Hiện nay các bộ quả cán n−ớc ta đã có một số cơ sở có thể sản xuất đ−ợc nh−ng do giá cả vẫn cao hơn ở n−ớc ngoài nên th−ờng vẫn có xu h−ớng nhập từ n−ớc ngoài về. ở Nhà máy Hanitsco bộ quả cán của dây truyền CD100: dàn tạo hình gồm có 7 cặp quả cán giá trục ngang, 6 cặp quả cán giá trục đứng, 1 cặp quả cán tr−ớc hàn và 1 cặp quả cán ép hàn. Dàn định hình có 4 cặp quả cán giá trục ngang, 3 cặp quả cán giá trục đứng và 2 cặp quả cán của cơ cấu định kích th−ớc. Trên mỗi quả cán đều ghi số thứ tự ứng với mỗi giá cán và vị trí (trên hay d−ới).
Quả cán là nơi trực tiếp làm biến dạng kim loại để cho ra sản phẩm cán có hình dáng và kích th−ớc theo tiêu chuẩn và yêu cầu của con ng−ời.
Vật liệu làm quả cán: Th−ờng làm bằng X12M. Quả cán đ−ợc hoá nhiệt luyện: Độ cứng đạt đ−ợc > 62 - 64HRC.
Hiện nay công nghệ hoá nhiệt luyện đang đ−ợc dùng để xử lý bề mặt quả cán là thấm cacbon. Thấm cacbon có tác dụng làm tăng hàm l−ợng cacbon trên lớp bề mặt của chi tiết thép có hàm l−ợng cacbon thấp (0,1 đến 0,25%C) lên 0,8 - 1,2%C
với chiều dày vài milimét. Sau khi thấm cacbon chi tiết cần đ−ợc tôi và ram để lớp bề mặt có độ cứng cao (bề mặt thép cứng tới 60 - 64HRC), còn lõi (với hàm l−ợng cacbon thấp) sau khi tôi có tăng độ bền, độ cứng 30 - 40HRC nh−ng vẫn giữ đ−ợc độ dẻo, độ dai. Các chi tiết đ−ợc thấm cacbon làm việc tốt trong điều kiện chịu tải trọng va đập và ma sát. Nhiệt độ thấm cacbon chọn cao hơn đ−ờng A3 (th−ờng từ 900 - 9500C), tức là thấm trong vùng đơn pha austenít là pha có khả năng hoà tan cacbon lớn nhất. Khác với các chi tiết bằng thép thông th−ờng, chi tiết thép sau khi thấm cacbon có lớp bề mặt là thép sau cùng tích (trên 0,8%C) còn lõi là thép tr−ớc cùng tích (khoảng 0,2%C). Nhiệt độ tôi cho chi tiết thép sau khi thấm cacbon có đặc điểm riêng: Lớp bề mặt, để bảo tồn l−ới XeII có độ cứng và tính chịu mài mòn cao, phải tôi nh− thép sau cùng tích ở 760 đến 7800C. Lõi là thép tr−ớc cùng tích (0,2%C) phải tôi ở 880 đến 9000C. Vì quả cán có yêu cầu độ cứng bề mặt cao nên ta chọn công nghệ tôi một lần thực hiện sau khi thấm cacbon và th−ờng hoá thép: Tôi ở 820 - 8500C. Sau khi tôi, các chi tiết thấm cacbon đ−ợc ram thấp ở 1500C đến 2000C để giữ đ−ợc độ cứng và tính chống mài mòn cao. Tuy ph−ơng pháp thấm
cacbon có nhiều −u điểm: lớp bề mặt có hàm l−ợng cacbon cao nên khi tôi có độ cứng và tính chịu mài mòn cao. Nh−ng nhiệt độ thấm nằm trên đ−ờng A3 nên đã có sự chuyển biến pha do đó sẽ làm chi tiết bị biến dạng ảnh h−ởng đến độ chính xác của chi tiết. Th−ờng khi sử dụng ph−ơng pháp thấm cacbon thì quá trình gia công tinh sẽ thực hiện sau khi đã hoá nhiệt luyện. Sau thấm cacbon lại phải kiểm tra biên dạng xem có khớp với d−ỡng không, nếu không khớp thì phải sửa cho đúng biên dạng. Việc sửa các chi tiết đã qua xử lý bề mặt rất khó do bề mặt rất cứng.
