ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT KẾ MÁY
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CÁN TÔN SÓNG VUÔNG NĂNG SUẤT 20 MÉT/ PHÚT
MỤC LỤC THIẾT KẾ MÁY CÁN TÔN SÓNG VUÔNG
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN TÔN SÓNG VUÔNG.. 9
1.1 Giới thiệu về tôn sóng vuông. 9
1.1.1. Một số loại tôn sóng vuông phổ biến hiện nay. 9
1.1.2. Vật liệu và độ bền. 9
1.1.2. So sánh với loại tôn sóng tròn. 11
1.1.3 Nhu cầu thị trường về tôn sóng vuông. 12
1.2. Một số loại máy cán tôn sóng vuông. 13
1.2.1. Cấu tạo chung của các loại máy cán tôn sóng vuông. 15
1.2.2. Đặc điểm hoạt động. 18
1.2.3. Nguyên lý hoạt động. 18
1.3. Cơ sở lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại18
1.3.1. Các khái niệm.. 18
1.3.2. Tính dẻo của kim loại19
1.4. Lý thuyết cán. 20
1.4.1. Giới thiệu về cán. 20
1.4.2. Nguyên lý về cán. 21
1.5. Quá trình uốn kim loại21
1.5.1. Khái niệm.. 21
1.5.2. Đặc điểm của quá trình uốn. 21
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 23
2.1. Máy cán tôn sóng vuông. 23
2.1.1. Yêu cầu chung về máy cán tôn sóng vuông. 23
2.1.2. Các phương pháp cấp phôi cho máy. 24
2.2. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế. 27
2.2.1. Chọn hệ thống công suất chính. 27
2.2.2. Phương án 1: Sử dụng hệ thống xy lanh thủy lực để cắt tôn. 27
2.2.3. Phương án 2: Sử dụng cơ cấu cam để cắt tôn. 29
2.2.4. Sơ đồ động của máy. 32
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ. 33
3.1. Tính toán động học cho máy. 33
3.1.1. Xác định số vòng quay. 33
3.1.2. Xác định vận tốc góc. 33
3.1.3. Xác định số lần cán. 34
3.1.4. Xác định kích thước của con lăn cán. 37
3.2. Sơ đồ bố trí các con lăn. 39
3.3. Tính toán động lực học cho máy. 40
3.3.1. Tính toán khối lượng các con lăn trên. 41
3.3.2. Tính toán khối lượng các con lăn dưới43
3.3.3. Tính toán khối lượng trục cán. 46
3.3.4. Tính toán momen cán. 47
3.3.5. Tính toán công suất động cơ. 51
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH.. 56
4.1. Tính toán bộ truyền xích giữa hai trục cán dẫn. 56
4.1.1. Các thông số cho trước của bộ truyền. 56
4.1.2. Xác định thông số của đĩa xích và xích. 56
4.1.3. Kiểm tra độ bền tiếp xúc của răng đĩa xích:60
4.2. Tính toán bộ truyền xích giữa trục động cơ và trục cán dẫn. 61
4.2.1. Các thông số cho trước của bộ truyền. 61
4.2.2. Xác định thông số của đĩa xích và xích. 61
4.2.3. Kiểm tra độ bền tiếp xúc của răng đĩa xích:64
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CÁN VÀ CHỌN Ổ LĂN.. 66
5.1. Phân loại các loại trục cán. 66
5.1.1. Trục cán. 66
5.2. Tính toán trục cán. 66
5.2.1. Trục loại I66
5.2.2. Trục loại II70
5.2.3. Chọn và kiểm nghiệm then. 73
5.2.4.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi74
5.2.5. Độ bền tĩnh. 78
5.3. Chọn ổ lăn. 79
5.3.1. Chọn ổ lăn và kiểm nghiệm ổ. 80
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT PHỤ.. 82
6.1. Thiết kế cơ cấu điều chỉnh khe hở trục cán. 82
6.1.1. Tính toán chọn lò xo điều chỉnh. 82
6.1.2. Tính toán chọn bu lông điều chỉnh. 83
6.2. Thiết kế thân máy cán. 84
CHƯƠNG 7: LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT NẮP CHẶN Ổ.. 86
7.1. Phân tích chi tiết gia công. 86
7.1.1. Công dụng và một số đặc điểm của chi tiết86
7.1.2. Các bề mặt cần gia công và yêu cầu kỹ thuật86
7.2. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi89
7.2.1. Chọn dạng phôi89
7.2.2. Phương pháp chế tạo phôi89
7.3. Chọn phương pháp gia công các bề mặt và lập quy trình gia công. 89
7.3.1. Chọn phương pháp gia công lần cuối cho các bề mặt89
7.3.2.Chọn các phương pháp gia công trung gian. 90
7.3.3. Lập qui trình gia công chi tiết90
7.4. Thiết kế nguyên công. 91
7.4.1. Sơ đồ gá đặt và định vị91
7.5. Bôi trơn và Bảo dưỡng. 92
7.6. An toàn khi sử dụng. 92
KẾT LUẬN.. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 95
DANH MỤC HÌNH ẢNH THIẾT KẾ MÁY CÁN TÔN SÓNG VUÔNG
|
Hình ảnh |
Trang |
|
Hình 1.1 Tôn 7 sóng vuông |
10 |
|
Hình 1.2 Tôn 9 sóng vuông |
11 |
|
Hình 1.3 Máy cán tôn 1 tầng – sóng vuông |
14 |
|
Hình 1.4 Máy cán tôn 2 tầng – sóng vuông |
15 |
|
Hình 1.5 Một số loại khung máy cán tôn |
16 |
|
Hình 1.6 Con lăn cán |
16 |
|
Hình 1.7 Phần cho tôn vào |
17 |
|
Hình 1.8 Giá lắp các trục cán |
17 |
|
Hình 1.9 Hệ thống dao cắt tôn |
17 |
|
Hình 1.10 Biểu đồ biến dạng dẻo của kim loại |
19 |
|
Hình 1.11 Sơ đồ cán dọc |
21 |
|
Hình 1.12a) Trước khi uốn; b) Sau khi uốn |
23 |
|
Hình 2.1Một số loại thép tấm |
26 |
|
Hình 2.2 Một số loại thép cuộn cán tôn |
27 |
|
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý phương án 1 |
28 |
|
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý phương án 2 |
30 |
|
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý phương án đã chọn |
32 |
|
Hình 2.6 Sơ đồ động của máy |
34 |
|
Hình 3.1 1) Con lăn trên (cối), 2) Con lăn dưới (chày) |
36 |
|
Hình 3.2 Quy cách tôn 9 sóng vuông |
37 |
|
Hình 3.3 Biên dạng của 1 sóng vuông hoàn chỉnh |
37 |
|
Hình 3.4 Kích thước phôi cán |
38 |
|
Hình 3.5 Xác định kích thước sóng tôn qua các lần cán |
38 |
|
Hình 3.6 Biên dạng tôn qua các lần cán |
39 |
|
Hình 3.7 Kích thước của một cặp con lăn cán |
41 |
|
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí con lăn |
43 |
|
Hình 3.9 Con lăn trên |
45 |
|
Hình 3.10 Con lăn dưới |
47 |
|
Hình 3.11 Sơ đồ tính khối lượng trục cán |
50 |
|
Hình 3.12 Sơ đồ tính chiều dài tiếp xúc giữa tôn và con lăn cán |
52 |
|
Hình 3.13 Bảng momen trên các trục |
55 |
|
Hình 3.14 Công suất trên các trục |
57 |
|
Hình 5.1 Kết cấu sơ bộ trục loại I |
70 |
|
Hình 5.2 Biểu đồ momen và kết cấu trục loại I |
72 |
|
Hình 5.3 Kết cấu sơ bộ trục loại II |
73 |
|
Hình 5.4 Biểu đồ momen và kết cấu trục loại II |
75 |
|
Hình 6.1 Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh khe hở trục cán |
85 |
|
Hình 6.2 Kết cấu thân máy cán tôn |
88 |
LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, dân số ngày càng tăng, các cơ sở sản xuất và kinh doanh ngày càng mở rộng. Vì thế nhu cầu về tấm lợp bao che cho các toà nhà, các nhà xưởng, kho tàng, lán trại... ngày càng cao đặc biệt là tấm lợp bằng tole. Và hiện nay tole là một loại vật liệu tối ưu dùng để thay thế cho các loại tấm lợp có nhiều nhược điểm về mặt môi trường và sức khỏe cũng như tính thẩm mỹ cho người sử dụng như ferocimen, ngói, nhựa PVC... Với tấm lợp bằng tole còn có ưu điểm làm giảm khối lượng khung sườn đáng kể, thời gian sử dụng lâu dài, quá trình bao che, thay thế đơn giản, nhanh gọn.
Trong khi đó nước ta đang có gần 90 triệu dân với một nền kinh tế đang trên đà phát triển, với dân số đông như vậy cộng với sự phát triển của nền kinh tế nhiều thành phần. do vậy nhu cầu về tấm lợp trong xây dựng dân dụng và công nghiệp rất cao, đặc biệt là tấm lợp bằng tole. Nhưng do máy móc, thiết bị dùng để sản xuất tấm lợp bằng kim loại trước đây hầu như chúng ta đều phải nhập từ nước ngoài như: Nhật Bản, Đài Loan... với giá thành rất cao do đó không kinh tế. Cho nên việc thiết kế chế tạo, cải tiến máy cán - uốn tole tạo sóng là điều hết sức cần thiết và có ý nghĩa thiết thực.
Sau một thời gian dài nguyên cứu suy nghĩ và phân tích, được sự giúp đỡ, gợi ý của các Thầy/ Cô trong khoa và sự tận tình hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thạnh. Em đã thực hiện đề tài "THIẾT KẾ MÁY CÁN TÔN SÓNG VUÔNG NĂNG SUẤT 20 MÉT/ PHÚT" . Dây chuyền cán tôn được thiết kế trong đồ án không đòi hỏi chế tạo với điều kiện kỹ thuật công nghệ cao. Nên đối với ngành cơ khí của nước ta hiện nay thì việc chế tạo nó là việc hoàn toàn thực hiện được .
Mặc dù được hướng dẫn tận tình của Thầy, nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn và chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế lại phải giải quyết một nhiệm vụ lớn. Nên quá trình thiết kế này sẽ không tránh khỏi những sai sót và thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các Thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn, giúp ít cho em trong việc làm đồ án tốt nghiệp sau này và cả khi đi làm.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN TÔN SÓNG VUÔNG
1.1Giới thiệu về tôn sóng vuông
1.1.1. Một số loại tôn sóng vuông phổ biến hiện nay
Hiện nay các loại tôn được dùng để cán tạo sóng gồm có tôn lạnh, tôn sơn, tôn mạ kẽm. Kích thước của các loại tôn này như sau: Tôn có chiều dày từ 0,1 ÷ 1,0 mm, chiều rộng từ 900 ÷ 1200 mm, để tạo điều kiện cho việc vận chuyển phôi được dễ dàng, các nhà máy cán thép sản xuất ra tấm kim loại và cuộn lại thành cuộn lớn, với khối lượng 1 cuộn gần 5 tấn có chiều dày và chiều rộng nhất định. Trước đây các loại tôn cuộn này thường được nhập từ nước ngoài như BHP của Australia, POMINI của Italia, SMS của Đức, VAI của Áo, NKK và KAWASAKI của Nhật, ANMAO của Đài Loan, Trung Quốc, còn hiện nay trong nước đã có nhiều Công ty sản xuất được tôn này như Công ty tôn Phương Nam khu công nghiệp Biên Hoà Đồng Nai, Công ty tôn Hạ Long- Quảng Ninh, Công ty tôn Hoa Sen - Cần Thơ... Các loại tôn này có giá thành thấp hơn tôn nhập ngoại cùng kích thước và trọng lượng nhưng chất lượng không thua các loại tôn nhập ngoại. Các cuộn tôn này đã có sẵn lớp bảo vệ chống ôxy hoá như mạ kẽm, sơn màu...
1.1.2. Vật liệu và độ bền
Trước đây các tấm lợp sử dụng trong nước đều nhập từ nước ngoài và đa số là của Mỹ, vật liệu làm chúng thường là bằng nhôm, thép dẻo. Nên các tấm lợp này có độ bền rất cao, chịu tác động của môi trường tốt, thời gian sử dụng rất lâu dài. Đa số các tấm lợp này đều có dạng sóng tròn, sóng vuông chiều dài thường là 2.4, 3.0, 3.5(m) và chiều rộng thường là 0.8, 1.0, 1.2(m). Trong thời gian sau này thì trên thị trường xuất hiện nhiều loại tấm lợp khác nhau cũng được nhập từ nhiều nước khác nhau như Nhật, Đài Loan, Liên Xô cũ... với nhiều loại, hình dáng, kích cở, màu sắc khác nhau. Nhưng vật liệu chế tạo các tấm lợp này không còn tốt như ngày xưa nữa, vì giá thành vật liệu đắt. Nên người ta thường sử dụng thép có độ cứng cao hơn và được mạ lớp kẽm hay sơn phủ bảo vệ, do vậy mà độ bền cũng không thua kém gì so với tấm lợp bằng vật liệu tốt. Vì điều kiện khí hậu nước ta có độ ẩm cao, chịu mưa với hàm lượng axít cao nên các tấm lợp bằng kim loại được dùng thường bị oxi hoá bởi môi trường, nên bị hư hỏng và chủ yếu là rét, rỉ.
Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu khác nhau:
+ Loại bằng nhôm: Loại này đắt tiền, nhưng có ưu điểm là nhẹ, dẻo dễ cán, bền trong môi trường tự nhiên. Nhược điểm là chịu lực kém, nên cũng ít được sử dụng.
+ Loại bằng kẽm: Loại này bền cao, có tính dẻo tốt nhưng giá thành cao.
+ Loại bằng thép: Sử dụng thép carbon chất lượng trung bình với σb ≤ 400 MPa. Loại này kém bền trong môi trường không khí, dễ bị oxi hoá... để khắc phục hiện tượng trên, người ta thường mạ kẽm hoặc sơn tĩnh điện các cuộn phôi tấm.
Để tăng thêm độ cứng khi sử dụng làm tấm lợp, người ta phải tạo sóng cho tôn, tuỳ theo nhu cầu sử dụng người ta tạo sóng cho tôn là sóng vuông, sóng tròn hay sóng ngói.
Kích thước các loại tôn sóng vuông phổ biến: 7 sóng, 9 sóng,..
Tôn 7 sóng vuông:
Khổ tôn: 1 mét ( 1000 mm)
Bước sóng tôn: 16,6 cm ( 166 mm )
Chiều cao sóng tôn: 2,5 cm (25mm )
Độ dày tôn: 0,8 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm…
Chiều dài thông dụng: 2 m, 2,4 m, 3 m
Hình 1.1: Tôn 7 sóng vuông
Tôn 9 sóng vuông:
Khổ tôn: 1 mét ( 1000 mm)
Bước sóng tôn: 12,5 cm (125 mm)
Chiều cao sóng tôn: 2,1 cm ( 21 mm )
Độ dày tôn: 0,8 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm…
Chiều dài thông dụng: 2 m, 2,4 m, 3 m
Hình 1.2: Tôn 9 sóng vuông
1.1.2. So sánh với loại tôn sóng tròn
Tôn sóng tròn và sóng vuông tuy có sự tương đồng về nguyên liệu sản xuất nhưng chúng lại có sự khác nhau về cấu tạo, giá thành, mẫu mã,... Dưới đây, là những so sánh về tiêu chí nổi bật của hai dòng tôn này:
Về tính năng sử dụng:
Tôn sóng tròn: Được sử dụng để làm hệ bao che, hàng rào các công trình xây dựng và các công trình lợp mái nhà ở.
Tôn sóng vuông: Được thiết kế để ứng dụng vào trong các công trình lợp mái, làm vách nhà xưởng,... đồng thời còn được sản xuất dưới dạng tôn sóng vuông cách nhiệt và chống cháy để phù hợp với nhu cầu sử dụng của mọi khách hàng.
Về đặc điểm cấu tạo:
Tôn sóng tròn: Cấu tạo sóng tròn đặc trưng giúp cho vít liên kết với xà gồ không bị gãy trượt khi khoan. Đồng thời tạo nên sự ổn định cho tấm tôn, giúp tăng khoảng cách xà gồ, từ đó tiết kiệm được chi phí trong quá trình thi công. Tuy nhiên, cũng chính vì đặc điểm cấu tạo này, mà tôn sóng tròn có độ chịu lực yếu, nên khi lợp mái độ dốc nghiêng của mái phải lớn hơn 5 độ.
Tôn sóng vuông: Cấu tạo sóng vuông với các sóng cao giúp mái nhà của bạn có khả năng thoát nước cực nhanh. Ngoài ra, với những sản phẩm có thiết kế ít sóng như tôn 6 sóng thì còn được bổ sung thêm phần sóng phụ giữa hai chân sóng. Điều này, để làm tăng độ cứng, vững chắc cũng như an toàn cho tấm lợp khỏi bị tốc, lật. Không những vậy, sóng phụ còn có thể cố định cho tấm tôn không bị biến dạng trong quá trình vận chuyển hay lắp đặt.
