Thiết kế máy cán tôn sóng ngói

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CÁN UỐN TƠN SĨNG NGĨI

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. DƯƠNG MỘNG HỊA
ĐỒN QUỐC VIỆT

Đà Nẵng, 2017


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

LỜI NĨI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước ,nhu cầu của con người ngày càng phong
phú và đa dạng, nhiều cơng trình ,nhà ở mọc lên một cách nhanh chóng. Do đó nhu
cầu sử dụng tấm lợp ngày càng tăng nhanh, đặt biệt là các loại tấm lợp bằng kim loại.
Yêu cầu đặt ra đối với các loại tấm lợp ngày càng cao về hình dạng, màu sắt và kích
thướt, trong khi đó nước ta chƣa sản xuất được phôi để tạo ra các sản phẩm trên mà
phải nhập từ nước ngồi. Để có những sản phảm đến với người tiêu dùng có mẫu mã
đẹp, kích t h ư ớ c n h ư mong muốn và giá thành phù hợp thì việc thiết kế chế tạo ra

“Máy cán uốn tơn sóng ngói” là cần thiết.
Sau một thời gian dài nghiên cứu ,tìm hiểu được sự giúp đỡ, gợi ý của các thầy

C
C

cô trong Khoa và sự tận tình hướng dẫn của thầy Dương Mộng Hà em đã chọn và
thực hiện đề tài “Thiết kế máy cán tôn sóng ngói”. Đây là một đề tài tương đối phổ

R
L
T.

biến và có tính khả thi cao và cần thiết. Nếu sự đầu tư đúng hướng và ngày càng
mạnh vào lĩnh vực cơ khí của đất nước như hiện nay thì việc thiết kế chế tạo ra một

DU

dây chuyền sản xuất như thế hồn tồn có thể thực hiện được.
Mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo nhưng do vốn kiến thức còn
hạn chế tài liệu lại khan hiếm, thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế
lại phải giải quyết một nhiệm vụ lớn nên đề tài sẻ không tránh khỏi những sai suất Rất
mong sự góp ý của các thầy cơ và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin gởi đến thầy Dương Mộng Hà cùng các thầy cơ trong khoa Cơ
Khí,lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12 năm2017
Sinh viên thiết kế

Đoàn Quốc Việt

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

1. GIỚI THIỆU VỀ TƠN SĨNG.
1.1. Khái niệm.
Trong cuộc sống hiện nay, nhu cầu về tấm lợp ngày càng cao. Người ta sản xuất
và sử dụng rộng rải, phổ biến nhất là tơn kim loại. Đó là những tấm kim loại được dát
mỏng, thường sử dụng với chiều dày từ 0,25mm đến 0,5mm, với chiều rộng từ 0,92m
đến 1,22m. Tôn sử dụng nhiều làm tấm lợp, che chắn.
Hiện nay tôn phẳng được sản xuất thành từng cuộn là chủ yếu, với khối lượng
mỗii cuộn khoảng 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định. Các loại tôn cuộn thường
được nhập khẩu từ nước ngoài như: BHP - ÚC, NKK- NHẬT, ANMAO- ĐÀI LOAN,

C
C

HÀN QUỐC... và đã có sẵn lớp bảo vệ oxi hóa thường gọi là tơn mạ màu, tơn mạ kẽm,

R
L

T.

tôn lạnh. Để tăng thêm độ cứng vững và thuận tiện khi sử dụng, người ta tạo sóng cho
nó và vấn đề tạo sóng là vấn đề cần thiết cho sử dụng. Việc tạo sóng tơn cũng là bước

DU

cơng nghệ quan trọng và liên quan đến nhiều yếu tố.

