Nghiên cứu thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để chế tạo ống thép hàn

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN
ĐẶNG VĂN PHƯƠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Tác giả
ĐẶNG VĂN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ MÁY UỐN
LỐC CNC 4 TRỤC ĐỂ CHẾ TẠO ỐNG THÉP HÀN
CHUYÊN NGÀNH
CHẾ TẠO MÁY

Research on technology and design of 4 – rolls bending manufacturing
welded steel pipe. Steel dimension

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

KHOÁ
CH2009
HÀ NỘI-2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Tác giả
ĐẶNG VĂN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ MÁY UỐN
LỐC CNC 4 TRỤC ĐỂ CHẾ TẠO ỐNG THÉP HÀN
CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. PHẠM VĂN NGHỆ
Viện Cơ khí - ĐHBK Hà Nội

HÀ NỘI-2011


LỜI CAM ĐOAN
Dưới sự hướng dẫn của PGS-TS Phạm Văn Nghệ- Bộ môn Gia công áp lực, Viện
Cơ khí-Đại học Bách khoa Hà Nội, cùng sự hỗ trợ và giúp đỡ Banh lãnh đạo Công ty cổ
phần LILAMA69-3, các bạn đồng môn, đồng nghiệp, sự tìm tòi, sáng tạo và dày công
khảo sát, tìm kiếm cũng như tham khảo các tài liệu chuyên khảo trong nước, nước ngoài
trong lĩnh vực Gia công áp lực, cơ khí chế tạo máy, luyện kim, vật liệu học, thủy lực,
động lực học, cơ điện tử, công nghệ thông tin để có được kết quả nghiên cứu như hôm
nay.
Với danh dự của bản thân, tôi cam đoan luận văn: “Nghiên cứu thiết kế công nghệ
và máy uốn lôc CNC 4 trục để chế tạo ống thép hàn” do tôi viết ra, sản phẩm thiết kế do
tôi thực hiện, chưa có ai thực hiện đề tài này. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà
trường, trước pháp luật về tính hợp pháp của đề tài, luận văn.
Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2011
Người viết cam đoan

Học viên Đặng Văn Phương

Danh mục ký hiệu, viết tắt.
NC, CNC – Điều khiển số, Chương trình điều khiển máy tính.
S – Trục lốc trên
W- Trục lốc dưới
X- Trục lốc bên trái
Y- Trục lốc bên phải
O-Vị trí mở khóa
GCAL- Gia công áp lực
G7- Các nước có nền kinh tế, khoa học kỹ thuật phát triển
Danh mục các bảng
Bảng 2.1 Độ giảm mỏng một số vật liệu theo bán kính cong (tra sổ tay)
Bảng 2.2 Hệ số giảm mỏng theo tỷ lệ giữa bán kính và độ dày tấm
Bảng 2.3 Sự quan hệ giữa ψ và r
Bảng 2.4: Hệ số kinh nghiệm (K) dùng để tính bán kính uốn nhỏ nhất
Bảng 2.5 Hệ số x0 để xác định góc đàn hồi khi uốn chữ V
Bảng 2.6 Góc đàn hồi trung bình của các nguyên vật liệu khi uốn tự do với góc uốn
900, một góc uốn.
Bảng 2.7 Hệ số hiệu chỉnh k để tính góc hiệu chỉnh
Bảng 2.8 Bảng tính góc đàn hồi β
Bảng 2.9 Hệ số K1 sổ tay cán, kéo
Bảng 2.10. Bảng áp lực đơn vị q Kg/ mm2


Danh mục các Hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Biên dạng một số sản phẩm của máy lốc tôn 4 trục
Hình 2.1 Biểu đồ thế năng giữa các nguyên tử
Hình 2.2 Trượt giữa các mặt tinh thể
Hình 2.3 Mặt trượt và phương trượt, biểu đồ Schimid

Hình 2.4 Sơ đồ biểu diễn sự trượt:
Hình 2.5 Song tinh trong mạng tinh thể
Hình 2.6 Hai dạng Textua trong vật liệu mềm
Hình 2.7 Hình ảnh độ biến dạng đến cơ tính kim loại
Hình 2.8 Mô tả một trường hợp uốn
Hình 2.9 Mô tả ví dụ về độ giảm mỏng đối với vật liệu chịu uốn
Hình 2.10 Một số dạng uốn chữ V
Hình 2.11 Bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng
Hình2.12. Tiết diện ngang của phôi bị thay đổi khi uốn phôi tròn(với bán kính uốn nhỏ)
Hình 2.12 Sơ đồ biểu diễn sự đàn hồi sau khi uốn
Hình 2.13. Cách xác định độ dài phôi uốn.
Hình 2.14 Mô tả lốc sản phẩm hình nón (côn)
Hình 2.15 Profile trụ E-líp
Hình 2.15 Profile hình lăng trụ
Hình 3.1 Sơ đồ động của máy lốc 4 trục
Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thân máy
Hình 3.3 Lưu đồ hệ thống điều khiển CNC
Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống điện điều khiển CNC máy lốc 4 trục MCB3070
Hình 3.5 Mô hình bẻ mép kim loại
Hình 3.6 Sơ đồ đặt lực trên trục
Hình 3.7 Dựng hình trong việc bố trí các tọa độ lốc
Hình 3.8 Sơ đồ tọa độ hóa uốn tôn
Hình 3.9 Mô hình cánh tay đòn trong uốn lốc
Hình 3.10 Sơ đồ đặt lực
Hình 3.11 Biểu đồ ứng suất pháp


Hình 3.12 Kết cấu sơ bộ trục bên
Hình 3.13 Sơ đồ lực
Hình 3.14 Biểu đồ lực cắt, mô men uốn

