Chuong 2 CNGCAL de muc 1,2(6t)

Môn học MẬT Chương Đối tượng Năm học : Công nghệ kim loại : Công nghệ gia công áp lực : Đại học : 2013-2014 Số: MẬT KẾ HOẠCH GIẢNG BÀI Môn học : Công nghệ kim loại Chương 2: Công nghệ gia công áp lực Đối tượng: Đại học Năm học : 2013-2014 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2013 KẾ HOẠCH GIẢNG BÀI PHÊ DUYỆT Ngày….tháng … năm 2013 TRƯỞNG BỘ MƠN Mơn học : Công nghệ kim loại Chương 2: Công nghệ gia công áp lực Đối tượng: Đại học Phần một: Ý ĐỊNH GIẢNG BÀI I MỤC ĐÍCH, U CẦU: Mục đích: Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơng nghệ gia cơng áp lực tập trung vào nguyên lý gia công áp lực số phương pháp gia cơng áp lực điển hình (Cán, kéo, ép ) Yêu cầu: a Về nhận thức: Nắm nguyên lý gia công áp lực, khái niệm biến dạng dẻo định luật gia cơng áp lực từ vận dụng vào nghiên cứu số phương pháp GCAL điển hình Cán, kéo, ép, b Về kỹ năng: Sinh viên nắm vận dụng kiến thức vào học, thực hành gia công thực tế làm việc sau II NỘI DUNG: Nội dung chính: - Ngun lý gia cơng áp lực - Cơng nghệ cán- kéo – ép Nội dung trọng tâm: - Nguyên lý gia công áp lực - Công nghệ cán - Công nghệ ép III THỜI GIAN: Tổng số: tiết IV ĐỊA ĐIỂM: Phòng học lý thuyết V TỔ CHỨC, PHƯƠNG PHÁP: Tổ chức: - Lên lớp lý thuyết, thảo luận, học tập tập trung hội trường Phương pháp: - Nêu vấn đề, hướng dẫn, trình chiếu VI VẬT CHẤT BẢO ĐẢM: - Đối với giáo viên: Giáo án, giảng, TLTK, máy chiếu, phấn, thước kẻ - Đối với học sinh: Vở, sách giáo khoa, bút, thước kẻ Phần hai: THỰC HÀNH GIẢNG BÀI I THỦ TỤC LÊN LỚP: ( 15 phút) Ổn định lớp: Kiểm tra đầu giờ: Giới thiệu mới: II TRÌNH TỰ GIẢNG BÀI: ( 200 phút) Thứ tự, nội dung Nguyên lý gia công áp lực 1.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Đặc điểm 1.1.3 Phân loại 1.2 Biến dạng dẻo kim loại 1.2.1 Khái niệm: 1.2.2 Quan hệ Lực biến dạng 1.3 Các định luật gia công áp lực Thời gian (Phút) 95 20 15 60 1.3.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn song song với biến dạng dẻo 1.3.2 Định luật ứng suất dư 15 1.3.3 Định luật thể tích khơng đổi 15 1.3.4 Định luật trở lực bé 15 105 2.1 Công nghệ cán 50 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho trình cán 2.1.3 Điều kiện để cán 2.1.4 Các sản phẩm cán 2.2 Công nghệ kéo 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Đặc điểm 2.3 Công nghệ ép NVĐ, HD 10 1.3.5 Định luật ứng suất trượt Công nghệ cán, kéo, ép Phương pháp 10 30 10 45 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Đặc điểm NVĐ, HD 2.3.3 Các phương pháp ép a Ép thuận 17 b Ép nghịch 15 c Ép ống III KẾT THÚC GIẢNG BÀI: ( 10 phút) Kiểm tra kiến thức tiếp thu học viên: Tóm tắt nội dung bài: Giao tập nhà vấn đề học viên cần nghiên cứu, chuẩn bị: Ngày tháng năm 2013 NGƯỜI BIÊN SOẠN Số: BÀI GIẢNG Môn học : Công nghệ kim loại Chương 2: Công nghệ gia công áp lực Đối tượng: Đại học Năm học : 2013-2014 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2013 PHÊ DUYỆT Ngày….tháng … năm 2013 TRƯỞNG BỘ MÔN MỞ ĐẦU Nắm tính chất vật liệu góp phần quan trọng việc xác định phương phápTrung gia công cách thứcHồng gia công nhằm đem lại hiệu kinh tế cao tá, ThS Phạm Thanh sản xuất Bài học trước nghiên cứu tính chảy kim loại ứng dụng công nghệ đúc, hôm nghiên cứu số phương pháp gia công áp lực dựa vào khả biến dạng dẻo vật liệu NỘI DUNG Chương 2: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC NGUYÊN LÝ GIA CÔNG ÁP LỰC 1.