Luận văn: Nghiên cứu thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để chế tạo ống thép hàn

Tài liệu nghiên cứu về thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục. Ứng dụng chế tạo ống thép hàn, thuộc chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy.

• Tác giả: Đặng Văn Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nghệ
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế công nghệ và máy uốn lốc CNC 4 trục để chế tạo ống thép hàn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy uốn lốc CNC 4 trục

Máy uốn lốc CNC 4 trục là thiết bị hiện đại trong lĩnh vực chế tạo cơ khí, đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất ống thép hàn. Đây là một loại máy công nghiệp có khả năng điều khiển bằng hệ thống CNC (Computer Numerical Control), cho phép uốn cong các sản phẩm kim loại với độ chính xác cao. Thiết kế máy uốn lốc CNC 4 trục bao gồm các trục làm việc: trục lốc dưới, trục lốc bên X, trục lốc bên Y, và trục lốc quay, giúp tạo ra các hình dạng phức tạp theo yêu cầu kỹ thuật. Công nghệ này được phát triển từ nhu cầu thực tế của ngành công nghiệp sản xuất ống thép hàn, nơi yêu cầu tính năng linh hoạt và hiệu suất cao. Máy được trang bị hệ thống thủy lực và điều khiển CNC để đảm bảo độ chính xác trong từng chu kỳ sản xuất.

1.1. Cấu trúc cơ bản của máy uốn lốc CNC 4 trục

Cấu trúc máy uốn lốc CNC 4 trục gồm khung máy chính, hệ thống dẫn động thủy lực, và bộ điều khiển CNC. Các trục làm việc được thiết kế để hoạt động độc lập hoặc phối hợp với nhau. Hệ thống trục lốc được bố trí theo không gian 3D, cho phép uốn cong ống thép theo nhiều hướng khác nhau. Piston và xy lanh thủy lực cung cấp lực cần thiết cho quá trình uốn, trong khi hệ thống cảm biến CNC giám sát chuyển động của từng trục để đảm bảo chính xác.

1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống 4 trục

Nguyên lý hoạt động dựa trên biến dạng dẻo của kim loại. Trục lốc dưới cung cấp động lực chính, trong khi các trục bên X, Y và trục quay điều chỉnh vị trí và góc uốn. Hệ thống thủy lực được điều khiển bởi bộ điều khiển CNC, nhận tín hiệu từ chương trình và điều chỉnh áp suất, lưu lượng dầu hydraulic để đạt được lực uốn cần thiết cho từng loại ống thép hàn.

II. Công nghệ thiết kế và tính toán kỹ thuật

Thiết kế công nghệ máy uốn lốc CNC 4 trục yêu cầu các tính toán kỹ thuật chính xác để đảm bảo hiệu suất và độ bền. Quá trình thiết kế bắt đầu từ việc xác định các thông số kỹ thuật như lực uốn cần thiết, công suất động cơ, và kích thước hình học của các trục. Lực uốn phụ thuộc vào loại vật liệu ống thép hàn, độ dày thành ống, và bán kính uốn mong muốn. Cần phải tính toán ứng suất biến dạng để đảm bảo các trục không bị quá tải. Công suất động cơ được chọn dựa trên công suất của từng trục làm việc, đặc biệt là trục lốc chính. Ngoài ra, cần xác định kích thước phôi ban đầu và hiện tượng đàn hồi sau uốn để có thể hiệu chỉnh góc uốn phù hợp.

2.1. Tính toán lực uốn và thông số kỹ thuật

Tính toán lực uốn là bước quan trọng trong thiết kế. Lực cần thiết phụ thuộc vào chiều dài phôi, độ dày thành, và vật liệu của ống thép hàn. Công thức tính lực được xây dựng dựa trên lý thuyết biến dạng dẻo và các thừa số an toàn. Thông số kỹ thuật máy bao gồm lực uốn tối đa, mô-men xoắn, và hành trình của các trục. Những thừa số an toàn được áp dụng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài của máy trong điều kiện sản xuất thực tế.

2.2. Kiểm tra bền và độ an toàn các trục

Kiểm tra bền các trục được thực hiện thông qua tính toán ứng suất tác động lên các trục làm việc. Trục lốc phải chịu được ứng suất kéo, nén và xoắn từ quá trình uốn. Độ an toàn được đánh giá bằng cách so sánh ứng suất hoạt động với ứng suất cho phép của vật liệu trục. Những trục chính được thiết kế với hệ số an toàn đủ lớn để đảm bảo tuổi thọ dài của máy trong điều kiện làm việc liên tục.

III. Hệ thống điều khiển CNC và thủy lực

Hệ thống điều khiển CNC của máy uốn lốc 4 trục cho phép tự động hóa quá trình sản xuất ống thép hàn với độ chính xác cao. Bộ điều khiển CNC nhận dữ liệu từ chương trình, sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến hệ thống thủy lực để điều chỉnh chuyển động của từng trục. Hệ thống thủy lực bao gồm bơm thủy lực, van điều khiển, xy lanh, và các đường ống dẫn dầu hydraulic. Sơ đồ hệ thống được thiết kế để hoạt động ở chế độ không tải và chế độ tải để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng. Áp suất thủy lực được điều chỉnh động dựa trên yêu cầu của quá trình uốn, giúp tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ của các linh kiện thủy lực. Đồng cơ chính cung cấp động lực cho bơm thủy lực, và công suất được phân bổ thích hợp cho các trục làm việc khác nhau.

3.1. Sơ đồ hệ thống dẫn động thủy lực

Sơ đồ hệ thống dẫn động gồm bơm chính P2, van điều khiển áp suất, và các xy lanh cho từng trục. Bơm thủy lực được kích động bởi đồng cơ và cung cấp dầu hydraulic có áp suất cần thiết. Chế độ không tải được thiết kế để giảm tiêu thụ năng lượng khi máy không hoạt động. Van điều khiển điều chỉnh lưu lượng dầu tới các xy lanh, cho phép điều khiển chính xác vận tốc và lực của từng trục uốn.

3.2. Quy trình điều khiển CNC và tối ưu hóa năng lượng

Quy trình điều khiển CNC bắt đầu từ việc nhập dữ liệu thiết kế ống, sau đó bộ điều khiển tính toán quỹ đạo chuyển động tối ưu. Tối ưu hóa năng lượng được thực hiện bằng cách điều chỉnh áp suất thủy lực và tốc độ động cơ theo nhu cầu thực tế. Hệ thống cảm biến giám sát vị trí từng trục và so sánh với giá trị mong muốn, sau đó điều chỉnh động để đạt được độ chính xác cao nhất, giảm thiểu lỗi và tăng hiệu suất sản xuất.

IV. Ứng dụng và quy trình sản xuất ống thép hàn

Máy uốn lốc CNC 4 trục được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ống thép hàn cho các ngành công nghiệp đa dạng như ô tô, xây dựng, và hóa chất. Quy trình sản xuất bắt đầu từ chuẩn bị phôi tôn, sau đó đưa vào máy để uốn theo hình dạng mong muốn. Công nghệ uốn lốc cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp như ống tròn, ống elip, ống côn, và các hình dạng đặc biệt khác. Uốn lốc khép kín là phương thức phổ biến, trong đó ống được uốn đầy đủ để tạo thành hình dạng hoàn chỉnh. Hiện tượng đàn hồi sau uốn phải được tính toán và bù trừ để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt yêu cầu kích thước chính xác. Khả năng công nghệ của máy cho phép uốn các vật liệu có độ cứng khác nhau, từ thép mềm đến thép cứng cao.

4.1. Các phương thức uốn lốc và chuẩn bị vận hành

Phương thức uốn lốc không ăn lưỡi (Pre-bending) được sử dụng cho các sản phẩm đặc biệt, trong khi uốn lốc chập hai đầu khép kín là phương thức tiêu chuẩn cho ống thép hàn. Chuẩn bị vận hành bao gồm kiểm tra hệ thống thủy lực, hiệu chuẩn các trục CNC, và test chạy máy không tải. Quy trình lốc côn yêu cầu điều chỉnh động của các trục để đạt được bán kính thay đổi, tạo ra ống hình nón với độ chính xác cao.

4.2. Xác định thông số công nghệ và kiểm tra chất lượng

Xác định thông số công nghệ khi lốc bao gồm tốc độ uốn, áp suất thủy lực, và thứ tự hoạt động của các trục. Trục lốc giữa được sử dụng để tạo hình dạng tổng thể, trong khi các trục phụ trợ điều chỉnh chi tiết. Kiểm tra chất lượng sản phẩm được thực hiện bằng cách đo kích thước, kiểm tra độ tròn, và xác nhận các tính chất vật lý của ống thép hàn sau khi uốn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU. CHUONGI NGHIEN CUU TONG: QUAN VEM MAY YUON 4)4 TRUC ĐIỀU KHIEN SỐ. Tổng quan quá trình nghiên cứu và sử dụng máy uốn lốc 4 trục. Trên thể giới.

Một số loại máy liên quan đến biến king tốn lốc kim loại. Máy nắn và may uém. Khái niệm về máy lốc 4 trục điều khiểna thy lực có Proñin —— tron 1. Nghiên cửu thị trưởng và nhu cầu sử dụng máy lốc tại Việt Nam.

Kết luận, Tranh ". 81g0 ceed CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN THIẾTKÉM MAY VUÔN LOC.1 Tạo hình chỉ tiết dựa trên biến dạng đẻo kim loại. Cơ chế biển đạng đẻo~ Trượt và sự chuyển động của ia léch 3. Bién dang déo don tinh thể 2.

Tổ chức và tính chất của kimM2 sau khi biển dang đẻo. Xác định các thông số, năng lượng, lực và công nghệ trong quá trình biển dạng. Khái niệm uốn, đặc điểm công nghệ và lý luận về uồn. Điều kiện ăn phôi.

Lớp trung hòa biển đạng và cách xác định. Bán kính uốn cho phép. Hiện tượng đàn hồi sau khi nốn và cách khắc i.6, Xae dinh le won: 0 3. Cơ sở xác định kích thước củaa phôi tốn ae 3.

Khả năng công nghệ khác cita may uén lốc 4 trục. Uốn các chỉ tiết đạng côn tir ton tim 3. Uốn ống dạng E-lip. 343 Uli ag djing lng.

Nguyén ly mét sé loai may uén Ide 4 trục điều khiển CNC. “Tiêu chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn thiết bị trong kết cầu máy lốc 4 trụ HV Ding Vin Phương 'CH2009- ĐHBK HN 1 Danh mục ký hiệu, viết tắt. NG, ƠNC - Điều khiển số, Chương trình điểu khiển máy tỉnh. 8 Trục lốc trên W- Trục lốc dưới XX Truc lễc bên trái `Y- Trục lỗc bên phảt.

O-Vị trí mở khóa GCAL- Gia công áp lực G7- Các mrớc có nên kinh lẻ, khoa học kỹ thuật phát triển Danh mục các bằng Bang 2.1 Độ giảm mỏng một số vật liệu theo bản kinh cong (ra số tay) Bang 2.2 Hệ số giảm mỏng theo tỷ lệ giữa bản kính và độ dày tắm.3 Sự quan hệ giữa y var Bang 2.4: 11ệ số linh nghiệm (K) dùng để tính bản kính trên nhỏ nhật Tiâng 2.5 LIệ số xạ để xác định góc đàn hồi khi uốn chít V Bảng 2.6 Góc đản hồi trưng binh của các nguyên vật liệu khi nốn tự do với góc uốn 90°, mot góc uốn.7 Hệ số hiệu chính k để tỉnh góc hiệu chỉnh Bang 2.8 Bảng linh góc dan hai B Tang 2.9 11é số K; số lay cán, kéo Bang 2. Bang ap luc đơn vị q Kg/ mm” Danh mục ký hiệu, viết tắt. NG, ƠNC - Điều khiển số, Chương trình điểu khiển máy tỉnh. 8 Trục lốc trên W- Trục lốc dưới XX Truc lễc bên trái `Y- Trục lỗc bên phảt.

O-Vị trí mở khóa GCAL- Gia công áp lực G7- Các mrớc có nên kinh lẻ, khoa học kỹ thuật phát triển Danh mục các bằng Bang 2.1 Độ giảm mỏng một số vật liệu theo bản kinh cong (ra số tay) Bang 2.2 Hệ số giảm mỏng theo tỷ lệ giữa bản kính và độ dày tắm.3 Sự quan hệ giữa y var Bang 2.4: 11ệ số linh nghiệm (K) dùng để tính bản kính trên nhỏ nhật Tiâng 2.5 LIệ số xạ để xác định góc đàn hồi khi uốn chít V Bảng 2.6 Góc đản hồi trưng binh của các nguyên vật liệu khi nốn tự do với góc uốn 90°, mot góc uốn.7 Hệ số hiệu chính k để tỉnh góc hiệu chỉnh Bang 2.8 Bảng linh góc dan hai B Tang 2.9 11é số K; số lay cán, kéo Bang 2. Bang ap luc đơn vị q Kg/ mm” “Nghiên cửu, thiắt kế công nghé va may udn Ido CNC 4 trục đã chỗ tao dng tháp hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy CHUONG II.CO KHI MAY LOC4 TRUC VOI THONG 80 CHETIED soc? 3. Sơ đồ động của máy lốc 4 trục điều khiển thủy lực. Dẫn đông thủy lực 4 trục.

Cum than may § 3. Hệ thông điều khiển CNC của máy uốn lốc 4 trục. Tính toán các thông số kỹ thuật cúa máy tồn lốc 4 trục. Mô hình bài toán ban đầu 3.

Tỉnh khoảng cách “b” theo kích thước cơ trên máy đã chọn. Lập công thức tính lực cần dé uốn. Tinh lực cần để uốn tôn ở trạng thái những: —. Tinh lựe cẩn để nổn tôn ở trạng thái cong: 57 3.

Tinh toán các thông số ứng suất biển dang.3, Tỉnh trục lốc: a 61 3. Thông số hình học của trục công tác. Xác đình các thông số hình học ee 6 3. Tỉnh trục đưới.

Nghiệm bền các trục.Tinh toán Pit tông~ xy lanh thủy lực vàdong cơ co 76 3.1, Piston- Xylanh day tue bên. Piston- Xylanh day trục đưới = 3. Tính công suất động cơ trục lốc, chọn công suất động cơ chính.1 Công suất trục lốc trên 3. Công suât trục lốc dưới 3.

Tỉnh chọn công suất động cơ chính 3. Tỉnh tương đương khi lốc các loại vật liệu cỏ ignsuất cao hơn. CHƯƠNG IV. THIET KE HE DAN DONG THUY “LỰC.1 Sơ đồ hê thống dẫn động máy tên lốc 4 trục.

Chế độ không tải:. ác dụng của bơm P2 HY Ding Vin Phuong CH2009- DHBK HN 2 1lình 3.12 Kết cầu sơ bộ trục bên.13 So dé Ine Hình 3.14 Biểu đỗ lực cắt, mô men tên Hình 3.15 Mô tả sơ hộ trực đây (ở giữa) Hình 3.16 Biểu đỗ đặt lực, lực cắt và mô men uốn trục đáy Hinh 3.17 Kích thuớc hinh học trục đây Hinh 3.18 Két câu sơ bộ trục Hình 3.19 Biểu đề lực cắt, mô men trên trục đỉnh.20 Kích thuớc hình học trục đình.1 Sơ đỗ hệ thông thủy lực máy udn lée 4 Ime Hình 4.2 Sơ đỗ bỏ Irí vị trí của bán (4) trục lốc TTình 4.3 Mô tả sản phẩm sau khi lốc Llinh 44.4 Số lần lắc để đảm bảo được biên đạng khép kín (theo lý thuyềU Linh 4.5 Tính toán góc đàn hải. Hình 5,1 Ký hiệu các trục và mô tả sơ bộ Hình 5.2 Chuyển động ăn phôi ban đầu cửa các trục lắc Hình 5.3 Chí số áp lực nô phỏng) hiển thị trên máy để tính áp lực kẹp phôi.4 Chuyển động trục lốc vả phôi.3 Bé mép (Pr-bending) Hình 5.6 Chuyển vị các trụ lốc bên.7 Uốn lóc kết hợp với đưỡng căn chỉnh đường kinh phủ hợp Hình 5.8 Khép kín đường ống.9 Hàn đường ống khi khép kín sau khi uến lốc Tình 5. 10 :Phương án đưa vôi ra khỏi máy sau khi khép hình Think 5.11 Mé tâ hai mép phẳng của tắm Linh 6.13 Linh khai trién vật liên tâm để lốc côn.14 Chuẩn lu đưỡng đo trong, đo ngoài theo tỷ lệ đồ cong 1:1 Hình 6.15 Diễu chỉnh độ nghiêng trục phủ hợp khi ến lắc Hình 6.16 Hưởng đặt của tắm khi lốc côn.16 Chuyển động tương đôi giữa trục lốc và vật liệu tắm.17 Quả trình chuyển động của lốc côn.

“Nghiên cửu, thiắt kế công nghé va may udn Ido CNC 4 trục đã chỗ tao dng tháp hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy CHUONG II.CO KHI MAY LOC4 TRUC VOI THONG 80 CHETIED soc? 3. Sơ đồ động của máy lốc 4 trục điều khiển thủy lực. Dẫn đông thủy lực 4 trục. Cum than may § 3.

Hệ thông điều khiển CNC của máy uốn lốc 4 trục. Tính toán các thông số kỹ thuật cúa máy tồn lốc 4 trục. Mô hình bài toán ban đầu 3. Tỉnh khoảng cách “b” theo kích thước cơ trên máy đã chọn.

Lập công thức tính lực cần dé uốn. Tinh lực cần để uốn tôn ở trạng thái những: —. Tinh lựe cẩn để nổn tôn ở trạng thái cong: 57 3. Tinh toán các thông số ứng suất biển dang.3, Tỉnh trục lốc: a 61 3.

Thông số hình học của trục công tác. Xác đình các thông số hình học ee 6 3. Tỉnh trục đưới. Nghiệm bền các trục.Tinh toán Pit tông~ xy lanh thủy lực vàdong cơ co 76 3.1, Piston- Xylanh day tue bên.

Piston- Xylanh day trục đưới = 3. Tính công suất động cơ trục lốc, chọn công suất động cơ chính.1 Công suất trục lốc trên 3. Công suât trục lốc dưới 3. Tỉnh chọn công suất động cơ chính 3.

Tỉnh tương đương khi lốc các loại vật liệu cỏ ignsuất cao hơn. CHƯƠNG IV. THIET KE HE DAN DONG THUY “LỰC.1 Sơ đồ hê thống dẫn động máy tên lốc 4 trục. Chế độ không tải:.

ác dụng của bơm P2 HY Ding Vin Phuong CH2009- DHBK HN 2 “Nghiên cửu, thiắt kế công nghé va may udn Ido CNC 4 trục đã chế tao dng thép hàn- Chuyên ngành Chế tạo máy LOI MG DAU Ngành cơ khi trong nước thời gian qua đã có những bước phát triển đáng quan tâm trong nhiều lĩnh vực chế tạo thiết bị cơ khi ngảnh sản xuất vật liệu xây dựng, năng lượng, hóa chất, cơ khí khai thác mỏ. là do có sự đầu tư đúng hướng. và sự quan tâm hơn của nhà nước đối với lĩnh vực phát triển ngành cơ khí. Một số văn bản quan trọng như: Kết luận số 25-KL/TW ngày 17/10/2003 của Bộ chính trị về chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt Nam.

Quyết định số 186/2002/QĐ-TTg ngày 26/12/2002 của Thủ tướng Chính phú Phê duyệt chiến lược phát triển ngảnh cơ khi Việt nam đến năm 2010 va tam nhin 2020. Có thể nói đây là những văn bản mang tính định hướng của nhả nước trong. việc xã hội hóa phát triển ngảnh công nghiệp cơ khí có trọng tâm vả được đầu tư chiều sâu Trong thực tiễn chung ấy, việc các sản phẩm nghiên cứu khoa học, các đẻ tải, luận văn, bảo cảo khoa học tại các Trường Đại học, Viên nghiên cứu các cân bam sát vào thực tế sản xuất vả nhụ cầu của xã hội để những sản phẩm trí tuệ đỏ được ứng dụng trong thực tiễn. Là một học viên cao học, đỏng thời công tác tại đơn vị thành viên thuộc Tong céng ty lap may Việt Nam (LILAMA69-3) đã có nhiều thời gian tiếp cận với nhiêu Công trình Nhóm A- cap nhả nước như Nhả máy Lọc dầu Dung Quất — Quảng Ngãi, Nhà máy xi măng Hoang Thach 1& 2& 3.

Nha may xi mang Chinfon 1 & 2, Nha may xi mang Thăng Long — Hoảnh Bổ, nha may xi mang Cam Phả, Nhiệt điện Uông Bí mở rộng, Tuyển Than Cửa Ong .tién téi con rat nhiéu du an phía trước Nhận thức được khả năng chế tạo trong nước đổi với nhiều mặt hảng lớn còn hạn chế trong việc chế tạo hàng siêu trường, siêu trọng, các mẻ đúc khôi lượng lớn trên 20 tấn, các may gia công độ đồng tâm trên không gian rộng, các máy áp lực cao, công nghiệp luyện kim cho ngảnh công nghiệp chế tạo máy, các máy lốc loại tôn đảy v. nếu chưa phát triển những sản phẩm trên, sẽ lảm cham tiển trình nội HV Ding Vin Phuong CH2009- DHBK HN 4 Danh mục các ITình vẽ, đồ thị TTình 1.1: Biên đạng một số sản phẩm của máy lốc tôn 4 truc Hình 2.1 Biểu đỗ thể năng giữa các nguyên từ 1iinh 2.