Đồ án Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy biến dạng thép tấm bằng cảm ứng từ (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy biến dạng thép tấm bằng cảm ứng từ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BIẾN DẠNG THÉP TẤM BẰNG CẢM ỨNG TỪ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: THÁI HOÀI NAM MSSV: 11104068 SVTH: TRƯƠNG THÀNH ĐƯỢC MSSV: 11104049 S K L 0 0 3 9 6 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KIM LOẠI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BIẾN DẠNG THÉP TẤM BẰNG CẢM ỨNG TỪ” Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: THÁI HOÀI NAM MSSV: 11104068 TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC MSSV: 11104049 Lớp: 111040C Khoá: 2001 - 2015 TP. Hồ Chí Minh, tháng 07/2015 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC i
3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nền kinh tế của nƣớc ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đời sống của ngƣời dân ngày càng nâng cao. Yêu cầu khoa học kỹ thuật, máy móc hiện đại trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp ngày càng cao. Đây là cơ hội nhƣng cũng là thách thức cho ngành cơ khí chế tạo trong việc nghiên cứu và phát triển, phục vụ nhu cầu của xã hội. Sau thời gian học tập tại trƣờng, đƣợc sự chỉ bảo hƣớng dẫn nhiệt tình của Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, chúng em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ đƣợc vốn kiến thức nhất định. Đƣợc sự đồng ý của Nhà trƣờng và Thầy Cô trong khoa em đƣợc giao đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy biến dạng thép bằng cảm ứng từ” Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của Thầy PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy Cô cũng nhƣ là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa. Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh, các Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 Năm 2015 Ký tên Sinh viên 1 Sinh viên 2 Thái Hoài Nam Trƣơng Thành Đƣợc SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC ii
4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA TP. HCM VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Công Nghệ Kim Loại NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BIẾN DẠNG THÉP TẤM BẰNG CẢM ỨNG TỪ” GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Họ tên sinh viên: 1: Thái Hoài Nam MSSV: 11104068 2: Trƣơng Thành Đƣợc MSSV: 11104049 1.Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BIẾN DẠNG THÉP TẤM BẰNG CẢM ỨNG TỪ 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: -Công suất (kW) : 30Kw -Điện áp (V): 380V -Số pha: 3 pha -Nhiệt độ dự tính: 10000C - 20000C 3. Nội dung chính của đồ án: -Ứng dụng phƣơng pháp tôi cao tần để gia nhiệt cho kim loại tạo hình cho sản phẩm -Đề xuất một phƣơng pháp tạo hình nhiệt thép tấm sử dụng từ trƣờng tần số cao để đốt nóng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ 4. Các sản phẩm dự kiến: Máy biến dạng thép bằng cảm ứng từ 5. Ngày giao đồ án: 16/3/2015 6. Ngày nộp đồ án: 20/7/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC iii
5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BIẾN DẠNG THÉP TẤM BẰNG CẢM ỨNG TỪ” - GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH - Họ tên sinh viên: 1: Thái Hoài Nam MSSV: 11104068 2: Trƣơng Thành Đƣợc MSSV: 11104049 - Lớp: 111040C - Số điện thoại liên lạc: 0984868381_01659121622 - Email: Thainam9238@gmail.com_Duoctruong.kcn11@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/07/2015 - Lời cam kết: Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào,chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 Năm 2015 Ký tên Sinh viên 1 Sinh viên 2 Thái Hoài Nam Trƣơng Thành Đƣợc SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC iv
6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các Thầy Cô giáo trong trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung và các Thầy Cô giáo trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, bộ môn Công Nghệ Kim Loại nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với Thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này. Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Sinh viên thực hiện Sinh viên 1 Sinh viên 2 Thái Hoài Nam Trƣơng Thành Đƣợc SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC v
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY BIẾN DẠNG THÉP TẤM BẰNG CẢM ỨNG TỪ” - Ứng dụng phƣơng pháp tôi cao tần để gia công nhiệt cho kim loại tạo hình cho sản phẩm khi tôi. - Đề xuất một phƣơng pháp tạo hình nhiệt thép tấm sử dụng từ trƣờng tần số cao để đốt nóng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện trƣờng xuất phát từ năng lƣợng hấp thụ điện từ xoay chiều trên tấm thép. - Tự động hóa quá trình biến dạng thép tấm dày kích thƣớc lớn có thể sử dụng trong các nhà máy đóng tàu. - Nâng cao chất lƣợng cũng nhƣ năng suất, hiệu quả kinh tế trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo các thiết bị trong công nghiệp. Sinh viên 1 Sinh viên 2 Thái Hoài Nam Trƣơng Thành Đƣợc SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC vi
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH ABSTRACT Project title: "RESEARCH, DESIGN, MANUFACTURE MACHINE STEEL PLATE DEFORMATION IN TOUCH FROM" - Applications High frequency method for processing metal heat shaping the product when I. - Propose a thermal imaging method using steel plates high-frequency magnetic field to heat based on the principle of electromagnetic induction from the electromagnetic energy absorbed alternating on steel plate. - Automate the process of deformation larger plate can be used in the shipyard. - Improving quality and productivity, economic efficiency in shipbuilding, equipment manufacturing industry. SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC vii
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH MỤC LỤC Trang bìa i Lời nói đẩu ii Nhiệm vụ đồ án .iii Lời cam kết iv Lời cảm ơn .v Tóm tắt đồ án tốt nghiệp .vi Mục lục viii PHẦN 1: Đặt vấn đề 1 I. Đối tƣợng nghiên cứu 1 1. Tình hình nghiên cứu trong công nghiệp hiện nay 1 1.1 Uốn tấm thép trên máy cán nhiều trục 2 a. Máy cán kín 2 b. Máy cán hở 3 1.2 Uốn tấm thép trên máy ép 3 1.3 Uốn tấm bằng phƣơng pháp thủ công .5 a. Uốn tấm bằng phƣơng pháp đánh búa .5 b. Uốn tấm bằng đầu đốt khí Oxy - axetylen 5 1.4 Uốn tấm bằng phƣơng pháp gia nhiệt cảm ứng 6 2. Mục tiêu đề tài 7 II. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu 8 PHẦN 2: Nội dung nghiên cứu 9 Chƣơng 1: Đầu nung cảm ứng từ 9 I .Giới thiệu hiện tƣợng cảm ứng điện từ .9 1. Nguồn gốc . .9 a. Cảm ứng nhiệt điện từ . 9 b. Ứng dụng của nhiệt cảm ứng 10 2. Nguyên lý hoạt động .11 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC viii
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH 3. Hiện tƣợng cảm ứng nhiệt điện từ 12 4. Ứng dụng của nung nóng nhiệt cảm ứng trong công nghiệp 13 II. Lý thuyết về cảm ứng nhiệt điện từ 13 1. Nguyên lý của cảm ứng nhiệt điện từ 13 2. Sự phân bố của dòng điện trong vật đƣợc gia công .18 a. Hiệu ứng bề mặt 18 b.Hiệu ứng lân cận . . 20 c. Hiệu ứng vòng . 20 d. Hiệu ứng dọc biên 21 3. Hiện tƣợng trao đổi nhiệt trong nung cảm ứng .22 a. Sự dẫn nhiệt 22 b. Sự bức xạ 23 III. Mô hình toán học của quá trình nung cảm ứng nhiệt 24 1.Mô hình toán học trƣờng điện từ và trƣờng nhiệt độ 24 2. Mô hình cơ bản của quá trình nung cảm ứng từ 28 IV. Thiết kế nung cảm ứng từ 32 1. Một số yêu cầu về thiết bị dùng trong đầu nung cảm ứng 32 a. Cuộn dây cảm ứng 32 b. Tụ điện . 33 c. Các công tắc tơ . 34 d. Dây dẫn cao tần . . .34 2. Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống nung cảm ứng từ 34 3. Các mạch nguyên lý của đầu nung cảm ứng từ 35 a. Khối nguồn 35 b. Khối tạo xung .38 c. Mạch công suất 38 d. Khối tạo cộng hƣởng L-C 40 PHẦN 3: Kết quả đạt đƣợc và thực nghiệm .41 1. Máy biến dạng thép 41 2. Các bộ phận điều khiển và chức năng .44 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC ix
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH a. Điều khiển hệ thống chạy tự động theo trục X, Y, Z 44 b. Tủ điều khiển hệ thống cảm ứng từ . 44 c. Motor bơm nƣớc làm mát hệ thống . 45 3. Kiểm tra dung sai của máy . .45 4. Hình ảnh kết quả ban đầu 47 5. Hình ảnh kết quả thực nghiệm .48 6. Kết luận 57 7. Đề nghị hƣớng phát triển 58 Tài liệu tham khảo 59 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC x
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biên dạng cong của tấm thép vỏ tàu 1 Hình 1.2 Biên dạng của tấm thép lắp ghép tạo thành vỏ tàu .2 Hình 1.3 Máy cán kín của hãng QFI – Mỹ 2 Hình 1.4 Máy cán hở của hãng MG – Italia 3 Hình 1.5 Máy ép thủy lực một trụ của Taiwan .4 Hình 1.6 Máy ép thủy lực tại Việt Nam 4 Hình 1.7 Những dụng cụ dùng trong việc uốn tấm bằng phƣơng pháp thủ công 5 Hình 1.8 Uốn thép tấm bằng đầu đốt khí oxy – axetylen 6 Hình 1.9 Định hình thép tấm bằng phƣơng pháp đƣờng nhiệt Công ty công nghiệp nặng Samsung và Huyndai (Hàn Quốc) 7 Hình 2.1 Thí nghiệm định luật cảm ứng của Faraday 9 Hình 2.2 Ứng dụng nhiệt cảm ứng trong công nghiệp 11 Hình 2.3 Quá trình đốt nóng cảm ứng 11 Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của đầu tạo nhiệt cảm ứng từ 12 Hình 2.5 Cuộn dây cảm ứng với từ trƣờng của nó .13 Hình 2.6 Dòng điện xoáy trong một vật dẫn khi đặt trong từ trƣờng thay đổi .14 Hình 2.7 Hình dáng đầu gia nhiệt và thép tấm đƣợc dùng trong đề tài 15 Hình 2.8 Ảnh hƣởng của trễ từ đến đƣờng công suất nhiệt 17 Hình 2.9 Chiều sâu thấm của dòng điện trong thép 18 Hình 2.10 Cƣờng độ dòng điện và cƣờng độ từ trƣờng nhƣ là một hàm của chiềusâu d trong một vật dẫn .19 Hình 2.11 : Hiệu ứng cảm ứng điện từ dọc biên 21 Hình 2.12 : Cuộn dây cảm ứng 33 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC xi
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Hình 2.13 : Tụ điện . 33 Hình 2.14 : Công tắc tơ 34 Hình 2.15 Sơ đồ hoạt động của hệ thống nung cảm ứng từ 35 Hình 2.16 Khối nguồn 1 .36 Hình 2.17 Khối nguồn 2 36 Hình 2.18 Dạng ngõ ra điện áp sau khi qua chỉnh lƣu .37 Hình 2.19 Khối nguồn 3 37 Hình 2.20 Khối tạo xung 38 Hình 2.21 Mạch công suất 1 .39 Hình 2.22 Mạch công suất 2 39 Hình 2.23 Mạch cộng hƣởng L-C 40 Hình 3.1 Mặt trƣớc của máy .41 Hình 3.2 Mặt sau của máy .42 Hình 3.3 : Mặt trƣớc tủ điều khiển nung cảm ứng từ 42 Hình 3.5 : Đầu nung cảm ứng từ .43 Hình 3.6: Đƣờng dẫn điện cao áp vá dẫn nƣớc vào đầu nung 43 Hình 3.7: Điều khiển hệ thống chạy tự động theo trục X, Y, Z 44 Hình 3.8: Tủ điều khiển hệ thống cảm ứng từ. 44 Hình 3.9: Motor bơm nƣớc làm mát hệ thống .45 Hình 3.10: Dùng đồng hồ so kiểm tra dung sai của máy .45 Hình 3.11 Thép tấm bắt đầu chuyển màu 47 Hình 3.12 Chuyển động nung nóng của đầu nung 47 Hình 3.13 Hình dáng sau khi nung 48 Hình 3.14 Quỹ đạo của đầu từ .38 Hình 3.15 Hình dạng của tấm thép mô phỏng trên máy tính 49 Hình 3.16 Tấm thép hình lƣợn sóng . 50 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC xii
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Hình 3.17 Quỹ đạo của đầu từ đƣờng xoắn óc 49 Hình 3.18 Hình dạng của tấm thép mô phỏng trên máy tính 50 Hình 3.19 Hình dạng tấm thép sau khi gia công 51 Hình 3.20 Quỹ đạo của đầu từ 2 đƣờng chéo 51 Hình 3.21 Hình dạng của tấm thép mô phỏng trên máy tính .52 Hình 3.22 Hình dạng tấm thép sau gia công 52 Hình. 3.23 Quỹ đạo của đầu từ hình tam giác 53 Hình 3.24: Hình dạng tấm thép sau gia công 53 Hình. 3.25: Hình dạng của tấm thép mô phỏng trên máy tính. 54 Hình. 3.26: Quỹ đạo của đầu từ đƣờng tròn. 54 Hình. 3.27: Hình dạng tấm thép sau gia công. 55 Hình. 3.28: Hình dạng của tấm thép mô phỏng trên máy tính. 55 Hình. 3.29: Quỹ đạo đầu từ. 56 Hình. 3.30: Hình dạng tấm thép sau gia công. 56 Hình. 3.31: Hình dạng của tấm thép mô phỏng trên máy tính. 57 DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1 Dung sai theo phƣơng X 46 Biểu đồ 3.2 Dung sai theo phƣơng Y 46 SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC xiii
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: Trong công nghiệp đóng tàu hiện nay, hầu hết việc tạo hình thép tấm đều sử dụng đầu đốt oxy – axetylen (hàn gió đá) để biến dạng nhiệt. Bên cạnh đó việc tạo quỹ đạo đƣờng đi của đầu tạo nhiệt hoàn toàn dựa trên kinh nghiệm của ngƣời thợ. Do đó quá trình này hiện nay không đảm bảo tạo bề mặt cong chính xác do việc điều khiển hầu nhƣ phụ thuộc vào kinh nghiệm có đƣợc từ bản thân ngƣời thợ. Phƣơng pháp tạo hình bằng cảm ứng điện trƣờng là một phƣơng pháp mới đang đƣợc bắt đầu ứng dụng trong ngành công nghiệp nặng. Các nghiên cứu hiện nay trên thế giới đều tập trung vào việc thiết kế và tính toán biến dạng của tấm thép trong quá trình định dạng mà chƣa đi sâu nghiên cứu việc thiết kế tối ƣu đầu tạo nhiệt cũng nhƣ việc tiên đoán đƣờng di chuyển của nó. 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY Một bộ phận lớn các chi tiết kết cấu thân tàu thủy đòi hỏi phải xử lý uốn trƣớc khi lắp ghép thành phân đoạn, tổng đoạn hay trực tiếp lên thân tàu. Quá trình tạo hình tấm thép trong ngành đóng tàu là một giai đoạn khá quan trọng. Có thể điểm qua các kiểu biên dạng tấm vỏ tàu Hình 1.1 Biên dạng cong của tấm thép vỏ tàu. a. Cong hình chóp nón. b.Gấp khúc. c. Cong lƣợn sóng. d.Cong hai chiều về một phía. e. Cong hai chiều về một phía. f.Cong hai chiều về hai phía. SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 1
