Đang tải... (xem toàn văn)
Máy ép thủy lực, Học viện kỹ thuật quân sự, công nghệ gia công áp lực và công nghệ chế tạo đạn
Học viện kỹ thuật quân sự Bộ môn Gia công áp lực - Khoa Cơ khí Đinh Bá Trụ - Nguyễn trờng an Máy ép thuỷ lực Tài liệu giảng dạy Đại học chuyên ngành Công nghệ gia công áp lực và Công nghệ chế tạo đạn Hà nội - 2005 3 Mục lục Mục lục 3 Mở đầu .5 Chơng 1. Các khái niệm cơ bản 1.1. Nguyên lý hoạt động và phân loại . 7 1.2. Truyền dẫn thuỷ lực và thiết bị thuỷ lực của máy ép 11 1.3. Chất lỏng công tác và áp suất sử dụng 13 1.4. Chu trình công tác . 14 Chơng 2. máy ép thủy lực dẫn động kiểu bơm không có bình tích áp 2.1. Chức năng và hoạt động của các cụm chi tiết . 17 2.2. Các loại bơm 18 2.3. Công suất của bơm và động cơ của máy ép thủy lực 27 2.4. Các loại thiết bị thủy lực làm việc với dầu khoáng . 33 2.5. Bố trí các thiết bị thuỷ lực của máy ép dẫn động bằng bơm dầu 38 Chơng 3. máy ép thuỷ lực dẫn động kiểu bơm có bình tích áp 3.1. Thành phần của máy và công dụng .42 3.2. Phân loại và kết cấu bình tích áp . 43 3.3. Tính toán thể tích công tác của bình tích áp và lu lợng của bơm 48 3.4. Tính toán động lực học máy ép dẫn động bằng bơm có bình tích áp . 54 3.5. Kết cấu và tính toán các chi tiết của hệ thống nạp 62 Chơng 4. máy ép thuỷ lực dẫn động tăng áp và hiệu suất của hệ thống thuỷ lực máy ép 4.1. Các loại thiết bị máy ép thuỷ lực . 65 4.2. Các bộ tăng áp thuỷ lực .68 4.3. Biến dạng đàn hồi trong hệ thống máy ép thuỷ lực . 69 4.4. Hiệu suất của các trạm máy ép thuỷ lực . 73 4.5. Các loại dẫn động khác .76 4.6. Thiết kế hệ thống thuỷ lực cho máy ép 500T 77 4 Chơng 5. Các van, bộ phân phối và đờng ống trạm máyép thuỷ lực 5.1. Các van 87 5.2. Các bộ phân phối .90 5.3. Va đập thuỷ lực ở các đờng ống 92 5.4. Đờng ống và phụ tùng .95 5.5. Tính chọn van cho máy ép 500T .96 Chơng 6. Các chi tiết cơ khí chính của máy ép thuỷ lực 6.1. Xi lanh và pittông 108 6.2. Đệm kín các xi lanh và các phơng pháp thử nghiệm 111 6.3. Đệm kín các mối liên kết cố định .114 6.4. Thân máy .115 6.5. Dầm ngang 118 6.6. Các cột và đai ốc . 121 6.7. Các bàn di động và cơ cấu đẩy 123 6.8. Tính toán thiết kế cụm pittông - xi lanh máy 500T 124 6.9. Tính toán đàn hồi khung thân máy 500T 130 Chơng 7. kết cấu của một số dạng máy ép thuỷ lực 7.1. Máy ép rèn .139 7.2. Máy ép dập nóng .142 7.3. Máy ép ống và máy ép thanh 143 7.4. Máy ép thuỷ lực dập tấm .145 7.5. Máy ép gia công chất dẻo .145 7.6. Triển vọng phát triển của nghành chế tạo máy ép 147 Phụ lục .148 Tài liệu tham khảo 162 http://www.ebook.edu.vn 5 Mở đầu Thiết bị gia công áp lực là một môn học có nhiệm vụ hình thành và hoàn thiện kiến thức chuyên ngành gia công áp lực cho học viên chuyên ngành gia công áplực kim loại. Nhằm trang bị các hiểu biết cơ bản về các dạng thiết bị sử dụng thực hiện các công nghệ cơ bản của chuyên ngành. Máy ép thuỷ lực là một trong những dạng thiết bị gia công áp lực đợc ứng dụng rất rộng rãi trong ngành chế tạo máy. Có rất nhiều dạng kiểu máy ép thuỷ lực đợc cung cấp nhằm thực hiện các dạng công nghệ khác nhau