Thiết kế kỹ thuật máy uốn ống sắt thép, năng suất 120 ống/h

LỜI NÓI ĐẦU

         Trong thời kỳ hội nhập kinh tế Đông, Tây và toàn cầu hóa, cùng với công cuộc đổi mới đất nước, nước ta đang ra sức phát triển các ngành công nghiệp mũi nhọn như: Công nghệ hóa chất, công nghệ luyện kim, cơ khí, may mặc, hàng tiêu dùng,… đã và đang đạt được nhiều kết quả rất đáng khích lệ, phần nào nâng cao đời sống của nhân dân, tạo công ăn việc làm cho hàng triệu người lao động.

         Một trong những ngành phát triển mạnh mẽ đó, chính là ngành cơ khí nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng. Từ khi mới thành lập đến nay ngành chế tạo máy phần nào tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, năng suất cao và được xuất khẩu ra nhiều thị trường lớn như: EU, Châu Á, hay các thị trường khắc nghiệt như Mỹ,... Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển vì vậy mà các doanh nghiệp cơ khí đòi hỏi phải cải tiến phương thức sản xuất, thay thế các thiết bị lạc hậu, cũ kỹ bằng các thiết bị công nghệ cao để đảm bảo chất lượng, độ chính xác gia công cũng như thẫm mỹ của sản phẩm. Tuy nhiên để cải tiến công nghệ thì chi phí đầu tư ban đầu cho việc mua sắm các thiết bị rất cao do các máy hiện nay chủ yếu là nhập từ nước ngoài nên lợi nhuận thấp vì vậy mà nhiều doanh nghiệp không đầu tư hoặc đầu tư không nổi.

         Đứng trước thực trạng nền kinh tế nước ta như vậy, Đảng và Nhà nước ta đã coi trọng hàng đầu là việc phát triển ngành cơ khí chế tạo, đặc biệt là trong thời kỳ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước như hiện nay và đã tạo ra được nhiều máy móc, thiết bị phục vụ cho sự phát triển đất nước để đưa nước ta trở thành một nước phát triển trong tương lai không xa. Để hiểu thêm về máy móc thiết bị cũng như nắm vững các nguyên lý thiết kế, chính vì vậy mà Nhà trường, Khoa giao cho em thực hiện đề tài: “Thiết kế máy uốn ống sắt, năng suất 120 ống/h”. Hiện nay các loại máy này có độ chính xác và năng suất cao chủ yếu là ở nước ngoài. Mục đích của việc nghiên cứu đề tài là thiết kế được máy có chất lượng, năng suất cao nhưng giá thành thấp phục vụ trong nước và có thể xuất khẩu ra nước ngoài.

         Trong đề tài này tôi xin đề cập đến các nội dung chính sau:

5. Chương 1: Tổng quan  về máy uốn ống phổ biến hiện nay
5. Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
5. Chương 3: Thiết kế kỹ thuật máy
5. Chương 4: Lập quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình
6. Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến

            Tuy nhiên do yêu cầu về thời gian hạn hẹp, kiến thức còn nhiều hạn chế, việc tìm tài liệu về máy uốn là rất khó khăn nên việc nghiên cứu đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.  
            Qua đề tài này em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thắng Xiêm, cùng các thầy, cô, cùng các bạn đã giúp đỡ trong thời gian vừa qua để em hoàn thành tốt đề tài của mình.

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Thép được sử dụng trong xây dựng  ............................................................... 2

Hình 1.2: Thép được sử dụng làm cầu đường  ............................................................... 2

Hình 1.3: Máy uốn ống sử dụng động cơ thủy lực  ....................................................... 3

Hình 1.4: Máy uốn ống bán tự động  ............................................................................... 4

Hình 1.5: Máy uốn ống điện thủy lực RAPID T10/M  .................................................. 5

Hình 1.6: Máy uốn ống tự động CNC32B3  ................................................................... 5

Hình 1.7: Máy uốn ống sáu đầu trục ............................................................................... 7

Hình 1.8: Máy uốn ống do công ty Khataco chế tạo .................................................... 7

Hình 2.1: Cơ cấu truyền lực bằng tay ............................................................................. 10

Hình 2.2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ ............................................................................... 11

Hình 2.3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực .................................................................... 12

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động khuôn uốn  ................................................................... 13

Hình 2.5: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén  ..................................................................... 14

Hình 3.1: Biểu đồ σ – ε   .................................................................................................... 16

Hình 3.2: Biểu đồ P – Δl  .................................................................................................. 17

Hình 3.3: Chuyển động tròn của điểm ............................................................................ 17

Hình 3.4: Phát thảo sơ bộ kết cấu trục ............................................................................ 35

Hình 3.5: Sơ đồ tính toán trục .......................................................................................... 35

Hình 3.6: Biểu đồ mômen trục IV .................................................................................... 37

Hình 3.7: Các kích thước cơ bản của rãnh then  ........................................................... 38

Hình 3.8: Sơ đồ chịu lực của tấm ..................................................................................... 42

Hình 3.9: Hộp giảm tốc khai triển hai cấp  .................................................................... 43

Hình 3.10: Sơ đồ phát thảo hộp giảm tốc khai triển hai cấp  ...................................... 55

Hình 3.11: Sơ đồ tính toán trục I ..................................................................................... 56

Hình 3.12: Sơ đồ tính toán trục II .................................................................................... 56

Hình 3.13: Sơ đồ tính toán trục III ................................................................................... 56

Hình 3.14: Biểu đồ mômen trục I  ................................................................................... 58

Hình 3.15: Biểu đồ mômen trục II  .................................................................................. 60

Hình 3.16: Biểu đồ mômen trục III  ................................................................................. 62

Hình 3.17: Sơ đồ chịu lực của ổ I .................................................................................... 70

Hình 3.18: Cấu tạo chung của ổ lăn ................................................................................ 71

Hình 3.19: Sơ đồ chịu lực của ổ II ................................................................................... 71

Hình 3.20: Sơ đồ chịu lực của ổ III .................................................................................. 72

Hình 4.1: Bản vẽ chế tạo bánh răng ................................................................................ 77

Hình 4.2: Bản vẽ đánh số bề mặt chi tiết gia công ........................................................ 80

Hình 4.3: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm ........................................................................... 83

Hình 4.4: Dao tiện ngoài thân cong ................................................................................. 83

Hình 4.5: Dao tiện ngoài thân cong có góc nghiêng 90⁰ .............................................. 84

Hình 4.6: Dao tiện ngoài thân thẳng  .............................................................................. 85

Hình 4.7: Dao bào rãnh then thân cong  ......................................................................... 86

Hình 4.8: Mũi khoan ruột gà   .......................................................................................... 88

Hình 4.9: Mũi ta rô ............................................................................................................ 89

Hình 4.10: Dao phay đĩa mô đun ..................................................................................... 90

Hình 4.11: Đá mài prôfin thẳng ....................................................................................... 91

Hình 4.12: Đá mài răng 2П ............................................................................................... 92

Hình 4.13: Bản vẽ phôi ..................................................................................................... 101

Hình 5.1: Phần mềm Bentech EZ3D ................................................................................ 113

Hình 5.2: Phần mềm Bentech Pro .................................................................................... 114

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Một số công thức xác định chiều dài khai triển phôi uốn  ......................... 21

Bảng 3.2: Thông số động học và động lực học các cấp của hệ truyền dẫn  .............. 29

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của ổ bi 202 cỡ nhẹ  ........................................................ 70

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của ổ bi 204 cỡ nhẹ  ........................................................ 72

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của ổ bi 207 cỡ trung  ..................................................... 73

Bảng 3.6: Đặc tính kỹ thuật của nối trục đĩa ................................................................. 73

Bảng 4.1: Bảng đặc tính của thép C45 ............................................................................ 78

Bảng 4.2: Các phương án thiết kế .................................................................................... 79

Bảng 4.3: Thông số của dao tiện ngoài thân cong ......................................................... 82

Bảng 4.4: Thông số của dao tiện ngoài thân cong có góc nghiêng 90⁰ ...................... 82

Bảng 4.5: Thông số của dao tiện ngoài thân thẳng ....................................................... 83

Bảng 4.6: Thông số của dao bào rãnh then .................................................................... 85

Bảng 4.7: Thông số của mũi khoan ruột gà .................................................................... 86

Bảng 4.8: Thông số của mũi ta rô .................................................................................... 86

Bảng 4.9: Thông số cơ bản của dao phay đĩa mô đun .................................................. 88

Bảng 4.10: Thông số của đá mài profin thẳng ............................................................... 89

Bảng 4.11: Các thông số của đá mài 2П đá phẳng hai mặt vát côn ............................ 90

Bảng 4.12: Bảng tính lượng dư trung gian và kích thước trung gian Ø56 .................. 95

Bảng 4.13: Bảng tính lượng dư trung gian và kích thước trung gian Ø246 ............... 96

Bảng 4.14: Bảng tính lượng dư trung gian và kích thước trung gian L = 90 .............. 97

Bảng 4.15: Bảng tính lượng dư trung gian và kích thước trung gian Ø100 ............... 98

Bảng 4.16: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện thô Ø56 .............................. 100

Bảng 4.17: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện bán tinh Ø56 ...................... 101

Bảng 4.18: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện tinh Ø56 ............................. 102

Bảng 4.19: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công mài thô Ø56 ............................... 103

Bảng 4.20: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công mài tinh Ø56 ............................. 103

Bảng 4.21: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện thô Ø246 ............................ 104

Bảng 4.22: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện bán tinh Ø246 ................... 104

Bảng 4.23: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện tinh Ø246 ........................... 105

Bảng 4.24: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện thô L = 90 ..........................  105

Bảng 4.25: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện bán tinh L = 90 .................. 105

Bảng 4.26: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện thô Ø100 ............................ 106

Bảng 4.27: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công tiện tinh Ø100 ........................... 106

Bảng 4.28: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công bào rãnh then ............................ 107

Bảng 4.29: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công khoan Ø12 ................................. 107

Bảng 4.30: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công ta rô ren M12............................. 108

Bảng 4.31: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công phay thô ..................................... 108

Bảng 4.32: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công phay tinh .................................... 109

Bảng 4.33: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công mài thô răng .............................. 109

Bảng 4.34: Bảng chế độ cắt cho bước nguyên công mài tinh răng ............................. 109

Chương 1:

  TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN ỐNG PHỔ BIẾN HIỆN NAY

1.1. Tầm quan trọng của sắt, thép

      - Ngày nay sắt, thép là một thiết bị, dụng cụ không thể thiếu đối với con người, chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy chúng khắp mọi nơi, trên các thiết bị của ô tô, xe máy, tàu thủy, nhà cửa hay đồ dùng gia đình …Sắt, thép còn đóng góp trong sự tiến hóa của loài người. Có thể nói tầm quan trọng của sắt thép với con người là rất lớn.

