(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy nhấn tôn

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY NHẤN TÔN

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS LÊ CUNG
ĐINH VIẾT QUANG

Đà Nẵng, 2019


Thiết kế máy nhấn thủy lực

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nƣớc ta ngày càng phát triển, hệ thống giao thông ngày càng đƣợc chú
tâm hơn. Bên cạnh đó là vấn đề chiếu sáng trong các khu chế xuất, khu công
nghiệp. Nhu cầu về chiếu sáng ngày càng cao hơn trong cuộc sống. Ở đâu cũng
thấy các nhà máy, xí nghiệp đau nhau mọc lên. Ngành này hỗ trợ ngành kia phát
triển. Với ngành cơ khí trên thế giời hay ở nƣớc ta cũng vây, nó quan hệ với các
ngành khác và có vai trò hết sức quan trọng. Chẳng hạn ngành Điện tạo ra các
bóng đèn chiếu sáng đƣờng quốc lộ thì ngành Cơ Khí lại chế tạo ra các cột đèn để
lắp nó lên.
Hơn nữa, hiện nay Đảng đã xác định cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc

C

phải gắn liền với cơ khí hóa. Nhƣ chúng ta đã biết, nƣớc ta là nƣớc có nền cơng
nghiệp cịn lạc hậu, trình độ cơng nghệ cịn chƣa theo kịp các nƣớc tiên tiến trên
thế giới. Vì vậy phải nhập ngoại phần lớn các thiết bị để phục vụ cho nền kinh tế.

LR

C

Từ đó đảng đã chủ trƣơng phát triển ngành cơ khí một cách nhanh chóng, trong đó
việc đào tạo những ngƣời có chun mơn trong lĩnh vực này rất cần thiết.
Là những sinh viên may mắn đƣợc tìm hiểu và học tập tại khoa Cơ Khí,

D

U

T-

chúng em rất tự hào và phấn khởi. Sau một thời gian học tập tại trƣờng và đƣợc đi
tham quan, thực tập tại các nhà máy, xí nghiệp, bản thân em đã đƣợc giao nhiệm
vụ Thiết kế Máy nhấn thủy lực.
Bằng kiến thức học tập tại trƣờng và qua quá trình thực tập tại các nhà máy
cùng với sự hƣớng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Lê Cung, em đã hoàn thành
nhiệm vụ đã đƣợc giao. Tuy nhiên, do kiến thức và kinh nghiệm của em cịn nhiều
hạn chế cho nên việc tính tốn thiết kế máy chắc chắn cịn rất nhiều thiếu sót. Em
kính mong các thầy bỏ qua và chỉ dẫn thêm để em đƣợc vững kiến thức trƣớc khi
ra trƣờng.

Lời cuối, em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn và các thầy cô trong khoa
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thiết kế
Đinh Viết Quang

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 1


Thiết kế máy nhấn thủy lực

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1: ............................................................................................................................... 4
GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT ........................................................ 4

1.1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM ....................................................................................4
1.2 QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ............................................................. 5
1.2.1 Các sản phẩm thơng thƣờng ...................................................................................... 5

1.2.2 Quy trình cơng nghệ ........................................................................................... 7
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................................. 10
PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN MÁY .......................................................................................... 10

LR

C

C

2.1. QUY TRÌNH NHẤN: ......................................................................................... 10
2.2. PHÂN TÍCH CÁC U CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH: .......10
2.3. CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN: .....................................................................10
2.3.1. Phƣơng án dẫn động chày ép ...........................................................................11
2.3.1.1: Bố trí một xi lanh .......................................................................................... 11
2.3.1.2 :Bố trí hai xi lanh ........................................................................................... 12
2.3.1.3 : Bố trí ba xi lanh ........................................................................................... 13
2.3.2: Phƣơng án đồng bộ .......................................................................................... 14
2.3.2.1 : Phƣơng án đồng bộ bằng trục đồng bộ ........................................................ 14
2.3.2.2 : Phƣơng án đồng bộ bằng bánh răng – thanh răng .......................................15
2.4: SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY .......................................................................16
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................................. 17
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MÁY NHẤN .................................................................................. 17

