Luận văn Ứng dụng công nghệ miết trong chế tạo bình khí công nghiệp

úc và tác dụng lực lên phôi nhằm mục đích tạo hình phôi như mong muốn . Trong quá trình tiếp xúc với con lăn dưới một lực tác dụng tương đối lớn , phôi bị biến dạng lún xuống . Vết tiếp xúc mà con lăn tạo ra trên phôi là một hình có biên dạng phức tạp , nó là giao tuyến của hai đường tròn nên có dạng đường cong bậc 4 . Tính chất này của vết tiếp xúc đã gây khó khăn cho việc tính toán diện tích của vết tiếp xúc . Tuy nhiên , vết tiếp xúc ở đây có kích thước tương đối nhỏ , chiều cao của vết tiếp xúc : h = 0,625 mm , nó là rất nhỏ so với bán kính con lăn . Do đó ta có thể làm đơn giản việc tính toán bằng cách coi giao tuyến vết tiếp xúc giữa phôi và con lăn là một hình phẳng . Hình 3. 21. Hình ảnh vết tiếp xúc giữa phôi và con lăn Hình chiếu của vết tiếp xúc trên mặt phẳng vuông góc với trục z là hình được giới hạn bởi một phần của hình tròn bán kính R110 của con lăn và có chiều cao h ( Hình 3. 21. a) . Hình chiếu của vết tiếp xúc trên mặt phẳng vuông góc với trục r là một hình chữ nhật có kích thước , ( Hình 3. 21. b) . Hình chiếu của vết tiếp xúc trên mặt phẳng vuông góc với trục q cũng là một phần của hình tròn bán kính R10 của con lăn và có chiều cao h . Hình 3. 21. c . Để tính các kích thước của vết tiếp xúc ta xét tam giác vuông AMD : Hình 3. 22. Sơ đồ tính đường kính vết tiếp xúc (*) Tính : Với AM = /2 ; AD =110 mm ; DM = R-h = 110 - 0,000625 = 109,999375 mm , thay vào biểu thức (*) ta tính được d = 0,74162 mm . Tính : Với AM = /2 ; AD =10 mm ; DM = R-h = 10 - 0,000625 = 9,999375 mm , thay vào biểu thức (*) ta tính được d = 0,2236 mm . Tính diện tích các hình chiếu của vết tiếp xúc : Diện tích hình chiếu vết tiếp xúc trên mặt phẳng vuông góc với trục r : Diện tích hình chiếu vết tiếp xúc trên mặt phẳng vuông góc với trục z : Do việc tính chính xác là rất phức tạp , nên ta thay tiến hành đơn giản hoá bằng tính gần đúng . Với chiều cao h rất nhỏ, nên diện tích vết tiếp xúc được giới hạn bởi cung tròn ABC và đoạn AC được xấp xỉ bằng diện tích hình chữ nhật ngoại tiếp cung tròn . Diện tích hình chiếu vết tiếp xúc trên mặt phẳng vuông góc với trục q : Như vậy ta đã tính được : ; ; 3.2.8. Tính lực miết Để tính toán và thiết kế cụm con lăn trong máy miết , ta phải dựa điều kiện biến dạng toàn phần của con lăn tác dụng lên phôi. Đối với trường hợp sử dụng phương pháp miết nóng để tóp miệng ống và bịt kín đáy phôi ống là trường hợp đặc biệt của phương pháp miết các chi tiết hình côn với góc nửa hình côn : a = 0 . Các giả thiết cho bài toán miết nóng phôi ống: Biến dạng trong quá trình miết với tốc độ đặt trước của con lăn và trục chính là biến dạng cục bộ , nên mức độ biến dạng tại một thời điểm bất kỳ là nhỏ hơn rất nhiều so với các nguyên công dập vuốt hay ép chảy . Do đó có thể coi trong quá trình biến dạng , ứng suất chảy của vật liệu không thay đổi. Diện tích tiếp xúc toàn phần giữa con lăn và phôi là rất nhỏ . Lực míêt ban đầu là lớn nhất trong toàn bộ quá trình miết . Luôn đảm bảo nhiệt độ của phôi trong quá trình miết vào khoảng 11501200C . Các thực nghiệm cho thấy rằng , phôi ống trụ bị xoắn quanh trục của nó , đồng thời cũng bị uốn theo một trục vuông góc với trục của nó trong suốt quá trình biến dạng . Tuy nhiên sự vặn xoắn và uốn này không đồng nhất theo chiều dầy của kim loại . Do đó biến dạng là rất phức tạp , nên việc phân tích lực miết đều dựa trên phương pháp năng lượng biến dạng . Phương trình cân bằng năng lượng : Trong đó : dA = F. dl : là công của ngoại lực bằng tích số giữa thành phần lực pháp tuyến tức thời và chiều dài tiếp xúc trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ. A= .ũ , trong đó và là ứng suất hiệu dụng và biến dạng hiệu dụng vô cùng nhỏ. Theo tài liệu (1) ta có công thức tính lực tiếp tuyến tức thời theo công thức : Hình 3. 23. Các thành phần lực miết : là ứng suất hiệu dụng trung bình , được tính từ biến dạng hiệu dụng . Với vật liệu thép C35 , và nhiệt độ biến dạng là khoảng 1200 thì =120 (N/mm) : là bước miết . = 0,5 mm/vòng : độ dày của phôi ống . = 10 mm a : góc nửa hình côn . a = 0 Các thành phần lực tiếp tuyến và theo phương hướng kính và hướng trục có thể đạt được khi biết . Lực tiếp tuyến được tính nhờ gỉa thuyết áp lực phân bố đều trong vùng tiếp xúc giữa con lăn và phôi : ; Trong đó : lần lượt là các hình chiếu của diện tích tiếp xúc giữa con lăn và phôi lên các phương r, z , q . Từ kết quả tính toán ta nhận thấy : diện tích vết tiếp xúc trên phương r có giá trị lớn hơn rất nhiều so với diện tích của vết tiếp xúc trên các phương còn lại . Đồng thời ta có giá trị lực tác dụng có quan hệ tỷ lệ thuận với diện tích của vết tiếp xúc trên các phương . So sánh kết quả vừa tính toán được với những thí nghiệm trong luận văn cao học với đề tài " ứng dụng công nghệ miết để tóp miệng và bịt kín đáy phôi ống dày " . Trong tài liệu đã tiến hành thí nghiệm đo lực miết để tóp miệng và bịt đáy phôi ống ,với các thông số ban đầu như sau : Quá trình thí nghiệm được tiến hành trên trên máy tiện . Trục chính máy tiện quay với tốc độ n=300 vòng/phút. Bộ phận cung cấp nhiệt hoạt động đồng thời nung phôi tới nhiệt độ 1220C . Khi đã đạt tới nhiệt độ yêu cầu , bắt đầu tiến hành quá trình miết phôi .Thiết bị đo lực được gá đặt trên bàn gá con lăn miết . Các cảm biến đo lực và truyền tín hiệu lực miết theo cả 3 chiều x,y,z trong hệ toạ độ Đề các . Tín hiệu được thu nhận và khuyếch đại , sau đó chuyển vào máy tính . Kết quả của thí nghiệm cho ta giá trị các thành phần lực miết . Giá trị trung bình của lực miết theo 3 phương X,Y,Z qua 10 lần đo : = 580,78 N ; =1347,94 N ; =219,74 N Thông qua thí nghiệm ta nhận thấy : lực hướng tâm có giá trị lớn nhất , lực hướng trục có giá trị gần bằng một nửa giá trị lực hướng tâm , lực theo phương vòng q là có giá trị nhỏ nhất và bằng 1/6 giá trị lực hướng tâm . Như vậy ta thấy điều này khác với kết quả ta đã tính toán được ở trên theo nguyên lý áp lực phân bố đều tại vùng tiếp xúc , thông qua vết tiếp xúc . ở đó giá trị lực toàn phần xấp xỉ lực hướng tâm , còn các thành phần lực khác có giá trị rất nhỏ hơn (300 lần) lực hướng tâm . Điều này được giải thích bằng việc ta đã tính toán lực theo lý thuyết khí không tính đến ảnh hưởng của các điều kiện phụ thuộc trong quá trình miết. Ta đã đặt quá trình miết trong một điều kiện lý tưởng . Ta đã bỏ qua các ảnh hưởng của ma sát tiếp xúc giữa phôi và con lăn vì khi tính tới ảnh hưởng của ma sát thì thành phần lực hướng trục và hướng vòng sẽ lớn hơn rất nhiều . Bên cạnh đó ta còn phải kể đến hiện tượng dính trên bề mặt tiếp xúc giữa con lăn và phôi , điều này làm tăng lực biến dạng . Ta đã giả thiết vật liệu con lăn là cứng tuyệt đối không bị đàn hồi , biến dạng , vì nếu con lăn chịu đàn hồi hay biến dạng sẽ làm tăng diện tích vết tiếp xúc do đó làm tăng các lực thành phần. Ngoài ra tốc độ quay của trục chính cũng quyết định tới giá trị các lực miết thành phần , nếu tốc độ quay thấp cũng phần nào làm tăng giá trị các lực thành phần . Như vậy ,rất nhỏ so với . Do đó ta có : Nếu xét đến ảnh hưởng của sự thay đổi diện tích vết tiếp xúc do hình dạng , kích thước con lăn, đường kính phôi và sự dày lên của phôi trong quá trình biến dạng ta có hệ số : . Vậy lực toàn phần con lăn tác dụng lên phôi là : Sau khi đã có được các thành phần của lực miết , từ đó ta có thể tính công của qúa trình miết . Công của quá trình miết được tính bằng tích số giữa giá trị lực tác dụng và quãng đường mà lực tác dụng : Kết luận Như vậy trong chương 3, tôi đã tập trugn giải quyết những vấn đề về biến dạng cũng như công nghệ của quá trình miết tóp miệng và bịt đáy bình khí công nghiệp chịu áp lực cao . Biến dạng trong miết ở trạng thái nóng bình khí công nghiệp là một quá trình phức tạp . Kim loại trong quá trình miết chảy theo những phương khác nhau và rất phức tạp . Tuy nhiên bài toán cơ bản của quá trình miết trên là biến dạng ấn lõm của con lăn trên phôi kết hợp với biến dạng uốn của phôi theo phương hướng kính . Việc tính toán được sự biến trong qú trình miết có một ý nghiã hết sức quan trọng . Nó cho phép ta hiểu rõ hơn những vấn đề cơ bản của quá trình biến dạng miết , về trường ứng suất và biến dạng trong khi miết , từ đó tìm được lực cà công cần thiết trong qúa trình miết ... Từ những kết qủa của việc tính toán công nghệ , ta đã có cơ sở cho vệc tiến tới thiết kế máy miết chuyên dụng thực hiện nguyên công miết bịt đáy và miết tóp miệng phôi ống chế tạo bình khí công nghiệp . Chương 4 . Thiết kế máy miết nóng bình khí công nghiệp 4.1. Giới thiệu một số loại máy miết Trên thế giới tại một số nước công nghiệp phát triển , khi mà trình độ khoa học công nghệ đã phát triển rất cao , người ta đã chế tạo ra được những thiết bị miết vô cùng hiện đại có thể thực hiện miết chế tạo những chi tiết phức tạp với năng suất rất cao . Hình 4.1. Một số máy thực hiện miết các chi tiết phôi ống 4.2. Tính toán thiết kế máy miết nóng bình khí công nghiệp Máy miết chuyên dụng nhằm thực hiện các nguyên công tóp miện và bịt kín đáy các cụm chi tiết chính bao gồm : Cụm trục chính Cụm cơ cấu cặp Cụm con lăn miết Hệ thống điều khiển quỹ đạo con lăn miết Cụm bù nhiệt 4.2.1. Sơ đồ nguyên lý của máy miết nóng Hình 4. 2. Sơ đồ nguyên lý máy miết nóng phôi ống Nguyên lý hoạt động của máy : Bắt đầu quá trình công nghệ , phôi dạng ống dài được người công nhân gá kẹp trên máy . Phôi được kẹp chặt bởi hệ thống cơ cấu kẹp sử dụng ống kệp đàn hồi dạng kéo . Lực kéo ống đàn hồi được tạo ra nhờ hệ thống piston xylanh thuỷ lực. Khi lực tác dụng kéo phôi sang trái là bắt đầu tiến hành kẹp phôi , và ngược lại khi tác dụng lực đẩy là tiến hành nhả phôi . Sau khi gá kẹp xong , cụm gia nhiệt được kích hoạt có tác dụng nung phôi tới nhiệt độ tạo hình khoảng 1220C . Trong khi nung phôi được quay nhằm đảm bảo sự đồng đều nhiệt trên phôi. Sau khi nung tới nhiệt độ tạo hình , bắt đầu quá trình miết thực hiện nguyên công thắt miệng và bịt đáy phôi ống . Trong khi miết , phôi quay với tốc độ n = 600 vòng/phút . Chuyển động quay của phôi được truyền từ động cơ qua hộp giảm tốc bánh răng , tới hệ thống ống đỡ, ống đàn hồi và truyền sang phôi nhờ ma sát . Con lăn miết chuyển động theo những quỹ đạo xác định thực hiện nguyên công thắt miệng và bịt đáy phôi ống . 4.2.2. Kết cấu tổng thể máy miết nóng Hình 4. 3. Kết cấu tổng thể của máy miết nóng Máy miết nóng kết cấu cơ khí gồm 3 phần chính : cụm con lăn , cụm cơ cấu kẹp và cụm trục chính . Cụm con lăn có nhiệm vụ thực hiện chuyển động thích hợp tạo hình phôi trong quá trình miết . Cụm con lăn có kết cấu và được điều khiển độc lập so với các phần khác . Cụm cơ cấu kẹp sử dụng ống kẹp ống đàn hồi dạng kéo . Lực kéo được sinh ra nhờ hệ thống xylanh thuỷ lực . Xylanh được cố định trên bàn máy , chuyển động của piston được truyền đến ống đàn hồi qua một ống đẩy . Cụn trục chính đảm bảo phôi quay với tốc độ 600 vòng/phút. Chuyển động quay được dẫn động từ đông cơ , qua hộp giảm tốc bánh răng 2 cấp rồi truyền chuyển động sang mặt tỳ qua một ống đỡ . ống đỡ được tỳ trên hệ thống hai con lăn côn lắp chữ O . Gối đỡ con lăn được lắp cố định trên bàn máy . Đế máy được thiết kế có kết cấu hàn . Đế máy gồm những tấm thép có độ dày 30 mm hàn cố dịnh với nhau . Đế máy với kết cấu hàn đảm bảo độ cứng vững của máy trong quá trình làm việc. Để tăng tính ổn định của máy ta có thể đặt thêm các vật có khối lượng lớn vào những khoang trống của đế hàn , nhờ đó máy đảm bảo tính ổn định cao trong quá trình làm việc với tốc độ cao . 4.3. Cụm con lăn miết 4.3.1. Kết cấu con lăn miết Cụm con lăn là bộ phận quan trọng không thể thiếu của máy miết. Với nhiệm vụ gây biến dạng phôi để tạo ra chi tiết có hình dạng và kích thước theo yêu cầu, con lăn miết có nhiều hình dạng khác nhau. Con lăn miết được lắp trên giá đỡ con lăn và có thể chuyển động quay tròn đồng thời với chuyển động theo biên dạng của chi tiết cần gia công. Hình 4.4. Một số hình ảnh cum con lăn miết Trong quá trình thực hiện nguyên công miết , phôi ống được kẹp chặt bởi cơ cấu cặp . Phôi chuyển động quay xung quanh một trục cố định . Con lăn miết thực hiện quá trình miết , được gắn với một trục chuyển động quay quanh một trục khác nằm trên cùng một mặt phẳng với trục quay của phôi . Ma sát giữa phôi và con lăn khiến con lăn chuyển động theo . Độ bền cơ học của cụm con lăn miết phụ thuộc vào một số yếu tố công nghệ như là lực miết , nhiệt độ miết , kích thước con lăn , vật liệu chế tạo con lăn ... Con lăn miết là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với phôi , tác dụng lực , làm biến dạng phôi . Do đó việc tính toán , thiết kế con lăn miết cần phải xét tới ảnh hưởng của nhiều yếu tố Hình dáng kích thước sản phẩm Hình dáng , kích thước phôi Quy trình công nghệ miết Đường đi của con lăn trong quá trình biến dạng Với quá trình miết nóng phôi ống chế tạo bình khí công nghiệp , con lăn miết có biên dạng sau đây. Hình 4. 5. Một số kết cấu biên dạng con lăn miết Đặc điểm của quá trình miết tóp miệng và bịt đáy sản phẩm phôi ống là được tiến hành ở trạng thái nóng , không yêu cầu quá cao về chỉ tiêu chất lượng bề mặt sản phẩm . Do đó ta có thể sử dụng các kết cấu con lăn đơn giản hơn , chú trọng hơn và tính đơn giản trong chế tạo và sử dụng con lăn mà vẫn đảm bảo yêu cầu về công nghệ . Đối với nguyên công tóp miệng , do hình dáng của miệng bình có đặc thù riêng nên ta cần lựa chọn kết cấu con lăn sao cho phù hợp nhất . Đặc diểm của chi tiết là phần chuyển tiếp giữa cung tròn R110 với phần miệng bình là cung tròn bán kính lượn R25 rất hẹp . Nếu ta lựa chọn kết cấu con lăn không hợp lý thì khi thực hiện quá trình biến dạng tạo hình sản phẩm tại cung chuyển tiếp R25 , con lăn sẽ gặp khó khăn trong việc dịch chuyển theo đúng quỹ đạo đã đặt ra . Với kết cấu con lăn như trên ta thấy chúng có ưu điểm là phần bán kính tạo hình là R10 , nằm lệch về một phía giúp con lăn tránh tiếp xúc với phần phôi đã qua thực hiện miết , tăng tính linh động cho con lăn , nhờ đó quá trình miết xảy ra một cách dễ dàng trong khi vẫn đảm bảo độ cứng vững và tính ổn định của cụm con lăn . Ngoài ra đối với mỗi loại biên dạng khác nhau của con lăn còn ảnh hưởng tới sự phân bố của lực làm biến dạng trên phôi . Như trên hình ta thấy , với dạng con lăn hình cầu , lực phân bố trên phôi đều trên toàn bộ chiều dài tiếp xúc . Nó có ưu điểm hơn so với các loại hình dạng con lăn khác . Đối với con lăn dạng vát nhọn thì lực tác dụng tập trung chủ yếu ở giữa , tạo ra trên vết tiếp xúc một vùng nhỏ chịu áp lực rất cao , cao hơn nhiều so với vùng lân cận , điều này làm tăng khả năng gây mất ổn định cho phôi . Tương tự với con lăn dạng c . Như vậy ta thấy con lăn thực hiện nguyên công miết bịt đáy và tạo miệng bình khí công nghiệp sử dụng dạng cầu . Hình 4. 6. Kết cấu con lăn miết Con lăn cần được chế tạo đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau : Do con lăn tác dụng lên phôi lực công tác tương đối lớn , làm biến dạng cục bộ phôi nên con lăn miết cần được chế tạo bằng vật liệu tốt với cơ tính cao . Đồng thời do làm việc biến dạng ở trạng thái nóng nê vật liệu làm con lăn cần có khả năng không dễ biến dạng ở nhiệt độ cao . Từ đó ta chọn vật liệu làm khuôn là 7X3 . Với vật liệu tốt như vậy , con lăn miết có thể nhiệt luyện sau khi gia công đạt độ cứng 54 á 56 HRC Con lăn miết cần được gia công đạt các kích thước yêu cầu với dung sai chô phép . Vì nếu không đạt được kích thước yêu cầu , trong quá trình làm việc con lăn miết có thể gây sai lệch quỹ đạo chuyển động , cũng như không đảm bảo lực tác dụng cần thiết . 4.3.2. Nguyên lý chuyển động của con lăn miết Để xác định chính xác quỹ đạo con lăn miết ta phải dựa vào sơ đồ bước miết của hai nguyên công bịt đáy và miết tạo miệng phôi ống. Từ sơ đồ miết ta nhận thấy : để quỹ đạo chuyển động của con lăn phù hợp với hình dạng của phôi trong mỗi bước miết , thì cụm con lăn phải thực hiện chuyển động theo 3 chiều trong không gian. Hình 4. 7. Cơ sở tính toán chuyển động con lăn miết Ta gọi mỗi một lần con lăn thực hiện tạo hình là một bước miết . Vì tại mỗi một lần miết như vậy con lăn cần được điều khiển để thực hiện các chuyển động miết phù hợp . Để thực hiện mỗi bước miết , đầu tiên con lăn thực hiện chuyển động tiến vào tiếp xúc với bề mặt phôi ống . Lực công tác do con lăn tác dụng lên phôi làm phôi bị biến dạng cục bộ lõm xuống tạo thành vết tiếp xúc . Trong khi đó phôi thực hiện chuyển động quay với tốc độ cao kết hợp với bước chuyển động của con lăn theo phương dọc trục nên vết lõm tiếp xúc trên phôi được lan toả nhanh chóng trên bề mặt phôi theo những hình xoắn ốc . Cùng lúc đó , con lăn được điều khiển chuyển động theo phương hướng kính để thực hiện biến dạng uốn phôi để tạo ra hình dạng đáy bình hình chỏm cầu . Sau khi thực hiện miết xong , con lăn được điều khiển lùi lại thoát khỏi tiếp xúc với phôi , trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị thực hiện bước miết tiếp theo. Ta nhận thấy con lăn thực hiện chuyển động với quỹ đạo là một cung tròn có hành trình khứ hồi để tạo hình đáy bình cũng như miệng bình . Đó là một chuyển động lắc , với góc lắc lớn nhất là 90 , với bán kính và tâm lắc thay đỗi sau mỗi bước miết . a) Chuyển động lắc của con lăn b) Sự thay đổi bán kính lắc Hình 4. 8. Nguyên lý chuyển động của con lăn Như vậy con lăn cần thực hiện một chuyển động quay với quỹ đạo lớn nhất là một phần tư đưòng tròn quanh trục vuông góc với trục phôi ống và có hành trình khứ hồi . Để đáp ứng được những yêu cầu chuyển động trên tôi đưa ra một cơ cấu kết hợp 2 chuyển động : một lắc và một tịnh tiến . Với hai chuyển động trên ta có thể tạo ra được các quỹ đạo miết phù hợp cho mỗi bước miết với sự thay đổi về tâm và bán kính lắc là liên tục . Tuy nhiên để con lăn luôn tiếp xúc với phôi theo phương vuông góc ( đi qua tâm cung lượn ) thì con lăn cần có một chuyển động lắc thứ ba . Đó là chuyển động xoay của tâm con lăn với góc xoay lớn nhất là 90 , và cũng có hành trình khứ hồi để chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo . Hình 4. 9. Chuyển động xoay trục của con lăn miết Chuyển động xoay trục con lăn trên là hết sức cần thiết . Nó đảm bảo cho con lăn luôn tiếp xúc vuông góc với bề mặt phôi , khi đó diện tích vết tiếp xúc là lớn nhất . Điều này đảm bảo cho lực con lăn tác dụng lên phôi luôn là lực lớn nhất nhằm thực hiện nguyên công uốn phôi theo phương hướng kính . Mặt khác nó giúp cho con lăn tránh bị trượt trên bề mặt phôi khi con lăn di chuyển vào gần tâm phôi ống . Vì khi di chuyển vào tâm phôi , con lăn tiếp xúc với phôi trên bề mặt cạnh của con lăn , do đó với lực tác dụng rất lớn con lăn dễ bị trượt khỏi bề mặt phôi . 4.3.3 . Tính toán quỹ đạo chuyển động của con lăn miết Quỹ đạo chuyển động của con lăn miết được tính toán trên cơ sở là sơ đồ hình dạng của phôi trong các bước miết . Khi con lăn thực hiện miết phôi trong một bước trung gian bất kỳ , con lăn luôn tiếp xúc với phôi trên những cung tròn nhất định với bán kính cung tròn lớn dần sau mỗi bước miết . Hình 4. 