Tài liệu: Đề tài nckh thiết kế module đẩy ống cho máy uốn ống

Tài liệu nghiên cứu Đề tài nckh thiết kế module đẩy ống cho máy uốn ống, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Nguyễn Thành Trung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Sơn Minh
• 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 Module Đẩy Ống Cho Máy Uốn Ống
• Loại tài liệu: Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học Của Sinh Viên
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Đề Tài Thiết Kế Module Đẩy Ống Cho Máy Uốn Ống

Đề tài nghiên cứu khoa học thiết kế module đẩy ống cho máy uốn ống là một công trình quan trọng trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy hiện đại. Ngành cơ khí và chế tạo máy đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công uốn ống. Module đẩy ống là thành phần thiết yếu giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm chi phí và nâng cao hiệu suất. Với sự phát triển của công nghiệp 4.0, việc thiết kế các hệ thống tự động hoá trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Đề tài này không chỉ áp dụng những kiến thức lý thuyết mà còn mang tính thực tiễn cao, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm uốn ống và giảm bớt sự can thiệp của con người trong quá trình sản xuất.

1.1. Tầm Quan Trọng Và Tính Thực Tiễn Của Nghiên Cứu

Trong bối cảnh hội nhập kinh tế toàn cầu, công nghiệp Việt Nam phát triển nhanh chóng. Ngành chế tạo máy được coi là ngành xuất khẩu chủ đạo với tốc độ tăng trưởng cao. Module đẩy ống giúp tiết kiệm vật liệu phôi, tránh lãng phí và giảm chi phí sản xuất. Hệ thống điều khiển tự động nâng cao hiệu suất lao động, tạo cơ hội việc làm và nâng cao đời sống người lao động.

1.2. Mục Tiêu Và Nhiệm Vụ Của Đề Tài

Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo module đẩy ống hiệu quả cho máy uốn ống. Đề tài hướng đến việc xây dựng hệ thống tự động hoá, giảm bớt sự can thiệp con người. Đẩy được chiều dài ống tối đa vào vùng tạo hình, tránh gãy phôi và hiện tượng trượt lệch. Sản phẩm cuối cùng phải hoạt động ổn định, đơn giản trong vận hành và đảm bảo chất lượng cao.

II. Tổng Quan Về Máy Uốn Ống Và Các Phương Pháp Uốn Phổ Biến

Máy uốn ống là thiết bị chuyên dụng trong ngành gia công uốn ống, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Uốn ống là quá trình biến dạng vật liệu để tạo ra những sản phẩm có hình dạng cong theo yêu cầu kỹ thuật. Lịch sử ngành uốn ống cho thấy sự phát triển từ những phương pháp thủ công truyền thống sang công nghệ hiện đại sử dụng máy móc tự động. Các vật liệu làm phôi uốn thường là thép, nhôm hoặc các hợp kim khác với các đường kính khác nhau. Hiện nay, có nhiều phương pháp uốn được áp dụng như uốn bánh xe, uốn ống quay, uốn khuôn..., mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Module đẩy ống đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình uốn ống hiệu quả.

2.1. Khái Niệm Và Lịch Sử Phát Triển Uốn Ống

Uốn ống là quá trình thay đổi hình dạng ống từ thẳng thành cong. Lịch sử ngành uốn ống bắt đầu từ những phương pháp thủ công, dần dần phát triển sang công nghệ máy móc hiện đại. Các vấn đề liên quan đến uốn bao gồm kiểm soát đường cong, tránh gãy vật liệu, đảm bảo độ chính xác. Vật liệu làm phôi thường là thép carbon, inox hoặc nhôm với các đặc tính cơ học khác nhau.

2.2. Các Dạng Module Đẩy Ống Cho Máy Uốn Hiện Đại

Module đẩy ống được thiết kế dưới nhiều dạng khác nhau tùy theo yêu cầu sản xuất. Các dạng module phổ biến bao gồm hệ thống truyền vít me-ốc bi, sử dụng động cơ điện và hộp giảm tốc. Chuyển động dọc tâm là nguyên lý cơ bản của module đẩy, đảm bảo ống được đẩy thẳng vào vùng tạo hình mà không bị lệch.

III. Quy Trình Thiết Kế Module Đẩy Ống Với Các Chi Tiết Tiêu Chuẩn

Quy trình thiết kế module đẩy ống bao gồm nhiều bước kỹ thuật phức tạp. Trước tiên, cần xác định yêu cầu kỹ thuật chi tiết như lực đẩy cần thiết, độ chính xác và tốc độ hoạt động. Tiếp theo là chọn các chi tiết tiêu chuẩn như vít me-đai ốc bi, động cơ điện, hộp giảm tốc, ray trượt và khớp nối. Tính toán lực dọc trục dựa trên đường kính ống và loại vật liệu để xác định công suất cần thiết. Phân tích độ bền của cụm đẩy ống bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) để đảm bảo an toàn. Thiết kế khung máy phần đỡ module đẩy ống cần đủ cứng để chịu được các lực tác động. Các chi tiết đẩy ống được thiết kế đặc biệt để đảm bảo tiếp xúc tốt với ống mà không gây trầy xước.

3.1. Tính Toán Và Chọn Các Thành Phần Chính

Yêu cầu kỹ thuật cho thiết kế module bao gồm lực đẩy, tốc độ, độ chính xác vị trí. Tính toán tải trọng (Co, Ca) dựa trên công thức kỹ thuật để chọn vít me-ốc bi phù hợp. Tính chọn động cơ điện dựa trên công suất cần thiết và chọn hộp giảm tốc để đạt tốc độ mong muốn. Tính chọn ray trượt-con trượt đảm bảo chuyển động mượt mà, chọn nối trục phù hợp với độ lệch cho phép.

3.2. Thiết Kế Chi Tiết Và Phân Tích Độ Bền

Thiết kế chi tiết đẩy ống cần chú ý hình dạng tiếp xúc để tránh trầy xước ống. Thiết kế phần cố định hộp giảm tốc và động cơ phải chắc chắn, thiết kế khung máy cần tính toán kỹ lưỡng. Phân tích ứng suất và biến dạng bằng FEA trên mô hình 3D, chia lưới mô hình với độ mịn thích hợp đảm bảo kết quả chính xác.

IV. Chế Tạo Thử Nghiệm Và Kết Quả Đạt Được

Sau hoàn thành thiết kế module đẩy ống, bước tiếp theo là quá trình gia công và chế tạo các chi tiết. Quá trình chế tạo khung máy sử dụng công nghệ CNC hiện đại để đạt độ chính xác cao. Quá trình gia công các chi tiết như chi tiết đẩy, bàn đỡ, vít me đều tuân theo qui trình lắp ráp chặt chẽ. Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, máy được thử nghiệm để kiểm tra hoạt động toàn diện. Kiểm nghiệm hoạt động của máy bao gồm kiểm tra lực đẩy, độ chính xác vị trí, độ bền liên tục và an toàn. Kết quả cho thấy cụm đẩy ống hoạt động ổn định, có thể đẩy được hết ống tới cuối hành trình mà không gãy phôi hay lệch khỏi vùng tạo hình, từ đó tiết kiệm được vật liệu phôi và giảm chi phí sản xuất đáng kể.

4.1. Quá Trình Chế Tạo Và Gia Công Chi Tiết

Quá trình gia công bàn đỡ sử dụng máy CNC với độ chính xác cao. Quá trình gia công chi tiết đẩy cần các thao tác khác nhau để tạo bề mặt tiếp xúc phù hợp. Quá trình gia công các chi tiết cố định giảm tốc yêu cầu độ chính xác lỗ gắn kết. Các bước gia công vít me cần chính xác cao về kích thước và độ nhám bề mặt.

4.2. Thử Nghiệm Và Đánh Giá Kết Quả Sản Phẩm

Kiểm nghiệm hoạt động của máy bao gồm các nội dung thí nghiệm đẩy ống trên module. Đánh giá kết quả cho thấy cụm đẩy hoạt động ổn định, không xảy ra hiện tượng gãy phôi hay lệch khỏi vùng tạo hình. Sản phẩm uốn có chất lượng cao, máy hoạt động đơn giản trong vận hành, tiết kiệm vật liệu và giảm chi phí sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài nghiên cứu 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 đã 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 rõ rệt 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. Ngành cơ khí hay chế tạo máy là những ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất thiết bị, máy móc hay các công cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế thị trường.

Ống uốn là một trong những sản phẩm của ngành gia công uốn ống hay máy uốn ống được sử dụng phổi biến trong các ngành hay lĩnh vực khác như: hệ thống điệnnước; 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. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nước, công ty đi đầu trong việc chế tạo các máy móc uốn ống,với các loại máy khác nhau, từ thủ công, bán tự động cho đến các loại tự động NC và CNC rất hiện đại phù hợp với các kích thước ống, kiểu sản xuất mang đến sự chính xác và năng suất cao. Việt Nam cũng có nhiều loại máy uốn khác nhau, nhưng chủ yếu là những sản phẩm được nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành còn rất cao. Còn 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 thiết yếu đối với sự phát triển của ngành công nghiệp Việt Nam, ngoài ra còn tăng vị thế cạnh tranh của thị trường trong nước 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 MODULE ĐẨY ỐNG CHO MÁY UỐN ỐNG”. Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu những kiến thức công nghệ chế tạo máy uốn ống hiện đại từ các nước phát triển mạnh ngành uốn, từ đó tham khảo, vận dụng những kiến thức đã học để hoàn thành đề tài. - Thiết kế, chế tạo module đẩy ống cho máy uốn ống - Hệ thống điều khiển tự động, giảm bớt sự can thiệp của con người trong quá trình sản xuất.

1 - Sản phẩm uốn không xảy ra hiện tượng gãy phôi hay lệch khỏi vùng tạo hình. Nhiệm vụ đề tài - Thiết kế, chế tạo bộ đẩy ống. - Bộ đẩy ống có thể 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.

