Thiết kế mô hình máy uốn đai xây dựng tự động

Tổng quan

Tìm hiểu về thép xây dựng

Thép các bon được chia thành hai loại chính: thép các bon thường và thép các bon chất lượng tốt Thép các bon thường, thường ở dạng tấm, cây hoặc thanh đã qua cán mỏng, chủ yếu được sử dụng trong ngành xây dựng.

Theo TCVN (1765:1975) Thép các bon thường lại được chia thành 3 loại A, B, C

 Thép loại A: là loại thép chỉ quy định về cơ tính và mác thép này có ký hiệu là

CT và con số đi kèm chỉ độ bền giới hạn VD: Thép CT38 là thép có giới hạn bền tối thiểu là 380N/mm2

Thép các bon thường loại A có các mác thép theo bảng sau:

Mác thép (số hiệu) Giới hạn bền σ,

N/mm2 Độ giãn dài tương đối δ, %

Bảng 1.1 Các loại mác thép theo tiêu chuẩn Nga và Việt Nam

Thép loại B, ký hiệu BCT, được quy định về thành phần hóa học và độ bền giới hạn tương tự như thép carbon loại A Thành phần hóa học của thép loại B được xác định theo bảng 1.2.

Mác thép Hàm lượng các nguyên tố

Bảng 1.2 bảng hàm lượng các nguyên tố của một số thép trên thị trường

Thép loại C được định nghĩa bởi cả cơ tính và thành phần hóa học, với ký hiệu CTC và số đi kèm chỉ rõ giới hạn độ bền tương tự như thép carbon loại A (bảng 1.1), đồng thời có thành phần hóa học giống như thép carbon loại B (bảng 1.2).

Thực trạng về máy bẻ đai sắt trên thế giới và trong nước

2.2.1 Thực trạng về máy bẻ đai sắt trên thế giới

Hiện nay, máy duỗi và cắt rất đa dạng, từ các loại máy cầm tay nhỏ gọn đến những máy lớn sử dụng động cơ và thủy lực Các máy NC và CNC có khả năng duỗi, cắt và uốn với nhiều bán kính khác nhau, mang lại độ chính xác và năng suất cao Máy duỗi, cắt và uốn tự động đang ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp.

Máy cắt và duỗi sử dụng động thủy lực điều khiển bằng động cơ servo mang lại độ chính xác cao và kích thước lớn Nhờ vào động cơ thủy lực, lực cắt tác dụng lên sắt được phân bổ đồng đều, giảm thiểu khuyết tật trong quá trình cắt và duỗi Việc điều khiển máy rất đơn giản thông qua bàn đạp chân, và máy có khả năng cắt, duỗi sắt theo nhiều chiều dài khác nhau Các máy này hoạt động hoàn toàn tự động hoặc bán tự động, cho phép công nhân chỉ cần cấp phôi vào máy.

2.2.2 Thực trạng về máy bẻ đai sắt trong nước

Trên thị trường Việt Nam hiện nay, có nhiều loại máy duỗi, cắt bẻ đai hiện đại, cả sản xuất trong nước và nhập khẩu Tuy nhiên, tình hình sản xuất vẫn chủ yếu dựa vào các hình thức thủ công hoặc bán tự động, chỉ đáp ứng được một khâu cụ thể như uốn, duỗi hay cắt Sự hoạt động độc lập của các khâu này dẫn đến việc tiêu tốn nhiều thời gian và nhân lực, ảnh hưởng đáng kể đến tiến độ thi công của các công trình.

Hiện nay, một số công ty trong nước như Công ty máy xây dựng Phúc Long đã thành công trong việc chế tạo và sản xuất máy bẻ đai thép tự động hoàn toàn.

Cơ Khí Chế Tạo Công Nghệ Siêu Việt…

Hình 1: Máy bẻ đai thép TD08

Các loại đai

Trên thị trường hiện nay, có đa dạng loại đai với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, bao gồm đai hình vuông, đai hình chữ nhật, đai tam giác và đai chữ C.

Tuy nhiên phổ biến vẫn là đai hình vuông và đai hình chữ nhật, các kích thước đai phụ thuộc vào dầm

Hình 2: Các loại đai thông dụng

2.3.2 Phân tích sản phẩm đai thép

Khi uốn đai thép, việc xác định kích thước khai triển của sản phẩm là rất quan trọng Cần lưu ý rằng khi uốn, mặt trong sẽ chịu biến dạng nén, trong khi mặt ngoài chịu biến dạng kéo Phần trung tâm không bị ảnh hưởng bởi cả hai loại biến dạng này, nghĩa là chiều dài tại tâm không thay đổi sau khi uốn Do đó, phần tâm được sử dụng để tính toán kích thước khai triển chiều dài của sản phẩm.

Mặc dù đây là những tính toán lý thuyết có giá trị gần đúng, để đạt được kết quả chính xác, cần thực hiện uốn thử Vị trí của lớp trung gian cũng sẽ thay đổi tùy thuộc vào bán kính trong r.

Hình 3: Sản phẩm đai thép

Sản phẩm đai thép hình vuông có ba thông số cơ bản là đường kính phôi thép d, chiều dài đai thép l và bán kính uốn r

Các thông số cơ bản của sản phẩm đai thép:

 Đường kớnh phụi thộp d = ỉ3 (mm)

 Bán kính góc uốn : r = 10mm

 Chiều dài đai thép: l = 100mm

 Chiều dài phôi thép: L = 460mm

Cơ sở lý thuyết

Các khái niệm về lực

Ngoại lực là lực tác động từ môi trường bên ngoài hoặc từ các vật thể khác lên vật thể đang được nghiên cứu Nó bao gồm tải trọng và phản lực liên kết.

 Phản lực: Là những lực thụ động phát sinh giữa nơi tiếp giáp vật khảo sát và vật thể xung quanh khi có tác dụng của tải trọng

Nội lực là lực tương tác giữa các phần tử của vật thể, thay đổi dưới tác dụng của ngoại lực nhằm chống lại sự dịch chuyển bên trong vật thể.

Ứng suất tại một điểm trên mặt cắt được định nghĩa là cường độ của nội lực phân bổ trên một đơn vị diện tích tại vị trí đó, và đại lượng này được biểu diễn dưới dạng vec tơ.

Ứng suất p có thể được chia thành hai phần: ứng suất pháp tuyến (ký hiệu σ) nằm trên phương pháp tuyến n của mặt cắt, và ứng suất tiếp tuyến (ký hiệu τ) nằm trong mặt cắt.

Ứng suất là chỉ số thể hiện khả năng chịu đựng của vật liệu tại một điểm Khi ứng suất vượt quá giới hạn cho phép, vật liệu sẽ bị phá hủy Việc xác định ứng suất là cơ sở để đánh giá mức độ an toàn của vật liệu, do đó, đây là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong quá trình chế tạo thiết bị Tính toán sức bền cho máy uốn chính là mục tiêu chính trong việc xác định ứng suất.

