Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy uốn dây sắt mini 3d (khóa luận cơ điện và công trình)

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH
BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA
----------------------

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
MƠ HÌNH MÁY UỐN DÂY SẮT MINI 3D

Giảng viên hướng dẫn : Đinh Hải Lĩnh
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Cao Sơn

Mã sinh viên

: 1651080061

Lớp

: K61 – CĐT

Khoá

: 2016 - 2020

Hà Nội – năm 2020


MỞ ĐẦU
Trong xu thế Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa hiện nay, Khoa học - Kỹ thuật phát

triển ngày càng nhanh chóng, đang góp phần nâng cao năng suất lao động, thay thế
dần sức lao động của con người. Sự phát triển này đã dẫn đến rất nhiều chủng loại máy
ra đời nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếu của con người. Trong đó, máy uốn đã và
đang được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng.
Trong ngành xây dựng trước đây, việc uốn các chi tiết sản phẩm thép chủ yếu
làm bằng tay, vừa tốn thời gian, vừa tốn nhiều sức lao động của người công nhân
nhưng năng suất, hiệu quả mang lại là không cao. Ngày nay với sự hỗ trợ của máy
móc, cơng việc trở nên nhẹ nhàng hơn và năng suất cũng tăng lên gấp bội. Do đó giảm
được chi phí sản xuất trong ngành xây dựng.
Trên thị trường đã có nhiều loại máy uốn khác nhau, từ thủ công, bán tự động
cho đến tự động. Ở Việt Nam cũng đã xuất hiện nhiều loại máy uốn khác nhau, nhưng
hầu hết là sản phẩm được nhập khẩu từ bên ngồi nên đơi lúc nhu cầu của khách hàng
cịn nhiều hạn chế và đặc biệt là giá thành còn rất cao. Việc chế tạo máy uốn trong
nước sẽ làm hạ giá thành sản phẩm rất nhiều, bên cạnh đó còn tăng vị thế cạnh tranh
của thị trường trong nước so với thị trường thế giới trong lĩnh vực công nghiệp sản
xuất máy móc, thiết bị.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy uốn
thép phục vụ cho nhu cầu của xã hội là rất cần thiết, đồng thời cùng với sự định hướng
và hướng dẫn của cô Đinh Hải Lĩnh, chúng em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D” làm đồ án tốt nghiệp của mình.
Mục tiêu
-Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D
Nhiệm vụ
- Tìm hiểu tổng quát về máy uốn
- Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D
- Mô phỏng, thực nghiệm kiểm chứng

i

Phạm vi đề tài
- Mơ hình máy uốn dây sắt mini 3D

- Đường kính dây sắt Φ4 ÷ Φ6
- Góc uốn 180o
Phương pháp tiếp cận nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết
- Phương pháp thực nghiệm
Nội dung đề tài được trình bày trong 4 chương:
Chương 1 : Tổng quan về máy uốn dây sắt
Chương 2: Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ khí máy uốn dây sắt mini
Chương 3: Quy trình chế tạo, lắp ráp
Chương 4: Kết quả thực nghiệm
Tuy nhiên, do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên việc nghiên cứu đề tài
chắc chắn cịn nhiều thiếu sót. Vì vậy, rất mong được sự đóng góp của thầy, cơ cùng
các bạn để đề tài được hồn thiện hơn.
Qua đề tài này em xin chân thành cảm ơn cô Đinh Hải Lĩnh, cùng các thầy, cô và
các bạn đã giúp đỡ trong thời gian vừa qua để nhóm em hồn thành tốt đề tài của
mình.
Sinh viên thực hiện đề tài
Sơn
Nguyễn Cao Sơn

ii


NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Chữ ký, họ tên)

iii


NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Chữ ký, họ tên)

iv


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ MÁY DÂY SẮT ....................................................1
1.1 Tổng quan về máy uốn ........................................................................................1
1.1.1 Khái niệm ..........................................................................................................1
1.1.2 Lịch sử phát triển của máy uốn ..........................................................................1
1.1.3 Đặc điểm của máy uốn thép ...............................................................................2
1.2 Giới thiệu một số máy uốn thép hiện nay..........................................................3
1.2.1 Máy uốn sắt thủ công MDU110-19 ....................................................................3
1.2.2 Máy uốn thép cầm tay NRB - 32 ........................................................................4
1.2.3 Máy uốn sắt GW45 .............................................................................................5
1.2.4 Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2......................................................6
Chương 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY UỐN SẮT
MINI ...........................................................................................................................7