Về giá thành:
Tôn sóng tròn: Có giá thành rẻ, nhưng kèm theo đó là chất lượng và tuổi thọ lại không được bền lâu như tôn sóng vuông.
Tôn sóng vuông: Tuy có giá thành cao hơn tôn sóng tròn, nhưng đây vẫn được đánh giá là dòng tôn có mức giá cạnh tranh, phù hợp với chất lượng sản phẩm cũng như nhu cầu tiêu dùng của người Việt.
1.1.3 Nhu cầu thị trường về tôn sóng vuông
Tôn lợp là vật liệu vô cùng phổ biến ở Việt Nam, có mặt trên thị trường từ rất lâu, được ưa chuộng với giá thành phải chăng và công dụng bảo vệ công trường xây dựng, nhà cửa tối đa. Tôn lợp được làm từ thép, vì thế nó không quá nặng để di chuyển khi lắp đặt. Hiện nay tôn lợp được thiết kế dưới dạng sóng để làm tăng độ cứng, khả năng chịu nhiệt và tuổi thọ cho tấm lợp.
Ngày nay nhu cầu sử dụng các tấm lợp của con người để làm bao che cho các công trình dân dụng và công nghiệp ngày càng cao do đó đòi hỏi một lượng lớn tấm lợp trong đó có các tấm lợp bằng tôn, các tấm lợp này phải đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của con người. Trước đây hầu hết các tấm lợp được làm từ đất sét (ngói), phêroximăng hoặc nhựa PVC... những loại này có những nhược điểm như trọng lượng lớn nên đòi hỏi kết cấu khung sườn phải cứng vững, dễ vỡ, thời gian sử dụng ngắn, tính thẩm mỹ không cao nên giờ đây nó ít được sử dụng. Trong khi đó các loại tấm lợp bằng tôn ngày càng được sử dụng nhiều để thay thế cho các loại tấm lợp trên vì nó khắc phục được những nhược điểm của các loại tấm lợp trên. Theo thống kê của các cơ sở sản xuất tôn tấm lợp thì hiện nay hầu hết các công trình xây dựng sử dụng tôn sóng làm tấm lợp. Điều này chứng tỏ tấm lợp bằng tôn đang ngày càng đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng và dần thay thế các loại tấm lợp trước đây.
- Ưu điểm:
+ Độ bền các tấm lợp cao hơn so với tấm lợp bằng phêroximăng, đất sét, nhựa PVC...
+ Thời gian sử dụng lâu hơn, khả năng chống lại tác hại của môi trường cao hơn;
+ Gọn nhẹ, có tính thẩm mĩ cao;
+ Khó hư hỏng, khó thấm nước;
+ Kết cấu sườn lợp gọn nhẹ, tiết kiệm được kết cấu khung sườn nhà.
- Nhược điểm:
+ Gây tiếng ồn khi trời mưa;
+ Hấp thụ và truyền nhiệt vào công trình.;
Những nhược điểm trên hiện đã được khắc phục như sử dụng tôn lạnh để giảm nhiệt hoặc dán tấm mousse để cách nhiệt và giảm độ ồn.
1.2. Một số loại máy cán tôn sóng vuông
a) Máy cán tôn 1 tầng – sóng vuông: Công ty TNHH Cơ Khí CN Sài Gòn
Hình 1.3: Máy cán tôn 1 tầng – sóng vuông
Thông số máy:
+ Kích thước: 10500 mm x 1700 mm x 1400 mm
+ Trọng lượng 8000 kg – 9000 kg
+ Năng suất: 18 – 22 mét/ phút
+ Công suất điện 5,5 kW
Đặc điểm nổi bật của máy:
+ Máy làm việc hiệu quả và năng suất cao, đảm bảo chất lượng tấm tôn là tốt nhất, ít phế phẩm nhất.
+ Số sóng trên một tấm tôn thường dùng là: tôn 7 sóng vuông, tôn 9 sóng vuông, tôn 11 sóng vuông,..(tùy nhu cầu khách hàng mà có thể lựa chọn thêm loại tôn 5 sóng, 6 sóng vuông).
b) Máy cán tôn 2 tầng – sóng vuông: Công ty TNHH Cơ Khí CN Sài Gòn
Hình 1.4: Máy cán tôn 2 tầng – sóng vuông
Thông số máy:
+ Kích thước: 11000 mm x 1800 mm x 1500 mm
+ Trọng lượng: 11500 kg
+ Năng suất: 18 – 22 mét/ phút
+ Công suất điện 5,5 kW
Đặc điểm nổi bật của máy:
+ Máy có 2 chức năng cán tôn và dập vòm nên tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu, tiết kiệm diện tích đối với các nhà xưởng nhỏ hoặc dùng cho dân dụng.
+ Tích hợp 2 loại sóng trong 1 máy (Sóng vuông – Sóng tròn, Sóng vuông – Sóng Laphong,...)
+ Máy mang lại năng suất cao, sản phẩm làm ra nhiều hơn trong thời gian ngắn hơn.
+ Sai số giữa các tấm trong một quy cách là
1.2.1. Cấu tạo chung của các loại máy cán tôn sóng vuông
Khung đế máy được sử dụng thép hình I400 có độ cứng vững cao làm đế máy, vách máy, thanh giằng, hệ khung dầm dao được gia công chính xác trên máy phay CNC.
Hình 1.5: Một số loại khung máy cán tôn
Hệ thống con lăn cán sóng. Con lăn được làm từ thép CS45 đảm bảo độ cứng và sáng bóng chống mài mòn bề mặt. Trục con lăn được sử dụng thép tròn đặc để chế tạo.
Giá truyền động:
Hình 1.7: Phần cho tôn vào
Hình 1.8: Giá lắp các trục cán
Hệ thống cắt tôn: Dầm dao, dao cắt sử dụng vật liệu SKD có độ bền cao, gia công CNC.
Hình 1.9: Hệ thống dao cắt tôn
Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động: màn hình cảm ứng, chế độ vận hành dễ dàng.
Hệ thống dẫn động bằng cơ khí hoặc động cơ thủy lực.
1.2.2. Đặc điểm hoạt động
Máy cán tôn tạo sóng làm việc theo nguyên tắc cán nguội, do đó khi cán cần tiến hành qua nhiều bước nhất định.
Mỗi bước sẽ làm thay đổi hình dạng tôn một lượng nhất định và bước cuối cùng sẽ tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
Do vậy máy cán tôn tạo sóng thường được bố trí rất nhiều trục cán, mỗi trục cán có nhiệm vụ làm biến dạng tôn một lượng nhất định để tạo thành sóng tôn theo yêu cầu.
1.2.3. Nguyên lý hoạt động
Để tạo hình dáng sóng cho tôn theo yêu cầu thì ta có nhiều cách bố trí theo sơ đồ máy để cán . Nhưng tùy theo trường hợp cụ thể mà ta có các hình thức bố trí khác nhau sao cho hợp lý nhất, kinh tế nhất , chất lượng sản phẩm là tốt nhất.Thông thường một máy cán tôn hoạt động máy như sau:
Phôi cuộn được dặt vào trục quay nhờ thiết bị cầu trục, tấm phôi phẳng được dẫn qua máng , qua dao cắt phẳng đi qua hệ thống trục và con lăn cán. Sau khi ra khỏi hệ thống trục và con lăn cán thì tôn đã được tạo sóng theo yêu cầu. Dao cắt hình làm việc khi nào chiều dài tôn cán bằng chiều dài yêu cầu, quả trình cắt chỉ thực hiện khi các lô cán dừng chuyển động. Sau đó đưa sản phẩm tôn cán ra băng chứa 3. Dao phẳng cắt rời tôn đã được tạo sóng ra khỏi cuộn phôi kết thúc một quá trình hoạt động của máy.
Máy được dẫn động bằng một động cơ, thường đặt giữa và truyền chuyển động về hai phía nên nên kết cấu máy cứng vững nhỏ gọn, tôn cán biến dạng đều tạo chất lượng tốt cho sản phẩm tôn cán.
1.3. Cơ sở lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại
1.3.1. Các khái niệm
Biến dạng đàn hồi: là biến dạng sau khi ngoại lực thôi tác dụng, vật trở lại vị trí ban đầu. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính và tuân theo định luật Hook. Trên sơ đồ là đoạn OA.
