Về hộp thiếc, lò xo và máy cán

9

GIỚI THIỆU VỀ CÓ THỂ,
MÙA XUÂN
VÀ MÁY CÁN

Tiến sĩ khoa học kỹ thuật
V. A. PRUDKOVSKY

Giả sử rằng bạn đã phải mở lon nhiều lần. Và đôi khi bạn tự hỏi: liệu tấm kim loại dùng để làm chiếc lọ có thể mỏng hơn được không? Sau đó, ví dụ, từ vật liệu làm một lon thiếc, có thể tạo ra hai hoặc thậm chí ba lon. Có chuyện gì vậy? Tại sao các nhà luyện kim không tiết kiệm kim loại? Hãy cố gắng tìm ra nó.

Lon thiếc được làm từ thép tấm mỏng - thiếc. Tấm thiếc được sản xuất bằng cách cán nguội. Phải nói rằng đã hơn 500 năm trôi qua kể từ khi đề cập đáng tin cậy sớm nhất về việc sử dụng cán để làm biến dạng kim loại. Năm 1486, nghệ sĩ, kiến ​​trúc sư, nhà khoa học và kỹ sư vĩ đại Leonardo da Vinci đã mô tả một nhà máy cán để sản xuất các dải vàng và bạc mỏng làm đồ trang sức. Một nhà máy như vậy có hai cuộn trơn có đường kính khoảng 40 mm, được quay bằng tay. Bản chất của quá trình cán về cơ bản không thay đổi kể từ đó (hình 1, a). Một dải kim loại được kéo vào khe hở giữa các con lăn quay theo các hướng khác nhau, độ dày của dải này ($h_0$) lớn hơn kích thước của khe hở này ($S_0$). Dưới tác động của các cuộn, dải trải qua biến dạng dẻo và thay đổi hình dạng và sẽ nhô ra khỏi các cuộn với độ dày dường như bằng kích thước của khoảng cách giữa chúng (đồng thời tăng chiều dài và giữ nguyên chiều rộng $B$). Tuy nhiên, trên thực tế, chỉ có phần kim loại của dải cán ($h_1$) luôn lớn hơn độ nhiễm bẩn giữa các cuộn. Tại sao?

Sự biến dạng của dải sẽ xảy ra do lực tác dụng của các cuộn lên nó. Mỗi cuộn tác dụng lên dải và theo định luật thứ ba của Newton, dải tác dụng lên cuộn với một lực như nhau; gọi là lực cản của vật bị biến dạng hay đơn giản là lực cản của vật bị biến dạng. Dưới tác động của lực này, biến dạng đàn hồi của các cuộn và các bộ phận khác của máy cán xảy ra, khoảng cách thiết lập ban đầu giữa các cuộn tăng lên và độ dày của dải cán tăng lên. Nói cách khác, chúng ta luôn có được độ dày

Hình 1.
2 Lượng tử số 2

10

Mất mát lớn hơn một chút so với khoảng cách ($S_0$) giữa các cuộn. Để giảm sự biến dạng của các cuộn làm việc, các cuộn hỗ trợ (hình 1.6) được sử dụng.

Được rồi, bạn nói, khi đó bạn cần tạo khoảng cách giữa các cuộn nhỏ hơn độ dày yêu cầu của phần cứng và đạt được độ dày cần thiết. Hợp lý! Mặc dù đây chỉ là một cách.

Nhưng nó thực sự đơn giản như vậy? Độ dày của hộp thiếc “bình thường” cứng là 0,2-0,25 mm. Khoảng cách nào nên được lắp đặt giữa các cuộn để có được độ dày tấm này? Khoảng cách nào cần được đặt để có được một tấm có độ dày 0,1 mm?

Trước tiên chúng ta hãy xem nhà máy cán (hình 2) được chế tạo như thế nào. Các con lăn (1), dải biến dạng, không thể xuất hiện trong không khí. Chúng được gắn trên các ổ trục (2) cùng với các cuộn đỡ (3) trong một khung gọi là khung máy cán (4). Khoảng cách cần thiết giữa các cuộn trong quá trình cán được đặt bằng vít, được gọi là vintimi vintimi đẩy (5).

Lực cản biến dạng tác dụng lên các cuộn làm việc từ phía của dải cán gây ra biến dạng đàn hồi không chỉ của các cuộn này mà còn của các cuộn đỡ, cũng như vít chịu áp, vít máy nghiền và các bộ phận khác của máy cán. Trong trường hợp này, máy cán hoạt động giống như một hình tròn, mặc dù không có thiết kế bình thường.

Qua một khóa học vật lý, người ta biết rằng mọi lò xo đều có độ cứng, độ cứng này xác định mức độ biến dạng của nó dưới tác dụng của lực tác dụng. Độ cứng của máy cán phụ thuộc vào điều gì nếu chúng ta xem xét nó?

12

Tiếp tục uống rượu. Một mặt, dựa trên các thí nghiệm được thực hiện trên máy cán không có dải, chúng tôi nhận thấy độ cứng của máy cán. Mặt khác, dựa trên thí nghiệm cán dải ở dạng cuộn, chúng tôi đã tìm thấy các giá trị về khả năng chống biến dạng của nó. Bây giờ chúng ta có thể trả lời câu hỏi được đặt ra trước đó: nên lắp khoảng cách $S_0$ nào giữa các cuộn để có được độ dày dải bằng $h_1$? Giả sử rằng chúng ta muốn thu được một dải có độ dày $h_1$ trên máy cán, độ cứng của nó được xác định bởi giá trị tg $\alpha$ từ hình 3. Để làm điều này, trước tiên chúng ta phải tìm từ biểu đồ phụ thuộc $F_c(h)$ về khả năng chống biến dạng của dải, tương ứng với việc cán nó từ độ dày $h_0$ đến $h_1$. Tiếp theo, cần đánh đồng lực này với độ đàn hồi của máy nghiền (theo định luật thứ ba của Newton) và xét đến độ cứng của máy nghiền, xác định giá trị khe hở cần thiết $S_0$.

Hình 5 nêu rõ thao tác này được thực hiện như thế nào. Trên hình đồ thị phụ thuộc của $F_y(S)$ và $F_c(h)$ được đưa ra cùng nhau. Từ điểm $A$ đến hình 5, $\delta$ khôi phục đường vuông góc giao điểm với đường cong $L_2$ (điểm $B$). Từ điểm $B$ ta vẽ một đường ngang đến giao điểm với đường vuông góc, khôi phục từ điểm $K$ (hình 5, $a$), khoảng cách tương ứng $S_1$ giữa các cuộn sẽ bằng độ dày của dải $h_1$ ($S_1=h_1$). Qua điểm $D$ của giao điểm của phương ngang $BD$ và phương thẳng đứng $KD$ ta vẽ một đường thẳng $L_1$, song song với $L_0$ và xác định cánh tay của máy cán có độ cứng cho trước tg $\alpha$. Khi đó, điểm $E$ giao điểm của đường thẳng $L_1$ với trục $S$ cho chúng ta giá trị cần thiết $S_0$ cho khoảng cách giữa các cuộn, giá trị này phải được đặt trước khi cán để có được độ dày dải cho trước bằng $h_1$.

Bây giờ chúng ta giả sử rằng chúng ta cần thu được một dải có độ dày $h_2$ (xem hình 5, $\delta$). Thực hiện lý luận tương tự, chúng ta thấy mình đang ở điểm $E'$, tương ứng với khoảng cách âm giữa các cuộn. Do đó, chúng tôi không thể thực hiện quy trình cán như vậy và máy cán này cho phép, trong giới hạn đạt được độ dày dải tối thiểu có thể, bằng $h_{np}$. Do đó, mỗi máy cán có độ dày dải tối thiểu riêng, tùy thuộc vào tính chất của kim loại cán và kích thước của dải. Không thể có được dải có độ dày nhỏ hơn giới hạn này trên máy nghiền này.

Nếu bạn cần một dải mỏng hơn thì sao?

Nhìn vào hình 5. Bằng cách tăng góc $\alpha$, bạn có thể giảm độ dày dải tối đa có thể. Điều này có nghĩa là cần phải tăng độ cứng của máy nghiền, trước hết là độ cứng của các cuộn, vì tỷ trọng biến dạng của chúng trong biến dạng đàn hồi của toàn bộ máy nghiền là rất lớn. Chúng tôi đã nói điều đó rồi

13

điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các cuộn hỗ trợ, số lượng trong việc thực hiện các nhà máy lên tới mười tám (chín cho mỗi cuộn công việc).

Như bạn sẽ đồng ý, lon thiếc không phải là sản phẩm chính được làm từ thép dải. Ví dụ, đối với ống hình ảnh của TV màu, cần có một dải thép đặc biệt dày 0,15 mm với độ lệch cho phép so với độ dày này là ±3 mm. Tất nhiên, công nghệ sản xuất dải như vậy khác biệt đáng kể so với công nghệ sản xuất dải công nghệ sản xuất đồ hộp. Máy cán cũng có tầm quan trọng lớn.

Khi chế tạo tụ điện và miếng đệm trong đầu từ cho các thiết bị cỡ nhỏ, cần phải có giấy bạc (băng mỏng nhất) bằng nhôm, tantalum và đồng beryl có độ dày 1-3 micron. Làm thế nào để có được một dải ruy băng như vậy? Cần lưu ý rằng, theo quy luật, nó khá hẹp, chiều rộng 400-600 mm (trong khi dải dành cho lon có chiều rộng 1,5 m). Tất nhiên, đối với dải hẹp hơn, điện trở của dải bị biến dạng sẽ nhỏ hơn đối với dải rộng. Để cuộn một dải hẹp và mỏng như vậy, người ta sử dụng máy cán hai mươi trục rất cứng; việc lăn được thực hiện thành hai cuộn làm việc dài 400–1200 mm, mỗi cuộn nằm trên một đường thẳng của các cuộn đỡ. Nói chung, máy cán tấm được xác định bởi chiều dài của cuộn (chiều rộng dải); vì vậy khi họ nói “mill 1700”, điều này có nghĩa là chiều dài phần làm việc của cuộn là 1700 mm.

Có một cách khác để giảm độ dày dải tối đa có thể. Nó bao gồm sự thay đổi hình dạng của đường cong $L_2$ (xem hình 5, 6), tức là lực cản của vật bị biến dạng giảm đi. Điều này có thể đạt được bằng nhiều cách khác nhau: thay đổi điều kiện ma sát giữa các cuộn và dải bằng cách sử dụng chất bôi trơn, làm căng dải trong khi lăn, giảm chiều rộng của nó, v.v.

Một quá trình xử lý nhiệt nhất định đối với kim loại (ủ) được thực hiện, làm giảm điện trở của vật liệu bị biến dạng, nhân tiện, vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất băng phim. Tuy nhiên, tất cả các biện pháp liên quan đến việc tăng độ cứng của máy nghiền và giảm sức cản của máy bị biến dạng, theo quy luật, đều liên quan đến chi phí bổ sung. Vì vậy, một dải cho kinesops có giá cao hơn đáng kể so với một dải để sản xuất lon. Giá của những dải ruy băng mỏng nhất của một số kim loại đôi khi đắt hơn 20 lần so với giá vàng có cùng khối lượng. Vì vậy, bạn cần phải suy nghĩ: cái gì có lợi hơn - cán thiếc dày hơn và rẻ hơn hoặc thiếc mỏng hơn và đắt hơn. Rõ ràng, trong từng trường hợp cụ thể, bạn cần sử dụng các khả năng thực tế.

Cách đây không lâu, tại Nhà máy luyện kim Karaganda, một nhà máy mới đã được đưa vào thử nghiệm, có thể sản xuất tấm thiếc có độ dày 0,18 mm. Các tấm hợp kim nhôm mỏng đang bắt đầu được sử dụng làm lon. Khả năng chống biến dạng của nhôm trong quá trình cán thấp hơn so với khi cán. Vì vậy, vấn đề với lon sẽ được giải quyết. Nhưng vấn đề, như chúng tôi đã nói, không chỉ liên quan đến lon, mặc dù đôi khi bạn không thể làm gì nếu không có chúng. Vấn đề là khác nhau. Vấn đề biến dạng dụng cụ trong quá trình tạo hình kim loại là một vấn đề rất nghiêm trọng. Trong trường hợp của chúng tôi, công cụ này là dạng cuộn và cán là một trong những quá trình tạo hình kim loại. Có rất nhiều quy trình như vậy và chúng đang dần thay thế việc cắt kim loại vì chúng tiết kiệm hơn và ít chất thải hơn. Tuy nhiên, độ chính xác về kích thước của sản phẩm trong quá trình xử lý áp suất, đặc biệt ở trạng thái nguội, phụ thuộc đáng kể vào độ cứng của dụng cụ và bản thân các bộ phận xử lý. Nhiệm vụ tăng độ cứng vẫn còn xa lời giải và đang chờ đợi.

14

Toán học và vị trí, nhà vật lý và nhà thơ trữ tình… Không, «Kvant» không có ý định thổi bùng ngọn lửa âm ỉ của cuộc bút chiến này. Ví dụ, chúng tôi tin rằng nguyên lý tự nhiên sâu sắc vốn có trong sự tồn tại của các ngành khoa học toán học sẽ đưa chúng đến gần hơn với cả âm nhạc và vị trí. Minh chứng cho điều này là những bài viết được đăng tải dưới đây. Tác giả của chúng - những nhà toán học nghiên cứu nổi tiếng - đóng một vai trò bất ngờ là “vị trí nhà nghiên cứu”. Bài viết đầu tiên mô tả những tác phẩm bất ngờ nảy sinh từ các tư thế khi họ chuyển sang các chủ đề khoa học trong quá trình sáng tạo của mình. Và phần thứ hai chứng tỏ tính độc đáo của cách tiếp cận toán học hình thức đối với lý thuyết đa dạng hóa. Trong đó, tác giả tìm hiểu cấu trúc của quy tắc xác định độ lớn của phong cách Nga.