Ph−ơng pháp thấm nitơ xung plasma đang đ−ợc thử nghiệm. Thấm nitơ là ph−ơng pháp hoá nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuyếch tán) nitơ vào bề mặt chi tiết phần lớn bằng thép hợp kim với mục đích chủ yếu là nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn (65 - 70HRC hơn hẳn thấm cacbon). Độ cứng cao của lớp thấm nitơ là bản chất tự nhiên của nó, không phải qua nhiệt luyện tiếp theo nh− khi thấm cacbon. Thấm nitơ còn tạo nên lớp ứng suất d− đáng kể ở bề mặt làm tăng mạnh giới hạn mỏi của chi tiết. Do nhiệt độ thấm nitơ th−ờng thấp (480 - 6500C, để không làm hỏng tổ chức sau khi tôi) nên hệ số khuyếch tán của nitơ trong thép rất bé (Chất khuyếch tán N trong dung môi Feα: Hệ số khuyếch tán
D = 2,3.10-9cm2/s(nhiệt độ 5000C), D = 8,9.10-9cm2/s (nhiệt độ 6000C)).
Thấm nitơ xung plasma tuy chiều dày lớp thấm nhỏ hơn ph−ơng pháp thấm C nh−ng độ bền cao hơn, biến dạng ít hơn. Vì sau khi thấm không tiến hành tôi và mài nên th−ờng gia công tinh chi tiết tr−ớc khi thực hiện thấm nitơ. Lớp thấm cứng hơn và độ cứng rất cao này giữ đ−ợc ngay cả khi làm việc ở trên 5000C vì theo giản đồ pha Fe-N tổ chức lớp thấm không thay đổi ở các nhiệt độ thấp hơn 5910C, trong khi đó độ cứng cao của lớp thấm cacbon bị giảm mạnh khi nhiệt độ v−ợt quá 2000C
do mactenxit bị phân hoá khi ram.
Mỗi quả cán đều có d−ỡng để kiểm tra biên dạng xem có bị mòn hay không: d−ỡng là một lá thép có chiều dày 2mm có biên dạng giống biên dạng quả cán. Nó cũng đ−ợc nhiệt luyện để đủ độ cứng đảm bảo độ chính xác khi kiểm tra. Trên d−ỡng cũng ghi ký hiệu ứng với mỗi quả cán.
Trục cán lắp với quả cán, là nơi tiếp nhận lực trực tiếp từ quả cán. Trục cán vừa phải đảm bảo độ cứng, bên trong lại phải dẻo dai chịu uốn tốt chịu đ−ợc va đập mạnh. Trục cán phải có tính đàn hồi dẻo tốt. Trục đ−ợc làm từ thép 45 nhiệt luyện đạt 45 - 50HRC.
Huớng trái Huớng phải
Ren Vuông 45x6
Huớng trái
Hình 2.1- Trục ngang trên giàn máy CD100.
2.2.3- Gối đỡ trục.
Gối đỡ trục là bộ phận quan trọng đặt ở hai bên thân giá cán để lắp ổ đỡ hai đầu trục cán. Gối đỡ trục th−ờng làm bằng gang xám, có khi làm bằng thép đúc thông th−ờng. Gối đỡ trục th−ờng làm hai nửa đ−ợc ghép lại là nửa gối đỡ trên và nửa gối đỡ d−ới, có khi gối đỡ đ−ợc đúc liền. Trong dây chuyền CD 100, gối đỡ trục đ−ợc đúc liền, vật liệu là thép 45.
Hình 2.2- Gối đỡ trục của giàn máy cán CD100.
Hình 2.3- Bích gối trong ụ cán của giàn máy CD100.
Để có thể điều chỉnh độ dơ của ổ bi côn gối trong ụ cán giàn máy CD100 ng−ời ta dùng êcu tăng bi côn (hình 2.4):
Hình 2.4- Êcu tăng bi côn gối trong ụ cán giàn máy CD100.