Tùy thuộc yêu cầu sử dụng mà người ta chọn biên dạng sóng là tạo sóng thẳng
hay sóng ngối. Tơn sóng thẳng có tơn sóng vng và sóng trịn, loại sóng trịn do
trước đây sản xuất theo cỡ nên gây khó khăn trong việc sử dụng.
So với các loại tấm lợp ở nước ta thường sử dụng như ngói, nhựa, mirơ xi
măng, giấy lợp... thì tơn kim loại có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt là loại tơn sóng (sóng
vng, sóng ngói), sản xuất theo công nghệ mới, cán cắt theo yêu cầu sử dụng và có
ưu điểm :
- Kích thước gọn nhẹ.
- Ít hư hỏng, khơng thấm nước.
- Kết cấu sàn lợp gọn, nhẹ, tiết kiệm được vật liệu (thanh xà bằng gỗ hay thép).
- Tuổi thọ cao.
- Bức xạ nhiệt.
- Chiều dài tôn theo yêu cầu.
Nhờ những ưu điểm trên, cùng với sự phát triển của nền kinh tế mà công nghệ
chế tạo tôn được đầu tư phát triển đáp ứng nhu cầu và việc sử dụng tôn ngày càng rộng
rãi.
SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 2

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.1: một số sản phẩm tơn.
1.2. Phân loại.
Việc phân loại tơn có nhiều cách. Có thể dựa vào thành phần vật liệu, cơng
dụng sản phẩm, biên dạng tơn, kích thước màu sắc... Có thể phân loại sơ bộ như sau:
- Thành phần vật liệu có tơn kẽm, tơn nhơm, tơn thép, tơn mạ kẽm, mạ nhơm...

SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

- Theo màu sắc.
- Theo số sóng : 5 sóng, 7 sóng, 9 sóng,....
- Theo cơng dụng : Loại mái vịm, mái thẳng, tơn lạnh...
- Theo biên dạng : Tơn sóng vng,sóng trịn, sóng ngói...
- Theo chiều dày : 0,3mm, 0,4mm, 0,45mm...
Kích thước các loại tơn như sau:
Bảng 2.1: Kích thước một số loại tơn
(Trích theo kích thước tơn Phương Nam)
Chiều dày tole (mm)
Tole đen
Tole mạ kẽm
0.21
0.23
0.26
0.28
0.31
0.33
0.36
0.38
0.41
0.43
0.46
0.48
0.50
0.52
0.55
0.57
0.72

0.75
1.3.Các biên dạng tôn thường gặp .

Tole màu
0.25x1200
0.30x1200
0.35x1200
0.40x1200
0.45x1200
0.50x1200
0.54x1200
0.59x1200
0.77x1200

C
C

R
L
T.

* Loại sóng thẳng .

DU

+ Sóng trịn :

+ Sóng vng :

* Loại sóng ngói

SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

❖ Thơng số các loại tơn thường dùng:
• Đối với tơn sóng vng :
+ Tơn khổ 914 mm tạo tơn 7 sóng.
Diện tích hữu dụng là : 125*6=750 (mm)
+ Tơn khổ 1200 mm tạo 9 sóng.
Diện tích hữu dụng là : 125*8=1000 (mm)
+Biên dạng, các thơng số tơn sóng vng như sau:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2: Biên dạng sóng vng.

• Đối với tơn sóng ngói :
+ Tơn khổ 914 mm tạo tơn 5 sóng.
Diện tích hữu dụng là : 190.4=760 (mm)
+ Tơn khổ 1200 mm tạo tơn 6 sóng.
Diện tích hữu dụng là : 190.5=940

(mm)

Hình 1.3: Biên dạng sóng ngói.

SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

• Đơi với tơn sóng trịn :
+Chiều dài hữu dụng: 74*10=740 (mm)

Hình 1.4: Biên dạng sóng trịn
• Đối với tơn vịng :
- Loại này được cán lại sau khi tơn đã tạo sóng, q trình tạo vịng là do các khía

C

C

của hai bên lơ cán tạo ra. Bán kính góc lượn thay đổi bởi lô cán đầu ra.

R
L
T.

+ Tôn khổ 914 mm tạo tơn 7 sóng.

Diện tích hữu dụng là : 125.6=750 (mm)

DU

+ Tôn khổ 1200 mm tạo tôn 9 sóng.

Diện tích hữu dụng là : 125.8=1000 (mm)
1.4. Vật liệu chế tạo.

Vật liệu làm tôn là những tấm thép các bon chất lượng trung bình, được sử
dụng rộng rãi, sản lượng cao, dễ khai thác, dễ chế tạo, giá thành hạ ( Thép CT 38).
Loại tôn thép các bon kém bền trong mơi trường khơng khí nước mưa... Để
khắc phục hiện tượng trên người ta thường mạ kẽm, thiếc hoặc sơn màu sau khi đã cán
thành tấm.
Tơn hợp kim thì bền nhưng giá thành cao.
Tôn nhôm nhẹ, dễ cán, uốn, bền trong khơng khí nhưng giá thành cao và hiệu
lực kém.
1.5. Nhu cầu sử dụng hiện nay và một số máy cán tôn.
Trước đây do nhu cầu chất lượng cuộc sống thấp, công nghệ chưa phát triển,
vấn đề tấm lợp chưa được quan tâm. Cùng với thời gian loại tấm lợp bằng tôn được ra

đời, được cải thiện dần và đã sản xuất ra những loại tấm lượn sóng và có các kích
thước nhất định. Nhưng loại này giá thành cao, không thuận lợi cho sử dụng,nên nhu
cầu sử dụng cịn hạn chế.
SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Ngày nay cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, sự hội nhập và
hợp tác, đầu tư sản xuất. Nền kinh tế nước ta đã từng bước phát triển, đưa tiến độ khoa
học vào thực tế sản xuất, đời sống dần dần được nâng cao. Từ đó nảy sinh nhiều nhu
cầu thiết yếu vấn đề xây dựng cơ bản, kết cấu hạ tầng ngày càng nhiều. Do vậy vấn đề
sử dụng tấm lợp mà nhất là tôn ngày càng nâng lên. Nó đặt ra một số yêu cầu mới về
giá cả màu sắc và mẫu mã...Đáp ứng yêu cầu đó các nhà sản suất đã đầu tư nghiên cứu
và ra được tôn tấm phẳng quấn thành cuộn với nhiều màu sắc kích thướt ngang cũng
như độ dày của tôn.
Để tiện lợi đưa vào sử dụng người ta chế tạo ra máy cán tạo sóng từ tơn phẳng
và cắt chiều dài theo u cầu. Hiện nay tơn sóng được sản suất và bày bán rộng rãi trên
thị trường với nhiều màu sắc và chủng loại đa dạng như tơn chịu nhiệt, tơn sóng

C
C

vng, tơn sóng trịn, tơn sóng ngói, tơn mái vịm. Tơn sóng có nhiều cỡ sóng,kích

thước chiều ngang từ 0,92m đến 1,22m. Nên việc lựa chọn loại tơn để sử dụng rất dể

R
L
T.

dàng.

Nhìn chung việc lựa, sử dụng loại sóng tơn ( sóng vng, sóng trịn hay sóng

DU

ngói ) nó cịn tùy thuộc vào đặc điểm kiến trúc của cơng trình xây dựng. Đa số hiện
nay người ta sử dụng tơn sóng thẳng (Sóng vng, sóng trịn ) và nó phù hợp thẩm mỹ
với nhà thơng dụng và công nghiệp. Cùng chủng loại tôn nhưng tôn sóng ngói có giá
thành cao hơn một ít. Tơn sóng ngói dùng phù hợp với những nhà có kiến trúc hiện đại
( 4 mái, 6 mái ), biệt thự, hoặc các kiểu kiến trúc cổ mà về yêu cầu thẩm mỹ khơng thể
thay bằng tơn sóng thẳng được, nên nhu cầu sử dụng tơn sóng ngói ít hơn. Trong
tương lai theo đà phát triển, nhu cầu về thẩm mỹ thì tơn sóng ngói cũng có triển vọng
cao. Một đặc điểm nữa của tơn sóng ngói là nó chỉ lợp một chiều nên khi sử dụng lợp
các phần chéo thì phải bỏ một phần diện tích tơn.
Trong tương lai gần, nhu cầu về thẩm mỹ càng cao thì tơn sóng ngói sẽ có nhiều
triển vọng phát triển.
Hiện nay tại thành phố Đà Nẵng, các cơng trình xây dựng đang được quy hoạch
và xây dựng rất mạnh mẽ.
Chính vì thế mà các nhà máy tôn cũng được đầu tư và phát triển với các dây
chuyền máy móc hiện đại. Như cơng ty cổ phần Điện chiếu sáng Đà Nẵng DALICO

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

(Cầu Nam Ơ), Cơng ty Cổ phần kim khí miền Trung, Công ty thép Đà Nẵng (khu công
nghiệp Liên Chiểu)…….

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

C
C

R
L
T.

