Đang tải... (xem toàn văn)
Đặc điểm: GCAL (biến dạng tạo hình) là phương pháp gia công biến dạng dựa trên tính dẻo của kim loại. Gia công biến dạng được thực hiện bằng cách tác dụng ngoại lực lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi, kết quả thay đổi hình dáng và tổ chức của kim loại
BÀI GIẢNG SỐ 06 (Dùng cho 02 tiết) 2.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC 2.1. Những vấn đề chung về gia công áp lực (GCAL) 2.1.1. Đặc điểm công nghệ GCAL a) Đặc điểm: GCAL (biến dạng tạo hình) là phương pháp gia công biến dạng dựa trên tính dẻo của kim loại. Gia công biến dạng được thực hiện bằng cách tác dụng ngoại lực lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi, kết quả thay đổi hình dáng và tổ chức của kim loại. Hình 1. Quan hệ giữa ứng suất – biến dạng b) Ưu điểm - Sản phẩm đa dạng, độ chính xác cao - Hệ số sử dụng vật liệu cao - Gia công được các vật liệu khó biến dạng - Tổ chức và cơ tính sản phẩm được cải thiện - Năng suất cao c) Nhược điểm - Vốn đầu tư lớn (thiết bị, máy móc, nhà xưởng…) - Tính toán thiết kế yêu cầu độ chính xác cao d) Cơ chế biến dạng dẻo kim loại Khi ứng suất sinh ratrong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh. Cơ chế trượt: một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt (c). Trên mặt trượt, các nguyên tử kim loạidịch chuyển tương đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịchchuyển các nguyên tử kim loại ở vịtrí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu. Cơ chế song tinh: một phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh. Hình 2. Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể e) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến dạng dẻo kim loại - Ảnh hưởng của thành phần, tổ chức kim loại + Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác. + Đối với các hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm nhau do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau. + Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại. - Ảnh hưởng của nhiệt độ biến dạng Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng. Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệtcủa các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khảnăng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. - Ảnh hưởng của ứng suất dư Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất dư lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tượng biến cứng). Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 - 0,30Tnc (nhiệt độ nóng chảy), ứng suất dư và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tượng phục hồi). Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng. - Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai chưa kịp trỡ lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suấttrong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt. f) Các định luật sử dụng trong GCAL - Định luật ứng suất dư “Bên trong bất cứ kim loại biến dạng dẻo nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân bằng với nhau” - Định luật thể tích không đổi “ Thể tích của vật trước khi biến dạng bằng thể tích sau biến dạng” - Định luật trở lực biến dạng nhỏ nhất “ Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo hướng nào có trở lực bé nhất” 2.1.1. Các phương pháp gia công áp lực 1. Cán kim loại và hợp kim - Định nghĩa: Cán là phương pháp làm biến dạng kim loại (hợp kim) giữa hai trục cán quay quay ngược chiều, kết quả làm tiết diện ngang của phôi giảm và chiều dài phôi tăng lên. - Khả năng công nghệ: + sản phẩm