Giáo trình Công nghệ tạo phôi nâng cao

70 trang phuongnguyen 2230

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ tạo phôi nâng cao", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_cong_nghe_tao_phoi_nang_cao.pdf

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ tạo phôi nâng cao

Giỏo trỡnh Cụng nghệ tạo phụi nõng cao
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 1 Ch−ơng 1 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc và trong môi tr−ờng khí bảo vệ 1.1- hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ 1.1.1- Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng a) Thực chất Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là qúa trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn d−ới một lớp thuốc bảo vệ. D−ới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn đ−ợc đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy của nó (hình 1.1a). Theo độ chuyển dịch của nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn (hình 1.1b). Trên mặt vũng hàn và phần mối hàn đã đông đặc hình thành một lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các qúa trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn, và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn. Phần thuốc hàn ch−a bị nóng chảy có thể sử dụng lại. Hình 1.1. Sơ đồ hàn d−ới lớp thuốc bảo vệ a. Sơ đồ nguyên lý; b. Cắt dọc theo trục mối hàn Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 2 Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có thể đ−ợc tự động cả hai khâu cấp dây vào vùng hồ quang và chuyển động hồ quang theo trục mối hàn. Tr−ờng hợp này đ−ợc gọi là “hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ”. Nếu chỉ tự động hoá khâu cấp dây hàn vào vùng hồ quang còn khâu chuyển động hồ quang dọc theo trục mối hàn đ−ợc thao tác bằng tay thì gọi là “hàn hồ quang bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ”. Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có các đặc điểm sau: - Nhiệt l−ợng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ rất cao, cho phép hàn tốc độ lớn. Vì vậy ph−ơng pháp hàn này có thể hàn những chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép. - Chất l−ợng liên kết hàn cao do bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi tác dụng của ôxy và nitơ trong không khí xung quanh. Kim loại mối hàn đồng nhất về hành phần hoá học. Lớp thuốc và xỉ hàn làm liên kết nguội chậm nên ít bị thiên tích. Mối hàn có hình dạng tốt, đều đặn, ít bị khuyết tật nh− không ngấu, rỗ khí, nứt và bắn toé. - Giảm tiêu hao vật liệu hàn (dây hàn). - Hồ quang đ−ợc bao bọc kín bởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn. L−ợng khói (khí độc) sinh ra trong qúa trình hàn rất ít so với hàn hồ quang tay. - Dễ cơ khí hoá và tự động hoá qúa trình hàn. b) Phạm vi ứng dụng Hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơ khí chế tạo, nh− trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích th−ớc lớn, các dầm thép có khẩu độ và chiều cao, các ống thép có đ−ờng kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trong công nghiệp đóng tàu Tuy nhiên, ph−ơng pháp này chủ yếu đ−ợc ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp. Ph−ơng pháp hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn đ−ợc các chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm. Bảng 1-1 chỉ ra các chiều dày chi tiết hàn t−ơng ứng với hàn một lớp và nhiều lớp, có vát mép và không vát mép bằng ph−ơng pháp hàn tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ. Chiều dày chi tiết hàn t−ơng ứng với các loại mối hàn Bảng1-1 Chiều dày chi tiết (mm) Loại mối hàn 1,3 1,4 1,6 3,2 4,8 6,4 10 12,7 19 25 51 102 Hàn một lớp không vát mép ← → Hàn một lớp có vát mép ← → Hàn nhiều lớp ← → Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 3 1.1.2- Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ a) Vật liệu hàn Chất l−ợng của liên kết hàn d−ới lớp thuốc bảo vệ đ−ợc xác định bằng tác động tổng hợp của dây hàn (điện cực hàn) và thuốc hàn. Dây hàn và thuốc hàn đ−ợc lựa chọn theo loại vật liệu cơ bản, các yêu cầu về cơ lý tính đối với liên kết hàn, cũng nh− điều kiện làm việc của nó. - Dây hàn: Trong hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ, dây hàn là phần kim loại bổ sung vào mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực dẫn điện, gây hồ quang và duy trì sự cháy hồ quang. Dây hàn th−ờng có hàm l−ợng C không quá 0,12%. Nếu hàm l−ợng C cao dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện nứt trong mối hàn. Đ−ờng kính dây hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc từ 1,6 ữ 6 mm, còn đối với hàn hồ quang bán tự động là từ 0,8 ữ 2 mm. - Thuốc hàn: có tác dụng bảo vệ vũng hàn, ổn định hồ quang, khử ôxy, hợp kim hoá kim loại mối hàn và đảm bảo liên kết hàn có hình dạng tốt, xỉ dễ bong. b) Thiết bị hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ Thiết bị hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ rất đa dạng, song hầu hết chúng lại rất giống nhau về nguyên lý và cấu tạo một số bộ phận chính, cụ thể là: Hình 1.2. Thiết bị hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ. 1. Cơ cấu cấp dây hàn và bộ điều khiển để gây hồ quang và ổn định hồ quang (đầu hàn). 2. Cơ cấu dịch chuyển đầu hàn dọc theo trục mối hàn hay tạo ra các chuyển động t−ơng đối của chi tiết hàn so với đầu hàn. 3. Bộ phận cấp và thu thuốc hàn. 4. Nguồn điện hàn và các thiết bị điều khiển qúa trình hàn. Tùy theo từng loại thiết bị cụ thể, các cơ cấu này có thể bố trí thành một khối hoặc thành các khối độc lập. Ví dụ trong các loại xe hàn hình 3.2 thì đầu hàn, cơ cấu dịch chuyển đầu hàn, cuộn dây hàn, cơ cấu cung cấp thuốc hàn và cả hệ thống điều Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 4 khiển qúa trình hàn đ−ợc bố trí thành một khối. Nhờ vậy xe hàn có thể chuyển động trực tiếp theo mép rất linh động, nó có thể chuyển động theo các quỹ đạo khác nhau trên kết cấu dạng tấm, thậm chí có thể thực hiện đ−ợc các mối hàn vòng trên các mặt tròn và đ−ờng ống có đ−ờng kính lớn. Đối với máy hàn bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ thì đầu hàn đ−ợc thay bằng mỏ hàn hay súng hàn nhỏ gọn, dễ điều khiển bằng tay. Cơ cấu cấp dây hàn có thể bố trí rời hoặc cùng khối trong nguồn hàn với các cơ cấu khác. Nguồn điện hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ phải có hệ số làm việc liên tục 100% và có phạm vi điều khiển dòng điện rộng từ vài trăm đến vài ngàn ampe. Trên hình 1.3 là hình ảnh của một loại đầu hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ. 1.1.3- Công nghệ hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ a) Chuẩn bị liên kết tr−ớc khi hàn Chuẩn bị vát mép và gá lắp vật hàn cho hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ yêu cầu cẩn thận hơn nhiều so với hàn hồ quang bằng tay. Mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn đều để cho mối hàn đều đặn, không bị cong vênh, rỗ Với hàn hồ quang d−ới lớp thuốc bảo vệ, những liên kết hàn có chiều dày nhỏ hơn 20 mm không phải vát mép khi hàn hai phía. Những liên kết hàn có chiều dày lớn có thể vát mép bằng mỏ cắt khí, máy cắt plasma hoặc gia công trên máy cắt kim loại. Tr−ớc khi hàn phải làm sạch mép trên một chiều rộng 50 ữ 60 mm về cả hai phía của mối hàn, sau đó hàn đính bằng que hàn chất l−ợng cao. b) Chế độ hàn c Dòng điện hàn: Chiều sâu ngấu của liên kết hàn tỷ lệ thuận với dòng điện hàn. Tuy nhiên khi tăng dòng điện, l−ợng dây hàn nóng chảy tăng theo, hồ quang chìm sâu vào kim loại cơ bản nên chiều rộng của mối hàn không tăng rõ rệt mà chỉ tăng chiều cao phần nhô của mối hàn, tạo ra sự tập trung ứng suất, giảm chất l−ợng bề mặt mối hàn, xỉ khó tách. Nếu dòng điện quá nhỏ thì chiều sâu ngấu sẽ giảm, không đáp ứng yêu cầu (hình 1.3). B B B e e e Dòng điện quá nhỏ Dòng điện hợp lý Dòng điện quá lớn chiều cao không đủ ngấu mối hàn tăng Hình1.4- ảnh h−ởng của dòng điện hàn tới hình dáng mối hàn. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 5 d Điện thế hồ quang: Hồ quang dài thì điện thế hồ quang cao, áp lực của nó lên kim loại lỏng giảm, do đó chiều sâu ngấu giảm và tăng chiều rộng mối hàn. Điều chỉnh tốc độ cấp dây thì điện thế cột hồ quang sẽ thấp và ng−ợc lại. e Tốc độ hàn: Tốc độ hàn tăng, nhiệt l−ợng hồ quang trên đơn vị chiều dài của mối hàn sẽ giảm, do đó độ sâu ngấu giảm, đồng thời chiều rộng mối hàn giảm. f Đ−ờng kính dây hàn: Khi đ−ờng kính dây hàn tăng mà dòng điện không đổi thì chiều sâu ngấu giảm t−ơng ứng. Đ−ờng kính dây hàn giảm thì hồ quang ăn sâu hơn vào kim loại cơ bản, do đó mối hàn sẽ hẹp và chiều sâu ngấu lớn. g Các yếu tố công nghệ khác (độ dài phần nhô của dây hàn, loại và cực tính dòng điện hàn ): Độ dài phần nhô của dây hàn tăng lên thì tác dụng nung nóng của kim loại điện cực tr−ớc khi vào vùng hồ quang tăng lên. Dây hàn cháy nhanh, đồng thời điện trở ở phần nhô tăng lên, dòng điện hàn giảm xuống, đặc biệt là khi hàn bằng dây hàn có đ−ờng kính bé hiện t−ợng này càng rõ rệt hơn. Khi hàn hồ quang tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ có thể dùng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều. Thông th−ờng khi hàn những tấm thép dày thì dùng điện xoay chiều, còn khi hàn những tấm thép mỏng thì dùng điện một chiều để giữ đ−ợc hồ quang ổn định hơn. Với các loại hàn đang dùng hiện nay, khi đổi từ nối thuận sang nối nghịch, chiều sâu ngấu sẽ tăng lên. Hàn bằng dòng xoay chiều có chiều sâu ngấu ở mức trung bình so với khi hàn bằng dòng một chiều nối thuận và nối nghịch. Cỡ của hạt thuốc hàn có ảnh h−ởng nhất định đến độ ngấu của mối hàn. Thuốc hàn có cỡ hạt nhỏ sẽ làm giảm bớt tính hoạt động của hồ quang và làm tăng chiều sâu ngấu. c) Kỹ thuật hàn Khi hàn giáp mối một lớp, để tránh cháy thủng, để có độ ngấu hoàn toàn và có sự tạo hình tốt ở mặt trái của mối hàn ta có thể áp dụng các biện pháp nh−: hàn lót phía d−ới, dùng đệm thép, đệm thuốc, dùng khoá chân hoặc tấm đệm. Nếu chiều dày vật hàn t−ơng đối lớn, có thể hàn lót bằng ph−ơng pháp thủ công, rồi sau đó mới hàn chính thức (hình 1.5a). Trong tr−ờng hợp không thể hàn lớp lót đ−ợc, có thể dùng đệm thép cố định để có thể hàn ngấu hoàn toàn (hình 1.5b). Khoá chân (hình 1.5c) t−ơng tự nh− hàn với đệm thép. Khoá chân hay dùng cho mối hàn của các vật hình trụ nh− ống, bồn chứa, nồi hơi Có thể dùng tấm đệm rời bằng đồng hoặc đệm đồng kết hợp với thuốc nh− ở hình 1.5e. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 6 2 1 δ δn 3 4 b a) n b) δ δ n c) δ 5 d) 6 e) Hình 1.5- Biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn δn = (0,3 ữ0,5)δ; bn = 4δ + 5 1. Chi tiết hàn; 2. mối hàn; 3 mối hàn lót; 4. Đệm thép; 5. Đệm đồng; 6. Đệm đồng + thuốc hàn Khi hàn hồ quang tự động hoặc bán tự động d−ới lớp thuốc bảo vệ, tốt nhất nên dùng đệm thuốc để ngăn kim loại lỏng chảy khỏi khe hở hàn. Hình 1.6 chỉ ra một số ph−ơng pháp đệm thuốc thông dụng. Hình 1.6. Biện pháp đệm lớp thuốc hàn 1. ống đàn hồi; 2. cơ cấu ép; 3. thuốc hàn; 4. vật hàn Khi hàn các liên kết chữ T và liên kết hàn góc có thể ứng dụng đệm thuốc hoặc hàn lót phía bên kia (hình 1.6). Các biện pháp náy áp dụng cho vị trí hàn “lòng thuyền” khi mà kim loại lỏng có khả năng chảy khỏi khe hàn. Biện pháp đặt vào khe hở hàn một miếng átbét (amiăng) hình 1.5c chỉ áp dụng cho hàn kim loại dày vì sự Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 7 tiếp xúc trực tiếp của átbét với kim loại lỏng th−ờng sinh ra rỗ khí. 1.2- hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ 1.2.1- Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng a) Thực chất và đặc điểm Hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ là qúa trình hàn nóng chảy trong đó nguồn nhiệt hàn đ−ợc cung cấp bởi hồ quang tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn; hồ quang và kim loại nóng chảy đ−ợc bảo vệ khỏi tác dụng của ôxy và nitơ trong môi tr−ờng xung quanh bởi một loại khí hoặc một hỗn hợp khí. Tiếng Anh ph−ơng pháp này gọi là GMAW (Gas Metal Arc Welding). Khí bảo vệ có thể là khí trơ (Ar; He hoặc hỗn hợp Ar+He) không tác dụng với kim loại lỏng trong khi hàn hoặc là các loại khí hoạt tính (CO2; CO2+O2; CO2+Ar ) có tác dụng đẩy không khí ra khỏi vùng hàn và hạn chế tác dụng xấu của nó. Hình 1.7. Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ a. Sơ đồ nguyên lý; b. Sơ đồ thiết bị Khi điện cực hàn hay dây hàn đ−ợc cấp tự động vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp dây, còn sự dịch chuyển hồ quang dọc theo mối hàn đ−ợc thao tác bằng tay thì gọi là hàn hồ quang bán tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ. Nếu tất cả chuyển Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 8 động cơ bản đ−ợc cơ khí hoá thì đ−ợc gọi là hàn hồ quang tự động trong môi tr−ờng khí bảo vệ. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi tr−ờng khí trơ (Ar; He) tiếng Anh gọi là ph−ơng pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các loại khí trơ có giá thành cao nên không đ−ợc ứng dụng rộng rãi, chỉ dùng để hàn kim loại màu và thép hợp kim. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy trong môi tr−ờng khí hoạt tính (CO2; CO2+O2 ) tiếng Anh gọi là ph−ơng pháp hàn MAG (Metal Active Gas). Ph−ơng pháp hàn MAG sử dụng khí bảo vệ CO2 đ−ợc phát triển rộng rãi do có rất nhiều −u điểm: - CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất và giá thành thấp. - Năng suất hàn trong CO2 cao, gấp hơn 2,5 lần so với hàn hồ quang tay. - Tính công nghệ của hàn CO2 cao hơn so với hàn hồ quang d−ới lớp thuốc vì có thể tiến hành ở mọi vị trí không gian khác nhau. - Chất l−ợng hàn cao, sản phẩm hàn ít bị cong vênh do tốc độ hàn cao, nguồn nhiệt tập trung, hiệu suất sử dụng nhiệt lớn, vùng ảnh h−ởng nhiệt hẹp. - Điều kiện lao động tốt hơn so với với hàn hồ quang tay và trong qúa trình hàn không phát sinh khí độc. b) Phạm vi ứng dụng Trong nền công nghiệp hiện đại, hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ chiếm một vị trí rất quan trọng. Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông th−ờng mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim có ái lực hoá học mạnh với ôxy. Ph−ơng pháp này có thể sử dụng đ−ợc ở mọi vị trí trong không gian, chiều dày vật hàn từ 0,4 ữ 4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép; từ 1,6 ữ 10 mm hàn một lớp có vát mép; còn từ 3,2 ữ 25 mm thì hàn nhiều lớp. 1.2.2- Vật liệu, thiết bị hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ a) Vật liệu hàn c Dây hàn Khi hàn trong môi tr−ờng khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn cũng nh− các tính chất yêu cầu của mối hàn đ−ợc thực hiện chủ yếu thông qua dây hàn. Do vậy, những đặc tính của qúa trình công nghệ hàn phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng và chất l−ợng dây hàn. Khi hàn MAG, đ−ờng kính dây hàn từ 0,8 ữ 2,4 mm. Sự ổn định của qúa trình hàn cũng nh− chất l−ợng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn. Cần chú ý đến ph−ơng pháp bảo quản, cất giữ và biện pháp làm sạch dây hàn nếu dây bị gỉ hoặc bẩn. Một trong những cách để giải quyết là sử dụng dây có bọc lớp mạ đồng. Dây mạ đồng sẽ nâng cao chất l−ợng bề mặt Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 9 và khả năng chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định của qúa trình hàn. Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu dùng cho dây hàn thép C nh− sau: ER 70 S- X trong đó, ER: ký hiệu điện cực hàn hoặc que hàn phụ. 70: độ bền kéo nhỏ nhất (ksi). S: dây hàn đặc. X: thành phần hoá học và khí bảo vệ. Bảng 1-2 giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWS. Một số loại dây hàn thép C thông dụng Bảng 1-2 Điều kiện hàn Cơ tính Ký hiệu theo Độ bền kéo Giới hạn chảy Độ dãn AWS Cực tính Khí bảo vệ của liên kết của mối hàn dài % (min-psi) (min-psi) (min) E70S-2 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S-3 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S-4 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S-5 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S-6 DCEP CO2 72000 60000 22 E70S-7 DCEP CO2 72000 60000 22 DCEP là dây hàn nối với cực d−ơng của nguồn điện (đấu nghịch) Ký hiệu theo Thành phần hoá học (%) AWS C Mn Si Các nguyên tố khác E70S-2 0,6 0,40ữ0,70 Ti: 0,05ữ0,15; Zi: 0,02 ữ 0,12; Al: 0,05ữ0,15 E70S-3 0,06ữ0,15 0,90ữ1,40 0,45ữ0,70 E70S-4 0,07ữ0,15 0,65ữ0,85 E70S-5 0,07ữ0,19 0,30ữ0,60 Al: 0,50ữ0,90 E70S-6 0,07ữ0,15 1,40ữ1,85 0,80ữ1,15 E70S-7 0,07ữ0,15 1,50ữ2,00 0,50ữ0,80 d Khí bảo vệ Khí Ar tinh khiết (~ 100%) th−ờng dùng để hàn các vật liệu thép. Khí He tinh khiết (~ 100%) th−ờng đ−ợc dùng để hàn các liên kết có kích th−ớc lớn, các vật liệu có tính giãn nở nhiệt cao nh− Al, Mg. Cu Khi dùng khí He tinh khiết bề rộng mối hàn sẽ lớn so với khi dùng loại khí khác. Vì vậy có thể dùng hỗn hợp Ar + (50 ữ 80%) He do khí Ke có trọng l−ợng riêng nhỏ hơn khí Ar mà l−u l−ợng khí Ar dùng cần thấp hơn so với khí He. Khi hàn các hợp kim chứa Fe có thể bổ sung thêm O2 hoặc CO2 vào Ar để khắc Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 10 phục các khuyết tật nh− lõm khuyết, bắn toé và hình dạng mối hàn không đồng đều. CO2 đ−ợc dùng rộng rãi để hàn thép C trung bình do giá thành thấp, mối hàn ổn định, cơ tính của liên kết hàn đạt yêu cầu, tốc độ hàn cao và độ ngấu sâu. Nh−ợc điểm của hàn trong khí bào vệ CO2 là gây bắn toé kim loại lỏng. Bảng 1-3 giới thiệu một số loại khí và hỗn hợp khí bảo vệ. Một số loại khí bảo vệ t−ơng ứng với kim loại cơ bản Bảng 3-3 Khí bảo vệ Kim loại cơ bản Ar (He) Kim loại và hợp kim không có sắt. Ar + 1% O2 Thép austenit Ar + 2% O2 Thép ferit (hàn đứng từ trên xuống) Ar + 5% O2 Thép ferit (hàn tấm mỏng, hàn đứng từ trên xuống) Ar + 20% CO2 Thép ferit và austenit (hàn ở mọi vị trí) Ar + 15% CO2 + 5% O2 Thép ferit và austenit (hàn ở mọi vị trí) CO2 Thép ferit (hàn ở mọi vị trí) e Thiết bị hàn Hệ thống thiết bị cần thiết dùng cho hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ bao gồm: nguồn điện hàn, cơ cấu cấp dây hàn tự động, mỏ hàn hay súng hàn đi cùng các đ−ờng ống dẫn khí, dẫn dây hàn và cáp điện, chai chứa khí bảo vệ kèm theo bộ đồng hồ, l−u l−ợng kế và van khí. Mỏ hàn (súng hàn) bao gồm bép tiết diện để chuyển dòng điện hàn đến dây hàn, đ−ờng dẫn khí và chụp khí để h−ớng dòng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang, bộ phận làm nguội có thể bằng khí hoặc n−ớc tuần hoàn, công tắc đóng ngắt đồng bộ dòng điện hàn, dây hàn và dòng khí bảo vệ. Hình 1.8. Mỏ hàn cổ cong, làm nguội bằng khí Nguồn điện hàn thông th−ờng là nguồn điện một chiều DC. Nguồn điện xoay chiều AC không thích hợp do hồ quang bị tắt nửa chu kỳ và sự chỉnh l−u chu kỳ phân cực nguội làm cho hồ quang không ổn định. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 11 Đặc tính ngoài của nguồn điện hàn thông th−ờng là đặc tính cứng (điện áp không đổi). Điều này đ−ợc dùng với tốc độ cấp dây hàn không đổi, cho phép điều chỉnh tự động chiều dài hồ quang. 1.2.3- Công nghệ hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ a) Chuẩn bị liên kết tr−ớc khi hàn Các yêu cầu về hình dáng, kích th−ớc, bề mặt liên kết trong ph−ơng pháp hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ t−ơng tự nh− ở các ph−ơng pháp hàn khác. Tuy nhiên, do đ−ờng kính của dây hàn nhỏ hơn so với hàn d−ới lớp thuốc bảo vệ nên góc vát mép sẽ nhỏ hơn (th−ờng khoảng 45 ữ 600) do dây hàn có khả năng ăn sâu vào trong rãnh hàn. b) Các dạng truyền kim loại lỏng vào vũng hàn c Truyền kim loại dạng cầu Giọt kim loại hình thành chậm trên điện cực và l−u lại ở đây lâu. Nếu kích th−ớc giọt kim loại lỏng đủ lớn, giọt kim loại lỏng sẽ chuyển vào vũng hàn theo các h−ớng khác nhau (đồng trục hoặc lệch trục dây hàn) do trọng lực hoặc do sự đoản mạch. Kích th−ớc giọt kim loại lỏng dạng cầu phụ thuộc vào loại khí sử dụng, vào vật liệu và kích th−ớc điện cực, điện áp hồ quang, c−ờng độ dòng điện và cực tính. Khi điện áp hồ quang và kích th−ớc điện cực tăng thì đ−ờng kính giọt tăng. C−ờng độ dòng điện tăng sẽ làm giảm đ−ờng kính giọt. Quá trình hàn với sự truyền kim loại dạng cầu đ−ợc ứng dụng chủ yếu cho các liên kết hàn bằng. d Truyền kim loại dạng phun ở dạng này, kim loại đi qua hồ quang ở dạng giọt rất nhỏ đ−ợc định h−ớng đồng trục. Đ−ờng kính giọt kim loại bằng hoặc nhỏ hơn đ−ờng kính điện cực. Hàn hồ quang kiểu phun rất thích hợp để hàn các chi tiết t−ơng đối dày với dòng điện cao và hàn ở vị trí hàn đứng từ trên xuống. e Truyền kim loại dạng ngắn mạch hoặc nhỏ giọt Kỹ thuật hàn hồ quang ngắn mạch hoặc nhỏ giọt thích hợp khi hàn các tấm mỏng ở các vị trí hàn khác nhau. Kỹ thuật hàn truyền kim loại dạng nhỏ giọt sử dụng dây hàn đ−ờng kính nhỏ (0,8 ữ 1,6mm), điện áp hồ quang thấp (16 ữ 22V), dòng điện thấp (60 ữ 180A). Kỹ thuật hàn này ít gây ra bắn toé giọt kim loại lỏng. c) Chế độ hàn c Dòng điện hàn Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 12 Dòng điện hàn đ−ợc chọn phụ thuộc vào kích th−ớc điện cực (dây hàn), dạng truyền kim loại và chiều dày của liên kết hàn. Khi dòng điện quá thấp sẽ không đảm bảo ngấu hết chiều dày liên kết, giảm độ bền của mối hàn. Khi dòng điện quá cao sẽ làm tăng sự bắn toé kim loại, gây ra rỗ xốp, biến dạng, mối hàn không ổn định. Với loại nguồn điện có đặc tính ngoài cứng (điện áp không đổi) dòng điện hàn tăng khi tăng tốc độ cấp dây vàng−ợc lại. d Điện áp hàn Đây là thông số rất quan trọng trong hàn GMAW, quyết định dạng truyền kim loại lỏng. Điện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dày chi tiết hàn, kiểu liên kết, kích cỡ và thành phần điện cực, thành phần khí bảo vệ, vị trí hàn Để có đ−ợc giá trị điện áp hàn hợp lý, có thể phải hàn thử vài lần, bắt đầu bằng giá trị điện áp hồ quang theo tính toán hay tra bảng, sau đó tăng hoặc giảm theo quan sát đ−ờng hàn để chọn giá trị điện áp thích hợp. e Tốc độ hàn Tốc độ hàn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ tay nghề của thợ hàn. Tốc độ hàn quyết định chiều sâu ngấu của mối hàn. Nếu tốc độ hàn thấp, kích th−ớc vũng hàn sẽ lớn và ngấu sâu. Khi tăng tốc độ àn, tốc độ cấp nhiệt của hồ quang sẽ giảm, làm giảm độ ngấu và thu hẹp đ−ờng hàn. f Phần nhô của điện cực hàn Đó là khoảng cách giữa đầu điện cực và mép bét tiết diện (hình 1.9). Khi tăng chiều dài phần nhô, nhiệt nung nóng đoạn dây hàn này sẽ tăng, dẫn tới l;àm giảm c−ờng độ dòng điện hàn cần thiết để nóng chảy điện cực theo tốc độ cấp dây nhất định. Khoảng cách này rất quan trọng khi hàn thép không gỉ, sự biến thiên nhỏ cũng có thể làm tăng sự biến thiên dòng điện một cách rõ rệt. Chiều dài phần nhô quá lớn sẽ làm d− kim loại nóng chảy ở mối hàn, làm giảm độ ngấu và lãng phí kim loại hàn. Tính ổn định của hồ quang cũng bị ảnh h−ởng. Nếu chiều dài phần nhô quá nhỏ sẽ gây ra sự bắn toe, kim loại lỏng dính vào mỏ hàn, chụp khí làm cản trở dòng khí bảo vệ, gây ra rỗ xốp trong mối hàn. Dòng điện hàn (A) 250 Dây hàn đ−ờng Chụp khí Bép tiết diện 200 kính 1,2 mm Khoảng cách Phần nhô điện cực hàn 150 chụp khí- chi tiết Dây hàn đ−ờng Khoảng cách bép 100 kính 0,8mm tiết diện- chi tiết 50 0 Chiều dài hồ quang 3,15 6,4 9,5 12,7 15,9 19 22,2 Phần nhô điện cực (mm) a) b) Hình 1.9- Chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn (a) và quan hệ dòng điện - phần nhô điện cực (b) Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 13 d) Kỹ thuật hàn Khi hàn một phía, cần phải có đệm lót thích hợp ở d−ới đ−ờng hàn. Đôi khi có thể thực hiện đ−ờng hàn chân (hàn lót) bằng kỹ thuật ngắn mạch để có độ ngấu đồng đều, sau đó các lớp tiếp theo đ−ợc thực hiện bằng kỹ thuật truyền kiểu phun với dòng điện cao. Cũng nh− với mọi ph−ơng pháp hàn hồ quang khác, góc độ và vị trí mỏ hàn và điện cực với đ−ờng hàn có ảnh h−ởng rõ rết tới độ ngấu và hình dạng mối hàn. Góc mỏ hàn th−ờng nghiêng khoảng 10 ữ 200 so với chiều thẳng đứng. Độ nghiêng của mỏ hàn hoặc vật hàn quyết định hình dạng của mối hàn nh− trên hình 1.10. Kỹ thuật giữ mỏ hàn vuông góc th−ờng dùng chủ yếu trong hàn SAW; không nên dùng trong hàn GMAW do chụp khí làm hạn chế tầm nhìn của thợ hàn. 1.3- hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi tr−ờng khí trơ 1.3.1- Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi tr−ờng khí trơ (GTAW) là qúa trình hàn nóng chảy, trong đó nguồn nhiệt cung cấp bởi hồ quang đ−ợc tạo thành giữa điện cực không nóng chảy và vũng hàn (hình 3.13). Vùng hồ quang đ−ợc bảo vệ bằng môi tr−ờng khí trơ (Ar, He hoặc Ar+He) để ngăn cản những tác động có hại của ôxy và nitơ trong không khí. Điện cực không nóng chảy th−ờng dùng là Volfram nên ph−ơng pháp hàn này tiếng Anh gọi là TIG (Tungsten Inert Gas). Vũng hồ quang đ−ợc chỉ ra trên hình 3.14. Hồ quang trong àn TIG có nhiệt độ rất cao, có thể đạt tới hơn 61000C. Kim loại mối hàn có thể tạo thành chỉ từ kim loại cơ bản khi hàn những chi tiết mỏng với liên kết gấp mép, hoặc đ−ợc bổ sung từ que hàn phụ. Toàn bộ vũng hàn đ−ợc bao bọc bởi khí trơ thổi ra từ chụp khí. Hình 1.11- Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang nóng chảy trong môi tr−ờng khí trơ. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 14 Ph−ơng pháp này có một số −u điểm đáng chú ý: - Tạo mối hàn có chất l−ợng cao đối với hầu hết kim loại và hợp kim. - Mối hàn không phải làm sạch sau khi hàn. - Hồ quang và vũng hàn có thể quan sát đ−ợc trong khi hàn. - Không có kim loại bắn toé. - Có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian. - Nhiệt tập trung cho phép tăng tốc độ hàn, giảm biến dạng liên kết hàn. Ph−ơng pháp hàn TIG đ−ợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt rất thích hợp trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của chúng Ph−ơng pháp hàn này thông th−ờng đ−ợc thao tác bằng tay và có thể tự động hoá hai khâu di chuyển hồ quang cũng nh− cấp dây hàn phụ. Hình 1.12- Vùng hồ quang và vũng hàn. 1.3.2- Vật liệu và thiết bị hàn TIG a) Vật liệu Vật liệu sử dụng trong ph−ơng pháp hàn TIG bao gồm: khí bảo vệ, điện cực Wolfram và que hàn phụ. c Khí bảo vệ (khí trơ) Ar là khí đ−ợc điều chế từ khí quyển bằng ph−ơng pháp hoá lỏng không khí và tinh chế đến độ tinh khiết 99,99%. Khí này đ−ợc cung cấp trong các bình d−ới áp suất cao hoặc ở dạng lỏng với nhiệt độ d−ới -1840C trong các thùng chứa lớn. He có trọng l−ợng riêng bằng hoảng 1/10 so với Ar đ−ợc lấy từ khí tự nhiên, th−ờng đ−ợc chứa trong các bình d−ới áp suất cao. Sau khi ra khỏi chụp khí ở mỏ hàn, Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên vùng hàn. Do nhẹ hơn, He có xu h−ớng dâng lên tạo thành cuộn xoáy xung quanh hồ quang. Để bảo vệ hiệu quả, l−u l−ợng He phải gấp 2 ữ 3 lần so với Ar. Đặc tính quan trọng khác của He là đòi hỏi điện áp hồ quang cao hơn với cùng Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 15 chiều dài hồ quang và dòng điện so với Ar. Hồ quang He nóng hơn so với Ar; He th−ờng dùng để hàn các vật liệu có chiều dày lớn, có độ dẫn nhiệt cao (nh− Cu) hoặc nhiệt độ nóng chảy cao. Điểm khác biệt nữa là Ar cho tính ổn định hồ quang nh− nhau đối với dòng điện xoay chiều (AC) và một chiều (DC) và có tác dụng làm sạch tốt với dòng AC. Trong lúc đó, He tạo hồ quang ổn định với dòng điện DC nh−ng tính ổn định hồ quang và tác dụng làm sạch với dòng AC t−ơng đối thấp. Do đó khi cần hàn Al, Mg bằng dòng AC thì nên dùng Ar. Các hỗn hợp Ar và He với hàm l−ợng He đến 75% đ−ợc sử dụng khi cần sự cân bằng giữa các đặc tính của hai loại khí này. Có thể bổ sung H2 vào Ar khi hàn cáchk Ni, Ni-Cu, thép không gỉ. d Điện cực Wolfram Wolfram đ−ợc dùng làm điện cực do có tính chịu nhiệt cao (nhiệt độ nóng chảy là 34100C), phát xạ điện tử t−ơng đối tốt, làm iôn hoá hồ quang và duy trì tính ổn định hồ quang. Wolfram có tính chống ôxy hoá rất cao. Bảng 3-7 giới thiệu thành phần hoá học của một số loại điện cực Wolfram theo tiêu chuẩn AWS A5.12-80. Thành phần hoá học của một số loại điện cực Volfram Bảng 3-7 Tiêu chuẩn AWS W (min) Th Zr Tổng tạp chất % % % (max) % EWP 99,5 - - 0,5 EWTh-1 98,5 0,8 ữ 1,2 - 0,5 EWTh-2 97,5 1,7 ữ 2,2 - 0,5 EWTh-3 98,95 0,35 ữ 0,55 - 0,5 EWZr 99,2 - 0,15 ữ 0,40 0,5 Các điện cực Wolfram có đ−ờng kính 0,25 ữ 6,4 mm với chiều dài 76 ữ 610 mm. Các điện cực Wolfram có thêm Thori (Th) có tính phát xạ điện tử, dẫn điện và chống nhiễm bẩn tốt, mồi hồ quang tốt hơn và hồ quang ổn định hơn. Các điện cực Wolfram có thêm Zircon (Zr) có các tính chất trung gian giữa điện cực W và điện cực W-Th. Bảng 3-8 chỉ ra một số đặc điểm nhận diện của các loại điện cực theo tiêu chuẩn AWS. Màu nhận diện một số loại điện cực thông dụng Bảng 3-8 Ký hiệu Thành phần Màu nhận diện EWP Wolfram tinh khiết Xanh lá cây EWCe-2 97,3% W, 2% oxit ceri Da cam EWLa-1 98,3% W, 1% oxit lantan Đen EWTh-1 98,3% W, 1% oxit thori Vàng Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 16 EWTh-2 97,3% W, 2% oxit thori Đỏ EWZa-1 99,1% W, 0,25% oxit zircon Nâu EWG 94,5% W Xám Một số yêu cầu khi sử dụng điện cực Wolfram: - Cần chọn dòng điện thích hợp với kích cỡ điện cực đ−ợc sử dụng. Dòng điện quá cao sẽ làm hỏng đầu điện cực, dòng điện quá thấp sẽ gây ra sự ăn mòn, nhiệt độ thấp và hồ quang không ổn định. - Đầu điện cực phải đ−ợc mài hợp lý theo h−ớng dẫn kèm theo điện cực. - Điện cực phải đ−ợc sử dụng và bảo quản cẩn thận, tránh nhiễm bẩn. - Dòng khí bảo vệ phải đ−ợc duy trì không chỉ tr−ớc và trong khi hàn mà cả sau khi ngắt hồ quang cho đến khi điện cực nguội. - Phần nhô điện cực ở phía ngoài mỏ hàn (chụp khí) phải đ−ợc giữ ở mức ngắn nhất, tùy theo ứng dụng và thiết bị để dảm bảo đ−ợc bảo vệ tốt bằng dòng khí trơ. - Cần tránh sự nhiễm bẩn điện cực, sự tiếp xúc giữa điện cực nóng với kim loại mối hàn. - Thiế bị, đặc biệt là chụp khí phải đ−ợc bảo vệ và làm sạch. Đầu chụp khí bị bẩn sẽ ảnh h−ởng tới khí bảo vệ, ảnh h−ởng tới hồ quang hàn; do đó làm giảm chất l−ợng mối hàn. e Que hàn phụ Que hàn phụ có các kích th−ớc tiêu chuẩn theo ISO/R564 nh− sau: chiều dài từ 500 ữ 1000 mm với đ−ờng kính 1,2; 1,6; 2; 2,4; 3,2 mm. Các loại que hàn phụ gồm có: đồng và hợp kim đồng, thép không gỉ Cr cao và Cr-Ni, nhôm và hợp kim nhôm, thép C thấp, thép hợp kim thấp b) Thiết bị dùng cho hàn TIG Thiết bị dùng cho hàn TIG có các bộ phận chính sau (hình 1.13): - Nguồn điện hàn, bao gồm cả hệ thống điều khiển khí bảo vệ, n−ớc làm mát, dòng điện và điện áp hàn. - Mỏ hàn. - Chai chứa khí trơ và van điều khiển l−u l−ợng khí. c Mỏ hàn TIG Chức năng của mỏ hàn TIG là dẫn dòng điện và khí trơ vào vùng hàn. Điện cực Wolfram dẫn điện đ−ợc giữ chắc chắn trong mỏ hàn bằng đai giữ với các vít lắp bên trong thân mỏ hàn (hình 1.14). Các đai này có kích th−ớc phù hợp với đ−ờng kính điện cực. Khí đ−ợc cung cấp vào vùng hàn qua chụp khí. Chụp khí có ren đ−ợc lắp vào đầu mỏ hàn để h−ớng và phân phối dòng khí bảo vệ. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 17 Mỏ hàn có các kích th−ớc và hình dáng khác nhau phù hợp với từng công việc hàn cụ thể. Hình 1.14- Cấu tạo mỏ hàn TIG. a) Mỏ hàn TIG làm mát bằng n−ớc; b) Mỏ hàn TIG có ống hội tụ khí. Mỏ hàn TIG đ−ợc phân làm 2 loại theo cơ cấu làm mát: - Mỏ hàn làm mát bằng khí - t−ơng ứng với c−ờng độ dòng điện hàn nhỏ hơn 120A. - Mỏ hàn làm mát bằng n−ớc - t−ơng ứng với c−ờng độ dòng điện hàn lớn hơn 120A. d Nguồn điện hàn Nguồn điện hàn cung cấp dòng hàn một chiều hoặc xoay chiều, hoặc cả hai. Tùy ứng dụng, nó có thể là biến áp, chỉnh l−u, máy phát điện hàn. Nguồn điện hàn cần có đ−ờng đặc tính ngoài dốc (giống nh− cho hàn hồ quang tay). Để tăng tốc độ ổn định hồ quang, điện áp không tải khoảng 70 ữ 80V. Bộ phận điều khiển th−ờng đ−ợc bố trí chung với nguồn điện hàn và bao gồm bộ contactơ đóng ngắt dòng hàn, bộ gây hồ quang tần số cao, bộ điều khiển tuần hoàn n−ớc làm mát (nếu có) với hệ thống cánh tản nhiệt và quạt làm mát, bộ khống chế thành phần dòng một chiều (với máy hàn xoay chiều, một chiều). * Nguồn điện hàn xoay chiều: thích hợp cho hàn nhôm, magiê và hợp kim của chúng. Khi hàn, nửa chu kỳ d−ơng (của điện cực) có tác dụng bắn phá lớp màng ôxit trên bề mặt và làm sạch bề mặt đó. Nửa chu kỳ âm nung kim loại cơ bản. Hiện nay có hai loại nguồn xoay chiều chính dùng cho hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi tr−ờng khí bảo vệ. - Loại nguồn xoay chiều thứ nhất có dòng hàn dạng sóng hình sin, điều khiển dòng hàn bằng cảm kháng bão hoà (cổ điển). Nó có −u điểm là hồ quang cháy êm. Nh−ợc điểm là phải th−ờng xuyên gián đoạn công việc hàn khi cần thay đổi c−ờng độ dòng hàn do có nhu cầu giảm dòng hàn xuống tối thiểu khi hàn để vũng hàn kết tinh chậm (không có điều khiển từ xa). Với hàn nhôm, do có hiện t−ợng tự chỉnh l−u của hồ quang, đặc biệt khi hàn dòng nhỏ nên cần dùng kèm bộ cản thành phần dòng một chiều (mắc nối tiếp bộ ắcquy có điện dung lớn, bộ tụ điện có điện dung lớn) nh−ng lại có thể gây lẫn W vào Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 18 mối hàn vì khi điện cực ở cực d−ơng để khử màng ôxít nhôm thì nó có thể bị nung quá mức nếu bộ cảm kháng bão hoà không d−dợc thiết kế thích hợp để hạn chế biên độ tối đa dòng hàn xoay chiều, làm nó bị xói mòn thành các vụn nhỏ dịch chuyển vào vũng hàn. Phải sử dụng bộ cao tần (công suất nhỏ 250 ữ 300W, điện áp 2 ữ 3kV, tần số cao 250 ữ 1000kHz bảo đảm dòng điện này chỉ có tác dụng trên bề mặt, an toàn với thợ hàn) để gây hồ quang không tiếp xúc (khoảng 3mm) và tạo ổn định hồ quang trong suốt qúa trình hàn. - Loại nguồn xoay chiều thứ hai có dòng hàn dạng sóng vuông cho phép giảm biên độ tối đa của dòng hàn so với dạng sóng hình sin (khoảng 30%) có cùng công suất nhiệt. Do đó ít có khả năng làm lẫn W vào mối hàn. Một số máy hàn còn cho phép điều chỉnh đ−ợc thời gian tác động của từng bán chu kỳ dạng sóng vuông, do đó có thể làm sạch ôxít nhôm hoặc đạt tới chiều sâu chảy nh− mong muốn. Một lợi thế nữa là nó có thể duy trì đ−ợc hồ quang mà không cần tiếp tục sử dụng bộ ổn định hồ quang tần số cao (chỉ cần để gây hồ quang) vì tần số đổi chiều của dòng điện hàn cao hơn nhiều so với dòng hàn dạng sóng hình sin. * Nguồn điện hàn một chiều: không gây ra vấn đề lẫn W vào mối hàn hay hiện t−ợng tự nắn dòng (nh− khi hàn nhôm bằng nguồn hàn xoay chiều). Tuy nhiên, điều quan trọng cần l−u ý khi sử dụng nó là việc gây hồ quang và khả năng cho dòng hàn sẽ tối thiểu. Hầu hết máy một chiều đều sử dụng ph−ơng pháp nối thuận (nên 2/3 l−ợng nhiệt của hồ quang đi vào vật hàn). Điện cực W tinh khiết nh− trong tr−ờng hợp máy xoay chiều ít đ−ợc dùng để hàn một chiều cực thuận vì khó gây hồ quang. Thay vào đó là điện cực W + 1,5 ữ 2%ThO2 hoặc ZrO2 hoặc oxít đất hiếm LaO Nếu dùng dòng một chiều nối nghịch thì dòng điện tử sẽ bắn phá mạnh điện cực (2/3 l−ợng nhiệt của hồ quang đi vào điện cực) và có khả năng làm nóng chảy đầu điện cực. Vì vậy, đ−ờng kính điện cực phải lớn hơn so với tr−ờng hợp hàn bằng dòng một chiều nối thuận (6,4 mm so với 1,6 mm khi I = 125A). Dòng một chiều nối nghịch cho mối hàn nông và rộng hơn so với nối thuận. Công dụng chủ yếu của dòng một chiều nối nghịch là dùng để làm tròn đầu điện cực cho hàn bằng máy xoay chiều (thực hiện bên trên bề mặt tấm đồng để tránh nhiễm W vào vật hàn). Việc gây hồ quang cũng dùng cùng bộ cao tần nh− với máy xoay chiều (sau khi đã gây đ−ợc hồ quang, nó tự tắt chế độ tần số cao vì không cần nữa). Các nguồn điện hàn TIG thông dụng ởViệt Nam là máy hàn TG 160 của hãng WIM (Malaysia), máy hàn KEPMI 2500 của hãng Kempi (Phần Lan). 1.3.3- Công nghệ hàn TIG a) Chuẩn bị tr−ớc khi hàn Công việc chuẩn bị tr−ớc khi hàn bao gồm: - Xác định dạng liên kết. - Lót đáy mối hàn (nếu có). - Kiểm tra thiết bị. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 19 - Chuẩn bị khí bảo vệ, que hàn phụ c Dạng liên kết Các dạng liên kết cơ bản trong hàn TIG là liên kết giáp mối, liên kết chồng, liên kết góc, liên kết cùng mép và liên kết chữ T. Các chi tiết hàn cần phải đ−ợc làm sạch bề mặt bằng ph−ơng pháp cơ học hoặc hoá chất. Làm sạch về mỗi bên mối hàn khoảng 30 ữ 50mm. Sau khi vát mép (nếu có) và gá lắp có thể thực hiện các mối hàn đính. Kích th−ớc và số l−ợng mối hàn đính phụ thuộc vào chiều dày và các kích th−ớc khác của chi tiết hàn. d Dạng lót đáy mối hàn Tấm lót đáy có tác dụng bảo vệ mặt sau của mối hàn tấm mỏng tránh khỏi những ảnh h−ởng có hại của không khí và ngăn kim loại lỏng chảy sụt khỏi mối hàn (có tác dụng đỡ vũng hàn). Có thể lót đáy bằng tấm kim loại, sử dụng đệm thuốc hàn hoặc đ−a khí trơ vào bề mặt d−ới của mối hàn, loại phối hợp cả hai ph−ơng pháp trên. e Kiểm tra thiết bị tr−ớc khi hàn - Kiểm tra độ kín hệ thống cung cấp khí, tình trạng hoạt động của van khí. - Kiểm tra c−ờng độ dòng điện hàn, chế độ dòng điện hàn và l−u l−ợng khí bảo vệ đã đặt. - Chọn kích cỡ chụp khí, đ−ờng kính và góc vát đầu điện cực hàn thích hợp. - Kiểm tra l−u l−ợng n−ớc làm mát mỏ hàn (nếu có). - Kiểm tra việc đấu điện nh− chất l−ợng tiếp xúc điện và cực tính. b) Chế độ hàn TIG Chế độ hàn TIG gồm bộ thông số công nghệ sau: - C−ờng độ dòng điện hàn. - Thời gian tăng c−ờng độ dòng điện hàn lên giá trị đã chọn. - Thời gian giảm c−ờng độ dòng điện hàn đến khi tắt hồ quang với mục đích trãnh lõm cuối đ−ờng hàn. - Tốc độ hàn. - Đ−ờng kính điện cực W, que hàn (dây hàn) phụ. - L−u l−ợng khí bảo vệ và kích cỡ chụp khí. - Thời gian mở, đóng khí bảo vệ tr−ớc khi gây hồ quang và tắt hồ quang Hình 3.19 giới thiệu chu trình cơ bản của hàn TIG: * Hàn TIG bằng xung điện: đay là ph−ơng pháp hàn TIG cải tiến, sử dụng dòng đienẹ hàn một chiều có chu trình gián đoạn ở dạng xung (hình 3.20). Giá trị của c−ờng độ dòng điện hàn lần l−ợt thay đổi giữa hai mức cao và thấp với khoảng thời gian nhất định lặp đi lặp lại trong suốt qúa trình hàn. Chu kỳ và biên độ của hai mức dòng điện này có thể thay đổi một cách độc lập để phù hợp với từng chu trình hàn cụ Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 20 thể. Sự nóng chảy xảy ra khi c−ờng độ dòng điện ở mức cao (đỉnh), vũng hàn kết tinh khi c−ờng độ dòng điện ở mức thấp (chân). Điều này tạo ra sự nóng chảy gián đoạn dọc theo đ−ờng hàn và dãy các điểm nóng chảy xếp chồng lên nhau. Quy trình hàn này thích hợp khi tự động hoá qúa trình hàn TIG ở mọi vị trí cho các mối ghép theo chu vi thực hiện trên các ống thành mỏng. Nó có một số đặc điểm nổi bật: - Không đòi hỏi chặt chẽ về dung sai gá lắp nh− khi hàn không có xung. - Cho phép hàn các tấm mỏng d−ới 1mm. - Giảm biến dạng do khống chế đ−ợc công suất nhiệt (giảm sự tích luỹ nhiệt) - Dễ hàn ở mọi t− thế. - Không đòi hỏi trình độ tay nghề của thợ thật cao. - Chất l−ợng mối hàn đ−ợc cải thiện đáng kể. - Thích hợp cho cơ khí hoá, tự động hoá qúa trình hàn. - Thích hợp khi hàn các chi tiết quan trọng nh− đ−ờng hàn lót mối hàn ống nhiều lớp, hàn các chi tiết chiều dày không đồng nhất, hàn các kim loại khác nhau. - Lực điện từ mạnh của các xung điện cho phép hạn chế rỗ xốp trong các mối hàn và tăng chiều sâu ngấu. * Hàn thép không gỉ: ph−ơng pháp hàn TIG rất thích hợp cho các loại thép không gỉ do đ−ợc bảo vệ tốt, tránh đ−ợc các tác nhân có hại của môi tr−ờng không khí nên mối hàn không chứa các tạp chất phi kim loại. Bảng 3-9 đ−a ra một số chế độ hàn thép không gỉ th−ờng sử dụng. * Hàn nhôm: Khi hàn nhôm phải sử dụng dòng điện xoay chiều do nó có thể kết hợp tốt khả năng dẫn điện, tính điều khiển hồ quang và tác dụng làm sạch của hồ quang. Nguồn điện hàn th−ờng là biến áp hàn một pha với điện áp không tải 80 ữ 100V. Các loại điện cực thích hợp là loại W và W-Zr, đầu điện cực phải có hình bán cầu nh− trên hình 3.21. Bảng 3-10 là một số chế độ hàn nhôm th−ờng sử dụng. c) Kỹ thuật hàn TIG Kỹ thuật hàn TIG bao gồm việc gây và kết thúc hồ quang, thao tác mỏ hàn và dây hàn phụ ở các t− thế hàn khác nhau. c Gây hồ quang Có 2 cách gây hồ quang: không tiếp xúc (bằng cao tần) và tiếp xúc (TIG quẹt). * Gây hồ quang không tiếp xúc: - Bật dòng điện hàn, giữ mỏ hàn ở t− thế nằm ngang cách bề mặt vật hàn khoảng 50mm. - Quay nhanh đầu điện cực trên mỏ hàn về phía vật hàn cho tới khoảng cách chừng 3mm, tạo thành góc khoảng 750, hồ quang sẽ tự hình thành do hoạt động của bộ gây hồ quang tần số và điện áp cao có sẵn trong thiết bị. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 21 * Gây hồ quang tiếp xúc: Khi hàn bằng dòng một chiều, đặc biệt khi hàn trong khu vực mà tần số cao dễ gây nhiễu cho các thiết bị điện tử nhạy cảm thì có thể gây hồ quang bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp nhanh với bề mặt hàn hoặc tấm mồi hồ quang (không đ−ợc làm bằng graphit). Bộ phận điều khiển tự động trong thiết bị hàn sẽ tăng dẫn dòng điện từ lúc bắt đầu có hồ quang lên giá trị dòng điện hàn đã chọn. d Kết thúc hồ quang Chuyển nhanh điện cực về t− thế nằm ngang. Chú ý: Thiết bị hàn cũng có thể đ−ợc trang bị điều khiển (bằng tay hoặc chân) để gây hồ quang, để thay đổi c−ờng độ dòng điện hàn và kết thúc hồ quang mà không cần thông qua chuyển động của mỏ hàn. Trong hàn TIG, hồ quang bị thổi lệch có thể là do: - Từ tr−ờng. - Đầu điện cực bị nhiễm Cacbon. - Mật độ dòng điện hàn thấp. - Luồng không khí bên ngoài thổi. Để khắc phục hiện t−ợng thổi lệch hồ quang, ta có thể dùng các kỹ thuật nh− khi hàn hồ quang tay hoặc che chắn gió lùa (nếu có) e Hàn mối hàn giáp mối - Sau khi gây hồ quang, giữ mỏ hàn ở góc 750 so với bề mặt vật hàn. - Nung điểm bắt đầu hàn bằng cách cho mỏ hàn xoay tròn cho đến khi thấy xuất hiện vũng hàn. Đầu của điện cực đ−ợc giữ ở khoảng cách 3 mm so với bề mặt vật hàn. - Khi quan sát thấy vũng hàn sáng và lỏng thì dịch chuyển chậm và đều mỏ hàn với tốc độ đủ tạo mối hàn có chiều rộng cần thiết. Tr−ờng hợp không s− dụng dây hàn phụ thì không cần dao động ngang mỏ hàn khi dịch chuyển theo chiều dài mối hàn. - Khi sử dụng que hàn phụ, dây hàn đ−ợc giữ ở góc 150 so với bề mặt vật hàn, tạo với trục mỏ hàn một góc gần 900 và cách điểm bắt đầu hàn khoảng 25 mm. Tr−ớc hết (hình 3.23) nung điểm khởi đầu (a) để tạo vũng hàn giống nh− khi hàn không có dây hàn phụ. Khi vũng hàn sáng và lỏng, dịch chuyển hồ quang về mép sau vũng hàn (b) và bổ sung kim loại dây hàn bằng cách chạm nhanh đầu dây hàn vào mép tr−ớc vũng hàn (c). Rút dây hàn lại (d) và đ−a hồ quang quay trở về mép tr−ớc của vũng hàn (e). Khi vũng hàn trở lại sáng và lỏng, ta lặp lại các b−ớc nêu trên trên toàn bộ chiều dài mối hàn. Tốc độ hàn và l−ợng dây hàn đ−ợc bổ sung phụ thuộc vào chiều rộng và chiều cao cần thiết của mối hàn. Để thực hiện trên bề mặt thẳng đứng, mỏ hàn đ−ợc giữ gần nh− vuông góc với bề mặt cần hàn. Hàn th−ờng đ−ợc tiến hành từ d−ới lên trên (hình 3.24). Khi sử dụng dây hàn phụ thì nó đ−ợc đ−a vào giống nh− mô tả ở trên. f Hàn mối hàn góc trong liên kết chồng Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 22 - Bắt đầu bằng việc tạo vũng hàn trên tấm d−ới. - Khi vũng hàn sáng và lỏng, rút ngắn hồ quang xuống còn khoảng 1,6 mm. - Dao động mỏ hàn trên vũng hàn cho đến khi các tấm liên kết chắc với nhau. - Một khi đã hình thành mối hàn, ngừng dao động. - Di chuyển mỏ hàn dọc đ−ờng hàn với đầu điện cực ở ngay phía trên mép tấm trên. g Hàn mối hàn trong liên kết góc và liên kết cùng mép Đây là loại mối hàn dễ hàn nhất bằng điện cực không nóng chảy trong môi tr−ờng khí trơ. - Tạo vũng hàn tại điểm bắt đầu. - Di chuyển thẳng mỏ hàn dọc theo đ−ờng hàn. - Không cần dây hàn phụ. h Hàn mối hàn nhiều lớp - Th−ờng thực hiện với chiều dày > 3 mm. - Lớp hàn đầu cần hàn ngấu hoàn toàn chân mối hàn. - Các lớp sau có thể hàn bằng dòng điện hàn lớn hơn. i Kỹ thuật hàn ống Các −u điểm là: mối hàn m−ợt, ngấu hết, ít có khuyết tật phía chân mối hàn, khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với áp dụng các ph−ơng pháp hàn khác. Ví dụ, trong các liên kết đ−ờng ống quan trọng, chất l−ợng bề mặt phía trong mối hàn rất đ−ợc coi trọng (hình 3.26). Để đạt đ−ợc điều này, cần bảo vệ mối hàn từ phía trong ống thông qua việc đ−a vào và duy trì khí trơ (có áp lực cao hơn 1 at một chút) ở phần trong ống, tức là phía mặt trái mối hàn. ở điều kiện hiện tr−ờng khi có các đ−ờng ống lớn, có thể dùng các túi chất dẻo đặt bên trong ống rồi bơm phồng lên để bịt kín ống ở hai phía mối hàn (có để đ−ờng dẫn khí bảo vệ vào vùng cần đ−ợc bảo vệ). Trong cả hai tr−ờng hợp, cần hạn chế Ar thoát ra bằng cách dùng băng mềm che phần giữa hai ống và chỉ để hở dần từng phần ở phía tr−ớc mối hàn đang hàn. Xét tr−ờng hợp tiêu biểu là t− thế hàn bằng (1G) mối hàn giáp mối chữ V có góc vát 37,50 mỗi bên; mặt đáy 1,6 mm; khe hở từ 1,6 đến 2,4 mm (hình 3.27). Khi hàn, khoảng cách phần nhô ra của điện cực (đã đ−ợc vát nhọn thích hợp) từ miệng chụp khí bảo vệ đ−ợc điều chỉnh nh− trên hình 3.28 với đầu điện cực nằm gần nh− ngang hoặc d−ới bề mặt chi tiết hàn một chút. Hình 3.29 cho thấy cách hàn ống ở t− thế cố định nằm ngang (2G). Hàn bắt đầu từ vị trí thấp nhất lên phía trên cùng. Sau đó lặp lại với phía đối diện cũng từ trên đỉnh. Vị trí t−ơng quan giữa điện cực và dây hàn cũng đ−ợc biểu thị trên hình. Sau khi thiết lập đ−ợc vũng hàn và bắt đầu hàn, cần dao động mỏ hàn (khi hàn thép th−ờng) theo hình 3.30. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 23 Nếu thấy vũng hàn có xu h−ớng sụt, cần điều chỉnh tốc độ dịch chuyển và dao động của mỏ hàn. Cũng có thể điều chỉnh bằng cách cho thêm kim loại phụ (dây hàn phụ) vào vũng hàn để làm nguội bớt vũng hàn. Trong một số tr−ờng hợp, để tránh đầu mỏ hàn mắc kẹt vào rãnh hàn, cần sử dụng chụp khí có vát tròn đầu (hình 3.31). * Hàn ống nhiều lớp: - Hàn lớp đáy (lớp 1): khống chế chiều sâu chảy là yếu tố quyết định thành công trong lớp hàn đáy. Chỉ có thể đạt đ−ợc điều đó qua thực hành để tích luỹ kinh nghiệm và tạo thói quen. + Hàn đính và đặt liên kết vào vị trí cần hàn. + Gây hồ quang tại một bên mép và đ−a hồ quang xuống đáy liên kết. + Khi vũng hàn nối hai bên đáy thì đ−a dây hàn phụ vào. Cách nhận biết mối hàn đáy đã ngấu hoàn toàn hay ch−a: Sau khi vũng hàn nối hai bên của liên kết, hồ quang đ−ợc giữ một lát phía trên vũng hàn. Sau đó, vũng hàn sẽ dẹt ra và có dạng cái nêm (phía tr−ớc thẳng với các góc tròn phía sau). Đó là mối hàn đáy đã ngấu hoàn toàn. - Hàn các lớp điền đầy (lớp thứ 2 đến lớp thứ n-1): + Dao động ngang mỏ hàn khi hàn thép C và thép hợp kim thấp các ống ngang ở t− thế cố định (5G) hoặc xoay (1G) sẽ tốn ít thời gian hàn. + Không dao động ngang mỏ hàn khi hàn thép hợp kim cao (để tránh tạo cacbit Cr) ở mọi t− thế và khi hàn ống đứng cố định (2G) thép C và thép hợp kim thấp. - Hàn lớp hoàn thiện (lớp thứ n trên cùng) + Lớp hàn cần rộng hơn liên kết 3 mm và đều về hai bên. + Phần nhô của mối hàn cần cao hơn bề mặt ống khoảng 1,6 mm. + Chuyển động dao động ngang của mỏ hàn: nh− với các lớp điền đầy. Ch−ơng 2 Hàn Gang, đồng, nhôm 2.1. hàn gang 2.1.1. Đặc điểm của hàn gang Gang là hợp chất Fe-C mà C > 2%, ngoài ra còn Mn, Si, S, P gang hợp kim có thêm Cr, Ni, Al, Ti, Mo, Cu và các nguyên tố khác. L−u huỳnh S dể tạo thành cácbít, do đó dể sinh nứt khi hàn. Gang có tính dẻo kém, độ cứng, dòn cao nên khi hàn dể nứt. Khi hàn gang th−ờng sinh ra sự biến đổi cục bộ grafit thành xêmentit nên càng tăng độ dòn và cứng của gang. Trong quá trình hàn C bị cháy và tạo ra khí CO gây cho mối hàn rỗ khí, còn Si bị cháy tạo thành SiO2 khó nóng chảy. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 24 Nhiệt độ chảy của gang không cao và độ chảy loãng lớn nên khi hàn mối hàn đứng, hàn trần hoặc mối hàn ngang rất khó. 2.1.2. Các ph−ơng pháp hàn gang a/ Hàn nguội Hàn nguội có một số yếu tố kỹ thuật nh− sau: - Tr−ớc hết vát mép hàn rồi khoan các lỗ và tarô ren sau đó cắm các chốt thép có d = (5ữ13)mm (nh− hình vẽ) vì độ liên kết giữa thép và gang không tốt lắm. - Dùng que hàn thép cácbon C 08 có bọc Hình 2.1. Hàn nguội gang một lớp thuốc dày 0,3 mm hàn ôm xung quanh phần nhô ra của chốt cho dính chặt với gang sau đó hàn đắp cho đầy mối hàn. - Nếu hàn các vết nứt thì tr−ớc hết phải khoan các lỗ nhỏ ở 2 đầu vết nứt để vết nứt không còn phát triển. Ưu điểm dùng que hàn thép là cho phép sửa chửa các chi tiết nhỏ mà không cần tháo rời ra khỏi kết cấu. Ngoài ra còn có thể dùng que hàn mônen: 30%Cu, 65%Ni, 1,5%Mn, 3%Fe còn thành phần thuốc bọc: 45% grafit, 15% tinh quẳng cao lanh, 20% đất sét, 10% than gổ vụn và 10% xút dùng để hàn các kết cấu không chịu bền cao. b/ Hàn nóng Hàn nóng là ph−ơng pháp hàn có nung nóng sơ bộ 500ữ6000C: - Chuẩn bị hàn: vát mép, làm sạch, khoan lỗ ở 2 đầu vết nứt. - Chế tạo khuôn bằng vật liệu: bột grafit, cát rây nhào trỗn với thuỷ tinh lỏng có khi trỗn với đất sét. - Lắp khuôn lên vị trí hàn để không cho gang lỏng chảy ra ngoài. Sấy khuôn và nung sơ bộ chổ mối hàn đến 500ữ6000C bằng ngọn lửa khí H.6.2. Hàn bánh xe gang cháy. bằng hàn nóng - Dùng que hàn gang có d = (6ữ20) mm; Ih= 300ữ1000 A. Khi mối hàn ở trạng thái lỏng cho borắc (Na2B4O7) vào vũng hàn để tạo xỉ. Ngoài ra còn bỏ vào vũng hàn fêrô silic để tăng nồng độ Si cho gang, do đó gang xám sau khi hàn xong phải làm nguội chậm để chống nứt. Chú ý: • Có thể hàn gang bằng ph−ơng pháp hàn khí bằng cách dùng ngọn lửa cácbon hoá. Tất cả các tr−ờng hợp hàn gang bằng ngọn lửa hàn khí đều hàn nóng. • Thuốc hàn gang: borắc và một số chất: Na, bicácbônat, ôxyt silic. • Cũng có thể sử dụng các loại que hàn đồng và một số que hàn chế tạo bằng kim Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 25 loại khác để hàn gang. • Ph−ơng pháp hàn nóng tốt hơn hàn nguội. 2.2. hàn đồng và hợp kim đồng 2.2.1. Đặc điểm chung Đồng và hợp kim đồng có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao (gấp 6 lần Fe), do đó để tạo nên vũng hàn yêu cầu nguồn nhiệt lớn. Vùng ảnh h−ởng nhiệt lớn làm giảm cơ tính của vật hàn, gây biến dạng lớn khi nung nóng và làm nguội. ở nhiệt độ cao độ bền mối hàn giảm, do đó ứng nhiệt sinh ra khi hàn dể tạo nên nứt nẻ trong mối hàn. Cu dể bị ôxy hoá tạo nên CuO hoặc Cu2O khi nguội làm cho mối hàn dòn. Nhiệt độ chảy thấp nên dễ quá nhiệt, khi hàn trần, hàn đứng kim loại dể bị chảy ra ngoài. Khi hàn đồng thau, kẽm dễ bị cháy làm thay đổi thành phần kim loại mối hàn so với vật hàn. ở nhiệt độ cao H2 và CO khuyết tán vào kim loại và tác dụng với ôxy trong kim loại tạo thành H2O và CO2 không hoà tan trong kim loại mà sẽ bay ra ngoài với áp suất lớn. Khi mối hàn nguội lạnh áp suất này gây nứt nẻ cho mối hàn. 2.2.2. Hàn đồng đỏ a/ Hàn đồng đỏ bằng khí hàn Vật hàn phải chuẩn bị tốt, làm sạch mối hàn, vật hàn mỏng S = (1,5ữ2)mm thì dùng kiểu uốn mép, S = (3ữ10)mm vát mép 450, S > 10mm vát mép 900. Dùng ngọn lửa bình th−ờng, có thể nung sơ bộ (400 - 5000C). Dùng que hàn đồng có thành phần nh− vật hàn hoặc có thêm các chất khử ôxy nh− P, Si nh−ng nhiệt độ chảy của que này phải thấp hơn đồng. Trong quá trình hàn phải dùng thuốc hàn để bảo vệ mối hàn khỏi bị ôxy hoá và khử ôxy của ôxýt đồng. Th−ờng hay dùng nhất là borắc Na2B4O7 và axits boríc H3BO3. b/ Hàn đồng đỏ bằng hồ quang điện Có thể dùng điện cực than hoặc điện cực kim loại. Các que hàn đ−ợc bọc thuốc hàn nh− hàn khí. Que hàn là hợp kim đồng có chất khử ôxy là Phốtpho P với dq = (1,5ữ10) mm, Ih = (35ữ65)dq. 2.2.3. Hàn đồng thau a/ Hàn đồng thau bằng khí hàn Đặc điểm cần chú ý là sự bốc hơi của kẽm (9050C) gần bằng nhiệt độ chảy của đồng thau (<10000C) hoặc tạo thành ZnO có hơi ảnh h−ởng đến sức khoẻ, làm mờ kính hàn Vì thế khi hàn cần hạn chế sự cháy của kẽm. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 26 Dùng ngọn lửa có thành phần O2/C2H2= 1,25 -1,4 làn ngọn lửa có thừa ôxy để tạo thành lớp ZnO trên mặt mối hàn để ngăn cạn sự bốc hơi của kẽm và ôxy hoá của môi tr−ờng. Que hàn có thể dùng loại LCuZn32 và pha thêm các chất khử ôxy nh− Al, Si, Ni, Mn v.v Thuốc hàn th−ờng dùng borắc hoặc axít boríc. b/ Hàn đồng thau bằng hồ quang điện Dùng que hàn có lõi: LCuSi3Zn17; BCuSi3Mn; LCuMnFeZn39 thành phần thuốc bọc tuỳ theo thành phần vật hàn và lõi que hàn. Đ−ờng kính que hàn: nếu S 8 thì d = S-1 (mm). Ih= (27ữ40)d (A). 2.2.4. Hàn đồng thanh a/ Hàn đồng thanh bằng khí hàn Khi hàn đồng thanh để giảm sự cháy của thiếc và kẽm thì nên dùng ngọn lửa bình th−ờng. Thuốc hàn khi hàn đồng thanh thiếc hoặc đồng thanh silic th−ờng dùng borắc, còn khi hàn đồng thanh nhôm thì dùng loại: 45% KCl + 20%BaCl +20%NaCl +15%NaF. b/ Hàn đồng thanh bằng hồ quang điện: Tiến hành nh− hàn đồng thau. 2.3. Hàn nhôm và hợp kim nhôm 2.3.1. Đặc điểm chung Nhôm có ái lực mạnh với ôxy để tạo thành ôxyt nhôm Al2O3, ôxyt này có Tch= 0 0 2050 C rất cao so với nhôm và hợp kim của chúng Tch= 600 - 650 C. ôxyt này ở trong mối hàn gây rỗ xỉ và ngăn cản quá trình hàn. ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền rất thấp nên chi tiết hàn có thể bị phá hoại do khối l−ợng bản thân nó. Khối l−ợng riêng của ôxyt nhôm lớn hơn nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi lên vũng hàn. ở nhiệt độ cao dể hoà tan khí H2 tạo nên rỗ khí. 2.3.2. Hàn nhôm bằng khí hàn Chi tiết tr−ớc khi hàn phải làm sạch ôxyt nhôm cách mép hàn (30 - 35)mm. Nếu S ≤ 1,5mm thì phải uốn mép, nếu S > 4mm thì cần vát mép. Th−ờng sử dụng ngọn lửa hàn bình th−ờng để hàn vì nếu thừa ỗy thì dể tạo Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 27 thành ôxyt nhôm, còn thừa axêtylen thì dể tạo thành rỗ khí. Công suất ngọn lửa lấy lớn hơn khi hàn thép một ít W = 150.S (l/giờ). Que hàn có thành phần nh− vật hàn, khi hàn nhôm có thể dùng que AK (có 5% Si) thì mối hàn tốt hơn. Thuốc hàn chủ yếu là các muối clo và flo (NaCl, KCl, NaF, CaF2, ). Sau khi hàn xong phải rửa sạch mối hàn để trách ăn mòn do thuốc hàn còn thừa trên mối hàn. 2.3.3. Hàn nhôm bằng hồ quang điện Khi hàn điện cực than hoặc vonfram, nên dùng loại có dq = 12, 15, 20 mm với dòng một chiều hoặc xoay chiều Ih= (200 - 500)A. Thuốc hàn nh− hàn khí. Hàn bằng điện cực nóng chảy th−ờng dùng nhất là hàn tự động trong môi tr−ờng bảo vệ (thuốc hàn hoặc khí). Thuốc hàn gồm muối clo và flo. Ví dụ: 20%KCl + 24%LiCl + 39%KF +17%NaF để hàn nhôm-magiê. Đ−ờng kính que hàn phụ thuộc vào chiều dày vật hàn S. nếu S = (5 ữ 7) mm thì dq = S +1; S = (8 ữ 10) mm thì dq = S/2 + 2; S = (11 ữ 15) mm thì dq = S/2 + 3. C−ờng độ dòng điện tính theo công thức: Ih= B.dq (A) B - mật độ dòng điện, lấy B = (32 - 35)A/mm đ−ờng kính điện cực. dq - đ−ờng kính que hàn (mm). Dùng dòng điện một chiều nối nghịch là tốt nhất. Hàn hồ quang tự động d−ới lớp thuốc là ph−ơng pháp có năng suất cao và chất l−ợng mối hàn tốt, que hàn là dây nhôm nguyên chất hoặc hợp kim AK. IK Tốc độ dây hàn V = h (m/h). d Q Q - khối l−ợng một mét dây hàn (g/m). K - hệ số chảy, K = 8 - 8,3 (g/A.h). Ph−ơng pháp hàn nhôm tự động cũng đ−ợc dùng phổ biến với khí bảo vệ (H2, Ar, CO2 v.v ), chế độ hàn nh− hàn tự động d−ới lớp thuốc. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 30 Ch−ơng 3 Tổng quan về quá trình sản xuất cán 3.1. Sản phẩm cán Sản phẩm cán đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân nh−: Chế tạo máy, cầu đ−ờng, công nghiệp ôtô, máy điện, xây dựng, quốc phòng v.v bao gồm kim loại đen và kim loại màu. Sản phẩm cán có nhiều cách phân loại nh− phân loại theo thành phần hoá học, công dụng của sản phẩm, theo mác vật liệu Tuy nhiên chủ yếu ng−ời ta dựa vào hình dáng, tiết diện ngang của sản phẩm mà phân loại và chúng đ−ợc chia thành 4 loại chính sau: 3.1.1. Thép hình: là loại thép đa hình đ−ợc sử dụng rất nhiều trong ngành chế tạo máy, xây dựng, cầu đ−ờng và đ−ợc phân thành 2 nhóm a/ Thép hình có tiết diện đơn giản: bao gồm thép có tiết diện tròn, vuông, chử nhật, dẹt, lục lăng, tam giác, thép góc • Thép tròn có đ−ờng kính φ = 8 ữ 200 mm, có khi đến 350 mm. • Thép dây có đ−ờng kính φ = 5 ữ 9 mm và đ−ợc gọi là dây thép, sản phẩm đ−ợc cuộn thành từng cuộn. • Thép vuông có cạnh a = 5 ữ 250 mm. • Thép dẹt có cạnh của tiết diện: h x b = (4 ữ 60) x (12 ữ 200) mm2. • Thép tam giác có 2 loại: cạnh đều và không đều: - Loại cạnh đều: (20 x20 x 20) ữ (200 x 200 x 200). - Loại cạnh không đều: (30 x 20 x 20) x (200 x 150 x 150) b/ Thép hình có tiết diện phức tạp: đó là các loại thép có hình chữ I, U, T, thép đ−ờng ray, thép hình đặc biệt. 3.1.2. Thép tấm: đ−ợc ứng dụng nhiều trong các ngành chế tạo tàu thuỷ, ô tô, máy kéo, chế tạo máy bay, trong ngày dân dụng. Chúng đ−ợc chia thành 3 nhóm: a/ Thép tấm dày: S = 4 ữ 60mm; B = 600 ữ 5.000mm; L = 4000 ữ 12.000 mm b/ Thép tấm mỏng: S = 0,2 ữ 4 mm; B = 600 ữ 2.200 mm. c/ Thép tấm rất mỏng (thép lá cuộn): S = 0,001 ữ 0,2mm; B = 200 ữ 1.500 mm; L = 4000 ữ 60.000 mm. 3.1.3. Thép ống: đ−ợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp dầu khí, thuỷ lợi, xây dựng Chúng đ−ợc chia thành 2 nhóm: Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 31 a/ ống không hàn: là loại ống đ−ợc cán ra từ phôi thỏi ban đầu có đ−ờng kính φ = 200 ữ 350 mm; chiều dài L = 2.000 ữ 4.000 mm. b/ ống cán có hàn: đ−ợc chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán để hàn giáp mối với nhau. Loại này đ−ờng kính đạt đến 4.000 ữ 8.000 mm; chiều dày đạt đến 14 mm. 3.1.4. Loại thép có hình dáng đặc biệt Thép có hình dáng đặc biệt đ−ợc cán theo ph−ơng pháp đặc biệt: cán bi, cán bánh xe lửa, cán vỏ ô tô và các loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ. 3.2. Máy cán 3.2.1. Các bộ phận chính của máy cán Máy cán gồm 3 bộ phận chính dùng để thực hiện quá trình công nghệ cán. a/ Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: các trục cán, gối, ổ đỡ trục cán, hệ thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục, thân máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu lật trở phôi b/ Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán, bao gồm hộp giảm tốc, khớp nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực. c/ Nguồn năng l−ợng: là nơi cung cấp năng l−ợng cho máy, th−ờng dùng các loại động cơ điện một chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 32 3.2.2. Phân loại máy cán Các loại máy cán đ−ợc phân loại theo công dụng, theo số l−ợng và bố trí trục cán, theo vị trí trục cán. a/ Phân loại theo công dụng: có các loại sau - Máy cán phá: dùng để cán phá từ thỏi thép đúc gồm có máy cán phôi thỏi Blumin và máy cán phôi tấm Slabin. - Máy cán phôi: đặt sau máy cán phá và cung cấp phôi cho máy cán hình và máy cán khác. - Máy cán hình cỡ lớn: gồm có máy cán ray-dầm và máy cán hình cỡ lớn. - Máy cán hình cỡ trung. - Máy cán hình cỡ nhỏ (bao gồm cả máy cán dây thép). - Máy cán tấm (cán nóng và cán nguội). - Máy cán ống. - Máy cán đặc biệt. b/ Phân loại theo cách bố trí giá cán a b. c e d g a-máy cán đơn, b-máy cán một hàng, c-máy cán hai cấp, d-máy cán nhiều cấp, e-máy cán bán liên tục, g-máy cán liên tục. - Máy có một giá cán (máy cán đơn a): loại này chủ yếu là máy cán phôi thỏi Blumin hoặc máy cán phôi 2 hoặc 3 trục. - Máy cán bố trí một hàng (b) đ−ợc bố trí nhiều lỗ hình hơn. - Máy cán bố trí 2 hay nhiều hàng (c, d) có −u điểm là có thể tăng dần tốc độ cán ở các giá sau cùng với sự tăng chiều dài của vật cán. - Máy cán bán liên tục (e): nhóm giá cán thô đ−ợc bố trí liên tục, nhóm giá cán tinh đ−ợc bố trí theo hàng. Loại này thông dụng khi cán thép hình cỡ nhỏ. - Máy cán liên tục (g): các giá cán đ−ợc bố trí liên tục, mỗi giá chỉ thực hiện một lần cán. Đây là loại máy có hiệu suất rất cao và ngày càng đ−ợc sử dụng rộng rãi. Bộ truyền động của máy có thể tập trung, từng nhóm hay riêng lẻ. Trong máy cán liên tục phải luôn luôn đảm bảo mối quan hệ: F1.v1 = F2.v2 = F3.v3 = F4.v4 = Fn.vn trong đó F, v là tiết diện của vật cán và vận tốc cán của các giá cán t−ơng ứng. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 33 c/ Phân loại theo số l−ợng và sự bố trí trục cán - Máy cán 2 trục đảo chiều: là loại máy cán sau một lần cán thì chiều quay của trục lại đ−ợc quay ng−ợc lại. Loại này th−ờng dùng khi cán phá, cán phôi, cán tấm dày. - Máy cán 2 trục không đảo chiều: dùng trong cán liên tục, cán tấm mỏng. - Máy cán 3 trục: có loại 3 trục cán có đ−ờng kính bằng nhau và loại 3 trục thì 2 trục bằng nhau còn trục giữa nhỏ hơn gọi là máy cán Layma. - Máy cán 4 trục: gồm 2 trục nhỏ làm việc và 2 trục lớn dẫn động đ−ợc dùng nhiều khi cán tấm nóng và nguội. - Máy cán nhiều trục: Dùng để cán ra các loại thép tấm mỏng và cực mỏng. Máy có 6 trục, 12 trục, 20 trục v.v có những máy đ−ờng kính công tác nhỏ đến 3,5 mm để cán ra thép mỏng đến 0,001 mm. - Máy cán hành tinh: Loại này có nhiều trục nhỏ tựa vào 2 trục to để làm biến dạng kim loại. Máy này có công dụng là cán ra thành phẩm có chiều dày rất mỏng từ phôi dày; Mỗi một cặp trục nhỏ sau mỗi lần quay làm chiều dày vật cán mỏng hơn một tý. Vật cán đi qua nhiều cặp trục nhỏ thì chiều dày mỏng đi rất nhiều. Phôi ban đầu có kích th−ớc dày S = 50 ữ 125 mm, sau khi qua máy cán hành tinh thì chiều dày sản phẩm có thể đạt tới 1 ữ 2 mm. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 34 - Máy cán vạn năng: loại này trục cán vừa bố trí thẳng đứng vừa nằm ngang. Máy dùng khi cán dầm chữ I, máy cán phôi tấm - Máy cán trục nghiêng: dùng khi cán ống không hàn và máy ép đều ống. 3.3. Quy trình chung của quá trình sản xuất cán Quy trình công nghệ sản xuất cán phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hình dáng sản phẩm, mác thép, điều kiện kỹ thuật và những đặc tr−ng riêng của máy cán; ngoài ra còn phụ thuộc vào trọng l−ợng của thỏi thép đúc, thiết bị hiện có của phân x−ởng cán v.v Quy trình công nghệ cán thép các bon và thép hợp kim thấp Thỏi đúc Nung nóng thỏi đúc a/ Làm nguội Làm điều nhiệt Cắt đầu rót, làm sạch bavia Cán phá hoặc cán phôi b/ Nung thỏi đúc tấm Cán phôi Cán trên máy cán liên Cắt, làm nguội, tục kiểm tra, làm sạch Làm nguội sản phẩm Nung phôi c/ Kiểm tra, tinh chỉnh Cán ra sản phẩm Thành phẩm Làm nguội, tinh chỉnh Kiểm tra, làm sạch Thành phẩm Sơ đồ công nghệ cán thép các bon và hợp kim thấp a/ Sơ đồ công nghệ hình a: dùng cho quy trình công nghệ cán thép hình cỡ lớn, cán phôi tấm và phôi thỏi. Theo sơ đồ này máy cán phá và máy cán phôi tấm, phôi thỏi phải có đ−ờng kính trục cán D = 1,100 ữ 1.150 mm; năng suất cán rất lớn đến trên 2,5 triệu tấn/năm. Thỏi đúc có trọng l−ợng G = 4,5 ữ 10 tấn, có khi đạt tới 15 ữ 20 tấn. Khi cán phải tăng nhiệt 2 ữ 3 lần. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 35 b/ Sơ đồ công nghệ hình b: dùng cho quy trình công nghệ cán thép hình trung bình. Cũng có thể cán trên máy cán phá hoặc cán phôi có đ−ờng kính trục D = 650 ữ 900 mm. Thỏi đúc trọng l−ợng nhỏ. Khi cán phải tăng nhiệt 2 ữ 3 lần. c/ Sơ đồ công nghệ hình c: dùng cho quy trình công nghệ cán thép hình cỡ nhỏ. Quy trình này chỉ có 1 lần nung phôi, quá trình sản xuất ngắn hơn. Các máy cán đ−ợc bố trí hàng. Tuy nhiên chất l−ợng sản phẩm không cao. 3.4. Thiết bị cán Giá cán: Là bộ phận chủ yếu của máy cán bao gồm: các trục cán gối lên ổ đỡ và gối tựa đ−ợc đặt trong cửa sổ của thân máy, có hệ thống nén trục và cân bằng trục. Trục cán: Gồm ba phần: thân trục cán (1), cổ trục (2) và đầu chữ thập (3). Thân trục cán có dạng trục trơn (a) hoặc có các rãnh tạo lỗ hình (b), cổ trục để lắp ổ đỡ, đầu chữ thập là chỗ nối với bộ phận truyền dẫn. 3 2 1 2 3 3 2 1 2 3 a. Trục cán thẳng b. Trục cán thép hình Trục truyền: Truyền mô men xoắn từ hộp phân lực đến cho các trục cán. Có 3 loại trục truyền: Trục khớp nối hoa mai có cấu tạo đơn giản, góc nâng không lớn dùng rộng rãi ở các máy cán hình, máy cán tấm và máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn. Trục khớp nối vuông: dùng nhiều trong các máy cán cỡ nhỏ phi tiêu chuẩn, máy cán hỗn hợp vừa cán hình vừa cán tấm, hợp lý nhất là khi dùng các loại máy cán có đ−ờng kính trục 50ữ200 mm. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 36 a. 1 2 3 4 5 b a. sơ đồ lắp ráp trục nối; b. khớp nối vuông 1- bánh răng chữ V, 2- khớp nối, 3- gỗ đệm, 4- trục nối vuông, 5- trục cán Trục khớp nối vạn năng: Có khả năng truyền mô men xoắn cho trục cán ở góc nghiêng α = 00ữ100. Nó đ−ợc sử dụng nhiều trong máy cán, đặc biệt trong các loại máy cán phôi, máy cán phá, máy cán tấm dày, máy cán ren v.v Hộp bánh răng chữ V: Phân phối mômen xoắn ra cho các trục cán. Các bánh răng đ−ợc chế tạo từ thép 40Cr hoặc 40CrNi, răng xiên 2 phía có khả năng chịu tải lớn và chống đ−ợc lực dọc trục. Hộp giảm tốc: đ−ợc chế tạo từ các bánh răng nghiêng có từ 1 đến 3 cấp, mỗi cấp có tỷ số truyền từ 4 đến 6, hộp giảm tốc 3 cấp ít dùng. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 37 Ch−ơng 4 Một số thiết bị thông dụng trong rèn dập 4.1. Máy búa không khí nén 4.1.1. Khái niệm Máy búa không khí nén làm việc nhờ không khí đ−a vào từ xi lanh nén của chính bản thân máy. Theo đặc tr−ng tác dụng của không khí lên piston công tác, ng−ời ta chia thành máy búa tác động đơn và máy búa tác động kép. Theo số xi lanh chia ra loại một xi lanh và loại hai xi lanh. Theo số ph−ơng pháp dẫn h−ớng đầu búa, chia ra máy không có dẫn h−ớng và máy có dẫn h−ớng. Theo cách bố trí buồng đệm chia ra máy có buồng đệm trên và d−ới. Theo cấu tạo cơ cấu phân phối hơi chia ra máy có khoá ngang và van trụ. Theo loại thân máy: máy một trụ và 2 trụ. Máy búa đ−ợc chế tạo phổ biến là loại 2 xi lanh tác động kép có 2 khoá ngang và một khoá không tải có khối l−ợng phần rơi 75 ữ 1000 kg. 4.1.2. Nguyên lý tác dụng của máy búa không khí nén Nhờ nhận đ−ợc chuyển động từ động cơ qua hộp giảm tốc và cơ cấu biên - trục khuỷu, piston nén chuyển động qua lại nén không khí trong xi lanh để đ−a vào xi lanh công tác. Chuyển động của piston nén là chuyển động một bậc tự do và đ−ợc xác định bằng góc quay của trục khuỷu α (Hình 4.1). Trong máy búa không khí nén, chất công tác cũng là không khí và giữ chức năng nh− đệm đàn hồi đảm bảo chuyển động của piston công tác phụ thuộc vào chuyển Hình 4.1. Máy búa không khí nén 2 xilanh có 2 khoá ngang. động của piston nén. a. DạngTrong chung; quá b. trìnhVị trí gia điều công, khiển mặc bằng dù tay chiều cao vật rèn thay đổi nh−ng số hành trình kép của máy búa không thay đổi và bằng số vòng quay của trục quay. Quy −ớc ban đầu α = 00 ứng với thời điểm piston nén ở vị trí cao nhất, piston công tác ở vị trí thấp nhất và đầu búa tiếp xúc với vật rèn. Trong vị trí này khoá trên và d−ới luôn mở, các buồng trên và d−ới của xi lanh nén thông với các buồng trên và d−ới Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 38 2 của xi lanh công tác và đều thông với môi tr−ờng nên có áp suất P0 = 0,1 MN/m (Hình 4.2a). Tại thời điểm α = 0 → α = α1: Khi piston nén từ vị trí ban đầu chuyển động xuống d−ới, áp suất trong buồng d−ới của 2 xi lanh tăng lên, còn áp suất trong các buồng trên giảm. Đến một lúc nào đó áp suất các buồng d−ới tăng đủ để thắng trọng l−ợng bộ phận rơi, lực ma sát và áp lực của không khí buồng trên và xi lanh công tác, piston công tác bắt đầu đ−ợc nâng lên. Góc t−ơng ứng với thời điểm đó gọi là góc đầu búa rời khỏi vật rèn α1. 0 Tại thời điểm α = α1 → α2 = 180 (Hình 4.2b): sự thay đổi áp suất không khí các buồng trên và d−ới phụ thuộc vào sự thay đổi tổng thể tích các buồng trên và d−ới của 2 xi lanh và t−ơng ứng với quá trình đoạn nhiệt P.V = const. 0 Khi α = α2 = 180 piston nén ở vị trí d−ới cùng, buồng trên xi lanh nén thông với ngoài trời còn buồng d−ới kín. Khi α = α2: chuyển động tiếp theo của 2 piston theo cùng một h−ớng. Khi α = α3 piston công tác đóng rãnh thông giữa 2 buồng trên của 2 xi lanh. Do sự tăng dần trở lực của không khí trong buồng đệm và sự giảm áp suất trong các buồng d−ới, chuyển động của piston công tác chậm dần và dừng nhanh ở vị trí khi α = αb. D−ới tác dụng của không khí trong buồng đệm, piston công tác đ−ợc chuyển động ngay lập tức xuống d−ới một chút. áp suất của không khí trong buồng đệm thay đổi theo đ−ờng đoạn nhiệt và khác với áp suất của không khí trong buồng trên của xilanh nén. f4 f f 3 2 Theo A Theo A Theo A f1 α = 0 A A A α4 α2 c. a. b. Hình 4 2. Vị trí của xilanh công tác và xilanh nén. α = α4 (Hình 4.2c): khi hạ piston công tác, áp suất trong buồng đệm giảm và khi đó áp suất buồng trên của xilanh nén vẫn tăng do piston nén đang chuyển động lên. Đến lúc nào đó buồng trên xilanh công tác sẽ đ−ợc thông với buồng trên xi lanh nén qua van một chiều. Thời điểm piston công tác ra khỏi buồng đệm t−ơng ứng với góc α = α4 - α = α4 → α = α5 . Trục khuỷu tiếp tục quay, piston nén lên gần tới điểm trên cùng còn piston công tác xuống tới vị trí d−ới và đập vào vật tại thời điểm α = α5 < 3600. α5 → α1: Khi trục khuỷu quay từ α5 đến α1, piston công tác đứng ở vị trí d−ới va đập nh− vậy gọi là “va đập dính”. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 39 Chu trình tiếp theo lặp lại theo nguyên lý làm việc nói trên đ−ợc biểu diễn bằng giản đồ chu trình vòng tròn (H.4.3) gồm 4 phần và ký hiệu: • α1 - α2: nâng piston công tác từ lúc đầu búa rời khỏi vật rèn đến lúc buồng trên của xilanh nén thông với môi tr−ờng. • α2 - α3: nâng piston công tác từ lúc tr−ớc đó đến lúc đóng buồng đệm. • α3 - α4: nâng và chuyển động tiếp theo xuống d−ới của piston công tác từ lúc đóng buồng đệm đến lúc mở buồng đệm. • α4 - α5: piston công tác chuyển động xuống d−ới từ lúc mở buồng đệm đến lúc va đập. Góc quay của trục khuỷu để nâng piston công tác (α1 - αb) rất lớn so với góc quay 0 (αb - α5) khi piston công tác chuyển động xuống d−ới. Trong máy búa α1 ≈ 40 , αb ≈ 0 0 270 và α5 = 340 ữ 360 . δ h f4 α5 α1 f2 H f3 f α 1 4 α b S α3 α2 H ình 4.3- Giản đồ chu trình của máy X búa (a) và nguyên lý của máy búa (b). Chú thích: Đ−ờng nét đậm biểu diễn piston nén và piston công tác chuyển động cùng h−ớng. 4.1.3. Tính toán máy búa Ta thấy rằng: khi trục khuỷu quay một vòng,chuyển động của piston công tác đ−ợc chia ra 4 giai đoạn riêng biệt. Để dể tính toán ta ký hiệu: G - trọng l−ợng phần rơi; M - khối l−ợng phần rơi. ω - vận tốc góc của trục khuỷu; n0 - số vòng quay của trục khuỷu; n - hệ số đoạn nhiệt; r - bán kính trục khuỷu; l - chiều dài biên; h - chiều cao ban đầu của vật rèn; hδ - chiều cao của buồng đệm; Hδ - hành trình của của đầu búa tính từ mặt trên của piston công tác đến buồng đệm; k - hệ số biên k = r/l; H - hành trình lắp ráp của piston công tác tính từ mặt trên của piston đến nắp xilanh khi piston công tác ở vị trí d−ới cùng và không có vật rèn; Hm - hành trình cực đại của đầu búa tính từ mặt trên của piston đến nắp xilanh khi piston công tác ở vị trí d−ới cùng và có vật rèn; S và X - đ−ờng đi của piston nén và công tác; Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 40 f1, f2, f3, f4 - diện tích mặt d−ới, mặt trên của piston công tác và piston nén; V01, V02 - thể tích ban đầu của các buồng d−ới, các buồng trên của 2 xilanh kể cả thể tích các rãnh ở bộ phân phân phối khí; P1, P2 - áp suất tuyệt đối của không khí ở các buồng d−ới, các buồng trên ở thời điểm đang xét; Pδ - áp suất tuyệt đối của không khí ở buồng trên xilanh công tác tại thời điểm đóng buồng đệm; P0 - áp suất của môi tr−ờng; ϕ0, ϕ1, ϕ2 - hệ số tính đến lực ma sát khi đầu búa đứng yên, chuyển động lên trên và chuyển động xuống d−ới; V1, V2 - thể tích của các buồng d−ới, các buồng trên ở tại thời điểm đang xét; a/ Xác định góc rời khỏi vật rèn α1 0 Trong phần 0 < α < α1: đầu búa dừng ở vị trí d−ới. Trong phần đó tổng thể tích các buồng d−ới và các buồng trên V1 và V2 chỉ thay đổi do sự thay đổi thể tích buồng d−ới và buồng trên của xilanh nén: V1 = V01 - Sf3 ; V2 = V02 - Sf4 Từ ph−ơng trình đoạn nhiệt ta có ph−ơng trình cân bằng lực tác dụng lên piston công tác ta có: P1.f1 + P0(f2 - f1) - P2f2 - ϕ0.G = 0 Biến đổi ph−ơng trình trên ta có: ϕ .q S = 0 (4.1) ⎛ n.f3 C.n.f4 ⎞ P0 ⎜ + ⎟ ⎝ V01 V02 ⎠ Mặt khác độ chuyển dịch của piston nén nhờ truyền động từ cơ cấu biên-trục khuỷu có thể tích theo công thức gần đúng sau: S ≈ r[(1 - cosα) + 0,25k(1 - cos2α)] (4.2) Tại thời điểm α = α1: S = S.(α1) = r[(1 - cosα) + 0,25k(1 - cos2α1)] Vn Vn P = P 01 ; P = P 02 1 0 n 2 0 n []V01 − S()a1 f3 []V02 − S()a1 f4 b/ Hành trình đoạn 1 của máy từ α1 < α < α2: d2x f1.P1 + P0 ()f2 − f1 − f2.P2 − ϕ1.G = M (4.3) dt2 Trong đoạn 1, piston nén và công tác đều chuyển động, giải ph−ơng trình trên ta đ−ợc: b X = a []1− cosq ()α − α + 1 ()A sin q α + B cosq α − q cosα (4.4) 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 ω .q1()q1 −1 Đạo hàm bậc 1, bậc 2 theo thời gian ph−ơng trình (4.4) ta đ−ợc tốc độ, gia tốc đầu búa: b (− A cosq α − B sin q α + cosα) v = ω .a q 2 sin q ()α − α + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 ω()q1 −1 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 41 b (− A sin q α − B cosq α + cosα) j = ω2.a q 2 cosq ()α − α + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 ()q1 −1 ⎛ k ⎞ b ⎜1+ ⎟ − f .g 1 4 1 Trong đó: a = ⎝ ⎠ 1 2 l1 P .n.g.r ⎛ f .f f .f ⎞ b = 0 ⎜ 1 3 + 2 4 ⎟ . 1 G ⎜ V V ⎟ ⎝ 01 02 ⎠ P .n.g ⎛ f 2 f 2 ⎞ l2 = 0 ⎜ 1 + 2 ⎟ 1 ⎜ ⎟ G ⎝ V01 V02 ⎠ l q = 1 1 ω A1 = q1 cosα1 sin q1α1 − sin α1 cosq1α1 . B1 = q1 cosα1 cosq1α1 − sin α1 sin q1α1 . p .Vn Khi α = α thì: P = 0 01 . 1 1 n []V01 + Xα2.f1 − Sα2.f3 p .Vn P = 0 02 2 n []V02 + Xα2.f2 − Sα2 .f4 ở thời điểm α = α2 buồng trên của piston nén thông với ngoài trời nên P2 = P0. Bởi vậy nếu α > α2 thì P2 xác định theo công thức sau: ⎡ Vn ⎤ P = P ⎢ 02 + R∗ ⎥ 2 0 n ⎣⎢()V02 − f2 .X + f4 .S ⎦⎥ Vn R∗ = 1− 02 n ()V02 − f2 .Xα2 + f4 .Sα2 ∗ Từ đẳng thức trên ta thấy rằng khi thiết kế sao cho f2.Xα2 = f4.Sα2 thì R = 0 tức là P2 = P0. Do đó khi buồng trên xilanh nén thông với ngoài trời thì sự giảm áp suất không xảy ra. c/ Hành trình đoạn thứ 2 (α2 ≤ α ≤ α3) Ph−ơng trình chuyển động của đầu búa ở đoạn 2 có dạng: d2x f1.P1 + P0 ()f2 − f1 − f2.P2 − ϕ1.G = M dt2 Giải ph−ơng trình trên ta đ−ợc tốc độ đầu búa: Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 42 v = ()a2 + X1 cosq2 sinq2 (α − α2 )+ v1 cosq2 (α − α2 ) v1 b2 ()A2 cosq2a − B2 cosq2a + sina + sinq2 ()α − α2 + ω.q2 w()q2 −1 X1 = Xα2; v1 = vα2 Trong đó X1, v1 là đ−ờng đi và tốc độ của đầu búa ở cuối giai đoạn 1 (tại thời điểm α = α2 ) Gia tốc của đầu búa: dv j = ω = (a − X )q 2 .ϖ2 cosq ()α − α − v .ω.q sin()α − α + dα 2 1 2 2 2 1 2 2 b .q ⎡ 1 ⎤ + 2 2 − A sin q α − B cosq α + cosα 2 ⎢ 2 2 2 2 ⎥ q2 −1 ⎣ q2 ⎦ ⎛ k ⎞ f .P .R∗.g b ⎜1+ ⎟ − ϕ .g − 2 0 2 4 1 G Trong đó: a = ⎝ ⎠ 2 2 l2 P .n.g.R ⎛ f .f f .f ⎞ b = 0 ⎜ 1 3 + 2 4 ⎟ 2 G ⎜ V V ⎟ ⎝ 01 02 ⎠ P .n.g ⎛ f 2 f 2 ⎞ l l2 = 0 ⎜ 1 + 2 ⎟ ; q = 2 2 ⎜ ⎟ 2 G ⎝ V01 V02 ⎠ ω A2 = q 2 cosα2 sin q 2α2 − sin α2 cosq 2α2 . B2 = q 2 cosα2 cosq 2α2 + sin α2 sin q 2α2 . d/ Hành trình đoạn 3 từ α3 α3 áp suất trong buồng đệm Pδ sẽ tính theo công thức: n n Pδ .h = Pδ0.hδ (4.5) Trong đó h - chiều cao của buồng đệm tại điểm đang xét; hδ - chiều cao toàn phần của buồng đệm. Nếu gọi X1 là chiều sâu sử dụng piston trong buồng đệm và Z = X1/hd là chiều cao t−ơng đối sử dụng piston trong buồng đệm thì từ ( 4.5) ta có: Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 43 n n n ⎛ hδ ⎞ ⎛ hδ ⎞ ⎛ 1 ⎞ Pδ = Pδ0 ⎜ ⎟ = Pδ0 ⎜ ⎟ = Pδ0 ⎜ ⎟ ⎝ h ⎠ ⎝ hδ − X1 ⎠ ⎝1− Z ⎠ P Nếu vẽ đồ thị δ theo biến số Z ta sẽ có đồ thị nh− hình 4.4. Pδ0 Pδ/Pδ0 δ h h 1 X 1 Z 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Hình 4.4 Để đơn giản cho tính toán ta chia đ−ờng cong ra một số phần và thay thế từng phần bằng các đoạn thẳng nối điểm đầu và điểm cuối của đoạn cong. Các đoạn thẳng có ph−ơng trình tổng quát: Pδ ⎛ X − Hδ X n ⎞ = γ n + k′n ()Z − Zn = γ n + k′n ⎜ − ⎟ Pδ0 ⎝ hδ hδ ⎠ Trong đó: γn - tung độ điểm đầu của đoạn thẳng; Kn - hệ số góc của đoạn thẳng; Z, Zn - hoành độ điểm đầu và cuối của đoạn thẳng X - hành trình của máy búa lúc cuối (lúc đang xét); Xn - tổng chiều sâu ban đầu sử dụng piston trong buồng đệm; Đối với đoạn thẳng thứ nhất: Xn = 0; Đối với đoạn thẳng thứ 2: Xn = X1. Đối với đoạn thẳng thứ 3: Xn = X1 + X2; Đối với đoạn thẳng thứ 4: Xn = X1 + X2 + X3. Ph−ơng trình chuyển động của đầu búa ở đoạn 3: d2x f1.P1 + P0 ()f2 − f1 − f2.Pδ − ϕ1,2 .G = M . (4.6) dt2 ϕ1 = 1,1; ϕ2 = 0,9 Giải ph−ơng trình trên ta đ−ợc: v2 X = a3[]1− cosq3 ()α − α3 + X2 cosq3 ()α − α3 + sin q3 ()α − α3 + ω.q3 (4.7) b ()A sinq α + B cosq α + q cosα + 3 3 3 3 3 3 2 2 q3.ω (q3 −1) Trong đó: Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 44 ⎛ k ⎞ f2 .Pδ0.g ⎡ k′n (Hδ + X n ) P0 ⎤ b3 ⎜1+ ⎟ − ϕ1,2 .g − ⎢γ n − − ⎥ ⎝ 4 ⎠ G h P a = ⎣ δ δ0 ⎦ 3 2 l3 P0.n.g.R.f1.f3 b3 = G.V01 P .g ⎛ n.f 2 P k′ ⎞ l2 = 0 ⎜ 1 + f δ0 . n ⎟ . 3 ⎜ 2 ⎟ G ⎝ V01 P0 hδ ⎠ l q = 3 3 ω A3 = q3 cosα3 sin q3α3 − sin α3 cosq3α3 B3 = q3 cosα3 cosq3α3 + sin α3 sin q3α3 Tốc độ đầu búa và gia tốc đầu búa đ−ợc tính: v = ()a3 + X2 ω.q3 sin q3 (α − α3 )(+ v2 cosq3 α − α3 ) b ()A cosq a − B cosq a + sina + 3 3 3 3 3 2 w()q3 −1 2 2 j = ()a3 − X2 q3 .ϖ cosq3 (α − α3 )(− v2.ω.q3 sin α − α3 )+ b .q ⎡ 1 ⎤ + 3 3 − A sin q α − B cosq α + cosα 2 ⎢ 3 3 3 3 ⎥ q3 −1 ⎣ q3 ⎦ áp suất không khí trong buồng trên của xilanh nén: n ⎡ ⎤ V02 − f2 .Hm + f4 .Sδ P2k = Pδ0 ⎢ ⎥ ⎣⎢()V02 − f2.Hm + f4.S ⎦⎥ Trong đó Sδ là đ−ờng đi của piston nén tại thời điểm đóng rãnh thông giữa các buồng trên của 2 xilanh. áp suất buồng d−ới 2 xilanh vẫn tính theo công thức: p .Vn P = 0 01 1 n []V01 + X.f1 − S.f3 đ/ Hành trình đoạn 4 của đầu búa α4 ≤ α ≤ α5 Ph−ơng trình chuyển động của đầu búa t−ơng tự nh− đoạn 2: d2x f1.P1 + P0 ()f2 − f1 − f2.P2 − ϕ2.G = M dt2 Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 45 Giải ph−ơng trình nhận đ−ợc: v3 X = a4 []1− cosq 4 ()α − α4 + X3 cosq 4 ()α − α4 + sinq 4 ()α − α4 + ω.q4 (2.8) b ()A sinq α + B cosq α + q cosα + 4 4 4 4 4 4 2 2 q 4.ω (q 4 −1) Trong đó: ⎛ k ⎞ f .P .R∗ b ⎜1+ ⎟ − ϕ .g − 2 0 4 4 2 G a = ⎝ ⎠ 4 2 l4 P0.n.g.R. ⎛ f1.f3 f2.f4 ⎞ b4 = ⎜ + ⎟ G.V01 ⎝ V01 V02 ⎠ P .g.n ⎛ f 2 f ⎞ l2 = 0 ⎜ 1 + 2 ⎟ 4 ⎜ ⎟ G ⎝ V01 V02 ⎠ l q = 4 4 ω A 4 = q 4 cosα4 sin q 4α4 − sin α4 cosq 4α4 . B4 = q 4 cosα4 cosq 4α4 + sin α4 sin q 4α4 . X3 = Xα3; v3 = vα3 Tốc độ đầu búa đ−ợc tính: v = ()a4 + X3 ω.q4 sinq 4 (α − α4 )(+ v3 cosq4 α − α4 ) b ()A cosq a − B cosq a + sina + 4 4 4 4 4 2 w()q 4 −1 Khi thiết kế phải tính sao cho q > 0,9. Vì bài toán phức tạp nên chỉ ra h−ớng thay đổi các thông số: 2 2 j = ()a 4 − X3 q 4.ϖ cosq 4 (α − α4 )− v3.ω.q 4 sin(α − α4 )+ b .q ⎡ 1 ⎤ + 4 4 − A sinq α − B cosq α + cosα 2 ⎢ 4 4 4 4 ⎥ q 4 −1 ⎣ q 4 ⎦ Nếu vẽ đồ thị biểu diễn hành trình của piston nén và piston công tác theo góc quay của trục khuỷu ta đ−ợc đồ thị có dạng hình 4.5a còn vận tốc của đầu búa cũng theo góc quay α có dạng nh− hình 4.5b. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 46 S,X X S 0 0 α a/ 0 0 V α1 180 3600 α0 αb b/ 0 α 0 1 α5 Hình 4.5 Chú ý: Khi λi = ω tức là qi = 1 thì có cộng h−ởng. Lúc đó các phần cuối cùng của x, y, j có dạng 0/0. Vì vậy phải dùng quy tắc lopitan để tìm x, v, j. Tuy vậy khi làm việc chiều cao vật rèn và góc α1 tăng lên. Vì vậy λ1 = ω chỉ phát sinh trong một thời điểm nào đó. Còn tại các thời điểm còn lại λi ≠ ω nên không có cộng h−ởng mà nếu có cộng h−ởng thì do có buồng đệm và vật rèn nên máy vẫn làm việc bình th−ờng (Pδ = 7 at). Khi tính toán ta phân tích điều kiện cộng h−ởng để có thể nhận đ−ợc biên độ dao động lớn nhất tức là có tốc độ va đập lớn nhất. Tuy nhiên hiện t−ợng cộng h−ởng chỉ có khi h bằng chiều cao vật chọn để tính toán, ta có: V01 = [4af1 + f3(2r + bM)].1,09 + f1.h V02 = [f2.H + bb.fH].1,04 - f2.h A = 25 mm; b = bH = 5 mm. Trong đó: a - khoảng cách từ mép d−ới piston công tác đến nắp d−ới xilanh; H - hành trình lắp ráp; h - chiều cao vật rèn γa - chiều cao khoảng trống có hại d−ới xilanh công tác; bb, bH - chiều cao khoảng trống có hại trên và d−ới xilanh nén. Trong các công thức xác định vận tốc đầu búa ta thấy các hệ số q, b, λ, a. Các hệ số này phụ thuộc vào chiều cao thông số của máy búa R, γ1, γ2, γ3, γ4 chiều cao của vật rèn h. Khi va đập h thay đổi, vì vậy còn chọn các thông số sao cho tốc độ va đập lớn nhất. 4.1.4. Giản đồ chỉ dẫn, công và hiệu suất của máy búa a/ Giản đồ chỉ dẫn Biểu diễn sự thay đổi áp suất của các buồng trên và d−ới theo hành trình của piston nén và hành trình của đầu búa (H.2.6), ta vẽ đ−ợc các đ−ờng cong áp suất phụ thuộc vào các trị số góc quay α của trục khuỷu căn cứ vào công thức tính áp suất P1, P2. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 47 P1 P1 2,0 2,0 α áp suất khí trời 1 1,0 áp suất khí trời 1,0 α1 0 0 D−ới Trên Trên D−ới αb P2 α4 P2 Mở buồng đệm α4 2,0 2,0 α3 Đóng Buồng α3 đệm α = 0 α 1,0 1,0 α2 5 áp suất khí trời áp suất khí trời α1 α1 X, cm 0 0 D−ới Trên S, cm Trên D−ới Xilanh nén Xilanh công tác Hình 2.6- Giản đồ chỉ dẫn áp suất không khí P1 ở các buồng d−ới của 2 xilanh t−ơng ứng bằng nhau nếu bỏ qua sự rò van tiết l−u không khí trong rãnh nối. áp suất của không khí P2 nh− nhau đối với cả 2 xilanh tr−ớc khi đóng buồng đệm. Sau khi đóng buồng đệm, áp suất của không khí trong buồng trên của xilanh nén khi góc quay α = α3 ữ α4 thay đổi theo biểu thức: n ⎡ ⎤ V02 − f2 .Hm + f4 .Sδ P2k = Pδ0 ⎢ ⎥ ⎣⎢()V02 − f2.Hm + f4.S ⎦⎥ Trong đó Sδ - hành trình của piston nén tại lúc đóng buồng đệm; S - giá trị tức thời của hành trình piston nén sau khi đóng buồng đệm; Giản đồ chỉ dẫn đặc tr−ng cho công của không khí trong các xilanh máy búa. Chỉ số công chỉ dẫn của không khí trên và d−ới đ−ợc xác định theo giản đồ này. b/ Công và hiệu suất của máy búa Năng l−ợng điện cung cấp của động cơ điện đ−ợc biến đổi liên tục thành cơ năng của động cơ thành công chỉ dẫn của không khí trong xilanh công tác và trong xilanh nén, thành công cơ học nâng bộ phận rơi và năng l−ợng đập có ích LE. Sau một hành trình kép, không khí trong xilanh công tác thực hiện một công chỉ dẫn Aip. Công đo đ−ợc xác định theo công thức: Aip = AipH + Aipb Trong đó, AipH, Aipb là công chỉ dẫn của không khí d−ới và trên trong xilanh Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 48 công tác xác định theo giản đồ chỉ dẫn. Công chỉ dẫn của không khí Aip tiêu tốn để tạo ra năng l−ợng có ích và thắng ma sát: Aip = LE + 2ϕ.G.H Trong đó, ϕ - hệ số mất mát do ma sát; G - trọng l−ợng rơi; H - hành trình búa. ηM = LE/An = ηMP.ηMK.ηoi ≈ 0,55 ữ 0,65 Nếu nh− tính toán đến tất cả các năng l−ợng mất mát trong động cơ điện, hộp giảm tốc, mạng điện máy phát và hiệu suất va đập ta sẽ có hiệu suất kinh tế của thiết bị máy búa. Hiệu suất này phụ thuộc vào điều kiện chế tạo và trạng thái làm việc và bằng 0,03 ữ 0,06. 4.1.5. Xilanh và piston máy búa Xilanh là một trong những chi tiết quan trọng nhất của máy búa. Hiện nay th−ờng dùng hai dạng xilanh nguyên và xilanh có đáy hở. Xilanh có đáy hở gia công dể hơn vì có dạng một ống rỗng, nên rất dể tiện và doa. Giữa xilanh và thân máy có đặt tấm đệm. Xilanh búa th−ờng đúc bằng gang có chiều dày phải tính đến l−ợng kim loại bị mài mòn có thể đem doa lại không quá 3 lần mỗi lần là ≤ 5 mm. Xilanh búa dập chế tạo bằng đúc thép cácbon mềm (C30) bên trong xilanh búa có bạc lót làm bằng gang GX28-48. Chiều dày xilanh = 0,1D (nếu làm bằng thép) , đối với máy búa nhỏ thì = 0,2D. Chiều dày bạc xilanh = 0,05D. Trong quá trình làm việc, bạc xilanh có thể bị vỡ do piston va đập. Để xác định đ−ờng kính xilanh máy búa tác dụng kép có thể dùng công thức thực nghiệm sau: πD2 n .p = ()3 ữ 5 G 4 Trong đó: Dn - đ−ờng kính piston (cm); p - áp suất hơi ở đồng hồ đo (at) G - khối l−ợng phần rơi (kg) 4(3 ữ 5)G G Từ đó: D = = ()1,95 ữ 2,5 n π.p p nếu p = 6 at thì Dn = (0,8 ữ 1,03) G . Giữa piston và xilanh là xécmăng. Số l−ợng xécmăng th−ờng từ 2 ữ 4 chiếc và đ−ợc chế tạo bằng thép (C35; C40). Vì có tính đàn hồi của xécmăng nên piston và thành xilanh giữ đ−ợc độ khít, ngăn cản hơi l−u thông giữa buồng trên và buồng d−ới. Thời gian làm việc của xécmăng từ 6 đến a b 12 tháng. Xécmăng sử dụng 2 loại (Hình 4.7). Loại b tốt vì kín hơn nh−ng chế tạo lại khó hơn. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 49 Chiều cao piston: hn = (1 ữ 0,8)d d - đ−ờng kính piston Đ−ờng kính piston th−ờng nhỏ hơn đ−ờng kính xilanh (1 ữ 2,5) mm. Piston là chi tiết có khối l−ợng Gn ≤ 0,05GH Piston chế tạo bằng thép 45, 50 (Hình 4.8). Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 50 4.2. Máy ép trục khuỷu 4.2.1. Sơ đồ nguyên lý Máy ép trục khuỷu có lực ép từ 16 ữ 10.000 tấn. Máy này có loại hành trình đầu con tr−ợt cố định gọi là máy có hành trình cứng; có loại đầu con tr−ợt có thể điều chỉnh đ−ợc gọi là hành trình mềm. Nhìn chung các máy lớn đều có hành trình mềm. Trên máy ép cơ khí có thể làm đ−ợc các công việc khác nhau: rèn trong khuôn hở, ép phôi, đột lỗ, cắt bavia v.v Sơ đồ nguyên lý đ−ợc trình bày trên hình sau: Nguyên lý làm việc: Động cơ (1) qua bộ truyền đai (2) truyền chuyển động cho trục (3), bánh răng (4) ăn khớp với bánh răng (7) lắp lồng không trên trục khuỷu (5). Khi đóng li hợp (6), trục khuỷu (8) quay, 1 2 3 thông qua tay biên (8) làm cho đầu tr−ợt (9) 4 chuyển động tịnh tiến lên xuống, thực hiện chu 5 trình dập. Đe d−ới (10) lắp trên bệ nghiêng có 6 thể điều chỉnh đ−ợc vị trí ăn khớp của khuôn trên và khuôn d−ới. Đặc điểm của máy ép trục khuỷu: 7 chuyển động của đầu tr−ợt êm hơn máy búa, 8 năng suất cao, tổn hao năng l−ợng ít, nh−ng có 10 nh−ợc điểm là phạm vi điều chỉnh hành trình bé, đòi hỏi tính toán phôi chính xác và phải làm sạch 9 phôi kỹ tr−ớc khi dập. 4.2.2. Động học của cơ cấu tay biên-trục khuỷu Khi thiết kế máy ép trục khuỷu ta cần xác định các thông số động học (quy luật thay đổi hành trình, tốc độ và gia tốc của đầu tr−ợt), xác định các trị số động học đó trong suốt hành trình công tác. Hầu hết các máy ép trục khuỷu đều có cơ cấu tay biên- trục khuỷu. Ta cần xem xét động học của cơ cấu này. ω a/Tr−ờng hợp đồng trục 0 R Hmin, Hmax: chiều cao khép kín nhỏ nhất α và lớn nhất của máy. M A S - hành trình toàn bộ của máy. L - R L Sα - hành trình tức thời của máy t−ơng B L + R ứng với góc quay α. 2 β α - góc quay của trục khuỷu tính từ S Max đ−ờng trục tới bán kính khuỷu. H α S β - góc kẹp giữa biên và đ−ờng trục. B1 Bàn máy Min R, L - bán kính khuỷu, chiều dài biên H ω - vận tốc góc của trục khuỷu H 4.9- Phân tích động học cơ cấu tay biên-trục khuỷu Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 51 K - hệ số tay biên K = R/L B1, B2 - điểm chết trên, d−ới của máy n Hành trình của đầu tr−ợt Từ hình 2.9: Sα = R + L - Rcosα - Lcosβ = R(1 - cosα) + L(1 - cosβ) (1) AM = Rsinα = Lsinβ ⇒ sinβ = (Rsinα)/L 1 1 cosβ = ()1− sin2 β 2 = ()1− K2 sin2 α 2 1 1 ≈ 1− K2 sin2 α = 1− K2 ()1− cos2α 2 4 Từ (1) ta có: ⎡ L ⎤ ⎡ 1 K2 ⎤ Sα = R⎢1− cosα + ()1− cosβ ⎥ = R⎢(1− cosα)+ . ()1− cos2α ⎥ ⎣ R ⎦ K 4 ⎣⎢ ⎦⎥ ⎡ K ⎤ Sα = R⎢()1− cosα + ()1− cos2α ⎥ ⎣ 4 ⎦ o Tốc độ đầu tr−ợt: dSα d ⎡ K ⎤ dα Vα = = R⎢()1− cosα + (1− cos2α)⎥ dt dα ⎣ 4 ⎦ dt dα mà = ω. Giả thiết rằng, ω = const dt ⎡ K ⎤ Vậy, Vα = ωR⎢sin α + sin 2α⎥ (2) ⎣ 2 ⎦ p Gia tốc của đầu tr−ợt: d2S dv J = α = = ω2R[cosα + K cos2α] (3) α dt dt q Xác định góc α khi biết Sα: Nếu biết trị số hành trình Sα, trong thực tế tính toán ng−ời ta tìm trị số góc α nh− sau: ⎡ 1 ⎤ Từ công thức: Sα = R⎢()1− cosα + ()1− cosβ ⎥ ⎣ K ⎦ Thay:cosβ = 1− K2 sin2 α vào công thức trên, ta đ−ợc: ⎡ 1 ⎛ 2 2 ⎞⎤ Sα = R⎢1− cosα + ⎜1− 1− K sin α ⎟⎥ ⎣ K ⎝ ⎠⎦ Đặt C = Sα/R vào ph−ơng trình trên ta đ−ợc cosα: Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 52 ⎛ 1 ⎞ C2 + 2()1− C ⎜1+ ⎟ K cosα = ⎝ ⎠ (4) ⎛ 1 ⎞ 2⎜1− C + ⎟ ⎝ K ⎠ Công thức trên đ−ợc gọi là công thức Xtôrôgiép. SR 1,6 K = 0,1 K = 0,2 1,2 K = 0,3 K = 0,4 0,8 0,4 SR = S/R V0 ωR 0,8 K = 0,1 0,4 K = 0,2 K = 0,3 0 K = 0,4 - 0,4 - 0,8 V ω R J ω2R J 2 0,8 ω R 0,4 K = 0,1 K = 0,2 0 K = 0,3 K = 0,4 - 0,4 - 0,8 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 α H.4.10- Đồ thị Sα, Vα, Jα Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 53 2 Vẽ đồ thị biểu diễn Sα, Vα, Jα hay Sα/R, Vα/ωR, Jα/ω R phụ thuộc vào góc quay α ta đ−ợc dạng đồ thị nh− hình 4.10. Từ đó ta thấy rằng, hành trình và tốc độ của đầu tr−ợt ít chịu ảnh h−ởng của hệ số tay biên K, còn gia tốc chịu ảnh h−ởng nhiều của hệ số K. Hệ số K cũng ảnh h−ởng đến lực, làm thay đổi chế độ lực tác dụng lên máy và ảnh h−ởng đến kích th−ớc (ngang và dọc) của máy. Vì thế đối với các loại máy khác nhau, giá trị cũng khác nhau. b/Tr−ờng hợp không đồng trục ω Từ hình 4.11 ta thấy rõ rằng: 0 R Hành trình của đầu tr−ợt: A α 2 2 e Sα = ()R + L − e − ()R cosα + L cosβ Ký hiệu: K = R/L; e’ = e/R (e’ là hệ số lệch L trục). β H Cũng chú ý rằng: B sinβ = Ksinα + e’K (5) S B cosβ = 1− ()Ksinα + e'K 2 1 Hình 4.11- Tr−ờng hợp K2 không đồng trục ≈ 1− ()sinα + e' 2 2 2 ⎛ e ⎞ e2 Ta có: ()R + L 2 − e2 = ()R + L 1− ⎜ ⎟ ≈ R + L − ⎝ R + L ⎠ 2()R + L Thực tế các giá trị K và e nhỏ, vì vậy ta có đ−ợc: ⎡ K 1 e'.K2 ⎤ Sα = R⎢1− cosα + ()1− cos2α + K.e'.sinα + ⎥ (6) ⎣⎢ 4 2 ()1+ K ⎦⎥ Trong các công thức này, e và e’ có dấu “+” khi vị trí của điểm B ở bên phải đ−ờng trục thẳng đứng từ điểm O. Còn e và có dấu “-” khi B ở bên trái đ−ờng trục đó. Hệ số K = 0,05 ữ 0,45 (th−ờng K < 0,25) còn e’ = 0 ữ 1,3 (th−ờng lấy e’ < 0,5). Khi đó sai số của Sα không v−ợt quá 8 ữ 10%. T−ơng tự nh− với cơ cấu đồng tâm, ta có tốc độ của đầu tr−ợt (sai số < 6%). ⎛ K ⎞ Vα = ωR⎜sinα + sin2α + e'.K cosα⎟ (7) ⎝ 2 ⎠ Gia tốc của đầu tr−ợt (sai số nhỏ hơn 8%): 2 Jα = ωR (cosα + Kcosα - e’.Ksinα) (8) Góc quay α (khi α < 300) có thể tính theo công thức gần đúng sau: e'.K 2S α ≈ − ± α (9) 1+ K (1+ K)R Đối với những cơ cấu có nhiều khâu, việc thiết lập các công thức Sα, Vα, Jα cồng Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 54 kềnh và rất phức tạp. Vì vậy th−ờng xây dựng đồ thị Sα bằng cách vẽ tại nhiều vị trí của đầu tr−ợt. Còn đồ thị Vα, Jα có đ−ợc bằng cách vi phân đồ thị Sα. Ngày nay với các phần mềm có khả năng mô phỏng động học nh− Solid Work, CATIA, Solid Edge, ng−ời ta dễ dàng xác định đ−ợc các đồ thị Sα, Vα, Jα sau khi đã xây dựng mô hình ba chiều của kết cấu máy. Lúc đó chỉ cần cho khâu dẫn - trục khuỷu quay theo qui luật xác định tr−ớc. 4.2.3. Tĩnh học của cơ cấu tay biên-trục khuỷu Lực quán tính của cơ cấu chấp hành biên - trục khuỷu rất nhỏ và có thể bỏ qua đ−ợc. Đối với mayeps tự động, theo Haбpoцки Г. A, lực quán tính của các máy cỡ trung bình và cỡ lớn cũng không v−ợt quá 10% lực ép danh nghĩa, còn đối với máy ép thông dụng có số hành trình nhỏ h[n nhiều so với máy ép tự động nên lực quán tính còn nhỏ hơn. Vì thế trong phần này ta chỉ xét đến tĩnh học của các cơ cấu. Khi tính toán các lực tĩnh tác dụng lên các khâu của các cơ cấu cần phải đặc biệt chú ý đến tác dụng của lực ma sát. Lực tác dụng lên đầu tr−ợt của máy ép th−ờng lớn, tạo cho các khớp nối cũng phải có kích th−ớc lớn. Vì vậy bỏ qua ma sát ở các khớp nối khi tính toán sẽ dẫn tới sai số đáng kể và đôi khi không thể chính xác, ví dụ nh− khi tính đến qúa trình kẹt máy. Việc xác định các lực tác dụng lên cơ cấu cũng nh− khi tính toán động học của cơ cấu ấy có thể bằng ph−ơng pháp đồ thị hoặc giải tích đồ thị. Để tính độ bền các chi tiết, bộ phận máy (cũng nh− tính năng l−ợng) cần biết: - Các lực thực tế tác dụng lên các thanh, dầm của máy bao gồm: + Trở lực có ích (lực công nghệ). + Trọng l−ợng bản thân của cơ cấu. + Lực ma sát ở các khớp nối. + Lực quán tính. Trong 4 lực này chỉ cần chú ý đến trở lực có ích và lực ma sát và khi tính toán các cơ cấu phụ mà trở lực có ích không lớn lắm hoặc tính máy có hành trình quá lớn thì lực quán tính mới đ−ợc xét đến. - Các phản lực ở ổ, khớp nối các thanh, dầm của máy. - Mômen xoắn mà những thanh, dầm chính chịu tác dụng. Trong phạm vi giáo trình này, ta không đi sâu để xét cụ thể các loại cơ cấu mà chỉ xét đến tĩnh học của cơ cấu biên - trục khuỷu trong tr−ờng hợp lý t−ởng (không tính đến ma sát) và thực tế (có ma sát). Dạng cơ cấu biên - trục khuỷu lệch tâm tổng quát hơn loại đồng tâm. a/Tr−ờng hợp lý t−ởng Ta coi rằng kích th−ớc của các cơ cấu đã biết ở mỗi vị trí của trục khuỷu t−ơng ứng với góc quay α. Lực đã cho PD tác dụng lên đầu tr−ợt đ−ợc xác định bằng trở lực có ích hoặc bằng trị số lực ép danh nghĩa của máy khi tính toán máy ép. Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 55 PD + PH = PAB mK 0 f.r với, PH : lực tác dụng lên thanh dẫn h−ớng. R A α f.rA A P : lực tác dụng dọc theo biên. AB C Chỉ số “u” t−ơng ứng với lực trong tr−ờng hợp lý t−ởng. PHn φ L β Từ hình 4.12 thấy rằng: u γ u PHn P PAB P u D u AB P PAB = ; PH = PD .tgβ β D f.r cosβ γ B B P Bởi vì: sinβ = K(sinα + e’), ta có: D u PD Hình 4.12- Tĩnh học của PAB = ; 1− K2 ()sinα + e' 2 cơ cấu biên - trục khuỷu u PD .K()sinα + e' PH = 1− K2 ()sinα + e' 2 ở đây cũng nh− với tính toán động học, khi giá trị K, e nhỏ và sinα ≈ 1 ta đ−ợc các công thức gần đúng sau: u PAB ≈ PD ; PH ≈ PD .K(sinα + e) u Để xác định mômen xoắn tác dụng lên trục khuỷu M k ta sử dụng ph−ơng trình công nguyên tố: ds Mu dα = P .ds hay là Mu = P k D k D dα Thay vào công thức sau này, giá trị ds/dα từ công thức (7) ta có: u ⎛ K ⎞ M k = PD .R⎜sinα + sin2α + K.e'cosα⎟ (10) ⎝ 2 ⎠ ⎛ K ⎞ Đại l−ợng R⎜sinα + sin2α + Ke'cosα⎟ trong công thức (10) gọi là cánh tay ⎝ 2 ⎠ u đòn mômen xoắn trong tr−ờng hợp lý t−ởng m k; u m k cũng có thể tìm đ−ợc bằng cách tính toán hình học theo hình 4.13. u ⎛ K ⎞ mk = R⎜sinα + sin2α + Ke'cosα⎟ (11) ⎝ 2 ⎠ Từ (11) thấy rõ rằng: V mu = (tốc độ dài/tốc độ góc) k ω Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 56 b/Tr−ờng hợp thực tế ω Theo Nguyên lý máy, do mômen ma sát ở 0 khớp nối của biên, lực tác dụng lên biên PAB sẽ R không h−ớng theo trục tâm mà sẽ h−ớng theo tiếp A α tuyến chung của 2 vòng tròn ma sát của đầu lớn e và đầu nhỏ của biên (hình 4.12). L Ta ký hiệu: β r0: bán kính ở ổ tựa của trục khuỷu. B rA: bán kính ngõng khuỷu (ngõng lắp biên). rB: bán kính khớp nối biên với đầu tr−ợt. à: hệ số ma sát r khớp nối và thanh dẫn h−ớng. Hình.4.13- Tĩnh học cơ cấu ϕ: góc ma sát, tgϕ = à. biên - trục khuỷu có ma sát πA, πB: bán kính vòng tròn ma sát ở đầu lớn và nhỏ của biên (ρA = à.rA, ρB = à.rB). γ: góc kẹp giữa biên vàđ−ờng tiếp tuyến giữa hai vòng tròn ma sát. Nếu phân tích sự cân bằng của điểm A và B ta sẽ thấy lực tác dụng lên biên h−ớng từ phía phải điểm B đến phía trái điểm A (hình 4.12). Từ tâm B kẻ đ−ờng thẳng BC song song với tiếp tuyến của các vòng tròn ma sát tại A và B rồi hạ đ−ờng vuông góc AC từ tâm A với đ−ờng thẳng ấy. Rõ ràng là trong ˆ ∆ABC có: CBA = γ; CA = f(rA + rB ); AB = L f()r + r Do đó, sin γ = A B L Từ tam giác lực, theo định lý hàm số sin, ta có: P P AB = D sin 900 + ϕ sin 900 − ()β + γ + ϕ ()[] cosϕ ⇒ P = P AB D cos()β + γ + ϕ Góc ϕ th−ờng < 5040’ (khi f = 0,1); γ = 30; β < 100 khi α đủ nhỏ (< 300) và với cosϕ các giá trị k, thông th−ờng k < 0,25. Khi đó, tỷ lệ < 1,06 và ta có thể coi cos(β + γ + ϕ) PAB = PD mà sai số không lớn (< 6%). Cũng từ tam giác lực ta rút ra lực tác dụng lên bộ phận dẫn h−ớng: sin(γ + β) P' = P Hn D cos()β + γ + ϕ Thành phần lực ngang của lực P’Hn: sin(γ + β)cosϕ P = P' .cosϕ = P Hn Hn D cos()β + γ + ϕ Thành phần lực ngang đó có thể tính theo công thức gần đúng sau (khi k ≤ 0,25; α ≤ 0 30 ; sai số của PHn < 3%): Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Simpo PDFGiáo Merge trình :and Công Split nghệ Unregistered tạo phôi nâng Version cao - 57 PHn = PD[K(sinα + e’) + tgγ] Mômen xoắn Mk trong máy thực đ−ợc xác định từ ph−ơng trình cân bằng công nguyên tố tại một vị trí tức thời của cơ cấu trục khuỷu. Ta nhận thấy rằng khi trục khuỷu quay một góc dβ, biên sẽ quay t−ơng đối với đầu tr−ợt một góc dβ, còn góc quay giữa trục khuỷu và biên bằng (dα + dβ), khi đó: Mkdα = PDdsα + fPHndsα + fPABrBdβ fPABrA(dα + dβ) + fPOIrOIdα + fPOIIrOIIdα trong đó, POI; rOI; POII; rOII t−ơng ứng với phản lực và bán kính ở ổ đỡ thứ nhất và thứ hai của trục khuỷu (xem hình 4.14 trục khuỷu). Thành phần thứ hai trong biểu thức trên có thể bỏ qua bởi vì PHn < 0,3PD và tích số fPHn không v−ợt quá 3% số hạng đầu tiên. Khi đã bỏ qua thành phần thứ hai và chia tất cả các thành phần của ph−ơng trình cho dα với tính toán gần đúng PAB = PD, ta có: ds ⎡ dβ ⎛ dβ ⎞ POIrOI POIIrOII ⎤ M k = PD + fPD ⎢rB + ⎜1+ ⎟ + + ⎥ dα ⎣ dα ⎝ dα ⎠ PD PD ⎦ ds Bởi vì: α = mu và sinβ = k()sinα + e' dα k Sau khi vi phân biểu thức sinβ ta đ−ợc: dβ cosα cosβdβ = k cosαdα ⇒ = k dα cosβ Vậy trong tr−ờng hợp đó: u ⎡ POIrOI POIIrOII ⎤ M k = PDmk + fPD ⎢krB cosα + rA ()1+ k cosα + + ⎥ ⎣ PD PD ⎦ Ta nhận thấy số thành phần thứ hai ở vế phải của biểu thức trên phụ thuộc vào điều kiện ma sát và phụ thuộc không đáng kể vào góc quay α. Thành phần thứ hai đó f đ−ợc ký hiệu là m k và gọi là cánh tay đòn ma sát (không có PD ở ngoài ngoặc vuông): f ⎡ POIrOI POIIrOII ⎤ mk = f⎢krB cosα + rA ()1+ k cosα + + ⎥ (*) ⎣ PD PD ⎦ Trong thực tế tính toán, có thể coi tổng phản lực ở các ổ bằng lực PD (nếu bỏ qua ảnh h−ởng của lực vòng ở bánh răng) và khi đó giá trị lớn nhất của cánh tay đòn ma sát f m k (coi cosα = 1) trong các tr−ờng hợp cụ thể đ−ợc suy từ công thức (*): - Trục một khuỷu (hình 4.14a): f mk = f[(1 + k)rA + krB + r0] (trục phân bố ở phía trên của máy) f mk = f[(1 - k)rA + krB + r0] (trục phân bố ở phía d−ới của máy) - Trục tay quay (hình 4.14b): f ⎡ l1 ⎛ l1 ⎞ ⎤ mk = f⎢()1+ k rA + krB + rOI + ⎜1+ ⎟rOII ⎥ ⎣ l2 ⎝ l2 ⎠ ⎦ Tr−ờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng