Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY UỐN THÉP ỐNG CỠ LỚN

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY
HỒ SỸ SINH

Đà Nẵng, 2018


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền công nghiệp hiện đại, giai đoạn đi lên theo hƣớng cơng nghiệp hóa –
hiện đại hóa của đất nƣớc thì việc sử dụng máy móc tiên tiến thay thế sức lao động của
con ngƣời là vấn đề tất yếu góp phần làm tăng năng suất và chất lƣợng của các sản
phẩm. Nắm bắt đƣợc yêu cầu thực tế nhƣ vậy, để tạo ra các sản phẩm có chất lƣợng,
độ bền tốt, độ chính xác cao, mẫu mã đẹp, phù hợp với các tiêu chuẩn cơng nghiệp cần
phải có các loại máy móc hiện đại có thể thay thế con ngƣời thực hiện các công việc
trong một dây chuyền sản xuất.
Trƣớc hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Thầy Cô giáo trƣờng Đại
học bách khoa Đà Nẵng đã chỉ dạy em tận tình trong hơn 5 năm học qua.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng,

D

U

T-

LR

C

C

đặc biệt là các Thầy Cơ trong khoa Cơ Khí, ngành Chế Tạo Máy trƣờng Đại Học Bách
Khoa Đà Nẵng, đã nhắc nhở, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt
quá trình học tập và làm đề tài tốt nghiệp.
Hiện nay em đang làm đề tài “ Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn”. Qua đồ án này,
em đã xây dựng các bản vẽ kết cấu máy, bản vẽ lắp ráp về hệ thống điều khiển máy,
tiến hành gia công chi tiết.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo,PGS. TS. Trần Xuân Tùy đã nhiệt
tình chỉ dạy, hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp. Và thầy
giáo TS. Lê Hoài Nam đã bớt chút thời gian duyệt đồ án cho em.
Em cũng xin chân thành cảm ơn Thầy cô giáo bộ môn đã bỏ thời gian quý báu của
mình để đọc, nhận xét, duyệt đồ án của em.
Em cũng xin bày tỏ lịng biết ơn của mình đến mọi ngƣời trong gia đình, các Anh
Chị và các bạn đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt
quá trình học tập.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy là chủ tịch Hội đồng bảo vệ và
uỷ viên Hội đồng đã bỏ thời gian quý báu của mình để đọc, nhận xét và tham gia Hội

đồng chấm đề án này.
Đà Nẵng ngày ... tháng ... năm 20018
Sinh viên thực hiện
Hồ Sỹ Sinh

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

1


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Chƣơng 1
GIỚI THIỆU CHUNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Lịch sử phát triển và hình thành của máy uốn ống.
1.1.1. Lịch sử phát triển của ống
Lịch sử của việc sản xuất ống đƣợc bắt đầu từ việc sử dụng những khúc gỗ rỗng để
cung cấp nƣớc cho các thành phố thời trung cổ. Việc sử dụng những ống gang ở Anh
và Pháp trở nên phổ biến vào đầu thế kỉ XIX
Những ống thép đúc đầu tiên đƣợc tìm thấy ở Philadenphia vào năm 1817 và ở
New York vào năm 1832. Sự phân phối khí cho các đèn khí đảo đƣợc tìm thấy đầu
tiên ở Anh, ngƣời ta đã sử dụng thép tấm cuộn qua con xúc xắc tạo thành ống và hàn
mép lại với nhau.

C

Vào năm 1887 đƣờng ống đầu tiên đƣợc làm từ thép Bethkhem ở Mỹ. Ống thép có

C

đƣờng hàn đã đƣợc sản xuất thử vào giữa thế kỉ 19 bằng nhiều phƣơng tiện khác nhau;

LR

quy trình Mannesmanm đã đƣợc phát triển ở Đức vào năm 1815 và hoạt động có hiệu
quả thƣơng mại ở Anh vào năm 1887.

T-

Ống thép không hàn đƣợc sản xuất lần đầu tiên thành công ở Mỹ vào năm 1895.

U

Vào đầu thế kỉ 20 ống thép không hàn đã đƣợc chấp nhận rộng rãi khi cách mạng

D

công nghiệp đƣợc tiến hành với ngành ô tô, ngành tái lọc dầu, hệ thống các ống dẫn,
các giếng dầu, các lò hơi phát điện kiểu cổ.
Vào lúc này ống hàn không đạt đƣợc độ tin cậy bằng ống hàn điện.
Sự phát triển của các phƣơng pháp sản xuất ống, cùng với sự phát triển của ngành
thép đã tạo ra đƣợc những sản phẩm có khả năng chịu đƣợc những điều kiện khắc
nghiệt của môi trƣờng nhƣ là: nhiệt độ, hóa chất, áp suất và các tác dụng của áp lực và
dải nhiệt thay đổi. Ống thép đã đƣợc sử dụng một cách tin cậy trong các ngành công
nghiệp quan trọng; các đƣờng ống từ Alaskan đến các nhà máy điện nguyên tử.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

2


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

1.1.2. Các nƣớc sản xuất sản phẩm thép dạng ống
Vào năm 1886, ba nhà sản xuất hàng đầu các sản phẩm thép dạng ống là Liên Xô (
20 triệu tấn ). Cộng đồng kinh tế Châu Âu (13,1 triệu tấn ) và Nhật Bản (10,5 triệu
tấn).
Việc sản xuất các sản phẩm thép dạng ống sẽ duy trì đƣợc ở mức độ trên là phụ
thuộc rất nhiều vào các yếu tố kinh tế của thế giới nhƣ là ngành khai thác dầu, xây lắp
các nhà máy điện, cơng nghiệp sản xuất ơtơ. Ví dụ nhƣ, ở những vùng kinh tế có giá
dầu thấp do vậy ít có nhu cầu khoan thêm các giếng dầu. Kết quả là nhu cầu sản xuất
ống thép cho ngành khoan giếng dầu sẽ giảm xuống.
Một ví dụ tƣơng tự là sản xuất ống thép trong các ngành công nghiệp. Tổng sản
lƣợng trên toàn thế giới là sự tổng hợp các ảnh hƣởng từ các khu vực kinh tế địa
phƣơng ở từng nƣớc trên toàn thế giới.

C

1.1.3. Lịch sử phát triển của máy cán, uốn ống.

C

Từ xƣa con ngƣời đã biết sử dụng những vật thể tròn xoay bằng đá hoặc bằng gỗ

LR

để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đƣờng, ép các loại dầu lạc, hƣớng dƣơng...
Những vật thể tròn xoay này dần đƣợc thay thế bằng kim loại nhƣ: nhôm, thép, đồng

T-

thau và từ việc cán bằng tay đƣợc thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp trên

U

các máy có gá trục cán, thế là từ đó các máy cán ra đời, qua thời gian phát triển thì nó

D

ngày càng đƣợc hồn thiện dần ví dụ nhƣ ban đầu các trục cán còn dẫn động bằng sức
ngƣời, nhƣng khi sản xuất đòi hỏi năng xuất cao hơn nên máy ngày càng to hơn thì
con ngƣời không thể dẫn động đƣợc các trục cán này và do đó ta lại dẫn động bằng sức
trâu, bị, ngựa...Vì vậy ngày nay ngƣời ta vẫn dùng công suất động cơ là mã lực (sức
ngựa).
Năm 1771 máy hơi nƣớc ra đời lúc này máy cán nói chung đƣợc chuyển sang dùng
động cơ hơi nƣớc. Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên đƣợc ra đời vì vậy sản
phẩm cán, uốn đƣợc phong phú hơn trƣớc có cả thép tấm, thép hình, đồng tấm, đồng
dây. Do kỹ thuật ngày càng phát triển, do nhu cầu vật liệu thép tấm phục vụ cho cơng
nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ...mà chiếc máy cán 4 trục đầu
tiên ra đời vào năm 1870. Sau đó là chiếc máy cán 6 trục,12 trục, 20 trục và dựa trên
nguyên lý của máy cán thì máy uốn đƣợc ra đời và trong các loại máy này có máy uốn
ống.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

3


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Từ khi điện ra đời thì máy uốn đƣợc dẫn động bằng động cơ điện, đến nay có
những máy uốn có cơng suất động cơ điện lên đến 7800 (KW).
Ngày nay do sự hồn thiện và tiến bộ khơng ngừng của khoa học kỹ thuật cho nên
các máy cán, máy uốn đƣợc điều khiển hoàn toàn tự động hoặc bán tự động làm việc
theo chƣơng trình điều khiển.
1.2. Giới thiệu về các sản phẩm của máy uốn ống.
1.2.1. Sản phẩm dùng trong công nghiệp.
Trong sản xuất hiện nay các sản phẩm ống đƣợc ứng dụng rất rộng rãi dùng để dẫn
nhiên liệu phục vụ sản xuất nhƣ dẫn dầu, dẫn khí...đƣợc ứng dụng trong rất nhiều
ngành nhƣ đóng tàu, sản xuất sữa, sản xuất bia...
Trong ngành giao thơng vận tải hiện nay thì ngành vận tải đƣờng ống cũng đóng
vai trị rất quan trọng dẫn dầu, dẫn khí, dẫn khống sản...góp phần tiết kiệm chi phí

C

1.2.2. Sản phẩm dùng trong sinh hoạt

C

trong vận chuyển và sản xuất.