Hình 1.5: Hình ảnh một vài loại máy cán tơn

DU

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Chương 2: LÝ THUYẾT Q TRÌNH GIA CƠNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ
THUẬT CÁN UỐN THÉP TẤM

2.1. Lý thuyết về biến dạng dẻo của kim loại.
2.1.1 Biến dạng dẻo của kim loại.
a.Biến dạng dẻo trong đơn tin thể.

Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định,
mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a).
Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng.
Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim
loại dịch chuyển không quá một thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh

C
C

thể lại trở về trạng thái ban đầu.

R
L
T.

Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi,
kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh.

DU

Theo hình thức trượt, 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 trượt (c). Trên mặt
trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng
số nguyênlần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng
mới, bởi vậy sau khi thơi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu.

H2.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí
mới đối xứng với phần c ̣òn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các
nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt
song tinh.
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu
gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên
tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh trượt sẽ
xẩy ra thuận lợi hơn.
b. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể.
Biến dạng dẻo xảy ra trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến
dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt

C
C

trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o sau đó mới đến
các mặt khác.

R
L
T.

Như vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đông thời và
không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến

DU

dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau, do sự trượt và quay của các hạt
trong các hạt lại xuất hiện các mặt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp
tục phát triển.
2.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại.
a. Ứng suất chính
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại. Qua thực
nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi
chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất dư, ma sát ngồi
làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng
giảm.
b. Ứng suất dư.
Ứng suất dư chính là nội lực tồn tại trong kim loại sau mỗi q trình gia cơng
bất kỳ sự tồn tại của ứng suất dư bên trong vật thể biến dạng sẽ làm cho tính dẻo của
vật kém đi. Ứng suất dư lớn có thể làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Thông
thường ứng suất dư trong kim loại bao giờ cũng cân bằng, nghĩa là tổng giá trị ứng
suất kéo phải bằng tổng gia trị ứng suất nén.

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 11

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Khi vật thể chịu ứng suất do ngoại lực tác động (σo) nếu kể đến ảnh hưởng của
ứng suất dư thì tổng ứng suất (σ) tác dụng bên trong vật thể sẽ khác nhau.
• Ở vùng có ứng suất dư kéo:
σ = σo + σd
• Ở vùng có ứng suất dư nén:
σ = σo - σd
Do sự phân bố không đồng đều như vậy nên làm cho các vùng tinh thể sẽ biến
dạng không đều, khả năng biến dạng sẽ kém đi và chất lượng gia công không đều.
Ứng suất dư làm giảm tính dẻo, độ bền, độ dai va đập và làm giảm khả năng
chịu đựng của vật thể. Do đó để tăng khả năng biến dạng cũng như để đảm bảo ứng
suất dư có giá trị thấp và phân bố đồng đều trong nhiều trường hợp trước hoắc sau gia

C
C

công áp lực người ta đem ủ kim loại ( ủ kết tinh hoặc ủ hoàn toàn).
c. Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại.

R
L
T.

Ảnh hưởng của thành phần hóa học.

Thành phần hóa học hợp kim quyết định bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp
kim và tạp chất.

DU

Nguyên tố cơ bản: nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đó ảnh
hưởng quyết định đến tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim.
Nguyên tố hợp kim: khi hợp kim hóa , nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim
loại cơ sở những liên kết kim loại. Các liên kết kim loại này thường có tổ chức tinh thể
phức tạp lam cho kim loại và hợp kim rất cứng và giòn. Các nguyên tố hợp kim cịn
làm xơ lệch mạng, làm cản trở q trình trượt, làm kim loại có tính dẻo thấp. Thường
thì lượng các nguyên tố hợp kim càng nhiều thì ảnh hưởng đến độ cứng, độ bền và tính
dẻo của kim loại càng lớn.
Nguyên tố tạp chất: tạp chất trong kim loại ảnh hưởng lớn đến tính dẻo. trong
kim loại có nhiều tạp chất ( vd: S, P, O, N, H…) đều làm giảm mạnh tính dẻo của kim
loại. Tạp chất dễ chảy thường tập trung ở vùng tinh giới hạt làm rối loạn mạng tinh thể
do đó lam tính dẻo kim loại kém đi.
Ảnh hưởng của tổ chức kim loai.
Mật độ kim loại, kích thước hạt với sự đồng đều của kích thước hạt ảnh hưởng
đến tính dẻo của kim loại. Tổ chức hạt càng nhiều pha, mạng tinh thể càng phức tạp

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

tính dẻo càng kém. Tổ chức kim loại càng nhỏ mịn và đồng đều thì độ dẻo tăng, độ
bền tăng.
d. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết các kim loại khi
tăng nhiệt độ tính dẻo tăng.
Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch
mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử làm cho tổ chức đồng đều hơn.
Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường, tồn tại ở các pha kém dẻo, khi ở nhiệt
độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao.
e. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng.
Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọi phía nên

C
C

chai cứng hơn, đồng thời khi kim loại 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

R
L
T.

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 giịn và có thể bị nứt.

DU

Nếu lấy hai khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên
máy búa và máy ép ta thấy mức độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhưng độ biến
dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn.

2.1.3 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của kim loại.
a. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại.
Biến dạng dẻo có ảnh hưởng lớn đến tổ chức và cơ tính kim loại. Tùy thuộc vào
nhiệt độ, tốc độ biến dạng, trạng thái kim loại trước khi gia công mà sau khi biến dạng
tổ chức và cơ tính thu được cũng khác nhau.
Biến dạng dẻo có thể biến tổ chức hạt thành dạng thớ, có thể tạo được các thớ
uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính kim loại.
Tốc độ biến dạng cũng ảnh hưởng đến cơ tính sản phẩm. Nếu tốc độ biến dạng
càng lớn thì độ biến cứng càng nhiều, sự không đồng đều của biến cứng càng nghiêm
trọng, sự phân bố thớ khơng đều đặn do đó cơ tính kém. Đối với phơi có tổ chức thớ
nhờ biến dạng dẻo làm cho cơ tính sản phẩm cao hơn.
Tóm lại sau khi biến dạng dẻo thường xảy ra hiện tượng biến cứng làm độ bền,
độ cứng của kim loại tăng lên và làm giảm độ dẻo, độ dai, giảm khả năng cống mài

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

mịn, gây khó khăn cho q trình gia cơng cắt gọt. Mặt khác biến dạng dẻo làm thay
đổi tổ chức ban đầu của kim loại, biến tổ chức hạt thành dạng thớ hoặc thay đổi hướng
thớ.
b. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến lý tính kim loại.
Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường

trong kim loại.
c. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến hóa tính kim loại.
Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của kim lọai tăng do đó hoạt tính hóa
học của kim loại tăng lên.
2.1.4. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo.

C
C

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

R
L
T.

❖

Ứng suất đường:

 max =

❖

Ứng suất mặt:

DU

 max =

❖

Ứng suất khối:

 max =

1
2

.

1 −  2
2

.

 max − max
2

.

Nếu  1 =  2 =  3 thì  = 0 và khơng có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến
dạng dẻo là giới hạn chảy  ch .
Điều kiện biến dạng dẻo.
❖

Khi kim loại chịu ứng suất đường:
 1 =  ch   max =

 ch

2

❖

Khi kim loại chịu ứng suất mặt:  1 −  2 =  ch

❖

Khi kim loại chịu ứng suất khối:  max −  min =  ch .

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo.

SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói











H2.3 Trạng thái ứng suất
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến dạng
đàn hồi ở đây Ao, thế năng để thay đổi thể tích của vật thể. Trong trạng thái ứng suất
khối, thế năng của biên dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định.
=

( 1 1 +  2 2 +  3 3 )
3

Như vậy, biến dạng tương đối theo định luật Hooke:
1 =

1
E

 1 −  ( 2 +  3 )

2 =

1
E

 2 −  ( 1 +  3 )

1
E

 3 −  ( 1 +  2 )

3 =

C
C

R
L
T.

DU

Theo trên thế năng toàn bộ của biến dạng được biểu thị:
A=

1
 1 +  2 +  3 − 2 ( 1 2 +  2 3 +  1 3 )
2E

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng
trong 3 hướng vng góc.
V
1 − 2
( 1 +  2 +  3 )
= 1 +  2 +  3 =
V
E

Ở đây:

 _hệ số pyacon tính đến vật liệu biến dạng.

E_Môđun đàn hồi của vật liệu.
Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:
A0 =

1 V  1 +  2 +  3 1 − 2
( 1 +  2 +  3 )2
=
2 V
3
6E

Thế năng để thay đổi vật thể:
Ah = A − A0 =



1+ 
( 1 −  2 )2 + ( 2 −  3 )2 + ( 1 −  3 )2
6E



Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:
Ah =

SVTH: Đoàn Quốc Việt

1+ 

2
2 c
6E

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói



( 1 −  2 )2 + ( 2 −  3 )2 + ( 1 −  3 )2 = 2 c 2 = const

Đây gọi là phương trình năng lượng của biến dạng dẻo.
Khi các kim loại tấm biến dạng ngang không đáng kể nên  2 =  ( 1 +  3 )
Khi biến dạng dẻo ( khơng tính đến biến dạng đàn hồi ) thể tích của vật thể
khơng đổi
Vậy V = 0
1 − 2
( 1 +  2 +  3 ) = 0
E



1 − 2 = 0

Từ đó:

 = 0,5

Vậy

2 =



1
( 1 +  3 )
2

Vậy phương trình dẻo có thể viết:

C
C

R
L
T.

1 −  3 =

DU

2

3

 ch  1,15 ch

Trong trượt tinh khi  1 = − 3 trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0.
Ứng suất tiếp khi α = 45˚

 max =

1 +  2
2

So sánh với phương trình dẻo khi  1 = − 3
 max =

 ch
3

= K = 0,58 ch

Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là:
K = 0,58 ch : gọi là hằng số dẻo.

Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết:
 1 −  3 = 2 K = const  1,15 ch

2.2. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực.
2.2.1Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo.
"Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra đồng thời đă có biến dạng đàn hồi tồn
tại". Quan hệ giữa chúng qua định luật Hooke. Khi biến dạng kích thước của kim loại

SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

so vớikích thước sau khi thơi tác dụng lực khác nhau, nên kích thước của chi tiết sau
khi gia cơng xong khác với kích thước của lỗ hình trong khn (vì có đàn hồi).
2.2.2 Định luật ứng suất dư.
"Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân
bằng với nhau". Trong quá tŕnh biến dạng dẻo kim lọai do nhiệt độ không đều, tổ
chứckim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều v.v... làm cho kim loại sinh
ra ứngsuất dư, chung cân bằng với nhau.
Sau khi thôi lực tác dụng, ứng suất dư này vẫn c ̣n tồn tại. Khi phân tích trạng
thái ứng suất chính cần phải tính đến ứng suất dư.
2.2.3 Định luật thể tích khơng đổi.
Thể tích của vật thể trước và sau khi cán không đổi. Định luật này có ý nghĩa

C
C

thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
Xét một vật thể có kích thước trước biến dạng và sau khi biến dạng là:

R

L
T.

L0, b0, h0, L1, b1, h1.
Ta có:

L0b0h0 = L1b1h1.

Từ đây:

ln

L1
b
h
+ ln 1 + ln 1 = 0 .
L0
b0
h0

Ký hiệu:

ln

L1
b
h
=  1 ; ln 1 =  2 ; ln 1 =  3 .
L0
b0

h0



1 +  2 +  3 = 0 .

DU

Trên là phương trình điều kiện thể tích khơng đổi.
Khi tồn tại bằng ứng biến chính đầu của ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến
kia và có trị số bằng tổng hai ứng biến kia.
2.2.4 Định luật trở lực bé nhất.
"Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo hướng
nào có trở lực bé nhất". Khi ma sát ngoài trên các hướng của mặt tiếp xúc đều nhau thì
một chất điểm nào đó trong vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có pháp tuyến
nhỏ nhất. Khi lượng biến dạng càng lớn tiết diện sẽ chuyển dần sang hình trịn làm cho
chu vi của vật nhỏ nhất.

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Hình 2.4 : Lực cản bé nhất

2.2.5 Định luật đồng dạng.
Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng

C
C

dạng nhau. Nhưng kích thước giống nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau.
Nếu gọi a1, b1, c1, F1, v1, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2,

R
L
T.

c2, F2, v2, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 2.

Gọi P1, P2, A1, A2, là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2.

DU

a1 b1 c1
=
=
= n.
a 2 b2 c 2

F1
= n2
F2

;

v1
= n3
v2

P1
= n2
P2

;

A1
= n3
A2

Theo định luật đồng dạng thì:

Định luật này rất quan trọng cho phép ta thử mẫu có kích thước nhỏ để xác định
các ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại.
2.3. Các phương pháp gia công biến dạng.
2.3.1 Cán kim loại.
a. Thực chất.
Cán là cho phôi đi qua khe hở giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, làm
cho phôi bị biến dạng dẻo ở khe hở, kết quả là chiều dày của phôi giảm xuống, chiều
dài tăng lên rất nhiều. Hình dạng mặt cắt của phơi cũng thay đổi theo mặt cắt của khe
hở giữa hai trục cán

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

H2.5 Sơ đồ cán kim loại.
b. Sản phẩm cán.
Sản phẩm sản xuất bằng phương pháp cán được dùng trong mọi ngành cơng
nghiệp (cơ khí, xây dựng, giao thơng vận tải…). Tùy theo hình dánh sản phẩm cán có

C
C

thể chia thành bốn nhóm chủ yếu: hình, tấm, ống, đặc biệt.

R
L
T.

Sản phẩm cán hình: được chia thành hai nhóm:

• Nhóm thơng dụng có prơfin đơn giản (trịn, vng, hình chữ nhật, lục giác, chữ
U, chữ T,…)

DU

• Nhóm đặc biệt có prơfin phức tạp, dùng cho những mục đích nhất định (đường

ray, các dạng đặc biệt dùng trong ôtô, máy kéo, trong ngành xây dựng…)
Sản phẩm cán tấm: được chia thành hai nhóm theo chiều dày:
• Tấm dày có chiều dày trên 4mm.
• Tấm mỏng có chiều dày dưới 4mm
Sản phẩm cán ống: chia thành loại khơng có mối hàn và loại có mối hàn.
Sản phẩm cán đặc biệt: gồm có các loại bánh xe, bánh răng, bi, vật cán có prơfin
chu kỳ …
2.3.2 Kéo kim loại.
a. Thực chất:
Kéo kim loại là quá trình kéo phơi qua lỗ khn kéo làm cho tiết diện ngang
của phơi giảm và chiều dài tăng. Hình dáng và kích thước giống lỗ khn kéo.
b. Đặc điểm.
Bằng phương pháp kéo, người ta có thể chế tạo được các dây, ống và các thanh
định hình có đường kính rất nhỏ (Φ = 0,065mm).

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.
Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao, độ nhẵn bề mặt tốt và nâng cao độ
bền của vật liệu.
Các kim loại và hợp kim màu, thép cacbon và thép hợp kim đều có thể có được

bằng phương pháp nguội.
Kéo sợi cịn dùng gia cơng tinh bền mặt ngồi ống cán có mối hàn và một số công
việc khác.

C
C

1-

R
L
T.

DU

Phôi

2- Khuôn kéo

3- sản phẩm

H2.6 Sơ đô nguyên lý kéo kim loại

2.3.3 Ép kim loại.
a. Thực chất.
Ép là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim loại chứa
trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ
khn ép có tiết diện giống tiết diện ngang của chi tiết.

1- Piston

2- Xilanh

3- Kim loại

4- Khuôn ép

H2.7 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại.

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

b. Đặc diểm và ứng dụng
Ép là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất cao,
độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, trong quá trình ép, kim loại chủ yếu chịu ứng suất
nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được các sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp.
Nhược điểm của phương pháp là kết cấu ép phức tạp, khn ép u cầu chống
mịn cao.
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để để chế tạo các thỏi kim loại màu
có đường kính từ 5÷200 mm, các ống có đường kính ngồi đến 800 mm, chiều dày từ
1,5÷8 mm và một số prôfin khác.
2.3.4 Rèn tự do

a. Thực chất

C
C

Rèn tự do là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao, dùng
áp lực ( bằng tay hoặc máy) làm biến dạng phôi kim loại để được hình dáng và kích

R
L
T.

thước sản phẩm theo u cầu.

Trong q trình biến dạng kim loại khơng bị khống chế bởi những bề mặt nào

DU

khác ngoài mặt đỡ ( mặt đe) và diện tích tiếp xúc trực tiếp của dụng cụ gia cơng (đầu
búa).
b. Đặc điểm.
• Rèn tự do có độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt thấp, năng suất lao
động và hiệu quả kinh tế không cao. Thường chỉ gia công những chi tiết đơn
giản hay những bề mặt khơng q phức tạp.
• Rèn tự do yêu cầu lượng dư gia công, dung sai chế tạo, thời gian phục vụ lớn.
• Chất lượng tồn bộ của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của
cơng nhân.
• Hao phí kim loại lớn
• Thiết bị rèn tự do đơn giản, có thể rèn tay hoặc máy.
• Rèn tự do có thể rèn được những vật nhỏ từ vài gam đến những vật lớn hàng

trăm cân. Rèn tự do thích hợp với dạng sản suất đơn chiếc hay loại nhỏ.

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

1- Búa

2- Phơi

3- Đe

C
C

H2.8 Sơ đồ rèn tự do.
2.3.5 Dập tấm.

R
L
T.

a. Thực chất

Dập tấm là một trong những phương pháp tiên tiến của gia công áp lực để chế

DU

tạo sản phẩm từ vật liệu tấm, thép bản hoặc dài cuộn.

Dập tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, song chủ yếu gia cơng ở
trạng thái nguội vì vậy còn gọi là dập nguội.
Dập tấm được dùng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp, đặc biệt trong
công nghiệp chế tạo ôtô, máy bay, tàu thủy, chế tạo thiết bị điện, các đồ dân dụng.

H2.9 Sơ đồ uốn

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

b. Đặc điểm.
• Độ chính xác và chất lượng sản phẩm cao: dập tấm cho ta khả năng lắp lẫn cao,
độ bền, độ bóng của sản phẩm cao.
• Khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao.
• Năng suất cao.

2.3.6 Dập thể tích
a. Thực chất.
Dập thể tích (cịn gọi là rèn khuôn) là phương pháp gia công áp lực trong đó
kim loại được gia cơng biến dạng trong khơng gian hạn chế của lịng khn.
Trong khi dập, nửa khn trên và nửa khuôn dưới được bắt chặt với đe trên và
đe dưới của thiết bị. Phần kim loại thừa chảy vào rãnh tạo thành bavia của vật rèn.

C
C

R
L
T.

DU
1- Khuôn rèn

2- Rãnh chứa ba-via

3- Khn dưới

4- Chi đi én

5- Lịng khn

6- Cửa ba-via

H2.10 Sơ đồ ngun lý dập thể tích
b. Đặc điểm.
• Độ chính xác vả chất lượng vật rèn cao

• Chế tạo được những chi tiết phức tạp
• Năng suất cao.
• Dễ cơ khí hóa và tự động hóa
2.4. Kỹ thuật cán uốn thép tấm
2.4.1 Khái niệm uốn.
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực mhằm tạo cho phơi hoặc
một phần của phơi có dạng cong hay gấp khúc, phơi có thể là tấm, dải, thanh định hình

SVTH: Đồn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn tơn sóng ngói

và được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong q trình uốn phơi bị biến dạng dẻo
từng phần để tạo thành hình dáng cần thiết.
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra khác nhau ở hai
mặt của phơi uốn.
2.4.2 Q trình uốn.
Q trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo. Uốn làm thay
đổi hướng thớ kim loại, làm cong phơi và thu nhỏ dần kích thước.
Trong q trình uốn, kim loại phía trong phía góc uốn bị nén lại và co ngắn ở
hướng dọc, đồng thời bị kéo ở hướng ngang. Cịn phần kim loại phía ngồi góc uốn bị
giãn ra bởi lực kéo. Giữa các lớp co ngắn và kéo dài là lớp kim loại không bị ảnh
hưởng bởi lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim

C
C

loại và đây gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hịa này để tính tốn sức bền của
vật liệu khi uốn.

R
L
T.

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giả chiều dày chỗ uốn sai lệch hình
dạng về tiết diện ngang, lớp trung hịa bị lệch vể phía bán kính nhỏ.

DU

Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng
khơng có sai lệch tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ
chống lại sự biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phơi với bán kính có khối lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và
ngược lại
L






R

H 2.11 Biến dạng của phôi thép trước và sau khi uốn

SVTH: Đoàn Quốc Việt

GVHD:TS. Dương Mộng Hà

Trang 24