Thiết kế máy lốc 3 trục và chế tạo mô hình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY LỐC 3 TRỤC VÀ CHẾ TẠO
MƠ HÌNH

Người hướng dẫn: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NHÂN ĐẠO
VÕ VĂN CƯỜNG

Đà Nẵng, 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

TĨM TẮT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài

: Thiết kế máy lốc 3 trục và chế tạo mơ hình

Họ và tên SV : Võ Văn Cường
Lớp

: 13C1B

Điện thoại

: 01677197920

Mã SV: 101130083

Email:

Họ và tên SV : Nguyễn Nhân Đạo
Lớp

: 13C1B

Điện thoại

: 01676275693

Mã SV: 101130084

Email:

GV hướng dẫn: PGS.TS. Đinh Minh Diệm
GV duyệt

: TS. Tào Quang Bảng

R
L
T.

Nội dung ĐATN bao gồm các vấn đề sau:
1. Nhu cầu thực tế của đề tài :

C
C

DU

Trong đời sống hằng ngày sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi cho các ngành,
các phương tiện trong thực tế. Đó là nhu cầu rất cần thiết khơng thể thiếu được. Nó
chiếm một tỷ trọng đáng kể trong nhiều lĩnh vực.
Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng cơng việc khác nhau do
đó ống dẫn khơng thể thiếu trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh vực. Vậy
nên máy lốc ống rất cần thiết hiện nay.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:
Đi sâu vào tính tốn và thiết kể các cơ cấu cũng như bộ phận chính của máy lốc 3
trục như: thiết kế các cơ cấu cơ khí, tính tốn hệ thống thủy lực…
3. Nội dung đề tài đã thực hiện :
✓ Số trang thuyết minh: 58 trang
✓ Số bản vẽ:

6 Ao

✓ Mơ hình:

1 mơ hình

4. Nội dung đề tài đã thực hiện :
➢ Phần lý thuyết: Nêu lên được tính cấp thiết của đề tài, tổng quan về các loại máy

lốc, lựa chọn phương án thiết kế từ đó đưa ra nguyên lý làm việc của máy. Tính


toán động học và động lực học của máy để tính tốn và thiết kế các cơ cấu, bộ phận
của máy như nguồn dẫn động, bộ phận trung gian và cơ cấu chấp hành.
➢ Cơ sở để tính tốn thiết kế máy: Tính tốn thiết kế máy lốc ống theo thơng số lớn
nhất của sản phẩm.
➢ Tính tốn thiết kế các cụm máy:
• Thiết kế hộp giảm tốc.
• Thiết kế bộ truyền đai.
•

Thiết kế bộ truyền bánh răng.

•

Thiết kế trục.

•

Thiết kế hệ thống phanh hãm.

•

Tính chọn các phần tử trong hệ thống thủy lực.

5. Kết quả đã đạt được:

C
C

Sau gần 03 tháng nhận đề tài tốt nghiệp, em đã rất cố gắng để hoàn thành nhiệm vụ

R
L
T.

được giao, tuy nhiên vẫn cịn nhiều thiếu sót. Vì vậy, kín h mong giảng viên hướng
dẫn, giảng viên duyệt và hội đồng bảo vệ xem xét và góp ý để đề tài của em được

DU

hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, Ngày 25 tháng 05 năm 2018
Họ tên Sinh viên thực hiện
Võ Văn Cường
Nguyễn Nhân Đạo


toán động học và động lực học của máy để tính tốn và thiết kế các cơ cấu, bộ phận
của máy như nguồn dẫn động, bộ phận trung gian và cơ cấu chấp hành.
➢ Cơ sở để tính tốn thiết kế máy: Tính tốn thiết kế máy lốc ống theo thơng số lớn
nhất của sản phẩm.
➢ Tính tốn thiết kế các cụm máy:
• Thiết kế hộp giảm tốc.
• Thiết kế bộ truyền đai.
•

Thiết kế bộ truyền bánh răng.

•

Thiết kế trục.

•

Thiết kế hệ thống phanh hãm.

•

Tính chọn các phần tử trong hệ thống thủy lực.