Thuyết bền ứng suất tiếp

Nguyên nhân gây ra sự phá hỏng của vật liệu ở trạng thái ứng suất là do biến dạng dài lớn nhất vượt qua một giới hạn xác định Biến dạng này không phụ thuộc vào dạng của trạng thái ứng suất.

Hình 5: Sơ đồ phân bố ứng xuất tiếp

Thanh chịu uốn phẳng

3.3.1 Ứng suất pháp tuyến trên tiết diện bị uốn

 Trước và sau biến dạng tiết diện thanh vẫn phẳng và vuông góc với trục

Các lớp vật liệu dọc trục thanh không tương tác với nhau, do đó có thể bỏ qua các thành phần ứng suất pháp trên các mặt song song với trục.

Lớp trung hòa là một loại vật liệu tồn tại song song với trục thanh có chiều dài không đổi Giao tuyến của lớp trung hòa với tiết diện tạo thành một đường thẳng, được gọi là đường trung hòa.

Các lớp vật liệu sau biến dạng

Công thức tính ứng suất:

Biểu đồ trị số lớn nhất của ứng suất: σ y x x

Hình 6: Biểu đồ xác định trị số ứng suất

(gọi là moment chống uốn) Điều kiện bền: σ max = k max x x y

 max  min   Đối với vật liệu dẻo:

3.3.2 Ứng suất tiếp tuyến trên tiết diện bị uốn c x c x y yz J b

 𝑏 𝑐 : bề rộng mặt cắt tại điểm ứng suất tiếp

Fc ydF : moment tĩnh của diện tích cắt đối với trục x có thể tính

 y c Fc : khoảng cách từ trọng tâm C của diện tích F đến trục trung hòa x

 Đối với diện tích hình chữ nhật:

Tại 2 mép trên và dưới của tiết diện có: y = 2

Hình 7: Ứng suất tiếp diện hình chữ nhật

Tại những điểm nằm trên đường trung hòa có y = 0

 Đối với tiết diện hình tròn:

Hình 8: Ứng suất tiếp tiết diện tròn

3.4 Ứng suất trong miền biến dạng của vật thể tiếp xúc

3.4.1 Tương quan hình học giữa các mặt của hai vật thể tiếp xúc

Khi diện tích tiếp xúc là 1 giải giới hạn bởi 2 đường song song

Trường hợp tiếp xúc giữa hình trụ bán kính R 1 và mặt phẳng ( R 2 ) thì bề rộng của giải tiếp xúc b = 1,128 .q.R 1 Áp suất cực đại giữa giải tiếp xúc p 0 = 0,5642

 Nếu cả 2 hình trụ cùng làm bằng 1 loại vật liệu và có cùng hệ số 0,3thì hằng số đàn hồi của vật liệu  E

 Lực q là lực phân bố đều trên đường tiếp xúc

3.4.2 Ứng suất trong biến dạng của vật thể tiếp xúc Ứng suất theo phương x:

Hình 9: Ứng suất trong miền biến dạng Ứng suất theo phương z: σz= - q0

Theo nghiên cứu cho thấy σz bao giờ cũng là ứng suất cực tiểu (kể cả dấu)

𝑏 biến thiên trong khoảng từ 0 đến 0,45 thì trị số ứng suất cực đại là σy và khi 𝑧

𝑏 > 0,45 thì ứng suất cực đại là σx Điều quan tâm của chúng ta là điểm có trị số ứng suất tiếp lớn nhất Điểm đó có độ sâu 𝑧

Trị số ứng suất tiếp lớn nhất là: τmax= σ z − σ y

Các ứng suất đó nằm trên mặt cắt song song với trục x và có pháp tuyến tạo với trục z một góc 45 0

Mặt khác ứng suất tương đương trong thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất là:

Sử dụng thuyết bền thế năng biến đổi hình dạng, chúng ta xác định điểm nguy hiểm ở độ sâu z = 0,7b với trị số ứng suất tương đương là σtđ = 0,557.

Ứng suất tương đương theo thuyết bền chỉ phụ thuộc vào áp suất tĩnh p0 Do đó, trong sổ tay công nghệ, người ta đã xác định trước một giá trị áp suất cho phép [p0] Điều kiện bền của vật thể được thiết lập khi p0 nhỏ hơn [p0].

Cơ sở lý luận về biến dạng dẻo của kim loại

3.5.1 Các khái niệm cơ bản

Uốn thép và dập tạo hình là quá trình biến dạng dẻo của kim loại nhằm tạo ra hình dạng và kích thước mong muốn Để thực hiện quá trình này, cần sử dụng khuôn tạo hình, bao gồm hai thành phần chính: cối và chày.

Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy là ba quá trình liên tiếp xảy ra trong kim loại dưới tác động của tải trọng Những quá trình này diễn ra theo thứ tự: đầu tiên là biến dạng đàn hồi, tiếp theo là biến dạng dẻo và cuối cùng là phá hủy.

Khi tăng tải trọng, độ biến dạng Δl tăng theo tỉ lệ bậc nhất, được gọi là biến dạng đàn hồi, cho phép kim loại trở về vị trí ban đầu.

Khi tải trọng vượt quá ngưỡng nhất định, độ biến dạng Δl gia tăng nhanh chóng Mặc dù khi ngừng tác dụng tải trọng, kim loại vẫn giữ lại một mức độ biến dạng nhất định, hiện tượng này được gọi là biến dạng dẻo hay biến dạng dư.

Khi tải trọng đạt giá trị tối đa, các vết nứt tế vi xuất hiện, dẫn đến ứng suất tập trung cao hơn Điều này làm gia tăng và mở rộng các vết nứt, khiến kim loại bị tách rời và phá hủy, hiện tượng này được gọi là biến dạng phá hủy.

Khi uốn thép, cần chú ý đến các biểu đồ lực tác dụng, vì mỗi loại vật liệu có giới hạn chịu lực khác nhau để tránh làm hỏng chúng.

Khi uốn thép ta chú ý đến biểu đồ σ - ε:

 F0: Diện tích tiết diện ban đầu (mm2)

 Δl: Độ giãn dài khi kéo

 E: Mô đun đàn hồi của vật liệu,N/mm 2

3.5.2 Hiện tượng đàn hồi sau khi uốn

Uốn là quá trình biến dạng dẻo kết hợp với biến dạng đàn hồi do tính chất của vật liệu Sau khi uốn, biến dạng đàn hồi có thể làm mất đi kích thước và hình dạng ban đầu của sản phẩm, dẫn đến hiện tượng gọi là đàn hồi sau khi uốn Hiện tượng này gây ra sai lệch về góc và bán kính uốn, do đó, để đạt được góc và bán kính uốn chính xác, cần điều chỉnh bán kính và góc uốn tương ứng với giá trị của biến dạng đàn hồi.

Trị số đàn hồi của vật liệu phụ thuộc vào loại vật liệu, chiều dày, hình dáng chi tiết uốn, bán kính uốn tương đối (r/s), lực uốn và phương pháp uốn Khi giới hạn chảy của vật liệu tăng, tỉ số r/s lớn và chiều dày vật liệu giảm, hiện tượng đàn hồi sẽ gia tăng Trị số đàn hồi có thể được xác định thông qua các phương pháp thực nghiệm hoặc giải tích.

3.5.3 Sự trượt đơn tinh thể

Trượt là hình thức chủ yếu của biến dạng dẻo, một hình thức khác ít gặp hơn là song tinh

Trượt là sự chuyển dời tương đối giữa các phần của tinh thể theo những mặt và phương nhất định gọi là mặt và phương trượt

Hình 11: Đơn tinh thể sau khi trượt

Biến dạng đàn hồi Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

3.5.4 Các mặt và phương trượt

Khi hai mặt nguyên tử dịch chuyển tương đối, liên kết giữa các nguyên tử đối diện sẽ bị đứt, trong khi liên kết giữa các nguyên tử cạnh nhau vẫn được bảo toàn Để đạt được điều này, các nguyên tử cần có mật độ lớn nhất, dẫn đến liên kết yếu và tạo điều kiện cho sự dịch chuyển dễ dàng Mặt trượt là mặt tưởng tượng phân chia giữa hai mặt nguyên tử dày đặc nhất, nơi sự trượt có khả năng xảy ra cao nhất.

Khi trượt các phần của đơn tinh thể, sự dịch chuyển tương đối diễn ra theo các mặt trượt song song, thường trên phương có mật độ nguyên tử cao nhất, do liên kết tại đây là mạnh nhất.

Các mặt và phương dày đặc là mặt và phương trượt cơ bản của các kiểu mạng tinh thể thường gặp như biểu diễn ở hình như sau

Hình 12: Các mặt và phương trượt

Trong mạng lập phương thể tâm, các mặt dày đặc nhất là các mặt chéo đi qua nguyên tử ở giữa, với tổng cộng 6 mặt Mỗi mặt có 2 phương dày đặc nhất, là các phương đối đỉnh của hình lập phương Sự kết hợp giữa 1 mặt trượt và 1 phương trượt tạo thành 1 cách trượt hay hệ trượt, dẫn đến việc mạng lập phương thể tâm có 12 cách trượt khác nhau (6x2).

Trong mạng lập phương diện tâm, các mặt dày nhất là các mặt chéo không đi qua nguyên tử ở giữa, tạo thành 3 đường chéo của 3 mặt bên, với tổng cộng 4 mặt như vậy.

Trên mỗi mặt có 3 phương dày đặt nhất là các phương chéo của các mặt bên Mạng lập phương cũng có 12 cách trượt (4x3) khác nhau

Còn mạng lục giác xếp chặt chỉ có 1 mặt dày đặc nhất.Như vậy mạng lục giác xếp chặt chỉ có 3 cách trượt (1x3) khác nhau

Khả năng biến dạng dẻo của kim loại tỷ lệ thuận với số phương trượt, cho thấy rằng mạng tinh thể hệ lập phương dễ biến dạng hơn so với hệ lục giác xếp chặt Các kim loại dễ cán, kéo, và dát mỏng nhất thường là những kim loại có mạng lập phương như Al, Cu, Fe, Ag, Au, và Pb Mặc dù có cùng kiểu mạng trượt, mạng lập phương thể tâm lại có số phương trượt nhiều hơn, khiến nó dễ biến dạng hơn Ngược lại, các kim loại có mạng lục giác xếp chặt như Zn lại rất khó khăn trong việc biến dạng dẻo.

3.5.5 Ứng suất gây ra trượt

Hình 13: Sơ đồ ứng suất gây ra trượt

Khác với biến dạng đàn hồi, trong trường hợp trượt, chỉ có thành phần ứng suất tiếp trên mặt và phương trượt mới gây ra hiện tượng trượt Khi đơn tinh thể bị kéo theo chiều trục, lực kéo P tạo với phương pháp tuyến của mặt trượt một góc θ Khi chiếu mặt phẳng P lên mặt phẳng trượt, ta thu được thành phần tiếp tuyến trên mặt trượt.

Phương trượt làm với Pt một góc λ Thành phần tiếp tuyến của lực kéo P trên phương trượt sẽ là:

P.sinθ.Cosλ Giả sử mặt cắt ngang của đơn tinh thể là Fo thì mặt trượt sẽ có diện tích là:

Fo/ Cosλ Ứng suất tiếp trên phương trượt sẽ là:

 T=(P*sinθ.Cosλ)/(Fo/cosθ) = (P.sinθ.cosθ.Cosλ)/Fo

Khi ứng suất tiếp T vượt quá giá trị tới hạn Tth (là hằng số đặc trưng cho mỗi loại kim loại), hiện tượng trượt sẽ xảy ra, được gọi là ứng suất trượt tới hạn.

Sự trượt của đa tinh thể

Trong thực tế, biến dạng dẻo của kim loại luôn là sự trượt của đa tinh thể

Mặc dù đa tinh thể được cấu thành từ nhiều tinh thể, nhưng sự trượt của đa tinh thể không thể được coi là sự kết hợp đơn lẻ của sự trượt từng tinh thể riêng lẻ.

Từ những đặc điểm về cấu trúc của đa tinh thể ta có thể thấy sự trượt của đa tinh thể có những đặc điểm sau đây:

Các hạt kim loại nguyên chất có mạng tinh thể giống nhau nhưng lại có sự định hướng mặt và phương khác nhau, dẫn đến hiện tượng biến dạng không đều Những hạt có định hướng thuận lợi sẽ trượt trước với ứng suất nhỏ, trong khi những hạt có định hướng không thuận lợi sẽ trượt sau với ứng suất lớn hơn, thậm chí có thể không trượt được.

Các hạt trong vật liệu có tính đẳng hướng, tức là chúng thể hiện các tính chất khác nhau khi bị khử theo các phương khác nhau Điều này xảy ra do sự định hướng ngẫu nhiên của các hạt và mối quan hệ của chúng với áp lực tác dụng.

Kết quả khử tổng hợp theo mọi phương của hạt cho thấy tính chất nhận được là giống nhau, điều này chứng tỏ rằng đa tinh thể có tính đẳng hướng.

Các hạt trong vật liệu đa tinh thể có độ bền cao hơn vì chúng gắn bó với nhau qua vùng biên giới, nơi mà sự trượt của các hạt không chỉ ảnh hưởng đến hạt đó mà còn kéo theo các hạt lân cận Vùng biên giới này có cấu trúc không trật tự, làm cho việc hình thành mặt và phương trượt trở nên khó khăn Do đó, trở lực trong đa tinh thể lớn hơn nhiều so với đơn tinh thể, dẫn đến độ bền tổng thể cao hơn.

Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ dẻo của vật liệu càng cao, vì hạt nhỏ với tổng biên giới lớn hơn sẽ cản trở sự trượt mạnh mẽ, dẫn đến việc tăng cường độ bền Khi kích thước hạt giảm, số lượng hạt tăng lên, từ đó số lượng hạt thích ứng với sự trượt theo các phương khác nhau cũng tăng theo, giúp phân bố sự trượt trên nhiều hạt hơn và làm gia tăng biến dạng dư.

Kim loại hạt nhỏ vượt trội hơn hẳn kim loại hạt lớn trong chế tạo máy và luyện kim, vì việc đạt được kích thước hạt nhỏ là một yếu tố quan trọng để nâng cao cơ tính toàn diện của vật liệu.

Cơ sở tính toán của quá trình uốn đai thép

Hình 15: Sơ đồ nguyên lý quá trình uốn đai thép

3.7.1 Các thống số ảnh hưởng đến quá trình uốn đai thép

Bán kính con lăn cố định r có vai trò quan trọng trong việc xác định góc uốn của đai thép Nếu bán kính uốn quá nhỏ, sẽ dẫn đến hiện tượng nứt ở phần góc uốn, làm giảm độ bền của đai thép Ngược lại, nếu bán kính con lăn cố định quá lớn, góc uốn sẽ trở nên lớn hơn, gây ảnh hưởng đến sự liên kết giữa đai thép và trụ sắt, làm cho mối liên kết không chặt chẽ.

 Bán kính con lăn di động R: Phải đảm bảo độ lớn, khỏe để uốn đủ độ bền tiếp xúc khi uốn

 D: Đường kính phôi ( tính toàn theo đường kính phôi lớn nhất )

Độ hở δ là khoảng cách giữa con lăn di động và phôi Khi độ hở δ tăng, cánh tay đòn khi uốn cũng tăng, dẫn đến lực uốn giảm Tuy nhiên, điều này lại làm tăng góc chuyển động của con lăn di động.

Góc β là góc mà con lăn di động tiếp xúc với phôi, phụ thuộc vào các thông số rmax, rmin, d và δ Khi khoảng cách δ tăng, góc β cũng sẽ tăng, dẫn đến sự gia tăng độ dịch chuyển của con lăn di động, từ đó kéo theo hành trình uốn và thời gian cũng sẽ tăng theo.

Khoảng cách l giữa điểm tiếp xúc của con lăn di động với phôi và đường thẳng nối tâm của con lăn cố định với tâm con lăn di động ở vị trí ban đầu ảnh hưởng trực tiếp đến lực uốn Cụ thể, khi khoảng cách l lớn, lực uốn giảm do tay đòn tăng, ngược lại, khoảng cách nhỏ sẽ làm tăng lực uốn Khoảng cách l này còn phụ thuộc vào góc β.

3.7.2 Đường trung hòa và sự dịch chuyển của đường trung hòa

Khi gia công uốn đai thép vuông góc, tại góc uốn sẽ xuất hiện hiện tượng biến dạng nén ở mặt bên trong và biến dạng kéo ở mặt ngoài Độ lớn biến dạng này lớn nhất ở bề mặt ngoài và giảm dần vào sâu trong kim loại Ở trung tâm, có một đường kim loại không có biến dạng kéo hay nén, được gọi là đường trung hòa.

Hình 16: Sơ đồ bề mặt biến dạng sau khi uốn

Vị trí của đường trung hòa nằm ở tâm của kim loại khi bán kính uốn cong lớn hơn 5 lần đường kính Nếu bán kính nhỏ hơn, đường kính sẽ giảm dần từ d xuống d’, và đường trung hòa sẽ di chuyển vào bên trong.

Khi đường trung hòa di chuyển vào bên trong do đường kính của vật liệu giảm, điều này cho thấy vật liệu bị kéo dài Tuy nhiên, mức độ kéo dài này lại rất khó để dự đoán.

Đường trung hòa, dù bị kéo dài hay nén, vẫn giữ nguyên chiều dài so với trước khi gia công Điều này cho phép sử dụng đường trung hòa trong việc tính toán chiều dài vật liệu cho sản phẩm gia công uốn.

3.7.3 Cơ sở kinh tế chế tạo máy uốn

Tính kinh tế của máy và chi tiết máy:

 Năng suất uốn của máy là 3 đai/1phút hay 1440 đai/1ca (8 tiếng)

 Kết cầu bộ truyền nhỏ gọn, các chi tiết tiêu chuẩn, giá thành rẻ

Kết cấu máy cần đảm bảo tính kinh tế song song với việc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Điều này bao gồm việc thiết kế, chế tạo và sử dụng sao cho hiệu quả nhất.

3.7.4 Yêu cầu kinh tế trong thiết kế Được thực hiện bằng các biện pháp sau:

 Chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện thích hợp

Xác định kích thước và thông số tối ưu cho các chi tiết máy có chức năng và hình dạng tương tự nhưng quy cách và cấu tạo khác nhau, như đai dẹt hay đai thang, ổ bi hay ổ đũa, là cần thiết để đảm bảo các chỉ tiêu chủ yếu, khả năng làm việc, và tuổi thọ của chi tiết máy Đồng thời, cần thiết kế kết cấu nhỏ gọn, nhẹ và giảm giá thành sản phẩm.

Chọn hệ dẫn động cơ khí cho máy cần dựa trên thiết kế tối ưu, nhằm đáp ứng đồng thời nhiều tiêu chí, trong đó bao gồm kích thước gọn và khối lượng giảm, góp phần hạ giá thành sản phẩm.

Sử dụng các chương trình tự động hóa thiết kế trên máy vi tính giúp tính toán và so sánh hàng loạt số liệu mà phương pháp tính tay không thể thực hiện, đồng thời tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình thiết kế.

3.7.5 Yêu cầu kinh tế trong chế tạo

Tình hình kinh tế trong ngành chế tạo phụ thuộc vào số lượng vật liệu, chi phí lao động và phương tiện chế tạo máy, và điều này được thể hiện qua giá thành của máy và các chi tiết máy.

Giá thành bản thân của một chi tiết máy được xác định theo công thức:

Si = Mi + Zi + Ti/ni

 Mi: giá thành vật liệu chi tiết máy kể cả phế liệu

Chi phí sản xuất tại các phân xưởng chế tạo sản phẩm bao gồm mức lương của công nhân trực tiếp, cùng với các chi phí phụ như khấu hao tài sản cố định, chi phí điện chiếu sáng, điều hòa không khí và lương cho nhân viên gián tiếp.

 Ti : giá thành thiết bị chuyên dụng chế tạo sản phẩm

 ni : số lựơng chi tiết máy được chế tạo

Bản thân chi tiết máy phụ thuộc vào loại vật liệu và phương pháp tạo phôi cũng như chí phí cắt gọt trên các loại máy công cụ

3.7.6 Yêu cầu kinh tế trong sử dụng

Năng suất cao, chí phí về năng lượng thấp, hiệu suất cao, các chí phí nhiên liệu bôi trơn thấp, chi phí bảo dưỡng, sữa chữa thấp

 Khi nghiên cứu thiết kế máy mới, người thiết kế máy sẽ so sánh mức độ tiến bộ và hiệu quả của máy so với các máy hiện có

 Ở từng giai đoạn thiết kế, người ta làm rõ hiệu quả kinh tế do thay đổi số liệu ban đầu hoặc áp dụng các phương pháp tính chính xác

Sau khi thực hiện tính toán chính xác về máy uốn dựa trên số liệu ban đầu và các đặc tính thu được từ thực nghiệm, kết quả cho thấy hiệu quả kinh tế tối ưu Dựa trên những phân tích này, quá trình sản xuất được tiến hành.

Phương pháp cắt thép bằng áp lực lưỡi cắt

Quá trình cắt nguyên vật liệu tấm bằng máy cắt gồm 3 giai đoạn liên tục:

Giai đoạn biến dạng đàn hồi là thời điểm khi dao cắt tiếp xúc với vật liệu cho đến trước khi đạt đến điểm tới hạn, nơi xảy ra sự chuyển đổi từ biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo, và 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 di chuyển xuống, dẫn đến việc ứng suất cắt tăng lên vượt quá giới hạn chảy, tuy nhiên vẫn chưa đạt đến giá trị cực đại tương đương.

Kim loại có ứng suất bền sẽ bắt đầu biến dạng dẻo trước khi xuất hiện vết nứt Trong giai đoạn này, dao sẽ lún vào kim loại từ 0,2 đến 0,5 chiều dày của phôi, tùy thuộc vào độ cứng và độ dẻo của vật liệu.

Trong giai đoạn cắt đứt, xuất hiện các vết nứt vi mô, sau đó những vết nứt này dần lớn hơn Những vết nứt bắt đầu từ vết cắt do dao tạo ra, theo hướng bề mặt trượt, và cuối cùng dẫn đến việc tách rời phần vật liệu này khỏi phần vật liệu khác.

Biến dạng đàn hồi Biến dạng dẻo Giai đoạn cắt đứt

Hình 18: Sơ đồ cắt bằng áp lực

Trên mặt cắt của vật liệu, có hai vùng chính: một dải sáng hẹp biểu thị giai đoạn biến dạng dẻo và một dải rộng hơn cho giai đoạn đứt Khi vết nứt từ hai phía gặp nhau trên cùng một mặt phẳng, mặt cắt sẽ phẳng và không có bavia, nhưng nếu lệch, chất lượng mặt cắt sẽ kém Do đó, việc kiểm soát khe hở giữa hai lưỡi cắt và độ sắc cạnh của chúng là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mặt cắt.

Lực cắt được tạo ra bởi sự chênh lệch lực tác dụng Pi của lưỡi cắt trên và dưới, dẫn đến mômen quay M = Pi.a, với a là cánh tay đòn giữa các điểm đặt, được xác định bởi a = (1,5-2)Z Mômen này có xu hướng làm cho vật liệu quay một góc nhỏ trước khi bị cắt đứt, gây ra hiện tượng làm xấu mặt cắt Để ngăn chặn hiện tượng này, cần sử dụng lực chặn Q để giữ vật liệu ổn định Độ chính xác của mặt cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu dao cắt, phương pháp cắt, độ dày vật liệu, trạng thái mép dao cắt, khe hở giữa dao cắt và ảnh hưởng của lực chặn.

Để nâng cao độ chính xác khi cắt, phương pháp định cữ được cải tiến bằng cách thay thế cữ phía sau điều chỉnh bằng tay bằng điều chỉnh cơ khí Lực chặn được xác định với Q = (0,3-0,4)P Khi sử dụng máy cắt lưỡi nghiêng, dải vật liệu cắt thường bị cong, do đó để giảm thiểu sự uốn cong, góc nghiêng φ được thực hiện trong khoảng 2 ÷ 6 độ.

Hình 19: Máy cắt thủy lực Máy cắt sắt thủy lực cầm tay diamond DC-25 Máy cắt sắt thủy lực cầm tay SH - 25

Phương hướng và các giải pháp

Giới thiệu chung

Một kết cấu được coi là có tính công nghệ khi đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế và được sản xuất với chi phí lao động, phương tiện và thời gian tối thiểu Cụ thể, một chi tiết máy có tính công nghệ cần đảm bảo các tiêu chí về khả năng làm việc và độ tin cậy, đồng thời phải dễ chế tạo trong điều kiện sản xuất hiện có, tiết kiệm nguyên vật liệu và thời gian.

Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật tối ưu cho máy móc và thiết bị Để lựa chọn phương án máy hợp lý, cần thỏa mãn các yêu cầu chủ yếu về tính công nghệ.

 Máy và chi tiết máy có hình dạng, kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ chế tạo và lắp ráp

 Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên quan đến công dụng và điều kiện sử dụng máy

Sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp có thể giúp đơn giản hóa quy trình chế tạo, từ khâu chuẩn bị phôi cho đến gia công, kiểm tra, lắp ráp và nghiệm thu sản phẩm.

 Máy và chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn

 Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất…

Yêu cầu của đề tài

 Nghiên cứu các tài liệu về quá trình uốn thép

 Tính toán lực và thiết kế các bộ phận thiết bị làm việc phù hợp

 Chế tạo máy uốn thép tự động

 Loại thộp uốn: Thộp xõy dựng ỉ3(mm)

 Sản phẩm uốn: Đai thép 100(mm)x100(mm)

Phương hướng và các phương pháp thực hiện uốn thép

4.3.1 Phương án 1: Sử dụng tay quay con trượt

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu tay quay con trượt

1 Động cơ 2 Khớp nối 3.Hộp giảm tốc 4 Tay quay-con trượt

Nguyên lý hoạt động của động cơ truyền moment uốn bắt đầu từ việc truyền lực qua trục bánh trăng nhỏ, sau đó giảm qua bánh răng lớn để tăng lực vòng lên Trục bánh răng lớn chuyển động xoay và tạo ra lực vòng cho khớp nối, giúp con trượt di chuyển uốn thanh thép Khi khớp nối quay hết vòng, nó sẽ kéo con trượt quay về vị trí ban đầu Ưu điểm của hệ thống này là dễ dàng chế tạo và có khả năng chuyển động khứ hồi.

 Lực trong quá trình uốn không ổn định

 Nhanh mòn các khớp vì lực trong quá trình uốn lớn

4.3.2 Phương án 2: Sử dụng thủy lực

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu thủy lực

1 Thùng dầu 2 Động cơ 3.Van 3/2 4 Pittong- xilanh

Động cơ bơm dầu hoạt động bằng cách chuyển dầu từ thùng qua dây dẫn và van giảm áp vào xi lanh, tạo áp lực lớn để đẩy piston tịnh tiến uốn thép Sau khi piston hoàn thành hành trình, van đảo trạng thái xi lanh sẽ xả dầu, giúp piston quay lại vị trí ban đầu nhờ lò xo Ưu điểm của hệ thống này là lực lớn, ổn định và kích thước nhỏ gọn.

 Thích hợp uốn các loại thép cứng, lớn

4.3.3 Phương án 3: Sử dụng vít me đai ốc

Hình 22: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu vítme - đai ốc

1 Động cơ 2 Khớp nối 3.Hộp giảm tốc 4 Trục vít me

5 Đai ốc 6 Chày 7.Cối 8 Thép uốn

Động cơ hoạt động bằng cách truyền moment uốn qua trục bánh trăng nhỏ, sau đó giảm qua bánh răng lớn để tăng lực vòng Trục bánh răng lớn chuyển động xoay và lực vòng cho vít me, khiến đai ốc nối với chày tịnh tiến để uốn thép Khi chạm công tắc hành trình, động cơ sẽ đảo chiều và đai ốc tịnh tiến ngược về vị trí ban đầu.

 Giá thành chế tạo rẻ

 Không có chuyển động khứ hồi

 Trục vít me nhanh mòn

4.3.4 Phương án 4: Sử dụng bánh răng nón

1 Động cơ 2 Khơp nối 3.Hộp giảm tốc 4 Bánh răng nón

Hình 23: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu bánh răng nón

Nguyên lý hoạt động của động cơ là truyền moment uốn qua trục bánh trăng nhỏ, sau đó giảm qua bánh răng lớn để tăng lực vòng lên Bánh răng lớn chuyển động xoay và lực vòng cho bánh răng nón chủ động, khiến bánh răng nón bị động quay theo Khi đó, chày gắn trên bánh răng bị động sẽ quay và uốn thép Khi chạm vào công tắc hành trình, chày sẽ quay trở lại vị trí ban đầu Ưu điểm của hệ thống này là lực lớn và ổn định.

Nhược điểm: Bánh răng nón khó chế tạo, bộ truyền lớn, phải chế tạo cơ cấu khứ hồi

4.3.5 Phương án 5: Sử dụng khí nén

Hình 24: Sơ đồ nguyên lý uốn thép bằng cơ cấu khí nén

1 Bình khí nén 2 Động cơ 3.Van 3/2 4 Pittong- xilanh

Động cơ bơm khí nén vào bình, sử dụng van 2 trạng thái để đưa khí vào xi lanh, tạo ra áp lực lớn đẩy piston tịnh tiến uốn thép Sau khi hoàn thành hành trình, van chuyển trạng thái, xi lanh xả khí và piston trở về vị trí ban đầu Ưu điểm của hệ thống này là lực ổn định.

Nhược điểm: Kích thước bộ truyền rất lớn

Dựa trên năm phương án đã phân tích cùng với những ưu, nhược điểm của từng phương án, tôi nhận thấy rằng phương án 5 (sử dụng khí nén) là lựa chọn tối ưu nhờ vào tính tự động hóa cao, khả năng tác động nhanh chóng và chính xác Do đó, tôi sẽ tiến hành thiết kế mô hình máy theo phương án 5 (sử dụng khí nén).

Tính toán và lựa chọn thiết bị

Lựa chọn phương án thiết kế

Sau khi tham khảo tài liệu và khảo sát thực tế, nhóm chúng em quyết định thiết kế mô hình sử dụng động cơ DC để kéo bộ phận duỗi, nhằm nắn thẳng dây thép từ cuộn Bộ phận uốn và cắt sẽ di chuyển nhờ vào xylanh khí nén, được điều khiển bởi các van Toàn bộ hệ thống hoạt động với nguồn điện DC 24V.

Sơ đồ khối của mô hình máy uốn đai: Ưu điểm:

 Có tính linh hoạt cao Các bộ phận trong hệ thống khí nén có thể bố trí ở nhiều vị trí khác nhau nên thuận lợi trong việc định vị

 Vận hành máy ít gây ra rung động

 Hiệu suất cao do tổn thất coonng suất bởi ma sát nhỏ

 Tác động nhanh chính xác

Nhược điểm: Giá thành cao

Tính toán và lựa chọn thiết bị

5.2.1 Tính toán công suất động cơ

Việc tính toán và lựa chọn công suất của động cơ phải thỏa mãn 3 điều kiện sau:

 Có mômen đủ lớn để thắng được mômen cản ban đầu của tải khi mới khởi động

 Hoạt động êm, ổn định

 Không phát sinh nhiệt quá lớn Để chọn động cơ điện cần tính công suất cần thiết

Gọi: N là công suất của khung duỗi η là hiệu suất chung của bộ truyền

Nct là công suất cần thiết

1000 với P = 0.5N là lực kéo đai và v là vận tốc khung

30 η = η1*η2 4 = 0.95* 0.99 4 = 0.92 η1 = 0.95 là công suất bộ truyền đai η2 = 0.99 là công suất ổ lăn

Năng suất 3đai/1phút  1đai/20s

Để lựa chọn động cơ DC, cần đảm bảo rằng công suất của động cơ lớn hơn công suất yêu cầu và số vòng quay phù hợp với ứng dụng Qua quá trình nghiên cứu, tôi đã chọn được động cơ DC TG- phù hợp với tiêu chí này.

85E của hãng Tsukasa công suất là 15W và số vòng quay tối đa là 110(v/p) và nguồn cấp vào là 24V

5.2.2 Tính toán bộ truyền đai

 Số vòng quay của động cơ: 110 (v/p)

Hệ thống truyền động đai có những ưu điểm sau:

Bộ truyền động đai mang lại nhiều lợi ích cho thiết kế và gia công, với ưu điểm nổi bật là khả năng bảo vệ hệ thống và động cơ khỏi hư hỏng trong trường hợp xảy ra sự cố Nhờ hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát, khi gặp tình huống quá tải hoặc kẹt trục, đai sẽ trượt, giúp bảo vệ động cơ và toàn bộ hệ thống công tác khỏi những thiệt hại nghiêm trọng.

Đai hình thang là loại đai phổ biến nhờ vào sức bền và tính đàn hồi cao, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Loại đai này được phân chia thành bảy loại dựa trên kích thước tiết diện từ nhỏ đến lớn, với kích thước và chiều dài đã được tiêu chuẩn hóa.

Tiết diện mặt cắt ngang của đai thang

31 Đai hình thang được chia làm bảy loại, theo kích thước tiết diện từ nhỏ đến lớn:

O, A, Б, B, Γ, Д, E Kích thước tiết diện đai và chiều dài đai đã được tiêu chuẩn hoá

Kích thước tiết diện các loại đai:

Từ những số liệu đầu vào của động cơ nhóm quyết định lựa chọn đai thang loại A a Xác định đường kính và chiều rộng của bánh đai

 Dn là đường kính ngoài của bánh đai

 Dt là đường kính trong của bánh đ

 D là đường kính danh nghĩa của bánh đai

 B là chiều rộng của bánh đai

 e là chiều cao của rãnh bánh đai

 h là chiều cao của đai

 h0 là chiều cao danh nghĩa của đai Đường kính danh nghĩa của bánh đai dẫn được xác định theo công thức Xaverin d1 = 1100.√ 𝑁

3 = 58,8(mm) ≈ 60 (mm) Kiểm nghiệm vận tốc đai: v = πd 1 n 1

Vì tỉ số truyền là 1:1 nên đường kính bánh đai bị dẫn bằng với đường kính bánh đai dẫn

 Đường kính ngoài của bánh đai là: Dn1=Dn2 d+2h0` + 2.2,8 = 65,6 (mm)

 Đường kính trong của bánh đai là: Dt1 = Dt2 Dn–2e e,6 – 2.2,5 = 60,6 (mm)

 Chiều rộng của bánh đai: B = 2S = 2.10 = 20 (mm)

Với e và S là những thông số tiêu chuẩn ứng với đai loại A b Xác định khoảng cách trụ a và chiều dài đai L

4.150 = 488,4 (mm) Theo tiêu chuẩn đai thang chọn L = 500 (mm)

Số vòng chạy của đai trong 1s: i = v l = 0,3

0,5= 0,6 s⁄ < i max = 10 s⁄ (thỏa mãn) Khoảng cách trục thực tế a = (λ + √λ 2 − 8∆ 2 )

Giá trị a vẫn thỏa mãn trong khoảng cho phép

 Góc ôm α1 trên bánh đai dẫn α 1 = 180° −(d 2 − d 1 ) 57° a = 180° −(60 − 60) 57°

130 = 180° ≥ 120° Khoảng cách nhỏ nhất, cần thiết để mắc đai amin = a – 0,015L = 156 – 0,015.500 = 148,5 (mm)

Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để tạo lực căng amax = amin + 0,03L = 148,5 + 0,03.500 = 163,5 (mm)

Trong đó: q m = 0,105 là khối lượng 1m chiều dài đây đai

0,3 0,956.1 + 9,45 10 −3 = 51 (N) Lực tác dụng lên trục

5.2.3 Tính toán lực uốn thép

Tớnh toỏn cỏc lực khi uốn thanh thộp ỉ3mm

2 = 0 => NA = 2P Momen quán tính Jx= 0,05d 4

0,1d 3 ≥ 250 MPa Trong đó: a = 3(mm) và d = 3(mm)

Suy ra lực uốn cần thiết là: P ≥ 225 (N)

Tuy nhiên trong quá trình thiết kế, chúng tôi nhận thấy nên đặt nghiêng 1 góc 30 0 để đảm bảo độ vuông góc cho đai khi uốn

Vậy lực cần thiết thực tế là Fa = P/cos30 o = 225/cos30 o = 260 (N) = 26 (kg)

Biểu đồ nội lực khi uốn thép

 Lựa chọn xy lanh uốn

Ta có áp suất của máy nén khí thông thường là 8 kgf/cm 2

Do hiệu suất của hệ thông khí nén thường là 90÷95%, nên khi tính toán ta cần tính dư thêm 5÷10% để đảm bảo.(105%)

A là tiết diện trong của xylanh A= π.R 2

Vậy ta chọn xylanh đơn có đường kính > 17 (mm) sẽ đảm bảo được lực uốn cần thiết

Sau khi tính toán tìm hiểu về các loại xylanh có trên thị trường em quyết định chọn xylanh TMA L20x150 của hãng TPM

 Đường kính xylanh: dxl = 20 (mm)

 Hành trình piston: lpt = 150 (mm)

 Áp suất hoạt động: 0,1~1MPa

 Áp suất tối đa: 1,5 Mpa

5.2.4 Tính toán lực cắt thép

Quá trình cắt được chia ra làm ba thời kỳ đó là:

Thời kỳ cặp là giai đoạn khi lưỡi dao tiếp xúc với kim loại, tại đây lực cắt của dao dần tăng lên Tỷ lệ chiều sâu cắt tương đối ε1, được xác định bởi công thức ε1 = Z1.1, đặc trưng cho tốc độ của quá trình này.

Trong đó: Z1 là chiều sâu kim loại được cắt h là chiều dày vật cắt

 Thời kỳ cắt đây là thời kỳ mà lực cắt giảm dần xuống theo tiết diện của vật cắt

P giảm dần từ Pmax  Pmin

 Thời kỳ đứt đây là thời kỳ kim loại tự đứt Khái niệm độ sâu đứt tương đối ε2 đặc trưng cho độ nhanh chậm của thời kỳ đứt ε2 = Z2 1

Trong đó: Z2 là chiều sâu kim loại ở cuối hành trình cắt để sang thời kỳ tự đứt h là chiều dày ban đầu của vật cắt

Qua thực tế và thí nghiệm, thì lực cắt lớn nhất P max là ở cuối thời kỳ cặp và đầu thời kỳ cắt và được tính theo công thức sau:

 F = πR 2 = 3,14.1,5 2 = 7,065 (mm 2 ) là diện tích tiết diện cắt

 σb = 250MPa là dưới hạn bền

Khi dao cắt vào kim loại, phôi sẽ có xu hướng dịch chuyển xuống dưới Lực trượt T phát sinh từ các cạnh của dao trong quá trình này tạo ra một mô men có trị số Mt = P.a.

Lực T và P có hướng ngược chiều nhau và có tương quan độ lớn:

T = ( 0,15 ÷ 0,25 ) P Để giảm lực trượt T và cắt sản phẩm cho chính xác, dùng lực kẹp Q để giữ vật cắt Khi ấy:

T = (0,1÷ 0,15) P và Q = ( 0,03 ÷ 0,05)P Lựa chọn xylanh cắt với đường kính 1 xylanh được tính như sau: d = √4.88,3.105%

Sau khi tính toán tìm hiểu về các loại xylanh đôi có trên thị trường em quyết định chọn xylanh đôi TN40-50 của hãng AirTac

 Đường kính xylanh: dxl 40 (mm)

 Hành trình piston: lpt 70 (mm)

 Áp suất làm việc: 0,1 – 0,9Mpa

 Áp suất tối đa: 1,35Mpa

 Nhiệt độ làm việc: 0~70ºC

 Tốc độ làm việc: 100 – 500 (mm/s)

Khi lựa chọn van, cần đảm bảo kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn và điện áp điều khiển phù hợp Giá thành phải hợp lý và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Sau khi tìm hiểu, nhóm đã quyết định sử dụng van đảo chiều AirTac 4V210-08, loại 5 cửa 2 vị trí, điều khiển trực tiếp bằng tín hiệu điện DC 24V.

STT Bộ phận Bộ phận

1 Bộ nối điện 10 Nắp dưới

2 Nút điều chỉnh 11 Vít cố định

4 Lõi sắt từ 13 Nắp đệm

5 Tấm cố định 14 Vòng đệm kín

7 Bộ điều khiển 16 Vòng đệm piston

8 Thân 17 Bộ phận khống chế lò xo

9 Vòng đệm 18 Nút khống chế bằng tay

 Kích thước cửa: vào 1/4" , xả 1/8"

 Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa

 Loại van 5 cửa 2 vị trí

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của van 5/2

 Cửa số 1 nối với nguồn khí

 Cửa số 2, 4 nối với bộ phận làm việc

 Cửa số 3, 5 là cửa xả

Hình 25: Sơ đồ nguyên lý hoạt động van 5/2

Nguyên lý hoạt động của van:

Khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cửa 14, lực lò xo van giữ ở vị trí bên phải, cho phép cửa số 1 kết nối với cửa số 2 và cửa số 4 kết nối với cửa số 5, trong khi cửa số 3 bị chặn Khi tín hiệu điều khiển được cấp vào cửa 14, van chuyển trạng thái, tạo điều kiện cho cửa số 1 kết nối với cửa số 4, cửa số 2 kết nối với cửa số 3, và cửa số 5 bị chặn.

Chương 6: Thiết kế và thi công

Khung máy

Khung máy được thiết kế với độ cứng vững cao để tránh hiện tượng cong vênh khi hệ thống vận hành

Khi thiết kế khung duỗi quay, cần chú ý đến lực uốn và lực cắt lớn, cùng với tốc độ hoạt động cao Do đó, khung phải đáp ứng các tiêu chí về độ bền, bao gồm tải trọng tĩnh và động, khả năng chịu mỏi, tính an toàn, thẩm mỹ và kinh tế Mô hình này sử dụng thanh nhôm định hình với kích thước 20x20 và 40x20 để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Hình 26: Khung máy sau khi hoàn thiện

Nhiệm vụ chính là nắn thẳng sắt từ cuộn sắt tròn, với điểm quan trọng ở bộ phận duỗi là làm sao để dây sắt cuộn tròn trở thành thẳng và luôn có xu hướng đẩy ra phía trước Để đạt được điều này, cần kiểm soát hai hướng của sắt cuộn, bao gồm hướng Oz và Oy Việc bố trí các con lăn lệch tâm giúp khống chế các bậc tự do của thép cuộn theo hai hướng này, chỉ cho phép sắt tiến lên theo hướng Ox.

Nguyên lý nắn sắt cuộn thành sắt thẳng dựa vào chuyển động tròn xoay của khung duỗi, kết hợp với việc bố trí các con lăn lệch tâm Điều này tạo ra đường xoắn lực quay xung quanh tiết diện của sắt cuộn.

Bộ duỗi được thiết kế theo tính kế thừa của sản phẩm trên thị trường có sẵn và đã được kiểm nghiệm trên thực tế

Hình 27: Khung duỗi sau khi hoàn thiện

Bộ phận uốn là một trong những thành phần quan trọng của máy, với nhiều phương pháp thiết kế và thi công hiệu quả Nhóm nghiên cứu đã chọn sử dụng xylanh nằm ngang, với phương chuyển động của piston lệch một góc α = 60 độ so với đường tâm dây sắt Piston kết hợp với cơ cấu bẻ và cữ chặn tạo ra góc uốn 90 độ Đặc biệt, cách gá đặt piston cần đảm bảo khi ngừng tác dụng, góc uốn của đai vẫn đạt 90 độ Uốn là quá trình biến dạng dẻo kèm theo biến dạng đàn hồi do tính chất của vật liệu, dẫn đến sự thay đổi kích thước và hình dạng sản phẩm so với khuôn, hiện tượng này được gọi là hiện tượng đàn hồi sau khi uốn, gây ra sai lệch về góc uốn và bán kính uốn.

Hình 28: Bộ phận uốn sau khi hoàn thiện

Bộ phận cắt

Nguyên lý cắt thép bằng áp lực yêu cầu lưỡi cắt có độ cứng và độ bền vượt trội hơn vật liệu cắt, đồng thời phải có khả năng chịu mài mòn tốt Trong quá trình cắt, ứng suất tập trung tại mép dao đạt mức cao nhất, vì vậy việc lựa chọn vật liệu chế tạo dao là rất quan trọng để đảm bảo độ bền và khả năng chịu mài mòn Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã quyết định sử dụng vật liệu thép SKD61 cho dao, với hình dáng và kích thước được thiết kế phù hợp.

Yêu cầu với dao cắt cụ thể cơ tính của dao như sau:

Lõi dao yêu cầu có độ cứng từ 48-53HRC, đạt được thông qua quá trình nhiệt luyện Để tăng khả năng chống mài mòn cho mép dao, cần thực hiện quá trình thấm nitơ, giúp bề mặt đạt độ cứng khoảng 62-65HRC Độ dày của lớp thấm phụ thuộc vào kích thước của dao; nếu lớp thấm quá mỏng, dao sẽ nhanh chóng bị mòn, dẫn đến tuổi thọ thấp, trong khi lớp thấm quá dày có thể gây bong tróc Lớp thấm cần chứa một lượng pha nitơrít hợp kim có độ cứng cao để tăng tính thấm, nhưng nếu hàm lượng hợp kim quá nhiều, lớp thấm sẽ trở nên giòn.

Hiện tại, dao cắt được chế tạo bằng thép SKD61 (theo tiêu chuẩn JIS G4404-

1983 của Nhật Bản) có thành phần:

Thành phần C Si Mn Cr Mo V

Thép SKD61 có thể đạt độ cứng từ 48-53HRC khi được tôi ở nhiệt độ từ 950°C đến 1100°C Việc tôi thép ở nhiệt độ thích hợp không chỉ cải thiện tính cứng nóng mà còn tăng độ bền nóng Môi trường tôi lý tưởng cho thép SKD61 là dầu nóng.

Hình 29: Dao cắt áp lực

Chuyển động chính của bộ cắt là chuyển động lên xuống của piston mang theo dao cắt di chuyển lên xuống

Dao cắt được gắn vào đồ gá di động và cố định với piston, trong đó đồ gá cố định giữ dao kê dưới và kiểm soát chuyển động của piston Đồ gá di động lắp trên rãnh trượt, cho phép dao cắt gắn cố định với piston Để đảm bảo hiệu suất cắt, cơ cấu gá đỡ và kẹp chặt cần đáp ứng yêu cầu về khả năng giữ cố định và khống chế rung động do lực cắt gây ra.

 Khi kẹp không được phá hỏng vị trí dao đã được định vị chính xác

 Không là hỏng dao do lực kẹp tác dụng vào

 Kết cấu gọn nhưng đủ độ bền và không bị biến dạng khi chịu lực

Hình 30: Bộ phận cắt sau khi thi công

Các bộ phận khác

Giá đỡ là thiết bị chuyên dụng để nâng đỡ sắt cuộn, được thiết kế chắc chắn nhằm chịu được trọng lượng lớn của cuộn sắt và cho phép xoay quanh trục một cách linh hoạt.

Hình 31: Giá đỡ cuộn thép

 Góp phần nắn thẳng thanh sắt sau khi đi ra từ khung duỗi

 Dẫn hướng cho thanh sắt vào đúng vị trí uốn

6.6 Thi công hoàn chỉnh máy Để hoàn thành máy và đưa máy vào hoạt động phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau từ khảo sát thực tế, đưa ra ý tưởng, lựa chọn phương án thiết kế, thiết kế trên phần mềm và gia công cơ khí Các giai đoạn trải qua đòi hỏi thời gian và sự nổ lực nghiên cứu cũng như tác phong làm việc để hoàn thành

Gia công cơ khí là một lĩnh vực đòi hỏi kiến thức chuyên môn, kỹ năng tay nghề và phương pháp thực hiện chính xác Để đạt được độ chính xác cao trong sản phẩm cơ khí, yếu tố tay nghề và chất lượng máy móc thiết bị đóng vai trò quan trọng.

Hình 33: Sản phẩm sau khi lắp ráp

Thiết kế hệ thống điều khiển