Hình 3.15 Mô tả sơ bộ trục đáy (ở giữa)
Hình 3.16 Biểu đồ đặt lực, lực cắt và mô men uốn trục đáy
Hình 3.17 Kích thước hình học trục đáy
Hình 3.18 Kết cấu sơ bộ trục
Hình 3.19 Biểu đồ lực cắt, mô men trên trục đỉnh
Hình 3.20 Kích thước hình học trục đỉnh.
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống thủy lực máy uốn lốc 4 trục
Hình 4.2 Sơ đồ bố trí vị trí của bốn (4) trục lốc
Hình 4.3 Mô tả sản phẩm sau khi lốc
Hình 4.4 Số lần lốc để đảm bảo được biên dạng khép kín (theo lý thuyết)
Hình 4.5 Tính toán góc đàn hồi
Hình 5.1 Ký hiệu các trục và mô tả sơ bộ
Hình 5.2 Chuyển động ăn phôi ban đầu của các trục lốc
Hình 5.3 Chỉ số áp lực (mô phỏng) hiển thị trên máy để tính áp lực kẹp phôi.
Hình 5.4 Chuyển động trục lốc và phôi
Hình 5.5 Bẻ mép (Pr-bending)
Hình 5.6 Chuyển vị các trụ lốc bên
Hình 5.7 Uốn lốc kết hợp với dưỡng căn chỉnh đường kính phù hợp
Hình 5.8 Khép kín đường ống
Hình 5.9 Hàn đường ống khi khép kín sau khi uốn lốc
Hình 5.10 :Phương án đưa vôi ra khỏi máy sau khi khép hình
Hình 5.11 Mô tả hai mép phẳng của tấm
Hình 6.13 Hình khai triển vật liệu tấm để lốc côn
Hình 6.14 Chuẩn bị dưỡng đo trong, đo ngoài theo tỷ lệ độ cong 1:1
Hình 6.15 Điều chỉnh độ nghiêng trục phù hợp khi uốn lốc
Hình 6.16 Hướng đặt của tấm khi lốc côn.
Hình 6.16 Chuyển động tương đối giữa trục lốc và vật liệu tấm
Hình 6.17 Quá trình chuyển động của lốc côn.

Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

NỘI DUNG
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................4 
CHƯƠNG I............................................................................................................................7 
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN 4 TRỤC ĐIỀU KHIỂN SỐ.......................7 
1.1. Tổng quan quá trình nghiên cứu và sử dụng máy uốn lốc 4 trục................................7 
1.1.1. Trong nước...........................................................................................................7 
1.1.2. Trên thế giới.........................................................................................................7 
1.1.3. Một số loại máy liên quan đến biến dạng uốn lốc kim loại .................................8 
1.1.4. Máy nắn và máy uốn:...........................................................................................8 
1.1.5. Khái niệm về máy lốc 4 trục điều khiển thủy lực có Profin dạng tròn ................9 
1.2. Nghiên cứu thị trường và nhu cầu sử dụng máy lốc tại Việt Nam. ..........................10 
1.3. Kết luận.....................................................................................................................10 
CHƯƠNG II. .......................................................................................................................11 
CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN LỐC .....................................11 
2.1 Tạo hình chi tiết dựa trên biến dạng dẻo kim loại .....................................................11 
2.1.1. Trượt ..................................................................................................................12 
2.1.2. Phá huỷ ..............................................................................................................12 
2.2. Cơ chế biến dạng dẻo – Trượt và sự chuyển động của lệch ....................................13 
2.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể ................................................................................13 
2.2.2. Song tinh ............................................................................................................16 
2.2.3. Tổ chức và tính chất của kim loại sau khi biến dạng dẻo. .................................18 
2.3. Xác định các thông số, năng lượng, lực và công nghệ trong quá trình biến dạng ....20 
2.3.1. Khái niệm uốn, đặc điểm công nghệ và lý luận về uốn. ....................................20 
2.3.2. Điều kiện ăn phôi...............................................................................................24 
2.3.3. Lớp trung hòa biến dạng và cách xác định. ......................................................25 
2.3.4. Bán kính uốn cho phép ......................................................................................28 
2.3.5. Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn và cách khắc phục...........................................31 

2.3.6. Xác định lực uốn:...............................................................................................36 
2.3.7. Cơ sở xác định kích thước của phôi uốn............................................................37 
2.4. Khả năng công nghệ khác của máy uốn lốc 4 trục ...................................................39 
2.4.1. Uốn các chi tiết dạng côn từ tôn tấm .................................................................39 
2.4.2. Uốn ống dạng E-líp............................................................................................44 
2.4.3. Uốn ống dạng lăng trụ .......................................................................................44 
2.5. Nguyên lý một số loại máy uốn lốc 4 trục điều khiển CNC.....................................45 
2.6. Tiêu chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn thiết bị trong kết cấu máy lốc 4 trục;......................46 
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

1


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

CHƯƠNG III. ......................................................................................................................47 
THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY LỐC 4 TRỤC VỚI THÔNG SỐ CHI TIẾT ............................47 
3.1. Sơ đồ động của máy lốc 4 trục điều khiển thủy lực..................................................47 
3.1.1. Dẫn động thủy lực 4 trục ...................................................................................47 
3.1.2. Cụm thân máy ....................................................................................................48 
3.1.3. Hệ thống điều khiển CNC của máy uốn lốc 4 trục ............................................49 
3.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy uốn lốc 4 trục ..........................................50 
3.2.1. Mô hình bài toán ban đầu ..................................................................................51 
3.2.2. Tính khoảng cách “b” theo kích thước cơ trên máy đã chọn.............................53 
3.2.3. Lập công thức tính lực cần để uốn.....................................................................56 
3.2.4. Tính lực cần để uốn tôn ở trạng thái phẳng: ......................................................57 
3.2.5. Tính lực cần để uốn tôn ở trạng thái cong: .......................................................57 
3.2.6. Tính toán các thông số ứng suất biến dạng........................................................60 

3.3. Tính trục lốc..........................................................................................................61 
3.3. Thông số hình học của trục công tác ........................................................................63 
3.3.1. Xác định các thông số hình học .........................................................................63 
3.3.2. Tính trục dưới ....................................................................................................66 
3.3.2. Nghiệm bền các trục ..........................................................................................76 
3.4.Tính toán Pit tông – xy lanh thủy lực và động cơ......................................................76 
3.4.1. Piston - Xylanh đẩy trục bên..............................................................................76 
3.4.2. Piston - Xylanh đẩy trục dưới ...........................................................................77 
3.5. Tính công suất động cơ trục lốc, chọn công suất động cơ chính ..............................79 
3.5.1 Công suất trục lốc trên ........................................................................................79 
3.5.2. Công suât trục lốc dưới......................................................................................80 
3.5.3. Tính chọn công suất động cơ chính ...................................................................80 
3.5.4. Tính tương đương khi lốc các loại vật liệu có ứng suất cao hơn ...........................81 
CHƯƠNG IV.......................................................................................................................86 
THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG THỦY LỰC..........................................................................86 
4.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động máy uốn lốc 4 trục. ...........................................................86 
4.2. Chế độ không tải:......................................................................................................87 
4.2.1. Bơm P1: .............................................................................................................87 
4.2.2. Bơm P2: .............................................................................................................87 
4.3. Chế độ có tải: ............................................................................................................87 
4.3.1. Tác dụng của bơm P1 ........................................................................................87 
4.3.2. Tác dụng của bơm P2 ........................................................................................87 
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

2


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

4.4. Hoạt động của hệ thống thủy lực khi uốn lốc: ..........................................................87 
4.4.1 Trục lốc dưới (ký hiệu W): .................................................................................87 
4.4.2. Trục lốc bên Y: ..................................................................................................88 
4.4.3. Trục lốc bên X: ..................................................................................................88 
4.4.4. Trục lốc quay (W, S): ........................................................................................89 
4.4.5. Mở khoá trục lốc trên W (xi lanh O): ................................................................89 
4.5. Xác định thông số công nghệ khi lốc........................................................................90 
CHƯƠNG V. .......................................................................................................................95 
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ UỐN LỐC THÉP TẤM TRÊN MÁY ..................................95 
5.1. Công nghệ uốn lốc trong máy lốc 4 trục...................................................................95 
5.1.1. Trục trên S: ........................................................................................................95 
5.1.2. Trục lốc giữa P...................................................................................................95 
5.2. Phương thức lốc ........................................................................................................96 
5.2.1. Lốc không cắt lưỡi (Pre-bending ).....................................................................96 
5.2.2. Uốn lốc chập hai đầu – khép kín......................................................................102 
5.5.3. Lốc côn: ...............................................................................................................103 
5.3.1 Chuẩn bị vận hành ............................................................................................104 
5.3.2 Qui trình lốc côn: ..............................................................................................105 
CHƯƠNG VI. KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ .....................................................................108 
6.1. Nội dung hoàn thành...............................................................................................108 
6.2. Những vấn đề cần phát triển sau bảo vệ luận văn cao học. ....................................108 
6.3. Tính mới và sáng tạo thuộc lĩnh vực đề tài.............................................................109 
6.4. Kiến nghị đề xuất....................................................................................................109 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................110 

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

3

Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành cơ khí trong nước thời gian qua đã có những bước phát triển đáng
quan tâm trong nhiều lĩnh vực chế tạo thiết bị cơ khí ngành sản xuất vật liệu xây
dựng, năng lượng, hóa chất, cơ khí khai thác mỏ … là do có sự đầu tư đúng hướng
và sự quan tâm hơn của nhà nước đối với lĩnh vực phát triển ngành cơ khí.
Một số văn bản quan trọng như: Kết luận số 25-KL/TW ngày 17/10/2003 của
Bộ chính trị về chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam.
Quyết định số 186/2002/QĐ-TTg ngày 26/12/2002 của Thủ tướng Chính phủ
Phê duyệt chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt nam đến năm 2010 và tầm nhìn
2020. Có thể nói đây là những văn bản mang tính định hướng của nhà nước trong
việc xã hội hóa phát triển ngành công nghiệp cơ khí có trọng tâm và được đầu tư
chiều sâu.
Trong thực tiễn chung ấy, việc các sản phẩm nghiên cứu khoa học, các đề
tài, luận văn, báo cáo khoa học tại các Trường Đại học, Viện nghiên cứu các cần
bám sát vào thực tế sản xuất và nhu cầu của xã hội để những sản phẩm trí tuệ đó
được ứng dụng trong thực tiễn.
Là một học viên cao học, đồng thời công tác tại đơn vị thành viên thuộc
Tổng công ty lắp máy Việt Nam (LILAMA69-3) đã có nhiều thời gian tiếp cận với
nhiều Công trình Nhóm A- cấp nhà nước như Nhà máy Lọc dầu Dung Quất –
Quảng Ngãi, Nhà máy xi măng Hoàng Thạch 1& 2& 3. Nhà máy xi măng Chinfon
1 & 2, Nhà máy xi măng Thăng Long – Hoành Bồ, nhà máy xi măng Cẩm Phả,
Nhiệt điện Uông Bí mở rộng, Tuyển Than Cửa Ông …tiến tới còn rất nhiều dự án
phía trước.
Nhận thức được khả năng chế tạo trong nước đối với nhiều mặt hàng lớn còn
hạn chế trong việc chế tạo hàng siêu trường, siêu trọng, các mẻ đúc khối lượng lớn

trên 20 tấn, các máy gia công độ đồng tâm trên không gian rộng, các máy áp lực
cao, công nghiệp luyện kim cho ngành công nghiệp chế tạo máy, các máy lốc loại
tôn dày v.v... nếu chưa phát triển những sản phẩm trên, sẽ làm chậm tiến trình nội
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

4


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

địa hóa theo lộ trình đã định. Trong những vấn đề đã nêu, việc chế tạo lò lung
clinker, các bồn bể áp lực cao, các ống dẫn nhiên liệu dạng khí, dạng lỏng, dạng hơi
nước … được sử dụng phổ biến ở nhiều lĩnh vực xây dựng dân dụng, xây dựng
công nghiệp và dây chuyển sản xuất công nghiệp. Độ dày lò lung trong nhà máy xi
măng từ 1,4 triệu tấn đến 3,6 triệu tấn/năm đối với một dây chuyền thì đường kính
lò phải từ 4,2m đến 11m, các độ dầy tôn theo các dải từ 30 đến 110 mm, ngoài ra
còn các hệ ống khói, ống gió bar, thông khí, tháp nước, phễu nón cụt …, trong công
nghệ chế tạo bồn bề thì việc sử dụng máy lốc là không thể thiếu để lốc các biên
dạng hình elip, hình tròn. Trong công nghiệp nhiện điện thì các ống được sử dụng
trong vận hành hệ thống nước tuần hoàn, hệ thống khí nén chịu áp lực cao, hệ thống
bao hơi, các bồn bể trong việc bảo vệ môi trường như khu xử lý lưu huỳnh (S) –
FGD … điều này để chứng minh rằng việc tập trung nghiên cứu Máy lốc 4 trục là
cần thiết đối với ngành cơ khí , có tính thực tiễn và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Việc lựa chọn đường kính lốc tiêu chuẩn để làm cơ sở thiết kế, sau đó đưa ra
các nguyên lý lốc đối với các biên dạng khác nhau, được xây dựng thành một hệ
thống bảng dữ liệu tiêu chuẩn, được sử dụng và được tính toán về khả năng công
nghệ của máy lốc, các trục đỉnh, trục đáy và 2 trục bên.
Việc nghiên cứu phải trả lời là máy lốc 3 trục đã tồn tại và hoạt động hiệu

quả trong một thời gian dài qua nhiều thập kỷ vậy thì tại sao lại nghiên cứu máy lốc
4 trục, ưu điểm vượt trội của thiết bị là gì? Điều này căn bản ở tính kinh tế và kỹ
thuật, khả năng Pre-bending của máy, việc tiết kiệm chi phí vật liệu khá lớn so với
máy lốc 3 trục được tính toán cụ thể dựa trên lý thuyết và thực tế tại một số đơn vị
thành viên LILAMA.
Đại học Bách khoa Hà Nội là một trường Đại học uy tín của Việt nam trong
lĩnh vực đào tạo và phát triển nguồn nhân lực khoa học, công nghệ về cơ khí chế tạo
máy. Việc đưa những đề tài có tính thiết thực đối với các ngành công nghiệp sản
xuất là trách nhiệm đối với xã hội. Nhận thấy được thị trường tiềm năng của loại
máy lốc này trong thực tế, đồng thời mong muốn có đội ngũ khoa học thực sự
chuyên sâu đối với loại máy lốc 4 trục là cần thiết trong giai đoạn hiện nay để thực
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

5


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

hiện việc nghiên cứu, chế tạo máy lốc 4 trục có điều khiển bằng chương trình
(CNC) mang thương hiệu Việt Nam. Chính vì lý do đó bộ môn Máy và Gia công áp
lực đã đưa Máy lốc tôn 4 trục thủy lực, điều khiển CNC là một trong những đối
tượng nghiên cứu và phát triển cho học viên cao học Chế tạo máy khóa 2009:
Tên đề tài tiếng Việt: Nghiên cứu thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC
4 trục để chế tạo ống thép hàn
(Kích thước tiêu chuẩn dày 86mm, rộng 3000mm, đường kính lốc 3500mm)
Tên đề tài tiếng Anh: Research on technology and design of 4 – rolls
bending manufacturing welded steel pipe.
(Steel dimension: Plate thickness 86mm, wide 3000mm, Diameter bending

capacity 3500mm).
Học viên thực hiện đề tài: Đặng Văn Phương hiện công tác tại LILAMA69-3
Giảng viên hướng dẫn chính: PGS,TS Phạm Văn Nghệ nguyên là Trưởng bộ
môn máy và gia công áp lực Viện Cơ khí – Đại học Bách khoa Hà Nội.
Đến nay đề tài đã hoàn thiện được toàn bộ theo các nội dung đề cương
nghiên cứu đáp ứng được các chi tiêu khoa học, kỹ thuật của đề tài. Có thể nói đề
tài được nghiên cứu thành công sẽ là cơ sở cho việc ứng dụng sản phẩm nghiên cứu
tại nhà trường vào sản xuất thực tế tại doanh nghiệp, sẽ là một cơ hội lớn để sản
phẩm nghiên cứu được chế tạo tại LILAMA69-3 sau khi đề tài được nghiệm thu và
chỉnh sửa.
Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Phạm Văn Nghệ, người thầy
đã hướng dẫn tôi thực hiện thành công đề tài này, đồng thời xin cảm ơn Viện Đào
tạo sau đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn máy & GCAL, các thầy cô giáo, các bạn đồng
môn, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học này.
Trân trọng !
Học viên Đặng Văn Phương.

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

6


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

CHƯƠNG I.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN 4 TRỤC ĐIỀU KHIỂN SỐ
1.1. Tổng quan quá trình nghiên cứu và sử dụng máy uốn lốc 4 trục
1.1.1. Trong nước

Thực tế một số doanh nghiệp trong nước đã tự chế một số máy lốc 3 trục
được chép mấu các máy có xuất sứ từ Trung Quốc từ những năm 80 của Thế kỹ
trước, với các loại máy uốn lốc loại thép mỏng từ 1 đến 8mm, đáp ứng được một số
nhu cầu nhất định để chế tạo một số loại ống khói, ống dẫn khí và ống nước trong
một số ngành công nghiệp, nông nghiệp và thủy lợi. Nhìn chung, những sản phẩm
đơn chiếc, thiếu tính toán cơ sở khoa học và dựa trên chép mẫu. Những đơn vị chỉ
chế tạo để đáp ứng công việc của bản thân doanh nghiệp, chưa định hướng thị
trường và chưa có chiến lược kinh doanh hay định hướng sản phẩm cụ thể, nên
nhiều năm trở lại đây cũng chưa có đơn vị nào thực sự coi sản phẩm máy lốc 3 trục,
4 trục là sản phẩm truyền thống của họ. Các máy lốc tự chế xuất hiện ở một số nhà
máy Cơ khí Hải Dương, LILAMA, COMA, VINASHIN …,
1.1.2. Trên thế giới
Hàng năm, các doanh nghiệp của LILAMA, COMA, SONGDA,
VINASHIN… phải nhập nhiều loại máy lốc với nhiều kích cỡ khác nhau cho những
mục đích chế tạo tại các dự án. Các máy có xuất xứ từ các nước G7, Nga, Trung
Quốc và một số nước Đông Âu với nhiều thế hệ máy, xong đa phần là máy lốc 3
trục. Hiện tại, loại máy 4 trục đã được nhập vào một số doanh nghiệp trong nước
như LISEMCO – Hải Phòng, LILAMA69-3 – Hải Dương, CS WIND TOWER –
Hồ Chí Minh .., của các hãng chế tạo thiết bị máy lốc hàng đầu như DAVI – Italy,
MG – Italy, 4HEL – Italy, Bikko – Italy, Sertom – Thổ Nhĩ Kỳ..,các nước này đã
đạt tới trình độ cao về nghiên cứu và chế tạo máy lốc siêu lớn với nhiều biên dạng
phức tạp, với tôn dày đến 200mm như MCB 3070, MCB 3080, MG 375 … các
chương trình điều khiển số NC và CNC.

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

7

Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

1.1.3. Một số loại máy liên quan đến biến dạng uốn lốc kim loại
Các máy loại trục làm gồm có một vài loại máy uốn - nắn, máy cán để cán
dọc và ngang. Máy loại con lăn như máy uốn – nắn thép hình, máy long lỗ, máy lăn
nồi hơi, máy miết đĩa, máy có bộ phận làm việc là cung hình quạt như máy cán rèn ,
còn máy quay hồi chuyển thuộc loại máy có bộ phận làm việc đầu trượt.Tất cả các
loại máy ở trên có đặc điểm là : nguyên công công tác được thực hiện trong khi phôi
chuyển động. Vì thế cần tự động hoá việc chuyển phôi .
Đặc điểm khác nhau giữa máy loại quay với máy búa và máy ép là: ở máy
búa và máy ép thông thường không sử dụng hành trình không tải đi lên ( ngược )
để biến dạng vật dập và quá trình biến dạng chỉ thực hiện trên một phần không lớn
của chu trình công tác. Một đặc điểm quan trọng ở kiểu máy quay là phôi được gia
công một cách liên tục, do vậy tạo khả năng áp dụng rộng dãi nguyên lý chuyển
động quay bộ phận công tác trong các máy của ngành rèn – dập. Người ta cũng sử
dụng rộng rãi các máy kiểu quay trong chế tạo máy khi sản xuất các vật liệu định
hình.
Nếu ở các máy ép, lực danh nghĩa là thông số cơ bản nhất thì đối với máy
loại quay thông số cơ bản nhất là mômen xoắn tác dụng lên trục chính . Riêng đối
với một vài loại máy (như máy cán rèn) lực danh nghĩa cũng là một thông số cơ
bản.
1.1.4. Máy nắn và máy uốn:
Máy nắn uốn được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo máy và gia công kim
loại. Các máy này thường kết hợp với các máy hàn để gia công các sản phẩm trong
nền sản suất hàng loạt nhỏ, lớn và hàng khối.
Quá trình công nghệ cơ bản của nắn và uốn dựa trên cơ sở biến dạng uốn
dẻo ngang nhờ khuôn, con lăn hoặc trục cán ngoài ra: uốn tự do hoặc uốn theo
dưỡng. Sau này người ta đã ứng dụng uốn có kéo, kéo với nén v.v.. và trong một vài
loại máy.

Máy uốn, nắn loại quay có thể chia ra rất nhiều loại nhưng chủ yếu là máy
uốn nắn kiểu trục lăn hoặc con lăn với số trục và con lăn thay đổi. Máy uốn 3 hoặc
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

8


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

4 trục có thể uốn các tấm (dày từ 1,6 ÷ 130 mm , rộng 1250 ÷ 4000 mm); máy uốn 3
con lăn để uốn thép hình; máy uốn gờ có thể lên vành, tạo gân lượn sóng trên mặt
trụ, ghép mí ... các tấm hoặc dải dày 1,6 ÷ 4 mm.
1.1.5. Khái niệm về máy lốc 4 trục điều khiển thủy lực có Profin dạng tròn
Máy lốc tôn là một thiết bị gồm các cặp lô có profin giống prôfin của sản
phẩm, được dẫn động bởi động cơ thủy lực, nhờ sự chuyển động của các cặp lô tạo
hình này mà vật liệu (thép tấm) sau khi di chuyển qua các cặp lô sản phẩm sẽ có
được hình dáng như đã thiết kế. Máy uốn lốc thực chất là một dạng máy gia công
nguội, dưới dạng gia công bằng áp lực (phương pháp gia công không phoi). Quá
trình tạo hình prôfin sản phẩm là quá trình gây biến dạng dẻo dưới tác dụng của
ngoại lực (nhờ vào các lô cuốn).
Sản phẩm của máy lốc tôn đa dạng và phong phú (đặc trưng của nó là mặt
cắt ngang (prôfin) của sản phẩm không thay đổi theo chiều dài), và được ứng dụng
rộng rãi trong thực tế như: tấm lợp, các chi tiết hình ống, thùng phi, nồi hơi, bao hơi
nhiệt điện, ống dẫn nhiên liệu lỏng, khí, hơi trong công nghiệp dầu khí, vỏ lò lung
Clinker trong công nghiệp xi măng..., kích thước của sản phẩm có thể đạt tới
3000mm chiều rộng và lốc các tấm có chiều dài hàng chục mét, các chi tiết có
prôfin hình tròn có thể đạt đường kính đến 10 000 mm (10m).
Hiện nay có rất nhiều dạng máy lốc tôn, ở nước ta cũng có một số cơ sở sản

xuất máy lốc, tuy nhiên với điều kiện sản xuất đơn chiếc, giá thành đắt nên chỉ sản
xuất những dạng máy lốc gia công những sản phẩm có prôfin đơn giản như: U, C,
tròn, dạng sóng (tấm lợp), tuy nhiên để tập trung vào nội dung chính đề tài tác giả
chỉ xin tập trung vào khả năng công nghệ của máy lốc 4 trục, bắt đầu bài toán lốc cơ
bản là lốc trụ tròn, từ đó căn cừ vào đó để lên phương án và nguyên lý cho các dạng
lốc khác như lốc tự do, lốc vuông, lốc e líp, lốc côn …Dưới đây là một số biên dạng
sản phẩm của máy lốc tôn 4 trục (Hình 1) .

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

9


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy
Lốc tròn

Biên dạng tự do

Lốc đơn giản

Lốc xoáy ốc

Lốc elip

Lốc trái xoan

Hình 1.1: Biên dạng một số sản phẩm của máy lốc tôn 4 trục

1.2. Nghiên cứu thị trường và nhu cầu sử dụng máy lốc tại Việt Nam.
Thị trường máy lốc đã tồn tại từ những năm sau chiến tranh chống Mỹ dành
độc lập dân tộc và thống nhất đất nước, nhu cầu xây dựng và kiến thiết các nhà
máy, xí nghiệp ở mọi nơi trên mọi miền tổ quốc. Ngày nay, cùng với quá trình đô
thị hóa và thực hiện Nghị quyết của Bộ chính trị là đến năm 2020 Việt Nam cơ bản
trở thành nước công nghiệp. Các ngành công nghiệp khai thác, công nghiệp dầu khí,
công nghiệp năng lượng, nhiệt điện, thủy điện, xi măng, hóa chất … còn rất nhiều
việc phải làm. Việc nâng cao khả năng và phát huy nội lực nghiên cứu phát triển
đồng thời thúc đẩy cơ khí trong nước phát triển là việc làm rất quan trọng. Các
lượng ống chịu áp lực, bồn bề, lò lung Clinker (thường phải nhập ngoại), bao hơi
(100% phải nhập) … khối lượng rất lớn. Việc nghiên cứu thành công một mặt góp
phần nâng cao cơ sở lý luận khoa học trong việc chế tạo các sản phẩm từ máy lốc,
mặt khác thúc đẩy việc tự chế tạo máy lốc trong nước, ổn định sản xuất và tiết kiệm
ngoại tệ là điều cần làm cho Việt Nam trong hoàn cảnh hiện nay.
1.3. Kết luận
Việc nghiên cứu máy lốc 4 trục là cần thiết trong hoàn cảnh hiện tại, phù hợp
chung với xu hướng phát triển ngành cơ khí Việt Nam, đồng thời thúc đẩy công tác
nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ làm chủ về công nghệ lốc 4 trục, nâng
cao năng lực chế tạo cơ khí trong nước, tạo công ăn việc làm cho người lao động,
tiết kiệm ngoại tệ nhập khầu thiết bị.
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

10


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

CHƯƠNG II.

CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN LỐC
2.1 Tạo hình chi tiết dựa trên biến dạng dẻo kim loại
Trong kim loại, các nguyên tử (Ion) tồn tại lực tác dụng tương hỗ, gồm các
lực đẩy và lực kéo. Tại một nhiệt độ nhất định chúng dao động quanh vị trí cân
bằng. Nhờ vậy, vật thể tồn tại với một hình dáng kích thước nhất định. Theo quan
điểm năng lượng, các nguyên tử tồn tại ở vị trí năng lượng tự do thấp nhất, tuỳ
thuộc cấu trúc tinh thể. Các nguyên tử ở mạng tinh thể lập phương thể tâm (LPTT)
có năng lượng tự do cao hơn, trong khi đó ở mạng lập phương diện tâm (LPDT),
năng lượng tự do thấp hơn.
Dưới tác dụng của ngoại lực hoặc
nhiệt độ, làm thay đổi thế năng của
nguyên tử, các nguyên tử rời khỏi vị trí
cân bằng. Ta có thể nhận thấy thông qua
sự thay đổi kích thước của vật thể. Lực
càng lớn, nhiệt độ càng cao, thể năng
càng tăng. Nếu năng lượng làm nguyên
tử cách xa nhau, khi năng lượng không
đủ vượt qua một giá trị nhất định,
ngưỡng lớn nhất, sau khi th‹i lực hoặc

Hình 2.1 Biểu đồ thế năng giữa các
nguyên tử

giảm nhiệt, các nguyên tử quay về vị trí ban đầu.
Sự dịch chuyển của các nguyên tử tạo ra sự biến dạng.
Người ta chia ra các kiểu biến dạng : biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, phá
huỷ.
Trong phương pháp uốn tấm nguội, dưới tác dụng của lực cơ học bên ngoài
khi mà Fcơ học > Fđàn hồi độ biến dạng tăng nhanh theo tải trọng, khi bỏ tải trọng biến
dạng không bị mất đi mà vẫn cũng một phần. Biến dạng này được gọi là biến dạng

dẻo.
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

11


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

Nhờ biến dạng dẻo ta có thể thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tạo lên
nhiều chủng loại phong phú đáp ứng tốt yêu cầu sư dụng.
Khi biến dạng đàn hồi các nguyên tử chỉ dịch chuyển đi khoảng cách nhỏ
(không quá một thông số mạng), thông số mạng tăng từ a đến a + ∆a, tức chưa sang
vị chí cân bằng mới nên khi bỏ tải trọng lại trở về vị trí cân bằng cũ. Biến dạng đàn
hồi xảy ra do cả ứng suất tiếp lẫn ứng suất pháp. Khi biến dạng dẻo các nguyên tử
dịch chuyển đi khoảng cách lớn hơn (quá một thông số mạng ) nên khi bỏ tải trọng
nó trở về vị trí cân bằng mới. Biến dạng dẻo chỉ xảy ra do ứng tiếp. Biến dạng dẻo
thường xảy ra bằng cách trượt, đôi khi xảy ra bằng song tinh .
2.1.1. Trượt
Khi tăng năng lượng tự do của nguyên tử vượt qua một giới hạn, nguyên tử
kim loại chuyển dời sang một vị trí mới xa hơn và ổn định hơn, không trở về vị trí
cân bằng cũ khi thôi lực tác dụng. Tổng sự dịch chuyển của các nguyên tử sang vị
trí mới tạo nên một độ biến dạng dẻo, hay một sự thay đổi hình dáng và kích thước
vật thể, gọi là biến dạng dẻo, hay biến dạng dư. Để tạo nên sự dịch chuyển sang vị
trí mới không gây nên sự phá huỷ các mối liên kết, phải bảo đảm trong quá trình
các nguyên tử dịch chuyển khoảng cách giữa các nguyên tử không được vượt quá
kích thước vùng lực tác dụng tương hỗ kéo giữa các nguyên tử (hình 1.1). Khi cất
tải, biến dạng sau khi biến dạng dẻo, các nguyên tử có xu thế chiếm vị trí cân bằng
mới, thiết lập lại mối quan hệ và liên kết giữa các nguyên tử. Nhưng biến dạng dẻo

không làm thay đổi thể tích của vật thể biến dạng.
2.1.2. Phá huỷ
Phá huỷ là ngoài sự thay đổi hình dáng và kích thước của vật thể dưới tác
dụng của ngoại lực, sau khi cất tải chúng không còn giữ nguyên liên kết ban đầu
giữa các nguyên tử hoặc các phần. Phá huỷ là nứt, gẫy, vỡ mối liên kết giữa các
nguyên tử do ứng suất kéo gây nên.
Cần phân biệt khái niệm biến dạng dẻo và phá huỷ.

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

12


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

2.2. Cơ chế biến dạng dẻo – Trượt và sự chuyển động của lệch
2.2.1. Biến dạng dẻo đơn tinh thể
a. Trượt và cơ chế biến dạng trượt.

Hình 2.2 Trượt giữa các mặt tinh thể
Biến dạng dẻo kim loại được thực hiện bằng cách trượt hoặc song tinh, đó là
một quá trình chuyển dịch song song tương đối, không đồng thời giữa hai phần
(lớp) rất nhỏ của mạng tinh thể. Quá trình trượt xảy ra từ từ theo một mặt và
phương nhất định và ưu tiên cho những mặt và phương có góc định hướng với
ngoại lực thuận lợi, sao cho ứng suất tiếp lớn nhất trên mặt và phương đó lớn hơn
một giá trị giới hạn.
Trượt là một quá trình chuyển động tương đối giữa hai phần tinh thể, ở đây
sự chuyển dịch tương đối bao hàm một loạt mặt hoặc lớp mỏng tạo thành dải trượt,

ở những vùng trung gian giữa các mặt trượt không có biến dạng. Thực nghiệm cho
thấy, khoảng cách giữa các mặt trượt có giá trị khoảng 1µm, trong khi đó khoảng
cách giữa các lớp nguyên tử khoảng 1 - 10µm. Trượt xảy ra trên một vùng, tạo
thành một mặt, chiều dày của mặt bằng đường kính nguyên tử. Mặt này được gọi là
mặt trượt, mặt này luôn song song với mặt tinh thể. Trượt chỉ xảy ra trên một số mặt
và phương tinh thể nhất định. Trên phương và mặt tính thể này thường có mật độ
nguyên tử dày đặc nhất hay ở trên đó có lực liên kết giữa các nguyên tử là lớn nhất
so với mặt và phương khác. Trượt phải khắc phục lực tác dụng tương hỗ giữa các

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

13


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

mặt tinh thể (giữa các nguyên tử trên hai mặt nguyên tử) phương trượt là phương có
khoảng cách giữa các nguyên tử là nhỏ nhất.
Trượt sảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp, sao cho các dãy nguyên tử
trong quá trình trượt vẫn giữ được mối liên kết. Nếu không có mối liên kết đó, biến
dạng dẻo sẽ dẫn đến phá hủy. Bất kỳ một kiểu mạng tinh thể nào, trượt xảy ra trên
một mặt trượt và theo một số phương trượt nhất định. Tổng hợp mặt trượt – phương
trượt gọi là hệ trượt.

Hình 2.3 Mặt trượt và phương trượt, biểu đồ Schimid

Mạng
LP tâm mặt

Mặt trượt
111

Phương

Véc tơ

trượt

BERGET

110

a/2<110>

110
LP tâm khối

112

4x3 = 12
6x2 = 12

111

a/2<111>

123

12x1 = 12
24x1 = 24

Sáu phương xếp

a<110>

chặt

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

Số hệ trượt

14

1x3 = 3
6x1=6


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

Trượt là sự chuyển dời tương đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt
và phương nhất định gọi là mặt và phương trượt (như Hình 1.4 biểu diễn ở dưới).
Khi mẫu đơn tinh thể bị kéo ta thấy xuất hiện các bậc trên bề mặt của mẫu.
Điều đó chứng tỏ có sự trượt lên nhau giữa các phần của tinh thể. Sự trượt xảy ra
chủ yếu trên những mặt nhất định và dọc theo những phương nhất định và dọc theo
những phương nhất định gọi là mặt trượt và phương trượt. Thường là bằng một số
nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử trên phương trượt.

mặt trƯợt

phƯơng trƯợt

Hình 2.4 Sơ đồ biểu diễn sự trượt:
a). Hình dạng đơn tinh thể và mạng
tinh thể sau khi trượt
b). Hình dạng đơn tinh thể và mạng
khi trượt

mặt trƯợt

a)

b)

Một mặt trượt cùng với một phương trượt nằm trên nó tạo thành một hệ
trượt. Các nghiờn cứu lý thuyết lẫn thực hành đều cho thấy mặt trượt và phương
trượt là những mặt và phương có mật độ nguyên tử lớn nhất.
Số lượng hệ trượt càng lớn thỡ khả năng xảy ra trượt càng nhiều có nghĩa là
càng dễ biến dạng dẻo. Bởi vậy khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể được
đánh giá thông qua số lượng hệ trượt. Qua đây có thể nhận thấy rằng những kim
loại có mạng lục phương do số lượng hệ trượt hạn chế nên thường có tính dẻo kém
hơn so với những kim loại có mạng tinh thể lập phương diện tâm hoặc lập phương
thể tâm.
Đặc điểm của trượt:

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

15


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

+ Trượt chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp.
+ Phương mạng không thay đổi trước và sau khi trượt
+ Mức độ trượt bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử
trên phương trượt.
+ Ứng suất tiếp cần thiết để gây ra trượt không lớn.
Thực nghiệm đó chỉ ra rằng trong một số hệ trượt biến dạng dẻo thông qua
trượt xẽ xảy ra nếu ứng suất tiếp đạt tới giá trị tới hạn τ0. Bởi vậy trên hệ trượt nào
ứng suất tiếp đạt tới giá trị τ0 trước thỡ trượt sẽ bắt đầu trên hệ đó trước.
2.2.2. Song tinh
Một cơ chế thứ hai dẫn đến biến dạng dẻo trong tinh thể đó là sự tạo thành
song tinh cơ học (cần phân biệt với sự tạo thành song tinh khi có chuyển biến
ostenit). Khi ứng suất tiếp τ đạt tới một giá trị tới hạn nào đó thỡ một phần của
mạng tinh thể sẽ xờ dịch đến một vị trí mới đối xứng với phần cũn lại qua một mặt
phẳng gọi là mặt phẳng.
Song tinh được xác định bằng mặt song tinh, phương song tinh và tỷ suất
song tinh. Cũng như trượt, song tinh cũng tồn tại các hệ song tinh. Hệ này phụ
thuộc cấu trúc vật liệu.
Cấu trúc mạng

Mặt tinh thể

Phương song tinh

Tỷ suất song tinh

LP tâm mặt

{111}

<112>

0.707

LP tâm khối

{112}

<111>

0.707

Sáu phương xếp

{102}

<101>

<0.15

chặt
Song tinh cũng giống như trượt chỉ xảy ra trên các mặt và các phương xác
định.

