Nghiên cứu thiết kế công nghệ và thiết bị dập lăn ép điều khiển số để tạo hình profin bậc 2 và bậc 3 của vỏ tầu thủy sử dụng cho các máy thủy lực

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

NGUYỄN NGỌC TÚ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ DẬP LĂN ÉP ĐIỀU
KHIỂN SỐ ĐỂ TẠO HÌNH PROFIN BẬC 2 VÀ BẬC 3 CỦA VỎ TẦU THỦY
SỬ DỤNG CHO CÁC MÁY THỦY LỰC

Chuyên ngành: Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG

HÀ NỘI - 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Ngọc Tú, học viên lớp Cao học Công nghệ chế tạo máy –
Viện Đào tạo sau đại học – khóa 2010 – Trường Đại học Bách Khóa Hà Nội. Sau
hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là
sự giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, đến nay tơi đã hồn thiện luận văn tốt
nghiệp với đề tài “nghiên cứu thiết kế công nghệ và thiết bị dập lăn ép điều khiển
số để tạo hình profin bậc 2 và bậc 3 của vỏ tầu thủy sử dụng cho các máy thủy
lực”.
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung và chỉ tham khảo các tài liệu đã liệt kê.

Các số liệu trong bản luận văn này là số liệu thực tế, không bịa đặt.
Nếu có bất cứ sai phạm nào tơi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt
nghiệp và nhà trường.
Ngày.... tháng 03 năm 2013
Học viên

Nguyễn Ngọc Tú

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, học tập tại Viện Đào tạo sau đại học – Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS
Nguyễn Đắc Trung – người đưa ra ý tưởng, định hướng các phương pháp nghiên
cứu của đề tài cũng như sự chỉ bảo tận tình và trực tiếp hướng dẫn tơi thực hiện
luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội cùng Quý thầy cô Viện Đào tạo sau đại học đã tạo rất nhiều điều kiện để tơi
hồn thành tốt khóa học.
Ngày .... tháng 03 năm 2013
Học viên

Nguyễn Ngọc Tú

ii


MỤC LỤC
Trang

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................

i

LỜI CẢM ƠN.........................................................................................................

ii

MỤC LỤC...............................................................................................................

iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................................

Vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ......................................................................

Viii

LỜI NĨI ĐẦU........................................................................................................

1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN PHẨM THIẾT BỊ...........

3

1.1 Giới thiệu về một số ngành công nghiệp nặng và công nghiệp phụ trợ.........

3

1.2 Vai trò các chi tiết dạng tấm cong 3D cỡ lớn trong cơng nghiệp đóng tầu.....

6

1.3 Các phương pháp tạo hình tấm cong 3D có kích thước lớn..............................

7

1.3.1 Uốn bằng khn.............................................................................................

8

1.3.2 Tạo hình dựa trên biến dạng nhiệt.................................................................

10

1.3.3 Uốn lốc trên máy 3 trục,4 trục........................................................................ 12
1.3.4 Lăn miết trên máy chun dụng..................................................................... 13
1.3.5 Lăn ép............................................................................................................

14

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ LĂN ÉP...........................................

19

2.1 Cơng nghệ lăn ép..............................................................................................

19

2.2 Các thơng số cơng nghệ trong q trình uốn kim loại......................................

22

2.2.1 Khái niệm uốn, đặc điểm công nghệ và lý luận về uốn...............................

22

2.2.2 Lớp trung hòa biến dạng và cách xác định.................................................

26

2.2.3 Bán kính uốn cho phép................................................................................

29

2.2.4 Xác định lực uốn.........................................................................................

32

2.3 Các thơng số cơng nghệ trong q trình cán kim loại.....................................

35

iii


2.3.1 Vùng biến dạng..........................................................................................

35

2.3.2 Các thông số đặc trng cho vïng biÕn d¹ng .............................................

36

2.3.3 Quan hệ giữa các thơng số trong vùng biến dạng ...................................

37

2.3.4 Điều kiện vật cán ăn vào trục cán ............................................................

37

2.3.5. Lùc c¸n ....................................................................................................

40

2.4 Nghiên cứu phương pháp xác định thơng số cơng nghệ q trình lăn ép dựa
trên tính tốn giải tích.......................................................................................
CHƯƠNG III: MƠ PHỎNG SỐ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ...............................................................................................................

41

45

3.1 Giới thiệu về phương pháp mô phỏng số ...................................................

45

3.1.1 Mô phỏng vật lý ......................................................................................

45

3.1.2 Mơ phỏng số và “cơng nghệ ảo”..............................................................

45

3.2 Vai trị và ưu điểm của mô phỏng số trong thiết kế và tối ưu công nghệ ..

46

3.3. Ứng dụng mô phỏng số vào các bài tốn phi tuyến....................................

48

3.3.1 Q trình mơ phỏng..................................................................................

48

3.3.2 Hiện trạng của việc áp dụng mô phỏng số trong thiết kế tối ưu cơng nghệ
tạo hình.............................................................................................................

49

3.4 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng số DEFORM.....................................

50

3.4.1 Các sảm phẩm của hệ thống DEFORM..................................................

52

3.5.Ứng dụng phần mềm mô phỏng số DEFORM để tính tốn......................

53

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THIẾT BỊ..............................................................

64

4.1 Tổng quan về thiết bị lăn ép thủy lực.......................................................

64

4.1.1 Vài nét sơ lược về thiết bị gia công áp lực.............................................

65

4.1.2 Vai trò của máy ép thủy lực.....................................................................

66

4.1.3 Phân loại máy ép thủy lực......................................................................

67

iv

4.1.4 Nguyên lý hoạt động của máy ép thủy lực..............................................

67

4.1.5 Máy ép thủy lực 200T kiểu 4 trụ............................................................

69

4.2 Tính tốn thiết kế thiết bị lăn ép thủy lực...................................................

72

4.2.1 Thiết kế sơ đồ động của thiết bị.............................................................

72

4.2.2 Các cụm chi tiết chính của thiết bị...........................................................

75

4.2.2.1. Cụm con lăn chủ động và con lăn bị động...........................................

76

4.2.2.1.1 Con lăn bị động( con lăn trên)...........................................................

76

4.2.2.1.2 Con lăn chủ động( con lăn dưới).......................................................

82

4.2.2.2. Tính chọn động cơ điện và hộp giảm tốc............................................

87

4.2.2.3. Tính tốn thiết kế bộ truyền bánh răng...............................................

89

4.2.2.4. Tính tốn lựa chọn ổ bi đỡ chặn..........................................................

94

4.2.2.5. Tính tốn thiết kế phần khung thân.....................................................

96

4.2.2.5.1 Kết cấu khung thân phần con lăn bị động..........................................

96

4.2.2.5.2 Kết cấu khung thân phần con lăn chủ động.......................................

99

4.2.2.6. Điều khiển số thiết bị lăn ép................................................................

103

4.2.2.7. Một số hình ảnh về thiết bị lăn ép đã được chế tạo.............................
CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ LĂN ÉP TẠO HÌNH PROFIN 2D & 3D........

106

5.1. Lăn ép tạo hình profin 2D..........................................................................

112

5.2. Lăn ép tạo hình profin 3D..........................................................................

116

KẾT LUẬN.......................................................................................................

121

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................

122

PHỤ LỤC CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ..............................................................

124

v

112

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng
Ý nghĩa
Bảng 2.1 Độ giảm mỏng một số vật liệu theo bán kính cong

Trang
24

Bảng 2.2 Bảng hệ số giảm mỏng theo tỷ lệ giữa bán kính và độ dày tấm

28

Bảng 2.3 Bảng bán kính uốn phụ thuộc vào 

30

Bảng 2.4 Bảng hệ số kinh nghiệm (K)

30

Bảng 2.5 Bảng cơng thức tính lực uốn

33

Bảng 2.6 Bảng hệ số K1 sổ tay cán, kéo

34

Bảng 2.7 Bảng áp lực đơn vị q Kg/ mm2

34

Bảng 2.8 Bảng tính tốn bán kính cong của phôi

43

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Ý nghĩa

Hình

Trang

Hình 1.1

Hình ảnh tại một xưởng đóng tầu

5

Hình 1.2

Hình ảnh trong nhà máy đóng tầu vinashin tại Hải Phịng

6

Hình 1.3

Hình ảnh các biên dạng cong 3D trong cấu tạo vỏ tầu thủy

7

Hình 1.4

Sơ đồ uốn phơi

8

Hình 1.5

Một số hình ảnh uốn phơi tấm trên máy ép thủy lực

9

Hình 1.6

Kết cấu hàn trong cấu tạo thân vỏ tầu

10

Hình 1.7

Một số hình ảnh chế tạo tấm cong bằng phương pháp gia nhiệt

11

Hình 1.8

Một số hình ảnh uốn phơi thép tấm trên máy uốn lốc 3 trục

12

Hình 1.9

Một số hình ảnh về máy miết & sản phẩm được tạo hình

13

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý lăn ép bằng con lăn
Hình 1.11

14

Một số hình ảnh về thiết bị lăn ép & sản phẩm được tạo hình
bằng phương pháp lăn ép

15

Hình 2.1

Một số chi tiết của vỏ tàu thủy có biên dạng cong 2D &3D

19

Hình 2.2

Sơ đồ q trình lăn ép

20

Hình 2.3

Mơ tả một trường hợp uốn

23

Hình 2.4

Mơ tả ví dụ về độ giảm mỏng đối với vật liệu chịu uốn

24

Hình 2.5

Một số dạng uốn chữ V

25

Hình 2.6

Bán kính cong của lớp trung hịa biến dạng

26

Hình 2.7

Tiết diện ngang của phơi bị thay đổi khi uốn phơi trịn

28

Hình 2.8

Sơ cỏn kim loi

35

Hỡnh 2.9

Điều kiện ăn vào trục cán

38

vii


Hình 2.10 Sơ đồ dập lăn ép
Hình 3.1

43

Những ưu điểm của mơ phỏng

47

Hình 3.2 Q trình tối ưu hóa cơng nghệ nhờ mơ phỏng số

47

Hình 3.3

Q trình mơ phỏng số

49

Hình 3.4

Mơ hình hình học bài tốn dập lăn ép

53

Hình 3.5

Mơ hình con lăn dưới

54

Hình 3.6

Mơ hình con lăn trên

54

Hình 3.7

Phơi thép tấm có kích thước 450x250x10

55

Hình 3.8

Chia lưới phần tử cho phơi thép tấm

55

Hình 3.9

Chia lưới phần tử cho con lăn trên

56

Hình 3.10 Chia lưới phần tử cho con lăn dưới

56

Hình 3.11 Chia lưới con lăn trên ,con lăn dưới, phơi

57

Hình 3.12 Các thơng số về cơ tính vật liệu

57

Hình 3.13 Ứng suất tương đương của vật liệu

59

Hình 3.14 Đồ thị lực ép của con lăn trên

60

Hình 3.15 Phân bố biến dạng trên phơi tấm
So sánh kết quả tính tốn Lực ép-Lượng ép bằng phương
Hình 3.16:
pháp giải tích và mơ phỏng số

61

Hình 3.17

62

So sánh kết quả tính tốn Lực ép-Bán kính của tấm bằng
phương pháp giải tích và mơ phỏng số

62

Hình 4.1

Một số hình ảnh về thiết bị lăn ép của nước ngồi

64

Hình 4.2

Một số hình ảnh lắp đặt thiết bị lăn ép trên máy ép thủy lực

65

Hình 4.3

Máy lăn ép thuỷ lực 400T

68

Hình 4.4

Hình ảnh bàn máy của máy ép thủy lực 500T

68

viii


Hình 4.5

Máy ép thủy lực Đài Loan 500T,1000T

69

Hình 4.6

Máy ép thuỷ lực 200 tấn

70

Hình 4.7

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị

72

Hình 4.8

Sơ đồ động của thiết bị dùng động cơ điện

73

Hình 4.9

Sơ đồ động của thiết bị dùng động thủy lực

74

Hình 4.10 Con lăn trên

76

Hình 4.11 Lực phân bố trên đường sinh của con lăn

77

Hình 4.12 Bảng thơng số của vật liệu

80

Hình 4.13 Biểu đồ ứng suất von Mises

81

Hình 4.14 Biểu đồ biến dạng

81

Hình 4.15 Con lăn dưới

82

Hình 4.16 Lực phân bố trên đường sinh của con lăn

83

Hình 4.17 Bảng thơng số vật liệu

85

Hình 4.18 Biểu đồ ứng suất von Mises

86

Hình 4.19 Biểu đồ biến dạng

86

Hình 4.20 Hình ảnh một số loại động cơ điện

88

Hình 4.21 Hình ảnh loại động cơ gắn liền với hộp giảm tốc

89

Hình 4.22 Hình ảnh 3D của bánh răng

94

Hình 4.23 Hình ảnh một số loại ổ bi đũa cơn

95

Hình 4.24 Kết cấu khung thân con lăn bị động

96

Hình 4.25 Mơ hình 3D phần con lăn bị động

97

Hình 4.26 Mơ hình 3D phần khung thân con lăn bị động

97

Hình 4.27 Biểu đồ ứng suất von Mises

98

Hình 4.28 Biểu đồ biến dạng

99

ix


Hình 4.29 Kết cấu khung thân chứa con lăn chủ động

100

Hình 4.30 Mơ hình 3D phần lắp đặt con lăn bị động

101

Hình 4.31 Mơ hình 3D phần khung thân lắp đặt con lăn bị động

101

Hình 4.32 Biểu đồ ứng suất von Mises

102

Hình 4.33 Biểu đồ biến dạng

103

Hình 4.34 Sơ đồ hệ thống điều khiển số

104

Hình 4.35 Hình ảnh bộ điều khiển số của thiết bị lăn ép

106

Hình 4.36 Một số hình ảnh gia cơng chế tạo con lăn trên và con lăn dưới

107

Hình 4.37 Một số hình ảnh gia cơng chế tạo gối đỡ con lăn và khung, đế

108

Hình 4.38 Một số hình ảnh lắp đặt và ăn khớp của cặp bánh răng
n
Hình 4.39 Hình ảnh lắp đặt bộ lăn ép trên bàn máy ép thủy lực

109
110

Hình 4.40 Hình ảnh lắp đặt bộ lăn ép trên đầu trượt máy ép thủy lực

111

Hình 5.1

Tạo hình profin 2D

112

Hình 5.2

Phơi tấm phẳng trước khi lăn ép

113

Hình 5.3

Quá trình lăn ép tạo biên dạng cong 2D

114

Hình 5.4

Sản phẩm sau khi lăn ép có biên dạng cong 2D

115

Hình 5.5

Kiểm tra sản phẩm bằng dưỡng

115

Hình 5.6

Tạo hình profin 3D

116

Hình 5.7

Phơi tấm phẳng trước khi lăn ép biên dạng cong 3D

117

Hình 5.8

Hình ảnh sản phẩm ở bước lăn tạo biên dạng cong 2D

118

Hình 5.9

Hình ảnh sản phẩm ở bước lăn tạo biên dạng cong 3D

119

Hình 5.10 Sản phẩm có biên dạng cong 3D

x

120


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trên thế giới sự phát triển của công nghệ thông tin, tri thức diễn ra
với tốc độ rất nhanh, điều này đã đem đến thành tựu to lớn cho nhiều quốc gia khi
vận dụng vào sản xuất, đưa họ trở thành nhiều cường quốc phát triển trên thế giới.
Đối với mỗi quốc gia nghiệp hóa và hiện đại hóa là điều cần thiết phải thực

hiện để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Đối với Việt Nam, yêu
cầu tiến hành công nghiệp hóa-hiện đại hóa để có thể đưa nền sản xuất trở thành
sản xuất lớn, xây dựng thành công Chủ nghĩa xà hội càng trở lên cấp thiết. Do đó
tiến lên cơng nghiệp hóa-hiện đại hóa là nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu của Đảng và
nhà nước ta trong giai đoạn hiện nay.
Trong những thập niên gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học kỹ thuật trong tất cả các lĩnh vực, sự nghiệp cơng nghiệp hố hiện đại hố đất
nước thúc đẩy tất cả các ngành cơng nghiệp phát triển. Các ngành công nghiệp
nước nhà ngày càng được trang bị kiến thức chuyên sâu hơn, áp dụng những thành
tựu khoa học kỹ thuật để nghiên cứu và chế tạo các thiết bị máy móc mà trước đây
chúng ta hồn tồn phải tự nhập của nước ngồi.
Ngành đóng tầu của nước ta cũng nằm trong số đó. Hiện tại, ngành đóng tầu
đang giữ một vị trí quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp ở Việt Nam. Nhu cầu chế
tạo các chi tiết vỏ tàu với hình dạng phức tạp, độ chính xác cao, kích thước lớn
đang ngày càng gia tăng tại các doanh nghiệp đóng tàu. Với trình độ công nghệ
hiện tại của các doanh nghiệp trong nước, để chế tạo các tấm có biên dạng cong
như vậy, chủ yếu là cắt, gị, hàn, tạo hình thủ cơng hoặc trên các thiết bị vạn năng
thì khó có khả năng đáp ứng được năng suất cũng như chất lượng của sản phẩm. Vì
vậy, những chi phí cho việc chế tạo vỏ tàu thường rất lớn, gây lãng phí nhưng vẫn
không đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật.
-1-


Để góp phần vào sự phát triển chuyên ngành Gia Cơng Áp Lực và nâng cao
tỷ lệ nội địa hóa các sản phẩm cơ khí phục vụ cho các ngành cơng nghiệp trong
nước, nhất là ngành cơng nghiệp đóng tầu; tôi đã thực hiện đề tài ”nghiên cứu thiết
kế công nghệ và thiết bị dập lăn ép điều khiển số để tạo hình profin bậc 2 và bậc 3
của vỏ tầu thủy sử dụng cho các máy thủy lực” do thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Đắc
Trung hướng dẫn.
Trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài tôi xin cảm ơn các thầy giáo

công tác tại bộ môn Gia công áp lực-Viện cơ khí Trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành đề tài này.

-2-


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN PHẨM THIẾT BỊ
1.1 Giới thiệu về một số ngành công nghiệp nặng và công nghiệp phụ trợ
Ngày nay sự phát triển công nghiệp ở Việt Nam mang một vai trò quan trọng
trong quá trình phát triển kinh tế của đất nước. Phát triển công nghiệp sẽ biến một
nền kinh tế nông nghiệp lạc hậu thành một nền kinh tế hiện đại. Hiện nay, ở nước ta
các ngành công nghiệp đang phát triển rất mạnh mẽ nhất là các ngành công nghiệp
nặng và công nghiệp phụ trợ.
* Ngành khai thác than
- Khai thác than là bộ phận chủ yếu của ngành công nghiệp than. Nó bao gồm tất cả
các hoạt động nhằm mục đích lấy được than nằm trong lịng đất để phục vụ con
người. Than có nhiều loại: than đá, than nâu, than bùn, than mỡ.v.v.. hầu hết đều
nằm sâu trong lòng đất
- Các xí nghiệp khai thác lớn nhất tập trung ở vùng than Quảng Ninh. Tổng công
suất thiết kế nguyên khai các mỏ ở Quảng ninh là 8,9 triệu tấn mỗi năm và 60 %
khối lượng sản xuất là từ các mỏ than lộ thiên. Do số lao động ngành than là rất lớn
nên sức ép về lao động khá căng thẳng. Vì thế để tồn tại và phát triển, Tổng công ty
than Việt Nam đã đầu tư thiết bị, đổi mới cơng nghệ (thực hiện cơng nghệ tách bóc,
sàng tuyển than ngay trong quá trình khai thác và vận chuyển, dùng vì kèo ma sát
thay thế gỗ trụ mỏ) để tạo một dây chuyền khép kín từ khâu sản xuất đến nơi tiêu
thụ.
* Ngành công nghiệp sản xuất thép
-Ngành công nghiệp sản xuất thép là một trong những ngành quan trọng nhất. Sản
lượng thép và sự phát triển của ngành luyện thép không chỉ là một trong các chỉ
tiêu phản ánh trình độ phát triển cơng nghiệp, mà cịn là một trong những yếu tố

-3-


quyết định trình độ và qui mơ phát triển các ngành công nghiệp khác của một
Quốcgia.
-Hiện nay công nghiệp luyện kim Việt Nam chủ yếu tập trung trong Liên hiệp thép
Việt Nam bao gồm: Công ty Gang Thép Thái nguyên; bốn nhà máy thép là:
VICASA, Thủ đức, Việt Thanh, Tân Bình. Các nhà máy này nhận phơi thép từ lị
cao để đưa vào các lò điện, qua dây chuyền cán - kéo khép kín cho đến khi ra thành
phẩm thép có chủng loại và kích cỡ khác nhau tùy theo yêu cầu công nghệ.
* Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng
- Trong ngành vật liệu xây dựng thì xi măng chiếm một vị trí quan trọng. Nước ta
có những nhà máy xi măng lớn như: Hải phịng, Hồng thạch, Hà tiên, Kiên giang
và một số nhà máy liên doanh đang đưa vào hoạt động. Tồn bộ cơng suất của các
nhà máy này đủ khả năng cung ứng cho thị trường trong nước và đã xuất khẩu
khoảng 200.000 tấn/ năm.
- Vốn đầu tư cho một dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng thường rất lớn
(khoảng 200 USD cho một tấn công suất thiết kế), nên việc thu hồi vốn phải tiến
hành kéo dài hàng chục năm, việc xuất khẩu khó vì phí vận chuyển và bảo quản tốn
kém. Nên việc qui hoạch công nghiệp xi măng cần hướng mạnh vào các loại xi
măng đặc chủng, xi măng cao cấp mà các nước trong khu vực chưa có điều kiện
đẩy mạnh sản xuất.
* Ngành cơng nghiệp đóng tàu
-Những năm qua, ngành cơng nghiệp tàu thủy của nước ta có bước phát triển
nhanh, nhưng hiệu quả còn hạn chế và chưa vững chắc. Trước vận hội mới để nâng
cao hiệu quả và sức cạnh tranh, vấn đề đặt ra cho công nghiệp tàu thủy trong những
năm tới là phải tập trung phát triển công nghiệp phụ trợ.

-4-

Hình 1.1: Hình ảnh tại một xưởng đóng tầu
-Ðến nay, ngành cơng nghiệp tàu thủy nước ta đã đóng và xuất khẩu các loại tàu có
sức chở đến 53 nghìn tấn, cho các chủ tàu Anh, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ðức, Ðan
Mạch, Nga. Từng bước đầu tư nâng cao năng lực đóng và sửa chữa các loại tàu có
tính năng phức tạp như: tàu chở container 1.700 TEU (tương đương sức chở 22
nghìn tấn), tàu chở dầu 13.500 tấn, tàu hút bùn 1.500 m3/giờ, tàu cao tốc, tàu kéo
6.000 sức ngựa... và đang triển khai đóng các loại tàu có sức chở hơn 100 nghìn
tấn.
-Tuy nhiên, theo đánh giá của một số chun gia, cơng nghiệp đóng tàu Việt Nam
hiện chủ yếu vẫn là lắp ráp. Hợp đồng đóng tàu mới dừng lại ở trình độ làm gia
cơng theo thiết kế các loại, mẫu mã, vật tư, nguyên liệu, động cơ, cũng như giám
sát, đăng kiểm... đều của nước ngoài.

