Giáo trình và câu hỏi ôn thi môn chế tạo phôi

tài liệu giúp các bạn hiểu về môn chế taọ phôi và ôn thi tốt môn này!

Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng 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 Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng 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 -- -- -- Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng 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 dới 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 thờng có hàm lợng C không quá 0,12%. Nếu hàm lợng C cao dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện nứt trong mối hàn. Đờng kính dây hàn hồ quang tự động dới 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 dới lớp thuốc bảo vệ Thiết bị hàn hồ quang dới 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 dới 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 Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 30 Ch ơng 3 Tổng quan về quá trình sản xuất cán 3.1. Sản phẩm cán Sản phẩm cán đợc sử dụng rất rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân nh: Chế tạo máy, cầu đờng, 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 the 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 . c) Thép tròn có đ ờng kính = 8 ữ 200 mm, có khi đến 350 mm. d) Thép dây có đ ờng kính = 5 ữ 9 mm và đ ợc gọi là dây thép, sản phẩm đ ợc cuộn thành từng cuộn. e) Thép vuông có cạnh a = 5 ữ 250 mm. f) Thép dẹt có cạnh của tiết diện: h x b = (4 ữ 60) x (12 ữ 200) mm 2 . g) 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: đợc 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: Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 31 a/ ống không hàn: là loại ống đợc cán ra từ phôi thỏi ban đầu có đờng kính = 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 đợc cán theo phơng 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 lợng: 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. Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng 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 đợc bố trí liên tục, mỗi giá chỉ thực hiện một lần cán. Đây là loại máy có hiệu suất rất cao và ngày càng đợc 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: F 1 .v 1 = F 2 .v 2 = F 3 .v 3 = F 4 .v 4 = F n .v n trong đó F, v là tiết diện của vật cán và vận tốc cán của các giá cán t ơng ứng. Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 37 Ch ơng 4 Một số thiết bị thông dụng trong rèn dập h) Máy búa không khí nén - Khái niệm Máy búa không khí nén làm việc nhờ không khí đa vào từ xi lanh nén của chính bản thân máy. Theo đặc trng tác dụng của không khí lên piston công tác, ngời 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 phơng pháp dẫn hớng đầu búa, chia ra máy không có dẫn hớng và máy có dẫn hớng. Theo cách bố trí buồng đệm chia ra máy có buồng đệm trên và dới. 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 đợc 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 đa vào xi lanh công tác. Chuyển động của piston nén là chuyển động một bậc tự do và đợc xác định bằng góc quay của trục khuỷu (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. chiều cao vật rèn thay đổi nh ng số hành a. Dạng chung; b. Vị trí điều khiển bằng tay trình kép của máy búa không thay đổi và bằng số vòng quay của trục quay. Quy ớc ban đầu = 0 0 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 dới luôn mở, các buồng trên và dới của xi lanh nén thông với các buồng trên và dới. Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng cao 38 của xi lanh công tác và đều thông với môi tr ờng nên có áp suất P 0 = 0,1 MN/m 2 (Hình 4.2a). Tại thời điểm = 0 = 1 : 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 1 . Tại thời điểm = 1 2 = 180 0 (Hình 4.2b): sự thay đổi áp suất không khí các buồng trên và dới phụ thuộc vào sự thay đổi tổng thể tích các buồng trên và dới của 2 xi lanh và tơng ứng với quá trình đoạn nhiệt P.V = const. Khi = 2 = 180 0 piston nén ở vị trí d ới cùng, buồng trên xi lanh nén thông với ngoài trời còn buồng d ới kín. Khi = 2 : chuyển động tiếp theo của 2 piston theo cùng một hớng. Khi = 3 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 dới, chuyển động của piston công tác chậm dần và dừng nhanh ở vị trí khi = b . Dới tác dụng của không khí trong buồng đệm, piston công tác đợc chuyển động ngay lập tức xuống dới một chút. áp suất của không khí trong buồng đệm thay đổi theo đờng đoạn nhiệt và khác với áp suất của không khí trong buồng trên của xilanh nén. f 4 f 2 f 3 Theo A Theo A Theo A f 1 = 0 A A A 4 2 a. c. b. Hình 4 2. Vị trí của xilanh công tác và xilanh nén. = 4 (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 = 4 - = 4 = 5 . 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 = 5 < 360 0 . 5 1 : Khi trục khuỷu quay từ 5 đến 1 , piston công tác đứng ở vị trí d ới va đập nh vậy gọi là va đập dính . Giáo trình: Công nghệ tạo phôi nâng 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: 5. 1 - 2 : nâng piston công tác từ lúc đầu búa rời khỏi vật rèn đến lúc buồng trên của xilanh nén thông với môi tr ờng. 6. 2 - 3 : nâng piston công tác từ lúc tr ớc đó đến lúc đóng buồng đệm. 7. 3 - 4 : nâng và chuyển động tiếp theo xuống d ới của piston công tác từ lúc đóng buồng đệm đến lúc mở buồng đệm. 8. 4 - 5 : 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 ( 1 - b ) rất lớn so với góc quay ( b - 5 ) khi piston công tác chuyển động xuống d ới. Trong máy búa 1 40 0 , b 270 0 và 5 = 340 ữ 360 0 . h 5 1 f 2 f 4 H f 3 4 f 1 b 3 2 S Hình 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. - vận tốc góc của trục khuỷu; n 0 - 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; h - chiều cao của buồng đệm; H - 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; H m - 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 - đờng đi của piston nén và công tác;