Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
41
()
( )
()
1q
cosqcosBqsinAb
qcosqa.j
2
1
11111
11
2
11
2
+
+=
Trong đó:
2
1
11
1
l
g.f
4
k
1b
a
+
=
+=
02
42
01
3
10
1
V
f.f
V
f.f
G
r.g.n.P
b
.
+=
02
2
2
01
2
10
2
1
V
f
V
f
G
g.n.P
l
=
1
1
l
q
11111111
qcossinqsincosqA =
.
11111111
qsinsinqcoscosqB =
.
Khi
1
= thì:
[]
n
321201
n
01
0
1
f.Sf.XV
V.p
P
+
=
.
[]
n
422202
n
02
0
2
f.Sf.XV
V.p
P
+
=
ở thời điểm =
2
buồng trên của piston nén thông với ngoài trời nên P
2
= P
0
. Bởi
vậy nếu >
2
thì P
2
xác định theo công thức sau:
()
+
+
=
R
S.fX.fV
V
PP
n
4202
n
02
02
()
n
242202
n
02
S.fX.fV
V
1R
+
=
Từ đẳng thức trên ta thấy rằng khi thiết kế sao cho f
2
.X
2
= f
4
.S
2
thì R
= 0 tức
là P
2
= P
0
. 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 (
2
3
)
Phơng trình chuyển động của đầu búa ở đoạn 2 có dạng:
()
2
2
12212011
dt
xd
MG.P.fffPP.f =+
Giải phơng trình trên ta đợc tốc độ đầu búa:
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
42
() ( ) ( )
()
()
()
1qw
asinaqcosBaqcosAb
qsin
q.
v
qcosvqsinqcosXav
2
22222
22
2
1
22122212
+
+
+
++=
X
1
= X
2
; v
1
= v
2
Trong đó X
1
, v
1
là đờng đi và tốc độ của đầu búa ở cuối giai đoạn 1 (tại thời
điểm =
2
)
Gia tốc của đầu búa:
( ) () ()
+
+
+=
=
cos
q
1
qcosBqsinA
1q
q.b
sinq vqcos.qXa
d
dv
j
2
2222
2
2
22
22122
22
212
Trong đó:
2
2
02
12
2
l
G
g.R.P.f
g.
4
k
1b
a
+
=
+=
02
42
01
3
10
2
V
f.f
V
f.f
G
R.g.n.P
b
+=
02
2
2
01
2
10
2
2
V
f
V
f
G
g.n.P
l
;
=
2
2
l
q
22222222
qcossinqsincosqA =
.
22222222
qsinsinqcoscosqB +=
.
d/ Hành trình đoạn 3 từ
3
< <
4
Khi =
3
áp suất không khí trong buồng đệm bằng:
()
+
+
=
R
S.fH.fV
V
PP
n
4202
n
02
00
Trong đó, S
= S
3
- hành trình của máy tại thời điểm đóng rãnh thông giữa các
buồng trên của 2 xilanh.
H
= X
3
Khi >
3
áp suất trong buồng đệm P
sẽ tính theo công thức:
P
.h
n
= P
0
.h
n
(4.5)
Trong đó h - chiều cao của buồng đệm tại điểm đang xét;
h
- chiều cao toàn phần của buồng đệm.
Nếu gọi X
1
là chiều sâu sử dụng piston trong buồng đệm và Z = X
1
/h
d
là chiều
cao tơng đối sử dụng piston trong buồng đệm thì từ ( 4.5) ta có:
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
43
n
0
n
1
0
n
0
Z1
1
P
Xh
h
P
h
h
PP
=
=
=
Nếu vẽ đồ thị
0
P
P
theo biến số Z ta sẽ có đồ thị nh hình 4.4.
