CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1. Khái quát về Công Nghệ Gia Công Áp Lực

     Công nghệ GCAL là một ngành cơ bản trong sản xuất cơ khí. Công nghệ GCAL cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dáng và kích thước phức tạp đồng thời đảm bảo chất lượng về cơ tính tốt, năng suất cao, giá thành hạ. Do vậy, Công nghệ GCAL có một vị trí rất lớn trong công nghiệp chế tạo phụ tùng ôtô, máy kéo, xe máy, hàng dân dụng và quốc phòng với 2 lĩnh vực lớn là công nghệ cán kéo và công nghệ dập tạo hình. Không riêng gì xe máy, các chi tiết dập từ vỏ, khung, sườn và các bộ phận máy trong một chiếc ôtô đều được thực hiện bằng công nghệ gia công áp lực. Gần đây, ngành chế tạo, sản xuất ống thép và cán lốc cũng như những bình, bồn chứa, đường ống trong ngành dầu khí, ngành sản xuất xi măng cũng đều sử dụng công nghệ này.

     Phương pháp công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, hay công nghệ biến dạng tạo hình là một phương pháp công nghệ, vừa là chuẩn bị tạo phôi cho công nghệ cơ khí vừa là công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng, không những cho phép tạo ra hình dáng, kích thước sản phẩm mà còn cho sản phẩm kim loại một chất lượng cao về tính chất cơ- lý- hóa, tiết kiệm nguyên vật liệu và cho năng suất lao động cao, từ đó hạ giá thành sản phẩm. 

1.2. Tổng quan về máy uốn lốc 4 trục điều khiển số.

1.2.1. Tổng quan quá trình nghiên cứu và sử dụng máy uốn lốc 4 trục

a. Trong nước

     Thực tế một số doanh nghiệp trong nước đã tự chế một số máy lốc 3 trục được chép mấu các máy có xuất sứ từ Trung Quốc từ những năm 80 của Thế kỹ trước, với các loại máy uốn lốc loại thép mỏng từ 1 đến 8mm, đáp ứng được một số nhu cầu nhất định để chế tạo một số loại ống khói, ống dẫn khí và ống nước trong một số ngành công nghiệp, nông nghiệp và thủy lợi. Nhìn chung, những sản phẩm đơn chiếc, thiếu tính toán cơ sở khoa học và dựa trên chép mẫu. 

b. Trên thế giới

     Hàng năm, các doanh nghiệp của LILAMA, COMA, SONGDA, VINASHIN… phải nhập nhiều loại máy lốc với nhiều kích cỡ khác nhau cho những mục đích chế tạo tại các dự án. Các máy có xuất xứ từ các nước G7, Nga, Trung Quốc và một số nước Đông Âu với nhiều thế hệ máy, xong đa phần là máy lốc 3 trục. Hiện tại, loại máy 4 trục đã được nhập vào một số doanh nghiệp trong nước như LISEMCO – Hải Phòng, LILAMA69-3 – Hải Dương, CS WIND TOWER – Hồ Chí Minh .., của các hãng chế tạo thiết bị máy lốc hàng đầu như DAVI – Italy, MG – Italy, 4HEL – Italy, Bikko – Italy, Sertom – Thổ Nhĩ Kỳ..,các nước này đã đạt tới trình độ cao về nghiên cứu và chế tạo máy lốc siêu lớn với nhiều biên dạng phức tạp, với tôn dày đến 200mm như MCB 3070, MCB 3080, MG 375.

c. Một số loại máy liên quan đến biến dạng uốn lốc kim loại

     Các máy loại trục làm gồm có một vài loại máy uốn - nắn, máy cán để cán dọc và ngang. Máy loại con lăn như máy uốn – nắn thép hình, máy long lỗ, máy lăn nồi hơi, máy miết đĩa, máy có bộ phận làm việc là cung hình quạt như máy cán rèn , còn máy quay hồi chuyển thuộc loại máy có bộ phận làm việc đầu trượt.Tất cả các loại máy ở trên có đặc điểm là : nguyên công công tác được thực hiện trong khi phôi chuyển động. Vì thế cần tự động hoá việc chuyển phôi .

     Đặc điểm khác nhau giữa máy loại quay với máy búa và máy ép là: ở máy búa và máy ép thông thường không sử dụng hành trình không tải đi lên  ( ngược )  để biến dạng vật dập và quá trình biến dạng chỉ thực hiện trên một phần không lớn của chu trình công tác. Một đặc điểm quan trọng ở kiểu máy quay  là phôi được gia công một cách liên tục, do vậy tạo khả năng áp dụng rộng dãi nguyên lý chuyển động quay bộ phận công tác trong các máy của ngành rèn – dập. Người ta cũng sử dụng rộng rãi các máy kiểu quay trong chế tạo máy khi sản xuất các vật liệu định hình.

d. Máy nắn và máy uốn:

  Máy nắn uốn được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo máy và gia công kim loại. Các máy này thường kết hợp với các máy hàn để gia công các sản phẩm trong nền sản suất hàng loạt nhỏ, lớn và hàng khối.

  Quá trình công nghệ cơ bản của nắn và uốn dựa trên cơ sở biến dạng uốn dẻo ngang nhờ khuôn, con lăn hoặc trục cán ngoài ra: uốn tự do hoặc uốn theo dưỡng. Sau này người ta đã ứng dụng uốn có kéo, kéo với nén v.v.. và trong một vài loại máy.

     Máy uốn, nắn loại quay có thể chia ra rất nhiều loại nhưng chủ yếu là máy uốn nắn kiểu trục lăn hoặc con lăn với số trục và con lăn thay đổi. Máy uốn 3 hoặc 4 trục có thể uốn các tấm (dày từ 1,6 ¸ 130 mm , rộng 1250 ¸ 4000 mm); máy uốn 3 con lăn để uốn thép hình; máy uốn gờ có thể lên vành, tạo gân lượn sóng trên mặt trụ, ghép mí ... các tấm hoặc dải dày 1,6 ¸ 4 mm.

1.2.2. Nghiên cứu thị trường và nhu cầu sử dụng máy lốc tại Việt Nam.

    Thị trường máy lốc đã tồn tại từ những năm sau chiến tranh chống Mỹ dành độc lập dân tộc và thống nhất đất nước, nhu cầu xây dựng và kiến thiết các nhà máy, xí nghiệp ở mọi nơi trên mọi miền tổ quốc. Ngày nay, cùng với quá trình đô thị hóa và thực hiện Nghị quyết của Bộ chính trị là đến năm 2020 Việt Nam cơ bản trở thành nước công nghiệp. Các ngành công nghiệp khai thác, công nghiệp dầu khí, công nghiệp năng lượng, nhiệt điện, thủy điện, xi măng, hóa chất … còn rất nhiều việc phải làm. Việc nâng cao khả năng và phát huy nội lực nghiên cứu phát triển đồng thời thúc đẩy cơ khí trong nước phát triển là việc làm rất quan trọng. Các lượng ống chịu áp lực, bồn bề, lò lung Clinker (thường phải nhập ngoại), bao hơi (100% phải nhập) … khối lượng rất lớn. Việc nghiên cứu thành công một mặt góp phần nâng cao cơ sở lý luận khoa học trong việc chế tạo các sản phẩm từ máy lốc, mặt khác thúc đẩy việc tự chế tạo máy lốc trong nước, ổn định sản xuất và tiết kiệm ngoại tệ là điều cần làm cho Việt Nam trong hoàn cảnh hiện nay.

1.2.3.  Tìm hiểu về các loại máy lốc thép hiện có.

     Cùng vói nhu cầu về các thiết bị đường ống ngày càng cao và đòi hỏi kích thước lớn mà trong khi đó các phương pháp cán ống chưa thể đáp ứng được. Để đáp ứng được việc sản xuất chế tạo các đường ống có kích thước lớn cần phải được thực hiện trên các máy lốc thép.

Trên đây là các phương án để cuốn ống từ máy lốc 3 trục. Từ đó phương án 3 là phương án có hiệu quả và đảm bảo tính kinh tế cho việc chế tạo vì:

+ Kết cấu máy đơn giản, làm việc có năng suất cao.

+ Dụng cụ chi tiết dễ chế tạo, dễ mua.

+ Đảm bảo tính kinh tế cao, dễ sửa chữa.

Ta có sơ đồ động của máy như sau:                               

Nguyên lý hoạt động:

Sau khi chuẩn bị song vật liệu ta tiến hành cuốn. Phôi được đưa vào khe hở giữa hai trục dưới và trên và bắt đầu khởi động máy để cuốn. khởi động động cơ để ép hai trục dưới lên tạo độ cong cho phôi và trục trên chuyển động quay tròn để cuốn phôi. Trục cuốn có thể quay hai chiều để cuốn phôi chạy tới chạy lui cho đến khi sản phẩm ống được hình thành thì kết thúc một quá trình cuốn.

  So với máy cuốn 3 trục, ở đây ta có thể lốc được các ống có chiều dày khác nhau qua khe hở giữa hai trục uốn I và II. Ngoài ra so với máy cuốn 3 trục không thể uốn cong đoạn đầu của phôi trong khi may lốc 4 trục có thể làm được và làm biến dạng đều trên toàn bộ bề mặt của phôi, thông qua việc điều chỉnh lực ép của hai trục bên lên phôi.

Tuy nhiên, máy lốc 4 trục cũng còn nhiều hạn chế như:

+ Hệ thống điều khiển phức tạp, cơ cấu không gọn do vừa điều khiển bằng cơ khí vừa điều khiển bằng thủy lực.

+ Giá thành chế tạo cao.

+ Chiếm nhiều không gian trong nhà xưởng.

Mặc dù vậy, máy cũng có những ưu điểm vượt trội:

+ Năng suất hoạt động lớn vì tính linh hoạt của máy cao.

+ Có thể cuốn được những ống có đường kính lớn và chiều dày khác nhau và đảm bảo độ chính xác cao.

1.2.4.  Khái niệm về máy lốc 4 trục điều khiển thủy lực có Profin dạng tròn

  Máy lốc tôn là một thiết bị gồm các cặp lô có profin giống prôfin của sản phẩm, được dẫn động bởi động cơ thủy lực, nhờ sự chuyển động của các cặp lô tạo hình này mà vật liệu (thép tấm) sau khi di chuyển qua các cặp lô sản phẩm sẽ có được hình dáng như đã thiết kế. Máy uốn lốc thực chất là một dạng máy gia công nguội, dưới dạng gia công bằng áp lực (phương pháp gia công không phoi). Quá trình tạo hình prôfin sản phẩm là quá trình gây biến dạng dẻo dưới tác dụng của ngoại lực (nhờ vào các lô cuốn).

   Sản phẩm của máy lốc tôn đa dạng và phong phú (đặc trưng của nó là mặt cắt ngang (prôfin) của sản phẩm không thay đổi theo chiều dài), và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế như: tấm lợp, các chi tiết hình ống, thùng phi, nồi hơi, bao hơi nhiệt điện, ống dẫn nhiên liệu lỏng, khí, hơi trong công nghiệp dầu khí, vỏ lò lung Clinker trong công nghiệp xi măng..., kích thước của sản phẩm có thể đạt tới 3000mm chiều rộng và lốc các tấm có chiều dài hàng chục mét, các chi tiết có prôfin hình tròn có thể đạt đường kính đến 10 000 mm (10m).

   Hiện nay có rất nhiều dạng máy lốc tôn, ở nước ta cũng có một số cơ sở sản xuất máy lốc, tuy nhiên với điều kiện sản xuất đơn chiếc, giá thành đắt nên chỉ sản xuất những dạng máy lốc gia công những sản phẩm có prôfin đơn giản như: U, C, tròn, dạng sóng (tấm lợp), tuy nhiên để tập trung vào nội dung chính đề tài tác giả chỉ xin tập trung vào khả năng công nghệ của máy lốc 4 trục, bắt đầu bài toán lốc cơ bản là lốc trụ tròn, từ đó căn cừ vào đó để lên phương án và nguyên lý cho các dạng lốc khác như lốc tự do, lốc vuông, lốc e líp, lốc côn …Dưới đây là một số biên dạng sản phẩm của máy lốc tôn 4 trục.

 Phân loại máy lốc:

 Máy lốc có nhiều loại, mỗi loại lại có một đặc tính riêng biệt, khi thiết kế phải tìm hiểu và chọn được kiểu máy phù hợp với nhiệm vụ thiết kế. Để có được sơ đồ động tối ưu, dưới đây ta đưa ra một số dạng máy lốc thường dùng để gia công sản phẩm có biên dạng ‘C’.

a. Máy lốc được điều khiển bằng chương trình số:

  Lý thuyết điều khiển ngày càng được sử dụng rộng rãi vào trong thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực gia công kim loại. Với yêu cầu năng suất, sản phẩm được tạo ra phải có sự chính xác, chất lượng cao, nhiều nhà máy đã đưa những bộ điều khiển vào xử lý quá trình gia công trên máy lốc. Nhờ bộ điều khiển này máy được tự động hoá hoàn toàn từ khâu cấp phôi, hàn phôi, tháo sản phẩm.

  Bộ điều khiển có thể là bộ điều khiển số  (NC) hoặc bộ điều khiển tương tự, nó tự động điều khiển vòng quay của động cơ, đóng ngắt mạch điều khiển hệ thuỷ lực của máy  hay hệ thống tháo sản phẩm ...

  Hiện đại hoá (đó là xu hướng hiện nay), người ta có thể điều khiển quá trình gia công của máy bằng máy tính điện tử, chương trình gia công đã được lập trình từ trước. Ưu điểm của nó là thuận tiện trong quá trình gia công, thời gian gia công nhanh (tức là những bước công nghệ nếu có thay đổi thì nó đã có sẵn những modun tổng bộ nhớ của máy tính điện tử và chỉ việc thay đổi câu lệnh trong modun đó). Nhờ có màn hình điều khiển mà người đứng máy (hay người lập trình) có thể xem trước quá trình gia công trên máy nhờ công thức mô phỏng, vì vậy có thể tránh sai sót trong quá trình gia công.

b. Máy lốc điều khiển bằng thuỷ lực:

  Ở một số máy lốc lớn, kích thước của trục lớn người ta sử dụng hệ thống thuỷ lực để điều chỉnh, căn chỉnh trục.... Hệ thống thuỷ lực có giá thành thấp hơn và dễ tìm mua trên thị trường, cho nên nhiều máy do việt nam sản xuất chủ yếu dùng hệ thống bằng thuỷ lực.

c. Một số máy lốc khác:

  Những sản phẩn có profin đơn giản, yêu cầu độ chính xác không cao, kích thước nhỏ..., người ta thiết kế những loại máy lốc đơn giản nó chỉ gồm một giá cán mang từ 4 đến 6 cặp lô cán tạo hình và được dẫn động cơ điện.... Mọi thao tác đều phải có sự tham gia của các công nhân.

1.2.5. Kết luận

 Việc nghiên cứu máy lốc 4 trục là cần thiết trong hoàn cảnh hiện tại, phù hợp chung với xu hướng phát triển ngành cơ khí Việt Nam, đồng thời thúc đẩy công tác nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ làm chủ về công nghệ lốc 4 trục, nâng cao năng lực chế tạo cơ khí trong nước, tạo công ăn việc làm cho người lao động, tiết kiệm ngoại tệ nhập khầu thiết bị.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG

2.1. Tạo hình chi tiết dựa trên biến dạng dẻo kim loại

 Trong kim loại, các nguyên tử (Ion) tồn tại lực tác dụng tương hỗ, gồm các lực đẩy và lực kéo. Tại một nhiệt độ nhất định chúng dao động quanh vị trí cân bằng. Nhờ vậy, vật thể tồn tại với một hình dáng kích thước nhất định. Theo quan điểm năng lượng, các nguyên tử tồn tại ở vị trí năng lượng tự do thấp nhất, tuỳ thuộc cấu trúc tinh thể. Các nguyên tử ở mạng tinh thể lập phương thể tâm (LPTT) có năng lượng tự do cao hơn, trong khi đó ở mạng lập phương diện tâm (LPDT), năng lượng tự do thấp hơn.

  Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc nhiệt độ, làm thay đổi thế năng của nguyên tử, các nguyên tử rời khỏi vị trí cân bằng. Ta có thể nhận thấy thông qua sự thay đổi kích thước của vật thể. Lực càng lớn, nhiệt độ càng cao, thể năng càng tăng. Nếu năng lượng làm nguyên tử cách xa nhau, khi năng lượng không đủ vượt qua một giá trị nhất định, ngưỡng lớn nhất, sau khi th‹i lực hoặc giảm nhiệt, các nguyên tử quay về vị trí ban đầu. Sự dịch chuyển của các nguyên tử tạo ra sự biến dạng.

  Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tạo lên nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sư dụng.

  Khi biến dạng đàn hồi các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ (không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a đến a + Da, tức chưa sang vị chí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng lại trở về vị trí cân bằng cũ. Biến dạng đàn hồi xảy ra do cả ứng suất tiếp lẫn ứng suất pháp. Khi biến dạng dẻo các nguyên tử dịch chuyển đi khoảng cách lớn hơn (quá một thông số mạng ) nên khi bỏ tải trọng nó trở về vị trí cân bằng mới. Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng tiếp. Biến dạng dẻo thường xảy ra bằng cách trượt, đôi khi xảy ra bằng song tinh .

2.2 Biến dạng dẻo (kim loại)

  Dưới tác dụng của lực cơ học bên ngoài khi mà F_{cơ học} > F_{đàn hồi} độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến dạng không bị mất đi mà vẫn còn một phần. Biến dạng này được gọi là biến dạng dẻo.

 Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tạo lên nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sư dụng.

  Khi biến dạng đàn hồi, các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ (không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a đến a + Da tức là chưa sang tới vị trí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng sẽ chuyển về vị trí cũ. Khi biến dạng dẻo các nguyên tử dịch chuyển đi khoảng cách lớn hơn ( quá một thông số mạng ) nên khi bỏ tải trọng nó trở về vị trí cân bằng mới. Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng tiếp. Biến dạng dẻo thường xảy ra bằng cách trượt, đôi khi xảy ra bằng song tinh .

 2.2.1. Trượt:

  Trượt là một quá trình chuyển động tương đối giữa hai phần tinh thể, ở đây sự chuyển dịch tương đối bao hàm một loạt mặt hoặc lớp mỏng tạo thành dải trượt, ở những vùng trung gian giữa các mặt trượt không có biến dạng. Thực nghiệm cho thấy, khoảng cách giữa các mặt trượt có giá trị khoảng 1µm, trong khi đó khoảng cách giữa các lớp nguyên tử khoảng 1 - 10µm. Trượt xảy ra trên một vùng, tạo thành một mặt, chiều dày của mặt bằng đường kính nguyên tử. Mặt này được gọi là mặt trượt, mặt này luôn song song với mặt tinh thể. Trượt chỉ xảy ra trên một số mặt và phương tinh thể nhất định. Trên phương và mặt tính thể này thường có mật độ nguyên tử dày đặc nhất hay ở trên đó có lực liên kết giữa các nguyên tử là lớn nhất so với mặt và phương khác. Trượt phải khắc phục lực tác dụng tương hỗ giữa các mặt tinh thể (giữa các nguyên tử trên hai mặt nguyên tử) phương trượt là phương có khoảng cách giữa các nguyên tử là nhỏ nhất.

     Trượt sảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp, sao cho các dãy nguyên tử trong quá trình trượt vẫn giữ được mối liên kết. Nếu không có mối liên kết đó, biến dạng dẻo sẽ dẫn đến phá hủy. Bất kỳ một kiểu mạng tinh thể nào, trượt xảy ra trên một mặt trượt và theo một số phương trượt nhất định. Tổng hợp mặt trượt – phương trượt gọi là hệ trượt.

2.2.2. Song tinh:

  Một cơ chế thứ hai dẫn đến biến dạng dẻo trong tinh thể đó là sự tạo thành song tinh cơ học (cần phân biệt với sự tạo thành song tinh khi có chuyển biến ostenit). Khi ứng suất tiếp t đạt tới một giá trị tới hạn nào đó thì một phần của mạng tinh thể sẽ xê dịch đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt phẳng.

 Song tinh cũng giống như trượt chỉ xảy ra trên các mặt và các phương xác định.

 Song tinh cã những đặc điểm sau:

 - Giống như trượt sự tạo thành song tinh chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp khác với trượt là việc tạo thành song tinh kèm theo sự thay đổi phương mạng của phần tinh thể bị xê dịch.

  - Khoảng xê dịch của các nguyên tử tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng với mặt song tinh và có trị số nhỏ hơn so với khoảng cách nguyên tử.

  Ứng suất cần thiết đẻ tạo thành đối tinh cơ học thường lớn hơn ứng suất cần thiết để gây ra trượt. Bởi vậy nói chung trượt sẽ xảy ra trước và chỉ khi các quá trình trượt gặp khó khăn thì song tinh mới tạothành; ví dụ như trường hợp biến dạng trong mạng lập phương thể tâm ở nhiệt độ thấp hoặc tốc độ biến dạng lớn (khi đó giới hạn chảy tương đối cao) . 

   Vì xê dịch của các nguyên tử khí tạo thành sóng tình nhỏ nên sống tình không dẫn đến một mức độ biến dạng dẻo đáng kể trong tinh thể (chỉ mấy %). Nếu cùng với sóng tình còn xảy ra trược thì trược sẽ đóng vai trò chính trong quá trình biến dạng dẻo. Trong các tinh thể liên kết đồng hoá trị như Bị, Sb … toàn bộ biến dạng dẻo cho đến lúc phá huỷ chủ yếu do sống tình tạo nên, vì thế mức độ biến dạng dẻo trong các tinh thể đó rất nhỏ, chúng được coi là những vật liệu giòn.

2.3. Sơ bộ về phương pháp, công nghệ uốn

2.3.1- Khái niệm uốn:

Uốn là biến phôi liệu phẳng thành vật cong hay vật đã cong thành cong thêm dưới tác dụng của lực ép của chày và khuôn cối làm cho vật liệu biến dạng dẻo để đạt dược hình dạng cần thiết.

Nguyên lý cơ bản của uốn trong dập nguội cũng giống như uốn trong sức bền: chỉ trong phạm vi biến dạng đàn hồi tức là sau khi thôi tác dụng của lực thi vật liệu trở lại hình dạng cũ còn uốn trong dập nguội thì yêu cầu biến dạng dẻo, khi bỏ ngoại lực tác dụng, vật liệu vẫn ở trạng thái uốn cong mà không trở về trạng thái cũ.

Khi nghiên cứu kỹ một sản phẩm uốn ta thấy những vấn đề sau:

-  Khi uốn cong mặt trong của nguyên vật liệu (mặt tiếp xúc với chày ) thì bị tác dụng nén lại; còn mặt ngoài (mặt tiếp xúc với chày) thì bị kéo dài.

- Ở giữa mặt ngoài và mặt trong của nguyên vật liệu có một lớp trung gian không bị khéo và bị nén, ta gọi là lớp trung. Nếu trên cạnh vật liệu: trước khi uốn ta kẻ những ô vuông ở phần thẳng không thay đổi còn những ô vuông ở phần uốn cong thì bị biến dạng thành hình thang. Các vạch ngang tính từ tâm ra thì vạch ở ngoài cũng dài ra rất nhiều ; vạch trong cũng ngắn lại nhiều chỉ có đường OO’ là không thay đổi mà ta gọi là lớp trung gian.

+ Trong quá trình uốn đặc biệt là đối với tấm vật liệu hới dày chiều rộng mép ngoài sẽ giảm đi, còn mép trong chiều rộng sẽ tăng lên. Khi tấm vật liệu tương đối lớn( lớn hơn chiều dày từ 20 ¸ 30 lần ) thì hiện tượng này chỉ trông thấy ở mép tấm vật liệu.

+ Chiều dày vật liệu chỗ uốn sẽ giảm mỏng.

x =  hệ số giảm mỏng khi uốn 90⁰( thép 10 – 20 )   

 t₁ là chiều dày nguyên vật liệu sau khi uốn

t là chiều dày nguyên vật liệu trước khi uốn

+  Sau khi uốn cong cơ lý tính của  bộ phận uốn cong thay đổi, độ cứng tăng lên, ứng suất tăng lên, ngoài ra bộ phận uốn cong của sản phẩm nguội, tăng nhiệt độ sẽ làm cho các tinh thể kết tinh thô to, cho nên không thể lấy bộ phận uốn cong để làm tiếp được.                                                                                      

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH

3.1. Sơ đồ động của máy và các cụm chi tiết chính

 - Khung máy: Được làm bằng kết cấu thép và được tổ hợp, đủ cứng vững để đảm an toàn trong quá trình vận hành. Các khoảng cách và cách bố hệ lỗ, khoảng cách lắp ráp, khoảng cách an toàn theo tiêu chuẩn (Tham khảo tài liệu Hướng dẫn thiết kế T1 và 2, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển).

 - Hệ trục lăn: Gồm  4 trục, được bố trí dựa trên nguyên lý chung của máy. Trục số I là trục trên, trục số II là trục dưới, trục số III là trục bên phía trái, trục IV là trục bên phải. Các trục lốc được tính toán, bố trí phù hợp với điều kiện lốc tiêu chuẩn theo bài toán ban đầu. Từ đó ta có thể tính toán và áp dụng cho việc uốn lốc các sản phẩm khác theo yêu cầu.

3.3. Tính toán các thông số lực và trục lốc.

  Để tính toán được công suất động cơ trước hết ta phải biết được công suất các trục tạo hình, vì vậy ta phải xuất phát từ cách tính kích thước phôi và tính lực tạo hình.

3.3.1. Tính toán phôi

 Để có được kích thước sản phẩm theo yêu cầu, bước quan trọng đầu tiên là phải tính toán cụ thể được kích thước ( bề rộng ) của dải vật liệu tạo hình, khi biết được bề rộng của phôi ban đầu ta mới có thể thiết kế cụ thể chiều dài của quả lốc, kích thước của bàn dẫn phôi.

 Chiều rộng B của sản phẩm thay đổi nên kích thước ban đầu của phôi cũng phải thay đổi theo giá trị tương ứng. Với máy lốc tôn loại trung sản phẩm có prôfin là hình tròn thì bề rộng lớn nhất của chi tiết có thể đạt được là 1000mm.

 s_ch = 560 (N/mm²) ; BH = 150 ; [s]_u = 120 (N/mm²) .

+ Chọn D = 350 (mm) làm đường kính trục làm việc.

+ Chiều dài phần làm việc L = 1500 (mm).

+ Đường kính cổ trục cán: d = (0,7 ¸ 0,75)D =  (245 ¸ 265).

Chọn d = 250 (mm).

+ Giới hạn bền uốn cho phép của vật liệu làm trục uốn. [s]_u = 120 (N/mm²) .

3.3.3. Chọn đường kính 2 trục bên

Để tiết kiệm vật liệu, ta chọn đường kính và chiều dài trục bên như sau:

Đường kính D = 270 mm

Chiều dài L = 1500 mm, chiều dài a = 1750m.

Trục chính (trục trên) và hộp giảm tốc:

3.4. Thiết kế tính toán động cơ cho trục chính

- Chọn vật liệu chế tạo:

+ Vật liệu thép C40: б_b = 540 N/mm2; б_ch = 270 N/mm2

+ Ứng suất cho phép: Hệ số an toàn: s = s₁.s₂.s₃

Chọn: s₁ = 1,5; s₂ = 1,5; s₃ = 1,4 => s = 1,5.1,5.1,4 = 3.15

[б] = б_ch /s = 270/3,15 = 86 N/mm2

- Hệ số quá tải: chọn là 2 => P_qt = 2.P = 580000 (N)

- Hệ số an toàn: [s]=1,2-1,5

- Ứng suất cắt cho phép: =54 (N/mm2)

=> Công suất hai xylanh trục bên:

3.6 Tính toán pitong - xilanh nâng trục dưới:

Để tính khoảng cách trục ta thường tính theo công thức:  a_w = K_a(u+1)

Nhưng do khoảng cách giữa hai trục lốc giới hạn nên ta chọn theo khoảng cách trục của máy tương tự chọn sơ bộ là a_w = 250 mm

Với:  T_­: Mômen xoắn trên trục bánh  chủ động N.mm ;

K_a : hệ số phụ thuộc vào loại răng ;

Hệ số Y_ba = b_w/a_w;

K_a=49,5(răng thẳng )

Tra ở sơ đồ 5 (bảng 6.6, trang 107) ta được K_Hb=1,08 ; u= 1; [s_H]=481,8 MPa       

Mô đun m được tính theo công thức thực nghiệm

             m ³t_max

Với t_max là chiều dầy lớn nhất của vật liệu mà máy có thể lốc được.

Vậy ta chọn  mô đun m = 10

Tra bảng 6.6 thiết kế hệ thống dẫn động tập 1 ta có y_ba = 0,2

 => b_w = 0,2.250 = 50 mm

*Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc

Yêu cầu cần phải đảm bảo:  s_H  [s_H] , s_H  = Z_M Z_H Z_e ;

Trong đó :  - Z_M  : Hệ số xét đến ảnh hưởng cơ tính vật liệu;

                   - Z_H  : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc;

                   - Z_e  : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng;

                   - K_H : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc;

                   - b_w  : Chiều rộng vành răng.

                   - d_w : Đường kính vòng chia của bánh chủ động;

T₁ = 16705069Nmm ; b_w = 50 , a_w = 250 mm ;

Z_M = 274 Mpa^1/3 (tra bảng 65 trang 96) ;

Góc prôfin răng bằng góc ăn khớp :

với cặp bánh răng thẳng với tỉ số truyền bằng 1 nên                     

a_tw = a_t = 20^o

 Z_H  với b = 0^o tra bảng 6.12 ta có Z_H = 1,76

d_w = 250 mm.

e_a = 1,88 – 3,2 ;

Z_e =  = 0,89.

K_H = K_Hb.K_HVK_Ha ; K_Hb = 1,08 ; K_Ha = 1,13( bánh răng thẳng )

Vận tốc bánh dẫn : v =  m/s;

 K_HV = 1,0007 Þ  K_H = 1,08.1,0007.1,13 = 1,221

Thay số : s_H = 274.1,76.0,89. = 1165 MPa

Tính chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép : [s_H] = [s_H]. Z_RZ_VK_xH.

Với v =0,105 m/s Þ     Z_V = 1 (vì v < 5m/s ) ,     Cấp chính xác động học là 9, chọn mức chính xác tiếp xúc là 9. Khi đó cần gia công đạt độ nhám là  R_a = 10...40 mm. Do đó Z_R = 0,95, với d_a< 700mm Þ K_xH = 1.

 [s_H] = 791.1.0,95.1 =751 MPa , s_H ³ [s_H] .

* Kiểm nghiệm về độ bền uốn

Để đơn giản ta chỉ kiểm nghiệm cho bánh răng chủ động vì bánh răng này chịu lực và mô men xoắn lớn nhất.

 Xuất phát từ điều kiện uốn ta có:

s_F = 2.T.K_FY_eY_bY_F/( b_wd_w.m)

Tính các thông số :

Theo bảng 6.7 ta có K_Fb = 1,08 ; với  v < 2,5 m/s tra bảng 6.14(trang 107) cấp chính xác 8 thì K_Fa = 1,22

Tra bảng 6.16  chọn g_o= 73

Theo bảng 6.15 => d_F =0,016

K_F = .K_Fb.K_Fa.K_FV = 1,08.1,22.1,005 = 1,324

Với e_a = 1,624 Þ Y_e = 1/e_a = 1/1,624 = 0,62;

b = 0 Þ  Y_b = 1 Số răng tương đương:

Với  Z =25 tra bảng 6.18 trang 109 thì  Y_F = 3,9

3.7.2. Tính toán chọn trục của hộp giảm tốc:

n_Số vòng quay trong một phút của trục. (vg/ph)

C_Hệ số tính phụ thuộc vào , C = 150.

-  Trục I: N = 73,5 (Kw), n = 730 (vg/ph).

- Trục II: N = 72,05(Kw), n = 254,35 (vg/ph).

- Trục III: N = 70,6 (Kw), n = 88,62 (vg/ph).

- Trục IV: N = 69,2 (Kw), n = 30,88 (vg/ph).    .

Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng tiếp theo ta có thể lấy d₁ = 70(mm), d₂ = 100 (mm), d₃ = 140 (mm), d₄ = 200 (mm).

3.7.3. Tính toán, kiểm nghiệm ổ trượt và gối đỡ:  

* Ổ đỡ:

  Do ổ làm việc với tải trọng lớn và vận tốc bé nên người ta chọn ổ trượt cho máy. ổ trượt được dùng nhiều trong máy lốc vì chịu lực va đập tốt, ổ trượt còn làm việc tốt trong các môi trường nước và các môi trường ăn mòn khác.

  Ổ đỡ trục là bộ phận trực tiếp đỡ trục lốc,  là nơi chịu tác dụng của các lực đặt trên trục. Nhờ có ổ đỡ trục mà trục lốc có một vị trí xác định trong máy và quay trong một trục tâm đã định.

  Bề mặt ổ luôn tiếp xúc với cổ trục lốc cho nên phải làm bằng vật liệu có hệ số ma sát nhỏ như đồng thanh, babit 83, bakêlit vv...

Để đơn giản ta chọn đồng thanh làm vật liệu ổ trượt.

Ổ trượt thường được làm hai nửa trên và dưới để dễ tháo lắp và được ghép chặt vào hai nửa gối đỡ trên và dưới,  nhưng trong trường hợp này với vận tốc làm việc nhỏ nên ta dùng ổ nguyên.

 - Tính toán ổ đỡ:  

Chiều dày S = (0,035 ¸ 0,05)d + 2,5 mm

d là đường kính cổ trục lốc d =120 mm

=> S = (0,035 ¸ 0,05).120 + 2,5 =  (4,2 ¸ 6) + 2,5mm

Chọn S =7,5 mm

L = l =120 mm

Chiều rộng của gờ b = 1,2.S = 9 mm.

Chiều cao của gờ h = 0,6.S = 4,5 mm

Đường kính trong của ổ thường bằng đường kính cổ trục cán d_t = d =120 mm.

Đường kính ngoài của ổ: d_n =d_t + 2S = 135 mm.

Đường kính phần có gờ: d_g = d_n+ 2h = 144 mm.

Ta thấy trục ép là trục chịu lực lớn nhất nên ta chỉ cần kiểm nghiệm cho bác lót ở trục ép là đủ bền cho trục dẫn.

Với trục ép

Khi làm việc thì chỉ có một nửa bạc lót chịu tác dụng lực

vậy P_max = 2.F_max/(p.R.l) = 2.137521/(3,14.60.120) = 12 N/mm²

Vậy vật liệu đồng thanh đã chọn thoả mãn điều kiên làm việc.

4.1.3. Trục lốc bên III:

- Khi nâng trục lốc bên III dầu thuỷ lực qua van tỷ lệ (SP1, SP2), qua van phân phối IIIm, IIIs, qua van một chiều vào hai khoang áp lực đẩy của hai xi lanh đẩy trục lốc III tiến lên theo mong muốn.

- Khi hạ trục bên III: Đổi vị trí làm việc của các van thuỷ lực, lúc này dầu thuỷ lực được bơm vào hai khoang áp lực thu của hai xi lanh, làm trục lốc bên III hạ xuống, dầu thuỷ lực trong hai khoang áp lực đẩy của hai xi lanh được ép xả qua van cản, van phân phối, làm mát, lọc, về thùng dầu.

4.1.4. Trục lốc quay (Trục I)

- Quay phải: Dầu thuỷ lực qua van phân phối S qua van một chiều vào hai động cơ thuỷ lực, hai động cơ thuỷ lực quay thông qua hai hộp số thuỷ lực quay hai trục lốc W, S theo tốc độ mong muốn, tôn lốc sẽ được lốc theo mong muốn. Dầu thuỷ lực từ hai động cơ thuỷ lực qua hai van cản tác động lẫn nhau, qua van phân phối S, qua làm mát, lọc, về thùng dầu.

- Quay trái: Đổi vị trí làm việc của các van thuỷ lực đường đi của dầu thuỷ lực theo chiều ngược lại. Tôn lốc được lốc theo chiều ngược lại.

4.1.5. Mở khoá trục lốc trên I (xi lanh O):

Khi lốc xong cần phải mở khoá đưa một gối đỡ trục lốc trên I ra ngoài để lấy sản phẩm.

a. Mở gối đỡ.

 Dầu thuỷ lực qua van tỷ lệ SP1, qua van phân phối O, qua van một chiều đưa vào khoang đẩy, qua cơ cấu truyền động làm gối đỡ trục lốc trên W được mở và ngả ra hết hành trình sẽ đóng điện kết nối cho thao tác tiếp theo là nâng nghiêng trục lốc trên I, dầu thuỷ lực từ khoang áp lực thu của xi lanh được ép xả qua van phân phối O, qua làm mát, qua lọc về thùng dầu.

b. Đẩy nghiêng trục lốc trên I.

 Dầu thuỷ lực qua van tỷ lệ SP2, qua van phân phối I, qua van một chiều tác động lẫn giữa đẩy và cửa xả, qua van một chiều vào khoang áp lực đẩy của xi lanh đẩy trục lốc trên I nghiêng góc theo phương ngang, dầu thuỷ lực ở trong khoang thu xi lanh được ép xả qua van một chiều tác động lẫn nhau, qua van phân phối I, qua làm mát, lọc, về thùng dầu.

d. Đóng gối đỡ trục lốc trên I.

Đảo lại vị trí làm việc của van thuỷ lực, lúc này dầu thuỷ lực sẽ được bơm vào khoang áp lực thu của xi lanh thuỷ lực O nhờ tác động của cơ cấu truyền động sẽ đóng gối đỡ cho trục lốc trên I. Dầu thuỷ lực trong khoang áp lực đẩy của xi lanh O được ép xả qua van cản, qua van phân phối O, qua lọc về thùng dầu. Khi khoá gối đỡ trục lốc trên đóng đúng vị trí sẽ tác động đóng điện để chờ các thao tác tiếp theo.

4.3. Mô phỏng quá trình biến dạng của phôi trong quá trình uốn lốc

4.3.1.Xây dựng Mô hình hình học

  Một trong những khâu quan trọng nhất cho mỗi quá trình nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới đó là khâu tính toán, thiết kế khuôn mẫu. Trong khâu này, tất cả các thông số công nghệ về hình học ảnh hưởng tới quá trình tạo hình sản phẩm cẩn được xem xét tới một cách thấu đáo. Nhằm giảm bớt thời gian và kinh phí nghiên cứu bằng thực nghiệm, phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số được áp dụng để tối ưu bài toán đó. Và để có thể phân tích và điều chỉnh bài toán công nghệ, khâu đầu tiên cần phải xây dựng đó là thiết lập mô hình hình học của bài toán.

CHƯƠNG V: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG MÁY

5.1. Cách lắp đặt.

Để làm việc ít rung động, bệ móng cần vững chắc. kích thước bệ móng được tính theo mức độ chịu tải trung bình của đất. Khi độ chịu đựng của đất thấp cần tăng thêm chiều sâu và diện tích của nền móng. Yêu  cầu đối với nền móng :

- Móng được làm từ bê tông nén, hình thành từ một khối bê tông liên tục, vững chắc để tránh rung động

- Sau khi bê tông rắn lại, máy cuốn với bulông và êcu chịu tải trọng được đưa vào máy và được cân bằng nhờ cân điều chỉnh ở sát khung máy.

-  Sau khi cân bằng đổ thêm dưới móng một hỗn hợp bê tông lỏng. Sau khi hỗn hợp bê tông rắn lại cần xiết các êcu của các bu lông móng.

Trình tự lắp máy:

- Thân máy dược định vị bằng 4 thanh sắt chữ V, hàn ở hai đầu của máy và được lắp cố định với bệ bê tông bằng các bu lông đã gắn sẵn các bu lông nền theo đúng kích thước lỗ khoan trên bệ máy.

- Lắp các gugiong hai đầu ren liên kết thân máy để tăng cứng vững. Chú ý các đai ốc không được xiết chặt nhằm tạo khe hở.

- Lắp các gối đỡ vào trục cuốn chủ động, tiếp đến là lắp các bánh răng tạo điều kiện cho các bánh răng ăn khớp được dễ dàng. Tiến hành lắp trục cuốn trên.

5.2.  Vận hành.

Các công nhân dưới 18 tuổi không được tiếp xúc với máy.

Đối với người vận hành:

- Có gấy chứng nhận làm việc trên máy.

- Biết rõ chức năng và làm việc trên máy một cách thành thạo.

- Nắm được các tính chất cơ bản của vật liệu phôi.

 Máy sau khi lắp xong phải được chạy thử không tải một thời gian. Sau đó xiết chặt lại các bu lông lắp ráp trước khi cho máy chạy có tải.

 Trong quá trình sản xuất cần chú ý những điểm sau:

- Trước khi làm việc:

 + Kiểm tra các bộ phận truyền động, ly hợp, phanh hãm và hệ thống điện có an toàn không ?

 + Kiểm tra các thiết bị điều khiển, nắp che chắn và đặc biệt là vấn đề bôi trơn các bộ phận có được đảm bảo hay không? Nếu cần thiết phải tiến hành bơm dầu mỡ vào các ổ đỡ, rãnh trượt.

- khi làm việc.

 + Công nhân đứng máy phải mang đầy đủ bảo hộ lao động, gọn gàng.

 + Điều kiện làm việc phải gọn gàng, sạch sẽ tạo điều kiện cho việc thao tác dễ dàng, nhanh chóng và thuận tiện.

 + Phôi phải lắp vào trục cuốn rồi mới khởi động máy làm việc.

-  Sau khi làm việc.

 + Làm vệ sinh xung quanh khu vực máy gọn gàng.

 + Cắt cầu dao máy để tránh người lạ xâm nhập và vận hành máy.

5.3. Bảo dưỡng.

Bảo dưỡng máy theo định kỳ các bộ phận chuyển động quay của máy, bộ phận truyền bánh răng ngoài, ổ lăn, bạc lót gối đỡ được bôi trơn bằng mỡ. Trong hộp giảm tốc các bộ truyền được bôi trơn bằng dầu và kiểm tra mức dầu, chất lượng dầu bôi trơn để tăng tuổi thọ của máy.

5.5. Khắc phục sự cố.

- Điều chỉnh lại khoảng cách.

- Thay các chi tiết đã sử dụng lâu, bị mòn, hỏng.

- Quấn lại động cơ sau khi cháy.

- Điều chỉnh lại khoảng cách trục ép với các trục cuốn bằng vít me.

KẾT LUẬN

   Sau một thời gian nghiên cứu về máy lốc, có sự khảo sát và tiếp cận với một số thế hệ máy lốc sản xuất năm 2009, công nghệ lốc 3 trục, 4 trục và kết quả nghiên cứu các tài liệu cũng như phần bài làm của riêng mình, em xin đưa ra những đánh giá về kết quả đạt được như sau:

   Nội dung hoàn thành:

- Nghiên cứu về lý thuyết biến dạng dẻo đối với kim loại tấm, công nghệ uốn và nguyên công về uốn

- Nắm bắt được bản chất của nguyên công uốn  trong việc xác định ứng dụng đối với uốn tấm, nhất là các loại tấm dày, kích thước lớn.

- Phương pháp thi công lốc tôn tấm dạng tròn

- Bộ tài liệu thuyết minh, tính toàn một số chi tiết điển hình trong máy lốc 4 trục.

- Thiết kế được sơ đồ khối của hệ thống thủy lực trong điều khiển và giải thích cơ chế hoạt động của hệ thống thủy lực trong quá trình uốn lốc.

   Những vấn đề cần phát triển sau bảo vệ đồ án:

- Thiết kế mạch Lô gic cơ điện tử cho phần điều khiển hệ thống điện đối với máy lốc 4 trục theo phần cơ khí đã thực hiện, cơ chế hoạt động của máy trong quá trình lốc.

- Lập trình PLC cho mạch in phục vụ điều khiển hệ thống, xây dựng mô hình điều khiển trên máy tính.

- Lập trình phần mềm mô phỏng động lực học máy lốc 4 trục điều khiển CNC.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2000),Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập I và II. Nxb Giáo dục, Hà Nội.

2. Nguyễn Mậu Đằng (2006), Công nghệ tạo hình kim loại tấm, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội (tr 89 – tr 117).

3. Đỗ Hữu Nhơn- , Nguyễn Mậu Đằng  (2008) Hỏi đáp về cán, kéo kim loại – Tác giả, Nxb KHKT, Hà Nội (tr 108 – tr 118).

4. Đinh Bá Trụ (2000), Lý thuyết biến dạng dẻo –Học viện kỹ thuật Quân sự.

5. Lý thuyết biến dạng dẻo – Tác giả: Nguyễn Tất Tiến. Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội.

6. Đỗ Hưu Nhơn (2006), Tính toán thiết kế chế tạo máy cán thép & các thiết bị trong máy cán thép . Nxb KHKT, Hà Nội.

7. Trần Văn Địch (2000), Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

8.  Đỗ Hữu Nhơn (2005), Phương pháp cán kim loại thông dụng, Đại học Bách khoa Hà Nội.

9. Lê Văn Thiêm (2004), Công nghệ dập nguội, Nxb KHKT, Hà Nội.

10. Nguyễn Trọng Giảng, (1998), Sản xuất thép tấm và thép băng, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"