Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát và tự động hoá các máy đột dập

..

Ngô kiên cường

Bộ giáo dục đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học
Máy - tđh CN sinh học & cn thực phẩm

Ngành: Máy và tự động hóa
công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm

Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát
và tự động hóa các máy đột dập

Ngô Kiên Cường
2004~2006
Hà Nội
2006

Hà nội 2006


Bộ giáo dục đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát
và tự động hóa các máy đột dập

Ngành: Máy và tự động hóa
công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm

Ngô Kiên Cường

Người hướng dẫn khoa học: TS. Ngun Minh HƯ

Hµ néi 2006


Mục lục
Trang
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Phần mở đầu

1

Chương 1 Tổng quan

3

1.1. Lịch sử phát triển của tự động hóa

3

1.2. Khảo sát và phân tích một số dạng máy dập điển hình

4

1.2.1. Máy dập

4

1.2.1.1. Máy ép trục khuỷu

5

1.2.2.2. Máy ép thủy lực

14

1.3. Phôi và quá trình tự động hóa cấp phôi

17

1.3.1. Khái quát chung

17

1.3.2. Các nguyên tắc chung của tự động hóa

18

1.4. Khảo sát tình hình sử dụng máy dập tại một số cơ sở sản xuất

22

1.5. Đặt vấn đề

25

Chương 2 Cơ sở lý thuyết và thực tiễn của đề tài

27

2.1. Cơ sở lý thuyết

27

2.1.1. Khái niệm về phương tiện tự động hóa và cơ khí hóa

27

2.1.2. Sơ đồ cấu trúc

28

2.1.2.1 Sơ đồ cấu trúc tự động hóa

28

2.1.2.1 Sơ đồ cấu trúc cơ khí hóa

28

2.1.3. Cơ cấu cặp

29


2.1.3.1. Phân loại

29

2.1.3.2. Một số cơ cấu cặp điển hình

29

2.1.4. Cơ cấu dẫn động

35

2.1.4.1. Phân loại

35

2.1.4.2. Dẫn động điện

36

2.1.4.3. Dẫn ®éng thđy lùc

37

2.1.4.4. DÉn ®éng khÝ nÐn

38

2.1.5. C¬ cÊu ®iỊu khiển

38

2.1.5.1. Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC

38

2.1.5.2. Các phần tử chuyển đổi tín hiệu điện khí, khí điện

45

2.1.5.3. Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén

50

2.2. Những nghiên cứu thực nghiệm

56

2.2.1. Công ty Xích Líp Đông Anh

56

2.2.2. Công ty Cổ phần Khóa Việt Tiệp

59

Chương 3 Tính toán, thiết kế

63

3.1. Tính toán thiết kế cơ cấu cấp phôi (hình trụ) cho máy dập 110 tấn
tại Xích Líp Đông Anh

63

3.1.1. Thiết kế cơ cấu cơ khí

63

3.1.2. TÝnh to¸n xilanh khÝ nÐn

69

3.1.2.1. TÝnh lùc xilanh khÝ nÐn

69

3.1.2.2. Tính vận tốc làm việc của các xilanh khí nén

72

3.1.2.3. Tính lưu lượng trung bình cho từng xilanh

73

3.1.2.4. Tính tổng thời gian làm việc một chu trình

74

3.1.2.5. Năng suất của hệ thống

75

3.1.3. Nguyên lý hoạt động Bảng sơ đồ trạng thái.

76

3.1.3.1. Nguyên lý hoạt động

76

3.1.3.2. Bảng sơ đồ trạng th¸i

77


3.1.3.3. Sơ đồ khí nén - điều khiển điện

77

3.1.3.4. Sản phẩm được chế tạo và ứng dụng vào thực tế

84

3.2. Tính toán thiết kế cơ cấu cấp phôi (hình hộp) cho máy ép 80 tấn
tại Công ty Cổ phần Khóa Việt Tiệp

87

3.2.1. Thiết kế cơ cấu cơ khí

87

3.2.2. Tính toán xilanh khÝ nÐn

90

3.2.2.1. TÝnh lùc xilanh khÝ nÐn

90

3.2.2.2. TÝnh vËn tốc làm việc của các xilanh khí nén

91

3.2.2.3. Tính lưu lượng trung bình cho từng xilanh

92

3.2.2.4. Tính tổng thời gian làm việc một chu trình

93

3.2.2.5. Năng suất của hệ thống

94

3.2.3. Nguyên lý hoạt động Bảng sơ đồ trạng thái.

95

3.2.3.1. Nguyên lý hoạt động

95

3.2.3.2. Bảng sơ đồ trạng thái

96

3.2.3.3. Sơ đồ khí nén - điều khiển điện

96

3.2.3.4. Sản phẩm được chế tạo và ứng dụng vào thực tế

102

Chương 4 Kết quả và bàn luận

105

4.1. Kết luận

105

4.2. Kiến nghị

105

Tài liệu tham khảo

106

Phụ lục1
Phụ lục2
Tóm tắt luận văn


1

Phần mở đầu

Bao bì kim loại đóng vai trò quan trọng trong chế biến và bảo quản thực
phẩm. Sau 20 năm đổi mới, mặc dù đà có được những thành tựu khởi sắc ban đầu,
ngành gia công áp lực Việt nam nói chung, các doanh nghiệp sản xuất bao bì kim
loại nói riêng còn có những yếu kém và khó khăn lớn.
Số vốn đầu tư của các doanh nghiệp này chủ yếu từ thời kỳ bao cấp. Tình
trạng đầu tư lại quá phân tán và dàn trải, với 95% thiết bị đơn lẻ và không đồng bộ,
hầu hết có tuổi thọ 30 40 năm, lạc hậu so với công nghiệp hiện nay. Các doanh
nghiệp mới hình thành do vốn đầu tư khó khăn, chủ yếu chỉ đầu tư nhỏ lẻ, hàm
lượng công nghệ không cao, giá trị gia tăng thấp. Với các trang thiết bị như trên,
qui trình sản xuất thường là gián đoạn, thủ công, năng suất thấp, chất lượng sản

phẩm không ổn định, nguy hiểm cho người vận hành.
Trên thế giới và một số công ty 100% vốn nước ngoài có trang bị một số
máy hiện đại, khả năng tự động hóa cao. Tuy nhiên các thiết bị này có giá thành rất
cao, đòi hỏi sản phẩm có số lượng lớn, dây chuyền tự động khép kín chỉ có thể sản
xuất một hoặc một số loại sản phẩm.
Trước tình hình thực tế trên, nhu cầu về cơ khí hóa và tự động hóa trong quá
trình sản xuất là đòi hỏi cấp bách. Ngay từ năm 1994, Đảng và Nhà nước ta đà xác
định Cơ khí hóa và Tự động hóa là khâu then chốt của quá trình Công nghiệp hóa
(CNH) và Hiện đại hóa (HĐH). Nghị quyết Hội nghị Trung ương 7 khóa VII đà cụ
thể hoá khái niệm CNH, HĐH: Là quá trình chuyển đổi căn bản, toàn diện các
hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và quản lý kinh tế, xà hội từ sử dụng lao
động thủ công là chính sang sử dụng một cách phổ biến sức lao động cùng với
công nghệ, phương tiện và phương pháp tiên tiến, hiện đại dựa trên sự phát triển
của công nghiệp và tiến bộ khoa học công nghệ, tạo ra năng suất lao động xà hội
cao.
Trên tinh thần đó, thành phố Hà Nội đà xây dựng chương trình Nghiên cứu
ứng dụng công nghệ tiên tiến vào thực tiễn sản xuất nhằm tạo ra các sản phẩm chñ


2

lực có sức cạnh tranh cao. Chương trình này đà được Sở Khoa học và Công nghệ,
Sở Công nghiệp triển khai tới các cơ sở nghiên cứu, các trường Đại học và các nhà
máy sản xuất bằng các đề tài cụ thể.
Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát và điều khiển tự động
máy dập M· sè: 01C - 01/06 – 2006 – 2 do TiÕn sÜ Ngun Minh HƯ lµm
chđ nhiƯm lµ mét trong những đề tài năm 2006-2007 thuộc chương trình nêu trên.
Nội dung của luận văn này thuộc một phần của đề tài trên.
Đối tượng của đề tài là nghiên cứu ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào tự động
hóa cấp phôi cho các máy dập, đặc biệt là đối với các ép và máy đột dập các chi tiết

nhỏ, hình dáng đa dạng phi tiêu chuẩn, tại Công ty Xích líp Đông Anh và Công ty
Khóa Việt Tiệp, nhằm làm tăng năng suất lao động, kiểm soát được số lượng và
chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả quản lý doanh nghiệp, giảm thiểu nguy cơ
tai nạn lao động đối với người vận hành... Trên cơ sở đó có thể ứng dụng cho việc
cấp liệu, cấp phôi trong quá trình sản xuất bao bì, chế biến thực phẩm, (sản xuất
lương khô, đường viên, bao bì kim loại... ) và các lĩnh vực khác khi có yêu cầu.


3

Chương I: Tổng quan
1.1. Lịch sử phát triển của tự động hóa (TĐH)
Ngày nay TĐH được coi là một trong những phương hướng quan trọng nhất
của tiến bộ kỹ thuật.
ý nghĩa của TĐH được thể hiện trên cả 3 mặt: về kỹ thuật nó giải quyết mâu
thuẫn giữa khả năng hạn chế của con người với tốc độ máy và qua đó tăng khả
năng làm việc của máy; về kinh tế nó cho phép nâng cao năng suất lao động, kiểm
soát được số lượng, chất lượng, hạ giá thành sản phẩm và kết quả là làm cho sản
xuất phát triển; về xà hội nó làm thay đổi đặc tính lao động, gắn lao động chân tay
và lao động trí óc, giảm thiểu được nguy cơ về tai nạn lao động.
Quá trình phát triển kỹ thuật của ngành chế tạo máy được chia làm ba thời
kỳ: Thời kỳ đầu sáng chế ra các máy công tác đơn sơ, các chức năng khác nhau,
chạy bằng sức người, đạp chân, quay tay, kéo tay. Thời kỳ sau phát minh và chế tạo
ra các máy động lực: máy hơi nước, máy nổ, máy điệndùng để truyền động cho
máy công tác. Và sau đó là thời kỳ tự động hóa quá trình sản xuất, chế tạo ra các
cơ cấu tự động, máy tự động để giảm bớt sức lao động con người, nâng cao năng
suất lao động.
Quá trình tự động hóa cũng được chia làm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tự động hóa các nguyên công cần thiết để đảm bảo yêu cầu làm việc
của máy. Trong giai đoạn này con người có nhiệm vụ theo dõi và kiểm tra sự làm

việc của máy. Quá trình tự động trong giai đoạn này không có khả năng ghi chép,
phát hiện sai lệch và sửa chữa sai lệch.
Giai đoạn 2: Tự động hóa có thể sử dụng các hệ thống phản hồi vào hệ thống điều
khiển để tự động điều chỉnh các sai lệch nhằm duy trì các chế độ làm việc bình
thường của máy. Nhờ có hƯ thèng ph¶n håi con ng­êi chØ cã nhiƯm vơ lập chương
trình ban đầu và gá lắp ban đầu.