1
Z
P
/P
0
X
1
h
h
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Hình 4.4
Để đơn giản cho tính toán ta chia đờng 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 phơng trình tổng quát:
()
+=
+=
h
X
h
HX
kZZk
P
P
n
nnnnn
0
Trong đó:
n
- tung độ điểm đầu của đoạn thẳng;
K
n
- hệ số góc của đoạn thẳng;
Z, Z
n
- hoành độ điểm đầu và cuối của đoạn thẳng
X - hành trình của máy búa lúc cuối (lúc đang xét);
X
n
- tổng chiều sâu ban đầu sử dụng piston trong buồng đệm;
Đối với đoạn thẳng thứ nhất: X
n
= 0; Đối với đoạn thẳng thứ 2: X
n
= X
1
.
Đối với đoạn thẳng thứ 3: X
n
= X
1
+ X
2
;
Đối với đoạn thẳng thứ 4: X
n
= X
1
+ X
2
+ X
3
.
Phơng trình chuyển động của đầu búa ở đoạn 3:
()
2
2
2,1212011
dt
xd
MG.P.fffPP.f =+
. (4.6)
1
= 1,1;
2
= 0,9
Giải phơng trình trên ta đợc:
()
[]
() ()
()
( )
1q.q
cosqqcosBqsinAb
qsin
q.
v
qcosXqcos1aX
2
3
2
3
333333
33
3
2
332333
++
+
+
++=
(4.7)
Trong đó:
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
44
( )
2
3
0
0
nn
n
02
2,13
3
l
P
P
h
XHk
G
g.P.f
g.
4
k
1b
a
+
+
=
01
310
3
V.G
f.f.R.g.n.P
b
=
+=
h
k
.
P
P
f
V
f.n
G
g.P
l
n
0
0
2
01
2
10
2
3
.
=
3
3
l
q
33333333
qcossinqsincosqA
=
33333333
qsinsinqcoscosqB
+=
Tốc độ đầu búa và gia tốc đầu búa đợc tính:
() ( )(
()
()
)
1qw
asinaqcosBaqcosAb
qcosvqsinq.Xav
2
3
33333
33233323
+
+
++=
() ( )()
+
+
+=
cos
q
1
qcosBqsinA
1q
q.b
sinq vqcos.qXaj
3
3333
2
3
33
33233
22
323
áp suất không khí trong buồng trên của xilanh nén:
()
n
4m202
4m2
02
0k2
S.fH.fV
S.fH.fV
PP
+
+
=
Trong đó S
là đờng đi của piston nén tại thời điểm đóng rãnh thông giữa các
buồng trên của 2 xilanh.
áp suất buồng dới 2 xilanh vẫn tính theo công thức:
[]
n
3101
n
01
0
1
f.Sf.XV
V.p
P
+
=
đ/ Hành trình đoạn 4 của đầu búa
4
5
Phơng trình chuyển động của đầu búa tơng tự nh đoạn 2:
()
2
2
22212011
dt
xd
MG.P.fffPP.f =+
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
45
Giải phơng trình nhận đợc:
()
[]
() ()
()
( )
1q.q
cosqqcosBqsinAb
qsin
q.
v
qcosXqcos1aX
2
4
2
4
444444
44
4
3
443444
++
+
+
++=
(2.8)
Trong đó:
2
4
02
24
4
l
G
R.P.f
g.
4
k
1b
a
+
=
+=
02
42
01
31
01
0
4
V
f.f
V
f.f
V.G
.R.g.n.P
b
+=
02
2
01
2
10
2
4
V
f
V
f
G
n.g.P
l
=
4
4
l
q
44444444
qcossinqsincosqA =
.
44444444
qsinsinqcoscosqB +=
.
X
3
= X
3
; v
3
= v
3
Tốc độ đầu búa đợc tính:
() ( )(
()
()
)
1qw
asinaqcosBaqcosAb
qcosvqsinq.Xav
2
4
44444
44344434
+
+
++=
Khi thiết kế phải tính sao cho q > 0,9. Vì bài toán phức tạp nên chỉ ra hớng
thay đổi các thông số:
() ( ) ( )
+
+
+=
cos
q
1
qcosBqsinA
1q
q.b
sinq vqcos.qXaj
4
4444
2
4
44
44344
22
434
Nếu vẽ đồ thị biểu diễn hành trình của piston nén và piston công tác theo góc
quay của trục khuỷu ta đợc đồ thị có dạng hình 4.5a còn vận tốc của đầu búa cũng
theo góc quay có dạng nh hình 4.5b.
