Luận văn: Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị uốn ống đường kính lớn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị uốn ống đường kính lớn, phân tích quy trình và tính toán thông số máy uốn lốc 3 trục.

• Tác giả: Nguyễn Văn Sở
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đắc Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Và Thiết Kế Thiết Bị Uốn Ống Có Đường Kính Lớn
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ và thiết bị uốn ống đường kính lớn

Công nghệ uốn ống đường kính lớn là một phương pháp gia công áp lực hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cơ khí, xây dựng, điện, điện tử và giao thông vận tải. Công nghệ này cho phép tạo hình các sản phẩm ống có đường kính lớn với độ chính xác cao và hiệu suất sản xuất lớn. Máy uốn ống được thiết kế với các trục điều khiển (2 trục, 3 trục, 4 trục) để đáp ứng các yêu cầu uốn phức tạp. Sự phát triển của công nghệ này đóng vai trò then chốt trong ngành sản xuất nặng, giúp tiết kiệm vật liệu, đảm bảo độ chính xác và tăng khả năng tự động hóa. Ở Việt Nam, công nghệ uốn ống ngày càng được các doanh nghiệp sản xuất cơ khí áp dụng để chế tạo các sản phẩm bình chứa nhiên liệu, ống dẫn nước, và các linh kiện công nghiệp khác.

1.1. Các loại máy uốn ống đường kính lớn

Máy uốn ống được phân loại dựa trên số lượng trục điều khiển. Máy 2 trục thích hợp cho các ống có hình dạng đơn giản. Máy 3 trục và máy 4 trục có khả năng tạo hình phức tạp hơn với độ chính xác cao. Các máy hiện đại được trang bị bộ điều khiển PLC và CNC để tự động hóa quá trình uốn. Thiết bị được tối ưu hóa để giảm thiểu các khuyết tật, cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao năng suất sản xuất đáng kể.

1.2. Sản phẩm tạo hình bằng công nghệ uốn ống

Các sản phẩm chính bao gồm bình chứa nhiên liệu (đường kính đến 6m), ống dẫn nước, vỏ tàu, nguyên liệu lỏng, và ống dẫn khí. Công nghệ uốn ống cho phép tạo hình các sản phẩm có độ phức tạp cao, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật của các doanh nghiệp công nghiệp hiện đại. Sản phẩm được tạo hình với độ chính xác cao, tính cơ học tốt.

II. Nguyên lý cơ bản của quá trình uốn ống

Quá trình uốn ống dựa trên các nguyên lý vật lý cơ bản về biến dạng dẻo của vật liệu kim loại. Khi tác dụng lực và mô men uốn lên ống, vật liệu trải qua ứng suất uốn và biến dạng đàn hồi. Bán kính uốn tối thiểu là một thông số quan trọng quyết định khả năng uốn của ống mà không gây ra vỡ hoặc khuyết tật. Công nghệ uốn ống phải tính toán chính xác các lực tác dụng để đạt được hình dạng mong muốn. Trạng thái ứng suất trong quá trình uốn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc hiểu rõ các nguyên lý này giúp tối ưu hóa thiết kế máy uốn ống và quy trình sản xuất.

2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn

Trong quá trình uốn ống, ứng suất phân bố không đều trên tiết diện. Phía ngoài uốn chịu kéo, phía trong chịu nén. Biến dạng đàn hồi xảy ra khi ứng suất không vượt quá giới hạn đàn hồi. Việc kiểm soát trạng thái ứng suất đảm bảo ống không bị vỡ và giữ được tính chất cơ học. Tính toán chính xác giúp máy uốn ống 3 trục hoạt động hiệu quả.

2.2. Lực và mô men uốn

Lực uốn và mô men uốn là những thông số kỹ thuật quyết định để thiết kế máy uốn ống. Chúng phụ thuộc vào đường kính ống, chiều dày tường, loại vật liệu và bán kính uốn. Thiết kế máy uốn phải đảm bảo cơ cấu có đủ độ cứng và sức chịu tải. Tính toán chính xác giúp tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và độ bền thiết bị.

III. Quy trình công nghệ uốn ống hiện đại

Quy trình công nghệ uốn ống được phân thành nhiều dạng khác nhau tùy theo yêu cầu sản phẩm. Uốn ống dọc dùng để chế tạo các sản phẩm lợp tôn sóng và tấm phân cách. Uốn ống ngang tạo hình các sản phẩm có dạng hình trụ, côn hoặc bề mặt phức tạp. Công nghệ trên máy 2 trục phù hợp cho ống có hình dạng đơn giản, còn máy 3 trục và máy 4 trục xử lý các ống có hình học phức tạp. Điều khiển CNC cho phép lập trình chính xác quỹ đạo uốn, đảm bảo độ chính xác cao và tái lập sản phẩm. Công nghệ uốn ống kết hợp với bộ điều khiển PLC tạo nên hệ thống tự động hóa hiệu quả.

3.1. Công nghệ uốn trên máy 2 trục và 3 trục

Máy uốn ống 2 trục điều khiển chuyển động trên hai phương, thích hợp cho ống hình 'U' hoặc hình 'V' đơn giản. Máy 3 trục bổ sung thêm trục quay, cho phép tạo hình các ống có 3 chiều phức tạp hơn. Công nghệ 3 trục được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm công nghiệp. Điều khiển CNC đảm bảo chuyển động mượt mà và chính xác theo chương trình lập sẵn.

3.2. Công nghệ uốn trên máy 4 trục

Máy uốn ống 4 trục là công nghệ tiên tiến nhất, cho phép tạo hình các ống có hình dạng cực kỳ phức tạp. Trục thứ tư cung cấp độ tự do bổ sung, tối ưu hóa quỹ đạo uốn. Công nghệ 4 trục giảm thiểu khuyết tật, tăng chất lượng sản phẩm và năng suất. Bộ điều khiển CNC hiện đại xử lý các chương trình phức tạp với độ chính xác +/- 0.5mm.

IV. Tính toán thiết kế máy uốn ống 3 trục

Thiết kế máy uốn ống 3 trục yêu cầu tính toán kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật. Các thông số chính bao gồm công suất động cơ, lực uốn tối đa, mô men tại trục, hành trình các trục và tốc độ làm việc. Lực uốn được tính dựa trên công thức tính lực cho ống đường kính lớn, có tính đến các hệ số an toàn. Máy uốn ống 3 trục được thiết kế với khung cơ cấu đủ cứng để chịu lực tác dụng lớn. Bộ điều khiển CNC và PLC tích hợp để tự động hóa quá trình, giảm thời gian thiết lập và tăng tính nhất quán. Công nghệ hiện đại cho phép máy uốn ống hoạt động với độ chính xác cao, tiết kiệm năng lượng và bảo trì dễ dàng.

4.1. Thông số kỹ thuật và tính toán lực uốn

Lực uốn tối đa (Fmax) tính theo công thức: Fmax = M/R, trong đó M là mô men uốn, R là bán kính uốn. Với ống có đường kính 200-500mm, lực uốn có thể lên đến 500-2000 kN. Công suất động cơ được xác định dựa trên lực uốn và tốc độ hoạt động. Thiết kế máy uốn ống phải tính đến độ cứng của khung, độ chính xác định vị các trục. Hệ số an toàn thường chọn từ 1.5-2.0 để đảm bảo độ bền lâu dài.

4.2. Hệ thống điều khiển CNC và PLC

Bộ điều khiển CNC xử lý dữ liệu hình học, lập trình quỹ đạo uốn chính xác. Bộ PLC quản lý các tín hiệu cảm biến, van điều khiển thủy lực. Hệ thống điều khiển cho phép điều chỉnh thông số uốn theo thời gian thực. Máy uốn ống 3 trục hiện đại tích hợp giao diện HMI để vận hành dễ dàng, theo dõi quá trình sản xuất toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TÔNG QUAN VỀ Œ¡ GHE, THIET BI VA SAN PHAM UON LOC 1.1 Các sản phẩm của công nghệ GCAL Có nhiên phương pháp trong sẵn xuất để chế tạo mội. chỉ tiết máy, rrột sản phẩm cơ khi như đúc, hản, gia công áp lực, gia công cắt gọi. Để chế tạo một chỉ tiết như bánh răng, trục khuỷu người ta có thế sự dụng, những phương pháp dúc, hàn, cốt gọt rồi nhiệt luyện.

Mặc dù năng suất không cao, cơ tính của sản phẩm chưa đạt được mức tối tưu đo câu trúc vật liệu chưa phù hợp, nhưng, cũng có thể được xem là giải phap khi thi đường nhỏ lễ. Nhưng khí thị tưởng pháp triển, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày cang cao thi buộc các chỉ tiết máy chịu tải trọng làm việc khắc nghiệt bắt buộc phải qua công nghệ GCAL để nàng cao cơ tính. Khi chế tạo mội. chỉ tiết như vỏ xe ô tô, vỏ két chứa, võ máy thì không thế chế tạo bằng phương pháp nào khác ngoái công nghệ GŒCAL, Công nghệ GGAL được chia thành 2 loại hình công nghệ chính đó là đập tâm và dập khối.

Các dang sản phẩm này điển hình của dập tắm va dap khối dược trình bay trên hình 1. PHAN MO DAU Céng nghé gia công áp hre (GCAL) la mét phuong phap tao hinh chỉ tiết dựa trên tỉnh đềo của vật hện kmm loại. Với sự phát. triển nhanh chong ị công nghiệp hỏa, hiện đại hỏa, sản phẩm của GCAL, ngảy càng chiếm tỷ trọng cao trong các lĩnh vực công nghiệp như cơ khí chế tạo, xây dựng, điện, điện tử, gia dung, y tế, quốc phòng, giao thông vận tải.

Đôi với các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Trưng quốc, GCAL luôn đóng vai trò then chết cho phát triển công nghiệp nặng, siêu. nặng như luyện kim, đóng tàu, vũ khí, hàng không. Trong vòng 10 năm trở lại đây, với mục tiêu nâng cao tý lệ san phẩm nội địa, lnh vực GCAL ngày càng có vai trỏ quan trọng và đóng gớp đáng kế cho sự phát triển của nên sản xuất ed khí nước nha. So sĩ như vậy là vì GƠAI có tính tu việt hơn hẳn so với các phương pháp gia công cơ khí khác đặc biệt khi thị trường phát triển, cần sản xuất loạt lớn như tiết kiệm vật liệu, đảm.

bảo độ chính xác chỉ tiết, tăng cơ tính sân phẩm. chỉ phí sản xuất loạt lớn thập, khả năng tự động hóa cao. Công nghệ GCAL được chị thành các loại hình chính như đập tắm, dập khối, dập bằng một trường đặc biết (đầu hồi, chất lồng, xung điện, từ trường), tạo hình trên các trục lăn, Đôi với thị nên sắn xuất cơ khi trong nước, rất nhiều các sản phẩm hiện. tiữu nhĩ bình chứa, bản chúa nhiên liệu, nguyên liệu, nội hơi, ống dẫn, vỏ tàu được sản.

xuất, chế tạo một cách khá don giản và hiệu quả với công nghệ uốn lốc trên trục lăn. Loại hinh công nghệ uên lốc dọc (để chế tạo sản phẩm tâm lợp tốn sóng hay dai phân cách mẻm đường bộ.) và uốn lắc ngang (sản phẩm dang dng réng, có đạng trụ, côn hole bé mit cong) di va dang phat triển và dược ứng dụng khả phổ biển trong thiểu doanh nghiệp sản xuất ở Việt Nam. Tuy vậy, còn rất nhiều các nhà máy cơ khí trang trước rắc dù muốn áp đụng công nghệ và thiết bị này để sân xuất các sản phẩm phục. vụ cho doanh nghiệp mình, nhưng vẫn chưa có được dội ngũ những nhà kỹ thuật có chuyên môn vả am hiểu để sẵn sàng thiết kế công nghệ và chế tạo thiết bị.

