Tài liệu: Đề tài nckh thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ

Tài liệu nghiên cứu Đề tài nckh thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Phan Anh Đức
• Người hướng dẫn: TS. Trần Minh Thế Uyên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Khuôn Ống Cục Bộ
• Loại tài liệu: Báo Cáo Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tầm Quan Trọng và Tính Thực Tiễn của Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học

Trong bối cảnh hội nhập kinh tế toàn cầu, ngành chế tạo máy đóng vai trò then chốt trong phát triển công nghiệp Việt Nam. Máy uốn ống là thiết bị quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cơ khí, xây dựng, năng lượng và hóa chất. Đề tài nghiên cứu khoa học thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ nhằm nghiên cứu công nghệ hiện đại, tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc phát triển khuôn ống tại Việt Nam giúp giảm chi phí nhập khẩu, tăng cơ hội việc làm và nâng cao năng lực công nghiệp quốc gia. Đề tài này mang ý nghĩa khoa học lẫn thực tiễn, góp phần vào việc tự chủ công nghệ sản xuất ở nước ta.

1.1. Ý Nghĩa Khoa Học của Đề Tài

Thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ đại diện cho sự tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy. Thông qua nghiên cứu tìm hiểu công nghệ nước ngoài, sinh viên có cơ hội áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực hành, phát triển kỹ năng kỹ thuật. Đề tài không chỉ giải quyết bài toán kỹ thuật mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc cải tiến công nghệ chế tạo ống uốn.

1.2. Lợi Ích Thực Tiễn Cho Ngành Công Nghiệp

Máy uốn ống với khuôn ống cục bộ giúp linh hoạt thay đổi đường kính, nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm, giảm tỷ lệ hỏng hóc. Hệ thống điều khiển tự động giảm can thiệp con người, tăng hiệu suất sản xuất. Sản phẩm uốn có chất lượng cao, ít bị móp và trầy, đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường.

II. Mục Tiêu và Đóng Góp Sáng Tạo của Đề Án

Đề tài NCKH thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ được thực hiện bởi sinh viên khóa 19143CLA1 dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Minh Thế Uyên. Mục đích chính là thiết kế và chế tạo khuôn ống có khả năng thay đổi linh hoạt, đi kèm với hệ thống điều khiển tự động hiện đại. Sản phẩm cuối cùng phải đảm bảo chất lượng bề mặt cao, tính thẩm mỹ tốt và khả năng vận hành đơn giản. Tính mới và sáng tạo của đề tài nằm ở khả năng linh hoạt thay đổi đường kính ống khác nhau, đẩy hết ống khi tới cuối hành trình, giải quyết vấn đề bấc tồn tại trong các thiết kế trước đó.

2.1. Các Mục Tiêu Chính

Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy uốn ống hiện đại toàn cầu, thiết kế khuôn ống cục bộ có tính linh hoạt cao, phát triển hệ thống điều khiển tự động, đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm tốt, giảm tỷ lệ hỏng hóc, nâng cao tính thẩm mỹ và vận hành đơn giản.

2.2. Kết Quả Đạt Được

Chi tiết đẩy ống có khả năng đẩy hết ống; máy hoạt động ổn định với thao tác vận hành đơn giản; sản phẩm uốn có chất lượng bề mặt tốt, ít bị móp, không bị trầy, đáp ứng yêu cầu chất lượng cao của thị trường.

III. Tổng Quan Về Công Nghệ Máy Uốn Ống

Máy uốn ống là thiết bị chuyên dụng trong sản xuất các sản phẩm ống cong được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Công nghệ uốn ống đã phát triển từ các phương pháp thủ công truyền thống sang phương pháp tự động hóa hiện đại. Trên thế giới, máy uốn ống được phân loại thành nhiều dạng khác nhau dựa trên nguyên lý hoạt động: uốn bằng kẹp chặt, uốn bằng lực tập trung, uốn bằng áp lực xuyên tâm. Mỗi phương pháp uốn ống có ưu nhược điểm riêng. Tình hình sử dụng máy uốn ống ở các nước phát triển rất phổ biến, với mức độ tự động hóa cao, nâng cao hiệu suất và chất lượng. Tại Việt Nam, máy uốn ống chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài, chi phí cao, vì vậy nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo ống cục bộ rất cần thiết.

3.1. Phân Loại Và Nguyên Lý Hoạt Động

Máy uốn ống được phân thành: uốn bằng phương pháp đẩy ống từ dưới lên với bộ kẹp tự động, uốn bằng kẹp chặt tĩnh, uốn bằng các máy cơ khí chuyên dụng. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng về độ chính xác, chi phí, tốc độ sản xuất.

3.2. Tình Hình Phát Triển Toàn Cầu Và Tại Việt Nam

Nước ngoài sở hữu công nghệ máy uốn ống tiên tiến với tự động hóa cao. Việt Nam chủ yếu nhập khẩu thiết bị, chi phí cao. Phát triển khuôn ống cục bộ giúp tiết kiệm chi phí, tự chủ công nghệ, tăng cạnh tranh.

IV. Quá Trình Thiết Kế Chế Tạo Và Thử Nghiệm

Đề tài thiết kế chế tạo khuôn ống cục bộ trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ lựa chọn phương án tối ưu đến quá trình gia công chế tạo thực tế. Nhóm sinh viên đã đề xuất ba phương án thiết kế khác nhau, sau khi so sánh ưu nhược điểm đã lựa chọn phương án tối ưu nhất. Quá trình chế tạo bao gồm gia công khung máy, gia công chi tiết cụ thể, lắp ráp toàn bộ máy. Vật liệu chính được sử dụng là thép S45C, thép hộp theo tiêu chuẩn ASTM, đảm bảo cơ tính và độ bền cao. Sau hoàn thiện, nhóm tiến hành thử nghiệm kiểm nghiệm hoạt động máy, đánh giá sản phẩm uốn về chất lượng bề mặt, hình dáng và độ chính xác.

4.1. Phương Án Thiết Kế Và Lựa Chọn

Đề tài đề xuất ba phương án: (1) uốn bằng đẩy ống từ dưới lên với kẹp tự động; (2) thay đổi cơ cấu kẹp và đẩy; (3) thay đổi cơ cấu kẹp ống. Sau so sánh ưu nhược điểm, phương án tối ưu được chọn dựa trên hiệu suất, độ chính xác, chi phí.

4.2. Quá Trình Gia Công Và Lắp Ráp

Chế tạo khung máy từ thép hộp đen theo tiêu chuẩn ASTM; gia công chi tiết như vít me, gối đỡ, khớp nối; lắp ráp toàn bộ máy với động cơ AC Servo, hộp giảm tốc, bộ kẹp ống. Kiểm tra kích thước, chất lượng tại mỗi bước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài Trong thời kì hội nhập kinh tế toàn cầu, cùng với công cuộc đổi mới đất nước, công nghiệp là ngành kinh tế quan trọng, những năm gần đây có đóng góp lớn nhất cho ngân sách nhà nước, trở thành ngành xuất khẩu chủ đạo với tốc độ tăng trưởng ở mức cao. Cơ cấu các ngành công nghiệp có sự chuyển biến tích cực, một số ngành công nghiệp như: công nghiệp năng lượng, hóa chất, vật liệu xây dựng, cơ khí điện tử, khí đốt,… đã và đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp phần tích cực trong giải quyết việc làm, chuyển dịch cơ cấu lao động, tăng năng suất, tạo ra cơ hội việc làm cho hàng triệu người lao động và nâng cao đời sống của người dân. Một trong những sự phát triển mạnh mẽ đó chính là ngành cơ khí nói chung và chế tạo máy nói riêng có vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra thiết bị, chế tạo máy và công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế quốc dân, tạo điều kiện để các ngành này phát triển tốt hơn.

Máy uốn ống là một trong những sản phẩm của ngành chế tạo máy được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: hệ thống điện, nước; sản xuất ô tô, xe máy; xây dựng; dầu khí, hóa chất hay trong trang trí nội thất với rất nhiều chủng loại ống khác nhau có đường kính cũng như vật liệu làm ống rất đa dạng. Trên thế giới hiện đã có nhiều nước đi đầu trong việc chế tạo máy uốn ống như: Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan,. với loại máy khác nhau, từ thủ công, bán tự động cho đến các loại tự động NC và CNC rất hiện đại với các kích thước ống và bán kính uốn rất đa dạng mang đến độ chính xác và năng suất rất cao. Ở Việt Nam cũng đã có nhiều loại máy uốn khác nhau, nhưng hầu hết là sản phẩm được nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành còn rất cao.

Những sản phẩm trong nước tự chế tạo chủ yếu là những loại máy thủ công và bán tự động, năng suất còn thấp chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước. Vì vậy việc nghiên cứu, chế tạo máy uốn ống tự động là nhu cầu cần thiết đối với thị trường trong nước, bên cạnh đó còn tăng vị thế cạnh tranh của thị trường trong nước trong các lĩnh vực công nghiệp góp phần thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó cùng với sự định hướng và hướng dẫn của thầy Phạm Sơn Minh, nhóm sinh viên chúng em đã chọn đề tài nghiên cứu khoa học: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN ỐNG CỤC BỘ”. Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu tìm hiểu những công nghệ chế tạo máy uốn ống hiện đại của nước ngoài, từ đó tham khảo, vận dụng những kiến thức đã biết để hoàn thành đồ án. - Thiết kế, chế tạo khuôn ống cục bộ cho máy uốn ống CNC - Hệ thống điều khiển tự động, giảm bớt sự can thiệp của con người.

1 - Bộ kẹp ống (dạng luynet) có thể thay đổi linh hoạt kích thước và chiều dài ống uốn làm cho các sản phẩm trở nên đa dạng hơn. - Ống sau khi uốn ra đảm bảo được chất lượng bề mặt cũng như tính thẩm mỹ cao. Nhiệm vụ đề án - Thiết kế, chế tạo bộ đẩy ống với lực đẩy lớn nhất là 1500kg. - Bộ đẩy ống có thể thay đổi linh hoạt với từng đường kính ống khác nhau và đẩy hết được ống khi tới cuối hành trình.

- Thiết kế, chế tạo cơ cấu giữ cho ống không bị gãy, trầy xước, biến dạng trong quá trình tạo hình. - Thiết kế cơ cấu giữ ống có thể gia công dễ dàng và có thể tùy chỉnh được với các đường kính ống khác nhau. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về máy uốn ống 2.

Khái niệm về uốn ống Uốn ống là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực được sử dụng để tạo thành những biên dạng hay những đường cong với bán kính bất kì cho ống. Máy uốn ống là loại máy sử dụng nhiều công nghệ từ đơn giản tới phực tạp, tích hợp nhiều tính năng như nắn, bẻ, uốn để biến những phôi kim loại thành những sản phẩm có kích thước và hình dáng đáp ứng nhu cầu sử dụng. Hiện nay có rất nhiều sản phẩm uốn làm từ những vật liệu khác nhau chứ không đặc thù là ống bằng sắt thép hay inox. Ví dụ uốn những ống dẫn dầu bằng thép hợp kim niken hoặc trong những ngành công nghiệp hàng không vũ trụ người ta dùng hợp kim Titan để làm phôi uốn.

Phôi uốn sắt thép inox được sử dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô, vận tải hoặc trong xây dựng. Lịch sử về ngành uốn Máy uốn là một sản phẩm của ngành cơ khí chế tạo dùng để uốn những phôi liệu thành những sản phẩm có ích cho đời sống của con người. Nó góp phần đáng kể vào việc giảm sức lao động của con người trong quá trình làm ra sản phẩm. Máy uốn có rất nhiều loại và được dùng phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới trong đó có cả Việt Nam chúng ta.

Máy uốn ống có nhiều loại như máy uốn ống bằng tay, máy uốn ống bằng thủy lực, máy uốn ống bằng điện, máy uốn ống bằng điện thủy lực,… Sự phát triển của máy uốn ngày càng mạnh, trước đây mấy chục năm những sản phẩm uốn chỉ tạo nên bằng tay rồi sau đó phát triển dần lên uốn bằng máy để giảm sức người và uốn bán tự động rồi đến tự động cho tới tận khâu cấp phôi. Những vấn đề liên quan đến uốn 2. Vật liệu làm phôi uốn Máy uốn ngày nay được chế tạo đa dạng phù hợp cho nhiều loại phôi uốn như thanh rỗng, thanh đặc, thép hộp, thép cán, ống đặc và ống cán. Nói chung, hầu hết các kim loại phổ biến đều có thể uốn nguội miễn là chúng có độ giãn đủ để đạt được góc và bán kính mong muốn trước khi đạt ngưỡng chịu đựng.

Vật liệu thường được tạo hình dễ dàng bao gồm thép cacbon thấp và thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng. Các thao tác tạo hình đơn giản có thể được dùng đối với Magie, Titan, hợp kim đồng và niken. Các dụng cụ và kỹ thuật uốn đặc biệt cho phép uốn một số kim loại được gọi là exotic và vật liệu chịu lửa.1: Thép cacbon và thép hợp kim chuẩn AISI (Viện thép Hoa Kỳ) Các loại và thành phần hóa học Basic and acid open-hearth and acid-Bessemer carbon-steel 10xx grades, nonsulphurized and nonphosphorized Basic open-hearth and acid-Bessemer carbon-steel grades, 11xx resulphurized and rephosphorized Basic, open-hearth carbon-steel grades, rephosphorized and 12xx resulphurized 13xx Manganese 1.50% 40xx Molybdenum 41xx Chromium-molybdenum 43xx Nickel-chromium-molybdenum 46xx Nickel 1.25% 51xx Medium chromium 52xx Chromium, high-carbon 61xx Chromium-vanadium 86xx Nickel 0.25% 4 Mác thép trên bảng trên được dùng nhiều ở thị trường Châu Mỹ về chất lượng thì không cần bàn cãi, còn chủ yếu ở thị trường Việt Nam sử dụng mác kim loại theo tiêu chuẩn ISO. Và ống inox mác 3xx.

Ví dụ ống inox 304 là loại ống inox tầm trung giá thành rẻ được bán phổ biến trên thị trường Việt Nam. Các phương pháp uốn phổ biến Uốn quay là phương pháp phổ biến nhất sử dụng trên máy uốn quay, cái mà có thể được cấp bằng năng lượng (thủy lực, khí nén, điện/cơ khí), điều khiển bằng tay hoặc điều khiển bằng chương trình số. Máy đó giải quyết khoảng 95% về sự hoạt động của máy uốn ống. Các dụng cụ cần thiết cho uốn cong bao gồm khối tạo hình uốn, khuôn kẹp.

Trong uốn quay, phôi được gắn chặt khối tạo hình uốn bằng khuôn kẹp. Khi khuôn uốn cong quay, nó tạo hình ngược lại cho phôi bằng khuôn ép, nếu cần thiết ngăn chặn gãy phôi sẽ có trục gá bên trong. Khuôn ép có thể cố định hoặc di chuyển với phôi để loại bỏ ma sát trượt.1: Nguyên lý uốn quay Uốn cuộn phương pháp uốn đơn giản để uốn một hình tròn đều. Nguyên lý của ống uốn cuộn là ba con lăn tạo hình có cùng đường kính được sử dụng.

Chúng được sắp xếp theo hình chóp trong các mặt phẳng thẳng đứng hoặc nằm ngang. Tất cả các máy uốn cuộn sử dụng cùng một nguyên tắc cơ bản giống nhau áp dụng lực giữa ba con quay. Để đạt được bán kính khác nhau bằng cách thay đổi vị trí của một hoặc hai trong số các con quay này. Phôi đi vào con quay và áp lực quay làm cho nó sinh ra biến dạng mặt dưới của con quay trung tâm.2: Uốn cuộn Hình 2.3: Máy uốn cuộn dọc và ngang Uốn ép hay uốn nén là một phương pháp uốn lâu đời nhất sử dụng một khuôn ép và tiến hành ép ống sát vào khuôn đẻ ra được hình dạng theo như khuôn ép.

Ống được đặt trên cụm wing type die. Các khuôn đồng thời tách ra và xoay với ống khi nó bị tác dụng lực và uốn cong với áp suất được áp dụng bởi khuôn ram giảm dần. Xi lanh đệm duy trì mô-men xoắn không đổi trên wing die. Lực đệm này giữ phôi trong khuôn dưới áp suất phù hợp, kiểm soát ống chính xác.

Khuôn ram di chuyển thẳng xuống dưới tác dụng lên wining die. Khi ram tạo áp lực xuống dưới, wining die quay trên trục quay, tạo áp lực hướng lên so với xi lanh đệm được gắn ở mỗi bên của máy ép. Máy có một điểm dừng sâu cung cấp một số vị trí để thay đổi hành trình của ram và góc uốn.4: Máy uốn ép dọc Ưu điểm chính của uốn ép là khả năng sản xuất cao. Uốn thường có thể được thực hiện nhanh hơn ba đến bốn lần so với thiết bị thông thường.

Máy uốn ép sử dụng công cụ đơn giản và nhanh chóng và dễ dàng thiết lập.5: Biên dạng dễ gặp trong uốn ép 2. Những lưu ý cần thiết khi lập phép uốn • Bán kính đường tâm sau khi uốn Bán kính đường tâm là bán kính của đường tròn tâm đi qua góc uốn và là bội số của đường kính ngoài của ống. Bán kính này được chọn là 3D, 2D, hoặc D trong đó D là đường kính ngoài của ống. Ví dụ ống có đường kính 2 in (50.8 mm) bán kính đường tâm 2D sẽ là 4 in (101.

Đôi khi chỉ cần một thay đổi nhỏ có thể khiến việc uốn trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Ví dụ ống có đường kính 5/16 in (7.9 mm) uốn 3D bán kính uốn sẽ là 15/16 in (23.8 mm) nhưng ta nên chọn bán kính đường tâm 1in vì công cụ uốn và hoạt động sản xuất sẽ đơn giản hơn rất nhiều.