Ta khảo sát điều kiện ăn phôi vào trục uốn trong trường hợp chung (hình 2.12), khi mà phôi (ví dụ, trong trường hợp uốn hình chữ U) đã bị uốn sơ bộ (cánh hình được uốn 1 góc αo) và ăn vào lỗ hình với cánh nghiêng 1 góc α1. Khi đó, phôi tiếp xúc với phần nghiêng của lỗ hình trục uốn dưới và được nâng lên 1 góc cho đến khi tiếp xúc với trục uốn trên, từ thời điểm này phôi bắt đầu uốn toàn diện. Trên trục uốn (hình 2.12), các áp lực có tác dụng lên các trục uốn và lực ma sát trên vùng uốn và trên mép biên phôi.
Hình 2.11: Sơ đồ tác dụng lực khi phôi ăn vào trục uốn
Phân tích các thành phần áp lực tác dụng theo phương nằm ngang (hướng uốn) ta có:-2Ptrsin tr + 2Ptrcosαtr – 2Pdcosα1sinαd + 2Pdfcosα1sinαd = 0
Trong đó: Ptr – áp lực trên trục uốn trên;Pd – áp lực trên trục uốn dưới; αtr – góc ăn trên trục uốn trên;αd – góc ăn trên trục uốn dưới;f – hệ số ma sát ngoài.
Pdcosα1sinαd = Ptrcosαtrm.
Sau khi biến đổi công thức ta nhận được: 2f = tgαtr + tgαd(2.18)
Bây giờ ta xét sự liên hệ giữa góc ăn trên αtr và góc ăn dưới αd. Hay: sinαtr = sinαd nên αtr = αd
Sau khi biến đổi và thay Rd + Rtr + S = Do, ta nhận được: αtr =
( ) (2.21)
Trong đó: Do – khoảng cách giữa các đường tâm của các trục uốn.
Khi tgαtr + tgαd≤ 2f có thể xảy ra hiện tượng tự ăn phôi vào lỗ hình trục uốn. Dễ dàng nhận thấy từ ví dụ trên, hiện tượng tự ăn phôi vào lỗ hình trục uốn có thể xảy ra với góc uốn nhỏ (để uốn hình f có thể bằng 0,15 ÷ 0,17). Với góc uốn lớn, cần thiết phải tác động lên hình uốn lực dọc càng lớn, khi góc ăn αtr, αd và chiều rộng cánh uốn b càng lớn.
Để tăng cường lực đưa phôi, cần tăng góc uốn trên các giá uốn trung gian, do độ cứng của tiết diện ngang phôi uốn khi đó tăng, rõ ràng, sẽ đảm bảo quá trình ăn phôi nhờ sự tăng trưởng của các áp lực dọc.
Kết luận chương 2:
- Ống gen được tạo ra là kết quả của quá trình tạo hình liên tục do đó ta sẽ sử dụng các kết quả nghiên cứu về quá trình uốn liên tục để tính toán công nghệ cho ống gen.
- Trong quá trình uốn biến dạng đàn hồi rất đáng kể do đó việc tính toán và thiết kế công nghệ không được bỏ qua ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi
Chương 3. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH ỐNG GEN 3.1 Chi tiết ống ghen xoắn
Ta có hình dáng của ống gen xoắn như sau:
Hình 3.1: Bản vẽ ống ghen xoắn
Ống gen dùng trong công nghệ bê tông dự ứng lực có đường kính trong phổ biến từ 50 ÷ 110 (mm) và đường kính ngoài từ 56 ÷ 116 (mm ). Các kích thước về biên dạng sóng tương tự nhau như hình 3.1 chỉ khác nhau về đường kính.
Theo như tham khảo thực tế sản xuất và tại công trường vật liệu làm ông ghen là thép tấm ( thép các bon chất lượng thường) dạng cuộn được mạ kẽm nhúng nóng hoặc mạ điện phân. Thép nguyên liệu phải mềm, có chiều dày từ 0.25mm đến 0.4mm và có các thông số về vật liệu như sau:
Thép CT3 có các đặc trưng cơ tính sau:
- Môđun đàn hồi khi kéo: E = 2,1.106 (kG/cm2)
6,93 85° 3 ,0 0 3,56 0,35
- Môđun đàn hồi trượt: G = 0,81. 106 kG/cm2 - Giới hạn chảy: = 2400 – 2800 kG/cm2 - Giới hạn bền: = 3800 – 4200 kG/cm2 - Độ dai va đập: ak = 50 – 100 J/ cm2 - Khối lượng riêng: = 7,83 T/ m3 - Độ dãn dài khi đứt: = 21%
- Ứng suất cho phép lớn nhất:18 (KG/mm2)
Lớp phủ kẽm phải đều liên tục và bám chắc vào thép nền.Bề mặt lớp mạ không được có các vết nứt, bóc tróc.
Thép mạ kẽm nhúng nóng là loại thép được nhúng trong kẽm nóng chảy để tạo ra một lớp phủ chống rỉ sét bảo vệ cấu trúc thép. Thép mạ kẽm nhúng nóng có cấu hình tinh thể đặc trưng trên bề mặt của thép. Thép mạ kẽm nhúng nóng thường được sử dụng trong các ứng dụng thép ở ngoài trời, chịu tác động trực tiếp của thời tiết khắc nghiệt.Chi phí đầu tư cho thép mạ kẽm nhúng nóng thấp hơn nhiều so với thép không gỉ.
Thép mạ kẽm nhúng nóng được sản xuất qua một quy trình nhiều công đoạn. Trước tiên thép được rửa sạch và xử lý hóa học để loại bỏ bụi bẩn và sự oxy hóa trên bề mặt của kim loại. Sau đó nó được nhúng trong một nồi đun kẽm nóng chảy ở nhiệt độ 815 – 850° F (tương đương với khoảng 435 – 455° C). Kẽm nóng phản ứng với thép, tạo thành một bề mặt hợp kim với các lớp riêng biệt. Lớp bên trong là khoảng 75% kẽm và 25% thép; lớp ngoài là 100% kẽm. Kẽm dư thừa sau đó được rút hết và thép mạ kẽm được làm mát bằng không khí lạnh hoặc bằng nước.
Cơ chế bảo vệ chống ăn mòn:
Khi tiếp xúc với không khí, kẽm phản ứng với oxy, nước và carbon dioxide để tạo thành một lớp kẽm cacbonat (ZnCO 3) tương đối bền vững. Lớp kẽm cacbonat này sẽ bảo vệ thép bằng hai cách: thứ nhất, nó tạo ra một lớp bền mặt cơ học giữa thép và không khí, giảm thiểu tiếp xúc với oxy. Thứ hai, kẽm đóng vai trò như một cực anode. Kẽm oxy hóa nhanh hơn sắt, nên sẽ nhường các electron trong quá
trình này. Thép nhận các điện tử này, chúng giảm khả năng phản ứng hóa học của sắt và làm chậm sự ăn mòn quá trình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bề mặt kẽm sẽ làm chậm quá trình oxy hóa của sắt, có thể bảo vệ thép trong một thời gian dài. Tuy nhiên, khi tiếp xúc với các chất ăn mòn và hóa chất trong môi trường, lượng kẽm sẽ giảm dần và làm giảm hiệu quả bảo vệ lớp thép bên trong. Mưa axit và nước muối sẽ tăng cả tốc độ ăn mòn, làm cho bề mặt kẽm bị phá vỡ nhanh chóng.
Thép mạ kẽm nhúng nóng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng. Nó được sử dụng cho kết cấu dầm thép, tấm lợp, đai ốc, bu lông, ống dẫn thép, thang cáp, máng cáp, lưới sắt, lan can và một số những ứng dụng khác. Thép mạ kẽm nhúng nóng có tuổi thọ tương đối dài, trên 50 năm trong điều kiện lắp đặt bình thường. Nếu ứng dụng thép được sử dụng ở những môi trường tiếp xúc với nước biển, các tác nhân mài mòn cơ học, axit, hoặc điều kiện khắc nghiệt khác, thì thép không gỉ sẽ là một sự lựa chọn tốt hơn trong dài hạn.
