Bài giảng Gia công kim loại bằng áp lực

Nội dung text: Bài giảng Gia công kim loại bằng áp lực

1. Bài giảng Gia cụng kim loại bằng ỏp lực
2. Ch−ơng 2 gia công kim loại bằng áp lực 2.1 Khái niệm về gia công kim loại bằng áp lực GCKL bằng áp lực là ph−ơng pháp làm biến dạng phôi để tạo nên nhứng sản phẩm có hình dạng và kích th−ớc theo yêu cầu . Sản phẩm của GCAL đ−ợc dùng nhiều trong ngành chế tạo máy hoặc sửa chữa máy; trong các ngành điện, điện tử, tin học, xây dựng, kiến trúc, cầu đ−ờng và trong công nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng 2.1.1 Đặc điểm • Kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia công không những thay đổi hình dáng, kích th−ớc mà • còn thay đổi cả cơ tính, lý tính, hoá tính của kim loại nh− kim loại mịn chặt hơn, hạt đồng đều, khử các khuyết tật do đúc gây nên nh− rỗ khí, rỗ co v.v , nâng cao cơ tính và tuổi bền của chi tiết v.v Ví dụ : kim loại tạo thành thớ sau khi cán, kéo; kim loại mịn chặt hơn do lực ép khi dập, • GCAL có thể thực hiện ở trạng thái nguội đối với kim loại có tính dẻo cao nh− đồng (Cu), nhôm (Al), Để tăng tính dẻo ng−ời ta phải tiến hành nung nóng tr−ớc khi gia công đối với kim loại khó biến dạng, kim loại có độ bền cao. Khi nung nóng có thể xảy ra hiện t−ợng ôxy hoá tạo nên lớp vảy sắt , làm hao phí kim loại, tăng ma sát trong thành khuôn; Có thể xảy ra hiện t−ợng mất các bon, hiện t−ợng cháy, nứt nẻ, hiện t−ợng quá nhiệt làm thay đổi tính chất của vật liệu. Nên cần chọn chế độ nung : thời gian nung và khoảng thời gian nung hợp lý. • Khi gia công tinh th−ờng ng−ời ta gia công nguội vì độ chính xác cao. • GCAL là một quá trình sản xuất cho phép ta nhận các chi tiết có kích th−ớc chính xác, chất l−ợng bề mặt chi tiết tốt, l−ợng phế liệu thấp và chúng có tính cơ học cao so với các vật đúc. • Gia công kim loại bằng áp lực cho năng suất cao vì có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá cao. Nh− các máy chế tạo ren ốc vít, nút chai, 2.1.2 Các ph−ơng pháp gia công kim loại bằng áp lực Gia công áp lực gồm có các ph−ơng pháp chính sau : Cán kim loại, kéo kim loại, ép kim loại, rèn tự do, Rèn khuôn ( hay còn gọi là dập thể tích, dập khối) và dập tấm. 2.2- Khái niệm về biến dạng của kim loại. 2.2.1 Ngoại lực và nội lực trong gia công áp lực a. Ngoại lực: Lực tác dụng chính , phản lực, lực quán tính , lực ma sát Lực tác dụng chính: là lực tác dụng lên kim loại làm biến dạng nó thông qua dụng cụ gia công: đầu búa, khuôn rèn, . . . • Nhiều lực tác dụng chính có thể quy về 1 lực tổng hợp. • Biến dạng của vật phụ thuộc vào: c−ờng độ lực, ph−ơng chiều và điểm đặt của lực tác dụng. 42
3. P Lực quá tính FMS (lực ma sát) R Hình 2-1 Sơ đồ tác dụng lực Phản lực và lực ma sát Phản lực (R): là lực luôn thẳng góc với mặt tựa và ng−ợc chiều với lực tác dụng chính. Phản lực th−ờng sinh ra trên bộ phận cố định của thiết bị và thẳng góc với mặt tựa của thiết bị. Khi tính phản lực ta cần tính đến lực ma sát vì nó ảnh h−ởng lớn đến quá trình biến dạng. Lực ma sát (Fms): ng−ợc chiều với sự dịch chuyển trong kim loại và có trị số: Fms = fR f - Hệ số ma sát R - lực pháp tuyến; P P a b Hình 2-2 a, Biến dạng toàn bộ b,Biến dạng một phần Lực quán tính : Là lực sinh ra do sự di động không đều của các chất điểm trong vật thể khi biến dạng. (Hay nói cách khác là do biến dạng không đều và tốc độ biến dạng không đều). Trị số của lực quán tính: F = m.a m - khối l−ợng của vật chuyển động; a - Gia tốc của chất điểm chuyển động Vì nghiên cứu về gia tốc chuyển động của các chất điểm rất phức tạp nên khi tính toán ng−ời ta đ−a ra những hệ số bằng thực nghiệm để tính giá trị gần đúng của nó. Trọng lực : là lực hút của trái đất đối với mọi vật. L−ợng biến dạng của kim loại phụ thuộc vào trọng lực. 43
4. Khi búa đập từ trên xuống Vật cần gia công KhiKhi búa búa đậ đpập từ tdừ− ớitr êlênn x uống Hình 2-3 Sự biến dạng của kim loại phụ thuộc vào trọng lực b. Nội lực: • Nội lực là lực sinh ra bên trong vật thể trong khi gia công và tồn tại trong vật thể sau khi gia công. Nội lực này cân bằng với nhau, nên nó chỉ gây ra 1 ứng suất bên trong vật thể. • Nếu ứng suất bên trong lớn hơn giới hạn bền thì vật có thể bị phá huỷ, nứt nẻ, Nguyên nhân sinh ra nội lực: • Do lực tác dụng không đều; • Do sự nung nóng không đều; • Sự biến dạng giữa các bộ phận không đều; • Tổ chức kim loại bị thay đổi; • Do tác dụng của các hiện t−ợng lý hoá; Nội lực có khả năng làm giảm độ bền, làm ảnh h−ởng đến khả năng làm việc của kết cấu cho nên sau khi gia công cần khử bỏ các nội lực. Nội lực có thể khử bỏ hoặc giảm băng các ph−ơng pháp nhiệt luyện hoặc gia công cơ học. 2.2.2 Khái niệm về các loại biến dạng Trong quá trình gia công ng−ời ta lợi dụng biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra những sản phẩm có hình dạng và kích th−ớc theo yêu cầu. Để xác định quy trình công nghệ gia công hợp lý và khoa học chúng ta cần biết cơ sở lý thuyết của quá trình biến dạng kim loại khi gia công. Sự tạo nên hình dáng của vật thể hay sản phẩm phụ thuộc vào mức độ biến dạng của kim loại . Trong gia công áp lực có ba loại biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá huỷ. a- Biến dạng đàn hồi : là biến dạng mà sau khi thôi tác dụng nó sẽ trở về trạng thái ban đầu của vật thể. b- Biến dạng dẻo : là biến dạng mà sau khi khử bỏ lực tác dụng kim loại không trở về hình dạng và trạng thái ban đầu của nó. Khi ta tác dụng vào vật thể một lực, vật thể bị biến dạng. L−ợng biến dạng còn tồn tại sau khi ta khử bỏ tải trọng gọi là biến dạng d−. Biến dạng d− xuất hiện khi ứng suất bên trong vật thể v−ợt quá giới hạn đàn hồi. Quá trình biến dạng d− mà trong đó trên các phần của vật thể không có sự phá huỷ thô đại (nứt nẻ) gọi là quá trình biến dạng dẽo. Trong biến dạng dẻo luôn tồn tại biến dạng đàn hồi, nên ta cần tính đến l−ợng biến dạng này khi thiết lập quy trình gia công cho hợp lý . c- Biến dạng phá huỷ : là biến dạng mà sau khi khử bỏ lực tác dụng trên bề mặt kim loại tồn tại các vết nứt thô đại hay kim loại bị nứt, gẫy, phá huỷ. 44
