Nghiên cứu máy và công nghệ chế tạo tấm lan can chắn xô (hộ lan) dạng 3 sóng theo tiêu chuẩn

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

3

DANH SÁCH HÌNH VẼ

4

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

6

MỞ ĐẦU

7

1. Lý do chọn đề tài

7

2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

7

3. Phƣơng pháp nghiên cứu

8

4. Tóm tắt nội dung chính

8

5. Kết luận

9

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ UỐN LỐC PROFILE TỪ TẤM VÀ
BĂNG KIM LOẠI
10
1.1. Giới thiệu về công nghệ uốn lốc profile từ tấm và băng kim loại

10

1.2. Đặc tính kỹ thuật của thép hình uốn lốc

13

1.3. Phạm vi ứng dụng của thép hình uốn lốc trong các lĩnh vực khác nhau

17

1.4. Phân loại các phƣơng pháp uốn lốc

19

1.5. Tình hình nghiên cứu chế tạo máy uốn lốc profile

21

Kết luận chƣơng 1

25

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ UỐN LỐC PROFILE TỪ
TẤM VÀ BĂNG KIM LOẠI

26

2.1. Nguyên lý thiết kế biên dạng trục uốn lốc

26

2.2. Các phƣơng pháp xác định chiều rộng phôi uốn

30

2.3. Lựa chọn chế độ uốn lốc

34

2.4. Lựa chọn đƣờng cơ sở và bố trí phôi trên trục uốn

40

2.5. Thiết kế biên dạng trục uốn

44

2.6. Xác định lực, mô men uốn, công suất động cơ

46

Kết luận chƣơng 2

49

CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO TẤM CHẮN XÔ

1

50


3.1. Giới thiệu sản phẩm

50

3.2. Xác định số cặp con lăn

53

3.3. Các thơng số hình học của từng cặp con lăn

56

3.4. Mơ phỏng q trình biến dạng

57

3.5. Xác định lực ép và mô men xoắn trên mỗi cặp

65

Kết luận chƣơng 3

74

CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MÁY UỐN TẤM CHẮN XÔ DẠNG 3 SÓNG

75

4.1. Giới thiệu một số hệ thống dẫn động thƣờng gặp

75

4.2. Thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống khung máy

79

Kết luận chƣơng 4

88

KẾT LUẬN CHUNG

89

TÀI LIỆU THAM KHẢO

90

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng những điều đƣợc nêu ra trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật "
Nghiên cứu máy và công nghệ chế tạo tấm lan can chắn xơ (hộ lan) dạng 3 sóng
theo tiêu chuẩn " là hoàn toàn đúng. Tất cả kết quả thu đƣợc từ luận văn đều là từ quá
trình nghiên cứu. Mọi tài liệu và sự trợ giúp thực hiện luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Khi viết bản luận văn này, tác giả có tham khảo và kế thừa một số kết quả
nghiên cứu của các tác giả đi trƣớc và sử dụng những thông tin số liệu từ các tạp chí,
sách, mạng internet … theo danh mục tham khảo.
Tác giả cam đoan khơng có sự sao chép ngun văn từ bất kỳ luận văn nào hay
nhờ ngƣời khác viết. Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về cam đoan của mình và
chấp nhận mọi hình thức kỷ luật theo quy định của Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Tác giả

NGUYỄN CAO VƢƠNG

3


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tổng quan cơng nghệ uốn hình từ tấm và băng kim loại .......................10
Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ uốn hình chữ U ..........................................................11
Hình 1.3. Một số dạng sản phẩm uốn hình từ phơi tấm đƣợc ứng dụng trong kết
cấu máy và trong xây dựng .....................................................................................12

Hình 1.4. Sử dụng thép hình uốn trong xây dựng giao thơng ................................ 13
Hình 1.5. Sơ đồ các phƣơng pháp uốn....................................................................21
Hình 1.6. Sử dụng mơ phỏng để tính tốn .............................................................. 24
Hình 2.1. Các phƣơng pháp thiết kế lỗ hình trục uốn hở .......................................27
Hình 2.2. Uốn hình lịng máng ...............................................................................30
Hình 2.3. Sự thay đổi hình dạng phơi khi uốn thép hình chữ U ............................. 35
Hình 2.4. Giản đồ xác định mức độ giãn dài mép biên phơi ..................................38
Hình 2.5. Giản đồ xác định r0/S0 theo mức độ biến dạng  ....................................38
Hình 2.6. Giản đồ xác định r1/S1 theo r1/S và  ......................................................39
Hình 2.7. Phân tích điều kiện ăn phơi vào lỗ hình chữ E tại giá uốn thứ VIII bằng
phƣơng pháp tiết diện ( I-IV- số thứ tự tiết diện, A- đƣờng uốn)........................... 41
Hình 2.8. Các dạng sai hỏng khi uốn liên tục .........................................................43
Hình 3.1. Sản phẩm tấm hộ lan 3 sóng và ứng dụng ..............................................50
Hình 3.2. Sản phẩm hộ lan 2 sóng và ứng dụng .....................................................51
Hình 3.3. Bản vẽ sản phẩm hộ lan 3 sóng .............................................................. 52
Hình 3.4. Các bƣớc uốn ..........................................................................................54
Hình 3.5. Sự thay đổi hình dạng của phơi qua các lần uốn phần giữa của chi tiết; 55
Hình 3.6. Sự thay đổi hình dạng của phơi khi uốn hai uốnh của chi tiết; A- Uốn
uốnh thứ nhất; B- Uốn uốnh thứ hai; ......................................................................55
Hình 3.7. Bản vẽ phối trục các bƣớc uốn ............................................................... 57
Hình 3.8. Những ƣu điểm của mơ phỏng ............................................................... 58
Hình 3.9. Q trình tối ƣu hóa cơng nghệ nhờ mơ phỏng ......................................59
Hình 3.10. Một số ứng dụng của phần mềm ABAQUS .........................................60

4


Hình 3.11. Mơ hình hình học đƣợc sử dụng để mơ phỏng .....................................61
Hình 3.12. Hình dạng phơi sau khi uốn ..................................................................62
Hình 3.13. Trƣờng ứng suất trên phơi khi uốn; A- Nhóm 1; B-Nhóm 2................63

Hình 3.14. Trƣờng biến dạng trên phơi khi uốn; A- Nhóm 1; B-Nhóm 2 .............64
Hình 3.15. Phân bố chiều dày trên phơi khi uốn; A- Nhóm 1; B-Nhóm 2 .............65
Hình 3.16. Đồ thị lực uốn, Pi (i=1đến i=14) tƣơng ứng với lực uốn trong bƣớc uốn
thứ i; ........................................................................................................................69
Hình 3.17. Mơ men xoắn, Mi (i=1đến i=14) tƣơng ứng với mơ men xoắn trong
bƣớc uốn thứ i; ........................................................................................................72
Hình 4.1. Sơ đồ máy uốn chuyển động bằng cơ khí ...............................................75
Hình 4.2. Sơ đồ máy uốn truyền động bằng thuỷ lực .............................................76
Hình 4.3.Truyền động bằng Xích ...........................................................................78
Hình 4.4. Hệ thống truyền đơng bằng trục vít bánh vít ..........................................79
Hình 4.5. Sơ đồ bố trí thiết bị uốn thép hình ..........................................................81
Hình 4.5. Sơ đồ dẫn động cho một giá uốn ............................................................ 82
Hình 4.6. Trục chính ............................................................................................... 83
Hình 4.7. Khung giá ................................................................................................ 84
Hình 4.8. Cơ cấu điều chỉnh khe hở trục ................................................................ 85
Hình 4.9. Vành định vị ........................................................................................... 86
Hình 4.10. Bản vẽ kết cấu giá uốn uốn ...................................................................86
Hình 4.11. Bản vẽ thiết kế giá uốn uốn thứ 14 .......................................................87

5


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Phân loại thép theo hàm lƣợng Cácbon (C) mà Mangan (Mn)

16

Bảng 1.2. Thành phần hóa học và cơ tính của một số loại thép hình uốn (theo 17
OCT )
Bảng 3.1. Giá trị lực ép và mô men xoắn lớn nhất tác dụng lên trục nằm

71

6


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay thực tế thi cơng các cơng trình giao thơng ở Việt Nam do có nhiều
tuyến đƣờng cong, lắm đèo dốc, đƣờng cao tốc... chính vì vậy các đơn vị thi cơng phải
lắp đặt hai tấm hộ lan 2 sóng thì mới đảm bảo an tồn giao thơng, khiến thời gian lắp
đặt và tăng chi phí trong khi hiệu quả sử dụng chƣa cao.
Trong thời gian gần đây trên thế giới ngƣời ta nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử
dụng tấm hộ lan 3 sóng để thay thế cho việc sử dụng các loại hộ lan 2 sóng do có thể
giúp giảm thiểu tai nạn xảy ra ở các đoạn đƣờng cong, đoạn đƣờng cao, đèo dốc…
Do nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông vận tải trong nƣớc ta tăng mạnh, yêu
cầu chất lƣợng ngày càng hiện đại hóa chính vì vậy việc ứng dụng các sản phẩm hộ lan
3 sóng để thay thế dần việc sử dụng hộ lan 2 sóng là một mục tiêu thiết thực hiện nay.
Đồng thời hiện nay trong nƣớc các tài liệu về thiết kế cũng nhƣ chế tạo cịn hạn chế.
Chính vì những lý do trên em chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu máy và công
nghệ chế tạo tấm lan can chắn xô (hộ lan) dạng 3 sóng theo tiêu chuẩn’’ .
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu, tính
tốn cơng nghệ chế tạo từ đó tiến hành thiết kế máy uốn liên tục để chế tạo tấm lan can
chắn xơ dạng 3 sóng.
Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu dựa trên đối tƣợng cụ thể là tấm lan can dạng 3
sóng, và máy uốn liên tục để chế tạo tấm lan can dạng 3 sóng.
Phạm vi nghiên cứu: sử dụng mơ phỏng số để tính tốn chế độ uốn liên tục cho
tấm hộ lan 3 sóng, từ các kết quả tính tốn xác định đƣợc các thông số năng lƣợng sử
dụng cho thiết kế mơ hình động máy, thiết kế chi tiết, nghiệm bền chi tiết máy, thiết kế
máy uốn liên tục 3D.

7


3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết hợp giữ tính tốn lý thuyết kết hợp với mơ phỏng.
4. Tóm tắt nội dung chính
Nội dung chính của luận văn bao gồm 04 chƣơng sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ uốn lốc profil từ tấm và băng kim loại
- Tìm hiểu về cơng nghệ uốn lốc;
- Phạm vi sử dụng của các sản phẩm uốn lốc;
- Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới;
Chương 2: Cơ sở lý thuyết và công nghệ uốn lốc profil từ tấm và băng kim loại
- Cơ sở lý thuyết của quá trình uốn nguội: ứng suất, biến dạng, biến dạng đàn
hồi sau khi uốn...
- Nguyên lý tính tốn biên dạng trục uốn;
- Phƣơng pháp tính tốn các thơng số cơng nghệ khi uốn;
Chương 3: tính tốn cơng nghệ chế tạo tấm chắn xơ
- Nghiên cứu hình dạng, kích thƣớc sản phẩm hộ lan 3 sóng;
- Tính tốn cơng nghệ uốn liên tục: kích thƣớc phơi, các bƣớc uốn, khoảng cách
giữa các cặp trục uốn...
- Sử dụng mơ hình 3D để mơ phỏng cơng nghệ uốn liên tục để chế tạo hộ lan 3
sóng từ đó tính tốn đƣợc các thơng số cơng nghệ dƣới dạng bảng và đồ thị sử dụng
cho thiết kế máy: lực uốn, mô men xoắn...
Chương 4: Thiết kế máy uốn tấm chắn xơ dạng 3 sóng

8


- Nghiên cứu các hệ thống dẫn động thƣờng gặp từ đó lựa chon hệ thống dẫn

động phù hợp;
- Từ các thơng số cơng nghệ tính tốn đƣợc ở chƣơng 3 tiến hành tính tốn thiết
kế chi tiết cho máy uốn liên tục từ đó xây dựng mơ hình 3D trên phần mềm solidwork.
5. Kết luận
Nghiên cứu đã đạt được các kết quả chính sau:
Từ các cơng thức lý thuyết đƣa ra đƣợc phƣơng pháp uốn liên tục để chế tạo ra
sản phẩm hộ lan 3 sóng:
-

Xác định các thơng số công nghệ: số cặp con lăn (giá uốn), khoảng cách
giữa các cặp trục, biên dạng các con lăn công tác,

Thiết lập và tiến hành mô phỏng thành công bài tốn uốn liên tục trên mơ hình
3D bằng phần mềm mơ phỏng Abaqus.
Từ các kết quả tính tốn mơ phỏng cho thấy sự thay đổi hình dạng; sự phân bố
trƣờng ứng suất biến dạng, phân bố chiều dày phôi trong q trình uốn.
Dựa vào các kết quả tính mơ phỏng tốn đƣa ra đƣợc thơng số cơng nghệ chính
của q trình uốn: lực uốn và mơ men xoắn tại các bƣớc uốn.
Thơng qua các kết quả tính tốn mơ phỏng đã tính tốn đƣợc các thơng số kỹ
thuật của máy, lựa chọn sơ đồ dẫn động phù hợp từ đó xây dựng mơ hình máy 3D dựa
trên phần mềm thiết kế cơ khí Solidwork.
Các kết quả trong nghiên cứu này có thể đƣợc làm tại liệu tham khảo cho các
nhà cơng nghệ sau này trong việc tính tốn thiết kế máy chế tạo hộ lan 3 sóng, mở
rộng ra là các loại sản phẩm có mặt cắt ngang dạng sóng.

9


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ UỐN LỐC PROFILE TỪ TẤM
VÀ BĂNG KIM LOẠI

1.1. Giới thiệu về công nghệ uốn lốc profile từ tấm và băng kim loại
Những ứng dụng đầu tiên của thép hình uốn lốc đã có từ thể kỉ 18. Ở nƣớc Nga,
thép hình uốn lốc mỏng thành đầu tiên đƣợc sử dụng vào năm 1838 trong cơng trình
sửa chữa cải tạo Cung điện Mùa Đơng sau trận cháy lớn. Còn nƣớc Mỹ năm 1855 để
xây dựng tịa nhà cơng vụ ở New York đã sửu dụng thép hình uốn chữ U với chiều dày
từ 1.6 mm đến 3.6 mm liên kết bu lơng. Khi đó quá trình uốn thép hình đƣợc thực hiện
trên máy ép năng suất thấp.

Hình 1.1. Tổng quan cơng nghệ uốn hình từ tấm và băng kim loại

10


Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dân dụng, đặc biệt ngành
công nghiệp xây dựng, chế tạo máy, cơng nghiệp đóng toa xe lửa nói riêng đã đòi hỏi
phát triển các phƣơng pháp sản xuất thép hình uốn. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu phát
triển trong lĩnh vực thép hình uốn, đầu thế kỷ 20 phƣơng pháp uốn trên máy ép đƣợc
thay thế bằng phƣơng pháp uốn liên tục trên các máy uốn dạng trục. Hệ máy uốn thép
hình mới có năng suất cao hơn, chất lƣợng sản phẩm tốt hơn và giá thành lại rẻ hơn. Ở
nhiều nƣớc đã xây dựng và đƣa vào sản xuất các máy uốn liên tục với phôi ban đầu là
tấm hoặc băng kim loại. Năm 1910 Mỹ là quốc gia đầu tiên xây dựng các dây chuyền
uốn thép hình có năng suất cao đáp ứng đƣợc các yêu cầu trên, cịn ở châu Âu, các dây
chuyền uốn hình tƣơng tự đƣợc xây lắp muộn hơn.

Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ uốn hình chữ U
Thép hình uốn nguội có hàng loạt ƣu điểm so với uốn hình thép nóng. Ƣu thế
nổi trội hơn cả thép hình uốn có biên dạng phức tạp, thành mỏng kết cấu nhẹ nhƣng có
độ bền uốn cao. Giá thành thép hình uốn thấp. Khả năng sử dụng thép hình uốn rộng
rãi trong các ngành cơng nghiệp và xây dựng. Việc sử dụng thép hình uốn cho phép
tiết kiệm ít nhất 30% kim loại so với thép hình uốn.

11


Hình 1.3. Một số dạng sản phẩm uốn hình từ phôi tấm đƣợc ứng dụng trong kết cấu
máy và trong xây dựng
Thép hình uốn có độ chính xác đảm bảo u cầu sử dụng, chính vì vậy chúng
có thể đƣợc sử dụng để chế tạo các chi tiết, kết cấu máy mà khơng phải gia cơng cơ
khí tiếp theo. Thép hình uốn đƣợc chế tạo từ thép phơi uốn nguội có chất lƣợng bề mặt
tốt, điều đó cho phép phun phủ lên chúng các loại chất mà không phải gia cơng đặc
biệt. Bằng phƣơng pháp uốn hình có thể chế tạo đƣợc các sản phẩm từ phôi đã đƣợc
phun phủ và xử lý bề mặt trƣớc mà không làm hƣ hại bề mặt. Các thép hình uốn mạ
kẽm, phủ chất dẻo, các tấm uốn sóng và các thanh uốn hình có khả năng chống gỉ cao
đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây lắp các nhà xƣởng công nghiệp và dân dụng, cơng
nghiệp đóng tàu, xe.
Sự phát triển của ngành sản xuất thép hình uốn khơng chỉ thể hiện trong tổng
sản lƣợng mà còn thể hiện cả trong sự nâng cao về chất lƣợng, chủng loại, cỡ kích
thƣớc và hình dạng thép hình uốn. Sản lƣợng hình uốn hợp kim, trong đó có cả hợp
kim thép khơng gỉ, chịu nhiệt độ cao, độ bền cao… ngày càng phát triển. Các kích
thƣớc thép hình uốn đƣợc mở rộng. Hình dạng tiết diện ngang và tiết diện dọc của thép
hình uốn càng ngày càng phức tạp.

12


Trong những năm gần đây ở các quốc gia công nghiệp hiện đại và tự chủ đều có
nền sản xuất thép hình uốn kín. Trƣớc hết phải nói đến ống thép đƣờng kính lớn.
Chúng có vai trị đặc biệt quan trọng trong cơng nghiệp dầu khí, vận tải dầu khí, vận
tải các loại hạt rắn. Riêng hệ thống đồng ống vận chuyển dầu khí đã trở thành một vấn
đề thời sự quốc tế quan trọng. Nhiều van đề kỹ thuật đặt ra nhƣ: chế tạo các loại ống

với các kích thƣớc và từ nhiều vật liệu khác nhau; nghiên cứu mạng lƣới ống dẫn dầu,
khí đốt cho từng nƣớc.
Ngồi những hệ thống đƣờng ống trên mặt đất, ngầm dƣới đất, trong những
năm gần đây do sự phát triển việc khai thác dầu trên thềm lục địa và đại dƣơng (107
m3/ngày) các quốc gia đã xây dựng hệ thống đƣờng ống dẫn khí dƣới nƣớc biển.

Hình 1.4. Sử dụng thép hình uốn trong xây dựng giao thơng
1.2. Đặc tính kỹ thuật của thép hình uốn lốc
Đặc tính kỹ thuật của thép hình uốn đƣợc thể hiện trong Tiêu chuẩn Nhà nƣớc
Việt Nam. Cịn trong khn khổ của luận văn này chỉ trình bày một số tiêu chuẩn
chính.
Thép hình uốn rất đa dạng về hình dạng, kích thƣớc và lĩnh vực sử dụng tùy
thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc của các kết cấu cần thiết. Nhóm sản

13


phẩm đặc biệt theo tiêu chí về cơng nghệ chế tạo và khả năng sử dụng là nhóm thép
uốn hình độ bền cao.
Các đặc tính chính của thép hình uốn:
-

Dạng sản phẩm: +Hở (góc, chữ U, lịng máng, chữ C, chữ Z, uốn lƣợn sóng…);
+ Kín ( ống hình: trịn, chữ nhật, vng, đa giác…)

-

Kích thƣớc sản phẩm (mm):

-

Theo chiều dày: 0.3 – 8.0

-

Theo chiều rộng: 30 – 2000;

-

Theo chiều cao: 5 – 180;

-

Vật liệu:
Vật liệu sản xuất thép hình là thép các bon, thép hợp kim, kim loại màu và các

hợp kim của chúng. Ngồi ra cịn có các vật liệu phủ bề mặt hoặc bimetal (sơn, phun
phủ, mạ kẽm, mạ crôm, mạ niken…)
Vật liệu sản xuất thép uốn hình có thể có bề mặt đã tẩy rửa hoặc chƣa tẩy rửa
tùy thuộc vào mục đích sử dụng và kích thƣớc của hình uốn. Trong trƣờng hợp sản
xuất ống hàn, phơi phải đƣợc làm sạch dầu mỡ. Cịn lại các trƣờng hợp khác phôi uôn
không nên làm sạch dầu mỡ.
Vật liệu sản xuất thép hình uốn có hình dạng phức tạp khơng nên có trong tổ
chức tế vi xementit (Fe3C) ( vì dễ làm xuất hiện các vết nứt tại vùng uốn) và vùng giới
hạn chảy trong giản đồ kéo không nên quá nhỏ (làm xuất hiện các vết rạn nứt trên bề
mặt hình uốn).

14

Bảng 1.1. Phân loại thép theo hàm lƣợng Cácbon (C) mà Mangan (Mn)
Hàm lƣợng, %

Nhóm

Hàm lƣợng, %

Nhóm

thép

C

Mn

thép

C

Mn

I

0.06 ÷ 0.16

0.25 ÷ 0.50

II

0.10 ÷ 0.25

0.25 ÷ 0.80

I

0.12 ÷ 0.22

0.30 ÷ 0.65

II

0.20 ÷ 0.40

0.3 ÷ 0.90

I

0.18 ÷ 0.37

0.35 ÷ 0.90

III

≤ 0.21

0.60 ÷ 1.80

II

≤ 0.06

≤ 0.40

III

0.15 ÷ 0.25

0.60 ÷ 1.30

II

0.05 ÷ 0.15

0.20 ÷ 0.65

III

0.20 ÷ 0.40

0.70 ÷ 1.80

Bảng 1.2. Thành phần hóa học và cơ tính của một số loại thép hình uốn (theo OCT )
Thành phần hóa học, %
Mác
thép

C

Mn

Si

P

S

b,

T,

MPa

MPa

OCT 380-71
 0.06÷0.12 0.25÷0.50

≤ 0.05

≥0.04

≥0.05 320÷400

-

 0.06÷0.12 0.25÷0.50 0.05÷0.07

≥0.04

≥0.05 320÷420

-

 0.06÷0.12 0.25÷0.50 0.12÷0.30

≥0.04

≥0.05 320÷420

-

 0.09÷0.15 0.25÷0.50

≥0.04

≥0.05 320÷420

220

 0.09÷0.15 0.25÷0.50 0.05÷0.17

≥0.04

≥0.05 320÷420

230

 0.09÷0.15 0.25÷0.50 0.05÷0.17

≥0.04

≥0.05 340÷440

-

 0.14÷0.22 0.30÷0.60 0.05÷0.17

≥0.04

≥0.05 380÷470

240

 0.14÷0.22 0.30÷0.65

≥0.04

≥0.05 380÷470

250

≥0.04

≥0.05 380÷470

250

≥0.07

≥0.07

 0.14÷0.22 0.30÷0.65 0.12÷0.30

15




23

-

-

0.07

0.06

310

-

0.07

0.04

0.05

420÷520

260

 0.18÷0.27 0.40÷0.70 0.05÷0.17 0.04

0.05

420÷520

270

 0.18÷0.27 0.40÷0.70 0.12÷0.30 0.04

0.05

420÷520

270

 0.18÷0.27 0.40÷0.70

Các sản phẩm thép hình uốn đƣợc chế tạo chủ yếu từ các loại thép có trở lực
biến dạng phá hủy tức thời đến 690 MPa, phần lớn là các mác thép 0.80÷10K
CT3. Điều đó khơng chỉ do các loại thép này dẻo và dễ biến dạng mà còn do chúng có
vùng ứng dụng rộng rãi. Tính tiện lợi trong quá trình uốn thép hợp kim cao và thép
hợp kim đƣợc xác định bởi độ dẻo và độ cứng của chúng.
Các loại thép hình uốn theo thành phần hóa học và cơ tính đƣợc chia làm 3
nhóm I – thép chất lƣợng thƣờng; II – thép chất lƣợng; III – thép hợp kim thấp;
Các loại thép hình uốn trong từng nhóm đƣợc phân chia theo hàm lƣợng C và
Mn có trong chúng, tƣơng quan giữa các thành phần này đƣợc biểu diễn trong bảng
1.1.

Tƣơng ứng với các loại thép với hàm lƣợng C và Mn nhƣ trong bảng 1.2.
+ Phôi thép uốn hình khá đa dạng:
-

Phơi dạng tấm: tấm, dải hoặc băng kim loại có chiều dày khơng đổi

-

Phơi đƣợc tạo hình trƣớc: có chiều dày khơng đổi

-

Phơi bimetal: phơi kim loại có hai lớp

-

Phơi phủ bề mặt: phơi có lớp phủ bảo bệ và trang trí trên bề mặt

-

Phơi chu kì: phơi có hình dạng biến đổi chu kì theo chiều dài

+ Các dạng thép hình uốn:

16


-

Thép hình uốn hở: Phơi đƣợc uốn hình nhƣng các mép biên phơi khơng tiếp xúc

với nhau, hở gồm có các loại nhƣ: hình lịng máng, hình chữ U, hình chữ Z,
hình chữ C, tấm uốn lƣợn sóng ( tấm uốn múi)…

-

Thép hình uốn kín: Phơi đƣợc uốn sao cho các mép biên phơi tiếp xúc kín với
nhau hoặc đƣợc hàn kín. Gồm có các loại nhƣ: ống có tiết diện vng, tam giác,
ơ van, trịn…

-

Thép hình uốn đặc biệt:

Các loại hình uốn theo biên dạng đặc biệt;
Hình uốn từ phơi đƣợc khoan, hoặc đục lỗ;
Hình uốn từ phơi có bề mặt nhám;
Hình uốn từ phơi có chiều dày thay đổi;
Hình uốn từ phơi bimetal;
Hình uốn từ phơi đƣợc phủ, trang trí bề mặt;
1.3. Phạm vi ứng dụng của thép hình uốn lốc trong các lĩnh vực khác nhau
Thép hình uốn rất đa dạng và phong phú theo biên dạng, kích thƣớc, tiết diện
ngang: hình chữ U, L, O, … các loại tấm lợp, vành xe máy, dải phân cách đƣờng bộ,
kết cấu máy, máng cáp điện, cơng nghiệp đóng toa xe, bản cực (+) tĩnh điện…. Đƣợc
chế tạo trên các máy uốn nguội hoặc uốn nóng từ các phơi kim loại dạng tấm, dạng dải
hoặc dạng băng với chiều dày khơng đổi. Chính vì các ƣu điểm này mà thép hình uốn
đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân, cũng nhƣ quốc
phòng.
Trƣớc đây để sản xuất thép hình uốn thƣờng sử dụng một số phƣơng pháp gia
công áp lực nhƣ: dập, ép và chuốt… Tuy nhiên, bằng các phƣơng pháp này không thể
sản xuất các sản phẩm có chiều dài, chiều rộng và chiều dày lớn, đồng thời năng suất

17


của chúng thấp, hệ số tiêu hao kim loại cao, giá thành cao và không thể chế tạo đƣợc
các sản phẩm có hình dạng phức tạp. Để khắc phục các yếu điểm nêu trên cần có các
phƣơng pháp chế tạo mới và thực hiện trên các thiết bị mới hiện đại có điều khiển.
Điều đó dƣờng nhƣ chỉ có thể thực hiện đƣợc trên các loại máy uốn dạng trục, tƣơng
tự nhƣ các loại máy uốn thép.
Trên các máy uốn dạng trục có thể chế tạo đƣợc thép hình uốn hở (hình 1.4a) và
thép hình uốn kín (hình 1.4b).Ngồi ra cịn có thép hình uốn kín đƣợc chế tạo bằng
phƣơng pháp tổng hợp nhƣ: ống hàn dọc, ống hàn xoắn, ống hàn có hình dạng biến đổi
theo chu kỳ, ống hàn có chất phủ bề mặt chống gỉ, chống axit từ các loại hợp kim độ
bền cao.
Các loại thép hình uốn thƣờng có chiều dày khơng thay đổi trên tồn bộ tiết
diện ngang cũng nhƣ theo chiều dài, điều đó làm đơn giản hóa quy trình cơng nghệ gia
cơng cơ khí và lắp ráp.
Các loại thép hình uốn, đặc biệt sản phẩm nguội có chất lƣợng bề mặt cao, điều
đó cho phép sơn phủ bề mặt chúng mà không phải gia cơng cơ khí thêm. Sự hồn thiện
khơng có khuyết tật trên bề mặt thép hình uốn tạo điều kiện nâng cao khả năng chống
gỉ và độ bền.
Các loại hình uốn đƣợc chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau: thép các bon
uốn nóng và uốn nguội, thép hợp kim thấp, kim loại màu và hợp kim màu, thép khơng
gỉ và thép phủ bề mặt. Điều đó mở rộng khả năng lựa chọn vật liệu cho việc ứng dụng
thiết lập các kết cấu máy mới.
Quá trình uốn thép hình từ các khâu công nghệ nối tiếp nhau trong một dây
chuyền từ chuẩn bị phôi cho đến khi thu nhận đƣợc sản phẩm có hình dạng cần thiết.
Việc uốn phơi trên các trục uốn cho phép chế tạo đƣợc các loại thép hình có
độ phân bố kim loại đồng đều theo tiết diện ngang và kết quả là có độ cứng vững độ
bền cao, mức độ tiêu hao kim loại ít.

18


Bằng phƣơng pháp uốn có thể chế tạo đƣợc các thép hình uốn có biên dạng phức tạp,
có khả năng biến đổi phƣơng án lƣa chọn chi tiết máy.
So với uốn hình nóng, phƣơng pháp uốn hình đảm bảo khả năng gia cơng
các thép hình với độ chính xác cao hơn. Nhờ độ chính xác cao hơn của các sản phẩm
uốn hình mà ta có thể chế tạo các loại thép hình liên kết với nhau bằng các ống nối,
khung hoặc của các liên kết trƣợt.
1.4. Phân loại các phƣơng pháp uốn lốc [1]
Uốn hình là một trong những phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực làm
biến dạng phơi (dạng tấm, dải băng) thành các sản phẩm: hình chữ V, chữ U, chữ C,
chữ Z, tấm lƣợn sóng, ống trịn, ống vng, … Tùy theo phƣơng pháp uốn hình dạng
và kích thƣớc khác nhau. So với q trình uốn hình, uốn ống thì q trình uốn địi hỏi
mức tiêu hao năng lƣợng thấp hơn, vốn đầu tƣ thiết bị nhỏ hơn. Đó là ƣu điểm nổi bật
nhất của các q trình uốn.
Phụ thuộc vào kích thƣớc của phơi và sản phẩm uốn, mục đích sử dụng và các
khâu gia cơng tiếp theo mà q trình uốn có thể đƣợc thực hiện theo những phƣơng
pháp khác nhau. Mỗi phƣơng pháp đó đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng.
Các phƣơng pháp uốn có thể đƣợc phân loại thành nhóm theo các đặc điểm chính nhƣ
sau:
+ Theo nhiệt độ uốn của phơi: uốn nóng và uốn nguội;
+ Theo đặc điểm của quá trình uốn: uốn đơn chiếc, uốn liên tục;
+ Theo phƣơng pháp uốn: uốn trên máy uốn 3 trục hoặc 4 trục, uốn trên máy
ép, uốn trên máy uốn liên tục, uốn dọc hoặc uốn xoắn;
+ Theo phƣơng pháp hàn: lị hình phễu, lị liên tục, hàn điện một chiều, hàn
điện xoay chiều, hàn điện trở, hàn cảm ứng, hàn cao tần, hàn siêu âm, hàn hồ quang
dƣới bột trợ dung, hàn điện tử, hàn laze, hàn plasma…

19


A) Uốn trên máy uốn liên tục

B. Uốn trên máy uốn 3 trục hoặc 4 trục

C) Uốn trên máy ép

20


D) Uốn xoắn.
Hình 1.5. Sơ đồ các phƣơng pháp uốn
+ Theo số lƣợng và hƣớng của đƣờng hàn trên các loại ống: một hoặc 2 đƣờng
hàn dọc hoặc hàn xoắn.
1.5. Tình hình nghiên cứu chế tạo máy uốn lốc profile
1.5.1. Trên Thế giới
Ở Anh trong những năm 70 của thế kỷ XX đã kết thúc đợt đầu xây dựng đƣờng
ống dẫn dầu ở biển Bắc đƣờng kính 900 mm, dài 150 km, ở độ sâu 120 m đến 150 m,
nối liền khu dầu mỏ Comơrat với Aixlen bằng 140 nghìn ống Bimetal với tổng kinh
phí 450 triệu Mác. Đến năm 1980 đã hồn thành tiếp 1839 km ống dẫn khí đƣờng kính
813 đến 914 mm và 1045 km ống dẫn dầu đƣờng kính 762 đến 914 mm.
Ở miền Trung và miền Tây LB Nga đã xây dựng hệ thống đƣờng ống dẫn khí
đƣờng kính 2520 mm, áp suất 75at.
Cách đây không lâu, LB Nga, Italia, Pháp, Đức đã khánh thành hệ thống North
Stream dẫn khí đốt của LB Nga vƣợt biển Bantic sang thẳng Đức và tỏa sang các nƣớc
khác ở Tây Âu. Mới đây một thỏa thuận giữa các nƣớc này đã đƣợc ký kết, giải quyết
ổn thỏa vấn đề góp vốn xây dựng tuyến đƣờng ống dẫn khí đốt sang Trung và Nam Âu

21


mang tên South Stream. Đó là tuyến đƣờng ống dẫn khí đốt thứ hai cung ứng trực tiếp
cho EU mà khốn phải quá cảnh sang nƣớc nào. South Stream xuất phát từ LB Nga đi
ngầm dƣới biển Đen sang Bungari rồi chia thành hai ngả: Một ngả dẫn đến Italia và
Hy Lạp, ngả kia sang Romani, Serbia, Hungary, Slovenia và Áo.
LB Nga vừa khành thành hệ thống đƣờng ống dẫn dầu thứ hai từ Đơng Serbia
đến Thái Bình Dƣơng (ESPRO) với mục tiêu tăng gấp đôi lƣợng dầu thô xuất khẩu
vào thị trƣờng Châu Á – Thái Bình Dƣơng lên 50 triệu tấn/năm để mở rộng thị trƣờng
xuất khẩu đối tác truyền thống là Châu Âu.
Hệ thống đƣờng ống thứ hai dài 4200 km, bắt đầu từ các mở dầu phía Tây hồ
Baikail và chạy đến cảng Kozmino ở Thái Bình Dƣơng, gần với biên giới Đơng Bắc
Trung Quốc. Từ đây dầu của LB Nga đƣợc vận chuyển sang thị trƣờng Trung Quốc,
Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc, Philippines, Singapore, Đài Loan.
Trong năm 2011 LB Nga đã cùng Triều Tiên và Hàn Quốc đàm phán về việc
xây dựng hệ thống đƣờng ống dẫn dầu, khí từ LB Nga qua Triều Tiên đến Hàn Quốc.
Nếu tuyến đƣờng ống này đƣợc hoàn thành, Triều Tiên sẽ có thu nhập đáng kể từ
nguồn phí trung chuyển hàng năm mà theo ƣớc tính của tờ Chosun Ilbo có thể vào
khoảng 150 triệu USD.
Nhật Bản hiện nay có gần 150 nghìn km ống dẫn khí đƣờng kính 600 mm, đã
xây dựng xong đƣờng ống dẫn dầu đƣờng kính 1220 mm ở độ sâu 450 m. Angiêri có
hệ thống đƣờng ống dẫn dầu nối liền với Italia ở độ sâu 2700 m dƣới mặt nƣớc biển.
1.5.2. Tại Việt Nam
Ở Việt Nam trong những năm gần đây công nghiệp dầu khí, giao thơng đƣờng
bộ đang phát triển mạnh, đặc biệt từ khi nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất đi vào sản
xuất. Điều đó địi hỏi phải sớm hình thành hệ thống đƣờng ống dẫn dầu khí trong nƣớc
và dẫn tới các cảng biển để tạo điều kiện mở rộng thơng thƣơng dầu khí, góp phần đẩy
mạnh sự nghiệp Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc.

22


Việc nghiên cứu công nghệ uốn đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh
vực nhƣ:
- Xây dựng, kiến trúc: thép hình chữ U, C, Z, tấm lợp…
- Giao thơng: lan can chắn xơ, đóng toa xe, sàn xe…
- Kết cấu chế tạo máy: các thanh dẫn hƣớng,…
- Dầu khí: đƣờng ống, bồn chứa…
- Các cơ sở chế tạo nghiên cứu: Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Bách
Khoa Thành phố Hồ Chí Minh…
- Các tổng cơng ty: lilama, vinamex, …
- Các tổng cơng trình giao thơng…
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu
Các phƣơng pháp tính tốn và thiết kế các loại máy uốn hình là khá đa dạng và
phức tạp: tính tốn giải tích, mơ phỏng, cơng thức kinh nghiệm, quy hoạch thực
nghiệm,…
Trên thế giới có rất nhiều tác giả đã nghiên cứu về cơng nghệ uốn hình và các
thơng số đặc trƣng của cơng nghệ uốn hình: góc uốn, biến mỏng, lực uốn, mơmen
uốn,…các sai hỏng trong q trình uốn cũng đƣợc xem xét đề cập tới.
Bằng các công cụ mơ phỏng đã cho phép tính tốn kỹ lƣỡng, chi tiết hơn so với
phƣơng pháp tính tốn giải tích trƣớc đây, kết quả nhận đƣợc cũng phù hợp với các kết
quả thực nghiệm. Do đó tiết kiệm thời gian tính tốn cũng nhƣ tối ƣu hóa biên dạng
trục uốn, khi uốn các hình có biên dạng phức tạp.
Trên hình 1.12 dƣới đây là kết quả mô phỏng về công nghệ uốn lốc tạo hình
bằng hệ thống trục uốn trịn xoay.

23

Hình 1.6. Sử dụng mơ phỏng để tính tốn
Trong nƣớc việc ứng dụng các sản phẩm uốn lốc cũng khá phổ biến nhất là
trong các ngành xây dựng. Các tài liệu trong nƣớc về công nghệ uốn này chƣa phổ
biến. Yêu cầu mới đặt ra là cần phải có phƣơng pháp nghiên cứu tính tốn hợp lí cho
cơng nghệ uốn các biên dạng phức tạp để theo kịp sự phát triển của các ngành xây
dựng, giao thông…

24


Kết luận chƣơng 1
Các sản phẩm profile đƣợc chế tạo theo công nghệ uốn từ phôi tấm đƣợc sử
dụng rộng rãi trong các lĩnh vực một cách đa dạng: dầu khí, hàng khơng, giao thơng
vận tải, qn sự…
Hiện nay trên thế giới việc thiết kế các dạng máy và công nghệ uốn lốc profile
vẫn đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu và hồn thiện với các loại sản phẩm có hình dạng
khác nhau phục vụ cho cuộc sống con ngƣời.
Tại Việt Nam ngành giao thông vận tải trong những năm gần đây đang phát
triển mạnh mẽ. Hàng loạt các tuyến đƣờng hiện đại đƣợc xây dựng, chất lƣợng cũng
nhƣ chỉ tiêu an toàn ngày càng đƣợc nâng cao. Các hệ thống thiết kế đƣờng kiểu cũ đã
không thể đáp ứng nổi với chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật, kèm theo nó là các loại thép uốn
hình lan can 2 sóng đƣợc thay thế bằng loại lan can 3 sóng tiên tiến hơn.
Hiện nay tại Việt Nam các tài liệu về tính tốn cơng nghệ, thiết kế máy chế tạo
ra tấm lan can 3 sóng cịn đang rất hạn chế. Chính vì vậy thông qua luận văn này sẽ
tiếp tục nghiên cứu về công nghệ uốn profile cụ thể là: Nghiên cứu máy và công nghệ
chế tạo tấm lan can chắn xô(hộ lan) dạng ba sóng theo tiêu chuẩn.

25