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
46
Hình 4.5
b/
a/
1
b
5
1
0
0
360
0
180
0
0
0
V
0
0
X
S
S,X
Chú ý: Khi
i
= tức là q
i
= 1 thì có cộng hởng. 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
1
tăng lên. Vì vậy
1
= chỉ phát sinh trong một thời
điểm nào đó. Còn tại các thời điểm còn lại
i
nên không có cộng hởng mà nếu có
cộng hởng thì do có buồng đệm và vật rèn nên máy vẫn làm việc bình thờng (P
= 7
at). Khi tính toán ta phân tích điều kiện cộng hởng để có thể nhận đợc biên độ dao
động lớn nhất tức là có tốc độ va đập lớn nhất. Tuy nhiên hiện tợng cộng hởng chỉ
có khi h bằng chiều cao vật chọn để tính toán, ta có:
V
01
= [4af
1
+ f
3
(2r + b
M
)].1,09 + f
1
.h
V
02
= [f
2
.H + b
b
.f
H
].1,04 - f
2
.h
A = 25 mm; b = b
H
= 5 mm.
Trong đó: a - khoảng cách từ mép dới piston công tác đến nắp dới xilanh;
H - hành trình lắp ráp; h - chiều cao vật rèn
a
- chiều cao khoảng trống có hại dới xilanh công tác;
b
b
, b
H
- chiều cao khoảng trống có hại trên và dới xilanh nén.
Trong các công thức xác định vận tốc đầu búa ta thấy các hệ số q, b, , a. Các
hệ số này phụ thuộc vào chiều cao thông số của máy búa R,
1
,
2
,
3
,
4
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 dới theo hành trình của
piston nén và hành trình của đầu búa (H.2.6), ta vẽ đợc các đờng cong áp suất phụ
thuộc vào các trị số góc quay của trục khuỷu căn cứ vào công thức tính áp suất P
1
,
P
2
.
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
47
0
1,0
2,0
2,0
1,0
áp suất khí trời
áp suất khí trời
áp suất khí trời
áp suất khí trời
Xilanh công tác
Xilanh nén
S, cm
0
Dới
Dới
Dới
Dới
0
Trên
Trên
Trên
= 0
1,0
5
4
3
1
X, cm
1
1
1
P
2
2
Đóng
Buồng
đệm
Mở
buồng đệm
4
b
Trên
2,0
1,0
0
2,0
3
P
2
P
1
P
1
Hình 2.6- Giản đồ chỉ dẫn
áp suất không khí P
1
ở các buồng dới của 2 xilanh tơng ứng bằng nhau nếu
bỏ qua sự rò van tiết lu không khí trong rãnh nối.
áp suất của không khí P
2
nh nhau đối với cả 2 xilanh trớc khi đóng buồng
đệm. Sau khi đóng buồng đệm, áp suất của không khí trong buồng trên của xilanh nén
khi góc quay =
3
ữ
4
thay đổi theo biểu thức:
()
n
4m202
4m2
02
0k2
S.fH.fV
S.fH.fV
PP
+
+
=
Trong đó S
- 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 trng cho công của không khí trong các xilanh máy búa.
Chỉ số công chỉ dẫn của không khí trên và dới đợc xác định theo giản đồ này.
b/ Công và hiệu suất của máy búa
Năng lợng điện cung cấp của động cơ điện đợc 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 lợng đập có ích L
E
.
Sau một hành trình kép, không khí trong xilanh công tác thực hiện một công chỉ
dẫn A
ip
. Công đo đợc xác định theo công thức: A
ip
= A
ipH
+ A
ipb
Trong đó, A
ipH
, A
ipb
là công chỉ dẫn của không khí dới và trên trong xilanh
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
48
công tác xác định theo giản đồ chỉ dẫn.
Công chỉ dẫn của không khí A
ip
tiêu tốn để tạo ra năng lợng có ích và thắng
ma sát: A
ip
= L
E
+ 2.G.H
Trong đó, - hệ số mất mát do ma sát; G - trọng lợng rơi; H - hành trình búa.
M
= L
E
/A
n
=
MP
.
MK
.
oi
0,55 ữ 0,65
Nếu nh tính toán đến tất cả các năng lợng 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
thờng 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 thờng đúc bằng gang có
chiều dày phải tính đến lợng 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 đờng kính xilanh máy búa tác
dụng kép có thể dùng công thức thực nghiệm sau:
()
G53p.
4
D
2
n
ữ=
Trong đó: D
n
- đờng kính piston (cm); p - áp suất hơi ở đồng hồ đo (at)
G - khối lợng phần rơi (kg)
Từ đó:
( )
()
p
G
5,295,1
p.
G534
D
n
ữ=
ữ
=
nếu p = 6 at thì D
n
= (0,8 ữ 1,03)
G
.
Giữa piston và xilanh là xécmăng. Số lợng xécmăng thờng từ 2 ữ 4 chiếc và
đợc chế tạo bằng thép (C35; C40).
b
Vì có tính đàn hồi của xécmăng nên
piston và thành xilanh giữ đợc độ khít, ngăn
cản hơi lu thông giữa buồng trên và buồng
dới. Thời gian làm việc của xécmăng từ 6 đến
12 tháng. Xécmăng sử dụng 2 loại (Hình 4.7).
Loại b tốt vì kín hơn nhng chế tạo lại khó
hơn.
a
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng cao
49
Chiều cao piston: h
n
= (1 ữ 0,8)d
d - đờng kính piston
Đờng kính piston thờng nhỏ hơn
đờng kính xilanh (1 ữ 2,5) mm. Piston là chi
tiết có khối lợng G
n
0,05G
H
Piston chế tạo
bằng thép 45, 50 (Hình 4.8).
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Giáo trình:
Công nghệ tạo phôi nâng 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 trợt cố định gọi là máy có hành trình cứng; có loại đầu con trợt có thể điều chỉnh
đợc gọi là hành trình mềm. Nhìn chung các máy lớn đều có hành trình mềm. Trên
máy ép cơ khí có thể làm đợc các công việc khác nhau: rèn trong khuôn hở, ép phôi,
đột lỗ, cắt bavia v.v Sơ đồ nguyên lý đợc 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,
thông qua tay biên (8) làm cho đầu trợt (9)
chuyển động tịnh tiến lên xuống, thực hiện chu
trình dập. Đe dới (10) lắp trên bệ nghiêng có
thể điều chỉnh đợc vị trí ăn khớp của khuôn trên
và khuôn dới.
Đặc điểm của máy ép trục khuỷu:
chuyển động của đầu trợt êm hơn máy búa,
năng suất cao, tổn hao năng lợng ít, nhng có
nhợc điểm là phạm vi điều chỉnh hành trình bé,
đòi hỏi tính toán phôi chính xác và phải làm sạch
phôi kỹ trớc khi dập.
4.2.2. Động học của cơ cấu tay biên-trục khuỷu
9
8
7
5
6
10
4
3 2
1
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 trợt), 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.
a/Trờng hợp đồng trục
H
min
, H
max
: chiều cao khép kín nhỏ nhất
và lớn nhất của máy.
S - hành trình toàn bộ của máy.
S
- hành trình tức thời của máy tơng
ứng với góc quay .
- góc quay của trục khuỷu tính từ
đờng trục tới bán kính khuỷu.
L + R
M
0
R
A
L
B
2
B
1
S
H
Max
L - R
S
Bàn máy
H
Min
H 4.9- Phân tích động học cơ cấu tay biên-trục khuỷu
- góc kẹp giữa biên và đờng trục.
R, L - bán kính khuỷu, chiều dài biên
- vận tốc góc của trục khuỷu
Trờng đại học Bách khoa - Đại học Đà nẵng
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét