Thiết kế máy sản xuất kim bấm tập năng suất 100 800 kim ngày

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM

THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KIM BẤM TẬP
NĂNG SUẤT 100.800 KIM/NGÀY

MÃ SỐ: T2013-1114

SKC005675

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG

THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KIM BẤM TẬP NĂNG
SUẤT 100.800 KIM/NGÀY

Mã số: T2013-1114

Chủ nhiệm đề tài: GV.KS Nguyễn Văn Hồng

TP. HCM, Tháng 12 năm 2013


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG

THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KIM BẤM TẬP NĂNG
SUẤT 100.800 KIM/NGÀY

Mã số: T2013-114

Chủ nhiệm đề tài: GV.KS. Nguyễn Văn Hồng
Thành viên đề tài:

TP. HCM, Tháng 12 năm 2013


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA ĐỀ TÀI
STT

Họ và tên

Đơn vị công tác

Nhiệm vụ
đƣợc giao

1. K.S. Nguyễn Văn Hồng.
2. Th.S Trần Thanh Lam.
3. Th.S Đặng Quang Khoa.

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
STT

1

Tên đơn vị trong và ngồi nƣớc

Khoa cơ khí máy - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
Tp.HCM.

Nội dung phối hợp

Chế tạo

2

Trang i


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

MỤC LỤC

MỤC LỤC
Trang
DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA ĐỀ TÀI ............................................................. i
ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ...................................................................................................... i
MỤC LỤC ..................................................................................................................................ii
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................................iii
CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN THIẾT KẾ MÁY .................................................................. 3
CHƢƠNG III: CƠ SỞ TÍNH TỐN.......................................................................................... 8
CHƢƠNG IV: TÍNH TỐN THIẾT KẾ ................................................................................ 36
CÁC BỘ TRUYỀN & CHI TIẾT MÁY .................................................................................. 36
CHƢƠNG V: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CAM ........................................................................ 64
CHO MÁY SẢN XUẤT KIM BẤM TẬP ............................................................................... 64
CHƢƠNG VI : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 71
PHỤ LỤC BẢN VẼ.................................................................................................................. 72

Trang ii


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: “Thiết kế máy sản xuất kim bấm tập năng suất 100.800 kim/ngày”
Mã số: T2013-114
- Cơ quan chủ trì đề tài: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM .
- Thời gian thực hiện: 12 tháng

2. Mục tiêu
- Thiết kế nguyên lý máy sản xuất kim bấm tập.
- Thiết kế sơ đồ kết cấu của máy, lựa chọn các cơ cấu cho từng cụm.
- Tính tốn từng cụm máy.
- Vẽ các bản vẽ chi tiết cho từng cụm.
- Vẽ bản vẽ tổng thể máy.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Đƣa ra đƣợc qui trình sản xuất kim bấm tập với năng suất cao.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Thiết kế thành công máy sản xuất kim bấm tập với năng suất cao.
5. Sản phẩm
- 1 thuyết minh báo cáo khoa học cấp trƣờng.
- Một bộ hồ sơ thiết kế máy ( tập bản vẽ chế tạo + 1 bản vẽ lắp)
6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng:
- Khoa cơ khí máy – Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.

Trƣởng Đơn vị
(ký, họ và tên, đóng dấu)

