Luận văn: Thiết kế công nghệ dập lăn ép điều khiển số tạo hình vỏ tàu thủy

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu, thiết kế công nghệ và thiết bị dập lăn ép CNC tạo hình các profin phức tạp cho vỏ tàu thủy trên máy thủy lực.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Tú
• 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 Thiết Kế Công Nghệ Và Thiết Bị Dập Lăn Ép Điều Khiển Số Để Tạo Hình Profile Bậc 2 Và Bậc 3 Của Vỏ Tàu Thủy Sử Dụng Cho Các Máy Thủy Lực
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và ứng dụng thiết bị dập lăn ép CNC trong công nghiệp đóng tàu

Thiết bị dập lăn ép CNC là công nghệ tiên tiến được áp dụng rộng rãi trong ngành chế tạo tàu thủy hiện đại. Đây là một hệ thống tự động hóa cao, sử dụng các con lăn chính xác để tạo hình vỏ tàu thủy với độ chính xác tuyệt đối. Phương pháp này thay thế các kỹ thuật truyền thống, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Trong lĩnh vực đóng tàu, công nghệ dập lăn ép được sử dụng để tạo ra các biên dạng cong 2D và 3D phức tạp trên tấm thép. Điều này cho phép các nhà sản xuất tàu thủy tạo ra những cấu trúc vỏ tàu với độ cong chính xác cao, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt của ngành hàng hải quốc tế.

1.1. Định nghĩa thiết bị dập lăn ép CNC

Thiết bị dập lăn ép CNC là một hệ thống cơ điện tử kết hợp công nghệ điều khiển số để tạo hình các tấm kim loại. Nó sử dụng các con lăn được điều khiển bởi chương trình CNC, cho phép điều chỉnh chính xác độ sâu dập và tốc độ ép. Thiết bị này có khả năng xử lý các biên dạng profile bậc 2 và bậc 3, đáp ứng nhu cầu tạo hình đa chiều trong công nghiệp đóng tàu.

1.2. Ứng dụng trong chế tạo vỏ tàu thủy

Trong ngành chế tạo tàu thủy, thiết bị dập lăn ép CNC được sử dụng để tạo hình các tấm vỏ tàu với biên dạng cong phức tạp. Phương pháp này cho phép tạo ra những cấu trúc vỏ tàu có độ chính xác cao, giảm thiểu lãng phí vật liệu và tăng hiệu suất sản xuất so với các phương pháp truyền thống như gia nhiệt hoặc uốn bằng máy hydraulic.

II. Công nghệ điều khiển và nguyên lý hoạt động của thiết bị

Nguyên lý hoạt động của thiết bị dập lăn ép CNC dựa trên tương tác giữa các con lăn trên và dưới, chịu tác động của lực thủy lực hoặc động cơ điện. Hệ thống điều khiển số CNC cho phép chương trình điều khiển sô để điều chỉnh chính xác vị trí, độ sâu dập và tốc độ ép từng bước.

Quá trình lăn ép diễn ra khi tấm kim loại đi qua giữa hai con lăn, chịu lực nén từ trên xuống. Phương pháp này tạo ra các biến dạng đàn hồi và dẻo trên tấm vỏ tàu, giúp hình thành các đường cong mong muốn. Công nghệ CNC cho phép điều chỉnh tự động các thông số, giảm sai số và tăng độ chính xác cao.

2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động gồm ba thành phần chính: động cơ (điện hoặc thủy lực), hộp giảm tốc, và bộ cơ cấu con lăn. Động cơ điện hoặc động cơ thủy lực cung cấp năng lượng quay cho các con lăn. Hộp giảm tốc giảm tốc độ quay và tăng mô-men xoắn. Bộ điều khiển CNC điều khiển quá trình lăn ép, đảm bảo tạo hình vỏ tàu thủy với độ chính xác và nhất quán cao.

2.2. Hệ thống điều khiển số CNC

Chương trình điều khiển sô CNC cho phép tự động hóa toàn bộ quá trình dập lăn ép. Hệ thống này có khả năng lưu trữ các thông số tạo hình profile bậc 2 và bậc 3 khác nhau, điều chỉnh độ sâu dập tự động theo từng vòng lặp. Công nghệ này giảm thiểu can thiệp thủ công, nâng cao độ chính xác và tái lập tính (reproducibility) trong chế tạo vỏ tàu thủy.