T-

3.1. TÍNH TỐN LỰC NHẤN CẦN THIẾT CỦA MÁY .......................................17
3.1.1. Cơ sở lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại: ........................................... 17
3.1.2. Lý thuyết q trình uốn. ......................................................................................... 22

D

U

3.2: Tính lực ép, áp suất, đƣờng kính piston ............................................................. 26
3.3. Tính chọn cơng suất bơm dầu .............................................................................33
3.4 Tính cơng suất động cơ điện ................................................................................35

3.5 Tính tốn van an tồn........................................................................................... 35
3.6 Tính tốn van cản .................................................................................................40
3.7. Tính tốn cho acqui dầu ......................................................................................42
3.8. Chọn lựa van điều khiển .....................................................................................44
3.9. Chọn lọc dầu cho hệ thống .................................................................................45
3.10. Tính tốn ống dẫn dầu ......................................................................................47
3.10.1. u cầu đối với ống dẫn: ...................................................................................... 47
3.10.2. Xác định đường kính ống dẫn............................................................................... 48

3.11. Tính tốn thiết kế bể chứa dầu ..........................................................................48
CHƢƠNG 4 .............................................................................................................................. 51
TÍNH TỐN THIẾT KẾ MỘT SỐ CƠ CẤU CỦA MÁY ...................................................... 51

4.1. TÍNH TỐN SỨC BỀN CHO DAO THÂN TRÊN ..........................................51
4.2. TÍNH TỐN SỨC BỀN CHO DAO THÂN DƢỚI ..........................................56
4.3. TÍNH TỐN SỨC BỀN CHO CẦN PISTON. ..................................................60
4.4. TÍNH BỀ DÀY THÀNH XILANH ....................................................................61
4.5 TÍNH TỐN VÍT ĐỂ GHÉP VÕNG CHẮN KHÍT .......................................63

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 2


Thiết kế máy nhấn thủy lực

4.6 VẬN HÀNH VÀ BẢO DƢỠNG MÁY KHẢ NĂNG GIA CÔNG CỦA MÁY.
....................................................................................................................................64

D

U

T-

LR

C

C

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 70

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 3


Thiết kế máy nhấn thủy lực

CHƢƠNG 1:
GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ QUI TRÌNH SẢN XUẤT
1.1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM
Cơng nghệ sản phẩm trụ thép phục vụ cho các cơng trình ngày càng nhiều về số lƣợng
cũng nhƣ yêu cầu cao về chất lƣợng và thẩm mỹ trong khi đó hàng ngoại nhập đã có
mặt tại nhiều nơi trong nƣớc nên các cơ sở sản xuất tất yếu phải cải tiến công nghệ đƣa

ra sản phẩm mới nhằm thỏa mãn nhu cầu của thị trƣờng cũng nhƣ để cạnh tranh.Trên
cơ sở nhu cầu của thị trƣờng và để cạnh tranh việc sản xuất ra các loại trụ thép bằng
công nghệ mới là rất quan trọng.
Sản phẩm trụ đèn chiếu sáng công cộng nhƣ bến cảng đƣờng giao thơng có nhu cầu rất

C

lớn và chủ yếu phục vụ chiếu sáng cho các cơng trình giao thơng là loại trụ bát giác có
phần thân dà 6m, phần đế đúc bằng gang, phần cổ trụ.
Phần thân trụ đƣợc chế tạo từ phôi ban đầu là thép tấm có chiều dày 6mm, chiều dài

LR

C

6m.Từ phơi ban đầu qua dập định hình để tạo thành hình bát giác rồi sau đó hàn giáp
mối.
Vật liệu để chế tạo trụ đèn là các loại thép:
+ Thép gia công CT38 có ch = 24 [kg/mm2], b = 36 [kg/mm2].

T-

+ Thép gia cơng JIS có ch = 37 [kg/mm2], b = 42 [kg/mm2].

D

U

Bề dày phôi thép tối đa là 6mm, chiều dài theo yêu cầu là 6000mm.

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 4


C

C

Thiết kế máy nhấn thủy lực

LR

Hình 1.1 Sản phẩm

T-

1.2 QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT

D

U

1.2.1 Các sản phẩm thơng thƣờng

Hình 1.2 Cột đèn đƣờng

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 5


Thiết kế máy nhấn thủy lực

D

U

T-

LR

C

C

Hình 1.3 Cột tín hiệu giao thơng

Hình 1.4 Cột đèn trong q trình sản xuất

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 6

Thiết kế máy nhấn thủy lực

1.2.2 Quy trình cơng nghệ

2. Khai triển
tole, vạch dấu

3. Cắt tole đã
khai triển
bằng máy cắt
Plasma

8. Sửa phôi
sau khi nhấn
giai đoạn 1

7. Nhấn trụ
giai đoạn 2
trên máy nhấn

6. Ép liền 1
đƣơng sinh
trụ trên máy
ép

9. Nắn trụ sau
khi hàn bằng
máy ép

10. Mài định
hình đƣơng
hàn bằng máy
hàn cầm tay

4. Nhấn định
hình trụ (Đa
giác hoặc
trịn cơn) giai
đoạn 1

5. Hàn 1 đƣờng
sinh trụ bằng
máy hàn tự
động có khí
CO2 bảo vệ

C

C

1. Chuẩn bị
vật tƣ ngun
liệu

12. Kiểm tra
xử lí tất cả
các cơng đoạn
trƣớc

D

U

T-

LR

11. Hàn đế trụ
cửa cột, đầu
cột

15. Hoàn
chỉnh trụ nhập
kho

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

14. Sửa trụ
sau khi nhúng

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

13. Mạ kẽm

Trang 7


Thiết kế máy nhấn thủy lực

C

Các hình ảnh về gia cơng tại nhà máy:
Máy nhấn thủy lực:

C

Hình 1.5 Máy nhấn

D

U

T-

LR

Máy bo trụ:
Hàn giáp mí bằng hàn que, có máy hỗ trợ là máy bo trụ.

Hình 1.6 Máy bo trụ
Hàn kín:
Ngƣời ta dùng phƣơng pháp hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong mơi trƣờng
khí bảo vệ để hàn kín mi của phôi vừa ép.
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 8

Thiết kế máy nhấn thủy lực

LR

C

C

Mài:

T-

Hình 1.7 Máy mài tay

D

U

Uốn thằng phôi:
Bằng mắt thƣờng ngƣời ta xác định tƣơng đối độ cong của trụ rồi sau đó đƣa vào
máy uốn trụ thủy lực để nén thẳng lại trụ.

Hình 1.8 máy uốn
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 9

Thiết kế máy nhấn thủy lực

CHƢƠNG 2
PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN MÁY
2.1. QUY TRÌNH NHẤN:
Quy trình chế tạo một sản phẩm:
Đầu tiên công nhân cấp phôi cho máy. Khuôn trên chuyển động đi xuống nhanh
để thực hiện kẹp phôi. Tiếp tục khuôn trên chuyển động đi xuống chậm thực hiện chu
kỳ ép. Sau khi ép khuôn trên chuyển động lên để thực hiện q trình tháo phơi. Cơng
nhân dịch chuyển phơi đến vị trí cần ép khác, tiếp tục thực hiện đến khi hoàn thành.
Với chu kỳ làm việc nhƣ trên, máy thiết kế cần phải có những yêu cầu kỹ thuật
sau:

C

- Lực ép phải đƣợc kiểm soát chặt chẽ trong từng chu kỳ.

C

- Máy phải có lực ép lớn, độ bền của máy cao.

LR

- Tốc độ chuyển động của các píttơng có thể điều chỉnh đƣợc.
- Có thể thay đổi đƣợc chiều dài hành trình.

T-

- Cho năng suất và hiệu quả cao.

2.2. PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU TRONG MỘT GIAI ĐOẠN TẠO HÌNH:

D

U

Việc nhấn định hình trụ đƣợc thực hiện trên máy nhấn với lực nhấn đƣợc tính
tốn sau cho phơi thép tấm biến dạng dẻo để có biên dạng nhƣ yêu cầu. Biên dạng
đƣợc hình thành nhờ phần chày và cối có biên dạng thích hợp.
Do biến dạng đàn hồi của phôi thép cho nên sau khi nhấn tạo hình phơi thép sẽ
biến dạng nhƣ biên dạng của chày và cối cho nên phải tính tốn biên dạng khn trên
và khn dƣới để có biên dạng phơi đúng nhƣ yêu cầu.
2.3. CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN:
Chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston. Đầu piston mang chày, chuyển động
xuống ép phôi và chuyển động về sau khi ép xong.
Khi piston đi xuống, đầu piston mang chày ép xuống tấm phôi làm phôi biến dang theo
yêu cầu. Cuối giai đoạn ép, chạm cơng tắc hành trình rồi đi lên. Chuẩn bị lần nhấn ép
tiếp theo.

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 10


Thiết kế máy nhấn thủy lực

2.3.1. Phƣơng án dẫn động chày ép

Yêu cầu đặt ra của việc tạo hình cho thân trụ
+ Lực ép đủ lớn để có thể tạo ra biên dạng u cầuvới phơi thép tấm có chiều
dày lớn.
+ Yêu cầu năng suất cao để đảm bảo cho dây chuyền sản xuất của toàn nhà máy
hoạt động tốt.
+ Chiều dài nhấn rất lớn.
2.3.1.1: Bố trí một xi lanh

C

2

T-

4

3

LR

P
T
T
L

C

Sơ đồ nguyên lý :

1

D

U

5

Hình 2.1 : Sơ đồ nguyên lý bố trí một xilanh
Trong đó :
1. Cối
3. Xilanh
5. Động cơ điện
2. Chày
4.
3. Bơm dầu
Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phƣơng án :
+ Ƣu điểm : Thiết kế đơn giản
+ Nhƣợc điểm :
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 11


Thiết kế máy nhấn thủy lực

- Xilanh có đƣờng kính lớn
- Các phần tử thủy lực cũng phải chọn lớn nên máy sẽ trở nên cồng kềnh
- Khó tìm xilanh thay thế khi có sự cố.

Với phƣơng án bố trí một xi lanh, vì chiều dài phơi q lớn nên khi chỉ một xilanh ép
dẫn đến lực ép không đồng đều. Phôi biến dạng không theo yêu cầu đặt ra khi chế tạo
sản phẩm.
2.3.1.2 :Bố trí hai xi lanh
Sơ đồ nguyên lý :

2

T-

5

C

P
T
T
L

LR

4

C

3

D

U

1

Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý bố trí hai xilanh
Trong đó :
1. Cối
2. Chày

3. Xilanh
4. Bơm dầu

5. Động cơ điện

Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phƣơng án :
+Ƣu điểm :
- Thiết kế máy nhỏ gọn hơn
+Nhƣợc điểm :
- Nếu một xilanh bị hỏng thì máy khơng thể làm việc.
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 12


Thiết kế máy nhấn thủy lực

Với phƣơng án hai xi lanh, trong trƣờng hợp có sự cố bất ngờ nhƣ hỏng một xi lanh thì
máy phải dừng làm việc gây ảnh hƣởng tới tiến độ và năng suất.
2.3.1.3 : Bố trí ba xi lanh

Sơ đồ ngun lý :

3

C

2

C

4

P
T
T
L

1

D

U

T-

LR

5

Hình 2.3 : sơ đồ bố trí ba xilanh

Trong đó :
1. Cối
2. Chày

3. Xilanh
4. Bơm dầu

5. Động cơ điện

Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phƣơng án :
+Ƣu điểm :
- Nếu một xilanh bị sự cố thì máy vẫn có thể hoạt động đƣợc, đảm bảo năng suất.
- Lực nhấn phân bố đều trên tồn bộ chiều dài phơi.
+Nhƣợc điểm :
- Các phần tử thủy lực bố trí rƣờm ra hơn do nhiều xilanh

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 13


Thiết kế máy nhấn thủy lực

* Kết luận: Qua phân tích về ƣu, nhƣợc điểm của cả ba phƣơng án, ta chọn phƣơng
án bố trí ba xi lanh, đây là phƣơng án tốt nhất để đảm bảo chất lƣợng sản phẩm khi sản
xuất.
2.3.2: Phương án đồng bộ
Vì chiều dài ép lớn, cần dùng đến ba xi lanh để thực hiện chuyển động ép phơi. Trong

q trình ép, u cầu ba xi lanh chuyển động ép một cách đồng thời, nên ta cần có
phƣơng án đồng bộ ba trục của xi lanh giúp chuyển động của ba xi lanh trong quá trình
ép.
2.3.2.1 : Phƣơng án đồng bộ bằng trục đồng bộ
Sơ đồ nguyên lý :

U

T-

2

LR

C

C

1

D

3

4

Hình 2.4 : Sơ đồ nguyên lý đồng bộ bằng trục đồng bộ
Trong đó :
1. Xilanh
2. Trục đồng bộ

3. Đầu trƣợt
4. Dao nhấn
Nguyên lý làm việc: trục đồng bộ có 3 khớp quay. Một đầu khớp đƣợc gắn lên piston,
một đầu đƣợc nối với nhau bởi trục dài. Khi xi lanh hoạt động, nếu một trong ba piston
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 14


Thiết kế máy nhấn thủy lực

chuyển động nhanh hơn hai cái còn lại, trục đồng bộ sẽ cản lại k cho piston này di
chuyển xuống trƣớc. đảm bảo 3 piston đi xuống một cách đồng đều.
Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phƣơng án :
+Ƣu điểm : - Làm việc chắc chắn, an toàn
- Chế tạo đơn giản
+Nhƣợc điểm : Khi gặp sự cố phải thay cả trục
2.3.2.2 : Phƣơng án đồng bộ bằng bánh răng – thanh răng
Sơ đồ nguyên lý :

2

T-

3

LR

C

C

1

D

U

4

5

Hình 2.5 : Sơ đồ nguyên lý đồng bộ bằng thanh răng – bánh răng
Trong đó :
1.Xilanh
2.Đầu trƣợt
3.Thanh răng
4.Bánh răng
5.Dao nhấn
Nguyên lí làm việc: thanh răng đƣợc gắn lên trục piston, bánh răng đƣợc gắn lên trục
nối liền ba xi lanh. Khi máy hoạt động, nếu xó piston chuyển động nhanh hơn các
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 15

Thiết kế máy nhấn thủy lực

piston các thì sẽ bị trục đồng bộ cản lại. đảm bảo ba xi lanh xuống mọt cách đồng đều
khi ép phôi.
Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phƣơng án :
+Ƣu điểm: Làm việc chính xác, bền bỉ
+Nhƣợc điểm: Khó chế tạo
* Kết luận: Từ những ƣu nhƣợc điểm trên, ta chọn phƣơng án đồng bộ bằng trục đồng
bộ vì làm việc chắc chắn và an tồn. Hơn nữa vì q trình chế tạo u cầu độ chính
xác khơng q cao nên chọn phƣơng án này là hợp lí.
2.4: SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CỦA MÁY

C

Qua những phân tích nói trên, ta chọn phƣơng án 3 xi lanh dẫn động chày. Để đồng bộ
chuyển động của 3 xi lanh, ta dùng phƣơng án đồng bộ bằng trục đồng bộ.

8
7

2

T-

6

LR

1

10

C

9

11

12
A0

A1

13

U

5

4

14
15

D

3

Hình 2.6 Sơ đồ động máy ép thủy lực
Trong đó :

1. Acquy dầu
2. Động cơ bơm dầu
3. Van tràn
4. Bể dầu
5. Lọc thô
6.Lọc tinh
7.Bơm dầu
8.Van cản

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

9.Đồng hồ đo áp suất
10.van tiết lƣu
11.Van đảo chiều
12.Xi lanh
13.Chày
14.Cữ hành trình chống quá tải
15.Dao nhấn
16.Cối
17.Bệ máy

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 16


Thiết kế máy nhấn thủy lực

CHƢƠNG 3
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MÁY NHẤN

3.1. TÍNH TỐN LỰC NHẤN CẦN THIẾT CỦA MÁY
Từ yêu cầu của việc thiết kế máy là nhấn định hình, ta đi tính tốn các thơng số
kĩ thuật cho máy bao gồm: lực nhấn cần thiết để cho phôi thép tấm biến dạng một góc
cho trƣớc, cơng suất bơm dầu, công suất động cơ điện, áp suất dầu cần thiết.
3.1.1. Cơ sở lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại:
3.1.1.1. Khái niệm:
Gia công kim loại bằng áp lực là phƣơng pháp cơ bản để chế tạo các chi tiết máy và
sản phẩm là kim loại thay thế phƣơng pháp đúc và cắt gọt kim loại.

C

C

Gia công kim loại bằng áp lực là phƣơng pháp gia công dựa vào khả năng biến dạng
dẻo của kim loại, dùng ngoại lực của thiết bị làm cho kim loại biến dạng dẻo theo hình
dạng, kích thƣớc u cầu, kim loại vẫn giữ đƣợc tính ngun vẹn khơng bị phá huỷ.

LR

Gia cơng áp lực là phƣơng pháp gia cơng khơng phoi, có thể dùng cho tất cả các kim
loại có tính dẻo, ít hao tốn kim loại, cho năng suất cao.
Gia công bằng áp lực thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở

T-

trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi. Kết quả làm

D

U

thay đổi hình dáng của vật thể kim loại mà khơng phá huỷ tính liên tục và độ bền của
chúng.
Đặt điểm của phƣơng pháp gia công bằng áp lực là: kim loại gia công ở thể rắn,
sau khi gia cơng xong khơng những thay đổi về hình dạng kích thƣớc, mà cịn thay đổi
cả về cơ, lý, hố tính của kim loại, nhƣ kim loại mịn hơn, hạt đồng đều hơn, thay đổi
tổ chức hạt của hạt thành tổ chức thớ, khử đƣợc các khuyết tật (rổ khí...) do đúc gây
nên, nâng cao cơ tính và tuổi bền của chi tiết, chất lƣợng sản phẩm tốt, đặt biệt độ
bóng bề mặt, giá thành sản phẩm hạ và tiết kiệm đƣợc ngun vật liệu, dễ cơ khí hố
và tự động hoá.
Nhƣ chúng ta đã biết dƣới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các
giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Tùy theo từng cấu
trúc tinh thể của mỗi kim loại các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác
nhau: dƣới 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.
Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi
nguyên tử luôn luôn dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó (a).

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 17


Thiết kế máy nhấn thủy lực

(b)

(c)

(d)

C

(a)

C

Hình 3.1 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể

LR

+ Biến dạng 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 các nguyên tử kim

D

U

T-

loại dịch chuyển không vƣợt quá 1 thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng
tinh thể trở về trạng thái ban đầu.
+ Biến dạng dẻo: 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 (c). Trên mặt trƣợt,
các nguyên tử kim loại dịch chuyển tƣơng đối với nhau một khoảng đúng bằng số
nguyên lần hằng số mạng, sau khi 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.
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trƣợt vừa quay đến 1 vị trí mới
đối xứng với phần còn lại qua 1 mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Khi song tinh, một
phần tinh thể sẽ dịch chuyển đi một khoảng cách bằng số lẻ lần hằng số mạng.
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
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 18


Thiết kế máy nhấn thủy lực

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
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 xuất hiện.
3.1.1.2. Tính dẻo 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

LR

C

C

chính, ứng suất dƣ, ma sát ngồi, lực qn tính, tốc độ biến dạng.
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 pha các tạp chất thƣờng tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng

D

U

T-

làm giảm tính dẻo của kim loại.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng
nhiệt độ tính dẻo 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 thƣờng tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao
chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao.
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 sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên
độ dẻo tăng.
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 khi 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.
3.1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại:
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 19


Thiết kế máy nhấn thủy lực

* Ảnh hƣởng của ứng suất chính:
Ứng suất chính tạo ra ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên vật thể. Ứng suất pháp
có tác dụng làm nén hoặc kéo dãn cách khoảng cách giữa các ơ mạng tinh thể cịn ứng
suất tiếp có tác dụng làm xô lệch mạng tạo ra biến dạng dẻo trong kim loại.
Trạng thái ứng suất nén hoặc kéo cũng ảnh hƣởng đến tính dẻo. Ngƣời ta nhận
thấy rằng vật gia cơng chịu trạng thái nén sẽ có tính dẻo cao hơn ở trạng thái kéo do đó
ở trạng thái nén khối kim loại có tính dẻo cao nhất và kém nhất khi chịu trạng thái kéo
khối.
σ1

σ1

1




2

1

2
3

C



LR

Các loại ứng suất:
a- ứng suất đƣờng (đơn)

C

Hình 3.2 Các dạng ứng suất chính

U

T-

b- ứng suất mặt (phẳng)

c- ứng suất khối (không gian)
Trong gia công áp lực thƣờng gặp các trạng thái ứng suất khối.

(3.1)

 Trạng thái ứng suất mặt:
 
 max  1 2

(3.2)

 Trạng thái ứng suất khối:
   min
 max  max

(3.3)

D

 Trạng thái ứng suất đƣờng:

 max  1
2

2

2

Nếu σ1 = σ 2 = σ 3 thì  = 0 và khơng có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại
biến dạng dẻo là biến dạng chảy ch.

Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo và phá huỷ:
 max   gioihan

Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất đƣờng thì trạng thái biến dạng dẻo là:

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 20


Thiết kế máy nhấn thủy lực

   ch

tức

 max 

 ch
2

(3.4)

Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất mặt thì:

tức  max  ch
1   2   ch

(3.5)

Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất khối thì:

tức  max  ch
 max   min   ch

(3.6)

2

2

Các phƣơng trình trên gọi là phƣơng trình dẻo.
* Ảnh hƣởng của ứng suất dƣ:
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vở vụn, xô lệch mạng tăng,
ứng suất dƣ lớn làm cho tính dẻo của kim loại giảm mạnh (hiện tƣợng biến cứng). Sự
tồn tại ứng suất dƣ bên trong vật thể sẽ làm cho tính dẻo của kim loại giảm đi và giảm
độ bền, độ dai, độ va đập. Ứng suất dƣ lớn có thể làm vật biến dạng hoặc phá huỷ.

LR

C

C

* Ảnh hƣởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại:
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các ngun tử
khác nhau do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau. Ví dụ: đồng, nhơm dẻo hơn sắt.
Đối với các hợp kim, kiểu mạng thƣờng phức tạp, xô lệch mạng lớn.

U

T-

Tạp chất trong kim loại cũng làm ảnh hƣởng lớn đến tính dẻo của nó. Thơng
thƣờng kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim có cấu trúc
nhiều pha, các tạp chất thƣờng tập trung ở biên giới hạt làm tăng xơ lệch mạng cũng
nhƣ làm giảm tính dẻo của kim loại.

D

Thành phần cacbon trong thép càng tăng tính dẻo của kim loại càng giảm.
Các nguyên tố tạp chất nhƣ P, S cũng ảnh hƣởng đến tính dẻo khi nung nóng
hoặc làm lạnh. S là nguyên tố gây bở nóng cịn P làm thép bở nguội.
Tổ chức kim loại hạt mịn và đều cũng làm cho kim loại dẻo hơn.
* Ảnh hƣởng của nhiệt độ:
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết khi kim loại tăng
nhiệt độ thì 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 tăng làm cho tổ
chức kim loại đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thƣờng tồn tại ở
pha kém dẻo, khi nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao.
* Ảnh hƣởng của nhiệt độ:
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 ứng suất trong khối
kim loại sẽ lớn, hạt kim loại có thể bị dịn và nứt.
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 21


Thiết kế máy nhấn thủy lực

* Ảnh hƣởng của ma sát ngồi:
Ma sát ngồi làm thay đổi hình thức lực do đó làm thay đổi trạng thái ứng suất
chính của vật thể. Ngồi ra ma sát ngồi cịn cản trở biến dạng tự do của vật thể làm
cho vật thể biến dạng không đồng đều, tăng lực và cộng biến dạng, cản trở sự di
chuyển của kim loại trong khuôn rèn và dập thể tích do đó rất có khả năng làm giảm
việc điền đầy khuôn.
3.1.1.4. Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội:
Thực tế cho thấy với sự gia tăng mức độ biến dạng nguội thì tính dẻo của kim
loại sẽ giảm và trở nên giịn khó biến dạng.
Hình vẽ dƣới đây trình bày đƣờng cong về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học
của thép và mức độ biến dạng rất rõ ràng nếu biến dạng vƣợt q 80% thì kim loại hầu
nhƣ mất hết tính dẻo.
100
80

C

Độ bền

C

50

LR

40

Giãn dài

T-

20

U

0
20 40 60
80%hệ giữa tính chất cơ học và mức độ
Hình 3.3 Mối quan

D

biến dạng

3.1.2. Lý thuyết quá trình uốn.
3.1.2.1. Khái niệm:
Uốn là phƣơng pháp gia cơng kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một
phần của phơi có dạng cong hay gấp khúc, phơi có thể là tấm, dải, thanh định hình và
đƣợc uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong q trình uốn phơi bị biến dạng dẻo
từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết.
Uốn kim loại tấm đƣợc thực hiện do biến dạng dẻo đàn hồi xảy ra khác nhau ở 2
mặt của phơi uốn.
3.1.2.2 Q trình uốn:
Uốn là một trong những ngun cơng thƣờng gặp nhất trong dập nguội. Q trình
uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Uốn làm thay đổi hƣớng thớ kim

loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thƣớc.

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 22


Thiết kế máy nhấn thủy lực

Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nén và co ngắn ở hƣớng dọc,
bị kéo ở hƣớng ngang. Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp trung hòa.
Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tƣợng giảm chiều dày, chỗ uốn sai lệch hình
dạng tiết diện ngang, lớp trung hịa bị lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn tấm dải rộng cũng xảy ra hiện tƣợng biến mỏng vật liệu nhƣng khơng có
sai lệch tiết diện ngang. Vì trở kháng của vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại sự
biến dạng theo hƣớng ngang.
Khi uốn phôi với bán kính góc lƣợn nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngƣợc
lại.

C

C

Trước khi uốn

R

D

U

T-

â

LR

Lớp trung hịa

Sau khi uốn

Hình 3.4 Biến dạng cả phôi thép sau khi uốn
Xác định chiều dài phơi uốn:
+ Xác định vị trí lớp trung hịa, chiều dài lớp trung hòa vùng biến dạng.
+ Chia kết cấu của chi tiết, sản phẩm thành những đoạn thẳng và đoạn cong
đơn giản.
Cộng chiều dài các đoạn lại: Chiều dài cả đoạn thẳng theo bản vẽ chi tiết còn
phần cong đƣợc tính theo chiều dài lớp trung hịa.
Chiều dài phơi đƣợc tính theo cơng thức:
 
L =  L   180
0 r  x.s 
0

SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 23


Thiết kế máy nhấn thủy lực

Trong đó:
0 = 1800 - .

 L : tổng chiều dài của đoạn thẳng.
 
 180
0 r  x.s  : chiều dài các lớp trung hịa.
0

r: bán kính uốn cong phía trong.
x: hệ số phụ huộc vào tỷ số r/s.
s: chiều dày vật uốn.
- 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 (rtrong = rmin).
Bán kính uốn lớn nhất:
E.s
2. 1

C

rmax =

1
s

 1 .

2

U

rmin = 

T-

Bán kính uốn nhỏ nhất:

LR

C

rngồi = rtrong - s.
E = 2,15. 105 Nmm2: mô đun đàn hồi của vật liệu.
s: chiều dày của vật uốn.
σ1: giới hạn chảy của vật liệu.

D

: độ giãn dài tƣơng đối của vật liệu (%).
Theo thực nghiệm có rmin = k.s.
k: hệ số phụ thuộc vào góc nhấn .
3.1.3 tính tốn lực nhấn và lực ép tối đa cần thiết:
Thép gia cơng CT3 có chảy = 24 kg/mm2; b = 36 kg/mm2
Thép gia công JIS có chảy = 37 kg/mm2; b = 42 kg/mm2
Bề dày phôi thép tối đa 6mm

Lực uốn bao gồm lực uốn tự do và lực uốn phẳng vật liệu. Trị số lực và lực
phẳng thƣờng lớn hơn nhiều so với lực tự do.
 Lực uốn tự do đƣợc xác định theo công thức:
P1 =
kl =

B1.s 2 . b .n
= B1.s.σb.kl.
L

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

phụ thuộc vào tỷ số L/s . k1.= 0,050,7.
SVTH: Đinh Viết Quang-13C1VA

GVHD: PGS.TS. Lê Cung

Trang 24