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Hình 1.2 Biên dạng của tấm thép lắp ghép tạo thành vỏ tàu. Hiện nay, ngành công nghệ đóng tàu trên thế giới sử dụng các phƣơng pháp tạo hình thép tấm nhƣ sau: 1.1 Uốn tấm thép trên máy cán nhiều trục. a. Máy cán kín. Là loại máy vững chắc, có chiều dài làm việc của trục cán từ 8 ÷ 15m, có thể cán tấm dày từ 25 ÷ 30mm, tùy thuộc vào độ lớn của trục cán. Hạn chế của nó là chỉ cán tới góc 1800. Hình 1.3 Máy cán kín của hãng QFI – Mỹ SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 2
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH b. Máy cán hở. Cho khả năng nâng một đầu trục và tháo một trong hai ổ đỡ đầu trục, khi cần thiết lấy một vật đƣợc cuốn tròn ra. Do đó, phạm vi sử dụng của máy cán hở so với máy cán kín đƣợc mở rộng hơn, bên cạnh đó do cách bố trí trục cán nên có thể sử dụng máy cán hở vào việc uốn tròn, uốn hình côn, làm phẳng, đồng thời cũng có thể dùng gấp mép tấm. Hình 1.4 Máy cán hở của hãng MG – Italia 1.2 Uốn tấm thép trên máy ép. Đối với các tấm có đƣờng cong phức tạp thƣờng đƣợc uốn trên máy ép bằng các chày và khuôn mẫu chuyên dụng. Đối với các máy vạn năng, có thể uốn đƣợc nhiều hình dạng tấm thép khác nhau. Để uốn các tấm có biên dạng phức tạp (cong hai chiều), ngƣời ta có thể thực hiện uốn hỗn hợp trên máy cán và máy ép: trên máy cán, uốn sơ bộ để đạt độ cong một chiều lớn, còn trên máy ép, uốn độ cong nhỏ còn lại. Máy ép uốn tấm ngày nay thƣờng dùng nhất là loại máy ép một trụ hay bốn trụ SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 3
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Hình 1.5 Máy ép thủy lực của Taiwan. Hình 1.6: Máy ép thủy lực tại Việt Nam SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 4
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH 1.3 Uốn tấm bằng phƣơng pháp thủ công. a. Uốn tấm bằng phương pháp đánh búa. Là phƣơng pháp uốn tấm thép bằng cách vạch dấu, sau đó sử dụng búa và các công cụ hỗ trợ để tạo biên dạng tấm thép. Là phƣơng pháp có thể thực hiện đối với các biên dạng tấm một hay hai chiều. Các dụng cụ dùng trong uốn tấm thép đƣợc mô tả nhƣ sau: Hình 1.7 Những dụng cụ dùng trong việc uốn tấm bằng phƣơng pháp thủ công. a.Búa tròn. b.Búa đầu dẹt. c.Kẹp vận chuyển. d.Chìa vặn. e.Vít định vị. f.Càng giữ tấm. g.Tấm đệm. h.Càng đệm. i.Đòn tay dài. k.Đòn tay ngắn. b. Uốn tấm bằng đầu đốt khí Oxy - axetylen. Uốn tấm bằng phƣơng pháp dùng đầu đốt khí oxy - axetylen hay còn gọi là phƣơng pháp hỏa công ở Việt Nam, là phƣơng pháp sử dụng nguồn nhiệt của đầu đốt khí oxy – axetylen để đốt nóng vùng chi tiết cần uốn đến gần nhiệt độ nóng chảy của kim loại, rồi sau đó ta dùng nƣớc tƣới vào vùng chi tiết vừa đốt nóng đó. Sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ, sẽ tạo nên ứng suất dƣ tại vùng chi tiết bị đốt nóng, làm cho vùng chi tiết đó bị uốn cong. Biên dạng cần tạo của vỏ tàu tùy thuộc vào nhiệt độ đƣợc cung cấp cho vùng chi tiết. Chất lƣợng tạo hình bề mặt cũng nhƣ biên dạng của tấm thép phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của ngƣời thợ. SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 5
