Tài liệu: Đề tài nckh thiết kế chế tạo máy uốn ống cnc

Chuyên khảo phân tích Đề tài nckh thiết kế chế tạo máy uốn ống cnc, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Lâm Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Tài
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Thiết kế chế tạo máy uốn ống CNC
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Thiết Kế Chế Tạo Máy Uốn

Đề tài NCKH thiết kế chế tạo máy uốn ống CNC là một trong những dự án nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí hiện đại. Tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, nhóm sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật cơ khí đã thực hiện đề tài NCKH mã số SV2021-163 nhằm thiết kế và chế tạo một máy uốn ống tự động. Mục tiêu chính của dự án thiết kế máy uốn là ứng dụng công nghệ CNC để uốn các chi tiết ống trên 3 mét với các biên dạng phức tạp. Đề tài này không chỉ mang giá trị học thuật mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công nguội và sản xuất linh kiện cơ khí chính xác.

1.1. Mục Tiêu Chính Của Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học

Mục tiêu đề tài được xây dựng trên ba trụ cột chính. Thứ nhất, nghiên cứu tài liệu nước ngoài về công nghệ uốn ống hiện đại. Thứ hai, thiết kế bản vẽ kỹ thuật và chế tạo máy uốn đạt tiêu chuẩn công nghiệp. Thứ ba, thử nghiệm thực tế để xác định các thông số bán kính uốn phù hợp với từng loại ống khác nhau. Những mục tiêu này giúp nhóm nghiên cứu tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng cao.

1.2. Sự Cần Thiết Của Đề Tài Trong Bối Cảnh Công Nghiệp 4.0

Hiện nay, máy uốn CNC nhập khẩu từ Nhật Bản, Đức, Đài Loan chiếm thị trường Việt Nam. Đề tài thiết kế máy uốn của sinh viên HUFLIT nhằm phát triển công nghệ tự động hóa nội địa. Sự phát triển của ngành gia công ống đòi hỏi các giải pháp máy móc hiệu quả, tiết kiệm chi phí. Đề tài này góp phần nâng cao khả năng chế tạo các linh kiện ống liền khối, thay thế ống hàn thủ công truyền thống.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Và Kiến Thức Kỹ Thuật Cần Thiết

Thiết kế chế tạo máy uốn yêu cầu nắm vững các kiến thức kỹ thuật cơ bản về quá trình uốn ống. Các yếu tố quan trọng bao gồm vật liệu phôi, phương pháp uốn, và các dạng máy uốn hiện đại. Lý thuyết về uốn ống CNC liên quan đến lựa chọn vật liệu phôi uốn như thép cacbon, thép hợp kim chuẩn AISI. Ngoài ra, đề tài NCKH cũng đề cập đến các dữ kiện kỹ thuật cần lưu ý khi thiết lập phép uốn, bao gồm bán kính uốn tối thiểu, áp lực uốn, và tốc độ xử lý. Hiểu rõ những nguyên lý uốn cơ bản giúp thiết kế máy ổn định và chính xác hơn.

2.1. Các Phương Pháp Uốn Ống Phổ Biến Hiện Đại

Phương pháp uốn ống được chia thành nhiều loại tùy theo nhu cầu ứng dụng. Uốn nguội thích hợp cho các loại ống thông thường, trong khi uốn nóng dùng cho ống dày. Máy uốn CNC sử dụng phương pháp uốn tự động với bánh xe uốn chuyên dụng. Các phương pháp này có ưu nhược điểm khác nhau về độ chính xác, hiệu suất sản xuất, chi phí đầu tư và bảo trì máy.

2.2. Vật Liệu Và Tiêu Chuẩn Kỹ Thuật Áp Dụng

Vật liệu phôi uốn là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Thép S45C là loại vật liệu phổ biến được sử dụng trong đề tài thiết kế máy uốn. Tiêu chuẩn AISI cung cấp hướng dẫn về thành phần kim loại, độ cứng, và tính chất cơ học. Lựa chọn vật liệu phù hợp đảm bảo khả năng uốn tối ưu và tuổi thọ dụng cụ uốn.

III. Quy Trình Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Uốn CNC

Quy trình chế tạo máy uốn CNC bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp từ thiết kế đến lắp ghép cuối cùng. Đầu tiên, nhóm thực hiện lên thiết kế 3D bằng phần mềm CAD để mô phỏng các cơ cấu máy. Sau đó, chọn vật liệu cho phôi uốn và vật liệu làm khung máy là thép hộp có độ cứng cao. Chế tạo khung máy yêu cầu tính toán chính xác lượng thép cần sử dụng. Các chi tiết cơ khí bao gồm cụm tạo hình, chi tiết đẩy ống, và cơ cấu dẫn động được gia công theo quy trình công nghệ chặt chẽ. Cuối cùng, lắp ghép máy uốn và thử nghiệm để xác nhận các thông số kỹ thuật.

3.1. Thiết Kế 3D Và Lựa Chọn Các Chi Tiết Tiêu Chuẩn

Thiết kế 3D máy uốn sử dụng phần mềm CAD chuyên dụng để tạo mô hình chi tiết. Lựa chọn động cơ và hộp số là công đoạn quan trọng, quyết định hiệu suất máy. Vít me và ray trượt được chọn từ các chi tiết tiêu chuẩn có sẵn để đảm bảo độ chính xác. Thiết kế này tạo nên cơ sở cho các bước gia công tiếp theo.

3.2. Lên Phương Án Chế Tạo Phần Cơ Khí Chính

Phương án chế tạo bao gồm thiết kế cụm tạo hình, chi tiết đẩy ống, và cơ cấu dẫn động. Cụm tạo hình được thiết kế để tạo bán kính uốn chính xác theo yêu cầu. Cơ cấu dẫn động kết nối động cơ CNC với các bánh xe uốn. Mỗi chi tiết được thiết kế với dung sai kỹ thuật chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

IV. Kết Quả Đạt Được Và Giá Trị Ứng Dụng Thực Tiễn

Đề tài NCKH thiết kế chế tạo máy uốn đã đạt được những kết quả đáng khích lệ sau quá trình thực hiện. Nhóm sinh viên chế tạo thành công máy uốn CNC theo các bản vẽ kỹ thuật đã thiết kế. Thử nghiệm thực tế cho thấy máy có khả năng uốn ống trên 3 mét và xử lý các biên dạng ống phức tạp với độ chính xác cao. Giá trị ứng dụng của đề tài rất lớn, có thể áp dụng để chế tạo linh kiện thay thế cho các máy thiết bị, những cơ cấu tay nắm yêu cầu bán kính cong phức tạp. Ngoài ra, máy uốn này có thể cải tiến để trở nên ổn định và hiệu quả hơn trong sản xuất công nghiệp.

4.1. Những Thành Tích Chính Của Đề Tài Nghiên Cứu

Kết quả chính của đề tài NCKH là hoàn thành thiết kế bản vẽ kỹ thuật đầy đủ theo tiêu chuẩn công nghiệp. Chế tạo thành công máy uốn CNC với các thông số kỹ thuật đạt yêu cầu. Thử nghiệm thực tế với một chi tiết ống hoàn thành thành công. Những thành tích này chứng minh tính khả thi của giải pháp thiết kế và khả năng chế tạo máy móc chính xác của kỹ sư trẻ Việt Nam.

4.2. Đóng Góp Về Giáo Dục Kinh Tế Và Khả Năng Áp Dụng

Giá trị đóng góp của đề tài rất toàn diện. Về mặt giáo dục, nó nâng cao kỹ năng thực hành của sinh viên ngành cơ khí. Về mặt kinh tế-xã hội, máy uốn CNC nội địa giúp giảm chi phí nhập khẩu thiết bị. Đề tài này mở đường cho sự phát triển ngành công nghiệp gia công ống Việt Nam, tạo việc làm và nâng cao trình độ kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. SƠ LƯỢC VỀ NGÀNH UỐN 1. Khái niệm về uốn ống: Uốn là phương pháp gia công áp lực kim loại bằng biến dạng dẻo để tạo thành một góc chữ U hoặc một góc cong theo mong muốn. Ví dụ trong quá trình uốn ống bề mặt lồi của ống dài hơn bề mặt lõm.

Để làm cách bề mặt ngoài dài hơn bề mặt trong có hai cách: • Uốn cho thớ bên ngoài được kéo dài hoặc được đặt trong sức kéo trong khi các thớ bên trong được nén hoặc rút ngắn lại. • Vuốt – các thớ bên ngoài được kéo dài đến mức dài hơn các thớ bên trong. Hiện nay có rất nhiều sản phẩm uốn làm từ những vật liệu khác nhau chứ không đặc thù là ống bằng sát thép hay inox. Ví dụ uốn những ống dẫn dầu bằng thép hợp kim niken hoặc trong những ngành công nghiệp hang 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, vân tải hoặc trong xây dựng. Lịch sử về máy 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 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. Đặc điểm của máy uốn ống CNC Máy uốn ống điều khiển số (CNC) được phát triển để khắc phục các vấn đề liên quan đến các phương pháp uốn khác. Công nghệ máy tính hiện đại liên kết với điều khiển động cơ servo cho phép điều khiển ba trục uốn. Giống như máy gia công CNC toàn bộ thiết lập thông số đều được thực hiện trên máy tính thông qua phần mềm đều khiển.

NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN UỐN 1. 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 và tất nhiên là 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, 2 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 10xx carbon-steel grades, nonsulphurized and nonphosphorized Basic open-hearth and acid-Bessemer carbon-steel 11xx grades, resulphurized and rephosphorized Basic, open-hearth carbon-steel grades, 12xx rephosphorized and 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% 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 tương đối 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: 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 1.3: 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 1.

Các dạng máy uốn ống và ưu nhược điểm của chúng: 1. Uốn thủ công: Phương pháp uốn thủ công là phương pháp uốn ban đầu của con người. Mặc dù uốn ống bằng tay tính kinh tế rất cao, nhưng nó là không có năng suất tốt, chất lượng hoặc độ đồng nhất không cao. Bộ khuôn đơn giản kết hợp với cách thức thủ công là tạo ra đòn bẩy đã được áp dụng để chống lại các tác động bất lợi của một phép uốn bằng tay.

Bộ khuôn làm tăng chất lượng uốn và nâng cao năng suất. Làm giảm sức người cần thiết. Mặc dù máy móc đã được chế tạo với đòn bẩy để xử lý ống 2 in (50.8 mm), uốn thủ công thường phù hợp cho ống 1 in (25.4 mm) hoặc ống nhỏ hơn. Vận hành máy uốn cầm tay yêu cầu người vận hành đặt ống trong khu vực dụng cụ ngay tại vị trí cần uốn, chỉnh dụng cụ vào vị trí, và kéo bằng sức, cơ cấu máy sẽ tạo ra một uốn cong.

Các máy đơn giản có một mặt số, thước đo hoặc cử dừng có thể điều chỉnh để tạo ra một phép uốn mong muốn. Khi có nhiều hơn một phép uốn cho mỗi sản 6 phẩm, người vận hành phải lập thông tin cho điểm uốn tiếp theo và lặp lại quá trình điều chỉnh góc uốn thứ hai như mong muốn. Uốn thủ công sử dụng tốt nhất đối với: • Thể tích ống thấp. • Đường kính nhỏ.

• Cấu tạo các bộ phận đơn giản. • Nhân công trình độ thấp.6: Thiết bị uốn cuộn thủ công 1. Uốn bán tự động: Máy uốn ống bán tự động về cơ bản là kết hợp động cơ thủy lực hoặc động cơ điện và máy uốn. Các linh kiện có sẵn trong nhiều kích cỡ và hình dạng, và với nhiều đặc trưng.

Máy uốn bán tự động cơ bản nhất dừng uốn bằng cách kết nối với bảng điều khiển. Dừng một cách chủ động bằng cách thiết lập các công tắc hành trình hoặc bằng hệ thống role điện từ. Những máy này yêu cầu định vị thủ công dụng cụ hoặc cung cấp năng lượng cho hệ thống định vị thông qua bảng điều khiển. Máy được vận hành thông qua một nút ấn và máy uốn theo giá trị góc đã thiết lập trước.

Sau khi uốn xong, người vận hành lập lập thông số đến vị trí uốn tiếp theo, thực hiện lại chuỗi lúc nãy và quá trình uốn được lặp lại. Máy uốn bán tự động tiên tiến hơn gần giống như điều kiển máy CNC. Các nhà sản xuất máy uốn hiện đang cải tiến để giảm bớt những nhược điểm cơ bản của máy. Ưu điểm đáng kể của thiết bị uốn bán tự động này so với máy thủ công là: • Tăng khả năng làm việc.

• Ít thao tác thủ công hơn. • Nhiều sự lựa chọn hơn. • Phù hợp với ống to hơn. 7 • Máy tiêu chuẩn chính xác hơn.

• Có khả năng ứng dụng rộng hơn. Nhược điểm là: • Yêu cầu người vận hành phải làm quen với máy tính có kinh nghiệm. • Cần có một bộ phận bảo trì. • Cần bộ phận thay thế Hình 1.7: Máy uốn quay bán tự động NC 1.

Máy uốn CNC Máy uốn ống điều khiển số (CNC) được phát triển để khắc phục các vấn đề liên quan đến các phương pháp uốn khác. Công nghệ máy tính hiện đại liên kết với điều khiển động cơ servo cho phép điều khiển ba trục uốn. Máy uốn CNC được định nghĩa là máy uốn ống tự động. Người vận hành đưa cho máy một chi tiết, kích hoạt nút khởi động và máy uốn cong chi tiết đó.

Sau đó người vận hành tháo chi tiết đó ra và thực hiện lắp chi tiết khác lên, lặp lại thao tác.8: Máy uốn CNC 3D 8 Ưu điểm của máy uốn CNC là: • Độ chính xác và độ lặp tối đa; • Đầu vào lao động thấp cho chuỗi sản xuất; • Nhanh chóng thay đổi sản phẩm; • Tính linh hoạt; • Khả năng uốn chi tiết phức tạp. Nhược điểm là: • Giá máy cao; • Yêu cầu người vận hành có trình độ; • Bộ phận bảo trì bị chuyên môn cao. • Phí vận chuyển cao 1. Những dữ kiện cần lưu ý khi thiết lập phép uốn: 1.