ĐỒ ÁN THIẾ KẾ MÁY CÁN TÔN SÓNG NGOÁI

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước đang trong thời kỳ công nghiệp hoá và hiện đại hoá vì thế ngành
công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng đóng vai trò quyết định. Trong
những năm gần đây nước ta tập trung đầu tư vào lĩnh vực cơ khí nên ngành cơ khí
đã có những bước phát triển rõ rệt . Chính điều đó nó không những làm tăng tính
hiệu quả về mặt kinh tế ,giải quyết gánh nặng việc làm cho xã hội mà còn tăng tính
tự lập ,tự cường ,phát huy sức mạnh nội lực và khả năng sáng tạo.
Cùng với sự phát triển của đất nước, nhu cầu của con người ngày càng phong
phú và đa dạng, nhiều công trình, nhà ở mọc lên một cách nhanh chóng. Do đó nhu
cầu sử dụng tấm lợp ngày càng tăng nhanh, đặc biệt là các loại tấm lợp bằng kim
loại. Yêu cầu đặt ra đối với các loại tấm lợp ngày càng cao về hình dạng, màu sắt và
kích thước, trong khi đó nước ta chưa sản xuất được phôi để tạo ra các sản phẩm
trên mà phải nhập từ nước ngoài. Để có những sản phẩm đến với người tiêu dùng có
mẫu mã đẹp, kích thước như mong muốn và giá thành phù hợp thì việc thiết kế chế
tạo ra “máy cán tôn tạo sóng” là cần thiết.
Sau một thời gian dài nghiên cứu, tìm hiểu được sự giúp đỡ, gợi ý của các
thầy cô trong Khoa và sự tận tình hướng dẫn của thầy Trần Minh Chính em đã
chọn và thực hiện đề tài “ Thiết kế máy cán tôn sóng ngói” . Đây là một đề tài
tương đối phổ biến và có tính khả thi cao và cần thiết. Nếu sự đầu tư đúng hướng và
ngày càng mạnh vào lĩnh vực cơ khí của đất nước như hiện nay thì việc thiết kế chế
tạo ra một dây chuyền sản xuất như thế hoàn toàn có thể thực hiện được.
Mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo nhưng do vốn kiến thức
còn hạn chế, thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế lại phải giải
quyết một nhiệm vụ lớn nên sẽ không tránh khỏi những sai sót. Rất mong sự góp ý
của các thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn !
Đà Nẵng, Ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện:
Đoàn Tiệp

Trang 1

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu
A – LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ TẤM LỢP VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG
1.1. Giới thiệu về tôn sóng…………………………………………………....5
1.1.1. Khái niệm…………………………………………………………..…5
1.1.2. Phân loại………………………………………………………………5
1.1.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp…………………………………....6
1.1.4. Vật liệu chế tạo tôn…………………………………………………....6
1.2. Nhu cầu sử dụng………………………………………………………....6
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO
2.1. Tổng quát………………………………………………………………...8
2.2. Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo……………………………9
2.3. Biến dạng của kim loại ở trạng thái nguội…………………………….....11
CHƯƠNG 3. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH UỐN TẤM
3.1. Khái niệm………………………………………………………………..13
3.2. Giới thiệu quá trình uốn…………………………………………………13
3.3. Công thức tính lực uốn…………………………………………………..15
3.4. Tính đàn hồi khi uốn…………………………………………………….15
CHƯƠNG 4.GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC
4.1. Cơ cấu biến đổi năng lượng……………………………………………..18
4.1.1. Bơm và động cơ dầu…………………………………………………18
4.1.2. Xilanh thủy lực………………………………………………………22
4.2. Các loại van trong hệ thống truyền động thủy lực……………………....24
4.2.1. Van điều chỉnh áp suất……………………………………………….24
4.2.2. Van điều chỉnh lưu lượng …………………………………………...25
4.2.3. Van điều khiển ……………………………………………………....26

4.3. Đặc điểm của hệ thống truyền động bằng thủy lực……………………..26
B – THIẾT KẾ TÍNH TOÁN
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1. Thiết lập biên dạng sóng tôn………………………………………………...28
1.1.1. Xác định số sóng và kích thước sóng…………………………………..28
Trang 2


1.1.2. Cơ sở thiết kế tính toán biên dạng sóng tôn……………………………29
1.2. Các phương án thiết kế máy – Phân tích lựa chọn phương án…………..…..30
1.2.1. Phương án bố trí con lăn tạo sóng tôn trên trục cán………………...…30
1.2.2. Phương án truyền động chính cho dây truyền cán…………………….32
1.2.3. Hộp phân lực…………………………………………………………..33
1.2.4. Chọn phương án truyền động cho hệ thống đầu dập ……………...…..35
1.2.5. Phương án truyền động dao cắt…………………………………….....38
1.3. Xác định kích thước con lăn cán………………………………………...38
1.3.1. Xác định kích thước con lăn cán nhô cao đầu tiên………………….39
1.3.2. Xác định kích thước con lăn thứ 2 biên dạng thấp xuống………......40
1.3.3. Xác định con lăn cán của các sóng tiếp theo……………………......41
CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC MÁY
2.1. Sơ đồ khối………………………………………………………..............42
2.2. Sơ đồ động của máy………………………………………………….......42
2.3.Sơ đồ nguyên lý………………………………………………………......43
2.4.Nguyên lí hoạt động……………………...................................................44
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN MÁY
3.1. Tính toán động học……………………………………………………...46
3.1.1. Tính năng kỹ thuật của dây chuyền…………………………...…….46
3.1.2. Tính toán động học……………………………………………..…...46
3.2. Tính toán động lực học ………………………………………………...46
3.2.1. Tính áp lực trục cán……………………………………………........46

3.2.2. Tính công suất động cơ……………………………………..……….50
3.2.3. Tính lực dập cho hệ thống đầu dập…………………………….……52
3.2.4. Tính lực cắt đứt tôn……………………………………………….…53
3.3. Tính toán thuỷ lực cho toàn bộ dây chuyền cán………………..……….54
3.3.1. Tính toán động cơ thủy lực………………………………………….54
3.3.2. Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống đầu dập…………………..55
3. 3.3. Tính toán xilanh truyền lực cho hệ thống dao cắt…………………..57
3. 3.4. Tính toán thông số làm việc của bơm ………………………….…..58
3.4. Tính toán bộ truyền trục vít……………………………………………….59
3.4.1. Giới thiệu………………………………………………………….…60
3.4.2. Tính toán thiết kế………………………………………………….....60
Trang 3


CHƯƠNG 4. CHỌN VÀ NGHIỆM BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT VÀ CỤM CHI TIẾT
4.1. Thiết kế trục cán…………………………………………………….…. 66
4.1.1. Giới thiệu về trục cán……………………….……………………....66
4.1.2. Trình tự thiết kế……………………………………..…………..…. 67
4.2. Tính toán thiết kế trục vít……………………………..……………..…..77
4.2.1. Chọn vật liệu………………………………………………………...77
4.2.2. Tính toán sức bền trục…………………………………………………77
4.2.3. Tính chọn bộ phận gối đỡ……………………………………………..86
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC
5.1. Biểu đồ trạng thái máy.............................................................................90
5.2. Sơ đồ nối dây của CPU.............................................................................91
5.3. Chương trình PLC điều khiển máy...........................................................92
C – LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
1.1.

Phân tích các bề mặt gia công ………………………………………….…94

1.2. Trình tự các nguyên công………………………………………………….…94
D – LẮP ĐẶT,VẬN HÀNH,BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CÁN
- Lắp đặt………………………………………………………………105
- Vận hành…………………………………………………………….106
- Bảo dưỡng…………………………………………………………..106
KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………………108
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………109

Trang 4


A – LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ TẤM LỢP
VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG
1. 1. Giới thiệu về tôn sóng
1.1.1. Khái niệm:
Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao. Người ta sản
xuất và sử dụng rộng rải, phổ biến nhất là tôn kim loại. Đó là những tấm kim loại
được dát mỏng, thường sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm; với chiều
rộng từ 0,92m đến 1,22m. Tôn sử dụng nhiều làm tấm lợp, che chắn.
Hiện nay tôn phẵng được sản xuất thành từng cuộn là chủ yếu, với khối lượng
mổi cuộn khoảng 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định. Các loại tôn cuộn
thường được nhập khẩu từ nước ngoài như: BHP-ÚC, NKK-NHẬT, ANMAO-ĐÀI
LOAN, HÀN QUỐC...Và đã có sẳn lớp bảo vệ oxi hóa thường gọi là tôn mạ màu,
tôn mạ kẻm, tôn lạnh. Để tăng thêm độ cứng vững và thuận tiện khi sử dụng người
ta tạo sóng cho nó và vấn đề tạo sóng là vấn đề cần thiết cho sử dụng. Việc tạo sóng
tôn cũng là bước công nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố.
Tùy thuộc yêu cầu sử dụng mà người ta chọn biên dạng sóng mà tạo sóng
thẳng hay sóng ngói. Tôn sóng thẳng có tôn sóng vuông và sóng tròn, loại sóng tròn

do trước đây sản xuất theo cỡ nên gây khó khăn trong việc sử dụng .
So với các loại tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa, mirô xi
măng, giấy lợp ... Thì tôn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là loại tôn sóng
( sóng vuông, sóng ngói ), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử
dụng và được thể hiện:
- Kích thước gọn nhẹ.
- Ít hư hỏng, không thấm nước.
- Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu (thanh xà bằng gỗ hay thép ).
- Tuổi thọ cao.
- Bức xạ nhiệt.
- Chiều dài tôn theo yêu cầu.
Nhờ những ưu điểm trên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ
chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng
rộng rải.
1.1.2. Phân loại:
Việc phân loại tôn có nhiều cách. Có thể dựa vào thành phần vật liệu, công
dụng sản phẩm, biên dạng tôn, kích thước màu sắc ... Có thể phân loại sơ bộ như
sau :
- Thành phần vật liệu có tôn kẻm, tôn nhôm, tôn thép, tôn mạ kẻm, mạ nhôm...
Trang 5


- Theo màu sắc.
- Theo số sóng: 5 sóng , 7 sóng , 9 sóng .
- Theo công dụng: Loại mái vòm, mái thẳng, tôn lạnh ...
- Theo biên dạng: Tôn sóng vuông, sóng tròn, sóng ngói...
- Theo chiều dày: 0,3mm , 0,4mm, 0,45mm...
1.1.3. Các loại biên dạng tôn thường gặp
• Loại sóng thẳng
+ Sóng tròn :

+ Sóng vuông :

• Loại sóng ngói:

Hình 1.1.Các loại biên dạng sóng tôn
1.1.4. Vật liệu chế tạo:
Vật liệu làm tôn là những tấm thép các bon chất lượng trung bình ( σ b ≤
400N/mm 2 ) ,được sử dụng rộng rải, sản lượng cao, dễ khai thác, dễ chế tạo, giá
thành hạ .
Loại tôn thép các bon kém bền trong môi trường không khí nước mưa ...Để
khắc phục hiện tượng trên người ta thường mạ kẻm, thiếc hoặc sơn màu sau khi đã
cán thành tấm.
Tôn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao.
Tôn nhôm nhẹ, dẻo, dể cán, uốn, bền trong không khí nhưng giá thành cao và
hiệu lực kém .
1.2. Nhu cầu sử dụng
Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp, công nghệ chưa phát triển,
vấn đề tấm lợp chưa được quan tâm. Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn được
ra đời, được cải thiện lần, và đã sản xuất ra những loại tấm đã tạo lượn sóng sẳn và
Trang 6


có các kích thước nhất định. Nhưng loại này giá thành cao, không thuận lợi cho sử
dụng,nên nhu cầu sử dụng còn hạn chế.
Ngày nay cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, sự hội nhập và
hợp tác ,đầu tư sản xuất. Nền kinh tế nước ta đã từng bước phát triển, đưa tiến độ
khoa học vào thực tế sản xuất, đời sống dần dần được nâng cao. Từ đó nảy sinh
nhiều nhu cầu thiết yếu vấn đề xây dựng cơ bản, kết cấu hạ tầng ngày càng nhiều.
Do vậy vấn đề sử dụng tấm lợp mà nhất là tôn ngày càng nâng lên . Nó đặt ra một

số yêu cầu mới về giá cả màu sắc và mẫu mã. Đáp ứng yêu cầu đó các nhà sản suất
đã đầu tư nghiên cứu và ra được tôn tấm phẳng quấn thành cuộn với nhiều màu sắc
kích thước ngang cũng như độ dày của tôn.
Để tiện lợi đưa vào sử dụng người ta chế tạo ra máy uốn tạo sóng từ tôn phẳng
và cắt chiều dài theo yêu cầu. Hiện nay tôn sóng được sản suất và bày bán rộng rãi
trên thị trường với nhiều màu sắc và chủng loại đa dạng như tôn chịu nhiệt, tôn
sóng vuông, tôn sóng tròn, tôn sóng ngói, tôn mái vòm. Tôn sóng có nhiều cỡ
sóng ,kích thước chiều ngang từ 0,92m đến 1,22m. Nên việc lựa chọn loại tôn để sử
dụng rất dể dàng.
Nhìn chung việc lựa, sử dụng loại sóng tôn ( sóng vuông, sóng tròn hay sóng
ngói ) nó còn tùy thuộc vào đặc điểm lối kiến trúc của công trình xây dựng. Đa số
hiện nay người ta sử dụng tôn sóng thẳng (Sóng vuông , sóng tròn ) và nó phù hợp
thẩm mỹ với nhà thông dụng và công nghiệp . Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng
ngói có giá thành cao hơn một ít. Tôn sóng ngói dùng phù hợp với những nhà có
kiến trúc hiện đại ( 4 mái, 6 mái ), biệt thự, hoặc các kiểu kiến trúc cổ mà về yêu
cầu thẩm mỹ không thể thay bằng tôn sóng thẳng được , nên nhu cầu sử dụng tôn
sóng ngói ít hơn. Trong tương lai theo đà phát triển, nhu cầu về thẩm mỹ thì tôn
sóng ngói cũng có triển vọng cao. Một đặc điểm nữa của tôn sóng ngói là nó chỉ lợp
một chiều nên khi sử dụng lợp các phần chéo thì phải bỏ một phần diện tích tôn.

Hình 1.2 : Tôn sóng ngói

Trang 7


CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG DẺO
2.1. Tổng quát
Khi chịu tác dụng của ngoại lực, kim loại sẻ biến dạng theo ba giai đoạn nối tiếp
nhau.
Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Từ thí nghiệm kéo kim

loại người ta có biểu đồ kéo sau:

Hình 2.1. Biểu đồ kéo kim loại.
- Biến dạng đàn hồi là biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng. Mặt phương
trình thể xiết chặt nhất.
- Lúc đầu khi tăng tải trọng độ biến dạng L tăng tỷ lệ bậc nhất với tải trọng .
Ứng với đoạn thẳng op trên biểu đồ .
- Biến dạng dẻo là sự biến đổi kích thước sau khi khử bỏ tải trọng.
Khi tải trọng vượt quá gía trị nhất định ( P) độ biến dạng L tăng lên theo tải
trọng với tốc độ nhanh hơn. Ở giai đoạn này biến dạng dẻo đi cùng với biến dạng
đàn hồi .
- Biến dạng phá hủy là sự đứt rời các phần tinh thể kim loại khi biến dạng (khi
tải trọng vượt quá tải trọng cho phép ). Khi tải trọng đạt đến giá trị lớn nhất (điểm
b ) trong khi kim loại xuất hiện vết nứt, tại đó ứng xuất tăng nhanh gây biến dạng
tập trung, kích thước vết nứt tăng lên và cuối cùng phá hủy kim loại (điểm d). Đó
chính là giai đoạn phá hủy.
Trang 8


* Biến dạng dẻo là hình thức phổ biến, gia công áp lực là quá trình lợi dụng
giai đoạn biến dạng dẻo để gia công. Biến dạng của kim loại được thực hiện bằng
sự trượt và song tinh. Biến dạng dẻo bắt đầu được thực hiện khi mà trong kim loại
trạng thái ứng suất được xác định. Trong đó ứng xuất tiếp tác dụng lên mặt trượt đạt
đến giá trị giới hạn [ τ th ] (phụ thuộc vào vật liệu) và có khả năng vượt qua nội lực
trên các mặt trượt và trên tinh giới hạn của kim loại .
Trong gia công kim loại bằng áp lực tác dụng lên kim loại biến dạng là các lực
nén ,kéo ở các trạng thái khác nhau.
2.2. Trạng thái ứng suất và các phương trình dẻo
Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng
suất chính sau :

1

1

1

2

2

3

Hình 2.2 : Trạng thái ứng suất.
Ứng suất đường : τmax = σ1/ 2
Ứng suất mặt

:

(2.1)

τmax = (σ1- σ2 ) / 2

Ứng suất khối : τmax = (σmax - τmax ) / 2

(2.2)
(2.3)

Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ =0 và không có biến dạng, ứng suất chính để kim loại
biến dạng déo là biến dạng chảy σch
* Điều kiện biến dạng dẻo:

- Khi kim loại chịu ứng suất đường :
| σ1 | = σch

tức τmax = σ ch/ 2

(2.4)

- Khi kim loại chịu ứng suất mặt :
| σ1-σ2 | = σch

(2.5)

- Khi kim loại chịu ứng suất khối :
| σmax - σmin | = σch

(2.6)

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo.
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau biến dạng đàn hồi, thế năng của biến dạng đàn hồi:
A = A 0 + Ah

(2.7)

Trong đó : A0 - Thế năng để thay đổi thể tích vật thể.
Trang 9


( Trong biến dạng đàn hồi thể tích vật thể tăng lên, tỉ trọng giảm xuống )
Ah - Thế năng để thay đổi hình dáng vật thể.
Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Hooke

Được xác định: A = ( σ1ε1 + σ2ε2 + σ3ε3 ) / 2

(2.8)

Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Hooke :
ε1 =

1
[ σ1 - µ (σ1 + σ3 )]
E

ε2 =

1
[ σ2 - µ (σ1 + σ3 )]
E

ε3 =

1
[ σ3 - µ (σ2 + σ1 )]
E

(2.9)

Theo (2.8) thế năng toàn bộ của biến dạng được biểu thị :
A=

1
[σ 12 + σ 22 + σ 32 − 2 µ (σ 1.σ 2 + σ 2 .σ 3 + σ 3 .σ 1 )]

2E

(2.10)

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến
dạng trong 3 hướng vuông góc:
∆V
1− 2 µ
=ε +ε +ε =
( σ 1+ σ 2 + σ 3 )
1
2
3
V
E

(2.11)

Trong đó : µ - Hệ số Poisson tính đến vật liệu biến dạng.
E - Mô dun đàn hồi của vật liệu.
Thế năng để làm thay đổi thể tích bằng:
Ao =

1 ∆F σ 1 + σ 2 + σ 3 1 − 2 µ
=
(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) 2
2 F
3
6E

(2.12)

Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể:
Ah = A − Ao =

[

1+ µ
(σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 ) 2 + (σ 3 − σ 1 ) 2
6E

]

(2.13)

Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:
Ah =

1+ µ
.2σ 02
6E

(2.14)

Từ (13) và (14) Ta có :

(σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 ) 2 + (σ 3 − σ 1 ) 2 = 2σ 02

= const

(2.15)

Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo.
Khi các kim loại, biến dạng ngang không đáng kể, nên theo (2.9) ta có thể viết :
Trang 10


σ 2 = µ (σ 1 + σ 3 )

(2.16)

Khi biến dạng dẻo ( không tính đến đàn hồi ) thể tích của vật không đổi, Vậy v = 0
Từ (12) Ta có
1 − 2µ
(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) = 0
E

Từ đó : 1 − 2 µ = 0 , Vậy µ = 0.5

(2.17)

σ1 + σ 3
2

(2.18)

σ2 =

Từ (2.16) và (2.17) ta có :
Vậy phương trình dẻo có thể viết

σ1 − σ 3 =

2
3

σ 0 = 1.15σ 0

(2.19)

Trọng trượt tinh khi σ 1 = - σ 3 trên mặt nghiêng: Ứng suất pháp bằng 0
Ứng suất tiếp khi α = 45 0
τmax =

σ1 + σ 3
2

(2.20)

So sánh nó với (19) (Khi σ 1 = −σ 3 )
τmax=

σ0
= K ≈ 0.58σ 0
3

(2.21)

Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là :
k=0.58 σ 0

Gọi là hằng số dẻo

Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết :
σ 1 − σ 3 = 2k = const
2
2k =
σ 0 ≈ 1.15.σ 0
3

(2.22)

Phương trình dẻo (22) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại
bằng áp lực.
Tính theo hướng cua các áp suất, phương trình dẻo (2.22) chính xác nhất là được
viết:

( ± σ 1 ) − ( ± σ 3 ) = 2k

(2.23)

2.3. Biến dạng dẻo của kim loại trong trạng thái nguội
Thực nghiệm cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính
dẻo của kim loại sẽ giảm và trở nên giòn khó biến dạng .
Hình vẽ dưới đây, trình bày đường cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ
học của thép và mức độ biến dạng rất rõ ràng nếu biến dạng vượt quá 80% thì kim
loại hầu như mất hết tính dẻo .
Trang 11


Hình 2.3. Mối quan hệ giữa tính chất cơ học và độ biến dạng

CHƯƠNG 3 : LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH UỐN TẤM
Trang 12


3.1. Khái niệm
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hặc một
phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình
và được uốn ở trạng thái nóng hoặc nguội. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng
dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết. Uốn kim loại tấm được thực hiện
do biến dạng dẻo. Biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt của phôi uốn.
3.2. Quá trình uốn
Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội. Quá
trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm thay đổi hướng thớ
kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước.
Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nắn và co ngắn ở hướng
dọc, bị kéo ở hướng ngang. Các lớp kim loại ở phía ngoài chịu kéo và gỉan dài ở
hướng dọc, bị nén ở hướng ngang. Giữa các lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung
hòa.
Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày, chỗ uốn sai lệch hình
dạng tiết diện ngang, lớp trung hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến mỏng vật liệu nhưng không
có sai lệch tiết diện ngang. Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại
sự biến dạng theo hướng ngang.
Trong trường hợp uốn phôi rộng thì biến dạng của nó có thể được xem như biến
dạng trượt. Khi uốn phôi với bán kích góc lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn
và ngược lại.

a) Trước khi uốn

Trang 13


b) Sauk hi uốn
Hình 3.1. Quá trình uốn vật liệu
• Xác định chiều dài phôi uốn:
- Xác định vị trí lớp trung hòa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng .
- Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong
đơn giản.
- Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều dài các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết,
còn phần cong được tính theo chiều dài lớp trung hòa.
Chiều dài phôi được xác địnhk theo công thức:
L = ∑l + ∑

π .ϕ 0
( r + x.s )
180

(3.1)

Trong đó :
+ ϕ0= 180 - α
+ Σl : Tổng chiều dài cá đoạn thẳng
+

π .ϕ 0
∑ 180 0 (r + x.s) chiều dài các lớp trung hoà

+ r : Bán kính uốn cong phía trong .
+ x : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s.

+ s : Chiều dày vật uốn .
Khi uốn một góc ϕ < 900 thì L = ∑ l = ∑

ϕ0
.0,5s
90 0

• Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất:

rtrong nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu quá lớn vật uốn sẽ
không có khả năng giữ được hình dáng sau khi đưa ra khỏi khuôn ( r trong >= rmin ).
Trang 14


ε .s
rmax  =
2.δT

- Bán kính uốn lớn nhất :

(3.2)

rngoài >= r trong + s
E = 2,15.105 (N/mm2): Modun đàn hồi của vật liệu
S : Chiều dày vật uốn
σT : Giới hạn chảy của vật liệu.
- Bán kính uốn nhỏ nhất :
1 s
rmin =  − 1÷
δ  2

(3.3)

Theo thực nghiệm có : r min = k.s
k: Hệ số phụ thuộc vào góc uốn α.
δ: Độ giản dài tương đối của vật liệu ( %).
3.3. Công thức tính lực uốn
Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu. Trị số lực và lực
phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực tự do .
Lực uốn tự do được xác định theo công thức :
P=
k1 =

B1 .s 2 .δ b .n
= B1 .s.δ b .k1 (N)
l

(3.4)

s.n
: Hệ số uốn tự do có thể tính theo công thức trên hoặc chọn theo bảng
l

phụ thuộc vào tỉ số l/s.
B1 : Chiều rộng của dải tấm
S : Chiều dày vật uốn .
N : Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng : n = 1,6 - 1,8
σb : giới hạn bền của vật liệu .
l : Khoảng cách giửa các điểm tựa.
Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức:

P = q.F ( N )

(3.5)

q : Áp lực tinh chỉnh ( là phẳng ) chọn theo bảng .
F : Diện tích phôi được tinh chỉnh.
3.4. Tính đàn hồi khi uốn:
Như ta đã biết khi uốn kim loại không phải toàn bộ phần kim loại ở phần cung
uốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi thôi
không còn tác dụng của lực uốn thì vật uốn không hoàn toàn giữ nguyên như hình
dáng của chày và cối uốn, và đó gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn.

Trang 15


Hiện tượng đàn hồi thường gây ra sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy
muốn cho chi tiết có góc uốn và bán kính uốn đã cho thì ta phải làm bán kính và góc
của khuôn và chày thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi.
Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào
loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính chi tiết uốn tương
đối r/S, lực uốn và phương pháp uốn.
Khi giới hạn chảy càng cao, tỷ số r/S càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì
hiện tượng đàn hồi càng lớn.
Khi uốn với tỷ số r/S < 10 thì sai lệch chủ yếu là góc uốn, còn bán kính uốn thay
đổi không đáng kể. Trị số góc đàn hồi cho sẵn trong sổ tay.
Khi uốn với tỷ số r/S > 10 thì sau khi uốn cả góc uốn và bán kính uốn đều bị thay
đổi. Khi đó bán kính cong của chày được xác định bằng công thức sau.
r ',
r
=

chay 1 + 3k
o

(3.6)

Trong đó : r’: Bán kính sản phẩm( sau khi đàn hồi)
ko=

σ C .r ,
: Hệ số uốn
E.S

E : Môđun đàn hồi vật liệu
S : Chiều dày vật liệu
- Góc đàn hồi β được xác định theo công thức sau :
β = (180 0 − α 0 ).(

r,
− 1)
r

(3.7)

α0 : Góc của chi tiết( sau biến dạng đàn hồi)

Hình 3.2. Góc đàn hồi β sau khi uốn.
Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi uốn và góc của
chày cối uốn:
β = α0 - α
(3.8)

Trong đó :

α : Góc của chày và cối uốn (độ)
α0: Góc của vật uốn khi chưa thôi lực uốn (độ)
Trang 16


Góc đàn hồi β khi uốn góc 900
[Bảng 2.1]
VẬT LIỆU

Tỷ số

CHIỀU DÀY VẬT LIỆU (mm)

r/s

Đến 0,8

0,8÷ 2

>2

GÓC ĐÀN HỒI β
Thép, δb đến 35kg/mm2

<1

4

2

0

Đồng thau δb đến 35kg/mm2

1÷ 5

5

3

1

Nhôm, Kẽm

>5

6

4

2

Thép, δb = 40÷ 50kg/mm2

<1

5

2

0

Đồng thau, δb=35÷ 40kg/mm2

1÷ 5

6

3

1

Đồng vàng

>5

8

5

3

<1

7

4

2

1÷ 5

9

5

3

>5

12

7

5

Thép, δb>55kg/mm2

Vì lực uốn tác dụng chủ yếu ở đầu chày, quá trình biến dạng dẻo cũng chỉ
xảy ra ở đó. Khi bán kín uốn càng nhỏ thì mức độ kéo, nén của kim loại càng lớn có
thể gẩy, nứt và lớp trung hoà có xu hướng dịch vào bên trong.
Khi :
r/S > 4 thì ρ = r + 0.5S
r/S = 1 thì ρ = r + 0.4S
Trong đó :
r : Bán kính uốn trong
ρ : Bán kính lớp trung hoà
R : Bán kính uốn ngoài

Tóm lại: Trong quá trình uốn không phải toàn bộ phần kim loại ở phần uốn đều
chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn ở dạng đàn hồi. Vì vậy không còn lực tác
dụng thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng cần uốn.

Trang 17


CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC
4.1 - Cơ cấu biến đổi năng lượng
Cơ cấu biến đổi năng lượng gồm có :
Bơm dầu

Biến cơ năng => hế năng (p,Q)

Xi lanh

Biến thế năng (p,Q) => Cơ năng

Động cơ dầu
4.1.1. Bơm và động cơ dầu (Mô tơ thủy lực )
4.1.1.1. Giới thiệu chung :
Nguyên lý chuyển đổi năng lượng :
Bơm dầu và động cơ dầu là hai thiết bị chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị tạo
ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy thế kết cấu
và phương pháp tính toán của bơm và động cơ dầu cùng loại là giống nhau.
a ) Bơm dầu:
Là cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của
dầu(dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép thường chỉ dùng bơm thể tích,tức là
loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích các buồng
làm việc. Khi thể tích của buồng làm việc tăng thì bơm hút dầu thực hiện chu kì hút

và khi thể tích của buồng làm việc giảm thì bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kì nén.
Bơm thể tích được chia làm hai loại:
+ Bơm có lưu lượng cố định : gồm:
Bơm bánh răng : ăn khớp ngoài, ăn khớp trong và trục vít.
Bơm cánh gạt kép.
Bơm piston dãy.
+ Bơm có thể điều chỉnh được lưu lượng gồm:
Bơm cánh gạt đơn;
Bơm piston hướng tâm;
Bơm piston hướng trục;
Thông số cơ bản của bơm là lưu lượng và áp suất.
b ) Động cơ dầu (môtơ thủy lực):
Là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng
quay trên trục của động cơ. Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được

Trang 18


đưa vào buồng công tác của động cơ, dưới tác dụng của áp suất, rôto của động cơ
dầu quay.
Thông số cơ bản của động cơ dầu là lưu lượng của 1 vòng quay và hiệu áp suất ở
đường vào và đường ra .

Động cơ quay 1 chiều

Động cơ quay 2 chiều

4.1.1.2. Các đại lượng đặc trưng :
a) Thể tích dầu tải đi trong một vòng (hành trình)

Hình 4.1. Bơm thể tích
NÕu ta gäi:
V- Thể tích dầu tải đi trong 1 vòng (hành trình);
A - Diện tích mặt cắt ngang;
H - Hành trình pittông;
VZL - Thể tích khoảng hở giữa hai răng;
Z - Số răng của bánh răng.
Ta có thể tích dầu tải đi trong 1 vòng (hành trình):
V = A.h (1 hành trình)
V ≈ VZL.Z.2 1 vòng
Trang 19

(4.1)


b ) Áp suất làm việc : Được biểu diễn như sau:
P3

t=6s

P2
P1

Hình 4.2. Sự thay đổi áp suất làm việc theo thời gian
+ Áp suất ổn định P1
+ Áp suất cao P2
+ Áp suất đỉnh P3 ( Áp suất qua van tràn )
c ) Hiệu suất
Hiệu suất của bơm hay động cơ dầu phụ thuộc vào các yếu tố sau :
+ Hiệu suất thể tích ηv

+ Hiệu suất cơ và thủy lực ηhm
Như vậy hiệu suất toàn phần

ηt =

ηv.

(4.2)
nh

nh

nh
Qv

NE M E
nE

MA
NA
nA

F N
A
v

nv

nv

nv

Hình 4.3. Ảnh hưởng của hệ số tổn thất đến hiệu suất
+ Công suất của động cơ điện: NE = ME . ΩE

(4.3)

+ Công suất của bơm:

(4.4)

N = p QV

Như vậy ta có công thức sau:

NE =

N

ηtb

=

P.QV

ηtb

+ Công suất của động cơ dầu: NA = MA . ΩA =ηt Mortor.p.QV

Trang 20

(4.5)
(4.6)

ηhm


+ Công suất của xilanh : NA =F.v hay NA= ηt xilanh.p.QV

(4.7)

Trong đó :
NE , ME , ΩE - Công suất,mô men và vận tốc góc trên trục động cơ nối với bơm.
NA , MA , ΩA - Công suất,mô men và vận tốc góc trên động cơ tải .
NA , F , v

- Công suất , lực và vận tốc piston.

N , P , QV

- Công suất ,áp suất và lưu lượng của dòng chảy .

ηt xilanh

- Hiệu suất của xilanh.

ηt Mortor

- Hiệu suất của động cơ dầu.

ηtb

- Hiệu suất của bơm dầu.

4.1.1.3. Công thức tính toán bơm và động cơ dầu:
a. Lưu lượng Qv, số vòng quay n và thể tích dầu trong một vòng quay V
+ Lưu lượng bơm: Qv = n.V. η v.10
+ Động cơ dầu: Qv =

n.v

ηv

Qv

Qv

-3

V

.10 −3

n

n

V

Trong đó:

Qv- Lưu lượng [lít/phút];

Hình 4.4. Lưu lượng, số vòng quay,thể tích

n - Số vòng quay [vòng/phút];
V - Thể tích dầu/vòng [cm3/vòng];
ηv - Hiệu suất [%].

b. Áp suất, mômen xoắn, thể tích dầu trong một vòng quay V :
Theo định luật Pascal, ta có: P =
Ápsuất của bơm:

p=

Mx

(4.8)

V

M X .ηhm
.10 (Bar)
V

Áp suất động cơ dầu: p =

MX
V .ηhm

.10

Trang 21

(Bar)

(4.9)
(4.10)


p

p
MX

V

MX

V

Hình 4.5. Áp suất, thể tích, momen xoắn
Trong đó:

p [bar]

;

Mx [N.m] ;

ηhm [%].

V [cm3/vòng];

c. Công suất, áp suất, lưu lượng.
Công suất của bơm tính theo công thức tổng quát là: N = p.Qv
+ Công suất để truyền động bơm:

p=

+ Công suất truyền động động cơ dầu:
Trong đó: N [W], [kW];

p.Qv
6.ηt

p=

.10

−2

p.Qv .ηt
6

.10

(4.11)
(4.12)

−2

(4.13)

p [bar], [N/m2]; Qv [lít/phút], [m3/s]; ηt [%].

Lưu lượng của bơm về lý thuyết không phụ thuộc vỡ áp suất (trừ bơm ly tâm),
mà chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của nó. Nhưng trong
thực tế do sự rò rỉ qua khe hở giữa các khoang hút và khoang đẩy, nên lưu lượng
thực tế nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết vỡ giảm dần khi áp suất tăng.
Một yếu tố gây mất mát năng lượng nữa là hiện tượng hỏng. Hiện tượng này
thường xuất hiện, khi ống hút quá nhỏ hoặc dầu có độ nhớt cao.
Khi bộ lọc đặt trên đường hút bị bẩn, cùng với sự tăng sức cản của dòng chảy,
lưu lượng của bơm giảm dần, bơm làm việc ngày một ồn vỡ cuối cùng tắc hẳn. Bởi
vậy cần phải lưu ý trong lúc lắp ráp làm sao để ống hút to, ngắn và thẳng.
4.1.2. Xi lanh thủy lực
4.1.2.1 Nhiệm vụ:
Xilanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành
cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng.
4.1.2.2 Phân loại :
Xilanh thủy lực được chia làm hai loại: xilanh thủy lực và xilanh quay(hay còn
gọi là xilanh momen).
Trong xialnh thủy lực, chuyển động tương đối giữa piston với xilanh là chuyển
động tịnh tiến. Trong xilanh quay, chuyển động tương đối giữa piston với xilanh là
chuyển động quay (với góc quay thường nhỏ hơn 3600).
Piston bắt đầu chuyển động khi có lực tác động lên một trong hai phía của nó
(lực đó có thể là lực áp suất, lực lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có
hướng ngược với chiều chuyển động (lực ma sát, thủy động, phụ tải, lò xo, …)
Trang 22

a ) Theo cấu tạo :
- Xilanh đơn :

a)

b)

a. Lùi về nhờ ngoại lực

b. Lùi về lò xo

Hình 4.6. Ký hiệu xilanh đơn
- Xilanh kép:

a)

b)

c)

d)

a. Lùi về bằng thủy lực;
b. Lùi về bằng thủy lực có giảm chấn;
c. Tác dụng cả hai phía;
d. Tác dụng quay;
Hình 4.7. Ký hiệu xlanh kép
- Xilanh lồng (xilanh nhiều tầng) : Xilanh lồng là một loại xilanh lực gồm nhiều
xilanh và piston lồng đồng tâm với nhau. Hành trình của xilanh bằng tổng hành
trình của piston. Xilanh lồng được dùng trong các trường hợp cần hành trình lớn

nhưng không gian không cho phép lắp đặt một xilanh dài.

Trang 23


Hình 4.8. Xilanh lồng đơn

Hình 4.9. Xilanh lồng tác dụng kép
4.2 - Các loại van trong hệ thống truyền động thủy lực
Có thể phân thành các loại van sau:
+ Van điều chỉnh áp suất: van tràn và van an toàn, van giảm áp, van cản và rơle áp
suất.
+ Van điều chỉnh lưu lượng: van tiết lưu và bộ ổn tốc;
+ Van điều khiển dòng chất lỏng: van một chiều và van đảo chiều
4.2.1.Van điều chỉnh áp suất
4.2.1.1 Van tràn và van an toàn :
Công dụng của van an toàn là dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng
trong hệ thống thủy lực vượt quá trị số qui định để đề phòng quá tải. Nguyên tắc
làm việc làm việc của van là khi áp suất trong hệ thống vượt qua nức điều chỉnh,
van an toàn tự động mở ra để đưa dầu vào bể. Van được thiết kế dựa vào sự cân
bằng của áp suất dầu tác dụng lên con trượt của van ngược chiều với lực lò xo. Khi
áp suất tăng vượt quá mức qui định, áp suất này sẽ thắng được lực lò xo và hình
thành khe hở thông dầu về bể. Một phần chất lỏng sẽ qua khe hở này về thùng chứa
và áp suất chất lỏng trong hệ giảm xuống mức qui định. Quá trình này khôn diễn ra
liên tục gọi là van an toàn.
Nếu như van an toàn hoạt động liên tục để làm nhiệm vụ giữ áp suất không đổi
trong hệ thống thủy lực gọi là van an toàn.Van tràn làm việc thường xuyên với tác
dụng là giữ cho áp suất không đổi.
Ký hiệu van tràn và van an toàn :
Có nhiều loại :

+ Kiểu van bi (trụ, cầu );
Trang 24


+ Kiểu con trượt (piston);
+ Van điều chỉnh hai cấp áp suất (phối hợp )

P1

P2
4.2.1.2. Van giảm áp:
Trong nhiều trường hợp hệ thống thủy lực một bơm dầu phải cung cấp năng
lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Lúc này ta phải cho bơm
làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành nhằm
để giảm áp suất đến một giá trị cần thiết.

P1

P2
4.2.1.3 Van cản:
Van cản dùng để tạo sức cản trong hệ thống thủy lực.
Ở đường về bể dầu người ta đặt một van cản nhằm tạo nên
1 áp suất nhất định ở đường ra, làm cho dòng chất lỏng trong
hệ thống không bị gián đoạn, do đó làm cho xi lanh và động cơ
thủy lực làm việc êm,không bị va đập khi hệ thống khởi động.
Van cản có nhiều loại khác nhau :
loại van bi cầu, loại van bi trụ và loại con trượt (piston).

Ký hiệu van cản

4.2.2.Van điều chỉnh lưu lượng
Van tiết lưu :
Chức năng của can tiết lưu là tạo ra sức cản thủy lực cục bộ, nó được đặt trên
đường chảy của chất lỏng để điều chỉnh lưu lượng hoặc làm giảm áp suất của dòng
chất lỏng. Để thực hiện được công việc này thì sức cản trong van tiết lưu phải lớn
hơn sức cản chung trong nhánh chính của hệ thống thủy lực, còn vận tốc chất lỏng
đi qua mặt cắt thông của van phải lớn hơn vận tốc trong đường ống nhiều lần .
Trang 25