Nghiên cứu công nghệ và thiết bị rèn hướng kính để tạo phôi ống

Phương pháp công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, hay công nghệ biếndạng tạo hình là một phương pháp công nghệ vừa là công nghệ chuẩn bị - tạophôi cho công nghệ cơ khí, vừa là công ng

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC 2

1.1 Công nghệ Gia Công Áp Lực ở Việt Nam 2

1.1.1 Vai trò và sự phát triển của GCAL 2

1.1.2 Hiện trạng công nghệ gia công áp lực ở Việt Nam 3

1.1.3 Xu hướng phát triển công nghệ gia công áp lực 5

1.2 Tìm hiểu về thiết bị và công nghệ gia công áp lực 6

1.2.1 Thiết bị gia công áp lực 6

1.2.2 Công nghệ gia công áp lực 10

1.3 Các dạng sản phẩm gia công áp lực 11

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ RÈN HƯỚNG KÍNH 15

2.1 Đặc điểm của công nghệ rèn hướng kính 15

2.2 Thiết bị và dụng cụ rèn hướng kính 16

2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của máy rèn hướng kính 16

2.2.2 Phân loại máy rèn hướng kính 17

2.3 Xác định các thông số công nghệ cơ bản và kích thước dụng cụ 17

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ RÈN HƯỚNG KÍNH SHK 28

3.1 Tìm hiểu chung về thiết bị 28

3.1.1 Thông số kỹ thuật 28

3.1.2 Các động cơ của thiết bị 30

3.1.3 Phạm vi ứng dụng của thiết bị 30

3.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị 31

3.2.1 Vị trí của các thiết bị gia công 31

3.2.2 Quy trình nạp phôi liệu 31

3.2.3 Quy trình vận hành rèn 32

3.2.4 Quy trình tháo dỡ sản phẩm 33

3.3 Khảo sát một số cụm chi tiết trong máy rèn hướng kính 34

3.3.1 Bộ phận buồng rèn 34

3.3.3 Hệ thống mâm kẹp ngược 37

3.3.4 Đầu kẹp, đường dẫn và xylanh tiếp liệu 39

3.3.5 Thiết bị nạp liệu và dỡ sản phẩm 41

3.4 Các yêu cầu trong quá trình bảo dưỡng máy 42

3.4.1 Bảo dưỡng định kỳ hàng tháng 42

3.4.2 Bảo dưỡng kiểm tra 6 tháng một lần 44

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT DẠNG ỐNG 45

4.1 Quy trình công nghệ chế tạo ống chịu áp lực 45

4.1.1 Xác định thứ tự các bước nguyên công 45

4.1.2 Các chỉ tiêu cơ tính và thành phần hóa học của vật liệu 46

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

LỜI NÓI ĐẦU

Gia công áp lực là một phương pháp cơ bản của gia công kim loại bằng áplực,trong đó sự tạo hình được thực hiện nhờ sự tác động của các kết cấu khuôngây nên biến dạng dẻo trong tấm kim loại.Gia công bằng áp lực cho phép tạo racác chi tiết có chất lượng và năng suất cao,nó không thể thiếu được trong cácngành kinh tế quốc dân

Được sự giảng dạy và hướng dẫn tận tình của các thầy trong bộ môn “Gia công áp lực” chúng em đã nắm được phần nào những kiến thức cơ bản về

“Công nghệ dập tấm” và “Công nghệ rèn-dập khối”.Đó là hành trang cơ bản

giúp chúng em lập nghiệp sau khi ra trường

Đồ án tốt nghiệp là phần thực hành bắt buộc đối với học viên chuyên ngành

“Gia công áp lực” với mục đích nhằm giúp học viên củng cố, hệ thống hóa và

vận dụng kiến thức đã được học trên lớp, từ đó nghiên cứu sâu hơn về thiết bị vàcông nghệ gia công áp lực Sau đây em xin trình bày đồ án “Đồ án tốt nghiệp”với đề tài:

“Nghiên cứu công nghệ và thiết bị rèn hướng kính để tạo phôi ống” do thầy

Nguyễn Trường An trực tiếp hướng dẫn

Trong quá trình thực hiện đồ án,em đã nhận được sự chỉ bảo và hướng dẫn

tận tình của thầy giáo hướng dẫn cũng như các thầy trong bộ môn “Gia công áp lực” Em xin chân thành cảm ơn.!

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Anh Thắng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC

1 1 Công nghệ Gia Công Áp Lực ở Việt Nam

1.1.1.Vai trò và sự phát triển của GCAL

Công nghệ gia công áp lực có từ rất lâu đời nhưng đến vài thế kỷ nay mớiđược phát triển nhờ sự phát triển của lý thuyết biến dạng dẻo và lý thuyết giacông áp lực Lý thuyết biến dạng dẻo và gia công áp lực kim loại dựa trên cơ sở

cơ học vật lý, đại số tuyến tính và ngày đang có một cuộc cách mạng về biếndạng tạo hình Các thành tựu lớn của cơ học vật rắn biến dạng, toán học môphỏng đã tạo cho công nghệ gia công áp lực sức mạnh mới

Phương pháp công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, hay công nghệ biếndạng tạo hình là một phương pháp công nghệ vừa là công nghệ chuẩn bị - tạophôi cho công nghệ cơ khí, vừa là công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng.Không những cho phép tạo ra hình dáng, kích thước sản phẩm mà còn cho sảnphẩm kim loại một chất lượng cao về tính chất cơ – lý – hóa, tiết kiệm nguyênvật liệu và cho năng suất lao động cao từ đó hạ giá thành sản phẩm

Gia công áp lực là dạng công nghệ duy nhất cùng một lúc biến đổi hìnhdáng kích thước và tổ chức kim loại, nên chúng được ứng dụng khi yêu cầu chấtlượng sản phẩm cao Trong điều kiện biến dạng xà xử lý nhiệt nhất định, tổ chứckim loại không thay đổi: phá bỏ tổ chức đúc, tạo tổ chức thớ, làm nhỏ hạt tinhthể, tạo têctua, phá vỡ và làm phân tán các hạt tạp chất…nhờ đó làm tăng tínhbền, độ dai va đập, khả năng chụi mỏi, chụi va đập, tăng tuổi thọ sản phẩm Sảnphẩm của công nghệ gia công áp lực rất đa dạng, gia công được nhiều loại vậtliệu, có thể tạo ra trạng thái siêu dẻo, gia công với biến dạng lớn hoặc gia côngcác vật liệu khó biến dạng

Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực là thước đo trình độ phát triểncủa một nền công nghiệp quốc gia Các công nghệ gia công áp lực kinh điển nhưcán – kéo – ép – rèn – dập chiếm 80% tổng sản lượng các dản phẩm kim loại và

hợp kim, đang tiếp tục hoàn thiện công nghệ, bảo đảm năng suất chất lượng sảnphẩm Ngành gia công áp lực còn mở ra một số hướng nghiên cứu và công nghệmới để phục vụ nhu cầu sử dụng ngày càng lớn của con người [1]

1.1.2 Hiện trạng công nghệ gia công áp lực ở Việt Nam

Công nghệ gia công áp lực trong ngành chế tạo cơ khí là một loại côngnghệ rất quan trọng, nó cho phép ta tạo phôi các chi tiết với lượng dư gia côngrất ít, tiết kiệm kim loại, năng lượng và chi phí lao động đồng thời cải thiện thớ

và cấu trúc kim loại từ đó nâng cao được độ bền của chi tiết so với phôi đúc.Công nghệ gia công áp lực bao gồm: Rèn, dập thể tích, dập tấm, ép chẩy,

ép thủy tĩnh ở trạng thái nguội và trạng thái nóng, ép chẩy thủy động, cán chu kỳ( cán kéo bình thường là 2 công nghệ thuộc ngành luyện kim)

Qua khảo sát của rất nhiều doanh nghiệp cơ khí chế tạo, chúng ta thấy ởnước chỉ sử dụng công nghệ rèn tự do bằng máy búa hơi để tạo phôi các chi tiết

có khối lượng nhỏ (dưới 100kg) Một số ít doanh nghiệp cơ khí có số lượng sảnphẩm cùng loại tương đối lớn đã bắt đầu dùng công nghệ dập trong khuôn (Nhàmáy Disoco có dây chuyền rèn phôi trục khuỷu cho xe Honda) Một số doanhnghiệp thuộc quân đội và doanh nghiệp sản xuất ngành cơ kim khí có sử dụngcông nghệ dập tấm và dập sâu Một số doanh nghiệp chuyên ép các sản phẩm từhợp kim nhôm và đồng đã có dùng công nghệ ép chẩy ở trạng thái nóng Chưa

có một cơ sở nào áp dụng công nghệ ép chảy thủy tĩnh và thủy động để tạo phôichi tiết, cũng chưa có một doanh nghiệp nào sử dụng công nghệ cán chu kì đểtạo phôi sơ bộ cho khâu rèn dập tiếp theo

Các thiết bị cho rèn tự do được sử dụng tại Việt Nam đa số tuyệt đối là cácbúa hơi có sức đập từ 50 -750kg Một số ít các công ty cơ khí lớn có trang bịmáy búa từ một tấn đến 3 tấn Đặc biệt tại Công ty Disoco có trang bị máy búa

10 tấn Bên cạnh các búa hơi trong các xưởng rèn của nhiều doanh nghiệp còntrang bị các máy dập ma sát và máy dập trục khuỷu có lực dập từ 100 tấn – 600tấn Cá biệt một số Công ty cơ khí có trang bị máy dập trục khuỷu có lực dậpđến 1600 tấn Với các thiết bị rèn dập rất nhỏ bé , ngoài ra tại các xưởng rèn lạikhông trang bị các tay máy và các thiết bị nâng vận chuyển thích hợp do đó

không thể nào rèn được các chi tiết có khối lượng đến 200kg ( mặc dầu với máybúa 10 tấn có thể rèn được chi tiết có khối lượng lớn hơn song vì không có taymáy nên không thể nào thao tác được)

Ở một số doanh nghiệp đã nhập những máy ép thủy lực nằm ngang với lực

ép tối đa đến 1650 tấn ( ép chi tiết khung nhôm, ống hợp kim nhôm v.v…Sốlượng máy ép ngang có lực ép lớn như vậy cũng chỉ có khoảng 10 thiết bị trong

cả nước Bên cạnh những máy ép thủy lực nằm ngang, tại một số doanh nghiệpcũng nhập các máy ép thủy lực đứng với lực ép từ 20 tấn, 40 tấn, 100 tấn, 1000tấn Các thiết bị ép đứng này được sử dụng rất đa dạng: để nắn thẳng, để tạohình biến dạng ở trạng thái nguội , để ép vật liệu bột nhằm tạo hình chi tiết tronglĩnh vực luyện kim bột v.v…

Đội ngũ cán bộ khoa học công nghệ ngành gia công áp lực đều là các kỹ sưđều là các kỹ sư được đào tạo ở trong và ngoài nước Số lớn trong họ có kiếnthức và kinh nghiệm song cũng đã khá nhiều tuổi, các kỹ sư trẻ chuyên ngànhgia công áp lực rất ít

Tóm lại, công nghệ gia công áp lực tại các doanh nghiệp cơ khí của nước tacòn quá yếu cả về công nghệ , thiết bị và đội ngũ cán bộ Các doanh nghiệp chỉtrang bị các búa hơi nhỏ, đa số thường dưới 450 kg, rất ít doanh nghiệp cơ khítrang bị búa đến 750 kg Số lượng doanh nghiệp trang bị búa hơi lớn từ 1 – 10tấn chỉ vào khoảng 10 doanh nghiệp ( tiêu biểu Công ty Disoco, cơ khí chế tạomáy mỏ TKV, Công ty xe lửa Hà Nội, Z111 Quân đội v.v…) Những doanhnghiệp được trang bị các búa lớn lại không có các thiết bị nâng vận chuyển , cáctay máy nên cũng không thể rèn được các chi tiết có khối lượng lớn

Rất ít doanh nghiệp áp dụng công nghệ rèn khuôn, dập thể tích Một sốdoanh nghiệp đã trang bị một số máy thủy lực có lực ép lớn từ 1000 - 1650 tấnsong chỉ dùng vào mục đích rất hẹp, không khai thác được hết năng lực của thiết

bị ( nhiều máy chỉ hoạt động 30% công suất và thời gian) Các công nghệ tiêntiến trong gia công áp lực đều chưa được áp dụng Hàng mấy chục năm naycông nghệ và thiết bị gia công áp lực đều chưa được đổi mới và tăng

1.1.3.Xu hướng phát triển công nghệ gia công áp lực

- Khác với công nghệ đúc và công nghệ hàn, đổi mới công nghệ trong giacông áp lực đòi hỏi phải đầu tư các thiết bị tương ứng Các thiết bị trong giacông áp lực thường rất đắt, do đó khi đổi mới công nghệ gia công áp lực là phảiđầu tư lớn

- Công nghệ rèn tự do cho năng suất thấp, chát lượng sản phẩm về hìnhdáng hình học không cao, song nó phù hợp với sản xuất đơn chiếc hoặc loại nhỏ,phù hợp với đặc thù của các doanh nghiệp cơ khí chế tạo ở nước ta, mặt khácđầu tư cũng không lớn Vì vậy nên trang bị đầy đủ và đồng bộ hơn cho côngnghệ rèn tự do để có thể rèn được các chi tiết lớn hơn

- Nên đầu tư một xưởng rèn lớn với máy búa hơi đến 30 tấn, 20 tấn, 10 tấn,

3 tấn, 1,5 tấn, 1 tấn, 750kg, 450kg với số lượng phù hợp để đảm bảo rèn các chitiết lớn cho cả nước Nên đầu tư một số máy rèn ép thủy lực lớn đến 5000 tấntrang bị đồng bộ các lò buồng cần thiết để nung phôi với khối lượng đến 10 tấn.Các lò này có thể dùng nhiên liệu lỏng hoặc rắn Việc đưa phôi vào lò và lấyphôi ra phải cơ khí hóa Trong xưởng rèn việc cặp phôi và điều khiển rèn phảiđược trang bị các cần cẩu quay và tay máy

- Các phân xưởng rèn của các doanh nghiệp cơ khí lớn như Disoco, Cơ khíTrung tâm Cẩm Phả, Xe lúa Gia Lâm, Công ty cơ khí Hà Nội HAMECO cầnđược đầu tư cải tạo lò nung, các thiết bị nâng, tay máy để có thể phát huy khảnăng rèn hiện có Đặc biệt chú ý khâu cơ giới hóa trong rèn tự do

- Đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ dập thể tích trong khuôn kín để chế tạocác chi tiết có sản lượng lớn như phôi bánh răng của ô tô, phôi van hút xả của xemáy và ô tô, phôi trục chữ thập v.v… Công nghệ dập thể tích trong khuôn kín làloại công nghệ cho năng suất rất cao, phù hợp với loại hình sản xuát lớn Tuy nóphải đầu tư lớn song do số lượng sản phẩm lớn và khả năng thu hồi vốn rấtnhanh ( kinh nghiệm DISOCO)

- Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều liên doanh về chế tạo ô tô, xe máy, nếu taquan hệ tốt với đối tác liên doanh và đề nghị họ cho phép ta chế tạo một vài loại chitiết nêu trên, chúng ta sẽ tự thiết kế và nhờ họ tư vấn để nhập thiết bị dập phù hợp

Sản lượng chi tiết đó đáp ứng cho thị trường rộng lớn của họ chứ không giới hạn ởthị trường Việt Nam.( có thể lúc đầu họ giám sát cả quá trính sản xuất).

- Bước đầu áp dụng công nghệ ép chẩy thủy động ở trạng thái nóng và ấm

để chế tạo bánh răng ô tô, xe máy với m≤ 4 và đường kính De≤100mm( phôi đã

có cả răng độ bóng bề mặt Rz≤ 20, sau đó chỉ cần phay tinh hoặc mài Tiếp sau

áp dụng rộng rãi công nghệ này cho các sản phẩm thích hợp

Sản lượng càng lớn hiệu quả càng cao (từ 100.000 sản phẩm trở lên) có thểhình thành một số dây chuyền đồng bộ từ chuẩn bị phôi, lò nung phôi, máy dậpkhoảng 400 – 600 tấn( trục khuỷu) Các khâu chuẩn bị môi trường truyền lực( ép bánh graphit) v.v…

- Áp dụng công nghệ ép thủy tĩnh ở trạng thái nóng và nguội để tạo cácthanh ống kim loại một lớp và hai lớp phục vụ cho nhiều mục tiêu khác nhaucủa nền kinh tế trên cơ sở mở rộng việc sử dụng các máy ép ngang 1000 -1600tấn hiện có ở Việt Nam ( hiện nay mới chỉ sử dụng hết 30%)

- Áp dụng công nghệ cán dát mỏng để tạo phôi vành răng lớn chất lượng cao

- Để thực hiện được các mục tiêu trên cần phải đẩy mạnh khâu đào tạo cán

bộ khoa học công nghệ cho ngành công nghệ gia công áp lực

Trên đây chúng tôi đã trình bày hiện trạng và xu thế phát triển công nghệtạo phôi của ngành cơ khí chế tạo Việt Nam, mong rằng các doanh nghiệp cơkhí chế tạo quan tâm và hy vọng sẽ nhận được sự đồng tình của các doanhnghiệp cơ khí trong việc phát triển của mình

1.2 Tìm hiểu về thiết bị và công nghệ gia công áp lực

1.2.1 Thiết bị gia công áp lực

Trong các nguyên công áp lực vật liệu (kim loại và hợp kim) biến dạng dẻodưới tác động của ngoại lực được tạo ra bởi các thiết bị công nghệ hay được gọi

là thiết bị gia côgn áp lực Thiết bị gia côgn áp lực được phân loại dựa trên nhiềutiêu chí khác nhau: Theo loại truyền động, theo dấu hiệu động học, theo đặcđiểm công nghệ…

- Theo loại truyền động thiết bị gia công áp lực được phân thành truyền

động cơ khí; truyền động bằng chất lỏng, dầu, nước; truyền động khí, điện từ…

- Theo đặc điểm công nghệ thiết bị gia công áp lực được phân loại thànhcác nhóm nhỏ: Thiết bị đột dập, dập vuốt, dập tấm, dập khối, rèn quay, cán,miết, uốn - lốc…

- Theo dấu hiệu động học thiết bị gia công áp lực được phân thành 5 nhóm:nhóm cá loại máy búa, nhóm các loại máy ép thủy lực, nhóm các loại máy ép cơkhí, nhóm các loại thiết bị dạng quay, nhóm các thiết bị chuyên dụng khác.+ Máy búa: Thuộc loại thiết bị tác động va đập, trong đó bộ phận động (bộphận công tác) có tốc độ thay đổi theo đường cong không cứng

Thời gian hành trình công tác của bộ phận động thay đổi tùy thuộc vào trởlực biên dạng của vật gia công ,và do đó làm thay đổi cường độ cong tốc độ Năng lượng tích lũy trong mỗi hành trình công tác (mỗi nhát đập) phần lớnđược tiêu hao để làm biến dạng dẻo vật gia công và tuân theo một quy luật nhấtđịnh Máy búa cũng được phân chia thành nhiều loại khác nhau (hình 11): máybúa hơi nước - không khí nén (a), máy búa không khí nén (b), máy búa ván (c),máy búa dây đai (d), máy búa nhíp (e), máy búa thủy lực (f), máy búa tốc độ cao(g)….Máy búa thường được dùng trong các nguyên công rèn, dập khối…

Hình 1.1: Phân loại máy búa

+ Máy ép thủy lực là thiết bị công nghệ sử dụng nguồn lực là hệ thống thủy

lực sử dụng chất lỏng có áp suất cao, hoạt động dựa trên nguyên lý định luậtPascal Máy ép được chia làm 2 loại: Máy ép cơ khí và máy ép thủy lực dùng đểrèn, dập khối, ép chảy, dập tấm…

Nguồn cung cấp chất lỏng cho máy ép quyết định loại dẫn động máy ép:Dẫn động kiểu bơm và dẫn động dùng bộ tăng áp

- Dẫn động kiểu bơm: Có bình tích áp và không có bình tích áp

- Dẫn động dùng bộ tăng áp: Bình tăng áp hơi-khí vàbình tăng áp kiểu cơ khí

nghệ được đặc trưng bởi sự quay của dụng cụ hoặc phôi, bao gồm các loại nhưsau: máy rèn quay, rèn hướng kính, máy miết, máy cắt, máy cán, máy uốn, máylốc

Hình 1.4: Các loại máy rèn quay

Trong lĩnh vực Gia công áp lực, hai công nghệ chính là dập khối và dậptấm đang càng ngày chiếm vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp thuộc

các ngành cơ khí, luyện kim, xây dựng, điện dân dụng, hóa chất, nhiệt lạnh hay

đồ gia cụng, bởi chúng có những ưu điểm nổi bật mà các phương pháp gia côngkim loại khác không có được đó là tiết kiệm nguyên vật liệu, năng suất cao, cải

thiện cơ tính của vật liệu và tạo ra được những chi tiết có hình dạng, kích thước

chính xác theo mong muốn Trên cơ sở phân thành các nhóm công nghệ khácnhau như:

- Công nghệ dập tấm :

Là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấm,trong khuôn dướitác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dạng,kích thước theo yêucầu.Vd: Dập khay,Dập chảo,……

Dập tấm thường tiến hành ở trạng thái nguội nên được gọi là dập nguội,khichiều dày phôi có thể lớn hơn 10 mm có thể dập nóng.Dựa vào đặc điểm người

ta chia ra thành hai nhóm chính:

+ Nhóm các nguyên công cắt vật liệu:

Khi tạo hình các chi tiết,các nguyên công ở nhóm này thường phải tiếnhành biến dạng,phá hủy vật liẹu ,tức là tách một phàn vật liệu này ra khỏi mộtphần vật liệu khác

+ Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu:

Tạo hình chi tiết dựa trên biến dạng dẻo của vật liệu và hầu hết các trườnghợp đều có sự dịch chuyển và phân bố lại kim loại

-Công nghệ dập tạo hình khối: Là một phần của loại hình công nghệ giacông kim loại bằng áp lực,nhờ tính dẻo của kim loại làm biến dạng phôi hoặcđiền đầy kim loại vào lòng khuôn hoặc làm cho kim loại chảy qua lỗ thoát củacối(hoặc chày)để tạo ra chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết theo yêucầu.Vd: Dập khối chi tiết càng quay cong,chi tiết dạng trục,…

1.3.Các dạng sản phẩm gia công áp lực

Với phạm vi ứng dụng rộng rãi, sản phẩm gia công áp lực có mặt trongnhiều lĩnh vực, được chia thành các dạng sản phẩm khác nhau: sản phẩm dậptấm, sản phẩm dập khối, các loại sản phẩm đặc biệt …

- Sản phẩm của công nghệ dập tấm: sản phẩm của công nghệ dập tấm rất đadạng phong phú với hình dáng kích thước đa dạng, tương ứng với các sơ đồcông nghệ khác nhau: uốn, cắt đột, dập vuốt, miết

Hình 1.2: Sản phẩm công nghệ dập tấm

Hình 1.3: Sản phẩm dập tấm trong công nghiệp ôtô

- Sản phẩm dập khối: Sản phẩm của công nghệ dập khối được áp dụngnhiều trong cơ khí với các sản phẩm như: Bánh răng, trục khuỷu, đai ốc…

Hình 1.4: Sản phẩm công nghệ dập khối

- Sản phẩm dạng ống được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp dầukhí, thủy lợi, xây dựng… được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau: theomục đích sử dụng, theo đặc điểm kết cấu, theo kích thước, hình dáng và hìnhdạng tiết diện …Theo đặc điểm kết cấu sản phẩm được chia thành ống hàn vàống không hàn

+ Ống hàn: Được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành biên dạng ống sau đóhàn giáp mối với nhau Ống hàn cũng được chế tạo bằng nhiều phương phápkhác nhau: lốc trên máy liên tục dạng con lăn từ rulô, lốc trên các máy dạng trụclăn từ phôi tấm, dập tạo hình biên dạng ống trên máy ép từ phôi tấm, sau đóđược hàn giáp mối với đườn hàn thẳng song song với trục ống; ngoài ra cũng cóthể được cuốn trên trục từ phôi dạng rulô, đặc trưng là đường hàn là đường xoắn

Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ cán ống từ phôi đặc

Phôi được đưa qua lò nung Cán nóng tạo lỗ Cán nong lỗ rộng (tăngđường kính ống) Bán sản phẩm Qua lò nung Sản phẩm

Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ sản xuất ống, sử dụng cán tạo lỗ từ phôi đặc,

kết hợp cán liên tục

Phôi được đưa qua lò nung Cán nóng tạo lỗ Cán nong lỗ rộng (giẩmđường kính) Kéo tăng chiều dài  Qua lò nung Cán tinh Sản phẩm

Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ sản xuất ống, sử dụng ép tạo lỗ từ phôi đặc, kết

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ RÈN HƯỚNG KÍNH

2.1 Đặc điểm của công nghệ rèn hướng kính

Công nghệ rèn hướng kính được rèn từ phôi đặc hoặc phôi ống làm biếndạng hình dạng ban đầu sang hình dạng khác có đường kính và chiều dài khác

Đặc điểm nổi bật nhất của công nghệ rèn hướng kính là quá trình gia côngthì vật gia công quay tròn và các đầu búa thực hiện làm biến dạng phôi, kháchẳn với cơ chế biến dạng trong các sơ đồ công nghệ rèn quay, cán rèn….So vớicác loại máy rèn quay thì máy rèn hướng kính gây ra tiếng ồn nhỏ hơn, các cụmcông tác và cụm dẫn động có độ cứng vững và tuổi thọ cao hơn nên cho phépgia công các chi tiết có kích thước lớn

Công nghệ rèn hướng kính có thể gia công trong trạng thái nguội hoặcnóng dưới tác dụng của ngoại lực từ các đầu búa, sự nén ép quay được thực hiệnbằng các phương pháp riêng phần và theo biên dạng Trong phương pháp thứnhất - được đảm bảo bởi hình dạng và các kích thước lòng khuôn của đầu búa ởtrong trạng thái kín, ở phương pháp thứ hai hình dáng và độ chính xác của cácchi tiết lại được đảm bảo bằng sự thay đổi theo chu kỳ của chiều cao đóng kíngiữa các đầu búa Hiện nay trên các máy rèn hướng kính cho phép gia côngđược các chi tiết đặc có đường kính 60 - 150mm, chi tiết rỗng có đường kính tới

200 - 400mm

Công nghệ rèn hướng kính phần lớn được sử dụng trong các nhà máy cơkhí, các xưởng cơ khí,…Các sản phẩm được rèn hướng kính thường là các chitiết dạng thanh tròn, ống tròn hoặc ống có lõi xoắn, các sản phẩm dạng lắpghép…được phân loại như bảng 2.1 Trong đó loại I là các chi tiết gia côngphương pháp riêng phân, loại II được gia công theo phương pháp riêng phần vàbiên dạng

Công nghệ rèn hướng kinh có thể áp dụng gia công đối với thép gió và

các thép hợp kim dùng trong gia công cơ khí, thủy lợi, xây dựng,…

Bảng 2.1: Các dạng sản phẩm rèn hướng kính



2.2.Thiết bị và dụng cụ rèn hướng kính

2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của máy rèn hướng kính

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rèn hướng kính

1 - Đầu búa, 2 - Phôi

Nguyên tắc hoạt động của máy rèn hướng kính khác với máy rèn quay làtrên máy rèn hướng kính thì khi gia công chi tiết được kẹp chặt và quay tròn còn

các đầu búa tịnh tiến để gây áp lực lên phôi, làm biến dạng phôi và giảm đườngkính, tăng chiều dài của vật rèn bằng cơ cấu bánh răng lệch tâm

2.2.2 Phân loại máy rèn hướng kính

Máy rèn hướng kính được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau;theo chức năng công nghệ, theo kết cấu của bộ phận chấp hành, theo số đầu búa,theo kết cấu máy…

- Theo chức năng công nghệ máy rèn hướng kính được chia thành 4 nhóm:\

+ Dùng gia công phôi đặc và phôi rỗng từ thép và hợp kim,

+ Dùng để gia công nguội phôi rỗng dạng nòng vũ khí bộ binh,

+ Dùng để gia công các loại phôi đặc dạng bậc và phôi rỗng có đườngkính không lớn có kích thước xấp xỉ kích thước sản phẩm,

+ Các loại máy chuyên dụng khác

- Theo kết cấu của bộ phận chấp hành, máy rèn hướng kính được chia: dạng con lăn (hình a), dạng đòn - khuỷu (hình 2.2-b), dạng tay biên - khuỷu (hình 2.2-c) và dạng thủy lực (hình 2.2-d).

Hình 2.2: Phân loại máy rèn hướng kính theo kết cấu của bộ phận chấp hành

- Theo số lượng đầu búa thí có các loại máy hai đầu búa, ba đầu búa …

- Theo kết cấu của thiết bị thì có máy kiểu nằm ngang và kiểu đứng

2.3 Xác định các thông số công nghệ cơ bản và kích thước dụng cụ

Thực chất của quá trình biến dạng hướng kính là biến dạng phôi theo chu vicủa tiết diện trên đoạn chiều dài không lớn của đầu búa, với đường kính tại ổbiến dạng d0, đường kính ban đầu của phôi d1 và đường kính sau biến dạng d2(hình 2.3)

Hình 2.3: Sơ đồ biến dạng hướng kính

a - Trước khi biến dạng, b - Sau khi biến dạng, 1 - Phôi, 2 - Đầu búa

Sau một chu trình biến dạng theo chu vi, phôi được đẩy vào ổ biến dạngmột bước đưa phôi S

Mức độ vuốt q được xác định theo công thức:

1

2 1

d

d d

Giá trị hệ số ma sát tại vùng tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ khi biến dạngrèn hướng kính được xác định theo bảng 2.2, là yếu tố hết sức quan trọng, cầnthiết để xác định các thông số của đầu búa và lực biến dạng

Bảng 2.2: Hệ số ma sát khi biến dạng hướng kính phôi thép

Hình 2.4: Kết cấu và kích thước cơ bản của đầu búa

Đầu búa có hình dáng kích thước phụ thuộc vào kích thước, phương pháp

gá lắp với phần chuyển động của cơ cấu nén ép và hình dạng kích thước của bánsản phẩm Sự dãn rộng của phôi được giới hạn bởi sự tăng của bước đưa phôi,phụ thuộc vào kích thước mặt làm việc của đầu búa (lòng búa), như là α – góccôn thoát; - góc cặp phôi của búa ở cuối quá trình nén ép; rlv, rk – bán kích tiếpnối giữa biên dạng lòng búa với mặt phẳng phân chia của đầu búa trên phần trục

và côn; llv - chiều dài phần tạo hình của lòng búa (hình 2.4)

- Góc côn α phụ thuộc vào vật liệu phôi, ma sát tiếp xúc  giữa phôi vàdụng cụ, mức độ biến dạng tương đối e, được xác định theo bảng 2.3

Hình 2.5: Đồ thị xác định góc cặp  phụ thuộc vào góc côn α

Đại lượng  xác định sự biến dạng đàn hồi hệ cơ của sự ép nén hay

là hiệu số giữa đường kính của rèn dập sau ép nén d2 và độ cao khép kín củalòng trong của các đầu búa ở hành trình không tải, sự biến dạng này được dựatrên các đồ thị hình 2.6

Diện tích hình chiếu bề mặt của phần côn của ổ biến dạng được xác địnhtheo sự biểu thức:

2 4

2 2

2 1



tg

d d

F n  

(2.1)

Ở trong các máy rèn hướng kính khe hở kết cấu giữa các đầu búa đượcxác định bằng:

+ nếu có hai đầu búa  0  0 , 05d2;

+ Nếu khi gia công từ 3 đầu búa trở lên thì:  0  ( 0 , 025  0 , 015 )d2

Vật liệu để làm các đầu búa ép nén và lõi tựa là các loại thép: Y10, XB,5X121 và các hợp kim cứng: BK15, BK20 (bảng 2.4)

Bảng 2.4: Các thông số tham khảo độ bền của dụng cụ

Vật liệu của

dụng cụ

Vật liệu gia công

Mức ép nén cao nhất

Độ cứng vững khi chưa

Các đầu búaThép:

6030

30000÷40000

-30000÷50000200000

Lõi tựaThép X121

Thép gió

30

2000÷40006000÷8000

-

-Lõi tựa có thể được gá lắp - kẹp chặt vào cơ cấu đẩy (cụm dịch chuyểnphôi), hoặc ở trong các đầu búa hoặc trong hệ cơ khí của cơ cấu nén ép, sao chochúng đó có thể quay tự do xung quanh trục của nó (hình 2.7)

Hình 2.7: Các phương án gá kẹp lắp lõi tựa

a - Trong cơ cấu đẩy có sự kẹp phôi, b - Trong cơ cấu đẩy không có sự kẹp phôi, c - Trong trục chính có sự kẹp phôi, d - Trong trục chính không có sự kẹp phôi, e - Trong cơ cấu đẩy có sự kẹp phôi và lõi tựa, f - Trong đầu búa

1 Cơ cấu đẩy, 2 Cơ cấu đẩy (kẹp), 3 Đầu búa, 4 Lõi tựa, 5 Phôi, 6

-Giảm chấn, 7 - Trục chính của máy, 8 - Lò xo

Chú ý đối với các phôi dập, các phôi này đòi hỏi sự gia công cơ khí tiếpsau, với mục đích sửa chữa sai lệch của tiết diện vì có thể nhận được hình ô van

và cong theo chiều dài Lượng dư theo chiều dài được quy ước bằng sự xuấthiện sự co ngót trong quá trình nén ép ở trên các phần cuối của phôi, độ sâu củachúng khi mức độ biến dạng tương đối e = 0,5÷0,75 được thể hiện đến 50÷100%đường kính của các đoạn cuối Với sự biến cứng của vật liệu và sự tăng cường

độ ép nén thì chiều sâu biến dạng của sự co ngót sẽ được giảm xuống

Sau khi xác định được các đường kính ở trên tất cả phần của chi tiết,người ta tiến hành tính toán mức biến dạng theo từng bước và toàn thể quá trình.Trong sự phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết và các điều kiện kỹ thuật, có thểnhận được các phôi ống trên lõi tựa hoặc không cần lõi tựa.

Lực biến dạng là tổng của các lực: lực trực tiếp gây ra sự biến dạng ởtrong côn sau Pk và lực biến dạng trong phần công tác của lòng búa Plv

P = Pk + PlvKhi tính toán diện tích, người ta sử dụng giới hạn chảy đối với vật liệu giacông Khi nén ép nguội Pu được tính đến trong trường hợp nếu điều kiện giacông ( ;e;L lv /L k ) phù hợp với vùng được giới hạn trên đồ thị hình 2.8, thì trị số

Plv được xác định theo công thức: Plv= llv.d2.Sk

Hình 2.8: Đồ thị xác định điều kiện gia công để xác định thành phần lực P k

1 - α = 4 0 , 2 - α = 8 0 , 3 - α = 12 0 , 4 - α = 16 0

Thành phần lực Pk được xác định theo các công thức tương ứng với cácvùng I và II đồ thị hình 2.9

Hình 2.9: Đồ thị xác định điều kiện gia công để tính lực biến dạng

I - Tương ứng  = tgα/2; II - Tương ứng  = tgα/2  0,2

Trong trường hợp nếu e và  phù hợp với vùng I của đồ thị hình 2.5 thì Pk

sẽ được xác định theo công thức:

2 1

d

d S

d

P k

 (2.2)Gần lân cận đến các điều kiện của vùng II:

2 0 2

4

0

2 0





d d

d S d

Ở điều kiện này đối với e ≤ 0,1;  = 0÷200và  ≤ 0,20 đường kính d0được xác định theo đồ thị hình 2.10-a; đối với e ≤ 0,35;  = 80và  ≤ 0,20đường kính d0 được xác định theo đồ thị hình 2.10-b; đối với e > 0,1;  > 80;  ≤0,20 và e > 0,35;  = 0÷200;  ≤ 0,20 kết hợp với đồ thị hình 2.10 - c, d thìđường kính d0 xác định theo công thức:

 e tg

d d





 1

1

0 (2.4)

Hình 2.10: Đồ thị xác định đường kính d 0

Nếu trong quá trình ép nén có trường hợp  > 0,2 (thương xảy ra khi nén

ép các hợp kim màu và một số hợp kim chuyên dụng) thì lúc đó Pk được xácđịnh theo công thức:

21

2 2

2 1 2 2

4 2 1 2 2 1

d d d

d d d d S

2 1 2

d

d d d d d d

d

l S

l d

P p  p (2.6)

Đối với sơ đồ hình 2.11-b, công thức quy ước:

05 , 1

3

p H H

p

l d d

l S P



 (2.7)

Hình 2.11: Sơ đồ rèn hướng kính phôi đặc (a) và phôi rỗng trên lõi tựa

Bước đưa phôi Sp khi nén ép bằng hai đầu ép nén được xác định theo các

đồ thị hình 2.12

Hình 2.12: Đồ thị xác định giá trị tới hạn bước đưa phôi phụ thuộc vào góc côn

thoát α và mức độ biến dạng tương đối e

Khi nén ép với 3 hoặc lớn hơn 3 đầu búa đòi hỏi phải tăng trị số Sp lên 2,2lần; nếu e ≤ 0,4 thì tăng lên 1,6 lần

Công suất tiêu thụ trung bình của truyền động lcp được xác định theocông thức:

M

n cp

t

A N

102 1000

 (2.8)Trong đó:

+ An - Công biến dạng toàn phần được xác định theo công thức:

2 1

ln

2 3 2

2 cos 2 sin

1 25 , 1

d d

tg A

2 1 0

2

1 ln 785

, 0

d

d l d P

Trong đó lực riêng Py được xác định theo công thức:

+ l0 là chiều dài đoạn phôi chịu nén ép

+ Thời gian máy nén ép S m

l T

2 1 1

) (

d

d d