- Hàn lớp đáy (lớp 1): khống chế chiều sâu chảy là yếu tố quyết định
Một số thiết bị thông dụng trong rèn dập 4.1 Máy búa không khí nén
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 động của piston nén.
Trong quá trình gia công, mặc dù 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.
Hình 4.1. Máy búa không khí nén 2 xilanh có 2 khoá ngang.
a. Dạng chung; b. Vị trí điều khiển bằng tay
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
của xi lanh công tác và đều thông với môi tr−ờng nên có áp suất P0 = 0,1 MN/m2 (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.
Tại thời điểm α = α1 → α2 = 1800 (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.
Khi α = α2 = 1800 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.
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. α4 c. Theo A Theo A Theo A A A A a. b. α = 0 α2 f1 f2 f3 f4
Hình 4..2. Vị trí của xilanh công tác và xilanh nén.
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”.
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 (αb - α5) khi piston công tác chuyển động xuống d−ới. Trong máy búa α1≈ 400, αb ≈
2700 và α5 = 340 ữ 3600. hδ S f2 f1 f3 H X f4 α5 αb α4 α3 α2 α1
Hình 4.3- Giản đồ chu trình của máy 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;
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;