HV Đặng Văn Phương

CH2009- ĐHBK HN

16


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

τ

τ

mÆt song tinh

τ

τ

H×nh 2.5 Song tinh trong m¹ng tinh

Song tinh có những đặc điểm sau:
- Giống như trượt sự tạo thành song tinh chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng
suất tiếp khác với trượt là việc tạo thành song tinh kèm theo sự thay đổi phương
mạng của phần tinh thể bị xê dịch.
- Khoảng xê dịch của các nguyên tử tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng
với mặt song tinh và có trị số nhỏ hơn so với khoảng cách nguyên tử.
Ứng suất cần thiết để tạo thành đối tinh cơ học thường lớn hơn ứng suất cần
thiết để gây ra trượt. Bởi vậy nói chung trượt sẽ xảy ra trước và chỉ khi các quá trình
trượt gặp khó khăn thỡ song tinh mới tạothành; ví dụ như trường hợp biến dạng
trong mạng lập phương thể tâm ở nhiệt độ thấp hoặc tốc độ biến dạng lớn (khi đó

giới hạn chảy tương đối cao) .
Vì xê dịch của các nguyên tử khi tạo thành song tinh nhỏ nên song tinh
không dẫn đến một mức độ biến dạng dẻo đáng kể trong tinh thể (chỉ mấy %). Nếu
cùng với song tinh cũng xảy ra trượt thì trượt sẽ đóng vai trũ chính trong quá trình
biến dạng dẻo. Trong các tinh thể liên kết đồng hoá trị như Bi, Sb … toàn bộ biến
dạng dẻo cho đến lúc phá huỷ chủ yếu do song tinh tạo nên, vì thế mức độ biến
dạng dẻo trong các tinh thể đó rất nhỏ, chúng được coi là những vật liệu giòn. Đối
với những kim loại mạng lục phương xếp chặt như Zn, Mg,Cd do số lượng hệ trượt
ít nên thường tạo thành song tinh, song như trên đó nói ý nghĩa của song tinh đối
với biến dạng dẻo không lớn mà quan trọng hơn là do song tinh làm thay đổi
HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

17


Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

phương mạng nên có thể làm xuất hiện một vài định hướng mới có lợi cho trước.
Trong trường hợp này biến dạng dẻo xảy ra trước phá huỷ tăng lên so với trường
hợp chỉ có trượt đơn thuần. Tuy nhiên sự thay đổi ấy không lớn nên các kim loại
mạng lục phương xếp chặt vẫn là những vật liệu có tính dẻo kém.
2.2.3. Tổ chức và tính chất của kim loại sau khi biến dạng dẻo.
Biến dạng dẻo làm thay đổi rất mạnh tổ chức, tính chất đặc biệt là cơ tính
của vật liệu cũng như kim loại.
a - Trong và sau khi trược tinh thể ở xung quanh mặt trượt bị xô lệch, các
hạt bị biến dạng không đều, song đều có khuynh hướng bị kéo dài, bẹt ra theo
phương biến dạng. Với độ biến dạng ε lớn (40 ÷ 50 %) hạt bị phõn nhỏ ra, các tạp
chất và pha thứ hai bị nhỏ vụn ra, kéo dài ra tạo nên thớ (độ biến dạng ε thường

được tính bằng độ giảm của tiết diện phôi khi biến dạng dẻo theo công thức ε = [(so
– sf)/so] .100%, trong đó so và sf là tiết diện phôi trước và sau khi biến dạng dẻo ).
Khi độ biến dạng rất lớn (70 ÷ 90%, ít gặp) các hạt bị quay đến mức các hạt và
phương mạng cùng chỉ số của chúng trở nên song song với nhau (Hình 3), tạo lên
một cấu trúc gọi là textua.
Phương kéo

a)

Phương kéo

b)
Hình 2.6 Hai dạng Textua trong vật liệu mềm

a) Fe - Si{110
,textua
} < 100>
} <100>
b) Fe - Ni 100
{,textua

Khi kim loại có textua nó sẽ có tính dị hướng. Hiện tượng này được áp
dụng khá rộng rói cho thộp kỹ thuật điện để làm giảm tổn thất từ trong các biến thế.

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

18

Nghiên cứu, thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để
chế tạo ống thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy

Textua tạo nên trong trường hợp này được gọi là textua biến dạng. Ví dụ
khi cán:
- Các mặt {123} và {110} của A1, {100} hoặc {110} của A2, {0001} của A3
định hướng lại song song với mặt phẳng cán.
- Các phương < 412 > và < 211 > của A1 , < 100 > của A2 , < 1010 > của
A3 định hướng lại song song với phương cán.
b- sau biến dạng dẻo trong kim loại tồn tại ứng suất dư do xô lệch mạng và
biến dạng không đều giữa các hạt cũng như trên tiết diện. Nói chung ứng uất bên
trong có hại cho cơ tính, song cũng có trường hợp người ta cố ý tạo nờn lớp ứng
suất nộn dư để nâng cao giới hạn mỏi bằng cách lăn ép,phun bi.
c- sau khi biến dạng dẻo, do mạng tinh thể bị xô lệch, cơ tính kim loại thay
đổi rất mạnh theo chiều hướng như hình 4.
- Tăng độ cứng
- Tăng độ bền song trong đó giới hạn đàn hồi σđh và giới hạn chảy σ0,2 tăng
mạnh hơn.Tức có xu hướng biến cứng, bền hoá, nhưng lại làm giảm độ dẻo và độ
dai, tức có xu hướng biến giòn. Hiện tượng này cũn được gọi là hoá bền biến dạng
(để phân biệt với một số dạng hoá bền khác như nhiệt luyện, hợp kim hoá … ) .

Tính chất

Độ dẫn điện

Độ biến dạng
Hình 2.7 Hình ảnh độ biến dạng đến cơ tính kim loại

Hóa bền biến dạng là hình thức hóa bền thông dụng trong kỹ thuật được gọi
dưới nhiều tên khác nhau như: biến cứng, cứng nguội. Hiệu quả mạnh nhất của hoá bền

HV Đặng Văn Phương
CH2009- ĐHBK HN

19