2.1. Yêu cầu đối với máy cần thiết kế ......................................................................7
2.1.1. Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng ......................................................................8
2.1.2. Khả năng làm việc .............................................................................................8
2.1.3. Độ tin cậy ..........................................................................................................8
2.1.4. An toàn trong sử dụng .......................................................................................8
2.1.5. Tính cơng nghệ và tính kinh tế ..........................................................................8
2.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế ........................................................9
2.2.1 Phương án 1: Cơ cấu truyền lực bằng tay ........................................................9
2.2.2 Phương án 2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ khí .................................................10
2.2.3 Phương án 3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực ..............................................11
2.2.4 Phương án 4: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén ...............................................13
2.2.5 Lựa chọn phương án thiết kế ...........................................................................14
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình uốn và biến dạng dẻo của kim loại ....14

v


2.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.....................................................................14
2.3.2 Ảnh hưởng của ứng suất dư ............................................................................14
2.3.3 Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại..............................................15
2.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................................15
2.4. Tính tốn các thơng số động học .....................................................................15
2.4.1 Xác định góc uốn đàn hồi .................................................................................15
2.4.2 Xác định chiều dài phơi uốn .............................................................................16
2.4.3 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất ..................................................................17
2.4.4 Tính tốn cơng suất khi uốn .............................................................................18
2.4.5 Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền ..........................................................20
2.4.6 Xác định kích thước tối đa của phơi uốn..........................................................21
2.5 Thiết kế hệ thống cơ khí máy uốn sắt mini trên phần mềm Inventor ..........22
2.5.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm Inventor ....................................................22

2.5.2 Thiết kế khung cơ khí máy uốn sắt mini ...........................................................22
2.5.3 Mơ hình tổng quan hệ thống cơ khí máy uốn trên phần mềm Inventor ...........30
Chương 3: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP ..................................................33
3.1 Quy trình chế tạo ...............................................................................................33
3.1.1 Lựa chọn vật liệu, thiết bị .................................................................................33
3.1.2 Chế tạo .............................................................................................................37
3.2 Lắp ráp ...............................................................................................................44
Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ..............................................................45
4.1 Các bước vận hành ............................................................................................45
4.2 Kết quả vận hành ..............................................................................................47
KẾT LUẬN ..............................................................................................................51
PHỤ LỤC
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Thép được sử dụng trong xây dựng ........................................................ 1
Hình 1. 2: Máy uốn thép thủy lực .......................................................................... 2
Hình 1. 3: Máy uốn sắt thủ cơng MDU110-19 ........................................................ 4
Hình 1. 4: Máy uốn thép cầm tay NRB-32............................................................... 5
Hình 1. 5: Máy uốn sắt GW45
.......................................................................... 5
Hình 1. 6: Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2 .......................................... 6
Hình 2. 1: Cơ cấu truyền lực bằng tay .................................................................... 9
Hình 2. 2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ khí ............................................................. 10
Hình 2. 3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực .......................................................... 11
Hình 2. 4: Ngun lí hoạt động khn uốn ............................................................ 12
Hình 2. 5: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén ........................................................... 13

Hình 2. 6: Tính đàn hồi khi uốn ........................................................................ 15
Hình 2. 7: Một số chi tiết điển hình khi thiết kế trên inventor ............................... 22
Hình 2. 8: Tạo bản vẽ trên Inventor ...................................................................... 23
Hình 2. 9: Chọn mặt phẳng làm việc ..................................................................... 23
Hình 2. 10: Bản vẽ phác thảo chi tiết .................................................................... 24
Hình 2. 11: Đùn chi tiết

........................................................................ 24

Hình 2. 12: Bàn máy hồn thiện ........................................................................ 24
Hình 2. 13: Bản vẽ kỹ thuật mặt bàn ..................................................................... 25
Hình 2. 14: Ổ bi đỡ
........................................................................ 25
Hình 2. 15: Bánh răng 1
........................................................................ 26
Hình 2. 16: Bánh răng 2
........................................................................ 26
Hình 2. 17: Ống dẫn
........................................................................ 26
Hình 2. 18: Giá đỡ step
........................................................................ 26
Hình 2. 19: Bản vẽ lắp ghép trục Z ....................................................................... 27
Hình 2. 20: Con lăn lắp trên trục động cơ ............................................................ 27
Hình 2. 21: Bộ trục tì
........................................................................ 27
Hình 2. 22: Bản vẽ lắp ghép bộ nạp ...................................................................... 28
Hình 2. 23: Con lăn
........................................................................ 28
Hình 2. 24: Bản vẽ lắp ghép bộ phận duỗi thẳng dây............................................ 28
Hình 2. 25: Bánh răng 3

........................................................................ 29
Hình 2. 26: Bánh răng 4
........................................................................ 29
Hình 2. 27: Bánh răng 5
........................................................................ 29
Hình 2. 28: Thanh răng
........................................................................ 29

vii


Hình 2. 29: Kẹp trục

........................................................................ 30

Hình 2. 30: Bản vẽ lắp ghép cơ chế uốn dây ......................................................... 30
Hình 2. 31: Tạo mơi trường lắp ghép .................................................................... 30
Hình 2. 32: Lấy chi tiết vào mơi trường ................................................................ 31
Hình 2. 33: Chi tiết sau khi được lấy vào .............................................................. 31
Hình 2. 34: Chọn lệnh ràng buộc lắp ghép ........................................................... 31
Hình 2. 35: Ràng buộc đồng tâm ........................................................................ 32
Hình 2. 36: Ràng buộc đồng phẳng ...................... 32Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 1: Nhựa in PLA
Hình 3. 2: Nhựa PVC

........................................................................ 33
........................................................................ 34

Hình 3. 3: Nhơm định hình
Hình 3. 4: Ván gỗ MDF

........................................................................ 35
........................................................................ 36

Hình 3. 5: Máy in 3D
........................................................................ 37
Hình 3. 6: Giao diện Slic3r
........................................................................ 37
Hình 3. 7: Chọn File định dạng STL ..................................................................... 37
Hình 3. 8: Chuyển đổi file IPT sang STL .............................................................. 38
Hình 3. 9: xoay chi tiết trên Slic3r ........................................................................ 38
Hình 3. 10: Cài đặt thông số tab Layers and perimeters ....................................... 38
Hình 3. 11: Cài đặt thơng số tab Infill .................................................................. 39
Hình 3. 12: Cài đặt thơng số tab Speed cho máy in .............................................. 39
Hình 3. 13: Cài đặt thơng số tab Filament ............................................................ 40
Hình 3. 14: Biên dạng chi tiết khi in ..................................................................... 40
Hình 3. 15: Xuất file G – Code
........................................................................ 41
Hình 3. 16: Điều khiển máy in
........................................................................ 41
Hình 3. 17: Quá trình in
........................................................................ 41
Hình 3. 18: Cặp bánh răng cơ cấu uốn ................................................................. 41
Hình 3. 19: Bánh răng trục Z
........................................................................ 42
Hình 3. 20: Gối Ổ bi ............................................................................................. 42
Hình 3. 21: Giá đỡ động cơ step ........................................................................ 42
Hình 3. 22: Con lắn gắn trục động cơ................................................................... 42
Hình 3. 23: Thanh răng
........................................................................ 42

Hình 3. 24: Giao diện chính
........................................................................ 42
Hình 3. 25: Cài đặt chế độ cắt và chọn dao phay.................................................. 43
Hình 3. 26: Hình dạng sau khi phay của cơ cấu duỗi thẳng dây ........................... 43
Hình 3. 27: Sơ đồ lắp ráp tổng thể ........................................................................ 44
Hình 3. 28: Cơ cấu bánh răng thanh răng ............................................................................. 44

viii


Hình 3. 29: Cơ cấu uốn ........................................................................................ 44
Hình 3. 30: Trục Z

........................................................................ 44

Hình 3. 31: Chân bàn ........................................................................................... 44
Hình 4. 1: Kết nối nguồn điện
............................................................................................45
Hình 4. 2: Giao diện Arduino IDE ........................................................................ 46
Hình 4. 3: Chọn vi điều khiển
........................................................................ 46
Hình 4. 4: Chọn chip xử lí
........................................................................ 46
Hình 4. 5: Chọn Port
........................................................................ 47
Hình 4. 6: Nạp code cho vi điều khiển .................................................................. 47
Hình 4. 7: Chọn chế độ thủ cơng ........................................................................ 47
Hình 4. 8: Chế độ nhập số thủ cơng manual mode ................................................ 48
Hình 4. 9: Lệnh đùn dây
........................................................................ 48

Hình 4. 10: Hình ảnh thực tế khi nhập lệnh f10 .................................................... 48
Hình 4. 11: Lệnh xoay trục Z
........................................................................ 48
Hình 4. 12: Hình ảnh thực tế khi nhập z90 ........................................................... 49
Hình 4. 13: Lệnh bẻ cong
........................................................................ 49
Hình 4. 14:Hình ảnh thực tế khi nhập b-40 ........................................................... 49
Hình 4. 15: Sản phẩm hình lập phương khi uốn tự động ....................................... 50
Hình 4. 16: Sản phẩm hình sao khi uốn tự động ................................................... 50

ix


Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN DÂY SẮT
1.1 Tổng quan về máy uốn
1.1.1 Khái niệm
Máy uốn sắt là loại máy gia công kim loại bằng áp lực để uốn ra những sản
phẩm có hình dáng, kích thước nhất định. Máy gồm các bộ phận: nguồn động lực, bộ
truyền động và cơ cấu uốn.
Sản phẩm uốn rất đa dạng và phong phú, có thể là kim loại như thép, nhôm,
đống, inox … được dùng rộng rãi trong thực tế. Từ những hoa văn trên cửa sổ sắt cho
đến những tấm biển quảng cáo, những tay cầm của các đồ dùng đều qua quá trình uốn
mà hình thành.
Sản phẩm uốn còn dùng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, những tòa nhà cao tầng,
chung cư, biệt thự được xây dựng nên đều có sự góp phần quan trọng của sản phẩm
qua quá trình uốn.

Hình 1. 1: Thép được sử dụng trong xây dựng
1.1.2 Lịch sử phát triển của máy uốn
Từ xưa con người đã biết sử dụng những vật thể tròn xoay bằng đá hoặc bằng gỗ

để nghiền bột làm bánh, ép dầu,…Những vật thể tròn xoay này dần thay thế bởi đồng,
nhôm và từ việc cán bằng tay được thay thế bằng các trục cán để dễ dàng tháo lắp trên
các máy có gá trục cán, qua thời gian phát triển ngày càng hồn thiện dần ví dụ như
ban đầu các trục cán còn dẫn động bằng sức người, nhưng khi sản xuất địi năng suất
cao hơn thì máy càng to hơn do đó con người khơng thể dẫn động các trục cán này thì
ta lại dẫn động bằng sức trâu, bò ngựa,..
Năm 1771 máy hơi nước ra đời lúc này máy cán được chuyển sang dùng động
cơ hơi nước. Năm 1864 chiếc máy cán 3 trục đầu tiên được ra đời vì vậy sản phẩm

1


uốn, cán phong phú hơn trước khi 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 được ra đời.
Máy uốn là một sản phẩm của ngành cơ khí chế tạo dùng để uốn những phôi liệu
thành những sản phẩm có ích cho đời sống con người. Nó góp phần đáng kể vào việc
giảm sức lao động của con người trong q trình làm ra sản phẩm.
Máy uốn có rất nhiều loại và được dùng phổ biến nhất ở rất nhiều nước trên thế
giới trong đó có cả Việt Nam chúng ta.
Máy uốn thép có rất nhiều loại như máy uốn bằng thủy lực, máy uốn bằng điện,
…

Hình 1. 2: Máy uốn thép thủy lực
Sự phát triển của máy uốn ngày càng mạnh, những sản phẩm uốn bằng tay rồi
sau đó phát triển dần lên uốn bằng máy để giảm sức người và uốn bán tự động rồi đến
uốn tự động cho tới tận khâu cấp phôi.
1.1.3 Đặc điểm của máy uốn sắt

Uốn sắt là việc biến đổi hình dạng của phơi sắt thành hình dạng như người ta
mong muốn. Ngày nay có rất nhiều loại máy uốn ra đời: máy uốn kim loại tấm, máy
uốn dây thép, máy uốn thép ống, máy uốn định hình, máy uốn tự động CNC và các
máy uốn tự động khác …