5. Gia công áp lực là ph−ơng pháp làm biến dạng dẻo vật liệu nhằm chế tạo sản phẩm hay tạo phôi cho gia công cơ khí, nâng cao cơ tính cho vật liệu, loại trừ khuyết tật do đúc sinh ra, giảm l−ợng d− gia công cơ, nâng cao độ chính xác cho quá trình gia công cơ ( các loại thép tấm, thép đ−ờng ray, thép góc (V) thép tròn, ; đồng thời bằng ph−ơng pháp này ta cũng có thể chế tạo các loại chi tiết nh− : nút chai, nắp hộp, loong đựng dầu mở, đựng n−ớc hoa quả , Gia công kim loại bằng áp lực là quá trình lợi dụng giai đoạn biến dạng dẻo của kim loại nên ta chủ yếu tìm hiểu một số vấn đề liên quan đến quá trình biến dạng dẽo mà thôi. Kim loại là một đa tinh thể vì vậy để xét biến dạng dẽo của kim loại ta lần l−ợt xét biến dạng dẽo trong đơn tinh thể và sau đó là biến dạng trong đa tinh thể. d- Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể Qua nhiều công trình nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy thực chất của biến dạng trong đơn tinh thể là sự tr−ợt và song tinh. Sự tr−ợt: Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a). a b c d Hình 2-4 Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể • Khi tác dụng lên đơn tinh thể thì đơn tinh thể chịu 2 ứng suất: ứng suất pháp và ứng suất tiếp. • Khi tác dụng lên tinh thể một tải trọng kéo nén thuần tuý tức là véc tơ của ứng suất pháp thẳng góc với mặt tinh thể thì khi tải trọng tăng, khoảng cách giữa các phân tử tăng. Nếu ứng suất pháp nhỏ hơn giới hạn đàn hồi thì sau khi khử bỏ tải trọng , các nguyên tử sẽ trở về vị trí cân bằng. Nếu ứng suất pháp lớn hơn giới hạn đàn hồi thì lúc đó mối liên kết giữa các nguyên tử bị phá vở. Nh− vậy với tải trọng kéo nén thuần tuý, tinh thể chỉ tồn tại biến dạng đàn hồi hay biến dạng phá huỷ. • D−ới tác dụng của lực P không thẳng góc với mặt phẳng tr−ợt (mặt phảng tinh thể) lực P đ−ợc phân ra hai thành phần: + Theo ph−ơng pháp tuyến + Theo ph−ơng tiếp tuyến; 45
6. P2 P 1 P Hình 2- 5 Sơ đồ nguyên lý gây nên sự tr−ợt • P1 thẳng góc với mặt tr−ợt gây ra ứng suất pháp ( tải trọng kéo nén thuần tuý) và do đó nó chỉ gây ra biến dạng đàn hồi . • Lực P2 nằm trên mặt tr−ợt (ứng suất tiếp) là lực xê dịch gây nên sự tr−ợt & là lực duy nhất gây nên biến dạng d−. D−ới tác dụng của phân lực P2 các lớp nguyên tử sẽ tr−ợt lên nhau . Theo hình thức tr−ợt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt tr−ợt (c). Trên mặt tr−ợt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển t−ơng đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu. Nh− vậy: • Tr−ợt là nguyên nhân cơ bản gây nên biến dạng dẽo. ứng suất tiếp lớn nhất mà đạt đ−ợc sự tr−ợt gọi là ứng suất tiếp tới hạn . • Những mặt phẳng của mạng tinh thể xảy ra sự tr−ợt gọi là mặt tr−ợt . • Sự tr−ợt xảy ra một cách tuần tự từ mặt tr−ợt này đến mặt tr−ợt khác . ( Mặt tr−ợt sinh ra ở mặt nào có mật độ nguyên tử nhiều nhất vì ở đó khoảng cách giữa các nguyên tử nhỏ nhất. Song tinh Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa tr−ợt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy tr−ợt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt tr−ợt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nh−ng khi có song tinh, tr−ợt sẽ xẩy ra thuận lợi hơn. e- Biến dạng trong đơn tinh thể Biến dạng dẻo của đa tinh thể: kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc của chúng đ−ợc gọi là cấu trúc đa tinh thể. Trong đa tinh thể, biến dạng dẻo có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt. Sự biến dạng trong nội bộ hạt do tr−ợt và song tinh. Đầu tiên sự tr−ợt xẩy ra ở các hạt có mặt tr−ợt tạo với h−ớng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o, sau đó mới đến các mặt khác. Nh− vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra không đồng thời và không đồng đều. D−ới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt tr−ợt và quay t−ơng đối với nhau. Do sự tr−ợt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt tr−ợt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phất triển. 46
7. 2.3 Các hiện t−ợng xảy ra khi biến dạng dẻo. 2.3.1 Hiện t−ợng biến cứng Trong quá trình biến dạng dẻo phát sinh ra các hiện t−ợng sau: • Thay đổi hình dạng của đơn tinh thể của đơn tinh thể. • H−ớng của đa tinh thể thay đổi từ vô h−ớng quay về trục tác dụng của lực tác dụng do đó tinh thể bị kéo dài theo h−ớng đó từ vô h−ớng thànhcó h−ớng nhất định. • Gây nên ứng suất d− - do biến dạng không đều cùng lúc & biến dạng trong nội bộ hạt tinh thể không đều. Các ứng suất này có thể tồn tại và làm cho vật thể bị cong vênh, nứt sau khi biến dạng. 2.3.2 Hiện t−ợng biến mềm Là quá trình biến kim loại từ trạng thái mất cân bằng có thế năng tự do cao (do biến cứng) về trạng thái cân bằng (có thế năng bé) nhờ sự nung nóng , tạo điều kiện phục hồi liên kết do sự nát vụn trong kim loại. Tuỳ theo nhiệt độ nung nóng quá trình biến mềm có thể chia thành 2 giai đoạn: 2.3.3 Giai đoạn phục hồi Nhờ sự nung nóng đến nhiệt độ nhất định , các nguyên tử bắt đầu dao động và trở về vị trí cân bằng bền, phục hồi lại lý tính cơ tính và hoá tính nh− cũ. Giai đoạn này không làm thay đổi h−ớng và hình dạng của đơn tinh thể cũng nh− không thể phục hồi sự phá hoại do sự biến dạng gây nên giữa các đơn tinh thể mà chỉ khử đ−ợc ứng suất d−. còn cấu trúc mạng tinh thể không có sự thay đổi. 2.3.4 Giai đoạn kết tinh lại là quá trình mà trong đó nhờ tác dụng của nhiệt độ, cấu trúc cảu mạng tinh thể bị thay đổi , nảy nở và phát triển nhiều mầm mới . Đối với kim loại nguyên chất: Tk.t.l. >= 0,4 Tnc Kết quả của quá trình kết tinh lại • Khử ứng suất d−; • Thay đổi hình dạng kích th−ớc của hạt; • Phá vở tính dị h−ớng của kim loại • Làm đồng đều thành phần hoá học ( do khuyếch tán ) làm mất khe hở giữa các hạt, nâng cao tính chặt chẻ giữa các phần của kim loại. • Giảm khả năng chống biến dạng, tăng tính dẽo, thay đổi cơ, lý, hoá tính của kim loại. 2.4. Các yếu tố ảnh h−ởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại d−ớc tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất d−, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng 2.4.1 ảnh h−ởng của thành phần và tổ chức kim loại Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng th−ờng phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông 47
8. th−ờng kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim có cấu trúc nhiều pha. Các tạp chất th−ờng tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại. 2.4.2 ảnh h−ởng của nhiệt độ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng. Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ th−ờng tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao. Khi ta nung thép từ 20ữ1000C thì độ dẻo tăng chậm nh−ng từ 100ữ4000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt độ này thì độ dẻo tăng nhanh. ở nhiệt độ rèn nếu hàm l−ợng cácbon trong thép càng cao thì sức chống biến dạng càng lớn. 2.4.3 ảnh h−ởng của ứng suất d− Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất d− lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện t−ợng biến cứng). Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 - 0,30Tnc(nhiệt độ nóng chảy), ứng suất d− và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện t−ợng phục hồi). Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng. Hình 2- 6 ứng suất sinh ra sau khi biến dạng Ví dụ sau khi biến dạng cong vật thể chịu ứng suất nén ở mặt trên và ứng suất kéo ở mặt d−ới. 2.4.4 ảnh h−ởng của trạng thái ứng suất chính Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh h−ởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại. Qua thực nghiệm ng−ời ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đ−ờng hoặc chịu ứng suất kéo. ứng suất d−, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm. Giả sử trong vật hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể chịu 3 ứng suất chính sau: 48
9. σ 1 σ σ1 1 σ2 σ2 σ3 Hình 2-7 Biểu diễn các loại ứng suất khi biến dạng - ứng suất đ−ờng: τmax= σ1/2; - ứng suất mặt: τmax= (σ1 - σ2)/2; - ứng suất khối: τmax= (σmax - σmin)/2; Nếu σ1 = σ2 = σ3 thì τ = 0 không có biến dạng, ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy σch. Hình 2-8 ảnh h−ởng của trạng thái ứng suất đến tính dẻo của kim loại Tính dẻo tăng từ trạng thái kéo khối đến nén khối 2.4.5 ảnh h−ởng của tốc độ biến dạng Sau khi rèn dập, các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng của kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ nguội dần sẽ kết tinh lại nh− cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai ch−a kịp trỡ lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt. Nếu lấy 2 khối kim loại nh− nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nh−ng độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn. 49
10. 2.5. Một số định luật áp dụng trong gia công áp lực 2.5.1 . Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại khi biến dạng dẻo Khi biến dạng dẻo của kim loại xảy ra đồng thời đã có biến dạng đàn hồi tồn tại. Quan hệ giữa chúng qua định luật Hooke. Khi biến dạng kích th−ớc của kim loại so với kích th−ớc sau khi thôi tác dụng khác nhau. Biến dạng đàn hồi Biến dạng dẻo Hình 2- 9 Hình dáng chi tiết tr−ớc và sau khi biến dạng 2.5.2. Định luật ứng suất d− Trong quá trình biến dạng dẻo kim lọai vì ảnh h−ởng của các nhân tố nh−: nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều, ma sát ngoài v.v đều làm cho kim loại sinh ra ứng suất d−. " Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất d− cân bằng với nhau " Sau khi thôi lực tác dụng, ứng suất d− vẫn còn tồn tại. Khi phân tích trạng thái ứng suất chính cần phải tính đến ứng suất d−. Tr−ớc khi biến dạng a. b. C Hình 2- 10 Nội lực khi uốn thanh thép a/ Thanh thẳng ; b/ ứng suất kéo nằm ở phía trên thanh, ứng suất nén nằm phía d−ới thanh; c/ ứng suất kéo nằm ở phía d−ới thanh , ứng suất nén nằm phía trên thanh. (Nội lực làm giảm khả năng chịu lực của thanh) 50
11. 2.5.3. Định luật thể tích không đổi " Thể tích của vật thể tr−ớc khi biến dạng bằng thể tích sau khi biến dạng" H.B.L = h.b.l H B L ln ++ln ln =0 h b l δ1+ δ2+ δ3 = 0 với: δ1, δ2, δ3 - biến dạng thẳng hoặc ứng biến chính. Từ các công thức trên ta có kết luận: • Khi tồn tại cả 3 ứng biến chính thì dấu của 1 ứng biến chính phải khác dấu với dấu của 2 ứng biến chính kia, và trị số bằng tổng của 2 ứng biến chính kia. • Khi có 1 ứng biến chính bằng 0, hai ứng biến chính còn lại phải ng−ợc dấu và giá trị tuyệt đối của chúng bằng nhau. ví dụ: Khi chồn 1 khối kim loại thì độ cao giảm đi (δ1< 0) do đó: δ 2 δ 3 δ2+ δ3 = δ1 → +=1 δ 1 δ 1 δ δ Nếu 2 = 06, thì 3 = 04, nghĩa là sau khi chồn có 60% chuyển theo chiều rộng và δ 1 δ 1 40% chuyển theo chiều dài. ứng dụng định luật này để tính toán phôi hoặc xác định mức độ biến dạng. 2.5.4. Định luật trở lực bé nhất Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo h−ớng nào có trở lực bé nhất. Khi ma sát ngoài trên các h−ớng của mặt tiếp xúc đều nhau thì một chất điểm nào đó trong vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo h−ớng có pháp tuyến nhỏ nhất. Khi l−ợng biến dạng càng lớn tiết diện sẽ chuyển dần sang hình tròn làm cho chu vi của vật nhỏ nhất. Ví dụ: Khi vuốt, b−ớc vuốt phải nhỏ hơn chiều rộng phôi. Hình 2- 11 Hình dáng của phôi sau khi chồn 51
12. 2.6 Nung nóng kim loại khi gia công áp lực Khi gia công áp lực có thể phải nung nóng. Nung nóng kim loại tr−ớc khi GCAL nhằm nâng cao tính dẻo và giảm khả năng chống biến dạng của chúng, tạo điều kiện thuận tiện cho quá trình biến dạng. Nung nóng kim loại là một trong những khâu quan trọng ảnh h−ởng đến tính kinh tế kỹ thuật của sản xuất. Chọn chế độ nung hợp lý sẽ làm tăng cao chất l−ợng sản phẩm, giảm hao phí kim loại, giảm sức lao động, giảm hao mòn thiết bị và giảm giá thành sản phẩm, nâng cao năng suất lao động. 2.6.1. Những hiện t−ợng xảy ra khi nung Thay đổi độ dẻo Khi nung đến nhiệt độ rèn , độ dẻo tăng , độ cứng và độ bền giảm. Đối với thép các bon và thép hợp kim thấp : • Từ 20 -100oC - độ dẽo tăng chậm; • Từ 200-600 oC độ dẻo giảm dần; • ở nhiệt độ 500 - 550 oC thép bị dòn; • Khi T > 600oC độ dẻo tăng nhanh; Thay đổi độ dẫn nhiệt • Thép các bon : độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng tới 800-850 oC. • Thép hợp kim ( tuỳ theo thành phần các nguyên tố) Thép chứa nhiều Cr, Ni có độ dẫn nhiết tăng dần khi nhiệt độ tăng. • Kim loại có độ dẫn nhiệt càng lớn thì thời gian nung càng ít. Hiện t−ợng ôxyhoá Kim loại khi nung trong lò, do tiếp xúc với không khí, khí lò nên bề mặt nó dễ bị ôxyhoá và tạo nên lớp vảy sắt. Sự mất mát kim loại đến 4 ữ 6%, còn làm hao mòn thiết bị, giảm chất l−ợng chi tiết v.v Quá trình ôxy hoá xảy ra do sự khuyết tán của nguyên tử ôxy vào lớp kim loại và sự khuyết tán của nguyên tử kim loại qua lớp ôxyt ở mặt ngoài vật nung để tạo thành 0 3 lớp vảy sắt: FeO - Fe3O4 - Fe2O3. Nhiệt độ nung trên 570 c lớp vảy sắt tăng mạnh và trên 10000C lớp vảy sắt dày đặc phủ kín mặt ngoài vật nung, nhiệt độ tiếp tục tăng lớp ôxyt này bị cháy, đồng thời tạo nên lớp ôxyt mới. Ôxy hoá có thể do ôxy của không khí hoặc do oxy có trong khí CO2, trong hơi n−ớc H2O. Fe2O3 Fe3O4 Kim loại cơ bản FeO (thép) Hình 2- 12 Sơ đồ cấu tạo lớp vảy sắt Nếu nhiệt độ tăng thì lớp oxit trên bị cháy và hình thành lớp ôxit mới. 2 Fe + O2 = 2FeO 6 FeO + O2 = 2 Fe3O4 4 Fe3O4 + O2 = 6 Fe2O3; 52
13. Lớp bên ngoài rất mỏng Fe2O3 chiếm khoảng 2 % toàn bộ chiều dày; Lớp Fe3O4 chiếm khoảng 18% Hiện t−ợng mất cácbon Hiện t−ợng mất cácbon trên bề mặt của vật nung sẽ làm thay đổi cơ tính của chi tiết, có khi tạo nên cong vênh, nứt nẻ khi tôi. Quá trình mất các bon là do các chất khí O2, CO2, H2O, H2 tác dụng với cácbít sắt Fe3C của thép: 2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO ặ 2CO +O2ặ2CO2; Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO ặ -/- Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2 ặ -/- Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4 ặ -/- Tác dụng mạnh nhất là H2O rồi đến CO2, O2, H2 Để giảm sự mất C có thể dùng chất sơn phủ lên bề mặt vật nung. Hiện t−ợng quá nhiệt o Khi nung thép quá nhiệt độ tới hạn (T > Tđ - 150) C và giữ lâu thì kích th−ớc hạt ôstenit càng lớn, làm cho tính dẻo của kim loại giảm nhiều, có thể tạo nên nứt nẻ khi gia công hoặc giảm tính dẻo của chi tiết sau này. • Đối với thép cacbon nhiệt độ quá nhiệt d−ới đ−ờng đặc khoảng 1500 trở lên. • Thép các bon kết cấu (%C 0,4%) 1150 oC Thép hợp kim 20X, 40X 1050-1100 oC (TCVN 20Cr, 40Cr) Hiện t−ợng này đ−ợc khắc phục bằng ph−ơng pháp ủ. Loại quá nhiệt nhiều có thể phải tiến hành ủ từ 2 - 6 lần. Hiện t−ợng cháy Khi kim loại nung trên nhiệt độ quá nhiệt (gần đ−ờng đặc) vật nung bị phá huỷ tinh giới của các hạt do vùng tinh giới bị ôxy hoá mãnh liệt. Kết quả làm mất tính liên tục của kim loại, dẫn đến phá huỷ hoàn toàn độ bền và độ dẻo của kim loại. Tinh giới hạt kim loại Hình 2- 13 Tinh giới hạt bị oxy hoá và phá huỷ Nhiệt độ cháy của một số thép nh− sau : Y12, Y13 (TCVN - CD120, CD 130) nhiệt độ cháy là 1200 oC 45, 2X13 (TCVN - C45,1Cr13) 1350 oC Sau khi bị cháy thì kim loại phải vứt đi hoặc cắt bỏ phần bị cháy. Nứt nẻ: Hiện t−ợng nứt nẻ xuất hiện bên ngoài hoặc bên trong kim loại. Nguyên nhân: Do ứng suất nhiệt sinh ra vì sự nung không đều, tốc độ nung không hợp lý v.v ứng suất nhiệt này cùng với ứng suất d− sẵn có của phôi (cán, đúc) khi v−ợt qua giới hạn bền của kim loại sẽ gây ra nứt nẻ. Đối với thép th−ờng xảy ra nứt nẻ ở t0 < 8000C. 53
14. 2.6.2 Chế độ nung kim loại Yêu cầu đối với chế độ nung là phải thoả mản các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Đạt tính dẻo cao, không có khuyết tật và chi phí ít. Chọn khoảng nhiệt độ nung: Yêu cầu: • Đảm bảo kim loại dẻo nhất. Kim loại biến dạng tốt và hao phí ít nhất. • Chất l−ợng vật nung phải đ−ợc bảo đảm. Đối với thép cácbon dựa trên giản đồ Fe-C để chọn khoảng nhiệt độ nung khi GCAL Vùng quá nhiệt Vùng cháy 1147 Vùng gia công áp lực 911 727 Hình 2- 14 Sơ đồ chọn khoảng nhiệt độ gia công đối với thép các bon Thời gian nung phụ thuộc vào hình dạng , kích th−ớc, độ phức tạp của phôi, các tính chất của vật liệu, ph−ơng pháp nung, ph−ơng pháp xếp phôi liệu vào lò , Chế độ nung hợp lý cần đảm bảo nung kim loại đến nhiệt độ cần thiết trong một thời gian cho phép nhỏ nhất. Nhiệt độ phải phân bố đều trên toàn bộ tiết diện phôi. Căn cứ vào giản đồ trạng thái sắt các bon ( ứng dụng cho thép các bon ) Ví dụ : Đối với thép các bon (Thép tr−ớc cùng tích %C < 0,8%): o Nhiệt độ bắt đầu gia công TbđGC = Tđặc - ( 150 200 ) C o Nhiệt độ kết thúc gia công Tktgc = TAr3 + ( 20 40 ) C Đối với thép sau cùng tích Sở dĩ phải kết thúc d−ới đ−ờng Acm và trên Ac1 vì: • Nếu trên Acm thì mặc dù kim loại ở trạng thái 1 pha có tính dẻo cao , nh−ng khi nguội sẽ tiết ra xêmentít (Fe3C) ở dạng l−ới làm giảm tính dẻo. • Nếu kết thúc d−ới Acm thì lúc gia công xêmentít bị vở vụn ra khi gia công ở dạng hạt nên vật gia công vẫn có độ bền và độ dẻo cao. Đối với thép tr−ớc cùng tích: • Nếu kết thúc gia công d−ới đ−ờng Ac3 thì mặc dù kim loại ở trạng thái 2 pha nh−ng pha fe rít có độ dẻo cao nên vẫn gia công đ−ợc không ảnh h−ởng đến chất l−ợng sản phẩm. 54
15. ứng với mỗi kim loại và hợp kim có một khoảng nhiệt độ nung xác định . Chúng ta có thể tham khảo trong các sổ tay về rèn dập hay gia công áp lực. Thời gian nung Thời gian nung cần phải chọn hợp lý để đảm bảo: • Yêu cầu kỹ thuật: Nhiệt độ phân bố đều, chất l−ợng vật nung đảm bảo tốt không nứt nẻ, không bị biến dạng cong vênh, không có khuyết tật, • Yêu cầu kinh tế: nung chi tiết nhanh, không hao phí nhiều kim loại, năng suất cao, giảm l−ợng nhiên liệu Thời gian nung phụ thuộc: 1. Tính chất của kim loại (Tính dẫn nhiệt, tính dẫn nhiệt cao thì thời gian nung càng nhanh; 2. Kích th−ớc của vật nung: Kích th−ớc lớn ( tiết diện ngang lớn ) thì thời gian nung lớn; nh−ng bề mặt lớn thì thời gian nung cần càng nhỏ . 3. Trạng thái bề mặt; Hình dạng của phôi càng phức tạp thì thời gian nung càng lớn; 4. Nhiệt độ của lò: Nhiệt độ lò càng cao thì thời gian nung càng nhỏ. Hiệu số giữa nhiệt độ bề mặt và của tâm kim loại càng lớn thì thời gian nung càng nhỏ. 5. Ph−ơng pháp xếp phôi; Thời gian nung có thể tính theo công thức thực nghiệm: Khi nung trong lò buồng : 3/2 tKNUNG = αβ D t - Thời gian nung tính bằng giờ (h) α - hệ số xếp phôi; β- Hệ số độ dài t−ơng đối; D - Đ−ờng kính hay cạnh ngắn của tiết diện phôi (m) K - Hệ số nguyên liệu: K = 10 Nếu thép chứa các bon C 0,4 % K = 20,0 Thép hợp kim cao Ph−ơng pháp Hệ số Ph−ơng pháp Hệ số xế phôi xếp phôi xế phôi xếp phôi 1 1,4 2 D D 1,3 2,01,4 2 4 Hình 2- 15 Sự phụ thuộc thời gian nung và ph−ơng pháp xếp phôi 55
16. 2.6.3 Các ph−ơng pháp nung phôi liệu khi gia công áp lực : Nung trong các thiết bị đơn giản nh− lò rèn thủ công, lò phản xạ, lò buồng đốt than, lò điện, Các ph−ơng pháp nung phôi liệu khi gia công áp lực : Nung trong các thiết bị đơn giản nh− lò rèn thủ công, lò phản xạ, lò buồng đốt than, lò điện, Lò rèn thủ công a. Lò rèn thủ công có kết cấu đơn giản nh−ng nung nóng không đều, cháy hao lớn, khó khống chế nhiệt độ, năng suất và hiệu suất nhiệt thấp, chủ yếu dùng trong các phân x−ởng nhỏ. 7 6 3 4 2 5 1 Hình 2-16 Sơ đồ nguyên lý lò rèn thủ công 1 - ống gió; 2- giá đỡ lò đốt; 3- lò đốt; 4- than trong lò nung; 5- Ghi lò; 6 - chụp lò; 7 ống khói. Không khí thổi theo cửa gió 1 theo ống dẫn qua ghi lò 5 để đốt cháy nhiên liệu 4 (than) trong buồng lò 3 (đ−ợc c−ờng lực nhờ vỏ lò bằng thép 2), bụi và khói theo nón 6 qua ống khói 7 ra ngoài. Lò này đơn giản, rẻ tiền nh−ng không khống chế đ−ợc nhiệt độ, năng suất nung thấp, hao tốn kim loại nhiều, nhiệt độ vật nung không đều v.v chỉ dùng trong các phân x−ởng sửa chữa để nung vật nhỏ. b. Lò buồng (lò phản xạ) Là lò có nhiệt độ khoảng không gian công tác của lò đồng nhất. Lò buồng là một buồng kín, khống chế đ−ợc nhiệt độ nung, có thể xếp nhiều phôi, sự hao phí kim loại ít, phôi không trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu. Lò buồng thuộc loại lò hoạt động chu kỳ, có thể dùng nhiên liệu (than đá, khí đốt, dầu) hoặc điện trở. Trên hình sau trình bày sơ đồ một lò buồng dùng nhiên liệu rắn. 56
17. 5 6 7 8 4 9 3 2 1 10 Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý lò phản xạ 1- cửa lấy xĩ; 2- ghi lò; 3- cửa vào than; 4- than; 5- t−ờng ngăn;6- sàn lò; 7- cửa công tác; 8- phôi nung; 9- bộ thu hồi nhiệt; 10- cống khói. Kim loại chất vào lò và lấy ra bằng cửa công tác 7. Nhiên liệu rắn đặt trên ghi lò 2 sau khi đốt nhiệt l−ợng nung nóng buồng đốt và vật nung 8. Khí cháy sẽ theo kênh khói 9 và thoát qua ống khói 10 ra ngoài. Sự điều chỉnh nhiệt độ bằng cách điều chỉnh l−ợng nhiên liệu và l−ợng gió. Ưu điểm của lò buồng: nhiệt độ nung khá đồng đều, kim loại không tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa nên cháy hao giảm, thao tác vận hành dễ. Nh−ợc điểm chủ yếu là lò làm việc theo chu kỳ, tổn thất nhiệt do tích nhiệt cao. Lò buồng thích hợp với các phân x−ởng sản l−ợng t−ơng đối lớn. 57
18. 2.7 Cán kim loại 2.7.1 Khái niệm chung về cán kim loại a. Khái niệm : Cán kim loại là quá trình biến dạng kim loại giữa hai trục cán có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi, kết quả làm cho phôi giảm chiều cao , chiều dài và chiều rộng tăng. Hình dạng của sản phẩm do hình dạng của khe hở giữa hai trục cán quyết định. Cán kim loại đ−ợc sử dụng rộng rãi vì nó không chỉ làm thay đổi hình dạng của phôi mà còn nâng cao chất l−ợng phôi kim loại : Phá huỷ tổ chức kim loại đúc có nhiều khuyết tật, tổ chức dạng nhánh cây có nhiều rổ khí, tạo nên tổ chức mới có độ chắc, hạt nhỏ mịn chặt hơn, độ bền cao, khắc phục đ−ợc các khuyết tật trong kim loại. b. Sơ đồ quá trình cán kim loại D R A T A C α I β B N H A T o L B β H’ P 2 1 A’ B’ B A A’ 3 Hình 2-18 Sơ đồ nguyên lý cán kim loại 1 - phôi; 2 - sản phẩm; 3 - trục cán Ho, H1 - chiều cao tr−ớc và sau khi cán. Bo, B1 - chiều rộng tr−ớc và sau khi cán. Lo, L1 - Chiều dài tr−ớc và sau khi cán. • Vùng ABB'A' - gọi là vùng biến dạng; • Cung AB,A'B' tiếp xúc với trục cán gọi là cung ăn ( hay cung tiếp xúc). • Góc α - gọi là góc ăn hay góc tiếp xúc; • Góc β - gọi là góc ma sát; c. Các thông số đặc tr−ng cho quá trình cán L F Hệ số kéo dài : à = 1 = o =1 − 2 Lo F1 B Hệ số giãn rộng : β = 1 Bo 1 H Hệ số ép : = o R H1 58
19. L−ợng ép tuyệt đối : ∆H = Ho - H1 = D ( 1 - Cos α) L−ợng giãn dài t−ơng đối : ∆L = L1 - Lo L−ợng giãn rộng tuyệt đối : ∆B = B1 - Bo d. Điều kiện cán vào Khi kim loại tiếp xúc với trục cán tại hai điểm A A' mỗi phía của trục cán tác dụng lên vật cán 2 lực : * Phản lực N; * Lực ma sát T T = f.N * Hệ số ma sát f = T/ N = tgβ Để phôi đi qua đ−ợc khe hở giữa hai trục cán lực Tx cần lớn hơn lực Nx Tx > Nx Tx = T Cosα = f.N.Cosα Nx = NSinα f.N.Cosα > NSinα ==> f > Sinα/ Cosα f > tgα mà f = tgβ tgβ > tgα β > α Khi đạt đến quá trình cán thành (Phôi đã qua khỏi 2 trục cán), vị trí của lực h−ớng tâm P sẽ dịch chuyển dần về phía sản phẩm đi ra. Nếu áp lực của vùng biến dạng tác dụng lên cung ăn đều nhau và đối xứng qua trục đi qua điểm giữa cung ăn thì phản lực ( lực h−ớng tâm P ) sẽ chia vùng biến dạng ra làm 2 phần và có góc ăn α ' = α / 2 • Khi vật đã cán vào giữa trục cán thì góc ăn α sẽ nhỏ dần đến khi vật cán đã hoàn toàn vào trong 2 trục cán thì góc ăn chỉ còn bằng α/2 . Điều này chứng tỏ khi đã cán thành thì góc ma sát β chỉ cần lớn hơn α/2 cũng đủ để quá trình cán hoạt động bình th−ờng. Hiện t−ợng này gọi là hiện t−ợng ma sát thừa. Để bảo đảm điều kiện cán vào đồng thời sử dụng ma sát thừa khi cán thành ng−ời ta thực hiện một số biện pháp nh−: • Tăng hệ số ma sát bằng cách khoét rãnh, hàn vết lên trên trục cán, bôi các chất tăng ma sát, • Để nhanh chóng đạt điều kiện cán thành ng−ời ta tăng tốc độ cấp phôi ban đầu vào trục cán hoặc rèn nhỏ đầu phôi cán lại. • Thay đổi độ hở giữa hai trục cán từ lớn, sau đó giảm dần cho đên khi đạt khe hở theo yêu cầu . Tức là từ góc "α lớn" đến "α bé" . Nh− vậy quá trình cán có 3 giai đoạn : • Giai đoạn trục cán bắt đầu cuốn phôi. Giai đoạn này không ổn định, vì điều kiện biến dạng của phôi bị thay đổi liên tục. • Giai đoạn cán thành ( ổn định ) điều kiện biến dạng = const; 59
20. • Giai đoạn kết thúc cán khi phôi gần ra khỏi trục cán điều kiện biến dạng cũng thay đổi. Để đơn giản hoá khi nghiên cứu quá trình cán ng−ời ta thừa nhận một số yếu tố liên quan đến quá trình trên nh− sau • 2 trục cán là hình trụ, có đ−ờng kính bằng nhau; • Hai trục quay cùng vận tốc góc, (cùng số vòng quay); • Có trạng thái bề mặt nh− nhau (có nghĩa là có cùng hệ số ma sát); • Không tính đến quá trình biến dạng đàn hồi của trục cán; • Phôi có kích th−ớc tiết diện ngang không thay đổi trên toàn bộ chiều dài b,h = const • Các điều kiện khác cũng phải giống nhau ( tổ chức kim loại, nhiệt độ, thành phần hoá học, công nghệ bôi trơn, trạng thái bề mặt, ) 2.7.2. Sản phẩm cán Sản phẩm cán rất đa dạng, đ−ợc phân ra bốn nhóm chính: dạng hình, dạng tấm, dạng ống và dạng đặc biệt. Loại hình: Các sản phẩm dạng hình đ−ợc chia ra Loại hình đơn giản : dạng (a), gồm có thanh, thỏi tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, lục giác, bán nguyệt tiết diện vuông , chữ nhật, tròn, lục giác, Loại hình phức tạp : dạng hình phức tạp (b) có tiết diện chữ V, U, I, T, Z Hình 2-19. Một số loại sản phẩm cán 60
21. Loại tấm: Các sản phẩm dạng tấm đ−ợc phân loại theo chiều dày của tấm thành: • Mỏng: S = 0,2ữ3,75 mm; B = 600ữ2200 mm. • Dày: S = 4,0ữ60 mm; B = 600ữ5000 mm; L = 4000ữ12000mm. • Cuộn: S = 0,2ữ2 mm; B = 200ữ1500 mm; L = 4000ữ60.000 mm. Loại ống: Các sản phẩm dạng ống đ−ợc phân ra: ống không có mối hàn và ống có mối hàn. • ống không hàn đ−ợc cán từ phôi thỏi có đ−ờng kính φ = 5ữ426 mm, chiều dày thành ống S S = 0,5ữ40 mm). • ống có mối hàn đ−ợc chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán để hàn giáp mối với nhau. Loại này có đ−ờng kính ngoài đến 720 mm và chiều dày đến 14 mm. 2.7.3 Các bộ phận chủ yếu của máy cán 1 2 3 4 5 6 5 4 7 Hình 2- 20 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy cán 1. Trục cán 2. Trục các- đăng 3. Hộp phân lực 4. Khớp nối 5. Bánh đà 6. Hộp giảm tốc 7. Động cơ Hình 2- 21 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một máy cán thép hình 61
22. Hình 2- 22 Hình dáng bên ngoài bộ truyền cho các trục cán Phân loại máy cán : Căn cứ theo số l−ợng trục cán & cách bố trí chúng + Máy cán 2 trục; + Máy cán 3 trục; + Máy cán 2 trục kép có công dụng nh− máy cán 3 trục; + Máy cán nhiều trục; 4, 6,12, 20, Hình 2 - 23 Sơ đồ máy cán nhiều trục 62
23. Theo công dụng + Máy cán phôi; + Máy cán thép định hình; + Máy cán thép tấm; + Máy cán ống; + Máy cán đặc biệt nh− cán răn, cán bi, cán vành xe, Hình 2 - 24 Sơ đồ nguyên lý máy cán bi thép Căn Cứ theo sự bố trí trục cán ng−ời ta chia ra : + Máy cán đơn + Máy cán đ−ờng thẳng : + Máy cán 2 cấp : + Máy cán nhiều cấp : + Máy cán bán liên tục : + Máy cán liên tục : Hình 2 - 25 Sơ đồ bố trí các trục trong 1 dây chuyền cán 63
24. Error! Hình 2-20 Sơ đồ nguyên lý máy cán bi thép Hình 2-26 Sơ đồ công nghệ bố trí trục cán Hình 2-27 Sơ đồ nguyên lý bố trí các trục cán Hình 2 - 28 Sơ đồ cấu tạo trục cán 64
25. Hình 2-29 Sơ đồ nguyên lý máy cán thép thỏi Hình 2- 30 Sơ đồ nguyên lý máy cán thép định hình 65
26. 2.8. Kéo kim loại 2.8.1. Thực chất, đặc điểm và công dụng Thực chất: Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại qua lổ khuôn làm cho tiết diện ngang của phôi giảm và chiều dài tăng. Hình dáng và kích th−ớc của chi tiết do lổ khuôn kéo quyết định. Đặc điểm • Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội. • Có thể kéo hầu hết vật liệu kim loại màu, kim loại đen, chất dẻo, • Có thể kéo các sản phẩm đặc hay rỗng • Độ bóng, độ chính xác cao; cơ tính đ−ợc nâng cao. • Nh−ợc điểm : Khuôn mau mòn và mòn không đều gây h− hỏng sản phẩm; sản phảm dễ bị biến cứng nên khi kéo nhiều lần cần phải nhiệt luyện. Công dụng: • Kéo sợi dùng để chế tạo các thỏi, ống, sợi bằng thép và kim loại màu. • Kéo sợi còn dùng gia công tinh bề mặt ngoài các ống cán có mối hàn và một số công việc khác. Sơ đồ nguyên lý kéo sợi 1 2 3 1 2 3 P P 4 a) b) Hình 2- 31 Sơ đồ nguyên lý kép kim loại a/ Kéo sợi; b/ Kéo ống 1- Phôi kim loại; 2/ Khuôn kéo; 3 . Sản phẩm; 4. Nòng tạo ống Khi kéo sợi, phôi (1) đ−ợc kéo qua khuôn kéo (2) với lỗ hình có tiết diện nhỏ hơn tiết diện phôi kim loại và biên dạng theo yêu cầu, tạo thành sản phẩm (3). Đối với kéo ống, khuôn kéo (2) tạo hình mặt ngoài ống còn lỗ đ−ợc sửa đúng đ−ờng kính nhờ lõi (4) đặt ở trong phôi kéo. Các thông số chính khi kéo sợi : d Hệ số kéo dài : k = o < [k] {k] Hệ số kéo cho phép; d1 σ [k] = 1 + b ; P(1 + f cot gα Fo, F1- Tiết diện tr−ớc và sau khi kéo lần 1;. Mỗi lần kéo tiết diện giảm từ (15-35) % ; do, dn - đ−ờng kính phôi và đ−ờng kính sau khi kéo lần thứ n. 66
27. Fo Lực kéo : P = σ b F1 lg (1 + f .cot gα ) F1 Yêu cầu Lực kéo phải đủ lớn để thắng các lực ma sát của kim loại với khuôn và để làm biến dạng kim loại. ứng suất kéo tại tiết diện ra khỏi khuôn phải nhỏ hơn giới hạn bền của kim loại kéo. 2.8.2 Tính số lần kéo sợi d d d d d k = o d = o ; d = 1 = o ; d = o 1 2 2 1 n d1 k k k k lg d − lg d ặ n = o n lg k 2.8.3 Khuôn kéo sợi và thiết bị kéo sợi Khuôn kéo sợi gồm khuôn (1) và đế khuôn (2), biến dạng lổ hình của khuôn gồm 4 phần: đoạn côn (I) là phần làm việc chính của khuôn có góc côn β = 24oữ360 (th−ờng dùng nhất là 260), đoạn côn vào (II) có góc côn 90o là nơi để phôi vào và chứa chất bôi trơn, đoạn thẳng (III) có tác dụng định kính và đoạn côn thoát phôi (IV) có góc côn 600 để sợi ra dể dàng không bị x−ớc. Vật liệu chế tạo khuôn • Hợp kim cứng BK 8, BK12 (theo LXô), • Thép dụng cụ CD80, CD100, CD130, • Thép hợp kim 30CrTiSiMo, Cr5Mo (theo TCVN). 1 β IV II I III Hình 2 - 32 Sơ đồ cấu tạo khuôn ép Chú ý : Khi kéo phải bôi trơn. Vật liệu bôi trơn th−ờng dùng là grafit, bột vôi, bột xà phòng và parafin 1 2 5 Hình 5- 33 Sơ đồ nguyên lý máy kéo sợi 1- Tang nhả; 2- Khuôn kéo; 3- tang quấn sản phẩm kéo 67
28. 2.9 ép kim loại ép kim loại là ph−ơng pháp làm biến dạng kim loại khi đi qua khuôn ép có hình dạng và kích th−ớc theo yêu cầu. 2.9.1 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại 2 3 4 2 3 4 1 1 4 3 1 2 5 a) b) c) Hình 2- 35 Sơ đồ nguyên lý ép kim loại Hình a : ép thuận; Hình b - ép nghịch; Hình c - ép ống 1) Pistôngép 2) Buồng ép 3) phôi kim loại 4) Khuôn ép 5) Nòng tạo lỗ 2.9.2 Đặc điểm • Trạng thái ứng suất khi ép là nén khối nên có thể ép các vật liệu kém dẻo. • Chất l−ợng sản phẩm ép cao • Nh−ợc điểm là lực ép lớn, ma sát lớn, nhiệt độ cao nên khuôn mau mòn,; khó điền đầy khi ép khuôn phức tạp; hao phí nhiều kim loại. • Yêu cầu vật liệu chế tạo khuôn kép phải bền, chịu mài mòn. Th−ờng sử dụng thép hợp kim có chứa W, V, Mo, Cr v.v hoặc hợp kim cứng. 2.9.3 Các ph−ơng pháp ép Khi ép thanh, thỏi ng−ời ta có thể tiến hành bằng ph−ơng pháp ép thuận hoặc ép nghịch. ép thuận (H. a), kim loại trong buồng ép (2) chuyển động ra ngoài cùng chiều chuyển động của pistông ép. ép nghịch (H.b), kim loại trong buồng ép (2) chuyển động ng−ợc chiều chuyển động của pistông ép. ép thuận kết cấu đơn giản, nh−ng lực ép lớn vì ma sát giữa kim loại và thành xi lanh làm tăng lực ép cần thiết, đồng thời phần kim loại trong xi lanh không thể ép hết lớn (10ữ12%). ép nghịch lực ép thấp hơn, l−ợng kim loại còn lại trong xi lanh ít hơn (6ữ8%), nh−ng kết cấu ép phức tạp. S Hệ số ép: à= 0 S1 Trong đó S0, S1 là tiết diện phôi tr−ớc và sau khi ép. Thông th−ờng à = 8ữ50. 68
29. Hình 2-36 ảnh máy ép trục khuỷu và sơ đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu Hình 2-37 ảnh máy ép ma sát kiểu trục vít 69
30. 2.10 Rèn tự do 2.10.1. Thực chất, đặc điểm và dụng cụ rèn tự do Rèn tự do là một ph−ơng pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng tự do ra các phía và chỉ bị khống chế bề mặt trên và d−ới bởi búa và đe. 1 P 2 3 N Hình 2- 38 Sơ đồ nguyên lý rèn tự do 1 - Đầu búa; 2- Vật rèn; 3 - Đe; P - Lực tác dụng Đặc điểm: −u điểm • Có khả năng gia công rộng rãi; Vật gia công từ vài gam cho đến hàng tấn. • Quy mô sản xuất đa dạng từ thủ công đến phân x−ởng và nhà máy rèn dập. • Chuẩn bị phôi cho gia công cơ khí : má ê tô, các chốt, • Tiết kiệm kim loại, gảm l−ợng d− gia công cơ khí ; nâng cao độ chính xác và năng suất cắt gọt (ví dụ khi chế tạo bu long, trục khuỷu, • Có thể gia công nhiệu loại vật liệu khác nhau. • Làm thay đổi tổ chức kim loại từ đó cải thiện đ−ợc cơ tính cho kim loại sau khi rèn. • Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản, vốn đầu t− ít • Rèn tự do đ−ợc dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ. Chủ yếu dùng cho sửa chữa, thay thế. Nh−ợc điểm : • Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao. Năng suất thấp thời gian phục vụ lớn, dung sai lớn. • Chất l−ợng và tính chất kim loại không đồng đều nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình. • Chất l−ợng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề của công nhân. 2.9.2 Dụng cụ rèn tự do Có 3 nhóm dụng cụ chính: Nhóm dụng cụ công nghệ cơ bản nh− các loại đe, búa, bàn là, bàn tóp, sấn, chặt, mủi đột. 70
31. Hình 2 - 39 Nhóm dụng cụ công nghệ cơ bản Nhóm dụng cụ kẹp chặt nh− các loại kìm, êtô và các cơ cấu kẹp chặt khác. 71
32. Hình 2-40 Nhóm dụng cụ kẹp chặt : Các loại kìm rèn a/ kìm dọc; b/ kìm ngang; c/kìm ngang - dọc Hình 2 - 41 ống kẹp phôi để rèn Nhóm dụng cụ kiểm tra và đo l−ờng: êke, th−ớc cặp (đo trong đo ngoài, đo chiều sâu, các loại compa. 72
33. Hình 2- 42 Các loại dụng cụ đo 2.10.3.Thiết bị rèn tự do Thiết bị rèn tự do bao gồm thiết bị tạo lực, thiết bị nung nóng phôi, máy cắt phôi, máy nắn thẳng, máy vận chuyển.v.v Rèn tự do có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy. Thiết bị rèn nh− các loại máy búa hơi dạng BH50, BH 75, Máy búa hơi n−ớc không khí ép, máy búa lòxo, máy búa ma sát ván gỗ (l− va đập), máy ép ma sát (Lực tĩnh) máy rèn ngang, máy dập trục khuỷu (nhóm máy dập) Sơ đồ nguyên lý máy búa hơi 7 8 9 6 5 10 11 4 12 3 2 13 14 1 15 Hình 2 - 43 Sơ đồ nguyên lý máy búa hơi 1- Động cơ điện 2- Bộ truyền đai 3- Trục khuỷu 4- Tay biên 5- Xi lanh ép 6-Pistông ép 7- Van phân phối khí 8- Xi lanh búa , 9-Pistông búa 10- thân piston búa 11- Đầu búa 12- Đe 13- Gối đỡ đe 73
34. Hình 2-44 Sơ đồ cấu tạo của máy búa BH 75 Hình 2 - 45 Hình dáng bên ngòai của máy búa 74
35. Hình 2 - 46 Hình dáng bên ngoài bệ đe của máy búa Nguyên lý làm việc của máy búa: Động cơ 1 truyền động cho trục khuỷu 3 qua bộ truyền đai 2. Thông qua biên truyền động 4 làm cho pittông ép 6 chuyển động tịnh tiến tạo ra khí ép ở buồng trên hoặc buồng d−ới trong xi lanh búa 9. Tuỳ theo vị trí của bàn đạp điều khiển 14 mà hệ thống van phân phối khí 7 sẽ tạo ra những đ−ờng dẫn khí khác nhau, làm cho pittông búa 8 có gắn thân pittông búa và đe trên 10 chuyển động hay đứng yên trong xi lanh búa 9. Đe d−ới 11 đ−ợc lắp vào gối đỡ đe 12, chúng đ−ợc giữ chặt trên bệ đe 13. Khối l−ợng phần rơi là phần tạo ra năng l−ợng va đập của búa. Khối l−ợng phần rơi gồm piston búa, thân piston búa (8) và đầu búa (10). Dựa vào khối l−ợng phần rơi mà đặt tên cho máy búa hơi. Ví dụ BH50, BH 75 (tức là máy có khối l−ợng phần rơi là 50 kg, 75 kg t−ơng ứng. Máy búa làm việc theo chế độ không tải, đơn nhát, đập liên tục, treo búa, búa ép, 2.10.4. Những nguyên công cơ bản của rèn tự do Nhóm nguyên công chính : Vuốt, chồn, đột lỗ, uốn, xoắn, hàn rèn, ép vết, Nhóm nguyên công phụ : Nung nóng, làm sạch, là phẳng, nắn thẳng, a. Nguyên công vuốt Nguyên công làm giảm tiết diện ngang và tăng chiều dài của phôi rèn. Dùng để rèn các chi tiết dạng trục, ống, dát mỏng hay chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo nh− đột lỗ, xoắn, uốn. Thông th−ờng khi vuốt dùng búa phẳng, nh−ng khi cần vuốt với năng suất cao hơn thì dùng búa có dạng hình chữ V hoặc cung tròn. Vuốt đ−ợc thực hiện bằng việc lật phôi qua lại theo một góc 900 hay 1800. 75
36. Hình 2 - 47 Khuôn vuốt 1 3 5 2 1 4 5 7 6 2 8 9 6 10 H−ớng dịch chuyển phôi a/ b/ Hình 2 - 48 Sơ đồ nguyên lý các ph−ơng pháp vuốt kim loại a) Quay phôi một góc 900 hay 600 b) Quay phôi theo chiều xoắn ốc . Một số ph−ơng pháp vuốt đặc biệt: Vuốt trên trục tâm Nhằm giảm chiều dày và tăng chiều dài chi tiết, đ−ờng kính trong của phôi hầu nh− không đổi. Lòng phôi vào trục tâm có độ côn 3 ữ12 mm/m) và tiến hành gia công trên đe dạng chữ V và búa phẳng. Nếu trục tâm lớn thì bên trong có lỗ rỗng dẫn n−ớc làm nguội nếu là lần vuốt đầu thì trục tâm phải nung tr−ớc khoảng 150ữ2000C. Khi vuốt thì vuốt dần từng đoạn từ hai đầu vào giữa để dể lấy chi tiết ra khỏi trục tâm. Búa Chi tiết Trục Đe Hình 2 - 49 Sơ đồ vuốt trên trục tâm 76
37. Mở rộng đ−ờng kính trên trục tâm: Dùng vuốt các chi tiết dạng ống nhằm tăng đ−ờng kính trong, đ−ờng kính ngoài, giảm chiều dày thành ống mà chiều dài hầu nh− không đổi. Trục tâm có đ−ờng kính nhỏ hơn lỗ phôi từ 50ữ150 mm, chiều dài công tác lấy lớn hơn chiều dài phôi một khoảng 50ữ100 mm. Trục tâm càng bé thừ năng suất vuốt càng cao nh−ng độ cứng vững kém. b P búa l a Hình 2 - 50 Sơ đồ mở rộng lỗ trên trục tâm b. Nguyên công chồn Chồn là nguyên công làm giảm chiều cao, tăng tiết diện ngang của chi tiết. Công dụng làm thay đổi dạng thớ trong tổ chức kim loại để gia công các đầu bu lông, là phẳng các mặt đầu của phôi, chuyển đổi kích th−ớc của phôi : tăng đ−ờng kính để khoan sau đó vuốt nhỏ lại, hoặc tăng đ−ờng kính phôi khi cân gia công trục mà không có phôi lớn, Chồn có thể chồn toàn bộ, hoặc chỉ chồn cục bộ từng phần của phôi nh− khi chồn đầu làm bu lông. H−ớng thớ của kim loại tr−ớc và sau khi chồn a) b) Hình 2 - 51 Sơ đồ chồn : a) làm phẳng mặt đầu, b)thay đổ h−ớng thớ của phôi Chồn cục bộ Khi chồn chỉ cần nung nóng vùng cần chồn hay làm nguội trong n−ớc phần không cần chồn rồi. Cũng có thể nung nóng toàn bộ rồi gia công trong những khuôn đệm thích hợp. Hình 2 - 52 Hình dáng một số dạng chồn cục bộ 77
38. Chồn toàn bộ: là nung cả chiều dài phôi, khi chồn th−ờng xảy ra các tr−ờng hợp sau: h Tr−ờng hợp 1: khi 0 〈2 thì vật chồn có dạng hình trống (a). d0 d0 h 0 Hình 2 - 53 Sơ đồ chồn phôi có chiều cao nhỏ h Tr−ờng hợp 2: khi 0 ≈ữ22,5 có thể xảy ra các hiện t−ợng sau: d0 1. Lực đập đủ lớn: vật chồn có dạng 2 hình trống chồng khít lên nhau . 2. Lực đập không đủ lớn: vật chồn có dạng 2 hình trống kép . 3. Lực đập nhỏ và nhanh vật chồn có dạng loe hai đầu. Hình 2 - 54 Hình dáng vật chồn phụ thuộc kích th−ớc và lực tác dụng h Tr−ờng hợp 3: khi 0 〉25, vật chồn dễ bị cong d0 Hình 2 - 55 Khi vật chồn bị uốn cong Xoắn là nguyên công làm cho các tiết diện tại chỗ xoắn quay t−ơng đối với nhau một góc quanh trục của nó ( nh− khi chế tạo mũi khoan, ) Uốn là nguyên công làm thay đổi h−ớng thớ của vật rèn, làm thay đổi h−ớng của trục phôi. 78
39. Hình 2 - 56 Một số ph−ơng pháp uốn Các nguyên công rèn khác : Nắn thẳng, tạo gờ, rèn bậc, chặt, đột lỗ, 79
40. Hình 2 - 57 Các ph−ơng pháp rèn bậc 80
41. Hình 2 - 58 Các nguyên công đột lỗ khi rèn 81
42. 2.11 Dập thể tích 2.11.1- Thực chất và đặc điểm Dập thể tích (còn gọi là rèn khuôn) là một ph−ơng pháp rèn mà kim loại biến dạng bị không chế bởi các bề mặt lòng khuôn. b- Đặc điểm: • Độ bóng và độ chính xác bề mặt cao: ± 0,1 ữ 0,05 và độ bóng cao. • Cơ tính đồng đều và cao, sự biến dạng thấu triệt và đều khắp. • Có thể rèn đ−ợc các chi tiết phức tạp, tiết kiệm kim loại, thao tác đơn giản. • Năng suất lao động rất cao, dể cơ khí hoá nên đ−ợc dùng trong sản xuất hàng loạt hay hàng khối. 2.11.2 Phân loại dập thể tích Phân loại theo kết cấu lòng khuôn. 4 3 5 6 2 1 Hình 2 - 59 Sơ đồ kết cấu khuôn hở 1- Nửa khuôn d−ới; 2 - Nửa khuôn trên; 3- Rãnh chứa ba via; 4 - Cửa ba via 5- Rãnh thoát khí; 6- Vật dập 4 3 5 2 1 Hình 2 -60 Sơ đồ kết cấu khuôn kín 1 -Nửa khuôn d−ới; 2- nửa khuôn trên; 3- Rãnh chứa ba via; 4 - Rãnh thoát khí; 5 Vật dập Rèn trong khuôn hở: Khuôn hở là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công thẳng góc với ph−ơng của lực tác dụng, cửa ba via không hạn chế sự biến dạng 82
43. kim loại ra xung quanh. Xem hình. Rèn trong khuôn hở tính dẻo thấp, sự điền đầy không cao, yêu cầu công suất thiết bị lớn. Song mặt phân khuôn t−ơng đối đơn giản. Khuôn kín: Là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công song song hay gần nh− song song với ph−ơng của lực tác dụng, vật rèn không có hoặc nh− không có ba via. Rèn trong khuôn kín thì tính dẻo của kim loại tăng, tính điền thấu tốt, không yêu cầu công suất thiết bị lớn, song yêu cầu việc tính toán phôi phải chính xác, chất l−ợng nung cao. Phân loại theo trạng thái nhiệt của phôi. Rèn khuôn nóng: Kim loại dể biến dạng, khả năng điền đầy tốt, không yêu cầu công suất thiết bị cao, khuôn đỡ mòn. Song độ bóng và độ chính xác của vật rèn không cao, khuôn phải chịu nhiệt tốt. Nên dùng để rèn thô, rèn sơ bộ. Rèn khuôn nguội: Chỉ nung phôi gia công đến nhiệt độ kết thúc gia công hoặc không nung nó có đặc điểm ng−ợc lại. 2.11.3 Thiết bị dập thể tích th−ờng dùng: Máy búa hơi n−ớc-không khí ép rèn khuôn; máy ép trục khuỷu; máy ép trục vít; máy ép thuỷ lực; Sơ đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu dập thể tích 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hình 2 - 61 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc vận hành: 1- Mô tơ; 2 Bộ truyền đai; 3 Bộ truyền bánh răng 4- Bánh răng chạy lòng không với trục khuỷu; 5- Bộ ly hợp dùng để đóng mở sự truyền động cho máy; 6- Trục khuỷu 7- Tay biên 8- Đầu tr−ợt 9- Bàn máy 83
44. Hình 2 - 62 ảnh máy ép thủy lực Khuụn dập Hỡnh 2 -63 Mỏy dập 300 tấn dựng để dập hộp cụng tơ điện bằng vật liệu composit 84
45. 2-12 dập tấm 2.12.1 Khái niệm Dập tấm là một trong những ph−ơng pháp gia công kim loại bằng áp lực để chế tạo các sản phẩm hoặc chi tiết từ vật liệu tấm, hoặc dãi, cuộn, băng mà chiều dày của phôi ít thay đổi hay thay đổi không đáng kể trong quá trình gia công. Dựa theo trạng thái nhiệt độ khi gia công dập tấm đ−ợc phân ra Dập nóng - quá trình dập thực hiện ở trạng thái nóng, th−ờng sử dụng khi gia công những tấm dày S > = 10 mm, nh− thép hợp kim, vật liệu kém dẻo nh− Mg, Dập nguội - quá trình gia công tiến hành ở trạng thái nguội (không nung nóng). Đây là ph−ơng pháp sử dụng chủ yếu trong thực tế ứng dụng : Trong các ngành công nghiệp , đặc biệt là ngành chế tạo máy bay, máy nông nghiệp, hàng tiêu dùng, ôtô, thiết bị điện, nhờ các ph−ơng pháp : Dập tấm, cắt hình, đột lỗ, uốn , dập vuốt, tóp miệng, dập dãn, miết, Vật liệu dùng cho dập tấm : Kim loại: Thép các bon, thép hợp kim, hợp kim màu nh− thép, đồng, nhôm, Phi kim loại: Giấy, các tông, êbônít, amiăng, da, mà các vật liệu này ở dạng tấm hay dải, chất dẽo, composit, polymer, 2.12.2 Đặc điểm chung của dập tấm • Chuyển động của thiết bị đơn giản. Có thể hoàn thành công việc phức tạp bằng một động tác đơn giản của máy dập. • Chế tạo đ−ợc những chi tiết phức tạp, nhất là những chi tiết có thành mỏng. • Sản phẩm có độ chính xác cao về kích th−ớc, hình dạng và đa số không yêu cầu gia công cơ tiếp theo. • Độ lấp lẫn tốt; • Sản phẩm dập có cấu trúc đảm bảo bền , cứng, nhẹ l−ợng tiêu hao ít kim loại . • Tiết kiệm đ−ợc kim loại, ít phế liệu; • Năng suất lao động cao nhờ có trang bị các cơ cấu tự động hoá và cơ khí hoá cao nên không cần công nhân có trình độ chuyên môn cao. ( 30.000 - 40.000 sp/1 ca/ 1 khuôn). • Điều kiện làm việc của ng−ời công nhân đ−ợc cải thiện; Do có những −u điểm trên mà ngày nay dập tấm đang đ−ợc sử dụng rất rộng rãi ở n−ớc ta cũng nh− trên thế giới. 2.12.3 Thiết bị dập tấm Phân loại: Theo nguyên lý truyền động Máy ép trục khuỷu ( cơ học ); Máy ép thuỷ lực; Theo nguyên tắc tác dụng lực của máy 85
46. • Máy tác dụng đơn ( máy chỉ có một đầu tr−ợt ); • Máy tác dụng kép: ( máy song động - có 2 đầu tr−ợt ). Tr−ợt ngoài dùng để giữ phôi, tr−ợt trong dùng để ép sâu tạo nên sản phẩm. • Máy 3 tác dụng: ( máy tam động ) ngoài 2 con tr−ợt nh− trên máy còn có đầu tr−ợt thứ 3 dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn. Máy ép trục khuỷu dập tấm (Có hình dạng t−ơng tự máy ép trục khuỷu dập thể tích (xem hình 5-28) Máy ép thuỷ lực Máy có cấu tạo phức tạp, lực ép lớn, tốc độ biến dạng của máy ổn định không thay đổi, không gây quá tải cho máy vì có van an toàn; Máy ép thuỷ lực th−ờng dùng khi chế tạo những chi tiết có kích th−ớc lớn, phức tạp, yêu cầu chất l−ợng cao. 2.12.4 Công nghệ dập tấm Quá trình gia công bằng ph−ơng pháp dập tấm đ−ợc chia ra 2 nhóm nguyên công chính: Nhóm các nguyên công cắt- tức là tách một phần phôi khỏi phần chung của nó ( cắt hình , đột lỗ, cắt phôi ra từng phần, ) Nhóm nguyên công tạo hình Là nguyên công làm biến dạng kim loại hay dịch chuyển 1 phần của phôi đối với phần khác mà phôi không bị phá huỷ. Nhóm nguyên công này bao gồm các nguyên công: Uốn, dập vuốt, tóp, dập dản, miết, uốn vành, cuốn mép, a. Nhóm các nguyên công cắt: Cắt phôi là nguyên công cắt rời vật liệu ra khỏi phôi theo đ−ờng viền bao không khép kín ( hở ) . Để cắt phôi có thể dùng các máy cắt sau đây: - Máy cắt l−ỡi dao song song; - Máy cắt dao nghiêng; - Máy cắt chấn động; Máy cắt tấm bằng dao song song Sơ đồ nguyên lý máy cắt dao song song nh− hình 1 2 3 4 5 6 Hình 2- 64 Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng dao song song 1- Đầu tr−ợt 2 - L−ỡi dao trên 3 - Phôi 4 - L−ỡi dao d−ới 5 - Bàn máy 6 - Rãnh tr−ợt dẫn h−ớng 86
47. Đặc điểm máy cắt dao song song • Hai l−ỡi dao song song với nhau, khi cắt 2 l−ỡi dao luôn tiếp xúc với phôi trên cả chiều dài cắt. • Hành trình l−ỡi dao nhỏ . • Lực cắt lớn; lực cắt đ−ợc tính theo công thức: P = K.B.S. τC Trong đó: B - Chiều rộng của phôi; S - Chiều dày của phôi; K - Hệ số tính đến tính chất của kim loại, kích th−ớc không đều của kim loại, độ mòn của dao. K = 1,1 - 1,3 τC - Giới hạn bền cắt của phôi ( Trở lực cắt ); τC = ( 0,8 - 0,9 ) σB • Máy có thể cắt các tấm: rộng 3200 mm S <= 60 mm • Máy chỉ cắt theo đ−ờng thẳng. • Các đ−ờng cắt thẳng , đẹp không bị cong vênh. Máy cắt tấm bằng dao nghiêng 1 2 3 4 5 6 Hình 2-65 Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng dao nghiêng 1- Đầu tr−ợt 2 -Rãnh dẫn h−ớng 3- L−ỡi dao trên 4 - Phôi 5 - L−ỡi dao d−ới 6 - Bàn máy Đặc điểm • Dao d−ới nằm ngang, cố định, dao trên nghiêng so với dao d−ới 1 góc α = 2 - 6 o • Khi cắt l−ỡi dao tiếp xúc dần dần với vật cắt từ trái sang phải. Sự cắt xảy ra không đồng thời trên toàn bộ chiều dài rãnh cắt. • Lực cắt nhỏ hơn so với máy cắt dao song song và tính theo công thức: 05,.S 2 .τ P = C tgα - K - hệ số K = 1,3 • Hành trình của dao lớn hơn máy cắt song song; • Máy có thể cắt đ−ợc đ−ờng cong. • Đ−ờng cắt không phẳng, chi tiết bị cong vênh vì lực cắt không đều. 87
48. Máy cắt dao chấn động Sơ đồ nguyên lý máy cắt dao chấn động (xem hình 5-31) Đặc điểm • Máy có 2 l−ỡi dao nghiêng hợp thành 1 góc: 24 - 30 O • Dao d−ới cố định • Hành trình lên xuống của dao ngắn < 4 mm ; • Khi làm việc dao trên chuyển động lên xuống rất nhanh 2000 - 3000 lần / phút • Máy có thể cắt các tấm rộng bất kỳ, cắt theo đ−ờng cong, đ−ờng thẳng • Nh−ợc điểm đ−ờng cắt không nhẵn, chi tiết bị cong vênh do lực tác dụng không đều. 1 2 3 4 5 6 Hình 2 - 66 Sơ đồ nguyên lý máy cắt bằng dao chấn động 1- Đầu tr−ợt 2 - L−ỡi dao trên 3 - Phôi 4 - L−ỡi dao d−ới 5 - Bàn máy 6 - giá đỡ 7 - Rãnh tr−ợt dẫn h−ớng Máy cắt dao đĩa Máy cắt dao đĩa có một cặp dao và có nhiều cặp dao. Trên hình 5-32 là sơ đồ nguyên lý máy cắt dao đĩa có một cặp dao. Hình 2 - 67 Sơ đồ nguyên lý máy cắt dao đĩa 88
49. Cắt thép hình Cắt thép tấm Đột lỗ Hình 2-68 Máy cắt cắt đột liên hợp (cắt hình, đột lỗ và cắt thép tấm b. Cắt hình và đột lỗ Cắt hình :Là nguyên công tách một phần vật liệu khỏi phôi theo đ−ờng bao khép kín . Phần đ−ợc tách ra khỏi phôi là sản phẩm , Phần còn lại là phế liệu. Đột lỗ là nguyên công tạo nên lỗ rỗng trên phôi theo đ−ờng bao khép kín . Phần vật liệu đ−ợc tách ra là phế liệu , phần kim loại còn lại là sản phẩm. Phế phẩm Sản phẩm Phế phẩm a/ Cắt hình b/ Đột lỗ Sản phẩm Hình 2 - 69 Sơ đồ các dạng sản phẩm của cắt hình (a) và đột lổ (b) Mũi đột Phôi Hình 2 - 70 Sơ đồ nguyên lý đột lỗ 89
50. Khuôn đột lỗ Cơ cấu cấp phôi Hình 2 - 71 Máy đột lổ CNC Sản phẩm sau khi đột Hình 2 - 72 Sản phẩm (các dầm thép) sau khi đột lỗ C. Nhóm các nguyên công tạo hình 1. Nguyên công uốn : Làm thay đổ h−ớng trục của phôi. Bán kính uốn nhỏ nhất : r min = (0,25 - 2,5 ).S S- chiều dày của phôi 90
51. Phôi uốn Chày Sản phẩm uốn Hình 2 - 73 Sơ đồ nguyên lý uốn kim loại Hình 2 - 74 Các loại phôi tấm dùng để uốn sản phẩm b/ a/ Hình 2-75 Máy lóc tol 4 trục(a) và 3 trục (b) 91
52. Hình 2 -76 Sản phẩm ống sau khi lốc trên máy lốc tôl 4 trục Hình 2 -77 Máy nhấn thủy lực 2. Dập vuốt là nguyên công chế tạo các chi tiết hình ống. Dập vuốt có thể làm mỏng thành và không làm mỏng thành. Dập vuốt ứng dụng dập vuốt để chế tạo các chi tiết : • Dạng tròn xoay : hình trụ, hình trụ có bậc, hình nón, • Hình hộp • Hình bất kỳ Sơ đồ nguyên lý dập vuốt 92
53. Hình 2 - 78 Sơ đồ nguyên lý dập vuốt Khi cần dập chi tiết có tỷ lệ chiều cao trên đ−ờng kính chi tiết lớn thì phải dập nhiều lần d Hệ số dập vuốt K đ−ợc tính theo công thức : K = Chi−TIETt DPhoi Hình 2 - 79 Sơ đồ dập vuốt nhiều lần Khi dập nhiều lần : d1 K1 = d1 = K1.DPHOI DPHOI d2 = K2.d1 = K1.K2.DPHOI. n-1 dn = K1.K2 Kn.DPHOI. = K1.(KTB.) D phôi K1 < K2 <k3 < Kn 93
54. Để đơn giản hoá quá trình tính toán ta đặt: n−1 KTB = KK23 Kn Logarit 2 vế và giải ra ta đ−ợc : lgdn − lg(k .D ) n = 1 + 1 PHOI lg KTB Hình 2 - 80 Dâp ấm n−ớc 94
55. 3. Dập vuốt có làm mỏng thành 1 2 3 4 Hình 2 - 81 Sơ đồ nguyên lý dập vuốt có làm mỏng thành 1 Chày; 2- Phôi; 3- Khuôn; 4- Giá đỡ khuôn Hình 2- 82 Sơ đồ nguyên công dập dãn Hình 2 - 83 Nguyên công gấp mép 95
56. Hình 2 - 84 Nguyên công miết Hình 2 - 85 Nguyên công tóp miệng 96