LR

Trong sinh hoạt sản phẩm ống cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi nhƣng địi hỏi tính

thẩm mỹ cao nên chủ yếu dùng vật liệu inox, thép không gỉ. Các sản phẩm nhƣ: lan

T-

can, bàn ghế...

D

U

Một số hình ảnh minh hoạ

Hình 1.1: Một số sản phẩm ống
SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

4


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

D

U

T-

LR

C

C

Hình 1.2: Sản phẩm ống

Hình 1.3: Các sản phấm ống uốn tại cơng ty Sông Thu

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

5


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

1.3. Các thông số phơi ống
1.3.1. Ống thép đen
Đ.kínhtrong danh
nghĩa

Số cây/bó

A
(mm)

Pcs/BD

Chiều dày

Đ/vị tr.lƣợng

Ø2.2

0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0.8

0.207
0.235

0.262
0.226
0.256
0.286
0.316
0.345
0.373
0.262
0.298
0.333
0.367
0.401
0.435
0.318
0.361
0.404
0.446
0.488
0.53
0.422

(OD7/8")

0.9

0.473

Ø5.4
(OD 1")

1
1.1
1.2
1.4
0.8
0.9

0.523
0.572
0.621
0.718
0.485
0.544

(mm)

168

Ø2.7
(OD1/2")

168

Ø3.8

C

C

B

(inch)

Đƣờng kính
ngồi

D

U

T-

168

LR

Ø5.9
(OD5/8")

Ø9.1
(OD4/3")

168

168

113

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

6


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

113

Ø31.8

1
1.1
1.2
1.4
1.8
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.4
1

0.602
0.659
0.716
0.829
1.048
0.537
0.601

0.666
0.73
0.793
0.918
0.76

(OD1-1/4")

1.1

0.833

1.2
1.4
1.5
1.8
1.4

0.906
1.05
1.121
1.332
1.267

1.5

1.354

1.8

1.611

2

1.78

2.5
1.4
1.5
1.8
2
2.5
3
3.8
3.9
4

2.195
1.333
1.424
1.696
1.874
2.312
3.499
4.357
4.462
4.567

4.1
4.2

4.671
4.775

Ø28.0

LR

C

C

80

T-

Ø38.1

(OD1-1/2")

D

U

80

61

Ø40

Ø50.3
(OD 2")
52

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

7


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

1.3.2. Ống mạ kẽm
Tham khảo ở cơng ty vinapipe corp
Hạng

Class

Đ.kínhtrong
danh nghĩa

Nominal size
A

kính

Chiều dày

ngồi

Outside

Wall

diameter thickness

Chiều

Trọng

dài

Lƣợng cây/bó lƣợng bó

Length

Tiêu

Số

Unit

Pes/

weigt

bundle

kg/m

Kg/bundle

15

2-Jan

Ø21.2

1.9

6

0.914

168

921

Class

20

4-Mar

Ø26.65

2.1

6

1.284

113

871

1

Ø33.5

2.3

6

1.787

80

858

32

1/1/2004 Ø42.2

2.3

6

2.26

61

827

40

1/1/2002 Ø48.1

2.5 b

6

2.83

52

883

50

2

2.6

6

3.693

37

820

65

2/1/2002 Ø75.6

2.9

6

5.228

27

847

80

3

2.9

6

6.138

24

884

100

4

Ø113.45 3.2

6

8.763

16

841

Hạng

15

2-Jan

Ø21.2

2

6

0.947

168

955

/class

20

4-Mar

Ø26.65

2.3

6

1.381

113

936

BS-L

25

1

Ø33.5

2.6

6

1.981

80

951

(vạch

32

1/1/2004 Ø42.2

2.6

6

2.54

61

930

nâu)

40

1/1/2002 Ø48.1

2.9

6

3.23

52

1.008

50

2

Ø59.9

2.9

6

4.08

37

906

65

2/1/2002 Ø75.6

3.2

6

5.71

27

925

80

3

Ø88.3

3.2

6

6.72

24

968

100

4

Ø113.45 3.6

6

9.75

16

936

15

2-Jan

Ø21.4

6

1.21

168

1.22

Ø59.9

LR

vạch)

T-

(không

Ø88.3

D

BS-A1 25

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

C

Hạng

C

chuẩn

Trọng

U

(mm)

B(inch)

Đƣờng

2.6

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

8


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Hạng

20

4-Mar

Ø26.9

2.6

6

1.56

113

1.058

/class

25

1

Ø33.8

3.2

6

2.41

80

1.157

BS-M

32

1/1/2004 Ø42.5

3.2

6

3.1

61

1.135

(vạch

40

1/1/2002 Ø48.4

3.2

6

3.57

52

1.114

xanh)

50

2

Ø60.3

3.6

6

5.03

37

1.117

65

2/1/2002 Ø76.0

3.6

6

6.43

27

1.042

80

3

Ø88.8

4

6

8.37

24

1.205

100

4

Ø114.1

4.5

6

12.2

16

1.171

1.3.3. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm ống uốn
Trong cuộc sống hiện nay thì sản phẩm của ống uốn đƣợc ứng dụng cực kỳ rộng

C

rãi cả trong sinh hoạt lẫn trong công nghiệp. Đặc biệt là trong công nghiệp thì sản

C

phẩm ống uốn giữ một vai trị quan trọng vì nó đƣợc dùng để dẫn nhiên liệu cả khí lẫn

LR

lỏng từ nơi sản xuất đến nơi sử dụng, đã có những đƣờng ống dẫn nhiên liệu xuyên
quốc gia. Nó cịn đƣợc coi nhƣ cầu nối giữa các khu cơng nghiệp, giữa nguồn nhiên

T-

liệu với các nhà máy. Sản phẩm ống uốn không thể thiếu trong công nghiệp tàu thủy,
các ngành sản xuất nhiên liệu...Trong sinh hoạt thì sản phẩm ống uốn đƣợc ứng dụng

U

rộng rãi ví dụ làm lan can, bàn ghế, dùng làm đƣờng ống dẫn nƣớc phục vụ sinh hoạt,

D

là đƣờng ống dẫn nhiên liệu khí đốt...
1.4. Thiết bị và công nghệ uốn
1.4.1. Thiết bị uốn ống.
Trong máy uốn thiết bị uốn phân ra làm 3 phần cơ bản là :
+ Puly uốn
+ Má kẹp
+ Chày uốn
1. Puly uốn
Tuỳ thuộc vào đƣờng kính ống uốn khác nhau mà ta có các loại puly khác nhau, mà
vịng bán nguyệt trên puly khác nhau.
Trên puly có gắn một má kẹp kết hợp với má kẹp di động tạo thành một cơ cấu
giúp ta uốn ống theo hình dáng yêu cầu.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

9


D

U

T-

LR

C

C

Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Hình 1.4: Hình vẽ minh hoạ puly uốn

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

10

Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

2. Má kẹp
Là phần giữ cho ống không bị xê dịch khi uốn, do trên má kẹp có xẻ những rảnh
tạo ma sát giúp chi tiết bên phần uốn đƣợc ghì chặt và đƣợc quay xung quanh puly uốn

D

U

T-

LR

C

C

tạo ra các góc độ theo yêu cầu của sản phẩm.

Hình 1.5: Hình vẽ minh hoạ má kẹp

3. Chày uốn
- Chày uốn dùng để chống dập cho ống trong q trình uốn, chày uốn có đƣờng
kính phù hợp với các ống khác nhau nên lựa chọn chày uốn cũng phải làm sao cho hợp
lý. Nếu chày uốn lớn quá thì trong quá trình uốn sẽ bị kẹt dễ sinh ra hiện tƣợng kéo
ống, còn nếu chày nhỏ q sẽ bị bóp ống.
- Vị trí của chày uốn đƣợc xác định dựa vào vị trí của má kẹp trên puly uốn. Nếu
vị trí chày uốn khơng hợp lí thì khi uốn ống có thể bị nhăn hoặc bị hở, xì (hoặc má

động khơng chuyển động đƣợc do kẹt chày uốn)

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

11


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Hình 1.6: Chày chống mốp ống
1.4.2. Công nghệ uốn ống
1.4.2.1. Khái niệm uốn
Uốn là một trong những nguyên công thƣờng gặp nhất trong dập nguội. Uốn là q
trình gia cơng kim loại bằng áp lực làm cho phôi hay một phần của phôi có dạng

C

phẳng (tấm), dây, thanh định hình hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay

C

gấp khúc. Phơi đƣợc uốn ở trạng thái nguội hoặc trạng thái nóng.

LR

Đặc điểm của quá trình uốn là dƣới tác dụng của chày và cối phôi đƣợc biến dạng
dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết.

T-

Uốn kim loại tấm đƣợc thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác nhau

U

của phôi uốn.

D

Vật liệu uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên về số
lƣợng, chất lƣợng cũng nhƣ kiểu dáng.
1.4.2.2. Quá trình uốn
Phụ thuộc vào kích thƣớc và hình dáng vật uốn, dạng phơi ban đầu, đặc tính của
q trình uốn trong khn; uốn có thể tiến hành trên máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma
sát hay thủy lực. Đơi khi có thể tiến hành uốn trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên
các máy uốn chuyên dùng.
Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm thay đổi
hƣớng thớ của kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thƣớc.
Trong q trình uốn, kim loại phía góc uốn bị co lại theo hƣớng dọc thớ và đồng
thời bị giãn ra theo hƣớng ngang, còn phần phía ngồi góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo.
Giữa lớp co ngắn và giãn dài là lớp trung hồ khơng bị ảnh hƣởng bởi lực kéo nó vẫn
ở trạng thái ban đầu. Ta sử dụng lớp trung hoà để tính sức bền của vật liệu khi uốn.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

12

Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Khi uốn những dải dài dễ xảy ra hiện tƣợng chiều dày ở tiết diện ngang bị sai lệch
về hình dạng lớp trung hịa bị lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tƣợng biến dạng mỏng vật liệu nhƣng
khơng có sai lệch về tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn
sẽ chống lại biến dạng theo hƣớng ngang.
Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lƣợng biến dạng lớn và ngƣợc lại.

D

U

T-

r



R

LR

C

C

B

L

Hình 1.7: Biến dạng của phơi trƣớc và sau khi uốn

Hình 1.8: Phơi ống sau khi uốn

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

13


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

1.4.2.3. Xác định vị trí lớp trung hồ
Vị trí lớp trung hồ đƣợc xác định bởi bán kính lớp trung hồ 
Trong q trình uốn bề mặt phía trong và phía ngồi của chi tiết bị biến dạng nén
và kéo bởi lực kẹp nhƣng có lớp kim loại ở giữa khơng bị biến dạng, lớp này gọi là lớp
trung hoà .Ta ứng dụng lớp trung hồ này để tính sức bền vật liệu của phơi và tính lực
kẹp cần thiết.
Bán kính của lớp trung hồ đƣợc xác định theo cơng thức :


mm

Btb là chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn
Btb 

B  B2

2

(mm)

S : chiều dày vật liệu

(mm)

C

B : chiều rộng của phơi ban đầu

C

Trong đó:

Btb
r  
.S . .  
B
2 2

LR

r : bán kính uốn phía trong

(mm)

 : hệ số biến mỏng

T-

S1
S

: S1 _ hệ số vật liệu sau khi uốn.

D

=

Btb
gọi là hệ số biến rộng;
B

U

Tỷ số

Trong thực tế bán kinh lớp trung hồ có thể xác định theo cơng thức:
p  r  x.S

Trong đó :

r _ bán kính uốn phía trong
x _ hệ số xác định khoảng cách lớp trung hồ đến bán kính uốn

phía trong.
1.4.2.4. Tính đàn hồi khi uốn
Trong q trình uốn khơng phải tồn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến dạng

dẻo mà có một phần cịn lại chịu biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi khơng cịn lực tác dụng
lên phơi thì vật uốn có trở về hình dạng ban đầu.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

14


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn




Hình 1.9: Tính đàn hồi khi uốn
Góc đàn hồi đƣợc xác định bởi hiệu số góc uốn tính tốn thiết kế và góc uốn sau
khi thực hiện quá trình uốn. Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật
liệu góc uốn tỉ số giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu.

C

a ) Xác định chiều dài phôi uốn

C

- Xác định vị trí lớp trung hịa, chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến dạng.

LR

- Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong đơn
giản.