-5-


Hình 1.2: Hình ảnh trong nhà máy đóng tầu Vinashin tại Hải Phòng
1.2 Vai trò các chi tiết dạng tấm cong 3D cỡ lớn trong cơng nghiệp đóng tầu
Ở nước ta ngành cơng nghiệp đóng tàu đang được quan tâm phát triển. Theo
giới chuyên môn, vỏ tàu và máy tàu là hai yếu tố quan trọng nhất, chiếm tỷ trọng
lớn nhất về giá trị con tàu cho nên công nghiệp phụ trợ trước hết cần tập trung đầu
tư vào hai khâu sản xuất quan trọng này để tạo ra sự đột phá.
Trong cấu tạo của thân vỏ tầu; không thể thiếu được các tấm, vỏ có biên dạng
cong 3D. Các biên dạng cong 3D này đóng vai trị rất quan trọng trong chuyển
động của tàu trong môi trường nước.
Các chi tiết vỏ tàu thường có kích thước lớn hình dạng phức tạp địi hỏi độ
chính xác cao về hình dáng, kích thước, được chế tạo từ tấm lớn ngày càng xuất
hiện nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp nặng. Đặc biệt trong ngành cơng nghiệp

đóng tàu với những đặc thù riêng đó là kích thước và khối lượng các chi tiết thường
rất lớn, chúng được chế tạo và lắp ráp ngay tại công trường. Hiện nay, trên thế giới
cũng như ở Việt nam, trong sản xuất công nghiệp, để chế tạo các chi tiết có biên
dạng phức tạp vẫn thường sử dụng các phương pháp truyền thống như tạo hình uốn

-6-


bằng khn, gia nhiệt, tạo hình cục bộ trên khn có gia nhiệt cho tấm, uốn lốc
ngang trên các thiết bị 3 trục, 4 trục, lăn ép,...

Hình 1.3: Hình ảnh các biên dạng cong 3D trong cấu tạo vỏ tầu thủy
1.3 Các phương pháp tạo hình tấm cong 3D có kích thước lớn
Hiện nay có rất nhiều phương pháp chế tạo các tấm cong 3D có kích thước
lớn như uốn bằng khuôn, uốn trên máy lốc nhiều trục,...

-7-


1.3.1 Uốn bằng khuôn.
Uốn là một phương pháp nhằm biến đổi các phơi có trục thẳng thành các chi
tiết có trục cong. Phương pháp uốn được mơ tả như hình dưới đây.

Hình 1.4: Sơ đồ uốn phơi

-8-


Hình 1.5: Một số hình ảnh uốn phơi tấm trên máy ép thủy lực
*Ưu điểm

- Có kết cấu đầu uốn đơn giản ,có thể dễ dàng thực hiện trên các máy thủy lực cỡ
lớn(có lực ép từ 200T÷1500T).
-Sản phẩm uốn rất đa dạng, có thể tạo ra các chi tiết có bán kính cong lớn và được
sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
*Nhược điểm
- Phải kết hợp với các phương pháp khác như cắt rời, cắt hình, ….
- Sản phẩm có độ chính xác khơng cao.

-9-


1.3.2 Tạo hình dựa trên biến dạng nhiệt
- Hiện nay các bộ phận của thân, vỏ tầu thường được ghép nối từ các tấm thép theo
phương pháp hàn truyền thống.

Hình 1.6: Kết cấu hàn trong cấu tạo thân vỏ tầu
- Trong q trình hàn và gia nhiệt có rất nhiều loại biến dạng bao gồm: biến dạng
dọc, ngang, góc, xoắn và uốn cong. Có thể xảy ra đồng thời hai hoặc nhiều dạng
biến dạng.
-Biến dạng xảy ra do sự co ngót khơng đều của mối hàn và kim loại cơ bản trong
chu kỳ nung nóng và làm nguội trong khi hàn gia nhiệt và sau khi hàn gia nhiệt.
Ứng suất hình thành ở mối hàn là kết quả của những thay đổi về thể tích, đặc biệt là
nếu mối hàn bị hạn chế bởi các kết cấu kẹp hoặc các vật liệu khác xung quanh. Nếu
những hạn chế bị loại bỏ phần nào, ứng suất có thể gây biến dạng vật liệu và thậm
chí có thể gây xé rách hoặc đứt gãy.
-Có nhiều yếu tố gây nên biến dạng hàn hoặc cắt và rất khó dự báo chính xác mức
độ biến dạng có thể xảy ra. Một số yếu tố cần được xem xét bao gồm mức độ hạn
chế, đặc tính nhiệt và các đặc tính khác của vật liệu gốc; ứng suất nội tại được sinh
ra từ quá trình gia cơng kim loại trước đó như cán, tạo hình và uốn; kiểu mối hàn;

- 10 -


độ chính xác gia cơng và bản chất của q trình hàn loại quy trình, tính đói xứng
của mối nối, gia nhiệt trước và trình tự mối hàn yêu cầu.
-Trong nhiều trường hợp biến dạng khi gia nhiệt là điều khơng hề mong muốn, nó
có thể làm phát sinh chi phí để sửa chữa. Tuy nhiên trong trường hợp này các biến
dạng trong quá trình gia nhiệt lại là cơ sở quan trọng để chúng ta có thể chế tạo các
tấm cong lớn từ phơi thép tấm phẳng.

Hình 1.7: Một số hình ảnh chế tạo tấm cong từ phơi thép phẳng
bằng phương pháp gia nhiệt

- 11 -


*Ưu điểm
- Phương pháp đơn giản, có thể chế tạo được các chi tiết có kích thước lớn.
- Vì được hàn ghép nối từ các chi tiết nhỏ nên có thể chế tạo được các sản phẩm có
hình dạng và kích thước rất đa dạng.
*Nhược điểm
- Sản phẩm có độ chính xác thấp.
- Thời gian chế tạo dài dẫn đến năng suất chế tạo thấp.
1.3.3 Uốn lốc trên máy 3 trục,4 trục
-Khi muốn chế tạo các chi tiết cong 2D ta có thể sử dụng các máy uốn 2 trục, 3
trục, 4 trục,...Phôi thép được cuốn vào các trục con lăn và bị uốn cong bởi chuyển
động của các con lăn theo nguyên lý uốn.

Hình 1.8: Một số hình ảnh uốn phôi thép tấm trên máy uốn lốc 3 trục
- 12 -

*Ưu điểm
-Sản phẩm có độ chính xác cao.
-Thời gian chế tạo sản phẩm ngắn dẫn đến năng suất chế tạo cao.
*Nhược điểm
- Thường chỉ chế tạo được các sản phẩm có biên dạng cong 2D.
1.3.4 Lăn miết trên máy chuyên dng
-Miết là một ph-ơng pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo hình chi tiết
rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng dựa vào chuyển động quay của phôi d-ới tác
dụng của lực công tác làm biến dạng dẻo cục bộ tại một điểm trên phôi quay.

Hỡnh 1.9: Mt số hình ảnh về máy miết & sản phẩm được tạo hình
bằng phương pháp miết
- 13 -


*Ưu điểm:
- Sản phẩm có chất lượng và độ chính xác cao.
- Quá trình tạo hình linh hoạt và cho năng suất cao.
- Có thể tạo hình được với nhiều loại vật liệu như thép, thép không gỉ, các kim loại
nhẹ như nhôm, titan và các kim loại khác như đồng, niken, vonfam
*Nhược điểm:
- Thường được sử dụng để tạo hình các chi tiết dạng rỗng có đối xứng trục ví dụ
như các chi tiết hình cầu, hình chỏm cầu,...
1.3.5 Lăn ép
- Phương pháp lăn ép bằng con lăn là phương pháp kết hợp giữa uốn và cán kim
loại.Phôi thép được kéo vào và chuyển động cùng với cặp con lăn theo nguyên lý
cán và bị uốn cong theo nguyên lý uốn. Nguyên lý lăn ép bằng con lăn được thể
hiện như hình dưới đây.

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý lăn ép bằng con lăn

- 14 -