(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế máy cán, uốn 4 trục

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY CÁN, UỐN 4 TRỤC

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. TRẦN MINH CHÍNH
NGUYỄN HỮU NHÂN

Đà Nẵng, 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa: CƠ KHÍ.

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Nhân.
Lớp: 15C1A.

C
C

Ngành: Công nghệ Chế tạo máy.
1. Tên đề tài: Thiết kế máy cán uốn 4 trục.

R
L
T.

2. Các số liệu ban đầu:
Xem tại các nhà máy thực tập.

U
D

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn.

- Lý thuyết q trình gia cơng biến dạng và kỹ thuật cán uốn thép tấm.
- Giới thiệu về sản phẩm và các loại máy lốc thép hiện có.
- Thiết kế động học và lựa chọn kết cấu máy hợp lý.
- Tính tốn động lực học và thiết kế các kết cấu máy.
- Lập quy trình vận hành máy để cán uốn một sản phẩm điển hình.
- An toàn vận hành máy.
4. Các bản vẽ và đồ thị.
- Bản vẽ sơ đồ và một số máy lốc thép tấm

1Ao.

- Bản vẽ lắp toàn máy

2Ao.

- Bản vẽ hộp tốc độ

1Ao.

- Bản vẽ cơ cấu di chuyển đầu trục cán

1Ao.

- Bản vẽ cơ cấu đỡ phôi

1Ao.

- Bản vẽ sơ đồ thuỷ lực

1Ao.

5. Cán bộ hướng dẫn: Trần Minh Chính.
6. Ngày giao nhiệm vụ: 6/9/2019.


7. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 7/12/2019.

Thơng qua khoa

Cán bộ hướng dẫn

Ngày

( ký, ghi rõ họ tên )

tháng năm 2019

Tổ trưởng bộ môn
( Ký ghi rõ họ tên )

C
C

Kết quả đánh giá.

Sinh viên đã hoàn thành và

R
L
T.

nộp toàn bộ báo cáo cho bộ môn.

Ngày

tháng năm 2019.

Chủ tịch hội đồng
( Ký, ghi rõ họ tên )

U
D

Ngày

tháng năm 2019.


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục
MỤC LỤC
Trang

Mục lục ...............................................................................................................................1
Lời nói đầu .........................................................................................................................4
CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH GIA CƠNG BIẾN DẠNG VÀ
KỸ THUẬT CÁN UỐN THÉP TẤM.
1.1. Lý thuyết q trình gia cơng biến dạng ..................................................................5
1.1.1. Biến dạng của kim loại ..................................................................................5
1.1.2. Biến dạng dẻo của kim loại ..........................................................................6
1.1.3. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo ....................................................8
1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực ......................10
1.2. Kỹ thuật cán uốn thép tấm ........................................................................................11

C
C

1.2.1. Khái niệm uốn ................................................................................................11

R
L
T.

1.2.2. Quá trình uốn ..................................................................................................12
1.2.3. Tính tốn phơi uốn .........................................................................................13

DU

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VÀ CÁC LOẠI
MÁY LỐC THÉP HIỆN CÓ.

I. Giới thiệu về sản phẩm ................................................................................................16
II. Tìm hiểu về các loại máy lốc thép hiện có ...............................................................18
2.1. Máy lốc 3 trục ....................................................................................................18
2.2. Máy lốc 4 trục ....................................................................................................20
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN
KẾT CẤU MÁY HỢP LÝ.
3.1. Tính tốn lực uốn và lực đàn hồi khi uốn ...............................................................23
3.2 Tính chọn công suất động cơ và phân phối tỷ số truyền trên các trục của hộp
giảm tốc ..............................................................................................................................24
3.2.1 Chọn công suất động cơ .................................................................................25
3.2.2 Chọn tỷ số truyền ...........................................................................................26
3.3. Tính chọn động học của bộ phận ép........................................................................27
3.4. Cách bố trí các trục ..................................................................................................29
CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ
THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU MÁY.
4.1 Tính tốn hộp giảm tốc...............................................................................................30

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

4.2 Thiết kế các bộ truyền ................................................................................................30
4.2.1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh ........................................................................30
4.2.2 Thiết kế bộ truyền cấp chậm 1 .......................................................................37
4.2.3 Thiết kế bộ truyền cấp chậm 2 .......................................................................43
4.2.4 Thiết kế bộ truyền bánh răng ngoài ...............................................................49
4.3 Thiết kế trục và then hộp tốc độ ................................................................................56
4.3.1 Thiết kế trục .....................................................................................................56
4.3.2 Thiết kế gối đỡ trục và tính then....................................................................70
4.4 Bơi trơn hộp giảm tốc .................................................................................................75
4.5 Thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít...........................................................................75
4.6 Thiết kế vít me đai ốc cơ cấu nâng ...........................................................................80
4.7 Thiết kế trục uốn chủ động I ......................................................................................83

C
C

4.8 Thiết kế hệ thống phanh hãm.....................................................................................88

R
L
T.

4.9 Tính chọn khớp nối và trục nối .................................................................................90
4.10 Tính tốn hệ thống thuỷ lực và các phần tử trong hệ thống ................................92

DU

1. Tính tốn lực ép để chọn đường kính piston, xilanh, áp suất, lưu lượng dầu để chọn
van,bơm,ốngdẫn.................................................................................................................92
a. Tính lực ép, áp suất, đường kính piston trục II...............................................93
b. Tính chọn piston cơ cấu nâng hạ trục chính ..................................................99
2. Tính chọn cơng suất bơm dầu ..............................................................................102
3. Tính van an tồn ....................................................................................................104
4. Tính tốn van cản ..................................................................................................109
5. Tính tốn ắcquy dầu ..............................................................................................112
6. Lựa chọn cơ cấu đảo chiều ...................................................................................114
7. Chọn lọc dầu cho hệ thống ...................................................................................115
8. Thiết kế bình chứa dầu..........................................................................................117
9. Tính tốn ống dẫn ..................................................................................................119
CHƯƠNG V: QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÁY ĐỂ CÁN UỐN MỘT
SẢN PHẨM ĐIỂN HÌNH ...................................................................122
CHƯƠNG VI: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG MÁY.
6.1 Cách lắp đặt .................................................................................................................127
6.2 Vận hành ......................................................................................................................127

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

6.3 Bảo dưỡng ....................................................................................................................128
6.4 Sự cố .............................................................................................................................128
6.5 Khắc phục sự cố ..........................................................................................................129
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................130
Lời kết ............................................................................................................................131

C
C

R
L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay nhu cầu về việc sử dụng các loại đường ống lớn ngày càng phổ biến đối
với các ngành cơng nghiệp như: Dầu khí, thuỷ điện, vận chuyển hố chất, chất đốt… là

những ngành có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.
Để chế tạo ra các loại đường ống khơng chỉ có phương pháp uốn hàn mà cịn có
những phương pháp khác nhau như: Cán, ép, kéo… Tuy nhiên các phương pháp này chỉ
thích hợp với việc sản xuất các đường ống cỡ nhỏ, còn đối với ống có đường kính lớn
phương pháp uốn hàn tỏ ra có nhiều tính năng vượt trội hơn so với các phương pháp khác
và nó đáp ứng được nhu cầu về việc sản xuất các đường ống cỡ lớn.
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa, em được giao
đề tài: Thiết kế máy cán uốn 4 trục làm đồ án tốt nghiệp.

C
C

Bằng những kiến thức đã học cùng với quá trình tìm hiểu máy tại Xí Nghiệp Cơ

R
L
T.

Điện – Cơng ty Điện lực 3 trong thời gian thực tập tốt nghiệp, cùng với sự hướng dẫn tận
tình của thây Thạc sĩ Trần Minh Chính và các thầy trong khoa Cơ khí, em đã hồn

DU

thành nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên, do thời gian có hạn đồng thời vốn kiến thức còn
nhiều hạn chế nên việc tính tốn thiết kế máy khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em kính
mong được các thầy góp ý và sửa chữa để em ngày một hoàn thiện hơn trong quá trình
thiết kế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô trong khoa đã
giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng., ngày 5

tháng 12 năm 2019.

