SỞ LAO ĐỘNG TBXH TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN CHẾ TẠO PHÔI HÀN 1 NGHỀ HÀN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số 234QĐ CĐN ngày 05 tháng 8 năm 2020 của Trườn.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ
CHẾ TẠO PHÔI HÀN BẰNG MỎ CẮT KHÍ CẦM TAY
Thực chất, đặc điểm và điều kiện cắt phôi bằng mỏ ngọn lửa oxi- khí cháy
1.1.1 Thực chất của quá trình cắt
Quá trình cắt khí là sự đốt cháy kim loại bằng dòng O2 để tạo nên các ôxít và các ôxít này bị thổi đi để tạo thành rãnh cắt
Quá trình cắt kim loại bắt đầu bằng cách đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy nhờ ngọn lửa hàn, tạo điều kiện cho phản ứng oxy hoá mạnh khi oxy được thổi qua Để đạt nhiệt độ cháy, ta khai thác nhiệt từ phản ứng giữa O2 và chất cháy như C2H2 (hoặc các khí cháy khác như C6H6) Khi kim loại đã đạt đến nhiệt độ cháy, dòng O2 tinh khiết (98% đến 99,7%) được đưa vào giữa rãnh mỏ cắt, oxy hoá trực tiếp kim loại và tạo thành oxit sắt rồi thổi ra khỏi rãnh cắt Nhiệt phát sinh trong quá trình cắt làm vùng lân cận nóng lên đến nhiệt độ cháy, vì vậy dòng O2 được tiếp tục mở để duy trì cắt cho đến khi kết thúc đường cắt.
Cắt bằng O2 đuợc dùng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim và gia công kim loại, xây dựng
Hiện nay cắt bằng phương pháp thủ công vẫn đuợc ứng dụng rộng rãi để cắt thép tấm, thép tròn và các chi tiết đơn giản hay phức tạp
Cắt bằng máy ngày càng đuợc phát triển và có năng suất cao, độ chính xác mép cắt phẳng và hiệu quả kinh tế lớn
1.1.2 Điều kiện cắt được của kim loại bằng ôxy:
Không phải mọi kim loại hay hợp kim loai đều có thể cắt đuợc bằng O2 mà kim loại cắt đuợc phải thoả mãn các điều kiện sau:
Nhiệt độ chảy phải cao hơn nhiệt độ cháy khi có oxi (O2) Đối với thép carbon thấp có hàm lượng C khoảng 0,7%, nhiệt độ cháy khoảng 1.350°C và nhiệt độ chảy gần 1.500°C nếu điều kiện này được thoả mãn Đối với thép carbon cao, ví dụ từ 1,1% đến 1,2% C, nhiệt độ chảy gần bằng nhiệt độ cháy nên trước khi cắt cần đốt nóng từ 300–650°C Đối với thép carbon cao và thép kim loại có Cr và Ni, gang, kim loại màu muốn cắt thì phải dùng thuốc cắt.
Để oxit kim loại đóng vai trò bảo vệ, nhiệt độ cháy của oxit phải nhỏ hơn nhiệt độ cháy của kim loại đó Ngược lại, lớp oxit được hình thành trên bề mặt kim loại và không bị chảy ra ở nhiệt độ làm việc Khi có dòng O2 thổi vào lớp oxit, lớp oxit sẽ ngăn cản quá trình oxy hóa của phần kim loại phía dưới.
- Nhiệt lượng sinh ra khi làm kim loại cháy trong dòng O2 phải đủ để duy trì quá trình liên tục
Độ dẫn nhiệt của kim loại không nên quá cao; khi khả năng dẫn nhiệt vượt quá mức cho phép, nhiệt lượng sẽ bị truyền ra xung quanh và không tập trung tại mặt cắt Hệ quả là nhiệt độ cắt ở khu vực giao cắt không đủ để duy trì quá trình gia công hoặc thậm chí gây gián đoạn quá trình cắt Do đó, việc kiểm soát nhiệt lượng, lựa chọn vật liệu dao cắt và điều chỉnh thông số gia công là những yếu tố then chốt để tối ưu hiệu suất cắt và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Độ chảy loãng của oxit phải ở mức cao để oxit dễ bị thổi khỏi rãnh cắt, giúp duy trì luồng O2 thông suốt và đẩy nhanh quá trình cắt Ngược lại, oxit đặc sẽ cản trở dòng O2, từ đó làm chậm và giảm hiệu quả của quá trình cắt.
Trong công nghệ gia công kim loại bằng cắt, kim loại dùng để cắt cần được tối ưu hóa thành phần để hạn chế nồng độ các yếu tố cản trở quá trình cắt như C, Cr và Si Việc giảm bớt các chất này giúp tăng tốc độ gia công, cải thiện chất lượng bề mặt và kéo dài tuổi thọ dụng cụ Đồng thời, bổ sung các hợp kim như Mo và W có tác dụng nâng cao tính chịu nhiệt và khả năng duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao của thép cắt, từ đó cải thiện hiệu suất cắt và độ ổn định của quy trình.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị an toàn và mỏ cắt cầm tay
1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị an toàn: a, Máy sinh khí axêtylen
Máy sinh khí axêtylen (còn gọi là bình hơi hàn) là thiết bị trong đó dùng nước phân huỷ đất đèn để lấy khí axêtylen
Công thức phân huỷ như sau:
Trong thực tế, 1 kg đất đèn cho khoảng 220–300 lít khí C2H2 Hiện nay có nhiều loại máy sinh khí axêtylen với nhiều kiểu thiết kế khác nhau, nhưng bất kể loại máy nào, dù ở mức áp suất làm việc hay năng suất ra sao, đều phải có đầy đủ các bộ phận chính sau đây.
- Buồng sinh khí (một hoặc nhiều cái)
- Thiết bị kiểm tra và an toàn (như áp kế, nắp an toàn v…v)
- Bình ngăn lửa tạt lại
Cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy sinh khí Axêtylen kiểu ΓBP-125 (Liên xô),
Hình 1.1 Máy sinh khí Axêtylen ΓBP-125
1 Thùng; 2 Hòm chứa nước; 4 Bộ phận điều chỉnh nước; 6 Ngăn đất đèn; 7 Buồng sinh khí; 9 Vòi kiểm tra nước; 10 Bình ngăn lửa tạt lại; 11
Máy sinh khí axêtylen kín có áp suất làm việc trung bình (0,15–0,3 atm) và công suất thấp, được trang bị đầy đủ các bộ phận như màng bảo hiểm, nắp an toàn, ống dẫn và áp kế Khi dùng khí axêtylen ở áp suất trung bình để cắt, mỏ cắt sẽ ổn định và ngọn lửa không bị bật ngược lại, do đó máy ΓBP‑1,25 rất thích hợp cho các công tác cắt với yêu cầu ổn định ở mức áp suất thấp.
Máy gồm một thùng kín (1), hòm chứa nước cung cấp (2) buồng sinh khí
(7), máy điều chỉnh nước vào buồng sinh khí (4), nắp an toàn (12), màng bảo hiểm
(11), áp kế (14) và bình ngăn lửa tạt lại (10)
Trong quá trình vận hành, ta đổ nước vào ống (13) để nước chảy xuống hòm nước (2) và thùng (1) cho đến khi nước trong thùng đầy tới vòi thăm nước (9), rồi ngừng cấp nước Cho đất đèn vào ngăn (6) rồi đặt vào trong buồng sinh khí (7) và đóng kín buồng sinh khí lại Nước từ hòm (2) chảy qua máy điều chỉnh (4) và vào buồng sinh khí Khí axêtylen đi vào thùng (1) rồi qua bình ngăn lửa tạt lại (10) trước khi đến mỏ hàn Máy điều chỉnh (4) có van nối liền với tấm màng lòxo Nếu áp suất trong bình sinh khí thấp (0,16 ÷ 0,18 atm) thì van và tấm màng bị lò xo ép về phía bên trái; như vậy nước có thể chảy qua máy điều chỉnh mà vào buồng sinh khí.
Nếu áp suất trong bình ngăn cao (0,19 ÷ 0,20at) sẽ ép chặt lò xo trên tấm màng mà đóng van lại làm nước không chảy qua được
Khi áp suất trong buồng sinh khí tăng cao, nước được đẩy từ ngăn bên phải sang ngăn bên trái, làm giảm tốc độ phân giải đất đèn và khiến áp suất trong bình từ từ tăng lên Khi tiêu thụ khí axêtylen giảm, áp suất trong buồng lại giảm và nước chảy từ ngăn trái sang ngăn phải, làm tăng tốc độ phân giải đất đèn Nhờ cơ chế đó, khí axêtylen được tự động điều chỉnh theo tình hình tiêu thụ thực tế.