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Hình 1.8 Uốn thép tấm bằng đầu đốt khí oxy – axetylen. 1.4 Uốn tấm bằng phương pháp gia nhiệt cảm ứng. - Là phƣơng pháp sử dụng nguồn nhiệt để đốt nóng tấm thép từ dòng điện dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ: khi cho một dòng điện xoay chiều có tần số cao chạy qua một cuộn dây làm việc (cuộn cảm ứng), xung quanh nó sẽ sinh ra một từ trƣờng biến thiên theo thời gian. Nếu đặt trong từ trƣờng này một vật dẫn điện (kim loại hay hợp kim) thì trong vật dẫn cũng xuất hiện một dòng điện cảm ứng khép kín gọi là dòng điện xoáy (dòng Foucault). Các dòng điện này có cùng tần số nhƣng ngƣợc chiều với dòng điện trong cuộn dây. Dòng điện xoáy xoay chiều trên vật cần nung nóng (tấm thép) cũng phát sinh ra từ trƣờng ngƣợc chiều với từ trƣờng chính trong cuộn dây (cuộn cảm ứng). Do hiệu ứng Joule-Lenz, năng lƣợng của các dòng điện xoáy xoay chiều chuyển hóa thành nhiệt năng nung nóng vật tấm thép. - Là quá trình sản xuất đƣợc sử dụng rộng rãi để định hình các tấm thép với chiều dài khác nhau, có thể tạo các bề mặt phức tạp mà không cần sự can thiệp và hỗ trợ các phƣơng pháp gia công cơ khác. - Định hình tấm thép bằng phƣơng pháp đƣờng nhiệt là quá trình bẻ cong tấm thép dƣới biến dạng đàn hồi do quá trình làm nóng và nguội liên tục. SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 6
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Hình 1.9 Định hình thép tấm bằng phƣơng pháp đƣờng nhiệt – Công ty công nghiệp nặng Samsung và Huyndai (Hàn Quốc). Tại Việt Nam, quá trình tạo hình tấm thép ngoài việc sử dụng các phƣơng pháp uốn trên máy cán nhiều trục hay uốn trên máy ép, hiện nay sử dụng phƣơng pháp tạo hình nhiệt - cơ bằng đầu đốt oxy-axetylen đã phổ biến. Quá trình biến dạng nhiệt này đƣợc sử dụng là do thiết bị có giá thành rẻ, tuy nhiên nó phụ thuộc vào kỹ năng của ngƣời thợ khi điều chỉnh độ cong của tấm thép theo ý muốn, mặt khác lƣợng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt hỗn hợp khí oxy-axetylen không dễ dàng kiểm soát đặc tính tạo nhiệt từ quá trình phản ứng cháy và về mặt thẩm mỹ cũng nhƣ vệ sinh thì gia công bằng đầu đốt oxy-acetylene, đốt nóng trực tiếp bề mặt chi tiết, đồng thời làm nguội nhanh bằng nƣớc nên bề mặt chi tiết dơ bẩn. 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: - Đề xuất một phƣơng pháp tạo hình nhiệt thép tấm sử dụng từ trƣờng tần số cao để đốt nóng dựa trên nguyên lý cảm ứng điện trƣờng xuất phát từ năng lƣợng hấp thụ điện từ xoay chiều trên tấm thép. - Tự động hóa quá trình biến dạng thép tấm dày kích thƣớc lớn có thể sử dụng trong các nhà máy đóng tàu. - Việc sử dụng công nghệ mới này có thể gíúp nâng cao chất lƣợng cũng nhƣ năng suất, hiệu quả kinh tế trong công nghiệp đóng tàu hoặc công nghiệp chế tạo các thiết SVTH : THÁI HOÀI NAM – TRƢƠNG THÀNH ĐƢỢC 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4