BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

.......................................

V Ũ CH Í BANG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐỂ
CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT DẠNG BÌNH CHỨA
CỠ LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS. Phạm Văn Nghệ

HÀ NỘI – 2010


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ
LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
PGS.TS. Phạm Văn Nghệ cùng toàn thể các thầy, cô trong bộ môn gia công áp lực
nói riêng và viện đào tạo sau đại học, viện cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà
nội. Tôi đã làm hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học và đạt những kết quả mong
muốn.
Nhân dịp hoàn thành luận văn cao học tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy,

Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Phạm Văn Nghệ – Viện Cơ khí – Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Kết quả nghiên cứu trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công
bố trong công trình nghiên cứu nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những cam đoan trên.
Ngày 20 tháng 10 năm 2010
Tác giả

Vũ Chí Bang

Học viên: Vũ Chí Bang

2


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU

3

Chương1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỒN CHỨA CÔNG NGHIỆP

5

1.1.


Chương 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ MIẾT ĐÁY

19

BỒN DẠNG CHỎM CẦU

2.1.

Nghiên cứu công nghệ miết

19

2.1.1. Cơ sở lý thuyết quá trình miết

19

2.1.1.1. Khái niệm - Phân loại

19

2.1.1.2. Ưu nhược điểm của phương pháp miết

21

2.1.1.3. Quá trình miết

22

2.1.2.


2.2.1.

Nguyên lý hoạt động của máy miết chỏm cầu

31

2.2.2.

Sơ đồ động của máy miết chỏm cầu

32

2.2.3.

Tính toán cụm trục dẫn động chính

36

2.2.3.1. Tính toán hệ dẫn động

36

2.2.3.2. Thiết kế biên dạng quả cầu tạo hình

42

2.2.3.3. Thiết kế cụm trụ đỡ và trụ kẹp phôi

46



59

3.1.

Công nghệ uốn lốc ống trên máy 3 trục

60

3.1.1. Trạng thái ứng suất biến dạng của vật liệu trong quá trình uốn

60

3.1.2. Tính toán công nghệ uốn lốc chi tiết thân bồn chứa

63

3.1.3. Lực uốn và mô men uốn

65

3.2. Ứng dụng phần mềm mô phỏng số DEFORM để tính toán uốn lốc ống.

67

3.3.

Thiết kế máy uốn ống 3 trục dẫn động thủy lực

71


84

4.3.

89

Thiết kế đồ gá hàn

4.3.1. Sơ đồ nguyên lý

90

4.3.2. Thông số kỹ thuật của máy

91

4.3.3. Tính toán động học

91

4.3.4. Thiết kế con lăn đỡ phôi

98

4.3.5. Tính toán khung giá đỡ

99

Chương 5: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ
LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền công nghiệp hiện nay ngành cơ khí đóng một vai trò rất quan
trọng trong tất cả mọi lĩnh vực. Đặc biệt nó còn có nhiệm vụ chế tạo, sản xuất các
thiết bị, công cụ cho nhiều ngành công nghiệp khác trong nền kinh tế quốc dân.
Công nghệ chế tạo máy là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu,
thiết kế các quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí trong điều kiện qui mô sản xuất cụ
thể. Hơn thế, việc chế tạo các máy chuyên dụng để hoàn thiện một số sản phẩm
trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau đang là nhu cầu cần thiết. Một trong
những thiết bị chuyên dụng siêu trừơng siêu trọng mà hiện nay Việt nam đang phải
nhập ngoại là công nghệ và máy miết để chế tạo các bình, bồn chứa công nghiệp .Ví
như các loại bồn, bình chứa công nghiệp có đường kính lớn, để chế tạo chúng cần
tiến hành bằng các phương pháp công nghệ chính sau: công nghệ gia công áp lực,
công nghệ cắt gọt, công nghệ hàn v.v.
* Công nghệ gia công áp lực:
-Tạo ra phần chỏm cầu thực hiện trên máy miết.
-Tạo ra phần thân hình trụ thực hiện trên máy uốn 3 hoặc 4 trục
*Gia công cơ khí (cắt gọt)
* Công nghệ hàn : Hàn ghép tổ hợp các phần chỏm cầu và thân, cũng như
các phụ kiện khác để hoàn chỉnh sản phẩm .
Nước ta hiện nay các thiết bị dùng trong gia công áp lực rất đa dạng về mẫu
mã và chủng loại, chúng ta đã tự chế tạo được các thiết bị này nhưng thường là cỡ
nhỏ, chủ yếu vẫn phải nhập từ nước ngoài hầu hết các loại máy chuyên dùng và đặc
biệt loại lớn . Trong số các thiết bị phải nhập đó có thiết bị miết chuyên dùng là máy
miết chi tiết lớn dạng chỏm cầu.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thì hàng loạt các khu chế xuất
công nghiệp được xây dựng nên nhu cầu về các sản phẩm bồn chứa công nghiệp có