4

Giai đoạn 3: Tự động hóa có khả năng thực hiện hàng loạt các tính toán logic để
xác định điều kiện làm việc tối ưu của máy khi có nhiều tín hiệu từ nhiều bộ phận
điều khiển phản hồi về.
Nghiên cứu lịch sử phát triển của ngành chế tạo máy chúng ta cần phân biệt
sự khác nhau giữa tự động hóa và cơ khí hóa. Theo đó cơ khí hóa là các biện pháp
nhằm chuyển một phần hoặc toàn bộ c¸c thao t¸c b»ng tay sang thùc hiƯn b»ng c¸c
bé phận cơ khí do người công nhân điều khiển, đặc điểm lao động của người công
nhân là phải thao tác nhịp nhàng với nhịp điệu của máy; tự động hóa là quá trình
trong đó các thao tác sản xuất được thực hiện bởi các cơ cấu máy, sức lao động của
con người được giải phóng khỏi việc thực hiện trực tiếp các chức năng thao tác,
điều khiển trong quá trình sản xuất.
TĐH có thể điều hành từng bộ phận hoặc TĐH toàn bộ quá trình sản xuất.
Trong TĐH từng bộ phận, người công nhân chỉ phải thực hiện một số thao tác đơn
giản, không tốn sức và không nguy hiểm. Trong TĐH toàn bộ, các khâu TĐH bộ
phận như tạo hình các nguyên công, kiểm tra, điều chỉnh cần liên hệ với nhau và
tạo thành một hệ thống điều khiển thống nhất, đảm bảo sự làm việc liên tục của hệ
thống tự động.
1.2. Khảo sát và phân tích một số dạng phôi và máy dập điển hình
1.2.1. Máy dập
Trong các nhà máy gia công cơ khí, nguyên công gia công ¸p lùc (rÌn, dËp)

chiÕm kho¶ng 60 – 70% c¸c s¶n phẩm cơ khí. Các máy móc, thiết bị phần lớn tõ
thêi bao cÊp cã xt xø tõ c¸c n­íc XHCN như: Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Ba
Lan...và một số từ các nước khác như: Nhật Bản, Hàn quốc, Đài Loan...(hầu hết đÃ
qua sử dụng). Những năm gần đây do sự phát triển của nền kinh tế thị trường, nhiều
công ty nước ngoài đầu tư vào Việt Nam nên xuất hiện nhiều máy móc, thiết bị
hiện đại của các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Đài Loan và các nước
thuộc khối EU. Các thiết bị này được ứng dụng công nghệ hiện đại, trình độ tự
động hoá cao, nhập theo dây chuyền chuyên sản xuất một hoặc một nhóm s¶n
phÈm.


5

Nhược điểm của các thiết
bị loại này là giá thành cao
và khó thay đổi các dạng
sản phẩm. Một số hình ảnh
về dây chuyền và các dạng
máy dập hiện đại của Thế
giới (xem phụ lục 1).

Hình 1.1 ảnh một máy dập hiện đại.
Với số vốn trung bình khoảng 20 tỉ đồng/doanh nghiệp các công ty trong
nước khó có thể nhập các dây chuyền thiết bị tự động hoàn toàn kể trên.
Theo các giáo trình của bộ môn Gia công áp lực Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, các thiết bị dập tạo hình có thể được chia làm hai loại cơ bản sau:
máy ép cơ khí (máy ép trục khuỷu) và máy ép thủy lực.
1.2.1.1. Máy ép trục khuỷu
Máy ép trục khuỷu (METK) được sử dụng rộng rÃi trong nhiều ngành công
nghiệp như: công nghiệp chế tạo máy và dụng cụ, công nghiệp xây dựng, công

nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất bao bì kim loại. Một trong các chi tiết quan
trọng và phổ biến của máy là trục khuỷu. Vì vậy tên gọi chính của máy là máy ép
trục khuỷu.
Thông số quan trọng nhất của máy ép là lực ép (hoặc đôi khi là cỡ chi tiết gia
công được trên máy). Lực ép thể hiện phần nào kích thước và công suất của máy.
Máy ép trục khuỷu có thể cã lùc Ðp danh nghÜa tõ rÊt nhá, d­íi 25 kN, ®Õn rÊt lín,
100.000 kN, chđ u dïng ®Ĩ dËp tấm, dập thể tích nóng, nguội, cắt phôi tấm, phôi
thanh và nhiều nguyên công khác nữa.


