LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CƠ TÍNH VÀ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA VÒM TÔN PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH CHẤN VÒM

 TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CƠ TÍNH VÀ THÔNG SỐ HÌNH HỌC
CỦA VÒM TÔN PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH CHẤN VÒM
II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Khảo nghiệm quan hệ giữa biến dạng, ứng suất và các thông số hình học của
trong quá trình chấn tôn vòm.
- Tiến hành thực nghiệm, xử lý số liệu thực nghiệm để tạo cơ sở dữ liệu cần
thiết và điển hình của một số vật liệu tôn thông dụng phục vụ quá trình chấn vòm.
- Thiết lập chương trình điều khiển tự động đạt kích thước sản phẩm vòm.

TÓM TẮT
Trong cuộc sống công nghiệp hiện nay, các sản phẩm được sản xuất từ thép lá
cuộn ngày càng đóng vai trò quan trọng. Các sản phẩm chính như: thép hình, thép
ống, xà gồ, tôn lợp… là những sản phẩm được sử dụng nhiều trong dân dụng và công
nghiệp. Cùng với sự phát triển của đất nước sản phẩm tấm lợp ngày càng đa dạng,
trước đây tấm lợp chủ yếu là các tôn sóng tròn, tôn phờ rô ximang đang dần được thay
thế bằng các sản phẩm tôn cao cấp hơn như tôn sóng vuông, tôn giả ngói, tôn sóng
vòm. Để đáp ứng nhu cầu thực tế về mỹ thuật, thiết kế kỹ thuật hiện nay các sản phẩm
tôn sóng vòm ngày càng xuất hiện nhiều trong thực tế như các công trình dân dụng,
công công, nhà xưởng công nghiệp…
Các máy móc và dây chuyền công nghệ chế tạo các sản phẩm từ thép lá cuộn
như máy cán xà gồ thép, dây truyền cán ống định hình, dây truyền cán tôn lợp... đã
được nghiên cứu chế tạo thành công và triển khai cho các cơ sở công nghiệp ở khu
vực Tp.HCM. Các loại máy chấn tôn vòm có yêu cầu cao hơn về độ chính xác biến
dạng là đối tượng nghiên cứu của đề tài. Vì vậy, tác giả xin chọn đề tài “Nghiên cứu
cơ tính và thông số hình học của vòm tôn phục vụ quá trình chấn vòm” để nghiên
cứu.
Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã đạt những nội dung sau:
1. Mô tả hình học các thông số chấn vòm và lưu đồ hoạt động của máy.
2. Biểu đồ mối quan hệ giữa lực kéo và độ giãn dài một số loại tôn.
3. Xác định mối liên hệ giữa thông số đầu vào (áp lực và chiều dày tôn) và góc
tạo hình.
4. Chương trình điều khiển PLC tự động đạt bán kính chấn vòm.

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN......................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................ix
DANH MỤC CÁC HÌNH...............................................................................................x
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU..............................................................1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................1
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.................................................................................2
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................3
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................3
1.4.1. Nghiên cứu lý thuyết .....................................................................................3
1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ...............................................................................4
1.5. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.............................................................................4
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ..........................................................5
1.7. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................5
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH KIM LOẠI
TẤM ........................................................................................................................6
2.1. GIỚI THIỆU VỀ TÔN SÓNG VÀ TÔN SÓNG VÒM .......................................6
2.1.1. Khái niệm......................................................................................................6
2.1.2. Phân loại .......................................................................................................7
2.1.3. Vật liệu chế tạo..............................................................................................8
2.1.4. Các biên dạng tôn thường gặp .......................................................................8
2.1.4.1. Loại sóng thẳng ................................................................................................ 8
2.1.4.2. Tôn sóng vòm.................................................................................................. 10
2.2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ............................13
2.2.1. Nghiên cứu trong nước ................................................................................13
2.2.2. Nghiên cứu ngoài nước....................................................................................15
2.3. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TÔN SÓNG VÒM .....17
2.3.1. Qui trình công nghệ sản xuất tôn sóng vòm .................................................17
2.3.1.1. Mô tả hình học quá trình chấn vòm tôn sóng.................................................. 19
2.3.1.2. Mô tả lý thuyết quá trình tạo hình ................................................................... 20
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 vi
2.3.1.3. Hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình................................................... 22
2.3.2. Những kiến thức cơ sở về biến dạng dẻo kim loại.......................................24
2.3.2.1. Biến dạng kéo nén của kim loại....................................................................... 24
2.3.2.2. Trạng thái ứng suất và các loại ứng suất trong quá trình tạo hình .................. 26
2.3.3. Phương thức biến dạng nhỏ .........................................................................29
2.3.4. Các loại biến dạng chính .............................................................................30
2.3.5. Mối quan hệ ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình kim loại .........30
2.4. CÁC YẾU TỐ CƠ HỌC ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH
2.4.1. Ảnh hưởng của hình dạng đường cong Ứng suất thực - Biến dạng thực.......31
2.4.2. Ảnh hưởng của tính đồng nhất của vật liệu..................................................32
2.4.3. Ảnh hưởng của khuyết tật, vết nứt ...............................................................33
2.4.4. Ảnh hưởng tính bất đẳng hướng ..................................................................33
2.4.5. Ảnh hưởng nhiệt độ trong quá trình biến dạng.............................................33
2.4.6. Ảnh hưởng của thành phần hóa học của vật liệu ..........................................34
2.4.7. Ảnh hưởng tốc độ của quá trình biến dạng...................................................35
2.4.8. Ảnh hưởng của chiều dày đến ứng suất giới hạn của kim loại tấm ...............36
2.5. CÁC SAI LỆCH CHỦ YẾU TRONG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH TÔN SÓNG
VÒM TRONG THỰC TẾ…………………………………………...……………….36
2.5.1. Sai lệch thành bên .......................................................................................36
2.5.2. Thay đổi góc................................................................................................37
2.5.3. Hiện tượng cong vênh chi tiết......................................................................38
2.5.4. Sự xáo trộn bề mặt chi tiết ...........................................................................39
2.5.5. Sự thay đổi hình dáng tổng thể ....................................................................39
2.6. MỘT SỐ LOẠI MÁY CHẤN VÒM THÔNG THƯỜNG.................................39
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CHẤN VÒM MINI……..43
3.1. ĐẬT VẤN ĐỀ ...................................................................................................43
3.2. MỤC ĐÍCH………….…………………………………………………………………..43
3.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .................................................................................43
3.3.1. Đặc tính tôn đầu vào………………………………………………………………..43
3.3.2. Phương án nghiên cứu chế tạo……………………………………………………...44
3.3.3. Các chế độ vận hành và lưu đồ hoạt động của máy......................................44
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 vii
3.3.4. Tính toán thiết kế một sộ bộ phận quan trọng của mô hình máy chấn vòm ..48
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .......................................................53
4.1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ..............................................................................53
4.2. NGUYÊN LIỆU THỰC NGHIỆM ....................................................................53
4.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM ...............................................................54
4.3.1. Máy kéo nén tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM…………………… …..54
4.3.2. Mô hình máy chấn tôn mini tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM ............55
4.3.3. Thiết bị dụng cụ đo......................................................................................56
4.3.4. Chuẩn bị đầy đủ các loại thước đo, thiết bị cắt tôn.......................................56
4.4. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM…………..………………………………..56
4.4.1. Phương án nghiên cứu…………………………………………………....…56
4.4.2. Phương án thí nghiệm..................................................................................57
4.5. PHẦN THÍ NGHIỆM KÉO TÔN ......................................................................57
4.6. PHẦN THÍ NGHIỆM CHẤN TÔN ...................................................................62
4.6.1. Phương pháp qui hoạch thực nghiệm...........................................................62
4.6.1.1. Trình tự các bước thực hiện ..................................................................62
4.6.1.2. Các phương pháp tính toán cho phương án cấu trúc ở tâm bậc hai ........63
4.6.2. Phấn thực nghiệm cho loạt tôn cứng............................................................64
4.6.3. Phần thực nghiệm cho loạt tôn mềm............................................................69
4.7. VÍ DỤ KHI TIẾN HÀNH CHẤN VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO ..............72
4.8. KẾT LUẬN .......................................................................................................73
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………….………..…………….……76
5.1. KẾT LUẬN .......................................................................................................76
5.2. KIẾN NGHỊ.......................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................78
PHỤ LỤC 1. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THÉP LÁ CUỘN .................................80
PHỤ LỤC 2. GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH CỦA CÁC LOẠT CHẤN ............................81
PHỤ LỤC 3. BỘ CHÀY VÀ CỐI CHẤN TÔN 7 SÓNG TRONG THỰC TẾ..........83
PHỤ LỤC 4. SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC ........................................................................87
PHỤ LỤC 5. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC ...............................................88
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
CB - Cảm biến
ĐH - Đại Học
NCKH - Nghiên Cứu Khoa Học
NXB - Nhà Xuất Bản
PLC - Programmable Logic Controller
SPIF - Single Point Incremental Forming
STT - Số thứ tự
Sole - Cuộn dây của van thủy lực
Ts - Tiến sĩ
Tp HCM - Thành phố Hồ Chí Minh
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1. Mã hóa các yếu tố thực nghiệm.................................................................65
Bảng 4.2. Ma trận trực giao bậc hai ..........................................................................65
Bảng 4.3. Giá trị theo các yếu tố tự nhiên .................................................................66
Bảng 4.4. Các hệ số phương trình hồi qui .................................................................68
Bảng 4.5. Mã hóa các yếu tố thực nghiệm.................................................................70
Bảng 4.6. Ma trận trực giao bậc hai ...................................................................... . ..70
Bảng 4.7. Giá trị theo các yếu tố tự nhiên .................................................................70
Bảng 4.8. Các hệ số của phương trình hồi qui ...........................................................71
Bảng PL2.1. Giá trị trung bình của các loạt chấn tôn cứng........................................81
Bảng PL2.2. Giá trị trung bình của các loạt chấn tôn mềm........................................82
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 x
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Tôn sóng ngói và tôn sóng thẳng .................................................................7
Hình 2.2. Các thành phần chủ yếu của tôn lợp ............................................................8
Hình 2.3. Tôn sóng tròn trong thực tế .........................................................................9
Hình 2.4. Tôn sóng vuông...........................................................................................9
Hình 2.5. Một số biên dạng tôn sóng ngói...................................................................9
Hình 2.6. Tôn sóng vòm lăn......................................................................................10
Hình 2.7. Các thông số và kích thước giới hạn tôn vòm lăn ......................................10
Hình 2.8. Kích thước giới hạn cung tròn ...................................................................11
Hình 2.9. Kích thước giới hạn cung tròn ...................................................................12
Hình 2.10. Kích thước giới hạn trong thực tế ............................................................12
Hình 2.11. Máy lốc tôn (11 sóng) điều khiển PLC ....................................................14
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý của mấy chấn vòm được xây dựng trong đề tài..............18
Hình 2.13. Mô tả hình học nhát chấn ........................................................................19
Hình 2.14. Góc tạo hình trong quá trình chấn............................................................20
Hình 2.15. Sợ phân bố lại tiết diện sau khi biến dạng dẻo và đàn hồi ........................21
Hình 2.16. Biểu đồ ứng suất gới hạn và hiện tượng đàn hồi ......................................22
Hình 2.17. Sự đàn hồi sau khi chấn...........................................................................23
Hình 2.18. Phần tử trong mẫu kiểm tra kéo tấm ........................................................24
Hình 2.19. Biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loại...............................25
Hình 2.20. Các loại ứng suất toàn phần.....................................................................26
Hình 2.21. Các phần tử ứng suất, ba mặt phẳng trượt và ứng suất trượt ....................28
Hình 2.22. Ứng suất thủy tĩnh...................................................................................28
Hình 2.23. Phần tử trước và sau biến dạng................................................................29
Hình 2.24. Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo ........................................................31
Hình 2.25. Mối quan hệ giữa đường cong biến dạng thực - ứng suất thực ................32
Hình 2.26. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến góc tạo hình vật liệu AL5052 .....................34
Hình 2.27. Ảnh hưởng thành phần Cacbon đến biến dạng.........................................34
Hình 2.28. Sơ đồ mồi liên hệ giữa tải trọng và độ giãn dài khi tăng tải trọng ............35
Hình 2.29. Mối quan hệ giữa ứng suất giới hạn và chiều dày ....................................36
Hình 2.30. Hình dạng thành bên trước và sau khi chấn .............................................37
Hình 2.31. Sự thay đổi góc trước và sau khi chấn .....................................................37
Hình 2.32. Sự cong vênh chi tiết thể hiện ở một sóng tôn .........................................38
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 xi
Hình 2.33. Máy chấn vòm của công ty Ameco..........................................................40
Hình 2.34. Máy chấn vòm của công ty Vietsteel .......................................................40
Hình 2.35. Máy cán tôn dập vòm ..............................................................................41
Hình 2.36. Máy lốc vòm ...........................................................................................41
Hình 3.1. Các chế độ vận hành..................................................................................45
Hình 3.2. Bảng điều khiển ........................................................................................46
Hình 3.3. Lưu đồ hoạt động của máy ........................................................................47
Hình 3.4. Hệ thống truyền dẫn thủy lực ....................................................................49
Hình 3.5. Hệ thống con lăn .......................................................................................50
Hình 3.6. Hệ thống chày và cối khuôn ......................................................................51
Hình 4.1. Kích thước của phôi chấn..........................................................................53
Hình 4.2. Máy kéo nén UH – F500 KNI ...................................................................54
Hình 4.3. Bản vẽ chày và cối khuôn..........................................................................56
Hình 4.4. Kích thước sau khi chấn ............................................................................56
Hình 4.5. Phôi dùng trong thí nghiệm kéo tôn...........................................................58
Hình 4.6. Biến dạng phôi sau thí nghiệm kéo tôn ......................................................58
Hình 4.7. Biểu đồ kéo tôn mềm chiều dày 0.3 mm....................................................59
Hình 4.8. Biểu đồ kéo tôn mềm chiều dày 0.4 mm....................................................59
Hình 4.9. Biểu đồ kéo tôn mềm chiều dày 0.5 mm....................................................60
Hình 4.10. Biểu đồ kéo tôn cứng chiều dày 0.3 mm..................................................60
Hình 4.11. Biểu đồ kéo tôn cứng chiều dày 0.4 mm..................................................61
Hình 4.12. Biểu đồ kéo tôn cứng chiều dày 0.5 mm..................................................61
Hình 4.13. Đồ thị mối quan hệ giữa góc với áp lực và chiều dày tôn cứng ................74
Hình 4.14. Đồ thị mối quan hệ giữa góc với áp lực và chiều dày tôn mềm ................74
Hình PL6.1. Chuẩn bị kéo tôn...................................................................................95
Hình PL6.2. Tôn sau khi kéo đứt ..............................................................................95
Hình PL6.3. Chuẩn bị phôi chấn ...............................................................................96
Hình PL6.4. Mô hình máy chấn vòm ........................................................................96
Hình PL6.5. Hình chày và cối khuôn ........................................................................97
Hình PL6.6. Hệ thống xilanh thủy lực.......................................................................97
Hình PL6.7. Sản phẩm sau khi chấn.............................................................................98
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Để đáp ứng quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa nước ta, quá trình nghiên
cứu khoa học và chuyển giao công nghệ được đặt lên hàng đầu, thậm chí không thể
thiếu được. Mảng nghiên cứu khoa học về điều khiển tự động đặc biệt được chú trọng.
Đáp ứng nhu cầu nghiên cứu với mục đích làm chủ công nghệ điều khiển tự động thế
hệ điều khiển số cho các máy móc thay thế nhập khẩu đang được sử dụng trong sản
xuất công nghiệp. Các máy móc và dây chuyền công nghệ chế tạo các sản phẩm từ
thép lá cuộn như máy cán xà gồ thép, dây truyền cán ống định hình, dây truyền cán
tôn lợp... đã được nghiên cứu chế tạo thành công và triển khai cho các cơ sở công
nghiệp ở khu vực Tp HCM. Các thiết bị này đã ở thế hệ sử dụng điều khiển tự động
dùng PLC và truyền động thuỷ lực, hiện nay đã thay thế được một phần máy nhập
ngoại. Máy chấn vòm có yêu cầu cao hơn về độ chính xác biến dạng là đối tượng
nhiên cứu của đề tài này.
Máy chấn vòm lấy nguyên liệu đầu vào là tôn lợp đã được cán thành sóng từ các
máy cán tôn sóng. Sản phẩm đầu ra là các lá tôn sóng đã được chấn thành vòm với
bán kính mong muốn thường dùng để làm phần nhô cao dạng khum vòm cong của
nóc đỉnh nhà xưởng công nghiệp. Các nhà xưởng công nghiệp yêu cầu phần đỉnh nóc
phải vừa đảm bảo thông gió đối lưu, lại vừa có kiểu dáng công nghiệp hiện đại. Để tạo
dạng vòm cong cho tôn đã cán sóng ở mức độ thấp hơn, người ta dùng các máy lốc
dạng răng khía. Sản phẩm dạng này tôn bị dúm ở vết cán chuyển tiếp và bán kính
cong không thay đổi liên tục để làm các vòm tôn có nhiều đoạn cong hay vòm dạng
parapol, hypepol được. Các sản phẩm cấp thấp đó chỉ dùng trong dân dụng làm chỗ để
xe hơi, hoặc vòm mái sảnh nhỏ, sân thượng... Trong mái nhà công nghiệp có nhiều
phần cong chuyển tiếp như chỗ tiếp nối các phần xây dựng, đón mái và ngay cả phần
nóc cũng hay được thiết kế kiểu dáng kết hợp nhiều đoạn vòm cong.
Tôn vòm cho các nhà công nghiệp yêu cầu phải qua chấn đảm bảo độ chính xác
về hình dạng, bước chấn và bán kính các đoạn vòm. Biến dạng sau khi chấn không bị
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 2
dúm, tôn mạ màu không bị bong xước. Các loại tôn dùng để chế tạo cũng là có độ dày
và cơ tính cao hơn loại dân dụng.
Máy chấn vòm có các loại do Nhật bản và Hàn Quốc chế tạo. Một số công ty
liên doanh đã trang bị các máy chấn vòm. Ở khu vực Tp.HCM có công ty Cơ khí
IMECO sản xuất các sản phẩm tôn vòm bằng máy nhập khẩu từ Hàn Quốc có dẫn
động thuỷ lực, điều khiển dùng PLC tự động đạt bước chấn và bán kính vòm. Qua
khảo sát mẫu máy và nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều của các cơ sở cơ khí xây
dựng, nhóm tác giả đề tài đã đề xuất chủ động nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình
máy chấn vòm tôn sóng. Đề tài đã được Bộ Công nghiệp duyệt cho triển khai trong
nhiệm vụ NCKH 2005 của trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM.
Qua những nghiên cứu trước đây, chúng ta thấy để đổi mới công nghệ và hiện đại
hóa thiết bị các dây chuyền sản xuất máy chấn vòm thì cần phải có các hệ thống cơ
khí, thủy lực, PLC... Việc nghiên cứu và chế tạo máy chấn tôn vòm là rất cần thiết
nhằm nâng cao năng suất, tiết kiệm vật liệu, rút ngắn chu kỳ sản phẩm và giảm chi phí
sản xuất trong sản xuất tôn chấn vòm. Thông qua đó sẽ nâng cao được khả năng cạnh
tranh của các doanh nghiệp Việt Nam, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành thép
Việt Nam.
Từ những yêu cầu cấp bách trên tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu
cơ tính và thông số hình học của vòm tôn phục vụ quá trình chấn vòm” . Mục tiêu
của đề tài là tìm mối quan hệ giữa các thông số đầu vào (áp lực và chiều dày của tôn)
và đầu ra (góc tạo hình) trong quá trình chấn vòm.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung vào ba mục tiêu chính
- Nghiên cứu thực nghiệm tìm mối quan hệ giữa góc tạo hình biến dạng tôn
sóng vòm và các thông số đầu vào là áp lực chấn P (kg/cm2) và chiều dày của
tôn t (mm).
- Lưu đồ điều khiển PLC cho máy chấn vòm.
- Xây dựng được chương trình điền khiển cho máy chấn tôn vòm.
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 3
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ sản xuất các sản phẩm từ thép lá cuộn và
các loại máy, dây chuyền sản xuất các sản phẩm từ thép lá cuộn.
- Thực nghiệm mối quan hệ giữa biến dạng, ứng suất và thông số hình học của
tôn sóng vòm.
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ động của máy chấn tôn vòm.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển.
- Nghiên cứu thực nghiệm vận hành máy chấn vòm mini tại trường ĐH Công
Nghiệp Tp.HCM.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1. Nghiên cứu lý thuyết
1. Thu thập tài liệu về các công nghệ gia công các sản phẩm từ thép lá cuộn.
2. Thu thập tìm hiểu quá trình biến dạng của vật liệu tấm khi chịu tác dụng của
lực. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình kim loại tấm.
3. Tìm hiểu thu thập tài liệu về tình hình nghiên cứu chế tạo các loại máy gia
công thép lá cuộn trong và ngoài nước.
4. Tổng quan phần lý thuyết cơ sở của quá trình tạo hình tôn sóng vòm với các
nội dung chủ yếu sau:
- Nghiên cứu tổng quan về quá trình tạo hình tôn sóng vòm, các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình tạo hình như: nhiệt độ, ứng suất, tốc độ biến dạng, vật liệu… Mối
quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình.
- Nghiên cứu về các loại sai lệch chính trong quá trình tạo hình tôn sóng vòm.
- Nghiên cứu hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình kim loại tấm
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 4
- Nghiên cứu chế tạo các chi tiết chính trong máy chấn vòm tôn sóng mini như:
chày, cối, hệ thống điều khiển thủy lực và PLC, bộ phận định vị và dẫn hướng.
- Phương pháp nghiên cứu là lấy mẫu, đo các thông số hình học trước và sau
khi biến dạng của sản phẩm dạng tôn vòm. Quan sát dạng mái lợp để so sánh các loại
sản phẩm thích hợp để tổng hợp phương án chọn giải pháp điều khiển.
- Nghiên cứu các tài liệu về PLC và thủy lực của các hãng sản xuất. Khảo sát
các máy gia công sản phẩm tôn mạ màu trong nước cùng kiểu biến dạng cán hoặc
biến dạng không thay đổi chiều dày của tôn: các máy cán xà gồ (đòn tay thép) dạng
chữ C, chữ Z và các loại máy cán Tôn sóng dẫn động thủy lực và dùng hệ điều khiển
dùng PLC.
1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm trên các loại tôn cứng và tôn mềm xác định các vấn đề:
- Tiến hành thực nghiệm trên hai loai tôn thường dùng trong thực tế là tôn cứng
và tôn mềm
- Đo đạc góc tạo thành tương ứng với các lực chấn khác nhau.
Các thiết bị chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm:
- Máy kéo nén UH – F500 KNI tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM
- Mô hình máy chấn vòm mini để thực nghiệm tìm góc tạo hình
- Các thiết bị đo
- Các dụng cụ thiết bị phụ trợ khác
1.5. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Đối tượng được đề tài tập trung nghiên cứu: Thông số đầu vào của quá trình
chấn vòm, sơ đồ máy và phần chương trình điều khiển PLC tự động đạt kích thước
chấn vòm.
- Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài chủ yếu hoàn thiện mô
hình máy chấn vòm mini tại Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM.
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 5
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Ở nước ta các công trình nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào trong thực tế
còn ít. Đề tài thành công sẽ góp phần vào quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và
làm chủ được công nghệ trong lĩnh vực gia công thép lá cuộn nói riêng.
- Luận văn sẽ góp phần hoàn thiện mô hình máy chấn tôn tại Trường ĐH Công
Nghiệp Tp.HCM tạo mô hình giảng dạy. Đồng thời đáp ứng nhu cầu nghiên cứu với
mục đích làm chủ công nghệ sản xuất các máy móc thay thế nhập khẩu đang được sử
dụng trong sản xuất công nghiệp. Từ đó có thể tiến hành sản xuất và chuyển giao công
nghệ sản xuất các loại tôn sóng vòm thông dụng.
1.7. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
- Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về công nghệ gia công thép lá cuộn như
máy cán xà gồ thép, dây chuyền cán ống định hình, dây chuyền cán tôn lợp, dây
chuyền xả băng thép lá cuộn… chưa nhiều. Hướng nghiên cứu và chế tạo các loại
máy này là một hướng mới.
- Trên cơ sở nghiên cứu cơ tính vật liệu của tôn, xác định chính xác cơ tính của
vật liệu thông qua thí nghiệm kéo tôn nhằm hiểu rõ bản chất của quá trình tạo hình, sự
ảnh hưởng của các tính chất cơ lý liên quan, đề tài sẽ đề xuất lưu đồ hoạt động của
máy chấn tôn vòm cùng với đó là sơ đồ điều khiển PLC và sơ đồ điều khiển hệ thống
thủy lực phục vụ quá trình chấn vòm tôn sóng trong sản xuất.
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 6
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TẠO
HÌNH KIM LOẠI TẤM
2.1. GIỚI THIỆU VỀ TÔN SÓNG VÀ TÔN SÓNG VÒM
2.1.1. Khái niệm
Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao. Người ta sản xuất
tấm lợp và sử dụng rộng rãi nhất là tấm lợp kim loại ta thường gọi là tôn kim loại. Đó
là những tấm kim loại được cán mỏng, thường sử dụng với chiều dày từ 0.25 mm đến
0.7 mm, chiều rộng từ 0.92 m đến 1.22 mm để làm tấm lợp, che chắn nhà cửa, nhà
xưởng hay công trình công cộng.
Hiện nay tôn sóng thẳng được sản xuất từ thép lá cuộn là chủ yếu. Thông thường
các cuộn có khối lượng, chiều dày và chiều rộng nhất định. Các loại thép lá cuộn
thường được nhập từ một số nước như Úc, Nhật, Đài Loan, Hàn Quốc đã có sẵn lớp
bảo vệ oxi hóa thường là tôn mạ màu, tôn mạ kẽm, tôn lạnh. Để thuận tiện và tăng
hiệu quả khi sử dụng người ta tạo sóng thường là sóng vòm hay sóng vuông cho thép
lá cuộn. Việc tạo sóng tôn là một quá trình công nghệ quan trọng và liên quan đến
nhiều yếu tố. Chất lượng của quá trình tạo sóng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo
hình tôn sóng vòm sau này.
Tùy thuộc vào yêu cầu trong quá trình sử dụng mà ta chọn biên dạng sóng thẳng
hay sóng ngói. Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn, loại sóng tròn trước
đây được sản xuất theo kích thước nhất định nên gây khó khăn trong quá trình sử
dụng. Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ chúng ta có thể sản xuất các loại
tôn có kích thước mong muốn. Đặc biệt với các loại tôn sóng ngói hiện nay có xu
hướng được sử dụng nhiều hơn với các đặc điểm nổi bật phù hợp với kiến trúc của
nước ta.
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 7
Hình

Hình 2.1. Tôn sóng ngói và tôn sóng thẳng [24]
So với các loại tấm lợp khác ở nước ta thường được sử dụng như ngói, nhựa, phờ
rô xi măng, giấy lợp… thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn hẳn, đặt biệt là tôn sóng
(sóng vuông, sóng ngói), được sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử
dụng và được thể hiện:
- Kích thước gọn nhẹ
- Ít hư hỏng, không thấm nước
- Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu (thanh xà bằng gỗ
hay thép)
- Tuổi thọ cao
- Bức xạ nhiệt tốt
- Chiều dài tôn theo yêu cầu.
Nhờ những ưu điểm trên cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ
chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng
rộng rãi.
2.1.2. Phân loại
Việc phân loại tôn có nhiều cách, có thể dựa vào thành phần vật liệu, công dụng
sản phẩm, biên dạng tôn, kích thước, màu sắc… ta có thể phân loại sơ bộ như sau:
- Thành phần vật liệu có: Tôn kẽm, tôn nhôm, tôn thép, tôn mạ kẽm,
mạ nhôm…
- Theo màu sắc.
- Theo công dụng có: Tôn chịu lực, tôn cách nhiệt, tôn lạnh, tôn cách
âm…
- Theo số sóng có: Tôn 5 sóng, tôn 7 sóng, tôn 9 sóng…
- Theo công dụng có: Mái vòm, mái thẳng, tôn lạnh...
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 8
- Theo biên dạng có: Tôn sóng vòm, sóng tròn, sóng ngói…
- Theo chiều dày có: Tôn 0.3 mm, 0.4 mm, 0.45 mm, 0.5 mm…
2.1.3. Vật liệu chế tạo
Vật liệu làm tôn là những tấm thép cacbon chất lượng trung bình. Được sử dụng
rộng rãi vì dễ chế tạo và giá thành thấp.
- Loại tôn thép cacbon kém bền trong môi trường. Để khắc phục hiện tượng trên
người ta thường mạ kẽm, thiếc hoặc sơn màu sau khi đã cán thành tấm.
Hình 2.2. Các thành phần chủ yếu của tôn lợp [25]
- Tôn hợp kim bền nhưng giá thành cao.
- Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dễ cán, dễ uốn, bền trong môi trường không khí nhưng
giá thành cao và chịu lực kém.
2.1.4. Các biên dạng tôn thường gặp
2.1.4.1. Loại sóng thẳng
- Sóng tròn
Sản phẩm tôn sóng vòm thông thường được sử dụng trong xây dựng dân dụng.
Các loại tôn sóng tròn thường phân biệt với nhau bằng khoảng cách sóng và bán kính
cung tròn.
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 9
Hình 2.3. Tôn sóng tròn trong thực tế [23]
- Sóng vuông
Sản phẩm tôn sóng vuông thông thường có loại 5 sóng hoặc 7 sóng thường
được sử dụng thích hợp cho các công trình công nghiệp như công trình nhà máy,
xí nghiệp, kho xưởng.
Hình 2.4. Tôn sóng vuông
- Sóng ngói
Sản phẩm tôn sóng ngói có kiểu dáng, màu sắc đa dạng thông thường sử dụng để
lợp cho các mái nhà có kiến trúc nhiều mái theo kiểu nhà biệt thự...
Hình 2.5. Một số biên dạng tôn sóng ngói
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 10
2.1.4.2. Tôn sóng vòm
Tôn sóng vòm là loại tấm lợp được uốn thành dạng vòm trên một phần hoặc cả
chiều dài tấm tôn sóng vuông các loại với bán kính thông thường trong thực tế từ 250
mm đến 25 m. Sản phẩm tôn sóng uốn vòm được chế tạo từ tôn sóng thẳng dạng sóng
vuông (có thể được mạ kẽm) với ưu điểm dễ lắp đặt, kinh tế và có độ bền vững cao.
Sản phẩm được sử dụng làm mái che cho các băng tải, nhà xưởng công nghiệp, cầu
vượt… Thông thường tôn sóng vòm có hai loại là vòm dập và vòm lăn.
2.1.4.2.1. Dạng vòm lăn [22]
Các loại tôn sóng vuông sau khi tôn được cán rồi được dập cong theo chiều dài
tấm lợp gọi là vòm lăn.
Hình 2.6. Tôn sóng vòm lăn
Công thức tính R , chiều dài tấm tôn uốn cong theo bề rộng, chiều cao và góc ở tâm.
Hình 2.7. Các thông số và kích thước giới hạn tôn vòm lăn [22]
Luận văn Thạc sĩ Công nghệ Chế Tạo Máy – ĐH Bách Khoa Tp.HCM năm 2010 11
Các kích thước cơ bản:
- Bán kính uốn:
Dạng tôn sóng vòm lăn thường được sử dụng làm mái che các công trình ngoài trời
như hệ thống băng chuyền, băng tải, nhà xưởng, nhà để xe…
2.1.4.2.2. Dạng vòm dập
Các loại tôn sóng vuông sau khi tôn được cán sóng rồi được dập cong một phần
tấm tôn gọi là vòm dập. Hiện nay, tôn vòm này được ứng dụng rộng rãi trong cả xây
dựng dân dụng và công nghiệp để lợp mái nóc gió, làm mái hiên ... Dạng tôn vòm dập
cũng chính là đối tượng nghiên cứu của đề tài.
Hình