›
›

Giáo trình Công nghệ kim loại 2 - Chương 3: Các phương pháp gia công biến dạng - Lưu Đức Hòa

pdf 38 trang phuongnguyen 2960
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ kim loại 2 - Chương 3: Các phương pháp gia công biến dạng - Lưu Đức Hòa", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_cong_nghe_kim_loai_2_chuong_3_cac_phuong_phap_gia.pdf

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ kim loại 2 - Chương 3: Các phương pháp gia công biến dạng - Lưu Đức Hòa

  1. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa Chương 3: Các phương pháp gia công biến dạng 3.1. Cán kim loại 3.1.1.Thực chất của quá trình cán Quá trình cán là cho kim loại biến dạng giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng. Hình dạng của khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dáng của sản phẩm. Quá trình phôi chuyển động qua khe hở trục cán là nhờ ma sát giữa hai trục cán với phôi. Cán không những thay đổi hình dáng và kích thước phôi mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Máy cán có hai trục cán đặt song song với nhau và quay ngược chiều. Phôi có chiều dày lớn hơn khe hở giữa hai trục cán, dưới tác dụng của lực ma sát, kim loại bị kéo vào giữa hai trục cán, biến dạng tạo ra sản phẩm. Khi cán chiều dày phôi giảm, chiều dài, chiều rộng tăng. D R A α A βC N T A I B T h0 l B β h1 P B A A B A H.3.1. S  cán kim loi Khi cán dùng các thông số sau để biểu thị: - Tỷ số chiều dài (hoặc tỷ số tiết diện) của phôi sau và trước khi cán gọi là hệ số kéo dài: l F µ = 1 = 0 l0 F1 - Lượng ép tuyệt đối: ∆h = (ho - h1) (mm). - Quan hệ giữa lượng ép và góc ăn: ∆h = D(1 - cosα ) (mm). - Sự thay đổi chiều dài sau và trước khi cán gọi là lượng giãn dài: ∆l = l1 - lo - Sự thay đổi chiều rộng sau và trước khi cán gọi là lượng giãn rộng: ∆b = b1 - bo Cán có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội. Cán nóng có ưu điểm: tính dẻo của kim loại cao nên dể biến dạng, năng suất cao, nhưng chất lượng bề mặt kém Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 9
  2. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa vì có tồn tại vảy sắt trên mặt phôi khi nung. Vì vậy cán nóng dùng cán phôi, cán thô, cán tấm dày, cán thép hợp kim. Cán nguội thì ngược lại chất lượng bề mặt tốt hơn song khó biến dạng nên chỉ dùng khi cán tinh, cán tấm mỏng, dải hoặc kim loại mềm. Điều kiện để kim loại có thể cán được gọi là điều kiện cán vào. Khi kim loại tiếp xúc với trục cán thì chúng chịu hai lực: phản lực N và lực ma sát T, nếu hệ số ma sát giữa trục cán và phôi là f thì: T = N. f ⇒ f = tgβ. Vì β là góc ma sát, nên: T/N = tgβ = f Lực N và T có thể chia thành 2 thành phần: nằm ngang và thẳng đứng: Nx = N.sinα Tx = T.cosα = N.f.cosα Ny = P.cosα Ty = T.sinα Thành phần lực thẳng đứng có tác dụng làm kim loại biến dạng, còn thành phần nằm ngang có tác dụng kéo vật cán vào hoặc đẩy ra. Để có thể cán được, phải thoả mãn điều kiện: Tx > Nx f.N.cosα > N.sinα ; tgβ > tgα hoặc β >α Nghĩa là hệ số ma sát f phải lớn hơn tang của góc ăn α . Hoặc góc ma sát lớn hơn góc ăn. Để đảm bảo điều kiện cán vào cần tăng hệ số ma sát trên bề mặt trục cán. 3.1.2. Sản phẩm cán Sản phẩm cán được sử dụng rất rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân như: ngành chế tạo máy, cầu đường, công nghiệp ôtô, máy điện, xây dựng, quốc phòng bao gồm kim loại đen và kim loại màu. Sản phẩm cán có thể phân loại theo thành phần hoá học, theo công dụng của sản phẩm, theo vật liệu Tuy nhiên, chủ yếu người ta phân loại dựa vào hình dáng, tiết diện ngang của sản phẩm và chúng được chia thành 4 loại chính sau: a/ Thép hình: Là loại thép đa hình được sử dụng rất nhiều trong ngành Chế tạo máy, xây dựng, cầu đường Bao gồm thép có tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, dẹt, lục lăng, tam giác, góc H.3.2. Các loi thép - Thép tròn có đường kính φ = 8 ÷ 200 mm, có khi đến 350 mm. - Thép dây có đường kính φ = 5 ÷ 9 mm và được gọi là dây thép, sản phẩm được cuộn thành từng cuộn. - Thép vuông có cạnh a = 5 ÷ 250 mm. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 10
  3. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa - Thép dẹt có cạnh của tiết diện: h x b = (4 ÷ 60) x (12 ÷ 200) mm2. - Thép hình có tiết diện phức tạp: chữ I, U, T, thép đường ray, thép hình đặc biệt. b/ Thép tấm: Được ứng dụng nhiều trong các ngành chế tạo tàu thuỷ, ô tô, máy kéo, chế tạo máy bay, trong ngày dân dụng. Chúng được chia thành 3 nhóm: - Thép tấm dày: S = 4 ÷ 60 mm; B = 600 ÷ 5.000 mm; L = 4000 ÷ 12.000 mm - Thép tấm mỏng: S = 0,2 ÷ 4 mm; B = 600 ÷ 2.200 mm. - Thép tấm rất mỏng (thép lá cuộn): S = 0,001 ÷ 0,2 mm; B = 200 ÷ 1.500 mm; L = 4000 ÷ 60.000 mm. c/ Thép ống: Được sử dụng nhiều trong các ngàng công nghiệp dầu khí, thuỷ lợi, xây dựng Chúng được chia thành 2 nhóm: - ống không hàn: là loại ống được cán ra từ phôi thỏi ban đầu có đường kính φ = 200 ÷ 350 mm; chiều dài L = 2.000 ÷ 4.000 mm. - ống cán có hàn: chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán để hàn giáp mối với nhau. Loại này đường kính đạt đến 4.000 ÷ 8.000 mm; chiều dày đạt đến 14 mm. d/ Thép có hình dáng đặc biệt: Thép có hình dáng đặc biệt được cán theo phương pháp đặc biệt: cán bi, cán bánh xe lửa, cán vỏ ô tô và các loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ. 3.1.3. máy cán a/ Các bộ phận chính của máy cán H.3.3. S  máy cán I- nguin ng lc; II- H thng truyn ng; III- Giá cán 1: Trc cán; 2: Nn giá cán; 3: Trc truyn; 4: Khp ni trc truyn; 5: Thân giá cán; 6:Tr Bánh−êng rng®¹i häc ch b ¸chV; 7: khoa Khp - 2008 ni trc; 8:Giá cán; 11 9: Hp phân lc; 10: Hp gim tc; 11: Khp ni; 12: ng c in
  4. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa Máy cán gồm 3 bộ phận chính dùng để thực hiện quá trình công nghệ cán. - Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán bao gồm: các trục cán, gối, ổ đỡ trục cán, hệ thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục,thân máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu lật trở phôi - Hệ thống truyền động: là nơi truyền mômen cho trục cán, bao gồm hộp giảm tốc, khớp nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực. - Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùng các loại động cơ điện một chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện. b/ Phân loại máy cán - Phân loại theo công dụng: 1 Máy cán phá: dùng để cán phá từ thỏi thép đúc gồm có máy cán phôi thỏi Blumin và máy cán phôi tấm Slabin. 2 Máy cán phôi: đặt sau máy cán phá và cung cấp phôi cho máy cán hình và máy cán khác. 3 Máy cán hình cỡ lớn: gồm có máy cán ray-dầm và máy cán hình cỡ lớn. 4 Máy cán hình cỡ trung. 5 Máy cán hình cỡ nhỏ (bao gồm cả máy cán dây thép). 6 Máy cán tấm (cán nóng và cán nguội). 7 Máy cán ống. 8 Máy cán đặc biệt. - Phân loại theo cách bố trí giá cán a b. c e d f H.3.4. Phân loi máy cán theo cách b trí giá cán a-máy cán n, b-máy cán mt hàng, c-máy cán hai cp, d-máy cán nhiu cp, e-máy cán bán liên tc, f-máy cán liên tc. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 12
  5. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa 1 Máy có một giá cán (máy cán đơn a): loại này chủ yếu là máy cán phôi thỏi Blumin hoặc máy cán phôi 2 hoặc 3 trục. 2 Máy cán bố trí một hàng (b) được bố trí nhiều lỗ hình hơn. 3 Máy cán bố trí 2 hay nhiều hàng (c, d) có ưu điểm là có thể tăng dần tốc độ cán ở các giá sau cùng với sự tăng chiều dài của vật cán. 4 Máy cán bán liên tục (e): nhóm giá cán thô được bố trí liên tục, nhóm giá cán tinh được bố trí theo hàng. Loại này thông dụng khi cán thép hình cỡ nhỏ. 5 Máy cán liên tục (f): các giá cán được bố trí liên tục , mỗi giá chỉ thực hiện một lần cán. Đây là loại máy có hiệu suất rất cao và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Bộ truyền động của máy có thể tập trung, từng nhóm hay riêng lẻ. Trong máy cán liên tục phải luôn luôn đảm bảo mối quan hệ: F1.v1 = F2.v2 = F3.v3 = F4.v4 = Fn.vn; trong đó F và v là tiết diện của vật cán và vận tốc cán của các giá cán tương ứng. - Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán 1 Máy cán 2 trục đảo chiều: sau một lần cán thì chiều quay của trục lại được quay ngược lại. Loại này thường dùng khi cán phá, cán phôi, cán tấm dày. 2 Máy cán 2 trục không đảo chiều: dùng trong cán liên tục, cán tấm mỏng. 3 Máy cán 3 trục: có loại 3 trục cán có đường kính bằng nhau và loại 3 trục thì 2 trục bằng nhau còn trục giữa nhỏ hơn gọi là máy cán Layma. 4 Máy cán 4 trục: gồm 2 trục nhỏ làm việc và 2 trục lớn dẫn động được dùng nhiều khi cán tấm nóng và nguội. H.3.5. Các loi giá cán a: Giá cán 2 trc; b: giá cán 3 trc; c: Giá cán 3 trc lauta; d: Giá cán 4 trc 5 Máy cán nhiều trục: Dùng để cán ra các loại thép tấm mỏng và cực mỏng. Máy có 6 trục, 12 trục, 20 trục v.v có những máy đường kính công tác nhỏ đến 3,5 mm để cán ra thép mỏng đến 0,001 mm. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 13
  6. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa 6 Máy cán hành tinh: Loại này có nhiều trục nhỏ tựa vào 2 trục to để làm biến dạng kim loại. Mỗi một cặp trục nhỏ sau mỗi lần quay làm chiều dày vật cán mỏng hơn một tý. 7 Máy cán vạn năng: loại này trục cán vừa bố trí thẳng đứng vừa nằm ngang. Máy dùng khi cán dầm chữ I, máy cán phôi tấm 8 Máy cán trục nghiêng: dùng khi cán ống không hàn và máy ép đều ống 3.2. Kéo kim loại 3.2.1. Thực chất, đặc điểm và công dụng a/ Thực chất: Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang của phôi giảm và chiều dài tăng. Hình dáng và kích thước của chi tiết giống lỗ khuôn kéo. 1 2 1 2 P P 3 3 4 a/ b/ H.3.6. a/ Kéo si b/ Kéo ng 1. Phôi 2. Khuôn kéo 3. Sn phm 4. Lõi sa l Khi kéo sợi, phôi (1) được 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 được sửa đúng đường kính nhờ lõi (4) đặt ở trong. b/ Đặc điểm: Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội; sản phẩm có độ chính xác và độ bóng tương đối cao. c/ 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. 3.2.2. Các thông số kỹ thuật trong quá trình kéo sợi a/ Hệ số kéo dài: tùy theo từng loại kim loại, hình dáng lỗ khuôn, mỗi lần kéo tiết diện có thể giảm xuống 15% ÷ 35%. Tỷ lệ giữa đường kính trước và sau khi kéo gọi là hệ số kéo dài: Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 14
  7. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa d σ K ==+0 1 d1 Pfg()1+ cot α do, d1- đường kính sợi trước và sau khi kéo (mm). σ - giới hạn bền của kim loại (N/mm2); α - góc nghiêng của lổ khuôn. p - áp lực của khuôn ép lên kim loại (N/mm2); f - hệ số ma sát. b/ Số lượt kéo: Kéo sợi có thể kéo qua một hoặc nhiều lỗ khuôn kéo. Số lượt kéo d d d d d có thể được tính toán như sau: d ===0 ;;d 10d n−10 1 k 2 k k 2 n k k n n d0 lgdd0 − lg n k =⇒nklg = lg d0 − lg dn ; ta có: n = dn lg k c/ Lực kéo sợi: phải đảm bảo đủ lớn để thắng lực ma sát giữa kim loại và thành khuôn, đồng thời để kim loại biến dạng, tuy nhiên ứng suất tại tiết diện đã ra khỏi khuôn phải nhỏ hơn giới hạn bền cho phép của vật liệu nếu không sợi sẽ bị đứt. F0 Lực kéo sợi có thể xác định: PF=+σα lg1 ()1 fg cot (N) F1 σ - Giới hạn bền của kim loại lấy bằnh trị số trung bình giới hạn bền của vật liệu 2 trước và sau khi kéo. F0, F1 - tiết diện trước và sau khi kéo (mm ); f - hệ số ma sát giữa khuôn và vật liệu. 3.2.3. Khuôn và máy kéo sợi a/ Khuôn kéo: Khuôn kéo sợi gồm khuôn (1) và đế khuôn (2), biên 12 dạng lỗ hình của khuôn gồm 4 phần: đoạn côn (I) là phần làm việc chính của khuôn có góc côn β = 24o÷360 (thường dùng nhất là 260), đoạn côn vào (II) có góc côn 90o là nơi để β IV II I phôi vào và chứa chất bôi trơn, đoạn thẳng (III) có tác dụng III định kính và đoạn côn thoát phôi (IV) có góc côn 600 để sợi ra dể dàng không bị xước. Vật liệu chế tạo khuôn là thép các bon dụng cụ, thép hợp kim hoặc hợp kim cứng, thường dùng các loại sau: Khu«n kÐo 1) Khu«n 2) §Õ khu«n CD80, CD100, CD130, 30CrTiSiMo, Cr5Mo. b/ Máy kéo sợi Máy kéo sợi có nhiều loại, căn cứ vào phương pháp kéo có thể chia làm 2 loại: máy kéo thẳng hay máy kéo có tang cuộn. Máy kéo thẳng dùng khi kéo các sợi hoặc ống có đường kính lớn không thể cuộn được (φ = 6÷10 mm hoặc lớn hơn). Lực kéo của máy từ 0,2÷75 tấn, tốc độ kéo 15÷45 Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 15
  8. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa m/ph. Để tạo chuyển động thẳng có thể dùng xích, vít và êcu, thanh răng và bánh răng, dầu ép v.v Trên hình sau trình bày máy kéo sợi bằng xích sợi được kẹp chặt nhờ cơ cấu kẹp (3), được kéo nhờ hai xích kéo (4) nối chuyển động với hệ thống dẫn động. 1 2 3 4 H.3.7. S  máy kéo si kéo thng 1/ Kim loi 2/ Khuôn kéo 3/ C cu kéo 4/ Xích kéo Máy kéo sợi có tang cuộn dùng khi kéo sợi dài có thể cuộn tròn được. Trên máy kéo một khuôn (H.3.8.a) dùng kéo những sợi hoặc thỏi có φ = 6÷10 mm. khi tang kéo (5) quay, sợi được kéo qua khuôn (2) đồng thời cuộn thành cuộn. Theo tốc độ kéo, tang cấp sợi (1) liên tục quay theo để cấp cho khuôn kéo. Trên máy kéo nhiều khuôn (H.3.8.b), sợi được kéo lần lượt qua một số khuôn (5 đến 19 khuôn) và nhờ các tang kéo trung gian (4), các ròng rọc căng sợi (3) nên trong quá trình kéo không xẩy ra hiện tượng trượt. Máy kéo sợi nhiều khuôn kéo có sự trượt (H.3.8.c) thì các khuôn kéo có tiết diện giảm dần và giữa những khuôn kéo là những con lăn (3). Sự quay của trống (5) đồng thời tạo nên tổng lực kéo của các khuôn. 1 2 5 a / 1 4 3 2 4 5 b/ 1 2 4 3 Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 16 c/ á
  9. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa 3.3. ép kim loại 3.3.1. Nguyên lý chung Ep là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách đẩy kim loại chứa trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ khuôn ép có tiết diện giống tiết diện ngang của chi tiết. 2 3 4 4 1 1 2 4 3 1 2 3 5 a) b) c) H.3.9. S  nguyên lý ép kim loi a, b/ ép si, thanh b/ ép ng 1. Pistông 2. Xi lanh 3. Kim loi 4. Khuôn éo 5. Lõi to l Khi ép thanh, thỏi người ta có thể tiến hành bằng phương pháp ép thuận hoặc ép nghịch. Với ép thuận (a), khi pistông (1) ép, kim loại trong xi lanh (2) bị ép qua lỗ hình của khuôn ép (4) chuyển động ra ngoài cùng chiều chuyển động của pistông ép. Với ép nghịch (b), khi pistông (1) ép, kim loại trong xi lanh (2) bị ép qua lỗ hình của khuôn ép (4) chuyển động ra ngoài ngược chiều chuyển động của pistông ép. Với ép thuận kết cấu đơn giản, nhưng 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 (10÷12%). ép nghịch lực ép thấp hơn, lượng kim loại còn lại trong xi lanh ít hơn (6÷8%), nhưng kết cấu ép phức tạp. Sơ đồ hình (c) trình bày nguyên lý ép ống, ở đây lỗ ống được tạo thành nhờ lõi (5). Phôi ép có lỗ rỗng để đặt lõi (5), khi pistông (1) ép, kim loại bị đẩy qua khe hở giữa lỗ hình của khuôn (4) và lõi tạo thành ống. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 17
  10. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 2 l−u ®øc hßa 3.3.2. Đặc điểm và ứng dụng ép là phương pháp sản xuất các thanh thỏi có tiết diện định hình có năng suất cao, độ chính xác và độ nhẵn bề mặt cao, trong quá trình ép, kim loại chủ yếu chịu ứng suất nén nên tính dẻo tăng, do đó có thể ép được các sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp. Nhược điểm của phương pháp là kết cấu ép phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống mòn cao. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để để chế tạo các thỏi kim loại màu có đường kính từ 5÷200 mm, các ống có đường kính ngoài đến 800 mm, chiều dày từ 1,5÷8 mm và một số prôfin khác. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 18
  11. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa 3.4. Rèn tự do 3.4.1. Thực chất, đặc điểm và dụng cụ rèn tự do Rèn tự do là một phương pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không bị khống chế bởi một mặt nào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại với dụng cụ gia công (búa và đe). Dưới tác động của lực P do búa (1) gây ra và phản lực N từ đe (3), khối kim loại (2) biến dạng, sự biến dạng chỉ bị khống chế bởi hai mặt trên và dưới, còn các mặt xung quanh hoàn toàn tự do. 1 P 2 3 N H.3.10. S  rèn t do a/ Đặc điểm - Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao. Năng suất thấp - Chất lượng và tính chất kim loại từng phần của chi tiết khó đảm bảo giống nhau nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình. - Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề của công nhân. - Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản. b/ Dụng cụ - Nhóm 1: Là những dụng cụ công nghệ cơ bản như các loại đe, búa, bàn là, bàn tóp, sấn, chặt, mủi đột. - Nhóm 2: Là những dụng cụ kẹp chặt như các loại kềm, êtô và các cơ cấu kẹp chặt khác. - Nhóm 3: Là những dụng cụ kiểm tra và đo lường: êke, thước cặp (đo trong đo ngoài, đo chiều sâu, các loại compa. c/ Công dụng: Rèn tự do được dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ. Chủ yếu dùng cho sửa chữa, thay thế. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 18
  12. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa 3.4.2. Thiết bị rèn tự do Thiết bị rèn tự do bao gồm: Thiết bị gây lực, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy nắn thẳng, máy vận chuyển.v.v Rèn tự do có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy. Rèn tay chủ yếu dùng trong sản xuất sửa chữa, trong các phân xưởng cơ khí chủ yếu là rèn máy. Theo đặc tính tác dụng lực, các máy dùng để rèn tự do được chia ra: máy tác dụng lực va đập (máy búa), máy tác dụng lực tĩnh (máy ép). Trong đó, máy búa hơi là thiết bị được sử dụng nhiều nhất. Máy búa hơi có hai xi lanh, một xi lanh khí (5) và một xi lanh búa (9). Giữa hai xi lanh có van phân phối khí (7) để điều khiển sự cấp khí nén từ xi lanh nén sang xi lanh đầu búa. 7 8 6 5 9 10 4 3 11 2 12 13 1 14 H.3.11. S  nguyên lý máy búa hi 1- ng c in 2- B truyn ai 3- Trc khuu 4- Tay biên 5- Xi lanh ép 6-Pistông ép 7- Van phân phi khí 8- Pistông búa 9- Xi lanh búa 10- e trên 11- e di 12- gi  e 13-B e 14- bàn p iu khin 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 dưới 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 đường 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 dưới 11 được lắp vào gối đỡ đe 12, chúng được giữ chặt trên bệ đe 13. Khối lượng phần rơi: Bao gồm khối lượng của pittông búa, thân pittông búa và đe trên. Nó là phần quan trọng tạo ra năng lượng đập của búa. Thường dựa vào khối lượng phần rơi mà gọi tên kiểu búa ấy. Ví dụ: BH-50, BH-150, 250, 350, 400, 500, 560, 750 và 1000. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 19
  13. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa Pittông và thân pittông: Được chế tạo bằng thép tốt hay thép đúc. Pittông có nhiều rãnh vuông góc với trục để lắp các secmăng khí và dầu. Thân pittông búa có phay 2 mặt phẳng để chống xoay. Xilanh búa: Chứa khí áp suất cao: 1,5÷4 atmôtphe. Máy búa hơi dùng trong công nghiệp thường có tác dụng kép có hành trình đi xuống ngoài trọng lượng của khối lượng phần rơi còn chủ yếu do áp suất khí nén ở buồng trên của xi lanh tác dụng. Loại máy này có tốc độ đập nhanh, năng lượng đập lớn, dể điều chỉnh năng lượng đập. ở buồng trên và buồng dưới của xi lanh búa có những lỗ thông với van phân phối khí và được bố trí cách mặt đáy 1 khoảng để tạo ra một lớp khí đệm không cho mặt pittông đập vào mặt đáy của xi lanh. Cũng vì lớp khí đệm này mà phải đặt những van một chiều ở những đường khí mồi tại các điểm chết của pittông. Van phân phối khí: Điều khiển các trạng thái làm việc của máy và điều chỉnh năng lượng của búa khi đập: Trạng thái chạy không tải; Trạng thái búa đập liên tục: Chu kỳ đập của búa: 210÷95 lần/phút; Trạng thái búa treo; Trạng thái búa làm việc từng nhát một; Trạng thái búa ép. Xilanh và pittông khí: Cấu tạo giống như xilanh búa song thể tích làm việc lớn hơn. ở tại điểm chết của pittông khí, buồng xilanh thông với khí trời. Thân pittông có lổ ắc để lắp chốt với biên truyền động. Hệ thống truyền dẫn: Từ môtơ đến tay biên nếu máy lớn thì qua hộp giảm tốc còn bình thường thì qua bộ truyền đai. 3.4.3. Những nguyên công cơ bản của rèn tự do a/ Nguyên công vuốt: là 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 như đột lỗ, xoắn, uốn. 1 3 1 5 2 5 2 Phương pháp di chuyển phôi: 4 7 6 9 6 có 2 cách: lật phôi qua lại theo một góc 8 10 900 hay 1800 đồng thời đẩy phần phôi theo chiều trục sau mỗi nhát đập (3.12.a). Cách này thuận tay và năng a b suất cao song kim loại biến dạng không H.3.12. Các phng pháp di chuyn phôi đều, bề mặt tiếp xúc với đe nguội nhanh. Quay phôi một góc 900 hay 600 theo chiều xoắn ốc (b). Cách này không thuận tay, yêu cầu trình độ tay nghề cao. Cần đảm bảo các thông số kỹ thuật hợp lý: Kích thước chi tiết ban đầu là b0,h0; kích thước sau khi vuốt là b, h; kích thước đe L, B. s - gọi là bước vuốt. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 20
  14. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa b + Để tránh tật gấp nếp sản phẩm thì: s > ∆h và 0 ≤÷225, . Để tăng năng suất vuốt h thì: s << b. Để cho bề mặt sản phẩm được phẳng thì: s ≈ (0,4÷0,8)c. + Khi vuốt phôi là thỏi thép đúc thì tiến hành vuốt từ giữa ra để dồn các khuyết tật ra hai đầu rồi cắt bỏ. Đối với thép cán thì vuốt từng đoạn một từ ngoài vào trong, vì hai đầu chóng nguội. c b0 b ∆h s h0 h L B H.3.13. S  vut + Khi cần vuốt nhanh đến tiết diện nhỏ yêu cầu, thì trước tiên vuốt thành tiết diện chữ nhật hay vuông cho dễ, lúc gần đạt đến kích thước cần thiết người ta mới tu chỉnh cho đúng theo thành phẩm. + Khi muốn chuyển đổi phôi có tiết diện vuông thành chi tiết có tiết diện tròn với chiều dài thay đổi không đáng kể thì chọn cạnh của phôi bé hơn đường kính của chi tiết 2÷3%. Khi phôi có tiết diện hình tròn mà chi tiết có tiết diện hình chữ nhật mà muốn chiều dài không thay đổi đáng kể thì đường kính của phôi D được tính: 2a+ b a a D = nếu ≥ 2; D = 1,3a nếu < 2 (a,b- cạnh lớn và nhỏ của tiết diện chi tiết). 3 b b Một số phương pháp vuốt đặc biệt: Vuốt trên trục tâm: Nhằm giảm chiều dày và tăng chiều dài chi tiết, đường kính trong của phôi hầu như không đổi. Búa Lồng phôi vào trục tâm (có d = d trong Chi tit của phôi có độ côn 3÷12 mm/m) và tiến hành gia công trên đe dạng chữ V và búa phẳng. Nếu trục tâm lớn thì bên Trc tâm trong có lỗ rỗng dẫn nước làm nguội e nếu là lần vuốt đầu thì trục tâm phải H.3.20. S  vut trên trc tâm nung trước khoảng 150÷2000C. Khi vuốt thì vuốt dần từng đoạn từ 2 đầu b P búa vào giữa để dể lấy chi tiết ra khỏi trục tâm. Mở rộng đường kính trên trục tâm: dùng vuốt các chi tiết dạng l Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 a 21
  15. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa ống nhằm tăng đường kính trong, đường kính ngoài, giảm chiều dày thành ống mà chiều dài không đổi. Trục tâm có đường kính nhỏ hơn lỗ phôi từ 50÷150 mm, chiều dài công tác a lấy lớn hơn chiều dài phôi l khoảng 50÷100 mm. Trục tâm càng bé thừ năng suất vuốt càng cao nhưng độ cứng vững kém. Búa gia công có b > l. b/ Nguyên công chồn: làm tăng tiết diện ngang và giảm chiều cao phôi. Chồn toàn bộ: là nung cã chiều dài phôi, khi chồn thường xảy ra: trường hợp h h khi 0 〈2 thì vật chồn có dạng hình trống (3.14.a). Trường hợp khi 0 ≈÷225, có thể d0 d0 xảy ra các hiện tượng nếu lực đập đủ lớn vật chồn có dạng 2 hình trống chồng khít lên nhau (3.14.b); lực đập trung bình 2 hình trống kép không chồng khít lên nhau (3.14.c), h lực đập nhỏ và nhanh vật chồn có 2 đầu loe ra (3.14.d). Trường hợp khi 0 〉25, vật chồn d0 dể bị cong, cần nắn thẳng rồi chồn tiếp (đ). d 0 P P P P h 0 a b c d  H.3.14. Các trng hp chn toàn b Chồn cục bộ: Chỉ cần nung nóng vùng cần chồn hay làm nguội trong nước phần không cần chồn rồi mới gia công. Cũng có thể nung nóng toàn bộ rồi gia công trong những khuôn đệm thích hợp. P P P P H.3.15. Các trng hp khi chn cc b c/ Nguyên công đột lỗ: Nếu chi tiết đột mỏng và rộng thì không cần lật phôi trong quá trình đột. Cần phải có vòng đệm để dể thoát phoi. Nếu chiều dày vật đột lớn thì đột đến 70÷80% chiều sâu lỗ, lật phôi 1800 để đột phần còn lại. Nếu lỗ đột có đường kính quá lớn (D>50÷100mm) nên dùng mũi đột rỗng để giảm lực đột. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 22
  16. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa Đột lỗ không thông được coi như là giai đoạn đầu của đột lỗ thông, song để biết được chiều sâu lỗ đã đột thì trên mũi đột và trụ đệm phải được khắc dấu. không dùng được mủi đột rỗng. Lưu ý: Lưỡi cắt của mũi đột phải phẳng, sắc đều, có độ cứng cao và nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục tâm của nó. Lực đập của búa phải phân bố đều và phải vuông góc với đường tâm trục. Khi đột đến 10÷30mm thì nhấc mũi đột lên và cho chất chống dính vào (bột than, bột grafit ) rồi mới đột tiếp. p Búa p Mi t Vòng m H.3.16a.S  t l vt mng và rng H.3.16b. S  t l dùng mi t rng Ngoài ra còn một số nguyên công khác như: Xoắn, Uốn, Hàn rèn, Chặt, Dịch trượt. 3.4.4. Thiế t kế vậ t rèn tự do Quá trình chế tạo một vật rèn tự do tuỳ thuộc vào các yếu tố: hình dáng, kích thước, độ phức tạp của chi tiết gia công, dạng sản xuất, yêu cầu độ chính xác và trình độ lành nghề của công nhân. Khi thiết kế có nhiều phương án khác nhau nhưng nói chung thì theo các bước sau: a/ Lựa chọn kết cấu và hình dáng và kết cấu hợp lý của vật rèn - Nên tránh thiết kế những vật rèn tự do có mặt côn và hình chêm. - Tránh những vật rèn có mặt hình trụ giao nhau. nên nên không nên nên không nên không nên - Nên tránh những bề mặt có nhiều bậc nếu được đưa phần nhỏ ở giữa về cùng một phía. Tránh thiết kế những vật rèn có gân mỏng. nên không nên không nên nên không nên Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 23
  17. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa - Không nên thiết kế những mặt bích có gờ lồi và những chổ lồi nằm ở phần trong của chi tiết. - Nếu vật đúc phức tạp thì có thể tách chúng ra nhiều vật rèn đơn giản hơn để rèn rồi sau đó nối chúng lại. Hoặc nếu vật rèn quá đơn giản thì có thể ghép nhiều vật rèn thành một rồi gia công sau đó tách chúng ra. b/ Thành lập bản vẽ vật rèn: Căn cứ vào bản vẽ chi tiết và các yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ, người thiết kế công nghệ tiến hành lập bản vẽ vật rèn gồm các bước sau: Xác định lượng dư gia công cơ: lượng dư gia công cơ là lượng dư cần thiết để gia công cắt gọt sau khi rèn. Căn cứ yêu cầu chất lượng bề mặt, kích thước, khối lượng phôi, tính chất vật liệu, phương pháp gia công, độ chính xác của đồ gá và máy tra lượng dư theo các sổ tay. Đơn giản có thể tính theo công thức kinh nghiệm: Khi rèn trên máy búa, có thể lấy: + Lượng dư theo đường kính hay chiều dày D: δ = 0,06D + 0,0017L + 2,8 mm. + Lượng dư theo chiều dài L: δ = 0,08D + 0,002L + 10 mm. Khi rèn trên máy ép: + Lượng dư theo đường kính hay chiều dày D: δ = 0,06D + 0,002L + 2,3 mm. + Lượng dư theo chiều dài L: δ = 0,05D + 0,05L + 26 mm. Trên cơ sở kích thước chi tiết và lượng dư gia công cơ ta xác định được kích thước danh nghĩa của vật rèn. Xác định dung sai rèn (∆): Dung sai rèn là sai lệch giữa kích thước thực tế và kích thước danh nghĩa của vật rèn. Căn cứ vào kích thước, khối lượng vật rèn, trị số lượng dư, trình độ tay nghề công nhân, chất lượng và độ chính xác của dụng cụ và độ gá, yêu cầu độ chính xác của chi tiết và phương pháp gia công để chọn dung sai rèn theo các sổ tay công nghệ hoặc tính theo công thức kinh nghiệm. Xác định lượng thừa: Lượng dư thêm vào để đơn giản hoá kết cấu vật rèn, tạo điều kiện thuận lợi cho công nghệ rèn. Thông thường lượng thêm được đưa vào để lấp đầy các lỗ nhỏ, rãnh hẹp Vẽ bản vẽ vật rèn: Bản vẽ vật rèn trên đó thể hiện lượng dư gia công cơ, lượng thêm, góc lượn, kích thước danh nghĩa và dung sai của vật rèn Nét vẽ và cách ghi kích thước được quy ước như sau:  Đường bao vật rèn vẽ theo kích thước danh nghĩa của vật rèn bằng nét đậm (nét b). Bên phải kích thước có ghi dung sai  Hình dáng chi tiết vẽ bằng nét liền mảnh (b/2) hoặc nét đứt. Trường hợp đã có bản vẽ chi tiết thì không cần phải vẽ hình dáng chi tiết. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 24
  18. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa  Kích thước chi tiết viết trong ngoặc đơn và đặt ngay dưới kích thước tương ứng của vật rèn. Theo quy định đơn vị đo kích thước là (mm), vì vậy các kích thước trên bản vẽ không phải ghi đơn vị.  Lượng thừa biểu diễn bằng gạch chéo. Ngoài ra cần phải ghi ký hiệu mác thép và các yêu cầu kỹ thuật. Trường hợp kết cấu vật rèn phức tạp người ta lập bản vẽ vật rèn riêng và kèm theo bản vẽ chi tiết. 2 3 1 1- chi tit; 2- lng d; 3- lng tha Bn v vt rèn 104 135±5 (95) (120) 320±9 (290) c/ Lập quy trình công nghệ rèn Căn cứ kích thước phôi đã chọn, hình dáng, kích thước vật rèn xác định các nguyên công cần thiết và trình tự tiến hành hợp lý, phù hợp với trang thiết bị hiện có và trình độ tay nghề của công nhân và lập thành phiếu công nghệ. Quá trình công nghệ tạo ra vật rèn tự do gồm các công việc chính sau: nung kim loại, rèn, làm nguội, nhiệt luyện, làm sạch, đóng dấu ký hiệu và kiểm tra. Gia công một vật rèn có thể bằng nhiều phương pháp khác nhau, trên nhiều thiết bị khác nhau và từ các kích thước phôi ban đầu khác nhau. Khi chọn một phương pháp hợp lý nhất để rèn, phải dựa trên các yêu cầu sau: tốn thời gian ít nhất, tốn kim loại và nhiên liệu ít nhất, chất lượng vật rèn tốt nhất, tuyệt đối đảm bảo an toàn lao động. Khi lập quy trình công nghệ, phải dựa vào các loại máy, các loại lò và các trang bị cơ khí hiện có tại phân xưởng. Trong bản quy trình công nghệ, cần ghi thứ tự các nguyên công chính và phụ, từng nguyên công có ghi rõ thiết bị, dụng cụ, khuôn hoặc đồ gá và dụng cụ kiểm tra. Các yêu cầu chính của điều kiện kỹ thuật như xác định vật liệu, những đòi hỏi cơ lý tính của vật rèn, chế độ nhiệt luyện, yêu cầu về kiểm tra, thí nghiệm v.v đều được ghi đầy đủ trong bản quy trình công nghệ hay trong bản vẽ vật rèn đi kèm. d/ Xác định khối lượng và kích thước phôi ban đầu 1 Xác định khối lượng phôi rèn: + Phôi thép đúc (GPđ): GPđ = Gvr + Gđng + Gđ + Gch + Gđl +Gcb Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 25
  19. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa Trong đó: Gvr - Khối lượng vật rèn được tính theo kích thước danh nghĩa vật rèn [kg]. Gđng - Khối lượng phần đậu ngót của thỏi đúc cần cắt đi lấy 15÷25 % GPđ. Gđ - Khối lượng phần đáy thỏi đúc cần cắt bỏ. Nếu thép cácbon Gđ= 4÷7% GPđ, còn thép hợp kim Gđ= 7÷10% GPđ. Gch - Khối lượng kim loại cháy khi nung. Nung lần đầu Gch=1,5÷2,5% GPđ. Mỗi lần nung tiếp theo Gch=1,5% GPđ. Gcb - Khối lượng cần cắt bỏ lần cuối trước khi hoàn thành chi tiết. Nó phụ thuộc vào khối lượng và tính chất phức tạp của chi tiết gia công. Khi vuốt những vật dài thì Gcb= 3÷10% Gvr. Với vật rèn phức tạp như trục khuỷu lượng cắt bỏ có thể đạt đến 30% Gvr. Gđl - Khối lượng hao hụt vì đột lỗ (nếu có). Đối với các tấm mỏng đột lỗ một lần thì xong thì lượng kim loại hao hụt bằng 90÷95% khối lượng kim loại lỗ đột. Khi đột lỗ những vật rèn dày, phải đột từ 2 phía, thì lượng hao hụt bằng 1/3 khối lượng kim loại lỗ đột. + Phôi thép cán (GPC): GGGGGPc= vr+ ch+ dl+ cb Ký hiệu và trị số giống như khi tính đối với phôi thép đúc. 2 Xác định thể tích phôi rèn (VPh): G V Ph . Trong đó: G - Khối lượng phôi rèn. Ph γ Ph + Nếu nguyên công rèn là vuốt thì tiết diện phôi được tính: FKFPh=⋅ MAX FMAX - là diện tích tiết diện lớn nhất của vật rèn. K - là tỉ số rèn yêu cầu, trong thực tế K = 1,3÷1,5 để đảm bảo độ biến dạng > 20%. Sau khi tính được FPh chọn tiết diện phôi theo tiết diện phôi tiêu chuẩn (FTC). VPh Tính chiều dài phôi theo công thức: LPh = FTC Căn cứ vào LPh ta chọn chiều dài thực của thép đúc hay chiều dài cắt hợp lý đối với thép cán. 3 + Nếu nguyên công rèn là chồn thì chọn đường kính phôi: DVPh=÷()08,, 10 Ph ; 3 hoặc cạnh vuông của phôi: aV=÷(075,, 09) Ph . Sau đó tiếp tục chọn DPh hay a theo quy chuẩn và tìm ra chiều dài phôi cần thiết sao cho LPh ≤ 2,8DPh. đ/ Tính chế độ nung và làm nguội Căn cứ vật liệu, hình dáng, kích thước phôi, các nguyên công rèn, dạng sản xuất, nhiệt độ bắt đầu rèn (tBĐ), nhiệt độ kết thúc rèn (tKT) để chọn chế độ nung gồm: nhiệt độ nung, tốc độ nung, thời gian nung, thời gian giữ nhiệt, cách xếp phôi khi nung và chế độ Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 26
  20. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa làm nguội sau khi rèn. Tuỳ theo tốc độ nguội cần thiết có thể làm nguội trong không khí, ủ trong cát, vôi, nguội chậm cùng lò nung. e/ Xác định khối lượng phần rơi và chọn máy để rèn tự do Căn cứ khối lượng, kích thước vật rèn, năng suất yêu cầu, mức độ phức tạp của kết cấu vật rèn để chọn máy sao cho đảm bảo khối lượng phần rơi hoặc lực ép cần thiết. 1 Khi rèn trên máy búa, khối lượng phần rơi cần thiết để vuốt được xác định theo công thức kinh nghiệm: ⎛ s ⎞ G =+017,.νσε⎜ 1 017 ,⎟ S hbs00 (kG) ⎝ h0 ⎠ Trong đó: ν - hệ số hình dạng đầu búa (búa phẳng ν =1; tròn ν = 1,25) ε - mức độ biến dạng sau một lần đập búa (đối với thép ε ≤ 0,3). h0, b0 - chiều cao và chiều rộng phôi (cm). Trường hợp vuốt phôi tròn thì h0 = b0 = d (đường kính phôi); s - bước vuốt. 0 σs - giới hạn chảy của vật liệu ở T gia công (sổ tay kỹ thuật rèn và dập nóng). Hoặc theo kích thước của phôi ban đầu và sau khi vuốt tra theo bảng sau: Khối lượng Thép cácbon Thép hợp kim phần rơi (kg) Kích thước ban đầu Kích thước kết Kích thước ban đầu (mm) thúc (mm) (mm) 50 55 x 55 - 40 x 40 100 105 x 105 - 75 x 75 150 135 x 135 - 90 x 90 250 170 x 170 40 x 40 130 x 130 400 200 x 200 50 x 50 140 x 140 1000 400 x 400 100 x 100 280 x 280 2 Nếu nguyên công rèn là chồn thì có thể tích theo công thức thực nghiệm sau: ⎛ d1 ⎞ G =+017,,⎜ 1 017 ⎟σεSk V (kG) ⎝ h1 ⎠ Trong đó: d1, h1 - là đường kính, chiều cao vật rèn, εk - độ biến dạng ở nhát đập cuối cùng lấy bằng 0,025 đối với vật rèn lớn, εk = 0,06 đối với vật rèn nhỏ; V - thể tích phôi, cm3. Để chọn khối lượng phần rơi hoặc lực ép cần thiết của máy ta có thể dựa vào số liệu kinh nghiệm cho trong các sổ tay thiết kế công nghệ. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 27
  21. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa 3.5. Dập thể tích 3.5.1. Khái niệm chung Dập thể tích là phương pháp gia công áp lực trong đó kim loại biến dạng trong một không gian hạn chế bởi bề mặt lòng khuôn. Quá trình biến dạng của phôi trong lòng khuôn phân thành 3 giai đoạn: giai đoạn đầu chiều cao của phôi giảm, kim loại biến dạng và chảy ra xung quanh, theo phương thẳng đứng phôi chịu ứng suất nén, còn phương ngang chịu ứng suất kéo. p Giai đoạn 2: kim loại bắt đầu lèn kín cửa ba- 1 via, kim loại chịu ứng suất nén khối, mặt tiếp giáp giữa nữa khuôn trên và dưới chưa áp sát 2 vào nhau. Giai đoạn cuối: kim loại chịu ứng 6 suất nén khối triệt để, điền đầy những phần 3 sâu và mỏng của lòng khuôn, phần kim loại 5 4 H.3.17. Kt cu ca mt b khuôn thừa sẽ tràn qua cửa bavia vào rãnh chứa 1-khuôn trên; 2- rãnh cha ba-via; bavia cho đến lúc 2 bề mặt của khuôn áp sát 3- khuôn di; 4- chuôi uôi én; 5- lòng khuôn; 6- ca ba-via vào nhau. Phương pháp dập thể tích có ưu điểm: chế tạo phôi có hình dạng phức tạp, năng suất cao, dễ cơ khí hoá và tự động hóa. Độ chính xác và độ bóng bề mặt phôi cao; chất lượng sản phẩm đồng đều và cao, ít phụ thuộc tay nghề công nhân. Tuy nhiên có nhược điểm: thiết bị cần có công suất lớn, độ cứng vững và độ chính xác cao, chi phí chế tạo khuôn cao, khuôn làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp lực cao. Bởi vậy dập thể tích chủ yếu dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối. 3.5.2. Thiết bị dập thể tích Thiết bị dùng trong dập thể tích bao gồm nhiều loại khác nhau như thiết bị nung, thiết bị vận chuyển, máy cắt phôi, thiết bị làm nguội, thiết bị kiểm tra v.v Dập thể tích đòi hỏi phải có lực dập lớn, bởi vậy các máy dập phải có công suất lớn, độ cứng vững của máy cao. Mặt khác, do yêu cầu khi dập, khuôn trên và khuôn dưới phải định vị chính xác với nhau, chuyển động của đầu trượt máy dập phải chính xác, ít gây chấn động. Trong dập thể tích thông dụng nhất là sử dụng các loại máy sau: máy búa hơi nước - không khí nén, máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, máy ép ma sát trục vít. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 28
  22. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa a/ Máy ép trục khuỷu Máy ép trục khuỷu có lực ép từ 16÷10.000 tấn. Máy này có loại hành trình đầu con trượt cố định gọi là máy có hành trình cứng; có loại đầu con trượt có thể điều chỉnh được gọi là hành trình mềm. Nhìn chung các máy lớn đều có hành trình mềm. Trên máy ép cơ khí có thể làm được các công việc khác nhau: rèn trong khuôn hở, ép phôi, đột lỗ, cắt bavia v.v Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình sau: Động cơ (1) qua bộ truyền đai (2) truyền chuyển 1 2 3 động cho trục (3), bánh răng (4) ăn khớp với bánh răng 4 (5) lắp lồng không trên trục khuỷu (7). 5 Khi đóng li hợp (6), trục khuỷu (7) quay, thông 6 qua tay biên (8) làm cho đầu trượt (9) chuyển động tịnh tiến lên xuống trong rãnh trượt (12) thực hiện chu trình 11 dập. Đe dưới (10) lắp trên bệ nghiêng có thể điều chỉnh 7 được vị trí ăn khớp của khuôn trên và khuôn dưới. Khi 12 dừng máy, nhã ly hợp trục khuỷu dừng lại ở vị trị ĐCT 8 10 thuận lợi cho việc thao tác của công nhân. Đặc điểm của máy ép trục khuỷu: chuyển động 9 của đầu trượt êm hơn máy búa, năng suất cao, tổn hao H.3.18. S  nguyên lý máy ép năng lượng ít, nhưng có nhược điểm là phạm vi điều trc khuu chỉnh hành trình bé, đòi hỏi tính toán phôi chính xác và phải làm sạch phôi kỹ trước khi dập. b/ Máy ép thủy lực Các máy ép thuỷ lực là các loại máy rèn truyền n u ép P2 dẫn bằng dòng chất lỏng (dầu hoặc nước) có áp suất 3 cao. Máy được chế tạo với lực ép từ 300 - 7.000 tấn. Cấu tạo máy ép thuỷ lực có nhiều kiểu khác nhau. Để tạo áp lực ép lớn, trong các máy ép thủy lực thường d 2 dùng bộ khuếch đại áp suất với hai xi lanh: xi lanh hơi (1) và xi lanh dầu (3). Pittông (2) có hai phần đường kính khác nhau, phần nằm trong xi lanh hơi có đường 1 P D kính lớn (D) và phần nằm trong xi lanh dầu có đường 1 Hi kính bé (d). Với áp suất hơi p1, áp suất dầu (p2) được H.3.19. B khuyt i áp sut D 2 tính theo công thức sau: pp=⋅ 21d 2 Máy ép thủy lực có ưu điểm: lực ép lớn, chuyển động của đầu ép êm và chính xác, điều khiển hành trình ép và lực ép dễ dàng. Nhược điểm của máy ép thuỷ lực là chế tạo phức tạp, bảo dưỡng khó khăn. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 29
  23. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa c/ Máy ép ma sát trục vít Các máy ép ma sát trục vít có lực ép từ 40÷630 tấn. Nguyên lý làm việc của máy như sau: Động cơ (1) truyền chuyển động qua bộ truyền đai (2) làm quay trục (4) trên đó có lắp các đĩa ma sát (3) và (5). Khi nhấn bàn đạp (11), cần điều khiển (10) đi lên, đẩy trục (4) dịch sang phải và đĩa ma sát (3) tiếp xúc với bánh ma sát (6) làm trục vít quay theo chiều đưa đầu búa đi xuống. Khi đến vị trí cuối của hành 3 4 5 trình ép, vấu (8) tì vào cữ (9) làm cho 2 cần điều khiển (10) đi xuống, đẩy x x trục (4) qua trái và đĩa ma sát (5) tì vào bánh ma sát (6) làm trục vít quay 1 theo chiều ngược lại, đưa đầu trượt đi lên, đến cữ hành trình (7), cần (10) lại 6 được nhấc lên, trục (4) được đẩy sang phải, lặp lại quá trình trên. Máy ép 7 ma sát có chuyển động đầu trượt êm, tốc độ ép không lớn nên kim loại biến 11 8 9 dạng triệt để hơn so với máy búa, 10 hành trình làm việc điều chỉnh trong phạm vi khá rộng. H.3.20. S  nguyên lý máy ép ma sát kiu trc vít 3.5.3. Nguyên lý thiết kế vật dập thể tích Cơ sở để thiết lập nên bản vẽ vật dập thể tích là bản vẽ chi tiết và phải tiến hành xác định các yếu tố sau: a/ Phân tích kết cấu chi tiết dập thể tích hợp lý Để tạo phôi bằng phương pháp dập thể tích, kết cấu chi tiết phải phù hợp với đặc điểm công nghệ dập. Khi thiết kế công nghệ, người thiết kế cần phân tích kỹ kết cấu của chi tiết, trên cơ sở đảm bảo tính năng làm việc của chi tiết, sửa đổi kết cấu sao cho càng đơn giản càng tốt. Mặt khác phải xét đến điều kiện thiết bị hiện tại của nhà máy. cần phân tích và lựa chọn kết cấu cho hợp lý theo các nguyên tắc sau: - Sữa đổi kết cấu cho đơn giản để dể gia công. - Những chi tiết có hình dạng và kích thước gần giống nhau thì chỉ dùng một vật rèn điển hình. - Chia chi tiết phức tạp ra hai hay nhiều vật rèn để dể gia công sau đó nối ghép lại. - Tổ hợp 2 hay nhiều chi tiết đơn giản thành một vật rèn sau đó tách chúng ra. - Dùng các phôi thép cán định hình có hình dáng và kích thước gần giống vật rèn để công nghệ rèn dể dàng. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 30
  24. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa b/ thành lập bản vẽ vật dập thể tích nXác định vị trí mặt phân khuôn: Mặt phân khuôn là ranh giới của hai nửa khuôn trên và khuôn dưới. Khi xác định mặt phân khuôn nên theo các quy tắc sau: - Phải đảm bảo lấy vật rèn ra khỏi khuôn dể dàng (a). - Lòng khuôn nên nông nhất và rộng nhất để kim loại dể điền đầy (b). - Nên chọn mặt phẳng đừng chọn mặt cong hay mặt bậc (c). - Không nên chọn vị trí mặt phân khuôn tại nơi thay đổi tiết diện đột ngột để dể phát hiện sự chênh lệch lòng khuôn (d). - Phần phức tạp của vật rèn (gân mỏng, thành mỏng cao ) thường bố trí ở nữa khuôn trên vì kim loại dể điền đầy. a/ b/ c/ d/ o Xác định dung sai và lượng dư Cần xác định lượng dư và dung sai cho hợp lý để tăng độ bóng và chính xác cho chi tiết. Lượng dư gia công cơ được xác định căn cứ vào vật liệu gia công, kích thước, khối lượng chi tiết, độ chính xác yêu cầu, thiết bị dập và được tra theo các sổ tay thiết kế công nghệ. Dung sai của vật dập thể tích phụ thuộc vào kích thước vật dập, lượng dư gia công, độ chính xác yêu cầu và được chọn theo sổ tay thiết kế công nghệ. p Độ nghiêng thành vật rèn Khi thiết kế vật dập thể tích cần thiết phải thiết kế độ nghiêng tại các thành đứng, dọc theo phương tháo vật dập với mục đích là để kim loại dể điền đầy khuôn và dể lấyvật dập ra khỏi khuôn. Theo kinh nghiệm thì nếu lấy độ nghiêng quá lớn sẽ lãng phí kim loại, khi lấy độ nghiêng phụ thuộc vào thành trong hay thành ngoài: - Thành trong: γ = 5÷150 (thành ứng với phần lõm vào của chi tiết) - Thành ngoài: α= 3÷130 (thành ứng với phần lồi ra của chi tiết) q Bán kính góc lượn Tại các phần chuyển tiếp của vật dập phảI có góc lượn để cho kim loại dịch trượt trong lòng khuôn dể dàng, tránh cho vật dập khỏi bị nứt, bị tật gấp nếp, nâng cao sức bền và tuổi thọ của khuôn. Theo kinh nghiệm được tính: Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 31 γ R R
  25. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa Bán kính lượn ngoài (r) là bán kính ứng với phần lồi ra của chi tiết. r = 1 ÷ 6 mm. Bán kính lượn trong (R) là bán kính ứng với phần lõm vào của chi tiết, R = 3 ÷ 5 mm r Xác định kích thước và hình dáng lớp chưa thấu Để tránh quá tải, việc tạo lỗ khi dập thể tích chỉ thực hiện được dưới dạng lớp chưa thấu. Lớp kim loại này bảo vệ độ chính xác và độ bền của khuôn. d sdhh=−−+045,, 025 5 06 , (mm). S - Chiều dày lớp chưa thấu (mm) h S h - Chiều cao một phía lỗ (mm). d - Đường kính lỗ (mm). s Thiết kế rãnh bavia Khi dập trong khuôn tinh cần thiết kế rãnh bavia. Rãnh bavia có các dạng khác nhau (hình vẽ) h Chiều cao khe hở của rãnh bavia được xác định theo công thức: h = 0,015 FVD Trong đó, FVD là diện tích tiết diện vật dập trên bề mặt phân khuôn (mm). Sau khi xác định được kích thước h, các kích thước khác có thể tra trong sổ tay công nghệ. Chú ý: lượng bavia chỉ chứa trong khoảng (30÷70)% thể tích rãnh bavia. chỉ có khuôn tinh mới có rãnh bavia. t Quy tắc vẽ bản vẽ vật rèn khuôn Bản vẽ vật dập thể tích được vẽ theo quy ước tương tự khi lập bản vẽ vật rèn tự do: - Quy ước hình bao vật dập vẽ bằng nét cơ bản (nét đậm), chi tiết vẽ nét đứt hoặc nét mảnh. - Kích thước vật dập ghi trên, kích thước chi tiết ghi bên dưới kích thước vật dập và để trong ngoặc đơn. - Các yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ vật dập gồm: lượng bavia cho phép, phương pháp làm sạch bề mặt, sai lệch cho phép về hình dạng - Bản vẽ vật dập theo tỷ lệ 1:1, nếu lớn quá vẽ tỷ lệ 1:2. c/ Xác định khối lượng và kích thước phôi Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 32
  26. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa Tính khối lượng phôi GPH = GVD + GBV + GCT + GCH Trong đó, GVD là khối lượng vật dập được xác định theo bản vẽ chi tiết kể cả lượng dư và dung sai. GBV là khối lượng bavia mà sau khi dập xong phảI cắt bỏ đI, được tính theo kết cấu và kích thước rãnh bavia. GCT là khối lượng lớp chưa thấu trong trường hợp chi tiết có lỗ. GCH là khối lượng cháy hao khi nung, có thể lấy bằng 3 ÷ 4%GVD. Tính kích thước phôi - Trường hợp tiết diện ngang của vật dập thay đổi ít, chọn chiều dài phôI LPH, sau đó tính tiết diện phôI theo công thức: VPH GPH FPH = (1,05÷1,3) ; mà VPH = LPH Y Trong đó, GPH là khối lượng phôI; γ là khối lượng riêng của vật liệu dập. - Với vật dập có tiết diện ngang thay đổi nhiều, tiết diện phôI được tính theo công 2 thức: FPH = (0,6 ÷ 1,0).FMAX (mm ) Trong đó FMAX là tiết diện ngang lớn nhất của vật dập. Sau đó xác định chiều dài phôI cần thiết. d/ Lập quy trình công nghệ dập thể tích Sau khi tính và chọn phôI, căn cứ vào hình dạng, kích thước vật dập, số lượng cần sản xuất để định ra các bước gia công cần thiết với trình tự gia công hợp lý và lập phiếu công nghệ. Sơ đồ các giai đoạn của quá trình dập thể tích có thể biểu diễn như sau: Phôi thép cán Phôi thép nh hì h Ch to phôi Thô Chun b phôi Tinh Thành phm Ct Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 33
  27. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa đ/ Chọn máy gia công Để chọn máy gia công, cần thiết phảI dựa vào công biến dạng để chọn lực ép danh nghĩa của máy. Các thông số cần thiết dựa vào sổ tay rèn dập để chọn máy hợp lý. 3.5.3. Công nghệ dập thể tích Tùy thuộc vào mức độ phức tạp của kết cấu vật dập, quá trình dập có thể tiến hành qua một lòng khuôn hoặc qua nhiều lòng khuôn. a/ Khi dập sơ bộ: Quá trình dập được tiến a/ hành với các lòng khuôn sau: - Lòng khuôn vuốt: lòng khuôn làm giảm tiết diện ngang một phần phôi đồng thời làm tăng chiều dài phôi (H.3.21.a). b/ - Lòng khuôn ép tụ: lòng khuôn làm tăng tiết diện ngang của phôi ở một số chổ nhờ giảm tiết diện ở các chổ khác, chiều dài phôi được giữ nguyên c/ (H.3.21.b). - Lòng khuôn uốn: lòng khuôn làm thay đổi hướng trục của một phần phôi so với phần khác phù hợp với dạng của vật dập (H.3.21.c) . d/ b/ Khi dập bán tinh: Sử dụng lòng khuôn thành hình: lòng khuôn tạo hình gần giống với hình dạng vật dập (H.3.21.d), nhưng độ côn, góc lượn lớn hơn khuôn dập tinh và không có rãnh bavia. e/ c/ Khi dập tinh: Sử dụng lòng khuôn tinh: lòng khuôn tạo hình chính xác vật dập có rãnh bavia H.3.21. Các lòng khuôn dp s b (H.3.21.e). 3.5.4. Khuôn dập thể tích Khuôn dập là một chi tiết rất quan trọng trong dây chuyền chế tạo các sản phẩm bằng rèn dập. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 34
  28. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa a/ Tài liệu ban đầu: Đó là bản vẽ vật dập với đầy đủ các điều kiện kỹ thuật và các quá trình công nghệ rèn, kích thức, hình dáng phôi, hồ sơ thiết bị gia công. b/ Thiết kế lòng khuôn: Trên cơ sở các quá trình rèn chi tiết, ta tiến hành thiết kế lòng khuôn cho thích hợp. Lòng khuôn tinh: Phụ thuộc vào trạng thái nhiệt độ để thiết kế hình dáng và kích thước cho thích hợp. Cần lưu ý đến lượng co rút kim loại (Thép 1,5%; Nhôm: 1%; với các chi tiết nguội nhanh, mỏng bằng 1-1,2%). Ngoài ra còn lưu ý đến độ chính xác gia công, hình dáng, kích thước rãnh bavia v.v Lòng khuôn thô: dùng để đạt được hình dáng của vật dập gần giống với lòng khuôn tinh để nâng cao tuổi thọ và độ chính xác của lòng khuôn tinh. Lòng khuôn thô dùng cho những vật rèn phức tạp, kim loại biến dạng khó. Về cơ bản lòng khuôn rèn thô gần giống như lòng khuôn tinh, chỉ khác là: - Bán kính lượn (trong và ngoài) đều lớn hơn lòng khuôn tinh để kim loại dể điền đầy: R1 =R + C (mm); ở đây R1, R- bán kính góc lượn lòng khuôn thô và tinh; C - trị số lấy tăng thêm: vật nhỏ C = 0,5÷1 mm; trung bình C= 2÷4; lớn C > 5. - Độ nghiêng thành khuôn rèn thô nói chung giống khuôn tinh, nhưng trường hợp khó điền đầy có thể lấy lớn hơn. Lòng khuôn rèn thô không có rãnh bavia. c/ Hình dáng, kích thước khối khuôn Bố trí lòng khuôn trên khối khuôn: trên khối khuôn có thể có một lòng khuôn hoặc nhiều lòng khuôn. Các lòng khuôn khi bố trí trên khối khuôn phải đảm bảo yêu cầu trung tâm lòng khuôn trùng với trung tâm khối khuôn và phải trùng với trung tâm đầu búa. Mặt khác phải đảm bảo khối khuôn nhỏ nhất (dùng hình thức bố trí song song hoặc so le), với các lòng khuôn chịu lực nhỏ (lòng khuôn chế tạo phôi) có thể bố trí xa trung tâm khuôn về 2 bên. Nói chung bố trí sao cho thao tác được dễ dàng. Chiều dày thành khuôn S và S1 được xác định theo các công thức và biểu đồ trong sổ tay rèn dập. Nhưng chúng không được nhỏ thua 10 mm. Kích thước chiều dài và chiều rộng khối khuôn phải căn cứ vào số lượng lòng khuôn, sự bố trí lòng khuôn trên khối khuôn. Kích thước chiều cao khối khuôn phụ thuộc vào vật rèn và quy chuẩn đuôi én: α 1 α1 α 2 hmin R Hmin h h1 S S1 H.3.22. Chiu dày và  nghiêng thành khuôn H.3.23. Hình dáng ca khuôn trên máy búa - Nếu vật rèn trên mặt phân khuôn là hình tròn thì: Hmin = 0,9.Dmax + h1 (mm). Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 35
  29. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa Dmin là đường kính max của vật rèn trên mặt phân khuôn. h1 - chiều cao đuôi én (mm). - Nếu vật rèn không phải là hình tròn thì Hmin tra theo giản đồ trong sổ tay rèn dập. d/ Vật liệu làm khuôn Khuôn dập làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp lực lớn, chế tạo một bộ khuôn rất phức tạp cho nên yêu cầu vật liệu chế tạo khuôn phải có độ bền cao, chịu nhiệt, chịu mài mòn tốt. Thường sử dụng các loại hợp kim sau: Loại nhẹ: 50CrNiMo, 50CrNiSiW, 50CrNiW, có độ cứng HB = 388÷444 Loại vừa: 50CrNiMo, 50CrSiW, có độ cứng HB = 352÷388 Loại nặng: 50CrNiMo, 50CrSiW, 50CrNiW, có độ cứng HB = 293÷321 3.6. kỹ thuật Dập tấm 3.6.1. Khái niệm chung a/ Thực chất: Dập tấm là một phương pháp gia công áp lực tiên tiến để chế tạo các sản phẩm hoặc chi tiết bằng vật liệu tấm, thép bản hoặc thép dải. Dập tấm được tiến hành ở trạng thái nguội (trừ thép cácbon có S > 10mm) nên còn gọi là dập nguội. Vật liệu dùng trong dập tấm: Thép cácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì vv và vật liệu phi kim như: giấy cáctông, êbônít, fíp, amiăng, da, vv b/ Đặc điểm - Năng suất lao động cao do dễ tự động hoá và cơ khí hoá. - Chuyển động của thiết bị đơn giản, công nhân không cần trình độ cao, đảm bảo độ chính xác cao. - Có thể dập được những chi tiết phức tạp và đẹp, có độ bền cao v.v c/ Công dụng: Dập tấm được dùng rộng 1 rãi trong các ngành công nghiệp đặc biệt ngành chế tạo máy bay, nông nghiệp, ôtô, 4 3 2 thiết bị điện, dân dụng v.v x x 3.6.2.Thiết bị dập tấm 5 x x x a/ Máy ép trục khuỷu 6 Truyền động của trục khuỷu là truyền x x động cứng, khoảng hành trình của máy 7 khống chế chính xác nên sản phẩm dập tấm Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 8 36 10 9
  30. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa có chất lượng cao và đồng đều. Khi động cơ quay, trục khuỷu có thể được điều khiển bằng bàn đạp, khi không làm việc con trượt ở vị trí cao nhất để dễ tháo sản phẩm và đưa phôi vào. Phần lớn các máy ép trục khuỷu đều có thể điều chỉnh hành trình của con trượt để phù hợp với kích thước của chi tiết. Ngoài ra còn có nhiều cơ cấu cấp phôi và lấy sản phẩm tự động trong sản xuất hàng loạt. b/ Máy ép thuỷ lực Khác với máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực có tốc độ biến dạng kim loại không đổi, không gây quá tải v. v Máy có cấu tạo phức tạp, lực ép có trị số lớn nên thường dùng để chế tạo các chi tiết lớn, phức tạp, yêu cầu chất lượng cao và hay dùng trong phòng thí nghiệm. Máy ép thuỷ lực có thể có cơ cấu dẫn động chất lỏng riêng từ máy bơm hoặc có thể dẫn chất lỏng có áp suất cao nhận được từ trạm bơm có bình trữ áp. Chất lỏng thường dùng: dầu khoáng vật, nhũ tương hay nước dưới áp suất 25÷400 at. Máy ép thuỷ lực thường có loại một tác dụng, hai tác dụng và ba tác dụng và có lực ép từ vài chục tấn đến hàng trăm tấn. Máy ép thuỷ lực làm việc như sau: Động cơ 15 quay làm cho máy bơm 14 làm việc. Chất lỏng đi vào máy bơm từ thùng hở 9, được nén vào ống dẫn I đi qua bình trữ áp vào van phân phối 13 để điều khiển máy ép làm việc. Từ van phân phối, chất lỏng có áp suất cao theo ống II đi vào xilanh làm việc 7 và nén pittông 8. Khi kết thúc làm việc, ta dịch chuyển tay gạt của van phân phối. Chất lỏng có áp suất cao theo đường ống IV đi vào xilanh 2 đẩy pittông 3 và thanh ngang 4 đi lên. Trong khi đó, chất lỏng từ xilanh làm việc đi qua van và đường ống III vào bình chứa kín 10, máy ép ngừng làm việc. Chất lỏng chứa trong bình 10 có áp suất cao, đảm bảo cho hành trình không tải của thanh ngang 4 đi xuống được nhanh chóng. ở hành trình đi lên của xilanh làm việc 8, bình 10 chứa nhiều dung dịch lỏng hơn mức chi phí cho hành trình không tải khi thanh ngang 4 đi xuống. Lượng dung dịch thừa đó chứa trong bình phụ 10 chảy theo van tháo 11 và đường ống VI vào bể hở 9, cung cấp chất lỏng cho máy bơm. Đường ống V nối van phân phối 13 với bình chứa 10. Bình trữ áp 12 dự trữ chất lỏng áp suất cao để chi phí cho máy ép làm việc, phần dự trữ này bù vào trong hành trình làm việc của máy ép. Phụ thuộc vào kích thước và loại máy, máy ép thuỷ lực có thể có một hay nhiều xilanh làm việc. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 37
  31. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa H.3.25. Sơ đồ máy ép thuỷ lực có bình trữ áp 1. thanh ngang dưới; 2. xi lanh; 3. pittông; 4. thanh ngang di động 5. trụ dẫn; 6. thanh ngang cố định; 7. xilanh làm việc; 8. pittông 9. thùng hở; 10. bình chứa kín; 11. van tháo; 12. bình trữ áp; 13. van phân phối; 14. máy bơm; 15. động cơ điện. 3.6.4. Công nghệ dập tấm Công nghệ dập tấm được đặc trưng bởi 2 nhóm nguyên công chính: nguyên công cắt và nguyên công tạo hình. a/ Nhóm nguyên công cắt: Cắt phôi là nguyên công tách một phần của phôi khỏi phần kim loại chung. Nguyên công này có 3 loại: cắt đứt, cắt phôi, đột lỗ. n Nguyên công cắt đứt: là nguyên công cắt phôi thành từng miếng theo đường cắt hở, dùng để cắt thành từng dải có chiều rộng cần thiết, cắt thành miếng nhỏ từ những phôi thép tấm lớn. Có các loại máy cắt đứt sau: - Máy cắt lưỡi dao song song: 0  Góc trước β =2÷3 β ++ + +  Cắt được các tấm rộng B ≥ 3200 mm, chiều dày S đến 60 mm. S B  Chỉ cắt được đường thẳng, chiều rộng tấm cắt phải nhỏ hơn chiều dài dao. H.3.26. Máy ct li dao song song  Đường cắt thẳng, đẹp, hành trình dao nhỏ; Lực cắt tương đối lớn: P = 1,3.B.S.σ c (N). B - chiều rộng cắt của phôi (mm); S - chiều dày phôi cắt (mm). 2 σ c - Giới hạn bền cắt của phôi σ c = (0,6÷0,8)σb (N/mm ). - Máy cắt dao nghiêng: γ α δ Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 + + + + 38
  32. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa - Lưỡi dao dưới nằm ngang, lưỡi dao trên nghiêng một góc α= 2÷60. - Góc cắt δ = 75÷850; góc sau γ = 2÷30. Để đơn giản khi mài dao cho phép δ = 900; góc sau γ = 0. - Độ hở giữa 2 dao Z = 0,05÷0,2mm - Lực cắt không lớn, cắt được các tấm dày; cắt được các đường cong; đường cắt không thẳng và nhẵn, hành trình của dao lớn; lực cắt được tính: 05,.S 2 .σ P = 1,3 c (N) tgα - Máy cắt chấn động: α Máy có 2 lưỡi dao nghiêng tạo thành β một góc α = 24÷300; góc trước β = 6÷70, khi cắt lưỡi cắt trên lên xuống rất nhanh (2000÷3000 lần/phút) và với hành trình ngắn 2÷3 mm. Cắt được tấm dáy ≤ 10 mm. H.3.28. Máy ct chn ng - Máy cắt dao đĩa một cặp dao: D D ϕ h S D h S B Z B B H.3.29. Máy ct dao a mt cp dao a/ Dao a có tâm trc song song b/ Máy ct dao di nghiêng c/ Hai dao nghiêng - Góc n dao α 10 mm: D = (25÷30)S, B = - Nu S > 10 mm: - Nu S > 10 mm: (50÷90)mm D = 20S; B = 50÷80 mm D = 12S; B = 40÷60 mm - Nu S < 3 mm: D = (35÷50)S, B =(20÷25)mm - Nu S < 3mm: - Nu S < 5mm: bS D = 28S; B = 15÷20 mm D = 20S; B = 10÷15 mm - Lc ct: P = 05, σ c . tgα B - Máy cắt nhiều dao đĩa: D - Góc cắt 900; Z = (0,1÷0,2)S; B = 15÷30 (mm) - Đường kính dao đĩa: D =(40÷125)S (mm). - Vận tốc cắt: v = 1÷5 m/s; Vật liệu làm dao: 50CrWSi - Máy này dùng để cắt các đường thẳng và đường Z cong s < 10 mm với chiều dài tuỳ ý. H.3.30. Máy ct nhiu dao a Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 39
  33. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa o Nguyên công dập cắt và đột lỗ: là nguyên công cắt mà đường cắt là một chu vi kín. Đột lỗ là quá trình tạo nên lỗ rỗng trên phôi, phần vật liệu tách khỏi phôi gọi là phế liệu, phần còn lại là phôi để đi qua nguyên công tạo hình. Đối với dập cắt thì phần cắt rời là phôi phần còn lại là phế liệu. H.3.31.Các loi u chày Một số thông số kỹ thuật cần lưu ý: - Chày và cối phải có cạnh sắc để tạo thành lưỡi cắt, giữa chày và cối có khoảng hở Z = (5% ÷ 10%)S. - Khi đột muốn có kích thước lỗ đột đã cho thì kích thước của chày chọn bằng kích thước của lỗ, còn kích thước của cối lớn hơn 2Z. Chày vát lõm phía trong để tạo thành rãnh cắt. - Khi cắt phôi có kích thước đã cho thì kích thước của cối bằng kích thước của phôi còn của chày nhỏ thua 2Z. - Lực cắt hoặc đột P: Khi đường cắt tròn: P = 1,25π.d.s.τcp Khi đường cắt bất kỳ: P = 1,25L.s.τcp (N). s - chiều dày phôi (mm); d - đường kính phôi hoặc lỗ đột (mm). 2 L - chu vi đường cắt (mm); τcp- giới hạn bền cắt (N/mm ). b/ Nhóm các nguyên công tạo hình: Là các nguyên công dịch chuyển một phần của phối đối với phần khác mà phôi không bị phá huỷ. n Nguyên công uốn: Là nguyên công làm thay đổi hướng của trục phôi. Trong quá trình uốn cong lớp kim loại phía trên bị nén, lớp kim loại phía ngoài bị kéo, lớp kim loại ở giữa không bị kéo nén gọi là lớp trung hoà. Khi bán kính uốn cong càng bé thì mức độ nén và kéo càng lớn có thể làm cho vật uốn cong bị nứt nẻ. Lúc này lớp trung hoà có xu hướng dịch về phía uốn cong. Chày Vị trí và kích thước lớp trung hoà được xác định Lp trung hoà S ⎛ r α ⎞ bởi bán kính lớp trung hoà: ρ =+⎜ ⎟αβ S . ⎝ S 2 ⎠ r ρ r - bán kính uốn trong; S - chiều dày phôi (mm); x.S - bán kính lớp trung hoà; r - bán kính uốn trong. ρ Ci B Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 1 40 S
  34. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa S B α = 1 - hệ số biến mỏng; α = tb - hệ số nở rộng. S B BB+ B = 12- chiều rộng trung bình tiết diện uốn. tb 2 S1- chiều dày vật liệu tại điểm giữa cung uốn. Bán kính uốn cho phép: Khi uốn bán kính uốn phía trong được giới hạn nhất định. Nếu quá lớn, vật uốn sẽ không có khả năng giữ được hình dạng sau khi uốn vì chưa đến mức biến dạng dẻo. Ngược lại nếu quá nhỏ thì có thể làm đứt vật liệu ở tiết diện uốn. εS - Bán kính uốn lớn nhất cho phép được xác định theo công thức: rmax = . 2σ c 2 2 Trong đó ε - môđun đàn hồi khi kéo (N/mm ); σc- giới hạn chảy của vật liệu, (N/mm ). - Bán kính uốn nhỏ nhất cho phép được xác định theo “kỹ thuật dập nguội” hoặc theo công thức kinh nghiệm sau: rmin= (0,25÷0,3)S (mm). Sự đàn hồi khi uốn cong: Sau khi thôi lực tác dụng, do có sự đàn hồi nên vật uốn có xu hướng giãn ra. Để có được góc uốn của chi tiết ϕ0, người ta phải uốn với góc là ϕ, ϕ − ϕ và góc đàn hồi được biểu thị là: γ = 0 . Trong thực tế γ = 0÷120. 2 Lực uốn cong: Lực uốn trong khuôn dập bao gồm lực uốn tự do và lực là phẳng (tinh chỉnh) vật liệu. Trị số lực là phẳng lớn hơn rất nhiều so với lực uốn tự do. - Lực uốn tự do tính theo công thức: BS2σ . n P ==b kBS σ . ở đây k = n.S/l l 1 b 1 - Lực uốn hình chữ U có tấm chặn tính theo công thức: P = 2k1.B.S.σb + Pch ≈ 2,5k1.B.S.σb (N). - Lực uốn góc có tinh chỉnh tính theo công thức: P = q.F (N). Trong đó: Pch- lực chặn (N); l - khoảng cách giữa các điểm tựa (mm); n - hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến cứng n = 1,6÷1,8. k1- Hệ số uốn tự do phụ thuộc vào vật liệu và tỷ số l/S, k1 = 0,05÷0,7. 2 B - chiều rộng phôi (mm); σb - giới hạn bền của kim loại (N/mm ). F - diện tích phôi được tinh chỉnh (mm2). q - áp lực tinh chỉnh (N/mm2) lấy theo “kỹ thuật dập nguội” o Nguyên công dập vuốt: Dập vuốt là nguyên công chế tạo các chi tiết rỗng có hình dạng bất kỳ từ phôi phẳng và được tiến hành trên các khuôn dập vuốt. - Phôi dập vuốt: Hình dạng tấm phôi có dạng hình bầu dục hay elíp nếu chi tiết là hình hộp đáy chữ nhật, còn nếu chi tiết là hình hộp đáy vuông hoặc hình trụ đáy tròn thì phôi là miếng cắt tròn. Diện tích phôi bằng diện tích mặt trong hoặc diện tích mặt ngoài Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 41 dct
  35. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa của chi tiết nếu S 0,5mm thì lấy bằng diện tích lớp trung hoà của chi tiết (kể cã đáy). - Xác định số lần dập vuốt: Khi dập vuốt tuỳ theo tính dẻo của vật liệu mỗi lần dập cho phép dập thành chi tiết có d đường kính nhất định. Hệ số dập cho phép: m = ct . Trường Dph hợp muốn chế tạo một chi tiết dập giãn có chiều sâu lớn, đường kính nhỏ thì phải dập một số lần, mỗi lần dập chỉ giảm đường kính đáy theo hệ số cho phép m = 0,55÷0,95. Số lần dập n của phôi có đường kính D thành chi tiết có dn: d1 d2 m1 = ⇒ d1 = m1.D; m2 = ⇒ d2 = m2.d1 = m1.m2.D D d1 d n n−1 mn = ⇒ dn = m1.m2.m3 mn.D; ta lấy: mmmmtb= 23 n dn−1 (n-1) Ta có thể viết: dn = m1.mtb .D; lấy lg cả hai vế ta sẽ được : lgdmD− lg( . ) n =+1 n 1 lgmtb ứng với mỗi lần dập có một bộ khuôn tương ứng. 1 - Quá trình dập vuốt: Q Q 4 P 3 Những chi tiết có phôi là tấm dày 2 thì tiến hành trên khuôn không cần vành d ép, nhưng nếu phôi là tấm mỏng sẽ xảy ra 1 D H.3.35. S  dp vut hiện tượng nhăn xếp ở thành sản phẩm nên 1. chày ép; 2. khuôn ép; 3. phôi; 4. vành ép dùng thêm vành ép. - Lực dập vuốt: bao gồm nhiều lực: lực để biến dạng kim loại, lực của vành ép, lực để thắng lực ma sát gữa vật liệu và chày, cối Trong thực tế có thể tính: - Lực dập gần đúng R: R = P + Q (P- lực biến dạng; Q - lực ép phôi) - Lực biến dạng chi tiết hình trụ: P = k1.π.d1.S.σb (N). k1 - hệ số điều chỉnh lần đập giãn đầu, phụ thuộc m1: m1 0,55 0,57 0,60 0,62 0,65 0,67 0,70 0,72 0,75 0,77 0,80 k1 1,00 0,93 0,80 0,79 0,72 0,66 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 Các nguyên công tiếp theo k1 phụ thuộc mtb: mi 0,70 0,72 0,75 0,77 0,80 0,85 0,90 0,95 ki 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,70 0,60 0,50 Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 42
  36. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa - Trị số lực ép của vành được tính: Q = F.q (N). Trong đó: F - diện tích vành ép tiếp xúc với chi tiết (mm2); q - áp suất ép phụ thuộc vào vật liệu (N/mm2) Vật liệu áp suất ép q, N/mm2 Vật liệu áp suất ép q, N/mm2 Thép s 0,5 2,0 - 2,5 Nhôm 0,8 - 1,2 Đồng thau 1,5 - 2,0 Đuara mềm 1,5 - 2,0 - Khi dập giãn những chi tiết hình hộp đáy chữ nhật: P = (2π.ry.C1 + LB.C2)S.σb ry - bán kính lượn giữa 2 cạnh thành hộp (mm); C2 = 0,2÷0,3. LB- chiều dài chu vi tiết diện hộp; C1 = 0,2÷0,5 (dập càng sâu C1 lấy lớn). - Khuôn dập vuốt: Để giảm ứng suất tập trung tại cạnh của chày và cối thì cạnh của chày và cối phải làm bán kính góc lượn. Bán kính lượn của cối phải chọn trong giới hạn cho phép phụ thuộc vào chiều dày vật liệu, loại vật liệu và mức độ thu nhỏ đường kính qua các bước. Trị số bán kính lượn của cối có thể xác định theo bảng (trong sổ tay dập nguội) hoặc tính theo công thức sau: RDdSc =−08, (). Trong đó D là đường kính phôi hoặc đường kính bước trước; d- đường kính bước tiếp theo sau; S - chiều dày tấm phôi (mm). Bán kính lượn cạnh chày của tất cã các nguyên công trừ nguyên công cuối cùng, nên lấy Rch= Rc hoặc bé hơn một chút. Bán kính lượn cạnh chày của nguyên công cuối cùng lấy bằng bán kính lượn trong của sản phẩm nhưng không nên nhỏ hơn (2÷3)S đối với S ≤ 6 mm và nhỏ hơn (1,5÷2)S đối với S > 6 mm. Khi tinh chỉnh có thể giảm bán kính chày, cối 2÷5 lần nhưng không nhỏ hơn 0,5S . Chiều cao phần làm việc: h = (0,3÷2)Dc. Khe hở giữa chày và cối Z để chứa chiều dày thành phẩm được xác định: - Khi dập vuốt chi tiết tròn xoay: Zmin= (1,0÷1,3)S Z 0,32 - Khi dập vuốt chi tiết hình hộp và hình phức tạp: Rch R H h c + ở phần góc lượn: Zmin= (1,0÷1,3)S c + ở phần thẳng: Zmin= S; (S - chiều dày phôi, mm). Dc Khi thiết kế và chế tạo khuôn cần chú ý: H.3.36. Khuôn dp vut - Bước dập vuốt đầu cần phải có chặn phôi để tránh nếp nhăn. - Để phôi được cấp tốt, cần phải có các chốt xoay. - Để đảm bảo sự trùng khít giữa chày và cối, ta lắp 3 hay 4 trụ dẫn hướng. - Chày, cối và tấm ép được chế tạo bằng thép CD100A tôi đạt độ cứng 58÷60HRC và mạ crôm dày 0,015 - 0,02 mm, đánh bóng đến Ra = 0,63 - 0,32. Chày Chú ý: Khi dập vuốt làm mỏng thành thực hiện khi S độ hở giữa chày và khuôn nhỏ hơn chiều dày phôi. Đường 0 S Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 P 43 rch Ci S
  37. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa kính giảm ít, chiều sâu tăng nhiều và giảm chiều dày thành phôi. Để rút ngắn số lần dập giãn, một số lần dập đầu không làm mỏng thành, sau đó mới dập giãn làm mỏng thành. Khi dập nhiều lần phải qua ủ trung gian, sự giảm chiều dày cho phép trong giới hạn: SS− 0 100%=÷()% 40 60 S 0 p Tóp miệng: là nguyên công làm cho miệng của P d P phôi rỗng (thường là hình trụ) thu nhỏ lại. Phần tóp nhỏ lại có thể là hình côn, côn và trụ, nửa hình cầu v.v Khuôn dưới làm nhiệm vụ định vị chi tiết, khuôn trên có lỗ hình côn đường kính giảm dần, phần cuối của khuôn trên là hình trụ. Để tránh xảy ra hiện tượng xếp ở miệng tóp thì: d0 K ==÷12,, 13. Khi cần tóp đến chi tiết có đường kính d0 d nhỏ hơn giới hạn cho phép thì phải qua một số lần tóp. H.3.38. S  tóp ming q Giãn rộng: Là nguyên công kéo vật liệu của phôi ống từ trong ra ngoài theo hướng đường kính, đồng thời làm thay đổi chiều dày phôi. Mức độ giãn rộng có thể biểu thị bằng hệ d số giãn rộng: m ==÷ct 11,, 125. Khi dập, d0 thường dùng những bộ khuôn mà chày ghép bằng nhiều mảnh lỏi côn, hoặc bằng cao su H.3.39. Khuôn dp giãn (H.3.39a) hoặc chày bằng chất lỏng (H.3.39b). a/ chày bng cao su; b/ chày bng cht lng r Viền mép: Để tăng thêm độ cứng vững của các chi tiết rỗng dập vuốt từ kim loại tấm mỏng, người ta viền mép chi tiết sau khi dập. Có thể viền ép con lăn trên máy tiện, viền mép trên máy chuyên dùng hoặc bằng khuôn dập trên máy ép. Viền ép trên máy tiện được thực hiện như sau: Trục chính 1 quay nhờ môtơ điện, trục tựa 2 có thể quay và chuyển động qua lại dọc theo trục. Con lăn tiến vào và cuộn mép phôi theo bán kính cong của nó. Con lăn 3 H.3.40. Gá vin mép bng con ln trên máy tin Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 44
  38. Gi¸o tr×nh: c«ng nghÖ kim lo¹i 1 l−u ®øc hßa có thể quay quanh trục của đồ gá trên bàn dao máy tiện, bán kính uốn của con lăn r ≥ 3S. Con lăn được chế tạo từ thép CD80 - CD100 hoặc từ thép hợp kim dụng cụ, tôi đạt 58 - 62 HRC. Tốc độ quay trục chính: n = 400 - 600 v/ph. s Ghép mối Lắp ghép các chi tiết từ vật liệu tấm bằng phương pháp dập với sự phối hợp các nguyên công uốn, tóp, nong, giãn rộng vv để các chi tiết nối lại với nhau thành sản phẩm hay cụm chi tiết gọi là ghép mối. Ghép mối phần lớn dùng cho mối ghép không tháo rời và đơn giản. Hình sau trình bày một phương pháp ghép mối bằng con lăn. H.3.41. Ghép mi bng con ln t Miết: Miết là phương pháp chế tạo các chi tiết tròn xoay mỏng. Đặc biệt miết được dùng để chế tạo những chi tiết có đường kính miệng thu nhỏ vào và thân phình ra như bi đông, lọ hoa kế tiếp sau nguyên công dập vuốt. Công nghệ miết được ứng dụng đối với các chi tiết bằng thép mềm hay kim loại màu. Miết không biến mỏng thành đối với Khuôn Phôi thép chiều dày không quá 1,5mm, đối với kim loại màu không quá 2mm, còn miết Ta mỏng thành thì ứng dụng với vật liệu có chiều dày lớn hơn (20mm). Số vòng quay của trục chính phụ Cn ép thuộc vào vật liệu: thép mềm 400 - 600 v/ph; nhôm 800 - 1200 v/ph; đuara 500 - 900 v/ph; đồng đỏ 600 - 800 v/ph. H.3.42. S  mit Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa - 2008 45