Tại sao mặt bích thép định hình mỏng lại xuất hiện hiện tượng lượn sóng ở mép và cách khắc phục hiện tượng này bằng phương pháp kiểm soát khe hở cán

Khi một thanh thép mỏng đi ra khỏi công đoạn tạo hình cuối cùng, các mặt bích phải nằm phẳng. Thay vào đó, đôi khi bạn thấy một cạnh gợn sóng hoặc lượn sóng chạy dọc theo chiều dài của mặt bích. Hiện tượng thép mỏng gợn sóng ở cạnh không phải là vấn đề thẩm mỹ ngẫu nhiên trong nhiều trường hợp—mà là triệu chứng lặp đi lặp lại của sự phân bố ứng suất không đồng đều và sự giãn dài khác biệt được tạo ra bên trong máy tạo hình. Để khắc phục điều này, bạn cần xem xét khe hở giữa các con lăn , sự cân bằng trình tự tạo hình, tình trạng dụng cụ và các biến số của dải thép đầu vào như một hệ thống tương tác duy nhất.

Vì sao mép thép mỏng bị gợn sóng ở mặt bích bu lông thép mỏng?

Quá trình cán định hình hoạt động bằng cách uốn một dải kim loại phẳng qua một loạt các bước uốn, dần dần định hình mặt cắt ngang. Trong cấu hình thanh giằng, phần thân và hai mép không di chuyển cùng một quãng đường khi dải kim loại được biến đổi. Các mép mép phải giãn ra nhiều hơn một chút so với đường tâm của thân để phù hợp với hình dạng, nhưng sự biến dạng chênh lệch đó phải được kiểm soát. Khi biến dạng cục bộ vượt quá khả năng phân bố ứng suất đồng đều của vật liệu, mép mép sẽ xuất hiện nếp nhăn hoặc gợn sóng.

Về mặt cơ học, hiện tượng này xảy ra khi dải thép đi vào đường cắt hơi lệch khỏi mặt phẳng hoặc khi một bên của dụng cụ ép vật liệu di chuyển nhiều hơn bên kia. Vì thép mỏng – thường có độ dày từ 0,45 đến 1,2 mm – có khả năng chống uốn thấp, nên nó có xu hướng bị uốn cong đàn hồi trước khi bị biến dạng dẻo. Ngay cả một lượng nhỏ lực nén không mong muốn ở mép mặt bích cũng sẽ dẫn đến hiện tượng gợn sóng có thể nhìn thấy thay vì dòng chảy trơn tru.

Nguyên lý vật lý đằng sau hiện tượng này đã được ghi chép đầy đủ trong ngành gia công kim loại tấm: sóng mép thép mỏng xuất hiện khi vùng mép chịu ứng suất dư nén sau khi đi qua một trạm gia công. Khi biên dạng di chuyển qua các trạm tiếp theo, ứng suất dư đó được phân bố lại và trở nên rõ ràng dưới dạng sóng tuần hoàn dọc theo chiều dài mặt bích.

Nguyên nhân chính và con đường chẩn đoán

Trước khi điều chỉnh bất kỳ bộ phận máy nào, bạn cần phân biệt giữa các nguyên nhân phát sinh từ việc thiết lập dụng cụ và các nguyên nhân phát sinh từ phôi thép đầu vào. Trình tự chẩn đoán nhanh nhất trên máy cán định hình đinh tán và rãnh như sau:

• Chạy một đoạn phôi ngắn qua máy phay mà không sử dụng thanh dẫn hướng cạnh để xem liệu đường cắt có giữ nguyên tính đối xứng hay bị lệch sang hai bên — điều này giúp phân biệt sự mất cân bằng của dụng cụ với các vấn đề về chuyển động ngang.
• Đo chiều rộng mép bích ở một số vị trí dọc theo biên dạng: chiều rộng không đồng đều cho thấy dải kim loại không được kẹp chặt một cách nhất quán giữa các lần cắt.
• Kiểm tra xem có vết xước hoặc vết đánh bóng nào trên mép mặt bích không: các điểm sáng thường cho thấy dải kim loại đang tiếp xúc quá mạnh với vai cuộn, tạo ra vùng nén gây ra hiện tượng cong vênh.
• Kiểm tra khe hở giữa các con lăn xem có đồng đều trên toàn bộ bề mặt hay không bằng cách sử dụng tấm đệm hoặc thước đo khe hở khi các con lăn đứng yên, sau đó kiểm tra lại khi có tải ở tốc độ sản xuất.

Sau khi quá trình chẩn đoán xác định được các biến số gây ra vấn đề, việc khắc phục thường rơi vào một trong bốn lĩnh vực sau.

Sự bất đối xứng khe hở cuộn và sự nén mặt bích

Nguyên nhân phổ biến nhất liên quan đến việc điều chỉnh khe hở giữa các con lăn và sự phát triển của sóng mép. Trong một đường cán được căn chỉnh tốt, con lăn trên và dưới phải tiếp xúc với dải thép một cách đối xứng để mép bích được uốn cong dần dần mà không bị ép chặt. Nếu khe hở quá nhỏ ở một bên hoặc được thiết lập quá nhỏ tổng thể, mặt con lăn sẽ ép nhẹ mép bích. Hành động ép đó đẩy vật liệu sang hai bên và về phía sau, tạo ra điều kiện nén tương tự dẫn đến hiện tượng sóng mép ở thép mỏng.

Để khắc phục điều này, cần kiểm tra khe hở giữa các con lăn theo từng bước nhỏ trên bề mặt con lăn—không chỉ ở giữa hoặc ở một bên vai con lăn. Thép mỏng sẽ nhanh chóng xuất hiện hiện tượng gợn sóng ở mép ngay cả với sự khác biệt chỉ vài phần trăm milimét, vì vậy việc điều chỉnh phải được thực hiện khi máy cán dừng và cặp con lăn đóng hoàn toàn. Sau đó, kiểm tra lại khi chạy dải thép để đo xem khe hở có mở rộng dưới tải trọng tạo hình hay không, điều này sẽ cho thấy sự lệch trục chính hoặc mòn ổ bi hơn là do thiết lập tĩnh.

Tạo thành sự cân bằng trình tự

Một yếu tố liên quan khác là chính trình tự tạo hình. Nếu việc uốn cong mặt bích bị ép quá mạnh trong một lần gia công duy nhất, vật liệu tại bán kính uốn cong không thể chảy vào trong đủ nhanh, do đó nó sẽ bù lại bằng cách bị cong vênh ở mép tự do. Mặt khác, nếu trình tự tạo hình biên dạng quá từ từ, các lần gia công sau có thể không duy trì đủ lực căng dải để giữ cho bản bụng phẳng, cho phép mặt bích bị lệch sang một bên.

Mục tiêu là một trình tự gia công cân bằng, trong đó mỗi lượt gia công đóng góp một lượng công việc tạo hình gần như bằng nhau. Khi chẩn đoán hiện tượng sóng mép, hãy quan sát xem lượt gia công nào gây ra sóng đầu tiên. Nếu sóng xuất hiện ngay sau một lượt gia công thực hiện hơn một nửa tổng góc uốn, thì trình tự gia công quá mạnh ở điểm đó. Vì thép mỏng có khả năng hấp thụ uốn nhanh mà không bị cong vênh hạn chế, nên trình tự gia công có thể cần phân bổ gia tăng độ uốn mịn hơn trên nhiều vị trí khác nhau.

Tương tác giữa điều kiện dụng cụ và vật liệu

Tình trạng dụng cụ thường bị bỏ qua khi xuất hiện hiện tượng lượn sóng ở mép thép mỏng, đặc biệt là trên các máy móc mới hơn, nơi người vận hành cho rằng dụng cụ vẫn còn sắc bén. Trên thực tế, ngay cả sự mài mòn nhẹ ở bán kính con lăn phía dưới hoặc một lượng nhỏ vật liệu bám dính trên bề mặt tạo gờ cũng có thể làm thay đổi hình dạng tiếp xúc cục bộ. Hình dạng bị thay đổi đó có thể tạo ra hiệu ứng kẹp làm nén mép dải thép và góp phần gây ra triệu chứng tương tự như khe hở con lăn không chính xác.

Tương tự, cần xem xét các biến số của dải thép đầu vào. Một dải thép có độ cong nhẹ hoặc một cuộn thép có mép cuộn sẽ có đặc tính giãn dài mép khác với một dải thép hoàn toàn phẳng. Quá trình cán định hình khuếch đại những sai lệch này; độ phẳng có thể chấp nhận được đối với một dải thép thông thường sẽ trở nên không thể chấp nhận được sau một vài lần cán định hình. Khi hiện tượng gợn sóng mép chỉ xuất hiện với một số cuộn thép nhất định, hãy so sánh độ đồng nhất về chiều rộng và tình trạng mép của dải thép đầu vào với thông số kỹ thuật của bạn. Mối quan hệ giữa việc tạo hình mặt bích và hiện tượng cong vênh mép rất nhạy cảm với các biến số đầu vào này—được ghi nhận trong các tài liệu gia công kim loại thông thường về hành vi cán định hình nguội (xem kiến ​​thức nền tảng về cơ học cán định hình). Tùy thuộc vào khối lượng sản xuất của bạn, hãy cân nhắc thêm một công đoạn làm phẳng nhẹ hoặc một công đoạn làm thẳng đầu vào để chuẩn hóa biên dạng dải thép trước khi nó đi vào máy cán định hình.

Các biện pháp khắc phục và sự đánh đổi thực tế

Khi bạn xác nhận rằng việc thiết lập khe hở con lăn là nguyên nhân chính, quá trình khắc phục là bằng cơ học nhưng phải được thực hiện một cách có hệ thống. Bắt đầu từ đường cán nơi xuất hiện sóng mép thép mỏng và thực hiện cả ở phía trước và phía sau đường cán đó. Điều chỉnh khe hở con lăn từng chút một, kiểm tra ảnh hưởng đến độ phẳng ngang của biên dạng ở mỗi bước thay vì chỉ dựa vào đánh giá bằng mắt thường. Sử dụng thước thẳng đặt ngang chiều rộng mặt bích là một cách thực tế để phát hiện xem sóng mép thép mỏng đang giảm đi hay dịch chuyển về phía thân thép.

Cần lưu ý một sự đánh đổi thực tế: siết chặt khe hở con lăn quá mức sẽ loại bỏ hiện tượng gợn sóng ở mép thép mỏng bằng cách ép phẳng vật liệu, nhưng điều này cũng làm tăng mài mòn con lăn và có thể làm cứng mép mặt bích đến mức các thao tác đột dập hoặc cắt tiếp theo gặp khó khăn. Mục tiêu không phải là ép phẳng dải thép bằng cách nén, mà là điều chỉnh khe hở sao cho con lăn uốn cong mặt bích mà không ép phần kim loại không được tạo hình. Việc kiểm soát khe hở con lăn nên tạo cảm giác như đang điều chỉnh một điều kiện tạo hình, chứ không phải như đang kẹp chặt một khuyết điểm.

Khi nghi ngờ dụng cụ bị mòn, hãy kiểm tra bán kính tạo hình mặt bích trên con lăn dưới xem có bị bo tròn cạnh hoặc mòn cạnh bên không. Nếu bán kính bị mở rộng dù chỉ một chút so với bản vẽ dụng cụ ban đầu, điểm tiếp xúc sẽ dịch chuyển ra ngoài về phía cạnh mặt bích và làm thay đổi vị trí tác dụng lực tạo hình. Đây là một lý do khiến hiện tượng gợn sóng ở cạnh mặt bích của bu lông LGS thường vẫn tồn tại sau khi điều chỉnh khe hở: hình dạng dụng cụ có thể bị mòn đủ để bù lại bất kỳ sự điều chỉnh khe hở nào bạn thực hiện.

Bài học thực tiễn dành cho các nhà quản lý sản xuất

Trong môi trường sản xuất, các thanh thép định hình mỏng được gia công ở tốc độ vừa phải, và triệu chứng gợn sóng mép thường xuất hiện sau khi thay đổi dụng cụ, thay lô cuộn thép mới hoặc thay đổi chất bôi trơn. Thời điểm đó tự nó là một manh mối chẩn đoán: nó chỉ ra sự thay đổi trong các biến số tương tác chứ không phải là lỗi thiết kế ở thanh thép hoặc máy cán. Giải pháp hữu ích nhất là coi độ phẳng của thanh thép định hình mỏng như một thông số quy trình phản ứng với vị trí khe hở giữa các con lăn, sự cân bằng tải trọng khi tạo hình và hình dạng đường vào của dải thép.

Đối với dây chuyền cán định hình MTC, nguyên tắc thực tiễn cũng giống như bất kỳ hoạt động định hình chất lượng nào khác: khe hở giữa các con lăn phải được thiết lập sao cho cho phép dòng chảy vật liệu tự nhiên của mép mặt bích mà không cần nén nhân tạo, và trình tự định hình phải đủ tăng dần cho độ dày vật liệu nhất định. Khi các yếu tố này được đáp ứng chính xác, ứng suất dư trong mặt bích sẽ duy trì dưới ngưỡng uốn cong, và các khuyết tật do cán định hình đinh tán và rãnh như hiện tượng gợn sóng mép thép mỏng sẽ không xuất hiện trong suốt quá trình cán cuộn.