10. Cơ sở tính toán quỹ đạo con lăn miết Thật vậy , khi bắt đầu quá trình miết , biên dạng phôi trên mặt cắt đi qua tâm phôi là một đường thẳng . Hay nói cách khác đó là một quỹ đạo tròn với bán kính lớn vô cùng . Sau bước miết thứ nhất , bán kính cung tròn giảm xuống một giá trị nhất định . Và cứ thế giá trị này giảm xuống , đến bước miết cuối cùng bán kính cung tròn có giá trị bằng R110 . Cùng với sự biến thiên về bán kính biên dạng phôi , trong mỗi bước miết còn có sự thay đổi vị trí tâm cung tròn . Sự thay đổi này tương đối phức tạp , trong khi tâm quay của con lăn được cố định tại một vị trí trên bàn máy do đó gây khó khăn cho việc tính toán quỹ đạo chuyển động của con lăn . Để giải quyết vấn đề trên , đó là sự khó khăn khi đòi hỏi con lăn thực hiện chuyển động theo các cung tròn khác nhau cả về tâm và bán kính cung , tôi sử dụng kết hợp hai chuyển động đồng thời của con lăn : 1 chuyển động quay kết hợp một chuyển động tịnh tiến . Vấn đề đặt ra là liệu sự kết hợp trên có đáp ứng được sự chuyển động phức tạp của con lăn trong mỗi bước miết không ? Xét chuyển động của con lăn miết trong một bước miết bất kỳ Ta bắt đầu từ việc xem xét chuyển động của con lăn trong bước miết bất kỳ (hình 4. 11) . Trong bước miết này , bán kính cong của phôi có giá trị R, tâm quay O . Khi thực hiện con lăn luôn tiếp xúc với phôi theo phương vuông góc với bề mặt , hay là luôn đi qua qua tâm cung tròn , do đó tâm của con lăn chuyển động trên một quỹ đạo cong với bán kính (R + r) , trong đó r là bán kính con lăn miết . Hình 4. 11. Quỹ đạo chuyển động của con lăn trong bước miết trung gian Như vậy , quỹ đạo chuyển động của con lăn miết là một đường cong tương tự đường con phôi tại bước trung gian , cùng tâm , với bán kính lớn hơn một giá trị bán kính con lăn . Hình 4. 12. Toạ độ điểm M trên quỹ đạo trong hệ toạ độ tâm O Phương trình chuyển động của con lăn là một cung tròn được viết trong hệ tạo độ cực tâm O có dạng : (4.1) Trong đó : x, y là toạ độ tức thời của một điểm trên quỹ đạo quay của con lăn trong hệ toạ độ tâm O (R + r) : là bán kính quỹ đạo chuyển động của con lăn trong hệ toạ độ tâm O j : góc quay trong toạ độ độc cực . Như vậy ta đã tìm được phương trình chuyển động của con lăn trong hệ toạ độ cực nhưng tâm là tâm của cung phôi . Nhưng trong thực tế con lăn miết chỉ có thể quay quanh tâm cố định của nó tại một điểm trên bàn máy . Để đi tìm phương trình chuyển động thực tế mà con lăn miết phải thực hiện , ta chuyển phương trình chuyển động từ hệ toạ độ tâm O của phôi sang hệ toạ độ tâm O' cố định của cụm con lăn miết. Mục đích của việc tìm chuyển động của điểm tác dụng tức thời của con lăn miết lên phôi là từ đó ta tính toán được sự điều khiển con lăn thích hợp trong từng bước miết . Lúc này , tâm quay chuyển dịch sang điểm O' , cách tâm O của bước miết thứ nhất một đoạn là : (a , b) . Hình 4. 13. Toạ độ của con lăn trong hệ toạ độ tâm O' Do con lăn miết quay quanh tâm của cụm con lăn cố định O , nên ta chuyển phương trình quỹ đạo con lăn về hệ toạ độ cực tâm O . Công thức chuyển hệ toạ độ từ hệ Oxy sang hẹ toạ độ O'x'y' có dạng : (4.2) trong đó : a , b là toạ độ điểm O' so với tâm O . Mặt khác trong hệ toạ độ O'x'y' , toạ độ của điểm M được xác định bởi công thức : (4.3) Trong đó Rlà bán kính tức thời tại điểm M so với tâm O'. Ta có công thức tính bán kính quay tức thời của điểm M : (4.4) Thay (4.2) vào công thức (4.4) ta được : (4.5) Từ công thức (4.5) ta thấy , bán kính quay tức thời Rlà một đại lượng biến thiên phụ thuộc vào góc quay j . Nghĩa là khi con lăn quay tới một vị trí xác định bởi góc j bất kỳ thì nó cần chuyển động với bán kính quay R tương ứng xác định . Như vậy, quỹ đạo điểm M trong hệ toạ độ O'x'y' là một đường cong có tâm O' trùng với tâm quay của cụm con lăn , và có bán kính tức thời R. Bán kính tức thời thay đổi theo từng vị trí của góc quay của con lăn . Từ phương trình quỹ đạo điểm M trên phôi , ta nhận thấy muốn điều khiển con lăn chuyển động theo hình dạng của phôi ta cần điều khiển hai chuyển động của con lăn . Đó là chuyển động quay của con lăn quanh một tâm cố định tương ứng với góc quay j , và chuyển động thứ hai là chuyển động để thay đổi bán kính quay phù hợp với Rtương ứng với mỗi góc quay j . ở đây chuyển động thích hợp nhất để thực hiện sự thay đổi bán kính quay ta sử dụng chuyển động tịnh tiến . Trên cơ sở đó ta có thể đưa ra được cơ cấu cụm con lăn có thể thực hiện được những chuyển động thích hợp trong từng bước miết để tạo hình phôi . 4.3.4 . Sơ đồ nguyên lý cụm con lăn miết Hình 4. 14. Sơ đồ nguyên lý cụm con lăn miết Nguyên lý thực hiện chuyển động của con lăn : để thực hiện chuyển động quay quanh tâm O' , con lăn được đặt trên một bàn phẳng . Bàn phẳng này được nối với một trục có thể quay quanh trục của nó . Khi ta truyền chuyển động quay cho trục , thì qua liên kết với bàn quay chuyển động quay quanh tâm O' được truyền đến cụm con lăn . Do đó con lăn miết có thể thực hiện tạo hình phôi tại những điểm có góc j khác nhau . Bên cạnh đó , trên bàn quay con lăn có thể chuyển động theo phương hướng kính nhờ một hệ thống xylanh thuỷ lực . Xylanh được cố định với bàn quay , piston có thể chuyển động và truyền chuyển động đó tới cán trục con lăn do đó con lăn có thể tạo hình phôi tại những điểm có bán kính khác nhau. Cụm con lăn có kết cấu như vậy mang tính linh hoạt rất cao . Chúng có thể dễ dàng thực hiện tạo hình ở bất cứ điểm nào trên phôi , bằng những thao tác đơn giản . Bên cạnh đó , việc điều khiển quỹ đạo chuyển động của con lăn cũng hết sức đơn giản . Khi ta đã tính được quỹ đạo chuyển động của con lăn trong từng bước miết thì việc điều khiển đơn thuần là sự phối hợp chuyển động của một chuyển động quay với góc điều khiển j thích hợp , và một chuyển động tịnh tiến để có được bán kính quay tức thời tương ứng . Từ đó tôi đưa ra kết cấu cho cụm con lăn đáp ứng những chuyển động trên. 4.3.5. Kết cấu cụm con lăn miết Từ những phân tích trên ta đi tới một kết cấu nguyên lý cho cụm con lăn: Hình 4. 