5. Kết quả đã đạt được:
Sau gần 03 tháng nhận đề tài tốt nghiệp, em đã rất cố gắng để hoàn thành nhiệm vụ
được giao, tuy nhiên vẫn cịn nhiều thiếu sót. Vì vậy, kín h mong giảng viên hướng
dẫn, giảng viên duyệt và hội đồng bảo vệ xem xét và góp ý để đề tài của em được
hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, Ngày 25 tháng 05 năm 2018
Họ tên Sinh viên thực hiện
Võ Văn Cường
Nguyễn Nhân Đạo


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VÀ CÁC LOẠI MÁY LỐC ỐNG
HIỆN CÓ

1.1. Giới thiệu về sản phẩm
Trong đời sống hằng ngày sản phẩm ống đƣợc sử dụng rất rộng rãi cho các ngành,
các phƣơng tiện trong thực tế.
Đó là nhu cầu rất cần thiết khơng thể thiếu đƣợc. Nó chiếm một tỷ trọng đáng kể
trong nhiều lĩnh vực.
- Trong nông nghiệp: ống đƣợc dùng để dẫn nƣớc của máy bơm, máy kéo.
- Trong các ngành cơng nghiệp ống đóng vai trị chủ chốt trong mọi hoạt động. Ở
các xí nghiệp ống đƣợc dùng để chứa các khí (O2, CO2, C2H2… ). Dẫn nƣớc, dầu cho
máy móc có sử dụng.
- Một số cơng trình thuỷ lợi, sản phẩm ống đƣợc lắp đặt để dẫn nƣớc tới nơi cần

C
C

đƣợc cung cấp.
- Trong đời sống sinh hoạt, ống là phƣơng tiện dẫn nƣớc cho mọi ngƣời dân, bảo vệ
nguồn nƣớc khỏi bị nhiễm bẩn.
- Tại các công ty xăng dầu ống đƣợc sử dụng rất cần thiết, là chỗ chứa quan trọng

R
L
T.

DU

để đảm bảo cung cấp cho các phƣơng tiện đi lại nhƣ ( xe ô tô, xe gắn máy….).
- Trong ngành khai thác dầu khí, ống đóng vai trị rất quan trọng. Ống đƣợc dùng để
khoan dầu khí, dẫn dầu khí từ mỏ vào nhà máy…
- Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng cơng việc khác nhau do

đó ống dẫn sẽ không thể thiếu đƣợc trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh
vực.
Một số hình ảnh sản phẩm thực tế (Hình 1.1 đến Hình 1.6).

Hình 1.1 Các ống thép cỡ lớn
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Hình 1.2 Ống nón cụt.

Hình 1.3 hệ thống ống dẫn dầu.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.4 Các loại bồn chứa.

Cơng trình nổi tiếng nhất về ứng dụng của sản phẩm lốc ống là cơng trình CẦU
RỒNG tại Đà Nẵng. Đây là một trong nhƣng cơng trình có kiến trúc độc đáo nhất thế
giới, thể hiện đƣợc tài năng và trí tuệ con ngƣời Việt.( Hình 1.5 và Hình 1.6).

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

C
C

R
L
T.

Hình 1.5 Q trình thi cơng.

DU

Hình 1.6 Cầu Rồng.
1.2 Tìm hiểu về các loại máy lốc thép hiện có
Hiện nay nhu cầu về các thiết bị đƣờng ống ngày càng cao và địi hỏi kích thƣớc lớn
mà trong khi đó các phƣơng pháp cán ống chƣa thể đáp ứng đƣợc.Để đáp ứng đƣợc

việc sản xuất chế tạo các đƣờng ống có kích thƣớc lớn cần phải đƣợc thực hiện trên các
máy lốc thép.

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Qua q trình học tập và tìm hiểu hiện nay có 3 loại máy lốc thép là máy lốc 2
trục(Hình 1.7, 1.8, 1.9), máy lốc 3 trục(Hình 1.10, 1.11) và máy lốc 4 trục(Hình 1.12).

C
C

Hình 1.7 Máy lốc 2 trục bằng tay.

R
L
T.

DU

Hình 1.8 Máy lốc 2 trục truyền động cơ khí.

Hình 1.9 Máy lốc tơn 2 trục thủy lực

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

C
C

Hình 1.10 Máy lốc tơn thủy lực w11 6x1500
Thông số kỹ thuật:

R
L
T.

Chiều dày tối đa của tôn : 6mm
Tốc độ cuốn :
5m/s

Chiều rộng tối đa của tơn: 1500mm
Đƣờng kính trục trên:
160mm

Đƣờng kính 2 trục dƣới: 160mm
Khoảng cách 2 trục dƣới: 250mm

Cống suất động cơ:

DU

4kw

Hình 1.11 Máy lốc tơn 3x 2500
Thống số kỹ thuật máy :
Đƣờng kính 2 trục dƣới:

Đƣờng kính trục trên :
340mm Trọng lƣợng máy:

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

400mm
17 tấn.

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

C
C

R
L
T.

Hãng sản xuất
Động cơ
Khả năng lốc thép
Tốc độ lốc
Kích thƣớc lốc
Trọng lƣợng máy(Kg)
Kích thƣớc (mm)

DU

ITALYA
7.5 Kw
7 mm
6 m/phút
3100 mm
7480
5000x1600x1700mm

Hình 1.13 Máy lốc 4 trục DAVI

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Chƣơng 2: LÝ THUYẾT Q TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ
THUẬT CÁN CUỐN THÉP TẤM

2.1 Biến dạng của kim loại
Dƣới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn
hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.
2.1.1 Biến dạng đàn hồi
Biến dạng đàn hồi: là biến dạng sau khi thơi lực tác dụng, vật trở về hình dáng ban
đầu. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính tn theo định luật Hooke. Trên
đồ thị(Hình 2.1) là đoạn OA.
2.1.2 Biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng không bị mất đi, nó tƣơng ứng
với giai đoạn chảy của kim loại. Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất của lực tác dụng
lớn hơn giới hạn đàn hồi. Đó là đoạn AB(Hình 2.1).

C
C

R
L
T.

2.1.3 Biến dạng phá hủy
Biến dạng phá huỷ: Khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn độ bền của kim loại thì
kim loại bị phá huỷ, là đoạn CD( Hình 2.1).

DU

Hình 2.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng.
2.2 Biến dạng dẻo của kim loại
2.2.1 Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể
Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

ngun tử ln dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a).
Biến dạng đàn hồi: dƣới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng. Khi
ứng suất sinh ra trong kim loại chƣa vƣợt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại
dịch chuyển không quá một thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể lại
trở về trạng thái ban đầu.
Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vƣợt quá giới hạn đàn hồi, kim
loại bị biến dạng dẻo do trƣợt và song tinh.

Theo hình thức trƣợt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại
theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trƣợt (c). Trên mặt trƣợt, các
nguyên tử kim loại dịch chuyển tƣơng đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên
lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi
vậy sau khi thơi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trƣợt và song tinh
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trƣợt vừa quay đến một vị trí mới
đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử
kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh.
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trƣợt là hình thức chủ yếu gây ra
biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trƣợt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao
nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhƣng khi có song tinh trƣợt sẽ xẩy ra
thuận lợi hơn.
2.2.2 Biến dạng dẻo trong đa tinh thể
Biến dạng dẻo xảy ra trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến
dạng trong nội bộ hạt do trƣợt và song tinh. Đầu tiên sự trƣợt xảy ra ở các hạt có mặt

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

trƣợt tạo với hƣớng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o sau đó mới đến
các mặt khác.
Nhƣ vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không
đều. Dƣới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi
đó các hạt trƣợt và quay tƣơng đối với nhau, do sự trƣợt và quay của các hạt trong các
hạt lại xuất hiện các mặt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát
triển.
2.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại.
a. Ứng suất chính
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hƣởng đến tính dẻo của kim loại. Qua thực
nghiệm ngƣời ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi
chịu ứng suất nén mặt, nén đƣờng hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất dƣ, ma sát ngồi
làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng
giảm.
b. Ứng suất dư.
Ứng suất dƣ chính là nội lực tồn tại trong kim loại sau mỗi q trình gia cơng bất kỳ
sự tồn tại của ứng suất dƣ bên trong vật thể biến dạng sẽ làm cho tính dẻo của vật kém
đi. Ứng suất dƣ lớn có thể làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Thông thƣờng ứng

C
C

R
L
T.

DU

suất dƣ trong kim loại bao giờ cũng cân bằng, nghĩa là tổng giá trị ứng suất kéo phải
bằng tổng giá trị ứng suất nén.
Khi vật thể chịu ứng suất do ngoại lực tác động (σo) nếu kể đến ảnh hƣởng của ứng
suất dƣ thì tổng ứng suất (σ) tác dụng bên trong vật thể sẽ khác nhau.
 Ở vùng có ứng suất dƣ kéo:
σ = σo + σd
 Ở vùng có ứng suất dƣ nén:
σ = σo - σd
Do sự phân bố không đồng đều nhƣ vậy nên làm cho các vùng tinh thể sẽ biến dạng
không đều, khả năng biến dạng sẽ kém đi và chất lƣợng gia công khơng đều.
Ứng suất dƣ làm giảm tính dẻo, độ bền, độ dai va đập và làm giảm khả năng chịu
đựng của vật thể. Do đó để tăng khả năng biến dạng cũng nhƣ để đảm bảo ứng suất dƣ
có giá trị thấp và phân bố đồng đều trong nhiều trƣờng hợp trƣớc hoặc sau gia công áp
lực ngƣời ta đem ủ kim loại (ủ kết tinh hoặc ủ hoàn toàn).
c. Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại.
- Ảnh hƣởng của thành phần hóa học.

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Thành phần hóa học hợp kim quyết định bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp kim
và tạp chất.
Nguyên tố cơ bản: nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đó ảnh hƣởng
quyết định đến tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim.
Nguyên tố hợp kim: khi hợp kim hóa, nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim loại cơ
sở những liên kết kim loại. Các liên kết kim loại này thƣờng có tổ chức tinh thể phức
tạp làm cho kim loại và hợp kim rất cứng và giòn. Các nguyên tố hợp kim còn làm xơ
lệch mạng, làm cản trở q trình trƣợt, làm kim loại có tính dẻo thấp. Thƣờng thì
lƣợng các ngun tố hợp kim càng nhiều thì ảnh hƣởng đến độ cứng, độ bền và tính
dẻo của kim loại càng lớn.
Nguyên tố tạp chất: tạp chất trong kim loại ảnh hƣởng lớn đến tính dẻo. Trong kim
loại có nhiều tạp chất ( vd: S, P, O, N, H…) đều làm giảm mạnh tính dẻo của kim loại.
Tạp chất dễ chảy thƣờng tập trung ở vùng tinh giới hạt làm rối loạn mạng tinh thể do
đó làm tính dẻo kim loại kém đi.
d. Ảnh hưởng của tổ chức kim loại.
Mật độ kim loại, kích thƣớc hạt với sự đồng đều của kích thƣớc hạt ảnh hƣởng đến
tính dẻo của kim loại. Tổ chức hạt càng nhiều pha, mạng tinh thể càng phức tạp tính
dẻo càng kém. Tổ chức kim loại càng nhỏ mịn và đồng đều thì độ dẻo tăng, độ bền

C
C

R
L
T.

DU

tăng.
e. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết các kim loại khi tăng
nhiệt độ tính dẻo tăng.
Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng
giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số
kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thƣờng, tồn tại ở các pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao
chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao.
f. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.
Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọi phía nên
chai cứng hơn, đồng thời khi kim loại nguội dần sẽ kết tinh lại nhƣ cũ.
Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chƣa
kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim
loại sẽ lớn, hạt kim loại giịn và có thể bị nứt.
Nếu lấy hai khối kim loại nhƣ nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên
máy búa và máy ép ta thấy mức độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhƣng độ biến
dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn.

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

2.2.4 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của kim loại
a. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại.
Biến dạng dẻo có ảnh hƣởng lớn đến tổ chức và cơ tính kim loại. Tùy thuộc vào
nhiệt độ, tốc độ biến dạng, trạng thái kim loại trƣớc khi gia công mà sau khi biến dạng
tổ chức và cơ tính thu đƣợc cũng khác nhau.
Biến dạng dẻo có thể biến tổ chức hạt thành dạng thớ, có thể tạo đƣợc các thớ cuốn
xoắn khác nhau làm tăng cơ tính kim loại.
Tốc độ biến dạng cũng ảnh hƣởng đến cơ tính sản phẩm. Nếu tốc độ biến dạng càng
lớn thì độ biến cứng càng nhiều, sự khơng đồng đều của biến cứng càng nghiêm trọng,
sự phân bố thớ khơng đều đặn do đó cơ tính kém. Đối với phơi có tổ chức thớ nhờ biến
dạng dẻo làm cho cơ tính sản phẩm cao hơn.
Tóm lại sau khi biến dạng dẻo thƣờng xảy ra hiện tƣợng biến cứng làm độ bền, độ
cứng của kim loại tăng lên và làm giảm độ dẻo, độ dai, giảm khả năng chống mài mịn,
gây khó khăn cho q trình gia cơng cắt gọt. Mặt khác biến dạng dẻo làm thay đổi tổ
chức ban đầu của kim loại, biến tổ chức hạt thành dạng thớ hoặc thay đổi hƣớng thớ.
b. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến lý tính kim loại.
Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trƣờng trong
kim loại.