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. 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 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. Các phương pháp uốn phổ biến Phần lớn các máy uốn ống sử dụng phương pháp uốn quay là phương pháp gia công chính, cái mà được cấp năng lượng bằng thủy lực, khí nén, điện/cơ khí, điều khiển bằng tay hoặc điều khiển bằng chương trình số để gia công uốn ống Nguyên lý uốn quay, phôi được gắn chặt với khối tạo hình uốn bằng hai khuôn kẹp ( kẹp cố định và kẹp di động) và đĩa quay.

Khi đĩa quay quay một góc độ, kéo theo khuôn kẹp di động đồng thời tạo hình cho phôi với bán kính bằng bán kính đĩa quay cộng với một nửa đường kính ngoài của ông ống.1: Nguyên lý uốn quay Uốn cuộn là phương pháp uốn ống đơn giản để uốn một hình tròn đều. Nguyên lý của ống uốn cuộn là sử dụng ba con lăn tạo hình có cùng đường kính. Chúng được sắp xếp theo hình chóp, hai con lăn cố định và một con lăn di động Các máy uốn cuộn đều sử dụng cùng một nguyên lý cơ bản giống nhau là áp dụng lực giữa ba con quay. Để đạt được bán kính khác nhau bằng cách thay đổi vị trí của con lăn di động ra xa hoặc gần với trung điểm từ tâm của hai con lăn còn lại.

Phôi đi vào con quay và áp lực quay làm cho nó sinh ra biến dạng mặt dưới của con lăn di động.2: Uốn cuộn 4 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. Khuôn ram di chuyển tịnh tiến hướng xuống dưới tác dụng lên khuôn wing dies. Khi khuôn ram tạo áp lực xuống dưới, wing dies 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.3: Máy uốn ép dọc 2.2 Các dạng module đẩy ống cho máy uốn ống 2.2 Các dạng truyền động 2.1 Module sử dụng truyền động bánh răng - thanh răng Bộ truyền bánh răng – thanh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục với tỷ số truyền xác định nhờ sự ăn khớp của các răng trên 2 bánh răng - thanh răng.

Nguyên lý truyền động: Khi bánh răng quay tạo ra chuyển động quay, sự ăn khớp răng giữa bánh răng và thanh răng tạo biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Nếu bánh răng cố định thì thanh răng tịnh tiến hoặc ngược lại. Phương chiều tịnh tiến dọc với chiều dài của thanh răng và phụ thuộc vào chiều quay của bánh răng. Chiều quay của bánh răng phụ thuộc vào phương, chiều tịnh tiến của thanh răng.

Có thể truyền chuyển động giữa các trục song song, cắt nhau, chéo nhau hay biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến và ngược lại. Hành trình tịnh tiến bằng với chiều dài L thanh răng. Trên máy uốn sử dụng truyền động bánh răng – thanh răng để phục vụ việc đẩy ống phôi vào vùng tạo hình sử dụng phổ biến là phương pháp thanh răng cố định, bánh răng quay và tính tiến.4 Thông số kích thước thanh răng Hinh2.5 Truyền động bánh răng – thanh răng Ưu điểm: - Hành trình di chuyển lớn, tùy chỉnh chiều dài hành trình dễ dàng - Khả năng tải lớn, kích thước nhỏ gọn. - Tỉ số truyền ổn định, không có hiện tượng trượt trơn.

- Hiệu suất của truyền động tầm 0. - Làm việc với vận tốc lớn, công suất cao. - Sử dụng lâu bền, dễ bào trì, bảo dưỡng. Nhược điểm: - Chế tạo phức tạp.

- Đòi hỏi độ chính xác cao. - Ồn khi hoạt động vận tốc lớn do sự ăn khớp. 6 Máy uốn sử dụng cơ cấu truyền động bánh răng – thanh răng Hinh2.2 Module sử dụng truyền động xích Truyền động xích là phương thức truyền công suất cơ học trục này đến trục khác hay từ vị trí này tới vị trí khắc. Truyền động bằng xích được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện gia thông như xe đạp, xe máy, ô tô hay các loại máy móc hiện đại.

Bộ truyền xích truyền công xuất nhờ sự ăn khớp giữa xích và đĩa nhông, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai nên có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn. Hệ thống xích gồm nhiều cơ cấu liên kết với nhau tạo thành một cơ cấu truyền động gọi là : dây xích và nhông xích. Hệ thống xích thường truyền chuyển động từ các động cơ mô tơ, băng truyền, băng tải, hộp giảm tốc. Cấu tạo của dây xích và nhông xích có cấu tạo đơn giản, dây xích bao gồm : má xích, con lăn và chốt xích.

Các chi tiết được lắp rắp thành một cơ cấu có hai điểm mắt xích, các điểm mắt xích này kết nối nối tiếp với nhau theo một vòng kép kín. Còn nhông xích có cấu tạo giống như các bánh răng, điểm khác biệt duy nhất giữa chúng là số lượng răng trên một đường kính bánh.6 Cấu tạo đơn giản của truyền động xích Đặc điểm của bộ truyền xích - Căn chỉnh các trục chỉnh xác. - Khoảng cách tâm không quá quan trọng so với các cặp bánh răng. - Có tính linh hoạt, độ tin cậy chỉnh xác cao.