15. Kết cấu cụm con lăn miết Trong kết cấu của cụm con lăn , tôi sử dụng cơ cấu truyền chuyển động thanh răng bánh răng để tạo ra hai chuyển động lắc của con lăn . Với góc lắc khác nhau của con lăn trong mỗi bước miết , ta có thể tính ra chuyển động tịnh tiến cần thiết của thanh răng . Với chuyển động lắc thứ nhất để tạo hình phần đáy bình, tôi sử dụng hệ thống thanh răng bánh răng , truyền chuyển động cho trục nối với một bàn quay mà cụm con lăn được đặt trên đó . Do đó khi miết , cả cụm con lăn đều chuyển động lắc cùng với con lăn . Còn chuyển động tịnh tiến được thực hiện nhờ hệ thống xylanh piston thuỷ lực. Xy lanh thuỷ lực được cố định trên bàn quay , piston truyền chuyển động tịnh tiến cho cả cụm ổ đỡ con lăn , nhờ đó con lăn có chuyển động tương đối so với bàn quay . Chuyển động thứ 3 của con lăn được thực hiện nhờ cơ cấu thanh răng bánh răng qua trục nối với ổ đỡ của trục con lăn . Do đó con lăn và hệ thống ổ đỡ của mình cùng thực hiện chuyển động 3 chiều . 4.3.6. Chuyển động của con lăn trong nguyên công bịt đáy Đối với mỗi nguyên công miết , việc tính toán chuyển động của con lăn là rất cần thiết . Nó là cơ sở cho việc thiết kế phần mềm điều khiển con lăn sau này. Hình 4.16. Sơ đò bước miết trong nguyên công bịt đáy Hình 4. 17. Hình dạng phôi trong bước bịt đáy thứ nhất Bước miết bịt đáy thứ nhất : Để thuận lợi , đơn giản cho quá trình tính toán , ta chọn tâm cố định của cụm con lăn trùng với tâm của cung tròn phôi trong bước miết đầu tiên . Với việc chọn tâm quay của cụm con lăn như vậy , thì chuyển động của con lăn trong bước miết thứ nhất trở nên hết sức đơn giản . Đó chỉ là một chuyển động của con lăn theo một cung tròn với bán kính cong không đổi trong khi thực hiện bước miết đầu . Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Trong đó do tâm con lăn trùng với tâm cung tròn phôi trong nguyên công đầu tiên nên : a = b = 0 . Với R = 181 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Quá trình thực hiện chuyển động miết của con lăn trong bước miết được thực hiện một cách dễ dàng và nhanh chóng . Kết thúc miết , con lăn thực hiện chuyển động khứ hồi về vị trí chuẩn bị cho bước miết tiếp theo . Bước miết bịt đáy thứ hai: Bước miết thứ hai được bắt đầu với việc con lăn ở vị trí bắt đầu miêt bước thứ hai . Điểm đó được chọn trùng với điểm bắt đầu miết phôi trong bước thứ nhất . Trong bước thứ hai , cũng tương tự như trong bước miết thứ nhất, quỹ đạo con lăn cũng là một cung tròn . Hình 4. 18. Hình dạng phôi trong bước bịt đáy thứ hai Trong bước miết thứ hai này , quỹ đạo con lăn có sự thay đổi về bán kính cũng như tâm quay do sự thay đổi các yếu tố đó trên hình dạng phôi. Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Trong đó : a = 0 ; b = - 41 . Với R = 140 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Bước miết bịt đáy thứ 3 Cách tính bước miết thứ 3 cũng tương tự như cách tính bước miết bịt đáy thứ 2. Trong bước miết thứ ba này , quỹ đạo con lăn có sự thay đổi về bán kính cũng như tâm quay do sự thay đổi các yếu tố đó trên hình dạng phôi. Hình 4. 19. Hình dạng phôi trong bước bịt đáy thứ 3 Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Trong đó : a = 0 ; b = -71. Với R = 110 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : 4.3.7. Chuyển động của con lăn trong nguyên công tạo miệng Việc tính toán chuyển động của con lăn trong nguyên công tạo miệng bình cũng tương tự như trong nguyên công bịt đáy . Hình 4. 20. Sơ đồ miết phôi trong nguyên công tạo miệng bình Bước miết tóp thứ nhất Hình 4. 21. Hình dạng phôi trong nguyên công tóp lần 1 Để thuận lợi , đơn giản cho quá trình tính toán , ta chọn tâm cố định của cụm con lăn trùng với tâm của cung tròn phôi trong bước miết đầu tiên . Với việc chọn tâm quay của cụm con lăn như vậy , thì chuyển động của con lăn trong bước miết thứ nhất trở nên hết sức đơn giản . Đó chỉ là một chuyển động của con lăn theo một cung tròn với bán kính cong không đổi trong khi thực hiện bước miết đầu . Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Trong đó do tâm con lăn trùng với tâm cung tròn phôi trong nguyên công đầu tiên nên : a = b = 0 . Với R = 310 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Quá trình thực hiện chuyển động miết của con lăn trong bước miết được thực hiện một cách dễ dàng và nhanh chóng . Kết thúc miết , con lăn thực hiện chuyển động khứ hồi về vị trí chuẩn bị cho bước miết tiếp theo . Bước miết bịt đáy thứ hai: Hình 4. 22. Hình dạng phôi trong bước tóp miệng thứ hai Bước miết thứ hai được bắt đầu với việc con lăn ở vị trí bắt đầu miêt bước thứ hai . Điểm đó được chọn trùng với điểm bắt đầu miết phôi trong bước thứ nhất . Trong bước thứ hai , cũng tương tự như trong bước miết thứ nhất, quỹ đạo con lăn cũng là một cung tròn . Trong bước miết thứ hai này , quỹ đạo con lăn có sự thay đổi về bán kính cũng như tâm quay do sự thay đổi các yếu tố đó trên hình dạng phôi. Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Trong đó : a = 3 ; b = - 125 . Với R = 185 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Bước miết bịt đáy thứ 3 Trong bước miết thứ ba này , quỹ đạo con lăn có sự thay đổi . Hình dạng phôi bao gồm hai cung tròn được nối với nhau. Cung tròn thứ nhất có tâm O; bán kính R, giới hạn bởi góc j. Cung tròn thứ hai : tâm O'; bán kính R', giới hạn bởi góc j'. Hình 4. 23. Hình dạng phôi trong bước tóp miệng thứ 3 Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Phương trình cung tròn thứ nhất . Trong đó : a = 7 ; b = -205. Với R = 105 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Phương trình cung tròn thứ hai. Trong đó : a' = -132 ; b = -316. Với R = 75 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Bước miết bịt đáy thứ 4 Trong bước miết thứ ba này , quỹ đạo con lăn có sự thay đổi . Hình dạng phôi bao gồm hai cung tròn và một đoạn thẳng được nối với nhau. Cung tròn thứ nhất có tâm O; bán kính R, giới hạn bởi góc j. Cung tròn thứ hai : tâm O'; bán kính R', giới hạn bởi góc j'. Đoạn thẳng : ta coi đoạn thẳng như một cung tròn có bán kính lớn vô cùng. Hình 4. 24. Hình dạng phôi trong bước tóp miệng thứ 4 Phương trình quỹ đạo con lăn được tính theo : Phương trình cung tròn thứ nhất . Trong đó : a = 3 ; b = -200. Với R = 110 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Phương trình cung tròn thứ hai. Trong đó : a' = -115 ; b = -265. Với R' = 25 ; r = 110 . Thay vào phương trình trên ta có : Phương trình đoạn thẳng Hình 4. 25. Sơ đồ tínhphương trình đoạn thẳng miệng bình Phương trình đoạn AB có dạng : Trong đó R là bán kính quay của con lăn tương ứng với góc quay j . Như vậy ta đã tính toán được phương trình chuyển động của con lăn trong tất cả các bước miết ở hai nguyên công bịt đáy và tóp miệng phôi ống . Việc tính toán này có ý nghĩa rất quan trọng , từ đó ta có thể tiến tới tính toán được các cơ cấu cũng như chuyển động thích hợp của con lăn . 4.4. Cụm cơ cấu cặp 4.4.1. Giới thiệu chung về cơ cấu cặp Có rất nhiều cách để định vị phôi trong quá trình gia công cũng như tạo hình sản phẩm . Trong máy tiện , để gá kẹp phôi người ta sử dụng mâm cặp : 3 chấu tự định tâm , 4 chấu , ... Tuy nhiên do đặc thù của máy tiện là gá đặt bằng tay nên thời gian thao tác vận hành phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề công nhân . Điều này không thích hợp với máy miết phôi ống có kích thước lớn . Do nguyên công miết tóp miệng và bịt kín đáy sản phẩm phôi ống có yêu cầu nung nóng phôi , điều này khiến cho việc gá đặt kẹp chặt trên các mâm cặp vận hành bằng tay là không hiệu quả về mặt thời gian cũng như không an toàn trong quá trình thao tác của người công nhân . Để giải quyết những khó khăn trên , trong máy miết thực hiện nguyên công tóp miệng và bịt đáy sản phẩm từ phôi ống , ta sử dụng cơ cấu cặp phôi dạng ống đàn hồi Hình 4. 26. Một số dạng đầu cặp đàn hồi dùng trong cơ cấu kẹp phôi của máy miết ưu điểm của cơ cấu kẹp ống đàn hồi : Kết cấu đơn giản Có thể ứng dụng kẹp nhiều loại phôi , kể cả các loại phôi có tiết diện phức tạp Kích thước phôi kẹp có thể từ nhỏ đến lớn Thao tác cặp phôi nhanh nhờ sử dụng khí nén , thuỷ lực Hành trình nhả kẹp phôi trong thời gian ngắn 4.4.2. Kết cấu cơ cấu cặp dạng ống đàn hồi Một số loại tiết phôi sử dụng trên cơ cấu ống đàn hồi Hình 4. 27. Một số tiết diện của cơ cấu cặp đàn hồi Một số dạng nguyên lý ống kẹp đàn hồi ống kẹp dạng đẩy Hình 4. 28. ống kẹp dạng đẩy ống kẹp dạng rút Hình 4. 29. ống kẹp dạng rút ống kẹp dạng cố định Hình 4.30. ống kẹp dạng cố định Một số loại kết cấu cơ bản của ống kẹp đàn hồi ống kẹp dạng kéo Hình 4. 31. Kết cấu ống kẹp dạng kéo ống kẹp dạng đẩy Hình 4. 32. Kết cấu ống kẹp dạng đẩy ống kẹp dạng cố định Hình 4. 33. Kết cấu ống kẹp dạng cố định Một số nguyên lý tạo ra lực đẩy cho ống kẹp đàn hồi Hình 4. 34. Một số nguyên lý tạo ra lực kéo ống đàn hồi 4.4.3. Tính toán kết cấu ống kẹp đàn hồi ống kẹp đàn hồi có bề mặt làm việc hình côn , trong là lỗ trụ để định vị và kẹp chặt chi tiết . Phần côn được xẻ rãnh theo các góc chia đều nhau và kéo dài ra đến phần trụ . Đối với trường hợp bài toán miết phôi ống f220 mm chiều dài L = 1500 mm , ta lựa chọn ống kẹp 6 cánh theo các góc chia đều 60 Lỗ trụ trên ống kẹp phải có kích thước hợp lý , có thể gá đặt phôi một cách dễ dàng . Giữalỗ trụ trên ống kẹp đàn hồi khi ống kẹp ở trạng thái tự do và đường kính phôi luôn tồn tại khe hở . Vì vậy khi tác dụng lực kéo theo phương hướng trục , dưới tác dụng của mặt côn cố định ngoài thì khoảng cách khe xẻ rãnh giữa các cánh ống sẽ giảm xuống , bóp định vị và kẹp chặt phôi sau khi đã khử hết khe hở giữa ống kẹp và phôi . Kết cấu cơ bản của ống kẹp đàn hồi : Hình 4. 35. Kết cấu ống kẹp đàn hồi Trong đú: D Đường kớnh phần kẹp phụi d Đường kớnh ngoài phần xẻ rónh thõn ống kẹp d1 Đường kớnh trong phần xẻ rónh thõn ống kẹp d2 Đường kớnh ngoài phần chuụi ống kẹp d3 Đường kớnh chõn ren phần chuụi ống kẹp D1 Đường kớnh ngoài phần miệng ống kẹp t Chiều dài phần chuụi ống kẹp t1 Chiều dài phần ren chuụi ống kẹp h1 Chiều dầy phần ống xẻ rónh L1 Chiều dài phần kẹp phụi l1 Chiều dài phần xẻ rónh l2 Chiều dài phần miệng ống kẹp L Chiều dài toàn bộ ống kẹp b1 Khoảng cỏch giữa 2 rónh xẻ 2a Gúc cụn ống kẹp Đối với chi tiết phôi ống có kích thước tương đối lớn như bình khí công nghiệp ta thiết kế ống kẹp đàn hồi có những đặc điẻm khác biệt . Đó là với đường kính phôi lớn và rất dài do đó cần có chiều dài phần kẹp phôi lớn hơn . 4.4.4. Kết cấu cơ cấu kẹp Qua việc phân tích đánh giá trên , ta có thể đưa ra kết cấu ống kẹp đàn hồi như sau : Hình 4. 36. Kết cấu cụm cơ cấu cặp Trong đó : 1 . ống đẩy 12. Bulông 2. Bích trái xylanh 13. Van dầu phải 3. Nắp xylanh 14. ổ đũa côn Phớt chắn dầu 4. Thân xylanh 15. Bạc chặn 5. Pistôn 16. Xéc măng dầu 6. Bích phải xylanh 17. Vòng đệm 7. ống đỡ 18. Bulông 8. ống ren 19. Van dầu trái 9. Bulông 20. Bulông 10. Mặt tỳ kẹp phôi 21. Đai ốc xiết 11. ống đàn hồi 22. Bulông tấm chặn 23. Tấm chặn phôi Hình trên là kết cấu của cụm cơ cấu cặp sử dụng ống đàn hồi . Cụm cơ cấu hoạt động dựa trên nguyên lý : Cơ cấu kẹp được sử dụng là ống kẹp đàn hồi dạng kéo 10 . ở trạng thái bình thường , đường kính trong phần kẹp của ống đàn hồi là f222 , do đó luôn tồn tại khe hở D = 2 . Nhờ vậy việc đưa phôi vào ống kẹp một cách dễ dàng . Sau khi tiến hành xong việc lắp phôi trên ống kẹp , ta tiến hành kẹp chặt cố định phôi . ống kẹp đàn hồi dạng kéo hoạt động dựa trên nguyên lý : để kẹp phôi ta tác dụng lực kéo ống S làm ống dịch chuyển sang trái , khi đó dưới tác dụng của phản lực tại mặt tỳ cố định 9 ống sẽ đàn hồi , khe hở D sẽ dần bị triệt tiêu và phôi ống sẽ được kẹp chặt . Bộ phận tạo ra lực kéo S là cụm xylanh piston 5 , 6 . Bắt đầu quá trình kẹp chặt , dầu sẽ được bơm vào xylanh qua van dầu phải , dầu áp suất cao tác dụng lên piston 5 sẽ tạo ra lực kéo S khoảng 10 KN . Lực kéo này được truyền sang ống đàn hồi nhờ một xích truyền lực trung gian . Đầu tiên , lực kéo từ piston 5 truyền sang bộ 2 ổ đũa côn lắp ngược chiều côn , các ổ côn này được cố định với piston nhờ các bạc chặn 13. Mặt khác vòng trong ổ đũa côn lại được liên kết với ống đẩy 1 , và được cố định bằng các đai ốc xiết 17 . Do đó lực khéo S sẽ được truyền qua ổ đũa côn sang ống đẩy 1 . Đến lượt mình , ống đẩy 1 lại truyền lực cho ống đàn hồi qua một ống ren trung gian 8 nhờ mối liên kết ren . ống đàn hồi chịu tác dụng của lực kéo S khoảng 10KN , đàn hồi và kẹp chặt phôi . Phôi đã được kẹp chặt , quá trình miết được tiến hành . Lực kéo S luôn tác dụng trong quá trình miết . Sau khi quá trình miết phôi kết thúc , ta tiến hành tháo gỡ sản phẩm . Dầu sẽ được bơm vào xylanh qua van dầu trái 15 . Dầu với áp suất cao tác dụng lên vách trái xylanh , tạo ra lực đẩy . Đồng thời dầu bên khoang phải xylanh cũng được đẩy ra qua van dầu trái . Lực đẩy lại được truyền qua xích truyền lực trung gian tới ống đàn hồi . Lúc này , lực kéo S không còn , và thay thế bằng lực đẩy S' có tác dụng đẩy ống đàn hồi sang phải , triệt tiêu lực kẹp phôi . Hình 4. 37. Bản vẽ chi tiết ống kẹp đàn hồi ống kẹp đàn hồi được chế tạo từ một số vật liệu có độ đàn hồi và độ cứng cao , như thép hợp kim ( 20X , 40X , Y7A , Y10A , 9XC ,... ) và các bề mặt làm việc của chúng phải được tôi cải thiện đạt độ cứng như sau Phần kẹp phôi : 43 56 HRC Phần không làm việc : 30 35 HRC Các ống kẹp đàn hồi cho phép định tâm chi tiết đạt độ chính xác 0,02 0,05 mm . Mặt chuẩn định vị của chi tiết cần được gia công đạt cấp độ chính xác 2 3 . 4.4.5. Tính toán lực kẹp Trong các ống kẹp đàn hồi , lực kéo cần thiết ở cán để xiết các vấu kẹp phụ thuộc vào lực kẹp chặt chi tiết gia công . Ta có sơ đồ xác định phản lực như sau : Hình 4. 38. Sơ đồ tính toán lực kẹp phôi Để kẹp chặt phôi , ống đàn hồi phải đàn hồi để triệt tiêu khe hở với phôi tương tự như trường hợp uốn dầm , trước khi tác dụng lực kẹp chặt phôi . Tất cả các lực cần thiết đó được sinh ra do phản lực của mặt tỳ cố định tác dụng lên mặt côn ống đàn hồi . Hình 4. 39. Sơ đồ lực tác dụng trong quá trình kẹp phôi Lực kéo ở cán ống kẹp đàn hồi S , trong trường hợp không có chốt tỳ mặt đầu để định vị chính xác chi tiết theo chiều dài được xác định theo công thức : Trong đó : w : lực kẹp tổng cộng của tất cả các vấu kẹp (KG) w : lực kẹp sơ bộ của các vấu kẹp để khe hở giữa các vấu kẹp và bề mặt chi tiết , bắt đầu kẹp chặt chi tiết (KG) a : góc ở đỉnh ống kẹp đàn hồi , a = 30 j : góc ma sát giữa mặt côn của ống kẹp và mặt tỳ cố định tgj=0,1-0,15 Lực kẹp tổng cộng w được tính theo công thức : Trong đó : k : hệ số an toàn , k = 1,2 á 1,5 . Ta chọn k = 1,5 f : hệ số ma sát giữa ống kẹp và chi tiết gia công (phụ thuộc vào bề mặt làm việc các vấu kẹp) , f = 0,25 á 0,5 . Chọn f = 0,3 . M : mômen do ống kẹp tạo ra để chống mômen uốn do lực miết tác dụng . M= = 830.220 = 182600 (kG.mm). r : bán kính ngoài của phôi ống , r = 110 mm P : lực tác dụng dọc trục chi tiết khi thực hiện nguyên công miết , (KG) . Với bài toán miết phôi ống ta coi như chi tiết không chịu lực dọc trục : P= 0 . Để tính toán lực sơ bộ tại mỗi cánh kẹp của ống kẹp đàn hồi , ta coi mỗi cánh kẹp như một thanh dầm được gá côngxôm . Do đó ta có thể tính lực wtheo công thức : w= Trong đó : E : môđun đàn hồi ống kẹp , với các loại vật liệu thép có độ đàn hồi và độ cứng cao thì E = 22000 KG/ mm J : mômen quán tính của phần tiết diện của ống kẹp khi coi nó như một thanh dầm gá côngxôm (mm4) f : độ võng của vấu kẹp , l : chiều dài thanh dầm chịu côngxôm tưởng tượng , l = 188 mm n : số lượng cánh kẹp của ống đàn hồi , n = 6 . Hình 4. 40. Lực tác dụng trong qúa trình kẹp phôi Mômen quán tính J của phần tiết diện chịu côngxôm của ống kẹp được xác định theo công thức sau : Trong đó : D : đường kính ngoài của phần vấu kẹp bị uốn , D = 280 mm d : chiều dày phần vấu kẹp bị uốn , d = 8 mm a : một nửa góc của tiết diện A-A , a = 30 Thay công thức mômen quán tính J vào công thức tính w’ ta được : Thay các giá trị của từng đại lượng ta có : Thay các giá trị w và w vào biểu thức tính lực S ta có : Vậy lực kéo cần thiết tác dụng vào cán ống kẹp đàn hồi để có thể kẹp chặt phôi là : S = 99068 N. 4.4.6. Động học quá trình kẹp phôi Để tiến hanh quá trình kẹp phôi , ống kẹp sẽ phải đàn hồi triệt tiêu khe hở d giữa mặt làm việc của ống và phôi. Với ống kẹp đàn hồi kiểu kéo thì ống đàn hòi sẽ phải dịch chuyển lùi lại một đoạn l. Hình 4. 41. Động học quá trình kẹp phôi Ta có quan hệ giữa d và l : Với góc côn của ống đàn hồi : 2a = 30 và khe hở d = 1 mm ta có : Như vậy để kẹp chặt và định vị phôi , ống đàn hồi sẽ phải dịch chuyển một khoảng cách l = 3,86 mm sang trái , và cũng phải dịch chuyển một đoạn tương tự sang bên phải trong quá trình nhả phôi . Đây là một trong những ưu điểm lớn của ống kẹp đàn hồi . Ta nhận thấy là để kẹp hay nhả phôi thì ống kẹp chỉ cần dịch chuyển một đoạn rất nhỏ . Vì vậy quá trình kẹp nhả phôi được tiến hành nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn , điều này làm tăng năng suất của quá trình công nghệ lên rất nhiều. 4.4.7. Tính áp suất bơm dầu Hình 4. 42. Đường kính xylanh thuỷ lực Diện tích bề mặt tác dụng của chất công tác : áp suất dầu nạp cần thiết để tạo ra lực kéo S = 99 KN là : Khi nhả phôi trong quá trình tháo gỡ sản phẩm , lực đẩy cần thiết xylanh tạo ra có tác dụng chống lại sự cẩn trở chuyển động của các thành phần ma sát. Do đó lực này nhỏ hơn rất nhiều so với lực kéo cần thiết trong quá trình kẹp phôi . Vì vậy với áp suất dầu cần thiết nạp vào xylanh trong quá trình đẩy ta chọn theo thực nghiệm : p = 3 at . 4.5. Cụm gia nhiệt Trong bài toán ứng dụng phương pháp miết thực hiện nguyên công tóp miệng hoặc bịt kín đáy , người ta sử dụng phương pháp nung nóng cục bộ phần biến dạng liên tục trong quá trình biến dạng . Và để thực hiện phương pháp này ta có các cách sau đây : Sử dụng thiết bị nung cảm ứng : nung trung tần Sử dụng ngọn lửa khò : hỗn hợp Với điều kiện thực tế sản xuất Việt Nam hiện nay , phương pháp nung cảm ứng là không thích hợp do yêu cầu máy móc thiết bị kèm theo phải có trình độ tự động hoá cao . Hơn nữa , trong quá trình biến dạng , phôi giảm nhiệt rất nhanh do có kết cấu vỏ mỏng vì vậy ta phải tính đến phương pháp bù nhiệt cho phôi trong qúa trình biến dạng . Như vậy phương pháp nung phôi bằng ngọn lửa khò là hợp lý , đảm bảo quá trình gá phôi thủ công và bù nhiệt trong quá trình miết một cách dễ dàng . Những chú ý về nhiệt trong quá trình miết : Nhiệt độ tại phần miệng là vùng con lăn miết chưa đi qua không quá lớn để tránh mất ổn định phần vành do mômen chống uốn giảm đáng kể khi nung nóng tại nhiệt độ cao . Nhiệt độ tại vùng biến dạng không quá chênh lệch so với nhiệt độ tại vùng xunh quanh , nhằm tránh mất ổn định vùng biến dạng do có sự khác biệt về trở lực biến dạng . Từ đó ta tính toán thiết kế ngọn lửa khò có kết cấu , vị trí sao cho hợp lý Cụm bù nhiệt có 2 tác dụng chính, đó là : Nung phôi ban đầu tới nhiệt độ biến dạng Bù phần nhiệt mất mát trong quá trình biến dạng Cụm bù nhiệt sử dụng nhiên liệu là các loại khí gas với các đặc tính như sau: Bảng 4.1. Nhiệt của một số ngọn lửa phổ biến Loại gas Nhiệt lớn nhất (°C) Tỷ lệ gas - oxy (Vol) Cụng suất nhiệt (kJ/m3) Nhiệt chớnh Nhiệt phụ Acetylene 3.160 1,2:1 