Hiện nay, trong sản xuất kết cấu kim loại, việc uốn ống theo bán kính được sử dụng như một giải pháp thay thế cho hàn và các mối nối ren.
Nó được sản xuất bằng các công cụ đặc biệt. Nếu tiết diện của vật liệu nhỏ, người ta sử dụng máy uốn ống thủ công.. Khi đường kính sản phẩm lớn, người ta sử dụng máy móc..
Thông thường, người ta cần phải uốn cong các ống tròn và có hình dạng đặc biệt.
Cơ sở lý thuyết của quá trình uốn cong
Do ứng suất phát sinh trong quá trình uốn cong:
- Thành ống bị kéo giãn dọc theo mặt ngoài do lực tác dụng;
- bị nén ở bên trong;
- Một trục trung tính cũng được hình thành, trên đó trạng thái của vật liệu không thay đổi.
Hành vi của các mặt cắt tròn, vuông và chữ nhật, các loại hư hỏng
Độ dày của thành ống ở phần ngoài của đoạn uốn cong giảm đi do ứng suất sinh ra tạo thành mômen kéo:
- Thành ngoài bị mỏng có xu hướng uốn cong về phía đường tâm của ống. Điều này khiến mặt cắt ngang của nó bị biến dạng.
- Khi độ bền kéo của sản phẩm bị vượt quá, nó sẽ bị đứt dọc theo mặt phẳng uốn cong bên ngoài.
Độ dày của thành ống ở phía trong chỗ uốn cong tăng lên do sự xuất hiện của ứng suất nén. Khi cường độ chịu nén của sản phẩm bị vượt quá, nó sẽ mất đi độ cứng cục bộ. Điều này dẫn đến sự hình thành các nếp gấp sâu ở phía trong ống bị uốn cong.
Các hình dạng vuông và chữ nhật có đặc điểm như thế nào?
- Thành ống của chúng chịu ứng suất nén và kéo tối đa, cả ở mặt phẳng uốn bên ngoài và bên trong.
- Vật liệu này có xu hướng biến dạng cao, khiến người thợ thủ công khó kiểm soát được.
- Vật liệu định hình ở bên trong chỗ uốn cong có xu hướng giãn nở theo chiều dọc. Nó cũng chảy theo chiều ngang dọc theo mặt cuối của sản phẩm. Những ứng suất này đẩy các thành ống thẳng đứng vào đúng vị trí. Điều này làm cho mặt cắt ngang hình vuông bị biến dạng, chuyển thành hình thang.
- Các tiết diện hình chữ nhật và hình vuông truyền lực kẹp giữa hai hàm uốn và hàm kẹp kém hiệu quả.
- Mặt cắt có xu hướng trượt dọc theo giày ở đầu khúc cua. Điều này có thể gây ma sát, dẫn đến mài mòn thiết bị.
Hành vi của vật liệu có mặt cắt ngang hình tròn khi bị uốn cong:
- Vật liệu biến dạng ít hơn ở những vùng chịu ứng suất cao nhất. Các vùng nén/giãn tối đa nằm tiếp tuyến với đường tâm của mặt cắt ngang.
- Hình dạng tròn cho phép kim loại chảy đều theo mọi hướng trong quá trình uốn. Điều này giúp người thợ thủ công dễ dàng kiểm soát quá trình biến dạng của vật liệu hơn.
- Nhờ tiết diện tròn, ống truyền lực tốt giữa hai hàm uốn và hàm kẹp.
- Khi uốn cong các ống tròn theo bán kính, chúng hầu như không bị trượt trong dụng cụ.
Cách tính bán kính tối thiểu cho phép
Bán kính uốn cong tối thiểu của ống mà tại đó xảy ra mức độ biến dạng tới hạn được xác định bởi tỷ lệ:
Rmin=20∙S
Trong đó:
- Rmin là bán kính uốn cong tối thiểu có thể của sản phẩm;
- S biểu thị độ dày của đường ống (tính bằng mm).
Do đó, bán kính dọc theo trục giữa của ống là: R = Rmin + 0,5∙Dn. Ở đây, Dn biểu thị đường kính danh nghĩa của thanh tròn.
Điều kiện tiên quyết để tính toán chính xác bán kính uốn cong tối thiểu là cần phải tính đến tỷ lệ:
Kt=S:D
Đây:
- Kt là hệ số độ mỏng của sản phẩm;
- D biểu thị đường kính ngoài của các ống.
Do đó, công thức chung để tính bán kính uốn cong tối thiểu cho phép là:
R=20∙Kt∙D+0.5∙Dn.
Khi bán kính cho trước lớn hơn giá trị thu được từ công thức trên, thì phương pháp uốn ống nguộiNếu giá trị đo được nhỏ hơn giá trị tính toán, vật liệu cần được làm nóng trước. Nếu không, các thành của nó sẽ bị biến dạng trong quá trình uốn.
Cần phải xem xét trường hợp khi thông số thành mỏng là 0,03 < Kt < 0,2.
- Khi đó, bán kính uốn cong tối thiểu cho phép của một thanh rỗng, không sử dụng dụng cụ đặc biệt, phải là: R ≥9,25∙((0,2-Kt)∙0,5).
- Khi bán kính uốn tối thiểu nhỏ hơn giá trị tính toán, thì việc sử dụng trục gá là bắt buộc.
Việc điều chỉnh bán kính uốn cong của ống sau khi loại bỏ tải trọng, có tính đến hiện tượng đàn hồi ngược (quán tính làm thẳng), được tính bằng công thức:
Ri=0.5∙Ki∙Do.
Đây:
- "Do" ở đây có nghĩa là tiết diện ngang của trục gá;
- Ki là hệ số biến dạng đàn hồi của một loại vật liệu cụ thể (theo tài liệu tham khảo).
Vì thế:
- Để tính toán gần đúng độ biến dạng đàn hồi của ống thép hoặc ống đồng có đường kính trong lên đến 4 cm, hệ số 1,02 được sử dụng.
- Đối với các vật liệu tương tự có đường kính trong lớn hơn 4 cm, con số này sẽ bằng 1,014.
Để xác định chính xác góc uốn cong của vật liệu, có tính đến bán kính quán tính của ống, người ta sử dụng công thức sau:
∆=∆c∙(1+1:Ki)
Đây:
- ∆c là góc quay của trục trung tuyến;
- Ki là hệ số đàn hồi theo sách tham khảo.
Khi bán kính yêu cầu lớn hơn tiết diện của thanh rỗng từ 2 đến 3 lần, hệ số lò xo được chọn là từ 40 đến 60.
Xem video
Các phương pháp uốn ống theo bán kính
Có nhiều phương pháp để uốn cong ống theo bán kính.
Sử dụng máy uốn ống thủ công. Các dụng cụ cầm tay được sử dụng để sản xuất ống uốn cong từng chiếc một. Vật liệu có thể được nung nóng hoặc gia công nguội. Các dụng cụ này bao gồm một trục gá được trang bị con lăn chuyển động để uốn cong vật liệu. Chúng hoạt động bằng cách nén thanh vật liệu. Bán kính quán tính của ống tròn hoặc ống vuông được tính đến trước khi sử dụng.
Bạn có thể làm việc trực tiếp tại công trường bằng các thiết bị di động với nhiều kiểu dáng khác nhau.
Các thiết bị kiểu đòn bẩy đơn giản nhất. Cánh tay dài của chúng cho phép uốn cong vật liệu bằng lực tay người. Các thiết bị kiểu đòn bẩy cho phép uốn cong ống ở góc lên đến 180 độ, với điều kiện vật liệu phải dẻo (thép không gỉ, đồng, nhôm) và có đường kính lên đến 20 mm.
Máy uốn ống kiểu nỏ có thiết kế phức tạp hơn. Chúng đặt ống lên hai giá đỡ xoay quanh trục của chúng. Mô-đun uốn, kết hợp với một thanh chuyển động, tạo áp lực lên phần thanh nằm giữa hai giá đỡ.
Trong các thiết bị nỏ, người ta có thể uốn cong các thanh rỗng có tiết diện lên đến 10 cm ở góc lên đến 90 độ.
Các thanh ép lên phôi có thể là:
- Cơ cấu vít;
- thủy lực, trang bị hệ thống điều khiển bằng tay;
- Hệ thống thủy lực, được trang bị động cơ điện.
Các thiết bị điện là loại hiệu quả nhất. Chúng uốn các chi tiết gia công bằng cách sử dụng các mô-đun có thể tháo rời với bán kính khác nhau. Chi tiết gia công được uốn đến góc mong muốn bằng cách sử dụng một trục quay. Nếu công trường thiếu điện, thiết bị có thể được cấp nguồn bằng pin.
Với sự hỗ trợ của dụng cụ này, người ta có thể uốn các chi tiết gia công ở góc lên đến 180 độ.
Uốn cong trong khuôn bằng cách ép
Việc uốn các phôi có chiều dài lên đến 70 cm có thể được thực hiện bằng phương pháp dập. Trong trường hợp này, người ta sử dụng máy ép thủy lực hoặc cơ khí. Phương pháp này cho phép sản xuất các cấu kiện kết cấu có hình dạng phức tạp.
Ép phôi là phương pháp uốn đắt tiền nhất. Tuy nhiên, nó cũng mang lại năng suất cao nhất. Phương pháp này cho phép sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau.
Thiết bị máy uốn ống
Việc uốn ống trên quy mô công nghiệp được thực hiện bằng máy móc.
Uốn cuộn. Loại máy uốn phổ biến nhất là máy cán. Máy ba trục cán, được thiết kế để uốn các chi tiết dài, được sử dụng phổ biến nhất. Chúng cũng có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm dạng ống xoắn ốc.
Phôi gia công di chuyển qua các con lăn, vị trí của các con lăn này quyết định bán kính uốn cong của phôi. Đồng thời, phôi được nén ở cả hai phía bởi một xi lanh biến dạng. Xi lanh này được đặt giữa các con lăn để cho phép phôi được uốn cong trong khi đang treo. Các con lăn đóng vai trò là giá đỡ trong quá trình gia công kim loại.
Xử lý nén
Trong sản xuất, người ta thường sử dụng máy uốn phôi có bán kính nhỏ bằng phương pháp uốn nén. Các máy này có thể gia công phôi có cả tiết diện nhỏ và lớn. Quá trình này bao gồm việc gia nhiệt cục bộ phôi và đồng thời tạo áp lực dọc trục.
Máy này bao gồm:
- một khung có gắn thiết bị sưởi;
- con lăn đỡ;
- một cặp kẹp, trong đó chiếc thứ nhất là kẹp xoay uốn, chiếc thứ hai là kẹp ép.
Thiết bị này có khả năng uốn các chi tiết ở góc 180º. Nó kẹp các chi tiết gia công với một lực không đổi, bất kể tiết diện của chúng và độ lớn của lực dọc trục sinh ra tại tâm biến dạng trong quá trình uốn. Thiết bị có thể gia công các biên dạng vuông và chữ nhật.
Uốn xoắn bằng phương pháp chiết xuất
Quá trình kéo ống quay được thực hiện trên các máy có hệ thống hỗ trợ điện hoặc thủy lực để di chuyển các con lăn ép. Các con lăn này được sử dụng để đạt được hình dạng và độ dày mong muốn của sản phẩm.
Gia công quay tạo ra các chi tiết từ các thanh rỗng quay được biến dạng bởi các con lăn trên một trục gá di động. Hiện nay, máy gia công quay CNC được sử dụng trong hầu hết các trường hợp. Phần mềm của chúng tính toán đến khả năng chống biến dạng của vật liệu. Các tiêu chuẩn GOST liên quan được sử dụng trong sản xuất.
Phần kết luận
Với số lượng nhỏ, việc uốn ống có thể được thực hiện bằng dụng cụ cầm tay. Trên quy mô công nghiệp, việc này được thực hiện bằng máy móc chuyên dụng. Trước khi bắt đầu, cần phải tính toán bán kính uốn tối thiểu cho phép.