C
C

R
L
T.

DU

c. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến hóa tính kim loại.

Sau khi biến dạng dẻo năng lƣợng tự do của kim lọai tăng do đó hoạt tính hóa học
của kim loại tăng lên.
2.3 Trạng thái ứng suất và phƣơng trình dẻo.
Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng
suất chính sau:


Ứng suất đƣờng:

 max 



Ứng suất mặt:

 max 



Ứng suất khối:

 max 

1

[7]

2

1   2

2

 max  max
2

[7]
[7]

Nếu  1 =  2 =  3 thì  = 0 và khơng có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến
dạng dẻo là giới hạn chảy  ch .
Điều kiện biến dạng dẻo.
 Khi kim loại chịu ứng suất đƣờng:
 1   ch   max 
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

 ch
2

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình



Khi kim loại chịu ứng suất mặt:  1   2   ch



Khi kim loại chịu ứng suất khối:  max   min   ch .

Các phƣơng trình trên gọi là phƣơng trình dẻo.









Hình 2.3 Trạng thái ứng suất 
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến dạng đàn
hồi ở đây Ao, thế năng để thay đổi thể tích của vật thể. Trong trạng thái ứng suất khối,
thế năng của biến dạng đàn hồi theo định luật Húc đƣợc xác định.


 1 1   2 2   3 3 
3

C
C

[7]

R

L
T.

Nhƣ vậy, biến dạng tƣơng đối theo định luật Hooke [7]:

 1    2   3 
 2  E1  2    1   3 
 3  E1  3    1   2 
1 

1
E

DU

Theo trên thế năng toàn bộ của biến dạng đƣợc biểu thị:
A

1
 1   2   3  2  1 2   2 3   1 3  [7]
2E

Lƣợng tăng tƣơng đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng
trong 3 hƣớng vng góc.
V
1  2
 1   2   3 
 1   2   3 
V
E

Ở đây:

 _hệ số pyacon tính đến vật liệu biến dạng.

E_Môđun đàn hồi của vật liệu.
Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:
A0 

1 V  1   2   3 1  2
 1   2   3 2

2 V
3
6E

Thế năng để thay đổi vật thể:
Ah  A  A0 



1 
 1   2 2   2   3 2   1   3 2
6E



Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đƣờng sẽ là:

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

1 
2
2 c
6E

Ah 


 1   2 2   2   3 2   1   3 2  2 c 2  const

Đây gọi là phƣơng trình năng lƣợng của biến dạng dẻo.
Khi các kim loại tấm biến dạng ngang không đáng kể nên  2    1   3 
Khi biến dạng dẻo (khơng tính đến biến dạng đàn hồi ) thể tích của vật thể
khơng đổi
Vậy V  0
1  2
 1   2   3  = 0

E
1  2  0

Từ đó:

  0,5

Vậy

2 



Vậy phƣơng trình dẻo có thể viết:

1
 1   3 
2

C
C

R
L
T.

1   3 

DU

2

3

 ch  1,15 ch

Trong trƣợt tinh khi  1   3 trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0.
Ứng suất tiếp khi α = 45˚

 max 

1   2
2

So sánh với phƣơng trình dẻo khi  1   3
 max 

 ch
3

 K  0,58 ch

Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là:
K  0,58 ch : gọi là hằng số dẻo.

Ở trạng thái ứng suất khối phƣơng trình dẻo có thể viết:
 1   3  2K  const  1,15 ch
2.4 Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực
2.4.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo
"Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra, đồng thời đã có biến dạng đàn hồi tồn tại".
Quan hệ giữa chúng qua định luật Hooke. Khi biến dạng kích thƣớc của kim loại so
với kích thƣớc sau khi thơi tác dụng lực khác nhau, nên kích thƣớc của chi tiết sau khi
gia cơng xong khác với kích thƣớc của lỗ hình trong khn (vì có đàn hồi).

2.4.2 Định luật ứng suất dư
"Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dƣ cân
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

bằng với nhau". Trong q trình biến dạng dẻo kim loại do nhiệt độ không đều, tổ
chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều v.v... làm cho kim loại
sinh ra ứng suất dƣ, chúng cân bằng với nhau.
Sau khi thôi lực tác dụng, ứng suất dƣ này vẫn còn tồn tại. Khi phân tích trạng thái
ứng suất chính cần phải tính đến ứng suất dƣ.
2.4.3 Định luật thể tích khơng đổi
Thể tích của vật thể trƣớc và sau khi cán không đổi. Định luật này có ý nghĩa thực
tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dƣới tác dụng của ngoại lực.
Xét một vật thể có kích thƣớc trƣớc biến dạng và sau khi biến dạng là:
L0, b0, h0, L1, b1, h1.
Ta có:
L0b0h0 = L1b1h1.
Từ đây:

ln

L1

b
h
 ln 1  ln 1  0 .
L0
b0
h0

Ký hiệu:

ln

L1
b
h
  1 ; ln 1   2 ; ln 1   3 .
L0
b0
h0



1   2   3  0 .

C
C

R
L
T.

Trên là phƣơng trình điều kiện thể tích khơng đổi.
Khi tồn tại bằng ứng biến chính đầu của ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia
và có trị số bằng tổng hai ứng biến kia.
2.4.4 Định luật trở lực bé nhất
"Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di
chuyển theo hƣớng nào có trở lực bé nhất". Khi ma sát ngoài trên
các hƣớng của mặt tiếp xúc đều nhau thì một chất điểm nào đó
trong vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hƣớng có pháp tuyến
nhỏ nhất. Khi lƣợng biến dạng càng lớn tiết diện sẽ chuyển dần
sang hình trịn làm cho chu vi của vật nhỏ nhất.
2.4.5 Định luật đồng dạng
Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạng
nhau. Nhƣng kích thƣớc khác nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng nhƣ nhau.
Nếu gọi a1, b1, c1, F1, v1, là kích thƣớc, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2, c2,
F2, v2, là kích thƣớc, diện tích và thể tích của vật thể 2.
Gọi P1, P2, A1, A2, là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2.
a1 b1 c1


 n.
a 2 b2 c 2

DU

F1
 n2 ;
F2

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

v1
 n3
v2

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Theo định luật đồng dạng thì:
P1
 n2 ;
P2

A1
 n3
A2

Định luật này rất quan trọng cho phép ta thử mẫu có kích thƣớc nhỏ để xác định các
ảnh hƣởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại.
2.5 Kỹ thuật cán cuốn thép tấm
2.5.1 Khái niệm cuốn
Cuốn là phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một
phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phơi có thể là tấm, dải, thanh định hình và
đƣợc cuốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong q trình cuốn phơi bị biến dạng dẻo
từng phần để tạo thành hình dáng cần thiết.

2.5.2 Quá trình cuốn
Quá trình cuốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo. Cuốn làm thay
đổi hƣớng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần bán kính cong.
Trong q trình cuốn, kim loại phía trong phía góc cuốn bị nén lại và co ngắn ở
hƣớng dọc, đồng thời bị kéo ở hƣớng ngang. Còn phần kim loại phía ngồi góc cuốn bị
giãn ra bởi lực kéo. Giữa các lớp co ngắn và kéo dài là lớp kim loại không bị ảnh
hƣởng bởi lực kéo và nén khi cuốn và tại đây vẫn giữ đƣợc trạng thái ban đầu của kim
loại và đây gọi là lớp trung hịa. Sử dụng lớp trung hịa này để tính toán sức bền của
vật liệu khi cuốn.
Khi cuốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tƣợng biến dạng mỏng vật liệu nhƣng
khơng có sai lệch tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ
chống lại sự biến dạng theo hƣớng ngang.
Khi cuốn phôi với bán kính có khối lƣợng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và
ngƣợc lại

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.4 Biến dạng của phơi thép trƣớc và sau khi cuốn
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

2.5.3 Tính tốn phơi cuốn.
a. Xác định vị trí lớp trung hịa.
Vị trí của lớp trung hịa đƣợc xác định bởi bán kính lớp trung hịa ρ. Trong q trình
cuốn bề mặt lớp kim loại phía trong và phía ngồi của phơi bị biến dạng nén và kéo và
ở giữa các lớp này là lớp trung hịa hầu nhƣ khơng bị biến dạng và để tính tốn phơi ta
tiến hành xác định vị trí lớp trung hịa và tính tốn phơi tại đây.
Bán kính lớp trung hịa có thể đƣợc xác định theo cơng thức:


Trong đó:

Btb
r  
S   
B
2 2

( mm )

Btb_chiều rộng trung bình của lớp tiết diện cuốn.
Btb 

B  B2
2

B_chiều rộng của phơi ban đầu.
S_chiều dày vật liệu.
r_ bán kính cuốn phía trong.
ξ_hệ số biến mỏng.