2


Do được lập trình sẵn nên máy uốn sắt có cách hoạt động đơn giản. Người dùng
chỉ cần nhập thông số kỹ thuật của sản phẩm gia công vào hệ thống điều khiển của
máy, sau đó cho sắt, thép vào máy là máy có thể tự gia cơng hồn tồn, cho ra sản
phẩm đạt yêu cầu cao nhất. Tốc độ uốn trung bình của máy uốn ống hiện nay là từ 5 7 phút/m, riêng một số máy có tốc độ uốn lên tới 30m/phút, thường được dùng để uốn
những hình thù phức tạp chữ U, chữ L,…
Sở dĩ máy uốn sắt ngày càng được ưa chuộng trong lĩnh vực xây dựng là nhờ
những đặc điểm vượt trội sau:
- Máy uốn có khả năng tự động cao, nhờ đó, giải pháp sức lao động con người
hiệu quả.
- Máy tích hợp nhiều tính năng như nắn, bẻ, uốn, cắt,… thành nhiều hình thù và
kích thước khác nhau, đáp ứng mọi u cầu sử dụng.
- Hiệu suất làm việc của máy có thể bằng 10 - 15 người lao động phổ thông, nhờ
đó, là giải pháp tiết kiệm chi phí nhân cơng tối ưu.
- Tốc độ uốn nhanh và mỗi lần có thể gia cơng được nhiều sản phẩm, góp phần
đẩy nhanh tiến độ công việc.
- Máy thân thiện với người dùng, thao tác đơn giản, vận hành dễ dàng.
- Nếu sử dụng và bảo trì đúng cách, máy có độ bền cao.
Với máy uốn dây sắt bán tự động như đã nghiên cứu, khối lượng của máy nhẹ, dễ
vận chuyển, tốc độ uốn khá nhanh, chi phí chế tạo thấp, thích hợp cho việc sản xuất tại
công trường.
Máy uốn dây sắt có thể uốn được dây thép từ ø4 – ø6 và góc uốn có thể thay đổi
được nên dùng để uốn ra hình hoa văn khác trong trang khí tùy theo cách ta điều chình

góc uốn.
1.2 Giới thiệu một số máy uốn sắt hiện nay
1.2.1 Máy uốn sắt thủ công MDU110-19
Máy gọn gàng, nhẹ dễ dàng vận chuyển, thao tác trong sản xuất. Máy uốn điều
chỉnh bằng tay nên ống ít bị móp, vặn vỏ đỗ như các máy lớn

3


Máy được thiết kế phù hợp với các xưởng sản xuất vừa và nhỏ, xưởng cơ khí,
xưởng quảng cáo, xưởng mới thành lập, xưởng sản xuất có khối lượng cơng việc liên
quan tới uốn ống không nhiều.
Khung máy được làm từ thép tạo sự cứng cáp và chắc chắn. Puly chủ động được
chế tạo từ thép 40X. Với puly chính được lăn nhám chống trượt trong q trình uốn.
Nhược điểm:
-Khơng uốn được những hộp có kích thước lớn.
-Máy được sản xuất tại Việt Nam
-Vật liệu máy uốn được: thép, đồng, nhơm...

Hình 1. 3: Máy uốn sắt thủ cơng MDU110-19
1.2.2 Máy uốn sắt cầm tay NRB - 32
NRB-32 Là loại máy uốn cầm tay sắt giá rẻ thiết kế kiểu điện thủy lực. Thiết bị
chuyên uốn các loại sắt cây xây dựng, sắt cây phi 22mm, 20mm, 18mm, 16mm,
14mm, 12mm, 10mm, 8mm, 6mm. Máy uốn sắt cầm tay thủy lực mini NRB-32 Trung
Quốc công suất 1350W uốn các loại sắt cây xây dựng với góc uốn cho phép 0-90 độ
theo 2 chiều kéo đẩy. Máy được thiết kế kiểu cầm tay dùng thủy lực trọng lượng
24Kg. Máy có đặc điểm là nhỏ gọn, tiện lợi và dễ dàng sử dụng máy sử dụng điện
áp 220V thích hợp với các cơng trình dân dùng, địi hỏi phải di chuyển nhiều. Máy có
tác dụng uốn sắt theo chính xác nhu cầu và ý định của công nhân. Sử dụng máy uốn
sắt cầm tay sẽ hạn chế được một số rủi ro trong quá trình lao động.

