Tài liệu Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY C C R L T. DU ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY UỐN, CẮT THÉP XÂY DỰNG Ngƣời hƣớng dẫn: TS. TÀO QUANG BẢNG Sinh viên thực hiện: TRẦN XUÂN TÂM Số thẻ sinh viên: 101130127 Lớp: 13C1B Đà Nẵng, …./05/2018 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN 1. Chuyên cần: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 2. Nội dung: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. C C R L T. 3. Hình thức: .................................................................................................................................. DU .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4. Tính khả thi của đề tài: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 5. Nhận xét: Ƣu điểm: ................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Khuyết điểm: ......................................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN DUYỆT 1. Nội dung: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 2. Hình thức: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. C C 3. Tính khả thi của đề tài: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. R L T. DU .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 4. Khả năng xử lý vấn đề: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 5. Nhận xét: Ƣu điểm: ................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Khuyết điểm: ......................................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng Sinh viên thực hiện: Trần Xuân Tâm Số thẻ sinh viên: 101130127 Lớp: 13C1B Nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển các máy móc liên tục đƣợc phát minh giúp cho con ngƣời làm việc hiêu quả hơn, đáp ứng đƣợc nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Trong ngành xây dựng, máy cắt, uốn sắt là một thiết bị đƣợc tạo ra nhằm phục vụ đƣợc cho nhiều ngành nghề lĩnh vực khác nhau, sự có mặt của máy cắt  ,   uốn sắt đã giúp cho con ngƣời thực hiện công việc dễ dàng, mang lại hiệu quả cao trong công việc. Chính vì nhu cầu sử dụng của con ngƣời ngày càng nhiều nên trên thị trƣờng cũng xuất hiện nhiều loại máy cắt uốn sắt giá rẻ với nhiều chủng loại với mẫu mã khác nhau, ngày càng có nhiều những đơn vị, công ty, đại lý cung cấp sản phẩm này ra thị trƣờng nhằm đáp ứng đủ nhu cầu của ngƣời tiêu dùng Máy uốn, cắt thép xây dựng là sản phẩm có nhiều tính năng đƣợc tích C C R L T. hợp, máy có thể cắt và uốn các loại sắt thép có đƣờng kính tối đa lên tới 40mm, phù hợp DU hầu hết các loại sắt thép phổ biến trên thị trƣờng hiện có, với công suất động cơ 4 kW sử dụng dòng điện 380V mạnh mẽ mang lại cho máy cắt uốn sắt khả năng hoạt động cao và ổn định. Đƣợc thiết kế cho độ cứng vững cao nên cho phép máy làm việc chắc chắn, đáng tin cậy. Kích thƣớc máy nhỏ gọn, đƣợc lắp với bằng 4 bánh xe nên cho phép di chuyển máy dễ dàng tại các khu vực làm việc. Nhờ sử dụng các thiết bị máy móc và công việc, nên máy cắt uốn liên hợp có thể rút ngắn đáng kể thời gian thi công của tổng dự án, cũng nhƣ tăng năng suất làm việc đối với doanh nghiệp sản xuất. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Xuân Tâm Lớp: 13C1B Khoa: Cơ Khí Số thẻ sinh viên: 101130127 Ngành: Công nghệ chế tạo máy 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế máy uốn, cắt thép xây dựng. 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Khả năng uốn cắt sắt thép có đƣờng kính Φ ≤ 40 mm Công suất động cơ: 4 KW Tốc độ cắt liên tục: 25 lần/phút Tốc độ uốn: 10r/phút 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chƣơng 1: Lý thuyết công nghệ gia công biến dạng và công nghệ uốn cắt thép. Chƣơng 2: Giới thiệu về thép và máy cán uốn thép. Chƣơng 3: Phân tích yêu cầu động học và lựa chọn phƣơng án thiết kế máy. Chƣơng 4: Thiết kế các bộ phận chính của máy. Chƣơng 5: Lắp đặt, vận hành và bảo dƣỡng máy. 5. Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): C C R L T. DU Tên bản vẽ 1. Phương án thiết kế máy 2. Bản vẽ lắp toàn máy 3. Bản vẽ khung máy 4. Bản vẽ hộp giảm tốc Kích thước A0 A0 A0 A0 6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Tào Quang Bảng TS. Tào Quang Bảng TS. Tào Quang Bảng Tên bản vẽ Kích thước 5. Bản vẽ chi tiết của máy A1 6. Bản vẽ chế tạo trục A0 7. Bản vẽ nguyên công 8. Mô phỏng ứng suất trục Phần/ Nội dung: Tính toán, thiết kế Hoàn thành thuyết minh Hoàn thành bản vẽ 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ……../……./201….. 8. Ngày hoàn thành đồ án: ……../……./201….. Đà Nẵng, ngày Trƣởng Bộ môn………………………. A0 A1 tháng Ngƣời hƣớng dẫn năm 201 LỜI NÓI ĐẦU Nền công nghiệp trên thế giới hiện nay đang trên đà phát triển không ngừng. Trong khi đó, nƣớc ta mới chỉ ở trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Để tồn tại và theo kịp sự phát triển của thế giới, chúng ta cần phải đổi mới và tạo ra những bƣớc tiến cho nền công nghiệp trong nƣớc. Trong đó, ngành Chế tạo máy là một ngành then chốt đi đầu trong công cuộc cơ khí hóa hiện đại hóa của đất nƣớc. Qua thời gian dài học tập, nghiên cứu lý thuyết và thực tế cùng với sự hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Tào Quang Bảng cũng nhƣ các thầy cô giáo trong ngành chế tạo máy thuộc khoa cơ khí, em đã đƣợc nhận và thực hiện thiết kế “ Máy uốn, cắt thép xây dựng” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Sau 14 tuần thực hiện đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy Tào Quang Bảng đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế và chế tạo máy không thể tránh đƣợc nhiều mặt thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận đƣợc sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến từ quý thầy để chúng em có thể thực hiện tốt hơn ý tƣởng của C C R L . T DU mình. Cuối cùng nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Tào Quang Bảng cùng các thầy trong khoa cơ khí đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian hoàn thành đồ án. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 17 tháng 12 năm 2017 Sinh viên Trần Xuân Tâm i LỜI CAM ĐOAN Sau qua trình nghiêng cứu thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng”. Em xin cam đoan đây là thành quả của quá trình tự nghiêng cứu, tham khảo tài liệu, đƣợc tính toán thực hiện bởi chính cá nhân em. Các số liệu và kết quả tính toán đƣợc vận dụng, và tính toán dựa vào các công thức thực nghiệm, kinh nghiệm đƣợc tổng hợp từ các tài liệu tham khảo. Nếu có vấn đề gì không hợp lý hoặc không đúng nhƣ trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện (Chữ ký và ghi rõ họ tên) C C R L . T DU ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................... iii DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ .......................................................... vi CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ CÔNG NGHỆ UỐN CẮT THÉP .............................................................................................. 2 C C 1.1. Lý thuyết quá trình gia công biến dạng................................................................ 2 1.1.1. Phân loại biến dạng .......................................................................................2 1.1.2. Biến dạng dẻo ............................................................................................... 2 R L . T DU 1.1.3. Trạng thái ứng suất và phƣơng trình dẻo ......................................................5 1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực .......................... 5 1.2. Công nghệ uốn cắt kim loại .................................................................................6 1.2.1. Công nghệ uốn kim loại ................................................................................6 1.2.2. Công nghệ cắt kim loại ...............................................................................11 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ THÉP VÀ MÁY UỐN CẮT THÉP .....................15 2.1. Giới thiệu về thép xây dựng ...............................................................................15 2.1.1. Thép cacbon ................................................................................................ 15 2.1.2. Các loại cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép ...........................................17 2.2. Giới thiệu về máy uốn cắt thép trên thị trƣờng ..................................................19 2.2.1. Phạm vi và mục đích sử dụng .....................................................................19 2.2.2. Thực trạng về máy cắt uốn thép..................................................................20 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH YÊU CẦU ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY ..................................................................................................22 3.1. Phân tích yêu cầu động học của máy .................................................................22 3.2. Tính toán lực cắt, lực uốn...................................................................................22 3.2.1. Tính toán lực cắt và công suất cắt............................................................... 22 3.3. Tính chọn động cơ và lựa chọn phƣơng án truyền động ...................................29 iii 3.3.1. Tính chọn động cơ ......................................................................................29 3.3.2. Lựa chọn phƣơng án thiết kế ......................................................................32 3.3.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy ........................................................... 35 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY ............................ 37 4.1. Sơ đồ động học toàn máy ...................................................................................37 4.2. Thiết kế bộ phận uốn cắt ....................................................................................37 4.2.1. Thiết kế bộ phận cắt ....................................................................................37 4.2.2. Thiết kế bộ phận uốn ..................................................................................40 4.3. Tính toán phân phối tỉ số truyền ........................................................................41 4.3.1. Tỉ số truyền động chung của hệ thống ........................................................ 41 4.3.2. Nguyên tắc phân phối tỉ số truyền .............................................................. 41 4.3.3. Phân phối tỉ số truyền chung cho toàn hệ ...................................................41 C C 4.3.4. Phân phối tỉ số truyền các hộp giảm tốc .....................................................42 4.3.5. Tính số vòng quay cho các trục ..................................................................43 4.3.6. Tính công suất cho các trục ........................................................................43 R L . T DU 4.3.7. Tính momen xoắn từng trục........................................................................44 4.3.8. Bảng thông số kỹ thuật toàn máy ............................................................... 44 4.4. Thiết kế bộ truyền đai ........................................................................................ 43 4.4.1. Chọn loại đai ............................................................................................... 44 4.4.2. Định đƣờng kính bánh đai ..........................................................................45 4.4.3. Sơ bộ chọn khoảng cách trục A và chiều dài đai L ....................................46 4.4.4. Định chính xác chiều dài đai L và khoảng cách trục A .............................. 46 4.4.5. Kiểm nghiệm góc ôm..................................................................................47 4.4.6. Xác định số đai cần thiết .............................................................................47 4.4.7. Định các kích thƣớc chủ yếu của bánh đai .................................................48 4.5. Thiết kế hộp giảm tốc 2 cấp có cấp nhanh phân đôi ..........................................48 4.5.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh .....................................................49 4.5.3. Tính toán thiết kế trục và then ....................................................................68 4.5.4. Thiết kế gối đỡ trục .....................................................................................91 4.5.5. Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết máy khác ....................................................95 4.5.6. Bôi trơn hộp giảm tốc .................................................................................96 4.6. Thiết kế bộ truyền ngoài hộp giảm tốc .............................................................. 96 4.6.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng nón răng thẳng .............................................97 4.6.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng.............................................106 4.6.3. Tính toán thiết kế trục và then ..................................................................113 iv 4.6.4. Thiết kế gối đỡ trục ...................................................................................136 4.6.5. Thiết kế hộp bộ truyền ngoài ....................................................................140 4.7. Tính toán một số cơ cấu khác...........................................................................142 4.7.1. Tính toán nối trục vòng đàn hồi ................................................................142 CHƢƠNG 5: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ BẢO DƢỠNG MÁY .........................143 5.1. Lắp đặt và điều chỉnh máy ...............................................................................143 5.1.1. Lắp ráp máy ..............................................................................................144 5.1.2. Chạy thử máy ............................................................................................144 5.1.3. Hƣớng dẫn sử dụng máy ...........................................................................144 5.2. Bảo dƣỡng máy trong quá trình sử dụng..........................................................145 5.2.1. Bão dƣỡng và sữa chữa hằng ngày ...........................................................145 5.2.2. Kiểm tra định kỳ .......................................................................................145 5.2.3. Sữa chữa định kỳ theo kế hoạch ...............................................................145 5.3. An toàn lao động ..............................................................................................146 C C R L . T DU KẾT LUẬN ................................................................................................................147 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 147 v DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng. ........................................................... 2 Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trƣợt và song tinh. ....................................................3 Hình 1.3 Các trạng thái ứng suất. ....................................................................................5 Hình 1.4 Biến dạng của phôi thép sau khi uốn. ............................................................... 7 Hình 1.5 Lớp trung hòa và sơ đồ phân bố lực tại tiết diện bị uốn. ..................................7 Hình 1.6 Quá trình biến dạng khi uốn. ............................................................................8 Hình 1.7 Sơ đồ uốn thép theo phƣơng pháp cối chày. ....................................................9 Hình 1.8 Cơ cấu uốn bằng cối chày trong máy. .............................................................. 9 Hình 1.9 Sơ đồ uốn thép bằng phƣơng pháp mâm xoay. ..............................................10 Hình 1.10 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay. ......................................................... 10 Hình 1.11 Máy uốn thép bằng cơ cấu mâm xoay. ......................................................... 10 Hình 1.12 Cắt bằng lƣỡi dao đĩa. ...................................................................................12 Hình 1.13 Cắt bằng 2 dao thẳng song song. ..................................................................13 C C Hình 1.14 Cắt bằng oxi – thuốc. ....................................................................................13 Hình 1.15 Cắt bằng hồ quang. ....................................................................................... 14 R L . T DU Hình 1.16 Cắt bằng hồ quang Plasma. ..........................................................................14 Hình 2.1 Máy uốn cắt thép liên hợp. .............................................................................20 Hình 2.2 Máy uốn và cắt thép độc lập. ..........................................................................21 Hình 3.1 Sơ đồ quá trình cắt giai đoạn cắt phá. ............................................................ 22 Hình 3.2 Sơ đồ quá trình cắt – Thời kỳ cắt. ..................................................................23 Hình 3.3 Sơ đồ tính lực khi bắt đầu chạm uốn. ............................................................. 28 Hình 3.4 Hình vẽ qui đổi tiết diện thanh thép. .............................................................. 28 Hình 3.5 Động cơ điện không đồng bộ ba pha kiểu lồng sóc. ......................................30 Hình 3.6 Mạch đảo chiều động cơ KĐB 3 pha. ............................................................ 32 Hình 3.7 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển. ........................................................... 33 Hình 3.8 Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp phân đôi cấp nhanh. ...........................................33 Hình 3.9. Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp đồng trục. .......................................................... 34 Hình 3.10 Sơ đồ truyền động cắt bằng bánh lệch tâm...................................................35 Hình 3.11 Sơ đồ truyền động cắt bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. ......................35 Hình 3.12 Sơ đồ truyền động uốn bằng cơ cấu mâm uốn. ............................................35 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy. ....................................................36 Hình 4.1. Sơ đồ động toàn máy. ....................................................................................37 Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu cắt. ...........................................................................38 Hình 4.3 Kết cấu bánh lệch tâm. ...................................................................................39 Hình 4.4 Kết cấu bánh lệch tâm. ...................................................................................40 vi Hình 4.5 Kết cấu mâm uốn. ........................................................................................... 40 Hình 4.6 Kết cấu chốt uốn và bạc lắp chốt uốn. ............................................................ 41 Hình 4.7 Sơ đồ chung toàn máy. ...................................................................................42 Hình 4.8 Sơ đồ tiết diện đai thang. ................................................................................45 Hình 4.9 Hình vẽ phát thảo sơ đồ hộp giảm tốc. ........................................................... 69 Hình 4.10 Biểu diễn các kích thƣớc trục lên sơ đồ hộp giảm tốc. ................................ 70 Hình 4.11 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bánh răng. ................................................71 Hình 4.12 Sơ đồ lực tác dụng lên trục và biểu đồ momen trục I...................................71 Hình 4.13 Cấu tạo sơ bộ trục I.......................................................................................73 Hình 4.14 Sơ đồ lực tác dụng lên trục và biểu đồ momen trục II. ................................ 74 Hình 4.15 Sơ bộ cấu tạo trục II. ....................................................................................76 Hình 4.16 Sơ đồ lực tác dụng và biểu đồ momen trục III. ............................................76 Hình 4.16 Sơ bộ cấu tạo trục III. ...................................................................................78 Hình 4.17. Biểu diễn kích thƣớc mối ghép then trên trục. ............................................87 Hình 4.18 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trên trục I. .....................................................92 Hình 4.19 Hình vẽ biểu diễn các thông số hình học của ổ bi đỡ một dãy. ....................93 C C R L . T DU Hình 4.20 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trên trục III. ..................................................94 Hình 4.21 Phát thảo sơ bộ bộ truyền ngoài hộp. .........................................................115 Hình 4.22 Phát thảo sơ bộ bộ truyền ngoài hộp. .........................................................115 Hình 4.23 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục IV. .....................................116 Hình 4.24 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục V. .......................................118 Hình 4.25 Sơ đồ đặt lực lên trục và biểu đồ momen trục VI. .....................................121 Hình 4.26 Biểu diễn kích thƣớc mối ghép then trên trục. ...........................................132 Hình 4.27 Biểu diễn kích thƣớc ổ đũa nón đỡ chặn. ...................................................137 Hình 4.27 Sơ đồ tác dụng lực lên gối đỡ trục IV. .......................................................137 Hình 4.28 Sơ đồ tác dụng lực lên gối đỡ trục V. .........................................................138 Hình 4.29 Sơ đồ lực tác dụng lên gối đỡ trục VI. .......................................................139 Hình 4.30 Sơ bộ kết cấu gối đỡ. ..................................................................................142 Hình 4.31 Biểu diễn kích thƣớc nối trục đàn hồi. .......................................................143 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam. ...................................15 Bảng 1.2 Hàm lƣợng các nguyên tố của một số mác thép trên thị trƣờng. ...................16 Bảng 1.3 Các thông số của thép cacbon thấp kéo nguội. ..............................................18 Bảng 1.4 Cơ tính của thép cacbon thấp kéo nguội. ....................................................... 18 Bảng 1.5. Các đại lƣợng tra cứu của thép cốt................................................................ 18 Bảng 1.6 Tính chất cơ học của thép cốt. .......................................................................19 vii Bảng 4.1 Bảng thông số kỹ thuật toàn máy. ..................................................................44 Bảng 4.2 Kích thƣớc tiết diện đai thang loại A. ............................................................ 45 Bảng 4.3 Bảng thông số kỹ thuật hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh. ..................49 Bảng 4.4 Thông số then trên các trục trong hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh. ..91 Bảng 4.5 Bảng thông số kỹ thuật của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc. ....................97 Bảng 4.6 Bảng kích thƣớc của nối trục đàn hồi. .........................................................142 C C R L . T DU viii Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng MỞ ĐẦU Trong giai đoạn hiện nay, đất nƣớc đang bƣớc vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền kinh tế. Vai trò của ngành cơ khí ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với sự phát triển của nền kính tế đất nƣớc, có thể nói đây là ngành then chốt của một nền công nghiệp hiện đại. Trong suốt những năm học tập tại trƣờng, em đã đƣợc truyền đạt những kiến thức cơ bản, làm cơ sở, hành trang cho công việc và nghề nghiệp của bản thân sau này. Để tổng kết những gì đã đƣợc học trong suốt những năm vừa qua cùng với sự phân công của nhà trƣờng, em đã đƣợc nhận đề tài “Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng” làm đồ án tốt nghiệp cùng với sự hƣớng dẫn của thầy giáo Tào Quang Bảng. Nói về đề tài thiết kế máy uốn cắt thép liên hợp, trong ngành xây dựng hiện nay, máy uốn cắt thép là loại thiết bị rất quan trọng, nó đóng góp vai trò lớn phục vụ C C cho việc xây dựng và thi công kết cấu thép. Nhờ đó tiết kiệm đƣợc rất nhiều sức lao động. Máy uốn cán thép có khả năng ứng dụng rộng rãi và độ chính xác cao, nhờ đó R L . T DU nâng cao đƣợc năng suất làm việc, đƣợc sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng. SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 1 Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ CÔNG NGHỆ UỐN CẮT THÉP 1.1. Lý thuyết quá trình gia công biến dạng: 1.1.1. Phân loại biến dạng: Dƣới tác dụng của ngoại lực, kim loại bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy. Dƣới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy.  Biến dạng đàn hồi: Là biến dạng bị mất đi trở về trạng thái ban đầu ngay sau khi thôi tác dụng của tải trọng. Dựa vào đồ thị, giá trị của tải trọng tác dụng cần để xảy ra biến dạng đàn hồi là P ≤ Pa.  Biến dạng dẻo: C C R L . T DU Là biến dạng mà sau khi thôi tác dụng của tải trọng vật vẫn giữ nguyên trạng thái biến dạng mà không trở về trạng thái ban đầu. Theo biểu đồ, lực tác dụng cần để xảy ra biến dạng dẻo là Pa < P ≤ Pb.  Biến dạng phá huỷ: Kim loại bị phá hủy sau khi chịu tác dụng của lực P > Pc P b Pb a Pa Pp p Δl Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng. 1.1.2. Biến dạng dẻo: 1.1.2.1. Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể: SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 2 Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng Đƣợc thể hiện bằng sự xê dịch của một phần tinh thể so cới phần còn lại của của tinh thể đó. Sự xê dịch do ứng suất gây ra khi giá trị ứng suất vƣợt quá một giá trị tới hạn k. Có 2 dạng xê dịch: trƣợt và song tinh.  Theo hình thức trƣợt: Một phần tinh thể xê dịch song song với phần còn lại dọc theo một mặt phẳng gọi là mặt trƣợt hay là mặt xê dịch (H 1.2a). Trƣợt là một dạng xê dịch cơ bản của kim loại và trong hợp kim. Trên mặt trƣợt các nguyên tử kim loại dịch chuyển tƣơng đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu. Để tạo ra những thanh thép chất lƣợng mà chúng ta thƣờng thấy khi xây dựng các công trình, tòa nhà hay các vật dụng đƣợc làm từ thép nhƣ dao, kéo, bàn ghế...đòi C C R L . T DU hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sản xuất thép. Việc tuân thủ quy trình này nhằm kiểm soát chặt chẽ chất lƣợng sản phẩm đầu ra và hạn chế tối đa các khuyết điểm và phế phẩm sản phẩm trong quá thực hiện. Quá trình sản xuất thép trải qua các công đoạn chính theo sơ đồ sau: (a) (b) Hình 1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trƣợt và song tinh.  Theo hình thức song tinh Là sự sắp xếp một phần tinh thể vào vị trí đối xứng với phần không bị biến dạng. Mặt phẳng đối xứng gọi đƣợc gọi là mặt phẳng song tinh. Khi tạo song tinh, các mặt phẳng nguyên tử của tinh thể xê dịch song song với mặt phẳng song tinh đi những khoảng cách khác nhau. 1.1.2.2. Biến dạng dẻo trong đa tinh thể: Biến dạng dẻo xảy ra trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt, sự biến dạng trong nội bộ hạt do trƣợt và song tinh. Đầu tiên sự trƣợt xảy ra ở các hạt có mặt SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 3 Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng trƣợt tạo với hƣớng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o sau đó mới đến các mặt khác. Nhƣ vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đều. Dƣới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trƣợt và quay tƣơng đối với nhau, do sự trƣợt và quay của các hạt trong các hạt lại xuất hiện các mặt thuận lợi mới giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển. 1.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại:  Ảnh hƣởng của thành phần và tổ chức kim loại: Các kim loại khác nhau có các kiểm mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau. Đối với các hợp kim kiểu mạng thƣờng phức, xô lệch mạng lớn, một số các nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thƣờng kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn kim loại có cấu trúc nhiều pha, các tạp chất thƣờng tập trung ở biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại. C C R L . T DU  Ảnh hƣởng của nhiệt độ: Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết của các kim loại khi tăng nhiệt độ tính dẻo tăng. Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thƣờng, tồn tại ở các pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao.  Ảnh hƣởng của ứng suất dƣ: Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dƣ lớn làm cho tính dẻo của kim loại bị giảm mạnh (hiện tƣợng biến cứng). Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0.25 ÷ 0.3 Tnc ứng suất dƣ và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo của kim loại phục hồi trở lại (hiện tƣợng phục hồi). Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện kết tinh lại, tổ chức kim loại sau khi kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạnh tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng.  Ảnh hƣởng của trạng thái ứng suất chính: Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hƣởng đến tính dẻo của kim loại. Qua thực nghiệm ngƣời ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đƣờng hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất dƣ, ma sát ngoài SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 4 Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm.  Ảnh hƣởng của tốc độ biến dạng: Sau khi rèn, dập các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng của mọi phía nên chai cứng hơn, đồng thời khi kim loại nguội dần sẽ kết tinh lại nhƣ cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chƣa kịp trở lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại giòn và có thể bị nứt. Nếu lấy hai khối kim loại nhƣ nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép ta thấy mức độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhƣng độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn. 1.1.3. Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo: C C Giả sử trong vật thể hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng R L . T DU suất chính sau:  Ứng suất đƣờng: max = max =  Ứng suất mặt: max =  Ứng suất mặt: Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ = 0 và không có biến dạng. Ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy σch. Điều kiện biến dạng dẻo:  Khi kim loại chịu ứng suất đƣờng: |σ1| = σch <=> max =  ch 2 Khi kim loại chịu ứng suất mặt: σ1 - σ2 = σch  Khi kim loại chịu ứng suất khối: σmax - σmin = σch Các phƣơng trình trên gọi là phƣơng trình dẻo.       Hình 1.3 Các trạng thái ứng suất. 1.1.4. Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực: 1.1.4.1. Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo: SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 5 Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng Biến dạng dẻo kim loại, đồng thời với biến dạng dẻo có xảy ra biến dạng đàn hồi. Quan hệ giữa lực và biến dạng khi biến dạng đàn hồi tuân theo định luật Hooke. 1.1.4.2. Định luật ứng suất dư: Trong bất cứ một kim loại biến dạng nào cũng đƣợc sinh ra một ứng suất dƣ cân bằng nhau. Ứng suất dƣ này tồn tại bên trong vật thể đến khi biến dạng làm giảm tính dẻo, độ bền và độ giai va đập làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Khi phân tích ứng suất chính cần tính đến ứng suất dƣ và khắc phục hậu quả do nó sinh ra. 1.1.4.3. Định luật thể tích không đổi: Thể tích của vật thể trƣớc và sau khi gia công áp lực không đổi. Định luật này có ý nghĩa thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dƣới tác dụng của ngoại lực. 1.1.4.4. Định luật trở lực bé nhất: Trong quá trình biến dạng các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phƣơng nào có trở lực bé nhất. C C 1.1.4.5. Định luật đồng dạng: R L . T DU Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng dạng nhau. Nhƣng kích thƣớc giống nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng nhƣ nhau. Nếu gọi d1, F1, v1, là kích thƣớc, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2, c2, F2, v2, là kích thƣớc, diện tích và thể tích của vật thể 2. Gọi P1, P2, A1, A2, là lực và công biến dạng tác dụng lên vật thể 1 và 2. a1 b1 c1   n b1 b2 c2 F1 v  n 2 ; 1  n3 F2 v2 Theo định luật đồng dạng thì: P1 A  n 2 ; 1  n3 A2 P2 Định luật này rất quan t rọng cho phép ta thử mẫu có kích thƣớc nhỏ để xác định các ảnh hƣởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại. 1.2. Công nghệ uốn cắt kim loại: 1.2.1. Công nghệ uốn kim loại 1.2.1.1. Khái niệm uốn: Uốn là phƣơng pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 6 Thiết kế máy uốn cắt thép xây dựng đƣợc uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng phần để tạo thành hình dáng cần thiết. Uốn có thể tiến hành trến máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma sát hay thủy lực. Đôi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên máy uốn chuyên dùng. Đặc điểm của quá trình uốn là dƣới tác dụng ép của chày và cối, phôi bị biến dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết. Quá trình biến dạng bao gồm quá trình biến dạng đàn hồi và quá trình biến dạng dẻo. L  α C C R L . T DU Hình 1.4 Biến dạng của phôi thép sau khi uốn. 1.2.1.2. Quá trình uốn: Quá trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo. Uốn làm thay đổi hƣớng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thƣớc. Trong quá trình uốn, kim loại phía trong góc uốn bị nén lại và co ngắn ở hƣớng dọc, đồng thời bị kéo ở hƣớng ngang. Còn phần kim loại phía ngoài góc uốn bị giãn ra bởi lực kéo. Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp kim loại không bị ảnh hƣởng bởi lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ đƣợc trạng thái ban đầu của kim loại, đây gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hòa này để tính toán sức bền của vật liệu khi uốn, sơ đồ bố trí lực tại tiết diện bị uốn đƣợc thể hiện nhƣ hình: Hình 1.5 Lớp trung hòa và sơ đồ phân bố lực tại tiết diện bị uốn. SVTH: Trần Xuân Tâm GVHD: TS. Tào Quang Bảng 7