6

Đặc điểm chủ yếu khiến cho máy ép này được sử dụng rộng rÃi là:
- Sử dụng máy và kết cấu của máy đơn giản.
- Có thể chế tạo được chi tiết có hình dạng phức tạp.
- Chế tạo được chi tiết có chất lượng bề mặt cao không cần qua gia công cắt
gọt.
- Năng suất của máy cao.
Tuy vậy máy ép trục khuỷu cũng có những nhược điểm sau:
- ít vạn năng trong các nguyên công dập thể tích, không thực hiện được
nguyên công vuốt và ép tụ như trên máy búa.
- Lực ép danh nghĩa của máy không thể tăng quá lớn như ở máy ép thủy lực
vì kích thước của máy sẽ rất lớn.
- Đầu trượt có thể bị kẹt ở điểm chết dưới.
Cũng như các loại máy khác, trong máy ép trục khuỷu có cơ cấu chấp hành để
chuyển dịch khuôn dập. Trong cơ cấu chấp hành, thường đầu trượt là khâu cuối và
khâu đầu có thể là trục khuỷu hoặc là cam.
Đầu trượt được chuyển động tịnh tiến qua lại khi cơ cấu khuỷu, tay đòn làm
việc. Do mối liên hệ động học là mối liên hệ cứng (nếu không tính đến biến dạng
đàn hồi của các khâu và sự trượt của động cơ điện) nên có thể coi tốc độ của đầu

trượt luôn luôn tuân theo một qui luật xác định không phụ thuộc vào nguyên công.
Hình 1.2 là dạng đồ thị tốc độ của đầu trượt một loại cơ cấu chấp hành điển hình.
Trong một chu kỳ chuyển động, tốc độ đạt giá trị số không hai lần. Vì vậy chuyển
động sẽ chịu ảnh hưởng của lực quán tính thay đổi về trị số và chiều.
Để đảm bảo chuyển động của đầu trượt phù hợp với yêu cầu công nghệ,
người ta có thể sử dụng các loại cơ cấu chấp hành khác nhau hoặc thay đổi kích
thước của các khâu, hoặc thay một trong các khâu của cơ cấu chấp hành ấy.
Có nhiều cách để phân loại máy ép trục khuỷu:
- Dựa vào dấu hiệu động học - tức là kết cấu xích động học của cơ cấu chấp
hành,
- Theo số cơ cấu chÊp hµnh,


7

O

V

P, lùc biÕn d¹ng
vËt dËp

α, gãc quay cđa
trơc khủu
αp

t chu kỳ

Hình 1.2 - Đồ thị tốc độ của METK
- Theo cấu tạo máy,

- Theo tính năng công nghệ: đây là cách phân loại được nhiều người thừa nhận
nhất, bởi vì chính đặc điểm của các quá trình công nghệ dẫn đến cấu tạo của
máy.
a. Theo tính năng công nghệ
Máy ép trơc khủu chia ra lµm 2 nhãm: dËp tÊm vµ dËp thĨ tÝch.
M¸y Ðp dËp tÊm so víi m¸y Ðp để dập thể tích cần có tính vạn năng hơn, vùng
làm việc và chiều dài hành trình đủ lớn. Còn đối với máy dập thể tích do phải thắng
trở lực biến dạng lớn, vật dập và khuôn có kích thước không lớn nên hành trình và
kích thước vùng làm việc của máy nhỏ hơn máy ép dập tấm. Ngược lại khi dập thể
tích nóng, do thời gian biến dạng cần rút ngắn để phôi khỏi nguội nên máy ép thể
tích cần có hành trình nhanh. Mặt khác để đảm bảo độ chính xác và tiêu tốn năng
lượng tối thiểu máy ép dập thể tích cần có độ cứng cao.


8

Mỗi nhóm máy ép có thể chia ra những nhóm nhỏ hơn:
ã Máy ép có công dụng chung và
ã Máy ép tự động.
Máy ép tự động để gia công một loại chi tiết xác định và có các cơ cấu đảm
bảo tự động hoá toàn bộ các công việc, trước tiên là khâu cấp phôi và lấy chi tiết ra.
Máy ép công dụng chung và máy ép tự động lại chia thành nhiều loại (mỗi loại
cũng có thể chia nhỏ ra với các máy ép riêng biệt) (xem hình 1.3).
Máy ép có công dụng chung để dập tấm gồm có:
-

Máy cắt tấm.

- Máy ép vạn năng các loại.
- Máy ép dập vuốt và tạo hình.

- Máy ép đột lỗ và các máy uốn.
Máy ép tự động dập tấm gồm có:
- Máy ép tự động dập tấm nhiều vị trí.
- Máy ép tự động truyền động phía dưới và máy ép tự động hành trình nhanh.
- Máy ép tự động có đầu trượt tùy động để dập cắt từ phôi băng.
Máy ép có công dụng chung để dập thể tích gồm:
- Máy ép cắt thép hình và thép vụn.
- Máy ép dập nóng.
- Máy ép uốn nắn.
- Máy ép cắt.
- Máy rèn ngang.
- Máy rèn hướng kính.
Máy ép tự động dập thể tích gồm có.
- Máy tự động dập nguội (chồn nguội).
- Máy tự động dập nóng và nửa nóng.
- Máy tự động uốn.
- Máy tự động cán ren.


9

Máy ép trục khuỷu

Dập tấm

Dập thể tích
Công dụng chung

Công dụng chung

Tự động

Máy cắt tấm và cắt
miếng

Có nhiều vị trí

Máy cắt thép hình và
thép vụn

Máy ép vạn năng

Có
truyền
động phía dưới

Máy ép dập nóng

Máy đột lỗ
Máy ép dập vuốt

Máy tự động
có đầu trượt
tuỳ động

Máy ép uốn

Máy rèn ngang
Máy ép dập vuốt

Tự động
Để
dập
nguội
Để dập nóng
và nửa nóng
Uốn
Cán rèn

Máy ép cắt
Máy ép uốn và nắn
Máy ép cắt và máy
rèn hướng kính

Hình1.3 - Phân loại máy ép trục khuỷu
Sự phát triển nhanh chóng của ngành gia công áp lực (rèn dập) tạo điều kiện
cho sự xuất hiện các loại máy mới. Vì thế sự phân loại theo tính năng công nghệ
trên đây cũng chỉ có tính chất tương đối.
b. Theo cấu tạo của máy
Máy ép trục khuỷu được phân loại mhư sau:
Dựa vào vị trí của cơ cấu chấp hành chính (hay hướng chuyển động của đầu
trượt), máy ép trục khuỷu chia ra thành máy ép đặt đứng, ngang và nghiêng.
- Dựa vào cấu tạo thân máy: máy ép trục khuỷu có loại một trụ, hai trơ hë vµ
kÝn.
- Theo cÊu tróc cđa trơc chÝnh: máy ép trục tay quay, trục khuỷu, trục lệch tâm,
trục bánh răng - lệch tâm.
- Theo số khuỷu (số điểm đầu trượt): máy ép một, hai và bốn khuỷu.


10

Ngoài ra còn phân loại theo cấu tạo của khớp nối giữa biên và đầu trượt: khớp
nối cầu hay khớp trụ: theo vị trí hệ thống truyền động: truyền động phía trên hay
phía dưới v.v.
c. Theo số cơ cấu chấp hành hay theo nguyên lý tác dụng
- Máy đơn động như máy ép vạn năng, máy uốn tấm hay máy dập vuốt.
- Máy song động: máy dập tấm rèn ngang.
- Máy tam động: máy dập tấm, máy cắt phôi thanh.
- Máy bán tự động: máy rèn hướng kính.
- Máy tự động: máy uốn vạn năng và uốn chuyên dùng, máy chồn nguội.
d. Theo dấu hiệu động học
- Máy ép trục khuỷu đơn thuần (hình 1.1) và máy ép trục lệch tâm (hình 1.4a):
cơ cấu truyền chuyển động cho đầu trượt là trục khuỷu tay biên hoặc trục
lệch tâm tay biên.
- Máy ép khớp - khuỷu
- Máy ép đòn khuỷu: theo cơ cấu truyền chuyển động cho đầu trượt là trục
khuỷu tay biên và hệ thống đòn cứng.
- Máy ép cam - đòn - khuỷu (hình 1.4b): trục khuỷu - tay biên truyền chuyển
động cho cơ cấu chính còn cam và đòn truyền chuyển động cho cơ cấu thực
hiện nguyên công phụ.
Cấu tạo của máy ép trục khuỷu có các bộ phận chính như sau:
Hình 1.5 là sơ đồ điển hình của máy ép trục khuỷu. Đối với những máy ép hiện
đại, thông thường có trên một chơc bé phËn, cßn sè chi tiÕt cã thĨ rÊt nhiều.
Cũng như các loại máy thông thường khác, máy có các bộ phận chính như:
động cơ, các bộ truyền, cơ cấu chấp hành, các bộ phận điều khiển, điều chỉnh, kiểm
tra, bộ phận để đảm bảo an toàn cho máy và người. Các bộ phận phụ khác được
dùng để mở rộng khả năng công nghệ của máy.
Năng lượng của máy được cung cấp từ động cơ điện 1. Để khắc phục tải trọng
đột biến khi dập, bánh đà được lắp trong hệ thống truyền động đến cơ cấu chấp

11

hành. ở một số máy ép, tuỳ theo yêu cầu sử dụng, động cơ chính có thể có nhiều
cấp tốc độ để thay đổi số hành trình của máy.

a)

b)

Trục lệch tâm

Cam
Đòn

Hình 1.4 - Phân loại METK theo dấu hiệu động học
Ngoài động cơ chính ra, trong máy có thể có các động cơ khác (truyền động
cực nhỏ, truyền động để điều chỉnh vùng làm việc ) làm việc khóa liên ®éng víi
nhau. Trun ®éng tõ ®éng c¬ chÝnh ®Õn c¬ cấu chấp hành thường qua bộ truyền
đai thang và các bộ truyền bánh răng (đôi khi là bộ truyền trục vít như ở máy cắt).
Để đảm bảo nối hệ thống truyền động với cơ cấu chấp hành theo yêu cầu công
nghệ, trong máy ép có đặt bộ ly hợp và phanh. Thông thường phanh làm việc khi
đầu trượt ở vị trí trên (hay vị trí không làm việc phía sau) để dừng cơ cấu chấp
hành, việc đóng mở li hợp và phanh thực hiện nhờ hệ thống điều khiển gồm phần
điện và phần cơ hoặc có thêm các cơ cấu khí nén, thuỷ lực. Đối với máy có bánh đà
lớn cần kết cấu thêm phanh bánh đà.
Các bộ phận điều chỉnh và kiểm tra gồm: cơ cấu điều chỉnh chiều cao vùng
làm việc, truyền động cực nhỏ cơ cấu bảo hiểm tránh quá tải, bộ phận đo lực, đo vị
trí của trục khuỷu, cơ cấu kẹp chặt khuôn dập, bộ thay thế tấm lót khuôn dập cơ
cấu che chắn bảo hiểm vùng làm việc và các bộ phận khác Những bộ phận này

12

giảm thời gian nghỉ của máy và tăng hệ số sử dụng thiết bị. Các bộ phận phụ gồm
có: bộ phận bôi trơn, cân bằng đầu trượt, đệm khí nén và khí thuỷ lực Các bộ
phận này hỗ trợ cho việc vận hành máy và tăng độ tin cậy của tất cả các kết cấu.
1.

Động cơ

2.

Bộ truyền

3.

Bộ li hợp

4.

Bánh đà

5.

Trục khuỷu

6.

Biên

7.

Đầu trượt

8.

Bộ phận hướng dẫn

9.

Thân máy

10.

Bộ phận điều khiển

11.

Cơ cấu để lấy sản phẩm

12.

Cơ cấu để thu hồi phế liệu

13.

Cơ cấu cấp phôi

14.

Phễu tiếp liệu

15.

Hệ thống truyền động cho phễu tiếp liệu

16.

Truyền động cho cơ cấu cung cấp

17.

Phanh
Hình 1.5 - Sơ đồ cấu tạo của METK
Trong máy ép tự động, ngoài các bộ phận kể trên còn có các bộ phận tự động

hoá để cấp phôi, lấy sản phẩm, vận chuyển xếp đặt phôi và phế liệu Những

bộ

phận kể trên không nhất thiết phải có đầy đủ trong bất cứ một máy nào. Tuỳ theo
công suất, công dụng và kết cấu của máy có thể bỏ một vài bộ phận nếu như các bộ
phận ấy không cần thiết trong quá trình sử dụng máy, không tăng độ an toàn và
không giảm giá thành chế tạo máy ép.
Một số hình ảnh minh họa về METK (xem hình 1.6 và phô lôc 1).


13

Hình 1.6- Cấu tạo máy ép trục khuỷu


14

1.2.1.2. M¸y Ðp thđy lùc
Kh¸c víi m¸y Ðp trơc khủu, máy ép thủy lực (METL) làm việc hầu như
theo tác dụng tĩnh không có lực xung đột. Nguyên lý làm việc của máy dựa trên cơ
sở địng luật Pascal. Thông thường máy gồm có hai khoang (hình -1.7): xilanh có
pittông và các đường ống nối. Nếu như bơm dầu tạo ra một lực P 1 vào pittông 1 thì
nó sẽ tạo ra áp suất p = P 1 /f. Theo địng luật Pascal thì áp suất p được truyền tới tất
cả các điểm của thể tích chất lỏng và do có hướng tác dụng vuông góc với mặt đáy
của pittông 2 (xilanh) t¹o ra lùc P 1 = p.f 2 , và lực này gây ra áp suất tác dụng lên
phôi. Qua đó ta thấy nếu diện tích f 2 lớn hơn diện tích f 1 bao nhiêu lần thì lực P 2 sẽ
lớn hơn lực P 1 bấy nhiêu lần.

P1

3

1

P2

f1

2
f2

p

p

Hình 1.7 - Nguyên tắc hoạt động của METL
Cấu tạo của METL gồm hai phần chính:
- Bộ phận công tác gồm bệ máy, xà cố định, xà di động mang xilanh khứ
hồi; các xà này cùng với các cột đỡ tạo thành khung máy. Xilanh có các đệm kín
nhằm tránh sự rò rỉ chất lỏng công tác khi có áp suất. Thông số chính của máy là


15

lực ép địng mức P H - đó là tích cđa ¸p st chÊt láng trong xilanh víi diƯn tÝch có
ích của các pittông công tác của máy. Phụ thuộc vào chức năng công nghệ mà máy
ép khác nhau về kết cấu của các chi tiết chính, về cách phân bố và số lượng của
chúng, cũng như về các thông số cơ bản như: lực công tác định mức - P H , chiỊu cao
hë cđa kh«ng gian dËp - Z, hành trình toàn bộ của xà di động - H, kích thước của
bàn máy - A x B.
Cũng như máy ép trục khuỷu, máy ép thủy lực được chia làm nhiều loại tùy
thuộc vào chức năng công nghệ: kiểu cét, kiĨu mét trơ, kiĨu hai trơ, kiĨu chuyªn
dơng… Trong đó phổ biến nhất là khung máy bốn cột cố định. Các xilanh cũng có
nhiều loại nhưng kiểu pittông được dùng nhiều hơn cả. Trong trường hợp này chi
tiết làm kín cho pittông thường dùng vòng sécmăng và xilanh là loại có tác dụng
kép.
- Trạm thủy lực của máy ép bao gồm: nguồn cấp chất lỏng áp suất cao, phần
truyền dẫn, phần thu hồi chất lỏng, các thùng chứa, các bộ phận điều khiển (bộ
phân phối, các van, đường ống, cút), dẫn động điện. Trong đó nguồn cấp chất
lỏng áp suất cao có ảnh hưởng lớn tới sơ đồ và hoạt động của máy, nó sẽ quyết định
loại dẫn động của máy. Trạm thủy lực có nhiều loại, có loại làm việc với dầu
khoáng hay nhũ tương, dẫn động kiểu dùng bơm hay dùng bộ tăng áp, có hay
không có bình tích áp.

Khi dùng loại dẫn động bơm không có bình tích áp thì nguốn cấp chất lỏng
áp suất cao sẽ được thực hiện trực tiếp từ các bơm. Công suất định mức của bơm và
động cơ điện được xác định bằng công suất lớn nhất mà máy ép tạo ra. Bộ dẫn
động điện sẽ tiêu thụ năng lượng cho công có ích mà máy ép thực hiện.
Loại dẫn động bơm có bình tích áp là loại dẫn động mà nó thực hiện việc cấp
chất lỏng công tác cho máy ép ở hành trình công tác đồng thời từ bình tích áp và từ
bơm. Bình tích áp có chức năng tích trữ năng lượng trong toàn bộ chu trình công
tác của máy ép để thực hiện hành trình công tác. Kết quả là tải của bơm và động cơ
điện trở nên đều. Nhược điểm của loại này là có tiêu tốn năng lượng không phụ
thuộc vào sức cản của phôi.


16

Với các loại dẫn động kiểu tăng áp thì việc cấp chất lỏng cho máy ép trong
hành trình công tác được thực hiện nhờ bộ tăng áp, chất lỏng công tác được cấp
theo theo từng lượng nhất định. Bộ tăng áp là một bơm với một xilanh. Việc dẫn
động dùng hơi hay khí nén sẽ tiêu thụ năng lượng không phụ thuộc vào sức cản của
phôi. Nó có thể đảm bảo thực hiện một số lượng lớn các hành trình ngắn và lặp lại.
Dẫn động từ bộ tăng áp cơ khí sẽ đảm bảo tiêu thụ năng lượng phụ thuộc vào công
thực hiện, nó cũng đảm bảo số lượng lớn các hành trình lặp lại và sự ngập sâu đồng
đều của đầu búa vào phôi kim loại.
Để đặc trưng cho máy ép thủy lực, không chỉ nêu loại dẫn động mà còn phải
kể tới loại chất lỏng công tác.
Chất lỏng công tác thường dùng là nước (nhũ tương nước) hoặc là dầu
khoáng. Để giảm sự ôxy hóa bề mặt xilanh, pittông, các chi tiết điều khiển và
đường ống, người ta pha thêm vào nước 2 ữ 3% chất nhũ tương. Thành phần của
chất nhũ tương là: 83 ữ 87% dầu khoáng, 12 ữ 14% axit olein và 2,5% xút nồng độ
40%. Với dầu khoáng thường dùng là dầu công nghiệp, dầu máy, dầu tuabin.Nhũ
tương được sử dụng khi máy ép có đường kính pittông lớn hơn 1000 mm xà xà di

động có hành trình lớn; hoặc nơi có nguy cơ tự bốc cháy, bình tích áp có thể tích
chất lỏng lớn hơn 500 lít. Chất lỏng công tác là dầu khoáng thường dùng cho máy
ép có đường kính pittông nhỏ hơn 1000 mm hoặc khi làm việc cần thiết phải có sự
điều chỉnh thật nhạy về tốc độ của xà ngang và lực ép, hành trình công tác ngắn.
Tính chất chính của chất lỏng công tác là tính chịu nén và độ nhớt. Hệ số nén
thể tích đối với nước (nhũ tương) xấp xỉ 5.10-6 cm2/N, với dầu khoáng là 6.10-6
cm2/N. Số liệu này tương ứng với vùng áp suất máy ép làm việc. ở áp suất lớn hơn
thì hệ số nén thể tích sẽ giảm đi. Độ nhớt của dầu khoáng thường vào khoảng 6,2 ữ
4,38 cSt (1,50 ữ 60 BY) ở nhiệt độ 500C và áp suất khí quyển. Nếu như áp suất
không gây ảnh hưởng đáng kể tới độ nhớt của nước thì độ nhớt của dầu khoáng sẽ
thay đổi đột ngột khi áp suất tăng. Với áp suất gần 300 kg/cm2 thì độ nhớt của dầu
khoáng sẽ tăng gấp đôi. Nhiệt độ bốc cháy của hơi dầu dao động trong giới hạn 160
ữ 2100 C.


17

Điều này cần được lưu tâm khi tính kết cấu và điều kiện làm việc của máy.
Chất lỏng công tác trong hƯ
thèng thđy lùc cã vai trß rÊt
lín trong viƯc quyết định
các đặc điểm kết cấu của
bộ dẫn động, của hệ thống
điều khiển và của chính
máy ép (xem hình 1.8 và
phụ lục 1).

Hình 1.8 - Hình ảnh METL bốn trụ

1.3. Phôi và quá trình TĐH cấp phôi

1.3.1. Khái quát chung
Các công trình nghiên cứu trước đây đà chỉ ra gia công áp lực nói chung hay
hay tạo hình - biến dạng kim loại nói riêng là một phương pháp công nghệ tiến tiến
tạo ra năng suất cao, sản phẩm có chất lượng và độ chính xác cao. Cùng với sự phát
triển của khoa học kỹ thuật, ngày càng có nhiều công nghệ tiên tiến để chế tạo chi
tiết đúng với bản vẽ sản phẩm, có độ bóng cao, rất ít hoặc không cần gia công cơ
khí. Nếu phương hướng đó được kết hợp với TĐH thì năng suất và hiệu quả kinh tế
sẽ tăng lên rất nhiều.


18

Việc TĐH quá trình tạo hình - biến dạng chỉ có kết quả khi một qui trình
công nghệ và khuôn có trang bị TĐH phải phù hợp với thiết bị tạo hình - biến dạng
sử dụng. Sản phẩm và phôi rất đa dạng (tấm, khối), trong mỗi công nghệ lại có
nhiều loại nguyên công khác nhau đòi hỏi thiết bị khác nhau về loại và khác nhau
về thông số kỹ thuật, về năng suất (n - v/phút). Hệ thống TĐH gồm nhiều thiết bị
khác nhau đó phải làm việc nhịp nhàng.
Việc TĐH trong biến dạng tạo hình vật liệu tấm, gặp thuận lợi hơn trong
biến dạng tạo hình khối.

VL tấm

Kích thước

Nhiệt độ

Nhỏ, nhẹ

Thấp bình

N v/phút của máy
n

thường
VL khối

To, nặng

Cao

Hạn chế tốc độ
Biến dạng lúc tiếp xúc

n

Hạn chế thời gian
tiếp xúc khuôn

TĐH trong tạo hình biến dạng đòi hỏi thiết bị phải lớn, lực tác dụng lớn, tốc
độ làm việc nhanh, nhưng đó lại là công việc cần thiết vì nó làm giảm bớt sức lao
động và tai nạn lao động cho người vận hành.
1.3.2. Các nguyên tắc chung của TĐH
Nghiên cứu TĐH cấp phôi ta phải xem xét tới một số đặc điểm như:
- Tính dây chuyền là tính liên tục của các vị trí của các nguyên công công
nghệ vỊ mét h­íng. Mét chi tiÕt chÕ t¹o b»ng t¹o hình biến dạng thường bao
gồm nhiều nguyên công, vị trí thực hiện các nguyên công trên khuôn liên tục theo
một hướng gọi là có tính dây chuyền.
Ví dụ: Dập bánh răng từ phôi hình trụ.

ã Dập theo phương pháp không có bavia (dập chính xác)


19

I

II

III

Có tính dây chuyền
Hình 1.9 - Dập phôi có tính dây chuyền
ã Dập theo phương pháp có bavia (dập có lòng khuôn chuẩn bị, liên kết thô)
ở đây nguyên công dập tinh là nguyên công chịu tải lớn nhất, luôn luôn phải

đặt ở trong tâm khối khuôn, do đó bắt buộc phải phá vỡ tính dây chuyền.

Cắt ba via
I

II

III

IV

Không có tính dây chuyền
Hình 1.10 - Dập phôi không có tính dây chuyền
hoặc đặt nhiều máy để thực hiện nhiều nguyên công của một chi tiết

Hợp
lý


20

Không
hợp
lý

1 - Máy dập hoặc đầu trượt
2 - Đưa đi lắp ráp
Hình 1.11- Thứ tự các nguyên công
- Điển hình quá trình công nghệ là công việc chia nhóm sản phẩm có cùng
đặc điểm công nghệ, có hình dáng và kÝch th­íc gÇn nh­ nhau.
VÝ dơ: Chi tiÕt dËp vt 2, 3 nguyên công, loại nhỏ được xếp vào một nhóm
gọi là điển hình hóa quá trình công nghệ.
Sở dĩ phải làm như vậy để thực hiện nhóm sản phẩm này trên một đường dây
công nghệ, có như vậy đường dây mới đủ tải, để tiến hành tự động đỡ lÃng phí và
có hiệu quả kinh tế. Đối với chi tiết sản xuất hàng khối thì một chi tiết cũng đủ tải
cho một đường dây hoặc một máy tự động. Còn trong sản xuất hàng loạt hoặc loạt
nhỏ thì phải kết hợp nhiều chi tiết vào một đường dây thì mới có lợi.
- Cường hóa quá trình công nghệ là kết hợp một vài nguyên công vào một
khối khuôn (gọi là khuôn phối hợp hoặc khuôn liên tục) hoặc nâng cao mức độ
biến dạng cho phép nhờ sử dụng công nghệ tiên tiến. Nhờ cường hóa quá trình
công nghệ mà giảm bớt số lượng khuôn, số lượng máy và phương tiện TĐH tức là
nâng cao được tính ổn định của đường dây tự động.
- Phương pháp TĐH phải phù hợp với đặc điểm của sản xuất là thực hiện mối
quan hệ phù hợp giữa đặc tính của khuôn, thiết bị lắp cơ cấu TĐH với đặc điểm

diễn biến của quy trình công nghệ. Đảm bảo các khóa liên động chắc chắn, sao cho
các cơ cấu TĐH thoát ra ngoài vùng làm việc trong thời gian biến dạng kim loại; sử
dụng tối đa hành trình không tải vào công việc của phương tiện TĐH; bảo đảm điều
chỉnh nhỏ quy trình công nghệ trong thời gian làm việc của máy tức là thực hiện
nguyên tắc phản hồi.