- Tên đề tài đồ án:
Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng.
- Đề tài thuộc diện: Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
- Các số liệu và dữ liệu banđầu:
Khả năng uốn cắt sắt thép có đường kính Φ≤ 40 mm
Công suất động cơ: 4 KW
Tốc độ cắt liên tục: 25 lần/phút
Tốc độ uốn: 10r/phút
- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Chương 1: Lý thuyết công nghệ gia công biến dạng và công nghệ uốn cắt thép.
Chương 2: Giới thiệu về thép và máy cán uốn thép.
Chương 3: Phân tích yêu cầu động học và lựa chọn phương án thiết kế máy.
Chương 4: Thiết kế các bộ phận chính của máy.
Chương 5: Lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng máy.
- Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ)
Tên bản vẽ
Kích thước
Tên bản vẽ
Kích thước
1. Phương án thiết kế máy
A0
5. Bản vẽ chi tiết của máy
A1
2. Bản vẽ lắp toàn máy
A0
6. Bản vẽ chế tạo trục
A0
3. Bản vẽ khung máy
A0
4. Bản vẽ hộp giảm tốc
A0
MỤC LỤC
TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. i
LỜICAMĐOAN................................................................................................................. ii
MỤC LỤC........................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ........................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ CÔNG NGHỆ UỐN CẮT THÉP. 2
1.1. Lý thuyết quá trình gia công biến dạng. 2
1.1.1. Phân loại biến dạng. 2
1.1.2. Biến dạng dẻo............................................................................. 2
1.1.3. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo. 5
1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực. 5
1.2. Công nghệ uốn cắt kim loại6
1.2.1. Công nghệ uốn kim loại6
1.2.2. Công nghệ cắt kim loại11
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ THÉP VÀ MÁY UỐN CẮT THÉP. 15
2.1. Giới thiệu về thép xây dựng. 15
2.1.1. Thép cacbon. 15
2.1.2. Các loại cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép. 17
2.2. Giới thiệu về máy uốn cắt thép trên thị trường. 19
2.2.1. Phạm vi và mục đích sử dụng. 19
2.2.2. Thực trạng về máy cắt uốn thép. 19
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YÊU CẦU ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY.. 21
3.1. Phân tích yêu cầu động học của máy. 21
3.2. Tính toán lực cắt, lực uốn. 21
3.2.1. Tính toán lực cắt và công suất cắt21
3.3. Tính chọn động cơ và lựa chọn phương án truyền động. 28
3.3.1. Tính chọn động cơ. 28
3.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế. 30
3.3.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy. 34
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY.. 36
4.1. Sơ đồ động học toàn máy. 36
4.2. Thiết kế bộ phận uốn cắt36
4.2.1. Thiết kế bộ phận cắt36
4.2.2. Thiết kế bộ phận uốn. 39
4.3. Tính toán phân phối tỉ số truyền. 40
4.3.1. Tỉ số truyền động chung của hệ thống. 40
4.3.2. Nguyên tắc phân phối tỉ số truyền. 40
4.3.3. Phân phối tỉ số truyền chung cho toàn hệ. 40
4.3.4. Phân phối tỉ số truyền các hộp giảm tốc. 41
4.3.5. Tính số vòng quay cho các trục. 42
4.3.6. Tính công suất cho các trục. 42
4.3.7. Tính momen xoắn từng trục. 43
4.3.8. Bảng thông số kỹ thuật toàn máy. 43
4.4. Thiết kế bộ truyền đai..................................................................... 43
4.4.1. Chọn loại đai43
4.4.2. Định đường kính bánh đai44
4.4.3. Sơ bộ chọn khoảng cách trục A và chiều dài đai L. 45
4.4.4. Định chính xác chiều dài đai L và khoảng cách trục A.. 45
4.4.5. Kiểm nghiệm góc ôm.. 46
4.4.6. Xác định số đai cần thiết46
4.4.7. Định các kích thước chủ yếu của bánh đai47
4.5. Thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp có cấp nhanh phân đôi........................... 48
4.5.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh. 48
4.5.3. Tính toán thiết kế trục và then. 66
4.5.4. Thiết kế gối đỡ trục. 89
4.5.5. Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác. 93
4.5.6. Bôi trơn hộp giảm tốc. 94
4.6. Thiết kế bộ truyền ngoài hộp giảm tốc. 94
4.6.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng nón răng thẳng. 95
4.6.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng. 104
4.6.3. Tính toán thiết kế trục và then. 111
4.6.4. Thiết kế gối đỡ trục. 134
4.6.5. Thiết kế hộp bộ truyền ngoài138
4.7. Tính toán một số cơ cấu khác. 140
4.7.1. Tính toán nối trục vòng đàn hồi140
CHƯƠNG 5: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY.. 142
5.1. Lắp đặt và điều chỉnh máy. 142
5.1.1. Lắp ráp máy. 142
5.1.2. Chạy thử máy. 142
5.1.3. Hướng dẫn sử dụng máy. 143
5.2.Bảo dưỡng máy trong quá trình sử dụng. 143
5.2.1. Bão dưỡng và sữa chữa hằng ngày. 143
5.2.2. Kiểm tra định kỳ. 143
5.2.3. Sữa chữa định kỳ theo kế hoạch. 144
5.3. An toàn lao động. 144
KẾT LUẬN.. 145
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. ................. 147
DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng.1
Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh.2
Hình 1.3 Các trạng thái ứng suất.4
Hình 1.4 Biến dạng của phôi thép sau khi uốn.6
Hình 1.5 Lớp trung hòa và sơ đồ phân bố lực tại tiết diện bị uốn.6
Hình 1.6 Quá trình biến dạng khi uốn.7
Hình 1.7 Sơ đồ uốn thép theo phương pháp cối chày.8
Hình 1.8 Cơ cấu uốn bằng cối chày trong máy.8
Hình 1.9 Sơ đồ uốn thép bằng phương pháp mâm xoay.9
Hình 1.10 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay.9
Hình 1.11 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay.9
Hình 1.12 Cắt bằng lưỡi dao đĩa.11
Hình 1.13 Cắt bằng 2 dao thẳng song song.11
Hình 1.14 Cắt bằng oxi – thuốc.12
Hình 1.15 Cắt bằng hồ quang.12
Hình 1.16 Cắt bằng hồ quang Plasma.13
Hình 2.1 Máy uốn cắt thép liên hợp.19
Hình 2.2 Máy uốn và cắt thép độc lập.19
Hình 3.1 Sơ đồ quá trình cắt giai đoạn cắt phá.20
Hình 3.2 Sơ đồ quá trình cắt – Thời kỳ cắt.21
Hình 3.3 Sơ đồ tính lực khi bắt đầu chạm uốn.26
Hình 3.4 Hình vẽ qui đổi tiết diện thanh thép.26
Hình 3.5 Động cơ điện không đồng bộ ba pha kiểu lồng sóc.28
Hình 3.6 Mạch đảo chiều động cơ KĐB 3 pha.29
Hình 3.7 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển.30
Hình 3.8 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp phân đôi cấp nhanh.31
Hình 3.9. Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp đồng trục.31
Hình 3.10 Sơ đồ truyền động cắt bằng bánh lệch tâm.32
Hình 3.11 Sơ đồ truyền động cắt bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.33
Hình 3.12 Sơ đồ truyền động uốn bằng cơ cấu mâm uốn.33
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy.34
Hình 4.1. Sơ đồ động toàn máy.35
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu cắt.36
Hình 4.3 Kết cấu bánh lệch tâm.37
Hình 4.4 Kết cấu bánh lệch tâm.37
Hình 4.5 Kết cấu mâm uốn.38
Hình 4.6 Kết cấu chốt uốn và bạc lắp chốt uốn.38
Hình 4.7 Sơ đồ chung toàn máy.40
Hình 4.8 Sơ đồ tiết diện đai thang.43
Hình 4.9 Hình vẽ phát thảo sơ đồ hộp giảm tốc.66
Hình 4.10 Biểu diễn các kích thước trục lên sơ đồ hộp giảm tốc.67
Hình 4.11 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bánh răng.68
Hình 4.12 Sơ đồ lực tác dụng lên trục và biểu đồ momen trục I.68
Hình 4.13 Cấu tạo sơ bộ trục I.70
Hình 4.14 Sơ đồ lực tác dụng lên trục và biểu đồ momen trục II.71
Hình 4.15 Sơ bộ cấu tạo trục II.73
Hình 4.16 Sơ đồ lực tác dụng và biểu đồ momen trục III.73
Hình 4.16 Sơ bộ cấu tạo trục III.75
Hình 4.17. Biểu diễn kích thước mối ghép then trên trục.84
Hình 4.18 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trên trục I.89
Hình 4.19 Hình vẽ biểu diễn các thông số hình học của ổ bi đỡ một dãy.90
Hình 4.20 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trên trục III.91
Hình 4.21 Phát thảo sơ bộ bộ truyền ngoài hộp.112
Hình 4.22 Phát thảo sơ bộ bộ truyền ngoài hộp.112
Hình 4.23 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục IV.113
Hình 4.24 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục V.115
Hình 4.25 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục VI.118
Hình 4.26 Biểu diễn kích thước mối ghép then trên trục.129
Hình 4.27 Biểu diễn kích thước ổ đũa nón đỡ chặn.133
Hình 4.27 Sơ đồ tác dụng lực lên gối đỡ trục IV.134
Hình 4.28 Sơ đồ tác dụng lực lên gối đỡ trục V.135
Hình 4.29 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trục VI.136
Hình 4.30 Sơ bộ kết cấu gối đỡ.138
Hình 4.31 Biểu diễn kích thước nối trục đàn hồi.139
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam.14
Bảng 1.2 Hàm lượng các nguyên tố của một số mác thép trên thị trường.15
Bảng 1.3 Các thông số của thép cacbon thấp kéo nguội.17
Bảng 1.4 Cơ tính của thép cacbon thấp kéo nguội.17
Bảng 1.5. Các đại lượng tra cứu của thép cốt.17
Bảng 1.6 Tính chất cơ học của thép cốt.18
Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật toàn máy.42
Bảng 4.2 Kích thước tiết diện đai thang loại A.43
Bảng 4.3 Bảng thông số kỹ thuật hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh.47
Bảng 4.4 Thông số then trên các trục trong hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh.88
Bảng 4.5 Bảng thông số kỹ thuật của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc.94
Bảng 4.6 Bảng kích thước của nối trục đàn hồi.139
MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn hiện nay, đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế. Vai trò của ngành cơ khí ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với sự phát triển của nền kính tế đất nước, có thể nói đây là ngành then chốt của một nền công nghiệp hiện đại.
Trong suốt những năm học tập tại trường, em đã được truyền đạt những kiến thức cơ bản, làm cơ sở, hành trang cho công việc và nghề nghiệp của bản thân sau này. Để tổng kết những gì đã được học trong suốt những năm vừa qua cùng với sự phân công của nhà trường, em đã được nhận đề tài “Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng” làm đồ án tốt nghiệp cùng với sự hướng dẫn của thầy
Nói về đề tài thiết kế máy uốn cắt thép liên hợp, trong ngành xây dựng hiện nay, máy uốn cắt thép là loại thiết bị rất quan trọng, nó đóng góp vai trò lớn phục vụ cho việc xây dựng và thi công kết cấu thép. Nhờ đó tiết kiệm được rất nhiều sức lao động. Máy uốn cán thép có khả năng ứng dụng rộng rãi và độ chính xác cao, nhờ đó nâng cao được năng suất làm việc, được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng.
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ CÔNG NGHỆ UỐN CẮT THÉP
1.1. Lý thuyết quá trình gia công biến dạng:
1.1.1. Phân loại biến dạng:
Dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy.
Dưới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy.
- Biến dạng đàn hồi:
Là biến dạng bị mất đi trở về trạng thái ban đầu ngay sau khi thôi tác dụng của tải trọng. Dựa vào đồ thị, giá trị của tải trọng tác dụng cần để xảy ra biến dạng đàn hồi là P ≤ Pa.
- Biến dạng dẻo:
Là biến dạng mà sau khi thôi tác dụng của tải trọng vật vẫn giữ nguyên trạng thái biến dạng mà không trở về trạng thái ban đầu. Theo biểu đồ, lực tác dụng cần để xảy ra biến dạng dẻo là Pa < P ≤ Pb.
- Biến dạng phá huỷ:
Kim loại bị phá hủy sau khi chịu tác dụng của lực P > Pc
Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng.
1.1.2. Biến dạng dẻo:
1.1.2.1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể:
Được thể hiện bằng sự xê dịch của một phần tinh thể so cới phần còn lại của của tinh thể đó. Sự xê dịch do ứng suất gây ra khi giá trị ứng suất vượt quá một giá trị tới hạn tk.
Có 2 dạng xê dịch: trượt và song tinh.
- Theo hình thức trượt:
Một phần tinh thể xê dịch song song với phần còn lại 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 thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu.
Để tạo ra những thanh thép chất lượng mà chúng ta thường thấy khi xây dựng các công trình, tòa nhà hay các vật dụng được làm từ thép như dao, kéo, bàn ghế...đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sản xuất thép. Việc tuân thủ quy trình này nhằm kiểm soát chặt chẽ chất lượng sản phẩm đầu ra và hạn chế tối đa các khuyết điểm và phế phẩm sản phẩm trong quá thực hiện. Quá trình sản xuất thép trải qua các công đoạn chính theo sơ đồ sau:
(a) (b)
Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh.
- Theo hình thức song tinh
Là sự sắp xếp một phần tinh thể vào vị trí đối xứng với phần không bị biến dạng. Mặt phẳng đối xứng gọi 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 những khoảng cách khác nhau.
1.1.2.2. 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 45o sau đó mới đến các mặt khác.
Như vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó 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.
1.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại:
- Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại:
Các kim loại khác nhau có các kiểm 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, 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.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết của các kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng.
Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim 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.
- Ảnh hưởng của ứng suất dư:
Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, 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 xô 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.
- 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 hơn 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.
- Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng:
Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọi 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 chưa 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 hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau:
- Ứng suất đường: t max =
- Ứng suất mặt: t max =
- Ứng suất mặt: t max =
Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ = 0 và không có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy σch.
Điều kiện biến dạng dẻo:
- Khi kim loại chịu ứng suất đường:
|σ1| = σch <=> t max =
- Khi kim loại chịu ứng suất mặt: σ1 - σ2 = σch
- Khi kim loại chịu ứng suất khối: σmax - σmin = σch
Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo. d3
Hình 1.3 Các trạng thái ứng suất.
1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực:
1.1.4.1. 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 Hooke.
1.1.4.2. 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 đập 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.
1.1.4.3. Định luật thể tích không đổi:
Thể tích của vật thể trước và sau khi gia công áp lực không đổi. Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
1.1.4.4. Định luật trở lực bé nhất:
Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương nào có trở lực bé nhất.
1.1.4.5. Định luật đồng dạng:
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 d1, F1, v1, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2, c2, F2, v2, 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.
;
Theo định luật đồng dạng thì:
;
Định luật này rất quan t rọng cho phép ta thử mẫu có kích thước nhỏ để xác định các ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại.
1.2. Công nghệ uốn cắt kim loại:
1.2.1. Công nghệ uốn kim loại
1.2.1.1. Khái niệm uốn:
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng phần để tạo thành hình dáng cần thiết. Uốn có thể tiến hành trến máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực. Đôi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên máy uốn chuyên dùng.
Đặc điểm của 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 bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi và quá trình biến dạng dẻo.
Hình 1.4 Biếndạng của phôi thép sau khi uốn.
1.2.1.2. Quá trình uốn:
Quá 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 thước.
Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nén lại và co ngắn ở hướng dọc, đồng thời bị kéo ở hướng ngang. Còn phần kim loại phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo. Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp kim loại không bị ảnh hưởng bởi lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim loại, đây gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hòa này để tính toán sức bền của vật liệu khi uốn, sơ đồ bố trí lực tại tiết diện bị uốn được thể hiện như hình:
Hình 1.5 Lớp trung hòa và sơ đồ phân bố lực tại tiết diện bị uốn.
Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giảm chiều dày chỗ uốn sai lệch hình dạng về tiết diện ngang, lớp trung hòa bị lệch vể phía bán kính nhỏ.
Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng không 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 phôi với bán kính có khối lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại.
1.2.1.3. Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn:
Uốn là một quá trình biến dạng dẻo có kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất đàn hồi của vật liệu, sau khi uốn biến dạng đàn hồi làm thay đổi đi kích thước và hình dạng sản phẩm so với kích thước và hình dạng của khuôn, hiện tượng đó gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn.
Hiện tượng đàn hồi gây ra sự sai lệch về góc uốn và bán kính uốn vì vậy muốn cho chi tiết có góc và bán kính uốn đã cho thì bán kính uốn và góc uốn phải thay đổi một lượng đúng bằng trị số đàn hồi.
Hình 1.6 Quá trình biến dạng khi uốn.
(a) Biến dạng đàn hồi.
(b)Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
(c) Biến dạng dẻo.
Bằng thực nghiệm người ta xác định được rằng trị số đàn hồi phụ thuộc chủ yếu vào loại vật liệu và chiều dày vật liệu, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối r/S, lực uốn và phương pháp uốn.
Khi giới hạn chảy của vật liệu càng cao tỉ số r/S càng lớn và chiều dày vật liệu càng nhỏ thì hiện tượng đàn hồi càng lớn , trị số đàn hồi có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích.
1.2.1.4. Các phương pháp uốn:
a. Uốn bằng phương pháp cối chày:
- Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
+ Giá thành rẽ, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Có thể uốn nhiều kích thước phôi trên cùng một cơ cấu cối
+ Năng suất cao
Nhược điểm:
+ Khả năng làm việc bị giới hạn: góc uốn, mức độ phức tạp của sản phẩm.
- Một số hình ảnh minh họa:
Chày ép di động
2 Trụ đỡ cố định
2 Trụ đỡ cố định
Hình 1.7 Sơ đồ uốn thép theo phương pháp cối chày.
Hình 1.8 Cơ cấu uốn bằng cối chày trong máy.
b. Uốn bằng phương pháp mâm xoay:
- Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm:
+ Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Phạm vi ứng dụng cao, thích hợp cho sản phẩm phức tạp và có góc uốn đa dạng
Nhược điểm:
+ Cơ cấu máy phức tạp, giá thành cao
- Một số hình ảnh minh họa:
Hình 1.9 Sơ đồ uốn thép bằng phương pháp mâm xoay.
Hình 1.10 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay.
c. Uốn bằng hệ thống xy lanh thủy lực, khí nén:
- Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo
+ Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Khả năng linh hoạt cao
Nhược điểm:
+ Cần sự hỗ trợ hệ thống nén khí, dầu để tạo áp lực
- Một số hình ảnh minh họa:
Hình 1.11 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay.
1.2.2. Công nghệ cắt kim loại:
Sản phẩm cắt hết sức đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau khi cắt mới chỉ là bán thành phẩm phục vụ cho một quá trình công nghệ. Để thuận lợi cho các công đoạn sản xuất tiếp theo cũng như đảm bảo chất lượng của thiết bị khi hoàn thành, thép cắt ra phải đảm bảo một số yêu cầu sau:
- Mép cắt phải trơn, thẳng.
- Sự biến dạng nằm trong giới hạn cho phép.
- Đảm bảo đúng yêu cầu về kích thước.
1.2.2.1. Sự thay đổi tính chất của thép trong quá trình cắt:
Khi cắt tính chất của thép bị thay đổi. Sở dĩ như vậy là trong quá trình cắt biến dạng dẻo nguội làm cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tật tăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dạng các hạt kim lọai cũng như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dư và xuất hiện những mặt trượt kích thích quá trình hóa già của kim loại.
a. Sự hóa già do biến dạng.
Hệ quả của sự hóa già kim loại là giảm tính dẻo (độ giãn dài tỷ đối giảm) và nâng cao tính bền của kim lọai (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và độ cứng tăng).Sự hóa già biến dạng xảy ra không đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và các bon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch
Đối với thép các bon thấp, sự hóa già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơn sau khi biến dạng dẻo nguội; cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt độ môi trường xung quanh và thời gian.
b. Mặt trượt.
Mặt trượt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra. Mặt trượt xuất hiện tại vùng gần mép cắt, làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt. Sự xuất hiện các mặt trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi. Sự không đồng đều này là do sự hóa già trong quá trình biến dạng gây ra. Trên vùng bề mặt này sau khi cắt có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tương ứng với các mặt trượt.
c. Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn.
Trong quá trình xảy ra biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hóa bền. Sự hóa bền cùng với một số hiện tượng khác làm cho khả năng chống ăn mòn của kim loại giảm đi. Tuy vậy, do những điều kiện không giống nhau, sự thay đổi hình dạng của các phôi kề nhau sau khi cắt sẽ phát sinh những ứng suất dư tế vi. Những ứng suất dư này khi có sự ăn mòn sâu và các tinh thể sẽ làm suy yếu liên kết ở biên giới giữa các hạt và có thể gây ra những mầm giòn tự phát của các sản phẩm kim loại hoặc bán thành phẩm.
Quá trình cắt kim loại được chia thành hai giai đoạn:
- Giai đoạn ép vào kim loại: Hai lưỡi dao tỳ vào bề mặt kim loại làm xô lệch các thớ kim loại nhưng chưa làm đứt chúng.
- Giai đoạn cắt: Hai lưỡi dao tiếp tục ép sát vào nhau làm các thớ kim loại bị trượt và tách khỏi nhau.
1.2.2.2. Các phương pháp cắt kim loại:
a. Cắt bằng lưỡi dao đĩa
Quá trình cắt kim loại tấm dày trên máy cắt dao đĩa được thực hiện bằng những đĩa dao quay tròn, đĩa dao trên và đĩa dao dưới được quay ngược chiều nhau cùng một tốc độ góc (ω), vật liệu cắt được chuyển dịch nhờ lực ma sát giữa kim loại và dao đĩa. Vị trí và kích thước đĩa dao được xác định phụ thuộc vào chiều dày vật liệu cắt. Công việc cắt được thực hiện lấy dấu bằng tay hay đồ gá chuyên dùng. Người ta thường đặt lệch trục đĩa dao trên so với dao dưới một đoạn e không lớn lắm.
Hình 1.12 Cắt bằng lưỡi dao đĩa.
b. Cắt bằng dao thẳng song song:
Dùng để cắt các loại phôi và sản phẩm có tiết diện vuông, chữ nhật, tròn... máy thường đặt sau máy cán phôi, cán phá, cán hình cỡ lớn có tiết diện sản phẩm là đơn giản. Máy có nhiệm vụ cắt bỏ phần đầu, phần đuôi vật cán và dùng để cắt phân đoạn vật cắt theo kích thước qui định. Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao không đổi.
Hình 1.13 Cắt bằng 2 dao thẳng song song.
c. Cắt kim loại bằng oxi - thuốc:
Quá trình cắt bắt đầu bằng sự đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy (oxy hóa mãnh liệt) nhờ ngọn lửa hàn sau đó cho dòng oxy thổi qua, để đốt nóng kim loại đến nhiệt đô cháy, khi đã đạt đến nhiệt độ cháy, cho dòng oxy kỹ thuật nguyên chất (98 ÷ 99.7 % O2) vào rãnh giữa của mõ cắt và nó trực tiếp oxy hóa kim loại tạo thành oxit sắt và thổi xỉ lỏng khỏi rãnh cắt. Sự tạo thành nhiệt do quá trình kim loại cháy trong oxy đã làm cho quá trình cắt được liên tục cho đến khi kết thúc đường cắt.
Hình 1.14 Cắt bằng oxi – thuốc.
d. Cắt kim loại bằng hồ quang hàn:
Cắt kim loại bằng hồ quang que hàn là phương pháp sử dụng điện cực que hàn thông dụng hoặc đặc biệt có đường kính 4.5 đến 6.3mm, với cường độ dòng điện lớn hơn từ 30…50% so với dòng điện hàn hồ quang tương ứng. Mặc dù có thể sử dụng dòng xoay chiều, nhưng dòng một chiều cực thuận được ưu tiên sử dụng. Đôi khi có thể làm ẩm điện cực, nước trong lớp bọc điện cực làm giảm sự quá nhiệt điện cực và phân hủy trong hồ quang để xuyên thấu sâu hơn.
Để kim loại và xỉ dễ dàng thoát ra khỏi đường cắt, cần có hồ quang ngắn và điện cực phải đẩy sát trong rãnh cắt, đầu điện cực được đẩy vào vũng chảy và được thao tác bằng chuyển động lên xuống.Chuyển động lên phải rất nhanh và chuyển động xuống phải có tác dụng đẩy để kim loại nóng chảy và xỉ thoát ra ngoài.
Hình 1.15 Cắt bằng hồ quang.
e. Cắt bằng hồ quang Plasma:
Cắt bằng hồ quang Plasma được thiết kế tương tự mỏ hàn hồ quang Plasma. Nguồn DC được sử dụng với điện cực Volfram nối vào cực âm. Hồ quang được duy trì giữa điện cực trong mỏ cắt và chi tiết gia công được tạo ra bằng máy phát tần số cao. Khí dẫn được cấp nhiệt trước lỗ bằng Plasma hồ quang sẽ giảm nổ và phun qua tiết lưu với tốc độ cao. Kim loại nóng chảy bằng hồ quang bị thổi lệch ra xa bằng động năng của dòng khí.
Hình 1.16 Cắt bằng hồ quang Plasma.
f. Cắt bằng thủ công:
Cắt thép bằng các phương pháp thủ công có nhiều cách, chẳng hạn như cưa bằng tay, kìm cắt cộng lực, phương pháp chặt bằng ve, tốn nhiều thời gian, các vết cắt không được thẳng và sản phẩm tạo ra không đảm bảo yêu cầu về độ chính xác. Phương pháp này chỉ áp dụng cho những phân xưởng thủ công, cắt các thép tấm có chiều dày bé và tiết diện nhỏ.
Kéo cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt và một cơ cấu cánh tay đòn và đòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt. Kéo này cũng chỉ áp dụng cắt những tấm thép có chiều dày và diện tích bé, chủ yếu dùng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ THÉP VÀ MÁY UỐN THÉP
2.1. Giới thiệu về thép xây dựng:
Trong xây dựng chủ yếu dùng thép cacbon và thép hợp kim thấp
2.1.1. Thép cacbon:
2.1.1.1. Thành phần hóa học của thép cacbon:
Thành phần hóa học chủ yếu của thép Cacbon là Fe và C, ngoài ra còn chứa một số nguyên tố khác tùy theo điều kiện luyện thép.
C < 2%; Mn ~ 0,8%; Si ~ 0,5%; P, S ~ 0,05%.
Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti rất ít (0,1 - 0,2%).
Mn và Si là 2 nguyên tố có tác dụng nâng cao cơ tính của thép cacbon. P và S là những nguyên tố làm giảm chất lượng thép, nâng cao tính giòn nguội cho thép.
2.1.1.2. Phân loại loại thép cacbon:
Theo mục đích sử dụng thép cacbon có 2 loại: thép cacbon thường và thép cacbon chất lượng tốt (thép hợp kim tốt).
a. Thép cacbon thường:
Thép cacbon thường có dạng đã qua cán mỏng (thép tấm, thép cây, thép hình…) chủ yếu để dùng trong xây dựng.
Theo TCVN 1765:1975 thép cacbon thường lại được chia thành 3 loại: A, B, C.
vThép cacbon thường loại A:
+ Thép cacbon thường loại A là loại thép chỉ qui định về cơ tính.
+ Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765:1975) quy định mác thép loại này ký hiệu là CT, con số đi kèm theo chỉ độ bền giới hạn.
Ví dụ : CT31 là thép có giới hạn bền tối thiểu là 310 N/mm.
+ Thép cacbon thường loại A có các loại mác thép theo bảng 1.
Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam.
Mác thép (số liệu)
Giới hạn bền , N/
Độ giãn dài tương đối ,%
Nga
Việt Nam
CT0
CT1
CT2
CT3
CT4
CT5
CT6
CT31
CT33
CT34
CT38
CT42
CT51
CT61
≥ 310
320 – 420
340 – 440
380 – 490
420 – 540
500 – 640
600
20
31
29
23
21
17
12
vThép cacbon thường loại B:
+ Là thép chỉ qui định về thành phần hóa học.
+ Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765:1975) qui định mác thép loại này ký hiệu là BCT, con số đi kèm theo vẫn chỉ độ bền giới hạn như thép cacbon thường loại A. Còn thành phần hóa học được qui định như bảng:
Bảng 1.2 Hàm lượng các nguyên tố của một số mác thép trên thị trường.
Mác thép ( số liệu)
Hàm lượng các nguyên tố
Nga
Việt Nam
C, %
Mn, %
S, không lớn hơn, %
P, không lớn hơn, %
CT0
CT1
CT2
CT3
CT4
CT5
CT6
BCT31
BCT33
BCT34
BCT38
BCT42
BCT51
BCT61
0.23
0.06 – 0.12
0.09 – 0.15
0.14 – 0.22
0.18 – 0.27
0.28 – 0.37
0.38 – 0.49
0.25 - 0.5
0.25 – 0.5
0.3 – 0.65
0.4 – 0.7
0.05 – 0.8
0.05 – 0.8
0.06
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.07
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
vThép cacbon thường loại C:
+ Thép cacbon thường loại C là thép qui định cả về cơ tính và thành phần hóa học. Loại thép này có cơ tính như thép cacbon thường loại A và có thành phần hóa học như thép cacbon thường loại B. Tiêu chuẩn Việt Nam(TCVN 1765:1975) qui định mác thép này ký hiệu là CCT. Con số đi kèm chỉ độ bền giới hạn qui định như bảng 1.1 và có thành phần hóa học qui định như bảng 1.2.
a. Thép hợp kim thấp:
vThành phần hóa học:
Thép hợp kim thấp là loại thép ngoài thành phần hóa học là Fe, C và tạp chất do chế tạo còn có các nguyên tố khác được cho vào với một hàm lượng nhất định để thay đổi cấu trúc và tính chất của thép, đó là các nguyên tố: Cr, Ni, Mg, Si, W, V, Mo, Ti, Cu.
Trong thép hợp kim thấp, tổng hàm lượng các nguyên tố này .
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1659:1975), thép hợp kim được ký hiệu bằng hệ thống ký hiệu hóa học, số tỷ lệ phần vạn cacbon và phần trăm các nguyên tố trong hợp kim.
Ví dụ: Loại thép ký hiệu là: 9Mn2 có 0.09% C và 2% Mn.
vTính chất cơ lý:
Thép hợp kim thấp có cơ tính cao hơn thép cacbon, chịu được nhiệt độ cao hơn và có những tính chất vật lý hóa học đặc biệt như chống tác dụng ăn mòn của môi trường.
Thép hợp kim thấp thường được dùng để chế tạo các các kết cấu thép dầm cầu, tháp khoan dầu mỏ, đường ống dẫn khí,…) và cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt thép.
2.1.2. Các loại cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép:
2.1.2.1. Yêu cầu đối với các đặc tính của cốt thép khi sử dụng cho kết cấu bê tông:
vTính bám dính tốt:
Với lớp bao phủ là một trong những đặc tính quan trọng nhất của cốt thép trong bê tông, để đảm bảo nhiệm vụ này chúng phải có hình dạng đặc biệt (có gai để tăng cường neo móc). Đối với cốt thép ứng suất trước sự dính bám được đảm bảo bằng những vết, sự gồ ghề (bằng phương pháp cán, vuốt).
Một yêu cầu khác là khi tiếp xúc với xi măng, cốt thép không được phản ứng tạo ra hợp chất có hại cho sự dính bám.
vTính biến dạng:
Từ khi đặt cốt thép vào bê tông và trong quá trình làm việc bê tông, cốt thép luôn luôn bị biến dạng, thắt lại. Vì vậy cốt thép phải có tính biến dạng tốt, như có sự giãn dài dưới tác dụng của tải trọng cực đại khi thử nghiệm kéo, bền sau một số lần thử uốn.
vĐộ bền:
Độ bền lâu (tuổi thọ) của các công trình bằng bê tông cốt thép hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực phụ thuộc trực tiếp vào độ bền của cốt thép. Độ bền lâu này có thể chỉ phụ thuộc vào tác động cơ học, nhưng cũng có thể cả môi trường xung quanh.
2.1.2.2. Các dạng cốt thép cho bê tông cốt thép thường:
a. Dây thép cacbon thấp kéo nguội:
Dây thép cacbon thấp kéo nguội dùng làm cốt thép cho bê tông có đường kính từ 3,0 đến 10,0 mm. Được sản xuất từ thép cacbon thấp CT31, CT33, CT34, CT38, BCT31, BCT38. Chúng phải có đường kính và sai lệch cho phép phù hợp với bảng 1.3.
Ví dụ: Ký hiệu qui ước dây có đường kính 5mm được sản xuất từ thép mác CT31 là dây thép 5.CT31 – TCVN 3101:1979. Cơ tính của dây phải phù hợp bảng 1.4.
Bảng 1.3 Các thông số của thép cacbon thấp kéo nguội.
Đường kính danh nghĩa, mm
Sai lệch cho phép, mm
Diện tích mặt cắt ngang,
Khối lượng lý thuyết của 1m chiều dài, Kg
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6,0
7,0
8,0
9,0
0,06
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,10
0,10
0,10
0,10
7,07
9,68
12,57
15,90
19,63
23,76
28,27
38,48
50,27
63,62
78,54
0,056
0,076
0,099
0,125
0,154
0,187
0,222
0,302
0,395
0,499
0,617
Bảng 1.4 Cơ tính của thép cacbon thấp kéo nguội.
Đường kính dây, mm
Giới hạn bền,
Từ 3 đến 5,5
Từ 6 đến 10
550 - 850
450 - 700
Ví dụ: Ký hiệu qui ước thép cốt nhóm CII có đường kính 20mm là CII20 TCVN 1651 : 1985.
a. Các đại lượng và tính chất cơ học của thép cốt:
Đường kính danh nghĩa và các đại lượng tra cứu của thép cốt phải phù hợp với bảng 1.5. Tính chất cơ học của thép cốt phải phù hợp với qui định ở bảng 1.6.
Bảng 1.5. Các đại lượng tra cứu của thép cốt.
Đường kính danh nghĩa D, mm
Diện tích mặt cắt ngang, cm
Khối lượng lý thuyết của 1 mét chiều dài, Kg
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
0,283
0,385
0,503
0,636
0,785
1.313
1,51
2,01
2,54
3,14
3,80
4,91
6,16
8,01
10,18
12,57
0,222
0,302
0,395
0,499
0,617
0,888
1,21
1,58
2,00
2,17
2,98
3,85
4,83
6,31
7,99
9,87
Bảng 1.6 Tính chất cơ học của thép cốt.
Nhóm thép cốt
Đường kính, mm
Giới hạn chảy, N/mm
Giới hạn bền, N/mm
Độ giãn dài tương đối, %
Thử uốn nguội
C – Độ dày trục uốn
d – Đường kính thép cốt
Không nhỏ hơn
CI
CII
CIII
CIV
6-40
10-40
6-40
10-32
240
300
400
600
380
500
600
900
25
19
14
6
C = 0,5d(180)
C = 3d(180)
C = 3d(90)
C = 3d(45)
2.2. Giới thiệu về máy uốn cắt thép trên thị trường:
2.2.1. Phạm vi và mục đích sử dụng:
Như chúng ta biết,hiện nay ngành xây dựng nước ta đang trên đà phát triển rất mạnh. Nhiều công trình qui mô mọc lên khắp nơi. Vì vậy việc đưa máy móc vào xây dựng là cần thiết cho sự phát triển. Và một trong những máy móc đã và đang được đưa vào sử dụng khá phổ biến trong các công trình đó là máy uốn cắt thép liên hợp. Uốn cắt thép là công đoạn rất quan trọng và sẽ mất rất nhiều thời gian, công sức nếu không có sự hổ trợ của máy móc.
Hiện nay hầu như tất cả các công trình xây dựng cỡ vừa và lớn đều được trang bị máy uốn cắt thép liên hợp, với bộ điều khiển tự động và bán tự động, có thể uốn và cắt ra những thanh thép hay đai thép có kích thước khác nhau theo yêu cầu. Còn một số công trình nhỏ như nhà dân… thì vẫn còn sử dụng phương pháp thủ công. Trên thị trường hiện nay có thể nói đến một số máy cắt uốn sắt liên hợp như GQW32, GQW40, GQW50…
2.2.2. Thực trạng về máy cắt uốn thép:
Hiện nay trên thế giới, thép được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và trong xây dựng. Nhận thấy được tầm quan trọng của sắt thép chính vì vậy việc chế tạo máy cắt, uốn phù hợp, tăng nâng suất với nhu cầu rất cần thiết. Trên thế giới hiện nay máy cắt, uốn rất đa dạng nhỏ ngọn từ bằng tay, đến các máy lớn sử dụng động cơ, thủy lực, rồi đến NC hay CNC có thể duỗi, cắt, uốn với nhiều bán kính khác nhau với độ chính xác và năng suất rất cao.
Hình 2.1 Máy uốn cắt thép liên hợp.
Trên thị trường nước ta cũng đã có nhiều máy uốn, cắt sắt hiện đại và cho năng suất cao. Tuy nhiên tình hình sản xuất thực tại vẫn phố biến nhiều hình sản xuất thủ công máy bán tự động hay chỉ giải quyết được một khâu uốn hay cắt. Các khâu này hoạt động độc lập với nhau nên tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công. Việc tiêu tốn nhiều thời gian sẻ ảnh hưởng tới tiến độ thi công các công trình.
Hình 2.2 Máy uốn và cắt thép độc lập.
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YÊU CẦU ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY
3.1. Phân tích yêu cầu động học của máy:
Từ những phân tích trên và theo yêu cầu của đề tài là máy vừa uốn và vừa cắt nên ta chọn phương án thiết kế với nguyên công uốn bằng cơ cấu quay cụ thể là uốn bằng mâm uốn, cắt bằng cặp lưỡi dao song song chuyển động tịnh tiến, hơn cả vì nó dùng được cho nhiều trường hợp, có thể điều chỉnh được đường kính của sản phẩm cũng như góc uốn cần uốn với chiều dài phôi tùy ý. Vì vậy máy cần thiết kế phải đáp ứng được các yêu cầu động học như sau:
- Chuyển động tịnh tiến của lưỡi dao thực hiện quá trình cắt.
- Bố trí cơ cấu tựa để thực hiện chức năng cố định phôi khi uốn.
- Chuyển động quay của mâm xoay để thực hiện quá trình uốn.
3.2. Tính toán lực cắt, lực uốn:
3.2.1. Tính toán lực cắt và công suất cắt:
3.2.1.1. Diễn biến quá trình cắt:
Quá trình cắt kim loại bằng cặp lưỡi dao thẳng song song được chia làm 3 thời kỳ là thời kỳ cắt phá, thời kỳ cắt duy trì và thời kỳ cắt đứt.
a. Thời kỳ cắt phá:
Hình 3.1 Sơ đồ quá trình cắt giai đoạn cắt phá.
Đây là thời kỳ mà lưỡi dao ăn vào kim loại và bắt đầu quá trình cắt, lúc này lực cắt của dao từ từ tăng lên ( tăng từ). Để đặc trưng cho độ nhanh chậm của quá trình này người ta đưa ra thông số tỷ số chiều sâu cắt tương đối như sau:
(3-1)
Trong đó:
- Chiều sâu kim loại được cắt.
- Chiều dày vật cắt.
b. Thời kỳ cắt duy trì:
Hình 3.2 Sơ đồ quá trình cắt – Thời kỳ cắt.
Đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt. P giảm dần từ xuống .
c. Thời kỳ cắt đứt:
Đây là thời kỳ kim loại tự đứt. Để đặc trưng cho sự nhanh chậm của thời kỳ đứt, người ta đưa ra khái niệm độ sâu đứt trong tương đối và được đặc trưng bằng tỷ số sau:
(3-2)
Trong đó:
- chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt.
- là chiều dày ban đầu của vật cần cắt.
3.2.1.2. Tính toán lực cắt:
Qua thực tế và thí nghiệm, người ta thấy rằng lực cắt lớn nhất là ở cuối thời kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và được tính theo công thức sau:
(3-3)
Trong đó:
- k là hệ số an toàn với
+ - là hệ số xét đến sự ảnh hưởng của cơ tính vật liệu làm dao. (0,6 đối với thép cứng, 0,7 đối với thép mềm).
+ - là hệ số xét đến sự ảnh hưởng khi bị mòn dao.
cho cắt nóng vàcho cắt nguội.
+ - là hệ số xét sự ảnh hưởng của khe hở lưỡi dao.
cho cắt nóng và cho cắt nguội.
Thông thường người ta lấy : k=1,1 ÷ 1,3.
- - là diện tích tiết diện cắt.
- là giới hạn bền cắt, với thép CT51 có .
Thường lấy .
Chọn
Như vậy lực cắt lớn nhất là
vGhi chú:
Các trị số được tra trong bảng quan hệ giữa vật liệu cắt với .
- Khi dao ăn vào kim loại thì phôi có xu hướng bị xê dịch, khi ấy từ các cạnh của dao sinh ra một lực trượt T, lực trượt T do dao xê dịch sinh ra một momen có trị số.
- Lực T và P có xu hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:
- Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác , người ta dùng lực kẹp Q để giữ vật cắt. Khi ấy và
3.2.1.3. Tính toán công suất cắt cần thiết:
Công suất động cơ để dẫn động các cơ cấu cắt thực hiện quá trình cắt (xác định theo công thức trung bình) tính theo công thức trang 63 [2]:
(3-4)
Trong đó:
- Ap - công tiêu hao trong một hành trình công tác.
(3-5)
- Akt - công tiêu hao không tải.
(3-6)
- Alh - công tiêu hao đóng mở ly hợp. Alh = 0.
- K - hệ số an toàn.
K phụ thuộc vào hệ số trượt danh nghĩa của động cơ (s), chọn
K =1,2.
- - Là hiệu suất truyền động từ động cơ đến trục máy.
- Tc.tr - Thời gian một chu trình cắt.
Tính toán Ap, và Tc.tr
- Tính Ap:
Ta có:
Trong đó:
+ Ag - là công biến dạng kim loại.
(3-7)
Với:
- là lực cắt trung bình, gần đúng có thể lấy:
, trong đó tc = 40mm là chiều dày cắt.
k - là hệ số điều chỉnh.
Khi cắt thép thanh nguội .Chọn k = 0,3.
+ Af - Công tiêu hao do ma sát.
(3-8)
+ Adh - Công tiêu hao do đàn hồi của máy:
(3-9)
Với
: là độ biến dạng của máy cắt, phụ thuộc vàolực cắt thường nằm trong khoảng . Ta chọn .
ð
+ Adhf - Công tiêu hao của lực ma sát do biến dạng đàn hồi của máy
(3-10)
Như vậy tổng công tiêu hao là:
- Tính:
Ta có:
Tra bảng 2-1 trang 27 [Thiết kế chi tiết máy] ta có:
: Hiệu suất bộ truyền đai.
: Hiệu suất một cặp ổ lăn.
: Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ.
: Hiệu suất bộ truyền bánh răng nón
: Hiệu suất một ổ trượt.
Thay vào công thức ta được:
- Tính tc.tr:
Thời gian một chu trình cắt.
(3-11)
Trong đó:
n = 15(vòng/phút) - Tốc độ quay bánh lệch tâm.
P=1 - Hệ số sử dụng hành trình.
Vậy:
Như vậy công suất cần thiết cho động cơ là:
.
3.2.2. Tính toán lực uốn và công suất uốn:
3.2.2.1. Bán kính uốn nhỏ nhất:
Bán kính phía trong của vật uốn không được nhỏ hơn một giá trị nhất định gọi là bán kính uốn nhỏ nhất rmin, nếu sẽ gây ra nứt ở tiết diện uốn. Bán kính uốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Cơ tính của vật liệu và trạng thái nhiệt luyện. Nếu vật liệu có tính dẻo tốt hoặc đã qua ủ mềm thì rmin nhỏ hơn so với khi vật liệu đã qua biến dạng do bị biến cứng.
- Ảnh hưởng của góc uốn. Cùng với một bán kính uốn r như nhau, nếu góc uốn càng nhỏ thì khu vực biến dạng càng lớn.
- Góc làm bởi đường uốn và hướng cán (thớ kim loại). Vì kim loại chịu kéo và nén theo phương của thớ kim loại thì tốt hơn nhiều so với khi bị kéo và nén theo phương vuông góc với thớ kim loại. Cho nên khi đường uốn vuông góc với hướng cán thì rmin cho phép nhỏ hơn so với khi đường uốn dọc theo hướng cán từ 1,5 ÷ 2 lần.
- Ảnh hưởng của tình trạng mặt cắt vật liệu. Khi cắt phôi uốn, trên mặt cắt có nhiều bavia hoặc nhiều vết đứt thì khi uốn dễ sinh ra tập trung và tại những nơi đó dễ sinh ra vết nứt. Bởi vậy cần phải tăng trị số rmin lên 1,5 ÷ 2 lần.
Trên thực tế bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo công thức kinh nghiệm:
(3-12)
Trong đó:
+ K: Hệ số cho trong bảng 52[2].
+ S: Chiều dày vật uốn, ở đây lấy chiều dày lớn nhất S = 40mm
Đối với thép CT38 ở trạng thái vật liệu cứng khi uốn vuông góc với hướng cán và góc uốn α = 90 thì rmin = 0,5.S = 0,5.40 = 20mm.
+ Khi uốn α = 60 thì rmin = 1,2.0,5.S = 0,6S = 0,6.40 = 24mm.
+ Khi uốn α = 120 thì rmin = 0,8.0,5.S = 0,4S = 0,4.40 = 16mm.
Đối với thép CT51 ở trạng thái vật liệu cứng khi uốn vuông góc với hướng cán và góc uốn α=90 thì rmin = 0,8.S = 0,8.40 = 32mm.
+ Khi uốn α = 60 thì rmin = 1,2.0,8.S = S = 0,96.40 = 38,4mm.
+ Khi uốn α = 120 thì rmin = 0,8.0,8.S = S = 0,64.40 = 25,6mm.
3.2.2.2. Tính toán lực uốn.
Ta tính cho trường hợp uốn thép CT51 góc 90 , chọn lô uốn đóng vai trò chày uốn với bán kính r = 32mm, lô uốn quay với bán kính l = 45mm.
Ta có công thức tính lực uốn theo trang 116 [4].
(3-13)
Trong đó:
+ k = 1,33 khi và k = 1,26 khi .
+ L - chiều rộng miệng cối (mm).
+ B - Chiều rộng vật uốn (mm).
+ q - Áp suất để là phẳng ().
+ F - Diện tích là phẳng dưới chày ().
+ - Giới hạn bền của vật liệu (kG/).
+ S – Chiều dày vật uốn (mm).
Xét trường hợp với thép CT51 có = 640(N/) = 64(kG/).
Trường hợp của ta là uốn tự do không có là phẳng nên lực uốn sẽ được tính theo công thức:
(3-14)
Hình 3.3 Sơ đồ tính lực khi bắt đầu chạm uốn.
Cho trước L1=260mm là khoảng cách từ tâm mâm uốn đến điểm tì uốn.
Ta tính L2:
Ta qui đổi tiết diện tròn thành tiết diện hình chữ nhật B × S như sau:
Ta có momen chống uốn của thép tròn đặc Φ40 là:
(3-15)
Momen chống uốn tiết diện hình chữ nhật:
(3-16)
Qui đổi Wu1 = Wu2
Hình 3.4 Hình vẽ qui đổi tiết diện thanh thép.
Trong đó: Z – số chốt;
D0 – đường kính vòng tròn qua tâm các chốt ;
.
- đường kính lỗ lắp chốt bọc vòng đàn hồi;
- đường kính chốt;
- chiều dài toàn bộ của vòng đàn hồi;
- ứng suất dập cho phép của vòng cao su, có thể lấy;
Kiểm tra vòng đàn hồi theo sức bền uốn của chốt.
Trong đó: lc – Chiều dài chốt.
- ứng suất uốn cho phép của chốt, có thể lấy
.
Vậy nối trục vòng đàn hồi dảm bảo điều kiện dập của vòng đàn hồi và sức bền uốn của chốt.
CHƯƠNG 1: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY
1.1. Lắp đặt và điều chỉnh máy:
Tuổi thọ và chất lượng của máy phụ thuộc rất nhiều vào những phương pháp sử dụng và bảo quản nó. Nếu tổ chức sử dụng và bảo quản hợp lí máy có thể làm việc trong một thời gian dài. Do đó, vấn đề sử dụng và bảo quản máy, ngoài tính chất kĩ thuật nó còn có ý nghĩa kinh tế rất lớn.
Đối với cán bộ điều hành cần am hiểu những vấn đề cơ bản về sử dụng và bảo quản hợp lí, để có thể giải quyết tốt những vấn đề kĩ thuật trong khi điều hành sản xuất như tính toán, sắp xếp vị trí máy trong công trường, đảm bảo an toàn và thao tác thuận tiện cho công nhân, đảm bảo việc điều chỉnh và thay thế dễ dàng các chi tiết trong máy.
Đối với công nhân trực tiếp đứng máy cần phải nắm vững nguyên lý hoạt động của máy, nguyên tắc vận hành, bảo dưỡng và sữa chữa máy.
1.1.1. Lắp ráp máy:
Sau khi đã chế tạo tất cả các chi tiết của máy ta tiến hành lắp các bộ phận máy theo yêu cầu. Từ các cụm bộ phận này ta ghép chúng lại với nhau để được máy như đã thiết kế.
vThứ tự lắp đặt máy
- Lắp các chi tiết vào trục của hộp giảm tốc như bánh răng, lắp các ổ bi vào trục, vòng chắn. Lắp các trục này vào thân của hộp giảm tốc.
- Lắp các chi tiết vào trục của bộ truyền ngoài, lắp các ổ bi vòng chắn. Lắp các trục này vào vỏ bộ truyền ngoài.
- Lắp cụm cơ cấu cắt.
- Lắp động cơ vào giá máy.
- Lắp hộp giảm tốc vào giá máy.
- Lắp bộ truyền ngoài vào giá máy.
- Nối trục của hộp giảm tốc với bộ truyền ngoài thông qua nối trục đàn hồi.
- Lắp ráp cơ cấu cắt.
- Lắp mâm uốn vào trục ra.
- Lắp các cơ cấu phụ, lắp bộ truyền đai, lắp puli vào trục động cơ.
- Xiết chặt các bu lông. Kiểm tra lần cuối để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về máy.
1.1.2. Chạy thử máy:
Mục đích của chạy thử:
- Kiểm tra lại các thông số cơ bản của máy.
- Điều chỉnh lại máy cho phù hợp với yêu cầu thiết kế. Các sản phẩm trong quá trình chạy thử được kiểm tra và đánh giá chất lượng. Quá trình điều chỉnh chỉ dừng lại sau khi chất lượng sản phẩm đã đạt được các yêu các yêu cầu kỹ thuật đề ra. Sau khi chạy thử, kiểm tra lần cuối chất lượng máy, xem có đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra hay không, đánh giá một cách chính xác mới tiến hành đưa vào sử dụng.
1.1.3. Hướng dẫn sử dụng máy:
Trước khi làm việc công nhân phải kiểm tra toàn bộ máy như phần điện, kiểm tra các bu lông, đai ốc, vít, khớp nối trục, ..
Công nhân đứng máy là người nắm được tính năng kỹ thuật của máy.
Sau khi máy không làm việc phải tiến hành thu dọn, lau chùi máy, kiểm tra lại toàn bộ và bảo quản máy.
1.2. Bảo dưỡng máy trong quá trình sử dụng:
Sau một thời gian làm việc, các chi tiết máy bị mòn và do đó làm giảm chất lượng của sàng, ảnh hưởng tới năng suất máy, làm cho các thông số kỹ thuật không được đảm bảo, nhiều khi gây hư hỏng bất ngờ, làm gây chi tiết máy.
Để làm chậm quá trình hao mòn, đảm bảo trạng thái làm việc bình thường ta phải tiến hành bảo dưỡng và sữa chữa máy trong một thời gian nhất định. Tức là thực hiện sữa chữa dự phòng theo kế hoạch. Đây là phương pháp bảo dưỡng và sữa chữa tiên tiến nhất, đảm bảo sử dụng máy có hiệu quả và năng suất cao nhất.
1.2.1. Bão dưỡng và sữa chữa hằng ngày:
Bảo dưỡng: trước lúc làm việc, công nhân phải kiểm tra các chi tiết máy quan trọng, đảm bảo bề mặt sạch sẽ tránh bụi. Bôi trơn bề mặt chuyển động của trục quay, bôi trơn ổ bi.
Trước khi nghỉ việc 1 ca, công nhân phải lau chùi sạch sẽ.
Kiểm tra: để khắc phục và phát hiện những thiếu sót nhỏ, bất thường xảy ra trong quá trình cắt uốn nhằm ngăn ngừa sự cố hư hỏng các bộ phận của máy và giảm chi phí sữa chữa. Đi đôi đó phát hiện những hư hỏng lớn, kịp thời sữa chữa.
1.2.2. Kiểm tra định kỳ:
Kiểm tra kết cấu định kỳ nhằm xác định trạng thái và khả năng làm việc của các chi tiết máy hay bộ phận máy mà mà không cần đến tháo lắp, phải xét độ rơ, độ mòn, thiếu sót ghi vào phiếu kiểm tra.
Kiểm tra chính xác định kỳ chung sau kích thước và chuyển động của các chi tiết máy bằng các dụng cu đo cần thiết như kiểm tra các bánh răng ăn khớp, các ổ bi. Kiểm tra chính xác để xác định khả năng làm việc của máy, cần phải sữa chữa vừa hay lớn.
1.2.3. Sữa chữa định kỳ theo kế hoạch:
1.2.3.1. Sữa chữa nhỏ:
Sữa chữa nhỏ là sữa chữa nhằm khắc phục hư hỏng nhỏ và thay thế những chi tiết bị mòn nhanh. Sữa chữa máy chỉ tháo từng bộ phận và chỉ làm trong thời gian ngắn.
Công việc chủ yếu của sữa chữa nhỏ là:
- Khảo sát toàn máy, tháo bộ phận chủ yếu của máy như bộ phận cắt , hộp giảm tốc.
- Thay và bơm mỡ vào các nút mỡ.
- Thay các chi tiết bị mòn như bánh răng, ổ bi.
- Kiểm tra tiếng ồn, chất lượng sản phẩm.
- Sau khi sữa chữa xong, cho máy chạy thử.
1.2.3.2. Sữa chữa vừa:
- Tháo tất cả các bộ phận máy ra và sữa chữa.
- Kiểm tra sữa chữa động cơ điện
- Kiểm tra độ cứng vững của toàn hệ thống, độ cứng vững của trục.
- Kiểm tra lại toàn bộ chính xác và toàn bộ chất lượng sản phẩm.
1.2.3.3. Sữa chữa lớn:
Sữa chữa và làm lại toàn bộ máy như ban đầu, đồng thời kết hợp cải tiến và hiện đại máy. Sữa chữa lớn được tiến hành tại phân xưởng sữa chữa và phòng kỹ thuật có trách nhiệm kiểm tra chất lượng máy.
1.3. An toàn lao động:
Vấn đề về an toàn lao động khi sử dụng máy đặt mục tiêu hàng đầu.
Vì các cơ cấu uốn và cắt thực hiện đồng thời nên khi sử dụng ta nên tránh chạm vào các cơ cấu để tránh gây tai nạn lao động. Ví dụ như khi ta sử dụng chức năng uốn để uốn đai, lúc đó cơ cấu cắt vẫn hoạt động nên khi vận hành máy ta nên đứng về phía đối diện hoặc hướng vuông góc với cơ cấu cắt để tránh việc chạm vào cơ cấu. Hay khi ta cắt thép thì cơ cấu uốn vẫn hoạt động. Lúc này, để an toàn ta cần tháo chốt quay ra để không bị vướn vào cơ cấu uốn.
Những người không làm việc thì không nên đứng gần hay chạm vào máy lúc máy đang làm việc.
Không vận hành máy ở những nơi ẩm thấp hoặc dưới trời mưa vì có thể gây giật điện.
Cần tuân thủ theo các qui trình làm việc của máy. Thường xuyên kiểm tra hệ thống điện trên máy để tránh việc rò rĩ điện.
KẾT LUẬN
Sau quá trình thực hiện làm đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Tào Quang Bảng em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp theo đúng thời gian yêu cầu.
Trong thời gian thực hiện nhiệm vụ thiết kế, em đã tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu, ứng dụng các lý thuết về biến dạng dẻo trong các tài liệu về vật liệu học và kiến thức cơ khí chuyên môn đã được học trong trường đồng thời qua thời gian tìm hiểu thực tế tại các công ty. Máy cắt uốn liên hợp có công suất chính N=4 KW uốn thép xây dựng, thích hợp với việc uốn các dầm đai trong kết cấu xây dựng. Kết cấu máy đơn giản, gọn nhẹ, điều kiện vận hành và bảo quản dễ dàng, kết hợp với các ngành cơ khí khác trong nước cho phép chúng ta có thể sản xuất được máy này để phục vụ cho các công trường xây dựng.