Sinh viên thực hiện.

Nguyễn Hữu Nhân

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục
CHƯƠNG I

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

1.1. Lý thuyết q trình gia cơng biến dạng.
1.1.1. Biến dạng của kim loại.
Dưới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn
hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.
❖ Biến dạng đàn hồi.
Là biến dạng bị mất đi ngay sau khi bỏ tải trọng, nếu giá trị của tải trọng đặt vào

C
C

P ≤ PA ở trên biểu đồ thì khi tải trọng đặt vào mẫu bị kéo dài ra nhưng khi bỏ tải trọng thì

R
L
T.

nó trở về trạng thái ban đầu.

P

DU

Pb
Pa

b

a
p

Pp

Δl
Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng
❖ Biến dạng dẻo.
Là biến dạng vẫn còn lại sau khi bỏ tải trọng, khi ta đặt tải trọng P > PA thì kim loại
sẽ bị biến dạng nhưng khi ta bỏ tải trọng này thì kim loại vẫn giữ nguyên hình dáng mới
bị biến dạng chứ khơng trở về hình dáng ban đầu được.
❖ Phá huỷ.
Là sự đứt rời giữa các phần tử của tinh thể khi biến dạng. khi ta đặt tải trọng P > Pc

thì mạng tinh thể của kim loại bị xô lệch, vỡ vụn phá hủy mạng tinh thể của kim loại.

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

1.1.2. Biến dạng dẻo của kim loại.
1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể.
Được thể hiện bằng sự xê dịch của một phần đơn tinh thể so với phần kia của nó.
Xê dịch do ứng xuất tiếp gây ra khi nó vượt quá một giá trị tới hạn ‫ح‬k.
Có hai dạng xê dịch: trượt và song tinh.
❖ Theo hình thức trượt.
Một phần tinh thể xê dịch song song với phần kia dọc theo một mặt phẳng gọi là
mặt trượt hay là mặt xê dịch. ( H 1.2a )
Trượt là một dạng xê dịch cơ bản của kim loại và trong hợp kim.Trên mặt trượt các
nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần
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 khơng trở về vị trí ban đầu.

C
C





R
L
T. 

DU
(a)


(b)

Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh
❖ Theo hình thức song tinh.
Là sự xắp xếp một phần tinh thể vào vị trí đối xứng gương với phần khơng biến
dạng của nó. Mặt phẳng đối xứng gương được gọi là mặt phẳng song tinh. Khi tạo song
tinh, các mặt phẳng nguyên tử của tinh thể xê dịch song song với mặt phẳng song tinh đi
các khoảng cách khác nhau.
2. 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
trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45 o sau đó mới đến các
mặt khác.
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 dạng, khi đó

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 6

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

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.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại.
a, Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại.
Các kim loại khác nhau có các kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử
khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau. Đối với các hợp kim kiểu mạng
thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số các nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức
cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu
trúc một pha dẻo hơn kim loại có cấu trúc nhiều pha, các tạp chất thường tập trung ở biên
giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.
b, Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết các kim loại khi tăng

C
C

nhiệt độ tính dẻo tăng.

R
L
T.

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

DU

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.
c, Ảnh hưởng của ứng suất dư.

Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng t ăng, ứng
suất dư lớn làm cho tính dẻo của kim loại bị giảm mạnh (hiện tượng biến cứng).
Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 ÷ 0,3 Tnc , ứng suất dư và xơ lệch mạng giảm làm
cho tính dẻo của kim loại phục hồi trở lại ( hiện tượng phục hồi ).
Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện kết tinh lại, tổ
chức kim loại sau khi kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạnh tinh thể hoàn thiện
hơn nên độ dẻo tăng.
d, Ảnh hưởng của trạng thái 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 h ơn khi chịu
ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất dư, ma sát ngoài làm thay
đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm.
e, Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọ i phía nên
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 ch ưa
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 giòn và có thể bị nứt.
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.
1.1.3. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo.
Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất
chính sau:
❖

Ứng suất đường:

 max =

❖

Ứng suất mặt:

 max =

❖

1
2

.

1 −  2

R
L
T.
2

 max − max

DU

Ứng suất khối:

 max =

C
C

.

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.










Hình 1.3 Trạng thái ứng suất

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 8

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

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 Húc:
1 =

1
E

 1 −  ( 2 +  3 )

2 =

1
E

 2 −  ( 1 +  3 )

3 =

1

E

 3 −  ( 1 +  2 )

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

C
C

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng

R
L
T.

trong 3 hướng vng góc.

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

Ở đây:

DU

 _hệ số pyacon tính đến vật liệu biến dạng.

E_Mơđun 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 =



1+ 
2
2 c
6E

( 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

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp


Từ đó:

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

1 − 2
( 1 +  2 +  3 ) = 0
E

1 − 2 = 0

Vậy

 = 0,5



2 =

1
( 1 +  3 )
2

Vậy phương trình dẻo có thể viết:

1 −  3 =

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

C
C

R
L
T.

= K = 0,58 ch

DU

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

1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực.
1. Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo.
Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi.
Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo định luật Húc.

2. Định luật ứng suất dư.
Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng được sinh ra một ứng suất dư cân
bằng nhau. Ứng suất dư này tồn tại bên trong vật thể đến khi biến dạng làm giảm tính
dẻo, độ bền và độ giai va chạm làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. khi phân tích ứng
suất chính cần tính đến ứng suất dư và khắc phục hậu quả do nó sinh ra.
3. Định luật thể tích khơng đổi.
Thể tích của vật thể trước và sau khi cán khơng đổi. Định luật này có ý nghĩa thực
tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Xét một vật thể có kích thước trước biến dạng và sau khi biến dạng là: L 0 , b 0, h 0,
L1, b 1 , h1.
Ta có:

L0b0 h0 = L1 b1h1 .

Từ đây:

ln

L1
b

h
+ ln 1 + ln 1 = 0 .
L0
b0
h0
L1
b
h
=  1 ; ln 1 =  2 ; ln 1 =  3 .
L0
b0
h0

Ký hiệu:

ln



1 +  2 +  3 = 0 .

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.
4. Định luật trở lực bé nhất.

C
C

Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương nào

R
L
T.

có trở lực bé nhất.
5. Định luật đồng dạng.

DU

Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạng
nhau. Nhưng kích thước giống nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau.
Nếu gọi a 1 , b 1 , c1, F1, v 1, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 1; a 2 , b2 , c2,
F2, v 2 , 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.
a1 b1 c1
=
=
= n.
a 2 b2 c 2
F1
= n2
F2

v1
= n3
v2

;

Theo định luật đồng dạng thì:
P1
= n2
P2

;

A1
= n3
A2

Định luật này rất quan trọng cho phép ta thử mẫu có kích th ước nhỏ để xác định
các ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại.
1.2. Kỹ thuật cán uốn thép tấm.
1.2.1. Khái niệm uốn.
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực mhằm tạo cho phôi hoặc một
phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phơi có thể là tấm, dải, thanh định hình và

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong q trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng
phàn để tạo thàng 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.
1.2.2. 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 phôi và thu nhỏ dần kích th ước.
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 dãn dài là lớp kim loại không bị ảnh h ưởng
bởi lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim loại và đây
gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hịa này để tính tốn sức bền của vật liệu khi uốn.

C
C

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giả chiều dày chỗ uốn sai lệch hình dạng

R
L
T.

về tiết diện ngang, lớp trung hịa bị lệch vể phía bán kính nhỏ.

Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng

DU

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

Hình 1.4 Biến dạng của phơi thép trước và sau khi uốn

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

1.2.3. Tính tốn phơi uốn.
1. Xác định vị trí lớp trung hịa.
Vị trí của lớp trung hịa được xác định bởi bán kính lớp trung hịa ρ. Trong q
trình uốn bề mặt lớp kim loại phía trong và phía ngồi của phôi bị biến dạng nén và kéo
và ở giữa các lớp này là lớp trung hịa hầu như khơng bị biến dạng và để tính tốn phơi ta
tiến hành xác định vị trí lớp trung hịa và tính tốn phơi tại đây.
Bán kính lớp trung hịa có thể được xác định theo công thức:
Btb
r  
S  + 

B
2 2

=

Trong đó:

( mm )

Btb_chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn.
Btb =

B + B2
2

C
C

B_chiều rộng của phôi ban đầu.
S_chiều dày vật liệu.

R
L
.

r_ bán kính uốn phía trong.

T
U

ξ_hệ số biến mỏng.

D

( mm )

( mm )

( mm )

B
Tỷ số tb gọi là hệ số biến rộng.
B

=

S1
S

S1_chiều dày vật liệu sau khi uốn.

Trong thực tế bán kính lớp trung hịa có htể xác định theo công thức gần đúng.
ρ = r + x.S
Trong đó: r_bán kính uốn phía trong.
x_hệ số xác định khoảng cách lớp trung hịa đến bán kính uốn phía trong

r

2. Tính chiều dài phơi.

S



l2

l1
p
Hình 1.5

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Chiều dài phơi được tính theo cơng thức:
L = l1 + l 2 +

Trong đó:


180

(r + xs ) .

r_bán kính uốn. ( mm )

3. Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất.
Khi uốn, nếu bán kính uốn phía trong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn.
Nếu bán kính uốn q lớn sẽ khơng xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo và phôi sẽ không
giữ được trạng thái sau khi uốn.

❖ Bán kính uốn lớn nhất được xác định theo cơng thức:
rngồi = rtrong - S
Trong đó:

E = 2,15.10 5 ( Nmm2 ) môđun đàn hồi của vật liệu

S_chiều dày vật uốn.

( mm )

C
C

σ_ giới hạn chảy của vật liệu. ( N/mm2 )
❖

Bán kính uốn nhỏ nhất được xác định theo công thức:

R
L
T.

1 S
rmin =  − 1


2

DU

δ_độ giãn dài tương đối của vật liệu. ( % )
Theo thực nghiệm ta có:
rmin = K.S
Với:

K_hệ số phụ thuộc góc nhấn α.

4. Cơng thức tính lực uốn.
Lực uốn bao gồm uốn tự do liên tục và lực làm cho phôi chuyển động quanh trục.

Trong đó:

 

F = F1 + F2

F1 _lực biến dạng dẻo kim loại.

F1 _lực làm cho phôi quay quanh trục.

Lực uốn làm biến dạng dẻo kim loại.
BS 2 b n
F1 =
= k1 BS b
l

Ở đây:
5.

k1 =

nS
l

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

dẻo mà có một phần cịn lại ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi khơng cịn lực tác dụng của

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

các trục uốn thì vật uốn hồn tồn như hình dáng kích thước như đã lựa chọn ban đầu đó
là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn.

r

Khi uốn


+

Sau khi uốn

Hình 1.6
Tính toán đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính nhỏ ( r < 10s ) bằng góc đàn

C
C

hồi β. Cịn khi uốn với bán kính lớn ( r >10s ) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi bán

R
L
T.

kính cong của vật uốn.

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc uốn
theo tính tốn.

DU

β = α0 – α.

Thông thường β bằng khoảng 10 0.
Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc uốn, tỷ số giữa
bán kính uốn với chiều dày vật liệu, hình dáng kết cấu uốn.

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục
CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM VÀ
CÁC LOẠI MÁY LỐC THÉP HIỆN CÓ
I. Giới thiệu về sản phẩm.
Trong đời sống hằng ngày sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi cho các ngành,
các phương tiện trong thực tế.
Đó là nhu cầu rất cần thiết khơng thể thiếu được. Nó chiếm một tỷ trọng đáng kể
trong nhiều lĩnh vực.
❖ Trong nông nghiệp: ống được dùng để dẫn nước của máy bơm, máy kéo.
❖ Trong các ngành cơng nghiệp ống đóng vai trị chủ chốt trong mọi hoạt động.

C
C

Ở các xí nghiệp ống được dùng để chứa các khí ( O2, CO2 , C2 H2… ). Dẫn nước, dầu cho
máy móc có sử dụng ống.

R
L
T.

❖ Một số cơng trình thuỷ lợi, sản phẩm ống được lắp đặt để dẫn nước tới nơi cần
được cung cấp.

DU

❖ Trong đời sống sinh hoạt, ống là phương tiện dẫn nước cho mọi người dân, bảo
vệ nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn.

❖ Tại các công ty xăng dầu ống được sử dụng rất cần thiết, là chỗ chứa quan trọng
để đảm bảo cung cấp cho các phương tiện đi lại như ( xe ô tô, xe gắn máy….).
Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng cơng việc khác nhau do
đó ống dẫn sẽ không thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh vực.
Dưới đây là một số mơ hình ống được dùng sản xuất.
•

Ống dùng dẫn nước, dẫn dầu và khí.

Hình 2.1

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp
•

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Ống dùng các trữ lượng lớn.

Hình 2.2
•

Ống dùng để tạo bình chứa khí, chứa gas: Có u cầu cao về chịu áp lực, đảm

bảo an tồn. Thường có chiều dài lớn.
•

C
C

Bồn dùng để tạo bình chứa dầu, nước, khơng được rị rỉ u cầu độ kín khít cao.

R
L
T.

DU

Hình 2.3
Tuy nhiên việc sử dụng ống cho nhiều hình thức khác nhau, có những dạng kích
thước của ống khác nhau. Vì vậy sản phẩm ống là nhu cầu không thể thiếu được trong
sản xuất và đời sống.
Trong q trình thực tập tại Xí nghiệp Cơ điện _ Công ty Điện lực 3 và qua sự tìm
hiểu, học tập quy trình sản xuất ống dẫn nước chịu áp lực phục vụ cho các công trình
thuỷ lợi_ thuỷ điện, phần nào cũng khẳng định thêm tầm quan trọng của các đường ống.
Hiện nay, với nhu cầu xây dựng các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ nhằm cung cấp
điện cho điện lưới quốc gia. Xí nghiệp đã hợp đồng sản xuất ống dẫn nước và ống dẫn
chịu áp lực cho các cơng trình thuỷ lợi_thuỷ điện mà điển hình là cơng trình thuỷ điện

Khe Diên ở Quảng Nam và cơng trình thuỷ lợi_thuỷ điện Quảng Trị.

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Sản phẩm ống dẫn được sản xuất tại Xí nghiệp hiện nay có các thơng số kỹ thuật
sau: Tính cho một đoạn ống.
➢

Dài:

➢

Đường kính: Φ2200 ( mm ).

➢

Dày:

1800
30

( mm ).
( mm ).

Với sản phẩm như vậy, phôi liệu ban đầu là thép tấm CT3 với các kích thước:
➢

Dày:

30

( mm ).

➢

Dài:

7000

( mm ).

➢

Rộng:

1800

( mm ).

Ống sau khi được sản xuất bằng máy lốc 4 trục và qua các công đoạn hàn nối để cho
ra sản phẩm cuối cùng theo yêu cầu.
II. Tìm hiểu về các loại máy lốc thép hiện có.

C
C

Cùng vói nhu cầu về các thiết bị đường ống ngày càng cao và địi hỏi kích thước lớn

R
L
T.

mà trong khi đó các phương pháp cán ống chưa thể đáp ứng được.

Để đáp ứng được việc sản xuất chế tạo các đường ống có kích thước lớn cần phải

DU

được thực hiện trên các máy lốc thép.

Qua quá trình học tập và tìm hiểu hiện nay có hai loại máy lốc thép là máy lốc 3 trục
và máy lốc 4 trục.
2.1 Máy lốc 3 trục.
Đối với máy lốc 3 trục ta có thể có nhiều phương án cuốn ống khác nhau. Ở đây ta
có 3 phương án điển hình.
2.1.1 Phương án 1: Hai trục ép đặt phía dưới.

Hình 2.5
▪ Ưu điểm: Kiểu máy cuốn hai trục ép đặt phía dưới này được sử dụng để cuốn
những vật liệu dày có kết cấu phức tạp, cho năng suất cao.

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

▪ Nhược điểm: Không cuốn được những vật liệu quá nhỏ và khó chế tạo, giá thành
cao.
2.1.2

Phương án 2: Trục ép đặt về phía sau hai trục uốn.

Hình 2.6
▪ Ưu điểm: Phương án này có khả năng cuốn được các sản phẩm có kích thước
khác nhau, cuốn được những vật liệu dày.

C
C

▪ Nhược điểm: Năng suất khơng cao vì tính linh hoạt của máy thấp.
2.1.3

R
L
T.

Phương án 3: Trục ép được bố trí ở giữa hai trục đỡ.

DU

Hình 2.7
Trên đây là các phương án để cuốn ống từ máy lốc 3 trục. Từ đó phương án 3 là
phương án có hiệu quả và đảm bảo tính kinh tế cho việc chế tạo vì:
+ Kết cấu máy đơn giản, làm việc có năng suất cao.
+ Dụng cụ chi tiết dễ chế tạo, dễ mua.
+ Đảm bảo tính kinh tế cao, dễ sửa chữa.
Ta có sơ đồ động của máy như sau:

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục
1

2
M
3

1_Phanh.

4

2_Động cơ.
3_Bộ truyền đai.
5

6

M

4_Hộp giảm tốc.

7

5_Bộ truyền bánh răng.
8

6_Vít me – đai ốc.
7_trục vít – bánh vít.

10

8_khớp nối.

C
C

9_Ổ trượt.

9

R
L
T.

Hình 2.8

10_Trục cuốn.

DU

Ngun lý hoạt động:

Sau khi chuẩn bị song vật liệu ta tiến hành cuốn. Phôi được đưa vào khe hở giữa hai
trục dưới và trên và bắt đầu khởi động máy để cuốn. khởi động động cơ để ép hai trục
dưới lên tạo độ cong cho phôi và trục trên chuyển động quay trịn để cuốn phơi. Trục
cuốn có thể quay hai chiều để cuốn phôi chạy tới chạy lui cho đến khi sản phẩm ống
được hình thành thì kết thúc một quá trình cuốn.
2.2 Máy lốc 4 trục.

60°

trục I

trục III

trục IV

Hình 2.9

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

trục II

Trang 20

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Cũng dựa trên nguyên tắc phôi được ép nhờ hai trục III và IV, đồng thời được cuốn
sang phải và trái thông qua chuyển động quay của trục cuốn I.
So với máy cuốn 3 trục, ở đây ta có thể lốc được các ống có chiều dày khác nhau
qua khe hở giữa hai trục uốn I và II. Ngoài ra so với máy cuốn 3 trục không thể uốn cong
đoạn đầu của phơi trong khi may lốc 4 trục có thể làm được và làm biến dạng đều trên
toàn bộ bề mặt của phôi, thông qua việc điều chỉnh lực ép của hai trục bên lên phôi.
Tuy nhiên, máy lốc 4 trục cũng còn nhiều hạn chế nh ư:
+ Hệ thống điều khiển phức tạp, cơ cấu không gọn do vừa điều khiển bằng cơ khí
vừa điều khiển bằng thủy lực.
+ Giá thành chế tạo cao.
+ Chiếm nhiều không gian trong nhà xưởng.
Mặc dù vậy, máy cũng có những ưu điểm vượt trội:

C
C

+ Năng suất hoạt động lớn vì tính linh hoạt của máy cao.

R
L
T.

+ Có thể cuốn được những ống có đường kính lớn và chiều dày khác nhau và đảm
bảo độ chính xác cao.

DU

Sơ đồ động của máy ( hình 2.10 ).
M

M

M

Hình 2.10
Nguyên lý hoạt động.

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy cán uốn 4 trục

Sau khi phôi thép tấm được đưa vào máy ta khởi động trục ép để ép cong phôi đồng
thời nâng trục II để ép phôi theo chiều dày của phôi. Sau đó ta khởi động động cơ chính
để cuốn ống cho đến khi ống được cuốn xong.

C
C

R

L
T.

DU

SVTH: Nguyễn Hữu Nhân

Trang 22