ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY LỐC 4 TRỤC

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. NGUYỄN ĐẮC LỰC
PHAN VĂN KỲ

Đà Nẵng, 2017


Thiết kế máy lốc 4 trục

Chương 1: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH GIA CƠNG BIẾN DẠNG
VÀ KỸ THUẬT CÁN UỐN THÉP TẤM
1.1

Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại
1.1.1 Biến dạng của kim loại
- Dưới tác dụng của ngoại lực vật thể bị biến dạng theo các giai đoạn: Biến dạng

đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ.
+ Biến dạng đàn hồi: là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng, vật trở về hình dáng

ban đầu. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính tuân theo định luật Hooke.
Trên đồ thị là đoạn OA.
+ Biến dạng dẻo là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng khơng bị mất đi, nó tương
ứng với giai đoạn chảy của kim loại. Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất của lực tác

C
C

dụng lớn hơn giới hạn đàn hồi. Đó là đoạn AB.

R
L
T.

+ Biến dạng phá huỷ: Khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn độ bền của kim loại
thì kim loại bị phá huỷ (điểm D).

U
D

H1.1 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng.
1.1.2 Biến dạng dẻo của kim loại.
a. Biến dạng dẻo trong đơn tin thể.
Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định,
mỗi nguyên tử ln dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a).
SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

1



Thiết kế máy lốc 4 trục

+Biến dạng đàn hồi: dưới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng.
Khi ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim
loại dịch chuyển không quá một thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh
thể lại trở về trạng thái ban đầu.
+Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi,
kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh.
Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần
còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c). Trên mặt
trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng
số nguyênlần 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.

C
C

R
L
T.

U
D

H1.2 Sơ đồ biến dạng dẻo của trượt và song tinh
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí
mới đối xứng với phần c ̣ịn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các
nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt

song tinh.
Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu
gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên
tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhưng khi có song tinh trượt sẽ
xẩy ra thuận lợi hơn.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

2


Thiết kế máy lốc 4 trục

b. 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 trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt
trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45 o sau đó mới đến
các mặt khác.
Như vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đông thời và
không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến
dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối với nhau, do sự trượt 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.
c. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại.

C
C


* Ứng suất chính

R
L
T.

Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại. Qua thực
nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi

U
D

chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất dư, ma sát ngoài
làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng
giảm.

* Ứng suất dư
Ứng suất dư chính là nội lực tồn tại trong kim loại sau mỗi q trình gia cơng
bất kỳ sự tồn tại của ứng suất dư bên trong vật thể biến dạng sẽ làm cho tính dẻo của
vật kém đi. Ứng suất dư lớn có thể làm cho vật thể biến dạng hoặc phá hủy. Thông
thường ứng suất dư trong kim loại bao giờ cũng cân bằng, nghĩa là tổng giá trị ứng
suất kéo phải bằng tổng gia trị ứng suất nén.
Khi vật thể chịu ứng suất do ngoại lực tác động (σo) nếu kể đến ảnh hưởng của
ứng suất dư thì tổng ứng suất (σ) tác dụng bên trong vật thể sẽ khác nhau.

. Ở vùng có ứng suất dư kéo:
σ = σo + σd

. Ở vùng có ứng suất dư nén:
σ = σo - σd


SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

3


Thiết kế máy lốc 4 trục

Do sự phân bố không đồng đều như vậy nên làm cho các vùng tinh thể sẽ biến
dạng không đều, khả năng biến dạng sẽ kém đi và chất lượng gia công không đều.
Ứng suất dư làm giảm tính dẻo, độ bền, độ dai va đập và làm giảm khả năng
chịu đựng của vật thể. Do đó để tăng khả năng biến dạng cũng như để đảm bảo ứng
suất dư có giá trị thấp và phân bố đồng đều trong nhiều trường hợp trước hoắc sau gia
công áp lực người ta đem ủ kim loại ( ủ kết tinh hoặc ủ hoàn toàn).

* Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại.
- Ảnh hưởng của thành phần hóa học.
Thành phần hóa học hợp kim quyết định bởi nguyên tố cơ bản, nguyên tố hợp
kim và tạp chất.
Nguyên tố cơ bản: nguyên tố cơ bản tạo nên các tổ chức cơ sở, do đó ảnh

C
C

hưởng quyết định đến tính dẻo và khả năng biến dạng dẻo của kim loại và hợp kim.

R
L

T.

Nguyên tố hợp kim: khi hợp kim hóa , nguyên tố hợp kim có thể tạo với kim
loại cơ sở những liên kết kim loại. Các liên kết kim loại này thường có tổ chức tinh thể

U
D

phức tạp lam cho kim loại và hợp kim rất cứng và giòn. Các nguyên tố hợp kim cịn
làm xơ lệch mạng, làm cản trở q trình trượt, làm kim loại có tính dẻo thấp. Thường
thì lượng các nguyên tố hợp kim càng nhiều thì ảnh hưởng đến độ cứng, độ bền và tính
dẻo của kim loại càng lớn.
Nguyên tố tạp chất: tạp chất trong kim loại ảnh hưởng lớn đến tính dẻo. trong
kim loại có nhiều tạp chất ( vd: S, P, O, N, H…) đều làm giảm mạnh tính dẻo của kim
loại. Tạp chất dễ chảy thường tập trung ở vùng tinh giới hạt làm rối loạn mạng tinh thể
do đó lam tính dẻo kim loại kém đi.
-Ảnh hưởng của tổ chức kim loai.
Mật độ kim loại, kích thước hạt với sự đồng đều của kích thước hạt ảnh hưởng
đến tính dẻo của kim loại. Tổ chức hạt càng nhiều pha, mạng tinh thể càng phức tạp
tính dẻo càng kém. Tổ chức kim loại càng nhỏ mịn và đồng đều thì độ dẻo tăng, độ
bền tăng.
* Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ hầu hết các kim loại khi
tăng nhiệt độ tính dẻo tăng.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

4



Thiết kế máy lốc 4 trục

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 thường, tồn tại ở các pha kém dẻo, khi ở nhiệt
độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao.
* Ảnh hưởng 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 như cũ.
Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai
chưa 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 giịn và có thể bị nứt.
Nếu lấy hai khối kim loại như nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn

C
C

trên máy búa và máy ép ta thấy mức độ biến dạng trên máy búa lớn hơn, nhưng độ
biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn.

R
L
T.

d. Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và tính chất của kim loại.
* Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại.

U

D

Biến dạng dẻo có ảnh hưởng lớn đến tổ chức và cơ tính kim loại. Tùy thuộc vào
nhiệt độ, tốc độ biến dạng, trạng thái kim loại trước khi gia công mà sau khi biến dạng
tổ chức và cơ tính thu được cũng khác nhau.
Biến dạng dẻo có thể biến tổ chức hạt thành dạng thớ, có thể tạo được các thớ
uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính kim loại.
Tốc độ biến dạng cũng ảnh hưởng đến cơ tính sản phẩm. Nếu tốc độ biến dạng
càng lớn thì độ biến cứng càng nhiều, sự không đồng đều của biến cứng càng nghiêm
trọng, sự phân bố thớ khơng đều đặn do đó cơ tính kém. Đối với phơi có tổ chức thớ
nhờ biến dạng dẻo làm cho cơ tính sản phẩm cao hơn.
Tóm lại sau khi biến dạng dẻo thường xảy ra hiện tượng biến cứng làm độ bền,
độ cứng của kim loại tăng lên và làm giảm độ dẻo, độ dai, giảm khả năng cống mài
mịn, gây khó khăn cho q trình gia công cắt gọt. Mặt khác biến dạng dẻo làm thay
đổi tổ chức ban đầu của kim loại, biến tổ chức hạt thành dạng thớ hoặc thay đổi hướng
thớ.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

5


Thiết kế máy lốc 4 trục

* Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến lý tính kim loại.
Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường
trong kim loại.
* Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến hóa tính kim loại.

Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của kim lọai tăng do đó hoạt tính hóa
học của kim loại tăng lên.
1.1.3 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo.
Giả sử trong vật thể hồn tồn khơng có ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng
suất chính sau:
❖

Ứng suất đường:

 max =

❖

Ứng suất mặt:

 max =

❖

Ứng suất khối:

1
2

.

1 −  2

.


C
C

R
L
T.
 max =

2

 max − max
2

U
D

.

Nếu  1 =  2 =  3 thì  = 0 và khơng có biến dạng. Ứng suất chính để kim
loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy  ch .
Điều kiện biến dạng dẻo.
❖

Khi kim loại chịu ứng suất đường:
 1 =  ch   max =

 ch
2

❖


Khi kim loại chịu ứng suất mặt:  1 −  2 =  ch

❖

Khi kim loại chịu ứng suất khối:  max −  min =  ch .

Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo.










H1.3 Trạng thái ứng suất
SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

6


Thiết kế máy lốc 4 trục

Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến dạng
đàn hồi ở đây Ao, thế năng để thay đổi thể tích của vật thể. Trong trạng thái ứng suất

khối, thế năng của biên dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định.
=

( 1 1 +  2 2 +  3 3 )
3

Như vậy, biến dạng tương đối theo định luật Hooke:
1 =

1
E

 1 −  ( 2 +  3 )

2 =

1
E

 2 −  ( 1 +  3 )

3 =

1
E

 3 −  ( 1 +  2 )

Theo trên thế năng toàn bộ của biến dạng được biểu thị:
A=


1
 1 +  2 +  3 − 2 ( 1 2 +  2 3 +  1 3 )
2E

C
C

Lượng tăng tương đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng

R
L
T.

trong 3 hướng vng góc.

V
1 − 2
( 1 +  2 +  3 )
= 1 +  2 +  3 =
V
E

U
D

 _hệ số pyacon tính đến vật liệu biến dạng.

Ở đây:


E_Môđun đàn hồi của vật liệu.
Thế năng làm thay đổi thể tích bằng:
A0 =

1 V  1 +  2 +  3 1 − 2
( 1 +  2 +  3 )2
=
2 V
3
6E

Thế năng để thay đổi vật thể:
Ah = A − A0 =



1+ 
( 1 −  2 )2 + ( 2 −  3 )2 + ( 1 −  3 )2
6E



Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:
Ah =



1+ 
2
2 c

6E

( 1 −  2 )2 + ( 2 −  3 )2 + ( 1 −  3 )2 = 2 c 2 = const

Đây gọi là phương trình năng lượng của biến dạng dẻo.
Khi các kim loại tấm biến dạng ngang không đáng kể nên  2 =  ( 1 +  3 )
Khi biến dạng dẻo ( khơng tính đến biến dạng đàn hồi ) thể tích của vật thể
khơng đổi
SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

7


Thiết kế máy lốc 4 trục

Vậy V = 0
1 − 2
( 1 +  2 +  3 ) = 0
E



1 − 2 = 0

Từ đó:

 = 0,5


Vậy

1
( 1 +  3 )
2

2 =



Vậy phương trình dẻo có thể viết:
1 −  3 =

2
3

 ch  1,15 ch

Trong trượt tinh khi  1 = − 3 trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0.
Ứng suất tiếp khi α = 45˚
 max =

1 +  2

C
C

R
L
T.

2

So sánh với phương trình dẻo khi  1 = − 3

U
D

 max =

 ch
3

= K = 0,58 ch

Vậy ứng suất tiếp lớn nhất là:

K = 0,58 ch : gọi là hằng số dẻo.

Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết:
 1 −  3 = 2 K = const  1,15 ch

1.1.4

Những định luật cơ bản khi gia công kim loại bằng áp lực.

a. Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo.
"Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra đồng thời đă có biến dạng đàn hồi tồn
tại". Quan hệ giữa chúng qua định luật Hooke. Khi biến dạng kích thước của kim loại
so vớikích thước sau khi thơi tác dụng lực khác nhau, nên kích thước của chi tiết sau
khi gia công xong khác với kích thước của lỗ hình trong khn (vì có đàn hồi).

b. Định luật ứng suất dư.
"Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân
bằng với nhau". Trong quá tŕnh biến dạng dẻo kim lọai do nhiệt độ không đều, tổ

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

8


Thiết kế máy lốc 4 trục

chứckim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều v.v... làm cho kim loại sinh
ra ứngsuất dư, chung cân bằng với nhau.
Sau khi thôi lực tác dụng, ứng suất dư này vẫn c ̣n tồn tại. Khi phân tích trạng
thái ứng suất chính cần phải tính đến ứng suất dư.
c. Định luật thể tích khơng đổi.
Thể tích của vật thể trước và sau khi cán khơng đổi. Định luật này có ý nghĩa
thực tiễn nó cho biết chiều dài sau khi biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
Xét một vật thể có kích thước trước biến dạng và sau khi biến dạng là:
L0, b0, h0, L1, b1, h1.
Ta có:

L0b0h0 = L1b1h1.

Từ đây:

ln


L1
b
h
+ ln 1 + ln 1 = 0 .
L0
b0
h0

Ký hiệu:

ln

L1
b
h
=  1 ; ln 1 =  2 ; ln 1 =  3 .
L0
b0
h0



1 +  2 +  3 = 0 .

C
C

R
L
T.


U
D

Trên là phương trình điều kiện thể tích khơng đổi.
Khi tồn tại bằng ứng biến chính đầu của ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến
kia và có trị số bằng tổng hai ứng biến kia.
d. Định luật trở lực bé nhất.
"Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo hướng
nào có trở lực bé nhất". Khi ma sát ngồi

trên các hướng của mặt tiếp xúc đều nhau

thì một chất điểm nào đó trong vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có pháp
tuyến nhỏ nhất. Khi lượng biến dạng càng lớn tiết diện sẽ chuyển dần sang hình trịn là
cho chu vi của vật nhỏ nhất.

H1.4

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

9


Thiết kế máy lốc 4 trục

e. Định luật đồng dạng.
Trong điều kiện biến dạng đồng dạng, hai vật thể có hình dạng hình học đồng

dạng nhau. Nhưng kích thước giống nhau sẽ có áp lực đơn vị biến dạng như nhau.
Nếu gọi a1, b1, c1, F1, v1, là kích thước, diện tích và thể tích của vật thể 1; a2, b2,
c2, F2, v2, là kích thước, 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.
a 2 b2 c 2

F1
= n2
F2

;

v1
= n3
v2

P1
= n2
P2

;

A1
= n3
A2


Theo định luật đồng dạng thì:

C
C

R
L
T.

Định luật này rất quan trọng cho phép ta thử mẫu có kích thước nhỏ để xác định
các ảnh hưởng của biến dạng đến tổ chức cơ tính của kim loại.

U
D

1.2

Các phương pháp gia công biến dạng

1.2.1

Cán kim loại

a. Thực chất của q trình cán
Cán là cho phơi đi qua khe hở giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, làm
cho phôi bị biến dạng dẻo ở khe hở, kết quả là chiều dày của phôi giảm xuống, chiều
dài tăng lên rất nhiều. Hình dạng mặt cắt của phơi cũng thay đổi theo mặt cắt của khe
hở giữa hai trục cán

H1.5 Sơ đồ cán kim loại.


SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

10


Thiết kế máy lốc 4 trục

b. Sản phẩm cán.
Sản phẩm sản xuất bằng phương pháp cán được dùng trong mọi ngành cơng
nghiệp (cơ khí, xây dựng, giao thơng vận tải…). Tùy theo hình dánh sản phẩm cán có
thể chia thành bốn nhóm chủ yếu: hình, tấm, ống, đặc biệt.
Sản phẩm cán hình: được chia thành hai nhóm:
• Nhóm thơng dụng có prơfin đơn giản (trịn, vng, hình chữ nhật, lục giác, chữ
U, chữ T,…)
• Nhóm đặc biệt có prơfin phức tạp, dùng cho những mục đích nhất định (đường
ray, các dạng đặc biệt dùng trong ôtô, máy kéo, trong ngành xây dựng…)
Sản phẩm cán tấm: được chia thành hai nhóm theo chiều dày:
• Tấm dày có chiều dày trên 4mm.

C
C

• Tấm mỏng có chiều dày dưới 4mm

Sản phẩm cán ống: chia thành loại khơng có mối hàn và loại có mối hàn.

R

L
T.

Sản phẩm cán đặc biệt: gồm có các loại bánh xe, bánh răng, bi, vật cán có prơfin
chu kỳ …
1.2.2 Kéo kim loại.
a. Thực chất:

U
D

Kéo kim loại là quá trình kéo phơi qua lỗ khn kéo làm cho tiết diện ngang
của phơi giảm và chiều dài tăng. Hình dáng và kích thước giống lỗ khn kéo.
b. Đặc điểm.
Bằng phương pháp kéo, người ta có thể chế tạo được các dây, ống và các thanh
định hình có đường kính rất nhỏ (Φ = 0,065mm).
Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội.
Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao, độ nhẵn bề mặt tốt và nâng cao độ
bền của vật liệu.
Các kim loại và hợp kim màu, thép cacbon và thép hợp kim đều có thể có được
bằng phương pháp nguội.
Kéo sợi cịn dùng gia cơng tinh bền mặt ngồi ống cán có mối hàn và một số
công việc khác.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

11



Thiết kế máy lốc 4 trục

1- Phôi

2- Khuôn kéo

3- sản phẩm

H1.6 Sơ đô nguyên lý kéo kim loại
1.2.3

Ép kim loại

C
C

a.Thực chất.

R
L
T.

Ép là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim loại chứa
trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ

U
D

khn ép có tiết diện giống tiết diện ngang của chi tiết.


1- Piston

2- Xilanh

3- Kim loại

4- Khuôn ép

H1.7 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại.
b. Đặc diểm và ứng dụng
Ép là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất
cao, độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, trong quá trình ép, kim loại chủ yếu chịu ứng
suất nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được các sản phẩm có tiết diện ngang phức
tạp.
Nhược điểm của phương pháp là kết cấu ép phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống
mòn cao.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

12


Thiết kế máy lốc 4 trục

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để để chế tạo các thỏi kim loại màu
có đường kính từ 5÷200 mm, các ống có đường kính ngồi đến 800 mm, chiều dày từ
1,5÷8 mm và một số prôfin khác.

1.2.4 Rèn tự do
a. Thực chất
Rèn tự do là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao, dùng
áp lực ( bằng tay hoặc máy) làm biến dạng phôi kim loại để được hình dáng và kích
thước sản phẩm theo u cầu.
Trong q trình biến dạng kim loại khơng bị khống chế bởi những bề mặt nào
khác ngoài mặt đỡ ( mặt đe) và diện tích tiếp xúc trực tiếp của dụng cụ gia cơng (đầu búa).
b. Đặc điểm.

C
C

• Rèn tự do có độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt thấp, năng suất lao
động và hiệu quả kinh tế không cao. Thường chỉ gia công những chi tiết đơn

R
L
T.

giản hay những bề mặt khơng q phức tạp.

• Rèn tự do yêu cầu lượng dư gia công, dung sai chế tạo, thời gian phục vụ lớn.

U
D

• Chất lượng tồn bộ của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của
cơng nhân.

• Hao phí kim loại lớn

• Thiết bị rèn tự do đơn giản, có thể rèn tay hoặc máy.
• Rèn tự do có thể rèn được những vật nhỏ từ vài gam đến những vật lớn hàng
trăm cân. Rèn tự do thích hợp với dạng sản suất đơn chiếc hay loại nhỏ.

Búa

2- Phôi

3- Đe

H1.7 Sơ đồ rèn tự do.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

13


Thiết kế máy lốc 4 trục

1.2.5 Dập tấm.
a. Thực chất
Dập tấm là một trong những phương pháp tiên tiến của gia công áp lực để chế
tạo sản phẩm từ vật liệu tấm, thép bản hoặc dài cuộn.
Dập tấm có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội, song chủ yếu gia cơng ở
trạng thái nguội vì vậy cịn gọi là dập nguội.
Dập tấm được dùng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp, đặc biệt trong
công nghiệp chế tạo ôtô, máy bay, tàu thủy, chế tạo thiết bị điện, các đồ dân dụng.


C
C

R
L
T.

U
D

H1.8 Sơ đồ uốn
b. Đặc điểm.
• Độ chính xác và chất lượng sản phẩm cao: dập tấm cho ta khả năng lắp lẫn cao,
độ bền, độ bóng của sản phẩm cao.
• Khả năng cơ khí hóa và tự động hóa cao.
• Năng suất cao.
c. Cơng nghệ dập tấm
Công nghệ dập tấm được đặc trưng bởi 2 ngun cơng chính: Ngun cơng cắt
và ngun cơng tạo hình.
* Nhóm ngun cơng cắt.
Cắt phơi là ngun cơng cắt một phần phơi khỏi phơi kim loại chung. Ngun
cơng này có 3 loại: Cắt đứt, cắt phôi, đột lỗ
SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

14


Thiết kế máy lốc 4 trục


* Nhóm ngun cơng tạo hình
Là ngun cơng dịch chuyển một phần của phơi đối với phôi khác mà phôi
không bị phá hủy gồm: Nguyên cơng uốn, ngun cơng dập vuốt, uốn vành, tóp
miệng, viền mép, ghép mơi.
1.2.6 Dập thể tích
a. Thực chất.
Dập thể tích (cịn gọi là rèn khn) là phương pháp gia cơng áp lực trong đó
kim loại được gia cơng biến dạng trong khơng gian hạn chế của lịng khn.
Trong khi dập, nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới được bắt chặt với đe trên và
đe dưới của thiết bị. Phần kim loại thừa chảy vào rãnh tạo thành bavia của vật rèn.

C
C

R
L
T.

U
D
1- Khuôn rèn

2- Rãnh chứa ba-via

3- Khuôn dưới

4- Chuôi đuôi én

5- Lịng khn


6- Cửa ba-via

H1.9 Sơ đồ ngun lý dập thể tích
b. Đặc điểm.
• Độ chính xác vả chất lượng vật rèn cao
• Chế tạo được những chi tiết phức tạp
• Năng suất cao.
• Dễ cơ khí hóa và tự động hóa
c. Thiết bị dập thể tích
* Máy ép thủy lực có bình trữ áp

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

15


Thiết kế máy lốc 4 trục

C
C

R
L
T.

U
D


H1.10 Sơ đồ máy ép thủy lực có bình trữ áp
* Máy ép trục khuỷu K366

H1.11 Máy ép trục khủy K366

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

16


Thiết kế máy lốc 4 trục

1.3 Kỹ thuật cán uốn thép tấm
1.3.1 Khái niệm uốn.
Uốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực mhằm tạo cho phôi hoặc
một phần của phơi có dạng cong hay gấp khúc, phơi có thể là tấm, dải, thanh định hình
và được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong q trình uốn phơi bị biến dạng dẻo
từng phần để tạo thành hình dáng cần thiết.
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra khác nhau ở hai
mặt của phơi uốn.
1.3.2 Q trình uốn.
Q trình uốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo. Uốn làm thay
đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước.

C
C


Trong q trình uốn, kim loại phía trong phía góc uốn bị nén lại và co ngắn ở
hướng dọc, đồng thời bị kéo ở hướng ngang. Cịn phần kim loại phía ngồi góc uốn bị

R
L
T.

giãn ra bởi lực kéo. Giữa các lớp co ngắn và kéo dài là lớp kim loại không bị ảnh
hưởng bởi lực kéo và nén khi uốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim

U
D

loại và đây gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hòa này để tính tốn sức bền của
vật liệu khi uốn.

Khi uốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giả chiều dày chỗ uốn sai lệch hình
dạng về tiết diện ngang, lớp trung hịa bị lệch vể phía bán kính nhỏ.
Khi uốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng khơng
có sai lệch tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ chống
lại sự biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phơi với bán kính có khối lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và
ngược lại.
L







R

H 1.12 Biến dạng của phôi thép trước và sau khi uốn

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

17


Thiết kế máy lốc 4 trục

1.3.3 Tính tốn phơi uốn.
a.Xác định vị trí lớp trung hịa.
Vị trí của lớp trung hịa được xác định bởi bán kính lớp trung hịa ρ. Trong q
trình uốn bề mặt lớp kim loại phía trong và phía ngồi của phơi bị biến dạng nén và
kéo và ở giữa các lớp này là lớp trung hịa hầu như khơng bị biến dạng và để tính tốn
phơi ta tiến hành xác định vị trí lớp trung hịa và tính tốn phơi tại đây.
Bán kính lớp trung hịa có thể được xác định theo cơng thức:
=

Trong đó:

Btb
r  
S  + 
B
2 2


( mm )

Btb_chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn.
Btb =

B + B2
2

C
C

B_chiều rộng của phơi ban đầu.

R
L
.

S_chiều dày vật liệu.

T
U
D

r_ bán kính uốn phía trong.
ξ_hệ số biến mỏng.
Tỷ số
=

( mm )


( mm )

( mm )

Btb
gọi là hệ số biến rộng.
B

S1
S

S1_chiều dày vật liệu sau khi uốn.

Trong thực tế bán kính lớp trung hịa có thể xác định theo cơng thức gần đúng:
ρ = r + x.S
Trong đó: r_bán kính uốn phía trong.
x_hệ số xác định khoảng cách lớp trung hịa đến bán kính uốn phía trong.
Hệ số x được lấy theo bảng sau (Trang 55 [9])
r

b.Tính chiều dài phơi.
S



l2

l1
p


H 1.13 Hình dạng phơi khi uốn

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

18


Thiết kế máy lốc 4 trục

Bảng 1.1: Giá trị giữa bán kính uốn và hệ số xác định.
Chiều dài phơi được tính theo cơng thức:
L = l1 + l 2 +

Trong đó:


180

r_bán kính uốn.

(r + xs ) .

( mm )

c.Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất.
Khi uốn, nếu bán kính uốn phía trong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện
uốn. Nếu bán kính uốn quá lớn sẽ không xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo và phơi sẽ


C
C

khơng giữ được trạng thái sau khi uốn.

• Bán kính uốn lớn nhất được xác định theo cơng thức:

R
L
T.

rngồi = rtrong - S
Trong đó:

E = 2,15.105 ( Nmm2 ) môđun đàn hồi của vật liệu

U
D

S_chiều dày vật uốn.

( mm )

σ_ giới hạn chảy của vật liệu. ( N/mm2 )
• Bán kính uốn nhỏ nhất được xác định theo cơng thức:
1
S
rmin =  − 1

2


δ_độ giãn dài tương đối của vật liệu. ( % )
Theo thực nghiệm ta có:
rmin = K.S
Với:

K_hệ số phụ thuộc góc nhấn α.

d.Cơng thức tính lực uốn.
Lực uốn bao gồm uốn tự do liên tục và lực làm cho phôi chuyển động quanh trục.



F = F1 + F2

Trong đó:


F1 _lực biến dạng dẻo kim loại.

F1 _lực làm cho phôi quay quanh trục.

Lực uốn làm biến dạng dẻo kim loại.
SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

19



Thiết kế máy lốc 4 trục

F1 =

BS 2 b n
= k1 BS b .
l

Với k1 =

nS
l

e.Tính đàn hồi khi uốn.
Trong q trình uốn khơng phải tồn bộ kim loại phần cung uốn đều chịu biến
dạng dẻo mà có một phần cịn lại ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi khơng cịn lực tác
dụng của các trục uốn thì vật uốn hồn tồn như hình dáng kích thước như đã lựa chọn
ban đầu đó là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn.

r

Khi uốn


+

Sau khi uốn

C
C


R
L
T.

H 1.14 Biến dạng đàn hồi khi uốn.

U
D

Tính tốn đàn hồi được biểu hiện khi uốn với bán kính nhỏ ( r < 10s ) bằng góc
đàn hồi β. Cịn khi uốn với bán kính lớn ( r >10s ) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi
bán kính cong của vật uốn.

Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật uốn sau khi dập và góc
uốn theo tính tốn.
β = α0 – α =0 ÷12
Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc uốn, tỷ số
giữa bán kính uốn với chiều dày vật liệu, hình dáng kết cấu uốn.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

20


Thiết kế máy lốc 4 trục

Chương 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC VÀ LỰA CHỌN KẾT CẤU

MÁY HỢP LÝ
2.1 Giới thiệu về sản phẩm.
Trong đời sống hằng ngày sản phẩm ống được sử dụng rất rộng rãi cho các
ngành, các phương tiện trong thực tế.
Đó là nhu cầu rất cần thiết khơng thể thiếu được. Nó chiếm một tỷ trọng đáng
kể trong nhiều lĩnh vực.
• Trong nơng nghiệp: ống được dùng để dẫn nước của máy bơm, máy kéo.
• Trong các ngành cơng nghiệp ống đóng vai trị chủ chốt trong mọi hoạt động. Ở
các xí nghiệp ống được dùng để chứa các khí ( O2, CO2, C2H2… ). Dẫn nước,
dầu cho máy móc có sử dụng ống.

C
C

• Một số cơng trình thuỷ lợi, sản phẩm ống được lắp đặt để dẫn nước tới nơi cần

R
L
T.

được cung cấp.

• Trong đời sống sinh hoạt, ống là phương tiện dẫn nước cho mọi người dân, bảo

U
D

vệ nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn.

• Tại các công ty xăng dầu ống được sử dụng rất cần thiết, là chỗ chứa quan trọng

để đảm bảo cung cấp cho các phương tiện đi lại như ( xe ô tô, xe gắn máy….).
Với việc sử dụng ống rất đa dạng cho các ngành theo từng công việc khác nhau do
đó ống dẫn sẽ khơng thể thiếu được trong đời sống sinh hoạt và trên tất cả các lĩnh vực.
Dưới đây là một số hình ảnh sản phẩm thực tế.

H2.1 Ống thép cỡ lớn

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

21


Thiết kế máy lốc 4 trục

H2.2 Ống nón cụt

H2.3 Hệ thống ống dẫn dầu

C
C

R
L
T.

U
D


SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

22


Thiết kế máy lốc 4 trục

H2.4 Các loại bồn chứa.
Công trình nổi tiếng nhất về ứng dụng của sản phẩm lốc ống là cơng trình CẦU
RỒNG tại Đà Nẵng. Đây là một trong nhưng cơng trình có kiến trúc độc đáo nhất thế
giới, thể hiện được tài năng và trí tuệ con người Việt.

C
C

R
L
T.

U
D

H2.5 Ống được sản xuất tại nhà máy.

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực


23


Thiết kế máy lốc 4 trục

C
C

H2.6 Quá trình lắp ráp thi công

R
L
T.

U
D

H2.7 Cầu Rồng

SVTH: Phan Văn Kỳ - Lớp 11C1A

GVHD: ThS. Nguyễn Đắc Lực

24