cán hình từ phôi tấm + sản phẩm cán định hình + cán ống + cán đặc biệt 2. Kéo kim loại và hợp kim - Định nghĩa: Kéo là quá trình làm biến dạng phôi bằng cách dùng lực kéo phôi qua lỗ khuôn làm cho tiết diện của phôi giảm và chiều dài tăng lên. Hình 3. Sơ đồ nguyên lý công nghệ kéo * Đặc điểm: - Có khả năng đạt độ chính xác cao hơn đúc, cán - Vật liệu sau khi kéo bị cứng nguội, độ bền tang, độ dẻo giảm - Tốc độ kéo khoảng 20 ~ 50 m/phút - Khuôn bằng hợp kim cứng hoặc kim cương để tránh mài mòn nhanh - Giảm ma sát giữa khuôn và vật bằng cách bôi trơn dầu hay graphic, chế tạo mặt khuôn có độ bóng cao 3. Kéo kim loại và hợp kim - Định nghĩa: ép là một trong những phương pháp gia công áp lực chế tạo chi tiết dạng dài, tiết diện không đổi, có đế hoặc không có đế bằng cách ép kim loại trong một buồng kín, bức kim loại chảy qua lỗ khuôn cối có hình dáng tương tự với sản phẩm. Hình 4. Sơ đồ nguyên lý công nghệ ép * Phân loại ép chảy: - Ép chảy thuận (xuôi): Là phương pháp ép chảy mà kim loại chảy qua lỗ cối cùng phương , cùng chiều với lực tác dụng. Phương pháp này thường dùng để chế tạo các chi tiết dạng ống, thanh thẳng, dạng định hình - Ép chảy nghịch (ngược): kim loại chảy qua lỗ khuôn ngược chiều với hướng lực tác dụng. Phương pháp này thường dùng chế tạo chi tiết dạng thanh, dạng ống - Ép chảy hỗn hợp 4. Các nguyên công rèn dập a) Rèn tự do * Định nghĩa: là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở trạng thái nóng, nhờ lực ép của đầu búa làm kim loại biến dạng một cách tự do theo các hướng mà không bị hạn chế bởi bề mặt dụng cụ. * Quá trình công nghệ rèn tự do b) Công nghệ dập khối (dập thể tích) * Định nghĩa: là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực mà sự chảy của kim loại phôi bị giới hạn bởi bề mặt của lòng khuôn. Hình 5. Công nghệ dập khối Ưu điểm: + Đồng thời với quá trình biến dạng dẻo, cải tạo tổ chức và cơ tính kim loại. + Tiết kiệm kim loại, hạ giá thành. + Năng suất cao, có thể CKH – TĐH quá trình SX. + Tạo được nhiều loại sản phẩm (hình dạng, kích thước, khối lượng). + Thích hợp SX hàng loạt lớn & hàng khối. Nhược điểm: + Quá trình thực hiện ở TT nóng, độ chính xác không cao, chất lượng bề mặt thấp. + Điều kiện làm việc nặng nhọc. + Thiết bị cần lực lớn. * Phân loại: - Theo thiết bị: + DK trên máy búa + DK trên METKDN + DK trên METL + DK trên máy rèn ngang + DK trên thiết bị chuyên dùng… - Theo quá trình biến dạng: + Dập trong khuôn hở + Dập trong khuôn kín + Dập trong khuôn ép chảy - Theo trạng thái phôi + Dập khối nóng + Dập khối nguội c) Công nghệ dập tấm * Khái niệm: Dập tấm là phương pháp cơ bản của gia công kim loại bằng áp lực, trong đó sự tạo hình được thực hiện nhờ sự tác động của các kết cấu khuôn gây lên biến dạng dẻo trong tấm kim loại. Hình 6. Công nghệ dập tấm * Các nguyên công dập tấm: - Các nguyên công cắt tấm - Uốn tấm kim loại - Các nguyên công tạo tạo hình - Ép chảy vật liệu tấm - Các nguyên công dập tấm đặc biệt . 2.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC 2.1. Những vấn đề chung về gia công áp lực (GCAL) 2.1.1. Đặc điểm công nghệ GCAL a) Đặc điểm: GCAL (biến dạng tạo hình) là phương pháp gia công biến. thể sẽ di chuyển theo hướng nào có trở lực bé nhất” 2.1.1. Các phương pháp gia công áp lực 1. Cán kim loại và hợp kim - Định nghĩa: Cán là phương pháp làm biến dạng kim loại (hợp kim) giữa. khuôn có độ bóng cao 3. Kéo kim loại và hợp kim - Định nghĩa: ép là một trong những phương pháp gia công áp lực chế tạo chi tiết dạng dài, tiết diện không đổi, có đế hoặc không có đế bằng