T-

- Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều các đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết, còn phần
cong đƣợc tính theo chiều dài lớp trung hịa.

r  x.s 

D

L  l  

 . 0

U

Chiều dài phôi đƣợc xác định theo công thức:
180

( Tr.105 Công nghệ dập nguội - Tơn n)

Trong đó :
-

0= 180 - 

-

l : Tổng chiều dài cac đoạn thẳng .

-

 . 0

 180

0

(r  x.s)

chiều dài các lớp trung hịa.

- r : Bán kính uốn cong phía trong.
- x : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số r/s.
- s : Chiều dày vật uốn .
Khi uốn một góc  < 900 thì L   l  

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

0
90 0

.0,5s

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

15

Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

b ) Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất
rtrong nếu quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn, nếu q lớn vật uốn sẽ khơng
có khả năng giữ đƣợc hình dáng sau khi đƣa ra khỏi khn ( r trong ≥ rmin ).
- Bán kính uốn lớn nhất : rmax =

 .s
2. T

rngoài ≥ r trong + s
E = 2,15.105 N/mm2: modun đàn hồi của vật liệu.
S: Chiều dày vật uốn.
T : giới hạn chảy của vật liệu.
- Bán kính uốn nhỏ nhất:

Theo thực nghiệm có: r min = k.s

LR

k : Hệ số phụ thuộc vào góc uốn .

C

- : Độ giản dài tƣơng đối của vật liệu ( %).

C

1 s

rmin    1

2

1.4.2.5. Cơng thức tính lực uốn

T-

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu. Trị số lực và lực

U

phẳng thƣờng lớn hơn nhiều so với lực tự do.

D

- Lực uốn tự do đƣợc xác định theo công thức
P

B1 .s 2 . b .n
 B1 .s. b .k1
l

k1 

s.n
: hệ số uốn tự do có thể tính theo cơng thức trên hoặc chọn theo bảng phụ
l

(N)

thuộc vào tỉ số l/s
B1 : Chiều rộng của dải tấm.
S : Chiều dày vật uốn.
n : Hệ số đặc trƣng của ảnh hƣởng của biến cứng : n = 1,6 - 1,8
b : giới hạn bền của vật liệu.
l : Khoảng cách giƣã các điểm tựa.
- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo cơng thức.
P = q.F

(N)

- q : Áp lực tinh chỉnh ( là phẳng ) chọn theo bảng .
SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

16


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

- F : Diện tích phơi đƣợc tinh chỉnh.
Tóm lại : Trong q trình uốn khơng phải tồn bộ phần kim loại ở phần uốn đều
chịu biến dạng dẻo mà có một phần cịn ở dạng đàn hồi. Vì vậy khơng cịn lực tác
dụng thì vật uốn sẽ khơng giữ đƣợc kích thƣớc và hình dáng nhƣ ban đầu
1.4.2.6. Cơng nghệ uốn
Qua lịch sử phát triển hàng trăm năm của ngành uốn ống từ thô sơ đến phức tạp
các thế hệ đi trƣớc đã đúc kết thành những kinh nghiệm uốn ống nhƣ sau:
a ) Uốn có dùng cát bên trong

Khi uốn thủ cơng khơng có máy móc hiện đại thì cách làm hiệu quả nhất để cho
ống khơng bị bóp méo ở phần bị biến dạng cho vật liệu nhỏ mịn vào bên trong ống
nhƣ cát, đất,...để điền đầy diện tích rổng và bịt chặt 2 đầu và tiến hành uốn theo hình
dáng yêu cầu.

C

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tiện dụng, dễ làm thích hợp với phƣơng pháp thủ

C

cơng.

LR

Nhƣợc điểm là chỉ áp dụng đƣợc đối với những chi tiết có đƣờng kính nhỏ.
b ) Uốn có dùng chày

T-

Đối với những phƣơng pháp dùng tới máy móc, đối với những ống có chiều dày

U

ống nhỏ thì phải dùng chày để chống bóp méo ở những tiết diện uốn nó có thể phù hợp

D

với nhiều loại tiết diện ống khác nhau kể cả đƣờng kính to hay nhỏ.
1

1 : Chày uốn

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

2

2 : Ống uốn

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

17


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Uốn có sử dụng chày uốn khi cần uốn những sản phẩm mà độ hƣ hỏng và biến
dạng cho phép là nhỏ nhất có thể chấp nhận đƣợc.

Hình 1. 10: Mơ hình uốn kiểu có chày uốn
Các phơi ống đƣợc đỡ bên trong bằng chày uốn đỡ linh động trong ống, chày uốn

C

bảo đảm cho ống uốn không bị biến dạng và méo mó. Ống đƣợc bẻ cong qua puly uốn

C

đƣợc cố định trên các má uốn để đảm bảo quá trình uốn đƣợc thực hiện tốt nhất.

LR

Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để chế tạo rất nhiều sản phẩm khác nhau: ống xả,
ống tubin, ống dẫn nƣớc, dẫn dầu trong hệ thống thủy lực... Những nơi không cho

D

U

T-

phép sự biến dạng của ống uốn là quá lớn.

Hình 1.11: Máy uốn kiểu dùng chày uốn
c ) Uốn khơng dùng chày
Khi ống uốn có chiều dày lớn thì ở tiết diện uốn khơng bị ảnh hƣởng bởi lực kẹp và
lực uốn nên lúc này ta không cần đến chày hay vật liệu dùng để điền đầy tiết diện
chống mà tự chiều dày của nó đã đủ điều kiện giúp ơng khơng bị bóp méo khi uốn.
Một số đƣờng kính ống dùng chày hay khơng dùng chày
Từ những phân tích về các phƣơng án của công nghệ uốn ta chọn phƣơng án dùng
chày để dùng trong quá trình uốn là tiện dụng hơn cả vì nó dùng đƣợc cho nhièu

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

18


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

trƣờng hợp có thể điều chỉnh đƣợc đƣờng kính chày tuỳ thuộc vào đƣờng kính ống,vì
vậy trong máy này ta chọn phƣơng án dùng chày uốn.
d ) Uốn kiểu ép đùn vào ống
Kiểu ép đùn vào ống là phƣơng pháp đơn giản nhất và rẻ nhất trong tất cả các
phƣơng pháp uốn ống.

Hình 1.12: Mơ hình uốn kiểu ép đùn

C

Phơi ống đƣợc kẹp chặt tại hai điểm cố định. Bộ phận uốn chuyển động về giữa

C

trục ống và tiến hành bẻ cong ống. Phƣơng pháp này có thiên hƣớng làm biến dạng cả

LR

mặt trong và mặt ngồi của ống. Phơi uốn bị biến dạng thành hình ơvan tuỳ thuộc vào
độ dày của vật liệu. Kiểu uốn này phù hợp với uốn các ống dẫn dây điện hoặc chứa các

D

U

T-

dây nối tới đèn chiếu sáng.

Hình 1.13: Bộ phận máy uốn ép đùn
e ) Uốn kiểu kéo và quay
Kiểu uốn này đƣợc sử dụng khá phổ biến và đƣợc dùng khi đảm bảo đƣờng kính
của ống uốn là khơng đổi trong q trình uốn.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

19


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Hình 1.14: Mơ hình uốn kiểu kéo và quay
Phơi ống đƣợc kéo qua một má uốn đứng yên và cố định, bán kính uốn đã đƣợc
xác định sẵn từ trƣớc. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng khá hoàn hảo cho việc uốn các
tay vịn lan can, các dạng sắt mĩ nghệ, ống dẫn, thanh đỡ hay một bộ phận của khung

C

gầm ô tô, xe lửa và rất nhiều loại đồ dùng khác.

C

f ) Uốn bằng các trục lăn

LR

Đƣợc sử dụng cho việc uốn các sản phẩm ống đƣờng kính phơi lớn hoặc các sản

D

U

T-

phẩm có dạng trịn mà đƣờng kính vịng trịn khá lớn.

Hình 1.15: Mơ hình uốn kiểu trục lăn
Đầu cán gồm có 3 trục uốn, phơi uốn đƣợc lồng vào hai trục lăn hai bên trục lăn
trên có thể chuyển động lên xuống để thực hiện quá trình biến dạng ống ( quá trình
uốn ). Quá trình điều khiển trục uốn trên có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng thủy lực.
Kiểu uốn này đƣợc sử dụng để chế tạo ra trục tang lớn, các ống hút và xả trên tàu
thủy... các vật có bán kính đƣờng tâm rất lớn.

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

20


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

Hình 1.16: Bộ phận máy uốn kiểu trục lăn
1.5. Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại

C

Nhƣ chúng ta đã biết dƣới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai

C

đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Tùy theo từng cấu trúc
tinh thể của mỗi loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau: dƣới

LR

đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại trên cơ sở đó nghiên cứu
biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim.

T-

Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi

U

nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó.

D

P

P
(a)

(b)
P
P

P

(c)

(d)

Hình 1.17: Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể
SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

21


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

+ Biến dạng đàn hồi: Là biến dạng bị mất đi khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi
tải trọng nhỏ hơn một giá trị xác định gọi là giới hạn 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 của các nguyên tử kim loại dịch chuyển
không vƣợt quá 1 thông số mạng (hình b), nếu thơi tác dụng lực thì mạng tinh thể trở
về trạng thái ban đầu.
+ Biến dạng dẻo: Là biến dạng vẫn tồn tại khi bỏ tải trọng tác dụng, nó xảy ra khi
tải trọng lớn hơn giới hạn đàn hồi.
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 (hình c). Trên mặt

C

trƣợt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tƣơng đối với nhau một khoảng đúng bằng

C

số nguyên lần thông số mạng, sau khi dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân

LR

bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại khơng trở về trạng thái ban đầu.
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trƣợt vừa quay đến 1 vị trí mới đối

T-

xứng với phần cịn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (hình d). Các nguyên tử

U

kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh.

D

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 xảy ra
thuận lợi hơn.
Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh
thể (hạt tinh thể ), cấu trúc chung của chúng đƣợc gọi là cấu trúc đa tinh thể. Trong đa
tinh thể biến dạng dẻo có 2 dạng: biến dạng 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 trƣợt tạo với hƣớng của ứng suất chính 1 góc bằng hoặc xấp xỉ 45 0, sau
đó mới đến các hạt khác. Nhƣ vậy biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra
không đồng thời và không đồng 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

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

22


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

trƣợt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trƣợt thuận lợi mới giúp
cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển.
1.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dƣới tác dụng của
ngoại lực mà không bị phá hủy. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các
nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất
chính, ứng suất dƣ, ma sát ngồi, lực qn tính, tốc độ biến dạng . . .
1.6.1. Anh hƣởng của thành phần và tổ chức kim loại
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác
nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng thƣờng phức
tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến
dạng do đó tính dẻo giảm. Thơng thƣờng kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều

C

pha các tạp chất thƣờng tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm

LR

1.6.2. Anh hƣởng của nhiệt độ

C

giảm tính dẻo của kim loại.

Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng

T-

nhiệt độ tính dẻo tăng. Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng

U

thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức

D

đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thƣờng tồn tại ở pha kém dẻo,
khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao. Khi nung thép từ 20
 1000C thì độ dẻo tăng chậm nhƣng từ 1004000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng
(đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt độ này thì độ dẻo tăng
nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lƣợng cacbon trong thép càng cao thì sức chống biến
dạng càng lớn.
1.6.3. Anh hƣởng của ứng suất dƣ
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng
suất dƣ lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tƣợng biến cứng). Khi nhiệt độ

kim loại đạt từ (0,250,30) Tnc (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dƣ và xơ lệch mạng giảm
làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tƣợng phục hồi). Nếu nhiệt độ nung
đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại

SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

23


Thiết kế máy uốn thép ống cỡ lớn

sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo
tăng.
1.6.4. Anh hƣởng của trạng thái ứng suất chính
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hƣởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại chịu
ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khối chịu ứng suất nén mặt, nén đƣờng hoặc
chịu ứng suất nén kéo. Ứng suất dƣ, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất
chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm.
1.6.5. Anh hƣởng của tốc độ biến dạng
Sau khi rèn dập, các kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai
cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ 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

C

ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt.

C

Nếu lấy 2 khối kim loại nhƣ nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên
tổng cộng trên máy ép lớn hơn.

LR

máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhƣng độ biến dạng

T-

1.7. Trạng thái ứng suất và các phƣơng trình dẻo

chính sau :
1

D

U

Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất

1

1

2

2

3

Hình 1.18: Các dạng ứng suất chính
Ứng suất đƣờng : max = 1/2

(1.1)

Ứng suất mặt : max = (1 - 2)/2

(1.2)

Ứng suất khối : max = ( max - max )

(1.3)

Nếu 1 = 2 = 3 thì  = 0 và khơng có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến
dạng dẻo là biến dạng chảy ch .
SVTH: Hồ Sỹ Sinh – Lớp 13C1VA

GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy

24