Khí axêtylen được sản xuất tại nhà máy và đóng nạp vào bình chứa khí rồi vận chuyển đến nơi tiêu thụ; cỡ hạt đất đèn phù hợp cho loại này là 25 x 50 mm hoặc 50 x 80 mm Trong sản xuất hàn và cắt kim loại bằng khí, hỗn hợp C2H2 + O2 được dùng nhiều nhất Bình chứa khí được làm bằng thép, có dung tích 40 lít và chịu được áp suất 200 atm; để bảo quản và vận chuyển, các bình có dung tích và màu sơn khác nhau được sử dụng Mặt ngoài được sơn màu:
- Bình ôxy được sơn màu xanh
- Bình khí axêtylen sơn màu trắng
- Bình sơn màu vàng là bình chứa khí hyđrô
Hình 1.2 Các loại bình chứa khí
Bình chứa dung tích 40 lít có kích thước như sau :
- Chiều dài phần vỏ bình : 1390 mm
- Chiều dày thành bình (đối với loại 200 at ) : 9.3 mm
Khí oxi được nạp vào bình chứa ở áp suất tối đa 150 atm, còn khí axetylen ở tối đa 16 atm Để ngăn ngừa nguy cơ nổ của axetylen, người ta bỏ vào bình các chất bọt xốp tẩm axeton, loại dung môi tốt giúp hòa tan axetylen.
* Cấu tạo của bình chứa khí:
Oxygen Cylinder Acetylene Cylinder Acetylene Cylinder
Nắ ắp p bả b ảo o vệ v ệ Van gia Van giảû m m áùp a p
Ma Màứng ng an an toàứn toa n
Ruộọt Ruo t b bì ình nh
Lớùp Lơ p xo xốáp p choỏỏng cho ng no noồồ
Cấu tạo bình chứa khí.
N Nắ ắp p bả b ảo o vệ v ệ
Hình 1.3 Cấu tạo các loại bình chứa khí c, Áp kế:
Đây là dụng cụ đo áp suất khí, gọi là áp kế Trên mặt áp kế phải có một vạch đỏ rõ ràng ngay sau số chỉ áp suất cho phép để nhận biết trạng thái làm việc bình thường của hệ thống Đối với các loại áp suất trung bình mà thùng chứa khí được thiết kế thành một bộ phận riêng, nắp áp kế phải được đậy ở cả buồng sinh khí và thùng chứa khí D, nắp an toàn là thành phần bảo vệ quan trọng, giúp ngăn ngừa rò rỉ và bảo vệ áp kế khỏi tác động của môi trường.
Thiết bị điều áp giúp khống chế áp suất làm việc của máy sinh khí, đảm bảo vận hành an toàn Tất cả các loại máy sinh khí kiểu kín đều phải được trang bị ít nhất một nắp an toàn dạng quả tạ hoặc lò xo Đường kính và độ nâng của nắp an toàn cần được thiết kế để xả khí hiệu quả nhất khi năng suất máy ở mức cao nhất, nhằm đảm bảo áp suất làm việc của máy không tăng quá 1,5 atm trong mọi trường hợp.
Trong nhiều trường hợp, màng bảo hiểm được lắp như nắp an toàn và có thể bị xé vụn khi áp suất trong bình chứa C2H2 tăng lên quá mức, gây hỏng bình hoặc phá hủy khí Khi áp suất đạt 2,5–3,5 atm, màng bảo hiểm sẽ bị phá huỷ Màng bảo hiểm thường được chế tạo từ lá nhôm, lá thiếc mỏng, hoặc hợp kim đồng – nhôm, với độ dày từ 0,1 đến 0,15 mm Thiết bị ngăn lửa tạt lại là một yếu tố bảo vệ quan trọng, ngăn ngừa sự lan rộng của lửa và đảm bảo an toàn trong vận hành.
Thiết bị ngăn lửa tạt lại là thành phần chủ chốt trong hệ thống hàn và cắt, ngăn ngọn lửa hoặc khí oxy đi ngược từ mỏ hàn hoặc mỏ cắt vào máy cấp khí C2H2 Hiện nay chúng ta dùng mỏ hàn và mỏ cắt kiểu hút, với áp suất khí O2 cao hơn nhiều so với áp suất khí C2H2 (O2 từ 3–14 atm, C2H2 từ 0,01–1,5 atm) Trường hợp mỏ hàn bị tắc hoặc khí O2 bị nổ, ngọn lửa có thể đi ngược lại vào hệ thống Hiện tượng này xảy ra khi tốc độ cháy của hỗn hợp O2 và C2H2 lớn hơn tốc độ cấp khí.
Tốc độ khí cung cấp càng giảm khi: tăng đường kính lỗ mỏ hàn giảm lực và tiêu hao khí , ống dẫn bị tắc
Tốc độ cháy tăng khi tăng lượng O2, nhiệt độ khí cao và môi trường hàn khô ráo ở nhiệt độ cao Thiết bị ngăn lửa tạt lại có nhiệm vụ dập tắt ngọn lửa và không cho khí cháy vào máy sinh khí Yêu cầu chủ yếu của thiết bị là ngăn chặn sự lan rộng của ngọn lửa và bảo vệ hệ thống máy sinh khí khỏi sự xâm nhập của khí cháy.
- Ngăn cản ngọn lửa tạt lại và xả hỗn hợp cháy ra ngoài
- Có độ bền ở áp suất cao khi khí cháy đi qua bình
- Giảm khả năng cản thuỷ lực dòng khí
- Dễ kiểm tra, dễ rửa, dễ sửa chữa
Thiết bị ngăn lửa tạt lại đuợc chia làm hai loại: f, Thiết bị ngăn lửa tạt lại kiểu khô
Hình 1.5 Thiết bị ngăn lửa tạt lại kiểu khô
Thiết bị ngăn lửa có cấu tạo gồm vỏ thép ở bên ngoài, bên trong đặt một thỏi hình trụ bắt bọt sứ Hai mặt của vỏ thép được ghép bằng hai nắp, giữa chúng có lớp lót cao su giúp tăng độ kín Khi ngọn lửa bị tạt vào, thiết bị lập tức được dập tắt nhờ cơ chế hoạt động dựa trên chất lỏng kín bên trong.
Hoạt động bình thường: Khí từ bình sinh khí qua ống (3) đi quan van (5) chui qua nước và ra van (4) đến mỏ cắt
Hình 1.6 Thiết bị hoạt động bình thường
Khi hỗn hợp nổ tạt lại, áp suất trong bình làm nén nước tăng lên Viên bi (5) đóng kín, ngăn không cho hỗn hợp nổ đi qua và dập tắt ngọn lửa.
Hình 1.7 Thiết bị ngăn lửa tạt lại h, Van giảm áp:
Van giảm áp lắp ngay sau nguồn khí và có tác dụng:
- Làm giảm áp suất của các chất khí đến mức quy định
- Giữ cho áp suất đó không thay đổi trong suốt quá trình làm việc
- Điều chỉnh áp suất khí ra
- Van giảm áp cho khí O2 có thể điều chỉnh áp suất khí O2 từ 150at xuống khoảng 1 ÷ 15at
- Van giảm áp cho khí C2H2 có thể điều chỉnh áp suất khí C2H2 15at xuống khoảng 0,05 ÷ 1,5at
Van giảm áp đơn cấp: Có nhiều loại van giảm áp khác nhau nhưng nguyên lý chung của các bộ phận chính thì giống nhau
Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý vận hành của van giảm áp loại đơn cấp
1 Buồng áp lực cao; 2.Nắp van; 3 Nắp an toàn; 4 Áp kế ;
5 Buồng áp lực thấp; 6 Lò xo; 7 Vít điều chỉnh; 8 Màng;
9 Cần; 10 Áp kế 11 Lò xo
Van giảm áp là thiết bị dùng để làm giảm áp suất của các chất khí xuống mức quy định và duy trì ổn định áp suất đó trong suốt quá trình vận hành Với van giảm áp dành cho khí oxy, nó có thể điều chỉnh áp suất từ 150 atm xuống khoảng 1–15 atm, đảm bảo nguồn oxy đáp ứng đúng yêu cầu của quá trình gia công Đối với khí axetylen, van giảm áp có thể điều chỉnh áp suất của các máy sinh khí từ 0,1–1,5 atm, thích ứng với các hoạt động hàn hoặc cắt kim loại.
Có nhiều loại van giảm áp khác nhau, nhưng nguyên lý chung và các bộ phận chính vẫn giống nhau Hình 4.3 trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của van giảm áp đơn cấp: khí nén từ bình ôxy hoặc từ máy sinh khí đi vào buồng áp lực cao (1), sau đó qua khe hở giữa nắp van (2) và gờ van vào buồng áp lực thấp (5); do dung tích buồng (1) nhỏ hơn buồng (5) nên chất khí từ buồng (1) sang buồng (5) sẽ giãn nở làm áp suất giảm xuống mức làm việc rồi được dẫn ra mỏ hàn hoặc mỏ cắt Để điều chỉnh áp suất khí trong buồng (5) ta điều chỉnh khe hở giữa nắp van (2) và gờ van: nắp (2) càng nâng lên thì áp suất trong buồng áp lực thấp càng cao và lưu lượng khí đi qua van giảm áp càng nhiều Để nâng nắp (2) lên, ta vặn vít điều chỉnh (7): khi vặn vào (theo chiều kim đồng hồ) thì lò xo (6) đẩy màng (8), cần (9) và đẩy nắp (2) lên; khi vặn ra thì nắp (2) hạ xuống làm áp suất trong buồng (5) giảm thấp.
Lắp ráp thiết bị và tạo ngọn lửa cắt
1.3.1 Lắp ráp thiết bị: a Thổi sạch bụi bẩn trước khi lắp van giảm áp:
- Quay cửa xả khí về phía trái người thao tác
- Mở và đóng nhanh van bình khí từ 1 đến 2 lần
- Để tay quay tại van bình khí b Lắp van giảm áp bình Ôxy
- Kiểm tra gioăng của van giảm áp
- Lắp van giảm áp bình ôxy vào sao cho lỗ xã khí của van an toàn quay xuống phía dưới (Chú ý van bình sử dụng ren thuận)
- Dùng mỏ lết xiết chặt đai ốc c Lắp van giảm áp bình Axêtylen
- Kiểm tra các hư hại của gioăng
Điều chỉnh phần dẫn khí và vào van giảm áp sao cho phần nhô ra khỏi mặt trong của đồ gá kẹp khoảng 20 mm; nếu không dùng đồ gá kẹp thì lắp đặt tương tự như với bình oxy để đảm bảo vị trí dẫn khí chính xác và an toàn.
- Để van giảm áp nghiêng một góc khoảng 45 0
- Xiết chặt gá kẹp hoặc đai ốc (Chú ý: đầu chai sử dụng ren ngược) d Nới lỏng vít điều chỉnh van giảm áp
- Nới lỏng vít điều chỉnh tới khi tay quay nhẹ nhàng e Mở van bình khí
- Không đứng phía trước van giảm áp
- Quay chỡa vặn mở van bỡnh khớ nhẹ nhàng khoảng ẵ vũng
- Kiểm tra áp suất bình khí trên đồng hồ áp suất cao
- Để chìa vặn trên van bình khí g Kiểm tra rò khí
- Dùng nước xà phòng để kiểm tra các bộ phận sau:
+ Chổ lắp ghép giữa van giảm áp và bình khí
+ Chổ lắp ghép giữa vít điều chỉnh và thân van giảm áp
+ Chổ lắp đồng hồ đo áp suất
Quá trình cháy của oxy với axetylen hoặc các khí khác như metan và benzen sinh ra nhiệt và ánh sáng; nhiệt lượng này làm nóng vật hàn, que hàn và môi trường xung quanh quá trình hàn.
Ngọn lửa hàn có cấu tạo gồm ba vùng riêng biệt về kích thước, và màu sắc của từng vùng phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích giữa khí oxy và axetylen Căn cứ vào tỷ lệ của hỗn hợp khí hàn, ngọn lửa hàn có thể chia thành ba loại: ngọn lửa bình thường, ngọn lửa ôxy hoá và ngọn lửa cacbon hoá.
Ngọn lửa này chia ra làm ba vùng:
Vùng hạt nhân có màu sáng trắng, nhiệt lượng thấp và chứa các nguyên tử cacbon tự do; vì vậy vùng này không được dùng để hàn vì mối hàn dễ bị cacbon thấm vào và trở nên giòn.
- Vùng cháy không hoàn toàn: Có màu sáng xanh, nhiệt độ cao (3200 0 C) có
CO và H2 là hai chất khử ôxy nên gọi là vùng hoàn nguyên hoặc vùng cháy chưa hoàn toàn
Vùng cháy hoàn toàn có màu nâu sẫm ở nhiệt độ thấp; ở vùng này, C2 và nước là những chất khí sẽ oxi hoá kim loại nên còn được gọi là vùng oxy hoá ở đuôi ngọn lửa, và carbon cháy hoàn toàn nên được coi là vùng cháy hoàn toàn Ngọn lửa ôxy hoá là khu vực diễn ra quá trình oxi hoá mạnh mẽ giữa chất cháy và oxi, tạo ra nhiệt và các sản phẩm cháy điển hình.
Ngọn lửa ôxy hoá xuất hiện khi ngọn lửa mất tính hồi nguyên và khí cháy mang tính chất oxi hoá, nên gọi là ngọn lửa ôxy hoá; lúc này nhân ngọn lửa ngắn lại, vùng giữa và vùng đặc biệt không rõ ràng và ngọn lửa có màu sáng trắng c Ngọn lửa các bon hoá là trạng thái cháy liên quan đến quá trình cacbon hoá, có những đặc trưng riêng biệt khác với ngọn lửa ôxy hoá.
Vùng ngọn lửa thừa các bon tự do và mang các bon hoá lúc nào nhân ngọn lửa kéo dài và nhập vào vùng giữa có màu nâu sẫm
Qua sự phân bố về thành phần về nhiệt độ của ngọn lửa hàn, áp dụng ngọn lửa để hàn như sau:
Ngọn lửa bình thường có tác dụng tối ưu ở vùng cách nhân ngọn lửa khoảng 2–3 mm, nơi nhiệt độ đạt mức cao nhất Thành phần khí hoàn nguyên (CO và H2) ở khu vực này tham gia vào quá trình hàn, vì vậy đây được xem là vùng làm việc thích hợp để hàn.
Ngọn lửa cacbon hoá được dùng khi hàn gang để bổ sung cacbon cho vùng hàn bị cháy, giúp phục hồi thành phần và tăng độ liên kết của kim loại Trong quá trình gia công, tôi thực hiện mài bề mặt và làm sạch, hàn đắp lên thép hợp kim tốc độ cao (HSS) và hợp kim đồng thau, đồng thời tiến hành cắt bằng oxy và đốt sạch bề mặt trước khi hàn.
Hình 1.12 Sự phân bố nhiệt độ theo chiều dài của ngọn lửa bình thường
Kỹ thuật cắt khí
Ngọn lửa của mỏ cắt được hướng vào vùng cắt để nung nóng kim loại đến nhiệt độ cháy và đốt cháy cạnh tấm kim loại Khi vật liệu tương đối dày, mỏ cắt bắt đầu nghiêng một góc từ 5° đến 10° so với mặt vật cắt, nhằm đảm bảo mép được nung nóng đều trên toàn bộ chiều dày và bắt đầu quá trình cắt một cách dễ dàng.
Trong quá trình gia công, khi vật có độ dày dưới 50 mm, mỏ cắt nên được đặt thẳng góc với bề mặt vật để đảm bảo sự tiếp xúc tối ưu và đường cắt chính xác Đối với trường hợp bắt đầu cắt từ giữa tấm ra ngoài, cần gia công trước một lỗ ở vùng có độ dày nhỏ hơn một ngưỡng nhất định để quá trình cắt diễn ra ổn định và giảm thiểu biến dạng.
Để tạo lỗ có đường kính 20 mm, có thể dùng mỏ cắt để thực hiện quá trình cắt Tuy nhiên, để tránh ngọn lửa tạt vào khu vực xung quanh, trước hết cần nung nóng vùng làm việc lên đến nhiệt độ chảy của kim loại rồi mới phun dòng oxy để tiến hành cắt.
Quy trình bắt đầu bằng việc đốt vật cắt ở mép sau, sau đó dịch mỏ cắt tới vị trí cắt lỗ; khi chiều dày vật liệu được gia công bằng máy khoan để hình thành lỗ, sau khi lỗ được gia công xong ta bắt đầu cắt từ lỗ ra ngoài Trong bước b, khoảng cách từ mỏ cắt đến bề mặt vật cắt là tham số quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng của chi tiết.
Khoảng cách tối ưu từ ngọn lửa đến vật cần cắt khi cắt bằng lửa là khoảng 1,5–2,5 mm Đối với tấm thép có độ dày ∂ < 100 mm, khoảng cách từ đầu mỏ đến mặt kim loại được tính theo h = L + 2 (mm), trong đó L là chiều dày ngọn lửa, và để duy trì khoảng cách này ổn định trong quá trình cắt ta có thể lắp thêm một cặp bánh xe dẫn hướng Với tấm thép dày hơn 100 mm, khoảng cách có thể được điều chỉnh lớn hơn Vị trí và sự di chuyển của mỏ cắt đóng vai trò quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình gia công.
Khi cắt tấm thép bằng đường thẳng, mỏ cắt nên nghiêng một góc từ 20 đến 30 độ về phía ngược hướng cắt; bằng phương pháp này khi cắt thép dày từ 20 đến 30 mm sẽ nâng cao năng suất của quá trình cắt Tốc độ cắt cần được điều chỉnh phù hợp với độ dày tấm và loại thép để đảm bảo đường cắt sắc, phoi ổn định và tối ưu hóa hiệu quả gia công.
Quá trình cắt ổn định và chất lượng mối cắt tốt có thể đạt được khi tốc độ di chuyển của mỏ cắt tương ứng với tốc độ oxy hoá kim loại theo độ dày của tấm cắt hoặc phôi Tốc độ cắt quá nhỏ sẽ làm hỏng mép cắt, trong khi tốc độ cắt quá lớn sẽ bỏ sót vùng cần cắt và phá hỏng toàn bộ quá trình cắt Tốc độ cắt được chọn trên bảng chế độ cắt và cần thực hành cắt khí để nắm được các tham số tối ưu.
Nội dung các bước công việc
Hình vẽ minh họa Hướng dẫn sử dụng
Mồi và điều chỉnh ngọn lửa
- Xả nhẹ van ôxy truớc sau đó xả nhẹ van nhiên liệu và mồi lửa
- Điều chỉnh ngọn lửa có tỷ lệ phù hợp với chế độ cắt
- Khi bắt đầu cắt ngọn lửa hướng vào vùng cắt để đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy và để đốt cháy cạnh tấm kim loại
- Khi mép cắ đã cháy thì nghiêng mỏ và xả ô xy cắt
Để khoét lỗ tròn ở giữa tấm và ra ngoài, trước tiên phải khoan một lỗ dẫn và từ đó mới cắt thành lỗ Khi độ dày tấm dưới 20 mm, có thể dùng mỏ cắt để tạo lỗ này; tuy nhiên để tránh ngọn lửa tạt ngược vào thiết bị, trước tiên phải nung nóng đến nhiệt độ chảy rồi mới phun dòng O2.
- Dùng compa cắt như hình vẽ để cắt chi tiết tròn
- Không thể cùng 1 lúc cắt cả chiều dày chi tiết vì vậy góc độ của mỏ phải thay đổi dần dần để cắt từng phần như hình vẽ
- Dùng thước thẳng có góc vát 30 độ để làm dưỡng.
Sai hỏng thường gặp
TT Sai hỏng Nguyên nhân Cách khắc phục
Những quy định an toàn và các biện pháp phòng chống cháy nổ khi cắt khí
2 Khó mồi và điều chỉnh ngọn lửa Áp suất khí chưa phù hợp Điều chỉnh áp suất khí phù hợp
Quá trình cắt bị gián đoạn, mép cắt không thủng
Chế độ cắt chưa đúng Tăng công suất của ngọn lửa
5 đang cắt có tiếng nổ nhỏ và ngọn lửa bị tắt Đầu bép cắt bị kim loại lỏng bắn vào gây bẩn
Tháo bép, làm sạch bằng cách dùng dây đồng mềm để cọ, thông bép
1.6 Những quy định an toàn và các biện pháp phòng chống cháy nổ khi cắt khí a Quy định an toàn trong cắt bằng khí:
Những người được phép thực hiện công việc cắt bằng khí phải từ 18 tuổi trở lên, có chứng nhận sức khỏe phù hợp, đã qua đào tạo chuyên môn và có chứng chỉ đạt tiêu chuẩn do các cơ quan, tổ chức có thẩm quyền cấp.
Quy định an toàn cho công việc cắt bằng khí: cấm tiến hành ở những vị trí cao hơn mặt đất 1 mét khi không có che chắn hoặc ở những khu vực không đảm bảo chiếu sáng đầy đủ; không thực hiện ở những nơi nguy hiểm khi thời tiết xấu.
Để bảo đảm an toàn, cấm bố trí bình điều chế axêtylen di động ở nơi đông người và tại các khu vực có hơi hoặc chất dễ phản ứng với axêtylen tạo thành hỗn hợp cháy nổ Việc quản lý vị trí lưu trữ và vận chuyển bình axêtylen, cùng với việc kiểm soát hơi của các chất có khả năng phản ứng, là yếu tố thiết yếu để ngăn ngừa cháy nổ và bảo vệ an toàn nơi làm việc.
- Phải đặt các bình chứa khí cách vị trí cắt và nguồn nhiệt khác có ngọn lửa hở một khoảng cách ít nhất là 10 m
- Khi thao tác đối với các chai (bình) chứa khí ôxy:
+ Cấm dùng các dụng cụ có dính dầu mỡ để thao tác
+ Cấm mang vác bằng tay hoặc lăn
+Cấm thao lắp chai bằng búa đập và đục
+ Cấm sử dụng các chai bị nứt, bị hỏng (móp, sứt, mẻ )
+ Cấm dùng các van giảm áp có ren không thích hợp ở những chỗ có mối ghép bằng ren
+ Cấm dùng các chai có ren hở khí
Cấm để bình điều chế và các chai chứa khí ở nơi thiếu kiểm soát Để đảm bảo an toàn, khoảng cách tối thiểu giữa các chai chứa khí oxy và bình khí cháy nên được đặt xa nhau ít nhất 5 mét.
- Khi thao tác với bình điều chế axêtylen
+ Cấm dùng 1 bình điều chế di động cung cấp axêtylen cho từ 2 vị trí hàn cắt trở nên
+ Cấm nạp các bít can xi có cỡ hạt nhỏ hơn quy định trong hồ sơ kỹ thuật của bình
+ Cấm đặt bình ở các chỗ hàn, các chỗ có nguồn lửa hoặc tia lửa trực tiếp trong vòng 10 m
+ Cấm di chuyển các bít can xi trong các thùng hở
- Cấm lấy ôxy khỏi chai khi áp suất dư trong chai còn nhỏ hơn 0,5at
- Cấm đem mỏ cắt bằng khí đang cháy ra khỏi vị trí làm việc
- Cấm cắt bằng khí với các bồn bể chứa, ống dẫn đang chịu áp lực b Các biện pháp chống cháy nổ khi cắt kim loại
- Trước khi cắt cần kiểm tra khu vực làm việc và các vùng liên quan
+ Tường và những phòng thông nhau
+ Mức độ an toàn của hệ thống ống dẫn
+ Vật liệu dễ cháy, nổ trong khu vực cắt khí
Từ đó có thể đề xuất hoặc áp dụng các biện pháp phòng chống cháy nổ thích hợp
- Phải chuẩn bị các phương tiện tại chỗ có khả năng dập tắt cháy nổ (bình chữa cháy, nước, cát )
- Nếu không đảm bảo các điều kiện chống cháy nổ thì không được phép thực hiện việc cắt Cần tìm biện pháp thích hợp để giải quyết
Trong quá trình làm việc, khi chưa đảm bảo điều kiện chống cháy, cần che đậy hoặc di chuyển các vật liệu dễ cháy ra khỏi khu vực làm việc và tuyệt đối tuân thủ quy định phòng cháy chữa cháy; hệ thống báo cháy phải được lắp đặt phù hợp và được kiểm tra lại sau khi kết thúc công việc cắt để đảm bảo an toàn phòng cháy.
Khi tiến hành cắt trong không gian hẹp, kín như bình chứa nhiên liệu hay nồi hơi, cần áp dụng đầy đủ các biện pháp an toàn và phòng chống cháy nổ Trong đó, hệ thống thông gió đóng vai trò then chốt: nó phải đảm bảo đủ lượng gió trao đổi qua không gian làm việc, giúp duy trì nồng độ khí an toàn và giảm thiểu tích tụ khí dễ cháy hoặc nổ trong khu vực làm việc.
Các nguy hiểm có thể do vật liệu dễ cháy, thừa hoặc thiếu ôxy, nhiều loại khí cháy, dòng điện, các chất còn lại trong bình chứa
Biện pháp an toàn khi làm việc với máy hàn: trước khi bắt đầu cần đặt hệ thống thông khí và thông hút, mặc đồ bảo hộ chống cháy, kiểm tra độ kín của thiết bị hàn và bình chứa khí; đặt bình chứa khí ngoài vùng hàn có không gian hẹp; sử dụng máy hàn an toàn với điện áp không quá 42 V, có hệ thống nối mát theo quy định và thiết bị điện hoặc chiếu sáng không quá 48 V; trong quá trình làm việc cần thông khí thường xuyên để loại bỏ hết khói sinh ra trong quá trình cắt và cung cấp đầy đủ không khí sạch.
Trong khi tạm nghỉ, ngắt kết nối nguồn và tháo các dây dẫn của thiết bị để kiểm tra hiện trạng và đảm bảo an toàn vận hành Sau khi kết thúc công việc, mang toàn bộ dụng cụ ra khỏi vùng hàn, tiến hành kiểm tra và vệ sinh khu vực cắt khí nhằm duy trì khu vực làm việc sạch sẽ, ngăn ngừa bụi bẩn và sự cố.
Khi cắt các bình chứa chất nguy hiểm như bình xăng hoặc thùng chứa hóa chất, cần nhận diện các chất dễ gây nhiễm độc, cháy nổ và ô nhiễm còn tồn đọng Để đảm bảo an toàn, trước khi thực hiện cắt các loại bình này phải kiểm tra kỹ và làm sạch cặn hoặc chất còn dư bên trong Các bình, thùng chứa không rõ nguồn gốc được xem là nguy hiểm và nên được xử lý thận trọng theo các quy định an toàn.
Biện pháp an toàn được thực hiện thông qua giám định chuyên môn, kiểm tra và đánh giá các biện pháp an toàn, đồng thời giám sát chặt chẽ quá trình công việc Cần loại bỏ tất cả các chất bên trong thiết bị chứa trước khi cắt và đảm bảo không để xảy ra tia lửa ở các miệng van khóa Sau khi xử lý, tẩy sạch khu vực làm việc để đảm bảo an toàn và vệ sinh.
Để làm sạch thiết bị, sử dụng rửa bằng chất lỏng thích hợp hoặc thực hiện làm bay hơi chất lỏng, sau đó có thể áp dụng làm sạch bằng phương pháp cơ học, rửa lại bằng nước sạch và để khô hoàn toàn Sau khi làm sạch, tiến hành nạp đầy thiết bị chứa bằng các chất chống cháy phù hợp như nước, nitơ hoặc khí CO2 để đảm bảo an toàn và vận hành ổn định.
1.7 An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp
- Quần áo bảo hộ lao động giày mũ gọn gàng đúng quy định
- Bình chứa đầy ôxy phải để cách xa ngọn lửa trần ít nhất 5 mét
- Không được để các chai ôxy ở gần dầu mỡ, các chất cháy và các chai khí dễ bắt lửa
- Khi vận chuyển các chai ôxy phải thật nhẹ nhàng tránh va chạm mạnh
- Van giảm áp của loại khí nào chỉ được phép dùng riêng cho khí ấy, không được dùng lẫn lộn
- Trước khi lắp van giảm áp phải kiểm tra xem ống nhánh trên van khoá của bình ôxy có dầu mỡ và bụi bẩn không
Khi ngừng hàn hoặc cắt trong thời gian ngắn, cần đóng kín các van khóa trên nguồn cung cấp khí Nếu ngừng làm việc lâu hơn một giờ, trước khi đóng van khóa phải nới lỏng vít điều chỉnh trên van giảm áp cho đến khi áp kế ở buồng áp lực thấp về 0.
- Hàng tháng phải dùng nước xà phòng bôi trên các phần nối của van để kiểm tra xem van có hở không
Bài tập và sản phẩm thực hành bài 14.1
Câu 1: trình bày cấu tạo của mỏ cắt khí
Câu 2: Hãy nêu điều kiện để kim loại cắt được bằng ôxy
Bài tập ứng dụng: Cắt chi tiết có kích thước như bản vẽ sau bằng mỏ cắt tay?
An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp
Gia công cắt kim loại bằng máy cắt đá là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhờ tính cơ động của thiết bị, cho phép cắt nhanh chóng và linh hoạt trên nhiều loại kim loại khác nhau cũng như các hình dạng phôi đa dạng Với khả năng thích ứng cao và hiệu suất gia công hiệu quả, phương pháp này giúp tối ưu quá trình sản xuất và đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác và bề mặt phôi phù hợp.
Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
+ Xác định kích thước chiều dài chính xác của phôi
+ Chọn được chế độ cắt
+ Gá lắp được phôi đảm bảo yêu cầu
+ Điều chỉnh và vận hành được máy để cắt được 3 phôi / 1 học sinh / 20 phút
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Học tập nghiêm túc và có ý thức kỷ luật là nền tảng cho làm việc độc lập và làm việc theo nhóm hiệu quả Trong môi trường làm việc, cần tự chủ và đồng thời biết hướng dẫn, giám sát những người có trình độ thấp hơn để đảm bảo công việc được thực hiện đúng tiến độ và chất lượng Việc đánh giá kết quả thực hiện của bản thân và của các thành viên trong nhóm giúp tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao trách nhiệm cá nhân.
2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy cắt lưỡi đĩa
Hình 2.1 Máy cắt lưỡi đĩa
CẮT KIM LOẠI BẰNG MÁY CẮT ĐÁ
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy cắt lưỡi đĩa
Hình 2.1 Máy cắt lưỡi đĩa
Gồm các bộ phận cơ bản :
8 Nút cố định công tắc
2.1.3 Nguyên lý làm việc Động cơ điện một chiều (1) truyền chuyển động quay trực tiếp cho đá cắt
Máy cắt kim loại được miêu tả là loại máy đơn giản, dễ sử dụng, với tay cầm đưa đá cắt xuống cắt vật liệu; đá cắt được kẹp chắc chắn trên ê-tô, giúp thao tác ổn định khi gia công Đây là loại máy cắt phổ biến dùng để cắt thép tấm mỏng, thép ống và thép V Động cơ dẫn động trực tiếp cho đá cắt không qua bộ truyền nên tốc độ cắt cao và tiết kiệm công suất, nhưng máy lại không có chế độ phòng quá tải, vì vậy khi vận hành cần nắm vững các thao tác để tránh gặp sự cố.
Vận hành sử dụng máy cắt lưỡi đĩa
- Nối động cơ với nguồn điện
- Bật công tắc gắn trên động cơ (một số máy không có công tắc an toàn gắn ở động cơ mà chỉ có công tắc cho đá quay)
Để kiểm tra an toàn trước khi vận hành, khởi động máy ở chế độ chạy không tải bằng nút điều khiển nằm ngay trên tay cầm và quan sát các dấu hiệu bất thường: đá rung mạnh, động cơ có tiếng kêu lạ, hoặc tốc độ quay của đá không đều Việc kiểm tra này giúp phát hiện sớm các sự cố về cân bằng, động cơ và hệ truyền động, từ đó nâng cao độ an toàn và tuổi thọ của máy khi làm việc.
Hình 2.2 Cấu tạo máy cắt lưỡi đĩa
- Đưa vật cắt vào mặt làm việc của eto và siết với lực vừa phải Với những thanh thép dài phải kê cao bằng đế máy
- Hạ thấp tay cầm cho đá chạm nhẹ vào mặt vật cắt, mép ngoài của đá trùng với đường vạch dấu
- Siết chặt vật cắt cẩn thận tránh bị nghiêng hay di chuyển trong quá trình cắt
- Sau khi cắt, thả tay, đá trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị
- Nới lỏng Eto, tháo vật cắt sau khi đá đã dừng hẳn
- Dùng cờ lê tháo mũ ốc, lấy vành giữ đá ra ngoài
Hình 2.3 Sơ đồ lắp vật cắt trước khi cắt
Hình 2.4 Sơ đồ kết cấu phần đầu cắt
Kỹ thuật cắt phôi bằng máy cắt lưỡi đĩa
Trong quá trình cắt, phoi vụn bay ra rất nhiều, vì vậy trước khi bắt đầu phải đeo kính bảo vệ mắt và găng tay bảo hộ Hãy ngồi hoặc đứng ở phía bên trái máy để tránh hướng phoi bay và đá quay về phía bạn Nếu muốn cắt liên tục, hãy ấn nút cố định công tắc để duy trì chế độ làm việc.
Hạ thấp tay cầm, bắt đầu cắt từ từ và quan sát kỹ từng bước, không dùng lực quá nhanh hoặc quá mạnh để tránh làm vỡ đá; khi mạch cắt gần đứt, nới lỏng tay để giảm tốc độ cắt và duy trì sự ổn định của đường cắt.
Công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng
Máy cắt lưỡi đĩa là loại máy cắt tốc độ cao có đường kính đá lớn nhưng chiều dày đá nhỏ, nên khi sử dụng cần tuân thủ đúng các bước vận hành và quy định về an toàn để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho người vận hành Để tối ưu hiệu quả và giảm thiểu rủi ro, người vận hành nên kiểm tra tổng thể máy trước khi làm việc, lắp đặt lưỡi đĩa đúng chuẩn, điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính của đá và luôn tuân thủ các quy định về bảo hộ lao động như đội mũ bảo hộ, kính bảo hộ, găng tay và giày bảo hộ Ngoài ra, hãy duy trì khu vực làm việc sạch sẽ, cố định vật liệu, và theo dõi các dấu hiệu bất thường về rung động hoặc tiếng ồn để kịp thời xử lý Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định vận hành và an toàn sẽ giúp máy cắt lưỡi đĩa hoạt động ổn định, bền lâu và an toàn cho người sử dụng.
- Kiểm tra kĩ máy trước khi cắt, đặc biệt là đá cắt Nếu thấy có dấu hiệu đá nứt cần thay ngay
- Đeo kính bảo hộ và bao tay
- Không đứng hay ngồi đối diện với phương quay của đá
- Vận hành máy trong phạm vi công suất lực tác dụng cho phép
1 Cho phôi thép V50x2mm dài 1000 mm, yêu cầu: cắt 10 phôi thép dài 98 mm
2 Cho phôi thép hộp 100x100x2mm dài 1500 mm, yêu cầu: cắt 5 phôi thép dài 298 mm
Hình 2.5 Vị trí người thợ khi cắt
KHOAN KIM LOẠI
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy khoan
Để tạo ra các bề mặt chìm bên trong vật liệu như lỗ ren, rãnh then và các lỗ định hình, bước đầu tiên là phải có một lỗ cơ bản Lỗ cơ bản này được hình thành bằng cách dùng máy khoan kết hợp với mũi khoan phù hợp, từ đó có thể gia công tiếp để hình thành các lỗ ren, rãnh then và các lỗ định hình theo yêu cầu.
Khoan là phương pháp gia công lỗ tại vị trí xác định trên chi tiết gia công bằng dụng cụ được chế tạo từ vật liệu đặc biệt gọi là mũi khoan Tùy theo độ lớn của chi tiết và đặc tính của công việc, người ta có thể dùng các loại máy khoan thích hợp như máy khoan cần, máy khoan đứng, máy khoan bàn, máy khoan cầm tay, khoan quay tay và khoan lắc tay.
Máy khoan cầm tay là thiết bị dùng để khoan tại các vị trí cần gia công nhanh chóng, thường được dùng trong lắp ráp và sửa chữa, và có thể được dùng trên nhiều vật liệu như bê tông, gỗ và kim loại, đồng thời có thể được dẫn động bằng khí nén hoặc điện Tùy loại máy và hãng sản xuất mà kích thước và thông số kỹ thuật khác nhau, nhưng đều vận hành theo nguyên lý chung: động cơ truyền chuyển động quay cho mũi khoan qua hệ truyền động trục vít – bánh răng, với bánh răng có đường kính lớn để giảm tốc Trong quá trình vận hành cần tránh quá tải để mũi khoan không quay, đề phòng cháy máy Sau một thời gian sử dụng, chổi than bị mòn và cần được thay bằng chổi mới.
Máy khoan đứng là thiết bị gia công được thiết kế để làm việc với các chi tiết nặng lên tới 100 kg và đường kính lỗ khoan lớn Tốc độ quay và lượng tiến dao được điều chỉnh thông qua sự ăn khớp giữa các bánh răng, cho phép vận hành liên tục mà không cần dừng máy Thiết bị có hai chế độ làm việc là thủ công và tự động Bàn máy có thể nâng hạ bằng tay thông qua cơ cấu ăn khớp với một cặp bánh răng côn, còn đầu máy được cố định trên trụ thân máy, đảm bảo độ ổn định và độ chính xác trong gia công.
Mũi khoa n Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.4 Hình dáng bên ngòai
Hình 3.3 trình bày sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động, còn Hình 3.2 cho thấy hình dáng bên ngoài của hệ Động cơ truyền chuyển động quay cho trục khoan qua hộp tốc độ, và chuyển động chạy dao là sự phối hợp giữa hộp tốc độ và lượng chạy dao; tức là khi trục quay một vòng thì trục khoan được dịch chuyển xuống một đoạn.
Máy khoan bàn, hay còn gọi là máy khoan ép tay, cho phép người vận hành cảm nhận trực tiếp tác động cắt của mũi khoan khi tiếp xúc với chi tiết gia công Thiết bị được lắp cố định trên bàn làm việc hoặc trên sàn xưởng Loại máy này phù hợp cho các chi tiết có trọng lượng đến vài chục kg, khoan lỗ có đường kính không lớn và độ dày không lớn Khả năng công nghệ của máy được đánh giá dựa trên đường kính chi tiết có thể khoan Hệ truyền động gồm động cơ (1) truyền chuyển động quay cho trục khoan (7) qua bộ truyền đai bậc; tay quay (5) điều khiển trục khoan xuống để cắt; bàn máy (4) được đưa lên xuống nhờ tay quay (2).
Trong gia công các chi tiết lớn trên máy khoan đứng, việc chuyển vị trí lỗ khoan sang vị trí mới đòi di chuyển phôi trên bàn máy, điều này khó khăn khi phôi là vỏ hộp lớn và cồng kềnh Để khắc phục nhược điểm này, ta dùng máy khoan cần và thay vì di chuyển phôi ta di chuyển trục chính; máy khoan cần là loại đa năng có khả năng gia công chi tiết đến 1000 kg Kích thước của nó được xác định từ đường kính trụ đỡ và chiều dài cần khoan đo từ tâm trục quay chính tới cạnh ngoài của trụ đỡ Loại máy khoan này phù hợp để gia công các chi tiết đúc lớn vì chỉ cần gá chi tiết lần đầu cho nhiều lỗ cần khoan Chi tiết được kẹp trên bàn máy, mũi khoan được định vị nhờ sự phối hợp các chuyển động của máy, còn cần khoan và đầu khoan có thể được nâng lên hạ xuống trong trụ đỡ Máy khoan này được sử dụng để khoan các lỗ từ nhỏ đến rất lớn, để móc lỗ, doa, phá lỗ côn và lỗ bậc.
Mũi khoan là dụng cụ khoan dạng xoay có lưỡi cắt ở đầu, bao gồm một hoặc nhiều lưỡi cắt và rãnh xoắn để loại bỏ phoi và dẫn nước làm mát đi qua Trong quá khứ, các mũi khoan được chế tạo bằng thép cacbon và dễ mất độ cứng khi quá nóng trong quá trình khoan Ngày nay hầu hết mũi khoan được sản xuất bằng thép gió, có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 593°C mà không gãy và khi được làm mát sẽ cứng như trước; mũi khoan đầu hợp kim được dùng cho các ứng dụng đặc biệt như khoan vật liệu mài và các loại thép cứng Trong chế tạo phôi hàn, người ta dùng mũi khoan chế tạo từ thép dụng cụ Y10, Y12 hoặc thép gió P9, P18 để đảm bảo hiệu suất và độ bền.
Cấu tạo gồm hai phần : phần thân khoan ( phần làm việc) và phần chuôi mũi khoan
Phần làm việc của mũi khoan được chế tạo với hai hoặc nhiều rãnh xoắn (thường là hai rãnh), có góc nâng 60° so với đường tâm để tạo lưỡi cắt khi mài và để thoát phoi khi khoan Đầu mũi khoan được mài vát góc nhằm tạo nên hai lưỡi cắt chính của mũi khoan.
Hình 3.5 Cấu tạo máy khoan cần
1 Đầu máy khoan; 2 Cần khoan; 3 Đầu trục chính
4 Bàn máy; 5 Đế máy; 6 Trụ đỡ
Phần chuôi mũi khoan xoắn có hai loại phổ biến là chuôi trụ và chuôi côn Chuôi côn (loại côn Morse) có độ côn tiêu chuẩn khoảng 5/8 inch/foot, truyền lực tốt hơn và cứng vững hơn so với chuôi trụ Chuôi trụ được dùng cho mũi khoan nhỏ, lắp vào bầu kẹp của máy khoan bàn và máy khoan cầm tay.
Mũi khoan thông thường có hai rãnh xoắn, chuôi thiết kế thẳng và tỷ lệ chiều dài đường kính tương đối ngắn nhằm duy trì độ cứng vững; chúng được dùng để khoan thép, sắt đúc và các kim loại không chứa sắt Mũi khoan tâm và mũi khoan định tâm được dùng để bắt đầu khoan lỗ trên chi tiết, trong khi các mũi khoan có lỗ chứa dầu được chế tạo để đưa dung dịch làm mát tới lưỡi cắt, giúp làm mát và đẩy phoi ra theo các rãnh xoắn Các mũi khoan có nhiều rãnh xoắn được sử dụng cho gia công thô các lỗ có đường kính lớn hoặc khoan rộng lỗ.
Hình 3.6 Cấu tạo mũi khoan xoắn
Trang Hình 3.7 cho thấy sơ đồ khoan và Hình 3.8 minh họa các loại mũi khoan Mũi khoan được chế tạo từ thép thanh tròn, một đầu rèn dẹt dạng mái chèo, lưỡi cắt phẳng và có hai cạnh cắt được bố trí đối xứng qua tâm, tạo thành góc 2φ Mũi khoan dẹt có thiết kế đơn giản nhưng ít được dùng vì năng suất và độ chính xác không cao; khi khoan các lỗ lớn, phoi khó thoát, phoi quay cùng mũi khoan gây cào xước bề mặt gia công.
Vận hành máy khoan bàn
a, Điều chỉnh tốc độ máy khoan
Nhược điểm của máy khoan bàn là mỗi lần thay đổi tốc độ phải dừng máy và điều chỉnh vị trí dây đai trên bộ truyền đai, khiến thao tác trở nên chậm và làm gián đoạn tiến độ làm việc Quá trình này làm giảm tính linh hoạt khi xử lý các vật liệu khác nhau và yêu cầu tốc độ quay khác nhau, đồng thời tăng nguy cơ sai số nếu việc căn chỉnh không chính xác Để thay đổi tốc độ khoan, người vận hành cần căn chỉnh lại dây đai trên bộ truyền đai cho phù hợp với cấp tốc độ mong muốn, đảm bảo an toàn và hiệu suất làm việc.
- Điều chỉnh đòn bẩy căng dây đai để làm trùng dây đai
Di chuyển dây đai đến vị trí rãnh puli với tốc độ phù hợp để đảm bảo quá trình lắp đặt diễn ra trơn tru Trong quá trình thao tác, tháo dây đai khỏi puli có đường kính lớn trước và khi lắp đặt nên đưa dây đai vào rãnh puli có đường kính nhỏ trước Cẩn thận để tránh kẹt tay trong quá trình tháo lắp dây đai.
- Kéo đòn căng đai, căng dây hết cỡ rồi vặn chặt khóa dòn bẩy căng đai
- Lắp nắp che dây đai lại b, Di chuyển bàn máy và trục chính
Bàn máy khoan bàn có thể di chuyển lên xuống trên thanh răng nhờ tay quay (2) hoặc sang phải, sang trái nhờ khóa hãm sau máy
Với trục chính của máy, đầu trên của trục được lắp then với puli đai nên trục có thể di chuyển lên xuống nhờ tay quay (5)
Hình 3.9 Bộ truyền đai Hình 3.10 Điều chỉnh lực căng đai c, Chế độ khoan kim loại
Chế độ cắt trên máy khoan bao gồm hai tham số chính là số vòng quay trục chính n và lượng chạy dao s Để xác định n, cần xác định vận tốc cắt bằng bảng tra hoặc công thức thực nghiệm có trong sổ tay kỹ thuật Tốc độ khoan nên được điều chỉnh tùy theo vật liệu khoan và đường kính khoan để tối ưu hiệu suất gia công và tuổi thọ dụng cụ Khi đã có vận tốc cắt, n được tính theo công thức sau.
Trong đó: v - vận tốc cắt (m/phút)
D - đường kính mũi khoan (mm)
Lượng chạy dao (mm/vòng) được ghi trong các sổ tay cơ khí và có thể tra cứu nhanh khi thiết lập máy Với các máy có lượng chạy dao tự động, bạn chỉ cần điều chỉnh các tham số có sẵn trên máy để thiết lập tiến dao Với lượng chạy dao bằng tay, việc lựa chọn phụ thuộc chủ yếu vào kinh nghiệm kết hợp quan sát điều kiện làm việc của mũi khoan để quyết định tiến nhanh hay chậm.
Khi khoan, việc chọn tốc độ cắt và lượng chạy dao có ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công, tuổi bền của dụng cụ cắt và chất lượng của lỗ gia công Do đó, tối ưu hóa các thông số này là yếu tố quyết định hiệu quả sản xuất và độ bền công cụ Thường tuổi bền của mũi khoan sẽ tốt khi lượng chạy dao nhỏ, giúp giảm mài mòn và nhiệt sinh ra trong quá trình gia công, từ đó cải thiện độ chính xác và chất lượng bề mặt của lỗ khoan.
Bảng 4.1 Bảng tốc độ cắt của mũi khoan thép gió Đường kính khoan
Bướ c tiến (mm /vg) Thép Độ bền kéo
Hình 3.11 Di chuyển bàn khoan Hình 3.12 Di chuyển trục chính
0,35 0,2 Hợp kim đồng có độ cứng ≤ 220 HB ≤ 50 0,05 ≤ 50 0,15 ≤ 50 0,3 d, Gá kẹp phôi và mũi khoan
Phôi được gá kẹp trên bàn máy đảm bảo phôi không bị dịch chuyển dưới sự tác động của lực khoan
Để gá mũi khoan, người ta thường dùng bầu kẹp Bầu kẹp có nhiều loại: loại hai vấu, ba vấu dạng ống kẹp, và ba vấu đặt nghiêng.
Bầu kẹp có độ chính xác cao nhất là bầu kẹp có vấu nghiêng, khi quay vỏ
Cụm cùng đai ốc và ba vấu trượt trên mặt côn để đi vào hoặc mở ra nhằm kẹp hay tháo mũi khoan Áo côn dùng để gá đặt dụng cụ có chuôi côn, với mặt ngoài và mặt trong là mặt côn tiêu chuẩn Thông thường lỗ côn trên trục chính và trên dụng cụ có kích thước khác nhau, nên phải dùng áo côn có côn ngoài tương ứng với lỗ côn trên trục và côn trong tương ứng với chuôi côn của dụng cụ Khi lắp qua áo côn, độ định tâm chính xác của dụng cụ được đảm bảo, đồng thời truyền moment xoắn lớn khi cắt thông qua các vấu; tháo lắp cũng khá dễ dàng.
Chế độ khoan kim loại
Điều chỉnh tốc độ máy khoan
Hình 4.18 Bầu kẹp vấu nghiêng
1 Vỏ; 2 Đai ốc; 3 Vấu kẹp
Hình 4.17 Bầu kẹp dạng ống kẹp 1.Chuôi; 2 Bạc; 3 Lò xo
Nhược điểm của máy khoan bàn là mỗi lần thay đổi tốc độ đều phải dừng máy và điều chỉnh vị trí dây đai trên bộ truyền đai, khiến quy trình làm việc bị gián đoạn và giảm hiệu suất Khi cần thay đổi tốc độ khoan, người dùng phải thao tác trên hệ thống truyền đai để dịch chuyển và căn chỉnh dây đai cho cấp tốc phù hợp, điều này gia tăng thời gian thao tác và gây bất tiện khi làm việc với nhiều tốc độ khác nhau.
- Điều chỉnh đòn bẩy căng dây đai để làm trùng dây đai
Di chuyển dây đai đến vị trí rãnh puli với tốc độ phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu suất làm việc Trong quá trình thao tác, tháo dây đai khỏi puli có đường kính lớn trước; khi lắp đặt, ưu tiên đưa dây đai vào rãnh của puli có đường kính nhỏ trước để tránh kẹt tay.
- Kéo đòn căng đai, căng dây hết cỡ rồi vặn chặt khóa dòn bẩy căng đai
- Lắp nắp che dây đai lại
Trước khi khoan, kiểm tra tình trạng máy bằng cách lau chùi bàn máy, kiểm tra lỗ trục chính và nắp che các bộ phận chuyển động, kiểm tra độ căng của đai và quay trục chính nhẹ nhàng để đánh giá sự vận hành Bôi trơn các bộ phận khi cần thiết và cho máy chạy không tải để phát hiện sớm các hiện tượng bất thường, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu suất vận hành.
Đầu tiên chọn chế độ khoan phù hợp, đưa mũi khoan chạm vào dấu đã vạch, bật công tắc và quay tay quay ấn mũi khoan với lực vừa đủ để khoan xuyên qua chiều dày của lỗ, đồng thời quan sát lực cản từ cánh tay trong quá trình làm việc Nếu mũi khoan bị kẹt và không quay được, hãy nhấc mũi khoan lên ngay hoặc dừng máy và quay tay để tháo mũi khoan Với các lỗ có đường kính lớn, nên khoan làm nhiều lần thay vì dùng mũi khoan lớn một lượt; bắt đầu với mũi khoan nhỏ và tăng dần để giảm lực trục, tránh biến dạng bàn máy và hỏng máy.
Lỗ khi khoan có nhiều dạng khác nhau:lỗ thông, lỗ không thông, lỗ bậc, lỗ tạo ren
Hình 4.13 Điều chỉnh lực căng đai Hình 4.14 Bộ truyền đai
Khi khoan các lỗ không thông cần xác định chiều sâu khoan bằng vạch chia trên tay quay, bằng thước đo ngoài hay bằng bạc chặn
Để khoan sâu hiệu quả và nâng cao chất lượng bề mặt, cần thực hiện đúng quy trình khoan từng đoạn: khoan một đoạn ngắn trước, sau đó rút mũi khoan ra khỏi lỗ để thoát phoi và tưới dung dịch làm nguội trước khi tiếp tục khoan Quy trình này giúp loại bỏ phoi nhanh, kiểm soát nhiệt tại mũi khoan và giảm thiểu biến dạng hoặc nứt bề mặt, từ đó cải thiện hiệu suất khoan và tuổi thọ dụng cụ.
Trong quá trình khoan có rất nhiều nguyên nhân gây ra phế phẩm hoặc làm gãy mũi khoan, như máy không chính xác, độ đảo trục chính, dụng cụ kẹp không đảm bảo, mũi khoan mài chưa đạt, công nhân làm ẩu và không tuân thủ quy trình đã vạch sẵn Cần chú ý những điểm khi khoan để giảm thiểu phế phẩm và bảo đảm chất lượng sản phẩm.
- Kiểm tra các bộ phận của máy khoan trước khi khoan, để máy chạy không tải khoảng 3 ÷ 5p, máy chạy bình thường mới tiến hành khoan
- Chi tiết khoan cần gá lắp chính xác, chắc chắn
- Khi khoan lỗ thông cần chú ý tránh khoan vào bàn máy
- Khi khoan lỗ không dùng găng tay thao tác, phải dùng chổi quét phoi và làm mát bằng nước nếu cần
Chế độ khoan kim loại
Chế độ cắt trên máy khoan bao gồm số vòng quay trục chính n và lượng chạy dao s Để xác định vận tốc cắt, người dùng tham khảo bảng tra hoặc áp dụng công thức thực nghiệm trong sổ tay, sau đó tốc độ khoan nên được điều chỉnh dựa trên vật liệu cần gia công và đường kính khoan Khi đã có vận tốc cắt phù hợp, n được tính theo công thức liên quan, giúp tối ưu quá trình gia công và chất lượng của lỗ khoan.
Trong đó: v - vận tốc cắt (m/phút)
D - đường kính mũi khoan (mm)
Lượng chạy dao, đo bằng mm/vòng, được tra cứu trong các sổ tay cơ khí Với máy có lượng chạy dao tự động, người vận hành chỉ cần điều chỉnh các thông số trên máy để thiết lập lượng chạy dao; với lượng chạy dao bằng tay, ta chọn chủ yếu theo kinh nghiệm, kết hợp quan sát điều kiện làm việc của mũi khoan để quyết định tiến nhanh hay chậm.
Trong quá trình khoan, việc lựa chọn tốc độ cắt và lượng chạy dao ảnh hưởng lớn đến năng suất gia công, tuổi bền của dụng cụ cắt và chất lượng của lỗ khoan Khi lượng chạy dao được giữ ở mức nhỏ, tuổi bền của mũi khoan thường được cải thiện.
Bảng 3.1 Bảng tốc độ cắt của mũi khoan thép gió Đường kính khoan
Bước tiến (mm/vg) Thép Độ bền kéo
0,35 0,2 Hợp kim đồng có độ cứng ≤ 220 HB ≤ 50 0,05 ≤ 50 0,15 ≤ 50 0,3
Kỹ thuật khoan
Trước khi khoan cần kiểm tra tình trạng máy như lau chùi bàn máy, lỗ trục chính, kiểm tra nắp che các bộ phận chuyển động, độ căng của đai, quay di chuyển trục chính nhẹ nhàng, bôi trơn các bộ phận khi cần thiết và phải cho máy chạy không tải để đảm bảo không có hiện tượng bất thường nào
Chọn chế độ khoan rồi tiến hành khoan Đưa mũi khoan chạm vào dấu đã vạch, bật công tắc, quay tay quay ấn mũi khoan với lực vừa đủ để khoan hết chiều dày lỗ Trong quá trình khoan cần quan sát và cảm nhận lực cản từ cánh tay Nếu thấy mũi khoan kẹt không quay cần nhấc mũi khoan lên ngay hoặc dừng máy và quay tay để tháo mũi khoan Khi khoan lỗ lớn người ta thường khoan làm nhiều lần, vì nếu khoan ngay bằng mũi khoan lớn, lực chiều trục khi khoan lớn có thể gây biến dạng bàn máy, làm hư hỏng máy, bắt đầu với mũi khoan nhỏ rồi tăng dần
Lỗ khi khoan có nhiều dạng khác nhau:lỗ thông, lỗ không thông, lỗ bậc, lỗ tạo ren
Khi khoan các lỗ không thông cần xác định chiều sâu khoan bằng vạch chia trên tay quay, bằng thước đo ngoài hay bằng bạc chặn
Đối với khoan lỗ sâu, để cải thiện quá trình khoan và nâng cao chất lượng bề mặt cần thực hiện theo quy trình khoan chuẩn: khoan một đoạn rồi rút khoan ra khỏi lỗ để thoát phoi và tưới dung dịch làm nguội trước khi khoan tiếp, giúp kiểm soát nhiệt, giảm mài mòn và đạt bề mặt gia công mịn, đúng kích thước.
Trong quá trình khoan, phế phẩm hoặc mũi khoan bị gãy có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân như máy không chính xác, độ đảo trục chính, dụng cụ kẹp không đảm bảo, mũi khoan mài chưa đạt, công nhân làm ẩu hoặc không tuân thủ quy trình đã vạch sẵn Để giảm thiểu sai số và tăng hiệu quả khoan, cần chú ý các điểm sau: kiểm tra độ chính xác của máy trước khi khoan, kiểm tra độ đảo trục chính, đảm bảo dụng cụ kẹp chặt, mài mũi khoan đúng chuẩn và tuân thủ quy trình vận hành đã định.
- Kiểm tra các bộ phận của máy khoan trước khi khoan, để máy chạy không tải khoảng 3 ÷ 5p, máy chạy bình thường mới tiến hành khoan
- Chi tiết khoan cần gá lắp chính xác, chắc chắn
- Khi khoan lỗ thông cần chú ý tránh khoan vào bàn máy
- Khi khoan lỗ không dùng găng tay thao tác, phải dùng chổi quét phoi và làm mát bằng nước nếu cần.
Mài mũi khoan
Mũi khoan được mài sắc trên đồ gá của máy mài dụng cụ hoặc bằng tay trên máy mài hai đá, đảm bảo bề mặt mũi khoan cắt tốt và ổn định trong quá trình gia công Góc đỉnh của mũi khoan khi mài được chọn theo độ cứng của vật liệu gia công nhằm tối ưu hóa hiệu suất cắt và tuổi thọ của mũi khoan.
Bảng 4.2 Góc đỉnh mũi khoan theo vật liệu gia công
Vật liệu gia công Góc đỉnh của mũi khoan Thép, gang, đồng thanh cứng 116 - 118 0 Đồng thau, đồng thanh 130 - 140 0 Đồng đỏ 125 - 130 0
Việc mài bằng tay cho mũi khoan cho phép chỉnh sửa nhanh các trạng thái hỏng và điều chỉnh góc nghiêng của đầu mũi khoan, từ đó linh hoạt đáp ứng yêu cầu sửa chữa Nhược điểm là thiếu chính xác và có thể dẫn đến khoan lỗ có kích thước lớn hơn dự kiến Để đạt hiệu quả, khi mài bằng tay cần tuân theo một quy trình mài bằng tay chuẩn và kiểm tra lại sau mỗi bước để điều chỉnh cho phù hợp.
Giữ chuôi bằng một tay, tay kia nắm ở phần làm việc gần đỉnh mũi khoan trên giá đỡ dụng cụ Giữ các ngón tay ở gần đỉnh mũi khoan một cách nhẹ nhàng để có thể di chuyển nó từ phần chuôi sang phần đầu mũi khoan.
+ Giữ mũi khoan nằm ngang xấp xỉ với lưỡi cắt để cho nó được mài phẳng Trục mũi khoan đặt ở góc 59 0 so với bề mặt đá
Sử dụng giá đỡ dụng cụ và các đầu ngón tay như một trụ quay, di chuyển chậm chuôi theo hướng xuống và nhẹ nhàng sang trái Mũi khoan ở phía bên phải nhẹ nhàng trượt lên một chút để ép nó tì vào đá mài, đồng thời xoay mũi khoan nhẹ một chút.
Giữ nguyên tư thế đứng, kéo mũi khoan về phía sau và xoay 180 độ để lưỡi cắt đối diện với lưỡi cắt vừa mài, sau đó thực hiện lại bước 3 Khi mài, cần đảm bảo góc đỉnh và hai lưỡi cắt đối xứng để mũi khoan hoạt động chính xác.
+ Kiểm tra hai lưỡi cắt bằng cữ đo
Sau khi mài sắc, phần lưng của hai lưỡi cắt tạo thành lưỡi cắt ngang Góc nghiêng của lưỡi cắt ngang là 50° với mũi khoan có đường kính đến 15 mm và 55° với mũi khoan có đường kính lớn hơn 15 mm Chiều dài của lưỡi cắt ngang liên quan đến độ bền và độ cứng của mũi khoan.
Kiểm tra góc sau khi mài bằng dưỡng kiểm chuyên dùng hoặc dùng dụng cụ đo góc vạn năng
1 Sử dụng máy khoan bàn gia công lỗ thông theo bản vẽ: