ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC DÙNG TRONG ÉP ĐÁY BÌNH DẠNG CHỎM CẦU

1. Tên đề tài :

THIẾT KẾ MÁY ÉP THỦY LỰC DÙNG TRONG ÉP ĐÁY BÌNH DẠNG CHỎM CẦU.

2. Các số liệu ban đầu:

- Tải trọng:                                         180 tấn

- Vận tốc công tác:                            5 mm/s

- Vận tốc chạy không:                      1 m/ph

- Chiều dày thép tấm:                       2÷20 mm

- Đường kính phôi ép lớn nhất:        3200 mm

- Các số liệu khác tham khảo máy thực tế tại xưởng nhiệt trường ĐHBK Đà nẵng

3. Nội dung thuyết minh:

3.1. Tổng quan các vấn đề liên quan.

3.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý của máy và thiết kế hệ thống thủy lực:

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý của máy.

- Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực.

- Lựa chọn các phần tử thủy lực.

- Các tính toán cần thiết cho hệ thống thủy lực.

3.4. Tính toán sức bền và thiết kế kết cấu máy:

      - Hệ thống dẫn hướng và khung chịu lực.

- Hệ thống dẫn động hiệu chỉnh.

- Bố trí kết cấu máy.

3.5. Thiết kế hệ thống điều khiển máy.

3.6. Mô phỏng máy thiết kế trên máy vi tính.

4. Các loại bản vẽ:

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống thủy lực:                          1A₀

- Bản vẽ kết cấu hệ thủy lực:                                  2A₀

- Bản vẽ kết cấu chung của máy:                           2A₀

- Bản vẽ mạch điều khiển máy:                             1A₀

MỤC LỤC

Chương 1 Tổng quan về các vấn đề liên quan................................................................... 5

         1.1. Tổng quan về sản phẩm bình chứa........................................................................ 5

                    1.1.1. Nhu cầu về bình chứa................................................................................ 5

                    1.1.2. Phân loại bồn chứa..................................................................................... 6

                    1.1.3. Giới thiệu một số loại bồn chứa............................................................... 7

         1.2. Quy trình công nghệ sản xuất bình chứa............................................................ 12

                    1.2.1. Cấu tạo bình chứa.................................................................................... 12

                    1.2.2. Các phương pháp chế tạo đáy bình chứa.............................................. 13

                    1.2.3. Các loại đáy bồn, đáy bình thường dùng.............................................. 14

                    1.2.4. Vật liệu chế tạo đáy bình........................................................................ 15

                    1.2.5. Quy trình công nghệ chế tạo đáy bình.................................................. 15

         1.3. Giới thiệu các loại khuôn ép và các yêu cầu kỹ thuật...................................... 16

                    1.3.1. Giới thiệu chung khuôn ép..................................................................... 16

                    1.3.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép....................................................... 19

                    1.3.3. Vật liệu chế tạo khuôn............................................................................ 19

         1.4. Cơ sở lý thuyết về uốn kim loại........................................................................... 22

                    1.4.1. Định nghĩa và đặc điểm của quá trình uốn.......................................... 22

                    1.4.2. Lớp trung hòa........................................................................................... 24

                    1.4.3. Bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất cho phép...................................... 25

                    1.4.4. Tính đàn hồi khi uốn............................................................................... 27

                    1.4.5. Độ chính xác khi uốn.............................................................................. 30

                    1.4.6. Yêu cầu công nghệ đối với vật uốn....................................................... 30

                    1.4.7. Khuôn uốn chử V..................................................................................... 32

                    1.4.8. Khuôn uốn chử U..................................................................................... 34

                    1.4.9. Xác định lực uốn...................................................................................... 36

Chương 2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý và thiết kế hệ thống thủy lực của máy............. 39

         2.1. Thiết kế sơ đồ nguyên lý máy.............................................................................. 39

                    2.1.1. Cơ sở thiết kế chi tiết máy và máy........................................................ 39

                    2.1.2. Các yêu cầu khi lựa chọn máy............................................................... 39

                    2.1.3. Các thông số kỹ thuật của máy ép ME6250......................................... 40

                    2.1.4. Đặc tính động học của máy.................................................................... 41

         2.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực của máy.......................................................... 44

                   2.2.1. Các phương pháp điều khiển thủy lực................................................... 45

                    2.2.2. Sơ đồ hệ thống thủy lực.......................................................................... 47

         2.3. Lựa chọn các phần tử thủy lực............................................................................. 48

                    2.3.1. Bơm dầu.................................................................................................... 49

                    2.3.2. Xi lanh thủy lực........................................................................................ 49

                    2.3.3. Van tràn và van an toàn.......................................................................... 49

                    2.3.4. Van cản (van một chiều)......................................................................... 50

                    2.3.5. Van phân phối (van đão chiều)............................................................. 50

                    2.3.6. Thiết bị làm nguội dầu............................................................................ 51

                    2.3.7. Bộ lọc dầu................................................................................................. 51

                    2.3.8. Ống dẫn dầu.............................................................................................. 52

                    2.3.9. Đồng hồ đo áp suất.................................................................................. 52

         2.4. Các tính toán cần thiết cho hệ thống thủy lực................................................... 52

                    2.4.1. Tính đường kính piston, xilanh, cần đẩy mang khuôn....................... 52

                    2.4.2. Lực ma sát giữa piston và xilanh........................................................... 53

                    2.4.3. Lực quán tính giữa piston và xilanh...................................................... 55

                    2.4.4. Tính áp suất (P), lưu lượng (Q).............................................................. 56

                    2.4.5. Tính sức bền của xi lanh......................................................................... 59

                    2.4.6. Tính ổn thất áp suất................................................................................. 60

                    2.4.7. Tính và chọn các thông số của bơm...................................................... 61

                    2.4.8. Tính toán công suất động cơ điện.......................................................... 62

                    2.4.9. Tính toán ống dẫn dầu............................................................................. 62

                    2.4.10. Tính chọn van tràn và van an toàn...................................................... 64

                    2.4.11. Tính toán van cản.................................................................................. 70

                    2.4.12. Van tiết lưu............................................................................................. 73

                    2.4.13. Lựa chọn van phân phối....................................................................... 74

                    2.4.14. Chọn lọc dầu trong hệ thống................................................................ 75

                    2.4.15. Thiết kế bể chứa dầu............................................................................. 75

                    2.4.16. Thiết bị làm nguội dầu.......................................................................... 78

Chương 3 Tính toán sức bền và thiết kế kết cấu máy................................................... 81

         3.1. Kiểm tra bền đối với trụ piston............................................................................ 81

         3.2. Kiểm tra tính ổn định đối với trụ piston............................................................. 82

         3.3. Tính toán mối ghép vít cấy để cố định nắp xilanh vào thân xilanh............... 84

         3.4. Tính toán, thiết kế và kiểm tra sức bền thân máy............................................. 87

                    3.4.1. Tính toán kết cấu cho thân máy............................................................. 87

                    3.4.2. Tính toán ổn định cho thân máy............................................................ 89

                    3.4.3. Tính toán bu lông ghép thân máy.......................................................... 93

Chương 4 Thiết kế hệ thống điều khiển máy................................................................... 96

         4.1. Thiết lập sơ đồ động lực tổng quát...................................................................... 96

         4.2. Thiết lập sơ đồ điện điều khiển tổng quát toàn máy......................................... 97

         4.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điện................................................................... 98

                    4.3.1. Khởi động động cơ dẫn động bơm dầu................................................. 98

                    4.3.2. Quá trình ép chi tiết................................................................................. 98

                    4.3.3. Quá trình piston đi lên............................................................................ 98

                    4.3.4. Hoạt động của hệ thống làm mát........................................................... 98

Chương 5 Sử dụng vận hành và bảo quản máy............................................................. 100

         5.1. Sử dụng và vận hành máy................................................................................... 100

                    5.1.1. Kiểm tra máy móc và chuẩn bị phôi liệu........................................... 100

         5.2. Bảo dưỡng máy.................................................................................................... 101

                    5.2.1. Bảo dưỡng con trượt.............................................................................. 102

                    5.2.2. Bảo dưỡng piston, xilanh thủy lực...................................................... 102

Chương 6  Mô phỏng máy thiết kế trên máy vi tính................................................... 103

          6.1. Giới thiệu về phần mềm thiết kế...................................................................... 103

          6.2. Các bước mô phỏng trên máy tính................................................................... 104

Kết luận................................................................................................................................ 112

Tài liệu tham khảo............................................................................................................... 115

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, Đảng và Nhà nước cùng nhân dân thực hiện công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Đảng ta đã xác định công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải gắn liền với cơ khí hóa. Như đã biết, nước ta là một nước có nền công nghiệp còn lạc hậu, trình độ công nghệ chưa theo kịp các nước trên thế giới vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị, các loại máy móc để phục vụ cho nền kinh tế. Từ đó Đảng ta đã chủ trương phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó việc đào tạo thế hệ những người có chuyên môn trong lĩnh vực này rất cần thiết.

Ngày nay khi khoa học và công nghệ phát triển, ngày càng ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống. Cùng với sự phát triển các lĩnh vực khác thì công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, thiết bị nhiệt cũng phát triển mạnh mẽ. Song song với sự phát triển đó thì sự phát triển của bình chứa, các loại bồn bể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, đặc biệt trong sinh hoạt của con người.

Do nhu cầu cần thiết để tạo các loại bồn bể, bình có biên dạng khác nhau như vậy. Nên em đi đến  nhiệm vụ thiết kế “Máy ép thủy lực dùng trong ép đáy bình dạng chỏm cầu”. Đây là máy trong dây chuyền máy vê ép chỏm cầu chuyên dùng để ép các loại đáy bình chỏm cầu.

Bằng kiến thức học tập được tại nhà trường cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S Trần Ngọc Hải và các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ đồ án này.

Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu và tính toán thiết kế máy không tránh khỏi sai sót. Em rất mong sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô giáo để em hiểu kỹ hơn về lý thuyết cũng như phương pháp thiết kế của mình.

Em xin chân thành cảm ơn.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

 

           Trong chương 1 này em xin trình bày được các vấn đề tổng quan có liên đến máy ép thủy lực dùng trong ép đáy bình dạng chỏm cầu mà em đang thiết kế. Các vấn đề đó bao gồm:

+  Sản phẩm bình chứa

+ Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm bình chứa.

+ Các loại khuôn ép và các yêu cầu kỹ thuật của nó.

+ Cơ sở lý thuyết về uốn kim loại.

1.1. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM BÌNH CHỨA

1.1.1. Nhu cầu về bình chứa

Ngày nay khi khoa học và công nghệ phát triển, ngày càng ứng dụng thành tựu khoa học vào sản xuất và đời sống. Cùng với sự phát triển các lĩnh vực khác thì công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất cũng phát triển mạnh mẽ. Song song với sự phát triển đó thì sự phát triển của bình chứa, các loại bồn bể ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa chất, đặc biệt trong sinh hoạt của con người.

 

b)

Hình 1.1.  Ảnh 1 số loại bồn chứa xăng dầu và bồn chứa hóa chất

 

a) Bồn chứa nước trên xe

 

 

b) Bồn chứa nước trên ghe tàu                                       c) Bồn chứa nước trên nhà

Hình 1.2.  Địa điểm đặt bồn chứa nước

1.1.2. Phân loại bồn chứa

Có nhiều cách để phân loại bồn chứa:

• Theo công dụng: chứa chất lỏng, chứa chất khí, chứa hóa chất, chứa thực phẩm…
• Theo lĩnh vực: sinh hoạt, công nghệ hóa học, công nghệ thực phẩm…
• Theo vật liệu: thép các bon, thép không gỉ, composite…
• Theo hình dạng đáy của bình: bồn đáy elíp, bồn đáy chỏm cầu,…
• Bồn chứa hoá chất (kiềm, axit,…), phân bón hoá học, thuốc nhuộm,…
• Bồn xử lý nước thải trung tâm, xử lý môi trường, nước thải sinh hoạt,…
• Bồn khoáy trộn hoá chất, trộn keo, hoá chất, cao su…
• Bồn chiết rót sơn công nghiệp, sơn tĩnh điện, nhúng kẽm, xi mạ,…
• Bồn thép, inox, composite chứa xăng, dầu, nhớt các loại.

 

1.1.3. Giới thiệu một số bồn chứa

a) Bồn chứa chất lỏng

Bồn chứa chất lỏng có nhiều loại (theo Tiêu Chuẩn của Mỹ):

• Có áp suất (tính theo ASME Sec, VIII Div). 
• Loại không có áp suất (tính theo API 650).
• Loại áp suất thấp (tính theo API 620).

Bồn nước dùng phổ biến tại Việt Nam để chứa nước sinh hoạt, tưới tiêu trong nông nghiệp và chăn nuôi, đựng thực phẩm, chứa hóa chất hoặc nhiều ứng dụng khác. Có nhiều loại vật liệu được dùng để sản xuất bồn nước như nhựa tổng hợp, inox, xi măng, đá, sợi thủy tinh, v.v… Tại Việt Nam, trên thị trường hiện nay, loại bồn nước thông dụng nhất là bồn inox và bồn nhựa.

♦Bồn chứa Inox

Xuất hiện trên thị trường từ năm 1993 với mặt hàng nổi tiếng là bồn nước inox, đã đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa sản phẩm của người tiêu dùng trên cả nước. Cùng với sự phát triển đó, chúng ta không thể không nói đến sự ô nhiễm môi trường sinh thái do khói của xe thải ra và nguồn nước tắt nghẽn bởi rác từ những ngôi nhà ven kênh rạch…Và nước thiếu trầm trọng ở những nhà cao tầng, gây khó khăn trong sinh hoạt của mọi người. Sau nhiều năm nghiên cứu tìm hiểu thị trường với những nhu cầu tối thiểu cần phải có trong đời sống của người dân và những biện pháp khắc phục. Nói về nước trong sinh hoạt hiện nay, chúng ta ai cũng công nhận thực tế rằng: nước đang thiếu và thiếu rất nhiều ở những hộ dân cư, gây khó khăn cho mọi người, hơn nữa nguồn nước đang bị ô nhiễm trầm trọng. Trước thực tế và nhu cầu đó cần phải có biện pháp hữu hiệu trước mắt để khắc phục, nhanh chóng đưa nguồn nước đến mọi nhà, mọi người, khỏa lấp khoảng trống đang bị hỏng trong sinh hoạt hàng ngày hiện nay. Với khả năng cùng tư duy sáng tạo và những nhận định ban đầu nhằm áp dụng khoa học kỹ thuật vào thực tế tình hình ở Việt Nam, qua tham khảo, tận mắt tham quan cơ sở sản xuất của Đài Loan với dây chuyền công nghệ tiên tiến từng công đoạn lắp ráp phù hợp: sản xuất sản phẩm bồn chứa nước bằng inox (thép không gỉ) dụng cụ dùng để chứa nước ở những vùng thiếu nước sinh hoạt và nhất là những tòa nhà cao tầng, những hộ dân cư, bồn chứa nước phải được làm bằng các vật liệu không bị gỉ sét.

Một trong những vật liệu phổ biến dùng làm bồn chứa là thép không gỉ 304 (thường gọi là inox 304).

Inox 304 (theo tiêu chuẩn AISI-MỸ) có thành phần hóa học (%) là :

C<0,08; Cr= 18-20; Ni=8,0-10,5; Mn<2;Si<1; P<0,045; S<0,03.

Inox 304 làm việc được trong các môi trường khí quyển sạch, nước ngọt, khí quyển công nghiệp, khí quyển biển, môi trường hóa học yếu, môi trường oxy hóa. Để dùng inox 304 làm bồn chứa nước, bên cạnh bảo đảm đúng thành phần hóa học của thép, kỹ thuật hàn cũng rất quan trọng. Nếu kỹ thuật hàn không phù hợp, bồn chứa có thể bị sét gỉ ở mối hàn và lân cận.

Hiện nay, do giá rẻ, trên thị trường xuất hiện nhiều inox 202. Inox 202 có thành phần hóa học (%) là:

C<0,15; Cr=17-19; Ni=4-6; Mn=7,5-10,0; Si<1; P<0,06;S<0,03.

Với thành phần như trên, tính chịu ăn mòn của Inox 202 kém hơn nhiều so với inox304. Inox 202 thường được dùng làm các chi tiết, kết cấu làm việc trong điều kiện khí quyển tốt, ít được dùng làm bồn chứa nước. Vì bồn inox 202 dễ bị sét gỉ trong môi trường nước,  không khí ẩm và mặn nên sử dụng làm bồn chứa nước uống và sinh hoạt thì ảnh hưởng đến sức khỏe con người là điều tất nhiên. Nếu chỉ căn cứ vào bề ngoài, không thể phân biệt được inox 202 và inox 304.

Bồn inox: được sản xuất từ thép không gỉ tấm và được hàn lại và tạo gân. Bồn inox được bảo hành khoảng 10 năm và có giá bán cao hơn so với bồn nhựa do giá nguyên liệu đầu vào. Mẫu mã bồn inox đẹp hơn bồn nhựa nhưng bồn inox cũng có nhược điểm là hấp thụ nhiệt mạnh nên mùa hè làm nước nóng, còn mùa đông làm nước lạnh.

Ngoài ra, bồn inox không thích hợp cho các vùng nước phèn chua hoặc mặn vì  inox dễ bị ăn mòn, gỉ và như thế sẽ ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm.

                                       

a) Bồn chứa nước loại đứng                                                           b) Bồn chứa nước loại nằm ngang

Hình 1.3.  Các loại bồn chứa nước bằng Inox

 

♦ Bồn chứa composite

Composite là loại vật liệu hỗn hợp từ nhựa tổng hợp và cốt lõi sợi thủy tinh khi cứng nó trơ với mọi môi trường kể cả môi trường hóa chất và nước biển mặn. Một đặc điểm nổi bật là tuổi thọ của bồn composite rất cao, nhiều bồn đã sử dụng trên 20 năm mà vẫn còn chứa nước tốt và giá rẻ hơn nhiều so với bồn inox 304.

  

Hình 1.4.  Bồn chứa composite

Sử dụng bồn chứa nước sinh hoạt và nước uống bằng bồn composite, vừa rẻ, vừa bền, lại vừa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và nếu được gia công bằng khuôn mẫu thì mức độ thẩm mỹ không thua gì bồn inox để chứa nước dùng cho mục đích ăn uống và sinh hoạt.

Bồn nhựa composite (FRP): các loại bồn, bể từ nhựa composite dùng trong công nghiệp hoá chất, xử lý nước thải, bể phản ứng... như bồn, bể, thùng chứa axit H₂SO₄, HCl, HNO₃..., chứa kiềm NaOH, KOH..., chứa polyme PAC, FeCl₂. FeCl₃ ... và các loại dầu, mỡ, dung môi hữu cơ, các loại dung dịch hoá học... với mọi dung tích khác nhau.

Ở Tiền Giang, Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ KHCN thuộc Sở Khoa học và Công nghệ hơn 15 năm qua đã có nhiều kinh nghiệm làm bồn chứa chất lỏng bằng vật liệu composite: trong đó, chủ yếu là bồn chứa nước sinh hoạt đã cung cấp cho nhiều hộ gia đình, nhiều trạm cung cấp nước sinh hoạt nông thôn, chẳng

những được thị trường trong tỉnh ưa chuộng mà còn được thị trường các tỉnh bạn lân cận như Đồng Tháp, Bến Tre và Long An nhiệt tình ủng hộ và giá cả chỉ bằng phân nửa bồn inox loại tốt. Với những ưu điểm trên, bồn chứa nước composite dễ dàng xâm nhập thị trường, nhất là rất phù hợp với túi tiền của bà con giới bình dân.

Mặt khác, do nhẹ và bền với môi trường nắng nóng nên có thể lắp đặt trên các nhà cao tầng thay bồn inox, vì hoàn toàn khắc phục được những nhược điểm của loại bồn này, nhất là nhược điểm khó phân biệt loại nào đạt chuẩn bằng inox 304 để khẳng định là không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Tuy nhiên, tuổi thọ và chất lượng bồn chứa nước composite còn tùy thuộc vào chủng loại vật liệu của nước sản xuất và nhất là công nghệ sản xuất phải bảo đảm thì độ thẩm mỹ và chất lượng mới được như mong muốn được.

Bồn nhựa: Được sản xuất dựa trên công nghệ xoay ly tâm. Nhựa  được đốt nóng và xoay ba chiều trong một khuôn khép kín. Bồn nhựa có khả năng cách nhiệt tốt, thích hợp cho tất cả các nguồn nước,  nhất là nước giếng khoan có nhiều khoáng chất, phèn chua. Bồn nhựa có loại bồn đứng và bồn nằm và có nhiều dung tích khác nhau. Bồn nhựa thông thường trên thị trường được bảo hành 5 năm và có giá rẽ hơn bồn inox.

b) Bình chứa khí nén (bình tích áp)

Chức năng chính của bình chứa khí (bình tích áp) trong hệ thống khí nén trung tâm là tích trữ lượng khí nén mà máy nén khí nén lên áp suất đặt sẵn. Và cung cấp trở lại cho hệ thống khí nén khi có nhu cầu sử dụng đột xuất, nhằm duy trì áp suất làm việc trong hệ thống không giảm xuống một cách đột ngột ảnh hưởng quá trình làm việc của thiết bị và máy móc sử dụng khí nén.

  

Hình 1.5.  Một số bình chứa khí

Ngoài ra, bình chứa khí (air tank) còn có chức năng như thiết bị ngưng một phần nước, bụi bẩn mà máy nén khí cung cấp cho hệ thống và làm giảm nhiệt độ (làm mát đầu vào cho các thiết bị khác như: máy sấy khí, lọc khí và các thiết bị khí nén khác…). Bình chứa khí (air tank) được chia thành nhiều loại: bình chứa khí áp suất thấp, bình chứa khí áp suất cao. Bình chứa khí sử dụng vật liệu thép thông thường, bình chứa khí sử dụng thép không gỉ (thường được dùng trong ngành chế biến dược phẩm, y tế, dược phẩm)…

Hiện nay hàng năm cung cấp ra thị trường hàng trăm nghìn sản phẩm bình chứa khí (bình tích áp) với hàng nghìn mẫu mã và thiết kế theo yêu cầu của khách hàng. Các sản phẩm về bình chứa khí (air tank) có dung tích từ 0,5m³ đến 50m³ áp suất làm việc từ 10kGf/cm² đến 50kGf/cm². Tất cả các sản phẩm (bình khí nén) cung cấp đều đạt tiêu chuẩn Quốc tế và Việt Nam có chứng nhận xuất xứ rõ ràng, được chứng nhận của cơ quan kiểm định tại Việt Nam: bình chứa khí, bình tích áp, bình khí nén, bình áp lực.

 

1.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÌNH CHỨA

1.2.1. Cấu tạo bình chứa

Các loại bồn chứa nói chung gồm các phần: thân bồn, đáy bồn và nắp bồn. Các bộ phận được chế tạo riêng biệt với nhau sau đó được hàn kín lại với nhau. Các loại bình, bồn bể dùng đựng hóa chất thực phẩm cần có yêu cầu cao về độ chính xác chất lượng cũng như thẩm mỹ.

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

• Áp suất tác dụng lên thành bình đồng đều.
• Theo lý thuyết thì ứng suất tập trung tại các góc cạnh, do vậy thiết kế sao cho giảm ứng suất tập trung (bồn chứa nước đứng/nằm toàn hình trụ).
• Để hạn chế góc cạnh gây mòn và làm rò rỉ nhiên liệu.
• Để giảm lực quán tính của nước tác động lên cạnh thẳng đứng hai bên thành bồn (bồn xe chữa cháy, xe chở xăng dầu).
• Tăng tính thẩm mỹ.
• Tăng thể tích sử dụng.

1.2.2. Các phương pháp chế tạo đáy bình chứa

Đối với sản phẩm đáy bồn chứa, bình chứa có hình chỏm cầu hoặc elip thì có nhiều phương pháp chế tạo: phương pháp đúc, phương pháp dập, phương pháp ép…

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

Tóm lại phương pháp ép là tối ưu nhất vì nó có vận tốc nhỏ, kim loại biến dạng từ từ.

 

Hình 1.6.  Các máy loại máy ép đáy elip và chỏm cầu

1.2.3. Các loại đáy bồn, đáy bình thường dùng

Các loại đáy bình thường dùng:

  

a) Đáy bình elip

 

b) Đáy bình dạng chỏm cầu

Hình 1.7.  Các loại đáy bình, đáy bồn chứa

 

1.2.4. Vật liệu chế tạo đáy bình

Vật liệu chế tạo sản phẩm được sử dụng rộng rãi hiện nay là vật liệu thép các bon CT38,  thép không gỉ …

Cơ tính của thép CT38 như sau:

s_b = (3849)kG/mm²

 s_ch = 25 kG/mm²

Yêu cầu của thép các bon dùng để ép:

Thép các bon để ép có một chỏm cầu hoàn hảo thì nên dùng thép các bon có giới hạn bền kéo không quá 3444 kG/mm² và có độ giãn dài từ 26÷35 (%). Tuy nhiên có thể vê uốn được vật liệu của phôi có lực kéo giãn tới 5052 kG/mm² và có độ giãn thấp hơn. Nhưng nếu sử dụng những loại phôi này thì công việc vê uốn sẽ gặp khó khăn có thể phôi bị nứt hoặc sẽ bị tách.

1.2.5. Quy trình công nghệ chế tạo đáy bình

ü    Chuẩn bị phôi:

Phôi: vật liệu thép các bon CT38, thép không gỉ.

Theo đề bài thì đường kính lớn nhất của phôi có thể: d _max  = 3200 (mm).

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

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

Cắt phôi theo đường kính đã được tính toán phù hợp đáy bình, đáy bồn theo ý muốn.

ü    Giai đoạn ép nguội:

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

ü    Giai đoạn vê uốn chỏm cầu  (Quá trình miết)

Sau khi thực hiện ép đáy bình ở trên máy ép ta chuyển chi tiết sang máy vê để vê bán kính cần thiết sau khi vê xong ta được sản phẩm có bán kính theo yêu cầu.

 

Hình 1.8.  Quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm

                     

Hình 1.9. Máy miết (máy vê) chỏm cầu

1.3. GIỚI THIỆU CÁC LOẠI KHUÔN ÉP VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT

1.3.1. Giới thiệu chung khuôn ép

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

Đối với máy ép đáy bình chỏm cầu ta sử dụng 3 bộ khuôn ép R1000, R750, R550 thứ tự ép được tiến hành từ khuôn ép đến khuôn nhỏ.

 

                                                                          

Hình 1.10.  Cối R1000

                                                        

                

Hình 1.11.  Bộ cối chày R550

 

Khuôn uốn ép có 4 mặt bích để định vị trên bàn máy và được kẹp chặt trên bàn máy bằng 4 bulông và đai ốc.

Thành bên được hàn 2 tai nâng để tiện trong việc vân chuyển và thay thế khuôn trong quá trình làm việc.

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

a) Các chi tiết có giá trị công nghệ, có nghĩa là những chi tiết trực tiếp tham gia vào các quá trình công nghệ, tác dụng vào phôi hay bán thành phẩm.

 Các chi tiết có giá trị công nghệ bao gồm:

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

- Các chi tiết định vị: chốt định vị bước đưa băng, dao cắt bước, đầu định vị lỗ, vòng định vị phôi.

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

b) Các chi tiết có giá trị kết cấu, có nghĩa là những chi tiết dùng để lắp ghép và kẹp chặt.

Các chi tiết có giá trị kết cấu bao gồm:

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

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

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

- Các chi tiết kẹp chặt và đàn hồi: vít, chốt, đai ốc, đòn kẹp, lò xo, cao su.

Chày được lắp trên đầu piston bằng đai ốc, cối được gá trên bàn máy.

1.3.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép

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

- Độ chính xác và độ bền vững.

- Tính an toàn của các bộ phận  khuôn.

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

- Khả năng lắp khuôn trên máy được thuận lợi.

- Chế tạo đảm bảo tính kinh tế.

- Thao tác thuận lợi và an toàn cho công nhân

1.3.3. Vật liệu chế tạo khuôn

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

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

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

Khi chọn vật liệu làm khuôn cần chú ý đến:

- Đặc điểm của các nguyên công  dập.

- Vật liệu được gia công.

- Quy mô sản xuất.

 

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

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

• Thép để gia công sau khi ủ và sau khi tôi có độ cứng bề mặt cao, tính chịu mài mòn tốt.
• Thép CD70, CD70A , CD80 dùng để chế tạo những chi tiết mỏng chịu va đập. Những chi tiết này không yêu cầu có độ cứng cao: như tấm trượt, chêm, chèn, chốt định vị, vòng ép. Chày cối hình đơn giản, làm việc nhẹ.
• CD10A, CD11A chày cối của khuôn cắt, đột, dập, vuốt có hình dáng đơn giản và không lớn lắm.

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

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

- Thép hợp kim thấp tôi cao:

•  Thép hợp kim nhóm này có tính thấm tôi cao. Điều đó cho phép chế tạo những chi tiết làm việc của khuôn dập có tiết diện lớn.
•  Thép mác Cr có nhược điểm là tổ chức các bít không đồng đều. Nó ít sử dụng đối với nhiều loại khuôn dập.
•  Thép 9CrSi có độ cứng cao sau khi ủ và khó gia công, dễ bị oxi hóa, không được nung trong lò đốt bằng ngọn lửa.
•  Thép CrWMn có độ dao động lớn về tính tôi được và tính thấm tôi. Tổ chức cacbit không  đồng đều.
•  Thép CrWSiMn có tổ chức đồng đều hơn, nhiệt độ tôi thấp hơn và tính thấm tôi lớn hơn so với các loại thép kể trên.

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

- Thép hợp kim thấm tôi rất cao:

• Thép hợp kim nhóm này được chia ra: thép crôm, thép có 5÷6 % Cr, và thép hợp kim phức tạp.
• Thép crôm cao: Cr12Mo, Cr12V1 và Cr12, vượt các loại thép khuôn dập khác về độ thấm tôi. Nhược điểm chủ yếu  của nó là tổ chức không đồng đều, điều đó gây nên sự khác nhau về tính chất cơ học theo những hướng khác nhau. Một nhược điểm nữa là nhiệt độ tôi cao.
• Thép Cr12 không nên dùng với khuôn dập có hình dáng phức tạp hay làm việc có đốt nóng.
• Thép Cr12m có tính chất cơ hoc tốt hơn thép Cr12.

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

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

• Thép có 5¸6% Cr

Thép nhóm này có hàm lượng crôm và các bon thấp hơn so với thép crôm cao. Nó có độ dai lớn hơn và tổ chức tương đối đồng đều hơn. Thép Cr6WV, 9Cr5 chế tạo chày, cối dập vuốt lớn, cối để ép chảy thép.

Thép hợp kim phức tạp: có độ bền cao (lớn hơn 20% so với thép có 6÷12 % Cr). Tổ chức rất đồng đều, hạt nhỏ, ít “nhạy” đối với việc đốt nóng và thoát các bon. Kích thước và hình dáng không thay đổi khi tôi.

• Thép 7CrMn, 2WMo, dùng để chế tạo khuôn cắt, đột, tải trọng lớn, hình dáng phức tạp.

- Thép gió (75W18V,  90W9V2,  P18M,  P9M)

Dùng để chế tạo chày cối khuôn  ép chảy thép.

- Hợp kim cứng.

Hợp kim cứng có độ cứng và mài mòn rất cao. Làm việc chịu uốn và đặc biệt chịu kéo kém. Nền tảng của hợp kim này là các bít vônfram và liên kết các bon (nhóm BK). Hợp kim cứng dùng để chế tạo chày cối khi làm việc có những vòng ôm chặt bên ngoài.

• WCo8, WCo10 (WCo8B, BK10M) dùng để chế tạo chày cối dập vuốt, thành hình ép chảy-làm việc chịu mài mòn, yêu cầu độ tinh sạch bề mặt và độ chính xác cao.
• BK15, BK20 (BK15M, BK20M) dùng để chế tạo chày uốn, thành hình chịu lực lớn, khuôn cắt hình và đột lỗ những chi tiết từ thép đã tôi.
•  BK25, BK30 chế tạo khuôn dập tách (khuôn xấu) đòi hỏi độ bền cao. Khuôn có tiết diện nguy hiểm, kém bền do hình dáng đặc biệt của chi tiết dập, khuôn thành hình, khuôn chồn, và ép chảy.

- Hợp kim đồng - vàng - nhôm.

Dùng để chế tạo cối dập vuốt khi dập thép không gỉ. Đặc điểm của nó là chống lại sự dính kim loại trong quá trình dập vuốt.

Tóm lại: Đối với máy ép này thì vật liệu làm khuôn được làm từ vật liệu  thép Y8A ,  nhiệt luyện đến độ cứng HRC = 58÷ 62 (Theo tiêu chuẩn Nga).

(Theo tiêu chuẩn của  Nga Y8A  có nghĩa là:

Y : Thép dụng cụ

8  : Thành phần cácbon trong thép là 0,8%

A  : Ký hiệu thép chất lượng cao.)

Ta có thể sử dụng máy phay CNC để gia công các loại khuôn ép, ta chế tạo các loại đồ gá chuyên dùng để gá các loại khuôn ép trên bàn máy.

Đây là phương pháp gia công đạt độ chính xác cao.

 

1.4.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ UỐN KIM LOẠI

1.4.1. Định nghĩa và đặc điểm của quá trình uốn

a) Định nghĩa

Uốn là một nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội. Uốn tức là biến phôi phẳng (tấm), dây hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc. Khối lượng vật uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên.

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

 

Hình 1.12. Quá trình uốn

 

b) Đặc điểm qua trình uốn

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

Trên hình 1.12. trình bày quá trình uốn liên tục hình chữ V. Đầu tiên chày chỉ tiếp xúc với phôi tại điểm đầu chày. Trong quá trình chày đi xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn. Cuối cùng phôi bị nén chặt (chỉnh hình) giữa chày và cối, hai thanh chữ V được nắn thẳng và phần đỉnh có bán kính uốn nhỏ nhất theo đầu chày.

Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày (đỉnh chữ V) nên quá trình biến dạng dẻo cũng chỉ xảy ra ở đó là chính. Bởi vậy sau khi khử bỏ lực tác dụng thì vật liệu còn có khả năng đàn hồi trở lại, biểu hiện ở góc đàn hồi khi uốn.

1.4.2. Lớp trung hòa

Trên thành của phôi trước khi uốn, ta kẻ những ô vuông. Sau khi uốn ta thấy những ô vuông ở phần thẳng không thay đổi. Còn những ô vuông ở phần cong thì biến thành hình thang (hình 2.2)

Các vạch ngang tính từ tâm uốn ra, các vạch ở phía ngoài dài ra còn các vạch ở trong ngắn lại, chỉ có đường 00 là chiều dài không thay đổi. Đó là lớp trung hoà. Phần ngoài lớp trung hoà chịu kéo, còn phần trong chịu nén. Lớp trung hoà không chịu nén hay kéo nên giữ được độ dài ban đầu. Đó là căn cứ tốt nhất để xác định phôi uốn.

 Người ta đã chứng minh rằng lớp trung hòa đi qua trọng tâm của mặt phẳng tiết diện. Trong quá trình uốn, bán kính càng nhỏ dần thì hình dáng tiết diện cũng thay đổi dần, do đó trọng tâm của tiết diện cũng di chuyển dần về phía hướng tâm uốn.

 

Hình 1.13. Biểu đồ của lớp trung hoà

 

Vị trí lớp trung hoà được xác định bởi bán kính lớp trung hoà r và được xác định theo công thức của Roomanovxki [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 103]

                                                       (1–1)

Trong đó:

B_tb - Chiều rộng trung bình của tiết diện uốn.            (mm)

B  - Chiều rộng của phôi ban đầu. (mm)

S   - Chiều dày vật liệu.(mm)

r - Bán kính uốn phía trong. (mm)

x  - Hệ số biến mỏng.

ξ  = S₁/S

S₁ - Chiều dày vật liệu  sau khi uốn tại điểm giữa cung uốn.

Trị số ξ được xác định theo bảng 1.3. sau:

Bảng 1.3.  Bảng trị số ξ

r/S	0,1	0,25	0,5	1	2	3	4
ξ	0,82	0,87	0,92	0,96	0,985	0,992	0,995

 

1.4.3. Bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất cho phép

Khi uốn, bán kính uốn phía trong được quy định trong một giới hạn nhất định. Nếu quá lớn vật uốn sẽ không còn khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn vì chưa đạt đến mức độ biến dạng dẻo. Nếu quá nhỏ có thể làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn. Do đó cần phải xác định bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất.

a) Bán kính uốn lớn nhất

Bán kính uốn lớn nhất cho phép được xác định theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 106]:

                                                            (1– 2)

 

Trong đó:

e -   Môđun đàn hồi khi kéo (kG/mm²)

s_T(s_ch) -  Giới hạn chảy của vật liệu (kG/mm²)

 

b) Bán kính uốn nhỏ nhất

Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được quy định theo mức độ biến dạng cho phép ở lớp ngoài cùng và được xác định: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 108]

                                                         (1- 3)

Trong đó:

d -  độ dãn dài tương đối của vật liệu. (%)

S - Chiều dày vật liệu. (mm)

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

r_min = K . S                                                                  (1– 4)

Trong đó:

K - Hệ số  để xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép (đối với góc uốn 90⁰) được xác định theo bảng 1.4

Bảng 1.4. Hệ số K để xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép

Vật liệu	Trạng thái vật liệu
	Ủ hoặc ram		Bị biến cứng
	Hướng đường uốn
	vuông góc hướng cán	dọc hướng cán	vuông góc hướng cán	dọc hướng cán
CT38 CT42 CT51 CT61	0,1 0,2 0,3 0,5	0,5 0,6 0,8 1,0	0,5 0,6 1,0 1,0	1,0 1,2 1,5 1,7
Thép không gỉ	-	-	2,5	6,5

         

 

Ghi chú:        

• Khi đường uốn nghiêng một góc 45⁰ so với hướng cán, hệ số K được lấy trị số trung bình so với khi đường uốn vuông góc và dọc hướng cán.
• Nếu mặt cắt có nhiều ba via, hệ số K cần lấy tăng lên 1,5¸2 lần.
• Khi góc uốn a = 120¸150⁰, hệ số K cần được nhân với hệ số 0,8¸1.
• Khi góc uốn a £ 90⁰ thì nhân với hệ số 1,2¸1,3.

c) Những yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn

• Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện:

Qua các trị số cho trong bảng 2.2, ta thấy rõ, nếu vật liệu có tính dẻo tốt hoặc đã qua ủ mềm thì r_min có trị số nhỏ hơn so với khi đã qua biến dạng - bị biến cứng.

• Ảnh hưởng của góc uốn:

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

• Góc làm bởi đường uốn và hướng cán (thớ kim loại):

Vì kim loại chịu kéo và chịu nén theo phương của thớ kim loại thì tốt hơn nhiều so với khi kéo và nén vuông góc với thớ kim loại. Cho nên khi đường uốn vuông góc với hướng cán (thớ kim loại) thì r_min  cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn dọc theo hướng cán từ 1,5¸2 lần.

• Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu:

Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt có nhiều ba via hoặc nhiều vết đứt thì khi uốn dễ sinh ra ứng lực tập trung và tại những nơi đó dể sinh ra vết nứt. Bởi vậy cần phải tăng trị số r_min lên 1,5¸2 lần.

1.4.4. Tính đàn hồi khi uốn

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

Tính đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính nhỏ (r  < 10S) bằng góc đàn hồi b. Còn khi uốn với bán kính lớn (r >10S) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi bán kính cong của vật uốn.                                   

Hình 1.14. Góc đàn hồi khi uốn

                                                           

 

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc của chày cối uốn (hình 2.3): b = a_o - a.

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

Góc đàn hồi khi uốn với bán kính nhỏ (r <10S) được xác định dựa trên cơ sở thực nghiệm và trị số cho trong bảng 1.5 và bảng 1.6

Trong bảng 1.5. trình bày các công thức để tính góc đàn hồi khi uốn từ vật liệu là thép mềm. [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 112]

Bảng 1.5. Góc đàn hồi b khi uốn hình chữ V

Thép	Góc uốn (độ)
	300	600	900	1200
CT38
CT42
CT51

 

Trong bảng 1.6. cho trị số góc đàn hồi khi uốn góc 90° các vật liệu từ kim loại màu và thép hợp kim. [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 113]

Bảng 1.6. Góc đàn hồi b  khi uốn góc 90⁰.

Vật liệu	Chiều dày vật liệu, mm
	Đến 0,8	0,8¸2	Trên 2
	Góc đàn hồi b (độ)
Thép         (s­b đến 35kG/mm2) Đồng thau (sb­ đến 35kG/mm2) Nhôm, kẽm	<1 1¸5 >5	4 5 6	2 3 4	0 1 2
Thép            (sb = 10¸50 kG/mm2) Đồng thau  (sb = 35¸40 kG/mm2) Đồng vàng	<1 1¸5 >5	5 6 8	2 3 5	0 1 3
Thép         (sb > 55 kG/mm2)	<1 1¸5 >5	7 9 12	4 5 7	2 3 5
Thép chịu nhiệt	<1 1¸5 >5	1 4 5
Thép 30 Crôm	<2 2¸5 >5	2 4,5 8

 

Trị số góc đàn hồi trình bày trong hai bảng trên là đối với uốn một góc tự do. Khi uốn có nhiều góc nối tiếp nhau và khuôn uốn có hiệu chỉnh thì phải qua dập thử để xác định trị số góc đàn hồi.

Khi uốn với bán kính lớn (R >10S) tính đàn hồi làm thay đổi không chỉ góc uốn mà cả bán kính uốn.

Sự xác định bán kính của chày uốn được tiến hành theo giản đồ, cách xác định như sau:

- Từ bảng 1.7. chọn giới hạn chảy của mác thép đã cho. Sau đó xác định tỷ số giữa bán kính phía trong chi tiết R­­­­­­­­­₀ với chiều dày vật liệu S.

 - Trên thang bên trái của giản đồ tìm điểm thích ứng với tỷ số đó.

- Trên thang bên phải tìm điểm thích ứng với giới hạn chảy s_ch của vật liệu uốn. Hai điểm đó lại bằng một đường thẳng. Giao điểm của đường thẳng này với thang ở giữa cho biết tỷ số giữa bán kính uốn của chày với chiều dày vật liệu. Từ đó dễ dàng tìm ra bán kính uốn của chày.

Bảng 1.7. Giới hạn chảy của các mác thép cacbon khác nhau

Thép	Giới hạn chảy sch (kG/mm2)
CT38 CT42 CT51 CT61	21 24 36 30

 

Để khử bỏ hiện tượng sai lệch góc uốn do đàn hồi, người ta thường dùng các biện pháp sau:

 - Thu nhỏ góc uốn ở chày, cối để bù trừ lại góc đàn hồi b.

- Làm lõm phía dưới chày của khuôn uốn, sau khi uốn cần có nguyên công là phẳng ở giữa.

- Vừa kéo vừa uốn, tức là làm tăng ứng suất của vật liệu để đạt đến biến dạng dẻo, làm giảm tính đàn hồi của vật liệu. Vừa kéo vừa uốn thường dùng khi uốn với bán kính lớn.

1.4.5. Độ chính xác khi uốn

Độ chính xác khi uốn trong khuôn dập phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:

• Hình dạng và kích thước vật uốn.
• Tính chất cơ học của vật liệu.
• Chiều dày vật liệu và độ sai lệch theo chiều dày vật liệu.
• Số lần uốn.
• Kiểu khuôn uốn và độ chính xác chế tạo khuôn.
• Sau khi uốn có là phẳng hay không.
• Độ chính xác của phôi trước khi uốn.
• Độ chính xác lắp khuôn trên máy.

Độ sai lệch cho phép về góc uốn và kích thước vật uốn được cho trong bảng sau:

Bảng 1.8.   Sai lệch cho phép về góc khi uốn

Vật liệu
	Đến 1	1÷2	2÷4
Thép mềm, đồng thau mềm : sb ≤ 30 kG/mm2. Thép cứng trung bình           : sb­ = 40 kG/mm2. Đồng thau cứng                    : sb = 35 kG/mm2. Thép cứng                            : sb = 60 kG/mm2 .	±15’ ±30’   -	±30’ ±1030’   ±30	±10 ±30   ±50

 

1.4.6. Yêu cầu công nghệ đối với vật uốn

Các yêu cầu công nghệ đối với kết cấu của vật uốn, nhằm đảm bảo cho vật uốn đạt được độ chính xác và thuận lợi cho quá trình gia công.

• Chiều cao thành uốn:

Để tránh hiện tượng đàn hồi vật liệu chiều cao thành vật uốn cần phải lớn hơn hai lần chiều dày vật liệu.

• Khoảng cách từ lỗ đột đến vùng uốn

Để ngăn sự sai lệch hình dáng lỗ đột. Khoảng cách gần nhất từ mép lỗ đến tâm bán kính uốn cần phải lớn hơn hai lần tâm chiều dày vật liệu. Nếu lỗ cần bố trí gần với thành uốn thì chúng ta được khoan sau khi uốn hoặc trên cung uốn được khoan trước một lỗ công nghệ đặc biệt.

 

• Uốn lưỡi

Khi uốn lưỡi ở các chi tiết dày lớn hơn 1,5÷2 (mm), để ngăn ngừa sự xuất hiện các vết nứt ở góc lớn thì đường uốn được cắt rời khỏi mép vật uốn.

• Bán kính nối tiếp

Bán kính lượn đối xứng bằng nhau. Trong trường hợp ngược lại sẽ gây nên sự trượt không đồng đều khi uốn.

• Tỷ lệ chiều dài phần uốn

Chi tiết có chiều dài các phần không bằng nhau. Khi uốn không thuận lợi vì dễ bị kéo vênh về một pha.

• Tỷ lệ chiều cao thành uốn

Ở chi tiết uốn, người ta không muốn thành uốn có chỗ cao, thấp. Vì rằng khi uốn sẽ không đồng thời và dễ vênh.

• Góc giữa đường bao và đường uốn

Góc giữa đường bao và đường uốn cần phải bằng 90° vì rằng trong trường hợp ngược lại có cùng vật liệu bị vặn

 

 

Bảng 1.9.  Sai lệch cho phép trên kích thước của vật uốn

B (mm)

S (mm)

A (mm)

L (mm)

Từ

Đến

Từ

Đến

<50

50 ÷ 100

100 ÷ 150

150 ÷ 250

250 ÷ 400

400 ÷ 700

<50

50 ÷ 100

100 ÷ 150

150 ÷ 250

250 ÷ 400

400 ÷ 700

-

100

- 1 3 6

1 3 6 10

± 0,3 ± 0,5 ± 0,6 ± 0,8

± 0,4 ± 0,6 ± 0,8 ± 1

± 0,5 ± 0,8 ± 1 ± 1,2

± 0,5 ± 0,8 ± 1 ± 1,4

± 0,8 ± 1 ± 1,2 ± 1,7

± 1 ± 1,2 ± 1,5 ± 2

± 0,5 ± 0,8 ± 1 ± 1

± 0,8 ± 1 ± 1,5 ± 1,5

± 1 ± 1,5 ± 1,5 ± 2

± 1,5 ± 1,5 ± 2 ± 2

± 1,6 ± 2 ± 2 ± 1,5

± 2 ± 2,2 ± 2,5 ± 3

100

200

- 1 3 6

1 3 6 10

± 0,4 ± 0,5 ± 0,6 ± 0,8

± 0,5 ± 0,6 ± 0,8 ± 1

± 0,6 ± 0,8 ± 1 ± 1

± 0,7 ± 1 ± 1 ± 1,2

± 0,8 ± 1,2 ± 1,2 ± 1,5

± 1,2 ± 1,5 ± 1,5 ± 1,8

± 0,4 ± 1 ± 1 ± 1

± 1 ± 1,5 ± 1,5 ± 1,5

± 1,5 ± 1,5 ± 2 ± 2

± 1,5 ± 2 ± 2 ± 2

± 2 ± 2 ± 2,5 ± 2,5

± 2,2 ± 2,5 ± 3 ± 3

200

400

- 1 3 6

1 3 6 10

± 0,5 ± 0,6 ± 0,8 ± 1

± 0,6 ± 0,8 ± 1 ± 1,2

± 0,8 ± 1 ± 1,2 ± 1,5

± 0,8 ± 1 ± 1,5 ± 2

± 1 ± 1,2 ± 1,8 ± 2

± 1,2 ± 1,5 ± 2 ± 2,5

± 0,8 ± 1 ± 1 ± 1

± 1 ± 1,5 ± 1,5 ± 1

± 1,5 ± 1,5 ± 2 ± 2,5

± 1,5 ± 1,5 ± 2 ± 2,5

± 2 ± 2 ± 2,5 ± 3

± 2,5 ± 2,5 ± 3 ± 3,5

400

700

- 1 3 6

1 3 6 10

± 0,6 ± 0,8 ± 1 ± 1,2

± 0,8 ± 1 ± 1,2 ± 1,5

± 1 ± 1,2 ± 1,5 ± 2

± 1 ± 1,5 ± 2 ± 2,5

± 1,2 ± 1,8 ± 2 ± 2,5

± 1,5 ± 2 ± 2,5 ± 3

± 1 ± 1 ± 1,5 ± 2

± 1,5 ± 1,5 ± 2 ± 2,5

± 1,5 ± 2 ± 2,5 ± 3

± 2 ± 2 ± 2,5 ± 3,5

± 2 ± 2,5 ± 3 ± 3,5

± 2,5 ± 3 ± 3,5 ± 4

 

 

1.4.7. Khuôn uốn chử V

Uốn hình chữ V có thể theo hai phương pháp uốn tự do và uốn có là phẳng (tinh chỉnh). Uốn tự do có nghĩa là trong quá trình uốn chày chỉ tác dụng lực lên vật liệu tại điểm đầu chày, cho đến khi hai thành vật uốn song song với bề mặt làm việc của cối.

 

Hình 1.15.  Khuôn chữ V máy APH2500

Bán kính vật uốn sẽ lớn hơn một ít so với bán kính của chày và giữa vật uốn với chày có một khe hở. (Hình 1.15 a)

  

       Hình 1.16.  Uốn tự do                    Hình 1.17. Kích thước và kết cấu của khuôn uốn chữ V

 

Uốn có là phẳng có nghĩa là cuối quá trình uốn, vật uốn bị ép sát giữa bề mặt làm việc của chày và cối bán kính của vật uốn theo chày. (Hình 1.15 b)

Uốn có là phẳng (tinh chỉnh) đạt được độ chính xác và độ phẳng bề mặt cao hơn khi uốn tự do. Bởi vậy nó được sử dụng rộng rãi hơn.

Khi uốn chữ V có là phẳng, kích thước và kết cấu phần làm việc của chày,cối được. Được trình bày trên hình 1.16 và tính toán theo các công thức sau: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 121]:

• Bán kính uốn của chày R lấy theo sản phẩm, nhưng không nhỏ hơn trị số bán kính uốn nhỏ nhất cho phép, cho trong bảng 1.3
• Bán kính của cối   R₁ = S    (mm) nhưng không nhỏ hơn 3 mm.

Và                R₂ = (0,6÷0,8) (R+S)    (mm).                                                                  (1-5)

Trong đó:

R₁, R₂, R₃  xem hình (hình 1.16.)

• Khoảng cách l giữa tâm bán kính góc lượn của cối:

l   =   2.b.sin(α/2 )                                                                                                   (1-6)

nhưng không lớn hơn 0,8 chiều dài phôi L .

Trong đó:

b  -  xem hình vẽ 1.16. (mm)

Trị số b xác định theo bảng 1.10.                                 

• Chiều cao lòng cối:

                                              (1-7)

 

Bảng 1.10.  Số giới hạn nhỏ nhất của kích thước b (mm)

a	Chiều dày vật liệu S
	<1	1÷2	2÷3	3÷4	4÷5	5÷6	6÷8	8÷10
50 75 100 150 200	20 25 30 35 40	20 25 30 35 40	25 30 35 40 45	25 30 35 40 45	30 35 40 45 50	30 35 40 45 50	35 40 45 50 60	35 40 45 50 60

 

 

1.4.8. Khuôn uốn chử U

  

Hình 1.18.   Khuôn chữ U của máy INOUE

  

Hình 1.19.   Kích thước và kết cấu khuôn uốn chữ U

Khuôn uốn chữ U có thể đẩy tự do qua lòng cối hoặc có tinh chỉnh ở cuối giai đoạn uốn.

Các kích thước và kết cấu bộ phận làm việc của khuôn chữ U được trình bày và tính toán theo các công thức như sau:

Chiều sâu lòng cối H  ≥ 3R và không nhỏ hơn trị số cho phép.

Bán kính góc lượn R2 của cối tra bảng.

[Tra trong bảng 62_Trang 122 _ Sách Công nghệ dập nguôi _Tôn Yên)

Khe hở Z giữa chày và cối về một phía [Sách công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 122]:                                                                                                                                                        (1-8)

Trong đó:   

S - Chiều dày vật liệu. (mm)

δ -  Sai lệch dương của chiều dày vật liệu. (mm)

λ - Hệ số phụ thuộc vào chiều dày vật liệu và trị số tra bảng.

[Tra trong bảng 63_trang 123_ Sách Công nghệ dập nguôi _Tôn Yên]

1.4.9. Xác định lực uốn

Vấn đề xác định lực uốn cần thiết để uốn chi tiết một góc uốn bằng khuôn là một vấn đề rất khó khăn, do đó chỉ có thể xác định một cách gần đúng. Sở dĩ như vậy là do lực uốn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:

• Hình dạng và kích thước ngang của phôi.
• Tính chất cơ học của vật liệu, khoảng cách giữa các gối tựa.
• Bán kính cong của chày uốn và mép làm việc của cối uốn.
• Điều kiện ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ....vv.

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

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. Giai đoạn này sẽ kết thúc khi phôi tiếp xúc hoàn toàn với chày và cối trên tất cả phần làm việc của bề mặt tiếp xúc .

Lực uốn tự do được xác định theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên]

P =  = B₁. S.d_b.k_l.                                                (1–9)

Trong đó:

k_l - Hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỷ số L/S :          K_l =

B₁ - Chiều rộng của dải tấm. (mm)

S - Chiều dày của vật uốn. (mm)

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

Có  n = 1,6¸1,8

 

σ_b -  Giới hạn bền của vật liệu. (kG/mm²)

L  -  Khoảng cách giữa các điểm tựa. (mm)

Lực uốn góc tính chính tính theo công thức:

P = q.F   (kG)                                                                     (1-10)

Trong đó:

q -  Áp lực tinh chính (là phẳng) chọn theo bảng. (kG/mm²)

F - Diện tích phôi được tinh chính. (mm²)

Lực uốn cuối cùng P_c (KG) có là phẳng vật liệu khi uốn được tính theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 116]:

P_c= k. .B.σ_b+q.F  (kG)                                                (1-11)    

 

Trong đó:

             k = 1,33 khi > 8 và k = 1,26 khi  > 12

L - Chiều rộng miệng cối (mm.)

B - Chiều rộng vật uốn (mm)

q  - Áp suất để là phẳng(kG/mm²)

F - Diện tích là phẳng dưới chày (mm²)

r  - Bán kính uốn của chày (mm)

Khi uốn hình chữ U có là phẳng cuối cùng, lực uốn được tính theo công thức: [Sách Công nghệ dập nguội _ Tôn Yên _ Trang 117]:

P_c=0,7.+q.F   (kG )                                             (1-12)    

Trong đó:

σ_b   - Giới hạn bền của vật liêu (kG/mm²)

B   - Chiều rộng của vật liệu (mm)

Q   - Áp suất là phẳng khi uốn chữ  U  (kG/mm²)

F   - Diện tích là phẳng dưới chày (mm²)

 

 

Nhận xét:

Trong chương 1 em đã trình bày được các vấn đề tổng quan có liên đến máy ép thủy lực dùng trong ép đáy bình dạng chỏm cầu mà em đang thiết kế. Các vần đề đó bao gồm: sản phẩm bình chứa, quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm bình chứa, các loại khuôn ép và các yêu cầu kỹ thuật của nó, và cơ sở lý thuyết về uốn kim loại. Đây là các vấn đề liên quan chính và cần thiết, ngoài ra còn có rất nhiều vấn đề liên qua khác nữa. Và đây chính là các cơ sở, các tiền đề để ta thiết kế, tính toán cho hệ thống ở các chương sau.

................................................................................................

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

 

3.1. KIỂM TRA BỀN ĐỐI VỚI TRỤ PISTON

Lực ép lớn nhất:

P_max=180 (tấn) =180000 (kG) = 1800000 (N)

Hình 3.1. Sơ đồ tính sức bền cho piston

Trụ piston chịu kéo nén đúng tâm.

Ứng suất tại các tiết diện:

                                                                          (3-1)

[Sức bền vật liệu_tập 1_Lê Viết Giảng_Phan Kỳ Phùng]

Trong đó:

σ  - Ứng suất tại tiết diện cần xét (N/mm²)

P  - Lực tác dụng (N)

F - Diện tích lực tác dụng (mm)   

Tại tiết diện d₁ = 400  (mm).

 (N/mm²)

Tại tiết diện d₂ = 250  (mm).

 (N/mm²)

Theo điều kiện bền ta có ứng suất lớn nhất phải nhỏ hơn ứng suất cho phép:

σ    £  [s]₀                                                                     (3-2)

Trong đó:

s - Ứng suất lớn nhất (N/mm²)

[s]₀ - Ứng suất cho phép (N/mm²)

Ta chọn vật liệu làm trụ piston là thép  C45 thường hóa.

                                                                 (3-3)

Trong đó:

 [s]_ch - Giới hạn chảy của vật liệu (N/mm²)

n - Hệ số an toàn, n = 1,5

Theo bảng 3-8: cơ  tính của một số loại thép [Trang 40_Thiết kế chi tiết máy_Nguyễn Trọng Hiệp)

ta có:                             [s]_ch1 =  280 (N/mm²)

[s]_ch2 =  290 (N/mm²)

  Thay số vào ta có:

[s]_o1=  (N/mm²)

[s]_o2=  (N/mm²)

Vậy:                               s₁ = 14,3   <  [s]_o1 = 186,66 (N/mm²)

s₂ = 36,67  < [s]_o2 = 193,3 (N/mm²)

Vậy trụ Piston đảm bảo bền.

 

3.2. KIỂM TRA TÍNH ỔN ĐỊNH ĐỐI VỚI TRỤ PISTON

Hình 3.2.  Sơ đồ tính ổn định của piston

Độ mảnh của cần piston được tính theo công thức:

l =                                                                         (3-4)

Trong đó:

μ - Hệ số phụ thuộc vào kết cấu (dạng) liên kết hai đầu thanh

Chọn μ  = 2  ứng với dạng liên kết một đầu ngàm , một đầu tự do

l - Chiều dài cần  piston, l= 750 (mm)

i_min-  Bán kính quán tính nhỏ nhất (mm)

i_min   =

= = 110,75 (mm)

Vậy:                               l   =        =  13,54

Ứng với độ mảnh l =13,54 nó thuộc khoảng giá trị độ mảnh bé 0 < l £ 40. Vì vậy giá trị ứng suất tới hạn s_th được coi bằng ứng suất giới hạn chảy của vật liệu. Đối với vật liệu thép C45 ta có s_th = 290( N/mm²).

Để cần piston thõa mãn điều kiện ổn định thì phải thõa mãn điều kiện:

s £ [s]_ôđ

 Với                                s =

=    =   36,67 (N/mm²)

Với                                 [s]_ôđ   =   

Trong đó:

s_th  - Ứng suất tới hạn (N/mm²)

[s]_ôđ - Ứng suất ổn định cho phép (N/mm²)

k_ôđ  -  hệ số ổn định

Chọn   k_ôđ  = 2

[s]_ôđ =  = 145 (N/mm²)

Ta có:                            s = 36,67 <  [s]_ôđ  = 145 (N/mm²)

Vậy cần piston đảm bảo ổn định.

 

3.3. TÍNH TOÁN MỐI GHÉP VÍT CẤY ĐỂ CỐ ĐỊNH NẮP XYLANH VÀO THÂN XYLANH

Hình 3.3.  Kết cấu lắp ghép bulông ghép nắp xilanh

                              1. Đường dẫn dẫn dầu                     4. Secmăng

                              2. Vít cấy                                            5. Cần piston

                        3. Piston                              

....................................................................

KẾT LUẬN

15 tuần, một khoảng thời gian không nhiều cho một đề tài khá rộng như “Thiết kế máy ép thuỷ lực”. Xong với sự cố gắng của bản thân, sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo. Đề tài đã giải quyết cơ bản yêu cầu đặt ra đó là tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực. Sơ đồ nguyên lý cũng như kết cấu của các phần tử thuỷ lực như: các van đảo chiều, van cản, van một chiều, van tràn và van an toàn, ống nối cũng như bể dầu đã được tính toán về cơ bản hoặc chọn theo tiêu chuẩn.

Mạch điện điều khiển được thiết kế khá đơn giản, dễ vận hành và khá linh hoạt cơ bản sử dụng các nút ấn điều khiển bằng tay.

Tuy nhiên với khoảng thời gian ngắn như vậy còn nhiều vấn đề chưa giải quyết được như: Vấn đề quá độ trong hệ thống thuỷ lực, vấn đề định vị các cụm chi tiết trong kết cấu máy, nguyên lý làm việc của biểu đồ biến thiên lực ép và hành trình ép……

Với những gì làm được, một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Th.s Trần Ngọc Hải đã hướng dẫn tận tình cho em hoàn thành đồ án này và mong các thầy cô bổ sung những thiếu sót để đề tài có khả năng ứng dụng vào thực tế. Em xin chân thành cảm ơn.