3.2 Xác định chiều rộng dải phôi ban đầu
Độ dài của phôi uốn tại một góc uốn được xác định trên cơ sở cân bằng với độ dài của lớp trung hòa biến dạng, bằng tổng độ dài các phần cạnh thẳng và tổng độ dài các phần cung cong là bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng tại các góc uốn
Lphôi= Lthảng + Lcong (theo tài liệu 3)
Như vậy muốn xác định được độ dài của phôi cần phải xác định được vị trí của lớp trung hòa biến dạng.Phôi sau khi tạo hình có hình dạng như sau:
Hình 3.2: Kích thước biên dạng phôi
Bán kính trong r = rngoài – S = 2,35 – 0,35 = 2 (mm)
r/s = 2/ 0,35 = 5,71 nên lớp trung hòa biến dạng nằm ở mặt trung bình của phôi Từ đó ta được Lphôi = 36 (mm) 3,50 5,00 1,8 2,35 2,48 85° 3 ,0 0 2 3,3 R2,00
3.3 Xác định góc đàn hồi khi uốn
Hình 3.3: Sơ đồ uốn biên dạng sóng
Theo công thức 32 tài liệu [13] có bán kinh lượn tròn của chày rn:
=
+ 8 . 10
Tra bảng 12 tài liệu [13] có Kv = 4,3 r – bán kính uốn cần có của phôi, r = 2
= , ,
. , . = 1,961(mm)
Góc đàn hồi ∆ = (180 − ) − 1 = (180 − 85)
, − 1 = 1,89
Góc uốn thực tế: = − ∆ = 85 − 1,89 = 83,11
3.4 Bán kính uốn tối thiểu khi uốn.
Bán kính uốn được coi là bán kính nằm ở phần bên trong chi tiết sau khi uốn.Để hạn chế những vết rạn nứt hoặc các biến đổi trên thiết diện ngang của vùng uốn, bán kính uốn không được có giá trị nằm dưới bán kính uốn tối thiểu. Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép phụ thuộc vào tính dẻo, tính dị hướng của vật liệu phôi, chiều dày S, chất lượng bề mặt và trạng thái mép cắt của nó, phương pháp uốn, trị số góc uốn, chiều rộng của phôi.
Như vậy:
Khi uốn, bán kính uốn không được phép chọn nhỏ bất kỳ
Phôi tấm cần được uốn theo chiều vuông góc so với phương cán Khi uốn ngang các thớ vật liệu phôi thì = .
Trong đó Ψmax – độ co thắt tương đối cực đại của tiết diện ngang vật liệu khi kéo; S – chiều dày phôi
Nhưng vì bán kính uốn phụ thuộc không chỉ vào tính chất vật liệu ở trạng thái biến dạng (ủ, biến cứng,…) mà còn phụ thuộc vào hướng uốn, tình trạng các mép phôi, tình trạng bôi trơn, chất lượng bề mặt các chi tiết làm việc của khuôn, tốc độ biến dạng,… nên cần lấy các giá trị cực tiểu của bàn kính uốn theo các kết quả thử nghiệm.
Tra bảng 1 tài liệu [13] rmin/S = 1 nên rmin = 0,35.1 = 0,35(mm)
3.5 Thiết kế biên dạng phôi khi uốn
3.5.1 Nguyên tắc xác định biên dạng phôi khi uốn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nguyên tắc chủ yếu của việc thiết kế các bước công nghệ và các phương pháp định hình con lăn như sau:
- Biên dạng của các con lăn cần phải thực hiện biến dạng vật liệu đồng đều và hợp lý nhất khi số bước công nghệ nhỏ nhất
- Thiết kế và tính toán kích thước biên dạng thẳng đứng và ngang của biên dạng con lăn cần tiến hành từ trục của biên dạng đã chọn mà trục này không thay đổi với tất cả các bước
- Tiết diện biên dạng được chia thành những đoạn riêng biệt và tính chiều dài của mỗi phần. Tổng chiều dài các đoạn nằm ở bên phải và trái trục đã chọn cần phải luôn luôn không đổi với tất cả các bước
- Góc uốn thành của biên dạng trong mỗi cặp con lăn không được vượt quá 30 – 400 khi chiều dày đến 1mm
- Góc uốn ở ngoài đầu mút của biên dạng không vượt quá 450
- Uốn thành thẳng đứng cần phải tiến hành tách rời với bước uốn ở đầu mút
- Những góc nghiêng biên dạng của con lăn trên nên làm lớn hơn con lăn dưới 1,5 – 20
- Để dễ dàng cho việc uốn vật liệu khi bán kính uốn bên trong nhỏ cũng như để đánh dấu vị trí đường uốn có thể ép sơ bộ các rãnh ở trên băng từ
phía trong của biên dạng. Muốn vậy trên các con lăn tương ứng người ta làm những gờ có chiều cao ( 0,3 – 0,4)S
- Cần phải xét đến trị số biến dạng đàn hồi ở biên dạng của cặp con lăn biến dạng cuối cùng
- Để ngăn ngừa bị vặn hoặc bị cong các biên dạng đã hình thành, sau khi đi ra khỏi các con lăn người ta bố trí những tấm dẫn hướng thoát để nắn thẳng tiết diện biên dạng
Có nhiều phương pháp thiết kế biên dạng phôi khi uốn liên tục, theo trang 75 tài liệu [2] ta chọn phương pháp như sau: phôi được uốn theo chiều rộng với góc uốn nhỏ dần cho cho tới khi đạt được biên dạng của sản phẩm trong quá trình uốn thì bán kính uốn không đổi để chiều dài miền biến dạng trong mỗi giá uốn gần bằng giá trị tính toán.
3.5.2 Lựa chọn chế độ uốn - Xác định số lần uốn: - Xác định số lần uốn:
Ta có hình dáng của phôi chuẩn bị cho bước cuốn gấp mép như hình3.4
Trước hết dải phôi có chiều rộng L = 36mm phải được đặt nghiêng 80 so với đường vuông góc với đường trục của ống gen do góc nghiêng của các sóng trên ống đo được là 80
Từ hình vẽ ta thấy để phôi đi vào gấp mép thuận tiện thì phôi phải được cán tạo biên dạng phù hợp, phần bên phải thì gập xuống, phần bên trái thì gập lên. Do đó ta xây dựng biên dạng phôi trước khi vào gấp mép như sau:
Hình 3.5: Biên dạng phôi trước khi vào gấp mép
Dải phôi phẳng ban đầu có chiều rộng là 36 mm sau khi được uốn qua các giá uốn của hệ thống cán biên dạng sẽ tạo thành biên dạng như hình 3.5. Việc chọn số lần uốn cũng chính là chọn số lượng giá uốn.
Biên dạng này sẽ được tạo hình qua các cặp con lăn cán qua các bước như sau:
Bước 1: Dải phôi phẳng có chiều rộng 36mm sẽ đi qua giá cán thứ nhất để tạo thành 2 sóng
Hình 3.6: Biên dạng phôi sau khi cán qua cặp con lăn thứ 1
Theo công thức 2.17chương 2 bỏ qua ảnh hưởng của sự hóa bền phôi trong quá trình uốn (thay m= 0)
l = b(m + 1) ∆
Từ đó ta có chiều dài miền biến dạng l = ∆ . Thay b = 36/2 = 18 (mm); s= 0,35 (mm); ∆ = 48,450
= 0,846 rad được l = 64,65 (mm) Theo công thức 2.11 tài liệu [2] có =
Trong đó E = 2,1.105 (Mpa) – modum đàn hồi của thép CT3
3,50 R2,00 3 ,0 0 5,00 4,4 1,80 71° 3,6 6 B = 27,13 mm3 2,00 B = 32,28 mm1 2 ,6 5 R2,00 7,50 3,50 7,20 48,45° 4,17 0 B = 36 mm
a= 4,17 (mm) – chiều dài cạnh uốn
thay vào được = , . , (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
, =37,40 vậy góc uốn lớn nhất cho trường hợp uốn 2 sóng là = 37,40 Như vậy để uốn 2 sóng ta dùng phải dùng 2 lần uốn
Nhưng nghiên cứu theo máy cuốn ống VSL của Thụy Sỹ người ta chỉ cần 1 lần uốn để tạo biên dạng 2 sóng
Theo mục 6.4 tài liệu [3] ta có thể tăng cường sự biến dạng của phôi bằng cách giảm lực ma sát có hại với việc dùng chất bôi trơn có hiệu quả và nâng cao độ nhẵn bóng của trục uốn
Do đó để uốn 2 sóng ta sẽ dùng 1 lần uốn
Bước 2: Phôi tiếp tục được uốn trên giá thứ2 để uốn phần ở đầu mút Theo hình 3.5 chiều dài cạnh uốn a = 4,4 (mm)
Chiều dài miền biến dạng l = ∆ ( theo tài liệu [7] ) Trong đó a : Chiều dài cạnh uốn;
t : Chiều dày phôi;
∆ : góc uốn trên giá uốn đang tính toàn,rad, bằng − ∆ = 710 = 1,24 (rad);
Từ đó tính được l = . , . ,
. , = 28,4 (mm)
Góc uốn lớn nhất cho phép là: = = 15,40
Do chiều dài cạnh uốn và chiều dày phôi nhỏ nên ta có thể tăng góc uốn mép biên phôi
Để uốn góc 710 thì phải cần 2 lần uốn
Lần uốn 1 phôi đi qua giá cán thứ 2 với góc uốn 400
Lần uốn 2 phôi đi qua giá cán thứ 3 với góc uốn 400 đến góc uốn 710 Để uốn góc mép bên trái (góc uốn 900) ta cũng dùng 2 lần uốn Thứ tự tạo hình biên dạng như hình vẽ dưới
Hình 3.7: Biên dạng phôi sau khi qua giá thứ 2
Hình 3.8: Biên dạng phôi sau khi qua giá cán thứ 3
Bước 3: Theo nguyên tắc cuối cùng ở trên để ngăn ngừa hiện tượng bị vặn, cong
các biên dạng đã hình thành thì sau khi qua 3 cặp con lăn cán ta bố trí phần dẫn hướng để nắn thẳng tiết diện biên dạng tạo điều kiện thuận lợi cho việc gấp mép và cuốn thành ống gen
Hình 3.9: Sơ đồ bộ phận cán và dẫn hướng
Bước 4: Theo hình 3.4 ta thấy ống gen được tạo thành do phôi được cuốn tròn để
phần đầu mút bên trái biên dạng gặp phần đầu mút bên phải
Hình 3.10: Chuẩn bị gấp mép phôi
Để gấp mép thì phải có một cặp con lăn cán bẹp phần đầu mút xuống để tạo thành mặt cắt như hình vẽ 5,00 40° 1,80 1,63 83,11° 98° B = 30,54 mm2 0,67 3,50 R2,00 3 ,0 0 B = 27,13 mm3 3,50 R2,00 2 ,6 5 5,00 1,80 71° 3 ,3 1
Hình 3.11: Mặt cắt thành ống sau khi gấp mép(mặt cắt A –A)
Để mép ống gen sau gấp mép được kín khít nhằm ngăn ngừa vữa bê tông chảy vào ống thì phần ống sau khi gấp mép phải được cán để tạo gờ bằng 2 con lăn cán
Hình 3.12: Mặt cắt thành ống sau khi cán mối nối (mặt cắt B-B)
Hình 3.13: Mặt cắt thành ống sau khi cán mối nối (mặt cắt C-C)
Như vậy bước cuốn tạo ống gen có thể mô tả bằng sơ đồ như hình vẽ sau:
Hình 3.14: Sơ đồ cuốn gấp mép tạo ống gen (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy để tạo thành ống gen phôi phải qua 4 lần uốn và 1 lần cuộn tròn,