(Đề tài NCKH) Thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ỐNG CỤC BỘ
SV-188

Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ chế tạo máy

Phan Anh Đức

SV thực hiện:

Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa:

19143CLA1

Năm thứ: 3 /Số năm đào tạo:4

Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Người hướng dẫn: TS.Trần Minh Thế Uyên


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................................1
1.1. Tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài ..........................................................1
1.2. Mục tiêu của đồ án ................................................................................................1
1.3. Nhiệm vụ đề án .....................................................................................................2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ...........................................................................................3
2.1. Cơ sở lý thuyết ......................................................................................................3
2.1.1. Tổng quan về máy uốn ống ............................................................................3
2.1.2. Những vấn đề liên quan đến uốn ....................................................................3
2.1.3. Các dạng máy uốn ống và ưu nhược điểm của chúng ....................................9
2.2. Tình hình sử dụng máy uốn ống trên thế giới và Việt Nam ...............................12
2.2.1. Máy uốn ống trên thế giới.............................................................................12
2.2.2. Máy uốn ống trong nước ..............................................................................14
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUÔN ỐNG CỤC BỘ ......................................................16
3.2. Các phương án thiết kế........................................................................................17
3.2.1. Phương án 1: Uốn bằng phương pháp đẩy ống từ dưới lên và kẹp ống bằng
bộ kẹp tự động. .......................................................................................................17
3.2.2. Phương án 2: Thay đổi cơ cấu kẹp ống và đẩy ống ......................................18
3.2.3. Phương án 3: Thay đổi cơ cấu kẹp ống. .......................................................19
3.3. Lựa chọn phương án............................................................................................19
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ..............................................................22
4.1. Quá trình gia cơng, chế tạo .................................................................................22
4.1.1. Q trình chế tạo khung máy ........................................................................22
4.1.2. Q trình gia cơng các chi tiết ......................................................................24
4.2. Qui trình lắp ráp ..................................................................................................38
4.3. Thử nghiệm và đánh giá sản phẩm .....................................................................44
4.3.1. Kiểm nghiệm hoạt động của máy .................................................................44
4.3.2. Đánh giá kết quả đạt được sau khi thử nghiệm ............................................47
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT .............................................................................................48
5.1. Kết quả đạt được .................................................................................................48
5.2. Kết quả chưa đạt được.........................................................................................48

5.3. Đề xuất phương án giải quyết .............................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................49


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thép cacbon và thép hợp kim chuẩn AISI (Viện thép Hoa Kỳ)
Bảng 2.2: Chiều dài kẹp chặt tham khảo
Bảng 3.1: So sánh ưu nhược điểm của các phương án
Bảng 4.1: Lực dọc trục và phần trăm tương ứng
Bảng 4.2: Thơng số kỹ thuật của vít me – đai ốc bi
Bảng 4.3: Thông số động cơ AC Servo
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc
Bảng 4.5: Bảng tra kích thước gối đỡ
Bảng 4.6: Bảng số thông số kỹ thuật của gối đỡ
Bảng 4.7: Bảng tra thơng số kỹ thuật của khớp nối hồnh đơn WQ-C68L54
Bảng 4.8: Thành phần kim loại
Bảng 4.9: Cơ tính của thép hộp đen theo tiêu chuẩn ASTM
Bảng 4.10: Các thông số kỹ thuật của thép
Bảng 4.11: Thông số quan trọng mô phỏng cụm đẩy ống
Bảng 4.12: Các thông số của thép hộp
Bảng 4.13: Kết quả sau khi phân tích khung
Bảng 5.1: Thành phần kim loại của thép S45C
Bảng 5.2: Tóm tắt ngun cơng chi tiết tấm trên
Bảng 5.3: Trình tự gia cơng
Bảng 6.1: Q trình gia cơng bàn đỡ
Bảng 6.2: Q trình gia cơng chi tiết đẩy
Bảng 6.3: Q trình gia công các chi tiết cố định giảm giảm tốc
Bảng 6.4: Các bước gia công luynet

Bảng 6.5: Các bước gia công vít me
Bảng 6.6: Bảng thơng số kiểm tra
Bảng 6.7: Nội dung thí nghiệm đẩy ống trên module đẩy


THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ
- Chủ nhiệm đề tài: Phan Anh Đức
- Lớp: 19143CLA1

Mã số SV:19143024

Khoa: Chất lượng cao

- Thành viên đề tài:
Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

1

Lê Minh Trí

19143023

19143CLA1

Chất lượng cao

2

Phạm Thiên Quang

19143068

19143CLA1

Chất lượng cao

3

Lê Hoàng Khang

19143080

19143CLA1

Chất lượng cao

- Người hướng dẫn: TS Trần Minh Thế Uyên
2. Mục tiêu đề tài:
- Nghiên cứu tìm hiểu những công nghệ chế tạo máy uốn ống hiện đại của nước ngồi,
từ đó tham khảo, vận dụng những kiến thức đã biết để hoàn thành

- Thiết kế, chế tạo khuôn ống cục bộ
- Hệ thống điều khiển tự động, giảm bớt sự can thiệp của con người.
- Ống sau khi uốn ra đảm bảo được chất lượng bề mặt cũng như tính thẩm mỹ cao.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Khn ống có thể thay đổi linh hoạt với từng đường kính ống khác nhau và đẩy hết
được ống khi tới cuối hành trình.
4. Kết quả nghiên cứu:
-

Chi tiết đẩy có thể đẩy được hết ống;

-

Máy hoạt động ổn định và thao tác vận hành đơn giản.

-

Sản phẩm uốn có chất lượng bề mặt tốt, ít bị móp, không bị trầy.

Ngày 9 tháng 6 năm 2022
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)


Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề
tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày 9 tháng 6 năm 2022
Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài
Trong thời kì hội nhập kinh tế tồn cầu, cùng với cơng cuộc đổi mới đất nước, công
nghiệp là ngành kinh tế quan trọng, những năm gần đây có đóng góp lớn nhất cho ngân
sách nhà nước, trở thành ngành xuất khẩu chủ đạo với tốc độ tăng trưởng ở mức cao.
Cơ cấu các ngành công nghiệp có sự chuyển biến tích cực, một số ngành cơng nghiệp
như: cơng nghiệp năng lượng, hóa chất, vật liệu xây dựng, cơ khí điện tử, khí đốt,… đã
và đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp phần tích cực trong giải quyết việc làm,
chuyển dịch cơ cấu lao động, tăng năng suất, tạo ra cơ hội việc làm cho hàng triệu người
lao động và nâng cao đời sống của người dân.
Một trong những sự phát triển mạnh mẽ đó chính là ngành cơ khí nói chung và chế
tạo máy nói riêng có vai trị quan trọng trong việc sản xuất ra thiết bị, chế tạo máy và
công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế quốc dân, tạo điều kiện để các ngành này phát
triển tốt hơn. Máy uốn ống là một trong những sản phẩm của ngành chế tạo máy được
sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: hệ thống điện, nước; sản xuất ô tô, xe máy; xây
dựng; dầu khí, hóa chất hay trong trang trí nội thất với rất nhiều chủng loại ống khác
nhau có đường kính cũng như vật liệu làm ống rất đa dạng.
Trên thế giới hiện đã có nhiều nước đi đầu trong việc chế tạo máy uốn ống như:
Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan,.. với loại máy khác nhau, từ thủ công, bán tự động
cho đến các loại tự động NC và CNC rất hiện đại với các kích thước ống và bán kính
uốn rất đa dạng mang đến độ chính xác và năng suất rất cao.
Ở Việt Nam cũng đã có nhiều loại máy uốn khác nhau, nhưng hầu hết là sản phẩm
được nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành còn rất cao. Những sản phẩm trong nước
tự chế tạo chủ yếu là những loại máy thủ công và bán tự động, năng suất còn thấp chưa
đáp ứng đủ nhu cầu trong nước. Vì vậy việc nghiên cứu, chế tạo máy uốn ống tự động
là nhu cầu cần thiết đối với thị trường trong nước, bên cạnh đó cịn tăng vị thế cạnh tranh
của thị trường trong nước trong các lĩnh vực cơng nghiệp góp phần thúc đẩy sự phát

triển của các ngành công nghiệp khác,
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó cùng với sự định hướng và hướng dẫn của thầy
Phạm Sơn Minh, nhóm sinh viên chúng em đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học:
“THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ỐNG CỤC BỘ”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu tìm hiểu những cơng nghệ chế tạo máy uốn ống hiện đại của nước ngồi,
từ đó tham khảo, vận dụng những kiến thức đã biết để hoàn thành đồ án.
- Thiết kế, chế tạo khuôn ống cục bộ cho máy uốn ống CNC
- Hệ thống điều khiển tự động, giảm bớt sự can thiệp của con người.

1


- Bộ kẹp ống (dạng luynet) có thể thay đổi linh hoạt kích thước và chiều dài ống uốn
làm cho các sản phẩm trở nên đa dạng hơn.
- Ống sau khi uốn ra đảm bảo được chất lượng bề mặt cũng như tính thẩm mỹ cao.
1.3. Nhiệm vụ đề án
- Thiết kế, chế tạo bộ đẩy ống với lực đẩy lớn nhất là 1500kg.
- Bộ đẩy ống có thể thay đổi linh hoạt với từng đường kính ống khác nhau và đẩy hết
được ống khi tới cuối hành trình.
- Thiết kế, chế tạo cơ cấu giữ cho ống không bị gãy, trầy xước, biến dạng trong quá
trình tạo hình.
- Thiết kế cơ cấu giữ ống có thể gia cơng dễ dàng và có thể tùy chỉnh được với các
đường kính ống khác nhau.

2


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1. Cơ sở lý thuyết

2.1.1. Tổng quan về máy uốn ống
2.1.1.1. Khái niệm về uốn ống
Uốn ống là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực được sử dụng để tạo thành
những biên dạng hay những đường cong với bán kính bất kì cho ống.
Máy uốn ống là loại máy sử dụng nhiều công nghệ từ đơn giản tới phực tạp, tích
hợp nhiều tính năng như nắn, bẻ, uốn để biến những phôi kim loại thành những sản
phẩm có kích thước và hình dáng đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Hiện nay có rất nhiều sản phẩm uốn làm từ những vật liệu khác nhau chứ không đặc
thù là ống bằng sắt thép hay inox. Ví dụ uốn những ống dẫn dầu bằng thép hợp kim
niken hoặc trong những ngành công nghiệp hàng không vũ trụ người ta dùng hợp kim
Titan để làm phôi uốn. Phôi uốn sắt thép inox được sử dụng phổ biến trong công nghiệp
ô tô, vận tải hoặc trong xây dựng.
2.1.1.2. Lịch sử về ngành uốn
Máy uốn là một sản phẩm của ngành cơ khí chế tạo dùng để uốn những phôi liệu
thành những sản phẩm có ích cho đời sống của con người. Nó góp phần đáng kể vào
việc giảm sức lao động của con người trong quá trình làm ra sản phẩm.
Máy uốn có rất nhiều loại và được dùng phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới trong
đó có cả Việt Nam chúng ta.
Máy uốn ống có nhiều loại như máy uốn ống bằng tay, máy uốn ống bằng thủy lực,
máy uốn ống bằng điện, máy uốn ống bằng điện thủy lực,…
Sự phát triển của máy uốn ngày càng mạnh, trước đây mấy chục năm những sản
phẩm uốn chỉ tạo nên bằng tay rồi sau đó phát triển dần lên uốn bằng máy để giảm sức
người và uốn bán tự động rồi đến tự động cho tới tận khâu cấp phôi.
2.1.2. Những vấn đề liên quan đến uốn
2.1.2.1. Vật liệu làm phôi uốn
Máy uốn ngày nay được chế tạo đa dạng phù hợp cho nhiều loại phôi uốn như thanh
rỗng, thanh đặc, thép hộp, thép cán, ống đặc và ống cán.
Nói chung, hầu hết các kim loại phổ biến đều có thể uốn nguội miễn là chúng có độ
giãn đủ để đạt được góc và bán kính mong muốn trước khi đạt ngưỡng chịu đựng. Vật
liệu thường được tạo hình dễ dàng bao gồm thép cacbon thấp và thép không gỉ, nhôm,

đồng thau và đồng. Các thao tác tạo hình đơn giản có thể được dùng đối với Magie,
Titan, hợp kim đồng và niken. Các dụng cụ và kỹ thuật uốn đặc biệt cho phép uốn một
số kim loại được gọi là exotic và vật liệu chịu lửa.

3


Bảng 2.1: Thép cacbon và thép hợp kim chuẩn AISI (Viện thép Hoa Kỳ)
Các loại và thành phần hóa học
10xx

Basic and acid open-hearth and acid-Bessemer carbon-steel
grades, nonsulphurized and nonphosphorized

11xx

Basic open-hearth and acid-Bessemer carbon-steel grades,
resulphurized and rephosphorized

12xx

Basic, open-hearth carbon-steel grades, rephosphorized and
resulphurized

13xx

Manganese 1.60–1.90%

23xx

Nickel 3.50%

25xx

Nickel 5.00%

31xx

Nickel 1.25%, chromium 0.60%

32xx

Nickel 1.75%, chromium 1.00%

33xx

Nickel 3.50%, chromium 1.50%

40xx

Molybdenum

41xx

Chromium-molybdenum

43xx

Nickel-chromium-molybdenum

46xx

Nickel 1.65%, molybdenum 0.25%

48xx

Nickel 3.25%, molybdenum 0.25%

51xx

Medium chromium

52xx

Chromium, high-carbon

61xx

Chromium-vanadium

86xx

Nickel 0.55%, chromium 0.50%, molybdenum 0.20%

87xx

Nickel 0.55%, chromium 0.50%, molybdenum 0.25%

92xx

Manganese 0.80%, silicon 2.00%

93xx

Nickel 3.25%, chromium 1.20%, molybdenum 0.12%
Manganese 0.95–1.35%, nickel 0.45%, chromium

94xx

0.40%, molybdenum 0.12%

97xx

Nickel 0.55%, chromium 0.17%, molybdenum 0.20%

98xx

Nickel 1.00%, chromium 0.80%, molybdenum 0.25%

4


Mác thép trên bảng trên được dùng nhiều ở thị trường Châu Mỹ về chất lượng thì
khơng cần bàn cãi, còn chủ yếu ở thị trường Việt Nam sử dụng mác kim loại theo tiêu
chuẩn ISO. Và ống inox mác 3xx. Ví dụ ống inox 304 là loại ống inox tầm trung giá
thành rẻ được bán phổ biến trên thị trường Việt Nam.
2.1.2.2. Các phương pháp uốn phổ biến
Uốn quay là phương pháp phổ biến nhất sử dụng trên máy uốn quay, cái mà có thể
được cấp bằng năng lượng (thủy lực, khí nén, điện/cơ khí), điều khiển bằng tay hoặc
điều khiển bằng chương trình số. Máy đó giải quyết khoảng 95% về sự hoạt động của

máy uốn ống. Các dụng cụ cần thiết cho uốn cong bao gồm khối tạo hình uốn, khn
kẹp.
Trong uốn quay, phơi được gắn chặt khối tạo hình uốn bằng khn kẹp. Khi khn
uốn cong quay, nó tạo hình ngược lại cho phơi bằng khn ép, nếu cần thiết ngăn chặn
gãy phơi sẽ có trục gá bên trong. Khn ép có thể cố định hoặc di chuyển với phơi để
loại bỏ ma sát trượt.

Hình 2.1: Nguyên lý uốn quay
Uốn cuộn phương pháp uốn đơn giản để uốn một hình trịn đều. Ngun lý của ống
uốn cuộn là ba con lăn tạo hình có cùng đường kính được sử dụng. Chúng được sắp xếp
theo hình chóp trong các mặt phẳng thẳng đứng hoặc nằm ngang.
Tất cả các máy uốn cuộn sử dụng cùng một nguyên tắc cơ bản giống nhau áp dụng
lực giữa ba con quay. Để đạt được bán kính khác nhau bằng cách thay đổi vị trí của một
hoặc hai trong số các con quay này. Phôi đi vào con quay và áp lực quay làm cho nó
sinh ra biến dạng mặt dưới của con quay trung tâm.

5


Hình 2.2: Uốn cuộn

Hình 2.3: Máy uốn cuộn dọc và ngang
Uốn ép hay uốn nén là một phương pháp uốn lâu đời nhất sử dụng một khuôn ép và
tiến hành ép ống sát vào khn đẻ ra được hình dạng theo như khuôn ép.
Ống được đặt trên cụm wing type die. Các khuôn đồng thời tách ra và xoay với ống
khi nó bị tác dụng lực và uốn cong với áp suất được áp dụng bởi khuôn ram giảm dần.
Xi lanh đệm duy trì mơ-men xoắn khơng đổi trên wing die. Lực đệm này giữ phôi trong
khuôn dưới áp suất phù hợp, kiểm sốt ống chính xác.
Khn ram di chuyển thẳng xuống dưới tác dụng lên wining die. Khi ram tạo áp
lực xuống dưới, wining die quay trên trục quay, tạo áp lực hướng lên so với xi lanh đệm

được gắn ở mỗi bên của máy ép. Máy có một điểm dừng sâu cung cấp một số vị trí để
thay đổi hành trình của ram và góc uốn.

6


Hình 2.4: Máy uốn ép dọc
Ưu điểm chính của uốn ép là khả năng sản xuất cao. Uốn thường có thể được thực
hiện nhanh hơn ba đến bốn lần so với thiết bị thông thường. Máy uốn ép sử dụng cơng
cụ đơn giản và nhanh chóng và dễ dàng thiết lập.

Hình 2.5: Biên dạng dễ gặp trong uốn ép
2.1.2.3. Những lưu ý cần thiết khi lập phép uốn
• Bán kính đường tâm sau khi uốn
Bán kính đường tâm là bán kính của đường trịn tâm đi qua góc uốn và là bội số của
đường kính ngồi của ống. Bán kính này được chọn là 3D, 2D, hoặc D trong đó D là
đường kính ngồi của ống. Ví dụ ống có đường kính 2 in (50.8 mm) bán kính đường
tâm 2D sẽ là 4 in (101.6 mm). Đôi khi chỉ cần một thay đổi nhỏ có thể khiến việc uốn
trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Ví dụ ống có đường kính 5/16 in (7.9 mm) uốn 3D bán
kính uốn sẽ là 15/16 in (23.8 mm) nhưng ta nên chọn bán kính đường tâm 1in vì cơng
cụ uốn và hoạt động sản xuất sẽ đơn giản hơn rất nhiều.
Đối với các bán kính lớn chẳng hạn như 3D, 4D, 5D hoặc lớn hơn nữa có thể tùy
thuộc vào ý định của người thiết kế. Bán kính lớn hơn yêu cầu độ dãn dài ít hơn và mất
ít vật liệu hơn. Ví dụ trong hình 1-3 bán kính đường tâm 4D đối với ống 2 in (50.8 mm)
yêu cầu vật liệu ít hơn 1.71 in (43.4 mm) so với uốn 2D. Bán kính uốn 4D sẽ chiếm

7


nhiều khơng gian như trong hình 1-3. Khi chọn bán kính cung bằng bội số nên chọn theo

tiêu chuẩn để dễ mua cơng cụ hơn tiết kiệm chi phí chế tạo

Hình 2.6: Bán kính đường tâm
• Độ dày bị mỏng đi sau khi uốn
Lượng thành ngoài của ống sẽ bị giảm hoặc mỏng đi trong khu vực uốn cong phụ
thuộc vào tỷ lệ giữa đường tâm bán kính của chỗ uốn cong và đường kính ống. Tỷ lệ
này do bị chịu ảnh hưởng trực tiếp của ma sát và lượng làm phẳng cho phép ở khúc uốn
cong. Ma sát được đưa vào khi ống được kéo qua trục tâm. Việc xuất hiện ma sát là do
lực tác dụng bởi áp suất bộ uốn và việc sử dụng chất bôi trơn trên các dụng cụ hoặc ống
cũng ảnh hưởng trực tiếp đến lượng ma sát. Ma sát luôn xuất hiện với nhiều lượng khác
nhau trong bất kỳ sự uốn cong nào.
• Chiều dài kẹp chặt
Độ dài kẹp chặt giữa các lần uốn. Hạn chế những phép uốn kết hợp vì uốn kết hợp
được thiết kế sát nhau do đó khơng đủ vật liệu để kẹp chặt giữa các lần uốn. Do đó vật
liệu sẽ trượt trong lần uốn thứ hai. Hầu hết cách uốn như thế sẽ dẫn đến nếp nhăn. Lượng
chiều dài kẹp chặt cần thiết để phân phối áp lực đủ tránh biến dạng ống, điều này phụ
thuộc vào loại vật liệu, đường kính, bề dày, chất lượng bề mặt và bán kính đường tâm
cần thiết.
Trong một số trường hợp nhất định, có một số phương pháp giúp ống khơng bị trượt
trơn như sử dụng khn kẹp có răng cưa, hoặc sử dụng bu lông vặn chặt (knurled clamp
die) tăng lực kẹp cho khn kẹp. Ngồi ra cịn có những cách khác như chèn nhựa, bụi
mài mòn hoặc vải vào chỗ kẹp. Những cách trên dều có mục đích là làm tăng hệ số ma
sát giữa ống và khuôn kẹp.

8


Bảng 2.2: Chiều dài kẹp chặt tham khảo
Bán kính cung uốn

1D

2D

Bề dày ống, in. (mm)

Chiều dài kẹp chặt

Đến 0.035 (0.89)

4-5×D

0.035–0.065 (0.89–1.65)

3-4×D

Trên 0.065 (1.65)

2-3×D

Đến 0.035 (0.89)

3-4×D

0.035–0.065 (0.89–1.65)

2-3×D

Trên 0.065 (1.65)

1-1/2 - 2-1/2 × D

Đến 0.065 (1.65)

2-3×D

Trên 0.065 (1.65)

1-2×D

3D
2.1.3. Các dạng máy uốn ống và ưu nhược điểm của chúng
2.1.3.1. Uốn thủ công
Phương pháp uốn thủ công là phương pháp uốn ban đầu của con người. Mặc dù uốn
ống bằng tay tính kinh tế rất cao, nhưng nó là khơng có năng suất tốt, chất lượng hoặc
độ đồng nhất không cao.
Bộ khuôn đơn giản kết hợp với cách thức thủ công là tạo ra đòn bẩy đã được áp
dụng để chống lại các tác động bất lợi của một phép uốn bằng tay. Bộ khuôn làm tăng
chất lượng uốn và nâng cao năng suất. Làm giảm sức người cần thiết. Mặc dù máy móc
đã được chế tạo với địn bẩy để xử lý ống 2 in (50.8 mm), uốn thủ công thường phù hợp
cho ống 1 in (25.4 mm) hoặc ống nhỏ hơn.
Vận hành máy uốn cầm tay yêu cầu người vận hành đặt ống trong khu vực dụng cụ
ngay tại vị trí cần uốn, chỉnh dụng cụ vào vị trí, và kéo bằng sức, cơ cấu máy sẽ tạo ra
một uốn cong. Các máy đơn giản có một mặt số, thước đo hoặc cử dừng có thể điều
chỉnh để tạo ra một phép uốn mong muốn. Khi có nhiều hơn một phép uốn cho mỗi sản
phẩm, người vận hành phải lập thông tin cho điểm uốn tiếp theo và lặp lại quá trình điều
chỉnh góc uốn thứ hai như mong muốn. Uốn thủ cơng sử dụng tốt nhất đối với:
• Thể tích ống thấp;
• Chi phí thấp;
• Đường kính nhỏ;

• Cấu tạo các bộ phận đơn giản;
• Nhân cơng trình độ thấp.

9


Hình 2.7: Thiết bị uốn cuộn thủ cơng
2.1.3.2. Uốn bán tự động
Máy uốn ống bán tự động về cơ bản là kết hợp động cơ thủy lực hoặc động cơ điện
và máy uốn. Các linh kiện có sẵn trong nhiều kích cỡ và hình dạng, và với nhiều đặc
trưng.
Máy uốn bán tự động cơ bản nhất dừng uốn bằng cách kết nối với bảng điều khiển.
Dừng một cách chủ động bằng cách thiết lập các cơng tắc hành trình hoặc bằng hệ thống
role điện từ. Những máy này yêu cầu định vị thủ công dụng cụ hoặc cung cấp năng
lượng cho hệ thống định vị thông qua bảng điều khiển. Máy được vận hành thông qua
một nút ấn và máy uốn theo giá trị góc đã thiết lập trước. Sau khi uốn xong, người vận
hành lập lập thông số đến vị trí uốn tiếp theo, thực hiện lại chuỗi lúc nãy và quá trình
uốn được lặp lại.
Máy uốn bán tự động tiên tiến hơn gần giống như điều kiển máy CNC. Các nhà sản
xuất máy uốn hiện đang cải tiến để giảm bớt những nhược điểm cơ bản của máy.
- Ưu điểm đáng kể của thiết bị uốn bán tự động này so với máy thủ cơng là:
• Tăng khả năng làm việc.
• Ít thao tác thủ cơng hơn.
• Nhiều sự lựa chọn hơn.
• Phù hợp với ống to hơn.
• Máy tiêu chuẩn chính xác hơn.
• Có khả năng ứng dụng rộng hơn.
- Nhược điểm là:

10

• Yêu cầu người vận hành phải làm quen với máy tính có kinh nghiệm.
• Cần có một bộ phận bảo trì.
• Cần bộ phận thay thế

Hình 2.8: Máy uốn quay bán tự động NC
2.1.3.3. Máy uốn ống CNC
Máy uốn ống điều khiển số (CNC) được phát triển để khắc phục các vấn đề liên
quan đến các phương pháp uốn khác. Cơng nghệ máy tính hiện đại liên kết với điều
khiển động cơ servo cho phép điều khiển ba trục uốn.
Máy uốn CNC được định nghĩa là máy uốn ống tự động. Người vận hành đưa cho
máy một chi tiết, kích hoạt nút khởi động và máy uốn cong chi tiết đó. Sau đó người vận
hành tháo chi tiết đó ra và thực hiện lắp chi tiết khác lên, lặp lại thao tác.

Hình 2.9: Máy uốn CNC 3D

11


- Ưu điểm của máy uốn CNC là:
• Độ chính xác và độ lặp tối đa;
• Đầu vào lao động thấp cho chuỗi sản xuất;
• Nhanh chóng thay đổi sản phẩm;
• Tính linh hoạt;
• Khả năng uốn chi tiết phức tạp.
- Nhược điểm là:
• Giá máy cao;
• Yêu cầu người vận hành có trình độ;
• Bộ phận bảo trì bị chun mơn cao;

• Phí vận chuyển cao.
2.2. Tình hình sử dụng máy uốn ống trên thế giới và Việt Nam
2.2.1. Máy uốn ống trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới thiết bị uốn ống kim loại rất đa dạng từ thủ công đến máy sử
dụng hệ thống điều khiển bán tự động hay máy uốn CNC có thể uốn với nhiều bán kính
cong, hình dạng, đường kính và chiều dài ống khác nhau với chất lượng, độ chính xác
và năng suất rất cao.

Hình 2.10: Máy uốn ống dùng pin, loại cầm tay
Loại máy uốn ống cầm tay dùng trong các cơ sở sản xuất nhỏ hoặc dùng trong gia
đình để uốn những ống có đường kính đơn giản, năng suất thấp.

12


Hình 2.11: Máy uốn ống một đầu bán tự động NC
Máy uốn bán có một số thao tác người dùng vẫn phải sử dụng phương pháp thủ
cơng, ví dụ như đổi hướng ống uốn. Máy sử dụng hệ thống thủy lực để vận hành nên
người dùng không cần phải thao tác q nhiều, hồn tồn có thể tiết kiệm được nhiều
thời gian và sức lực.
Máy được điều khiển bởi máy vi tính và được điều khiển bằng thủy lực hoặc động
cơ điện và nó có thể uốn các loại máy uốn ống khác nhau với góc uốn khác nhau.
Một số máy uốn tự động CNC do các công ty của Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan
sản xuất rất hiện đại, tự động hồn tồn trong q trình tạo hình và uốn được những hình
dáng rất phực tạp.

Hình 2.12: Máy uốn ống điện thủy lực CNC

13

Hình 2.13: Máy uốn ống CNC dạng tự do
2.2.2. Máy uốn ống trong nước
Hiện nay, trong nước cũng có một số công ty sản xuất máy uốn ống kim loại nhưng
vẫn chưa có cơng ty nghiên cứu và chun sản xuất về máy uốn CNC do vậy tài liệu
cũng như chủng loại cịn hạn chế. Ở nước ta chỉ có các cơ sở nhỏ lẻ, thiết bị không hiện
đại, năng suất thấp, chất lượng, thẫm mỹ không cao nên không đáp ứng được nhu cầu
trong nước cũng như cạnh tranh với nước ngồi.

Hình 2.14: Máy uốn ống thủy lực 3 trục

14


Hình 2.15: Máy uốn ống 1 trục
Ưu điểm của các loại máy này là chế tạo đơn giản, vốn đầu tư thấp. Tuy nhiên, các
loại máy này có nhiều nhược điểm đó là: Độ chính xác thấp, khơng thể gia cơng ống có
đường kính lớn, hình dạng hạn chế. Loại máy này chỉ phù hợp trong sản xuất nhỏ lẻ.

15


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHUÔN ỐNG CỤC BỘ
3.1. Tham khảo từ thực nghiệm và đưa ra yêu cầu đối với thiết kế khn ống cục
bộ
Để có thể đưa ra được u cầu thiết kế cho khn ống nhóm đã tiến hành đi thực
nghiệm ngoài thực tế với máy uốn ống cnc 3 trục và kết hợp nghiên cứu tài liệu về
máy uốn ống, từ đó đưa ra những những yêu cầu cho thiết kế:
(1) Thiết kế bộ kẹp giữ ống để ống không bị gãy:
Khi cụm đẩy đẩy đẩy ống vào khu vực tạo hình, do hành hành trình đẩy quá dài và ống

không được cố định chắc chắn nên xảy ra hiện tượng gãy ống. Nên yêu cầu thứ nhất
của Module đẩy cố định chắc chắn để ống không bị gãy và trầy trước trong quá trình
tạo hình.

Khu vực tạo hình

Hiện tượng
gãy ống

Cụm đẩy ống

Hình 3.1: Hiện tượng gãy ống khi tạo hình
(2) Cụm đẩy ống có thể đẩy hết ống khi đã tới cuối hành trình:
Yêu cầu thứ 2 là Module đẩy có thể thực hiện đẩy hết ống ra khi đi tới cuối hành trình
do cụm đẩy chạm bộ kẹp ống không thể đẩy ống ra hết, gây ra thừa ống và lãng phí.

16


Khu vực tạo hình

Ống cịn dư
Bộ kẹp ống

Hình 3.2: Ống không được đẩy ra hết khi uốn
(3) Bộ kẹp ống có thể điều chỉnh phù với nhiều đường kính ống khác nhau.
(4) Thiết kế ưu tiên tính đơn giản và dễ gia công.
3.2. Các phương án thiết kế
3.2.1. Phương án 1: Uốn bằng phương pháp đẩy ống từ dưới lên và kẹp ống bằng
bộ kẹp tự động.

Bộ kẹp ống tự động

Hình 3.3: Máy uốn ống 3 trục CNC
Cụm đẩy ống của phương án này được tham khảo dựa trên máy uốn ống CNC 3D
của hãng NISSIN sử dụng nguyên lý đẩy phơi ống từ sau đến cụm tạo hình. Máy sử
dụng động cơ điện để quay vít me đai ốc đẩy ống từ đầu tới cuối hành trình. Dọc theo
chiều dài ống là cơ cấu kẹp chặt tự động để tránh biến dạng và cong vênh trong quá trình
uốn. Việc phân tích, xây dựng các chuyển động cần thiết biểu hiện tại hình dưới.

17


Oy
Oz

Cụm đẩy ống
Ox

Phơi ống

Bộ kẹp ống

Hướng đẩy ống

Hình 3.4: Ngun lý hoạt động của phương án 1
Bộ đẩy ống được đặt ở cuối ống và được lắp ráp với bộ truyền vít me - đai ốc, động
cơ quay làm cho bộ đẩy ống đi tới. Trong quá trình đẩy ống, sử dụng cơ cấu kẹp chặt
ống để giữ không cho ống bị biến dạng, cong vênh.
Phân tích về cơ cấu kẹp này, bộ kẹp được chia thành những đoạn nhỏ tiếp xúc với

ống để giảm ma sát. Vật liệu để chế tạo bộ kẹp có khả năng tự bơi trơn khi tiếp xúc với
ống tránh gây ra mat sát, trầy xước ống. Cơ cấu kẹp tự động rất tiện lời trong việc thay
ống và cấp phơi. Nhưng có một số nhược điểm:
• Cơ cấu kẹp tự động làm tăng chi phí chế tạo máy.
• Vật liệu chế tạo địi hỏi khả năng tự bôi trơn để giảm thiểu ma sát.
3.2.2. Phương án 2: Thay đổi cơ cấu kẹp ống và đẩy ống

Hướng đẩy ống

Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của phương án 2

18


Đây là phương án thay đổi cơ cấu kẹp ống từ phương án 1. Với việc thay đổi cơ cấu
kẹp ống bằng các luynet được chế tạo riêng lẻ thay vì sử dụng cơ cấu kẹp tự động.
Luynet được đặt dọc theo chiều dài ống, ở đầu mỗi chấu của luynet là một ổ lăn giúp
biến ma sát trượt thành ma sát lăn, các chấu có thể tùy chỉnh lên xuống để thay đổi
đường kính ống uốn lớn nhỏ khác nhau.
Cụm đẩy ống được chế tạo dài hơn để có thể đẩy được hết ống khi đai ốc đã đi đến
cuối hành trình.
3.2.3. Phương án 3: Thay đổi cơ cấu kẹp ống.

Hình 3.6: Phương án 3
Phương án này sử dụng cụm đẩy ống như phương án 1, chỉ khác ở phần kẹp ống.
Thiết kế luynet bằng 2 nửa mặt cong kẹp vào ống ở vị trí hai bên gọi là ốp ống.
Nhiều thanh giữ được hàn liên tiếp với ốp ống khiến luynet trở thành một chi tiết lớn
không tách rời điều chỉnh được. Trạng thái tiếp xúc trong phương pháp này tiếp xúc mặt
gây ra ma sát lớn trong q trình tạo hình.
Khó khăn lớn nhất của phương án này là yêu cầu độ chính xác cao khi hàn nhiều

luynet lại. Nếu khơng căng chỉnh tốt có thể làm cong vênh luynet và ống được đẩy không
thẳng. Trong quá trình hàn có thể làm vênh miếng ốp.
3.3. Lựa chọn phương án
Bảng 3.1: So sánh ưu nhược điểm của các phương án
Phương án
Phương án 1

Ưu điểm

Nhược điểm

+ Cụm đẩy được thiết kế đơn giản, + Cụm đẩy ống ngắn, không
dễ chế tạo.
đẩy hết được ống khi đai ốc đi
đến cuối hành trình.
+ Luynet:

19