tránh khỏi những khiếm khuyết, mong các thầy, cùng bạn bè đồng nghiệp cho ý
kiến để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả

Vũ Chí Bang

Học viên: Vũ Chí Bang

6


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

Chương1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỒN CHỨA CÔNG NGHIỆP
1.1 Khái quát sản phẩm bình, bồn chứa công nghiệp.
1.1.1 Nhu cầu của thị trường về bình, bồn chứa công nghiệp.
Cùng với sự hội nhập của Việt Nam vào nền kinh tế thế giới, hàng loạt các
khu chế xuất công nghiệp được xây dựng. Nên nhu cầu về các sản phẩm bồn chứa
công nghiệp có dung tích từ vài m3 đến hàng nghìn m3 là rất lớn, do vậy một vấn đề
đặt ra cho chúng ta phải chế tạo được thiết bị để sản xuất ra những sản phẩm này
nhằm phục vụ trong công cuộc đổi mới của đất nước.

Hình 1.1: Các sản phẩm bồn chứa công nghiệp có kích thước
lớn và rất lớn :

Học viên: Vũ Chí Bang

7

+ Dập nổ
+ Hàn ghép các tấm
+ Miết/vê.
Đối với mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm nhất định.
Với phương pháp dập vuốt đòi hỏi phải có thiết bị dập rất lớn, và việc chế
tạo những bộ khuôn lớn có giá trị đến hàng triệu đô la, hơn nữa những sản phẩm
dạng này không sản xuất hàng loạt một kích cỡ, do vậy phương pháp này không
hiêu quả.
Phương pháp dập nổ là phương pháp không thông dụng cho tất cả các loại
sản phẩm, nó chỉ sử dụng trong quốc phòng là chính, hơn nữa lại không an toàn và
không có môi trường tốt.
Phương pháp hàn ghép là phương pháp tương đối đơn giản và hiệu quả. Tuy
vậy nó lại cho sản phẩm không có chất lượng tốt, đặc biệt với những sản phẩm dùng
để chứa chất lỏng hay khí có áp suất cao. Thời gian tạo sản phẩm lâu.
Với phương pháp miết sẽ khắc phục những nhược điểm của các phương pháp
trên. Chính vì thế hướng nghiên cứu của luận văn là:

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

9


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

*Nghiên cứu, tính toán, thiết kế công nghệ và máy miết chỏm cầu để chế tạo
bình chứa công nghiệp có đường kính lớn.

H ình 1.3: Một số h ình ảnh máy miết

1.2: Công nghệ chế tạo bình, bồn chứa công nghiệp dạng chỏm cầu.
Bồn chứa công nghiệp được chế tạo từ tổng hợp các công nghệ chính.
Công nghệ miết : Tạo ra phần chỏm cầu.
Công nghệ uốn ngang trên máy lốc 3 hoặc 4 trục: Tạo ra phần thân bồn chứa.
Công nghệ hàn : Hàn ghép tổ hợp các thành phần chi tiết.

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

11


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

1.2.1. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của bình, bồn chứa công nghiệp.
Bảng 1.1: ĐẶC ĐIỂM CỦA BÌNH

Tên các bộ Áp
TT

phận

suất Áp suất Nhiệt độ Dung

chịu tính tóan thử lớn thành lớn tích

áp lực của (bar)

nhất


2000
3

Cửa người 10

15

Môi

chất

làm

việc
Tên

Đặc

gọi

điểm

Không

Không

khí

ăn mòn


(Cái)

ngoài

Chiều
Dài
Dầy

1

Thân bình

01

1066

8

Phương

Mã

Số

hiệu

t/c

pháp chế

Q235

7009
- 93

ép - vê


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ
(CT3)

3

4

Cửa người 01

450x35

chui(elip)

0

Đường khí 02

Dy50

20

loại

bình

Cơ tính

Hoá tính

Giới

Giới

Độ

hạn

hạn

dãn

bền

chảy dài

(kG/

(%)

mm2)


0,12

0,3

~

~

0,2

0,7

S

Si

P

≤ 0,3

≤ 0,045 ≤ 0,045

≤ 0,3

≤ 0,045 ≤ 0,045

≤ 0,3

≤ 0,045 ≤ 0,045



Cửa
người
chui

CT3

395

235

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

26

13


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

Bảng 1.4: ĐẶC ĐIỂM ỐNG CÚT, MẶT BÍCH VÀ CÁC CHI TIẾT BẮT CHẶT CUẢ BÌNH

Kích
TT Tên Gọi

Số
lượng



σc

cm2

-

38

22

δ% C

Mn

Si

28

0,14

0,28




0,032

0,18

0,30

0,14

0,28




Ống lắp 01
van

Dy15

CT3

xả

đọng

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

14

38

22

28


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ
Bảng 1.5: SỐ LIỆU VỀ HÀN

Công


Mn

0,07 1,40-

1 phía

1,85

22

-

22

0,07 1,50-

Si

P

0,80-

0,02

1,15

5

0,50-


x- chiều sâu sau ép

∅i

H

h

r

R

Dofôi

V, lit

x

1050

210

50

100

976

1236


1340

211

232

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

15


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

1200

240

50

100

1063

1392

237

243


232

1350

270

50

150

1358

1574

329

245

1400

280

50

150

1378

1626


1729

442

281

1.2.2. Sơ đồ quy trình chế tạo bình, bồn chứa công nghiệp đáy dạng chỏm cầu.

ép
chỏm
cầu

Tạo phôi theo
bản vẽ

Vê
chỏm
cầu

Tổ hợp

Hàn Tự động

Lốc
ống
(thân)

Kho thành
phẩm

- Vẽ khai triển, vạch dấu trên thép tấm;
- Cắt pha theo dấu, làm sạch ba via sau cắt;
- Ghép và hàn nối ( nếu kích thước thép tấm không đủ lớn ).
+ Gia công tạo hình bằng biến dạng dẻo:
- Bằng máy miết: ép mặt có bán kính cong lớn trên máy ép thuỷ lực và miết
phần bán kính cong nhỏ trên máy miết.
- Bằng máy ép thủy lực: Làm khuôn dập thành hình.
+ Lấy dấu, cắt phần thừa sau tạo hình;
+ Làm vát mép cạnh chuẩn bị cho hàn nối thân bình;
Yêu cầu: Hình dạng, kích thước, dung sai phôi phẩm phải đảm bảo theo thiết
kế và quy phạm kỹ thuật an toàn bình chịu áp lực.

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

17


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

1.2.3.2. Tính toán công nghệ chế tạo thân bình .
Căn cứ kích thước thực của đầu bình sau khi gia công hoàn chỉnh, lập quy trình
công nghệ tiến hành gia công từng bước dưới đây:

Hình 1.9 Bản vẽ chi tiết thân bình

Hình 1.10. Bản vẽ khai triển thân bình

+ Chuẩn bị phội:

an toàn bình chịu áp lực.
1.2.3.5. Hàn nối
Lập quy trình công nghệ hàn cho từng bước công việc;
- Trước khi hàn, cần tiến hành kiểm tra tình trạng chất lượng các mối ghép ( kích
thước dung sai );
- Vệ sinh làm sạch các mối ghép cần hàn theo quy định;
- Tiến hành hàn theo quy trình hàn đã xác lập: Hàn thân theo đường sinh (hàn
đường thẳng), hàn thân với đáy chỏm cầu (hàn tròn xoay), hàn các chi tiết phụ kiện.
Yêu cầu: Đảm bảo thỏa mãn yêu cầu của quy phạm kỹ thuật và tiêu chuẩn về hàn.
1.2.3.6. Kiểm tra chất lượng mối hàn nối
- Vệ sinh làm sạch bề mặt mối hàn và phần kim loại nền dọc theo hai bên mối hàn;
- Xác định các phương pháp kiểm tra không phá hủy;

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

19


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

- Kiểm tra ngoại quan các mối hàn: tình trạng bề mặt, kích thước;
- Kiểm tra chất lượng bên trong mối hàn bằng phương pháp không phá hủy ( X
quang, siêu âm, từ trường, thẩm thấu vv... )
- Xử lý khuyết tật mối hàn đã phát hiện;
Yêu cầu: Chất lượng các mối hàn nối phải thỏa mãn yêu cầu quy định trong tiêu
chuẩn hàn.

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

thép không gỉ, các kim loại nhẹ như nhôm, titan và các kim loại khác như đồng,
niken, vonfram
Các chi tiết điển hình chế tạo từ miết thay đổi chiều dày là chi tiết trong các
thiết bị dây truyền chế biến thực phẩm, các chi tiết dùng trong thí nghiệm khoa học
có liên quan đến hoá chất, các loại đèn và gương chiếu trong thiết bị, dụng cụ âm
nhạc, các chi tiết dạng đĩa trong vệ tinh nhân tạo, các loại xi lanh và bình chứa chịu
áp lực cao, các loại ống có độ chính xác cao, các loại Puli truyền động có nhiều rãnh
chữ V và các chi tiết trong ngành công nghiệp vũ trụ.

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

21


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

* Phân loại
1. Phân loại theo đặc điểm phôi
- Miết phôi phẳng; Miết phôi ống; Miết phôi dạng thể tích .

Hình2.1 Phân loại phương pháp miết theo đặc điểm của phôi

2. Phân loại theo hình dạng sản phẩm
* Sản phẩm dạng cầu;
* Sản phẩm dạng côn;
* Sản phẩm dạng trụ.
3. Phân loại theo cặp dụng cụ gây biến dạng
Cặp dụng cụ:

Phương pháp miết không chỉ chế tạo được những chi tiết có tính dẻo cao mà
còn sản xuất được những sản phẩm làm bằng vật liệu cứng.

Học viên thực hiện: Vũ Chí Bang

23


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học PGS.TS: Phạm Văn Nghệ

Đối với phương pháp miết thông thường ta có thể sử dụng máy tiện để thực
hiện, đây là một điểm tương đối thuận tiện mang tính chất vạn năng của công nghệ.
Đối với tất cả các loại miết ta có thể thay đổi một chút kết cấu là có thể tạo thành
máy cắt chi tiết tròn bằng cách thay đổi con lăn miết bằng một con dao cắt .
* Nhược điểm.
+ Chiều dày trên phần phôi bị miết thường không đồng đều.
+ Với chi tiết dạng côn thì có tồn tại ứng suất dư nên tùy thuộc vào góc côn
mà có phải khử ứng suất dư hay không.
+ Có thể gây ra rách hoặc nhăn do phần kim loại càng xa tâm quay càng dễ
mất ổn định.
+ Trong một số trường hợp miết có năng suất thấp hơn nhiều so với dập vuốt.
+ thời gian gá đặt phôi thường lớn hơn so với phương pháp thông thường,
khả năng tự động hóa kém hơn.
2.1.1.3 Qúa trình miết.
Tùy theo phương pháp miết mà ta có thiết bị chuyên dùng, theo phương pháp
miết thông thường thì phôi được kẹp chặt và quay theo trục nòng giống như máy
tiện, hình dáng sản phẩm có biên dạng giống trục nòng, phôi được kẹp chặt bởi trục
nòng và trụ kẹp (kết cấu như ụ động của máy tiện). Trong luận văn này ta đưa ra