CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP1.1 Tình hình xử dụng thép trong nước và trên thế giới 1.1.1 Tình hình xử dụng thép trên thế giới Ngày nay thép là vật liệu không thể thiếu
TỔNG QUAN VỀ MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI THÉP
Tình hình xử dụng thép trong nước và trên thế giới
1.1.1 Tình hình xử dụng thép trên thế giới
Thép ngày nay là vật liệu thiết yếu trong cuộc sống con người, hiện diện khắp nơi từ ô tô, xe máy, tàu thủy đến nhà cửa và đồ dùng gia đình Sự phát triển của thép không chỉ phục vụ nhu cầu vật chất mà còn góp phần quan trọng vào sự tiến hóa của loài người, khẳng định vai trò lớn lao của nó trong xã hội.
Hình 1.1 Sản phẩm thép
Theo báo cáo từ 66 quốc gia gửi tới Hiệp hội Thép Thế giới (Worldsteel), sản lượng thép thô toàn cầu năm 2017 đã đạt 1,691 tỷ tấn, tăng 5,3% so với 1,606 tỷ tấn của năm 2016.
Trung Quốc hiện đang dẫn đầu trong ngành sản xuất thép toàn cầu, chiếm tới 49% tổng sản lượng 1,691 triệu tấn thép được sản xuất vào năm 2017, theo tổ chức Thép thế giới Nước này cùng với Liên minh châu Âu, Nhật Bản, Ấn Độ và Mỹ tạo thành nhóm 5 nhà sản xuất thép hàng đầu thế giới.
Mỹ là nước nhập khẩu thép lớn nhất thế giới với tổng giá trị thép nhập khẩu của nước này trong năm 2018 đạt trên 30 tỷ USD.
1.1.2 Tình hình xử dụng thép trong nước
Theo báo cáo mới nhất của Cục Quản lý giá thuộc Bộ Tài chính, sản lượng tiêu thụ thép năm 2017 đạt 9,12 triệu tấn, tăng 14% so với năm 2016 Trong năm này, giá thép xây dựng cũng trải qua nhiều biến động do sự thay đổi của thị trường thép toàn cầu.
Hình 1.2 Tình hình sản xuất thép năm 2017
Theo số liệu từ VSA, sản xuất thép trong nước tháng 9/2017 đạt 836.624 tấn, tăng 19,4% so với cùng kỳ năm 2016 và tăng 18,13% so với tháng trước Tính chung 9 tháng đầu năm 2017, tổng sản lượng thép đạt 15,425 triệu tấn, tăng 24,2% so với cùng kỳ năm trước Trong đó, thép xây dựng đạt 6,809 triệu tấn, tăng 14,3%; ống thép đạt 1,626 triệu tấn, tăng 19,7%; tôn mạ kim loại đạt 3,333 triệu tấn, tăng 40,3%; và thép cán nguội đạt 2,867 triệu tấn, tăng 5,2% so với năm 2016.
Tháng 9/2017, tổng lượng thép tiêu thụ trong nước đạt 740.565 tấn, giảm 6,5% so với tháng trước, nhưng tăng so với cùng kỳ 2016 là 16,5%
Trong 9 tháng đầu năm 2017, tổng lượng thép tiêu thụ trong nước đạt gần 12,922 triệu tấn, tăng 20,5% so với cùng kỳ năm 2016 Cụ thể, tiêu thụ thép xây dựng đạt 6,722 triệu tấn, tăng 15,9%; ống thép đạt 1,611 triệu tấn, tăng 18,9%; tôn mạ đạt 2,58 triệu tấn, tăng 26,6%; trong khi thép cán nguội giảm 4,6% so với cùng kỳ, chỉ đạt 1,46 triệu tấn.
Theo thống kê sơ bộ từ TCHQ Việt Nam, trong tháng 9 năm 2017, xuất khẩu sắt thép đạt 450,5 nghìn tấn, kim ngạch 294 triệu USD, tăng 2,4% về lượng và 6,9% về trị giá so với tháng 8 Tính đến hết 9 tháng năm 2017, tổng lượng thép xuất khẩu đạt 3,3 triệu tấn, trị giá 2,1 tỷ USD, tăng 31,6% về lượng và 51,1% về trị giá so với cùng kỳ năm 2016.
Sắt thép Việt Nam chủ yếu được xuất khẩu sang các nước Đông Nam Á, chiếm 58,1% tổng lượng thép xuất khẩu, đạt hơn 1,9 triệu tấn với giá trị lên tới 1,15 tỷ USD.
Thép cacbon được chia thành hai loại chính: thép cacbon thường và thép cacbon chất lượng tốt Thép cacbon thường, thường ở dạng cán nóng như tấm, cây, thanh và thép hình, chủ yếu được sử dụng trong xây dựng.
Theo tiêu chuẩn TCVN 1765: 1975, thép cacbon thường được phân thành ba loại A, B, C Trong đó, thép cacbon loại A chỉ quy định về cơ tính, với mã thép ký hiệu là CT, kèm theo con số chỉ độ bền giới hạn.
Ví dụ, Thép CT31 là Thép có độ giới hạn bền tối thiểu là 310 N/mm2.
Thép cacbon thường loại A có các loại mác theo bảng 1-1
Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam
Mác thép ( Số hiệu) Giới hạn bền σ
N/mm 2 Độ giản tương đối
Thép cacbon loại B là thép chỉ quy định về thành phần hóa học.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765:1975 quy định về mác thép ký hiệu BTC, với con số kèm theo thể hiện độ bền giới hạn tương tự như thép cacbon loại A Thành phần hóa học của thép này được quy định chi tiết trong bảng 1-2.
Bảng 1.2 Thông số mác thép tại Việt Nam
Mác thép ( Số hiệu) Hàm lượng nguyên tố
Nga Việt Nam C, % Mn, % S không lớn hơn, %
Thép cacbon thường loại C là loại thép được quy định cả về cơ tính và thành phần hóa học, mang đặc tính cơ học tương tự như thép cacbon loại A và thành phần hóa học giống thép cacbon loại B Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765: 1975, mác thép loại này được ký hiệu là CTC, với con số đi kèm chỉ giới hạn quy định như trong bảng 1-1 và thành phần hóa học được quy định trong bảng 1-2.
Thực trạng máy uốn và cắt đai thép trên thế giới và trong nước
1.2.1 Thực trạng máy uốn và cắt đai thép trên thế giới
Hiện nay, thép được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp và xây dựng, với nhiều loại và kích thước khác nhau Sự quan trọng của thép đã thúc đẩy nhu cầu chế tạo máy duỗi và cắt, nhằm nâng cao năng suất Trên thị trường hiện có nhiều loại máy duỗi và cắt từ thủ công đến các máy lớn sử dụng động cơ thủy lực, bao gồm cả máy NC và CNC, có khả năng duỗi, cắt và uốn với độ chính xác cao và nhiều bán kính khác nhau.
Máy duỗi, cắt, uốn tự động thủy lực điều khiển bằng động cơ servo mang lại độ chính xác cao và có kích thước sắt tương đối lớn Với việc sử dụng động cơ thủy lực, máy tạo ra lực cắt tác động lên sắt đồng đều, ít gây ra khuyết tật trong quá trình cắt và duỗi Việc điều khiển máy khá đơn giản thông qua bàn đạp chân, cho phép cắt và duỗi sắt theo các chiều dài khác nhau Đặc biệt, máy hoạt động hoàn toàn tự động hoặc bán tự động, giúp công nhân chỉ cần cấp phôi.
Hình 1.3 Máy duỗi, cắt thép sản xuất tại Trung Quốc
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của máy bẻ đai thép GT4
Thông số Hydralic GT4-14 Hydralic GT4-14 Hydralic GT4-14C
(Max, Model) (Regular, Model) (Update, Model) Đường kính Φ4 – Φ14mm Φ4 – Φ14mm Φ4 – Φ14mm
Tốc độ làm việc 30 – 50m/min 28 – 45m/min 50 – 65m/mm Chiều dài cắt 800 – 9000mm 800 – 9000mm 1000- 8600mm
Sai số cắt + 10mm + 10mm + 10mm Động cơ kéo 3kw – 4p 3kw – 4p 4kw – 4p Động cơ ép tốc 7,5kw – 4p 7,5kw – 4p 7,5kw – 4p Động cơ cắt 3kw – 4p 3kw – 4p 4kw – 4p
Tổng trọng lượng 3800 Kg 3500 Kg 4200 Kg
Hình 1.4 Máy uốn sắt TOYO Nhật Bản
1.2.2 Thực trạng máy uốn và cắt đai thép tại Việt Nam
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy duỗi, cắt và ẻ đai sắt hiện đại với năng suất cao Tuy nhiên, sản xuất vẫn chủ yếu dựa vào các phương pháp thủ công hoặc máy bẻ bán tự động, chỉ thực hiện một khâu như uốn, duỗi hay cắt Các khâu này hoạt động độc lập, dẫn đến việc tiêu tốn nhiều thời gian và nhân công, ảnh hưởng đến tiến độ thi công của các công trình.
Hình 1.5 Công nhân đang kéo thép từ máy duỗi
Công ty Cơ Sở Chế Tạo Thiết Bị Máy Công Nghiệp Thùy Dương tại An Thuận, Bình Dương đã phát triển thành công máy bẻ đai thép tự động TD08 Máy được thiết kế với vi mạch và hệ thống thủy lực, hoạt động hoàn toàn tự động, giúp người vận hành thực hiện các thao tác một cách đơn giản Quá trình thép cuộn được nắn thẳng tự động và bẻ, cắt theo chương trình đã lập sẵn, giúp nhà thầu giảm thiểu nhân công, tăng tiến độ và hiệu quả công việc Máy bẻ đai thép TD08 chuyên dụng cho bẻ đai thép xây dựng có đường kính từ Φ6 đến Φ8 mm, có khả năng bẻ đai vuông và đai hình chữ nhật với kích thước từ 100 × 100 mm đến 800 × 800 mm, dễ dàng sử dụng phù hợp với trình độ của công nhân tại công trường.
Hình 1.7 Máy bẻ đai thép TD08
Dàn lô nắn thẳng là một bước cải tiến vượt trội với tính năng sử dụng đơn giản và độ bền cao Một số máy bẻ đai tự động, như của Công ty TNHH Hồng Phúc Lâm tại Quận Bình Thạnh, TP HCM, có khả năng bẻ nắn uốn đai thép với kích thước tối đa 800 mm và đường kính Φ8 mm Máy bẻ đai sắt thép tự động do Công ty cổ phần máy xây dựng Phúc Long sản xuất, hoạt động hoàn toàn tự động nhờ vào lập trình sẵn trên màn hình.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại đai với hình dáng và kích thước khác nhau, bao gồm đai hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác và hình chữ C Tuy nhiên, đai hình vuông và hình chữ nhật vẫn là phổ biến nhất Kích thước của đai thường phụ thuộc vào dầm và khoảng cách từ đầu đai đến góc giáp là 50.
Hình 1.8 Đai thép hình chữ nhật và đai thép hình vuông
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN DẠNG KIM LOẠI
Lý thuyết quá trình biến dạng dẻo của kim loại
Dưới tác động của ngoại lực, kim loại trải qua ba giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá hủy Mỗi loại kim loại có cấu trúc tinh thể khác nhau, do đó, các giai đoạn biến dạng này xảy ra với mức độ khác nhau Bài viết này sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại, tập trung vào nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại hợp kim.
Trong tinh thể kim loại, các nguyên tử được sắp xếp theo một trật tự nhất định, và mỗi nguyên tử liên tục dao động quanh vị trí cân bằng của nó.
Hình 2.1 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể
Biến dạng đàn hồi xảy ra khi mạng tinh thể của kim loại chịu tác động của ngoại lực Khi ứng suất trong kim loại không vượt quá giới hạn đàn hồi của nguyên tử, sự dịch chuyển chỉ diễn ra trong một thông số mạng (b) Khi lực không còn tác động, mạng tinh thể sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Biến dạng dẻo xảy ra khi kim loại chịu ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi, dẫn đến hiện tượng trượt và song tinh.
Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể di chuyển song song với phần còn lại trên một mặt phẳng nhất định, được gọi là mặt (c) Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng Sau khi dịch chuyển, các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, do đó, khi lực kim loại ngừng tác dụng, chúng không trở về trạng thái ban đầu.
Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua mặt phẳng song tinh Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh Nghiên cứu cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, với các mặt trượt là những mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất Mặc dù biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất nhỏ, nhưng khi có song tinh trượt, quá trình này diễn ra thuận lợi hơn.
Biến dạng dẻo đa tinh thể là hiện tượng xảy ra trong kim loại và hợp kim, nơi cấu trúc được tạo thành từ nhiều đơn tinh thể Có hai dạng biến dạng chính: biến dạng nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt Biến dạng nội bộ chủ yếu do trượt và song tinh, với sự trượt xảy ra ở các hạt có mặt trượt tạo góc khoảng 45° với ứng suất chính Quá trình này không diễn ra đồng thời và không đồng đều giữa các hạt Khi chịu tác động của ngoại lực, biên giới hạt cũng bị biến dạng, dẫn đến sự xuất hiện của các mặt trượt mới giữa các hạt, từ đó tạo điều kiện cho sự phát triển tiếp theo của biến dạng trong kim loại.
2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại
Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng mà không bị phá hủy khi chịu tác động của ngoại lực Yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo bao gồm thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính và tốc độ biến dạng.
2.1.1.1 Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại
Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể lực liên kết giữa các nguyên tử, ví dụ như đồng và nhôm dẻo hơn sắt Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp và xô lệch mạng lớn Một số nguyên tố tạo ra các hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng, do đó làm giảm tính dẻo Thông thường, kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc nhiều pha, với các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng và giảm tính dẻo của kim loại.
2.1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc lớn vào nhiệt độ, với hầu hết kim loại có độ dẻo tăng khi nhiệt độ tăng Khi nhiệt độ tăng, dao động nhiệt của các nguyên tử gia tăng, làm giảm xô lệch mạng và tăng khả năng khuếch tán của các nguyên tử, dẫn đến tổ chức đồng đều hơn Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại trong pha kém dẻo, nhưng khi nâng nhiệt độ, chúng chuyển sang pha có độ dẻo cao Đặc biệt, khi nung thép từ 20 - 100℃, độ dẻo tăng chậm, nhưng từ 100 - 400℃, độ dẻo giảm nhanh và độ giòn tăng Đối với thép hợp kim, độ dẻo có thể giảm đến 600℃, nhưng sau nhiệt độ này, độ dẻo tăng nhanh Ở nhiệt độ rèn, hàm lượng cacbon trong thép càng cao thì sức chống biến dạng càng lớn.
2.1.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư
Khi kim loại bị biến dạng, các hạt tinh thể bị vỡ vụn và xô lệch, dẫn đến ứng suất dư lớn làm giảm tính dẻo của kim loại (biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,24 – 0,30 Tnc (nhiệt độ nóng chảy), ứng suất dư xô lệch mạng giảm, giúp phục hồi tính dẻo của kim loại (hiện tượng phục hồi) Nếu nhiệt độ trung bình đạt tới 0,4 Tnc, quá trình kết tinh lại sẽ xuất hiện, tạo ra tổ chức kim loại với hạt đồng đều và lớn hơn, từ đó cải thiện độ dẻo.
2.1.1.4 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Trạng thái ứng suất chính có ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại, trong đó kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn so với kim loại chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất nén kéo Sự xuất hiện của ứng suất dư và ma sát bên ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại, dẫn đến việc giảm tính dẻo của nó.
2.1.1.5 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng
Sau khi rèn dập, kim loại trở nên cứng hơn do bị biến dạng từ nhiều phía, làm tăng sức chống lại sự biến dạng Khi nhiệt độ giảm dần, kim loại sẽ kết tinh lại như trạng thái ban đầu Tuy nhiên, nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh, kim loại sẽ không kịp trở về trạng thái ban đầu, dẫn đến ứng suất lớn trong khối kim loại, khiến hạt kim loại trở nên giòn và có khả năng bị nứt.
Khi nung hai khối kim loại giống nhau đến nhiệt độ nhất định và tiến hành rèn trên máy búa và máy ép, tốc độ biến dạng trên máy búa cao hơn, trong khi độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lại lớn hơn.
2.1.2 Trạng thái ứng suất và phương trình dẻo
Giả sử trong vật thể hoàn toàn không ứng suất tiếp thì vật thể có 3 dạng ứng suất chính sau:
Hình 2.2 Các dạng ứng suất chính Ứng suất đường: τ max = σ 1/2 (1.1) Ứng suất mặt: 𝜏 max = σ 1 −σ 2 2 (1.2) Ứng suất khối: 𝜏 max = (𝜎 max -𝜏 max ) (1.3)
Nếu 𝜎 1 = 𝜎 2 = 𝜎 3 thì 𝜏 = 0 và không có biến dạng Ứng suất chính kim loại biến dạng dẻo là biến dạng chảy 𝜎 ch
Khi kim loại chịu ứng suất đường:
Khi kim loại chịu ứng suất mặt:
Khi kim loại chịu ứng suất khối:
Các phương trình trên gọi là phương trình dẻo.
Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi Thế năng của biến dạng đàn hồi.
A0 – Thế năng để thay đổi thể tích vật thể (trong biến dạng đàn hồi thể tích của vật thể tăng lên, tỉ trọng giảm xuống).
Ah – Thế năng để thay đổi hình dáng vật thể.
Trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Húc được xác định:
Như vậy biến dạng tương đối theo định luật Húc: ε 1 =1
Theo (1.8) thế năng của toàn bộ của biến dạng được biểu thị:
Lượng tăng tương đối để thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tống biến dạng trong 3 hướng cùng góc:
E – Modun đàn hồi của vật liệu
Thế năng để làm thay đổi thể tích:
6E (σ 1 +σ 2 +σ 3 ) (1.13) Thế năng dùng để thay đổi hình dáng vật thể:
Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đường sẽ là:
(σ 1 −σ 2) 2 +(σ 2 −σ 3) 2 +(σ 3 −σ 1 ) 2 =2σ 0 =Const Đây gọi là phương trình năng lượng biến dạng dẻo
Khi các kim loại biến dạng ngang không đáng kể, theo công thức (1.9), ta có thể xác định rằng σ2 = μ(σ1 + σ3) Trong trường hợp biến dạng dẻo mà không tính đến đàn hồi, thể tích của vật giữ nguyên, tức là ∆V = 0.
Vậy phương trình dẻo có thể viết: σ 1 −σ 3= 2
Trong khi trượt tinh khi 𝜎 1 = -𝜎 3 thì trên mặt nghiêng ứng suất pháp bằng 0, ứng suất tiếp khi α = 45° τ max =σ 1 +σ 3
So sánh nó với (1.20) khi (𝜎 1 = -𝜎 3 ) τ max =σ 0
Vậy ứng suất tiếp lớn nhất được gọi là hằng số dẻo: k = 0,58𝜎 0 Ở trạng thái ứng suất khối phương trình dẻo có thể viết:
Phương trình dẻo (1.18) rất quan trọng để giải các bài toán trong gia công kim loại bằng áp lực.
Tính theo hướng của các áp suất, phương trình dẻo (1.18) chính xác nhất là được viết: ± σ 1 −( ± σ 3 )= 2 k
2.1.3 Biến dạng dẻo kim loại trong trạng thái nguội
Khái niệm uốn
Uốn là quá trình gia công kim loại bằng áp lực, nhằm tạo ra hình dạng cong hoặc gấp khúc cho phôi, có thể là tấm, dài hoặc thanh định hình Quá trình này có thể diễn ra ở trạng thái nguội hoặc nóng, trong đó phôi được biến dạng dẻo từng phần để đạt được hình dáng mong muốn.
Uốn kim loại tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra ở hai mặt khác nhau của phôi uốn.
Quá trình uốn kim loại bao gồm hai hình thức chính: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Hình thức uốn này không chỉ thay đổi hướng thớ của kim loại mà còn làm cong phôi và thu nhỏ kích thước của nó.
Trong quá trình uốn, kim loại phía gốc uốn co lại theo chiều dọc và giãn ra theo chiều ngang, trong khi phần ngoài góc uốn bị giãn ra do lực kéo Giữa lớp co ngắn và giãn dài tồn tại một lớp trung hòa không bị ảnh hưởng bởi lực kéo, vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu Lớp trung hòa này được sử dụng để tính toán sức bền của vật liệu khi uốn.
Khi uốn các dải dài, có thể xảy ra hiện tượng sai lệch hình dạng ở tiết diện ngang, khiến lớp tring hòa bị lệch về phía bán kính nhỏ.
Khi uốn các dải rộng, hiện tượng biến dạng mỏng của vật liệu xảy ra mà không làm thay đổi tiết diện ngang Điều này là do vật liệu có chiều rộng lớn sẽ chống lại biến dạng theo hướng ngang.
Khi uốn phôi có bán kính nhỏ thì lượng biến dạng lớn và ngược lại.
Hình 2.5 Biến dạng của phôi trước và sau khi uốn
2.2.3 Tính đàn hồi khi uốn
Trong quá trình uốn, không phải toàn bộ kim loại đều chịu biến dạng dẻo; một phần vẫn giữ được tính đàn hồi Do đó, khi lực tác dụng lên phôi không còn, vật uốn có khả năng trở về hình dạng ban đầu.
Hình 2.6 Tính đàn hồi khi uốn
Góc đàn hồi được xác định bởi hiệu số giữa góc uốn tính toán thiết kế và góc uốn thực tế trong quá trình uốn Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và tỷ số giữa bán kính uốn với chiều dày của vật liệu.
2.2.4 Bán kính uốn nhỏ nhất và lớn nhất
Khi thiết kế vật liệu uốn, kích thước quá nhỏ có thể dẫn đến việc đứt gãy ở tiết diện uốn, trong khi kích thước quá lớn sẽ khiến vật uốn không giữ được hình dáng sau khi ra khỏi khuôn Do đó, cần đảm bảo rằng bán kính uốn (rtrong) phải lớn hơn hoặc bằng bán kính tối thiểu (rmin) để đạt được hiệu quả uốn tốt nhất.
Bán kính uốn lớn nhất: r max = 2 ε S δ
T (Công nghệ dập nguội) r ngoài ≥ r trong + S
= 2,15.10 5 N.mm 2 – Modun đàn hồi của vật liệu
S – Chiều dày vật uốn σT – Giới hạn chảy của vật liệu
Bán kính uốn nhỏ nhất: r min =(1 δ−1)S
𝛿 – Độ dãn dài tương đối của vật liệu (%)
Theo thực nghiệm rmin = k.S k – Hệ số phụ thuộc vào góc uốn α
2.2.5 Công thức tính lực uốn
Lực uốn bao gồm hai loại chính: lực uốn tự do và lực uốn phẳng Trong đó, trị số của lực uốn phẳng thường lớn hơn nhiều so với lực uốn tự do.
- Lực uốn tự do được xác định theo công thức:
P=B 1 S 2 δ b n l =B 1 S δ b k 1 (N) Trong đó: k 1 =S n l : Hệ số uốn tự do có thể tính theo công thưc trên hoặc chọn theo bảng phụ thuộc vào tỉ số 1 s
B1: Chiều rộng của dải tấm
N: Hệ số đặc trưng của ảnh hưởng của biến cứng n = 1,6 – 1,8 δb: Giới hạn bề của vật liệu
L: Khoảng cách giữa các điểm tựa
- Lực uốn góc tinh chỉnh tính theo công thức: P = q.F (N) q: Áp lực tinh chỉnh (là phẳng) chọn theo bảng
F: Diện tích phôi được tinh chỉnh
Trong quá trình uốn, không phải toàn bộ kim loại đều chịu biến dạng dẻo; một phần vẫn giữ trạng thái đàn hồi Do đó, khi không còn lực tác dụng, vật uốn sẽ không giữ được hình dáng ban đầu.
Cắt bằng áp lực lưỡi cắt
Cắt vật liệu tấm thành dải được tiến hành trên máy cắt vật liệu tấm
Các loại máy cắt vật liệu tấm phổ biến bao gồm máy cắt lưỡi song song, máy cắt lưỡi nghiêng và máy cắt dao đĩa Bên cạnh đó, còn có máy cắt nhiều đĩa và máy cắt chấn động được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.
Quá trình cắt nguyên vật liệu tấm bằng máy cắt gồm 3 giai đoạn liên tục:
Giai đoạn biến dạng đàn hồi xảy ra khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu, kéo dài cho đến trước khi đạt đến điểm tới hạn, nơi mà biến dạng chuyển từ đàn hồi sang biến dạng dẻo Trong giai đoạn này, ứng suất trong kim loại vẫn chưa vượt quá giới hạn đàn hồi.
Trong giai đoạn biến dạng dẻo, dao cắt tiếp tục đi xuống, dẫn đến việc ứng suất cắt tăng lên vượt quá giới hạn chảy nhưng chưa đạt đến giá trị cực đại tương đương với ứng suất bền của kim loại Kim loại sẽ biến dạng dẻo cho đến khi bắt đầu xuất hiện các vết nứt Trong giai đoạn này, dao sẽ lún sâu vào kim loại từ 0,2 đến 0,5 chiều dày phôi, tùy thuộc vào độ cứng và độ dẻo của vật liệu.
Trong giai đoạn cắt đứt, vết rạn nứt tê vi xuất hiện và dần dần lớn hơn Những vết nứt này bắt nguồn từ vết cắt do dao tạo ra, chúng hướng theo bề mặt trượt và cuối cùng dẫn đến việc tách rời phần vật liệu này khỏi phần vật liệu khác.
Hình 2.7 Các giai đoạn cắt kim loại
Trên các mặt cắt của tấm vật liệu, có hai vùng rõ rệt: một dải sáng hẹp tương ứng với giai đoạn biến dạng dẻo và một dải mở rộng hơn tương ứng với giai đoạn nứt Nếu vết nứt từ hai phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng, mặt cắt sẽ phẳng và dẹp, không có bavia; ngược lại, nếu lệch, sẽ tạo nên chất lượng mặt cắt xấu Do đó, việc kiểm soát khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của nó có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mặt cắt.
Lực cắt tác dụng Pi của lưỡi cắt trên và dưới bị lệch nhau do có khe hở Z giữa hai lưỡi cắt, tạo nên momen quay M = Pi.a Trong đó, a là cánh tay đòn giữa các điểm đặt, với a nằm trong khoảng (1,5 – 2)Z.
Momen m có xu hướng làm cho vật liệu quay một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt, dẫn đến hiện tượng mặt cắt xấu Để khắc phục tình trạng này, cần phải chặn vật liệu bằng lực Q Độ chính xác của mặt cắt phụ thuộc vào khe hở giữa dao cắt, lực chặn Q, và phương pháp định cữ Để nâng cao độ chính xác khi cắt, cữ phía sau điều chỉnh bằng tay nên được thay thế bằng điều chỉnh cơ khí Lực chặn nên được tính toán trong khoảng Q = (0,3-0,4)P.
Khi cắt trên máy cắt nghiêng, thường dài vật liệu cắt bị cong Để giảm sự uốn cong, người ta lmf góc nghiêng bé 𝜑 = 2 – 6°
Máy cắt lưỡi nghiêng có ưu điểm nổi bật là lực cắt không phụ thuộc vào chiều dài cắt, do đó được ưa chuộng trong các phân xưởng dập tấm Sau khi cắt, phôi thường dài và cần được nắn thẳng, đặc biệt khi sử dụng máy cắt bằng dao đĩa.
CHƯƠNG 3 CÁC CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ UỐN, CẮT THÉP
2.4 Các công nghệ và thiết bị uốn, cắt thép
2.4.1 Các phương pháp uốn thép
2.4.1.1 Phương pháp uốn bằng tay
Cơ cấu truyền lực bằng tay chỉ áp dụng cho một số sắt có đường kính nhỏ, yêu cầu độ chính xác của góc uốn thấp, năng suất thấp.
Hình 3.2 Cơ cấu truyền lực để uốn thép bằng tay
2.4.1.2 Phương pháp uốn bằng động cơ
Máy uốn ống bán tự động bàn uốn nằm ngang, sản xuất tại Nhật Bản, sử dụng động cơ điện và được điều khiển bằng bàn đạp chân hoặc nút điều khiển, cho phép uốn cong ống đến 180° Với khả năng uốn các kích cỡ đai thép có đường kính lên đến 40mm nhờ puli và cữ chắn dưới, máy đạt độ chính xác cao Thiết kế có thể bổ sung bộ phận tay dẫn ống phía sau giúp bảo vệ phần không uốn cong khỏi biến dạng Tay uốn của máy được trang bị cữ chắn linh hoạt, giúp điều chỉnh góc uốn dễ dàng, đồng thời máy hoạt động với độ ổn định cao và linh kiện thay thế dễ dàng.
Hình 3.3 Máy uốn bán tự động Diamond DBD – 25X
Máy uốn ống điện thủy lực hoạt động theo nguyên lý khác biệt, không sử dụng khuôn quay mà dùng pittông thủy lực để uốn chi tiết Được dẫn động bởi động cơ RAPID T100M, máy này có hộp giảm tốc điện thủy lực và điều khiển từ xa bằng bộ phận phân phối 2 chiều, đảm bảo độ chính xác cao Hộp giảm tốc bao gồm các pittong với van giới hạn, cho phép xả dầu tự động, giúp duy trì áp lực làm việc tối ưu Một trong những model của máy này được lắp ráp với bản gia công 2 tầng, trong đó hộp số thủy lực nằm ở tầng dưới và máy uốn ống ở tầng trên Ngoài ra, model RAPID T10M có thể vận hành bằng tay khi cần thiết.
Máy uốn với các chốt thay đổi cho phép dễ dàng điều chỉnh khuôn uốn Thiết bị này rất phù hợp để uốn các vật có kích thước lớn, nhờ vào quy trình chế tạo khuôn uốn đơn giản hơn so với các loại khuôn uốn kiểu quay.
Hình 3.4 Máy uốn ống điện thủy lực Diamond DBD – 19L
2.4.2 Các phương pháp cắt thép Để thực hiệm cắt vật liệu, trong thực tế có nhiều phương pháp, công nghệ khác nhau như: phương pháp cắt thủ công, cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phương pháp dập (dập cắt và đột lỗ), cắt bằng máy cắt thép… Tùy theo hình dạng, kích thước vật liệu cũng như quy mô sản xuất mà ta có thể áp dụng phương pháp cắt khác nhau cho hợp lý.
2.4.2.1 Phương pháp cắt thủ công
Cắt thép bằng các phương pháp thủ công như cưa tay, kì cắt cộng lực và chặt bằng ve thường tốn nhiều thời gian và cho ra các vết cắt không thẳng, dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu về độ chính xác Những phương pháp này chỉ phù hợp cho các phân xưởng thủ công và thường áp dụng cho các tấm thép có độ dày nhỏ và tiết diện hạn chế.
Kéo cắt thép thủ công gồm hai lưỡi cắt và cơ cấu tay đòn, giúp tạo lực cho lưỡi cắt Loại kéo này chỉ phù hợp để cắt các tấm thép có độ dày và diện tích nhỏ, chủ yếu được sử dụng trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ.
Hình 3.5 Kìm cắt sắt Hình 3.6 Cắt sắt bằng máy cắt
2.4.2.2 Cắt bằng hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí hàn
Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu và kim loại bằng hồ quang hoặc ngọn lửa khí là phương pháp đốt cháy, giúp vật liệu đạt đến điểm nóng, bị đẩy mạnh và tách rời một cách hiệu quả.
CÁC THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ DUỖI, UỐN VÀ CẮT THÉP
THIẾT KẾ MÁY DUỖI, UỐN VÀ CẮT ĐAI XÂY DỰNG
TÍNH TOÁN SỨC BỀN, THIẾT KẾ KẾT CẤU TOÀN MÁY
Thiết kế bộ truyền cho cơ cấu uốn và cơ cấu cắt
Cấu tạo của bộ truyền đai:
Bộ truyền đai thông thường gồm 3 bộ phận chính sau:
+ Bánh đai dẫn số 1: có đường kính d1, được lắp trên trục dẫn I, quay với số vòng quay n1, công suất truyền động P1, momen xoắn trên trục T1.
+ Bánh đai dẫn số 2: có đường kính d2, được lắp trên trục dẫn II, quay với số vòng quay n2, công suất truyền động P2, momen xoắn trên trục T2.
+ Dây đai 3 mắc vòng qua hai bánh đai
Nguyên lí làm việc của bộ truyền đai:
Dây đai mắc căng trên hai bánh đai, tạo ra áp suất và lực ma sát Fms giữa bề mặt dây đai và bánh đai Lực ma sát này cản trở chuyển động trượt tương đối giữa chúng Khi bánh đai quay, nó kéo theo dây đai di chuyển, và dây đai lại kéo bánh bị dẫn quay Nhờ vậy, chuyển động được truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn thông qua lực ma sát giữa dây đai và các bánh đai.
- Theo tiết diện đai: Bao gồm đai dẹt, đai hình thang, đai răng lược, đai tròn, đai răng, đai lục giác.
Có ba kiểu truyền động chính: truyền động giữa hai trục song song cùng chiều, truyền động giữa hai trục song song ngược chiều và truyền động giữa các trục chéo nhau.
Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
+ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (