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại 1.1.1 Khái niệm: - Gia công kim loại áp lực phương pháp gia công dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại rắn nhiệt độ cao (nóng) hay nhiệt độ thấp(nguội) với cường độ lực vượt giới hạn đàn hồi kim loại để làm thay đổi hình dáng vật thể mà khơng phá hủy tính liên tục tính bền kim loại 1.1.2 Đặc điểm a) Ưu điểm - So với đúc: Tổ chức kim loại mịn chặt hơn, khử khuyết tật (rỗ khí, rỗ co ) đúc gây nên Có khả tạo tổ chức thớ uốn, xoắn khác làm tăng tính sản phẩm Độ bóng, độ xác cao Năng suất cao, giá thành hạ - So với cắt gọt: Năng suất cao, phế liệu ít, giá thành hạ Rèn, dập phương pháp chế tạo phôi cho cắt gọt b) Nhược điểm: - Không gia công chi tiết phức tạp, chi tiết lớn, không gia công kim loại dịn - Độ bóng, độ xác thấp so với sản phẩm gia công cắt gọt 1.1.3 Phân loại Các phương pháp gia công áp lực có: cán, kéo, ép, rèn tự do, rèn khn(dập nóng thể tích), dập tấm, miết, gị Ở trạng thái nguội người ta thường dùng phương pháp kéo dây, dập tấm, dập nguội thể tích, cán nguội, miết, gị kim loại mềm Đối với thép sản phẩm có khối lượng lớn hay chiều dày lớn thường dùng cán nóng, rèn khn, rèn tự do, ép chảy Hình 1.1 Các phương pháp gia cơng áp lực 1.2 Biến dạng dẻo kim loại 1.2.1 Khái niệm: Biến dạng trình làm thay đổi hình dáng, kích thước kim loại tác dụng ngoại lực tác dụng tượng vật lý, hóa học Sự biến đổi mạng tinh thể biến dạng dẻo ảnh hưởng đến tính chất kim loại 1.2.2 Quan hệ Lực biến dạng - Sự biến dạng kim loại tác dụng ngoại lực thông qua sơ đồ sau: + Biến dạng đàn hồi (đoạn op): P Là biến dạng mà ln tỉ lệ thuận với lực tác dụng Nếu bỏ lực b Pb tác dụng biến dạng kim c loại trở vị trí ban đầu b + Biến dạng dẻo (đoạn pa): a Pa Là biến dạng mà sau bỏ lực Pp tác dụng phần biến p dạng dư giữ lại phần tử vật thể khơng nhận thấy có phá hủy Ở giai đoạn bỏ lực tác dụng, biến dạng không trở theo đường aa’’ mà theo đường a' a’’ ∆L aa’ song song với po Gia công áp lực trình lợi Hình 1.2 Quan hệ Lực biến dạng dụng giai đoạn biến dạng dẻo kim loại để làm thay đổi hình dáng, kích thước vật thể + Biến dạng phá huỷ (đoạn bc): xảy lực tác dụng vượt giới hạn bền kim loại 1.3 Các định luật gia công áp lực 1.3.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn song song với biến dạng dẻo Định luật phát biểu sau: “Khi biến dạng dẻo kim loại xảy đồng thời biến dạng đàn hồi Quan hệ biến dạng đàn hồi lực tác dụng tuân theo định luật Huc” Như biến dạng kích thước kim loại so với kich thước sau lực tác dụng khác Vì vậy, thiết kế khn, muốn đảm bảo kích thước chi tiết ta cần ý đến biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo phôi 1.3.2 Định luật ứng suất dư: “Bên kim loại biến dạng dẻo sinh ứng suất dư cân với nhau” Trong trình biến dạng dẻo kim loại, phân bố nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không kết sinh ứng suất dư Nếu sau gia công ứng suất dư cân tồn thể tích vật vật giữ ngun hình dáng kích thước; Nếu khơng cân sau thời gian dài ngắn khác vật tự biến dạng để phân bố lại ứng suất Đây điều không mong muốn làm giảm tính dẻo, giảm độ bền độ dai va đập, làm cho vật bị biến dạng bị phá hủy Vì Khi phân tích trạng thái ứng suất cần phải ý đến ứng suất dư 1.3.3 Định luật thể tích khơng đổi: “Thể tích vật thể trước biến dạng thể tích vật thể sau biến dạng” Như vậy: lo ho bo = l1.h1.b1 ⇒ ln lo h b + ln o + ln o = l1 h1 b1 ⇔ δ1 + δ + δ = Với: δ1 ; δ ; δ biến dạng thẳng (ứng biến chính) Ta có kết luận: - Khi tồn ứng biến dấu ứng biến phải khác dấu với dấu ứng biến kia, trị số tổng ứng biến - Khi có ứng biến hai ứng biến cịn lại phải ngược dấu giá trị tuyệt đối chúng 1.3.4 Định luật trở lực bé nhất: “Trong trình biến dạng, chất điểm vật thể di chuyển theo hướng có trở lực nhỏ nhất” Hình 1.4 Hướng di chuyển chất điểm Đường chất điểm xác định theo nguyên tắc sau: Hướng di chuyển điểm mặt phẳng thẳng góc với phương lực tác dụng theo hướng thẳng góc với chu vi mặt phẳng Lượng biến dạng nhiều theo hướng có nhiều điểm di chuyển 1.3.5 Định luật ứng suất trượt Sự biến dạng dẻo xảy bên vật thể ứng suất trượt đạt tới đại lượng lớn giới hạn chảy kim loại Ở thời điểm tinh thể bắt đầu chuyển dịch, tức bắt đầu biến dạng Nguời ta áp dụng định luật để xác định công suất loại thiết bị nhiệt độ nung điều kiện liên quan khác CƠNG NGHỆ CÁN, KÉO, ÉP 2.1 Cơng nghệ cán 2.1.1 Khái niệm: Cán trình làm cho kim loại biến dạng hai trục cán quay ngược chiều nhau, làm cho chiều cao giảm, chiều dài chiều rộng tăng 2.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho q trình cán: F l µ= = - Hệ số kéo dài : l F1 lo , Fo : Chiều dài, diện tích phơi trước cán l1 , F1 :Chiều dài, diện tích phơi sau cán - Lượng ép tuyệt đối : Là hiệu số chiều cao trước sau cán ∆ h = (ho –h1) (mm) Quan hệ lượng ép tuyệt đối góc bao cán : ∆ h = D(1- cos ) Với: D: Đường kính trục cán : Góc bao cán - Số lần cán: n= lg Fo − lg Fn lg µtb Trong đó: n: số lần cán Fo: Diện tích phơi ban đầu(mm2) Fn: Diện tích sản phẩm(mm2) µtb: Hệ số kéo dài trung bình loại lỗ hình (tra bảng) Ví dụ: thép có tiết diện trịn, vng, dẹt cán thơ µtb=1,1→1,3 ; cán tinh µtb=1,13 →1,15 - Lượng giãn dài: lượng thay đổi chiều dài sau trước cán ∆l = l1 - l0 - Lượng giãn rộng: lượng thay đổi chiều rộng sau trước cán: ∆b=b1-b0 2.1.3 Điều kiện để cán được: Hình 2.1 Sơ đồ trình cán Khi kim loại tiếp xúc với trục cán chúng chịu hai lực: phản lực N lực ma sát T Ta có: T=N.tgβ Chiếu thành phần Lực N T lên phương ox, oy: NX = N.sinα TX = T.cosα = N tgβ.cosα NY = N.cosα TY = T.sinα Thành phần lực thẳng đứng có tác dụng làm kim loại biến dạng, cịn thành phần nằm ngang có tác dụng kéo vật cán vào đẩy Điều kiện cán được: T X > NX ⇔ N tgβ.cosα > N.sinα ⇒ tgβ > tgα hay β > α Nghĩa góc ma sát lớn góc bao cán * Các giải pháp để đảm bảo điều kiện cán: - Tăng hệ số ma sát (f= tg) cách: tăng độ nhám trục cán; chọn vật liệu làm trục cán phù hợp với vật liệu sản phẩm (trục cán gang cầu cán thép) - Giảm góc bao cán α giảm chiều dầy phôi cán tăng đường kính trục cán 2.1.4 Các sản phẩm cán: Vật liệu kim loại cán thường gồm thép bon thấp trung bình, thép hợp kim dẻo, hợp kim màu… gồm loại: - Thép tấm: - Thép ống: Thép ống khơng có mối hàn thép ống có mối hàn - Thép hình: Thép thanh(trịn, lục giác, tam giác, bát giác, vng…); thép có tiết diện phức tạp( Thép hình chữ T, I, U, V, L, thép đường ray… - Các sản phẩm phức tạp bi, ren…… Sản phẩm cán dùng (đường ray, ren bu lông, ống…) nhiều loại phải qua bước gia công (rèn dập, hàn gia công cắt got…) 2.2 Công nghệ kéo 2.2.1 Khái niệm: Kéo phương pháp gia công áp lực, phôi kim loại kéo qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang phơi giảm chiều dài tăng Hình dáng kích thước chi tiết tuỳ thuộc hình dáng lỗ khn kéo Hình 2.2 Sơ đồ kéo kim loại Tùy theo loại kim loại, hình dáng lỗ khn, sau lần kéo tiết diện phơi giảm từ 15 - 35% 2.2.2 Đặc điểm: Kéo tiến hành trạng thái nguội trạng thái nóng: a) Kéo nguội: kim loại khó biến dạng nên phải dùng lực kéo lớn, suất thấp sản phẩm có tính cao, độ bóng bề mặt độ xác cao Vật liệu để kéo nguội kim loại có độ dẻo cao: thép bon thấp, đồng, vàng… b) Kéo nóng: Kim loại biến dạng dễ, suất cao tính, độ bóng, độ xác thấp kéo nguội c) Ứng dụng: Kéo dùng để chế tạo sản phẩm dạng thỏi, ống, sợi 2.3 Công nghệ ép 2.3.1 Khái niệm: Là phương pháp gia cơng áp lực, phơi kim loại chứa buồng ép kín khn, tác dụng chày ép, kim loại bị biến dạng qua lỗ tạo hình khn ép 2.3.2 Đặc điểm a) Ưu điểm: Ep phương pháp sản xuất thỏi có tiết diện định hình có suất lớn, độ xác độ nhẵn bề mặt cao Trong trình ép, kim loại chủ yếu chịu ứng suất nén nên tính dẻo tăng, ép sản phẩm có tiết diện ngang phức tạp b) Nhược điểm: Kết cấu ép phức tạp, khuôn ép yêu cầu chống mòn cao c) Ứng dụng: Ép ứng dụng rộng rãi để chế tạo thỏi kim loại màu có đường kính từ 5- 200 mm, ống có đường kính ngồi đến 800 mm, chiều dày từ 1,5-8 mm 2.3.3 Các phương pháp ép: a) Ép thuận (hình a): Phơi nung nóng tới nhiệt độ cần thiết đặt vào xilanh(2) Khi máy ép làm việc, pittong(1) ép kim loại xi lanh qua lỗ hình khn ép (4) giá đỡ (6) chuyển động chiều với chiều chuyển động pittong - Đặc điểm: Phương pháp ép thuận kết cấu đơn giản lực ép lớn ma sát kim loại thành xi lanh làm tăng lực ép cần thiết lượng kim loại xi lanh ép hết lớn (18-20%) a Ép thuận b Ép nghịch c Ép ống Hình nghịch 2.3 Các phương pháp ép 1.píttơng; 2.xi lanh; 3.phơi kim loại; Khuôn ép; 5.lõi tạo lỗ; 6.Giá đỡ b) Ép nghịch (hình b): Khi máy ép làm việc, pittong(1) ép kim loại xi lanh qua lỗ hình khuôn (4) giá đỡ (6) chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động pittong - Đặc điểm: Ép nghịch lực ép thấp ép thuận, lượng kim loại cịn lại xi lanh 6I8%), kết cấu ép phức tạp c) Ép ống: (hình c) Lỗ ống tạo thành nhờ lõi (5) Phơi ép có lỗ rỗng để đặt lõi (5), pistông (1) làm việc, kim loại bị đẩy qua khe hở lỗ hình khn (4) lõi tạo thành ống KẾT LUẬN Bài học cung cấp cách khái quát công nghệ gia công áp lực, tập trung vào nghiên cứu cơng nghệ cán - kéo - ép Từ làm sở cho việc học môn áp dụng thực tế sau Ngày tháng năm 2013 NGƯỜI BIÊN SOẠN