4


Hình 1. 4: Máy uốn thép cầm tay NRB-32
1.2.3 Máy uốn sắt GW45
Máy dùng để uốn thép các bon thông thường hay thép xoắn kích thước từ nhỏ
đến lớn thành các hình dạng khác nhau để áp dụng trong xây dựng cầu đường, các dự
án xây chung cư, tòa nhà lớn, nhỏ…
GW45 có khả năng uốn thanh sắt thép từ Ø4 - Ø36. Sử dụng đơn giản, dễ dàng
điều chỉnh góc uốn cũng như kích thước thanh thép. Sử dụng điện áp 3 pha (380V),
cơng suất động cơ 3kW.
Góc uốn: góc uốn điều chỉnh được từ 0 đến 180o.
Tính linh hoạt cao: trang bị cả bảng điều khiển tay và công tắc chân để thuận tiện
cho người điều khiển.
Dễ dàng sử dụng: máy uốn sắt di chuyển dễ dàng, vận hành đơn giản, an tồn,
đáng tin cậy với góc uốn chuẩn, tốc độ uốn nhanh.

Hình 1. 5: Máy uốn sắt GW45

5


1.2.4 Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2
Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2 là dòng máy uốn sắt tự động uốn sắt
xây dựng, bẻ đai sắt thép xây dựng, đây là dòng máy uốn thép được điều khiển tự động
bằng hệ thống CNC giúp cho máy dễ dàng điều khiển, uốn được các loại đai sắt có
biên dạng phúc tạp như đai sắt: biên dạng vuông, chữ nhật, chữ H, tam giác, hình sao
và thậm trí là hình trịn. Máy uốn sắt tự động Gute SGW12D-2 có đường kính uốn lớn
nhất là phi 12 mm nên nó được sử dụng rộng rãi đề uốn các loại đai thép xây dựng, các

nhà máy sản xuất dây thép công nghiệp.

Hình 1. 6: Máy uốn sắt tự động CNC Gute SGW12D-2

6


Chương 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
MÁY UỐN DÂY SẮT MINI

2.1. Yêu cầu đối với máy cần thiết kế
Máy gồm 3 cơ cấu chính lần lượt là: cơ cấu duỗi thẳng, cơ cấu nạp dây sắt, cơ
cấu uốn. Ngồi ra đối với u cầu của máy có thể tạo hình 3D nên cần một trục xoay
để tạo ra các hình dạng 3D. Máy uốn được dây sắt có max  6mm
Cơ tính của sắt: Các giá trị về các chỉ tiêu cơ tính của sắt như sau:
+ Giới hạn bền kéo:  b = 250 N / mm2
+ Giới hạn chảy:  ch = 120 N / mm2
+ Độ cứng: HB = 80 KG / mm2
+ Độ dai va đập :  k = 3000 kJ / m2
+ Độ giãn dài tương đối:  = 50 %
Nguyên lí làm việc của máy uốn dây: Đầu tiên dây sắt sẽ đi qua một loạt con lăn
có tác dụng chính để duỗi thẳng dây. Tiếp theo dây được cung cấp chính xác cho cơ
cấu nạp dây thơng qua một động cơ step. Sau đó dây sẽ được uốn nhờ vào tay uốn
được điều khiển bởi một động cơ servo. Ngồi ra cịn có một động cơ bước khác, gọi
là trục Z cho phép máy tạo các dạng ba chiều. Và bộ não của máy là một bo mạch
Arduino cùng với các thành phần điện tử khác được gắn trên một PCB được thiết kế
tùy chỉnh.

7

Bộ nạp

Cơ cấu duỗi
thẳng dây

Trục xoay Z
Cơ cấu uốn

2.1.1. Các chỉ tiêu về hiệu quả sử dụng
- Máy có kết cấu gồm nguồn động lực, bộ truyền và cơ cấu uốn. Hệ thống nắn,
uốn, duỗi sắt đảm bảo cứng vững, bề mặt tiếp xúc ổn định không trượt.
2.1.2. Khả năng làm việc
- Máy có thể uốn được sắt có đường kính Ømax = 6(mm), khi hoạt động máy ổn
định khơng biến dạng.
2.1.3. Độ tin cậy
- Máy có khả năng uốn được sắt có đường kính Ømax = 6(mm), mà vẫn giữ được
các chỉ tiêu (như năng suất, công suất, mức độ tiêu thụ năng lượng, độ chính xác, …)
trong suốt quá trình làm việc hoặc trong quá trình thực hiện cơng việc đã quy định.
2.1.4. An tồn trong sử dụng
Máy trong điều kiện sử dụng bình thường kết cấu khơng gây nguy hiểm cho
người sử dụng, cũng như không gây hư hại cho thiết bị, nhà cửa và các đối tượng xung
quanh.
2.1.5. Tính cơng nghệ và tính kinh tế
- Máy thiết kế với số lượng ít nhất các chi tiết, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp
ráp.

8

2.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
2.2.1 Phương án 1: Cơ cấu truyền lực bằng tay
a) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2. 1: Cơ cấu truyền lực bằng tay
4: Bánh xe di động

1: Sắt uốn
2: Vòng hãm

5: Tay quay

3: Bánh xe cố định

6: Tay cầm để quay

b) Nguyên lý hoạt động:
Cơ cấu truyền lực bằng tay chỉ áp dụng cho một số loại thép có đường kính
nhỏ, u cầu độ chính xác của góc uốn thấp. Cơ cấu truyền lực bằng tay được hoạt
động như sau: Sau khi kiểm tra ống ta đưa ống vào khi đó quay tay quay (6) bánh xe di
động (4) sẽ lăn trên bánh xe cố định (3), bánh xe cố định (3) được gá trên thân máy sẽ
làm cong chi tiết tạo thành góc uốn cần thiết, để giữ chi tiết ta dùng vòng hãm (2). Để
lấy chi tiết ra ta quay tay quay (6) về vị trí ban đầu và lấy chi tiết ra.
c) Ưu điểm và nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản.
+ Rẻ tiền phù hợp cho sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
- Nhược điểm:
+ Độ chính xác thấp, năng suất thấp.
+ Không xác định được sai số đàn hồi sau khi uốn.

+ Phải dùng lực bằng tay

9


+ Dễ sinh ra khuyết tật trong khi uốn.
2.2.2 Phương án 2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ khí
a) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2. 2: Cơ cấu truyền lực bằng cơ khí
1: Động cơ

2: Hộp giảm tốc

3: Tay quay

4: Khn uốn tĩnh

5: Khuôn uốn động

6: Cơ cấu ly hợp

7: Cặp bánh răng
b) Nguyên lý hoạt động:
Máy uốn làm việc được truyền động từ động cơ điện (1) qua hộp giảm tốc (2)
rồi đến cơ cấu truyền lực bằng cơ, trong cơ cấu lựa chọn ta dùng cặp bánh răng (7), cơ
cấu bánh răng (7) được nối với khuôn uốn động (5). Để hãm sắt trong quá trình uốn ta
dùng tay quay (3) đưa khuôn uốn tĩnh (4) gần khuôn uốn động để hãm chi tiết. Ngồi
ra để đảm bảo góc uốn ta có cơ cấu ly hợp (6) ngắt động cơ khi góc uốn đúng như ban
đầu tính tốn.

c) Ưu điểm và nhược điểm:
- Ưu điểm:

10


+ Kết cấu tương đối đơn giản.
+ Độ chính xác, năng suât tương đối cao phù hợp cho sản xuất loạt vừa và nhỏ.
- Nhược điểm:
+ Lực tác dụng lên chi tiết khơng đồng đều.
+ Mức độ chun mơn hóa chưa cao.
2.2.3 Phương án 3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực
a) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2. 3: Cơ cấu truyền lực bằng thủy lực
1: Nút on/off

2: Tay điều khiển

3: Piston thủy lực

4: Cánh tay quay

5: Bản lề chữ U

6: Bulơng ép

7: Chốt di chuyển

8: Chốt xoay

9: Cánh tay chính

10: Bán kính khn uốn

11: Khối nén

12: Động cơ thủy lực

11


b) Nguyên lý hoạt động:
- Máy uốn thép thủy lực hoạt động dựa trên nguyên tắc hoạt động của pittôngxi lanh thủy lực. sau khi cung cấp nguồn cho động cơ thủy lực (12) sau đó nhờ cơ cấu
điều khiển (2) đi qua pittông thủy lực (3) và được truyền đến cánh tay quay (4) làm
uốn chi tiết. Trên cánh tay quay (4) có lắp bản lề chữ U (5) và bulơng ép (6) nhằm giữ
ống trong q trình uốn.Trên cánh tay quay (4) cũng như trên cánh tay chính (9) có
các lỗ vì vậy có thể dễ dàng thay khuôn uốn một cách đơn giản.
- Nguyên lý khuôn uốn hoạt động như sau: Sau khi chi tiết được làm sạch và
kiểm tra không bị khuyết tật, chi tiết (13) được đưa vào khn ta đóng bản lề chữ U
(5) và xiết bulơng hãm (6) nếu cần.

