Thiết kế, Chế Tạo Máy uốn ống tự động

Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Chương 1:
GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT MÁY UỐN ỐNG
1.1. Giới thiệu về các sản phẩm ống uốn.
1.1.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp.
Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống được ứng dụng rất rộng rãi dùng để dẫn
nhiên liệu phục vụ sản xuất như dẫn dầu,dẫn khí được ứng dụng trong rất nhiều
ngành như đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia
Trong nghành giao thông vận tải hiện nay thì ngành vận tải đường ống cũng
đóng vai trò rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khoáng sản góp phần tiết kiệm
chi phí trong vận chuyển và sản xuất.
1.1.2. Sản phẩm dùng trong sinh hoạt
Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng được ứng dụng rộng rãi nhưng đòi hỏi
tính thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox. Các sản phẩm như: lan can, bàn
ghế
Một số hình ảnh minh hoạ
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:1
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Hinh 1 : Sản phẩm ống
Hình 2 : Một số sản phẩm ống
1.2. Mục đích nghiêm cứu
1.2.1. Lý do chọn đề tài
Trong cuộc sống hiện nay thì sản phẩm của ống uốn được ứng dụng rộng rãi
cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp thì sản
phẩm ống uốn giữ một vai trò quan trọng vì nó được dùng làm để dẫn nhiên liệu
cả khí lẫn lỏng, đã có những đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia. Trong
sinh hoạt thì sản phẩm ống uốn được ứng dụng rộng rãi ví dụ làm lan can, bàn
ghế, dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt
Vì vậy chúng em quyết định nghiêm cứu tính toán và thuyết kế máy uốn ống
tự động để đáp ứng nhu cầu thực tiễn, phục vụ các ngành công nghiệp và dùng
trong sinh hoạt.

1.2.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của quá trình biến dạng kim loại, từ đó nêu ra tính
đàn hồi khi uốn, tính được lực uốn.
Nêu ra các phương pháp uốn và công nghệ uốn, phân tích, lựa chọn phương
pháp thiết kế và thiết kế cơ cấu máy uốn hợp lý, phù hợp với thực tiễn.
Nêu ra nguyên lí hoạt động và tính toán lực cần thiết để uốn cong ống.
Thiết kế mạch điều khiển thủy lực. Giới thiệu và tính toán các phần thủy lực.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:2
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Dựa vào mạch thủy lực thiết kế mạch điều khiển tự động hóa quá trình uốn.
Tính toán sức bền một số chi tiết máy, tính toán thiết kế bộ truyền xích và
thiết kế trục.
Nêu cách bảo dưỡng, vận hành, các qui định an toàn đảm bảo hoạt động tốt,
an toàn cho người sử dụng.
1.3. Tổng quan lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống.
1.3.1. Lịch sử phát triển của ống
Lịch sử của việc sản xuất ống được bắt đầu từ việc sử dụng những khúc gỗ
rỗng để cung cấp nước cho các thành phố thời trung cổ. Việc sử dụng những ống
gang ở Anh và Pháp trở nên phổ biến vào đầu thế kỉ XIX
Những ống thép đúcđầu tiên được tìm thấy ở Philadenphia vào năm 1817 và
ở New York vào năm 1832. Sự phân phối khí cho các đèn khí đảo được tìm thấy
đầu tiên ở Anh, người ta đã sử dụng thép tấm cuộn qua con xúc xắc tạo thành ống
và hàn mép lại với nhau.
Vào năm 1887 đường ống đầu tiên được làm từ thép Bethkhem ở Mỹ. Ống
thép có đường hàn đã được sản xuất thử vào giữa thế kỉ 19 bằng nhiều phương tiện
khác nhau; quy trình Mannesmanm đã được phát triển ở Đức vào năm 1815 và hoạt
động có hiệu quả thương mại ở Anh vào năm 1887.
Ống thép không hàn được sản xuất lần đầu tiên thành công ở Mỹ vào năm
1895.
Vào đầu thế kỉ 20 ống thép không hàn đã được chấp nhận rộng rãi khi cuộc

cách mạng công nghiệp được tiến hành với ngành ô tô, nghành tái lọc dầu, hệ thống
các ống dẫn, các giếng dầu, các lò hơi phát điện kiểu cổ.
Sự phát triển của các phương pháp sản xuất ống, cùng với sự phát triển của
ngành thép đã tạo ra được những sản phẩm có khả năng chịu được những điều kiện
đòi của môi trường như là: nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các áp dụng chịu áp lực và
dải nhiệt thay đổi. Ống thép đã được sử dụng một cách tin cậy trong các ngành công
nghiệp quan trọng; các đường ống từ Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:3
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
1.3.2. Các nước sản xuất sản phẩm thép dạng ống
Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là
Liên Xô (20 triệu tấn). Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn) và Nhật Bản
(10,5 triệu tấn).
Việc sản xuất các sản phẩm thép dạng ống sẽ duy trì được ở mức độ trên là
phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giới như là nghành khai thác dầu,
xây lắp các nhà máy điện, công nghiệp sản xuất ôtô. Ví dụ như, ở những vùng kinh
tế có giá dầu thấp do vậy ít có nhu cầu khoan thêm các giếng dầu. Kết quả là nhu
cầu sản xuất ống thép cho nghành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống.
Một ví dụ tương tự là sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp. Tổng
sản lượng trên toàn thế giới là sự tổng hợp các ảnh hưởng từ các khu vực kinh tế địa
phương ở từng nước trên toàn thế giới.
1.3.3. Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống.
Từ xưa con người đã biết sử dụng những vật thể tròn xoay bằng đá hoặc bằng
gỗ để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đường, ép các loại dầu lạc, hướng
dương Những vật thể tròn xoay này dần được thay thế bằng nhôm, thép, đồng
thau và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp
trên các máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triển
thì nó ngày càng được hoàn thiện dần ví dụ như ban đầu các trục cán còn dẫn động
bằng sức người, nhưng khi sản xuất đòi hỏi năng xuất cao hơn thì máy ngày càng
to hơn thì con người không thể dẫn động được các trục cán này thì ta lại dẫn động

bằng sức trâu, bò, ngựa Vì vậy ngày nay người ta vẫn dùng công xuất động cơ là
mã lực (sức ngựa).
Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán nói chung được chuyển sang
dùng động cơ hơi nước. Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì
vậy sản phẩm cán, uốn được phong phú hơn trước có cả thép tấm, thép hình, đồng
tấm, đồng dây. Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu vật liệu thép tấm phục
vụ cho công nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà chiếc máy
cán 4 trục đầu tiên ra đời vào năm 1870. Sau đó là chiếc máy cán 6 trục,12 trục, 20
trục và dựa trên nguyên lý của máy cán thì máy uốn được ra đời trong các loại máy
này có máy uốn ống.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:4
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Từ khi điện ra đời thì máy cán được dẫn động bằng động cơ điện, đến nay có
những máy cán có công suất động cơ điện lên đến 7800 (KW).
Ngày nay do sự hoàn thiện và tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật cho
nên các máy cán được điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động làm việc theo
chương trình điều khiển.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:5
(a) (b)
(c) (d)
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Chương 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI
2.1. Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại
Như chúng ta đã biết dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các
giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Tùy theo từng
cấu trúc tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác
nhau : dưới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở
đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim.
Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định,

mỗi nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó.
Hình 3 : Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể
+ Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng.
Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi của các nguyên
tử kim loại dịch chuyển không vượt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực,
mạng tinh thể trở về trạng thái ban đầu.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:6
P
P
P
P
P
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
+ Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn
hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh.
Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần
còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c). Trên mặt
trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng
bằng số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị
trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái
ban đầu.
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến 1 vị trí mới
đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử
kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song
tinh. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu
gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ
nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song
tinh trượt sẽ xảy ra thuận lợi hơn.
Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn
tinh thể (hạt tinh thể ), cấu trúc chung của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể.

Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng : biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng
ở vùng tinh giới hạt. Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên
sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính 1 góc bằng
hoặc xấp xỉ 45
0
, sau đó mới đến các hạt khác. Như vậy biến dạng dẻo trong kim loại
đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều. Dưới tác dụng của ngoại
lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay
tương đối với nhau. Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các
mặt trượt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển.
2.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng
của ngoại lực mà không bị phá hủy. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt
các nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng
suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng . . .
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:7
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
2.1.1.1. Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tử
khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng
thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức
cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thường kim loại sạch và hợp kim
có cấu trúc nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch
mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.
2.1.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng
nhiệt độ tính dẻo tăng. Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng,
đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho
tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha
kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao. Khi nung

thép từ 20 ÷ 100
0
C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 100÷400
0
C độ dẻo giảm nhanh,
độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 600
0
C), quá nhiệt độ này thì độ
dẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon trong thép càng cao thì sức
chống biến dạng càng lớn.
2.1.1.3. Ảnh hưởng của ứng suất dư
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng,
ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cứng). Khi
nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25÷0,30 T
nc
(nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xô lệch
mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi). Nếu
nhiệt độ nung đạt tới 0,4T
nc
trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ
chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện
hơn nên độ dẻo tăng.
2.1.1.4. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại
chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đường
hoặc chịu ứng suất nén kéo. Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng
suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:8
1
2

1 1
2
3
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
2.1.1.5. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai
cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ
nguội dần sẽ kết tinh lại như cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại
thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến
dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt.
Nếu lấy 2 khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên
máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhưng độ biến
dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn.
2.1.2. Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo
Giả sử trong vật thể hoàn toàn không ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng
suất chính sau :
Hình 4 : Các dạng ứng suất chính
Ứng suất đường : τ
max
= σ
1/2
(1.1)
Ứng suất mặt : τ
max
= (σ
1
- σ
2
)/2 (1.2)
Ứng suất khối : τ

max
= ( σ
max
- τ
max
) (1.3)
Nếu σ
1
= σ
2
= σ
3
thì τ = 0 và không có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại
biến dạng dẻo là biến dạng chảy σ
ch
.
Điều kiện biến dạng dẻo :
Khi kim loại chịu ứng suất đường :
1
σ
= σ
ch
tức τ
max
= σ
ch
/2 . (1.4)
Khi kim loại chịu ứng suất mặt :
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:9
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động

2
1
σσ
−
= σ
ch
(1.5)
Khi kim loại chịu ứng suất khối :
minmax
σσ
−
= σ
max
(1.6)
Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo.
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến dạng
đàn hồi.
A = A
0
+ A
h
(1.7)
Trong đó :
A
0
: thế năng để thay đổi thể tích vật thể (trong biến dạng đàn hồi thể
tích của vật thể tăng lên, tỉ trọng giảm xuống).
A
h
: thế năng để thay đổi hình dáng vật thể .

Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được
xác định:
A = (σ
1
ε
1
+ σ
2
ε
2
+ σ
3
ε
3
) /2 . (1.8)
Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc:
ε
1
=
E
1
[ ε
2
- µ(σ
2
+ σ
3
) (1.9)
ε
2

=
E
1
[ ε
2
- µ(σ
1
+ σ
3
) (1.10)
ε
3
=
E
1
[ ε
3
- µ(σ
1
+ σ
2
) (1.11)
Theo (1.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị:
A =
E2
1
[ σ
1
2
+ σ

2
2
+ σ
3
2
- 2µ(σ
1
σ
2
+ σ
2
σ
3
+ σ
1
σ
3
)
Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến
dạng trong 3 hướng cùng góc:
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:10
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
F
F∆
= ε
1
+ ε
2
+ ε
3

=
E
µ
21−
( σ
1
+ σ
2
+ σ
3
) . (1.12)
E : mô đun đàn hồi của vật liệu .
Thế năng để làm thay đổi thể tích.
A
0
=
( )
3
321
2
σσσ
++
∆
F
F
=
E6
21
µ
−

( σ
1
+ σ
2
+ σ
3
) (1.13)
Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể:
A
h
= A - A
0
=
E6
1
µ
+
[(σ
1
-σ
2
)
2
+(σ
2
-σ
3
)
2
+ (σ

3
-σ
1
)
2
] (1.14)
Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:
A
0
=
E6
1
µ
+
. 2σ
0
. (1.15)
Từ (1.14) và (1.15) ta có :
(σ
1
-σ
2
)
2
+(σ
2
-σ
3
)
2

+ (σ
3
-σ
1
)
2
= 2σ
0
= const
Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo.
Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể nên theo (1.9) ta có thể viết:
σ
2
= µ (σ
1
+ σ
3
) .
Khi biến dạng dẻo (không tính đến đàn hồi) thể tích của vật không đổi
Vậy ∆V=0
Từ (1.12) ta có :
E
µ
21−
( σ
1
+ σ
2
+ σ
3

) = 0
Từ đó : 1-2µ = 0 , vậy µ = 9,5 (1.16)
Từ (1.15) và (1.16) ta có : σ
2
=
2
31
σσ
+
(1.17)
Vậy phương trình dẻo có thể viết:
σ
1
- σ
3
=
0
3
2
σ
= 0,58σ
0
(1.18)
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:11
Giãn dài
Độ bền
0 20 40 60 80%
100
80
50

40
20
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Trong trượt tinh khi σ
1
= -σ
3
thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứng
suất tiếp khi α = 45
0
.
τ
max
=
2
31
σσ
+
(1.19)
So sánh nó với (1.20) ( khi σ
1
= -σ
3
)
τ
max
=
3
0
σ

= k = 0,58σ
0
(1.20)
Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là : k = 0,58σ
0
gọi là hằng số dẻo
Ơ trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết:
σ
1
- σ
3
= 2k = const
2k =
0
3
2
σ
= 1,156
Phương trình dẻo (1.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim
loại bằng áp lực .
Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo (1.18) chính xác nhất là
được viết:
±σ
1
- (±σ
3
) = 2k
2.1.3. Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội
Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim
loại sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng.

Hình vẽ dưới đây trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ
học của thép và mức độ biến dạng rất rỏ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim
loại hầu như mất hết tính dẻo
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:12
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Hình 5: Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và mức độ biến dạng
2.1.4. Biến dạng dẻo và phá hủy
Biến dạng dẻo và phá huỷ được xác định khi thí nghiệm kéo từ từ theo chiều
trục một mẫu kim loại tròn dài ta được biểu đồ tải trọng - biến dạng.
F
b
F
a
F
dh
F
1
b
ca
e
a''
a'O
1
Taíi troüng F
Hình 6: Sơ đồ biểu đồ tải trọng - biến dạng điển hình của kim loai
- Khi tải trọng đặt vào nhỏ F < F
đh
thì khi bỏ tải trọng mẫu trở lại kích thước
ban đầu gọi là biến dạng đàn hồi.
- Khi tải trọng đặt vào lớn F > F

đh
, biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi
bỏ tải trọng biến dạng không mất đi mà vẫn còn lại một phần. Biến dạng này được
gọi là biến dạng dẻo.
-Nếu tiếp tục tăng tải trọng đến giá trị cao nhất F
b
, lúc đó trong kim loại xảy
ra biến dạng cục bộ (hình thành điểm thắt), tải trọng tác dụng giảm mà biến dạng
vẫn tăng (cổ thắt hẹp lại) dẫn đến đứt và phá hủy ở điểm C
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:13
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
2.2. Khái niệm uốn
2.2.1. Định nghĩa
Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phôi
có dạng cong hay gấp khúc,phôi có thể là tấm, dài ,thanh định hình và được uốn ở
trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng. Trong quá trình uốn phôi được biến dạng dẻo
từng phần dể tạo thành hình dáng cần thiết.
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác
nhau của phôi uốn.
2.2.2. Quá trình uốn
Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm thay đổi
hướng thớ của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước.
Trong quá trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hướng dọc thớ và đồng
thời bị giãn ra theo hướng ngang, còn phần phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực
kéo. Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hoà không bị ảnh hưởng bởi lực kéo
nó vẫn ở trạng thái ban đầu. Ta sử dụng lớp trung hoà để tính sức bền của vật liệu
khi uốn.
Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tượng chiều dày ở tiết diện ngang bị sai
lệch về hình dạng lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng

không có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng
lớn sẽ chống lại biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn và ngược lại.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:14
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
α
R
r
B
L
Hình 7 :Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn
Hình 8 : Phôi ống sau khi uốn
2.2.3. Tính đàn hồi khi uốn
Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến
dạng dẻo mà có một phần còn lại chịu biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi không còn lực
tác dụng lên phôi thì vật uốn có trở về hình dạng ban đầu.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:15
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
α
α+β
Hình 9 :Tính đàn hồi khi uốn
Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn sau
khi thực hiện quá trình uốn. Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật
liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu.
2.2.3.1. Xác định chiều dài phôi uốn
- Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng.
- Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong
đơn giản.
-Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn
phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa.

Chiều dài phôi được xác địnhk theo công thức:
( )
∑ ∑
++= sxrlL .
180
.
0
ϕπ
Trong đó :
- ϕ
0
= 180 - α
- Σl : Tổng chiều dài cá đoạn thẳng .
-
∑
+ ).(
180
.
0
0
sxr
ϕπ
chiều dài các lớp trung hòa.
- r : Bán kính uốn cong phía trong.
- x : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s.
- s : Chiều dày vật uốn .
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:16
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Khi uốn một góc ϕ< 90
0

thì
∑ ∑
== slL 5,0.
90
0
0
ϕ
2.2.3.2. Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất
r
trong
nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ
không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn ( r
trong
>= r
min
).
- Bán kính uốn lớn nhất : r
max
=
T
s
δ
ε
.2
.
r
ngoài
>= r
trong
+ s

E = 2,15.10
5
N/mm
2
: modun đàn hồi của vật liệu.
S: Chiều dày vật uốn.
σ
T
: giới hạn chảy của vật liệu.
- Bán kính uốn nhỏ nhất:
2
1
1
min
s
r






−=
δ
-δ: Độ giản dài tương đối của vật liệu ( %).
Theo thực nghiệm có: r
min
= k.s
k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn α.
2.2.4. Công thức tính lực uốn

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.
-Lực uốn tự do được xác định theo công thức
11
2
1


ksB
l
nsB
P
b
b
δ
δ
==
(N)
l
ns
k
.
1
=
: hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo
bảng phụ thuộc vào tỉ số l/s
B
1
: Chiều rộng của dải tấm.
S : Chiều dày vật uốn.

GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:17
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
N : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng : n = 1,6 - 1,8
σ
b
: giới hạn bền của vật liệu.
l : Khoảng cách giưã các điểm tựa.
- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức.
P = q.F ( N )
- q : Áp lực tinh chỉnh ( là phẳng ) chọn theo bảng .
- F : Diện tích phôi được tinh chỉnh.
Tóm lại : Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn
đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở dạng đàn hồi. Vì vậy không còn lực
tác dụng thì vật uốn sẽ không giữ được kích thước và hình dáng như ban đầu
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:18
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Chương 3:
CÁC THIẾT BỊ UỐN VÀCÔNG NGHỆ UỐN
3.1. Các phương pháp uốn ống
3.1.1. Uốn kiểu ép đùn vào ống
Kiểu ép đùn vào ống là phương pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả
các phương pháp uốn ống.
Hình 10: Mô hình uốn kiểu ép đùn
Phôi ống được kẹp chặt tại hai điểm cố định. Bộ phận uốn chuyển động về giữa
trục ống và tiến hành bẻ cong ống. Phương pháp này có thiên hướng làm biến dạng
cả mặt trong và mặt ngoài của ống. Phôi uốn bị biến dạng thành hình ôvan tuỳ
thuộc vào độ dày của vật liệu. Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện
hoặc chứa các dây nối tới đèn chiếu sáng.
Hình 11 : Bộ phận máy uốn ép đùn
3.1.2. Uốn kiểu kéo và quay

Kiểu uốn này được sử dụng khá phổ biến và được dùng khi đảm bảo đường
kính của ống uốn là không đổi trong quá trình uốn.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:19
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Hình 12 : Mô hình uốn kiểu kéo và quay
Phôi ống được kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã được
xác định sẵn từ trước. Phương pháp này được sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn
các tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của
khung gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác.
3.1.3. Uốn kiểu có chày uốn
Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hư hỏng và
biến dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận được.
Hình 13 : Mô hình uốn kiểu có chày uốn
Các phôi ống được đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ linh động trong ống, chày
uốn bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và méo mó. Ống được bẻ cong qua
puly uốn được cố định trên các má uốn để đảm bảo quá trình uốn được thực hiện tốt
nhất.
Phương pháp này được sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau: ống
xả, ống tubin, ống dẫn nước, dẫn dầu trong hệ thống thủy lực Những nơi không
cho phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn.
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:20
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Hình 14 : Máy uốn kiểu dùng chày uốn
3.1.4. Uốn bằng các trục lăn
Được sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đường kính phôi lớn hoặc các
sản phẩm có dạng tròn mà đường kính vòng tròn khá lớn.
Hình15: Mô hình uốn kiểu trục lăn
Đầu cán gồm có 3 trục cán, phôi cán được lồng vào hai trục lăn hai bên trục
lăn trên có thể chuyển động lên xuống để thực hiện quá trình biến dạng ống (quá
trình cán). Quá trình điều khiển trục cán trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng

thủy lực.
Kiểu uốn này được sử dụng để chế tạo ra trục tang lớn, các ống hút và xả trên
tàu thủy các vật có bán kính đường tâm rất lớn.
Hình 16 : Bộ phận máy uốn kiểu trục lăn
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:21
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
Chương 4:
THIẾT KẾ MÁY UỐN ỐNG TỰ ĐỘNG
A. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
4.1. Phân tích các phương án
4.1.1. Phân tích các yêu cầu của quá trình uốn
- Thực hiện quá trình kẹp chặt và giữ phôi khi uốn.
- Thực hiện hành trình uốn.
- Lực uốn danh nghĩa của máy phải lớn hơn lực uốn cần thiết.
- Nhả kẹp và tháo ống.
4.1.2. Lựa chọn các kết cấu máy hợp lí
Máy uốn ống cỡ lớn dùng để uốn các ống có đường kính từ 20-110 (mm)và
có độ dày lớn nhất là 10 (mm) do đó ta phải lựa chọn phương án truyền động và lựa
chọn cơ cấu máy hợp lí.
4.1.2.1 . Lựa chọn phương án truyền động.
Để thực hiện công tác kéo má động khi uốn ta có thể bố trí dạng truyền
động là: truyền động bánh răng, sử dụng hệ thống thủy lực
• Phương án 1 : Truyền động bánh răng.
Khi mở máy thông qua hộp giảm tốc chuyển động được truyền đến trục
uốn làm quay puly uốn để thực hiện quá trình uốn.
- Nhược điểm: Kết cấu máy rất phức tạp, cồng kềnh, khó điều
khiển, quá trình kẹp và nhả kẹp của các cơ cấu uốn phức tạp.
- Sơ đồ nguyên lí:
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:22
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động

4
1
2
3
Hình 17: Sơ đồ nguyên lí phương án truyền động dùng bánh răng
1. Động cơ 3. Trục uốn 5. Má động
2. Hộp giảm tốc 4. Puly uốn
• Phương án 2: Sử dụng hệ thống thủy lực.
- Sơ đồ nguyên lí:
Hình 18: Sơ đồ nguyên lí máy uốn dùng hệ thủy lực
1. Má động 3. Xi lanh kéo về
2. Má tĩnh 4. Xi lanh kéo uốn
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:23
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
-Sử dụng các xi lanh thủy lực kéo đĩa xích để thực hiện quá trình uốn và quá
trình kẹp nhả ống.
-Ưu điểm: Kết cấu máy đơn giản, máy có công suất lớn,truyền động với
khoảng cách lớn. Chuyển động đi về (thực hiện uốn) và chuyển động kẹp chặt dễ
dàng.
-Nhược điểm: Do xilanh kéo uốn và xi lanh kéo về thực hiện quá trình kéo
xích vòng qua đĩa xích do đó chiều dài của xilanh và cần pittong phải khá lớn.
Vậy ta lựa chọn phương án thiết kế máy là sử dụng hệ thống thủy lực.
4.1.2.2 . Lựa chọn kết cấu máy hợp lí
* Lựa chọn các loại đầu kẹp ống
Có 2 loại đầu kẹp ống: Đầu kẹp có sử dụng các con lăn và đầu kẹp sử
dụng các má kẹp.
- Đầu kẹp sử dụng con lăn:
Các máy uốn ống sử dụng đầu kẹp này chủ yếu là các máy có công suất be.
Khi uốn ma sát sinh ra trên ống kẹp và puly uốn nhỏ (ma sát lăn). Nhược điểm
của loại này là khi các ống có kích thước lớn thì kết cấu puly cồng kềnh và

đầu kẹp sẽ lớn.
- Đầu kẹp sử dụng các má kẹp:
Các má kẹp này có kết cấu khá đơn giản có thể dùng kẹp các ống có đường
kính lớn nhưng nhược điểm của nó là tạo ra lực ma sát lớn khi uốn (ma sát
trượt). Để hạn chế ma sát trượt trên má kẹp vì dễ làm hư hỏng ống khi ống trượt
trên má kẹp (đặc biệt là các ống inox mỏng) ta thiết kế bộ phận dẫn động cho
má kẹp (ở trên má kẹp tĩnh nhưng kết cấu khá phức tạp).
Hình19: Má kẹp
*Cách bố trí các xi lanh uốn
-Máy chỉ sử dụng một xi lanh
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:24
Đồ Án Chuyên Ngành Thiết kế Máy uốn ống tự động
1
2 3
4
5
Hình 20: Sơ đồ máy chỉ dùng một xi lanh
1. Đĩa xích cố định trên thân máy
2. Xi lanh
3. Khớp nối
4. Xích
5. Đĩa xích gắn trên trục má động
Khi sử dụng xi lanh 2 chiều thì ưu điểm của nó là chi phí thấp vì chỉ sử dụng
1 xilanh cho quá trình 1 xi lanh cho quá trình chuyển động đi về của má uốn.
Nhưng hạn chế của nó là bố trí của máy và xích kéo dài, công suất máy khá bé.
-Máy sử dụng 2 xi lanh
1
2
3 4
5

Hình 21: Sơ đồ máy dùng 2 xi lanh
1. Xi lanh kéo uốn 4. Đĩa xích
2. Khớp nối 5. Xi lanh kéo về
GVHD: Th.S Lăng Văn Thắng Trang:25