Bài giảng Công nghệ xử lý vật liệu

Công nghệ kim loại là môn học nghiên cứu khái quát quá trình sản xuất, tính chất và phương pháp gia công kim loại và hợp kim để chế tạo các chi tiết hoặc các kết cấu trong các máy móc hoặc các công trình công nghiệp.Quá trình chế tạo một chi tiết hoặc một kết cấu có thể tóm tắt như sau:

BÀI MỞ ĐẦU

Công nghệ kim loại là môn học nghiên cứu khái quát quá trình sản xuất, tính chất và phương pháp gia công kim loại và hợp kim để chế tạo các chi tiết hoặc các kết cấu trong các máy móc hoặc các công trình công nghiệp

Quá trình chế tạo một chi tiết hoặc một kết cấu có thể tóm tắt như sau:

Nội dung của môn học sẽ nghiên cứu các vấn đề chủ yếu sau:

Kim loại và tính chất chung của kim loại: Giới thiệu các tính chất cơ bản của

kim loại và hợp kim dùng trong chế tạo cơ khí, nghiên cứu cấu trúc, sự thay đổi tổ chức và tính chất của chúng ở những nhiệt độ khác nhau v.v… Phần này nhằm giúp cho chúng ta có một số kiến thức sơ bộ để nghiên cứu các phần sau của giáo trình

Luyện kim: Giới thiệu quá trình tách kim loại khỏi quặng bằng cách dùng nhiệt

lượng để nấu chảy quặng và dùng trợ dung để khử tạp chất Phần này chỉ giới thiệu khái niệm phương pháp luyện gang, luyện thép, luyện đồng, luyện nhôm

Sản phẩm gia công áp lực

Kim loại đen hoặc kim loại màu

Sản xuất đúc: là phương pháp rót kim loại lỏng vào khuôn đúc, sau khi đông

đặc và nguội ta nhận được chi tiết đúc có hình dạng và kích thước theo yêu cầu

Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp biến dạng kim loại và hợp kim

dưới tác dụng của ngoại lực dựa vào tính dẻo của chúng Nội dung chủ yếu của phần này giới thiệu công nghệ và các thiết bị cần thiết để chế tạo các sản phẩm bằng gia công áp lực như : cán, rèn tự do, rèn khuôn ( rập thể tích), rập tấm

Hàn và cắt kim loại: hàn là phương pháp nối hai hoặc nhiều bộ phận thành một

chi tiết hoặc sản phẩm hoàn thiện mà không thể tháo rời được nếu không phá hủy chúng Cắt là phương pháp tách rời kim loại ra từng phần theo yêu cầu

Gia công kim loại bằng cắt gọt: Giới thiệu các quá trình xảy ra khi cắt gọt;

dụng cụ và thiết bị dùng trong cắt gọt, phương pháp cắt gọt tiến hành trên các loại máy cắt để chế tạo các chi tiết có hình dạng và kích thước yêu cầu Gia công cắt gọt là giai đoạn cuối cùng của quá trình chế tạo chi tiết để nhận được độ bóng và độ chính xác cao hơn

Chương 1: THIẾT KẾ ĐÚC VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO KHUÔN,

LÕI1.1 Khái niệm về quá trình sản xuất đúc:

1.1.1 Khái niệm:

Đúc là phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách:

- Nấu chảy kim loại lỏng

- Rót kim loại lỏng vào khuôn đúc có hình dạng và kích thước nhất định, sau khi kim loại đông đặc ta thu được vật phẩm có hình dạng và kích thước phù hợp với yêu cầu

- Vật phẩm đúc ra có thể dùng ngay được gọi là chi tiết đúc

- Vật đúc còn phải qua gia công cắt gọt gọi là phôi đúc

- Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng của vật đúc có thể đạt khá cao

Ví dụ : đúc chính xác có thể đạt dung sai 0,001mm, độ bóng đạt ∇7

- Với phương pháp đúc có thể đạt được những tính chất kỹ thuật và cơ tính khác nhau trong một vật đúc

- Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quy trình sản xuất

- Đúc cho năng suất cao, giá thành thường thấp hơn khi dùng phương pháp khác

Nhược điểm:

- Về mặt chất lượng sản phẩm đúc (độ chính xác về hình dạng, kích thước, độ nhẵn bề mặt …) chưa cao, nhất là phương pháp đúc trong khuôn cát Chưa ổn định vì

đã có nhiều khuyết tật như thiếu hụt, rỗ khí, cháy cát …từ đó làm cho tỷ lệ phế phẩm cao Tổn phí kim loại nhiều cho hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

Ví dụ : Khi đúc hợp kim nhôm bằng phương pháp thông thường lượng tổn phí 25% so với vật đúc

Đường nguội của kim loại nguyên chất

t0 kt

1.1.3 Sự kết tinh của kim loại và vật đúc trong khuơn

1.1.3.1 Sự kết tinh của kim loại :

Khi kim loại chuyển từ trạng thái lỏng

sang trạng thái rắn được gọi là sự kết tinh của

kim loại Kim loại kết tinh theo một quá trình

gồm nhiều giai đoạn Khi hạ dần nhiệt độ của

chúng đến một nhiệt độ nhất định sẽ bắt đầu

xuất hiện những trung tâm kết tinh, được gọi

là các tâm mầm Số lượng tâm mầm càng

nhiều khi độ nguội càng lớn Các tâm mầm tự

phát sinh và cùng với sự phát triển của chúng

làm cho pha lỏng dần dần bị thu hẹp cho đến

khi hồn tồn hĩa rắn

Các đơn tinh thể kết tinh theo nhiều hướng khác nhau Ranh giới giữa chúng được gọi là tinh giới Tại tinh giới, đơn tinh thể chứa tạp chất và cĩ mạng bị xơ lệch

Kỹ thuật đúc

Đúc trong

hịm khuơn nền xưởngĐúc trên Đúc bằng dưỡng gạt kim loạiKhuơn áp lựcĐúc Đúc ly tâm Đúc liên tục

Đúc trong khuơn vỏ mỏng Đúc trong khuơn mẫu chảy

H.1.1 Sơ đồ phân loại phương pháp đúc

Đối với mỗi kim loại nguyên chất, bằng thí nghiệm người ta xác định được đường nguội nhất định Chúng có dạng chung như hình bên Mỗi kim loại có giá trị nhiệt độ kết tinh ( T0

kt ) xác định

1.1.3.2 Sự hình thành vật đúc trong khuôn qua 4 giai đoạn:

- Điền đầy hợp kim lỏng

- Hạ nhiệt độ từ nhiệt độ rót đến nhiệt độ kết tinh

- Vùng 1: Vỏ, hạt nhỏ có độ bền và độ cứng

cao

- Vùng 2: Tinh thể hạt dài, hình nhánh cây,

theo hướng của vectơ tản nhiệt, vuông góc,

1.1.5 Quá trình sản xuất đúc trong khuôn cát:

Thực chất và đặc điểm: Khuôn cát là loại khuôn được chế tạo bằng một hỗn hợp

có thành phần chủ yếu là cát và đất sét, loại khuôn này chỉ đúc được một lần phải phá khuôn và lõi khi lấy vật đúc đã đông đặc

- Trong khuôn cát có thể chế tạo vật đúc lớn, độ phức tạp cao

- Vật đúc trong khuôn cát có độ chính xác thấp, chất lượng bề mặt kém Năng suất không cao đòi hỏi bậc thợ cao Phương pháp này phù hợp với điều kiện sản xuất đơn chiếc, linh động, đơn giản nên được dùng rất phổ biến

Quy trình sản xuất đúc trong khuôn cát

123

Hình 2.1 Cấu tạo thỏi đúc

Quy trình sản xuất đúc trong khuôn cát có thể tóm tắt như sau :

Bộ phận kỹ thuật căn cứ theo bản vẽ cơ khí, lập ra bản vẽ đúc, trong đó có mặt phân khuôn, lõi, độ dốc đúc, lượng dư gia công cơ khí, dung sai, độ co ngót của kim loại khi đông đặc

1.1.6 Những nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng vật đúc

* Chất lượng vật đúc

+ Độ chính xác hình dạng và kích thước+ Độ nhẵn bóng bề mặt

+ Tính chất kim loại

* Nhân tố ảnh hưởng

- Hợp kim đúc:

- Loại khuôn đúc và phương pháp đúc

- Ảnh hưởng của công nghệ đúc

- Đọc kỹ bản vẽ, hình dung chi tiết, đọc điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết, hình dung cả vị trí làm việc của chi tiết đó trong thiết bị, yêu cầu chịu lực …

- Dự kiến trước sơ bộ quy trình gia công cắt gọt chi tiết đóù trên các loại máy xác định những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công nghệ Từ đó xem đã hợp lý với kết cấu vật đúc chưa, nếu chưa có thể thay đổi một phần kết cấu nhằm:

+ Đơn giản hoá kết cấu tạo, tạo điều kiện dễ đúc hơn : như lược bỏ các rãnh then, rãnh lùi dao, các lỗ nhỏ quá không đặt lõi được

+ Tăng hoặc giảm độ dày thành vật đúc, các gân gờ, chỗ chuyển tiếp giữa các thành vật đúc để dễ đúc hơn nhưng không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực, điều kiện làm việc của chi tiết

* Yêu cầu của một kết cấu kim loại:

- Bảo quản quy trình công nghệ làm khuôn đơn giản, thuận tiện

- Để xác định vị trí lòng khuôn trong khuôn đúc để tạo ra hướng kết tinh đúng nhằm nâng cao chất lượng hợp kim đúc loại bỏ các khuyết tật đúc

- Bảo đảm cho quy trình công nghệ gia công cắt gọt được thuận tiện

Sản xuất : Lỗ Φ≥ 50 mm → đơn chiếc

Lỗ Φ≥ 30 mm → hàng loạt

Lỗ Φ≥ 20 mm → hàng khối

 Nguyên tắc chọn mặt phân khuôn :

- Dựa vào công nghệ làm khuôn :

+ Rút mẫu dễ dàng, định vị lõi và lắp ráp khuôn

+ Chọn mặt có diện tích lớn nhất, dễ làm khuôn và lấy mẫu

+ Mặt phân khuôn nên chọn mặt phẳng tránh mặt cong, mặt bậc

+ Số lượng mặt phân khuôn phải ít nhất Để đảm bảo độ chính xác khi lắp ráp, công nghệ làm khuôn đơn giản

+ Nên chọn mặt phân khuôn đảm bảo chất lượng vật đúc cao nhất, những bề

mặt yêu cầu chất lượng độ bóng, độ chính xác cao nhất Nên đểû khuôn ở dưới hoặc thành bên Không nên để phía trên vì dễ nổi bọt khí, rỗ khí, lõm co

+ Những vật đúc có lõi, nên bố trí sao cho vị trí của lõi là thẳng đứng.Để định

vị lõi chính xác, tránh được tác dụng lực của kim loại lỏng làm biến dạng thân lõi, dễ kiểm tra khi lắp ráp

+ Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất, để dễ rút mẫu và dễ sữa khuôn, dòng chảy kim loại vào khuôn êm hơn, ít làm hư khuôn

+ Những kết cấu lòng khuôn phân bố ở cả khuôn trên và khuôn dưới nên chọn lòng khuôn trên nông hơn, như vậy sẽ dễ làm khuôn , dễ lắp ráp khuôn.Nên hình bên

ta nên chọn phương án 1

- Dựa vào độ chính xác của lòng khuôn:

Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ chính xác của lòng khuôn Do đó phải:

+ Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố vào trong 1 hòm khuôn Để tránh sai số khi lắp ráp khuôn

+ Những vật đúc có nhiều tiết diện khác nhau, nếu yêu cầu độ đồng tâm cao, người ta dùng thêm miếng đất phụ để đặt toàn bộ vật đúc trong một hòm khuôn

+ Miếng đất phụ sẽ làm thay đổi phần nào hình dạng mẫu để tạo ra tiết diện lớn nhất tại mặt phân khuôn

1.2.3 Xác định các đại lượng của bản vẽ vật đúc

* Lượng dư gia công cắt gọt : Là lượng kim loại bị cắt gọt trong quá trình gia công cơ

để tạo thành chi tiết

Lương dư gia công cơ phụ thuộc:

- Độ bóng, độ chính xác

- Kích thước bề mặt

Miếng đất phụ

- Bề mặt phía trên của vật đúc để lượng dư lớn hơn vì chất lượng xấu hơn nên phải cắt bỏ nhiều.

- Loại hình sản xuất

Những bề mặt không ghi độ bóng sẽ không có lượng dư gia công cơ

Lượng dư công nghệ : Là các lỗ có φ quá nhỏ, rãnh then, rãnh lùi dao, rãnh có

độ sâu quá nhỏ thì đúc đặc,sau này gia công cơ sau

* Lỗ φ 20 mm sản xuất hàng khối không đúc

* Lỗ φ 30 mm sản xuất hàng loạt không đúc

* Lỗ φ 50 mm sản xuất đơn chiếc không đúc

Đ c lú ỗ : dựa vào tính chất sản xuất Dùng lõi hoặc không dùng lõi

* Ở những thành thẳng đứng trong khuôn (vuông góc với mặt phân khuôn)

Phải để độ dốc , để đảm bảo việc dể dàng rút mẫu khi làm khuôn cát hoặc lấy vật đúc ra khỏi khuôn kim loại Sau khi đúc xong độ dốc có 3 dạng (tra bảng thiết kế đúc sổ tay công nghệ chế tạo máy)

+ Chiều cao thành vật đúc càng lớn càng nhỏ, mẫu gỗ có độ dốc lớn hơn mẫu

kim loại, mẫu làm khuôn bằng tay có độ dốc lớn hơn mẫu làm khuôn bằng máy

Độ dốc làm giảm kích thước vật đúc

* Góc đúc : Chổ mặt giao nhau giữa hai bề mặt liên tiếp của vật đúc bị nứt.Cần phải

làm góc lượn để khuôn không bị bể khi rút mẫu, vật đúc không bị nứt kim loại đông đặc, nguội trong khuôn

* Dung sai đúc:

Là sự sai số của kích thước vật đúc cho phép so với kích thước danh nghĩa (tra bảng) Dung sai của vật đúc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: phương pháp đúc, loại khuôn đúc, loại mẫu, hộp lõi…dung sai thành phần trên các khâu kích thước phải phù hợp với dung sai khâu khép kín

Kích thước vật đúc = kích thước chi tiết máy + dung sai đúc + lượng dư gia công cơ

1.3 Thiết kế mẫu và hộp lõi:

Là một loạt các mẫu khác nhau như : tấm mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu ngót Trong đó mẫu đúc và hộp lõi là bộ phận chủ yếu

Mẫu đúc dùng để chế tạo lòng khuôn đúc trong hỗn hợp làm khuôn Hộp lõi dùng để làm lõi (nếu có) Mẫu, hộp lõi thường do xưởng mộc sản xuất

Khuôn, mẫu, hộp lõi thường làm thành hai nửa và lắp với nhau bằng các chốt định vị

Khuôn đúc và lõi thường phải sấy khô để tăng cơ tính và khả năng thông khí

Chú ý : Bộ phận nấu chảy kim loại lỏng phải phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm

khuôn, lắp ráp khuôn để tiến hành rót kim loại lỏng vào khuôn kịp thời

Sau khi kim loại đông đặc, vật đúc được hình thành trong khuôn, tiến hành dỡ khuôn phá lõi, kiểm tra vật đúc bằng thủ công hoặc bằng máy

Kiểm tra là khâu cuối cùng, gồm kiểm tra hình dáng, kích thước, chất lượng bên trong

1.3.1 Thiết kế mẫu:

Để làm khuôn đúc ta phải có mẫu Hình dạng của mẫu gần giống như hình dạng

ngoài của chi tiết tinh cần có, còn hình dạng bên trong của chi tiết sẽ do lõi tạo nên Mẫu cũng như hộp lõi được làm liền hoặc làm rời thành hai nửa hoặc thành nhiều phần riêng biệt có thể lắp ghép với nhau để thành một mẫu hoàn chỉnh Mẫu được chế tạo theo bản vẽ của vật đúc

1.3.2 Lõi và hộp lõi :

Như ta đã biết hình dạng bên ngoài của vật đúc là do mẫu tạo nên, còn hình dạng bên trong của vật đúc là do lõi tạo nên Để chế tạo lõi ta phải làm hộp lõi, hộp lõi được chế tạo bằng gỗ, đôi khi để có thể sử dụng được lâu ta làm hộp lõi bằng kim loại, hộp lõi phải có hìmh dạng sao cho khi làm lõi xong đặt vào khuôn nó có thể nằm tại vị trí cần thiết mà không rơi hoặc tì sát vào mặt khuôn, vì thế lõi phải thêm các gối lõi là hai phần hình côn nón ở hai đầu.

- Có hai loại : lõi đứng và lõi ngang

1.4 Thiết kế hệ thống rót và đậu hơi, đậu ngót

1.4.1 Hệ thống rót : Để dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào trong khuôn đúc

* Yêu cầu của hệ thống rót :

- Điền đầy được khuôn nhanh chóng

- Hao phí kim loại ít

- Dòng chảy phải êm, liên tục, kim loại không bị va đập vào khuôn lõi làm bể cát

- Rãnh dẫn vào khuôn đúc không được nằm ngay dưới chân ống rót.

- Không được ở phía cuối cùng của rãnh lọc sĩ

- Rãnh dẫn phải nằm dưới rãnh lọc sĩ thì kim loại mới sạch được

- Rãnh lọc xỉ :là một phần của hệ thống rót nằm dưới chân ống rót

- Rãnh dẫn :phải nằm phía mặt dưới của rãnh lọc xỉ

1.4.2 Đậu hơi - đậu ngót:

1.4.2.1 Đậu hơi: Là ống để dẫn khí từ trong lòng khuôn thoát ra ngoài do vậy phải

đặt ở vị trí cao nhất

Tùy thuộc kích thước vật đúc có thể có nhiều đậu hơi Đối với vật đúc có độ co kim loại ít , khối lượng nhỏ (gang xám) đậu hơi có tác dụng vừa thoát khí vừa bổ sung kim loại khi co ngót

• Hình dạng: hình chữ nhật, hình tròn và hình côn (150)

1.4.2.2 Đậu ngót: Thường dùng để đúc vật đúc thép, kim loại màu, độ co nhiều Là nơi để chứa kim loại lỏng đông đặc sau cùng so với vật đúc có tác dụng bổ sung kim loại cho vật đúc khi đông đặc và ngược lại cho vật đúc khi đông đặc và nguội vàthường đặt ở thành dày nhất của vật đúc

1.4.2.3 Vị trí dẫn kim loại lỏng vào khuôn

- Vật đúc co ít, thành dày mỏng tương đối đồng đều nên dẫn kim loại vào chổ

mỏng nhất của vật đúc

Mặt thoáng kim loại lỏng

Lòng khuôn

1: Cốc rót2: Ống rót3: Rãnh lọc xĩ4: các rãnh dẫn

- Vật đúc co nhiều (thép) có thành dày mỏng khác nhau nhiều nên dẫn kim loại

vào phía thành dày của vật đúc để kim loại đông đặt có hướng để bổ sung kim loại khi ngót ở chổ dày phải dùng thêm đậu ngót hoặc là miếng sắt nguội

1.5 Công nghệ chế tạo khuôn và lõi

1.5.1 Vật liệu làm khuôn và làm lõi:

Hỗn hợp làm khuôn và làm lõi gồm có cát, đất sét, vật liệu phụ và chất dính kết Hỗn hợp đó cần có tính dẻo, độ bền, tính thông khí, bền nhiệt, bền lâu, độ ẩm, mềm, ít tạo ra khí và không vỡ nhất là đối với lõi

+ Tính dẻo: bảo đảm cho hỗn hợp khi tạo hình khuôn không bị vỡ, chất lượng

của nó phụ thuộc vào lượng nước chứa trong hỗn hợp (trong điều kiện bình thường) lượng nước từ 3,5 đến 5,5% Nếu lượng nước lớn hơn thì đất sét trong thành phần hỗn hợp làm khuôn sẽ bị loãng đi và làm giảm tính dẻo Nếu lượng nước không đủ, đất sét sẽ khó dính với cát và sẽ lảm giảm tính dẻo Hạt cát nhỏ làm tăng độ bền, độ dẻo của hỗn hợp nhưng lại làm giảm độ thông hơi

+ Độ bền: đảm bảo cho các hạt của hỗn hợp không bị tách rời giữa hạt này và

hạt khác Độ bền của hỗn hợp làm lõi phụ thuộc vào chất lượng và số lượng của chất dính kết, còn hỗn hợp làm khuôn thì phụ thuộc vào lượng của đất sét

+ Tính thông khí: Tính thông khí phụ thuộc vào kích thước hạt các hỗn hợp,

mức độ nén chặt, số lượng đất sét, chất bẩn than, bụi, độ ẩm ….Càng có nhiều chất bẩn trong cát thì càng làm tăng mức nén chặt và làm giảm tính thông khí

+ Tính bền nhiệt: Tính bền nhiệt đảm bảo cho hỗn hợp không bị nóng chảy do

ảnh hưởng của nước kim loại nóng chảy rót vào khuôn Tính bền nhiệt thường phụ thuộc vào chất lượng cát và đất sét Càng ít tạp chất thì càng nâng cao tính chịu nhiệt

+ Tính bền lâu: Là đảm bảo cho hỗn hợp giữ được tính chất ban đầu sau khi đã

dùng nhiều lần Đối với hỗn hợp làm lõi, ngoài các tính chất trên, cần phải có tính mềm tốt, ít sinh khí và dễ phá vỡ khi dỡ khuôn

1.5.2 Chế tạo khuôn và lõi bằng tay

Có hai phương pháp làm khuôn là làm khuôn bằng tay và làm khuôn bằng máy

Làm khuôn bằng tay: Làm khuôn bằng tay được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ Đặc điểm của phương pháp làm khuôn bằng tay là:

Độ chính xác của khuôn không cao, năng suất thấp yêu cầu trình độ công nhân cao, điều kiện lao động nặng nhọc

Có thể đúc được những chi tiết có độ phức tạp kích thước và khối lượng tuỳ ý

1.5.3 Làm khuôn bằng máy:

Làm khuôn bằng máy có đặc điểm là năng suất và độ chính xác cao, giảm nhẹ được cường độ lao động của công nhân vì nó được cơ khí hoá quá trình làm khuôn, hoặc cơ khí hoá một số động tác cơ bản của quá trình đó như đầm chặt, rút mẫu v.v… làm khuôn bằng máy chỉ sử dụng trong sản xuất hàng loạt hoặc hàng khối

1.5.4 Lắp ráp khuôn:

Sau khi đã làm xong khuôn, lõi và sấy khô, ta lắp chúng lại với nhau, độ chính xác của khuôn được xác định bởi các chốt định vị ,độ chính xác này quyết định tới độ chính xác của vật đúc, vì vậy khi lắp ráp khuôn phải hết sức thận trọng và không được làm vỡ khuôn

Chương 2: ĐÚC CÁC HỢP KIM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC

ĐẶC BIỆT2.1 Đúc các hợp kim:

Ví dụ đúc trong khuôn cát tính chảy loãng của kim loại cao hơn so với đúc trong khuôn kim loại do khuôn cát có tốc độ dẫn nhiệt thấp hơn

2 - Tính co của kim loại

- Tính co càng tăng tính đúc càng kém Vì đúc vật đúc ra dễ bị các khuyết tật, lõm co, rỗ co

- Thành phần hỗn hợp của các nguyên tố trong kim loại

- Nhiệt độ rót kim loại

2.1.2.1 Đặc điểm khi đúc gang

Tính chảy loãng cao nên đúc được các vật đúc thành mỏng, phức tạp

Khối lượng riêng của gang lớn, nên ít lẫn các tạp chất, xỉ, bọt khí

Công nghệ khuôn không phức tạp, chất lượng đúc cao

Nấu luyện đơn giản

2.1.2.2 Nấu gang

a Phôi liệu: là các vật liệu nấu chảy đưa vào lò gồm: vật liệu kim loại, nhiên liệu và chất trợ dung Vật liệu kim loại trước khi đưa vào lò phải làm sạch gỉ và chất bẩn và phải đập nhỏ sao cho kích thước của vật liệu phải nhỏ hơn 1/3 đường kính trong của lò

Vật liệu gồm : Gang đúc (gang chế tạo từ lò cao) 30 đến 50%, gang vụn từ 20 đến

30% thép vụn từ 0 đến 10% vật liệu về lò từ 30 đến 50% Các vật liệu khác như Fêro hợp kim, quặng từ 1 đến 2%

b Nhiên liệu: Trong lò đứng nhiên liệu nấu gang chủ yếu là than cốc vì nó có nhiệt lượng cao, ngoài ra còn có thể dùng than đá, than gầy nhiệt luyện

c Chất trợ dung: Mục đích đưa chất trợ dung vào trong khi nấu chảy gang là để làm cho xỉ loãng, chất trợ dung thường là đá vôi, đô lô mít, xỉ lò mác tanh ….Tỷ lệ chất trợ dung thường bằng 4 đến 5% khối lượng vậït liệu kim loại

2.1.2.3 Nấu chảy gang: rót khuôn, dỡ khuôn, làm sạch :

Rót khuôn: Gang chảy lỏng từ lò nấu được tháo vào những thùng rót để rót vào

khuôn, thùng rót có vỏ ngoài bằng thép tấm dày từ 6 đến 8mm đáy dày từ 10 đến 13mm, bên trong có lát lớp gạch chịu lửa dày 20mm

Dỡ khuôn: Sau khi rót gang lỏng vào khuôn để nguội một thời gian, ta tiến hành dỡ

khuôn Dỡ khuôn quá sớm sẽ gây cong, vênh, nứt vật đúc

Làm sạch: Vật đúc sau khi dỡ khỏi hòm khuôn gồm cả đậu rót, đậu ngót, đậu hơi …

và mặt ngoài dính lẫn cả hỗn hợp làm khuôn Các đậu có thể đập gẫy bằng búa còn hỗn hợp làm khuôn dính trên mặt ngoài vật đúc phải tiến hành làm sạch Có thể làm sạch vật đúc bằng tay, dùng chổi thép quét hoặc búa, đục để đục

* Vật liệu nấu : Đồng nguyên chất dạng thỏi, dạng tấm , dùng các nguyên tố hợp kim cho vào đồng Zn, Sn, Pb, Al

Đồng hoà tan nhiều khí O2,H2 dùng Cu-P (90%Cu, 10%P) khử O2

Cu-P + O2 → P2O5 + CuO

* Chất trợ dung :

° Che phủ bề mặt của kim loại màu để không bị oxy hoá

° Có tác dụng tạo xỉ chảy lõang nhẹ nổi lên

° Than củi, nùm cưa, các muối clorua natri

ª Phủ chất trợ dung lên trên cùng

ª Không khuấy trộn nhiều

ª Cho CuP để khử O2 (0.09 ÷ 1%) khối lượng vật liệu kim loại

Hợp kim nhôm-đúc (Silumin Al-Si)

Hợp kim nhôm biến dạng (Al-Cu-Si, Al-Mg, AL-Ni)

* Lò nấu: Nồi nấu bằng gang thì phải phải sơn vì nguyên tố Fe có hại cho nhôm

* Vật liệu nấu : Al thỏi, tấm, vật liệu nhôm dư hỏng hồi liệu khi nấu thì kim loại đưa vào nhôm dưới dạng hợp kim

* Chất trợ dung: Muối clorua

Chất biến tính làm nhỏ hạt : Na 1%

* Quá trình nấu:

Nấu hợp kim nhôm dưới lớp trợ dung

Nấu bằng cách tinh luyện và dùng khí Clo

Chú ý : Khi nấu nhôm có lớp oxit nhôm trên bề mặt có tác dụng che phủ không cho

lớp nhôm nguyên chất ở phía dưới bị oxy hoá Do vậy không được khuấy trộn trong quá trình nấu

* Đặc điểm khi đúc nhôm:

- Thường đúc trong khuôn kim loại có độ bóng và độ chính xác cao

Khuyết tật mặt ngoài: Vật đúc bị cháy cát, mặt ngoài vật đúc xù xì, vật đúc bị lõm,

vật đúc bị xước

Khuyết tật về nứt: Gồm nứt nóng do kim loại lỏng khi co lại bị cản trở và nứt nguội sinh ra do ứng suất bên trong vật đúc ở nhiệt độ thấp

Khuyết tật do những lỗ hổng trong vật đúc: Gồm rỗ khí do khí sinh ra trong quá

trình rót kim loại lỏng vào khuôn, hoà tan vào kim loại lỏng không thoát ra được, rỗ co

do cấu tạo của khuôn không đúng, không đảm bảo cho vật đúc co rút đều đặn

Khuyết tật do lẫn tạp chất: Gồm rỗ xỉ rỗ cát vật đúc lẫn tạp chất phi kim loại.

Sai tổ chức: Gồm sai cỡ hạt (hạt tinh thể kim loại hay hợp kim) vật đúc bị biến

trắng, vật đúc bị thiên tích

Sai về thành phần hoá học và cơ tính: Sai về thành phần hoá học là do thành

phần mẻ liệu không đúng, sai cơ tính, sai tính chất vật lý của kim loại và hợp kim

Để kiểm tra vật đúc ta có thể kiểm tra :

+ Kiểm tra bằng mắt thường

+ Kiểm tra các khuyết tật bên trong bằng siêu âm, tia ga ma, tia X

+ Kiểm tra tổ chức và kích thước hạt.

+ Kiểm tra tính chất cơ lý của vật đúc

2.2 Các phương pháp đúc đặc biệt:

Trong công nghệ chế tạo máy móc, ngoài việc đúc trong khuôn cát, người ta còn dùng các phương pháp đúc đặc biệt có năng suất và độ chính xác cao Các phương pháp đúc đặc biệt thường dùng là: Đúc bằng khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc bằng khuôn mẫu chảy

2.2.1 Đúc bằng khuôn kim loại :

2.2.1.1 Thực chất, đặc điểm, công dụng:

Đúc trong khuôn kim loại thực chất là rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại

Vật đúc bằng khuôn kim loại có độ chính xác cao, (cấp 6,7) và độ nhẵn từ ∇4

đến ∇7, lượng dư gia công ít

Tốc độ nguội nhanh nên tổ chức hạt kim loại nhỏ, mịn, chất lượng cao, cơ tính tốt

Khuôn sử dụng được nhiều lần (từ vài trăm đến hàng vạn lần) Tiết kiệm vật liệu làm khuôn, điều kiện lao động tốt

Tuy vậy đúc trong khuôn kim loại có nhược điểm sau :

- Tính co kém ngăn cản sự co khi nguội làm vật đúc dễ nứt

- Độ dẫn nhiệt của khuôn lớn nên giảm khả năng điền đầy của kim loại Khi đúc gang bề mặt vật đúc dễ bị hoá trắng Do đó thường trước khi rót kim loại, tuỳ theo từng loại vật liệu đúc tiến hành sấy khuôn từ 150 đến 4500 để giảm tổn thất nhiệt -Giá thành của khuôn cao nên thích hợp với sản xuất hàng loạt và hàng khối

2.2.1.2 Vật liệu làm khuôn, làm lõi :

- Vật liệu làm khuôn như gang, thép hợp kim, thép cácbon, hợp kim đồng đỏ, hợp kim nhôm Vật liệu làm lõi bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp làm khuôn

- Vật liệu sơn khuôn để tăng chất lượng vật đúc và kéo dài tuổi thọ của khuôn người ta quét lên bề mặt lòng khuôn và lõi lớp sơn đệm chịu nhiệt bằng vật liệu bột chịu lửa dày 0,1 đến 0.2mm (1 đến 2 lần/ca) hoặc được quét một lớp dầu mazut, dầu hỏa, dầu thực vật sau mỗi lần rót tháo khuôn

- Làm sạch bề mặt lòng khuôn sau mỗi lần đúc

- Độ bền cao hơn khuôn cát, năng suất cao

Tuy vậy đúc áp lực cũng có nhược điểm :

- Lõi phải làm bằng kim loại nên hình dạng bên trong của vật đúc không được quá phức tạp

- Khuôn đúc mau mòn do áp lực cao và tốc độ dòng kim loại vào khuôn lớn

- Ít dùng để đúc kim loại đen vì nhiệt độ nóng chảy cao

- Giá thành khuôn cao nên thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn

- Trong thực tế phương pháp đúc áp lực cũng được dùng nhiều để đúc các chi tiết phức tạp, vỏ mỏng như vỏ bơm xăng dầu, van dẫn khí, vỏ bộ chế hỏa khí bằng hợp kim, kim loại màu

2.2.3 Đúc ly tâm :

2.2.3.1 Thực chất đặc điểm công dụng:

- Đúc ly tâm thực chất là rót kim loại vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm sinh ra trong khi quay, kim loại lỏng bị ép vào khuôn và đông đặc tại đó

- Đúc được những chi tiết hình tròn xoay, rỗng và không cần lõi

- Không cần hệ thống rót, do đó tiết kiệm kim loại

- Nhờ lực ly tâm kim loại bị dồn ép trong khuôn do đó độ điền đầy khuôn tốt, không cần đậu ngót, đúc được vật có thành mỏng

- Tổ chức kim loại mịn, chặt, ít bị tạp chất, xỉ và phi kim loại tồn tại trong vật đúc (vì các loại này có tỷ trọng nhỏ hơn kim loại nên lực ly tâm nhỏ)

Tuy vậy đúc ly tâm còn có nhược điểm:

- Chỉ đúc được các vật tròn xoay rỗng

- Đường kính lỗ vật đúc không chính xác, chất lượng bề mặt lỗ kém (lẫn tạp chất, xỉ ).

- Khuôn cầùn có độ bền cao vì làm việc ở nhiệt độ cao, chịu lực ly tâm của kim loại, khuôn quay tốc độ cao nên phải cân bằng, phải làm kín tốt

- Vật đúc dễ có hiện tượng thiên tích do trọng lượng riêng của các nguyên tố kim loại trong hợp kim khác nhau nên lực ly tâm khác nhau

2.2.3.2 Các phương pháp đúc ly tâm:

Đúc ly tâm đứng: Dùng đúc các vật ngắn

Đúc ly tâm nằm: phương pháp này dùng đúc các vật dài Do phải dùng máng rót nên không đúc được những vật có đường kính quá nhỏ Máng rót thường được dịch vào tới 1/3 chiều dài khuôn

2.2.4 Đúc trong khuôn làm bằng mẫu chảy:

Đúc trong khuôn mẫu chảy thực chất đúc trong khuôn cát nhưng mẫu làm bằng vật liệu dễ chảy như (sáp, paraphin) do đó việc lấy mẫu ra khỏi lòng khuôn được thực hiện bằng cách làm nóng chảy mẫu rồi rót ra theo hệ thống rót Vật liệu chế tạo khuôn bằng chất liệu đặc biệt nên chỉ cần độ dày nhỏ (6 đến 8mm) nhưng lại rất bền, chịu nhiệt Phương pháp này đúc được các vật nhỏ, phức tạp

- Độ chính xác và độ bóng bề mặt cao, không có mặt phân khuôn nên không có khuyết tật do lắp ráp khuôn gây ra

Nhược điểm :

- Cường độ lao động cao chu trình sản xuất dài, giá thành chế tạo khuôn cao, phương pháp này được dùng trong sản xuất hàng loạt để chế tạo các loại thấm cao như cle, bánh răng, cánh tua bin, chi tiết dưới 10kg, phức tạp

2.2.5 Đúc trong khuôn vỏ mỏng:

* Khái niệm: Đúc trong khuôn vỏ mỏng là dạng đúc trong khuôn cát nhưng thành khuôn vỏ chừng 6÷8 mm

* Đặc điểm:

- Đúc được gang thép kim loại màu

- Thông khí tốt, truyền nhiệt kém, không hút nước và bền nên vật đúc ít rỗ, xốp, nứt

- Đơn giản hoá quá trình dỡ khuôn và làm sạch vật đúc

- Dễ cơ khí hoá và tự động hoá

Chương 3: GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC

3.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại phương pháp gia công kim loại bằng áp lực

3.1.1 Khái niệm chung:

Gia công kim loại bằng áp lực là dựa vào khả năng biến dạng dẻo của kim loại tức là dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại (ở trạng thái nóng hoặc nguội) làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi Kết quả là làm thay đổi hình dạng ban đầu của khối kim loại biến thành hình dạng mới theo ỵêu cầu nhưng không phá hủy tính liên tục và

độ bền của chúng

3.1.2 Đặc điểm:

- Kim loại gia công ở thể rắn

- Làm thay đổi hình dạng, kích thước phôi liệu ban đầu đạt độ chính xác khá cao

- Làm thay đổi cơ lý hoá tính của kim loại, kim loại mịn chặt hơn,hạt đồng đều Khử các khuyết tật do đúc gây ra như (rỗ khí rỗ co), nâng cao cơ tính, tuổi thọ của chi tiết

- Năng suất cao (rèn khuôn, dập tấm )

- Tạo ra những chi tiết không cần qua gia công cơ hoặc một hình thức gia công khác

3.1.3 Các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực:

- Có nhiều phương pháp gia công kim loại bằng áp lực như: cán, kéo, ép, rèn dập, dập nguội, rèn khuôn v.v… Mỗi phương pháp có những đặc điểm riêng nhưng đều giống nhau ở nguyên lý cơ bản là dựa trên sự biến dạng dẻo của kim loại

Ngoài các phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nói trên trong công nghiệp hiện đại còn sử dụng các phương pháp khác như: lăn ép trong trạng thái nóng (để tạo hình phôi của bánh răng v.v ) hoặc gia công áp lực bằng chất nổ, bằng thuỷ lực

3.2 Biến dạng dẻo của kim loại

Kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực đều xảy ra ba giai đoạn là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, phá hủy

Xét biến dạng dẻo là biến dạng mà sau khi đã bỏ lực tác dụng vẫn còn một phần biến dạng dư được giữ lại và trên các phần tử của vật thể không nhận thấy có sự phá huỷ.

Biến dạng dẻo ở kim loại bao gồm biến dạng dẻo của đơn tinh và đa tinh

- Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Là biến dạng dẻo theo cơ chế trượt và song

tinh Kim loại khác nhau thì có tính dẻo khác nhau

- Biến dạng dẻo của đa tinh thể: Đa tinh thể là tập hợp của các đơn tinh Biến

dạng của đa tinh gồm 2 dạng:

+ Biến dạng trong nội bộ hạt: Gồm sự trượt và song tinh Sự trượt xảy ra đối với các hạt có phương kết hợp với phương của lực tác dụng 450sẽ trượt trước rồi đến các mặt khác Sự song tinh sảy ra khi có lực tác dụng lớn đột ngột gây ra biến dạng dẻo của kim loại

+ Biến dạng ở vùng tinh giới: Tại đây chứa nhiều tạp chất dễ chảy và mạng tinh thể bị rối loạn cho nên sự trượt và biến dạng thường ở nhiệt độ >9500C

3.3 Những nhân tố ảnh hưởng tới tính dẽo và biến dạng dẽo của kim loại

3.3.1 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất:

- Trạng thái ứng suất kéo càng ít, nén càng nhiều thì tính dẻo kim loại càng cao

- Trạng thái ứng suất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn nén mặt phẳng

và đường thẳng còn trạng thái ứng suất kéo khối thì lại làm tính dẻo kim loại kém đi

3.3.2 Ảnh hưởng của thành phần và tổ chức kim loại:

Thành phần và tổ chức kim loại liên quan với nhau Kim loại ở trạng thái nguyên chất hoặc một pha dung dịch rắn bao giờ cũng có tính dẻo cao hơn và dễ biến dạng hơn so với kim loại có cấu tạo hỗn hợp cơ học hoặc hợp chất hoá học

Vd : Thép %C thấp dẻo hơn thép %C cao

3.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng và nhiệt độ:

Tốc độ biến dạng là lượng biến dạng dài tương đối trong một đơn vị thời gian

∗ Gia công nguội t0 = TKTL

Nếu tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại do có sự biến cứng của kim loại

* Gia công nóng t0 > TKTL

Ở nhiệt độ không quá cao :

dt V

d

.

=

3.4 Ảnh hưởng của biến dạng dẽo đến tổ chức và tính chất của kim loại

3.4.1 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại.

Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ nát của các hạt càng lớn, độ hạt càng giảm

3.4.2 Ảnh hưởng của biến dạng dẽo tới lý tính của kim loại

Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường trong kim loại

- Tính dẫn điện : Biến dạng dẻo tạo ra sự sai lệch trong mạng tinh thể làm tính liên

tục của điện trường trong tinh thể bị phá vỡ, ngoài ra nó còn tạo những màng chắn cản trở sự chuyển động tự do của điện tử Đây là nguyên nhân làm tăng điện trở của kim loại

- Tính dẫn nhiệt: Biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt Do biến dạng dẻo làm xô

lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao động nhiệt của các điện tử

- Từ tính: Các sai lệch tạo ra khi biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường

cơ bản trong kim loại do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ,…

3.4.3 Ảnh hưởng của biến dạng dẽo tới hoá tính của kim loại

Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của các kim loại tăng do đó hoạt tính hoá học của kim loại cũng tăng lên

3.5 Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công kim loại bằng áp lực

3.5.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo

Khi gia công áp lực nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định bằng góc đàn hồi , phụ thuộc vào moduyn đàn hồi E của vật liệu và chiều dày tấm kim loại)

* Gia công nguội: Kim loại dạng tấm sẽ chịu ảnh hưởng lớn

* Gia công nóng: Kim loại dạng khối, ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi có thể bỏ qua

Thường để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng biến dạng

dư do biến dạng đàn hồi gây ra

3.5.2 Định luật ứng suất dư

Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội không đều, lực biến dạng, lực

ma sát… phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dư tồn tại cân bằng bên trong vật thể kim loại Nếu không cân bằng thì sẽ có quá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dư tồn tại cân bằng

3.5.3 Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạngGọi thể tích vật trước khi gia công là V0

Gọi thể tích vật sau khi gia công là V

Vật thể có chiều cao, rộng, dài trước khi gia công là: h0 ; b0 ; l0

Vật thể có chiều cao, rộng, dài sau khi gia công là: h ; b ; l

Theo điều kiện thể tích không đổi ta có : h.b l = h0.b0.l0

0lnln

o o

l b

b h

h

σ1 +σ2 +σ3 =0 (*)

Phương trình (*) gọi là phương trình điều kiện thể tích không đổi

3 2

σ : là các ứng biến chính

Nhận xét: Khi gia công biến dạng nếu tồn tại cả ba ứng biến chính nghĩa là có sự thay

đổi kích thước cả ba chiều thì đầu của một ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia

và có giá trị tuyệt đối bằng tổng của hai ứng biến kia

3.5.4 Định luật trở lực bé nhất

10 0 0

=

xx

l

l b

b h h

Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đường viền có chu vi bé nhất.

Áp dụng để thiết kế hình dáng của phôi trước khi gia công

3.6 Nung nóng kim loại để gia công áp lực

3.6.2 Những hiện tượng xảy ra khi nung

- Hiện tượng ôxy hóa

Khi nung nóng ở nhiệt độ cao kim loại dễ bị ôxy hóa tạo một lớp oxit kim loại, bong ra khỏi bề mặt làm hao hụt kích thước, khối lượng phôi.Do vậy khi tính toán phôi phải kể đến lượng ôxy hóa

- Hiện tượng thoát cacbon

Khi nung thép các chất khí như O2,CO2,H2, H2O, có trong môi trường khí lò

dễ tác dụng với Fe3C của thép làm cho hàm lượng cacbon trên bề mặt thép giảm đi, nhưng không làm giảm kích thước gọi là hiện tượng thoát cacbon

+ Làm ảnh hưởng tới cơ tính của bề mặt phôi (làm giảm độ bền, tăng độ cứng) + Thép cacbon cao khi nung lên bề mặt bị cháy dẫn đến cứng và chai nên khi gia công cắt gọt dễ bị mẻ dao

- Hiện tượng quá nhiệt

Khi nung kim loại lên gần nhiệt độ đường đặc (t0 chảy - 1500) làm cho độ dẻo giảm, độ cứng tăng lên, gia công dễ bị nứt vì ở đó độ hạt kim loại quá lớn

Để khắc phục hiện tượng này ta thường ủ kim loại

- Hiện tượng cháy kim loại

Là hiện tượng khi nung kim loại lên nhiệt độ trên vùng quá nhiệt (gần đường đặc) phần kim loại ở biên giới hạt sẽ bị cháy phát ra hoa lửa (thép) hoặc sủi bọt (Cu+Al)

- Hiện tượng nứt

+ Khi nung thép cacbon cao,thép hợp kim nếu nung với tốc độ nhanh thì sẽ làm nứt phôi do hiện tượng truyền nhiệt của kim loại kém, độ dẫn nhiệt và độ dẻo kém.

+ Khi kết thúc gia công ở nhiệt độ quá thấp cũng gây nứt phôi do hiện tượng biến cứng của bề mặt kim loại

+ Đối với thép cacbon thấp ,kim loại và hợp kim màu có thể nung với tốc độ bất kì

3.6.3 Chế độ nung kim loại

Chế độ nung bao gồm nhiệt độ nung, thời gian nung và tốc độ nung

* Nhiệt độ nung kim loại

(nhiệt độ bắt đầu gia công, nhiệt độ kết thúc gia công)

Chọn nhiệt độ gia công cần bảo đảm kim loại dẻo nhất, chất lượng vật nung, kim loại biến dạng tốt nhất và hao phí ít nhất Có 3 phương pháp xác định nhiệt độ nung:

- Dựa vào giản đồ trạng thái

- Dựa vào công thức kinh nghiệm

- Dựa vào màu sắc phôi:

+ Thép màu sáng trắng phôi quá nhiệt

+ Thép màu vàng rơm t0BĐGC = t0nung

+ Thép màu tím hoa cà t0KTGC

t0KTGC > 0.25 Tnc

* Thời gian nung

Chế độ nung hợp lí cần bảo đảm nung kim loại đến nhiệt độ cần thiết trong một khoảng thời gian cho phép nhỏ nhất

tnung = α β K D D (giờ)

α : Hệ số sắp xếp phôi trong lò

β : Hệ số kích thước phôi (L/D)

K : Hệ số truyền nhiệt kim loại

D : Đường kính phôi hoặc chiều dài cạnh ngắn nhất của phôi

* Tốc độ nung

Tốc độ nung ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng nung.

Có 2 giai đoạn để xác định tốc độ nung:

- Giai đoạn nhiệt độ thấp (thép từ 8000 ÷8500): Giai đoạn này kim loại có tính

dẻo thấp, sự nung nóng phụ thuộc tính truyền nhiệt của kim loại

Tốc độ nung giai đoạn này gọi là: “Tốc độ nung cho phép”: Vn

Vn cần chậm để tránh kim loại bị nứt nẻ hoặc biến dạng

- Giai đoạn nhiệt độ cao (> 8500C)

Tốc độ nung giai đoạn này gọi là: “Tốc độ nung kĩ thuật”

Giai đoạn này cần nung nhanh để giảm sự ô xy hóa, vì ở nhiệt độ cao tính dẻo của kim loại tăng nên không sợ nứt, nhưng tốc độ ôxi hóa mạnh

Nhiệt độ nung phụ thuộc vào vật liệu, kích thước vật nung

Tốc độ nung giai đoạn này có thể tra trong bảng của sổ tay rèn dập

- Lò dùng năng lượng điện phân

3.6.5 Làm nguội sau khi gia công

• Là một công việc rất quan trọng để đảm bảo chất lượng vật gia công

Chương 4: CÁN VÀ KÉO KIM LOẠI

4.1 Cán kim loại

4.1.1 Thực chất, đặc điểm của cán kim loại:

Cán là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực trong đó kim loại được biến dạng qua khe hở giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, khe hở nhỏ hơn vật cán

Hình dạng kích thước khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dạng kích thước tiết diện ngang của sản phẩm cán

- Khi máy cán có trục cán là hình trụ trơn ta sẽ cán được những tấm mỏng, các băng kim loại

- Khi máy cán bằng các trục cán có các rãnh định hình ta sẽ được các vật cán

có tiết diện khác nhau như tiết diện đường ray xe lửa, tiết diện chữ I, chữ U v v…

- Các phương pháp cán chủ yếu là cán dọc, cán ngang, cán nghiêng Hầu hết các trường hợp cán kim loại thường là cán dọc được sử dụng tới 90% trong công nghiệp cán

- Cán dọc được thực hiện trên máy cán có hai trục song song quay trái chiều nhau, phôi kim loại dịch chuyển vuông góc với đường tâm trục cán

* Các thông số biểu thị khi cán:

- Hệ số kéo dài:

1

0 0

1

F

F l

l

=

=

µ

l0, F0: Chiều dài, diện tích phôi cán

l1, F1: Chiều dài, diện tích tiết diện sau khi cán

- Lượng ép tuyệt đối: h = h0 – h1= D(1-cosα)

sin

N N

N N Y X

αα

sin

cos cos

T T

f N T

T Y X

α

- Nhóm các vật cán đăc biệt khác như trục, bánh xe.

Trong cán định hình chia làm 2 loại

- Loại đơn giản có các tiết diện cán được là: tròn, vuông, tam giác, lục giác, chữ nhật, ô van, chữ u, chữ z hoặc có thể cán phôi cho xưởng rèn

- Dạng tấm chia ra 3 loại là loại dày, loại mỏng và loại bản rộng

+ Loại dày thường làm thùng chứa, nồi hơi đóng tàu, xe bọc thép v.v

+ Loại mỏng làm các băng, các cuộn dài

+ Loại bản rộng có chiều rộng từ 200 đến 1500mm và chiều dày tữ 4 đến 60mm

4.1.3 Thiết bị cán:

Máy cán gồm có:

- Giá trục cán trên đó có lắp trục cán Trục cán quay được là nhờ động cơ qua hộp giảm tốc gồm các bộ bánh răng và khớp nối Giá trục cán gồm có hai đế nối với nhau bằng các bu lông hoặc tấm ngang Tất cả các bộ phận này được đặt trên một nền chung vững chắc

4.2 Kéo dây:

4.2.1 Đặc điểm:

Kéo là một quá trình gia công kim loại bằng áp lực, trong đó phôi được vuốt dài

ra qua một lỗ có hình dạng và kích thước nhất định Lỗ này có tiết diện nhỏ hơn tiết diện của phôi Quá trình kéo được áp dụng cho các kim loại khác nhau như thép, đồng, nhôm và các hợp kim của chúng

- Bề mặt vật sau khi kéo bị biến cứng

- Sức bền và độ cứng tăng, độ dẻo giảm

- Đạt độ chính xác cao về kích thước và hình dạng của vật sau khi kéo

- Có thể kéo được những dây kéo nhỏ tới đường kính 0,65mm hoặc nhỏ hơn nữa

Ứng dụng :

- Kéo các dây có đường kính nhỏ

- Kéo các ống mỏng, thép hình

- Kéo các chi tiết như then bằng, then bán nguyệt

Kim loại biến dạng qua lỗ tròn của khuôn kéo làm giảm tiết diện ngang F, mức

độ biến dạng tính theo hệ số kéo tương đối ε hoặc hệ số kéo tuyệt đối µ sau mỗi lần kéo:

%100.1

2 1

1

d

d F

F =

=µ

Trong đó: F1, F2: diện tích tiết diện ngang của hai lần kéo liên tiếp d1, d2

Phần vuốt nhẵn thường là hình trụ còn các hình khác đều là hình côn

Khuôn thép có thể dùng bằng thép dụng cụ hoặc hợp kim cứng tuỳ theo tính chất vật kéo Để giảm bớt ma sát ở khuôn kéo người ta dùng các chất bôi trơn như dầu,

mỡ, bột xà phòng v.v… Muốn phục hồi lại tính chất ban đầu sau khi kéo ta phải ủ để làm mất lớp biến cứng mặt ngoài

Hình 2.2 Khuôn kéo

 Hình 2.3 :Máy kéo có tang cuộn1.Ống cuộn; 2.Khuôn kéo; 3.Trống

5.1.2 Phân loại:

- Rèn dập: Là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ bình thường để tạo hình dạng và kích thước sản phẩm theo yêu cầu lực biến dạng có thể là lực động hay lực tĩnh

- Rèn tự do: Các phương pháp biến dạng gồm rèn tay và rèn máy

- Rèn khuôn (dập khuôn ): Các khuôn biến dạng bị hạn chế trong lòng khuôn

- Dập tấm: Là biến dạng kim loại dạng tấm mỏng dưới tác dụng của lực tĩnh, không có tính chu kỳ: dập nguội

Căn cứ vào tính chất chung của rèn tự do dụng cụ rèn có thể chia làm 3 nhóm là:

+ Nhóm dụng cụ công nghệ cơ bản như các loại đe, búa, bàn là, bàn tóp, chặt, mũi đột v.v…

+ Nhóm dụng cụ cặp chặt như các loại kìm, ê tô

+ Nhóm các dụng cụ kiểm tra và đo lường như ê ke, thước cặp Tất cả các dụng

cụ rèn tự do đều được tiêu chuẩn hoá về hình dáng,kích thước (chọn trong các sổ tay

rèn rập) Ở nhóm 1 và 2 đều thường làm bằng thép C40, C50, thép hợp kim hoặc thép dụng dụ, những phần không quan trọng như tay nắm, chuôi cán.…làm bằng thép CT38 Các bề mặt làm việc phải nhiệt luyện đạt độ cứng 40-57HRC

* Thiết bị rèn tự do :

Thiết bị rèn tự do bao gồm nhiều loại như: Máy rèn, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy nắn thẳng, máy vận chuyển v.v Về máy rèn cũng có nhiều loại như máy búa hơi, máy búa ván, máy búa lò xo, vật rèn thật lớn thì rèn trên máy ép thuỷ lực

* Máy búa hơi :

Nguyên lý hoạt động: Máy búa hơi có hai xi lanh công tác (10) Xi lanh nén khí

dùng để nén không khí đưa sang xi lanh công tác đẩy pít tông (12) lên xuống, đầu búa

sẽ đánh xuống vật rèn Động cơ (1) quay qua bánh đai (2) , bộ truyền đai (3) làm quay bánh đai (4) và trục khuỷu (5) thông qua biên (6) làm cho pít tông ép (8) chuyển động tạo ra khí ép ở buồng trên hoặc dưới xi lanh (7) Tuỳ theo vị trí của bàn đạp điều khiển (17) mà hệ thống van phân phối khí (9) sẽ tạo ra những đường dẫn khí khác nhau làm cho pít tông búa (12) có gắn trên pít tông và đe trên (13) chuyển động hay đứng yên trong xi lanh búa (10), đe dươí (14) được lắp vào gối đỡ đe (15) và được giữ chặt trên

5 Trục khuỷu; 6 Tay biên;

7.Xilanh ép; 8 Pittong ép;

9 Van khí; 10 Xi lanh búa;

11 Pittong búa; 12 Cán pittong;

13 Đe trên gắn với đầu búa;

14 Đe dưới ; 15 Thân đe;

16 Bệ đỡ; 17 Bộ phận điền khiển máy

Hình 5.2 Sơ đồ làm việc của máy búa hơi

+ Khi chồn kích thước theo chiều ngang của vật tăng lên, còn chiều cao thì giảm đi Lúc chồn lực búa đánh thẳng vào mặt đầu của vật do đó để tránh cho vật bị cong chiều cao của vật không được quá 2,5 lần đường kính của nó Nếu chỉ chồn một phần chiều cao của vật ta gọi là chùn đầu.

+ Khi vuốt: chiều dài của vật tăng lên còn kích thước theo chiều ngang giảm đi

Để tiến hành vuốt, ta đập búa liên tục trên vật sau mỗi nhát búa, đẩy dần vật dịch chuyển lên, đồng thời xoay vật mỗi lần 900

+ Khi đột: Ta dùng lực búa đánh vào mặt sau mũi đột và tạo nên một lỗ trên vật rèn, sau đó xoay ngược vật rèn lại đánh nhẹ mũi đột ra

+ Khi chặt: Đầu tiên ta chặt vật bằng đục, đến khi gần đứt hẳn thì dùng một miếng đệm đánh vào chỗ cần chặt vật sẽ đứt rời hẳn

+ Khi uốn cong vật, ta có thể dùng đầu máy búa để đè vật xuống đe, sau đó dùng búa tạ đánh cong vật xuống, cũng có thể dùng khuôn uốn cong vật

5.3 Rèn khuôn: (Dập thể tích )

5.3.1 Thực chất, đặc điểm:

Rèn khuôn là một phương pháp gia công kim loại bằng áp lực trong đó kim loại được biến dạng trong không gian hạn chế của lòng khuôn

So với rèn tự do rèn khuôn có ưu điểm :

- Độ chính xác và chất lượng của vật rèn cao

- Năng suất cao

- Có khả năng chế tạo được những chi tiết phức tạp

- Tiết kiệm được nguyên vật liệu

- Dễ cơ khí hoá và tự động hoá

- Thao tác đơn giản ,không yêu cầu bậc thợ cao

- Thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối

Nhược điểm :

+ Máy phải có công suất lớn, giá thành khuôn đắt, khuôn mau mòn

+ Phải tính toán phôi chính xác trước khi rèn

5.3.2 Thiết bị rèn khuôn và khuôn rèn:

* Thiết bị:

Khởi động: Mở động cơ 1 thông qua bộ truyền bánh đai 2, qua đai truyền 3, bánh đai lớn 4 Trục trung gian 5 làm quay bánh răng 6 và 7 chạy trơn trên trục 9

Máy làm vịêc: Aán bàn đạp 14 (hoặc nút điều khiển nếu có) ly hợp ma sát 8 đóng lại, trục khuỷu 9 quay thông qua tay biên 10 làm cho con trượt 11 chuyển động Dừng máy: Thôi tác động vào bàn đạp hoặc nút điều khiển, ly hợp ma sát 8 mở

ra ngắt truyền động lập tức phanh 12 hãm trục khuỷu dừng, đầu con trượt ở vị trí theo yêu cầu

* Khuôn rèn : Bộ khuôn rèn gồm có hai nửa khuôn trên và khuôn dưới

5.3.3 Kỹ thuật rèn khuôn: khi rèn khuôn phải tính toán phôi cho đúng

Khối lượng phôi rèn = khối lượng vật rèn + khối lượng ba via + khối lượng thất thoát (cháy) khi nung

Ký hiệu mpr = mspr + mbv + mtt

Nung phôi tới nhiệt độ cần rèn, sau đó cho phôi vào khuôn dưới và tiến hành cho máy chạy

Nếu phôi lớn sẽ vỡ khuôn

Nếu phôi nhỏ sản phẩm rèn sẽ bị khuyết

Chú ý :Trước khi rèn phải lấy chuẩn là vị trí thấp nhất của khuôn trên và cố định lại

5.4 Dập tấm

5.4.1 Khái niệm và đặc điểm

Dập tấm là một phương pháp gia công kim loại bằng áp lực để chế tạo ra sản phẩm có phôi liệu ở dạng tấm, dạng bản hoặc dạng cuộn dập tấm thường dùng trong trạng thái nguội nên còn gọi là dập nguội

Đặc điểm :

+ Thường dập những tấm mỏng [ 10mm

+ Độ chính xác và chất lượng sản phẩm cao

+ Có năng suất cao

+ Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá

+ Độ bền cao, đẹp độ nhẵn bóng cao

+ Trình độ tay nghề yêu cầu không cao

Công dụng: Dập tấm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như :

- Chế tạo ô tô

- Máy bay, tàu thuỷ

-Thiết bị điện, điện dân dụng

Rch: Bán kính lượn của chày

Rc : Bán kính lượn của cối

Z: Khe hở giữa chày và cối dập

Kích thước phù hợp với kích thước, hình dáng của sản phẩm

Ví dụ: sản phẩm chế tạò vỏ ô tô ,vỏ che động cơ điện ,long đen v v

5.4.3 Kỹ thuật dập tấm

Phổ biến nhất là 2 nguyên công đó là:

Nguyên công cắt phôi Nguyên công tạo hình

NC cắt phôi: Là tách một phần của phôi ra khỏi phần chung

NC tạo hình: Là dịch chuyển một phần của phôi nối với phần khác mà phôi không bị phá hủy

Máy cắt lưỡi dao song song: Khi cắt hai lưỡi dao luôn tiếp xúc với phôi trên cả

chiều rộng cắt Hành trình lưỡi dao nhỏ, đường cắt phẳng đẹp, lực cắt lớn

Máy cắt dao nghiêng: Lưỡi dao dưới nằm ngang cố định, dao trên nghiêng một

góp α = 2 đến 6 0, lực cắt giảm, lưỡi cắt tiếp xúc dần với vật cắt

Cắt bằng lưỡi cắt tròn: Lưỡi cắt là hai đĩa tròn quay ngược chiều nhau Hai trục

đĩa song song, đường kính đĩa phụ thuộc chiều dày

* Khi cắt theo đường tròn, sản phẩm có kích thước nhỏ và mỏng ta dùng phương pháp đột dập bằng cối và chày Từ những sản phẩm cắt dùng cối và chày để đột dập tạo ra các hình dạng vuông, tròn, tóp miệng v.v…

Chương 6: HÀN HỒ QUANG TAY VÀ HÀN ĐIỆN TIẾP XÚC

6.1 Cái khái niệm cơ bản về công nghệ hàn

6.1.1 Thực chất, đặc điểm và phân loại phương pháp hàn:

a.Thực chất:

Hàn là quá trình công nghệ nối hai hoặc nhiều phân tử (chi tiết, bộ phận) thành một khối bền vững bằng cách dùng nguồn nhiệt để nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái hàn Sau đó, kim loại lỏng tự kết tinh (ứng với trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chúng lại dính với nhau (ứng với trạng thái nguội dẻo) để tạo thành mối hàn

 So với đúc ,hàn có thể tiết kiệm được tới 50% khối lượng kim loại

 Hàn cho phép chế tạo các kết cấu phức tạp, siêu trường, siêu trọng, từ những vật liệu cùng loại hoặc từ những vật liệu có tính chất rất khác nhau phù hợp với điều kiện và môi trường làm việc khác nhau

 Hàn tạo ra các liên kết có độ bền và độ kín cao đáp ứng yêu cầu làm việc của các kết cấu quan trọng như võ tàu,bồn bể, nồi hơi , thiết bị áp lực, …

 Hàn có tính linh động và năng suất cao so với các công nghệ khác , dể cơ khí hoá ,tự động hoá quá trình sản xuất

 Mức độ đầu tư cho sản xuất hàn không cao

Tuy vậy, do trong quá trình hàn, vật liệu chịu tác động của nguồn nhiệt có công suất lớn, tập trung tròng thời gian dài, nên kết cấu hàn có những nhược điểm sau đây:

 Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng hàn và khu vực lân cận thay đổi,làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu , đặc biệt khi làm việc dưới tác dụng của tải trọng động, tải trọng thay đổi theo chu kỳ

 Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạng thái ứng suất và biến dạng dư, ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng ,kích thước, tính thẩm mỹ và khả năng làm việc của sản phẩm