Hình 2. 4: Ngun lí hoạt động khn uốn
c) Ưu điểm và nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Lực tác dụng lên chi tiết tương đối đồng đều.
+ Có độ chính xác cao, năng suất cao.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp, thiết kế tương đối khó.
+ Khá đắt tiền.

+ Bảo dưỡng máy tương đối tốn kém.

12


2.2.4 Phương án 4: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén
a) Sơ đồ ngun lí

Hình 2. 5: Cơ cấu truyền lực bằng khí nén
1: Động cơ khí nén

2: Hộp điều khiển khí nén

3: Pittơng khí nén

4: Đĩa phân độ

5: Khn uốn động

6: Khuôn uốn tĩnh

b) Nguyên lý hoạt động
Máy uốn sắt truyền lực bằng khí nén được truyền động từ động cơ khí nén (1)
qua cơ cấu điều khiển khí nén (2), sau đó qua bộ phận ống dẫn đến pittơng (3), có 2
pittơng truyền lực một pittơng truyền cho khuôn uốn động (5), một pittông được
truyền cho giá quay trên đó có khn uốn tĩnh (6) vì vậy tạo ra vật uốn cần thiết. Để
đảm bảo góc uốn chính xác ta có đĩa phân độ (4). Hiện nay máy uốn thép truyền lực
bằng khí nén rất ít được dùng vì có cơ cấu khí nén rất phức tạp, máy dùng cơ cấu thủy
lực hiện nay được sử dụng nhiều nhất.
c) Ưu điểm và nhược điểm

- Ưu điểm:
+ Lực tác dụng lên chi tiết tương đối đồng đều.
+ Có độ chính xác cao, năng suất cao.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp.
+ Khá đắt tiền.

13


+ Ít được dùng vì van điều chỉnh khí nén khá phức tạp
2.2.5 Lựa chọn phương án thiết kế
Như vậy với yêu cầu đối với máy cần chế tạo, qua thực tiễn và nghiên cứu 4
phương án em thấy phương án 2 chọn cơ cấu truyền lực bằng cơ khí, có kết cấu đơn
giản, có độ chính xác tương đối cao nhưng giá thành thấp phù hợp với điều kiện sản
xuất vừa và nhỏ. Mặt khác nghiên cứu cơ cấu truyền lực bằng cơ sát với chương trình
học hơn, vì vậy em chọn phương án thiết kế dùng cơ cấu truyền lực bằng cơ khí để
thiết kế và chế tạo thử nghiệm, từ đó có thể làm cơ sở cho việc nghiên cứu máy uốn sử
dụng động cơ điện ít tạo ra khuyết tật trong khi uốn, việc điều chỉnh máy tương đối dễ
dàng sau đó là việc nghiên cứu đến máy bán tự động và tự động trong tương lai.
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình uốn và biến dạng dẻo của kim loại
2.3.1 Ảnh hưởng 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 như cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các
hạt kim loại bị chai chưa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó
ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dịn và có thể bị nứt. Nếu lấy 2
khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy
ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhưng độ biến dạng tổng cộng trên
máy ép lớn hơn.

2.3.2 Ảnh hưởng của ứng suất dư
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng,
ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm manh (hiện tượng biến cứng). Khi
nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25  0,30 Tnc (nhiệt độ nóng chảy) ứng suất dư và xơ lệch
mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi). Nếu nhiệt
độ nung đạt tới 0,4 Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức
kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên
độ dẻo tăng.

14


2.3.3 Ảnh hưởng 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 thường
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 thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc
nhiều pha các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt làm tăng xơ lệch mạng cũng
làm giảm tính dẻo của kim loại.
2.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng
nhiệt độ tính dẻo tăng. Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng
thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức
đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường 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 - 100°C thì độ dẻo tăng chậm nhưng từ 100oC  4000oC độ dẻo giảm nhanh, độ giịn
tăng, q nhiệt độ này thì độ dẻo tăng nhanh, ở nhiệt độ rèn nếu hàm lượng cacbon
trong thép càng cao thì sức chống biến dạng càng lớn.
2.4. Tính tốn các thơng số động học
2.4.1 Xác định góc uốn đàn hồi
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.

Hình 2. 6: Tính đàn hồi khi uốn
Sự phục hồi đàn hồi thường được thể hiện bằng sự thay đổi của góc uốn. Để có
chi tiết góc uốn  thì phải uốn góc  o và góc uốn đàn hồi được xác định:

15