      - Theo Bộ Công Nghiệp, thị trường sắt thép Việt Nam hàng chục năm liền mất cân đối giữa phôi và thép thành phẩm, giữa thép xây dựng và thép cao cấp khác như thép tấm lá cán nớng cán nguội nói chung và thép ống nói riêng nên Chính phủ đã chỉ đạo Bộ công nghiệp cùng VSC (Tổng công ty thép Việt Nam) khẩn trương xây dựng khu liên hiệp thép Hà Tĩnh với nguồn tài nguyên quặng sắt của mỏ Thạch Khê, Hà Tĩnh với trữ lượng 500 triệu tấn để sản xuất phục vụ cho nhu cầu kinh tế, đồng thời VSC chọn đối tác nước ngoài là Tập đoàn TATA là tập đoàn hàng đầu của Ấn Độ về sản xuất thép.

      - Cũng theo Bộ Công Nghiệp, ngành thép Việt Nam vẫn chưa sản xuất được thép tấm cán nóng, năm 2005 VSC đã đưa nhà máy thép cán nguội Phú Mỹ với công suất 205 000 tấn/năm vào sản xuất nhưng mới chỉ đáp ứng được 25%  nhu cầu trong nước. Đến năm 2010 nhu cầu về thép tấm khoảng 5 triệu tấn/năm và đến năm 2015 thì con số này lên đến 7,5 triệu tấn/năm.

      -  Mặc dù thị trường thép ở nước ta là rất lớn nhưng do chưa đáp ứng đủ vì vậy có hơn 93% thép nhập từ các nước Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc. Theo số liệu của Hiệp hội thép Việt Nam, năm 2006 Việt Nam nhập 2586 triệu tấn thép trị giá 1264 tỉ USD, riêng quý I/2007  nhập 1124 triệu tấn trị giá 572 triệu USD. Nhận thấy được sự cấp thiết này vì vậy Nhà Nước đã có những chủ trương phù hợp nhằm cân đối thị trường thép thành phẩm và hạn chế đến mức thấp nhất sự lãng phí nguồn ngoại tệ.

      - Theo Bộ Xây Dựng, trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, từ những năm 90 trở lại đây việc sử dụng các kết cấu trong trình bằng thép đã có những tiến bộ nhanh chóng vượt bậc. Nhiều công trình xây dựng nhà xưởng, nhà thi đấu, hội trường, các dàn khoan dầu khí,…đã ứng dụng thành công các sản phẩm kết cấu thép. Trong thời gian tới việc sử dụng các kết cấu thép vào các công trình rất quan trọng đặc biệt là xây dựng 44 cầu trên tuyến đường sắt Hà Nội – Tp HCM và việc xây dựng tòa nhà 30 tầng tại Tp HCM và một trong những công trình cũng không kém phần quan trọng là cảng biển. Nhận thức rõ ý nghĩa và tầm quan trọng của sắt thép trong xây dựng, công nghiệp vì vậy hiện nay Bộ Giao Thông Vận Tải chỉ đạo một mặt nghiên cứu kết cấu thép đồng thời phải thường xuyên học hỏi cập nhật công nghê tiên tiến của các nước phát triển.

      - Một số sản phẩm thép được dùng trong xây dựng dân dụng, cầu đường:

Hình 1.1: Thép được sử dụng trong xây  dựng

Hình 1.2: Thép được sử dụng làm cầu đường

1.2. Tình hình sử dụng máy uốn ống trên thế giới và Việt Nam

1.2.1. Tình hình sử dụng máy uốn ống trên thế giới

      - Hiện nay trên thế giới, ống được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và trong xây dựng trang trí nội thất với rất nhiều chủng loại ống khác nhau có đường kính cũng như vật liệu làm ống rất đa dạng, nhận thấy được tầm quan trọng của sắt thép chính vì vậy việc chế tạo máy uốn phù hợp với nhu cầu rất cần thiết. Trên thế giới hiện nay máy uốn ống đa dạng từ bằng tay, đến động cơ rồi đến NC hay CNC có thể uốn ống với nhiều bán kính khác nhau với độ chính xác và năng suất rất cao.

      - Máy uốn ống bán tự động NC dùng để uốn ống có độ chính xác cao, kích thước ống tương đối lớn máy được sử dụng động cơ thủy lực vì vậy tạo ra lực uốn tác dụng lên ống đồng đều ít sinh ra khuyết tật trong khi uốn, điều kiển máy tương đối đơn giản sử dụng bằng bàn đạp chân, máy uốn có sử dụng đầu phân độ vì vậy ống được xoay theo các dạng khác nhau để uốn những ống có nhiều đoạn co

Hình 1.3: Máy uốn ống sử dụng động cơ thủy lực

      - Máy uốn ống, ống tuýt tròn bán tự động sử dụng động cơ điện, điều khiển bằng bàn đạp chân hay nút điều khiển cho phép bạn uốn cong đến 190⁰, máy sử dụng puli và cử chắn dưới giúp cho ống uốn không bị bẹp, đạt độ chính xác cao. Máy có thiết kế thêm bộ phận tay dẫn ống phía sau giúp cho phần không uốn cong không bị biến dạng. Tay uốn của máy có cữ chắn linh hoạt giúp cho việc điều chỉnh góc uốn dễ dàng, máy làm việc với độ ổn định cao, linh kiện thay thế đơn giản.

Hình 1.4: Máy uốn ống bán tự động

      - Ngoài ra có một loại máy hoạt động theo nguyên lý khác là không quay khuôn để uốn cong chi tiết mà dùng pittông thủy lực đẩy khuôn để uốn cong chi tiết đó là máy uốn ống điện thủy lực được dẫn động bằng động cơ RAPID T100M được lắp hộp giảm tốc điện thủy lực, điều khiển từ xa bằng bộ phân phối 2 chiều, là thiết bị được thiết kế cho độ chính xác đặc biệt. Hộp giảm tốc bao gồm các pittông với van giới hạn cho phép xả dầu tự động để đạt ứng suất làm việc lớn nhất và duy trì áp lực làm việc. Một trong những model này được lắp ráp với một bàn gia công 2 tầng chắc chắn. Hộp số thủy lực được lắp ở tầng dưới, trong khi máy uốn ống được lắp ở tầng trên. Loại máy RAPID T10/M là loại máy mới trên thị trường có thể vận hành bằng tay khi cần thiết.

      + Máy uốn có các chốt thay đổi vì vậy có thể thay đổi khuôn uốn một cách dễ dàng, máy uốn được dùng để uốn ống có kích thước lớn vì chế tạo khuôn uốn tương đối đơn giản hơn các loại khuôn uốn kiểu quay.

Hình 1.5: Máy uốn ống điện thủy lực RAPID T10/M

- Máy uốn ống CNC 32B8 được lập trình trên phần mềm Bendtech EZ3D đây là phần mềm mô phỏng 3D chính xác điểm uốn và góc uốn, thao tác và lập trình thông qua màn hình cảm ứng. Sản phẩm uốn chính xác, bề mặt không có nết nhăn, có thể uốn một ống góc độ uốn không giới hạn tiết kiệm được thời gian tháo lắp ống. Máy có thể nhớ trên 1000 chương trình sản xuất khác nhau và có khả năng phát hiện lỗi khi lập trình khi hoạt động.

Hình 1.6: Máy uốn ống tự động CNC32B3

1.1.2. Tình hình sử dụng máy uốn ống ở nước ta

       - Ở nước ta ống cũng được sử dụng rất nhiều không chỉ riêng trong công nghiệp mà trong trang trí nội thất, xây dựng cũng được sử dụng rộng rãi. Theo thống kê của ngành công nghiệp ô tô chỉ riêng hãng Toyota thì một loại ống dẫn nước làm mát cho động cơ hình dạng chỉ có 3 chỗ uốn với 3 bán kính cong khác nhau theo đơn đặt hàng thì phải đến 10.000sp/năm. Như vậy từ số liệu trên cho ta thấy ở Việt Nam hiện nay nhu cầu sử dụng ống là rất lớn, nếu lấy trung bình thì cả nước ta cần tối thiểu là 90.000sp/năm, cho 9 công ty lớn lắp ráp và sản xuất ô tô tại Việt Nam như izuzu, ford, misubisi, honda,... Nhưng số liệu này cũng cho ta thấy chỉ có một loại ống mà cần tới số lượng ống đáng kể như trên thì trong cả một chiếc ô tô có rất nhiều loại ống hình dạng và kích thước khác nhau, ngoài ra chúng ta chưa kể đến xe gắn máy hay tàu lửa, tàu thủy … thì lượng ống cung cấp cho các công ty này lớn đến mức nào  nhưng hiện nay theo thống kê của Bộ xây dựng thì các loại ống này chủ yếu là nhập khẩu.

      - Theo tư liệu của các nhà chế tạo máy công nghiệp thì trong một dự án chế tạo một thiết bị dây chuyền thì cần ít nhất 20 chủng loại ống khác nhau mỗi chủng loại có khoảng 4000 chi tiết cần uốn với các bán kính cong và góc uốn khác nhau, nếu đem ra nước ngoài gia công cũng như đầu tư máy uốn hiện đại thì chi phí đầu tư lớn do đó các nhà thiết kế sử dụng các máy móc sẵn có trên thị trường làm sản phẩm có độ chính xác rất thấp, chất lượng sản phẩm kém, không có thẩm mỹ vì vậy cho nên hầu hết các dự án có vốn đầu tư nước ngoài có chất lượng tốt hơn trong nước.

      - Theo thống kê của ngành xây dựng trang trí nội thất, thiết bị phục vụ xây dựng thì nhu cầu uốn ống là rất lớn, hiện nay đang phát triển nhu cầu về xây dựng nhà, xây dựng cầu hay các công trình rất nhiều có tới hơn 100.000 chủng loại khác nhau từ các loại thép định hình, ống, dẹt, … được uốn theo nhiều kiểu hoa văn đa dạng, phong phú và số lượng ống này thay đổi từng ngày mà ta không thể thống kê hết được.

      - Hiện nay nước ta cũng có một số công ty cũng sản xuất máy uốn ống như xưởng cơ khí Lâm Quân – Tp HCM sản xuất máy uốn ống 6 đầu trục, được dùng để uốn ống thép, Inox… dùng trong dân dụng làm lan can, cầu thang, ban công,…và được dùng trong sản xuất công nghiệp. Một số đặc điểm kỹ thuật máy:

       + Kích thước máy (cao x rộng x ngang): 700 x 700 x 600, cm

       + Trọng lượng: 80Kg

        + Công suất máy: 1,1Kw

Hình 1.7: Máy uốn ống sáu đầu trục

      - Máy uốn ống do công ty Khataco – Khánh Hòa nghiên cứu, chế tạo có thể uốn ống với đường kính uốn 42(mm), góc uốn có thể đạt được 180⁰. Ưu điểm của loại máy này là: Chế tạo tương đối đơn giản, vốn đầu tư thấp tuy nhiên loại máy này có nhiều nhược điểm như: Độ chính xác thấp, không gia công ống có đường kính lớn, lực tác dụng lên ống không đều nên dễ sinh ra khuyết tật. Loại máy thường được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.   

Hình 1.8: Máy uốn ống do công ty Khataco – Khánh hòa chế tạo

      - Như vậy có thể khẳng định rằng nhu cầu sử dụng ống ở nước ta là rất lớn nhưng qua tìm hiểu thực tế ở Khánh Hòa mà rộng hơn là ở nước ta thì hiện nay chưa có công ty hay tổ chức nào chuyên sản xuất hay nghiên cứu về máy uốn ống, do vậy mà tài liệu cũng như chủng loại về máy uốn còn rất nhiều hạn chế. Ở nước ta chỉ có các cơ sở uốn ống nhỏ lẻ, thiết bị lạc hậu, năng suất thấp, chất lượng cũng như thẩm mỹ kém, không thể uốn ống có đường kính ống lớn chủ yếu là các thiết bị bằng tay hay tự thiết kế, không đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như cạnh tranh với nước ngoài. Nhưng hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy nhập từ nước ngoài về có thể uốn nhiều loại ống có đường kính khác nhau với các bán kính uốn, góc uốn khác nhau với nhiều hình dạng từ đơn giản đến phức tạp, các loại máy này đều có năng suất cao và khả năng đạt độ chính xác cao nhưng giá thành khá đắt vì vậy mà nhiều công ty không dám đầu tư.

Chương 2:

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1. Yêu cầu đối với máy cần thiết kế

2.1.1. Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng

    - Máy thiết kế phải có năng suất và hiệu suất tương đối cao, ít tốn năng lượng, kích thước máy cố gắng thật nhỏ, gọn, chi phí đầu tư thấp, vận hành tương đối dễ dàng …

    - Để làm được điều này người thiết kế cần hoàn thiện về sơ đồ kết cấu của máy đồng thời chọn các thông số thiết kế và các quan hệ về kết cấu hợp lý.

2.1.2. Khả năng làm việc

    - Máy có thể hoàn thành các chức năng đã định mà vẫn giữ được đồ bền, không thay đổi kích thước cũng như hình dạng của máy, ngoài ra vẫn giữ được sự ổn định, có tính bền mòn, chịu được nhiệt và chấn động. 

    - Để máy có đủ khả năng làm việc cần xác định hợp lý hình dạng, kích thước chi tiết máy, chọn vật liệu thích hợp chế tạo chúng và sử dụng các biện pháp tăng bền như nhiệt luyện, …

2.1.3. Độ tin cậy

     - Độ tin cậy là tính chất của máy vừa thực hiện chức năng đã định đồng thời vẫn giữ được các chỉ tiêu về sử dụng (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, …) trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện công việc đã quy định.

     - Độ tin cậy được đặc trưng bởi xác suất làm việc không hỏng hóc trong một thời gian quy định hoặc quá trình thực hiện công việc.

2.1.4. An toàn trong sử dụng

          Một kết cấu làm việc an toàn có nghĩa là trong điều kiện sử dụng bình thường thì kết cấu đó không gây ra tai nạn nguy hiểm cho người sử dụng, cũng như không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung quanh.

2.1.5. Tính công nghệ và tính  kinh tế

   - Đây là một trong những yêu cầu cơ bản đối với máy để thỏa mãn yêu cầu về tính công nghệ và tính kinh tế thì máy được thiết kế có hình dạng, kết cấu, vật liệu chế tạo phù hợp với điều kiện sản suất cụ thể, đảm bảo khối lượng và kích thước nhỏ nhất, ít tốn vật liệu nhất, chi phí về chế tạo thấp nhất kết quả cuối cùng là giá thành thấp.

   - Máy nên thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp, chọn cấp chính xác chế tạo cho phù hợp nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện và quy mô sản xuất cụ thể.

2.2. Các phương án thiết kế

2.2.1. Phương án 1: Cơ cấu truyền lực bằng tay

a) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1: Cơ cấu truyền lực bằng tay

                              1: Ống uốn                                                           4: Bánh xe di động 

                              2: Vòng hãm                                                        5: Tay quay

                              3: Bánh xe cố định                                             6: Tay cầm để quay  

b) Nguyên lý hoạt động:

         Cơ cấu truyền lực bằng tay chỉ áp dụng cho một số ống có đường kính nhỏ, yêu cầu độ chính xác của góc uốn thấp. Cơ cấu truyền lực bằng tay được hoạt động như sau: Sau khi kiểm tra ống ta đưa ống vào khi đó quay tay quay (6) bánh xe di động (4) sẽ lăn trên bánh xe cố định (3), bánh xe cố định (3) được gá trên thân máy sẽ làm cong ống tạo thành góc uốn cần thiết, để giữ ống ta dùng vòng hãm (2). Để lấy ống ra ta quay tay quay (6) về vị trí ban đầu và lấy ống ra.

c) Ưu điểm và nhược điểm:  

      - Ưu điểm: + Nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản.                               

                        + Rẻ tiền phù hợp cho sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.

      - Nhược điểm: + Độ chính xác thấp, năng xuất  thấp.

                              + Không xác định được sai số đàn hồi sau khi uốn.

                                 + Phải dùng lực bằng tay

                                 + Dễ sinh ra khuyết tật trong khi uốn.

2.2.2. Phương án 2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ

a) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ

            1: Động cơ                                                                 2: Hộp giảm tốc

            3: Tay quay                                                               4: Khuôn uốn tĩnh

            5: Khuôn uốn động                                                  6: Cơ cấu ly hợp

            7: Cặp bánh răng

b) Nguyên lý hoạt động:

             Khi nhận được bản vẽ và các thông số cần chế tạo của sản phẩm uốn ta điều chỉnh góc uốn mà ta cần uốn từ cơ cấu ly hợp cam. Máy uốn làm việc được truyền động từ động cơ điện (1) qua hộp giảm tốc (2) rồi đến cơ cấu truyền lực bằng cơ, trong cơ cấu lựa chọn ta dùng cặp bánh răng (7), cơ cấu bánh răng (7) được nối với khuôn uốn động (5). Để hãm ống trong quá trình uốn ta dùng tay quay (3) đưa khuôn uốn tĩnh (4) gần khuôn uốn động để hãm chi tiết. Ngoài ra để đảm bảo góc uốn ta có cơ cấu ly hợp (6) ngắt động cơ khi góc uốn đúng như ban đầu tính toán.

c) Ưu điểm và nhược điểm:   

      - Ưu điểm:  + Kết cấu tương đối đơn giản.

                           + Độ chính xác, năng suât tương đối cao phù hợp cho sản xuất loạt vừa và nhỏ.             

                         + Giá thành hạ.

      - Nhược điểm: + Lực tác dụng lên ống không đồng đều.

                                 + Mức độ chuyên môn hóa chưa cao.  

2.2.3. Phương án 3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực

a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực

            1: Nút on/off                                                 2: Tay điều khiển

            3: Piston thủy lực                                         4: Cánh tay quay

            5: Bản lề chữ U                                             6: Bulông ép

            7: Chốt di chuyển                                         8: Chốt xoay

            9: Cánh tay chính                                         10: Bán kính khuôn uốn

            11: Khối nén                                                 12: Động cơ thủy lực

b) Nguyên lý hoạt động:

         - Máy uốn ống thủy lực hoạt động dựa trên nguyên tắc hoạt động của pittông- xi lanh thủy lực. sau khi cung cấp nguồn cho động cơ thủy lực (12) sau đó nhờ cơ cấu điều khiển (2) đi qua pittông thủy lực (3) và được truyền đến cánh tay quay (4) làm uốn chi tiết. Trên cánh tay quay (4) có lắp bản lề chữ U (5) và bulông ép (6) nhằm giữ ống trong quá trình uốn.Trên  cánh tay quay (4) cũng như trên cánh tay chính (9) có các lỗ vì vậy có thể dễ dàng thay khuôn uốn một cách đơn giản.

         - Nguyên lý khuôn uốn hoạt động như sau: Sau khi ống được làm sạch và kiểm tra không bị khuyết tật, ống (13) được đưa vào khuôn ta đóng bản lề chữ U (5) và xiết bulông hãm (6) nếu cần. Có thể cho dung dịch trơn nguội vào khuôn trước khi uốn để giảm ma sát giữa ống và khuôn để ống không bị nhăn trong qua trình uốn.  

c) Ưu điểm và nhược điểm:

      - Ưu điểm: + Lực tác dụng lên ống tương đối đồng đều.

                             + Có độ chính xác cao, năng suất cao.

      - Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp, thiết kế tương đối khó.

                                   + Khá đắt tiền.

                                   + Bảo dưỡng máy tương đối tốn kém.

2.2.4. Phương án 4: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén

a) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.5: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén

            1: Động cơ khí nén                                                      2: Hộp điều khiển khí nén

            3: Pittông khí nén                                                        4: Đĩa phân độ

            5: Khuôn uốn động                                                     6: Khuôn uốn tĩnh

b) Nguyên lý hoạt động:

             Máy uốn ống truyền lực bằng khí nén được truyền động từ động cơ khí nén (1) qua cơ cấu điều khiển khí nén (2), sau đó qua bộ phận ống dẫn đến pittông (3), có 2 pittông truyền lực một pittông truyền cho khuôn uốn động (5), một pittông được truyền cho giá quay trên đó có khuôn uốn tĩnh (6) vì vậy tạo ra vật uốn cần thiểt. Để đảm bảo góc uốn chính xác ta có đĩa phân độ (4). Hiện nay máy uốn ống truyền lực bằng khí nén rất ít được dùng vì có cơ cấu khí nén rất phức tạp, máy dùng cơ cấu thủy lực hiện nay được sử dụng nhiều nhất.

c) Ưu điểm và nhược điểm:

      - Ưu điểm: + Lực tác dụng lên ống tương đối đồng đều.

                          + Có độ chính xác cao, năng suất cao.

      - Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp.

                                + Khá đắt tiền.

                                + Ít được dùng vì van điều chỉnh khí nén khá phức tạp

2.2.3. Lựa chọn phương án thiết kế 

      - Như vậy với yêu cầu đối với máy cần chế tạo, qua thực tiễn và nghiên cứu 4 phương án ta thấy phương án 2 chọn cơ cấu truyền lực bằng cơ có kết cấu đơn giản, có độ chính xác tương đối cao nhưng gía thành thấp phù hợp với điều kiện sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta mặt khác nghiên cứu cơ cấu truyền lực bằng cơ đi sát với chương trình học hơn vì vậy em chọn phương án thiết kế dùng cơ cấu truyền lực bằng cơ để thiết kế và có thể đưa vào sản xuất thực tiễn ở nước ta từ đó có thể làm cơ sở cho việc nghiên cứu máy uốn sử dụng động cơ thủy lực vì động cơ thủy lực ít tạo ra khuyết tật trong khi uốn, việc điều chỉnh máy tương đối dễ dàng sau đó là việc nghiên cứu đến máy bán tự động và tự động trong tương lai.

Chương 3:

Trong đó: Hệ số và các số mũ tra theo [12, bảng 2.32, trang 169]

                  n: Số vòng quay của dao phay, vg/ph

                  Z: Số răng dao phay

`                  t: Chiều sâu cắt, mm

                   S: Lượng tiến dao răng, mm/r

                   B: Bề rộng dao phay, mm

                   : Hệ số hiệu chỉnh lực cắt tra theo [12, bảng 2.17, 2.18 và 2.20, trang 157,158].

Thay tất cả vào (4.7) ta tính được lực cắt:

         - Để tính lực kẹp ta dựa vào phương trình cân bằng lực:

                                                                                                       (4.8)

Trong đó: W: Là lực kẹp, N

                  f: Hệ số ma sát, f = 0,15 

                  K: Hệ số an toàn, K = 3,65

                  : Lực cắt, N

Thay vào công thức (4.8) ta tính được lực kẹp:

4.7.3. Xác định sai số chế tạo cho phép của đồ gá

         - Sai số của đồ gá ảnh hưởng đến sai số kích thước gia công, nhưng phần lớn nó ảnh hưởng đến sai số vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt chuẩn.

Theo [17, mục 2.2.4, trang 14]:

                                                                                       (4.9)

            Với:                                                                   (4.10)

Thay (4.10) vào công thức (4.9) ta có:

                                                                     (4.11)

Từ (4.11) ta rút ra sai số chế tạo của đồ gá:

                                                                 (4.12)

Trong đó:

            : Sai số gá đặt cho phép,

                        Với: : Dung sai nguyên công phay tinh.

            : Sai số chuẩn, mm

            : Sai số do kẹp chặt, mm

           : Sai số mòn của đồ gá, mm

            : Sai số chế tạo đồ gá, mm

            : Sai số điều chỉnh đồ gá, mm

         - Sai số chuẩn đồ gá là lượng dao động của gốc kích thước chiếu lên phương kích thước thực hiện khi chuẩn định vị không trùng với chuẩn kích thước. Khi phay răng ta thấy chuẩn định vị là bề mặt lỗ được gia công H7 không trùng với chuẩn kích thước và được tính theo công thức sau:

         - Sai số do kẹp chặt là lượng dịch chuyển của chuẩn gốc chiếu lên phương kích thước thực hiện do lực kẹp thay đổi gây nên. Sai số kẹp chặt được tính bằng công thức sau:

                                                                              (4.13)

Trong đó: α: Góc hợp bởi giữa phương kích thước thực hiện và phương dịch chuyển của chuẩn góc.

      y_max và y_min là lượng dịch chuyển góc kích thước tương ứng với lực kẹp P_max và P_min

Thực tế trong tính toán người ta sử dụng công thức sau để tính lực kẹp:

      Với y: Biến dạng do tiếp xúc được tính bằng thực nghiệm. Theo thực nghiệm ta lấy ε_k=0

      - Sai số mòn  của đồ gá trong quá trình làm việc được xác định bằng công thức gần đúng sau:

                                                                                                  (4.14)

         Với: N: Số lượng chi tiểt được gá trên đồ gá, N = 104(chiếc)

                 β: Hệ số phụ thuộc vào cơ cấu định vị và điều kiện tiếp xúc theo [17, bảng 2.3, trang 13]:

Thay vào công thức (4.14) ta được:         

         - Sai số điều chỉnh của đồ gá  là sai số do điều chỉnh các chi tiết lắp ghép thành đồ gá và việc lắp đồ gá trên máy, khi tính toán đồ gá thì sai số điều chỉnh có thể lấy bằng:

Thay các số liệu vào công thức (4.12) ta có:

Từ sai số chế tạo cho phép của đồ gá ta đặt ra yêu cầu kỹ thuật của đồ gá như sau:

         + Dung sai khoảng cách tâm của đường tâm lỗ định vị với đường tâm chốt của thân đồ gá

         + Độ vuông góc mặt định vị của phiến tì và đường tâm chốt của thân đồ gá

4.8. Lập phiếu tổng hợp nguyên côn

Chương 5:

                          KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

5.1. Kết luận

              - Hiện nay trên thế giới được sử dụng rộng rãi trong sản xuất với nhiều chuẩn loại khác nhau, đặc biệt là các máy tự động và bán tự động có độ chính xác cao. Đối với các máy tự động có một số phần mềm lập trình để mô phỏng và gia công sản phẩm như: BentechEZ3D, Bentech EZ, Bentech Pro,… Đây là phần mềm dùng để lập trình trên các máy uốn ống, sau khi xác định các thông số cần thiết cho máy như: Loại vật liệu, chiều dài gia công, góc uốn ,…sau đó máy sẽ hoạt động theo chương trình đã lập trình.

Hình 5.1: Phần mềm Bentech EZ3D

Hình 5.2: Phần mềm Bentech Pro

               - Còn ở nước ta thì cũng có một số công ty bán máy uốn ống nhưng các loại máy này nhập từ nước ngoài về vì vậy giá thành rất đắt nên nhiều công ty không thể đầu tư vì lợi nhuận thấp vì vậy ở nước ta sử dụng các loại máy uốn chủ yếu là các máy bằng tay hoặc tự chế tạo nên có độ chính xác rất thấp có thể đáp ứng được nhu cầu của công ty, xí nghiệp hay trong nước. Tuy nhiên với nền kinh tế càng phát triển thì độ chính xác cũng như yêu cầu của sản phẩm ngày càng khắc khe vì vậy việc nghiên cứu một máy uốn có độ chính xác cao là rất cần thiết cho sự phát triển của đất nước ta trong tương lai.

                - Khi sản phẩm có yêu cầu độ chính xác cao thì việc nghiên cứu về động học và động lực học của máy và cam hành trình của máy là rất quan trọng vì khi uốn có độ đàn hồi lớn hay góc uốn không đúng sẽ làm cho sản phẩm không còn độ chính xác hay trở thành phế phẩm. 

            - Do việc tìm tài liệu cũng như nguồn tài liệu về máy uốn còn rất hạn hẹp vì vậy việc nghiên cứu đề tài còn nhiều thiếu sót chưa đi sâu vào thực tế, phương án 3 là phương án nghiên cứu về máy uốn ống thủy lực được dùng nhiều trong sản xuất vì tạo ra sản phẩm có độ chính xác và thẩm mỹ cao nên việc nghiên cứu mảng đề tài này trong tương lai là rất cần thiết từ đó nghiên cứu về máy tự động vì đây là loại máy mà chúng ta hướng đến. Tuy nhiên việc tìm hiểu, thiết kế tương đối phức tạp vì vậy em chỉ tìm hiểu nhưng chưa đi sâu vào nghiên cứu sâu được.

            - Đề tài về máy uốn là một đề tài tương đối mới đối với trường ta vì vậy mà việc nghiêng cứu gặp rất nhiều khó khăn khi thiết kế các chi tiết, kết cấu nhưng dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Thắng Xiêm cùng các thầy, cô trong khoa và các bạn nên em phần nào hiểu được việc thiết kế máy cũng như việc lựa chọn các thông số, kết cấu đúng với thực tế hơn, giúp cho em ra ngoài xã hội đạt được mục đích con đường mà em lựa chọn.

5.2. Đề xuất ý kiến

           - Qua việc nghiên cứu đồ án  em có một số ý kiến sau: 

             + Với một yêu cầu thực tế hiện nay là việc thiết kế một máy uốn rất cần thiết cho nền kinh tế nước ta nên em hy vọng trong thời gian tới các nhà khoa học nghiên cứu và cho xuất bản ra nhiều sách để việc tìm hiểu và thiết kế được dễ dàng từ đó có thể  xây dựng quy trình thiết kế máy tự động hay bán tự động giảm bớt sức lao động của người Việt Nam chúng ta .

            + Đề tài em chưa nghiên cứu về mảng máy uốn thủy lực nhưng em thấy máy uốn thủy lực có lực tác dụng vào ống tương đối đều, tạo ra sản phẩm có thẫm mỹ cao cũng như ít sinh ra khuyết tật trong khi uốn vì vậy đề tài về máy uốn thủy lực sẽ được nghiên cứu trong thời gian tới.

            + Để xác định góc uốn ta dùng cam hành trình bằng con lăn sau một thời gian làm việc thì con lăn sẽ bị mòn vì vậy góc uốn sẽ không chính xác theo em nếu có thể ta dùng cảm biến thì sẽ nâng cao độ chính xác của góc uốn cũng như việc thay thế sẽ dễ dàng hơn.

            + Do chưa có kinh nghiệm trong việc tra chế độ cắt vì vậy trong khi làm không tránh khỏi những thiếu sót mong Thầy, Cô đóng góp để đề tài em hoàn thiện hơn và có thể đưa vào sản xuất trên thị trường.

             + Theo em việc thiết kế nên có thêm yếu tố thực tiễn ví dụ như được xem thành phần của vật liệu thì việc lựa chọn vật liệu sẽ đúng hơn hay có thể xem gia công trục hay được coi việc chế tạo một bộ phận máy thì việc nghiên cứu đề tài được dễ dàng và đúng với thực tế hơn.

            + Hiện nay các loại máy đều thiết kế theo nguyên tắc bán tự động và tự động nhằm thay thế bớt sức lao động của con người nhưng trường ta chưa có một trung tâm nghiên cứu về mảng này giúp cho sinh viên làm quen với phương pháp thiết kế một máy tự động hay bán tự động.

            + Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thắng Xiêm đã tận tình giúp đỡ em không những trong việc làm đồ án mà còn giúp đỡ em trong nhiều vấn đề trong cuộc sống, em xin chân thành cảm ơn.