18.890 35.882 Propane 2.810 4,3:1 10.433 85.325 MAPP 2.927 3,3:1 15.445 56.431 Propylene 2.872 3,7:1 16.000 72.000 Hydrogen 2.834 0,42:1 - - Natural Gas 2.770 1,8:1 1.490 35.770 Khí axêtylen là loại khí gas khi cháy sinh ra nhiệt độ và công suất nguồn nhiệt là lớn nhất nên có thể nung phôi kim loại tới nhiệt độ cao tuỳ ý . Và do nhiệt sinh ra lớn nhất tại vùng ngoài của ngọn lửa nên không cần tính toán chính xác vùng nhiệt hiệu dụng mà vẫn có thể nung phôi đạt nhiệt độ miết đảm bảo nhiệt phân bố đều trên các tiết diện của phôi . Hơn nữa khí acêtylen được bán rất sẵn trên thị trường nên bộ bù nhiệt sử dụng nhiên liệu hỗn hợp là hiệu quả nhất . Đánh giá kết qủa đạt được Việc ứng dụng công nghệ miết trong chế tạo bình khí công nghiệp tại Việt Nam còn là một lĩnh vực tương đối mới mẻ . Trước nhu cầu to lớn của thị trường bình khí công nghiệp của thị trường nội địa , Nhà nước ta đã thể hiện quyết tâm lớn trong việc tiến tới sản xuất chế tạo bình khí công nghiệp chịu áp suất cao ở Việt Nam . Cụ thể là , với sự tin tưởng của Bộ Khoa học và công nghệ , bộ môn Gia công áp lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội rất vui mừng và tự hào đã nhận thực hiện một đề tài cấp Nhà nước về việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ miết trong chế tạo bình khí công nghiệp trong điều kiện sản xuất của Việt Nam . Trong thời gian qua , bộ môn Gia công áp lực đã thực hiện một số nghiên cứu về vấn đề trên và cũng đã thu được những thành công đáng kể . Trong đó phải kể tới luận văn thạc sỹ của Thạc sỹ Nguyễn Ngọc Tòng đề tài " ứng dụng công nghệ miết để bịt kín đáy và tóp miệng phôi ống dày " . Tìm hiểu những kết quả của các nghiên cứu trên , tôi nhận thấy những nghiên cứu đã tập trung giải quyết những vấn đề về tính ổn định của quá trình miết , và những kết quả th được mang tính thực tế rất cao . Kế thừa những kết quả trên , tôi đã tập trung giải quyết được những vấn đề mà các nghiên cứu trước còn chưa đề cập tới . Đó là vấn đề biến dạng trong quá trình miết , đó là những vấn đề về công nghệ miết phôi ống ở trạng thái nóng , đó là việc thiết kế chuyển động con lăn trong thực hiện hai nguyên công tóp miệng và bịt đáy phôi ống và từ đó đưa ra được kết cấu của cụm con lăn miết và kết cấu tổng thể của máy miết . Với những gì đã làm được tôi hy vọng có thể đóng góp cho đề tài cấp Nhà nước và góp sức vào việc sản xuất bình khí chịu áp lực cao tại Việt Nam . Kết luận Nhu cầu về sản phẩm bình áp lực nói chung và sản phẩm bình khí công nghiệp nói riêng ngày một cao . Thị trường đòi hỏi những bình khí công nghiệp đạt tiêu chuẩn an toàn và những điều kiện kỹ thuật của nó do phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt với áp suất cao . Do đó yêu cầu nghiên cứu công nghệ để tiến tới chế tạo bình khí công nghiệp tại Việt Nam nhằm thoã mãn nhu cầu trong nước là một vấn đề thực tế cấp thiết . Luận văn tốt nghiệp đã tập trung giải quyết những vấn đề chủ yếu của bài toán miết phôi ống ở trạng thái nóng . Việc tính toán chính xác công nghệ miết nóng là không đơn giản , bởi biến dạng khi miết là một qúa trình động , miền biến dạng của miết xảy ra cục bộ và luôn thay đổi trong quá trình tạo hình . Hơn nữa , miết nóng còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vật liệu , các thông số động lực học quá trình miết và nhiệt độ khi miết .Vì vậy luận văn đã đưa ra và lựa chọn phương án công nghệ hợp lý ; tính toán bài toán biến dạng , tìm ra trường ứng suất và biến dạng của phôi ; tính toán các thông số công nghệ cơ bản của quá trình miết phôi ... Trên cơ sở giải được các bài toán trong quá trình miết phôi , tôi đã tiến tới đưa ra các bộ phận , cơ cấu máy thực hiện nguyên công miết nóng tạo miệng và bịt đáy bình khí công nghiệp . Những kết cấu phải đảm bảo thực hiện quá trình miết phôi thuận lợi nhất , đáp ứng đầy đủ những yêu cầu của quá trình công nghệ . Đặc biệt tôi đã tập trung xây dựng cụm con lăn hợp lý nhất . Vì đối với nguyên công miết nóng , con lăn miết là bộ phận rất quan trọng , nó cần thực hiện những chuyển động phức tạp , do đó cơ cấu chuyển động của con lăn cần mang tính linh hoạt cao . Cuối cùng tôi đã đưa ra được kết cấu phần cơ khí của một máy miết nóng hoàn chỉnh . Đồng thời đưa ra tính toán một số bộ phận quan trọng của máy như cụm cơ cấu kẹp phôi và cụm con lăn. Nó đảm bảo quá trình thực hiện miết phôi ống trong nguyên công tạo miệng và bịt đáy ở trạng thái nóng . Luận văn có kế thừa một số các nghiên cứu đã được tiến hành về công nghệ miết phôi ở trạng thái nóng . Và tập trung giải quyết những vấn đề mới , nhưng không kém phần quan trọng . Đất nước ta đang tiến hành công nghiệp hoá hiện đại hoá , trong lĩnh vực công nghiệp Nhà nước ta chủ trương tăng cường sức mạnh công nghiệp bằng những chủ trương tăng cường sản xuất nội địa . Vừa qua , bộ môn Gia công áp lực rất vui mừng cũng như tự hào khi được Nhà nước tin tưởng giao thực hiện một đề tài cấp Nhà nước về sản xuất chế tạo bình khí công nghiệp bằng phương pháp miết . Với những gì đã làm được , tôi hy vọng có thể đóng góp cho đề tài , cũng như đóng góp cho việc hiện thực hoá việc sản xuất chế tạo bình khí công nghiệp tại Việt Nam. Hà Nội , tháng 5 năm 2006 . Tác giả Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Tất Tiến , Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại , NXBGD 2004 2. Đinh Bá Trụ , Hà Minh Hùng : Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, NXBKHKT 3. Н.И.МОГИЛЬНЫЙ, РОТАЦИОНАЯ ВЫТЯЖКА, 1983 4. Nguyễn Ngọc Tòng , ứng dụng công nghệ miết để tóp miệng và bịt kín đáy phôi ống dày, Luận văn cao học 2005 5. Nguyễn Mậu Đằng , Công nghệ rèn và dập nóng , NXB Bách Khoa 2006 6. Hồ Trí Dũng , Thiết kế máy miết dùng để thực hiện các nguyên công bịt kín đáy hoặc tóp miệng phôi ống có đường kính đến f220 và chiều dày đến 10mm , Luận văn tốt nghiệp 2005 7. Phạm Văn Nghệ , Đỗ Văn Phúc : Máy búa và máy ép thuỷ lực , NXB Giáo Dục 2003 8. Nguyễn Tất Tiến : Lý thuyết dập tạo hình , ĐHBKHN 2000 9. Trịnh Chất , Lê Văn Uyển : Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí , NXB GD 2001 10. Nghiêm Hùng : Giáo trình Vật liệu học , ĐHBKHN 1999 Phụ lục 01 Bản vẽ tổng thể máy miết 01 Bản vẽ cụm con lăn miết 01 Bản vẽ cụm cơ cấu cặp 01 Bản vẽ chế tạo chi tiết ống đàn hồi 01 Bản vẽ chế tạo con lăn miết 01 Bản vẽ chế tạo khôi tỳ