Hầu hất các doønh nghiệp như thiết bị lọc hóa đâu, nhà máy sửa chữa cơ khi, thiết bị cho ngành xi PHAN MO DAU Céng nghé gia công áp hre (GCAL) la mét phuong phap tao hinh chỉ tiết dựa trên tỉnh đềo của vật hện kmm loại. Với sự phát. triển nhanh chong ị công nghiệp hỏa, hiện đại hỏa, sản phẩm của GCAL, ngảy càng chiếm tỷ trọng cao trong các lĩnh vực công nghiệp như cơ khí chế tạo, xây dựng, điện, điện tử, gia dung, y tế, quốc phòng, giao thông vận tải. Đôi với các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Trưng quốc, GCAL luôn đóng vai trò then chết cho phát triển công nghiệp nặng, siêu.

nặng như luyện kim, đóng tàu, vũ khí, hàng không. Trong vòng 10 năm trở lại đây, với mục tiêu nâng cao tý lệ san phẩm nội địa, lnh vực GCAL ngày càng có vai trỏ quan trọng và đóng gớp đáng kế cho sự phát triển của nên sản xuất ed khí nước nha. So sĩ như vậy là vì GƠAI có tính tu việt hơn hẳn so với các phương pháp gia công cơ khí khác đặc biệt khi thị trường phát triển, cần sản xuất loạt lớn như tiết kiệm vật liệu, đảm. bảo độ chính xác chỉ tiết, tăng cơ tính sân phẩm.

chỉ phí sản xuất loạt lớn thập, khả năng tự động hóa cao. Công nghệ GCAL được chị thành các loại hình chính như đập tắm, dập khối, dập bằng một trường đặc biết (đầu hồi, chất lồng, xung điện, từ trường), tạo hình trên các trục lăn, Đôi với thị nên sắn xuất cơ khi trong nước, rất nhiều các sản phẩm hiện. tiữu nhĩ bình chứa, bản chúa nhiên liệu, nguyên liệu, nội hơi, ống dẫn, vỏ tàu được sản. xuất, chế tạo một cách khá don giản và hiệu quả với công nghệ uốn lốc trên trục lăn.

Loại hinh công nghệ uên lốc dọc (để chế tạo sản phẩm tâm lợp tốn sóng hay dai phân cách mẻm đường bộ.) và uốn lắc ngang (sản phẩm dang dng réng, có đạng trụ, côn hole bé mit cong) di va dang phat triển và dược ứng dụng khả phổ biển trong thiểu doanh nghiệp sản xuất ở Việt Nam. Tuy vậy, còn rất nhiều các nhà máy cơ khí trang trước rắc dù muốn áp đụng công nghệ và thiết bị này để sân xuất các sản phẩm phục. vụ cho doanh nghiệp mình, nhưng vẫn chưa có được dội ngũ những nhà kỹ thuật có chuyên môn vả am hiểu để sẵn sàng thiết kế công nghệ và chế tạo thiết bị. Hầu hất các doønh nghiệp như thiết bị lọc hóa đâu, nhà máy sửa chữa cơ khi, thiết bị cho ngành xi Hình 1.

Sản phẩm dập tắm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng Công nghệ đập tắm va dap khối đề tạo hình các chỉ tiết có sử dụng khuôn dap va thực hiện trên các thiết bị như máy búa, máy ép cơ khi, máy ép thủy lực, máy ép vít ma sat. Công nghệ GCAL cỏn được biết đến với nhưng loại hình sản phẩm đặc biệt đỏ là các sản pham dang rông. Các chủ tiết này không chỉ được thực hiện trên các khuôn đặc 4. Thiết kế sơ đồ động của máy uấn lốc 3 trục 62 4.

Các cụm chỉ tiết chính 66 4. Tính tuán thiết kế máy 68 4. Xác định lực uốn lắc 68 4. Xác định đường hình trục trên 21 4.

Xác định đường lính 2 trục dưới 76 4. Géc tay quay nding cic trục dưới 82 44. Tink todn, chon xy lank thủy lực nâng trạc X va Y 85 4. Tính các thông sổ vận ốc 88 4.

Hệ thẳng thủy lực 89 4,6. Kiếm nghiệm một số kết cầu 9 4. Kiểm nghiệm độ bằn của trục chính 93 4. Khao sdt dp bén cia thank dé 95 4.

Kiém nghiệm dộ biến đụng tại vùng tiếp xúc giữa trục và giá đỡ sau — 96 4. Kết cấu bạc 37 4. Tỉnh toán cho mỗi ghép giữu giá dỡ sun và ngõng trục chỉnh 9 4. Hình ảnh máy lốc 3 trục 99 4.

Kết luận chương 4 103 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 giáo và các ban déng nghiệp dòng góp ÿ kiến đẻ kết quả nghiên cứu được hoàn thiện hen. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, PGS.TS Phạm Văn Nghệ cùng các bạn đồng nghiệp Hộ môn GCAL, Viện Cơ khi đã hướng dẫn, tạo điều *iện và giúp đỡ tôi thục hiện thành công để tải này, đẳng thời xin cảm on Viện Đào tạo sau đại học, trường ĐHBKHN đã tạo điển kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khỏa học nay Hình 1. Sản phẩm dập tắm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng Công nghệ đập tắm va dap khối đề tạo hình các chỉ tiết có sử dụng khuôn dap va thực hiện trên các thiết bị như máy búa, máy ép cơ khi, máy ép thủy lực, máy ép vít ma sat. Công nghệ GCAL cỏn được biết đến với nhưng loại hình sản phẩm đặc biệt đỏ là các sản pham dang rông.

Các chủ tiết này không chỉ được thực hiện trên các khuôn đặc 4. Thiết kế sơ đồ động của máy uấn lốc 3 trục 62 4. Các cụm chỉ tiết chính 66 4. Tính tuán thiết kế máy 68 4.

Xác định lực uốn lắc 68 4. Xác định đường hình trục trên 21 4. Xác định đường lính 2 trục dưới 76 4. Géc tay quay nding cic trục dưới 82 44.

Tink todn, chon xy lank thủy lực nâng trạc X va Y 85 4. Tính các thông sổ vận ốc 88 4. Hệ thẳng thủy lực 89 4,6. Kiếm nghiệm một số kết cầu 9 4.

Kiểm nghiệm độ bằn của trục chính 93 4. Khao sdt dp bén cia thank dé 95 4. Kiém nghiệm dộ biến đụng tại vùng tiếp xúc giữa trục và giá đỡ sau — 96 4. Kết cấu bạc 37 4.

Tỉnh toán cho mỗi ghép giữu giá dỡ sun và ngõng trục chỉnh 9 4. Hình ảnh máy lốc 3 trục 99 4. Kết luận chương 4 103 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 măng, nhiệt điện, than, các công ty lắp máy. di nua thiết bị vả từn hiểu luôn công, nghệ tiến lốc của nước ngoài.

Trên cơ sở phát triển dưa loại hình công nghệ uến lễc vào các doanh ngluép dau khi và nâng cao năng lục thiết kế công nghệ, thiết bị, đồng thời đáp ứng nhú cầu của doanh nghiệp cơ khí hàng hải, tôi đã đẻ xuất thực hiện đẻ tải Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị để uốn ông có đường kính lớn. Khi nghiên cứu về cổng nghệ và các thiết bị để nến lốc cáo chỉ tiết đạng ống, rổng có kích thước, đường kính lớn, có thể thây 2 loại thiết bị thường được sử đụng đó là uốn trên máy uốn 3 trục hoặc máy uốn 4 trục. Thiết bị uốn 3 trục có kết câu don giản, điều khiến để đảng, chỉ phí thiết bị, giá thành máy thấp nên phủ hợp với nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam. Thiết bị uốn 4 true kết câu máy phúc tạp hơn, chương trình điều kiển phức tạp hơn, giá thành máy cũng cao hơn nhưng lại cỏ tỉnh.

linh déng mém déo hon trong quá trình uốn với các chiên đây và đường kinh khác nhau, việc uốn mép trước cũng thực hiện dễ dang hon.