Ngày 8 tháng 11 năm 2013
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

Trang iii


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vục đề tài ở trong và ngoài nƣớc
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, thiết bị máy móc hiện đại có năng suất và
độ chính xác cao đƣợc sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp. Để đáp ứng đƣợc
nhu cầu khách quan của thực tế, ngƣời cán bộ kỹ thuật phải ngày càng nâng cao về
trình độ chuyên môn nghiệp vụ, phải nắm vững và ứng dụng đƣợc các thiết bị máy
móc hiện đại có độ chính xác cao để có thể vận dụng vào thiết kế và chế tạo thiết bị
ứng dụng trong sản xuất. Điều đó làm tăng năng suất lao động, mang lại hiệu quả kinh
tế cao, tăng sức cạnh tranh nhằm phục vụ nhu cầu thị trƣờng và tăng tỉ lệ máy nội địa
trong cơ cấu máy công nghiệp của nƣớc ta và khẳng định đƣợc trình độ kỹ thuật chúng
ta đang và sẽ theo kịp với thế giới.
1.2 Tính cấp thiết
Hiện nay kim bấm tập là một dụng cụ rất phổ biến dùng để bấm tập và tất cả
các loại tài liệu,văn bản ở các văn phòng,cơ quan và trƣờng học,… Với ƣu điểm
vừa gọn nhẹ,bền và rẻ và đặc biệt là tính thơng dụng của nó đối với tất cả các
tài liệu văn bản. Vì vậy,việc sử dụng kim bấm tập là điều không thể thiếu đƣợc
trong lĩnh vực học tập và in ấn,…
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và địi hỏi độ chính xác của sản phẩm,cũng nhƣ
khả năng làm việc lâu dài,tính thẩm mỹ và gọn nhẹ của kim bấm tập. Nhóm
nghiên cứu đã chọn đề tài: “ thiết kế và thi công máy sản xuất kim bấm tập’’.
1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:

Thiết kế nguyên lý máy sản xuất kim bấm tập.

Thiết kế sơ đồ kết cấu của máy, lựa chọn các cơ cấu cho từng cụm.

Tính tốn từng cụm máy.

Vẽ các bản vẽ chi tiết cho từng cụm.

Vẽ bản vẽ tổng thể máy.

1.4 Cách tiếp cận:
- Tìm hiểu nhu cầu thực tế và tính khả thi của đề tài
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Khảo sát thực tế
- Nghiên cứu tài liệu
- Thực nghiệm.
1.6 Đối tƣợng nghiên cứu:
- Kim bấm tập
1.7 Phạm vi nghiên cứu:
Đề tài nghiên cứu “ Thiết kế và thi cơng máy sản xuất kim bấm tập ” đã hồn
thành các phần yêu cầu của đề tài . Tuy nhiên,vì đề tài đƣợc làm trong một thời gian
có phần hạn chế nên có những cơng đoạn mà ở đó cịn có những nhƣợc điểm và hạn
chế nhƣ: tính thẩm mỹ,tiếng ồn…
1.8 Nội dung nghiên cứu :
 Xây dựng ý tƣởng và nguyên lý làm việc của máy.

Trang 1


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114





Tính tốn thiết kế hệ thống cấp phơi.
Tính tốn thiết kế bộ phận cắt đứt phơi.
Tính tốn thiết kế bộ phận chận và dập.
Tính tốn thiết kế các cơ cấu và bộ truyền.

Trang 2


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN THIẾT KẾ MÁY
Trong quá trình tham quan tại nhà máy PLUS nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu đƣợc
quá trình chế tạo kim bấm tập. Tuy nhiên vì lý do cơng nghệ mà nhóm khơng có
đƣợc những hình ảnh thiết thực về cơng nghệ hiện đại nhất mà cơng ty đang sản xuất.
Vì vậy nhóm nghiên cứu xin đƣợc trình bày tóm tắt một số cơng đoạn chính trong
q trình sản xuất kim bấm tập ở cơng ty nhƣ sau:
2.1 Q trình chuốt phơi.
Qúa trình này gồm 7 phần,đó là: phơi thép cuộn với đƣờng kính 1.2 mm đƣợc đặt
trong cột (1). Phơi thép đi qua hệ thống con lăn (2) và tới hệ thống chuốt (3). Tại hệ
thống này có đặt 11 khn chuốt đƣợc sắp xếp theo thứ tự nhỏ dần của đƣờng kính lỗ
chuốt và bên trong đƣợc tƣới bằng dung dịch emunxi. Sau khi chuốt xong thép có
đƣờng kính là 0.415 mm và đƣợc đi qua hệ thống nắn thẳng phôi theo phƣơng đứng
(4) và phƣơng ngang (5). Phôi đƣợc cuộn vào tang (6) bởi động cơ servo (7). Ở vị trí
(6) có thể đặt đứng hoặc đặt ngang.