2.2.4- ổ đỡ trục.
Đây là chi tiết đ−ợc lắp vào hai cổ trục cán và tất cả lại lắp vào gối đỡ trục. Khi trục cán làm việc, ổ đỡ trục là nơi chứa chất bôi trơn cho trục cán và đỡ trục cán qua cổ trục, khi ấy ổ đỡ trục sẽ chịu một áp lực rất lớn, và còn bị nóng do ma sát sinh ra giữa bạc lót với cổ trục,….Nếu ổ đỡ trục không chịu đ−ợc tải trọng do lực cán sinh ra thì chẳng những không cán đ−ợc sản phẩm mà còn xảy ra nhiều sự cố cho máy cán. Khi làm việc, ổ đỡ là nơi chịu tác dụng của các lực đặt lên trục, nhờ có nó mà trục cán có một vị trí xác định trong máy và quay quanh một trục tâm đã định để cán chính xác ra các kích th−ớc sản phẩm khác nhau.
Máy CD100 sử dụng ổ đỡ là ổ lăn: Giá cán trục ngang: ụ trong sử dụng hai ổ đũa côn 7212, còn ụ ngoài sử dụng ổ bi đỡ 1 dãy 6212. Giá cán trục đứng sử dụng ổ đũa côn: ổ trên 7205, ổ d−ới 7206.
2.2.5- Khung giá cán (thân giá cán).
Thân giá cán là chi tiết lớn đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ giá cán. Mọi chi tiết khác của giá cán nh− trục cán, gối đỡ trục, ổ đỡ trục,… đều lắp đặt trên
khung giá cán. Trong quá trình làm việc, lực cán tác dụng lên trục cán và truyền vào thân giá cán rồi truyền xuống móng máy cán, vì vậy thân giá cán đòi hỏi phải có độ bền cao, độ biến dạng ít, độ cứng vững lớn. Khung giá cán chia làm 2 loại: kiểu kín và kiểu hở. Vật liệu chế tạo khung th−ờng là thép đúc 35 ữ 45, có [σb] = 60N/mm2. Khung đ−ợc chế tạo bằng ph−ơng pháp đúc, ở loại máy cán nhỏ khung có thể đ−ợc chế tạo bằng ph−ơng pháp hàn ghép từng tấm kim loại thành khung.
Hình 2.5- Khung giá cán phía trong giàn máy CD100.
2.3- Quá trình gia công tạo hình.
Sau khi băng kim loại đ−ợc là phẳng nhờ các trục ép là, thì quá trình tạo hình để tạo biên dạng ống ở dàn tạo hình đ−ợc diễn ra theo trình tự :
Hình 2.6- Quá trình hình thành biên dạng ống
Dải phôi qua giá thứ nhất của dàn tạo hình sẽ có biên dạng 1 (hình 2.7) và để có biên dạng nh− vậy là nhờ vào cặp quả cán I:
A
Dải phôi qua giá thứ 3 của dàn tạo hình sẽ có biên dạng 3 (hình 2.8) nhờ vào biên dạng của cặp quả cán thứ III:
Hình 2.8- Cặp quả cán giá cán III.
Dải phôi qua giá cán thứ 5 sẽ có biên dạng 5 (hình 2.9) nhờ vào biên dạng của cặp cán của giá V:
Hình 2.9- Cặp quả cán giá cán V.
Dải phôi qua giá cán thứ 7 sẽ có biên dạng 7 (hình 2.10) nhờ vào biên dạng của cặp cán của giá VII:
Hình 2.10- Cặp quả cán giá cán VII.
Dải phôi qua giá thứ 9 của dàn tạo hình sẽ có biên dạng 9 (hình2.11) nhờ vào biên dạng của cặp quả cán của giá thứ IX:
Hình 2.11- Cặp quả cán giá cán IX.
Dải phôi qua giá thứ 11 của dàn tạo hình sẽ có biên dạng 11 (hình 2.12) nhờ vào biên dạng của cặp quả cán của giá thứ XI:
Hình 2.12- Cặp quả cán giá cán XI.
