Rèn và dập khối ppt

2.0 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 2 Công nghệ dập tạo hình khối là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực , khai thác tính dẻo của kim loại để làm biến dạng và điền đầy vào

2.0 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

2

Công nghệ dập tạo hình khối là một trong

những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực , khai thác tính dẻo của kim loại để làm biến dạng

và điền đầy vào lòng khuôn để tạo hình sản phẩm

có hình dạng và kích thước theo yêu cầu.

B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

Sơ đồ khối công nghệ rèn, dập khối

- Phôi cán chu kỳ, định hình - Vuốt, kéo - Chi tiết

- Chế độ nhiệt - Uốn - Dung sai vật dập

B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

Phân loại dập khối

Máy ép TK

2.1 Phôi sử dụng trong rèn và dập khối

* Vật liệu để rèn và dập khối rất đa dạng, gồm:

Các phương pháp cắt phôi

13

Dạng đặc trưng của đầu mặt phôi sau khi cắt

Ví dụ tính lực cắt

Ví dụ:

Tính lực cắt phôi trụ Φ 20 mm thép ký hiệu C30 trên máy cắt ?

Tra bảng thông số vật liệu ta có giới hạn bền 480Mpa F=pi*20*20/4=100pi mm*mm

- Khoảng nhiệt độ tạo hình cho phép (Tcp) khi rèn và dập nóng là

khoảng nhiệt độ giới hạn bởi nhiệt độ bắt đầu rèn (Tbd) và nhiệt độ kết

thúc rèn (Tkt) mà tại đó kim loại có tính dẻo cần thiết để biến dạng và

điền đầy lòng khuôn Đối với hợp kim thép - các bon thông thường thì

khoảng nhiệt độ cho phép nằm trong giới hạn từ 12500C – 750oC.

- Khoảng nhiệt độ tạo hình cần thiết (Tct) là khoảng nhiệt độ nằm

trong khoảng nhiệt độ (Tcp) phù hợp với từng nguyên công, thời gian

gia công và vật liệu.

2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI

ƒ Đạt được nhiệt độ nung

ƒ Nhiệt phân bố đồng đều theo tiết diện của thỏi đúc hoặc phôi

ƒ Hạn chế oxy hóa và thoát các bon bề mặt

ƒ Tránh nứt tế vi và ứng suất dư do nhiệt

ƒ …

Yêu cầu khi nung:

2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI

17

2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI

1 Nung tới nhiệt độ chuyển biến pha với tốc độ nung cho phép;

2 Giữ nhiệt ở nhiệt độ chuyển biến pha;

3 Tiếp tục nung đến nhiệt độ nung cần thiết với tốc độ nung cao

nhất có thể;

4 Giữ nhiệt ở nhiệt độ này để đồng đều hóa nhiệt độ theo tiết diện

phôi.

+ Chế độ nung phân đoạn cho phôi có chiều dày lớn:

2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI

18

2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI

+ Chế độ nung phân đoạn cho phôi nhỏ:

Khi nung phôi ngắn với tỷ lệ chiều dài/ đường kính L/D ≤ 2, thời gian nung có thể giảm 2%,

L/D = 1,5 thời gian nung có thể giảm 8%, L/D = 1 thì thời gian nung có thể giảm tới 29%.

Đối với đa số thép kết cấu khi phôi có đường kính nhỏ hơn

100 mm hoàn toàn có thể chất ngay vào lò có nhiệt độ cao (1300 1400o C).

-B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI

2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI

1 Phôi bị mất nhiệt trong khi tạo hình

2 Làm nguội sau khi rèn

Quá trình làm nguội gồm 2 giai đoạn:

Ở giai đoạn này phôi được làm nguội là do

- nhiệt truyền ra không khí xung quanh

- nhiệt truyền trực tiếp vào dụng cụ gia công

- Đối với các chi tiết nhỏ, làm nguội bằng cách xếp thành đống lớn trong lò kín, trong lò

có chứa vôi bột, hoặc trong lò có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ngừng rèn, tức là cố gắng làm

nguội càng chậm càng tốt

- Đối với các chi tiết lớn (D = 500 ÷ 1500 mm), người ta làm nguội ngoài không khí, đôi

khi còn làm “áo” bao lấy chi tiết để giảm tốc độ làm nguội kim loại Các áo cách nhiệt

được làm bằng amian và cách kim loại từ 50 đến 120 mm

2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2.4 PHƯƠNG PHÁP NUNG a) Khi nung bằng dòng điện tiếp xúc b) Khi nung bằng dòng điện cảm ứng c) Phương pháp nung bằng dung dịch điện phân

• Rèn máy: các nguyên công dập tạo hình khối đơn giản nhằm biến dạng một phần hay toàn bộ thể tích được thực hiện trên các thiết bị tạo lực ở nhiệt độ thích hợp.

Trong khuôn khổ bài giảng này chỉ tập trung vào công nghệ rèn máy.

2.3.1 Khái niệm và Phân loại

B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

Các nguyên công rèn được chia thành các loại:

- nguyên công sơ bộ,

- nguyên công chủ yếu,

- nguyên công phụ

Chồn trong vòng (2) vμ chồn đầu (3)

Lμm tăng diện tích tiết diện ngang bằng cách giảm toμn bộ chiều dμi (1) Loại lμm giảm một phần chiều dμi phôi (2) vμ có thể lμm phình to phần đầu phôi (3)

Các nguyên công chồn

có thể lμ các nguyên công chuẩn bị ( trước khi

đột lỗ) loại nguyên công trung gian ( chuẩn bị cho vuốt ).

4 Vuốt Lμm tăng chiều

dμi phôi bằng cách lμm giảm diện tích tiết diện ngang của nó.

Khi vuốt phức tạp có thể bao gồm nhiều bước ép liên tục quanh trục phôi.

5 Đột

lỗ

Tạo lỗ trong phôi

hoặc trong chi tiết

Có thể lμnguyên công sơ

bộ, trước khi dát vμnh loại mở lỗ

ép cạnh phôi quay liên tục trong trục đỡ vμ

đầu búa hẹp

7 Vuốt trên trục nòng

Tăng độ dμi phôi rỗng

Không thay đổi

đường kính trong

8 Dát Lμm tăng chiều

rộng phôi

Những nguyên công dát phức tạp bao gồm nhiều quá trinh

ép theo tiết diện ngang

12 Vê Từ phôi có nhiều

cạnh lμm thμnh thanh tròn ( có thểtoμn bộ hoặc cục

bộ )

13 Vuốt cục bộ

Vuốt ở một hoặc hai đầu phôi

14 Mở lỗ Lμm rỗng lỗ có

sẵn vuông góc với

bề mặt phôi phẳng

III Các nguyên công phụ

bộ, vuốt cục bộv.v…

bị nứt cạnh khi rèn

vi các cạnh thường nguội trước

17 Vặn xoắn

Nhằm quay nột

bộ phận nμo đó của phôi đi một góc cho trước

18 Hμn cháy

Nối hai phần phôi lại với nhau

Dùng khi rèn bằng máy búa

cong do thiếu sót của quy

trinh công nghệ hoặc khi

gia công)

22 Đóng

dấu

Ghi lại những ký hiệu,

mác thép, số hiệu chi tiết,

bằng cách đục vμo chi

tiết hoặc con dấu

CN DẬP TẠO HèNH KHỐI

DẬP KHỐI TRấN KHUễN HỞ

DẬP KHỐI TRấN KHUễN HỞ

DẬP KHỐI TRấN KHUễN KÍN

DẬP KHỐI TRấN KHUễN KÍN

ẫP CHẢY, KẫO DÂY… *

ẫP CHẢY, KẫO DÂY… *

CÁC CễNG ĐOẠN CỦA QUÁ TRèNH DẬP KHỐI

2.4 DẬP KHỐI TRÊN MÁY BÚA

HÌNH ẢNH THIẾT BỊ DẬP KHỐI

Equipment Vận tốc m/s

Hydraulic press Mechanical press Screw press Gravity drop hammer Power drop hammer Counterblow hammer

0.06 – 0.30 0.06 – 1.5 0.6 – 1.2 3.6 – 4.8 3.0 – 9.0 4.5 – 9.0

2.4.1 KHÁI NIỆM và PHÂN LOẠI

DẬP KHỐI là quá trình biến dạng dẻo kim loại trong

So sánh dập trên khuôn kín và khuôn hở

Comparison of closed-die forging to precision or flashless forging of a cylindrical billet Source:

H Takemasu, V Vazquez, B Painter, and T Altan.

SO SÁNH DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN VÀ HỞ

KHUÔN DẬP TRÊN MÁY BÚA

7- Thanh chêm khuôn trên

8- Đầu búa trên

9- Con chốt trên

10- Con chốt dưới

Lắp khuôn hở trên máy búa - Dập khối trên máy búa linh hoạt hơn dập trên máy

ép cơ khí vì máy búa có hành trình thay đổi , tránh được hiện tượng quá tải và kẹt máy.

- Kích thước chiều ngang được đảm bảo, chiều cao sản phẩm thường không chính xác -> do kích thước phôi

- Với khuôn dập khối hở thì vật dập luôn có vành biên -> cần thiết có các nguyên công tinh chỉnh và cắt biên.

Máy dập + Khuôn + Phôi+ Chế độ nhiệt => Sản phẩm dập

2.4.2 MẶT PHÂN KHUÔN

khuôn trên và khuôn dưới; thuận lợi cho quá trình điền

đầy kim loại, đặt phôi và lấy vật dập ra khỏi khuôn

(xem hình trang sau)

™ Mặt phân khuôn có thể phẳng hoặc gấp khúc.

™ Vật dập là hình khối không gian đơn giản thì có thể

chọn tối ưu: tháo lắp, hướng thớ

loại để có thể lấy vật dập.

™ Hình dáng vật dập phụ thuộc vào mặt phân khuôn.

46

MẶT PHÂN KHUÔN VỚI CÁC VẬT RÈN ĐƠN GIẢN

CHỌN MẶT PHÂN KHUÔN THEO TỈ SỐ H/D

- H/D nhỏ thì nên chọn phương án b

- H>>D thì nên chọn theo phương án c

SỰ PHÂN BỐ THỚ KL theo MẶT PHÂN KHUÔN

Chi tiết dạng con chốt hay bị cắt đứt tại tiết diện a-a, nên chọn mặt phân khuôn I-I cho tổ chức hướng thớ liên tục

Phương án a thì góc nghiêng lòng khuôn nhỏ , tiết kiệm kim loại.

2.4.3 VÀNH BIÊN và RÃNH THOÁT BIÊN

dập.

- Khóa cửa khuôn ở giai đoạn cuối quá trình dập

- Tăng trở lực biến dạng để kim loại điền đầy các hốc

hẹp, rãnh sâu trong lòng khuôn.

- Vành biên được cắt bởi các nguyên công sau dập

50

Kết cấu khuôn cắt biên và đột màng ngăn lỗ

B RÃNH THOÁT BIÊN

chứa kim loại b

đầy kim loại và hình thành vành biên.

Các loại rãnh thoát biên

Các giai đoạn hình thành vành biên

a)Vành biên quá lớn b)Vành biên hợp lý

sẽ dính chặt vào lòng khuôn, không lấy ra được, hoặc trong trường hợp dùng cần đẩy mà lực ma sát rất lớn thì lực cũng lớn.

Xem góc nghiêng

A Cách chọn góc nghiêng

- Các khuôn hở dập trên máy búa: lòng khuôn với một góc

nghiêng nhất định (khoảng 5÷100 )

- Đối với các khuôn dập có dùng cần đẩy ( khả năng này rất khó

thực hiện trên máy búa ) thì có thể giảm góc nghiêng thành lòng

khuôn đi vài ba độ.

- Độ sâu tương đối của các lòng khuôn càng lớn thì góc nghiêng

- §Æc biÖt nguy hiÓm khi vËt dËp dÝnh ë nöa khu«n trªn,

cã thÓ g©y vì khu«n, gÉy c¸n bóa hoÆc v¨ng vμo c«ng nh©n g©y tai n¹n

- §Ó kh¾c phôc, khi chÕ t¹o khu«n th−êng lμm gãc nghiªng ë nöa khu«n trªn lín h¬n gãc nghiªng ë nöa khu«n d−íi.

B Điều kiện để vật dập tự thoỏt ra khỏi lũng khuụn

Sau nhát đập cuối cùng, trên bề mặt tiếp xúc

giữa vật dập vμ lòng khuôn tồn tại các thμnh

Q = -Tcosα + Psinα = P(sinα - μcosα)

Để vật dập tự đẩy ra khỏi lòng khuôn thì hợp lực Q phảI lớn hơn không (chiều dương)

đi sẽ tạo ra khe hở.

+ Góc nghiêng trong: lμ góc nghiêng ở các mặt tiếp xúc

mμ khi kim loại nguội đi sẽ tạo ra độ căng.

α1< α2

2.4.5 BÁN KÍNH GÓC LƯỢN

- Là yếu tố công nghệ không tránh khỏi trong

gia công cơ khí Bán kính lượn càng nhỏ mức độ

gia công càng khó.

- Bán kính lượn lớn hay nhỏ sẽ tạo thuận lợi hay

khó khăn khi điền đầy kim loại

- Bán kính góc lượn giảm tập trung ứng suất.

- Bán kính lượn trên dụng cụ (chày,cối) luôn nhỏ

hơn hoặc bằng bán kính lượn trên phôi.

62

Cách chọn bán kính góc lượn B¸n kÝnh gãc l−în

2.4.6 LỖ CHƯA THẤU VÀ MÀNG NGĂN LỖ

• Màng ngăn lỗ: Phần kim loại công nghệ còn lại trong lỗ sau khi dập

• Lỗ chưa thấu: thay hoặc giảm tải cho n/c đột lỗ

Chiều sâu tối đa của lỗ chưa thấu

Chiều sâu tối đa hmax của lỗ chưa thấu có thể dập trên máy búa được tính theo công thức kinh nghiệm sau:

)(

max

75 , 2 ).

4 cos(

5 , 0

t b

D h

σ α

Chiều dày màng ngăn lỗ

Khi cần dập chi tiết có màng ngăn lỗ thì chiều dầy

màng cũng phải tính toán sao cho hợp lý Nếu qúa dầy

thì tốn kim loại, tốn lực đột màng ngăn lỗ Nếu quá

mỏng thì dễ hỏng khuôn (dấu khuôn) tốn năng lượng

khi dập

Có thể tính chiều dày màng ngăn lỗ theo công thức

kinh nghiệm sâu đây:

mm h

h D

- có hình dáng gần nhất với vật dập.

a) Bản vẽ vật dập b) Hình dạng sau khi duỗi thẳng của vật dập

c) Các bước dập d) Khuôn dưới e) Lòng khuôn ép tụ

CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN

CÁC GĐ QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN

Giai đoạn 1:Chồn tự do, từ chiều cao ban đầu đến khi phôi tiếp xúc vào các thành bên Chiều cao phôi giảm lượng ΔH1 Áp lực đơn vị thấp, chủ yếu là áp lực p

ΔH2

Giai đoạn 4:Đẩy nốt phần kim loại thừa ra vành biên

Thành phần lực gần giống GDD3 và tăng rất nhanh

Mô phỏng QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN

70

2.4.8 LÒNG KHUÔN THÔ

- Lòng khuôn thô có nhiệm vụ làm giảm nhiệm

vụ cường độ làm việc của lòng khuôn tinh, do đó tăng tuổi thọ của các lòng khuôn tinh

- Phôi dập qua lòng khuôn thô có hình dáng gần giống vật dập, có một lớp ba via được tạo ra từ khe hở giữa hai mặt biên

Vị trí các lòngkhuôn

ĐẶC ĐIỂM LÒNG KHUÔN THÔ

Cấu tạo lòng khuôn thô gần giống lòng khuôn tinh

nhưng có những điểm khác sau đây.

1 Các bán kính góc lượn lòng khuôn thô lớn hơn ở lòng

khuôn tinh.

2 Lòng khuôn thô không có rãnh thoát biên.

3 Chiều cao lòng khuôn thô phải lớn hơn chiều cao vật

dập để khi dập trên lòng khuôn tinh có một lượng biến

dạng về chiều cao

ĐẶC ĐIỂM LÒNG KHUÔN THÔ

4 Chiều rộng các lòng khuôn thô phải nhỏ hơn chiều rộng lòng khuôn tinh để có thể đặt bán thành phẩm (đã qua lòng khuôn thô) vào lòng khuôn tinh được dễ dàng

5 Góc nghiêng thành lòng khuôn thô có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn góc nghiêng thành lòng khuôn tinh Nếu cần tạo gân hoặc một chỗ lồi cao thì ta nên tạo hình theo phương pháp ép chảy

Vật dập trờn lũng khuụn thụ và tinh

- Nửa trỏi: vật dập lũng khuụn thụ

- Nửa phải: vật dập lũng khuụn tinh

74

- chiều dày lớp ba via sau khi dập qua lũng khuụn thụ

là h t

- chiều dày cầu vành biờn lũng khuụn tinh là h

- chiều sõu của tỳi chứa kim loại ở rónh thoỏt biờn là H

h < h t <H

2.4.9 CÁC NGUYấN CễNG CHUẨN BỊ

- Chuẩn bị phụi dập bằng mỏy chuyờn dựng: mỏy cỏn

chu kỳ, rốn cỏn

- Phụi cỏn định hỡnh, chu kỳ

- Phụi đỳc

đồ thị Xác

định Các n.C Chuẩn bị

C

Không nén

ép tụ Hở ép Tụ kín Vuốt+ép tụ

2.4.9.1 NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ VẬT DẬP DỌC

-Vật dập dọc là các vật dập được dập theo chiều dọc

trục phôi Thường là các vật dập ngắn , tròn xoay như

bánh răng , bánh đà , bánh đai

-Nguyên công chuẩn bị chủ yếu cho vật dập dọc

thường chỉ là chồn

78

Khối khuôn ghép 2 lòng khuôn

Lòng khuôn chồn Lòng khuôn tinh

Rãnh thoát biên

Khuôn dập phôi bánh răng

N/c chuẩn bị vật dập dọc

a) Chồn

b) Vuốt

c) Ép chảy

2.4.9.2 NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ VẬT DẬP DÀI

Các nguyên công chuẩn bị chính gồm:

-Vật dập dài là các vật dập được dập theo chiều vuông

góc trục phôi.

- k: hệ số kim loại cháy khi nung k>1, k=1+(1%÷6%)

- Vvd: Thể tích vật dập ở trạng thái nguội (theo bản vẽ)

- Vpl: Thể tích phế liệu

2.4.10.1 VẬT DẬP DỌC (NGẮN)

- Đối với các vật dập dọc thì phôi phải thỏa mãn điều kiện khi chồn: H 0 < 2,5 D 0 tránh hiện tượng mất ổn định.

- Lượng biến dạng khi chồn chuẩn bị trước khi đưa vào dập nên trong khoảng: 25%÷50%.

- Tính đến mức độ phình trống để thuận lợi cho biến dạng trong khuôn dập.

• Vmn: Thể tích mạch nối chi tiết (dập chùm)

• Vm: Thể tích màng ngăn lỗ (nếu có lỗ chưa thấu)

Khi đã có thể tích phôi thì phải chọn phôi đảm bảo yêu cầu:

Fvd - Diện tích tiết diện ngang của vật dập

Fvb- Diện tích tiết diện ngang của một phía vành biên

vb vd

Tính chính xác phôi gồm cả vành biên:

CÁC BƯỚC XÂY DỰNG GĐ ĐƯỜNG KÍNH

- Giản đồ đường kính là đồ thị phụ thuộc giữa độ dài và các giá trị Dgđ tương ứng

- Nếu phôi được chuẩn bị theo đúng với giản đồ đường kính thì khi dập các phần tử kim loại chỉ phải biến dạng theo chiều vuông góc với trục phôi, nghĩa là kim loại được dịch chuyển trong quá trình dập theo các đường vuông góc ngắn nhất Loại bỏ hẳn các thành phần dịch chuyển dọc trục.

2.4.11 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA

- Dập khối trên khuôn hở tạo ra vành biên chiếm

5-15% toàn bộ thể tích Cần thiết các nguyên công

cắt biên và gia công cơ.

- Dập khối trên khuôn kín chất lượng vật dập cao hơn,

tiết kiệm kim loại, khuôn phức tạp hơn, dễ gây quá tải

DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA

Lòng khuôn sâu hơn được bố trí ở lòng

khuôn dưới

DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA

2.5 DẬP KHỐI TRÊN

MÁY ÉP

DẬP KHỐI TRấN MÁY ẫP

2.5.1 Dập khối trờn mỏy ộp trục khuỷu dập núng

2.5.2 Dập khối trờn mỏy ộp Vớt ma sỏt

2.5.3 Dập khối trờn mỏy rốn ngang

2.5.4 Dập khối trờn mỏy ộp thủy lực (ẫp chảy)

2.5.1 Dập khối trờn mỏy ộp

Ưu điểm của máy ép trục khuỷu so với máy búa

- Đ−ợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất hμng loạt lớn vμ hμng khối

-Thích hợp cho tự động hoá vμ cơ khí hoá

- Chiều dμi hμnh trình máy cố định, cho phép thao tác lệch tâm nh−ng không thể dập nhiều lần một vật dập trên một lòng khuôn

- Hiệu suất lμm việc cao (2 lần so với mỏy bỳa)

- Năng suất lao động cao ( vỡ mỗi nhỏt dập là một chi tiết trong khi với mỏy bỳa thỡ một sản phẩm phải dập trờn nhiều lũng khuụn)

- Độ chính xác vật dập cao hơn so với dập trên máy búa Dung sai của vật dập có thể đạt tới 0.2 – 0.5mm (đối với máy búa lμ 0.8 – 1mm)

- Hệ số sử dụng kim loại cao hơn vì có thể giảm l−ợng thêm vμ l−ợng d− do khuôn dập trên máy ép trục khuỷu có thể sử dụng cần đẩy

- Điều kiện lμm việc của công nhân tốt hơn