Hình 2.1 Q trình chuốt phơi

2.2 Q trình cán,dán keo và sấy.

Trang 3


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

Hình 2.2 Quá trình cán, dán keo và sấy

Hình vẽ trên là sự mơ tả đơn giản về q trình cán,dán keo và sấy thông qua một
số bộ phận sau: Các cuộn kẽm sau khi đã đƣợc chuốt ở phần (a) đƣợc đặt lên khung
đỡ (2) sao cho ở mỗi cuộn đều có một đầu dây đi vào bộ lƣợc kẽm (3) với mục đích
sắp xếp các sợi kẽm xích lại gần nhau một cách đồng đều. Các sợi kẽm tiếp tục đi
qua hệ thống (4) bao gồm bộ phận cán bằng con lăn và bộ phận dán keo,khi cán
xong các sợi kẽm sẽ đạt đƣợc kích thƣớc yêu cầu. Và tiếp tục đi qua hệ thống sấy
(5) để làm khơ keo,lúc này các sợi kẽm đƣợc dính liền lại với nhau thành một mảng
gồm 200 sợi (nếu nhìn từ xa thì ta có thể thấy nó nhƣ một dải vải có sự mềm mại)
sau đó đƣợc cuốn vào tang (7) với khối lƣợng 2 tấn nhờ động cơ (8). Tất cả các quá
trình sản xuất đều diễn ra tự động.

Trang 4


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
2.3 Quá trình tạo sản phẩm.

Hình 2.3 Quá trình tạo sản phẩm
Sản phẩm của quá trình (b) là đầu vào của quá trình (c). Kẽm sẽ từ tang (1) đi qua máy
dập (3) gồm bộ phận dập (4) ở đầu có gắn dao cắt và giá đỡ khn (5). Máy dập đƣợc
120 nhịp/phút,mỗi lần dập cho ra đƣợc bốn sản phẩm (8),mỗi sản phẩm gồm 50 kim.
Với một tang (1) sẽ cho ra 4000 hộp và mỗi hộp chứa 20 sản phẩm (8). Trƣớc khi
đƣợc đóng gói các sản phẩm đều đƣợc công nhân kiểm tra thủ công bằng cách cho đi
qua một dƣỡng kiểm tra. Sản phẩm của công ty chủ yếu là xuất khẩu còn ở thị
trƣờngViệt Nam chỉ chiếm 20%. Đây là quy trình cơng nghệ hiện đại nhất hiện nay,
tồn bộ q trình đều là tự động hóa. Tuy nhiên nhóm cũng đƣợc tham quan một cơng
nghệ đã có từ rất lâu nhƣng hiện tại vẫn cịn đƣợc sử dụng. Căn cứ vào quy trình cơng
nghệ đó nhóm đã lên ý tƣởng sơ đồ kết cấu của máy sản xuất kim bấm tập nhƣ sau:
Máy tự động gồm các bộ phận chính nhƣ : nguồn chuyển động,cơ cấu
chuyển động,cơ cấu chấp hành và cơ cấu điều khiển

2.4 Sơ đồ kết cấu của máy sản xuất kim bấm giấy có dạng sau:
Từ động cơ chuyển truyền đến trục chính (cũng là trục phân phối). trục này nhận
chuyển động qua cơ cấu điều chỉnh riêng Y của nó. Trong q trình cơng tác,trục phân
phối quay liên tục và đều để thực hiện chuyển động làm việc và chuyển động chạy
không
Sơ đồ động của máy sản xuất kim bấm giấy.

Trang 5


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

Hình 2.4 Sơ đồ kết cấu máy sản xuất kim bấm tập
 Đặc tính kỹ thuật của máy.
Theo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và năng suất thiết kế theo yêu cầu là tƣơng
đƣơng100800kim /ca làm việc(8h),ta đƣa ra đƣợc đặc tính kỹ thuật máy
- Chiều dài lớn nhất của chi tiết gia công :
24.9 mm
- Số cấp tốc độ :
1 cấp
- Giới hạn năng suất của máy :
3.5 kim / giây
- Thời gian gia công 1 chi tiết :
0.29 giây
 Sơ lƣợc nguyên lý hoạt động của máy.
Chuyển động từ động cơ (1) qua bộ truyền đai giảm tốc (2) đến trục I.
Từ trục I qua bộ truyền xích (7) chuyển động truyền sang trục II.
Từ trục II qua bộ truyền bánh răng nón (8) chuyển động truyền sang trục III.
Tồn bộ hệ thống chuyển động.
Phơi liệu đƣợc cấp từ tang phôi (11),qua bộ nắn thẳng theo phƣơng ngang (10) và

bộ nắn thẳng theo phƣơng đứng (9),sau đó đƣợc cán định hình và đƣa định lƣợng
nhờ cam cán và cấp phơi (16) và sau đó đƣợc cắt đứt ở bộ dao cắt (13).
Bộ dao cắt (13) thực hiện cắt đƣợc là nhờ cam cắt phôi (14) lắp trên trục II. Tác
động thông qua cần dẫn động (17).

Trang 6


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
Trục phân phối mang cam chận (4) và cam dập (3),(6). Khi trục I quay,cam tác
động lên dao chận,dập thực hiện q trình chận,dập uốn phơi tạo chi tiết.
Sau khi cam (3),(6) thực hiện xong quá trình dập uốn,cam (4) tác động vào con
lăn ở đầu cần đẩy sản phẩm (5),đẩy sản phẩm trƣợt và xếp đều trên thƣớc dẫn
hƣớng (12).
Các chi tiết đƣợc liên kết lại thành từng băng nhờ lớp keo mỏng đƣợc phết đều
nhờ bộ phận bôi keo (18) và đƣợc cắt định lƣợng nhờ cữ cắt điện từ (19).

Trang 7


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114

CHƢƠNG III: CƠ SỞ TÍNH TỐN
3.1 Tổng qt về q trình cắt kim loại
Thực nghiệm quá trình cắt ngƣời ta rút ra biểu đồ sau: biểu đồ này diễn tả mối
quan hệ giữa lực cắt và sự biến dạng của kim loại khi cắt.

Hình 3.1 Biều đồ mối quan hệ giữa lực cắt và biến dạng của kim loại
3.2

Qúa trình cắt.
Một quá trình cắt dù xảy ra nhanh hay chậm thế nào thì cũng trải qua
3 thời kỳ :
 Thời kỳ cặp.
 Thời kỳ cắt.
 Thời kỳ đứt.
a) Thời kỳ cặp.
Là thời kỳ lƣỡi dao ăn vào kim loại bị cắt,lực cắt sẽ tăng từ P = 0 đến
P = Pmax .

Để đặc trƣng cho quá trình này xảy ra nhanh hay chậm,ngƣời ta dùng thông số :
Z1
tỷ số chiều sâu cắt tƣơng đối  1 .  1 
h
Trong đó :- Z 1 : chiều sâu kim loại đƣợc cắt khi lực cắt P tiến từ 0 đến Pmax .
- h : chiều dày kim loại cần cắt.
b)
Thời kỳ cắt.
Là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện vật cắt,P giảm từ
Pmax xuống Pc .
c)

Thời kỳ cắt đứt.

Trang 8


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
Là thời kỳ mà không cần lực cắt nhƣng kim loại cần cắt vẫn tự đứt. Để đặc trƣng
cho sự nhanh hay chậm của quá trình này ngƣời ta cũng đƣa ra tỷ số độ sâu đứt tƣơng

đối  2 .  2 

Z2
h

Trong đó : - Z 2 : chiều sâu kim loại ở cuối thời kỳ cắt đầu thời kỳ cắt
- h : chiều sâu kim loại cần cần đứt
Tùy thuộc vào vật liệu cần cắt ta có các giá trị  1 và  2 :
3.3

Sơ đồ biểu diễn q trình cắt.
Dao trên (thớt)

Kim loại
đem cắt
CT10
CT20
CT50
50C2
C8
Phơi
C20
Cu
Zn
Đuara
X19H9T
X10

Trạng thái nóng

2
0.75 ÷ 1
0.75 ÷ 0.95
0.7 ÷ 0.95
0.65 ÷ 0.9
0.7 ÷ 0.85
0.7 ÷ 0.9
0.95
0.7
0.5
0.7 ÷ 0.8
0.65 ÷ 0.7

1
0.32 ÷ 0.4
0.3 ÷ 0.35
0.25 ÷ 0.3
0.23 ÷ 0.28
0.25 ÷ 0.3
0.28 ÷ 0.35
0.35
0.3
0.25
0.25 ÷ 0.3
0.2 ÷ 0.25

Trạng thái nguội

1
2

0.3
0.5
0.25
0.35 ÷ 0.45
0.2
0.3 ÷ 0.4
0.2
0.25 ÷ 0.3
0.2
0.35
0.25
0.3 ÷ 0.45
0.3 Dao dƣới
0.45
0.2
0.4
0.15
0.25
0.35
0.45
0.15
0.3

P
C D

B

E
A

P

Trang 9


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
Hình 3.2 Sơ đồ biểu diễn quá trình cắt
3.4 Xác định lực cắt.
3.4.1 Sơ đồ ứng suất tiếp và lực cắt.
Nhìn trên sơ đồ quá trình cắt. dƣới dây ta chỉ xét phần diện tích ABD.

P
P

max

P

min





O

1



2

x

=Zx/h

Z

B

C

D

h

E
F

Z

1/2

Z

2/2

A
O



tb



max

Hình 3.3 Sơ đồ ứng suất tiếp và lực cắt
3.4.2 Xác định lực cắt.
 tb 

P
F

Trong đó :

P : lực cắt (N)
F : tiết diện cắt ứng với hình vẽ đó là tiết diện ABCE,cịn tiết diện
CDE là tiết diện trong thời kỳ cắt đứt,kim loại tự đứt mà không cần lực cắt tác dụng
nên ứng suất trong cơng thức trên khơng tính vào.
 P   tb . F
(1)
Ta có :

F  ABCE tiết diện này có dạng hình thang.

ABCE 

( AB  CE )

.BC
2

Với AB=h
CE  h 

Z2
2h  Z 2

2
2

Trang 10


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
Mà  2 

Z2
h

 CE 

h
(2   2 )
2

Trên hình vẽ ta có:
tg 

Z2 / 2
BC



BC 

Z2
 h
 2
2 tg
2 tg

h  (h / 2) (2   2 )   2 h  h 2 2 (4   2 )

 
ABCE 
2
8 tg
 2 tg 

(2)

Thực nghiệm tính tốn ta có mối liên hệ giữa  tb và  max :

 tb   max

3 
2 2
2  2

(3)

Thế (2) và (3) vào (1):
3 2   2 h 2  2 (6  5,5 2   2 )
 P   tb . F   max .
.
2 2
8 tg

Mà  max  k1  b
+ k1 = 0.6  0.7
k1 = 0.8 đối với thép mềm.
k1 = 0.7 đối với thép cứng.

+ Trong q trình cắt có sự tăng lực cắt do dao bị cùn :
k 2  1.1  1.25 : khi cắt nóng
k 2  1.15  1.3 : khi cắt nguội

+ k 3 hệ số xét đến ảnh hƣởng của hai lƣỡi dao:
k 3  1.15  1.25 : khi cắt nóng
k 3  1.2  1.3

: khi cắt nguội

Suy ra lực cắt :

P  k1 k 2 k 3 .
 P  k1k 2 k3 .

3 2  2 2
.h  2
4 tg

3 2   2 h 2  2 (6  5,5 2   2 )
.
2 2
8 tg

Đây là công thức xác định lực cắt của máy sản xuất kim bấm tập.
+ Vật liệu làm kim bấm chủ yếu là từ thép C8 ÷ C10 để an toàn ta chọn chỉ số bền của
mác thép C10,tra bảng ta có đƣợc  b  40 KG / mm 2
+ Chọn :

Trang 11


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
k1  0.8
k 2  1.3
k3  1.3

 2  0.4
 P  0.8  1.3  1.3  400 

1,5  0,4 6  5,5  0.4  0.4 2

 0.752  0.4  41.4 ( N )
2  0.4
8tg 450

3.4.3 Mơ hình hộp dao cắt.
Dựa vào bản vẽ kim bấm giấy ta thiết kế ổ dao cắt có mơ hình nhƣ sau:
Ổ dao cắt gồm:dao trên cố định và dao dƣới di động nhờ rãnh mang cá.
Sau một thời gian làm việc dao dƣới di động có thể bị mịn và khơng cịn chính xác
nữa. Để khắc phục hiện tƣợng này thì ta dùng nêm điều chỉnh (hình trên).
Dao trên cố định nhờ một nêm điều chỉnh xiết cố định lại (sau khi đã điều chỉnh
vị trí dao cắt trùng với mặt đầu của thƣớc nơi có gắn mảnh hợp kim).
Toàn bộ ổ dao trên giá chữ L ( có thể điều chỉnh ổ dao cắt theo phƣơng x nhờ
rãnh định vị và phƣơng y).
Vật liệu làm dao trên và dao dƣới phải có độ cứng và độ bền mịn cao,ta dùng
hợp kim BK8.

Hình 3.4 Mơ hình hộp dao cắt
3.5 Tổng quát về quá trình uốn kim loại
3.5.1 Khái niệm và đặc điểm

Khái niệm

Trang 12


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
Uốn là nguyên công biến phôi phẳng,dây hoặc ống thành sản phẩm cong đều hoặc
gấp khúc tùy theo công dụng của chúng.

Đặc điểm
Khi uốn các kim loại để đạt đƣợc những chi tiết có kích thƣớc và hình dạng cần
thiết,ngƣời ta thƣờng nhận thấy rằng với tỷ số chiều rộng và chiều dày của phôi khác
nhau,với mức độ biến dạng khác nhau (tỷ số giữa bán kính uốn và chiều dày vật liệu

khác nhau) và trị số của góc uốn khác nhau thì quá trình biến dạng xảy ra tại vùng uốn
cũng có những đặc điểm khác nhau.

Hình 3.5 Phơi sau khi uốn.
Nếu chúng ta uốn một dãy phôi thép (có chiều rộng b< 3S) trên đó kẻ sẵn mạng tọa
độ trƣớc khi uốn thì sau khi uốn chúng t a nhận thấy rằng :
Tại vùng uốn các thớ ngang vẫn thẳng và vng góc với trục phơi.
Các thớ dọc bị biến dạng khác nhau nhờ ở hai phía,các kim loại ở phía trong của
góc uốn (phía bán kính nhỏ) thì bị nén và co ngắn theo hƣớng dọc đồng thời bị kéo và
dãn dài theo hƣớng ngang. Các kim loại ở phía ngồi góc uốn (phía bán kính lớn) thì
bị kéo và dãn dài theo hƣớng dọc đồng thời bị nén và co ngắn theo hƣớng ngang,tạo
thành độ cong ngang.
Khi uốn những dãy phôi rộng (b >3S),chiều dày vật liệu giảm,mặt cắt ngang của
phôi bị thay đổi không đáng kể,có thể coi nhƣ khơng đổi bởi vì trở lực của vật liệu có
chiều rộng lớn chống lại sự biến dạng theo hƣớng ngang. Khi đó các lớp kim loại ở
phía trong góc uốn chỉ bị nén và co ngắn theo hƣớng dọc cịn các lớp kim loại ở phía
góc uốn chỉ bị kéo và dãn dài theo hƣớng dọc.

Khi uốn với mức độ biến dạng lớn,các lớp kim loại ở phía ngồi của phơi bị kéo và
dãn dài đáng kể,dễ gây hiện tƣợng nứt,gãy. Vì vậy khi cắt phơi uốn cần phải chú ý bố

Trang 13


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
trí sao cho đƣờng uốn vng góc với thớ cán của phôi,tránh để đƣờng uốn so ng song
với thớ cán.
3.5.2 Lớp trung hịa biến dạng:

Hình 3.6 Bán kính cong của lớp trung hịa biến dạng

Tại vùng uốn có những lớp kim loại bị nén và co ngắn đồng thời cũng có những
lớp bị kéo và dãn dài theo hƣớng dọc vì vậy giữa các lớp đó thế nào cũng tồn tại một
lớp có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của phơi. Lớp này ngƣời ta gọi là lớp trung
hịa biến dạng. Lớp trung hòa biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định kích thƣớc của
phơi khi uốn và xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép.
Khi uốn với bán kính uốn lớn,mức độ biến dạng ít,vị trí lớp trung hịa biến dạng
nằm ở giữa chiều dày của phơi. Nghĩa là bán kính  bh của lớp trung hịa biến dạng
đƣợc xác định theo cơng thức:
 bh  r 

S
2

Trong đó

r : bán kính uốn
S : chiều dày vật liệu
Khi uốn với mức độ biến dạng lớn (góc uốn và bán kính uốn nhỏ) tiết diện ngang
của phôi bị thay đổi nhiều,chiều dày vật liệu giảm. Khi đó lớp trung hịa biến dạng
khơng đi qua tiết diện phơi mà dịch chuyển về phía tâm cong,ở đây bán kính lớ p trung
hịa biến dạng đƣợc xác định theo công thức:

b

r
Pbh       S  tb
2
b
S

Trong đó :

 

S1
: hệ số giảm chiều dày.
S

S1

: chiều dày phôi trƣớc khi uốn

S
r
b

: chiều dày phôi sau khi uốn
: bán kính uốn
: chiều rộng ban dầu của phơi
: chiều rộng trung bình sau khi uốn

btb
btb 

b1 , b2

1
(b1  b2 )
2

: chiều rộng phía trên và phía dƣới của dải sau khi uốn.

Hệ số giảm chiều dày khi uốn  :

Trang 14


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
r
S


0.1

0.25

0.5

1

2

3

4

0.82

0.87

0.92

0.96

0.985

0.992

0.995

Khi chiều rộng của phơi lớn thì tỷ số
Lúc đó :

btb
1
b

r
 bh       S
2
S

Trong thực tế sản xuất để đơn giản cho q trình tính tốn,bán kính cong của lớp
trung hịa đƣợc xác định :
 bh  r   0 S
Trong đó:

0S 

2 S

2

 r (1   )

Hệ  0 đƣợc xác định bằng thực nghiệm và cho sẵn trong sổ tay. Hệ số này chủ yếu
phụ thuộc vào tỷ số

r
,góc uốn  và loại vật liệu,  0 S là khoảng cách từ lớp trung
S

hịa biến dạng đến mặt trong của phơi.

Khi uốn những phơi có tiết diện trịn đƣờng kính d với bán kính uốn r ≥ 1.5d thì tiết
diện ngang của phơi hầu nhƣ khơng đổi,lớp trung hịa biến dạng đi qua giữa tiết diện
phôi:
 bd  r 

d
2

Nếu uốn với bán kính uốn nhỏ r ≤ 1.5d thì tiết diện của phơi bị méo (hình ơ van
hoặc hình quả trứng).
d
2

 bd  ( r  1  ) 1

Trong đó :

r

: bán kính uốn

d1
: hệ số biến dạng theo hƣớng kính
d
d1 , d
: đƣờng kính của phơi trƣớc và sau khi uốn.

1 

3.5.3 Hiện tƣợng đàn hồi sau khi uốn.
Uốn là một quá trình biến dạng dẻo kèm theo biến dạng đàn hồi. Do tính chất đàn
hồi của vật liệu,sau khi uốn biến dạng đàn hồi mất đi,kích thƣớc và hình dạng sản

Trang 15


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
phẩm thay đổi so với kích thƣớc và hình dạng của khn. Hiện tƣợng đó gọi là hiện
tƣợng đàn hồi khi uốn.
Hiện tƣợng đàn hồi thƣờng gây ra sai lệch về góc uốn và bán kính uốn. Vì vậy ta
muốn cho chi tiết có góc uốn và bán kính uốn đã cho thì góc và bán kính uốn của
khn cần phải thay đổi một lƣợng đúng bằng trị số đàn hồi.
Bằng thực nghiệm ngƣời ta đã xác định đƣợc rằng trị số đàn hồi phụ thuộc vào loại
và chiều dày vật liệu,hình dạng chi tiết uốn,bán kính uốn tƣơng đối

r
;lực uốn và

S

phƣơng pháp uốn.
Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao,tỷ số

r
càng lớn thì hiện tƣợng đàn hồi
S

càng lớn.
Trị số đàn hồi có thể xác định bằng phƣơng pháp thực nghiệm hoặc giải tích .

Hình 3.7 Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn
Khi uốn với tỉ số

r
< 10 thì sai lệch chủ yếu là góc uốn,cịn bán kính uốn thay đổi
S

khơng đáng kể trị số góc đàn hồi ta có thể tra trong sổ tay.
Khi uốn với tỷ số

r
> 10 thì sau khi uốn cả góc và bán kính đều bị thay đổi. Khi
S

đó bán kính cong của chày có thể xác định bằng cơng thức :
r chày
Trong đó :

r,

1  3k 0

: bán kính của sản phẩm (sau khi đàn hồi)

r`

k0 

S

 .r `
E.S

: hệ số uốn
: giới hạn chảy của vật liệu

E
: môdun đàn hồi của vật liệu
S
: chiều dày của vật liệu
Góc đàn hồi  đƣợc xác định theo công thức:
 r` 
 1
r 

  (180 0   0 ) 

Trong đó:

0

: góc của chi tiết (sau khi đàn hồi)

Trang 16


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114


: góc đàn hồi khi uốn góc tự do 90 0

Thƣờng ta không thể uốn đƣợc những chi tiết mảnh và dài với bán kính uốn lớn
(r>15S)bằng phƣơng pháp thơng thƣờng do sự đàn hồi lớn. Muốn nhận đƣợc chi tiết
dạng này ngƣời ta thƣờng phải sử dụng phƣơng pháp uốn có kéo. Khi uốn có kéo lớp
trung hịa biến dạng không đi qua trọng tâm tiết diện ngang của phơi mà dịch chuyển
đáng kể về phía tâm cong. Lực kéo càng lớn thì khoảng dịch chuyển càng nhiều và
thƣờng nằm ngồi giới hạn tiết diện ngang của phơi.
3.5.6 Tính chiều dài uốn phơi .
Để đảm bảo kích thƣớc của chi tiết sau khi uốn đạt u cầu,phải tính phơi
theo các bƣớc sau:
Xác định lớp trung hòa,chiều dài lớp trung hòa ở vùng biến
dạng.
Chia kết cấu của vật uốn thành các đoạn thẳng và cong đơn
giản.
Chiều dài phôi uốn bằng tổng chiều dài các đoạn: chiều dài các
đoạn
thẳng khơng đổi,cịn chiều dài các đoạn cong bằng chiều dài đƣờng trung hịa.
Khi tính chiều dài phơi uốn cần chú ý xét đến nhân tố kết cấu và tính chất:

Trang 17


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
Khi r > 0.5S .

L

Khi uốn có nhiều góc

 . i

 l   180 (r  
i

i

Trong đó :

j

S)

li

: chiều dài đoạn thẳng i

i

: góc uốn thứ i

 i  180   i

: bán kính góc uốn phía i

ri
i

: hệ số chọn theo bảng

Khi uốn với góc   90 0



L



l

i



    2r 
2


Khi các kích thƣớc cho nhƣ hình vẽ sau :

Hình 3.8 Kích thước của của phôi
L  l1  l 2 


180

r   S 

Chiều dài phôi uốn trong một số trƣờng hợp thƣờng gặp,khi r > 0.5

Đặc
điểm
uốn
Uốn
thành
vịng
trịn

Hình vẽ

Cơng thức

L
d  

 
 2 S 

Đặc

điểm
uốn
Uốn
bốn
góc
90 0

Hình vẽ

Cơng thức

L  2l1  2l 2
 l 3   (r1   1 S )
  (r2   2 S )

Trang 18


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2013 – 114
L  l1

Uốn
thành
một góc
90 0

 l2 
r



0.5 


S



Uốn
với
cung
trịn

L=l+

180

r  S 

L=l 1
+l 2 +

Uốn
thành hai
góc 90 0

l3+
r


  S 

 

b)
Khi r < 0.5S.
Trong thực tế khi uốn với r nhỏ,chiều dài phôi bị kéo và làm mỏng chỗ uốn. Góc
uốn càng nhỏ,uốn càng nhiều chỗ thì hiện tƣợng trên càng rõ rệt.
Cơng thức tính chiều dài phơi trong một số trƣờng hợp thƣờng gặp .

Đặc
điểm
uốn
Uốn
một
góc
90 0

Uốn
một
góc
180 0

Uốn
một
góc <
90 0

Hình vẽ

Công

thức

L=l 1 +l 2
+0.5S

L=l 1 +l 2
+0.5S

L=l 1 +l 2
+


90

S

0.5

Đặc
điểm
uốn
Uốn 2
góc
90 0
đồng
thời
Uốn 3
góc
vng
đồng

thời
Uốn 4
góc
vng
đồng
thời

Hình vẽ

Cơng
thức

L=l 1 +l
2

+0.5S

L=  l
+0.75S

L=2l 1
+l 3 +2 l 2
+S

Trang 19