THIẾT KẾ MÁY UỐN CẮT TỰ ĐỘNG ỐNG THÉP phi 21 phi 54

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Thiết kế máy uốn, cắt tư động ống thép

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu sơ lược:
Ngày nay, gia công áp lực đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Chi
tiết tạo hình bằng công nghệ trên chiếm đến khoảng 75% trên sản phẩm xe hơi, 80% trên
dụng cụ và thiết bò điện, 95% trên máy nhiệt lạnh và nhiều sản phẩm trong ngành xây dựng.
Ở các nước trên thế giới, thiết bò gia công áp lực ngày càng chiếm tỉ lệ cao trong tổng số
máy gia công kim loại. Ví dụ ở Italia tỉ lệ này vào khoảng 30% và lớn hơn nữa trong các nước
có ngành công nghiệp phát triển. Ở nước ta tỉ lệ này chỉ vào khoảng 10  12% và ngày càng
tăng.
Với qui mô sản xuất ngày càng lớn, các thiết bò gia công áp lực được thiết kế ngày càng
hoàn chỉnh với khả năng công nghệ và mức độ an toàn cao. Công nghệ được sử dụng phổ
biến và hiệu quả trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, nhưng đồng thời cũng được dùng
nhiều trong sản xuất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc.
Một trong những nguyên công thường gặp nhất là công nghệ uốn. Uốn là phương pháp
gia công áp lực làm cong phôi dạng tấm, ống hay các tiết diện đònh hình v.v… Trong đó, uốn
chi tiết với tiết diện tròn đóng một vai trò quan trọng.

1.2 Sản phẩm và công dụng :
Ngày nay, ống uốn được sử dụng một cách rộng rãi trong các ngành công nghiệp xe hơi,
công nghiệp hàng không, công nghiệp đóng tàu, đồng thời nó cũng được dùng trong công
nghệ hoá chất, công nghệ năng lượng và rất nhiều ngành công nghiệp khác.
Về vật liệu ống uốn, ống uốn dùng trong công nghiệp thường làm bằng thép, đồng,
nhôm hoặc titan hay hợp kim với những yêu cầu đặc biệt của sản phẩm.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

1

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 1: Giới thiệu đề tài

Thiết kế máy uốn, cắt tư động ống thép

Khả năng công nghệ của uốn ống là rất lớn. Tiết diện uốn có thể là tròn, vuông. Thông
thường ống thép đã được uốn dùng như bán thành phẩm cho một giai đoạn tạo hình cuối. Các
lónh vực ứng dụng của ống uốn rất đa dạng, tuỳ thuộc vào yêu cầu của chi tiết uốn và dạng
tạo hình dùng cho chi tiết đó.
Người ta thường dùng ống uốn cho các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày như: tay vịn cầu
thang ,bàn ghế, võng xếp, đồ trang trí nội thất v.v …

Hình 1.1 : Tay vịn cầu thang..
Do tính chất nhẹ, bền mà ống cũng được sử dụng trong kiến trúc xây dựng. Kết cấu
vòm cho không gian lớn như: nhà xưởng, nhà thi đấu thể thao, nhà ga v.v …

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

2

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 1: Giới thiệu đề tài

Thiết kế máy uốn, cắt tư động ống thép

Hình 1.2: Mái vòm nhà xưởng sử dụng thép ống.
Đặc biệt là sản phẩm ống uốn được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, xe máy. Sản
phẩm là chi tiết lắp ráp như: khung sườn xe, cổ lái, càng và các chi tiết chòu lực khác. Ngoài
ra còn ứng dụng làm ống dẫn ga, dẫn khí như: ống bô, ống xả v.v..

Hình 1.3: Kết cấu khung xe
GVHD:ThS Lê Khánh Điền

3

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 1: Giới thiệu đề tài

Thiết kế máy uốn, cắt tư động ống thép

Hình 1.4: Pô xả trên xe ô tô.
Việc lắp đặt xây dựng nhà xưởng, hệ thống đường ống dẫn ga, dẫn khí… đòi hỏi một số
lượng lớn các đoạn ống nối (Elbow/ Coude). Nên việc sản xuất hàng loạt những ống nối (co)
900 , 1800 là điều cần thiết nhằm phục vụ nhu cầu trên.

Hình 1.5: Hệ thống đường ống dẫn khí gas.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

4

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Thiết kế máy uốn, cắt tư động ống thép

Hình 1.6. Co nối 90O với các đường kính khác nhau.

Hình 1.7. Co nối 1800.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

5

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 1: Giới thiệu đề tài

Thiết kế máy uốn, cắt tư động ống thép

Hình 1.8. Co nối với đường kính và góc uốn khác nhau.
1.3 Kết luận:
Hiện tại thì ngành cơ khí chế tạo ở nước ta vẫn còn chậm phát triển so với các nước
trong khu vực và trên thế giới. Tuy nhiên một vài năm trở lại đây đã có những bước tiến khả
quan. Nhiều công ty, xí nghiệp trong nước đã có đầu tư trang thiết bò hiện đại cùng đội ngũ
nhân viên kỹ thuật và kỹ sư có trình độ cao, cho ra đời những sảm phẩm có chất lượng.
Tuy nhiên, về máy móc thiết bò thì ta vẫn bò động do hầu hết đều được nhập về từ nước
ngoài: Châu Âu. Nhật, Đài Loan, Trung Quốc … . Vấn đề gặp thường gặp khi sử dụng là khâu
bảo trì, sửa chữa do tốn chi phí và thời gian chờ chuyên gia của nhà sản xuất. Rõ ràng chúng

ta rất không chủ động về công nghệ và máy móc.
Qua tất cả những tìm hiểu trên cho thấy rằng việc nghiên cứu và chế tạo máy móc trong
nước là cần thiết trong thời điểm hiện tại. Mục tiêu của chúng ta là phải làm chủ công nghệ
càng sơùm càng tốt, càng nhiều càng tốt.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

6

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ

2.1 Một số phương pháp uốn ống:
Phương pháp uốn ống phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố như: đường kính ống uốn, chiều
dày ống, bán kính góc lượn, góc độ uốn và vật liệu ống uốn.
Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm: độ chính xác về kích thước và hình học, cơ tính tức khả năng
chòu lực của sản phẩm. Năng suất của sản phẩm.
Đối với yêu cầu đề tài là uốn cong và cắt sản phẩm ống thép  21   54 mm, chiều dày t
= 2  3,5 mm. Co ống (Elbow) được sản xuất hàng loạt, với khả năng chòu lực cao. Trong tính
toán của luận văn, ta sẽ tính cho bán kính uốn và góc uốn lớn nhất có thể.
Có nhiều phương pháp uốn ống với bán kính cho trước. Một số kỹ thuật chính được sử
dụng: uốn dùng con lăn, uốn với nguyên lý nén, uốn kéo, uốn với khuôn quay.
2.1.1 Phương pháp uốn dùng con lăn :
Phương pháp này dựa trên nguyên lý tiếp xúc điểm qua các con lăn có tiết diện tương ứng

với tiết diện của sản phẩm, phổ biến là uốn qua ba con lăn.
Nguyên lý hoạt động: ba con lăn có kích thước như nhau được sắp xếp thành hình tam
giác, hai con lăn được cố đònh và con lăn thứ ba dòch chuyển được. Phôi được do ma sát giữa
con lăn thứ ba, chuyển được sẽ kéo phôi uốn, lăn trên hai con lăn cố đònh.
Ưu điểm:
1. Uốn sản phẩm với kích thước lớn, tiết diện thay đổi được theo hình 2.5
2. Bán kính và góc độ uốn lớn, hoặc xoắn ống..
Nhược điểm:
1. Khó uốn khi bán kính ống uốn nhỏ, thành mỏng và ống ngắn.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

7

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

2. Độ dày mỏng của sản phẩm phụ thuộc vào lực uốn.
3. Chỉ phù hợp trong sản xuất ống với góc uốn lớn.
4. Thiết kế, lắp đặt vò trí lưỡi dao cắt khó khăn.
5. Năng suất thấp.

Hình 2.1: Phương pháp uốn dùng ba con lăn.

Hình 2.2: Con lăn và tiết diện khuôn tương ứng

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

8

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

2.1.2 Phương pháp uốn theo nguyên lý nén :
Là phương pháp uốn dựa trên nguyên lý nén ép với bộ khuôn gồm: khuôn uốn, khuôn
kẹp và khuôn nén.
Nguyên lý hoạt động: trong quá trình uốn, khuôn kẹp sẽ kẹp chặt phôi vào khuôn uốn
được cố đònh, tiếp tuyến của cung uốn. Khuôn áp lực di chuyển quay quanh khuôn uốn và ép
ống dọc theo khuôn uốn xác đònh nên góc uốn theo yêu cầu.

Hình 2.3: Nguyên lý uốn nén.
Ưu điểm:
1. Kết cấu máy đơn giản do chỉ có khuôn nén quay, các khuôn còn lại đều cố đònh.
2. Khuôn có thể thay đổi tuỳ thuộc vào tiết diện mặt cắt ngang của sản phẩm cần uốn
Nhược điểm:
1. Bề mặt sản phẩm uốn không tốt do ảnh hưởng ma sát giữa khuôn nén và phôi uốn.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

9

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc

Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

2. Góc uốn bò hạn chế, phương pháp chỉ có năng suất cao khi góc uốn nhỏ hơn hoặc bằng

90o .

2.1.3 Phương pháp uốn ống theo nguyên lý kéo:
Uốn kéo là phương pháp uốn ống mới. Khác với các phương pháp trước đó là thành trong
chòu ứng suất nén và thành ngoài chòu ứng suất kéo, thì ở phương pháp này cả hai phía đều
chòu ứng suất kéo.
Nguyên lý hoạt động: hai đầu ống sẽ được nối với hai xi lanh kéo bằng ngàm kẹp. Trong
quá trình làm việc, hai xi lanh vừa kéo vừa xoay đồng thời khuôn uốn di chuyển tới để đònh
hình góc uốn bằng biến dạng của khuôn uốn.

Hình 2.4: Phương pháp uốn theo nguyên lý kéo.
Ưu điểm:
1. Cơ tính giữa lớp trong và ngoài ổ đònh, đồng đều (đều bò kéo)
2. Tiết diện có thể thay đổi bằng các bộ khuôn khác nhau

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

10

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc

Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

3. Năng suất cao khi sản phẩm có nhiều cung uốn.
Nhược điểm:
1. Kết cấu máy phức tạp và điều khiển đòi hỏi độ chính xác cao
2. Chế tạo khuôn khó khăn
3. Chi phí đầu tư lớn
4. Không kha thi khi thưc hiên quá trình cắt tự động.
2.1.4 Uốn ống theo nguyên lý cuộn :
Uốn ống theo nguyên lý cuộn là phương pháp uốn được sử dụng linh động nhất trong công
nghiệp. Số lượng lớn các nhà cung cấp khuôn với giá thành cạnh tranh. Dụng cụ uốn gồm:
khuôn uốn (con lăn dưỡng quay), khuôn kẹp và khuôn áp lực. Ngoài ra còn có lõi để tránh
nếp nhăn và giảm độ ô van cho tiết diện ống tại cung uốn.
Nguyên lý hoạt động: Phôi uốn được lắp vào lõi và được đònh vò một đầu bằng cử đã được
tính toán trước. Sau đó phôi được kẹp chặt trong rãnh của khuôn uốn nhờ khuôn áp lực. Khi
uốn, khuôn uốn và khuôn áp lực sẽ quay một góc xác đònh theo yêu cầu rồi dừng lại. Khi đó
ống sẽ được cuộn vào khuôn uốn . Khuôn kẹp sẽ bò kéo theo do ma sát và dòch chuyển theo
cùng theo phương tiếp tuyến của ống so với cung uốn.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

11

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Hình 2.5: Phương pháp uốn theo nguyên lý cuộn.
Ưu điểm:
1. Góc uốn lớn, điều chỉnh góc xoay dễ dàng.
2. Uốn được ống có đường kính.
3. Giảm được sai lệch hình dạng tiết diện ống, đảm bảo cơ tính của sản phẩm.
4. Dễ tự động hoá, kể cả quá trình cắt thành sản phẩm.
5. Năng suất cao
Nhược điểm:
1. Đầu tư thiết bò tương đối lớn
2. Phải thiết kế khuôn thay thế cho từng nhóm sản phẩm uốn khác nhau.
2.1.5 Phân tích và lựa chọn nguyên lý uốn

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

12

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Qua phân tích nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của các phương pháp uốn ống đã
biết. Ta nhận thấy phương pháp uốn theo nguyên lý cuộn có nhiều ưu điểm, phù hợp với yêu
cầu sản phẩm về cơ tính, độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học.
1. Sản phẩm là chi tiết trong ngành ôtô, xe máy, nhà xưởng, hệ thống ống dẫn.
2. Sản phẩm có khả năng chòu lực cao.

3. Sản phẩm uốn với các nguyên công tiếp theo là: gá hàn.
4. Số lượng lớn với độ đồng nhất cao.
Ngoài ra, việc thiết kế và chế tạo có thể thực hiện được với yêu cầu điều kiện sản xuất
hiện tại.
Với phương án được chọn, ta có sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy uốn ống theo hình
2.6.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

13

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

1

4
LÙI
DAO

2

5

3

6

DAO
C? T

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp uốn, cắt tự động.
2.2 Sơ đồ động của máy:
2.2.1 Sơ đồ động:
Từ sơ đồ nguyên lý ta thiết kế sơ đồ động theo hình 2.7

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

14

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

1

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

2

3

4

5

6

7

17

DAO
C? T

8

9

16

10

15

11

14

12

13

Hình 2.7: Sơ đồ động của máy.
1. Xi lanh thuỷ lực tác động kép điều khiển khuôn kẹp .

2. Đế quay khuôn kẹp.
3. Khuôn kẹp.
4. Khuôn quay.
5. Khuôn áp lực.
6. Giá đỡ xy lanh áp lực.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

15

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

7. Sống trượt vít me – đai ốc.
8. Cụm đỡ khuôn áp lực.
9. Xy lanh áp lực.
10. Lò xo hồi.
11. Cử đònh vò ống uốn.
12. Thep ống.
13. Ranh trượt điều chỉnh.
14. Xy lanh hai đầu, tác động kép.
15. Bánh răng trụ răng thẳng
16. Thanh răng.
17. Trục chính của máy.
Nguyên lý hoạt động :
Quá trình uốn bắt đầu được thực hiện khi ta đóng điện cho mạch thuỷ lực hoạt động.

Ống uốn được đònh vò nhờ vào cử đònh vò (11). Dưới tác dụng của xy lanh thì khuôn
kẹp (3) và khuôn áp lực (5) được đẩy tới kẹp vào ống uốn. Khuôn kẹp gây ra lực kẹp làm cho
ống ban đầu thẳng được uốn cong áp sát khuôn uốn. Lực kẹp được cố đònh trong suốt quá
trình uốn.
Sau đó, xi lanh (14) đẩy thanh răng (16) di chuyển tới truyền động cho bánh răng (15)
tạo mô men uốn. Khuôn uốn và cụm khuôn kẹp quay theo ép ống uốn sát vào bán kính cong
của khuôn uốn. Lực ma sát giữa ống và khuôn áp lực kéo khuôn áp lực trượt dọc theo rãnh
trượt, trượt tiếp tuyến với góc uốn.
Góc uốn được xác đònh tương ứng thông qua hành trình của xi lanh (14) bằng cách thiết
lập vò trí của cảm biến.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

16

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Khi uốn ống tới góc yêu cầu, dao cắt tiến đến cắt đứt ống, xi lanh (14) đứng yên và hai
xi lanh điều khiển kéo khuôn kẹp và khuôn áp lực lùi về. Sản phẩm là co ống thành phẩm rơi
xuống thùng chứa phía dưới. Xi lanh (14) kéo về đúng vò trí đã được lập trình và chuẩn bò một
chu kỳ uốn, cắt tự động tiếp theo.
2.2.2 Một số điều chỉnh khi uốn:
1. Bộ khuôn có thể thay đổi để uốn ống với đường kích ngoài của ống uốn.
2. Khi bán kính cung uốn thay đổi thì khuôn quay thay đổi. Ta phải điều chỉnh sống trượt
vít me – đai ốc để đưa cụm áp lực tiếp tuyến và cụm đònh vò với khuôn quay.

3. Khi uốn ống thành mỏng, ta phải sử dụng lõi cố đònh hoặc lõi di động.
2.3 Lý thuyết uốn ống:
Uốn ống là nguyên công nhằm biến đổi phôi dạng ống có trục thẳng thành các sản
phẩm hay bán thành phẩm có dạng cong.Uốn kim loại được thực hiện do biến dạng dẻo xảy
ra ở hai phần khác nhau của sản phẩm.
2.3.1 Quá trình biến dạng dẻo của kim loại:
Biến dạng dẻo của kim loại là hình thái biểu diễn khi có tải trọng tác động lên vật thể
kim loại mà sau khi bỏ tải thì biến dạng đó vẫn còn. Người ta lợi dụng tính chất này để ứng
dụng vào quá trình gia công áp lực kim loại.

b
a
P

0
GVHD:ThS Lê Khánh Điền

17

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Hình 2.8: Biểu đồ ứng suất và biến dạng.
Biểu đồ cho thấy quá trình biến dạng có các giai đoạn sau:
Giai đoạn biến dạng đàn hồi:
Trên hình là đoạn từ O đến P, khi tăng tải trọng từ từ thì biến dạng cũng tăng tuyến tính

theo đònh luật Húc. Kim loại sẽ trở về trạng thái ban đầu khi bỏ tải trọng. P gọi là giới hạn
hồi của kim loại.
Giai đoạn biến dạng dẻo:
Đoạn từ P đến a, khi tăng tải trọng vượt qua giới hạn đàn hồi, kim loại đạt tới trạng thái
biến dạng dẻo. Biến dạng tăng rất nhanh mặc dù ứng suất tăng ít. Khi bỏ tải trọng , không
phải toàn bộ kim loại kim loại đều ở trạng thái biến dạng dẻo mà vẫn tồn tại biến dạng đàn
hồi theo đònh luật “Đònh luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo”. Đây chính là giai
đoạn dùng để gia công.
Giai đoạn củng cố:
Đoạn từ a đến b, giai đoạn không phục hồi biến dạng, nếu tiếp tục tăng tải trọng tới giới hạn
nào đó thì vật liệu sẽ bò phá huỷ. Điểm b được gọi là giới hạn bền của vật liệu.
Giai đoạn phá huỷ:
Trong giai đoạn này, các vết nứt tế vi phát sinh, xuất hiện sư tập trung ứng suất làm phá huỷ
vật liệu.

2.3.2 Biến dạng trong quá trình uốn ống:
Trong quá trình uốn độ cong của phần phôi bò biến dạng sẽ tăng lên và tại cùng biến
dạng xảy ra hai quá trình khác nhau ở hai phía của phôi: các lớp kim loại ngoài góc uốn thì bò
kéo, còn các lớp bên trong thì bò nén

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

18

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

vùng chòu nén

vùng
chòu
nén

vùng chòu kéo

vùng chòu kéo

Hình 2.9: Biến dạng trong quá trình uốn.
Sau khi uốn hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn bò thay đổi ,
sự thay đổi của tiết diện ngang càng lớn khi bán kính uốn càng nhỏ. Sự thay đổi tiết diện
ngang tại vùng uốn là do biến dạng dẻo theo bán kính của khuôn uốn với đònh luật thể tích
không đổi kéo theo biến dạng dẻo ngược dấu theo một hoặc hai hướng tương ứng vuông góc:
hướng kính và hướng trục.

2.3.3 Bán kính uốn cho phép:
Khi uốn ống với bán kính tương đối nhỏ thường có đặc điểm riêng liên quan tới sự mất
ổn đònh của phôi tại vùng nén làm xuất hiện những nếp nhăn. Bán kính uốn tới hạn là bán
kính mà khi đó phôi uốn ở trạng thái giới hạn của sự mất ổn đònh, nó phụ thuộc vào chiều
dày tương đối của thành ống, tính chất cơ học của vật liệu, bán kính uốn, độ biến mỏng cho
phép của thành ống, độ ô van cho phép của tiết diện ngang tại vùng uốn v. V …

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

19

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc

Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Một cách gần đúng, bán kính uốn tới hạn tương đối của ống mà bán kính này sẽ không
làm xuất hiện nếp nhăn, có thể xác đònh theo công thức thực nghiệm sau:

r

rmin
t
 9, 25 0, 2 
D
D

Trong đó:
D - đường kính ngoài của ống
S

- chiều dày thành ống.
Tính toán theo công thức trên có thể thấy rằng khi thay đổi chiều dày tương đối của

thành ống S/D từ 0,01 đến 0,1 thì bán kính uốn tới hạn tương đối của ống thay đổi từ 4,1 đến
3,0.
Như vậy với yêu cầu của luận văn: D = 54 mm, t = 3 mm
Bán kính uốn tới hạn của khuôn uốn:

rmin  D 9, 25. 0, 2 

3
3
 54.9, 25. 0, 2 
 190mm
D
54

Ta chọn bán kính uốn tính toán: R = 200 mm, khả năng uốn lớn nhất của máy.
2.3.4 Độ ô van của tiết diện ngang tại góc uốn:
Ngoài sự tạo nếp nhăn, khi uốn ống còn xảy ra sự thay đổi hình dạng mặt cắt ngang
tại góc uốn của ống; sự thay đổi này có thể được coi là một dạng mất ổn đònh. Tiết diện tròn
ban đầu sẽ thay đổi thành ô van. Độ ô van xuất hiện do tác động của lực uốn lên các phân tố
vòng trên ống. Kí hệu là U và được xác đònh bởi công thức sau:

U

U q ( )  Dr ( )
D

.100%

Trong đó:

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

20

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc

Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

D - Đường kính ống.
Dq ( ) - Đường kính theo phương vuông góc với mặt uốn

Dr ( ) - Đường kính theo phương mặt phẳng uốn..

A

Dr

A-A

A

Dq

Hình 2.10: Độ ô van của tiết diện ngang tại góc uốn.
Độ ô van của tiết diện ngang ống được quy đònh tuỳ theo tiêu chuẩn ngành.Khi bán
uốn lớn, sự sai lệch không lớn hơn 8 đến 10%, còn khi uốn với bán kính nhỏ thì không quá
20%.
2.3.5 Tính đàn hồi khi uốn:
Là sự thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết sau khi uốn so với hình dáng và kích
thước của khuôn như : bán kính uốn và góc uốn.
Trong quá trình uốn, không phải toàn bộ kim loại kim loại đều ở trạng thái biến dạng
dẻo mà vẫn tồn tại biến dạng đàn hồi. Khi ngoại lực tác dụng lên phôi, lớp kim loại ở vùng
kéo có biến dạng đàn hồi nên co ngắn lại, còn các lớp ở vùng nén thì giãn ra. Biến dạng đàn

hồi khác nhau gây ra sự quay tiết diện ngang của phôi và tạo góc đàn hồi    2  1

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

21

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Hình 2.11: Góc đàn hồi
Góc đàn hồi được xác đònh bằng hai phương pháp: tính toán giải tích và thực nghiệm.
2.3.6 Chiều dài phôi uốn:
Để xác đònh chiều dài phôi nhằm đảm bảo kích thước chi tiết sau khi uốn cần tiến
hành các bước sau:
1. Chia kết cấu ống thành những đoạn cong và đoạn thẳnng đơn giản.
2. Xác đònh vò trí và chiều dài lớp trung hoà thớ cùng biến dạng.
3. Xác đònh chiều dài ống:

L1  L  0 .
Với L 

l

i

Trong đó:

L - tổng chiều dài của những đoạn ống thẳng

0 - Bán kính lớp trung hoà

 - Góc uốn.

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

22

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Hình 2.12: Kích thước dài của ống.
Xác đònh bán kính lớp trung hoà: trong quá trình uốn, lớp kim loại ở trong bò nén, lớp
ngoài bò kéo tồn tại lớp trung hoà. Chiều dài của lớp trung hoà không thay đổi. Trường hợp
tổng quát của uốn ống, ta có công thức xác đònh bán kính lớp trung hoà:

d




   r  1  1
2


Trong đó:

1 

d1
- Hệ số dày thêm hướng kính
d

D ,d1 – đường kính trước và sau khi uốn.
R – bán kính trong uốn. R = R – d/2
Theo thực tế ta có thể xác đònh theo công thức gần đúng sau:

  r  xD
Trong đó:
X – hệ số xác đònh khoảng cách lớp trung hoà đến bán kính phía trong

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

23

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc


Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

Bảng hệ số x khi uốn chi tiết ống và thanh tròn.
Bảng 2.1 Hệ số vò trí trung hoà.

Bán kính uốn

r  1.5 D

rD

r  0.5 D

r  0.25 D

X

0,5

0,51

0,53

0,55

Theo bảng hệ số ta xác đònh được x = 0,5
Ta giảm bán kính khuôn uốn xuống 5% để khắc phục tình trạng biến dạng đàn hồi tồn tại
trong biến dạng dẻo.
R= 200 - 200  5% = 190

r  190 

54
 163 mm
2

Vậy lớp trung hoà sẽ đi qua tâm của tiết diện
Bán kính lớp trung hoà của ống uốn:

  163  0,5  54  190 mm
Chiều dài cung uốn:

L      190    597 mm
2.3.7 Vật liệu :
Bảng vật liệu thép ống dùng trong kết cấu cơ khí theo tiêu chuẩn của Nhật:

Bảng 2.2 Thành phần nguyên tố của ống thép uốn
% Max
Ký hiệu
C

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

Si

24

Mn

P

S

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc

Chương 2: Thiết kế nguyên lý.

STKM 12A

Thiết kế máy uốn, cắt tự động ống thép

0.12

0.35

0.60

0.040

0.040

Bảng 2.3 Cơ tính của vật liệu
Ký hiệu

Giới hạn

Giới hạn chảy N/mm2

bền
STKM12A

340

175

Độ giã#n dài %
Theo phương dọc

Theo phương ngang

35

30

2.4 Khuôn uốn:
Thiết kế sơ bộ khuôn nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, đồng thời là cơ sở
phân tích để thiết kế tính toán bộ truyền và chi tiết máy. Một bộ khuôn bao gồm ba bộ phận
cơ bản: khuôn uốn, khuôn kẹp và khuôn áp lực. Trong đó khuôn uốn sẽ quyết đònh bán kính
cong của ống uốn.
Cơ tính của khuôn bao gồm độ bền, độ cứng, độ dai, khả năng chống mài mòn, đây là
các đặc trưng quan trọng quyết đònh tính chất của khuôn, chẳng hạn, khi độ cứng của dụng cụ
trên 60 HRC thì cứ tăng thêm 1 HRC thì tuổi thọ của khuôn tăng thêm 30%. Thép làm khuôn
dập nguội thường sử dụng hiện nay là SKD11. Cơ tính của SKD11 theo tiêu chuẩn JIS (Nhật
Bản):
Kí hiệu (JIS): SKD11
Khối lượng : 7,85  103 [ kg / m3 ]
Môđun đàn hồi :210[GPa]
2.4.1 Khuôn uốn (bend die):

GVHD:ThS Lê Khánh Điền

25

SVTH: Nguyễn Văn An Quốc