Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

PHẦN I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY LỐC ĐĨA
1.1.GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ CÔNG NGHỆ LỐC ĐĨA :
1.1.1.Quá trình hình thành và phát triển máy lốc đĩa :
Cùng với sự phát triển lớn mạnh của khoa học và công nghệ, nhu cầu sản phẩm
ngày càng nhiều, chất lượng càng cao trong cuộc sống. Từ đó nảy sinh ra nhiều loại
máy móc góp phần sản xuất tạo ra sản phẩm đó.
Trong nghành cơ khí chế tạo; ngoài những công cụ thông dụng như máy bào,
máy phay gia công tạo biên dạng mặt phẳng, mặt bậc; máy tiện tạo biên dạng tròn
xoay,…và còn vô số máy khác nhau với công dụng khác nhau.
Máy lốc đĩa ra đời dựa trên nguyên tắc tạo ra biên dạng cong bất kỳ của một bề
mặt nhờ thực hiện việc chuyển động quay tròn của khuôn lốc, đĩa lốc và chuyển động
tịnh tiến của xy lanh tạo lực ép lớn lên bề mặt những tấm kim loại có bề dày nhất định.
Khi tiến hành lốc tạo biên dạng pít-tông thực hiện việc tịnh tiến từ từ, việc gia công
khó hay không khó tuỳ thuộc vào biên dạng cong cần tạo ra.
1.1.2.Chức năng, nhiệm vụ của máy lốc đĩa :
Máy lốc đĩa là máy chiếm vị trí quan trọng trong nghành đóng tàu biển. Trong
dây chuyền công nghệ nghành đóng tàu máy lốc đĩa có nhiệm vụ tạo ra những biên
dạng cong khi chế tạo vỏ tàu, khung tàu,…
1.1.3.Sản phẩm máy lốc đĩa :
a).Các loại mặt cong đơn giản :

SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 3-



*/ Bảng cơ tính quy định mác thép các bon chất lượng thường phân nhóm A.
Mác thép
σ b(MPa)
σ 0,2(MPa)
σ5 %
CT31
≥ 310
20
CT33
320 ÷ 420
31
CT34
340 ÷ 440
200
29
CT38
380 ÷ 490
210
23
CT42
420 ÷ 540
240
21
CT51
500 ÷ 640
260
17
CT61
≥ 600
300

0,05
0,04
BCT61 0,38÷0,49 0,50÷0,80 0,07 0,05÷0,17 0,12÷0,30
0,05
0,04
*/ Ưu nhược điểm của thép các bon:
- Ưu điểm :
+ Rẻ tiền, dể nấu luyện và không dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền.
+ Có cơ tính nhất định, có tính công nghệ tốt như dể đúc, dể hàn, cán,
rèn, dập, kéo sợi và gia công cắt gọt.
- Nhược điểm :
+ Độ bền, giới hạn đàn hồi thấp (không quá 700MPa) khi đem thường
hóa hoặc ủ.
+ Độ thấm tôi thấp, khó có thể tôi thấu 1 chi tiết có đường kính khoảng
15mm.
+ Độ bền và nhất là độ cứng ở nhiệt độ cao rất thấp. Đây là điểm yếu
nhất của thép các bon thường.
+ Độ bền chống mài mòn thấp so với các thép hợp kim.
+ Độ bền chống ăn mòn thấp, dể bị gỉ trong không khí.
1.1.5.Nguyên lý hoạt động của máy lốc đĩa :
1.1.5.1.Sơ đồ nguyên lý :

SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 5-


Đồ án tốt nghiệp


hợp để đạt được mặt cong theo dưỡng thiết kế.
1.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC MÁY :
1.2.1. Các chuyển động cần thiết của máy :
- Chuyển động quay tròn của khuôn lốc nhờ ma sát kéo chi tiết chuyển động tịnh
tiến để uốn và lốc tạo biên dạng cong
- Chuyển động tịnh tiến của đầu gắn đĩa lốc tạo lực ép vào chi tiết gây biến dạng
chi tiết.
- Chuyển động quay tròn của đĩa lốc nhờ ma sát giữa đĩa lốc và chi tiết.
1.2.2. Chọn cơ cấu chấp hành :
+. Chuyển động thẳng : Dùng cơ cấu xy lanh – piston, thanh răng - bánh răng, cơ
cấu cam – cần đẩy.
+. Chuyển động quay : Dùng động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc hoặc hộp tốc
độ, dùng xy lanh thuỷ lực truyền chuyển động quay.
+Bộ điều khiển tốc độ : Hộp giảm tốc hoặc hộp tốc độ.
1.2.3. Chọn nguồn truyền động :
+. Chuyển động thẳng : Dùng động cơ dầu, dùng động cơ khí nén, dùng động cơ
điện và dùng cơ cấu truyền động khác để sinh ra chuyển động thẳng.

SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 6-


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

+. Chuyển động quay : Dùng động cơ điện, dùng động cơ dầu, dùng khí nén,
dùng cơ cấu thanh răng - bánh răng,…


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

- Hệ thống thuỷ lực truyền động được công suất cao và lực lớn, dùng trong thiết
kế các máy có trọng tải lớn. Hệ thống khí nén truyền tải thấp, tải trọng nhỏ do đó chỉ
ứng dụng cho cụm thiết bị hoặc dây chuyền thiết bị.
⇒ Lựa chọn phương án dùng thuỷ lực.
*/ Vấn đề sử dụng cơ cấu thanh răng - bánh răng hay xy lanh thuỷ lực để
truyền chuyển động tịnh tiến :
- Dùng xy lanh thuỷ lực có mức điều chỉnh nhỏ, vô cấp và tạo lực lớn.Trong khi
đó cơ cấu thanh răng - bánh răng muốn tạo lực lớn phải tăng kết cấu và động cơ truyền
động có công suất lớn, cơ cấu khó có thể truyền động vô cấp.
- Hệ thống xy lanh thuỷ lực có kết cấu gọn nhẹ và đơn giản hơn so với khi sử
dụng thanh răng - bánh răng.
⇒ Lựa chọn phương án dùng xy lanh thuỷ lực.
*/Vấn đề sử dụng hộp giảm tốc hay hộp tốc độ :
- Thiết kế hộp giảm tốc đơn giản hơn thiết kế hộp tốc độ.
- Kết cấu hộp giảm tốc đơn giản hơn kết cấu hộp tốc độ.
- Việc sử dụng hộp tốc độ để thay đổi số vòng quay ở trục ra (khuôn lốc) là
không cần thiết và có thể làm cho bề mặt chi tiết gia công biến dạng không đều dể sinh
ra ứng suất nguy hiểm.
⇒ Lựa chọn phương án dùng hộp giảm tốc.
*/Nhận xét : Như vậy từ các phân tích trên ta lựa chọn phương án sơ đồ kết cấu
động học tối ưu là sơ đồ 1. Kết cấu sử dụng hệ thống thuỷ lực, truyền chuyển động
thẳng bằng xy lanh. Truyền chuyển động quay khuôn lốc nhờ động cơ điện thông qua
hộp giảm tốc.
1.2.6.Kết luận : Sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa.



b).Vận tốc : S (m/s; cm/s)
c). Thể tích : V (m3; lít)
d). Lưu lượng : Q (m3/phút; lít/phút; m3/vòng; lít/vòng).
e). Lực : F (N) 1N = 1kg.m/s2.
f). Công suất : N (W) 1W = 1Nm/s.
g). Tổn thất : η
- Tổn thất thể tích (ηt): Do dầu chảy qua các khe hở của các phần tử hệ
thống thủy lực gây nên. Tồn tại nhiều nhất ở các cơ cấu biến đổi năng lượng như bơm
dầu, động cơ dầu, xy lanh truyền lực,...
Đối với bơm dầu : ηtb = Q/Qo.
(Q: Lưu lượng thực tế của bơm; Qo: Lưu lượng danh nghĩa của bơm)
Đối với động cơ dầu : ηtđ = Qođ/Qđ
(Qođ: Lưu lượng danh nghĩa; Qđ: Lưu lượng thực tế)
Nếu không kể đến lượng dầu rò ở các mối, các van khác thì tổn thất dầu
ép có bơm dầu và động cơ dầu là: ηt = ηtb.ηtđ
- Tổn thất cơ khí (ηc): Do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối
ở trong động cơ dầu, bơm dầu gây nên.
Đối với bơm dầu : ηcb = No/N
(No: Công suất danh nghĩa, No=P.Q/60.104 (KW); N: Công suất thực tế được
đo trên trục bơm).
Đối với động cơ dầu : ηcđ = Nđ/Ncđ
(Nođ: Công suất danh nghĩa, Ncđ=P.Qđ/60.104; Nđ : Công suất cần thiết).
Khi đó : ηc = ηcb.ηcđ
- Tổn thất áp suất: Là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động
của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành. Tổn thất này phụ thuộc vào: chiều dài ống dẫn,
độ nhẵn thành ống, độ lớn tiết diện ống dẫn, tốc độ chảy, sự thay đổi tiết diện, sự thay
đổi hướng chuyển động, trọng lượng riêng, độ nhớt.
Nếu po là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ra. Khi đó tổn thất được biểu thị
bằng hiệu suất: ηa = (po-p1)/po = ∆p/po



Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

+ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.
+ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực
cao.
+ Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của
dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh.
+ Dể biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến
của cơ cấu chấp hành.
+ Dể phòng quá tải nhờ van an toàn.
+ Dể theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp nhiều mạch.
+ Tự động hoá đơn giản, phần tử được tiêu chuẩn hóa.
b). Nhược điểm:
+ Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm
hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng.
+ Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén của chất
lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn.
+ Khi mới khởi động nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc
thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
1.3.1.3.Yêu cầu đối với dầu thủy lực :
Chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng
chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn,
khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bốc lửa, nhiệt độ đông đặc.
Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu:
•
Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp


- 11-


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

c). Hiệu suất : η
1.3.1.4.2.Công thức tính toán bơm và động cơ dầu :
a). Lưu lượng Q: là tích số của số vòng quay n và thể tích dầu trong một lần
quay V. Ta có: Qv = n.V
+ Lưu lựong bơm : Qv = n.V.ηv.10-3 .
Qv =

+ Động cơ dầu :

n.V
.10 −3
ηv

Với Qv-lưu lượng (lít/phút), n-số vòng quay (vòng/phút), v-thể tích dầu
(cm/vòng), ηv-hiệu suất (%).
b). Áp suất, momen xoắn, thể tích dầu trong 1 vòng quay :
Theo định luật passcal ta có: p =
Khi đó áp suất bơm: p =

Mx
V


+ Diện tích piston: A1 =
; A2 =
4

4

+ Lực : Ft = p.A
+ Áp suất : p =

Ft
A

Trong đó: A-diện tích piston (cm 2); D-đường kính trong xy lanh (cm); dđường kính cần piston (cm); p (bar); Ft (kN).
- Nếu tính đến tổn thất thể tích ở xy lanh, để tính toán đơn giản ta chọn
*/ áp suất: p =

Ft
.10 4
A.η

πd 2
.10 2
4
*/ hiệu suất η được lấy theo bảng:

*/ diện tích piston: A =

p(bar) 20 120 160
η(%) 85 90 95


Với V (lít), Q (lít/phút).
1.3.2.Lý thuyết về khí nén :
1.3.2.1.Các thông số cơ bản của hệ thống khí nén:
Thông số kỹ thuật của hệ thống khí nén gần giống như hệ thống thủy lực.
1.3.3.2.Tính toán hệ thống khí nén : (Tương tự như hệ thống thủy lực)
1.3.2.3. Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén :
a). Ưu điểm :
+ Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
+ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể trích chứa
khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa
khí nén.
+ Không khí dùng để nén hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải
ngược lại bầu khí quyển. Sử dụng hệ thống khí sạch sẽ và không gây ô nhiễm.
+ Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp đã có sẵn đường ống dẫn khí nén.
+ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo nên tính nguy
hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
+ Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van,...) có cấu
tạo đơn giản và giá thành không đắt.
+ Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận
hành lôgíc, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức
tạp.
a). Nhược điểm :
- Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi theo, bởi vì
khả năng đàn hồi của khí nén lớn.
- Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn.
1.4.LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG DẺO VÀ UỐN KIM LOẠI :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C

dh

A

O

L L
dh

ch

L

b

∆l

Hình 1.4.1: Biểu đồ P - ∆l
Căn cứ vào biểu đồ hình 1.4.1 ta chia quá trình chịu lực gồm 3 giai đoạn:
*/.Giai đoạn đàn hồi (biến dạng đàn hồi): Được biểu diễn bằng đoạn thẳng
OA trên đồ thị. Sự liên hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối ∆l là bậc nhất.
Vật liệu làm việc tuân theo định luật Huc, khi đó giới hạn biến dạng đàn hồi là :
σ dh =

Pdh
Với Fo là diện tích mặt cắt ngang ban đầu
Fo

*/.Giai đoạn chảy (giai đoạn biến dạng chảy): Giai đoạn tương quan giữa ∆l
và P là một đường nằm ngang. Đây là một đặc trưng cơ học rất quang trọng của vật

Xét một phân tố ứng suất chính, trên các mặt của nó không có ứng suất tiếp
mà chỉ có ứng suất pháp (Hình 1.4.2). Phân tố như vậy được gọi là phân tố chính. Ta
gọi các mặt của phân tố chính là các mặt chính (mặt có ứng suất τ=0). Các ứng suất
pháp trên các mặt chính được gọi là các ứng suất chính. Phương pháp tuyến của các
mặt chính được gọi là các phương chính.

σ

2

σ

3

σ

σ

1

1

σ

σ

2

3



σ3

σ2

Hình 1.4.5

Nếu σ1 = σ2 = σ3 = 0 thì τ = 0, trạng thái không có biến dạng.
*/.Điều kiện xảy ra biến dạng dẻo :
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 15-


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

+ Khi kim loại chịu ứng suất đơn (đường): σ1 = σch ⇒ τmax = σch/2.
+ Khi kim loại chịu ứng suất phẳng (mặt): σ1 - σ2 = σch .
+ Khi kim loại chịu ứng suất khối : σmax - σmin = σch .
*/.Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng biến dạng
đàn hồi tích lũy trong một đơn vị thể tích gọi là thế năng biến dạng đàn hồi.
1
2

Trong trạng thái ứng suất đơn, thế năng biến dạng đàn hồi là : U = .σ .ε
Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi bằng tổng thế năng
do từng ứng suất chính gây ra riêng lẽ:

Như vậy trạng thái ứng suất được xác định lại là:
U=

[

1
σ 12 + σ 22 + σ 32 − 2 µ ( σ 1 .σ 2 + σ 2 .σ 3 + σ 1 .σ 3 )
2E

]

Với E: môđun đàn hồi của vật liệu, µ: hệ số poát-xông.
Ta biết rằng, trong quá trình biến dạng vật thể bị biến đổi thể tích và thay đổi
hình dạng. Do đó thế năng biến dạng riêng đàn hồi bao gồm: thế năng riêng biến dạng
thể tích (Utt) và thế năng riêng biến đổi hình dạng (Uhd). Khi đó : U = Utt + Uhd .
*/.Thế năng biến dạng thể tích (Utt) được tính như sau:
Xét phân tố chính A (σ1 ≠ σ2 ≠ σ3) và phân tố B (σ1 = σ2 = σ3 = σ* ) biểu diển
trên hình 1.4.6. Độ biến dạng tỉ đối θ được tính cho phân tố A và B là :
1 − 2µ
θ ( A) =
(σ 1 + σ 2 + σ 3 )
θ ( B)

E
1 − 2µ
=
.3σ *
E

σ2

(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) =
.3σ * ⇔ σ * = 1
Khi đó :
E

E

3

Ta đã biết độ biến dạng thể tích tỉ đối của hai phân tố bằng nhau thì thế năng
biến dạng thể tích của chúng cũng bằng nhau. Nên: U tt( A) = U tt( B ) .
Nhưng phân tố B chịu ứng suất đều cả ba phương nên sau khi biến dạng phân
(B)
(B)
(B)
(B)
tố này chỉ bị thay đổi thể tích. Do đó: U = U tt + U hd = U tt .
Như vậy trạng thái ứng suất của phân tố B là :
1 − 2µ
1 − 2µ
U ( B ) = U tt( B ) =
.3(σ * ) 2 =
.(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) 2
Suy ra: U tt( A) = U tt( B )

2E
6E
1 − 2µ
=
.(σ 1 + σ 2 + σ 3 ) 2 .

suất giới hạn của vật liệu, từ đó cho phép ta đánh giá độ bền của vật liệu ở bất kì một
trạng thái ứng suất phức tạp nào, nếu biết độ bền của vật liệu đó từ thí nghiệm kéo nén
đúng tâm.
Sau đây là những thuyết bền cơ bản và phổ biến nhất.
1.Thuyết bền ứng suất pháp lớn nhất (thuyết bền thứ nhất):
Thuyết bền thứ nhất do Galilê đề ra năm 1638. Thuyết này cho rằng nguyên
nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là ứng suất pháp lớn nhất.
Xét hai phân tố A và B
σ1
σtd
ở hình bên. Hai phân tố sẽ có độ
bền tương đương nếu ứng suất
pháp lớn nhất của phân tố A bằng
ứng suất lớn nhất của phân tố B.

(A)

σ3

(B)

Hay: σtđ = σ1. Hoặc nếu
σ3 có trị số tuyệt đối lớn nhất thì:
σtđ = σ3 .
Đối với vật liệu dẻo,
ứng suất cho phép khi kéo và khi σ2
Hình 1.4.7
σtd
nén bằng nhau thì điều kiện bền
có dạng: σtđ = σ1 ≤ [σ] hay σtđ = [σ3] ≤ [σ].

1
Đối với phân tố B: ε td = .σ td .
E
1
1
Vậy : [σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 )] = .σ td
E
E
Rút ra: σ td = σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 ) .

Đối với phân tố A: ε 1 =

*/.Điều kiện bền của phân tố A theo thuyết bền thứ hai là:
σ td = σ 1 − µ (σ 2 + σ 3 ) ≤ [σ ] k .
Điều kiện bền trên được sử dụng cho các trạng thái ứng suất có σ1> σ3.
Nếu σ3 có trị số tuyệt đối lớn nhất, thì điều kiện bền có dạng:
σ td = σ 3 − µ (σ 1 + σ 2 ) ≤ [σ ] n
Ưu điểm của thuyết bền thứ hai là có kể đến ảnh hưởng của ba ứng suất
chính đối với độ bền của vật liệu. Song qua thí nghiệm nó cũng ko phù hợp đối với vật
liệu dẻo; còn đối với vật liệu giòn nó chỉ phù hợp khi σ1 >0 và σ3 >0. Do đó, hiện nay
không áp dụng thuyết bền này vào tính toán.
3.Thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất (thuyết bền thứ ba):
Thuyết bền thứ ba do Culông đưa ra năm 1773. Thuyết này cho rằng nguyên
nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là ứng suất tiếp lớn nhất.
Nói cách khác, hai phân tố A và B sẽ có độ bền tương nếu ứng suất tiếp lớn
nhất của phân tố A bằng ứng suất tiếp lớn nhất của phân tố B.
σ −σ2
( A)
= 1
Ứng suất tiếp lớn nhất của phân tố A được xác định: τ max


Thiếu sót của thuyết này là không kể đến ứng suất chính σ2. Kết quả tính
toán theo thuyết này sai từ 10% đến 15% so với thí nghiệm.
Hiện nay, người ta sử dụng rộng rãi thuyết bền thứ ba trong khi tính toán
các công trình làm bằng vật liệu dẻo.
4.Thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng (thuyết bền thứ tư):
Thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng do Huybe đề ra năm 1904. Thuyết
này cho rằng: nguyên nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là thế năng
biến đổi hình dạng.
Nói cách khác, hai phân tố A và B đã xét ở trên sẽ có độ bền tương đương
nếu thế năng biến đổi hình dạng tích lũy trong phân tố A bằng thế năng biến đổi hình
( A)
( B)
dạng tích lũy trong phân tố B. Tức là U hd = U hd . Khi đó:
1+ µ 2
( A)
U hd
=
(σ 1 + σ 22 + σ 32 − σ 1 .σ 2 − σ 2 .σ 3 − σ 1 .σ 3 )
(B)
U hd

3E
1+ µ 2
=
.σ td
3E

Suy ra: σ td = σ 12 + σ 22 + σ 32 − σ 1 .σ 2 − σ 2 .σ 3 − σ 1 .σ 3 .
Thuyết bền thứ tư phù hợp với vật liệu dẻo và không thích hợp với vật liệu

SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 19-


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

a).Định nghĩa: Uốn là một nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội. Uốn
tức là biến phôi phẳng (tấm), hoặc ống thành những
chi tiết có hình cong đều hay gấp khúc. Khối lượng
vật uốn trong nghành chế tạo máy và dụng cụ không
ngừng tăng lên.
Phụ thuộc vào kích thước và hình dáng vật
uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn
trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép trục
khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực. Ngoài ra còn
được uốn trên các dụng cụ uốn bằng tay và máy
chuyên dùng.
b). Đặc điểm quá trình uốn: Là dưới tác dụng
ép của chày và cối, phôi bị biến dạng dẻo từng vùng
để tạo thành hình dáng cần thiết. Quá trình biến dạng
cũng bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi và quá
trình biến dạng dẻo.
Trên sơ đồ hình bên trình bày quá trình uốn
liên tục hình chữ V. Đầu tiên chày chỉ tiếp xúc với
phôi tại điểm đầu chày. Trong quá trình chày đi
xuống sẽ uốn cong phôi và thu nhỏ dần bán kính uốn.

Bán kính uốn lớn nhất cho phép được xác định theo công thức:
ε .S
rmax =
2.σ T
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 20-


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

Với ε - môđun đàn hồi khi kéo (kG/mm2); σT(σS) - giới hạn chảy của vật liệu
(kG/mm2 ).
b).Bán kính uốn nhỏ nhất:
Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được quy định theo mức độ biến dạng cho
phép ở lớp ngoài cùng và được xác định theo công thức:
rmin =

S 1
( − 1)
2 δ

Với δ - độ dãn dài tương đối của vật liệu (%).
Thực tế, bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức thực
nghiệm đơn giản sau: rmin = K.S , trong đó giá trị K được xác định dưới bảng sau.
*/.Hệ số K để xác định bán kính góc uốn nhỏ nhất cho phép (đối với góc uốn
0

1,2
35;40,Ct5
0,3
0,8
1,0
1,5
45;50,Ct6
0,5
1,0
1,0
1,7
55;60,Ct7
0,7
1,3
1,3
2,0
Thép không gỉ
2,5
6,5
Đồng
0
1,0
2,0
0,3÷0,5
đỏ,M1,M2,M3
Đồng thau
0,5
0,8
0÷0,2
0,3÷0,5

vuông góc với thớ kim loại. Cho nên khi đường uốn vuông góc với hướng cán thì r min
cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn dọc theo hướng cán từ 1,5÷2 lần.
4. Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu: Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt
có nhiều ba via hoặc nhiều vết đứt thì khi uốn dễ sinh ra ứng lực tập trung và tại những
nơi đó dể sinh ra vết nứt. Bởi vậy cần phải tăng trị số rmin lên 1,5÷2 lần.
1.4.2.3.Tính đàn hồi khi uốn :
Trong quá trình uốn không phải toàn bộ kim loại ở phần cung uốn đều chịu biến
dạng dẻo mà có một phần còn ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi không còn tác dụng của
chày thì vật uốn không hoàn toàn như hình dáng của chày và cối uốn. Đó là hiện tượng
đàn hồi sau khi uốn.
S
α
Tính đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính nhỏ (r10S) thì cần phải tính đến cảα+β
sự thay đổi bán kính
cong của vật uốn.
Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc
r
của chày cối uốn : β = αo - α.
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, kiểu khuôn uốn và hình dáng kết cấu vật uốn.
Góc đàn hồi khi uốn với bán kính nhỏ (r
S
r
0,95 − 0,91
S
r
0,81 − 0,76
S
0,58

r
− 0,61
S
r
0,434 − 0,36
S
r
0,78 − 0,79
S
r
0,79 − 1,62
S
0,43

r
− 1,26
S
r
0,37 − 0,58
S
r

4
2
>5
Nhôm, kẽm
2
5
Đồng vàng
55 kG/mm )

8

Trị số góc đàn hồi trình bày trong hai bảng trên là đối với uốn 1 góc tự do. Khi
uốn có nhiều góc nối tiếp nhau và khuôn uốn có hiệu chỉnh thì phải qua dập thử để
xác định trị số góc đàn hồi.
Khi uốn với bán kính lớn (R>10S) tính đàn hồi làm thay đổi không chỉ góc uốn
mà cả bán kính uốn.
Sự xác định bán kính của chày uốn được tiến hành theo giản đồ, cách xác định
như sau:
- Từ bảng 55 chọn giới hạn chảy của mác thép đã cho. Sau đó xác định tỷ số
giữa bán kính phía trong chi tiết R0 với chiều dày vật liệu S.
- Trên thang bên trái của giản đồ tìm điểm thích ứng với tỷ số đó.
- Trên thang bên phải tìm điểm thích ứng với giới hạn chảy σs của vật liệu
uốn. Nối hai điểm đó lại bằng một đường thẳng. Giao điểm của đường thẳng này với
thang ở giữa cho biết tỷ số giữa bán kính uốn của chày với chiều dày vật liệu. Từ đó dể
dàng tìm ra bán kính uốn của chày.
*/.Bảng giới hạn chảy của các mác thép cacbon khác nhau:
Thép
Ct1
Ct2, 10, 15
Ct3, 20
Ct4, 25
Ct5, 30, 35
Ct6, 40, 45

Giới hạn chảy σ s (kG/mm2)
19
22
24
26

+ Độ chính xác lắp khuôn trên máy.
Độ sai lệch cho phép về góc uốn và kích thước vật uốn được cho trong bảng sau:
*/.Bảng 58: Sai lệch cho phép về góc khi uốn (trang 118 – tài liệu [4]).
r
S

Vật liệu
Thép mềm, đồng thau mềm : σb ≤ 30 kG/mm .
Thép cứng trung bình : σb = 40 kG/mm2.
Đồng thau cứng : σb = 35 kG/mm2 .
Thép cứng : σb = 60 kG/mm2 .
2

Đến 1
±15’
±30’

1÷2
±30’
±1030’

2÷4
±10
±30

-

±30

±50


100
÷
150

150
÷
250

250
÷
400

400
÷
700

1
3
6

1
3
6
10

± 0,3
± 0,5
± 0,6
± 0,8


± 0,8
±1
± 1,5
± 1,5

±1
± 1,5
± 1,5
±2

± 1,5
± 1,5
±2
±2

± 1,6
±2
±2
± 1,5

±2
± 2,2
± 2,5
±3

1
3
6


± 1,2
± 1,5
± 1,5
± 1,8

± 0,4
±1
±1
±1

±1
± 1,5
± 1,5
± 1,5

± 1,5
± 1,5
±2
±2

± 1,5
±2
±2
±2

±2
±2
± 2,5
± 2,5


±1
± 1,5
±2

±1
± 1,2
± 1,8
±2

± 1,2
± 1,5
±2
± 2,5

± 0,8
±1
±1
±1

±1
± 1,5
± 1,5
±1

± 1,5
± 1,5
±2
± 2,5

± 1,5

± 1,2
± 1,5

±1
± 1,2
± 1,5
±2

±1
± 1,5
±2
± 2,5

± 1,2
± 1,8
±2
± 2,5

± 1,5
±2
± 2,5
±3

±1
±1
± 1,5
±2

± 1,5
± 1,5


100

100
÷
150

200

50
÷
100



B

S

1.4.2.5.Yêu cầu công nghệ đối với vật uốn :
Các yêu cầu đối với kết cấu của vật uốn, nhằm đảm bảo cho vật uốn đạt được
độ chính xác và thuận lợi cho quá trình gia công. Trình bày trong bảng 60/trang 120 tài liệu [4].
SVTH : Tạ Văn Kiểng, Nguyễn Quang Khánh – 03C1C
GVHD: Trần Minh Chính

- 24-


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

1.4.2.6.Kích thước phần làm việc của khuôn uốn chữ V :
Uốn hình chữ V có thể theo hai phương pháp
uốn tự do và uốn có là phẳng (tinh chỉnh). Uốn tự do
có nghĩa là trong quá trình uốn chày chỉ tác dụng lực
lên vật liệu tại điểm đầu chày, cho đến khi hai thành
vật uốn song song với bề mặt làm việc của cối. Bán
kính vật uốn sẽ lớn hơn một ít so với bán kính của
a)
chày và giữa vật uốn với chày có một khe hở. (Hình
a).
Uốn có là phẳng có nghĩa là cuối quá trình
uốn, vật uốn bị ép sát giữa bề mặt làm việc của chày

- Chiều cao lòng cối: h = b. cos

α
1
− R2 (
− 1) .
2
Sinα / 2

*/.Bảng 61 cho trị số giới hạn nhỏ nhất của kích thước b:
α
20
30
50
75
100
150
200


35
35
40
40
P35
c
40
45
45
T
45
50
50
l

6÷8
25
35
40
45
50
60

8÷10
35
40
45
50
60


q - áp suất để là phẳng, kG/mm2. Bảng 56/trang 117 - tài liệu [4].
Vật liệu
Nhôm
Đồng thau
Thép 08÷20
Thép 25÷35

Đến 1
1,5÷2
2÷3
3÷4
4÷5

Chiều dài vật liệu, mm
1÷3
3÷6
2÷3
3÷4
3÷4
4÷6
4÷6
6÷8
5÷7
7÷10

6÷10
4÷5
6÷8
8÷10
10÷12

là một vấn đề rất khó khăn, do đó chỉ có thể xác định một cách gần đúng. Sở dĩ như
vậy là do lực uốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như:
•
Hình dạng và tiết diện ngang của phôi.
•
Tính chất cơ học của vật liệu; khoảng cách giữa các gối tựa.
•
Bán kính cong của chày uốn và mép làm việc của cối uốn.
•
Điều kiện ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ,…
Ngoài ra lực uốn cần thiết để uốn chi tiết trong khuôn uốn một góc còn phụ
thuộc vào mức độ tiếp xúc giữa phôi uốn với chày và cối.
Áp dụng công thức tính lực uốn:
Pc = k .

S2
.B.σ b + q.F
l

(1.5.1)

Từ công thức diện tích xy lanh A =
D=

Pc
(1.5.2) . Suy ra đường kính xy lanh
p

4A
(1.5.3). Áp suất p chọn theo máy lớn p = (30 ÷ 85)at.

3,2
4,8
8

ε .S
.
2σ T
tmax = 16
10,333÷16,333
12,92÷16,62
13,33÷17,07
≥14,12

Bán kính lớn nhất được xác định rmax = rmax =
Vật liệu
Ct3
Ct4
Ct5
Ct6

tmin = 8
5,167÷8,167
6,46÷8,31
6,67÷8,53
≥7,06

*/.Nhận xét: Từ hai bảng giá trị trên ta chọn rmin = 8 và rmax = 17(mm).
4.Xác định các bán kính uốn R, R1, R2:
Bán kính của chày: R < rmax và R > rmin ⇒ Chọn R = 10 mm.
Bán kính của khuôn: R1 = S = 8÷16. Chọn R1 = 10 mm.