( mm )
( mm )
( mm )

R
L
T.

C
C

B
Tỷ số tb gọi là hệ số biến rộng.
B



S1
S

DU

S1_chiều dày vật liệu sau khi cuốn.

r

Trong thực tế bán kính lớp trung hịa có thể xác định theo cơng thức gần đúng:
ρ = r + x.S
Trong đó:
r_bán kính cuốn phía trong.
x_hệ số xác định khoảng cách lớp trung hòa đến bán kính cuốn
phía trong. Hệ số x đƣợc lấy theo bảng (Trang 55 [9])
b. Tính chiều dài phơi.

S



l2

l1
p
Hình 2.5 Hình dạng phôi khi cuốn.

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Bảng 2.1: Giá trị giữa bán kính cuốn và hệ số xác định

Chiều dài phơi đƣợc tính theo cơng thức:


r  xs  .
180
Trong đó:
r_bán kính cuốn. ( mm )
c. Bán kính cuốn nhỏ nhất và lớn nhất.
Khi cuốn, nếu bán kính cuốn phía trong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện cuốn.
Nếu bán kính cuốn q lớn sẽ khơng xảy ra hiện tƣợng biến dạng dẻo và phôi sẽ không
giữ đƣợc trạng thái sau khi cuốn.
L  l1  l 2 

 Bán kính cuốn lớn nhất đƣợc xác định theo cơng thức:
rngồi = rtrong - S
Trong đó: S_chiều dày vật cuốn.
( mm )

C
C

R
L
T.

 Bán kính cuốn nhỏ nhất đƣợc xác định theo cơng thức:

DU

1
S
rmin    1

2

Trong đó: δ_độ giãn dài tƣơng đối của vật liệu. ( % )
Theo thực nghiệm ta có:
rmin = K.S
Với: K_hệ số phụ thuộc góc nhấn α.
d. Cơng thức tính lực cuốn.
Lực cuốn bao gồm cuốn tự do liên tục và lực làm cho phôi chuyển động quanh trục.



F  F1  F2

Trong đó:


F1 _lực biến dạng dẻo kim loại.
F2 _lực làm cho phôi quay quanh trục.

Lực cuốn làm biến dạng dẻo kim loại.
F1 

BS 2 b n
 k1 BS b .

l

Với k1 

nS
l

e. Tính đàn hồi khi cuốn.
Trong q trình cuốn khơng phải tồn bộ kim loại phần cung cuốn đều chịu biến
dạng dẻo mà có một phần cịn lại ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi khơng cịn lực tác
dụng của các trục cuốn thì vật cuốn hồn tồn nhƣ hình dáng kích thƣớc nhƣ đã lựa
chọn ban đầu đó là hiện tƣợng đàn hồi sau khi cuốn.
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

r

Khi cuốn




Sau khi cuốn

Hình 2.6 Biến dạng đàn hồi khi cuốn.
Tính tốn đàn hồi đƣợc biểu hiện khi cuốn với bán kính nhỏ ( r < 10s ) bằng góc
đàn hồi β. Cịn khi cuốn với bán kính lớn ( r >10s ) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi
bán kính cong của vật cuốn.
Góc đàn hồi đƣợc xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật cuốn sau khi dập và góc
cuốn theo tính tốn.
β = α0 – α =0 ÷10
Mức độ đàn hồi khi cuốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc cuốn, tỷ số giữa

C
C

R
L
T.

DU

bán kính cuốn với chiều dày vật liệu, hình dáng kết cấu cuốn.

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Chƣơng 3: CÁC PHƢƠNG ÁN LỰA CHỌN KẾT CẤU
MÁY LỐC 3 TRỤC

3.1 Lựa chọn phƣơng án bố trí trục lốc và phƣơng án di chuyển hai trục bên
3.1.1 Phương án 1:

C
C

R
L
T.

DU

-

Hình 3.1 Trục I di chuyển thẳng đứng.
Ƣu điểm : Kết cấu hợp lí, đơn giản , q trình cuốn dễ dàng.
Nhƣợc điểm: khó khăn khi cuốn các ống có đƣờng kính lớn.

3.1.2 Phương án 2:

SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

-

Hình 3.2 Trục II di chuyển thẳng đứng, trục III di chuyển xiên một góc 60º
Ƣu điểm: cuốn đƣợc ống với nhiều loại đƣờng kính lớn nhỏ khác nhau.

-

Nhƣợc điểm:kết cấu khá phức tạp, chế tạo rãnh trƣợt cho trục III khó khăn.

3.1.3 Kết luận
Chọn phƣơng án 1 để q trình chế tạo mơ hình đƣợc thực hiện dễ dàng hơn .
3.2 Phân tích lựa chọn phƣơng án truyền động cho hai trục bên
3.2.1 Phương án 1: Dùng thuỷ lực
Ta có thể dùng xilanh thủy lực để tạo chuyển động tịnh tiến trục I.
Sơ đồ nguyên lý nhƣ sau:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý dùng xilanh thủy lực.
-Nguyên lý hoạt động:
Khi ta đóng điện cho động cơ bơm dầu hoạt động dầu sẽ đƣợc bơm lên hệ thống.
Khi van đảo chiều ở vị trí giữa thì dầu sẽ chảy qua van an toàn về bể. Khi van an tồn
ở vị trí bên trái thì xilanh đƣợc cung cấp dầu chuyển động đi lên đẩy trục cuốn đi lên
cuốn phơi. Khi van đảo chiều ở vị trí bên phải thì dầu sẽ đƣợc ép lên phía trên làm cho
xilanh đi xuống mang theo trục cuốn đi xuống. Nếu muốn dừng ta chỉ việc cho van
đảo chiều về vị trí giữa là xilanh dừng lại ở bất kì vị trí nào mong muốn.
- Ƣu điểm: Truyền động dể dàng , kết cấu đơn giản.
- Nhƣợc điểm: Do tính nén đƣợc của dầu nên có thể làm piston khơng ổn định và
làm sai số bán kính cung cuốn.
3.2.2 Phương án 2 : Dùng cơ cấu vítme- đai ốc điều khiển bằng tay.
Đây là hệ thống truyền động bằng cơ khí đƣợc sử dụng khá nhiều trong các loại
máy gia công thép đặc biệt là các máy công cụ.
Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 3.4 :
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

Thiết Kế Máy Lốc Ống 3 Trục Và Chế Tạo Mơ Hình

Hình 3.4 Sơ đồ cơ cấu vít me đai ốc.
Nguyên lý hoạt động : dùng tay quay trục vít me , chuyển động quay trục vít me
sẽ chuyển thành chuyển động tịnh tiến của trục I.
Ƣu điểm: chế tạo đơn giản, thao tác làm việc dễ dàng, nhanh gọn , khơng địi hỏi
tay nghề cao.

C
C

R
L
T.

DU

Nhƣợc điểm: tính cơng nghệ thấp, điều khiển bằng tay…

3.2.3 Kết luận
Với những phân tích nhƣ trên ta lựa chọn phƣơng án 2 sử dụng cơ cấu vít me đai ốc
để tạo chuyển động tịnh tiến cho trục I.
3.3 Phân tích lựa chọn phƣơng án truyền động cho trục lốc
3.3.1 Lựa chọn trục lốc và phương án truyền động quay trục lốc
Quá trình cuốn diễn ra khi phơi thép tấm chuyển động tịnh tiến đi qua các trục cuốn.
Các trục cuốn chuyển đông tịnh tiến lên xcuống để tạo ra biên dạng cuốn.
Có nhiều phƣơng pháp tạo chuyển động cho phơi thép nhƣng cần lựa chọn một
phƣơng pháp đảm bảo các điều kiện sau:
 Máy thiết kế có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ chế tạo
và lắp ráp.
 Vật liệu chế tạo chi tiết máy đƣợc chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên quan
đến cơng dụng và điều kiện sử dụng máy.



Máy phải có khối lƣợng và kích thƣớc nhỏ gọn.

 Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất, phù hợp với điều kiện hiện có.
Từ những yêu cầu trên và với phƣơng án thiết kế đã lựa chọn trên ta chọn phƣơng
pháp dẫn động phôi bằng cách truyền chuyển động quay cho trục I.Trục I quay, nhờ
ma sát giữa trục I và phôi thép, kéo phôi thép di chuyển tịnh tiến theo.
SVTH: Võ Văn Cƣờng , Nguyễn Nhân Đạo

Hƣớng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

21