III. Thiết kế các thành phần chính của thiết bị

Thiết bị dập lăn ép CNC bao gồm nhiều thành phần cơ học phức tạp, mỗi thành phần đều được thiết kế để chịu tải trọng lớn và hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt. Các con lăn là những bộ phận quan trọng nhất, chịu áp lực lớn từ quá trình tạo hình vỏ tàu thủy.

Các thành phần chính bao gồm: con lăn trên và dưới, khung thân thiết bị, hộp giảm tốc, ổ bi, bánh ring, và bộ động cơ. Mỗi bộ phận được thiết kế và tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo độ bền cao, giảm thiểu khả năng hư hỏng và kéo dài tuổi thọ của thiết bị dập lăn ép CNC.

3.1. Thiết kế con lăn trên và dưới

Con lăn trên và dưới là những bộ phận tiếp xúc trực tiếp với tấm vỏ tàu thủy trong quá trình lăn ép. Chúng được thiết kế với bề mặt công việc đặc biệt để tạo ra các biên dạng chính xác. Lực phân bố trên đường sinh của con lăn phải được tính toán cẩn thận để đảm bảo biến dạng đều, tránh tập trung ứng suất. Vật liệu được chọn lựa có độ bền cao, khả năng chịu lực lớn và độ bền mặt tốt.

3.2. Khung thân và các bộ phận hỗ trợ

Khung thân thiết bị được thiết kế để chịu các lực lớn từ quá trình tạo hình. Nó bao gồm các cấu trúc thép hàn đặc biệt, được tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) để đảm bảo độ cứng và bền vững. Các ổ bi và bánh ring được lựa chọn từ các nhà sản xuất hàng đầu để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình lăn ép vỏ tàu thủy.

IV. Phân tích ứng suất và tối ưu hóa thiết kế

Phân tích ứng suất von Mises là phương pháp quan trọng để đánh giá an toàn của thiết bị dập lăn ép CNC. Thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA), các kỹ sư có thể xác định các vùng có ứng suất cao nhất trên con lăn và khung thân. Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế, tăng độ bền và giảm khả năng hư hỏng.

Biểu đồ biến dạng cho thấy độ mềm dẻo của thiết bị khi chịu tải. Những phân tích này giúp các nhà thiết kế điều chỉnh kích thước, vật liệu và cấu trúc để đạt được hiệu suất tối ưu. Kết quả phân tích được sử dụng để tạo hình vỏ tàu thủy với độ chính xác cao nhất, đồng thời đảm bảo an toàn trong vận hành dài hạn.

4.1. Phân tích ứng suất con lăn

Biểu đồ ứng suất von Mises cho con lăn cho thấy sự phân bố ứng suất trên toàn bộ bề mặt. Các vùng ứng suất cao nhất thường nằm ở vùng tiếp xúc với tấm vỏ tàu. Bằng cách tối ưu hóa thiết kế, có thể giảm giá trị ứng suất tối đa và nâng cao tuổi thọ của con lăn dập lăn ép. Phân tích này cũng giúp xác định vật liệu phù hợp nhất cho từng bộ phận.

4.2. Tối ưu hóa cấu trúc khung thân

Khung thân thiết bị phải được tối ưu hóa để giảm biến dạng đàn hồi và tăng độ cứng. Phân tích FEA cho thấy biểu đồ biến dạng của khung, giúp xác định những điểm yếu cần được gia cố. Bằng cách thêm những sườn chặn (gusset) và điều chỉnh kích thước, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của thiết bị tạo hình vỏ tàu thủy, giảm lỗi hình dáng và tăng độ chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI NGUYEN NGOC TU NGHIEN CUU THIBT KE CONG NGHE VA THIET BI DAP LAN EP DIBU KHIEN SO DE TAO HINH PROFIN BAC 2 VA BAC 3 CUA VO TAU THUY SỬ DỤNG CHO CÁC MÁY THỦY LỰC Chuyên ngành: Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHE TAO MAY NGUOI HUGNG DAN KHOA HOC PGS.TS NGUYEN DAC TRUNG HA NOI - 2013 LOL CAM DOAN Tôi là kguyển Ngọc Tú, học viên lớp Cao học Công nghệ chế tạo máy Viện Đào lạo sau dại học — khỏa 2010 — Trường Đại học Bách Khóa Hà Nội. Sau hai năm học tập vả nghiên cứu, dược sự giúp đỡ của các thấy cô giáo vả dặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, đến nay tôi đã hoàn thiện luận văn tốt nghiệp với dễ tài “nghiền cứu thiết kế công nghệ và thiết bị dập lăn ép diều khiển sô để tạo hình profi bậc 2 và bậc 3 của vé tau thity sử dụng cho các máy thấp lực”. 'Tôi xi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.T8 Nguyễn Đắc Trung và chỉ tham khảo các lài liệu đã liệt kê. Các số liệu trong bản luận văn này là số liệu thực tế, không bịa đặt Nếu có bất cử sai phạm nảo tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đẳng tốt nghiệp vả nhà trường Ngày.

tháng 03 năm 2013 Học viên Nguyễn kgoc Tủ LOI CAM ON Sau thời gian nghiên cứu, hoc tap tai Vién Dao tao sau daihoe Trường Dại học Bach Khoa Hà Nội, Lác giả luân văn xin bảy lỏ lòng cảm ơns sắc tới PGS.TS Nguyễn Đắc 'Irung — người dưa ra ý tưởng, dịnh hướng các phương pháp nghiên cứu của đề tài cũng như sự chỉ bảo tận tình và trực tiếp hưởng dẫn tôi thực hiện luận văn. Tôi xm chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Dại học Bách Khoa Hà Nội cùng Quý thấy cô Viện Đảo tạo sau đại học đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi hoàn thành tốt khóa học. tháng 03 năm 2013 Tọc viên Nguyễn Ngọc Tú Hình 4.5 |Máy ép thủy lực Dài Loan 5S001,10001 69 Tlinh 4.6 |May ép thuỷ lực 200 tấn 70 Hình4.7 |Sơ đỗ nguyên lý hoạt động của thiết bị 72 Tĩnh 48 |Sơ đỗ động của thiết bị dùng động cơ điện 73 Hình 49 [Sơ đỗ động của thiết bị đùng đông thủy lực 74 Hình 4.10 |Con lăn trên 76 Hình 4.11 |T;ưc phần bỗ trên dường, sinh của con lăn 77 Hình 4.12 | Bảng thông số của vật liệu.13 | Biểu đồ ứng suất von Mises 81 Hình 4.14 | Biểu đề biển dạng 81 Tĩnh 4.15 |Con lăn dưới 82 Tlinh 4.16 | Lực phân bố trên đường sinh của con lăn 83 Hình 4.17 | Bãng thông số vật liệu 85 Hình 4.18 |Biểu đồ ứng suất von Miscs 86 Hình 4.19 | Biểu dỗ biên dạng §6 Hình 4.20 | Hình ảnh một sô laai động cơ điện 88 Hình 4.21 |Hinh ánh loại động cơ gắn liên với hộp giảm tốc 89 Hinh 4.22 | Hinh anh 3D cua banh ring 94 IIình 4.23 |TIinh ảnh một số loại ổ bị đũa côn.24 |Kết cấu khung thân con lăn bị động S6 TIình 4.25 |Mô hình 3D phần con lăn bị động 97 Hình 426 | Mô hình 3D phần khung thần con lần bị động, 97 Hình 4.27 |Biểu để ứng suất von Miscs 98 Hinh 4.28 | Biểu dỗ biển dạng. 99 DANII MUC INII ANI, BO TIL Hinh Ý nghĩa ‘Trang, Hình 11 |Hinh ảnh tại mệt xưởng đóng tâu $ Hình 1.2 | Hinh ảnh trong nhà máy đóng tâu vimashin tại Hải Phỏng 6 Hinh 1.3 |Hinh ảnh các biên dạng cong 3D trong cầu tạo về tâu thủy 7 Tlinh 1.4 |Sơ đỗ uỗn phôi 8 Tlinh 1.5 | Một số hình ảnh uốn phôi tắm trên máy ép thủy lực 9 Hinh 1.6 |Kết cấu hản trong cấu tạo thân võ tầu 10 Hình 1.

| Một số hình ảnh chế tạo tâm cong bing phương pháp gia nhiệ| 11 Hình 1.8 [Một số hình ảnh uỗn phỗi thép tâm trên máy uốn lỗc 3 trục 12 Hình 1.9 | Một số hình ảnh về máy miết & sản phẩm được tao hình.10 |Sơ đỗ nguyên lý lần ép bằng con lăn 14 Hình 111 Một số hình ảnh về thiết bị lăn. ép & sin phẩm được tạo hình| bằng phương pháp lăn ép 15 Ilinh 2.1 |Một số chỉ tiết của vỏ tâu thủy có biên đạng cong 2D &3D 19 Hình 2.2 |Sơ đỗ quá trình lăn ép 20 Tĩnh 2.3 |Mồ tả một trường hợp uến 23 Hinh 24 |Mô tá ví dụ về độ giám mỏng dỗi với vật liệu chịu uốn 24 Hinh 25 |Một số dạng uốn chữ V 25 Hình 26 [Bán kinh cong cúa lớp trung hỏa biến dạng 26 Hình 2.7 | Liết điện ngang của phôi bị thay đôi khi uốn phôi tròn 28 Hình 2.8 |Sø đồ cán kim loại 35 Hinh 2.9 | §iOu kiOn nvụo trộc cn 38 DANIIMỤC BẢNG BIẾU Bảng Ý nghĩa ‘Trang, Đăng 2.1 | Độ giảm mỗng một số vật liệu theo bán kính cong 24 Bang 2.2 | Bang hé sé gidm méng theo ty 1é gitta ban kinh va dé day tim | 28 Bang 2.3 | Bang ban kinh uén phu thudc vao w 30 Đáng 2.4 | Bảng hệ số kinh nghiệm (K) 30 Bang 2.5 | Bang công thúc tính lực uốn 33 Bang 2.6 | Bảng hệ số Ky sé tay cán, kéo 34 Bang 2.7 | Bằng áp lực đơn vị q Kg/ mmẺ 34 Bang 2.8 | Bang tính ton bán kính cong của phôi 43 vi Hình 4.5 |Máy ép thủy lực Dài Loan 5S001,10001 69 Tlinh 4.6 |May ép thuỷ lực 200 tấn 70 Hình4.7 |Sơ đỗ nguyên lý hoạt động của thiết bị 72 Tĩnh 48 |Sơ đỗ động của thiết bị dùng động cơ điện 73 Hình 49 [Sơ đỗ động của thiết bị đùng đông thủy lực 74 Hình 4.10 |Con lăn trên 76 Hình 4.11 |T;ưc phần bỗ trên dường, sinh của con lăn 77 Hình 4.12 | Bảng thông số của vật liệu.13 | Biểu đồ ứng suất von Mises 81 Hình 4.14 | Biểu đề biển dạng 81 Tĩnh 4.15 |Con lăn dưới 82 Tlinh 4.16 | Lực phân bố trên đường sinh của con lăn 83 Hình 4.17 | Bãng thông số vật liệu 85 Hình 4.18 |Biểu đồ ứng suất von Miscs 86 Hình 4.19 | Biểu dỗ biên dạng §6 Hình 4.20 | Hình ảnh một sô laai động cơ điện 88 Hình 4.21 |Hinh ánh loại động cơ gắn liên với hộp giảm tốc 89 Hinh 4.22 | Hinh anh 3D cua banh ring 94 IIình 4.23 |TIinh ảnh một số loại ổ bị đũa côn.24 |Kết cấu khung thân con lăn bị động S6 TIình 4.25 |Mô hình 3D phần con lăn bị động 97 Hình 426 | Mô hình 3D phần khung thần con lần bị động, 97 Hình 4.27 |Biểu để ứng suất von Miscs 98 Hinh 4.28 | Biểu dỗ biển dạng.5 |Máy ép thủy lực Dài Loan 5S001,10001 69 Tlinh 4.6 |May ép thuỷ lực 200 tấn 70 Hình4.7 |Sơ đỗ nguyên lý hoạt động của thiết bị 72 Tĩnh 48 |Sơ đỗ động của thiết bị dùng động cơ điện 73 Hình 49 [Sơ đỗ động của thiết bị đùng đông thủy lực 74 Hình 4.10 |Con lăn trên 76 Hình 4.11 |T;ưc phần bỗ trên dường, sinh của con lăn 77 Hình 4.12 | Bảng thông số của vật liệu.13 | Biểu đồ ứng suất von Mises 81 Hình 4.14 | Biểu đề biển dạng 81 Tĩnh 4.15 |Con lăn dưới 82 Tlinh 4.16 | Lực phân bố trên đường sinh của con lăn 83 Hình 4.17 | Bãng thông số vật liệu 85 Hình 4.18 |Biểu đồ ứng suất von Miscs 86 Hình 4.19 | Biểu dỗ biên dạng §6 Hình 4.20 | Hình ảnh một sô laai động cơ điện 88 Hình 4.21 |Hinh ánh loại động cơ gắn liên với hộp giảm tốc 89 Hinh 4.22 | Hinh anh 3D cua banh ring 94 IIình 4.23 |TIinh ảnh một số loại ổ bị đũa côn.24 |Kết cấu khung thân con lăn bị động S6 TIình 4.25 |Mô hình 3D phần con lăn bị động 97 Hình 426 | Mô hình 3D phần khung thần con lần bị động, 97 Hình 4.27 |Biểu để ứng suất von Miscs 98 Hinh 4.28 | Biểu dỗ biển dạng. 99 MỤC LỤC LOICAMBDOAN. LOI CAM ON.

Hi DANH MỤC DÁNG BIB17 Vii DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐÔ THỊ Vili LOI NOI DAU. CHUONG I: TONG QUAN VE CONG NGHE SAN PHAM THIET BI Ow 1.1 Giới thiệu về một số ngành công nghiệp nặng vả công nghiệp phụ trợ Nw 1.2 Vai trò các chỉ tiết đạng tắm cong 3D cỡ lớn trong công nghiệp đóng tầu.3 Các phương pháp tạo hình tắm cong 312 có kích thước lớn.1 Uốn bằng khuôn.2 Tạo hình dựa trên biến dạng nhiệt.3 Uến lốc trên máy 3 trục,4 trục.4 Lăn miết trên máy chuyên dụng 1. CHUONG IL TINH TOAN CÔNG NGHỆ LĂN ÉP 2.1 Công nghệ lăn ép 2.2 Các thông số công nghệ trong quả trình uốn kim loại 2.1 Khái nệm nến, đặc điểm. công nghệ và lý luận về uốn.2 Lớp trung hòa biến dạng và cách xác dinh.

Bản kính uốn cho phép.4 Xác định lực uốn 2.3 Các thông số công nghệ trong quá trình cán kim loại.4 Nguyễn lý hoạt động của máy ép thủy lực 4.5 Máy ép thủy lực 2001 kiểu 4 trụ.2 Tỉnh toán thiết kế thiết bị lăn ép thủy lực.1 Thiết kế sơ đồ động của thiết bị 4.2 Cae cụm chỉ tiết chính của thiết bị 4. Cụm con lăn chủ động vả con lãn bị động.1 Con lăn bị động( con lần trên) 4.2 Con lăn chủ động( con lăn dưới). Tinh chọn động cơ điện và hộp giảm tố. Tỉnh toán thiết kế bộ truyền bánh răng, 4.4, Tính toán lựa chon 6 bi đỡ chặn.

Tính toán thiết kế phần khung thân.1 Kết cầu khung thân phần con lăn bị động 4.2 Kết cầu khung thân phần con lăn chủ động. Diéu khiển số thiết bị lần ép. Một số hình ảnh về thiết bị lănéép đã được chế tạo. CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ T.ĂN ÉP TẠO HÌNH PROFTN 2D & 3D 5.

Lan ép tao hinh profin 2D. Lần ép tạo hình profin 3D KẾ LUẬN. TẢI LIÿU THAM KHẢO. PHU LUC CAC BAN VẼ THIẾT KẾ 2.1 Ving biÕn dìng.2 Ö,c th«ng sẻ ®/šc trưng cho ving biÖn dìng 36 2.

Quan hệ giữa các thông sé trong ving biển dang 37 2.4 Diêu kiện vật cán ăn vảo trục cán.4 Nghiên cứu phương pháp xác định thông số công nghệ quá trình lãn ép dựa trên tính toán giải tích. CHUONG IL M6 PHONG sé PE XAC BINH CAC THONG 86 CONG NGHẸ.1 Giới thiệu về phương pháp mô phỏng số 3.1 Mô phống vật lý 3.2 Mô phỏng số và “công nghệ äo”.2 Vai trỏ và ưu diểm của mô phỏng số trong thiế à tối ưu công nghệ 3. Ứng dụng mô phỏng số vào các bài toán phi tuyến.1 Quá trình mô phỏng.2 Hiện trạng của việc áp dụng mô phỏng số trong thiết kế tổi ưu công nghệ 49 3.4 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng số DEFORME 3.