nh rèn tự do, dập thể tích, ép chảy, ép đùn, uốn nắn kim loại Có nhiều dạng máy đợc tiêu chuẩn hoá và cũng có nhiều máy phi tiêu chuẩn, đợc thiết kế theo công dụng chuyên biệt. Các u điểm cơ bản của máy ép thuỷ lực là: - Máy ép thuỷ lực làm việc êm, không gây tiếng ồn. Cho áp lực cực đại theo lực danh nghĩa và có thể duy trì áp lực đó trong suốt quá trình công nghệ, không nh máy ép trục khuỷu. - Tác động riêng biệt hoặc đa tác động. Máy ép thuỷ lực có thể thiết kế tuỳ theo yêu cầu, máy đơn tác động dùng cho một động tác ép, máy đa tác động dùng cho nhiều động tác khác nhau nh ép biên - ép sâu; ép theo chơng trình, tăng áp theo hàm hoặc theo từng bớc biến dạng. Sự điều khiển lực ép rất mềm dẻo tuỳ theo yêu cầu công nghệ với kết cấu khuôn tơng ứng. - Máy ép thuỷ lực có kết cấu đơn giản, sử dụng các bộ phận đợc tiêu chuẩn hóa cao nh bơm bánh răng, bơm cao áp pittông, các van, các đờng ống .Chính vì vậy giá thành sản phẩm hạ. - Máy ép thuỷ lực không bị áp lực ép hạn chế. Có thể thiết kế cho lực ép lên trên, lực ép xuống dới, lực ép ngang và có thể theo hớng nào đó theo yêu cầu công nghệ và khuôn. Lực ép có thể nhỏ, cũng có thể tạo lực ép cực lớn. - Máy ép thuỷ lực thiết kế có cơ cấu an toàn. Chính vì vậy lực ép không bao giờ vợt quá giới hạn cho phép, bảo đảm công nghệ ổn định và độ bền của máy cao. - Máy ép thuỷ lực đợc lắp nhiều dạng điều khiển khác nhau ; điều khiển thủ công, điều khiển PLC và điều khiển CNC. Nhờ đó, các thông số công nghệ đợc kiểm soát và điều khiển chính xác, đảm bảo hiệu suất máy cao và tận dụng hết đợc công suất máy. - Kết cấu máy có thể theo kiểu đứng, kiểu nằm, đồng thời kết cấu gọn nhẹ hơn so với kết cấu các máy cơ khí. http://www.ebook.edu.vn 6 Do các u điểm kể trên, trong công nghệ chế tạo đạn, máy ép thuỷ lực đợc sử dụng rất rộng rãi: + Các máy gia công: công dụng thực hiện các nguyên công công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí; chế tạo vỏ liều và thân đầu đạn. + Máy ép thuỷ lực dùng tạo lực nh kích thuỷ lực, máy nắn, máy uốn. + Máy ép thuỷ lực sử dụng đùn ép thuốc phóng, + Làm các cơ cấu chấp hành trong rôbot, + Hệ thốn g thuỷ lực còn có thể lắp tạo nên máy đúc áp lực, ép bán lỏng các hợp kim màu, nhờ đó nâng cao chất lợng sản phẩm. Trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá hiện nay, cùng với sự phát triển chung của ngành cơ khí chế tạo, ngành gia công áp lực đang đợc phát triển. Các thiết bị gia công áp lực lớn đợc nhập và đợc chế tạo phục vụ cho sản xuất ôtô và đóng tàu. Nhiều máy ép thuỷ lực cỡ lớn đợc nhập nh : máy dập tấm với lực ép 1000~1200 tấn dùng để dập vỏ xe, và chỏm cầu các bình chứa. Máy dập nóng để dập các đầu đạn với áp lực 1500 tấn. Máy ép đùn hợp kim nhôm 1600 tấn. Nhờ công suất lớn, tạo ra sức mạnh của ngành gia công áp lực tại Việt Nam. Vì vậy, một trong các yêu cầu học tập là nắm đợc nguyên lý kết cấu và nguyên lý hoạt động của máy ép, làm cơ sở để khai thác hết tính năng tác dụng của chúng và có thể tự thiết kế chế tạo chúng phục vụ cho các yêu cầu công nghệ sau này. Do vậy, tài liệu máy ép thuỷ lực trình bày tập trung vào các nội dung sau: - Giới thiệu kết cấu, nguyên lý hoạt động của thiết bị và các cụm thiết bị, - Phơng pháp tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản, - Cách vận hành và thao tác. Tài liệu đợc dùng làm giáo trình cho học viên đại học chuyên ngành Công nghệ gia công áp lực và Công nghệ chế tạo đạn, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã đợc các đồng nghiệp góp ý và chỉnh sửa những sai sót. Nhng chắc chắn còn nhiều vấn đề cần đợc xem xét, kính mong các đồng nghiệp và độc giả góp ý kiến để lần xuất bản sau tài liệu đợc hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Gia công áp lực - Khoa Cơ khí Học viện KTQS 100 Đờng Hoàng Quốc Việt. Các tác giả http://www.ebook.edu.vn 7 Chơng 1 Các khái niệm cơ bản 1.1. Nguyên lý hoạt động và phân loại Máy ép thuỷ lực là một máy công cụ sử dụng nguồn lực là hệ thống thuỷ lực, dựa trên nguyên lý định luật Pascal. Nếu ta có 2 xilanh-pittông đợc nối với nhau bằng ống dẫn, nh hình 1-1a, bên trong chứa đầy chất lỏng. Dới tác dụng của ngoại lực lên pittong 1, P 1 , sẽ tạo ra một áp suất trong chất lỏng p , gọi là áp suất thuỷ tĩnh. Theo định luật Pascal, áp lực p đợc truyền cho toàn bộ khối chất lỏng nằm trong 2 xilanh và luôn có hớng vuông góc với mọi thành ống. á p suất chất lỏng đợc tạo ra có giá trị 1 1 f P p = . Nh vậy, do áp suất chất lỏng luôn có chiều vuông góc với pittông lớn 2, nên chúng tạo ra áp lực tác dụng lên pittông 2 có giá trị P 2 = p.f 2 . Chính lực này sẽ tạo ra công năng để biến dạng vật liệu 3. Từ đó, ta có: 1 2 12 f f PP = (1.1) Có nghĩa là, lực P 2 luôn bằng tích của lực P 1 với tỷ số giữa diện tích f 2 của pittông 2 trên diện tích f 1 của pittông 1. Nh vậy, tỷ số f 2 /f 1 càng lớn, áp lực dùng để gia công vật liệu càng lớn. Hình 1-1. Máy ép thuỷ lực a. nguyên lý hoạt động; b. sơ đồ kết cấu; c. sơ đồ máy ép có dầm di động http://www.ebook.edu.vn 8 Theo hình 1.1.b, kết cấu máy ép thuỷ lực gồm các cụm chính sau: Thân khung máy; Hệ thống thuỷ lực; Hệ thống điều khiển. Nguyên lý hoạt động của máy ép: Xi lanh công tác 4 đợc cố định trên dầm ngang trên 6 và liên kết với dầm ngang cố định dới 9 qua các trụ dẫn hớng 7, tạo thành thân khung máy. Pittông 5 chuyển động trong xi lanh 4, đợc gắn với dầm di động 8, đợc trợt theo trụ dẫn hớng. Trên dầm di động có bàn máy trên với các rãnh lắp bulông để lắp khuôn trên. DầM di động đợc chuyển động đi xuống nhờ pittông công tác và chuyển động đi lên nhờ pittông trở về 11. Trên dầm cố định dới có lắp bàn máy (dới) dùng để lắp khuôn dới. Do sử dụng nguồn chất lỏng áp suất cao, nên giữa xi lanh và pittông thờng dùng các loại đệm kín (gioăng) để tránh rò rỉ làm giảm áp lực chất lỏng. Các thông số cơ bản của máy ép thuỷ lực: Lực ép định mức dới tác động của áp suất tối đa của chất lỏng gọi là lực ép danh nghĩa P H , đợc xác định bằng tích số giữa áp suất danh nghĩa của khối chất lỏng p với diện tích tiết diện ngang của pittông công tác f . Chiều cao kín của máy H - khoảng cách giữa hai bàn máy. Khoảng làm việc S quãng đờng dầm di động có khả năng trợt tự do. Tốc độ dầm di động đi xuống là tốc độ không tải, thờng sử dụng tốc độ nhanh. Tốc độ ép là tốc độ khi ép tạo hình biến dạng kim loại, thờng chậm. Tốc độ trở về của bàn máy là tốc độ không tải, phụ thuộc xilanh-pittông đi lên. Kích thớc bàn của dầm ngang dùng lắp bàn máy. Kích thớc bàn máy dới, dùng để lắp khuôn. Máy ép thuỷ lực rất đa dạng. Với một cụm tạo lực bơm - pittông- xi lanh có thể lắp thành nhiều dạng máy khác nhau, phục vụ các dạng công nghệ khác nhau. Tuỳ theo chức năng công nghệ, máy ép thuỷ lực đợc phân thành máy ép gia công vật liệu kim loại (hình 1-2.a), máy ép gia công vật liệu phi kim loại (hình 1-.2.b) và các máy công dụng khác. Trong tài liệu này chủ yếu giới thiệu máy ép kim loại. Máy ép kim loại đợc chia thành 5 nhóm: máy ép rèn tự do dập thể tích, máy ép chảy kim loại, máy ép dập tấm, máy ép dùng trong lắp ráp và máy ép ép kim loại phế thải. Cùng với sự phát triển của công nghệ gia công áp lực, các dạng máy mới dần xuất hiện nhằm đáp ứng yêu cầu của từng công nghệ riêng biệt. http://www.ebook.edu.vn 9 Hình 1-2. Phân loại máy ép theo chức năng công nghệ a. máy gia công kim loại; b. máy gia công phi kim loại Máy ép thuỷ lực gia công kim loại Rèn Máy cắt phôi Bẻ nguội Dập Cắt bavia Dập nổi - Dập tinh Đột Chuốt Thanh - ống Thanh định hình ép chảy nguội Máy rèn và dập thể tích Máy ép chảy Máy ép thuỷ lực dùng để gia công vật liệu phi kim loại Máy gia công các bột phi kim loại Máy gia công chất dẻo Máy ép các tấm phi kim loại Máy tự động gia công nóng chất dẻo Máy gia công bằng pp dùng điện cực Máy đóng viên và đóng bánh Máy dập tấm Máy nắn sửa và lắp ráp Máy xử lý phế liệu kim loại Máy cắt vật liệu tấm Dập tấm tác dụng đơn, kép Dập bằng cao su Uốn và gấp mép Kéo và dập dãn Dập tấm dày Uốn và gấp mép tấm dày Nắn sửa, tinh chỉnh ép lắp ráp Chồn Đóng bánh Đóng gói ép bột kim loại http://www.ebook.edu.vn 10 Máy ép nhóm thứ nhất là máy ép dùng để rèn tự do và dập thể tích. Máy dùng để rèn tự do và rèn trong khuôn đơn giản có lực ép danh nghĩa P H = 5 ữ 120 MN (500 ữ 12000 T). Máy ép dập thể tích dùng để dập nóng các chi tiết làm từ thép hoặc hợp kim nhôm và hợp kim magiê, P H = 10 ữ 700 MN (1000 ữ 70000 T). Máy ép đột lỗ, dùng để đột lỗ sâu phôi thép ở trạng thái nóng trong khuôn kín, P H = 1,5 ữ 30 MN (150 ữ 3000 T). Máy ép để chuốt kéo các phôi rèn bằng thép, P H = 0,75 ữ 15 MN (75 ữ 1500 T). Nhóm thứ hai gồm các máy ép dùng để ép chảy hay ép đùn các sản phẩm dạng ống - thanh định hình từ hợp kim màu và thép, có áp lực P H = 0,4 ữ 120 MN. Nhóm thứ 3 bao gồm: máy ép dập tấm tác động đơn, chỉ có xilanh công tác ép với P H = 0,5 ữ 10 MN (50 - 1000 T). Máy ép vuốt sâu các chi tiết hình trụ, với tác động kép có xilanh công tác tạo lực ép và xilanh tạo lực ép biên, P H = 0,3 ữ 40 MN (30 - 4000 T). Máy ép cao su P H = 10 ữ 200 MN (1000 - 20000 T). Máy ép gấp mép, tạo mặt bích, uốn và dập các vật liệu dạng tấm dày, P H = 3 ữ 45 MN (300 - 4500 T). Máy ép lốc, để uốn lốc các các vật liệu dạng tấm dày ở trạng thái nóng, P H = 3 ữ 200 MN (300 - 20000 T). Nhóm thứ 5 thuộc các loại máy ép đóng gói và đóng bánh, dùng để ép phế liệu dạng nh phoi kim loại và các phế liệu kim loại, P H = 1 ữ 6 MN (100 - 600 T). Máy ép vật liệu phi kim loại bao gồm: máy ép vật liệu bột, máy ép chất dẻo và máy ép để ép các dạng tấm, phiến. Ngày nay nhiều dạng máy mới xuất hiện: máy ép vật liệu bán lỏng kiểu đứng, có hệ thống kẹp chặt khuôn bằng cơ khí, nhng xilanh ép vật liệu bán lỏng đợc thiết kế ép 2 đến 3 cấp áp lực. Các máy ép chảy chi tiết dạng cốc dài có bàn máy di động, máy ép uốn các profin dùng uốn vỏ tàu thuỷ . Tính công nghệ của máy ép thủy lực phụ thuộc kết cấu của thân máy (kiểu cột, kiểu hai trụ, kiểu một trụ và kiểu chuyên dùng) và kiểu dạng và số lợng xi lanh (pittông, pittông nhiều bậc .). Máy bốn trụ cố định đợc sử dụng rộng rãi, các dầm động di chuyển theo phơng thẳng đứng (hình 1-b). Đôi khi khung máy đợc làm theo kiểu chuyển động (hình 1-c). Các máy ép đùn các chi tiết dạng thanh thờng có kết cấu dạng nằm ngang để giảm chiều cao nhà xởng. Trên hình 1-3 trình bày các dạng xi lanh của máy ép, xi lanh kiểu trụ, kiểu pittông trụ nhiều bậc là loại xi lanh tác dụng đơn. Xi lanh công tác kiểu pittông nhiều bậc đợc sử dụng trong trờng hợp khi phần dới pittông đi qua xi lanh công tác (ví dụ: máy ép thanh - ống). http://www.ebook.edu.vn 11 Các xi lanh kiểu pittông đợc sử dụng rộng rãi khi dùng dầu nhờn làm chất lỏng công tác. Trong trờng hợp này, chi tiết bịt kín cho pittông thờng dùng dạng vòng găng (xécmăng). Xilanh kiểu pittông là xilanh tác dụng hai chiều, có thể tạo lực nén gia công khi áp suất chất lỏng tác dụng ở mặt trên, và có thể trở về khi áp suất chất lỏng tác đụng phía dới pittông. Trong máy ép có xilanh công tác đặt phía dới khung máy, có thể không có xilanh đẩy về, trong trờng hợp này, xilanh chuyển động trở về nhờ trọng lợng của phần chuyển động của máy ép. Xilanh công tác đợc nối với thùng chứa chất lỏng qua các ống dẫn. 1.2. truyền dẫn thuỷ lực và thiết bị thuỷ lực của máy ép Các thành phần của hệ thống máy ép thuỷ lực bao gồm: máy ép, bộ phận truyền dẫn, phần thu hồi chất lỏng, các thùng chứa, các bộ phận điều khiển - bộ phân phối, các van, các đờng ống nối, cút nối để liên kết tất cả các phần tử kể trên thành một hệ thống thống nhất, hệ thống điện và bộ điều khiển. Nguồn cung cấp chất lỏng áp suất cao cho máy ép quyết định dạng dẫn động của máy ép. Hệ thống cung cấp chất lỏng quyết định sơ đồ thuỷ lực và tác động của máy ép (hình 1-4). Có 2 dạng chất lỏng sử dụng trong máy ép thuỷ lực là dầu khoáng và nhũ tơng. Các dạng dẫn động gồm dẫn động kiểu dùng bơm và dẫn động kiểu dùng bộ tăng áp. Trong dạng dẫn động dùng bơm đợc phân làm 2 loại, có dùng bình tích áp và không dùng bình tích áp. Khi dùng loại dẫn động không có bình tích áp, nguồn cấp chất lỏng áp suất cao cho máy ép chỉ thực hiện từ các bơm. Hệ thống dẫn động có bình tích áp là hệ thống chất lỏng công tác đợc cấp đồng thời từ bình tích áp và từ bơm ở hành trình công tác. Hình 1-3. Các dạng xilanh của máy ép thuỷ lực a. kiểu Pludơ; b. kiểu nhiều bậc c. kiểu pittông