Dải phôi qua giá thứ 13 của dàn tạo hình sẽ có biên dạng 13 (hình 2.13) nhờ vào biên dạng của cặp quả cán thứ XIII:
Hình 2.13- Cặp quả cán giá cán XIII.
Dải phôi qua giá thứ 14 của dàn tạo hình nhờ vào biên dạng của cặp quả cán thứ 14: Giá máy 14 kết hợp với đĩa dẫn h−ớng có nhiệm vụ khống chế chiều của
mạch ghép ống đảm bảo cho mạch ghép đi vào cặp quả cán ép hàn 15 một cách bằng phẳng, không xoắn lệch.
Hình 2.14- Cặp quả cán giá XIV.
Đ−ợc bố trí xen kẽ giữa các cặp quả cán trục ngang là các cặp quả cán trục đứng. Các quả cán của giá trục đứng không đ−ợc dẫn động. Các cặp quả cán của
giá trục đứng có tác dụng làm giảm tính đàn hồi của băng kim loại bị uốn ở giá tr−ớc đó, định h−ớng cho băng kim loại vào khuôn hình của giá sau và nâng cao chất l−ợng của sản phẩm. Kích th−ớc và hình dạng của các quả cán của giá trục đứng phụ thuộc vào vị trí của chúng so với các quả cán của giá trục nằm ngang. Nh− dây chuyền CD 100 ở dàn tạo hình bố trí 6 giá trục đứng, các giá này đ−ợc bố trí xen kẽn giữa các giá tạo hình nằm đ−ợc dẫn động có tác dụng đảm bảo chất l−ợng ống thành phẩm.
Hình 2.15. Cặp quả cán của giá trục đứng VI.
Dải phôi qua giá 15 của dàn tạo hình sẽ có biên dạng 15 (hình 2.16) nhờ cặp quả cán của giá 15: Sau khi đ−ợc tạo hình có biên dạng ống hở nhờ các cặp quả cán ở trên và đ−ợc gia nhiệt nhờ vòng cảm ứng cao tần mép phôi đ−ợc cặp con lăn ép hàn tạo thành biên dạng ống kín.
Hình 2.16- Con lăn ép hàn
Trên đây là quá trình tạo hình ống trên dàn tạo hình. Sau khi tạo hình biên dạng ống sẽ qua đầu hàn cảm ứng và con lăn ép tạo ống hàn, sau đó sẽ đ−ợc cắt bavia ngoài nhờ l−ỡi dao bào. Tiếp đó nó sẽ qua dàn làm nguội, rồi đến dàn hiệu chuẩn ống. Tại đây sẽ quyết định ra hình dạng ống: tròn, vuông, chữ nhật nhờ các cặp quả cán có biên dạng t−ơng ứng. Th−ờng đối với mỗi một dải phôi thì sẽ có 1 bộ quả cán ở dàn tạo hình, còn dàn hiệu chuẩn ống thì có 3 bộ quả cán: 1 bộ tạo ống tròn, 1 bộ tạo ống vuông, 1 bộ tạo ống hình chữ nhật. Khi cần sản xuất loại ống nào thì chỉ cần thay bộ t−ơng ứng. Trên cả hai dàn tạo hình và hiệu chuẩn ống đều có hệ thống phun dung dịch trơn nguội vào phần tiếp xúc giữa phôi và quả cán.
Trong quá trình tạo hình th−ờng hay xảy ra hiện t−ợng mép phôi tr−ớc con lăn ép hàn không song song (l−ợn sóng,…) làm cho mối hàn không liên tục, bị gián đoạn. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện t−ợng này là do các cặp quả cán và bề rộng dải phôi. Các cặp quả cán sau một thời gian làm việc bị mòn làm cho tiếp xúc giữa lỗ hình và phôi không đ−ợc đều, cũng có thể do chất l−ợng của các cặp quả cán, độ chính xác, độ bóng của nó không đảm bảo. Biện pháp đ−a ra nhằn cải thiện
đó là sử dụng ph−ơng pháp hoá nhiệt luyện thấm nitơ xung plasma thay cho ph−ơng pháp thấm cacbon. Vì ph−ơng pháp thấm nitơ xung plasma biến dạng ít hơn thấm cacbon, độ cứng cao hơn.
Bề rộng dải phôi cũng quyết định đến chất l−ợng ống do đó việc tính toán bề rộng dải phôi hợp lý dựa vào công thức (VIII-1)[1] là hết sức cần thiết.
Ngoài ra còn có thể do các chi tiết trên giá cán nh−: ổ trục, giá cán, bạc lắp ngõng trục ngoài,…ổ có thể bị mòn sau một thời gian làm việc dẫn đến giảm độ chính xác trong quá trình tạo hình gây ảnh h−ởng đến chất l−ợng ống. Vì vậy phải luôn kiểm tra định kỳ các ổ trục nếu nó mòn quá thì phải khắc phục bằng điều chỉnh hoặc phải thay ổ trục khác. Giá cán ngoài là giá hay tháo lắp th−ờng xuyên do đó nó có thể bị mòn làm cho độ chính xác lắp ghép với bệ máy bị giảm, ảnh h−ởng đến quá trình tạo hình. Vì vậy ta cũng phải kiểm tra định kỳ để phát hiện và sửa chữa kịp thời. Bạc lắp ngõng trục ngoài cũng th−ờng xuyên đ−ợc tháo lắp nên sau một thời gian làm việc có thể bị mòn gây ảnh h−ởng đến độ chính xác của trục cán do đó ta cũng phải kiểm tra định kỳ để có thể phát hiện xem nó có bị mòn không, nếu mòn quá thì phải thay bạc mới.
Sv: Hoàng Văn C−ờng 48 Lớp: Công nghệ Hàn - K47
Ch−ơng 3- Chế độ hàn cao tần
3.1- Tìm hiểu chung về ph−ơng pháp hàn trong dây truyền sản xuất ống.
Ph−ơng pháp hàn tiếp xúc (hàn điện trở, hàn điện cao tần, hàn cảm ứng,..) đ−ợc ứng dụng trong sản xuất các cỡ ống đ−ờng kính 6 ữ 630mm, chiều dày 0,5 ữ 8mm. Đặc biệt ph−ơng pháp này đ−ợc sử dụng để sản xuất ống thép kết cấu đ−ờng kính 168 ữ 219mm và để sản xuất ống dẫn dầu đ−ờng kính lớn hơn.
3.1.1- Ph−ơng pháp hàn điện trở.
Nguyên lý ph−ơng pháp hàn điện trở là nung nóng mép biên phôi ống bằng dòng điện 50 ữ 700Hz . Nó đ−ợc áp dụng để hàn ống đ−ờng kính tới 530mm từ các loại thép cácbon: C10, C15, C20 và một số loại thép hợp kim khác. Vận tốc hàn phụ thuộc vào tần số dòng điện, với dòng điện tần số 50Hz ữ 700Hz nó có thể đạt tới 0,2 ữ 0,75m/phút. Dòng diện dẫn tới phôi ống bằng ph−ơng pháp tiếp xúc qua các điện cực hình vành khăn (hình 3.1). Các điện cực đó là bộ phận chính của máy biến thế hàn quay. Vành điện cực cùng với các trục hàn tạo nên lỗ hình kín. D−ới tác dụng của áp lực từ phía trục hàn và vành điện cực các mép phôi ống tiến sát lại gần nhau. Vành điện cực truyền tới ống phôi dòng điện với hiệu điện thế vài vôn, c−ờng độ dòng điện vài chục nghìn ampe. Điện trở khe hở giữa 2 mép ống phôi lớn hơn nhiều so với điện trở ống phôi do đó 2 mép ống phôi đ−ợc nung nóng mạnh hơn.Trong khi đó, trục hàn và vành điện cực gây 1 áp lực lên ống phôi làm cho hai mép của nó hoà lẫn vào nhau.
Sv: Hoàng Văn C−ờng 49 Lớp: Công nghệ Hàn - K47 1 2 3 4 5 6
Hình 3.1- Sơ đồ nguyên lý hàn ống bằng ph−ơng pháp điện trở. 1. Đĩa điện cực. 2.Sứ cách điện.