MÁY............................................................................................67 7.1. An toàn lao động khi sử dụng máy .......................................................................... 67 7.1.1. Đối với người sử dụng ............................................................................................... 67 7.1.2. Đối với máy................................................................................................................. 67
- 9. sử dụng ..................................................................................................... 67 7.3. Bôi trơn máy ................................................................................................................. 68 7.4. Bảo dưỡng máy ............................................................................................................ 68 KẾT LUẬN.................................................................................................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................70
- 10. BIỂU, HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường. ........................................... 10 Bảng 2.2. Bảng thông số ống mạ kẽm................................................................................ 11 Bảng 6.1. Các giá trị tổn thất của áp suất........................................................................... 51 Bảng 6.2. Các đặc tính của dầu ........................................................................................... 62 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.I. Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong công nghiệp ............................5 Hình 2.I. Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong sinh hoạt..................................6 Hình 3.I. Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T............................................................6 Hình 4.I. Máy uốn ống 3 trục Elip E-3A-O-76-3T..............................................................7 Hình 5.I. Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S....................................................................8 Hình 1.II. Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn......................................................... 13 Hình 2.II. Phôi ống sau khi uốn........................................................................................... 14 Hình 4.II. Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại........................... 16 Hình 5.II. Tính đàn hồi khi uốn........................................................................................... 17 Hình 6.II. Uốn có dùng chày................................................................................................ 19 Hình 7.II. Máy uốn kiểu dùng chày uốn............................................................................. 20 Hình 8.II. Mô hình uốn kiểu ép đùn.................................................................................... 20 Hình 9.II. Sơ đồ lực quá trình uốn ...................................................................................... 21 Hình 10.II. Bộ phận máy uốn ép đùn.................................................................................. 21 Hình 11.II. Mô hình uốn kiểu kéo và quay....................................................................... 21 Hình 12.II. Sơ đồ lực quá trình uốn .................................................................................... 22 Hình 13.II. Mô hình uốn kiểu trục lăn................................................................................ 22 Hình 14.II. Sơ đồ lực quá trình uốn .................................................................................... 23 Hình 1.III. Kết cấu nguyên lý van an toàn......................................................................... 25 Hình 2.III. Kết cấu nguyên lý van giảm áp........................................................................ 26 Hình 3.III. Kết cấu nguyên lý van cản................................................................................ 27 Hình 4.III. Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng .............................................................. 27 Hình 5.III. Van đảo chiều 3/2.............................................................................................. 28 Hình 6.III. Tín hiệu tác động vào van................................................................................. 28 Hinh 7.III. Kí hiệu van đảo chiều 3/2................................................................................. 28 Hình 8.III. Kí hiệu van đảo chiều 4/3................................................................................. 28 Hình 1.IV. Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bánh răng............................ 32 Hình 2.IV. Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bộ truyền đai...................... 32 Hình 3.IV. Sơ đồ nguyên lý máy uốn dùng hệ 1 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích ................................................................................................................................................. 33 Hình 4.IV. Sơ đồ nguyên lý uốn dùng hệ 2 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích... 33
- 11. kẹp................................................................................................................. 34 Hình 6.IV. Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh...................................................................... 34 Hình 7.IV. Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh................................................................................. 35 Hình 8.IV. Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống ......................................................................... 36 Hình 9.IV. Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn................................................................. 37 Hình 10.IV. Quá trình kẹp.................................................................................................... 38 Hình 11.IV. Quá trình uốn ................................................................................................... 38 Hình 12.IV. Sơ đồ lực quá trình uốn................................................................................... 39 Hình 13.IV. Kích thước của phôi ống................................................................................. 40 Hình 14.IV. Sơ đồ lực tính toán lực kéo má động ............................................................ 42 Hình 1.V. Cấu tạo xích ống con lăn.................................................................................... 44 Hình 2.V. Sơ đồ bố trí xích kéo........................................................................................... 46 Hình 2.V. Biểu đồ mô men .................................................................................................. 47 Hình 4.V. Sơ đồ chọn ổ ........................................................................................................ 50 Hình 1.VI. Sơ đồ phân tích lực piston kéo......................................................................... 52 Hình 2.VI. Sơ đồ nguyên lí bơm bánh răng....................................................................... 57 Hình 3.VI. Dầu trong các răng của bơm............................................................................. 57 Hình 4.VI. Sơ đồ phân tích lực piston kéo về.................................................................... 58 Hình 5.VI. Sơ đồ phân tích lực piston kẹp......................................................................... 59 Hình 8.VI. Sơ đồ bể chứa dầu. ............................................................................................ 64
- 12. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 1 MỞ ĐẦU Trong ngành công nghiệp cơ khí và các ngành khác, máy móc chiếm vị trí quan trọng không thể thiếu. Có nhiều loại máy móc thiết bị cho các lĩnh vực khác nhau như: nông nghiệp, y tế, xây dựng... Mỗi một loại máy móc thiết bị cho ra sản phẩm phục vụ cho một hoặc một số lĩnh vực. Sản phẩm ống là một trong số đó và được dùng rộng rãi trong cuộc sống và trong công nghiệp. Ống đa dạng về hình dạng, kích cỡ, độ dày... nên kéo theo máy móc phục vụ sản xuất ống củng đa dạng về hình dạng, kích cỡ, phương thức... Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống, công nghiệp thì sản phẩm ống cần cung cấp để phục vụ ngày càng tăng. Tùy theo yêu cầu mà ống có hình dạng khác nhau, ống có thể thẳng hay cong, cong ở góc độ từ đơn giản đến phức tạp, đường kính phôi ống củng khác nhau từ nhỏ đến lớn. Để có thể có được các sản phẩm ống có dạng cong như vậy, người ta có thể sử dụng nhiều cách thức khác nhau để uốn cong ống, máy móc để uốn ống đa dạng từ đơn giản đến phức tạp. Máy uốn ống giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp sản phẩm ống để phục vụ cho xã hội nói chungvà cho ngành đóng tàu nói riêng. Với mục tiêu và tầm quan trọng trên thì việc thiết kế một loại máy uốn ống là cần thiết. Được sự nhất trí cho phép của khoa cơ khí và thầy giáo hướng dẫn TS. Tào Quang Bảng em xin thiết kế máy uốn ống dùng thủy lực làm đề tài tốt nghiệp. Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu các sản phẩm uốn, phạm vi ứng dụng và một số thiết bị uốn ống. Chương 2: Nội dung liên quan đến uốn và các số liệu ban đầu. Chương 3: lý thuyết truyền độngthủy lực và giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng Chương 4: Tính toán thiết kế máy uốn ống. Chương 5: Tính toán thiết kế một số chi tiết máy. Chương 6: Tính toán hệ thống dẫn dộng, điều khiển chi máy uốn Chương 7: Các quy phạm an toàn trong sử dụng và bảo dưỡng máy.
- 13. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 2 PHẦN A: PHẦN LÝ THUYẾT
- 14. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 3 Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC SẢN PHẨM UỐN, PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ UỐN ỐNG 1.1. Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống 1.1.1. Lịch sử phát triển của ống Lịch sử của việc sản xuất ống được bắt đầu từ việc sử dụng những 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 biến vào 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 các đèn khí đảo được tìm thấy đầu tiên ở Anh, người ta đã sử dụng thép tấm cuộn qua con xúc xắc tạo thành ống và hàn mép lại với nhau. 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 19 bằng nhiều phương tiện khác nhau; quy trình Mannesmanm đã được phát 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 Mỹ vào năm 1895. Vào đầu thế kỉ 20 ống thép không hàn đã được chấp nhận rộng rãi khi cách mạng công nghiệp được tiến hành với ngành ô tô, ngành tái lọc dầu, hệ thống các ống dẫn, các giếng dầu, các lò hơi phát điện kiểu cổ. Vào lúc này ống hàn không đạt được độ tin cậy bằng ống hàn điện. Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sự phát triển của ngành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khả năng chịu được những điều kiện khắc nghiệt của môi trường như là: nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các tác dụng của áp lực và dải nhiệt thay đổi. Ống thép đã được sử dụng một cách tin cậy trong các ngành công nghiệp quan trọng; các đường ống từ Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử. 1.1.2. Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là Liên Xô (20 triệu tấn). Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản (10,5 triệu tấn). Việc sản xuất các sản phẩm thép dạng ống sẽ duy trì được ở mức độ trên là phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giới như là ngành khai thác dầu, xây lắp các nhà máy điện, công nghiệp sản xuất ôtô. Ví dụ như, ở những vùng kinh tế có giá dầu thấp do vậy ít có nhu cầu khoan thêm các giếng dầu. Kết quả là nhu cầu sản xuất ống thép cho ngành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống. Một ví dụ tương tự là sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp. Tổng sản lượng trên toàn thế giới là sự tổng hợp các ảnh hưởng từ các khu vực kinh tế địa phương ở từng nước trên toàn thế giới. 1.1.3. 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, ép các loại dầu lạc, hướng dương... Những vật thể tròn xoay này dần được thay thế bằng kim loại như: nhôm, thép, đồng thau và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp trên
- 15. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 4 các máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triển thì nó ngày càng được hoàn thiện dần ví dụ như ban đầu các trục cán còn dẫn động bằng sức người, nhưng khi sản xuất đòi hỏi năng xuất cao hơn nên máy ngày càng to hơn thì con người không thể dẫn động được các trục cán này và do đó ta lại dẫn động bằng sức trâu, bò, ngựa...Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng công suất động cơ là mã lực (sức ngựa). Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán nói chung được chuyển sang dùng động cơ hơi nước. Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì vậy sản 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 vụ cho công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ...mà chiếc máy cán 4 trục đầu tiên ra đời vào năm 1870. Sau đó là chiếc máy cán 6 trục, 12 trục, 20 trục và dựa trên nguyên lý của máy cán thì máy uốn được ra đời và trong các loại máy này có máy uốn ống. 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. 1.2. Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống 1.2.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi dùng để dẫn nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu, dẫn khí...được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất nước uống... .
- 16. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 5 Hình 1.I. Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong công nghiệp 1.2.2. 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, thép không gỉ. Các sản phẩm như: lan can, bàn ghế...
- 17. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 6 Hình 2.I. Một số hình ảnh minh họa sản phẩm ống trong sinh hoạt 1.3. Một số loại máy uốn ống hiện có và thông số kỹ thuật - Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T ( Elip Vn ) Hình 3.I. Máy uốn ống 1 trục Elip E-1A-O-51-12T Thông số kỹ thuật: Đường kính uốn giới hạn Ø4 -> Ø51 mm Độ dày ống uốn 2 -> 3,5 mm Góc uốn tối thiểu 5 độ Góc uốn tối đa 180 độ Tốc độ uốn 4 -> 6 vòng uốn/ phút Công suất động cơ 3 Kw Trọng lượng máy 260 Kg Kích thước máy 930 x 680 x 850 mm
- 18. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 7 -Máy uốn ống 3 trục ElipE-3A-O-76-3T( Elip Vn) Hình 4.I. Máy uốn ống 3 trục Elip E-3A-O-76-3T Thông số kỹ thuật: Đường kính ống uốn 16, 19, 22, 25, 32, 38, 51, 63, 76 mm Độ dày ống uốn 0.5 -> 2mm Công suất động cơ 1,5 Kw Trọng lượng máy 1600 Kg Kích thước máy 800 x 500 x 900 mm Đường kính uốn cong tối đa 76 mm Góc uốn tối đa 360 độ Góc uốn tối thiểu 0 độ
- 19. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 8 - Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S( Elip Vn) Hình 5.I. Máy uốn ống CNC Elip E-50-2A-1S Thông số kỹ thuật: Khả năng uốn tối đa Ø50x3 mm Bán kính uốn tối đa R 250 Bán kính uốn nhỏ nhất Theo đường kính ống Góc uốn tối đa 190 độ Độ dài phôi cần cấp tối đa 3000 mm Tốc độ uốn Max 85 độ/giây Tốc độ quay Max 200 độ/giây Tốc độ cấp phôi Max 1000 mm/giây Phương thức uốn Uốn thủy lực Công suất động cơ 5.5 Kw Áp lực dầu tối đa 12 Mpa Trọng lượng máy 2500 Kg Kích thước máy 5000x1300x1500 mm
- 20. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 9 Chương 2: LÝ THUYẾT UỐN VÀ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 2.1. Cơ sở lý thuyết uốn 2.1.1. Các tính chất quan trọng của các loại vật liệu uốn ống 2.1.1.1. Vật liệu inox: Inox hay còn gọi là thép không gỉ được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crom. Tên gọi là "thép không gỉ" nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của thép không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thôngthường khác. Một số loại thép khônggỉ: * Thép không gỉ hai pha: với các mác 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 và 40Cr13 có tổ chức hai pha là ferit (hoà tan Crôm cao). - Là loại thép có 0,1 0,4%C và 1,3%Cr - Tính chống ăn mòn cao. - Khá dẻo, dai, có thể chụi biến dạng nguội. * Thép không gỉ một pha ferit: với các mác 08Cr13, 12Cr17, 15Cr25Ti. - Nếu dùng 13%Cr thì hàm lượng cacbon < 0,08% nếu dùng 0,1 0,2%C thì hàm lượng Cr là 17 25% - Không có chuyển biến pha, thù hình, luôn có tổ chức ferit * Thép không gỉ một pha austenit: - Đặc tính của thép này là không những có Crôm cao (>16 18%) mà còn chứa Ni cao ( 6 8%) là nguyên tố mở rộng khu vực () đủ để thép có tổ chức austenic. - Chịu được ăn mòn cao - Có độ dẻo và giới hạn chảy cao. * Thép không gỉ hoá bền tiết pha: - Về thành phần và tổ chức gần với họ austenic song với lượng Cr, Ni thấp hơn đôi chút (13 17Cr và 4 7Ni) có thêm Al, Cu, Mo...và tổ chức austenic không thật ổn định. - Vừa có tính công nghệ vừa có cơ tính cao, rất dễ biến dạng và gia công cắt. Thép ở trạng thái mềm, sau đó hoá bền nó bằng hoá già, ở nhiệt độ thấp nhờ đó tránh được biến dạng và oxy hoá. Một số tính chất của inox: - Tốc độ hóa bền rèn cao. - Độ dẻo cao. - Độ cứng và độ bền cao. - Độ bền nóng cao. - Chống chịu ăn mòn cao.
- 21. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 10 - Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt. Bảng 2.1. Thông số ống inox đang sử dụng trên thị trường. (Tham khảo tài liệu về các loại ống đang có trên thị trường của công ty Nam Sơn). 2.1.1.2. Vật liệu thép mạ kẽm: Thép mạ kẽm, sản phẩm có độ bền cao, có khả năng chịu được những ảnh hưởng của nước mưa,nước biển, độ ẩm, hóa chất nên tuổi thọ trung bình của thép ống mạ kẽm thường cao hơn so với ống thép đen. Ngoài ra thép mạ kẽm mang đầy đủ tính chất của vật liệu thép như: - Độ cứng. - Độ đàn hồi. - Tính dễ uốn. - Sức bền kéo đứt.
- 22. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 11 Bảng 2.2. Bảng thông số ống mạ kẽm Hạng Đ.kính trong danh nghĩa Đường kính ngoài Chiều dày Chiều dài Tr/lượng Số cây/bó Trọng lượng bó Class Nominal size Outside diameter Wall thickness Length Unit weigt Pes/bundle A (mm) B(inch) Tiêu chuẩn kg/m Kg/bundle Hạng 15 2-Jan 21.2 1.9 6 0.914 168 921 Class 20 4-Mar 26.65 2.1 6 1.284 113 871 BS-A1 25 1 33.5 2.3 6 1.787 80 858 (khng vạch) 32 1/1/2004 42.2 2.3 6 2.26 61 827 40 1/1/2002 48.1 2.5 6 2.83 52 883 50 2 59.9 2.6 6 3.693 37 820 65 2/1/2002 75.6 2.9 6 5.228 27 847 80 3 88.3 2.9 6 6.138 24 884 100 4 113.45 3.2 6 8.763 16 841 Hạng 15 2-Jan 21.2 2 6 0.947 168 955 /class 20 4-Mar 26.65 2.3 6 1.381 113 936 BS-L 25 1 33.5 2.6 6 1.981 80 951 (vạch 32 1/1/2004 42.2 2.6 6 2.54 61 930 nđu) 40 1/1/2002 48.1 2.9 6 3.23 52 1.008 50 2 59.9 2.9 6 4.08 37 906 65 2/1/2002 75.6 3.2 6 5.71 27 925 80 3 88.3 3.2 6 6.72 24 968 100 4 113.45 3.6 6 9.75 16 936 15 2-Jan 21.4 2.6 6 1.21 168 1.22 Hạng 20 4-Mar 26.9 2.6 6 1.56 113 1.058 /class 25 1 33.8 3.2 6 2.41 80 1.157 BS-M 32 1/1/2004 42.5 3.2 6 3.1 61 1.135 (vạch 40 1/1/2002 48.4 3.2 6 3.57 52 1.114 xanh) 50 2 60.3 3.6 6 5.03 37 1.117 65 2/1/2002 76.0 3.6 6 6.43 27 1.042 80 3 88.8 4 6 8.37 24 1.205 100 4 114.1 4.5 6 12.2 16 1.171 (Tham khảo ở công ty vinapipe corp). Ngoài ra còn có vật liệu thép theo tiêu chuẩn dùng trong các ngành công nghiệp.
- 23. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 12 2.1.2. Uốn 2.1.2.1. Khái niệm uốn: Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội. Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phôi có dạng phẳng (tấm), dây, thanh định hình hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc. Phôi được uốn ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng. 2.1.2.2. Đặc điểm: Đặc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng của chày và cối, phôi được 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 ở hai mặt khác nhau của phôi uốn. Vật liệu uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên về số lượng, chất lượng cũng như kiểu dáng. 2.1.2.3. Quá trình uốn 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 hay thủy lực. Đôi khi có thể tiến hành uốn trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên các máy uốn chuyên 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 là giới hạn 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, nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu. - 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, 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 phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt. Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu. - Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh. Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến 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 của nhiều 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 biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xảy ra ở
- 24. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 13 các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc 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 tương đối với nhau. Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển. Uốn làm thay đổi hướng 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 và đồng thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo. Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hoà không bị ảnh hưởng bởi lực kéo nó vẫn ở trạngthái ban đầu. Ta sử dụng lớp trung hoà để tính sức bền của vật liệu khi uốn. Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dày ở tiết diện ngang bị sai lệch 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 liệu nhưng không có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ chốnglại biến dạng theo hướng ngang. Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn và ngược lại. Hình 1.II. Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn
- 25. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 14 Hình 2.II. Phôi ống sau khi uốn Hình 3.II. Biểu đồ ứng suất của ống khi chịu uốn 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng của uốn đến tính dẻo và biến dạng của kim loại Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản 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 lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.
- 26. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 15 2.1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng. Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại 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 dẻo giảm 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 càng cao thì sức chống biến dạng càng lớn. 2.1.3.2. Ảnh hưởng của ứng suất dư Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng 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 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 tinh lại, 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. 2.1.3.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu 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 ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm. 2.1.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, 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 chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, 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 rèn trên 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. 2.1.3.5. Biến dạng dẻo và phá hủy Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng.
- 27. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 16 Hình 4.II. Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại Khi tải trọng đặt vào nhỏ F < Fđh thì khi bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước ban 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 được gọi 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 dạng vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C. - 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 giữa không bị biến dạng, lớp này gọi là lớp trung hoà .Ta ứng dụng lớp trung hoà này để tính sức bền vật liệu của phôi và tính lực kẹp cần thiết. Bán kính của lớp trung hoà được xác định theo công thức: [7] mm Trong đó: Btb là chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn B : chiều rộng của phôi ban đầu (mm) S : chiều dày vật liệu (mm) r : bán kính uốn phía trong (mm) : hệ số biến mỏng Tỷ số gọi là hệ số biến rộng; Fb Fa Fdh F1 b c a e a'' a' O 1 Taí i troü n g F + = 2 2 . . . r S B Btb 2 2 B B Btb + = B Btb Tải trọng F
- 28. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 17 = : S1: hệ số vật liệu sau khi uốn. Trong thực tế bán kinh lớp trung hoà có thể xác định theo công thức: Trong đó: r: bán kính uốn phía trong x: hệ số xác định khoảngcách lớp trung hoà đến bán kính uốn phía trong. - Tính đàn hồi khi uốn Trong quá trình uốn khôngphải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại chịu biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi thôi tác dụng lực thì vật uốn sẽ khônggiữ được kích thước và hình dạng như yêu cầu. Hình 5.II. 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 uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu. - 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 cong đơn giản. Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa. Chiều dài phôi được xác định theo công thức:[7] Trong đó : - 0= 180 - - l : Tổng chiều dài cac đoạn thẳng. - 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. S S1 S x r p . + = + ( ) + + = s x r l L . 180 . 0 + ) . ( 180 . 0 0 s x r
- 29. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 18 Khi uốn một góc < 900 thì - Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất rtrong nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn ( r trong ≥ rmin ). + Bán kính uốn lớn nhất :[7] rmax = 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:[7] - : Độ giản dài tương đối của vật liệu (%). Theo thực nghiệm có: r min = k.s k: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn . - 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. Lực uốn tự do được xác định theo công thức:[7] : hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng 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. P = q.F (N) - q: Áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theo bảng. - F: Diện tích phôi được tinh chỉnh. 2.1.3.6. 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 kinh nghiệm uốn ống như sau: - Uốn có dùng cát bên trong = = s l L 5 , 0 . 900 0 T s . 2 . 2 1 1 min s r − = 1 1 2 1 . . . . . . k s B l n s B P b b = = l n s k . 1 =
- 30. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 19 Khi uốn thủ công không có máy móc hiện đại thì cách làm hiệu quả nhất để cho ống không bị bóp méo ở phần bị biến dạng cho vật liệu nhỏ mịn vào bên trong ống như cát, đất,...để điền đầy diện tích rổng 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 với phương pháp thủ công. Nhược điểm là chỉ áp dụng được đối với những chi tiết có đường kính nhỏ. - Uốn nhờ chuyển động quay và uốn có dùng chày 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 những tiết diện uốn nó có thể phù hợp với nhiều loại tiết diện ống khác nhau kể cả đường kính to hay nhỏ. Hình 6.II. Uốn có dùng chày 1. Má tĩnh 2. Puli uốn 3. Má động 4. Chày uốn Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hư hỏng và biến dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được. Các phôi ống được đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ linh động trong ống, chày uốn bảo đảm cho ống uốn khôngbị 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 tốt nhất. 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 không cho phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn.
- 31. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 20 Hình 7.II. Máy uốn kiểu dùng chày uốn - Uốn không dùng chày Khi ống uốn có chiều dày lớn thì ở tiết diện uốn không bị ảnh hưởng bởi lực kẹp và lực uốn nên lúc này ta không cần đến chày hay vật 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. - Uốn kiểu ép đùn vào ống Kiểu ép đùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả các phương pháp uốn ống. Hình 8.II. Mô hình uốn kiểu ép đùn 1. Chày uốn 2. Phôi 3. Bàn máy 4. Thân máy Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định. Bộ phận uốn chuyển động về giữa trục ống và tiến hành bẻ cong ống. Phương pháp này có thiên hướng làm biến dạng cả mặt trong và mặt ngoài của ống. Phôi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳ thuộc vào độ dày của vật liệu. Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện hoặc chứa các dây nối tới đèn chiếu sáng. 4 3 2 1
- 32. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 21 Hình 9.II. Sơ đồ lực quá trình uốn Hình 10.II. Bộ phận máy uốn ép đùn - Uốn nhờ chuyển động quay Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đường kính của ống uốn là không đổi trong quá trình uốn. Hình 11.II. Mô hình uốn kiểu kéo và quay
- 33. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 22 Hình 12.II. Sơ đồ lực quá trình uốn Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã được xác định sẵn từ trước. Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn các tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác. - Uốn bằng các trục con 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. Hình 13.II. Mô hình uốn kiểu trục lăn.
- 34. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 23 Hình 14.II. Sơ đồ lực quá trình uốn Đầu cán gồm có 3 trục uốn, phôi uốn được lồng vào hai trục lăn hai bên trục lăn trên có thể chuyển động lên xuống để thực hiện quá trình biến dạng ống (quá trình uốn). Quá trình điều khiển trục uốn trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng thủy lực. Kiểu uốn này được sử dụng để chế tạo ra trục tang lớn, các ống hút và xả trên tàu thủy... các vật có bán kính đường tâm rất lớn. 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 vậy trongmáy này ta chọn phương án dùng chày uốn. 2.2. Các số liệu ban đầu: Khi tính toán thiết kế máy ta chọn vật liệu phôi ống và đường kính ống để tính ra lực uốn lớn nhất mà máy cần để uốn từ đó tính ra công suất bơm dầu và công suất động cơ điện. + Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 100 (mm) + Đường kính phôi ống nhỏ nhất là : D min = 25 (mm) + Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm) + Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm)
- 35. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 24 Chương 3: LÝ THUYẾT TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ĐƯỢC DÙNG 3.1. Lý thuyết truyền động thủy lực 3.3.1. Giới thuyết về hệ thống truyền động thủy lực Kỹ thuật truyền động, điều khiển của hệ thủy lực đã ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, dây chuyền thiết bị ở hầu hết các lĩnh vực. Đặc biệt từ những năm 1980 trở lại đây, nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật điều khiển hệ thủy lực đã đạt được trình độ công nghệ cao. Hệ thống truyền động thủy lực được ứng dụng để truyền động những cơ cấu chấp hành có công suất lớn, đặc biệt nhờ khả năng truyền động vô cấp chính xác mà nó được ứng dụng để điều khiển vô cấp cơ cấu chấp hành khi yêu cầu độ chính xác điều khiển cao. Hiện nay, hệ thủy lực được sử dụng trong các thiết bị công nghiệp, ví dụ như: máy ép, hệ thống nâng chuyển, máy công cụ vạn năng, máy CNC, Robot công nghiệp hoặc trong các dây chuyền sản xuất tự động... 3.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực 3.2.1. Ưu điểm - Truyền được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản và hoạt động với độ tin cậy cao. - Điều chỉnh được vô cấp vận tốc của cơ cấu chấp hành. - Vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn bố trí khônglệ thuộc với nhau. - Có khả năng giảm khối lượng và kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao. - Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, dầu có tính chịu nén nên có thể làm việc ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như hệ truyền động cơ khí hay truyền động điện. - Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn. - Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch nhờ áp kế. - Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa. 3.2.2. Nhược điểm - Tổn thất trong đường ống dẫn và các phần tử thủy lực nên làm giảm hiệu suất làm việc. - Do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi. 3.3. Giới thiệu các thiết bị thủy lực được dùng trong máy 3.3.1. Van an toàn Van an toàn được dùng để đảm bảo cho hệ thống được an toàn khi có quá tải. Nó được đặt trên ống chính có áp suất cao. Nếu van an toàn chỉ làm việc gián đoạn thì đó gọi là van chống đỡ. Còn khi nó làm việc liên tục (luôn có chất lỏng thoát qua van) thì nó gọi là van tràn. Cùng một van nhưng tuỳ theo sự phối hợp của nó trong hệ thống mà nó có thể làm việc như một van tràn hay van chống đỡ.
- 36. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 25 Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.III. Kết cấu nguyên lý van an toàn Trong đó: 1. Thân giữa 2. Piston 3. Lò xo 4. Van bi 5. Lò xo 6. Thân trên 7. Vít 8. Lỗ giảm chấn 9. Lỗ thông Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng làm việc từ bơm được dẫn vào buồng (a) và bị đẩy về phía thùng chứa qua buồng (b). Dưới tác dụng của lò xo yếu (3), piston (2) bị ép xuốngdưới. Trong lỗ thông (9) ở giữa piston (2) có lỗ giảm chấn (8) (có đường kính nhỏ), nhờ đó buồng (a) cũng luôn thông với buồng (e). lò xo (5) có tác dụng ép viên bi vào đế van, ứng lực của nó có thể điều chỉnh được nhờ vít (7). Khi áp lực dầu chưa vượt qua trị số ứng lực cho phép của lò xo (5) thì van bi (4) chưa mở, lúc này buồng (a) thông với buồng (b). Chất lỏng trong các buồng đều ở trạng thái tĩnh vì vậy áp suất trong các buồng a, c, d, e coi như bằng nhau. Khi đó piston (2) ở vị trí thấp nhất dưới tác dụng của lực lò xo (3) (vì áp suất dầu tác dụng lên piston (2) về phía buồng c) cân bằng với áp lực về phía buồng d và e. khi hệ thống quá tải áp suất trong các buồng a, c, d, e đồng thời tăng lên đột ngột. Lúc này áp lực của dầu lên viênbi (4) vượt quá lực lò xo (5), viên bi (4) bị đẩy trên và một ít chất lỏng từ buồng (c) được đẩy ra ngoài về thùng chứa. Khi đó nhờ lỗ giảm chấn (8) gây tổn thất áp suất dầu, điều này tạo ra sự chênh áp giữa buồng d, e và c. Như vậy trạng thái cân bằng lực tác dụng lên piston (3) mất đi. Dưới tác dụng của áp suất cao trong buồng c và e piston được nâng cao lên cho đến khi lập lại sự cân bằng của áp lực chất lỏng và lực lò xo (3), lúc này piston ngừng đi lên. Kết quả là buồng (a) thông với
- 37. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 26 buồng (b) và qua đó dầu trong hệ thống được đẩy bớt về thùng chứa, giảm tải cho hệ thống. Nếu áp suất trong hệ thống (ở buồng a) càng tăng mạnh thì dòng dầu chảy từ buồng d, c, lên (c) qua van bi về thùng càng mạnh, tổn thất áp suất tại lỗ (8) càng lớn độ chênh áp trên piston càng tăng. Kết quả là piston (2) tiếp tục được nâng lên, cửa lưu thông giữa buồng(a) và (b) càng rộng, dầu càng thoát nhiều về thùng. Trong thực tế người ta cho van làm việc như một van an toàn bằng cách điều chỉnh ứng lực lò xo (5) sao cho van bi luôn mở, nghĩa là luôn có chất lỏng thoát từ hệ thống về thùng và van bi và qua cửa lưu thông giữa buồng(a) và (b). Nhờ hoạt động của van, áp suất trong hệ thốngbuồng không thay đổi. Dựa vào nguyên lý hoạt động chia van an toàn ra làm hai loại chủ yếu: + Van an toàn tác dụng trực tiếp. + Van an toàn có tác dụng tùy động. Đối với hệ thống thủy lực của máy thiết kế, ta chọn loại van an toàn có tác dụng tùy động. Loại này có các ưu điểm nổi trội so với loại van có tác dụng trực tiếp, đó là: + Làm việc với áp suất cao. + Không những bảo vệ hệ thống khi quá tải mà còn ổn định áp suất làm việc của hệ thống. + Không gây va đập trong van. 3.3.2. Van giảm áp Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Lúc này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành nhằm để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết. Sơ đồ nguyên lý: Hình 2.III. Kết cấu nguyên lý van giảm áp
- 38. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 27 3.3.3. Van cản Van cản dùng để tạo nên một sức cản trong hệ thống thủy lực. Ở cửa ra người ta đặt một van cản để tạo ra một áp suất nhất định, điều này làm cho chất lỏng không bị đứt quãng do đó piston của cơ cấu chấp hành chuyển động êm, nhẹ. Mặt khác van cản đặt ở đường dầu hồi về nên khi máy ngừng làm việc dầu trong xilanh khôngchảy hết về bể dầu. Vì vậy khi máy bắt đầu hoạt động thì piston khôngbị gây chấn động. Dựa vào kết cấu van, người ta chia van cản ra làm ba loại chính: - Loại van bi cầu. - Loại van bi côn. - Loại van piston. Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.III. Kết cấu nguyên lý van cản. Trong đó: 1. Thân van 4. Vít điều chỉnh 2. Con trượt 5. Lò xo 3. Bạc lót 3.3.4. Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu, và do đó điều chỉnh được vận tốc của cơ cấu chấp hành. Vì quá trình kẹp chi tiết hạn chế va đập của má kẹp vào ống ta sử dụng van tiết lưu một chiều. Kí hiệu: Hình 4.III. Van tiết lưu thay đổi được lưu lượng
- 39. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 28 3.3.5. Van điều khiển Sử dụng các van đảo chiều dùng để đóng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lương lượng, dùng đảo chiều các chuyển độngcủa cơ cấu chấp hành. - Số vị trí: là số định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có 2 cửa 3 vị trí.Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể nhiều hơn. - Số cửa: là số lổ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường là 2, 3 và 4. Trong những trường hợp đặc biệt số cửa có thể nhiều hơn. 3.3.5.1. Van đảo chiều 3 cửa 2 vị trí Sơ đồ nguyên lý: Hình 5.III. Van đảo chiều 3/2 - Tín hiệu tác động vào van: Hình 6.III. Tín hiệu tác động vào van - Kí hiệu: Hinh 7.III. Kí hiệu van đảo chiều 3/2 3.3.5.2. Van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí - Kí hiệu: Hình 8.III. Kí hiệu van đảo chiều 4/3 Ta sử dụng van đảo chiều 4/3: vị trí trung gian các cửa nối bị chặn. Dầu từ bơm cung cấp cho van đi qua van tràn để về thùng chứa. Loại van này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tại một vị trí xác định khi dừng lại. 3.3.6. Bộ ổn tốc Bộ ổn tốc là cấu đảm bảo hiệu áp không đổi khi giảm áp ( p = const), và do đó đảm bảo một lưu lượng không đổi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc của cơ cấu chấp hành có giá trị gần như khôngđổi. Như vậy để ổn định vận tốc ta sử dụng bộ ổn tốc.
- 40. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 29 Sơ đồ nguyên lý: Hình 9.III. Kết cấu bộ ổn tốc Bộ ổn tốc là một van ghép gồm có: một van giảm áp và một van tiết lưu. Bộ ổn tốc có thể lắp trên đường vào hoặc đường ra của cơ cấu chấp hành như ở van tiết lưu, nhưng phổ biến nhất là lắp ở đường ra của cơ cấu chấp hành. Kí hiệu: Hình 10.III. Kí hiệu bộ ổn tốc
- 41. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 30 PHẦN B: PHẦN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
- 42. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 31 Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG 4.1. Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế máy 4.1.1. 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. - Thả kẹp và tháo ống. 4.1.2. Lựa chọn các kết cấu máy hợp lý Máy uốn ống cỡ lớn dùng để uốn các ống có đường kính từ 25 - 100 (mm) và các ống có độ dày lớn nhất là 10 (mm) do đó ta phải lựa chọn phương án truyền động và lựa chọn cơ cấu máy hợp lý. 4.1.2.1. Lựa chọn phương án truyền động Dựa vào nguyên lý hoạt động của máy uốn ống, để thực hiện công tác kéo má động và làm puly quay trong quá trình uốn ta có thể lựa chọn dạng truyền động là: Truyền động bánh răng, truyền động bánh răng và truyền động xích kết hợp sử dụng hệ thống thủy lực. Nhiệm vụ của bộ phận truyền động là truyền chuyển động cho trục có gắn puly, làm cho puly cũng như má động quay để thực hiện quá trình uốn ống. Dựa vào nguyên lý đó ta có các phương án truyền độngnhư sau. • Phương án 1: Truyền động bánh răng ( Hình 1.IV.). Khi mở máy thông qua hộp giảm tốc chuyển động được truyền đến trục uốn làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn. - Ưu điểm: Truyền động bánh răng đảm bảo độ tin cậy cao, truyền động chính xác , công suất truyên động lớn. - Nhược điểm: Kết cấu máy rất phức tạp, cồng kềnh, khó điều khiển, quá trình kẹp và nhả kẹp của các cơ cấu uốn phức tạp. • Phương án 2: Truyền động đai ( Hình 2.IV.). - Ưu điểm: Truyền động đai có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. - Nhược điểm: Truyền động với công suất bé. Giữa bánh đai và đai có hiện tượng trượt do đó khôngđảm bảo độ chính xác trong quá trình uốn. • Phương án 3: Sử dụng hệ thống thủy lực cùng với bộ truyền xích( Hình 3.IV.). - Sử dụng các xi lanh thủy lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quá trình kẹp nhả ống. - Ưu điểm: Kết cấu máy đơn giản, máy có công suất lớn, truyền động với khoảng cách lớn. Chuyển động đi về (thực hiện uốn) và chuyển độngkẹp chặt dễ dàng. Thao tác vận hành dễ dàng. - Nhược điểm: Do xilanh kéo uốn và xi lanh kéo về thực hiện quá trình kéo xích vòng qua đĩa xích do đó chiều dài của xilanh và cần piston phải khá lớn.
- 43. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 32 + Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động bánh răng: Hình 1.IV. Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bánh răng. 1. Động cơ 3. Trục uốn 2. Hộp giảm tốc 4. Puly uốn + Sơ đồ nguyên lý của máy dùng phương án truyền động đai: Hình 2.IV. Sơ đồ nguyên lý phương án truyền động dùng bộ truyền đai. 1. Puly uốn 3. Hộp giảm tốc 2. Bộ truyền đai 4. Động cơ
- 44. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 33 + Sơ đồ nguyên lý phương án dùng hệ thống thủy lực: Hình 3.IV. Sơ đồ nguyên lý máy uốn dùng hệ 1 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích Hình 4.IV. Sơ đồ nguyên lý uốn dùng hệ 2 xi lanh thủy lực kết hợp bộ truyền xích Dựa vào những ưu điểm nêu trên của bộ truyền ta lựa chọn phương án thiết kế máy là sử dụng hệ thống thủy lực cùng với bộ truyền xích để thực hiện truyền động cho máy cũng như quá trình nhả kẹp ống.
- 45. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 34 4.1.2.2. Lựa chọn kết cấu máy hợp lý Lựa chọn các loại đầu kẹp ống Có 2 loại đầu kẹp ống: đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sử dụng các má kẹp. * Đầu kẹp sử dụng con lăn Các máy uốn ống sử dụng đầu kẹp này chủ yếu 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 đơn giản có thể dùng kẹp các ống có đường kính lớn nhưng nhược điểm của nó là tạo ra lực ma sát lớn khi uốn (ma sát trượt). Để hạn chế ma sát trượt trên má kẹp vì dễ làm hư hỏng ống khi ống trượt trên má kẹp (đặc biệt là các ống inox mỏng) ta thiết kế bộ phận dẫn động cho má kẹp (ở trên má kẹp tĩnh nhưng kết cấu khá phức tạp). Hình 5.IV. Má kẹp - Cách bố trí các xi lanh uốn + Máy chỉ sử dụng một xi lanh Hình 6.IV. Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh 1. Đĩa xích cố định trên thân máy 2. Xi lanh 3. Khớp nối 4. Xích 5. Đĩa xích gắn trên trục má động
- 46. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 35 Khi sử dụng xi lanh 2 chiều thì ưu điểm của nó là chi phí thấp vì chỉ sử dụng 1 xilanh cho quá trình 1 xi lanh cho quá trình chuyển động đi về của má uốn. Nhưng hạn chế của nó là bố trí của máy và xích kéo dài, công suất máy khá bé. + Máy sử dụng 2 xi lanh Hình 7.IV. Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh 1. Xi lanh kéo uốn 4. Đĩa xích 2. Khớp nối 5. Xi lanh kéo về 3. Xích Với cách bố trí này máy uốn có công suất uốn khá lớn bố trí máy khá đơn giản vì dùng xích kéo ngắn truyền công suất lớn. Kết luận: Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn vì vậy ta thiết kế máy sử dụng các má kẹp và bộ truyền xích hở sử dụng 2 xilanh cho hành trình đi và về của má động. 4.1.3. Các bộ phận của máy uốn ống - Má động: + Là phần quay trong máy uốn ống có nhiệm vụ kẹp và uốn ống với các góc độ khác nhau phù hợp với yêu cầu của sản phẩm. + Má động được chế tạo liền khối có gắn đầu trượt để kẹp ống, cơ cấu piston- xi lanh dẫn động đầu trượt. Có cữ hành trình bảo đảm an toàn cho máy khi má động uốn ống và trở về vị trí ban đầu. Trên má động có gắn đĩa xích và nhận chuyển động do pitongkéo xích truyền sang đĩa xích. + Đầu trượt có gắn má kẹp có xẻ rãnh để tăng ma sát trong quá trình kẹp, uốn. + Đầu trượt có nhiệm vụ cùng với pu li uốn giữ chặt ống trong khi má động chuyển động quay (đây là bộ phận nhanh hỏng trong máy uốn vì ma sát rất lớn trong khi uốn).
- 47. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 36 - Má tĩnh: + Má tĩnh cùng với chày uốn và má động có nhiệm vụ kẹp chặt ống. + Má tĩnh gồm có nhiều má kẹp có chiều dài lớn hơn má động để định hướng và kẹp chặt. - Chày uốn: Chày uốn dùng để chống dập, méo cũng như chống gãy cho ống. Chày uốn có đường kính phù hợp với các ống khác nhau. - Cơ cấu dẫn động chày uốn: Gồm có piston 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. - Xylanh dẫn động đầu trượt má động: Dẫn động đầu trượt chuyển độngtịnh tiến để kẹp chặt. - Xylanh dẫn động đầu trượt má tĩnh - Động cơ điện - Các van điều khiển (van SOLENOID) và các cữ hành trình - Điều khiển hoạt động của máy là các van điều khiển theo hành trình uốn và chuyển độngtịnh tiến của các xilanh. Các cữ hành trình đảm bảo an toàn cho máy. 4.2. Tính toán thông số kỹ thuật 4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của máy uốn ống - Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống Hình 8.IV. Sơ đồ nguyên lý máy uốn ống
- 48. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 37 - Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn ống Hình 9.IV. Sơ đồ nguyên lý má động máy uốn 4.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy uốn ống Kết cấu má độnglà một khối gồm có thân má độnglàm bàn trượt cho đầu trượt, trục má động có gắn đĩa xích bằng then và được dẫn động đi - về bằng 2 xi lanh, má động được đỡ trên thân máy thôngqua 2 ổ đỡ. Khi uốn, đầu trượt má động kết hợp pu ly uốn kẹp cứngphôi ống, đầu kẹp má tĩnhkết hợpvới chàyuốnvà pu ly uốn để giữ thẳng ống uốn. Khi xi lanh kéo đĩaxíchchuyển động, má độngchuyểnđộngquay và bẻ cong ống, ốngđược quay quanhpu ly uốntạo thành bánkínhuốnvà trượt chày uốn. 4.2.3. Tính toán lực uốn cong ống 4.2.3.1. Cơ sở quá trình tính toán Khi tính toán thiết kế máy ta chọn vật liệu phôi ống và đường kính ống để tính ra lực uốn lớn nhất mà máy cần để uốn từ đó tính ra công suất bơm dầu và công suất động cơ điện. - Thép gia công CT38 có chảy = 25 KG/mm2; b = 40 KG/mm2 - Đường kính phôi ống lớn nhất là : Dmax = 100 (mm) - Đường kính phôi ống nhỏ nhất là : D min = 25 (mm) - Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm) - Chiều dài phôi thép lớn nhất: lmax = 6000 (mm) 4.2.3.1. Sơ đồ lực của quá trình uốn Để tính được lực tác dụng lên đĩa xích kéo má động chuyển động thì ta tách các thành phần lực tác dụng lên má động trong từng thời kì chuyển động. Chọn thời điểm tính toán là điểm bắt đầu bẻ cong ống vì tại thời điểm này lực tác dụng lớn nhất - lực tác dụng phải thắng mô men chống uốn của phôi ống, ứng suất
- 49. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 38 sinh ra khi uốn vượt qua giới hạn đàn hồi của vật liệu, thắng lực kẹp của má kẹp, lực ma sát trên chày uốn, puly và các má kẹp, lực làm chuyển động má động. Cụ thể: - Tính lực uốn cong ống và các áp lực tác động lên má kẹp. - Các áp lực tác động lên má kẹp. - Lực ma sát lên chày uốn và má kẹp. - Lực kéo đĩa xích. * Phân tích quá trình uốn ống Hình 10.IV. Quá trình kẹp Hình 11.IV. Quá trình uốn Má động tiến hành kẹp chặt, giữ ống đồng thời tiến hành chuyển động quay quanh trục để uốn ống. Puly uốn quay cùng má động và đóng vai trò là một điểm tựa cho quá trình uốn. Má tĩnh cùng với chày uốn sẽ tạo thành một điểm tựa thứ hai cho quá trình uốn. Trước khi uốn má tĩnh kẹp chặt và giữ ống tại vị trí uốn nhưng trong khi uốn các má kẹp này chịu lực ép khá lớn do quá trình bẻ cong và biến dạng của kim loại. Lực uốn thay đổi trong quá trình uốn do điểm tác dụng lực ngày càng xa dần điểm tựa uốn (tạo thành bán kính uốn). Phôi ống bị trượt trên má kẹp má tĩnh, trên chày uốn và quay quanh pu ly uốn. lk la lb B R lk l b B
- 50. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 39 * Tính lực uốn cong được ống Hình 12.IV. Sơ đồ lực quá trình uốn - Tại A (má kẹp ) ta có mô hình gối đỡ. - Tại B (puly ) ta có mô hình gối đỡ. * Các tính toán: - Đường kính phôi ống lớn nhất là: Dmax = 100 (mm) - Đường kính phôi ống nhỏ nhất là: D min = 25 (mm) - Chiều dày thành ống lớn nhất uốn được là: bmax = 10 (mm) - Bán kính uốn cong lớn nhất là: R = 200 (mm) - Góc uốn lớn nhất: α = 1800 + Công thức tính chiều dài má kẹp má tĩnh và độ dài kẹp Chiều dài má kẹp má tĩnh:[9] lk = R.3,14.(B/180) +T.Kr Độ dài kẹp: Nếu (T.Kr.2,5))-R < T.Ks thì Lb =T.Ks Nếu T.Kr.2,5))-R > T.Ks thì Lb = (T.(Kr.2,5))-R Trong đó: R = Bán kính đường tâm uốn. B = Góc quay. Kr = Hằng số độ cứng Kr = 2 Ks = Hằng số độ dài kẹp nhỏ nhất (Hằng số giới hạn chiều dài kẹp nhỏ nhất Ks phụ thuộc vào bề mặt của má kẹp. Nếu má kẹp có xẻ rãnh thì Ks=1, nếu các má kẹp không có rãnh tăng ma sát thì Ks = 2.). Ta chọn má kẹp có xẽ rãnh vậy Ks = 1 lk = Chiều dài má kẹp. lb = Độ dài kẹp. T = Đường kính ngoài của ống. =>lk = 200.3,14.190/180 + 100.2 = 860 (mm) Vì 100.2.2,5-200 > 100.1 => lb = 100.2.2,5-200 = 300 (mm) => lk = 860 (mm) lb = 300 (mm) A B VA VB la lb Q
- 51. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 40 + Tính lực bẻ cong ống Mô men chốnguốn của ống thép: Hình 13.IV. Kích thước của phôi ống Wu = = ) ) 100 80 ( 1 ( 32 100 14 , 3 4 3 − = 57933 (mm3 ) Ta có u = W Mu u Để uốn được ống thì ứng suất do lực Q sinh ra và ứng suất do lực kéo Nzsinh ra phải thắng ứng suất chảy của vật liệu: u ≥ 0,2 Ta chọn loại thép uốn là loại thép CT38 có 0,2 = 250 (N/mm2) => z= W u z u M N F + ≥ 250 (N/mm2) => z = .l W Q u + msA msB F F F + ≥ 250 (N/mm2) Trong đó: l =150 (mm); Wu = 57933 (mm3) F: Tiết diện ống tròn: F = π.(502 - 402) = 2827,4 (mm2) + FmsA lực ma sát tại má tĩnh: Khi bẻ cong ống thì ống bị ma sát trên má kẹp tĩnh. Chọn hệ số ma sát trượt cho cặp vật liệu thép - thép là: [10] = 0,15 FmsA = . VA = 0,15.VA (N) + FmsB lực ma sát trên chày uốn: Ở trạng thái uốn phôi ống tiếp xúc với chày uốn tại vị trí đầu đỉnh của chày uốn và ống sẽ trượt lên đỉnh chày uốn. Áp lực tác động lên chày uốn: VB Chọn hệ số ma sát lăn cho cặp vật liệu thép - thép là:[10] = 0,15 FmsB = . VB = 0,15.VB (N) z = .150 57933 Q + 0,15.( ) 2827,4 A B V V + ≥ 250 (N/mm2) (1) Ø80 Ø100 10 ) ) ( 1 .( 32 . 4 3 D d D −
- 52. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 41 + Tính phản lực tại các điểm uốn Ta có : la= 500 (mm) lb= 300 (mm) { VA + VB − Q = 0 500VB − Q.(500 + 150) = 0 { VA = −150 500 . Q VB = 650 500 .Q (2) Thay vào (1) ta được: z = .150 57933 Q + 0,15.Q 2827,4 ≥ 250 (N/mm2) => Qmin = 96555 (N) Trong quá trình sử dụng ta uốn nhiều loại vật liệu khác nhau có 0,2 thay đổi do đó ta lấy giá trị Qu = 1,5. Qmin = 1,5. 96555= 144833 (N ) =>{ VA = − 43450 (N) VB = 188283 (N) =>{ FmsA = 6518 (N) FmsB = 28242 (N) + Tính lực kéo má động quay quanh trục của nó (khi có tải) Giả thiết khối lượng của má động thiết kế có khối lượng là 300 Kg, chiều dài thiết kế của má động là 1200 (mm), trọng tâm của má đặt tại vị trí cách trục quay 400(mm). Đường kính đĩa xích Dx = 400 (mm). Khoảng cách của 2 ổ đỡ má động là a+b (mm). Khoảng cách từ điểm đặt lực tới trục uốn là e = 300 (mm). = + = = + 0 ) /2 l l Q.( - .la V M 0 Q - V V b a B A B A
- 53. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 42 Sơ đồ tính toán: Ta giải phóng các liên kết và đặt tại các liên kết đó các lực tác dụng ta sẽ có sơ đồ tính toán như sau: Hình 14.IV. Sơ đồ lực tính toán lực kéo má động Từ sơ đồ ta có: Hệ lực có xét đến ma sát ta xét đến trạng thái cân bằng tới hạn.Hệ lực cân bằng ( , , , , , ) Chiều của các lực được giả thiết như hình vẽ, sau khi tính toán nếu các lực có giá trị âm thi ta có chiều ngược lại. Phương trình cân bằng tại F: = XF - XE - PK - FmsA - FmsB = 0 (1) = YF - G => YF = 3000 ( N ) (2) = ZF - ZE + VA - VB = 0 (3) = -ZE.(a+b) - G.400 - VB.c + VA.c = 0 (4) = PK.200 + (FmsA + FmsB ).e + VA.la = 0 (5) = PK.a + XE.(a+b) + (FmsA + FmsB ).c = 0 (6) Thay các giá trị sau vào các phương trình cân bằng ta có: a = 200 (mm) e = 300 (mm) b = 200 (mm) la = 500 (mm) c = 600 (mm) A B G ZE XE PK XF YF ZF Y x z VA FmsA VB FmsB e E F a b c K P F X F Y F Z E X E Z X F Y F Z F X m Y m Z m
- 54. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 43 = = = 28242(N) F (N)) 6518 = F (N)) 188283 V (N) 43450 V msB msA B A => XF - XE - PK -6518- 28242= 0 (1) YF - G => YF = 3000 ( N ) (2) ZF - ZE + 43450- 188283 = 0 (3) -ZE.( 200+200) - G.400 -188283.600 +43450.600 = 0 (4) PK.200 + (6518+28242).300 +43450.500 = 0 (5) PK.200 + XE.(200+200) + (6518+28242).600 = 0 (6) Giải hệ phương trình trên ta có: XE = 28243 (N) ZE = -220250 (N) XF = -97762(N) YF = 3000 (N) PK = -160765 (N) ZF = -75417 (N) Sau khi thực hiện quá trình uốn, má động được kéo về vị trí ban đầu nhờ xi lanh kéo về do khi kéo về chỉ cần thắng mô men quán tính tĩnh của má động, và do kết cấu của máy thiết kế có hành trình đi và về của piston giống nhau (chiều dài của cần piston lớn) nên ta chọn lực kéo về: Pkv=1/3Pk = 1/3.160765= 53588 (N).
- 55. uốn ống SVTH: Nguyễn Đức Lộc HD: TS. Tào Quang Bảng 44 Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT MÁY TRONG MÁY UỐN ỐNG 5.1. Thiết kế bộ truyền xích Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề. Xích truyền chuyển động được nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng đĩa xích. + Ưu điểm: - Có thể truyền chuyển độnggiữa các trục tương đối xa. - So với truyền động đai, kích thước bộ truyền xích nhỏ gọn hơn, làm việc không có trượt, hiệu suất khá cao = 0,96 - 0,98 và lực tác dụng lên trục tương đối nhỏ. - Có thể cùng một lúc truyền chuyển độngvà công suất cho nhiều trục. + Nhược điểm: - Có nhiều tiếng ồn khi làm việc. - Yêu cầu chăm sóc thường xuyên (bôi trơn, điều chỉnh làm căng xích). - Chống mòn, nhất là khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn khôngtốt. Bộ truyền xích được sử dụng trong máy uốn ống là bộ truyền xích hở, thay đĩa xích dẫn bằng hai piston kéo đi và kéo về. 5.1.1. Chọn loại xích Các loại xích truyền động thường dùng hiện nay gồm xích con lăn, xích ống, xích răng. Trong đó từng loại xích có ưu và nhược điểm sau: + Xích con lăn: Cấu tạo khá đơn giản, rẻ tiền, tương đối dễ chế tạo. Ngoài ra xích ống con lăn có khả năng giảm mòn cho răng đĩa xích. + Xích ống: Cấu tạo tương tự như xích con lăn nhưng không có con lăn. Giá thành chế tạo rẻ hơn, khối lượng xích cũng nhỏ hơn nhưng xích và răng đĩa chóng mòn. + Xích răng: Có khả năng tải cao hơn xích con lăn, làm việc êm và ít ồn hơn. Nhưng chế tạo phức tạp và khối lượng nặng hơn. Với đặc điểm của máy uốn ống là làm việc đòi hỏi không quá êm, tải cũng không lớn lắm nên ta chọn xích ống con lăn. Cấu tạo: Hình 1.V. Cấu tạo xích ống con lăn
|