Biến dạng dẻo: Là biến dạng không bị mất đi sau khi ngoại lực thôi tác dụng. Biến dạng này tương ứng với giai đoạn phá hủy của vật liệu (trên sơ đồ là đoạn AB). Đặc điểm của giai đoạn này là lực không tăng trong khi biến dạng vẫn tăng.
Biến dạng phá hủy: Sau khi qua giai đoạn biến dạng dẻo, vật liệu bị biến cứng nên ở giai đoạn này, lực có tăng biến dạng mới tăng, quan hệ giữa lực và độ biến dạng là đường cong. Ta tiếp tục tăng lực cho tới khi đạt giá trị lớn nhất (trên sơ đồ là điểm C), sau đó lực giảm nhưng biến dạng vẫn tăng cho tới khi đứt (trên sơ đồ là đoạn CD). Đoạn bồi đắp là đoạn BC.
Hình 1.10: Biểu đồ biến dạng dẻo của kim loại
1.3.2. Tính dẻo của kim loại
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt các nhân tố khác nhau như: thành phần và tổ chức kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng.
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số 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 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.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao.
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 giảm mạnh (hiện tượng biến cứng). Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25-0,30Tnc (nhiệt độ nóng chảy) 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 quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau khi kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên tính dẻo tăng.
Trạng thái ứng suất chính: cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại khi chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo. Ưng suất dư, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm.
1.4. Lý thuyết cán
1.4.1. Giới thiệu về cán
Trong thực tế có nhiều phương pháp gia công bằng áp lực trong đó cán là phương pháp chủ yếu trong gia công áp lực. Phần lớn các sản phẩm thép được sản xuất ra từ các nhà máy là sản phẩm của quá trình cán dưới dạng: tấm, hình, ống, dạng đặc biệt...
Cán khác với các phương pháp gia công áp lực khác như kéo, ép, dập, rèn... là khi xảy ra quá trình biến dạng kim loại. Vì vậy cán là một phương pháp gia công có năng suất cao. Các máy cán hiện đại có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá rất cao. Vận tốc cán có thể đạt từ 20 ÷ 40m/ph.
Ở các nước công nghiệp phát triển các kỹ nghệ gia công áp lực phát triển rất cao, trong đó có kỹ nghệ cán. Dây chuyền củ đã được tự động hoá toàn bộ với sự trợ giúp của kỹ thuật điện tử và tin học.
Công nghệ cán liên tục đã được sử dụng triệt để, chất lượng bề mặt cũng như hình dáng sản phẩm cũng đã được dần dần hoàn thiện.
Công nghệ cán ngày càng được phát triển ở Việt Nam. Hiện nay cũng đã hình thành các trung tâm luyện cán tại Thái Nguyên, Biên Hoà, Đà Nẵng, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh. Các trung tâm này dần đưa vào sản xuất và hướng đến cải tiến kỹ thuật, đáp ứng nhu cầu sản phẩm cán hiện nay.
1.4.2. Nguyên lý về cán
Quá trình cán là quá trình biến dạng dẻo giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau nhờ lực ma sát giữa trục cán và phôi kim loại. Hình dạng và kích thước sản phẩm nhận được đã được định sẵn ở các trục cán.
1.Trục cán trên; 2. Phôi cán; 3.Trục cán dưới
Hình 1.11 Sơ đồ cán dọc
1.5. Quá trình uốn kim loại
1.5.1. Khái niệm
Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong công nghệ dập nguội, uốn tức là biến phôi phẳng (tấm), tròn, dây hay ống thành những chi tiết có hình cong hay gấp khúc, hình dạng khác...
Phụ thuộc vào hình dáng và kích thước vật uốn, dạng phôi ban đầu, đặc tính của quá trình uốn trong khuôn, uốn có thể tiến hành trên máy ép lệch tâm, ma sát hay thuỷ lực, đôi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên các máy chuyên dùng.
1.5.2. Đặc điểm của quá trình uốn
Đặc điểm của quá trình uốn kim loại là khi uốn các kim loại tấm để đạt được những chi tiết có kích thước và hình dạng cần thiết, người ta 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 giá trị góc uốn khác nhau thì quá trình biến dạng xảy ra tại vùng uốn cũng có những đặc điểm khác nhau. Tại vùng uốn các thớ ngang vẫn phẳng và vuông góc với trục phôi. Các thớ dọc bị biến dạng khác nhau ở hai phía của phôi, các lớp kim loại ở phía trong góc uốn (phía bán kính nhỏ) thì bị nén và co ngắn theo hướng dọc đồng thời bị kéo và giãn dài theo hướng ngang. Các lớp kim loại ở phía ngoài góc uốn (phía bán kính lớn) thì bị kéo và giãn dài theo hướng dọc và đồng thời bị nén và co ngắn theo hướng ngang, tạo thành độ cong ngang.
Khi uốn những dải phôi rộng (b>2S), chiều dày vật liệu giảm, mặt cắt ngang của phôi bị thay đổi không đáng kể, có thể coi như không đổi bởi vì trở lực biến dạng của vật liệu có chiều rộng lớn chống lại sự biến dạng theo hướng ngang. Khi đó các lớp kim loại ở phía trong góc uốn chỉ bị nén và co ngắn theo hướng dọc còn các lớp kim loại ở phía ngoài góc uốn chỉ bị kéo và giãn dài theo hướng dọc.
Khi uốn với mức độ biến dạng lớn, các lớp kim loại ở phía ngoài phôi bị kéo và giãn dài đáng kể, dễ gây ra hiện tượng nứt, gẫy. Vì vậy khi cắt phôi uốn cần phải chú ý bố trí sao cho đường uốn vuông góc với thớ cán của phôi, tránh để đường uốn song song với thớ cán.
Tại vùng uốn có những lớp kim loại bị nén và co ngắn lại đồng thời có những lớp kim loại bị kéo và giãn dài theo hướng dọc vì vậy giữa các lớp đó thế nào cũng tồn tại một lớp có chiều dài bằng chiều dài ban đầu của phôi. Lớp này gọi là lớp trung hoà biến dạng. Lớp trung hoà biến dạng là cơ sở tốt nhất để xác định kích thước của phôi khi uốn và xác định bán kính uốn nhỏ nhất cho phép.
Hình 1.12a) Trước khi uốn; b) Sau khi uốn
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Máy cán tôn sóng vuông
2.1.1. Yêu cầu chung về máy cán tôn sóng vuông
Máy cán tôn tạo sóng phải làm thay đổi kết cấu kim loại (phôi liệu) từ thép tấm phẳng thành biên dạng tôn theo ý muốn, có thể là sóng vuông hay sóng ngói, thẳng hay cong.
+ Máy làm việc phải cho hiệu quả và năng suất cao nhất, đảm bảo chất lượng tấm lợp là tốt nhất, phế phẩm là ít nhất
+ Các máy cán tôn đều cán tôn theo phương pháp cán nguội do vậy trục cán phải có độ cứng vững cao, có độ bóng cao
+ Số sóng trên 1 tấm tôn thường dùng là :
– Tôn 9 sóng
– Tôn 11 sóng
+ Tạo hình dáng tôn ít gây sai số biên dạng, kích cỡ.
+ Tấm lợp phục vụ cho nhu cầu che nắng, che mưa, trang trí… nên yêu cầu tấm lợp về mùa nắng phải chịu được nhiệt độ do mặt trời chiếu vào. Về mùa mưa thì phải giải quyết vấn đề thoát nước, tránh thấm nước. Tôn phải có độ bền thích hợp để tránh trường hợp gió mạnh làm hư hỏng, rách, đứt …
Máy cán tole là thiết bị gia công áp lực dựa vào biến dạng dẻo của kim loại để uốn tole phẳng thành sản phẩm tole có biên dạng sóng theo thiết kế. Quá trình cán uốn tole được thực hiện liên tục trên nhiều cặp trục, con lăn cán đứng liên tiếp nhau trên cùng một hàng, nhờ lực ma sát giữa các con lăn và tấm kim lọa mà mà phôi cán chuyển động tịnh tiến qua các lô cán kế tiếp nhau. Để đảm bảo quá trình cán uốn xảy ra liên tục, phôi không bị đứt thì tấm kim toại đi qua các cặp lô cán phải có vùng vân tốc. . So với phương pháp dập và uốn thì việc cán uốn trên máy cán liên tục có nhiều ưu điểm hơn, như:
+ Cho năng suất cao.
+ Sản phẩm ít bị khuyết tật.
+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên cũng có vài nhược điểm sau:
+ Máy cán đắc tiền.
+ Cần nhiều thiết bị phụ như cầu trục để nâng chuyển phôi cuộn…
+ Cần diện tích lớn do kích thước máy dài.
2.1.2. Các phương pháp cấp phôi cho máy
Để cấp phôi cho máy cán, có thể cấp phôi bằng tay, cấp phôi bằng máy. Tuỳ theo yêu cầu công việc, năng suất mà ta chọn phương pháp cấp phôi hợp lý.
Phôi sử dụng cho máy cán tôn thường có hai dạng như sau :
– Phôi dạng tấm : Loại này ít sử dụng vì khi cần cấp liên tục thì phải lắp thiết bị cấp tự động và yêu cầu chiều dài tôn cố định. Nhưng khi yêu cầu tôn cán có kích cỡ lớn, dài thì gây khó khăn cho việc bố trí phân xưởng nên loại này không có hiệu quả kinh tế.
Hình 2.1: Một số loại thép tấm
– Phôi dạng cuộn : Phôi loại này rất phù hợp cho máy cán vì ít chiếm diện tích sử dụng nhà xưởng, phôi có thể được cấp liên tục với chiều dài tuỳ ý. Nhưng vì phôi cuộn có khối lượng lớn nên yêu cầu nhà xưởng phải bố trí các thiết bị nâng chuyển.
Qua đó ta thấy phôi sử dụng cho máy cán tôn dưới dạng cuộn là hợp lý hơn.
Hình2.2: Một số loại thép cuộn cán tôn
2.2. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
2.2.1. Chọn hệ thống công suất chính
Máy cán thép sóng vuông có hai loại chính gồm: máy cán cơ khí và máy cán dùng hệ thống thủy lực, tùy thuộc vào nhu cầu, tải trọng, tần số làm việc mà ta chọn loại truyền động thích hợp
Từ phần tổng quan về đặc tính sản phẩm, các yêu cầu về vận hành cũng như tải trọng tác dụng, năng suất làm việc và đối chiếu với các máy đã có trên thị trường, ta chọn hệ thống truyền động công suất chính là động cơ điện.
Tôn được tạo sóng nhờ chuyển động tịnh tiến đi qua 2 dàn con lăn, con lăn trên và con lăn dưới mỗi con lăn làm biến dạng tôn một lượng ít cho tới khi tôn đạt được biên dạng theo yêu cầu. Ở đây để đơn giản cho việc nghiên cứu, tính toán thiết kế và tham khảo một số máy có sẵn trên thị thường thì ta chỉ chọn từng phương án cắt phôi/ sản phẩm khác nhau để đưa ra được các phương án.
2.2.2. Phương án 1: Sử dụng hệ thống xy lanh thủy lực để cắt tôn
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý phương án 1
Nguyên lý hoạt động:
Phôi cuộn được đặt vào trục quay nhờ thiết bị cầu trục, tôn phẳng ban đầu được đưa vào bàn dẫn hướng (1) tôn sau đó tôn được đẩy đến cặp lô dẫn động kéo phôi. Đây là cơ cấu kéo phôi thường chế tạo bằng 2 trục tròn có đường kính 40 có bọc cao su. Khi cần tạo lực kéo ta cho tôn phẳng vào khe hở giữa 2 trục (trục dưới là trục dẫn động), điều chỉnh khe hở sẽ tạo lực đè trục trên xuống, nhờ ma sát giữa 2 lô cao su và phôi nên tôn được dẫn động đi qua dao cắt phẳng (2) lúc này dao cắt phẳng ở trạng thái mở, tới lô cán thứ 1 sau đó lần lượt đi qua hết hệ thống trục và con lăn cán. Con lăn cán có nhiệm vụ tạo sóng cho tấm thép quá trình tạo sóng được thực hiện từng bước, mỗi bước sẽ làm biến dạng tôn một ít. Sau khi ra khỏi hệ thống trục và con lăn cán thì tôn đã được tạo sóng theo yêu cầu. Xy lanh (5) dao cắt hình làm việc khi nào chiều dài tôn cán bằng chiều dài yêu cầu, quá trình cắt chỉ thực hiện khi các lô cán dừng chuyển động. Sau đó đưa sản phẩm tôn cán ra băng tải con lăn (6) để đưa đến nới chứa. Dao phẳng cắt rời tôn đã được tạo sóng ra khỏi cuộn phôi kết thúc một quá trình hoạt động của máy.
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
+ Hệ thống điều khiển đơn giản do các xylanh hoạt động một cách tuần tự và liên tục;
+ Kích thước nhỏ gọn.
+ Tận dụng tối đa được hệ thống thủy lực.
Nhược điểm:
+ Các bộ truyền làm việc có tiếng ồn lớn
+ Yêu cầu chế độ bôi trơn bảo dưỡng cao.
+ Chế tạo lắp ghép phức tạp, chế độ bôi trơn bảo dưỡng yêu cầu cao.
+ Khả năng làm việc ở tốc độ cao kém.
+ Giá thành cao.
2.2.3. Phương án 2: Sử dụng cơ cấu cam để cắt tôn
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý phương án 2
Nguyên lý hoạt động:
Phôi cuộn được đặt vào trục quay nhờ thiết bị cầu trục, , tôn phẳng ban đầu được đưa vào bàn dẫn hướng tôn (1) sau đó tôn được đẩy đến cặp lô dẫn động kéo phôi. Đây là cơ cấu kéo phôi thường chế tạo bằng 2 trục tròn có đường kính 40 có bọc cao su. Khi cần tạo lực kéo ta cho tôn phẳng vào khe hở giữa 2 trục (trục dưới là trục dẫn động), điều chỉnh khe hở sẽ tạo lực đè trục trên xuống, nhờ ma sát giữa 2 lô cao su và phôi nên tôn được dẫn động đi qua dao cắt phẳng lúc này dao cắt phẳng ở trạng thái mở, tới lô cán thứ 1 sau đó lần lượt đi qua hết hệ thống trục và con lăn cán. Con lăn cán có nhiệm vụ tạo sóng cho tấm thép quá trình tạo sóng được thực hiện từng bước, mỗi bước sẽ làm biến dạng tôn một ít. Sau khi ra khỏi hệ thống trục và con lăn cán thì tôn đã được tạo sóng theo yêu cầu. Cơ cấu cam (7) dao cắt hình làm việc khi nào chiều dài tôn cán bằng chiều dài yêu cầu, quả trình cắt chỉ thực hiện khi các lô cán dừng chuyển động. Sau đó đưa sản phẩm tôn cán ra băng tải con lăn để đưa về nơi chứa. Dao phẳng cắt rời tôn đã được tạo sóng ra khỏi cuộn phôi kết thúc một quá trình hoạt động của máy.
Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
+ Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn.
+ Có thể thay đổi hướng chuyển động.
+ Dùng cơ cấu cam cho khả năng đảo chiều liên tục của cơ cấu mà vẫn đảm bảo động cơ dẫn động chỉ cần quay 1 chiều, không cần dùng các động cơ chuyên dụng.
Nhược điểm:
+ Khó khăn trong việc điều khiển tự động
+ Độ an toàn độ tin cậy thấp.
+ Yêu cầu chế độ bôi trơn bảo dưỡng cao.
+ Chế tạo lắp ghép phức tạp, chế độ bôi trơn bảo dưỡng yêu cầu cao.
+ Khả năng làm việc ở tốc độ cao kém.
Nhận xét và đưa ra phương án:
Qua phân tích các phương án cho máy ta thấy được các ưu, nhược điểm của mỗi phương án và khả năng ứng dụng của chúng vào thực tế trong sản xuất để mang lại hiệu quả, năng suất cao nhất. Căn cứ vào đó ta chọn phương án 1, truyền động chính cho máy là truyền động bằng thuỷ lực, vì có thể tự động hoá, điều khiển dễ dàng và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Còn đối với truyền động cho các trục cán làm việc thì ta chọn cơ cấu truyền động bằng xích vì yêu cầu chính xác không cao, kết cấu đơn giản hơn, gọn nhẹ hơn. Sử dụng xy lanh thủy lực dẫn động dao cắt tôn tận dụng tối đa bể dầu tiết kiệm được chi phí.
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý phương án đã chọn
2.2.4. Sơ đồ động của máy
Hình 2.6 Sơ đồ động của máy
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ
3.1. Tính toán động học cho máy
Tôn cán có biên dạng sóng nhất định nên các con lăn dưới và trên tiếp xúc với tôn ở các đường kính khác nhau. Do vậy khi trục cán quay thì vận tốc dài tại các điểm trên các lô cán sẽ khác nhau, khi cán sẽ có hiện tượng trượt tương đối giữa tole và các con lăn cán. Dọc theo biên dạng sóng sẽ có một vị trí mà ở đó không có hiện tượng trượt, vòng tròn qua điểm này trên lô cán có đường kính d thuộc chày và đường kính D thuộc cối. Ta dùng đường kính này để tính toán động học cho máy.
Ta chọn đường kính danh nghĩa của chày và cối là d = D = 160 (mm). Năng suất cán như đã chọn của đề bài là 20 mét/ phút.
Hình 3.1. 1) Con lăn trên (cối), 2) Con lăn dưới (chày)
3.1.1. Xác định số vòng quay
Trong đó: n – số vòng quay, (vòng/ phút)
v – vận tốc quay, (mét/ phút)
d – đường kính danh nghĩa của chày, (mm)
3.1.2. Xác định vận tốc góc
3.1.3. Xác định số lần cán
Hình 3.2 Quy cách tôn 9 sóng vuông
Giới hạn bền của phôi:
Ứng suất cắt:
Từ biên dạng của tôn 9 sóng vuông, ta quy được chiều rộng của một phôi cần cán để tạo thành một sóng vuông hoàn chỉnh như sau:
Hình 3.3 Biên dạng của 1 sóng vuông hoàn chỉnh
Từ đó ta tính được chiều dài L như sau:
Vậy chiều rộng phôi cần thiết để tạo thành một sóng tôn hoàn chỉnh là:
Hình 3.4 Kích thước phôi cán
Số lần cán n được tính theo công thức 5.16 [1]:
Trong đó: n – số lần cán
- tổng lượng ép qua các lần cán
– lượng ép trung bình qua mỗi lần cán
Từ đó ta lập được sơ đồ tính toán một biên dạng sóng tôn qua các lần cán như sau:
Hình 3.5 Xác định kích thước sóng tôn qua các lần cán
Chiều dài L qua các lần cán không thay đổi, thay vào đó qua mỗi lần cán a tăng lên một lượng, b giảm đi một lượng
Áp dụng định lý Pytago cho tam giác vuông:
Với L không đổi, L = 28,28 (mm)
a = 5, 10, 15, 20 (mm): lượng ép qua từng lần cán
Chiều rộng B = 20 + 2b
Biên dạng tôn qua các lần cán:
Hình 3.6 Biên dạng tôn qua các lần cán
Từ đó ta lập được bảng kết quả tính toán sau:
3.1.4. Xác định kích thước của con lăn cán
Để xác định kích thước của các con lăn cán thì ta phải lựa chọn đường kích danh nghĩa của các con lăn thông qua vân tốc của máy. Vận tốc theo yêu cầu thiết kế là 20(m/ph), nên ta chọn vân tốc ra của sản phẩm là V=20(m/ph). Nhưng vì đường kính của các con lăn trên trục cán không bằng nhau, do đó khi tôn đi qua hai trục cán sẽ có vận tốc khác với vận tốc dài của lô cán .Nên xuất hiện hiên tượng trượt tương đối giữa tôn và lô cán.
Nhờ có ma sát giữa tole và các con lăn nên khi các con lăn cán của các trục dẫn động quay thì thì tole chuyển dộng tịnh tiến đồng thời do có ma sát nên làm quay trục còn lại. Vì các con lăn cán có đường kính ở các điểm không bằng nhau nên khi thiết kế hệ con lăn của trục cán, cần chú ý đảm bảo vân tốc dài tại một số vị trí phải bằng nhau để chúng khỏi làm co (giãn), kéo đứt tole .
Hình 3.7 Kích thước của một cặp con lăn cán
Ta chọn sơ bộ các kích thước như sau:
Đường kính danh nghĩa của các con lăn: d = D = 160 (mm)
Đường kính trục lắp con lăn: (mm)
Đường kính trục lắp gối đỡ: (mm)
Khoảng cách trục: y = 160 (mm)
Chiều cao của con lăn: H = 80 (mm)
Xác định đường kính của các lô cán
Ta chọn đường kính danh nghĩa lô trên: Dn = 180 (mm)
Ta chọn đường kính danh nghĩa lô dưới: dn = 140 (mm)
Qua mỗi lần cán thì sẽ tăng thêm a (mm), đồng nghĩa với việc chiều cao của con lăn dưới sẽ tăng lên 2a (mm), khi đó:
Như vậy thì chiều sâu của con lăn trên cũng phải giảm đi 2a (mm), khi đó:
Ta tính được các kích thước sau:
Lần cán 1: a = 5 (mm)
Lần cán 2: a = 10 (mm)
Lần cán 3: a = 15 (mm)
Lần cán 4: a = 20 (mm)
3.2. Sơ đồ bố trí các con lăn
Sản phẩm đầu ra là tôn sóng vuông có 9 sóng, số lần cán để tạo thành một sóng hoàn chỉnh là 4, như vậy để tạo sóng tôn đầu tiên ta cần 4 cặp trục xếp liền kề với nhau. Từ đó ta tính được số cặp trục sơ bộ cần thiết là:
Số cặp trục = 4 + 4 x 8 = 36 (cặp trục)
Nhưng để tiết kiệm được chi phí chế tạo, vận hành cũng như giảm được kích thước của khung máy, không gian nhà xưởng thì ta sẽ bố trí như sau: Gọi A, B, C, D lần lược là các con lăn cán lần 1, 2, 3, 4
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí con lăn
Theo sơ đồ này thì sau khi cán được sóng đầu tiên (chính giữa), thì bắt đầu từ trục thứ 5 ta sẽ cán 2 sóng cùng một lúc (sóng 4 và sóng 6), thực hiện tương tự ta sẽ được biên dạng 9 sóng hoàn chỉnh. Bố trí như trên sẽ có đặc điểm: lực cán nhỏ, tôn biến dạng đều về hai phía điều này giúp lực phân bố đều về hai bên, tôn cán ra thẳng đẹp, ít khả năng bị cong, chéo. Do đó ta sẽ thu gọn được số cặp trục cần thiết là: 21 cặp trục (1 cặp trục cuối dùng để cán tinh). Số cặp con lăn cán cần thiết là: 84 cặp con lăn (trong đó con lăn A: 9 cặp, con lăn B: 9 cặp, con lăn C: 9 cặp, con lăn D: 57 cặp).
3.3. Tính toán động lực học cho máy
Thực chất quá trình cán tôn là quá trình uốn kim loại giữa vùng chày và cối. Nên áp lực cán tác dụng lên trục cán chính là lực uốn kim loại giữa chày và cối và được xác định theo công thức tính lực uốn chữ U:
Trong đó:
P – lực uốn cần thiết (N);
B – chiều dài phôi uốn (mm); B = 76,57 (mm)
S – chiều dày vật uốn (mm); S = 0,5 (mm)
L – chiều rộng của khuôn uốn (mm);
n – hệ số bù được xác định dựa trên tỷ số L/S
Ở đây ta lấy giá trị L, S của lần uốn cuối cùng để xác định hệ số bù n cho tất cả các lần uốn. L = 60 (mm), S = 0,5 (mm)
Từ đó ta tính được lực uốn P qua các lần cán:
Lần cán 1:
Lần cán 2:
Lần cán 3:
Lần cán 4:
Nhận xét: Ta thấy lực cán uốn không lớn lắm nên để xác định momen và tính toán công suất cho động cơ ta cần xét đến trọng lượng của trục và con lăn lắp trên trục.
Ta có công thức tính trọng lượng:
Q = m.g (N)
Trong đó:
m – khối lượng của trục và con lăn lắp trên trục (kg)
g – gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2 )
3.3.1. Tính toán khối lượng các con lăn trên
Hình 3.9 Con lăn trên
Từ tính toán ta đưa ra được bản thông số kích thước sau:
Gọi V1 là thể tích bao của hình trụ có đường kính , chiều cao H
Gọi V2 là thể tích phần hình trụ có đường kính , chiều cao H
Gọi V3 là thể tích phần hình thang cân có cạnh đáy lớn là B, đáy nhỏ là 20, chiều cao a.
Thể tích con lăn: V = V1 – (V2 + V3)
Khối lượng con lăn:
( khối lượng riêng của thép: )
a) Tính khối lượng con lăn A:
b) Tính khối lượng con lăn B:
c) Tính khối lượng con lăn C:
d) Tính khối lượng con lăn D:
3.3.2. Tính toán khối lượng các con lăn dưới
Hình 3.10 Con lăn dưới
Từ tính toán ta đưa ra được bản thông số kích thước sau:
Gọi V1 là thể tích bao của hình trụ có đường kính , chiều cao H
Gọi V2 là thể tích phần hình trụ có đường kính , chiều cao H
Gọi V3 là thể tích phần hình trụ có đường kính , chiều cao 20 (mm)
Thể tích con lăn: V = (V1 + V3) – V2
Khối lượng con lăn:
( khối lượng riêng của thép: )
a) Tính khối lượng con lăn A’:
b) Tính khối lượng con lăn B’:
c) Tính khối lượng con lăn C’:
d) Tính khối lượng con lăn D’:
...
momen uốn lớn nhất và momen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải, Nmm.
Suy ra:
Vậy trục đảm bảo độ bền tĩnh.
Trục loại II:
Ta kiểm nghiệm độ bền tĩnh theo công thức 10.27 [5], cụ thể:
Trong đó:
momen uốn lớn nhất và momen xoắn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm lúc quá tải, Nmm.
Suy ra:
Vậy trục đảm bảo độ bền tĩnh.
5.3. Chọn ổ lăn
5.3.1. Chọn ổ lăn và kiểm nghiệm ổ
Thời gian làm việc:
Số vòng quay / phút)
Đường kính các ngõng trục: )
Tải trọng tác dụng lên ổ:
Tải trọng hướng tâm:
Chọn ổ theo B để tính toán.
Tải trọng dọc trục:
Tải trọng quy ước được tính theo công thức:
Trong đó:
Fr, Fa – tổng lực hướng tâm và dọc trục tác động lên ổ;
– hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng đến tuổi thọ ổ, chọn theo bảng 11.2 [3]
– hệ số xét đến ảnh hưởng nhiệt độ đến tuổi thọ ổ
Tuổi thọ ổ tính bằng triệu vòng quay:
Khả năng tải động:
Chọn ổ có thông số sau:
|
Kí hiệu ổ |
d, mm |
D, mm |
B, mm |
C ,kN |
, kN |
|
22212E |
60 |
110 |
28 |
159 |
166 |
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT PHỤ
6.1. Thiết kế cơ cấu điều chỉnh khe hở trục cán
Ở đây khe hở giữa hai trục cán trong mỗi cặp trục được điều chỉnh theo phương thẳng đứng, và ta dùng cơ cấu vít nén (còn gọi là cơ cấu nén trục). Đối với máy thiết kế vị trí trục dưới được xem như cố định với các gối trục lắp trên thân máy nhờ rãnh chữ U. Do đó sự thay đổi khe hở giữa hai trục nhờ sự dịch chuyển lên xuống của trục trên thông qua cơ cấu bulông - đại ốc.
6.1.1. Tính toán chọn lò xo điều chỉnh
Trong các cặp trục cán, mỗi cặp trục cán ta sử dụng 4 dây lò xo để nâng trục lên. Trong đó khối lượng lớn nhất của một trục cán là trục số 21 với 9 con lăn cán tinh, m = 135,93 (Kg) = 1359,3 (N) .
Vậy ta có lực tác dụng lên mỗi lò xo là:
Hình 6.1 Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh khe hở trục cán
Chọn vật liệu lò xo: thép nhiều cacbon, theo bảng 15.2 [3], . Với tải trọng không đổi,
Chọn chỉ số của lò xo , khi đó:
Hệ số xét đến độ cong của lò xo:
Đường kính dây lò xo được xác định theo công thức 15.12 [3]:
Chọn d = 3 (mm), như vậy giữa d và c có sự phù hợp. Đường kính trung bình, D = 3.6 = 18 (mm)
Số vòng làm việc của lò so:
6.1.2. Tính toán chọn bu lông điều chỉnh
Ngoài chức năng điều chỉnh vị trí của con lăn di động, vít điều chỉnh còn phải đủ bền để chống lại phản lực do lực Pi gây ra để nắn thẳng thép.
Ta sử dụng bộ truyền vít – đai ốc để vừa tạo lực dọc trục vít vừa giữ vị trí tương đối của con lăn theo phương dọc trục.
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên vít:
Do là cơ cấu điều chỉnh nên không sử dụng thường xuyên như cơ cấu truyền động, ta chọn bộ truyền vít – đai ốc trượt với vật liệu là thép C45 tôi – đồng thanh không thiếc.
Theo công thức 8.10 [3], ta có:
Trong đó:
hệ số chiều cao đai ốc theo tài liệu [3], ta chọn loại đai ốc nguyên.
hệ số chiều cao ren [3], ta chọn loại ren tam giác do yêu cầu khả năng khả tự hãm cao.
,áp suất cho phép bảng 8.2 [3] theo cặp vật liệu đã chọn.
Theo tiêu chuẩn ta chọn đường ren d = 16 mm với bước ren ps = 2 và đường kính trung bình d2 = 14,701 mm.
Kiểm tra điều kiện tự hãm và hiệu suất bộ truyền.
- Điều kiện tự hãm:
- Hiệu suất bộ truyền:
- Hệ số ma sát bảng 8.1 [3].
|
Đường kính ngoài ren d, (mm) |
Bước ren ps, (mm) |
Hiệu suất |
||
|
16 |
2 |
6,84o |
2,78 |
0,258 |
Vậy cơ cấu thỏa điều kiện tự hãm.
- 2. Thiết kế thân máy cán
Thân máy cán là chi tiết rất quan trọng trong máy cán, mà trên đó ta lắp gối đỡ trục, các cơ cấu dẫn động, hệ thống dao cắt phẳng và dao cắt định hình... Lực làm biến dạng kim loại tác dụng lên trục cán và dao cắt đều tác dụng lên thân máy, do đó thân máy chịu tải lớn nên khi thiết kế tính toán phải đảm bảo điều kiện bền và độ cứng vững cho máy.Thân máy cán gồm 2 phần chính :
- Đế máy : Thường được làm bằng thép chữ I300, hàn ghép với nhau để tạo nên độ cứng vững toàn máy và tạo không gian bên trong để bố trí các động cơ, bơm, van, các linh kiện phụ và hệ thống làm mát.
- Thành máy (giá cán) : Được làm bằng thép tấm (chiều dày thường = 20mm) được gắn với đế máy bằng các bulông, hàn. Trên thành được cắt thành các ô chữ U để lắp các gối đỡ trục cán, để tăng thêm độ cứng vững giữa thành thường có các thanh giằng.
Trên thành máy còn được sử dụng (ở phần đầu vào) để bố trí các cơ cấu điều chỉnh chiều rộng phôi cán và hệ thống kéo phôi ban đầu (khi phôi chưa ăn vào lỗ hình).
Hình 6.2 Kết cấu thân máy cán tôn
CHƯƠNG 7: LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT NẮP CHẶN Ổ
7.1. Phân tích chi tiết gia công
7.1.1. Công dụng và một số đặc điểm của chi tiết
Nắp chặn ổ là một chi tiết thông dụng trong các kết cấu có sử dụng ổ lăn, công dụng chính của chi tiết là định vị dọc trục ổ lăn và che chắn ổ khỏi các tác nhân bên ngoài như bụi bẩn, va đập.
Đây là chi tiết có thể tháo lắp thường xuyên để kiểm tra, tra dầu hoặc mỡ cho ổ và thay ổ trong một số trường hợp, chi tiết cũng dễ tháo lắp nhờ liên kết với thân máy hoặc gối đỡ nhờ các vít hoặc lắp vào rãnh trên thân máy (gối đỡ). Chi tiết hoạt động ở điều kiện chịu tải trọng nhỏ và tĩnh nên không cần sử dụng các vật liệu có cơ tính tốt và độ bền cao thay vào đó là ưu tiên các vật liệu rẻ tiền và thông dụng nhất có thể. Vật liệu thường dùng là thép CT3.
Hình 7.1 Chi tiết nắp chặn ổ
7.1.2. Các bề mặt cần gia công và yêu cầu kỹ thuật
Hình 7.2 Các bề mặt cần gia công
Bề mặt số 1:
- Là mặt ngoài của nắp ổ, không tham gia lắp ghép tuy nhiên ta cần gia công cắt gọt mặt này để lấy chuẩn tinh để gia công định vị các chi tiết khác.
- Độ chính xác kích thước: IT15
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra12.5
- Phương pháp gia công: Phay mặt đầu.
Bề mặt số 2:
- Là mặt lắp ghép với khung máy, có thể trượt tương đối nên ta cần gia công mặt này để đạt được độ nhám và kích thước yêu cầu.
- Độ chính xác kích thước: (mm)
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra3.2
- Phương pháp gia công: Phay rãnh.
Bề mặt số 3:
- Là mặt lắp ghép với khung máy, có thể trượt tương đối nên ta cần gia công mặt này để đạt được độ nhám và kích thước yêu cầu.
- Độ chính xác kích thước: (mm)
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra3.2
- Phương pháp gia công: Phay rãnh.
Bề mặt số 4:
- Là mặt ngoài của nắp ổ, không tham gia lắp ghép tuy nhiên ta cần gia công cắt gọt mặt này để lấy chuẩn tinh để gia công định vị các chi tiết khác.
- Độ chính xác kích thước: IT15
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra12.5
- Phương pháp gia công: Phay mặt đầu.
Bề mặt số 5:
- Là mặt bậc để định vị ổ lăn
- Độ chính xác kích thước: IT15
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra3,2
- Phương pháp gia công: Phay mặt trụ.
Bề mặt số 6:
- Độ chính xác kích thước: IT15
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra12.5
- Phương pháp gia công: Phay mặt trụ.
Bề mặt số 7:
- Là mặt bên của nắp ổ, không tham gia lắp ghép tuy nhiên ta cần gia công cắt gọt mặt này để lấy chuẩn tinh để gia công định vị các chi tiết khác.
- Độ chính xác kích thước: IT15
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra12.5
- Phương pháp gia công: Phay mặt bên.
Bề mặt số 8:
- Là mặt lắp ghép với ổ lăn nên cần độ chính xác cao
- Độ chính xác kích thước: (mm)
- Độ nhám bề mặt yêu cầu: Ra3.2
- Phương pháp gia công: Phay mặt trụ.
7.2. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
7.2.1. Chọn dạng phôi
Vì số lượng nắp ổ trong 1 máy cán tôn là tương đối nhiều từ 40 đến 50 nắp tùy thuộc vào số lượng cặp trục trong mỗi máy. Nên để tiết kiệm chi phí và sản phẩm sẵn có, ta chọn dạng phôi là phôi thép cán vuông có kích thước 166x126x52.
7.2.2. Phương pháp chế tạo phôi
Phôi được cán tạo thành các thanh hình hộp và được cắt theo kích thước yêu cầu
7.3. Chọn phương pháp gia công các bề mặt và lập quy trình gia công
7.3.1. Chọn phương pháp gia công lần cuối cho các bề mặt
|
Bề mặt |
Đặc điểm hình dạng bề mặt |
Cấp chính xác |
Độ nhám bề mặt ( |
Phương pháp gia công lần cuối |
Cấp chính xác đạt được |
Độ nhám đạt được Ra ( |
|
1 |
Phẳng |
15 |
12,5 |
Phay bán tinh |
12 - 14 |
6,3 – 12,5 |
|
2 |
Phẳng |
8 |
3,2 |
Phay tinh |
8 - 9 |
1,6 – 3,2 |
|
3 |
Phẳng |
8 |
3,2 |
Phay tinh |
8 - 9 |
1,6 – 3,2 |
|
4 |
Phẳng |
15 |
12,5 |
Phay bán tinh |
12 - 14 |
6,3 – 12,5 |
|
5 |
Phẳng |
15 |
12,5 |
Phay bán tinh |
12 - 14 |
6,3 – 12,5 |
|
6 |
Trụ |
15 |
12,5 |
Phay thô |
12 - 14 |
6,3 – 12,5 |
|
7 |
Trụ |
7 |
3,2 |
Phay tinh |
8 - 9 |
1,6 – 3,2 |
Bảng 7.1 Các phương pháp gia công lần cuối cho các bề mặt
7.3.2.Chọn các phương pháp gia công trung gian
|
Bề mặt |
Phôi |
Phương pháp gia công trung gian |
Phương pháp gia công lần cuối |
|
|
1 |
Phôi cán |
Phay thô |
Phay bán tinh |
|
|
2 |
Phay thô |
Phay bán tinh |
Phay tinh |
|
|
3 |
Phay thô |
Phay bán tinh |
Phay tinh |
|
|
4 |
Phay thô |
Phay bán tinh |
||
|
5 |
Phay thô |
Phay bán tinh |
||
|
6 |
Phay thô |
Phay bán tinh |
||
|
7 |
Phay thô |
Phay bán tinh |
Phay tinh |
|
Bảng 7.2 Các phương pháp gia công trung gian cho các bề mặt
7.3.3. Lập qui trình gia công chi tiết
|
Nguyên công |
Bước công nghệ |
Bề mặt gia công |
|
I |
1- Phay thô mặt đầu |
1 |
|
2- Phay bán tinh mặt đầu |
1 |
|
|
3- Phay thô mặt trụ |
8 |
|
|
4- Phay bán tinh mặt trụ |
8 |
|
|
5- Phay tinh mặt trụ |
8 |
|
|
6- Phay thô |
5 |
|
|
7- Phay bán tinh |
5 |
|
|
8- Phay thô mặt trụ |
6 |
|
|
II |
1- Phay thô |
4 |
|
2- Phay bán tinh |
4 |
|
|
III |
1- Phay thô |
2 |
|
2- Phay bán tinh |
2 |
|
|
3- Phay tinh |
2 |
|
|
4- Phay thô |
3 |
|
|
5- Phay bán tinh |
3 |
|
|
6- Phay tinh |
3 |
Bảng 7.3 Quy trình công nghệ gia công chi tiết
7.4. Thiết kế nguyên công
7.4.1. Sơ đồ gá đặt và định vị
* Nguyên công I:
- Mặt định vị: 4 và 7
- Mặt kẹp chặt: 7
- Đồ gá: Êto
* Nguyên công II:
- Mặt định vị: 1 và 7
- Mặt kẹp chặt: 7
- Đồ gá: Êto
* Nguyên công III:
- Mặt định vị: 1, 4 và 7
- Mặt kẹp chặt: 1, 4
- Đồ gá: Êto
7.5. Bôi trơn và Bảo dưỡng
+ Chỉ có các công nhân được đào tạo để sử dụng máy mới được vận hành.
+ Trước khi vận hành phải kiểm tra các hệ thống an toàn như các bao che
của các bộ phận động, các điều kiện an toàn về điện như điện áp, cầu chì, rơle
điện, dây dẫn ...
+ Thực hiện chế độ bôi trơn bảo dưỡng trước mỗi ca sản xuất và vệ sinh
lau chùi máy móc trước khi xuống ca.
+ Trước khi cho máy làm việc (có tải) phải cho máy vận hành không tải từ
1 đến 3 phút để kiểm tra các bộ phận truyền động, đồng thời để dầu ép được
bơm đầy đủ đến các thiết bị thuỷ lực.
7.6. An toàn khi sử dụng
Kiểm tra sản phẩm tole cán
+ Kiểm tra kích thước, chiều dài tole, chiều dài bước tole, số bước
+ Kiểm tra biên dạng tole
+ Kiểm tra xem tole có bị trầy xước hay không ?
+ Kiểm tra mép cắt
+ Kiểm tra độ chính xác của các số liệu, sự phối hợp giữa dao cắt sau, lô
cán, và dao cắt trước.
+ Trường hợp chiều dài tole không đúng, mỗi lần mỗi khác thì cần chỉnh
lại chế độ chạy chậm ( Cho khoảng chạy chậm dài hơn ).
KẾT LUẬN
Những vấn đề đạt được
Qua quá trình nghiên cứu và thiết kế máy cán tôn thông qua việc tìm hiểu
từ các sản phẩm có trên thị trường. Đề tài đã làm được các công việc sau:
Khảo sát tổng quan quá trình nghiên cứu và ứng dụng máy cán tôn trong chế tấm lợp trên thế giới và tại Việt Nam.
Tính toán và thiết kế các cụm và các chi tiết quan trọng của máy.
Sử dụng và tích hợp các phương pháp, kỹ thuật để thiết kế nhằm tự động hóa máy cán tôn
Từ việc áp dụng các phƣơng pháp, kỹ thuật trên luận văn đã thiết kế một máy cán tôn phù hợp với việc sản xuất tôn trong nước
Hạn chế của đề tài
Do kiến thức còn hạn chế nên đề tài còn nhiều thiếu sót và có một số điểm chưa rõ ràng.
Do khả năng chế tạo còn hạn chế nên chưa thể tăng năng suất của máy lên được.
Một số chi tiết không thể gia công do đòi hỏi về tính chất của vật liệu chế tạo.
Đề xuất phát triển
Thêm cơ cấu cắt cho máy. Tự động hóa dây chuyền cấp phôi
Cần nghiên cứu công nghệ chế tạo cải tiến để tăng năng suất và tăng độ
chính xác cho máy.
