ảnh h ởng đến tổ chức * ảnh h ởng đối với tổ chức hạt Trong quá trình biến dạng luôn xẩy ra hiện t ợng biến cứng và biến mềm.. Tốc độ của hai quá trình này phụ thuộc vào tốc độ và nhiệt
Trang 1Gia công kim loại bằng áp lực
Trang 2§1 Giới thiệu chung về gia công kim loại bằng áp lực
1.1 Thực chất
Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản để chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại, thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng nên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi và bị biến dạng dẻo, kết quả sẽ làm thay đổi hình dáng ban đầu của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục và độ bền của chúng
1.2 Đặc điểm
-Kim loại được gia công ở thể rắn, sau khi gia công không những thay đổi
hình dáng, kích thước ban đầu của vật mà còn thay đổi cả cơ, lý, hoá tính của kim loại
-Với các phương pháp dập thể tích , dập tấm chính xác có thể chế tạo được các sản phẩm có độ chính xác cao không cần phải qua gia công cắt gọt sau khi rèn rập, nhờ đó giảm hao phí kim loại và thời gian gia công
Trang 31.3 Phân loại
+ Theo luyện kim gồm:
- Cán kim loại
Trang 4
- KÐo kim lo¹i
Trang 5
- Ðp kim lo¹i
Trang 6+ Theo luyợ̀n cơ khí gụ̀m:
- Rèn tự do
Rèn tự do là một ph ơng pháp gia công áp lực để chế tạo các sản phẩm có hình dáng, kích th ớc và độ chính xác theo yêu cầu định tr ớc nhờ sự biến dạng
tự do dần dần về các h ớng
Trang 8-DËp tÊm.
DËp tÊm lµ mét trong nh÷ng ph ¬ng ph¸p gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc, bao gåm nhiÒu quy tr×nh c«ng nghÖ lµm biÕn d¹ng dÎo c ìng bøc c¸c tÊm ph«i kim lo¹i, t¹o nhiÒu lo¹i s¶n phÈm kh¸c nhau
Trang 9§2 Sù biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i.
1 Kh¸i niÖm biÕn d¹ng dÎo kim lo¹i .
1.1 Ngoại lực và nội lực trong gia công kim loại bằng áp lực.
a Ngoại lực Trong quá trình gia công áp lực, ngoại lực có thể chia ra thành
mấy loại như sau
- Lực tác dụng chính là lực sinh ra của thiết bị thông qua đầu búa, khuôn
rèn, … làm cho kim loại biến dạng, khác với trong cơ học vật rắn ở đây cần chú ý đến điểm tác dụng lực
- Phản lực Thường sinh ra trên bộ phận cố định của thiết bị, phản lực luôn
vuông góc với mặt tựa và ngược chiều với lực tác dụng chính, Khi tính phản lực cần chú ý đến lực ma sát sinh ra giữa dụng cụ và kim loại, chiều của lực
ma sát ngược với hướng di động trong kim loại
- Lực quán tính Trong quá trình biến dạng các phần tử của vật thể biến dạng
không đều nhau nên tốc độ chuyển động của chúng cũng không đều và sinh
ra lực quán tính
Trang 10b Nội lực.
- Nội lực sinh ra trong vật thể trong khi gia công và tồn tại trong vật thể sau khi gia công, nội lực này cần bằng với nhau nhưng gây cho vật thể một ứng suất bên trong, nếu ứng suất này vượt quá giới hạn bền sẽ gây nứt nẻ
- Nguyên nhân Do nung nóng không đều, lực tác dụng không đều, sự biến
dạng giữa các bộ phận không đều, tổ chức kim loại thay đổi, … Nói chung nội lực không có lợi cho nên sau khi gia công cần tìm cách khử bỏ
Trang 111.2 Biến dạng dẻo của kim loại.
- Quan hÖ cña lùc kÐo vµ biÕn d¹ng khi kÐo vËt liÖu dÎo
Trang 122 ảnh h ởng của gia công áp lực đến tổ chức và tính chất của kim loại.
2.1 ảnh h ởng đến tổ chức
* ảnh h ởng đối với tổ chức hạt
Trong quá trình biến dạng luôn xẩy ra hiện t ợng biến cứng và biến mềm Tốc độ của hai quá trình này phụ thuộc vào tốc độ và nhiệt độ biến dạng, trạng thái tổ chức của kim loại tr ớc khi gia công , khi các điều kiện này thay đổi thì tổ chức kim loại thu đ ợc sau khi biến dạng cũng khác nhau Nhiệt độ ngừng biến dạng sau khi gia công (biến dạng) nóng càng cao thì độ hạt của kim loại càng lớn
Kích th ớc hạt
Trang 13Quan hệ giữa nhiệt độ, mức độ biến dạng và độ lớn hạt tinh thể
Trang 14- Ngoài nhiệt độ và mức độ biến dạng, độ lớn của hạt tr ớc khi biến dạng và
ma sát cũng ảnh h ởng đến độ hạt của kim loại sau khi biến dạng Độ lớn của hạt ban đầu nhỏ và đều, hệ số ma sát càng nhỏ thì tổ chức kim loại sau khi gia công sẽ có độ hạt nhỏ mịn và ng ợc lại
Trang 15* ảnh h ởng đối với tổ chức kim loại đúc
Tổ chức kim loại đúc là tổ chức kết tinh dạng nhánh cây và do nhiều
nguyên nhân th ờng khó đảm bảo sự đồng đều của tổ chức, sự tồn tại các
khuyết tật nh rỗ co, rỗ khí, lõm co là điều khó tránh Nhờ biến dạng nóng có thể trừ bỏ đ ợc các khuyết tật kể trên, tăng độ mịn chặt và cải thiện cơ tính của kim loại
Hình dạng các hạt sau khi biến dạng nóng cũng thay đổi rõ rệt Với mức
độ biến dạng rất lớn của biến dạng nóng, các hạt kim loại sẽ bị xoay về một h ớng thống nhất và bị kéo dài cùng các tạp chất tạo nên tổ chức thớ Sau khi kết tinh lại các hạt kim loại có dạng trục nhỏ mịn, nh ng quá trình kết tinh lại
không làm thay đổi đ ợc sự không đồng đều về thành phần hoá học và sự kéo dài thành từng lớp của các tạp chất do quá trình biến dạng nóng với mức độ biến dạng lớn sinh ra Kết quả là tổ chức thớ của kim loại vẫn tồn tại sau khi kết tinh lại
Trang 16Do tính dị h ớng của kim loại có tổ chức thớ sau khi gia công áp lực nên khi thiết kế chi tiết và quá trình công nghệ chế tạo chi tiết đó cần phải bố trí thớ kim loại theo những chỉ dẫn sau đây:
- Chi tiết chịu ứng suất cắt thì bố trí mặt phẳng ứng suất cắt vuông góc với ph
Trang 182.2 ảnh h ởng đến tính chất của kim loại
* Sự thay đổi tính chất kim loại khi biến dạng nguội
Khi biến dạng nguội th ờng xảy ra hiện t ợng biến cứng làm cho độ bền, độ cứng của kim loại tăng lên, còn độ dẻo và độ dai va chạm giảm đi Mức độ
biến dạng tăng thì các yếu tố trên cũng tăng, giảm theo Ví dụ đối với đồng giới hạn bền sau khi biến dạng nguội đ ợc nâng cao từ 206 229 N/mm2 lên
đến 449 N/mm2 trong trạng thái biến cứng mạnh Trong những tr ờng hợp đặc biệt biến dạng nguội có thể tăng giới hạn bền lên 2 3 lần, giới hạn chảy lên
đến 4 5 lần
Vì xuất hiện các lỗ trống nhỏ trong tổ chức kim loại khi biến dạng nguội nên sau gia công độ dẫn nhiệt, dẫn điện, tính thấm từ giảm đi, còn độ hoà tan, lực từ tính và từ trễ thì tăng lên Ví dụ khi kéo đồng thời với mức biến dạng 4%
điện trở suất tăng 1,5%, mức độ biến dạng 40%, điện trở suất tăng 2% Một số kim loại nh Ni, Mo, W có điện trở tăng rất mạnh sau biến dạng nguội: Ni – tăng 8%; Mo – tăng 18%; W – tăng 50% Độ dẫn nhiệt của đơn tinh thể
Trang 19ảnh h ởng của mức độ biến dạng đến cơ tính kim loại
Trang 20Đ3 Nung nóng kim loại.
1 Mục đích
- Nung nóng kim loại trước khi gia cụng áp lực nhằm nõng cao tính dẻo và giảm khả năng chụ́ng lại biờ́n dạng của chúng tạo điờ̀u kiợ̀n thuọ̃n tiợ̀n cho biờ́n dạng Khi nung cơ tính của kim loại thay đụ̉i, trong mụ̣t phạm vi nhiợ̀t đụ̣ xác định đụ̣ bờ̀n của kim loại giảm xuụ́ng
- Nung nóng kim loại là mụ̣t trong những khõu quan trọng ảnh hưởng đờ́n tính kinh tờ́, kỹ thuọ̃t của sản xuất Chọn chờ́ đụ̣ nung hợp lý sẽ tăng cao chất lượng sản phõ̉m, giảm hao phi kim loại, giảm sức lao đụ̣ng, giảm hao mòn thiờ́t bị, giảm giá thành sản phõ̉m
Trang 212 Nh÷ng hiÖn t îng x¶y ra khi nãng kim lo¹i
* Nứt nẻ.
- Hiện tượng nứt nẻ khi nung xuất hiện bên ngoài hay bên trong kim loại, nó ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm sau khi gia công xong hoặc trong lúc làm việc của chi tiết
- Nguyên nhân của nứt nẻ chủ yếu do ứng suất nhiệt sinh ra vì khi nung nóng không đều, tốc độ nung không hợp lý, … ứng suất nhiệt này cùng với ứng suất dư có sẵn trong phôi khi vượt quá giới hạn bền của kim loại sẽ gây nứt nẻ
- Đối với thép hiện tượng nứt nẻ thường xẩy ra khi nhiệt độ nung dưới
800oC vì khi đó kim loại có tính dẻo thấp, mức truyền nhiệt kém nên cần hạn chế tốc độ nung trong giai đoạn này.
Trang 22* Hiện tượng ôxy hoá.
Kim loại khi nung trong lò, do tiếp xúc với không khí, khí lò nên bề mặt nó dễ bị ôxy hoá tạo nên lớp vẩy sắt Sự mất kim loại tạo nên vẩy sắt có thể lên tới 2 – 3,5%, đối với các vật lớn có thể lên tới 4 – 6% Hiện tượng này không những gây hao phí kim loại mà còn gây khó khăn cho quá trình gia công, giảm chất lượng chi tiết, hao mòn thiết bị, …
- Quá trình ôxy hoá xẩy ra do sự khuyếch tán của nguyên tử ôxy vào lớp kim loại và sự khuyếch tán của nguyên tử kim loại qua lớp ôxýt ở mặt ngoài vật nung
-Lượng vẩy sắt phụ thuộc tỷ lệ thuận với thời gian nung có thể tính theo công thức sau:
Trong đó : a – là lượng vẩy sắt trong 1 đơn vị diện tích (g/cm2)
Z – là thời gian nung (phút)
T – là nhiệt độ nung oK
T
e Z a
9000
3
, 6
Trang 23* Hiện tượng mất cácbon.
- Hiện tượng mất cácbon ở mặt ngoài của vật nung làm thay đổi cơ tính của chi tiết, có khi còn tạo nên cong vênh, nứt nẻ khi tôi
- Khí làm mất cácbon là O2, CO2, H2O, H2, … Chúng tác dụng với cácbit sắt (Fe3C) của thép theo phương trình sau:
2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO
Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO
Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2
Fe3C + 2H2 = 6Fe + CH4
Khí tác dụng mạnh nhất là H2O sau đó là CO2, O2, H2, …
- Quá trình ôxy hoá và quá trình mất cácbon là 2 quá trình trái ngược
nhau ôxy hoá là quá trình khuyếch tán khí vào kim loại, còn mất cácbon là quá trình cácbon khuyếch tán ra ngoài, quá trình mất cácbon cũng xẩy ra trên bề mặt kim loại và xẩy ra đồng thời với quá trình ôxy hoá
Trang 24* Hiện tượng quá nhiệt.
- Kim loại ở nhiệt độ càng cao thì càng dễ gia công áp lực, nhưng nếu ở nhiệt độ quá cao thì các hạt ôstenít càng lớn làm cho tính dẻo của kim loại
giảm nhiều có thể tạo nên nứt, nẻ khi gia công
- Hiện tượng quá nhiệt có thể khắc phục được bằng phương pháp ủ,
nhưng đối với thép hợp kim sửa chữa hiện tượng quá nhiệt rất khó vì quá trình ủ phức tạp
* Hiện tượng cháy.
- Khi nhiệt độ nung lên trên nhiệt độ quá nhiệt, vật nung bị phá huỷ tinh giới do vùng tinh giới bị ôxy hoá mãnh liệt, kết quả là làm cho mất tính liên tục của kim loại dẫn đến phá huỷ hoàn toàn độ bền và độ dẻo của kim loại
- Hiện tượng cháy rất dễ phát hiện khi kim loại bị cháy sẽ phát sáng và có nhiều tia lửa bắt ra
- Khi kim loại bị cháy thì không thể dùng được nữa, chÆt bá hoÆc ®em ñ l¹i
Trang 253 ThiÕt bÞ nung
* Lß thñ c«ng
Trang 26* Lß buång dïng nhiªn liÖu r¾n
Trang 27* Lß buång dïng nhiªn liÖu láng
Trang 28* Lß buång dïng nhiªn liÖu khÝ
Trang 29•Lß liªn tôc
Trang 30* Lß ®iÖn trë
Trang 31* Lß c¶m øng
Trang 32§4 C¸n KÐo Ðp kim lo¹i – –
1 C¸n kim lo¹i.
1.1 Thùc chÊt
- Quá trình cán là quá trình làm cho kim loại biến dạng giữa hai trục quay
ngược chiều nhau (gọi là 2 trục cán) có khe hở nhỏ hơn chiều cao của phôi Kết quả là của làm cho chiều cao của phôi giảm, chiều dài và chiều rộng tăng lên, hình dạng khe hở giữa 2 trục cán quyết định hình dáng của sản phẩm Quá trình chuyển động qua khe hở của trục cán là nhờ ma sát giữa 2 trục cán với phôi
Trang 341.3 S¶n phÈm c¸n
Trang 352 KÐo kim lo¹i.
2.1 Thùc chÊt
Kéo kim loại là quá trình kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang của phôi giảm đi và chiều dài tăng, hình dạng, kích thước của sản phẩm giống như hình dạng, kích thước của lỗ khuôn kéo
Kéo sợi có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội
Trang 362.2 Đặc điểm
- Kéo nguội kim loại biến dạng khó khăn nên lực kéo lớn, năng suất thấp
nhưng cơ tính của sản phẩm cao (do có biến cứng), độ bóng và độ chính xác cao
- Kéo nóng kim loại biến dạng dễ dàng năng suất cao nhưng cơ tính, độ bóng và độ chính xác kém hơn kéo nguội
- Kéo sợi có thể chế tạo các sản phẩm đạt độ chính xác cấp 2 – 4 và độ bóng
7 - 9
Trang 37- Tuỳ theo từng loại kim loại, hình dạng 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, được tính theo công thức sau:
Trong đó:
do, d1 : là đường kính sợi trước và sau khi kéo
b : là giới hạn bền của kim loại (N/mm2)
P : là áp lực của khuôn ép lên kim loại (N/mm2)
: là góc nghiêng của lỗ khuôn
f : là hệ số ma sát
p d
d
cot 1
1
1 0
Trang 382.3 Khu«n kÐo
II I
Trang 393 Ðp kim lo¹i.
3.1 Thùc chÊt
ép kim loại là quá trình đẩy kim loại chứa trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép, kim loại chui qua lỗ khuôn ép có tiết diện giống như tiết diện ngang của chi tiết Tốc độ đi ra của sản phẩm lớn hơn tốc độ đi vào của chày ép và được tỷ lệ theo công thức:
Trang 403.2 Đặc điểm
- ưu điểm: độ chính xác cao; chất l ợng cao; cơ tính của sản phẩm cao, ép
xong có thể không cần gia công cơ khí; năng suất cao (ví dụ ép ống có đ ờng kính 84mm, day 3mm, một lần ép trong thời gian 2 đến 2,5 phút đ ợc đoạn ống dài 13 mét; ép các thỏi đồng thau 150mm dài 500 600mm chỉ cần một phút
có thể ép thành thỏi có = 25 mm); do trạng thái ứng suất là nén khối nên khả năng biến dạng dẻo tốt cho phép chế tạo đ ợc các sản phẩm có hình dạng phức tạp từ các kim loại và hợp kim có độ dẻo kém
- Nh ợc điểm: ph ơng pháp này là hao mòn rất nhanh (xi lanh, pit tông, khuôn
ép) vì làm việc với lực và nhiệt độ cao; hao phí kim loại nhiều, đặc biệt là khi
ép ống (các ống nhỏ hao phí 12- 15%, ép ống lớn có thể hao phí đến 45%)
Trang 413.3 S¶n phÈm
Trang 42* Đặc điểm.
- Khi rèn tự do kim loại bị biến dạng tự do về mọi hướng trong không gian giữa mặt đỡ và mặt tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi gia công mà không bị cưỡng chế biến dạng trong một không gian kín nào
- Cho phép chế tạo được những vật rèn có khối lượng, kích thước và hình
dáng rất khác nhau, từ vật nhỏ đến vật lớn, từ đơn giản đến phức tạp
Trang 43- Dụng cụ và thiết bị rèn rất đơn giản, thích hợp với sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ hay trong sửa chữa thay thế, nhất là khi chế tạo những chi tiết có hình
dạng đơn giản, yêu cầu chất lượng không cao hoặc những chi tiết nặng cồng kềnh Ngoài ra rèn còn là nguyên công quan trọng trước khi chuyển sang dập thể tích
- Độ chính xác và độ bóng bề mặt không cao, mức độ đồng đều hoá các chi tiết gia công cùng kiểu thấp, chất lượng và tính chất của kim loại ở các phần khác nhau của chi tiết không đồng đều
- Năng suất của rèn tự do thấp, điều kiện lao động nặng nhọc (nhất là rèn bằng tay)
- Lượng hao tốn kim loại khi nung nóng và lượng dư gia công lớn, chất
lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào tay nghề của công nhân
Trang 442 Dông cô vµ thiÕt bÞ rÌn tù do
2.1 Dông cô
* Nhãm 1
Trang 45* Nhãm 2.
Trang 46* Nhãm 3.
Trang 472.2 ThiÕt bÞ rÌn tù do
* M¸y bóa h¬i
Trang 49* M¸y bóa h¬i kh«ng khÝ Ðp kiÓu 2 trô
Trang 503 Những nguyên công cơ bản trong rèn tự do.
- Khử các khuyết tật của kim loại khi đúc nh rỗ xốp, rỗ co , làm nhỏ và đồng
đều hạt kim loại để nâng cao chất l ợng vật rèn