Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (463.29 KB, 30 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
PHẦN I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY LỐC ĐĨA
1.1.GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ CÔNG NGHỆ LỐC ĐĨA :
1.1.1.Quá trình hình thành và phát triển máy lốc đĩa :
Cùng với sự phát triển lớn mạnh của khoa học và công nghệ, nhu cầu sản phẩm
ngày càng nhiều, chất lượng càng cao trong cuộc sống. Từ đó nảy sinh ra nhiều loại
máy móc góp phần sản xuất tạo ra sản phẩm đó.
Trong nghành cơ khí chế tạo; ngoài những công cụ thông dụng như máy bào,
máy phay gia công tạo biên dạng mặt phẳng, mặt bậc; máy tiện tạo biên dạng tròn
xoay,…và còn vô số máy khác nhau với công dụng khác nhau.
Máy lốc đĩa ra đời dựa trên nguyên tắc tạo ra biên dạng cong bất kỳ của một bề
mặt nhờ thực hiện việc chuyển động quay tròn của khuôn lốc, đĩa lốc và chuyển động
tịnh tiến của xy lanh tạo lực ép lớn lên bề mặt những tấm kim loại có bề dày nhất định.
Khi tiến hành lốc tạo biên dạng pít-tông thực hiện việc tịnh tiến từ từ, việc gia công
khó hay không khó tuỳ thuộc vào biên dạng cong cần tạo ra.
1.1.2.Chức năng, nhiệm vụ của máy lốc đĩa :
Máy lốc đĩa là máy chiếm vị trí quan trọng trong nghành đóng tàu biển. Trong
dây chuyền công nghệ nghành đóng tàu máy lốc đĩa có nhiệm vụ tạo ra những biên
dạng cong khi chế tạo vỏ tàu, khung tàu,…
1.1.3.Sản phẩm máy lốc đĩa :
a).Các loại mặt cong đơn giản :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 3-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
b).Các loại mặt cong phức tạp :
Các loại sản phẩm lốc tạo ra mặt cong từ đơn giản đến phức tạp. Sản phẩm tạo ra
có kích thước, trọng lượng phù hợp nằm trong giới hạn cho phép mà máy gia công
được. Thông số kích thước được giới hạn như sau :
- Bề dày chi tiết lốc không được quá 16mm.
- Bề rộng không quá 1500mm.
- Ứng suất chảy không quá 4000kg/cm2.
- Góc lốc của chi tiết không quá 600.
- Kích thước sản phẩm lốc phải theo dưỡng thiết kế.
- Thực tế tại nhà máy máy lốc đĩa chỉ lốc thép vỏ tàu (Thép CT3) với bề dày
từ 8 ÷ 12 mm.
1.1.4.Vật liệu gia công :
Vỏ tàu sử dụng thép các bon thường, dạng tấm chủ yếu là thép CT3. Đặc tính của
thép này là có giới hạn đàn hồi và giới hạn chảy thấp, nhưng lại có độ dẻo cao, dể hàn,
…
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 4-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
*/ Bảng cơ tính quy định mác thép các bon chất lượng thường phân nhóm A.
Mác thép
σ b(MPa)
σ 0,2(MPa)
σ5 %
CT31
≥ 310
20
CT33
320 ÷ 420
31
CT34
340 ÷ 440
200
29
CT38
380 ÷ 490
210
23
CT42
420 ÷ 540
240
21
CT51
500 ÷ 640
260
17
CT61
≥ 600
300
12
*/ Bảng cơ tính quy định mác thép các bon chất lượng thường nhóm B.
%Si
%S
%P
Mác
%C
%M
thép
Sôi
Nửa lặng
Lặng
Không quá
BCT31
≤ 0,23
0,06
0,06
BCT33 0,06÷0,12 0,25÷0,50 0,05 0,05÷0,07 0,12÷0,30
0,05
0,04
BCT34 0,09÷0,15 0,25÷0,50 0,07 0,05÷0,17 0,12÷0,30
0,05
0,04
BCT38 0,14÷0,22 0,30÷0,65 0,07 0,05÷0,17 0,12÷0,30
0,05
0,04
BCT42 0,18÷0,27 0,40÷0,70 0,07 0,05÷0,17 0,12÷0,30
0,05
0,04
BCT51 0,28÷0,37 0,50÷0,80 0,07 0,05÷0,17 0,12÷0,30
0,05
0,04
BCT61 0,38÷0,49 0,50÷0,80 0,07 0,05÷0,17 0,12÷0,30
0,05
0,04
*/ Ưu nhược điểm của thép các bon:
- Ưu điểm :
+ Rẻ tiền, dể nấu luyện và không dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền.
+ Có cơ tính nhất định, có tính công nghệ tốt như dể đúc, dể hàn, cán,
rèn, dập, kéo sợi và gia công cắt gọt.
- Nhược điểm :
+ Độ bền, giới hạn đàn hồi thấp (không quá 700MPa) khi đem thường
hóa hoặc ủ.
+ Độ thấm tôi thấp, khó có thể tôi thấu 1 chi tiết có đường kính khoảng
15mm.
+ Độ bền và nhất là độ cứng ở nhiệt độ cao rất thấp. Đây là điểm yếu
nhất của thép các bon thường.
+ Độ bền chống mài mòn thấp so với các thép hợp kim.
+ Độ bền chống ăn mòn thấp, dể bị gỉ trong không khí.
1.1.5.Nguyên lý hoạt động của máy lốc đĩa :
1.1.5.1.Sơ đồ nguyên lý :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 5-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Trong đó : 1. Động cơ điện.
2.Trục truyền động.
3.Hộp giảm tốc.
4.Khuôn lốc.
5.Đĩa lốc.
6.Piston.
7.Xy lanh.
8.Phanh điện từ.
1.1.5.2.Nguyên lý hoạt động máy lốc đĩa :
Động cơ điện (1) quay truyền động qua trục truyền (2) nhờ hộp giảm tốc (3)
giảm tốc trục ra và truyền chuyển động quay cho khuôn lốc (4). Động cơ bơm dầu qua
van và đẩy piston (6) chuyển động tịnh tiến lên xuống trong xy lanh (7).
Khi tiến hành lốc tạo biên dạng cong, chi tiết được đặt trên khuôn lốc 4
(Khuôn lốc không quay được nhờ sự hãm của phanh điện từ 8). Ấn nút điều khiển để
mở van, động cơ dầu bơm dầu qua van và đẩy piston 6 chuyển động tịnh tiến đi xuống
ép vào chi tiết. Trên đầu của piston có gắn đĩa lốc 5, khi tiếp xúc với chi tiết ép biến
dạng chi tiết.
Quá trình ép vào chi tiết phải từ từ, có nghĩa cho piston 6 chuyển động tịnh
tiến với quãng đường dịch chuyển ngắn. Sau khi điều chỉnh chiều dài ép của piston
nhờ một thanh thước thẳng gắn trên xy lanh 7. Khoá van để cố định piston, tiến hành
nhả phanh thắng 8, động cơ quay truyền chuyển động cho khuôn lốc. Khuôn lốc quay
nhờ ma sát truyền chuyển động qua chi tiết làm chi tiết chuyển động tịnh tiến. Nhờ ma
sát giữa chi tiết và đĩa lốc làm cho đĩa lốc quay tròn tại tâm của nó.
Quá trình quay khuôn lốc, lực ép của piston lên chi tiết, chi tiết chuyển động
tịnh tiến, đĩa lốc quay tròn đã làm chi tiết biến dạng thành những biên dạng cong. Sự
điều chỉnh hướng tiến của chi tiết và chiều dài sau mỗi lần ép sẽ tạo ra những biên
dạng cong bất kỳ cho sản phẩm lốc.
Tiến hành lốc từ từ từng đường và điều chỉnh dần dần chiều dài ép cho phù
hợp để đạt được mặt cong theo dưỡng thiết kế.
1.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC MÁY :
1.2.1. Các chuyển động cần thiết của máy :
- Chuyển động quay tròn của khuôn lốc nhờ ma sát kéo chi tiết chuyển động tịnh
tiến để uốn và lốc tạo biên dạng cong
- Chuyển động tịnh tiến của đầu gắn đĩa lốc tạo lực ép vào chi tiết gây biến dạng
chi tiết.
- Chuyển động quay tròn của đĩa lốc nhờ ma sát giữa đĩa lốc và chi tiết.
1.2.2. Chọn cơ cấu chấp hành :
+. Chuyển động thẳng : Dùng cơ cấu xy lanh – piston, thanh răng - bánh răng, cơ
cấu cam – cần đẩy.
+. Chuyển động quay : Dùng động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc hoặc hộp tốc
độ, dùng xy lanh thuỷ lực truyền chuyển động quay.
+Bộ điều khiển tốc độ : Hộp giảm tốc hoặc hộp tốc độ.
1.2.3. Chọn nguồn truyền động :
+. Chuyển động thẳng : Dùng động cơ dầu, dùng động cơ khí nén, dùng động cơ
điện và dùng cơ cấu truyền động khác để sinh ra chuyển động thẳng.
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 6-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
+. Chuyển động quay : Dùng động cơ điện, dùng động cơ dầu, dùng khí nén,
dùng cơ cấu thanh răng - bánh răng,…
1.2.4.Phương án bố trí sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa :
1.2.4.1.Phương án 1 : Dùng xy lanh thuỷ lực và hộp giảm tốc :
1.2.4.2.Phương án 2 : Dùng xy lanh khí nén và hộp giảm tốc :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 7-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
1.2.4.3.Phương án 3 : Dùng xy lanh thủy lực và hộp tốc độ :
1.2.4.4.Phương án 4 : Dùng thanh răng-bánh răng và hộp giảm tốc :
1.2.5.Phân tích phương án bố trí sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa :
*/ Vấn đề sử dụng thuỷ lực hay khí nén :
- Hệ thống điều khiển thuỷ lực dùng môi chất dầu để điều khiển. Dầu có độ nhớt
cao, có khả năng đạt áp suất p lớn (p=150 kg/cm 2). Trong khi đó hệ thống khí nén
dùng không khí để truyền động, với độ nhớt thấp nên áp suất thấp. Áp suất nguồn p =
12÷15 kg/cm2 còn áp suất sử dụng chỉ đạt 6÷7 kg/cm 2 .
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 8-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
- Hệ thống thuỷ lực truyền động được công suất cao và lực lớn, dùng trong thiết
kế các máy có trọng tải lớn. Hệ thống khí nén truyền tải thấp, tải trọng nhỏ do đó chỉ
ứng dụng cho cụm thiết bị hoặc dây chuyền thiết bị.
⇒ Lựa chọn phương án dùng thuỷ lực.
*/ Vấn đề sử dụng cơ cấu thanh răng - bánh răng hay xy lanh thuỷ lực để
truyền chuyển động tịnh tiến :
- Dùng xy lanh thuỷ lực có mức điều chỉnh nhỏ, vô cấp và tạo lực lớn.Trong khi
đó cơ cấu thanh răng - bánh răng muốn tạo lực lớn phải tăng kết cấu và động cơ truyền
động có công suất lớn, cơ cấu khó có thể truyền động vô cấp.
- Hệ thống xy lanh thuỷ lực có kết cấu gọn nhẹ và đơn giản hơn so với khi sử
dụng thanh răng - bánh răng.
⇒ Lựa chọn phương án dùng xy lanh thuỷ lực.
*/Vấn đề sử dụng hộp giảm tốc hay hộp tốc độ :
- Thiết kế hộp giảm tốc đơn giản hơn thiết kế hộp tốc độ.
- Kết cấu hộp giảm tốc đơn giản hơn kết cấu hộp tốc độ.
- Việc sử dụng hộp tốc độ để thay đổi số vòng quay ở trục ra (khuôn lốc) là
không cần thiết và có thể làm cho bề mặt chi tiết gia công biến dạng không đều dể sinh
ra ứng suất nguy hiểm.
⇒ Lựa chọn phương án dùng hộp giảm tốc.
*/Nhận xét : Như vậy từ các phân tích trên ta lựa chọn phương án sơ đồ kết cấu
động học tối ưu là sơ đồ 1. Kết cấu sử dụng hệ thống thuỷ lực, truyền chuyển động
thẳng bằng xy lanh. Truyền chuyển động quay khuôn lốc nhờ động cơ điện thông qua
hộp giảm tốc.
1.2.6.Kết luận : Sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa.
1.3.LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN :
1.3.1.Lý thuyết về thủy lực :
1.3.1.1.Các thông số cơ bản của hệ thống thủy lực :
a). Áp suất : Theo hệ đo lường tiêu chuẩn SI là Pascal (Pa).
Xy lanh thu? l?c
1pa = 1N/m2 = 1kg/ms2. Đ/co d?u
1kg/cm2 = 0,1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2.
Đia l?c
Trị số chính xác : 1kg/cm2 = 9,81N/cm2
5
2
2
1bar = 10 N/m = 1kg/cm .
di?n
1at = 9,81.104N/m2 ≈ 105N/m2 Đ/co
= 1bar.
Khuôn l?c
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
HGT
- 9-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
b).Vận tốc : S (m/s; cm/s)
c). Thể tích : V (m3; lít)
d). Lưu lượng : Q (m3/phút; lít/phút; m3/vòng; lít/vòng).
e). Lực : F (N) 1N = 1kg.m/s2.
f). Công suất : N (W) 1W = 1Nm/s.
g). Tổn thất : η
- Tổn thất thể tích (ηt): Do dầu chảy qua các khe hở của các phần tử hệ
thống thủy lực gây nên. Tồn tại nhiều nhất ở các cơ cấu biến đổi năng lượng như bơm
dầu, động cơ dầu, xy lanh truyền lực,...
Đối với bơm dầu : ηtb = Q/Qo.
(Q: Lưu lượng thực tế của bơm; Qo: Lưu lượng danh nghĩa của bơm)
Đối với động cơ dầu : ηtđ = Qođ/Qđ
(Qođ: Lưu lượng danh nghĩa; Qđ: Lưu lượng thực tế)
Nếu không kể đến lượng dầu rò ở các mối, các van khác thì tổn thất dầu
ép có bơm dầu và động cơ dầu là: ηt = ηtb.ηtđ
- Tổn thất cơ khí (ηc): Do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối
ở trong động cơ dầu, bơm dầu gây nên.
Đối với bơm dầu : ηcb = No/N
(No: Công suất danh nghĩa, No=P.Q/60.104 (KW); N: Công suất thực tế được
đo trên trục bơm).
Đối với động cơ dầu : ηcđ = Nđ/Ncđ
(Nođ: Công suất danh nghĩa, Ncđ=P.Qđ/60.104; Nđ : Công suất cần thiết).
Khi đó : ηc = ηcb.ηcđ
- Tổn thất áp suất: Là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động
của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành. Tổn thất này phụ thuộc vào: chiều dài ống dẫn,
độ nhẵn thành ống, độ lớn tiết diện ống dẫn, tốc độ chảy, sự thay đổi tiết diện, sự thay
đổi hướng chuyển động, trọng lượng riêng, độ nhớt.
Nếu po là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ra. Khi đó tổn thất được biểu thị
bằng hiệu suất: ηa = (po-p1)/po = ∆p/po
Hiệu áp ∆p là trị số tổn thất áp suất-tổn thất do lực cản cục bộ gây nên.
l
ρ
l
∆p = 10ξ . .v 2 . = 10 −4.ξ . .v 2 .
2g
d
2g
d
Với: ρ - Khối lượng riêng của dầu, ρ=914 kg/m3.
g - Gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2.
v - Vận tốc trung bình của dầu (m/s).
d - Đường kính ống dẫn (m).
ξ - Hệ số tổn thất cục bộ.
l - Chiều dài ống dẫn.
1.3.1.2.Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực:
a). Ưu điểm:
+ Hệ thống truyền động thuỷ lực truyền được công suất cao và lực lớn (nhờ
các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm
sóc, bảo dưỡng).
+ Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, do đó dể thực hiện tự
động hóa theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn.
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 10-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
+ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.
+ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực
cao.
+ Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của
dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh.
+ Dể biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến
của cơ cấu chấp hành.
+ Dể phòng quá tải nhờ van an toàn.
+ Dể theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp nhiều mạch.
+ Tự động hoá đơn giản, phần tử được tiêu chuẩn hóa.
b). Nhược điểm:
+ Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm
hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng.
+ Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén của chất
lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.
+ Khi mới khởi động nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc
thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
1.3.1.3.Yêu cầu đối với dầu thủy lực :
Chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng
chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn,
khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bốc lửa, nhiệt độ đông đặc.
Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu:
•
Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp
suất.
•
Độ nhớt ít phụ thuộc vào vật liệu.
•
Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được
khả năng xâm nhập khí, dể dàng tách khí.
•
Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các
chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát
ít nhất.
•
Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và
không khí, dẫn nhiệt tốt; có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng
riêng nhỏ.
1.3.1.4.Mô tơ thủy lực (bơm dầu, động cơ dầu):
Bơm dầu và động cơ dầu là 2 thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị
tạo ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên về kết
cấu và phương pháp tính toán giống nhau.
Bơm dầu là cơ cấu biến đổi năng lượng, biến cơ năng thành năng lượng của
dầu. Động cơ dầu là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động
năng quay trên trục động cơ.
1.3.1.4.1.Các đại lượng đặc trưng :
a).Thể tích dầu trải đi 1 vòng (hành trình) : V = A.h hay V=VZL.z.2
Với A - diện tích mặt cắt ngang.
h - hành trình piston
.
VZL - thể tích khoảng hở giữa hai răng, Z - số răng của bánh răng.
b). Áp suất làm việc :p
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 11-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
c). Hiệu suất : η
1.3.1.4.2.Công thức tính toán bơm và động cơ dầu :
a). Lưu lượng Q: là tích số của số vòng quay n và thể tích dầu trong một lần
quay V. Ta có: Qv = n.V
+ Lưu lựong bơm : Qv = n.V.ηv.10-3 .
Qv =
+ Động cơ dầu :
n.V
.10 −3
ηv
Với Qv-lưu lượng (lít/phút), n-số vòng quay (vòng/phút), v-thể tích dầu
(cm/vòng), ηv-hiệu suất (%).
b). Áp suất, momen xoắn, thể tích dầu trong 1 vòng quay :
Theo định luật passcal ta có: p =
Khi đó áp suất bơm: p =
Mx
V
M x .η nm
.10 và áp suất động cơ dầu là:
V
M x.
p=
.10
V .η nm
Với p (bar), Mx (N.m), V (cm/vòng), ηnm (%).
c). Công suất: N = p.Qv
Công suất truyền động bơm: N =
Công suất động cơ dầu:
p.Qv
.10 − 2
6.η t
p.Qv .η t
N=
.10 −2
6
Với N (W),(kW); p (bar),(N/m2); Qv (lít/phút),(m3/s).
1.3.1.5.Xy lanh thủy lực:
Xy lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành
cơ năng thực hiện chuyển động thẳng.
Xy lanh phân ra xy lanh thủy lực và xy lanh quay.
*/.Tính toán xy lanh truyền lực:
a).Diện tích A, lực F và áp suất p:
π .D 2
π (D 2 − d 2 )
+ Diện tích piston: A1 =
; A2 =
4
4
+ Lực : Ft = p.A
+ Áp suất : p =
Ft
A
Trong đó: A-diện tích piston (cm 2); D-đường kính trong xy lanh (cm); dđường kính cần piston (cm); p (bar); Ft (kN).
- Nếu tính đến tổn thất thể tích ở xy lanh, để tính toán đơn giản ta chọn
*/ áp suất: p =
Ft
.10 4
A.η
πd 2
.10 2
4
*/ hiệu suất η được lấy theo bảng:
*/ diện tích piston: A =
p(bar) 20 120 160
η(%) 85 90 95
Như vậy piston bắt đầu chuyển động được khi lực:
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 12-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Ft > Fq + Fa + Fr
Fq-trọng lực; Fa-lực gia tốc; Fr-lực ma sát
b).Quan hệ giữa lưu lượng Q, vận tốc v và diện tích A.
Lưu lượng chảy vào xy lanh : Q = A.V
πD 2
.10 − 2
Tính toán đơn giản : Q = A.V.10-1 ; A =
4
Với D (mm); A (cm2); Q (lít/phút); V (cm/phút).
1.3.1.6.Bể dầu :
*/.Nhiệm vụ :
- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc cho chu trình khép kín.
- Giải toả nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.
- Lắng đọng các chất cặn bả trong quá trình làm việc.
- Tách nước.
*/.Tính chọn :
- Đối với bể dầu di chuyển : Thể tích V = 1,5.Qv .
- Đối với bể dầu cố định : V = (3 ÷5).Qv .
Với V (lít), Q (lít/phút).
1.3.2.Lý thuyết về khí nén :
1.3.2.1.Các thông số cơ bản của hệ thống khí nén:
Thông số kỹ thuật của hệ thống khí nén gần giống như hệ thống thủy lực.
1.3.3.2.Tính toán hệ thống khí nén : (Tương tự như hệ thống thủy lực)
1.3.2.3. Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén :
a). Ưu điểm :
+ Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
+ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể trích chứa
khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa
khí nén.
+ Không khí dùng để nén hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải
ngược lại bầu khí quyển. Sử dụng hệ thống khí sạch sẽ và không gây ô nhiễm.
+ Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp đã có sẵn đường ống dẫn khí nén.
+ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo nên tính nguy
hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
+ Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van,...) có cấu
tạo đơn giản và giá thành không đắt.
+ Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận
hành lôgíc, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức
tạp.
a). Nhược điểm :
- Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi theo, bởi vì
khả năng đàn hồi của khí nén lớn.
- Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn.
1.4.LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG DẺO VÀ UỐN KIM LOẠI :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 13-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
1.4.1.Lý thuyết về biến dạng dẻo kim loại :
1.4.1.1.Quá trình biến dạng dẻo kim loại :
Xét một ví dụ khi kéo từ từ một mẫu kim loại tròn, dài. Khi đó quá trình biến
dạng kim loại sẽ diễn ra, chổ bị biến dạng được kéo dài ra theo chiều dài và bị thu hẹp
lại theo đường kính. Quá trình biến dạng được biểu thị qua biểu đồ tải trọng (P) và
biến dạng (∆l) như sau :
P
B
P
b
C
P
P
ch
dh
A
O
L L
dh
ch
L
b
∆l
Hình 1.4.1: Biểu đồ P - ∆l
Căn cứ vào biểu đồ hình 1.4.1 ta chia quá trình chịu lực gồm 3 giai đoạn:
*/.Giai đoạn đàn hồi (biến dạng đàn hồi): Được biểu diễn bằng đoạn thẳng
OA trên đồ thị. Sự liên hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối ∆l là bậc nhất.
Vật liệu làm việc tuân theo định luật Huc, khi đó giới hạn biến dạng đàn hồi là :
σ dh =
Pdh
Với Fo là diện tích mặt cắt ngang ban đầu
Fo
*/.Giai đoạn chảy (giai đoạn biến dạng chảy): Giai đoạn tương quan giữa ∆l
và P là một đường nằm ngang. Đây là một đặc trưng cơ học rất quang trọng của vật
liệu. Đặc điểm của giai đoạn này là lực kéo không tăng nhưng biến dạng thì vẫn tiếp
tục tăng. Khi đó giới hạn chảy chảy được xác định :
σ ch =
Pch
Fo
*/.Giai đoạn củng cố: Sau giai đoạn chảy, vật liệu biến cứng. Do đó ở giai
đoạn này lực có tăng thì biến dạng mới tăng, sự tương quan giữa P và ∆l là một đường
cong. Ta gọi giai đoạn này là giai đoạn cũng cố. Lực cao nhất trong giai đoạn này là
Pb, khi đó giới hạn bền được xác định :
σb =
Pb
Fo
Nếu tăng giá trị lực P lên trên lực P b một khoảng nào đó thì tại một nơi trên
chi tiết bị kéo co thắt lại, biến dạng ở vùng này tăng nhanh hơn ở những nơi khác và
mẫu bị đứt ở nơi này.
1.4.1.2.Trạng thái ứng suất :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 14-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Xét một phân tố ứng suất chính, trên các mặt của nó không có ứng suất tiếp
mà chỉ có ứng suất pháp (Hình 1.4.2). Phân tố như vậy được gọi là phân tố chính. Ta
gọi các mặt của phân tố chính là các mặt chính (mặt có ứng suất τ=0). Các ứng suất
pháp trên các mặt chính được gọi là các ứng suất chính. Phương pháp tuyến của các
mặt chính được gọi là các phương chính.
σ
2
σ
3
σ
σ
1
1
σ
σ
2
3
Hình 1.4.2 : Phân tố ứng suất chính
Những ứng suất chính được ký hiệu là σ1 , σ2 và σ3; Theo quy ước ta có:σ1
>σ2 >σ3 về trị đại số.
Căn cứ các ứng suất chính trên một phân tố chính, ta phân loại trạng thái ứng
suất như sau :
- Trạng thái ứng suất đơn : Trên phân tố chính chỉ có hai ứng suất chính khác
không và hai ứng suất chính còn lại bằng không. Đây còn được gọi là trạng thái ứng
suất đường và τmax = σ1/2 (Hình 1.4.3).
- Trạng thái ứng suất phẳng (mặt): Trên phân tố chính có hai ứng suất chính
khác không và một ứng suất chính còn lại bằng không. Khi đó: τmax = (σ1-σ2)/2 (Hình
1.4.4) .
- Trạng thái ứng suất khối: Trên phân tố chính có cả ba ứng suất chính điều
khác không (Hình 1.4.5) .
σ2
σ1
σ1
σ1
σ2 σ3
σ2
Hình 1.4.3
Hình 1.4.4
σ1
σ3
σ2
Hình 1.4.5
Nếu σ1 = σ2 = σ3 = 0 thì τ = 0, trạng thái không có biến dạng.
*/.Điều kiện xảy ra biến dạng dẻo :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 15-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
+ Khi kim loại chịu ứng suất đơn (đường): σ1 = σch ⇒ τmax = σch/2.
+ Khi kim loại chịu ứng suất phẳng (mặt): σ1 - σ2 = σch .
+ Khi kim loại chịu ứng suất khối : σmax - σmin = σch .
*/.Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng biến dạng
đàn hồi tích lũy trong một đơn vị thể tích gọi là thế năng biến dạng đàn hồi.
1
2
Trong trạng thái ứng suất đơn, thế năng biến dạng đàn hồi là : U = .σ .ε
Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi bằng tổng thế năng
do từng ứng suất chính gây ra riêng lẽ:
1
1
1
1
U = σ 1 .ε 1 + σ 2 .ε 2 + σ 3 .ε 3 = (σ 1 .ε 1 + σ 2 .ε 2 + σ 3 .ε 3 )
2
2
2
2
Theo định luật Húc tổng quát ta có:
1
[σ 1 + µ (σ 2 + σ 3 )]
ε
=
1
E
1
ε 2 = [σ 2 + µ (σ 1 + σ 3 )]
E
1
ε 3 = E [σ 3 + µ (σ 1 + σ 2 )]
Như vậy trạng thái ứng suất được xác định lại là:
U=
[
1
σ 12 + σ 22 + σ 32 − 2 µ ( σ 1 .σ 2 + σ 2 .σ 3 + σ 1 .σ 3 )
2E
]
Với E: môđun đàn hồi của vật liệu, µ: hệ số poát-xông.
Ta biết rằng, trong quá trình biến dạng vật thể bị biến đổi thể tích và thay đổi
hình dạng. Do đó thế năng biến dạng riêng đàn hồi bao gồm: thế năng riêng biến dạng
thể tích (Utt) và thế năng riêng biến đổi hình dạng (Uhd). Khi đó : U = Utt + Uhd .
*/.Thế năng biến dạng thể tích (Utt) được tính như sau:
Xét phân tố chính A (σ1 ≠ σ2 ≠ σ3) và phân tố B (σ1 = σ2 = σ3 = σ* ) biểu diển
trên hình 1.4.6. Độ biến dạng tỉ đối θ được tính cho phân tố A và B là :
1 − 2µ
θ ( A) =
(σ 1 + σ 2 + σ 3 )
θ ( B)
E
1 − 2µ
=
.3σ *
E
σ2
(A)
σ3
σ∗
σ1
(B)
σ∗
σ∗
Hình 1.4.6 : Ứng suất trên hai phân tố A và B
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 16-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Xác định σ* sao cho độ biến dạng thể tích tỉ đối của hai phân tố này bằng
nhau: Nghĩa là θ ( A) = θ ( B ) .
1 − 2µ
1 − 2µ
σ +σ2 +σ3
(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) =
.3σ * ⇔ σ * = 1
Khi đó :
E
E
3
Ta đã biết độ biến dạng thể tích tỉ đối của hai phân tố bằng nhau thì thế năng
biến dạng thể tích của chúng cũng bằng nhau. Nên: U tt( A) = U tt( B ) .
Nhưng phân tố B chịu ứng suất đều cả ba phương nên sau khi biến dạng phân
(B)
(B)
(B)
(B)
tố này chỉ bị thay đổi thể tích. Do đó: U = U tt + U hd = U tt .
Như vậy trạng thái ứng suất của phân tố B là :
1 − 2µ
1 − 2µ
U ( B ) = U tt( B ) =
.3(σ * ) 2 =
.(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) 2
Suy ra: U tt( A) = U tt( B )
2E
6E
1 − 2µ
=
.(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) 2 .
6E
Khi đó thế năng biến dạng hình dạng của phân tố A được xác định:
( A)
U hd
= U ( A) − U tt( A)
U hd =
[σ
Hay U hd
]
+ σ 22 + σ 32 − 2 µ (σ 1 .σ 2 + σ 2 .σ 3 + σ 1 .σ 3 ) 1 − 2µ
−
.(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) 2
2E
6E
1+ µ
=
.(σ 12 + σ 22 + σ 32 − σ 1 .σ 2 − σ 2 .σ 3 − σ 1 .σ 3 ) .
3E
2
1
1.4.1.3.Các thuyết bền :
Thuyết bền là những giả thiết về nguyên nhân cơ bản gây ra trạng thái ứng
suất giới hạn của vật liệu, từ đó cho phép ta đánh giá độ bền của vật liệu ở bất kì một
trạng thái ứng suất phức tạp nào, nếu biết độ bền của vật liệu đó từ thí nghiệm kéo nén
đúng tâm.
Sau đây là những thuyết bền cơ bản và phổ biến nhất.
1.Thuyết bền ứng suất pháp lớn nhất (thuyết bền thứ nhất):
Thuyết bền thứ nhất do Galilê đề ra năm 1638. Thuyết này cho rằng nguyên
nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là ứng suất pháp lớn nhất.
Xét hai phân tố A và B
σ1
σtd
ở hình bên. Hai phân tố sẽ có độ
bền tương đương nếu ứng suất
pháp lớn nhất của phân tố A bằng
ứng suất lớn nhất của phân tố B.
(A)
σ3
(B)
Hay: σtđ = σ1. Hoặc nếu
σ3 có trị số tuyệt đối lớn nhất thì:
σtđ = σ3 .
Đối với vật liệu dẻo,
ứng suất cho phép khi kéo và khi σ2
Hình 1.4.7
σtd
nén bằng nhau thì điều kiện bền
có dạng: σtđ = σ1 ≤ [σ] hay σtđ = [σ3] ≤ [σ].
Ta sẽ dùng điều kiện thứ nhất nếu: σ1 > σ3 và sẽ dùng điều kiện thứ hai
nếu: σ1 < σ3 .
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 17-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Đối với vật liệu giòn, ứng suất cho phép khi kéo [σ]k và khi nén [σ]n khác
nhau thì điều kiện bền là : σtđ = σ1 ≤ [σ]k
σtđ = σ3 ≤ [σ]n .
Thiếu sót của thuyết bền thứ nhất là không kể đến ảnh hưởng của hai ứng
suất chính còn lại. Thực tế cho thấy các ứng suất chính đó có ảnh hưởng nhiều đến độ
bền của vật liệu. Ngoài ra qua kết quả thí nghiệm chứng tỏ thuyết này không thích hợp
đối với vật liệu dẻo. Do đó thuyết này không còn được áp dụng tính toán (trừ trường
hợp trạng thái ứng suất đơn) mà chỉ có giá trị lịch sử.
2.Thuyết bền biến dạng dài tỉ đối lớn nhất (thuyết bền thứ hai):
Thuyết bền thứ hai do Mariốt đưa ra năm 1682. Thuyết này cho rằng nguyên
nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là biến dạng dài tỉ đối lớn nhất.
Nói cách khác, hai phân tố A và B được xét ở phần trước có độ bền tương
đương nếu biến dạng tỉ đối lớn nhất của phân tố A bằng biến dạng dài tỉ đối của phân
tố B.
1
[σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 )]
E
1
Đối với phân tố B: ε td = .σ td .
E
1
1
Vậy : [σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 )] = .σ td
E
E
Rút ra: σ td = σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 ) .
Đối với phân tố A: ε 1 =
*/.Điều kiện bền của phân tố A theo thuyết bền thứ hai là:
σ td = σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 ) ≤ [σ ] k .
Điều kiện bền trên được sử dụng cho các trạng thái ứng suất có σ1> σ3.
Nếu σ3 có trị số tuyệt đối lớn nhất, thì điều kiện bền có dạng:
σ td = σ 3 − µ (σ 1 + σ 2 ) ≤ [σ ] n
Ưu điểm của thuyết bền thứ hai là có kể đến ảnh hưởng của ba ứng suất
chính đối với độ bền của vật liệu. Song qua thí nghiệm nó cũng ko phù hợp đối với vật
liệu dẻo; còn đối với vật liệu giòn nó chỉ phù hợp khi σ1 >0 và σ3 >0. Do đó, hiện nay
không áp dụng thuyết bền này vào tính toán.
3.Thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất (thuyết bền thứ ba):
Thuyết bền thứ ba do Culông đưa ra năm 1773. Thuyết này cho rằng nguyên
nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là ứng suất tiếp lớn nhất.
Nói cách khác, hai phân tố A và B sẽ có độ bền tương nếu ứng suất tiếp lớn
nhất của phân tố A bằng ứng suất tiếp lớn nhất của phân tố B.
σ −σ2
( A)
= 1
Ứng suất tiếp lớn nhất của phân tố A được xác định: τ max
.
(B)
Ứng suất tiếp lớn nhất của phân tố B là : τ max
σ
= td .
2
2
σ 1 − σ 3 σ td
=
. Suy ra : σ td = σ 1 − σ 3 .
2
2
Điều kiện bền của phân tố A theo thuyết bền thứ ba: σ td = σ 1 − σ 3 ≤ [σ ] .
Thí nghiệm cho thấy rằng thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất rất phù hợp với
vật liệu dẻo, nhưng lại không áp dụng được đối với vật liệu giòn.
Vậy :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 18-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Thiếu sót của thuyết này là không kể đến ứng suất chính σ2. Kết quả tính
toán theo thuyết này sai từ 10% đến 15% so với thí nghiệm.
Hiện nay, người ta sử dụng rộng rãi thuyết bền thứ ba trong khi tính toán
các công trình làm bằng vật liệu dẻo.
4.Thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng (thuyết bền thứ tư):
Thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng do Huybe đề ra năm 1904. Thuyết
này cho rằng: nguyên nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là thế năng
biến đổi hình dạng.
Nói cách khác, hai phân tố A và B đã xét ở trên sẽ có độ bền tương đương
nếu thế năng biến đổi hình dạng tích lũy trong phân tố A bằng thế năng biến đổi hình
( A)
( B)
dạng tích lũy trong phân tố B. Tức là U hd = U hd . Khi đó:
1+ µ 2
( A)
U hd
=
(σ 1 + σ 22 + σ 32 − σ 1 .σ 2 − σ 2 .σ 3 − σ 1 .σ 3 )
(B)
U hd
3E
1+ µ 2
=
.σ td
3E
Suy ra: σ td = σ 12 + σ 22 + σ 32 − σ 1 .σ 2 − σ 2 .σ 3 − σ 1 .σ 3 .
Thuyết bền thứ tư phù hợp với vật liệu dẻo và không thích hợp với vật liệu
giòn. Tuy vậy, hiện nay thuyết này cũng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.
5.Thuyết bền Mo hay thuyết bền về các trạng thái giới hạn (th.b thứ năm):
Điều kiện theo thuyết bền Mo là: σ tMo = σ 1 − α .σ 3 ≤ [σ ] k
σ ok
Trong đó: α =
, σ ok và σ on là các ứng suất nguy hiểm khi kéo và nén.
σ on
Đối với vật liệu dẻo giới hạn chảy khi kéo và khi nén bằng nhau, do đó:
σ
σk
α = ok = chn = 1
σ on σ ch
Như vậy : σ tMo = σ 1 − σ 3 ≤ [σ ] k Trùng hợp với điều kiện bền của phân tố
theo thuyết bền thứ ba (thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất).
Đối với vật liệu giòn giới hạn khi kéo σbk và khi nén σbn khác nhau. Tức là
σok = σbk < σon = σbn , nên α < 1.
*/.Ưu điểm của thuyết bền Mo là phù hợp cho cả hai vật liệu dẻo và giòn.
Thiếu sót của thuyết này là không kể đến ảnh hưởng của σ2 và chưa đủ chính xác cho
việc vẽ đường nội tại phía bên phải của vòng tròn giới hạn khi kéo. Nó khá chính xác
trong khoảng giữa hai vòng tròn giới hạn khi kéo và khi nén.
*/.Kết luận và ứng dụng:
a). Đối với vật liệu dẻo, ta nên dùng các thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất và
thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng. Thực tế cho thấy hai thuyết bền này cho kết
quả gần giống nhau.
b). Đối với vật liệu giòn, ta dùng thuyết bền Mo nhưng cần chú ý phạm vi
sử dụng như đã nói ở trên.
c).Thuyết bền ứng suất pháp lớn nhất chỉ dùng trong trường hợp trạng thái
ứng suất đơn.
1.4.2.Lý thuyết về uốn kim loại :
1.4.2.1.Định nghĩa và quá trình uốn :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 19-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
a).Định nghĩa: Uốn là một nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội. Uốn
tức là biến phôi phẳng (tấm), hoặc ống thành những
chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc. Khối lượng
vật uốn trong nghành chế tạo máy và dụng cụ không
ngừng tăng lên.
Phụ thuộc vào kích thước và hình dáng vật
uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn
trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép trục
khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực. Ngoài ra còn
được uốn trên các dụng cụ uốn bằng tay và máy
chuyên dùng.
b). Đặc điểm quá trình uốn: Là dưới tác dụng
ép của chày và cối, phôi bị biến dạng dẻo từng vùng
để tạo thành hình dáng cần thiết. Quá trình biến dạng
cũng bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi và quá
trình biến dạng dẻo.
Trên sơ đồ hình bên trình bày quá trình uốn
liên tục hình chữ V. Đầu tiên chày chỉ tiếp xúc với
phôi tại điểm đầu chày. Trong quá trình chày đi
xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn.
Cuối cùng phôi bị nén chặt (chỉnh hình) giữa chày và
cối, tạo thành dạng chữ V và có góc uốn nhỏ nhất
bằng góc uốn của chày.
Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày nên
quá trình biến dạng dẻo cũng chỉ xảy ra ở đó là chính.
Bởi vậy sau khi khử bỏ lực tác dụng thì vật liệu còn
có khả năng đàn hồi trở lại, biểu hiện ở góc đàn hồi
khi uốn.
Vị trí lớp trung hoà được xác định bởi bán kính
lớp trung hoà ρ và được xác định:
B
r ξ
ρ = tb .S .ξ .( + )
B
S
2
Trong đó :Btb-Chiều rộng trung bình của tiết diện uốn.
B-Chiều rộng của phôi ban đầu.
S-Chiều dày vật liệu.
r –Bán kính uốn phía trong.
ξ-Hệ số biến mỏng.
1.4.2.2.Bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất cho phép :
Khi uốn, bán kính uốn phía trong được quy định trong một giới hạn nhất định.
Nếu quá lớn vật uốn sẽ không còn khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi
khuôn vì chưa đạt đến mức độ biến dạng dẻo. Nếu quá nhỏ có thể làm đứt vật liệu ở
tiết diện uốn. Do đó cần phải xác định bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất.
a).Bán kính uốn lớn nhất:
Bán kính uốn lớn nhất cho phép được xác định theo công thức:
ε .S
rmax =
2.σ T
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 20-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Với ε - môđun đàn hồi khi kéo (kG/mm2); σT(σS) - giới hạn chảy của vật liệu
(kG/mm2 ).
b).Bán kính uốn nhỏ nhất:
Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được quy định theo mức độ biến dạng cho
phép ở lớp ngoài cùng và được xác định theo công thức:
rmin =
S 1
( − 1)
2 δ
Với δ - độ dãn dài tương đối của vật liệu (%).
Thực tế, bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức thực
nghiệm đơn giản sau: rmin = K.S , trong đó giá trị K được xác định dưới bảng sau.
*/.Hệ số K để xác định bán kính góc uốn nhỏ nhất cho phép (đối với góc uốn
0
90 ).
Trạng thái vật liệu
Ủ hoặc ram
Bị biến cứng
Vật liệu
Hướng đường uốn
vuông góc
vuông góc
dọc hướng
dọc hướng cán
hướng cán
hướng cán
cán
Thép 05;08
0,3
0,2
0,5
08;10,Ct1,Ct2
0,4
0,4
0,8
15;20,Ct3
0,1
0,5
0,5
1,0
25;30,Ct4
0,2
0,6
0,6
1,2
35;40,Ct5
0,3
0,8
1,0
1,5
45;50,Ct6
0,5
1,0
1,0
1,7
55;60,Ct7
0,7
1,3
1,3
2,0
Thép không gỉ
2,5
6,5
Đồng
0
1,0
2,0
0,3÷0,5
đỏ,M1,M2,M3
Đồng thau
0,5
0,8
0÷0,2
0,3÷0,5
Nhôm
0
0,5
0,8
0,3÷0,4
Ghi chú: Khi đường uốn nghiêng một góc 45 0 so với hướng cán, hệ số K được
lấy số trung bình so với khi đường uốn vuông góc và dọc hướng cán.
Nếu mặt cắt có nhiều ba via, hệ số K cần lấy tăng lên 1,5÷2 lần.
Khi góc uốn α = 120÷1500, hệ số K cần được nhân với hệ số 0,8÷1. Khi góc
uốn α ≤ 900 thì nhân với hệ số 1,2÷1,3.
Các giá trị cho trong bảng trên nằm trong bảng 52/trang 110 - tài liệu [4].
c).Những yếu tố ảnh hưởng đến trị số bán kính uốn:
1.Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện: Qua các trị số cho trong
bảng trên bảng 52/trang 110 - tài liệu [4] cho ta thấy rõ, nếu vật liệu có tính dẻo tốt
hoặc đã qua ủ mềm thì rmin có trị số nhỏ hơn so với khi đã qua biến dạng - bị biến
cứng.
2.Ảnh hưởng của góc uốn: Cùng với một bán kính uốn r như nhau, nếu góc
uốn α càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn.
3.Góc làm bởi đường uốn và hướng cán (thớ kim loại): Vì kim loại chịu kéo
và chịu nén theo phương của thớ kim loại thì tốt hơn nhiều so với khi kéo và nén
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 21-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
vuông góc với thớ kim loại. Cho nên khi đường uốn vuông góc với hướng cán thì r min
cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn dọc theo hướng cán từ 1,5÷2 lần.
4. Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu: Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt
có nhiều ba via hoặc nhiều vết đứt thì khi uốn dễ sinh ra ứng lực tập trung và tại những
nơi đó dể sinh ra vết nứt. Bởi vậy cần phải tăng trị số rmin lên 1,5÷2 lần.
1.4.2.3.Tính đàn hồi khi uốn :
Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở phần cung uốn đều chịu biến
dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi không còn tác dụng của
chày thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng của chày và cối uốn. Đó là hiện tượng
đàn hồi sau khi uốn.
S
α
Tính đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính nhỏ (r<10S) bằng góc đàn hồi
β. Còn khi uốn với bán kính lớn (r>10S) thì cần phải tính đến cảα+β
sự thay đổi bán kính
cong của vật uốn.
Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc
r
của chày cối uốn : β = αo - α.
Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc uốn, tỷ số
giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu, kiểu khuôn uốn và hình dáng kết cấu vật uốn.
Góc đàn hồi khi uốn với bán kính nhỏ (r<10S) đượcHình
xác định
dựa trên cơ sở
1.4.9
thực nghiệm và trị số cho trong bảng 53 và 54/trang 112, 113 – tài liệu [4].
*/.Bảng 53 trình bày các công thức tính toán góc đàn hồi β khi uốn hình chữ V
từ vật liệu thép mềm như sau:
Góc uốn (độ)
Thép
0
0
30
60
900
1200
Ct1,10
Ct3,15,20
Ct4,25,30
Ct5,35
r
− 0,39
S
r
0,69 − 0,23
S
r
1,59 − 1,03
S
r
1,51 − 1,48
S
0,75
r
− 0,80
S
r
0,64 − 0,65
S
r
0,95 − 0,91
S
r
0,81 − 0,76
S
0,58
r
− 0,61
S
r
0,434 − 0,36
S
r
0,78 − 0,79
S
r
0,79 − 1,62
S
0,43
r
− 1,26
S
r
0,37 − 0,58
S
r
0,46 − 1,36
S
r
0,51 − 1,71
S
0,36
*/.Bảng 54 cho trị số góc đàn hồi khi uốn góc 90 0 các vật liệu từ thép, kim loại
màu và thép hợp kim.
Chiều dày vật liệu, mm
r
Đến 0,8
Trên 2
0,8÷2
Vật liệu
S
Góc đàn hồi β (độ)
2
<1
Thép (σb đến 35kG/mm )
4
2
0
2
5
3
1
1÷5
Đồng thau (σb đến 35kG/mm )
6
4
2
>5
Nhôm, kẽm
2
<1
Thép (σb = 10÷50 kG/mm )
5
2
0
2
6
3
1
1÷5
Đồng thau (σb = 35÷40 kG/mm )
8
5
3
>5
Đồng vàng
<1
7
4
2
2
9
5
3
Thép (σb > 55 kG/mm )
1÷5
12
7
5
>5
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 22-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Thép chịu nhiệt
Thép 30 Crôm
<1
1÷5
>5
<2
2÷5
>5
1
4
5
2
4,5
8
Trị số góc đàn hồi trình bày trong hai bảng trên là đối với uốn 1 góc tự do. Khi
uốn có nhiều góc nối tiếp nhau và khuôn uốn có hiệu chỉnh thì phải qua dập thử để
xác định trị số góc đàn hồi.
Khi uốn với bán kính lớn (R>10S) tính đàn hồi làm thay đổi không chỉ góc uốn
mà cả bán kính uốn.
Sự xác định bán kính của chày uốn được tiến hành theo giản đồ, cách xác định
như sau:
- Từ bảng 55 chọn giới hạn chảy của mác thép đã cho. Sau đó xác định tỷ số
giữa bán kính phía trong chi tiết R0 với chiều dày vật liệu S.
- Trên thang bên trái của giản đồ tìm điểm thích ứng với tỷ số đó.
- Trên thang bên phải tìm điểm thích ứng với giới hạn chảy σs của vật liệu
uốn. Nối hai điểm đó lại bằng một đường thẳng. Giao điểm của đường thẳng này với
thang ở giữa cho biết tỷ số giữa bán kính uốn của chày với chiều dày vật liệu. Từ đó dể
dàng tìm ra bán kính uốn của chày.
*/.Bảng giới hạn chảy của các mác thép cacbon khác nhau:
Thép
Ct1
Ct2, 10, 15
Ct3, 20
Ct4, 25
Ct5, 30, 35
Ct6, 40, 45
Giới hạn chảy σ s (kG/mm2)
19
22
24
26
30
34
Để khử bỏ hiện tượng sai lệch góc uốn do đàn hồi, người ta thường dùng các
biện pháp sau:
-1-Thu nhỏ góc uốn ở chày, cối để bù trừ lại góc đàn hồi β.
-2-Làm lõm phía dưới chày của khuôn uốn, sau khi uốn cần có nguyên công
là phẳng ở giữa.
-3-Vừa kéo vừa uốn, tức là làm tăng ứng suất của vật liệu để đạt đến biến
dạng dẻo, làm giảm tính đàn hồi của vật liệu. Vừa kéo vừa uốn thường dùng khi uốn
với bán kính lớn.
1.4.2.4.Độ chính xác vật uốn :
Độ chính xác khi uốn trong khuôn dập phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:
+ Hình dạng và kích thước vật uốn.
+ Tính chất cơ học của vật liệu.
+ Chiều dày vật liệu và độ sai lệch theo chiều dày vật liệu.
+ Số lần uốn.
+ Kiểu khuôn uốn và độ chính xác chế tạo khuôn.
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 23-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
+ Sau khi uốn có là phẳng hay không.
+ Độ chính xác của phôi trước khi uốn.
+ Độ chính xác lắp khuôn trên máy.
Độ sai lệch cho phép về góc uốn và kích thước vật uốn được cho trong bảng sau:
*/.Bảng 58: Sai lệch cho phép về góc khi uốn (trang 118 – tài liệu [4]).
r
S
Vật liệu
Thép mềm, đồng thau mềm : σb ≤ 30 kG/mm .
Thép cứng trung bình : σb = 40 kG/mm2.
Đồng thau cứng : σb = 35 kG/mm2 .
Thép cứng : σb = 60 kG/mm2 .
2
Đến 1
±15’
±30’
1÷2
±30’
±1030’
2÷4
±10
±30
-
±30
±50
*/.Bảng 59: Sai lệch cho phép trên kích thước của vật uốn (Trang 119 - [4]):
S
S
L
A
A
(mm)
A
L
(mm)
250
÷
400
400
÷
700
<50
50
÷
100
100
÷
150
150
÷
250
250
÷
400
400
÷
700
1
3
6
1
3
6
10
± 0,3
± 0,5
± 0,6
± 0,8
± 0,4
± 0,6
± 0,8
±1
± 0,5
± 0,8
±1
± 1,2
± 0,5
± 0,8
±1
± 1,4
± 0,8
±1
± 1,2
± 1,7
±1
± 1,2
± 1,5
±2
± 0,5
± 0,8
±1
±1
± 0,8
±1
± 1,5
± 1,5
±1
± 1,5
± 1,5
±2
± 1,5
± 1,5
±2
±2
± 1,6
±2
±2
± 1,5
±2
± 2,2
± 2,5
±3
1
3
6
1
3
6
10
± 0,4
± 0,5
± 0,6
± 0,8
± 0,5
± 0,6
± 0,8
±1
± 0,6
± 0,8
±1
±1
± 0,7
±1
±1
± 1,2
± 0,8
± 1,2
± 1,2
± 1,5
± 1,2
± 1,5
± 1,5
± 1,8
± 0,4
±1
±1
±1
±1
± 1,5
± 1,5
± 1,5
± 1,5
± 1,5
±2
±2
± 1,5
±2
±2
±2
±2
±2
± 2,5
± 2,5
± 2,2
± 2,5
±3
±3
1
3
6
1
3
6
10
± 0,5
± 0,6
± 0,8
±1
± 0,6
± 0,8
±1
± 1,2
± 0,8
±1
± 1,2
± 1,5
± 0,8
±1
± 1,5
±2
±1
± 1,2
± 1,8
±2
± 1,2
± 1,5
±2
± 2,5
± 0,8
±1
±1
±1
±1
± 1,5
± 1,5
±1
± 1,5
± 1,5
±2
± 2,5
± 1,5
± 1,5
±2
± 2,5
±2
±2
± 2,5
±3
± 2,5
± 2,5
±3
± 3,5
1
3
6
1
3
6
10
± 0,6
± 0,8
±1
± 1,2
± 0,8
±1
± 1,2
± 1,5
±1
± 1,2
± 1,5
±2
±1
± 1,5
±2
± 2,5
± 1,2
± 1,8
±2
± 2,5
± 1,5
±2
± 2,5
±3
±1
±1
± 1,5
±2
± 1,5
± 1,5
±2
± 2,5
± 1,5
±2
± 2,5
±3
±2
±2
± 2,5
± 3,5
±2
± 2,5
±3
± 3,5
± 2,5
±3
± 3,5
±4
Từ
Đến
150
÷
250
100
100
÷
150
200
50
÷
100
<50
400
Đến
R
700
Từ
400
200
100
-
S
(mm)
R
R
A
A
A
B
(mm)
R
L
L
L
R
L
B
B
S
1.4.2.5.Yêu cầu công nghệ đối với vật uốn :
Các yêu cầu đối với kết cấu của vật uốn, nhằm đảm bảo cho vật uốn đạt được
độ chính xác và thuận lợi cho quá trình gia công. Trình bày trong bảng 60/trang 120 tài liệu [4].
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 24-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
1.4.2.6.Kích thước phần làm việc của khuôn uốn chữ V :
Uốn hình chữ V có thể theo hai phương pháp
uốn tự do và uốn có là phẳng (tinh chỉnh). Uốn tự do
có nghĩa là trong quá trình uốn chày chỉ tác dụng lực
lên vật liệu tại điểm đầu chày, cho đến khi hai thành
vật uốn song song với bề mặt làm việc của cối. Bán
kính vật uốn sẽ lớn hơn một ít so với bán kính của
a)
chày và giữa vật uốn với chày có một khe hở. (Hình
a).
Uốn có là phẳng có nghĩa là cuối quá trình
uốn, vật uốn bị ép sát giữa bề mặt làm việc của chày
và cối, bán kính của vật uốn theo chày. (Hình b).
b)
Uốn có là phẳng (tinh chỉnh) đạt được độ
chính xác và độ phẳng bề mặt cao hơn khi uốn tự do. Bởi vậy nó được sử dụng rộng
rãi hơn.
Khi uốn chữ V có là phẳng, kích thước và
a
kết cấu phần làm việc của chày, cối được xác
α
định như sau:
R
- Bán kính uốn của chày R lấy theo sản
phẩm, nhưng không nhỏ hơn trị số bán kính uốn
b
l
nhỏ nhất cho phép trong bảng 52 /trang 110 - tài
liệu [4].
- Bán kính của cối R1 = S (mm) nhưng không nhỏ hơn 3 mm.
Và R2 = (0,6÷0,8) (R+S) (mm).
α
- Khoảng cách l giữa tâm bán kính góc lượn của cối: l = 2b. sin (mm) nhưng
R
h
s
2
không lớn hơn 0,8 chiều dài phôi L.
- Chiều cao lòng cối: h = b. cos
α
1
− R2 (
− 1) .
2
Sinα / 2
*/.Bảng 61 cho trị số giới hạn nhỏ nhất của kích thước b:
α
20
30
50
75
100
150
200
<1
6
10
20
25
30
35
40
1÷2
10
15
20
25
30
35
T
40
2÷3
15
15
25
30
35
40
45
Chiều dày vật liệu S
3÷4
4÷5
5÷6
15
20
20
20
25
25
30
30
30
35
35
40
40
P35
c
40
45
45
T
45
50
50
l
6÷8
25
35
40
45
50
60
8÷10
35
40
45
50
60
S
1.4.2.7.Xác định lực uốn : Q
Q
α
Lực uốn trong khuôn bao gồm lực uốn tự do và lực là phẳng vật liệu. Trị số lực
là phẳng (tinh chỉnh) lớn hơn rất nhiều so với lực uốn tự do. Lực uốn cuối cùng P c
được xác định như sau:
l'
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn
Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
Hình 1.4.12
- 25-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Pc = k .
S2
.B.σ b + q.F
l
Trong đó: k = 1,33 khi l/S > 8, k = 1,26 khi l/S > 12.
l - chiều rộng miệng cối (khoảng cách giữa hai ụ đở), mm
B - chiều rộng vật uốn, mm
q - áp suất để là phẳng, kG/mm2. Bảng 56/trang 117 - tài liệu [4].
Vật liệu
Nhôm
Đồng thau
Thép 08÷20
Thép 25÷35
Đến 1
1,5÷2
2÷3
3÷4
4÷5
Chiều dài vật liệu, mm
1÷3
3÷6
2÷3
3÷4
3÷4
4÷6
4÷6
6÷8
5÷7
7÷10
6÷10
4÷5
6÷8
8÷10
10÷12
Các yếu tố ảnh hưởng đến lực uốn là các tỷ số r S , l S , l r và kiểu khuôn uốn.
Để giảm lực uốn trong trường hợp có là phẳng sau cùng, đôi khi người ta khoét bớt
chày để giảm diện tích là phẳng F.
Diện tích là phẳng F (mm2):
Khi α = 600, F = B.[ 2l – 3,5(r + S + R1) ].
Khi α = 900, F = B. [1,4l – 2(r + S + R1 ) ].
Khi α = 1200, F = B. [1,1l – (r + S + R1 ) ].
r- bán kính uốn của chày, mm.
R1-bán kính trượt của cối (bán kính lượn ở miệng cối), mm.
1.5.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MÁY :
1.5.1.Số liệu ban đầu :
+ Bề dày lớn nhất gia công được : S=16 mm.
+ Bề rộng lớn nhất gia công được : B=1500 mm.
+ Vật liệu gia công với σch<4000 kg/cm2.
+ Tốc độ nén piston : vpt =0,9 mm/s.
+ Tốc độ di chuyển chi tiết : vct =191 mm/s.
1.5.2.Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của máy :
1.5.2.1.Xác định đường kính xy lanh :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 26-
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa
Vấn đề xác định lực uốn cần thiết để uốn chi tiết đạt một góc uốn bằng khuôn
là một vấn đề rất khó khăn, do đó chỉ có thể xác định một cách gần đúng. Sở dĩ như
vậy là do lực uốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như:
•
Hình dạng và tiết diện ngang của phôi.
•
Tính chất cơ học của vật liệu; khoảng cách giữa các gối tựa.
•
Bán kính cong của chày uốn và mép làm việc của cối uốn.
•
Điều kiện ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ,…
Ngoài ra lực uốn cần thiết để uốn chi tiết trong khuôn uốn một góc còn phụ
thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa phôi uốn với chày và cối.
Áp dụng công thức tính lực uốn:
Pc = k .
S2
.B.σ b + q.F
l
(1.5.1)
Từ công thức diện tích xy lanh A =
D=
Pc
(1.5.2) . Suy ra đường kính xy lanh
p
4A
(1.5.3). Áp suất p chọn theo máy lớn p = (30 ÷ 85)at.
π
*/.Xác định các thông số:
1.Áp suất là phẳng q (kG/mm2). Từ bảng 56/trang 117, tài liệu [4]. Chọn áp
suất là phẳng q = 8 kG/mm2. Hay q = 80 N/mm2.
2.Chọn góc ở khuôn: α1 = 600 ; α2 = 900 ; α3 = 1200 .
3.Tính bán kính uốn lớn nhất và nhỏ nhất:
Bán kính nhỏ nhất được xác định rmin = k.S ;
Với k hệ số cho trong bảng 52, tài liệu [4].
Trị số rmin ứng với mỗi tmin ÷ tmax như sau:
Vật liệu
Ct3
Ct4
Ct5
Ct6
k
0,1
0,2
0,3
0,5
tmin = 8
0,8
1,6
2,4
4
tmax = 16
1,6
3,2
4,8
8
ε .S
.
2σ T
tmax = 16
10,333÷16,333
12,92÷16,62
13,33÷17,07
≥14,12
Bán kính lớn nhất được xác định rmax = rmax =
Vật liệu
Ct3
Ct4
Ct5
Ct6
tmin = 8
5,167÷8,167
6,46÷8,31
6,67÷8,53
≥7,06
*/.Nhận xét: Từ hai bảng giá trị trên ta chọn rmin = 8 và rmax = 17(mm).
4.Xác định các bán kính uốn R, R1, R2:
Bán kính của chày: R < rmax và R > rmin ⇒ Chọn R = 10 mm.
Bán kính của khuôn: R1 = S = 8÷16. Chọn R1 = 10 mm.
R2 = (0,6÷0,8).(R+S) = 12÷16. Chọn R2 = 15 mm.
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính
- 27-
