Đề cương bài giảng công nghệ thiết bị tạo hình kim loại tấm

Mục lục Mục lục Bài mở đầu: Giới thiệu chung môn học Ch-ơng 1: Đặc điểm công nghệ đánh giá khả dập kim Loại 1.1 Kim loại băng 1.1.1 Khái niệm dập 1.1.2 Kim loại băng 1.2 Đánh giá khả dập vật liệu 1.2.1 Khảo sát hóa lý 1.2.2 Thử tính chất học 10 1.2.3 Thử công nghệ 11 1.3 Định nghĩa phân loại nguyên công dập 13 1.3.1 Theo đặc điểm trình biến dạng 13 1.3.2 Theo đặc điểm trình công nghệ 14 Ch-ơng 2: nguyên công cắt 20 2.1 Cắt vật liệu & ống 20 2.1.1 Nguyên lý biến dạng khe hở tối -u 20 2.1.2 Cắt máy cắt có l-ỡi dao chuyển động tịnh tiến 22 2.1.3 Cắt máy cắt có l-ỡi dao chuyển động quay 26 2.1.4 Cắt ống khuôn 28 2.2 Cắt hình đột lỗ khuôn 29 2.2.1 ảnh h-ởng khe hở đến trị số dấu biến dạng đàn hồi 29 2.2.2 Kích th-ớc làm việc chày cối 32 2.2.3 Lực cắt công biến dạng 34 2.2.4 Các ph-ơng pháp giảm lực biến dạng 38 2.2.5 Dập liên tục phối hợp - Dập liên hợp 39 2.2.6 Hình dạng kết cấu cối chày 39 2.3 Cắt hình đột lỗ xác, gọt khuôn 41 2.3.1 Cắt hình đột lỗ xác 41 2.3.2 Nguyên công gọt (cắt tinh) 43 2.4 Xếp hình sản phẩm 44 2.4.1 Chỉ tiêu kinh tế việc xếp hình 44 2.4.2 Các dạng xếp hình vật liệu lĩnh vực sử dụng 45 2.4.3 Chọn ph-ơng án xếp hình 47 2.4.4 Tối -u hoá việc xếp hình sản phẩm nhờ máy tính 50 Ch-ơng 3: Nguyên công uốn 51 3.1 Sự phân bố ứng suất biến dạng theo chiều dày phôi uốn 51 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL 3.1.1 Khái niệm chung 51 3.1.2 Trạng thái ứng suất vùng uốn 52 3.2 Kích th-ớc phôi uốn 54 3.3 Lực uốn mômen uốn 56 3.3.1 Mômen uốn 56 3.3.2 Lực uốn uốn góc 58 3.3.3 Lực biến dạng uốn hai góc 61 3.4 Biến dạng đàn hồi uốn Các ph-ơng pháp để giảm biến dạng đàn hồi 62 3.4.1 Biến dạng đàn hồi uốn chi tiết góc 62 3.4.2 Biến dạng đàn hồi uốn chi tiết hai góc (dạng chữ U) 63 3.4.3 Các ph-ơng pháp giảm biến dạng đàn hồi uốn 67 3.5 Bán kính uốn nhỏ cho phép 67 3.6 uốn prôphin ống 68 3.6.1 Uốn máy có bàn quay 69 3.6.2 Uốn có kéo 70 3.6.3 Uốn ống 71 3.6.4 Uốn có nung nóng cục 72 Ch-ơng 4: Dập vuốt 74 4.1 Các ph-ơng pháp dập vuốt 74 4.1.1 Khái niệm chung 74 4.1.2 Ph-ơng pháp dập vuốt 75 4.2 Dập vuốt chặn phôi 78 4.3 Dập vuốt có chặn phôi 80 4.4 tính toán công nghệ 84 4.4.2 Lực công biến dạng, lực chặn phôi 87 4.4.3 Mức độ biến dạng giới hạn 90 4.4.4 Xác định số nguyên công kích th-ớc phôi nguyên công trung gian dập vuốt chi tiết hình trụ 91 4.4.5 Ví dụ 93 4.5 Dập vuốt chi tiết tròn xoay hình dạng phức tạp 96 4.5.1 Dập vuốt chi tiết hình trụ có vành rộng 96 4.5.2 Dập vuốt chi tiết hình trụ bậc 98 4.5.3 Dập vuốt chi tiết hình côn 99 4.5.4 Dập vuốt chi tiết bán cầu 102 4.6 Dập vuốt chi tiết hình trụ có biến mỏng thành 103 4.6.1 Trạng thái ứng suất - biến dạng 103 4.6.2 Kích th-ớc hình dạng phôi 105 4.6.3 Lực biến dạng 105 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL 4.6.5 Ví dụ 107 Ch-ơng 5: Các nguyên công tạo hình khác 111 5.1 nguyên công lên vành lỗ 111 5.1.1 Trạng thái ứng suất biến dạng 111 5.1.2 Lực biến dạng 112 5.1.3 Tính toán công nghệ 112 5.1.4 Những ph-ơng pháp lên vành đặc biệt 115 5.1.6 Ví dụ 115 5.2 Nguyên công tóp 117 5.2.1 Khái niệm chung 117 5.2.3 Đặc điểm kết cấu khuôn 119 5.3 Nguyên công giãn rộng (nong) 119 5.3.1 Khái niệm chung 119 5.3.3 Đặc điểm kết cấu khuôn 120 5.4 Tạo hình phôi 123 Ch-ơng 6: Tính toán thiết kế khuôn dập 126 6-1 Phân loại khuôn 126 6.2 Ph-ơng pháp thiết kế khuôn 127 6.3 Các kết cấu khuôn điển hình 128 6.3.1 Khuôn cắt - đột 128 6.3.2 Khuôn để uốn 132 6.3.3 Khuôn để DV khuôn liên hợp 135 6.4 Các chi tiết điển hình cụm lắp ráp khuôn 140 6.4.1 Các chi tiết khuôn 140 6.4.2 Vật liệu nhiệt luyện chi tiết làm việc khuôn 140 6.4.3 Độ bền chi tiết làm việc khuôn 141 6.4.4 Nguyên tắc thiết lập vẽ lắp khuôn 142 6.5 Tính toán chi tiết khuôn độ bền độ ổn định 144 6.5.1 Tính toán chày 144 6.5.5 Xác định trung tâm áp lực khuôn 148 6.5.6 Chiều cao kín máy khuôn 150 Ch-ơng 7: Thiết bị tạo hình vật liệu 154 7-1 Máy ép trục khuỷu dập 154 7.1.1 Khái niệm chung 154 7.2 Máy ép thuỷ lực 160 7.2.1 Khái niệm chung 160 7.2.2 Nguyên lý hoạt động máy ép thủy lực có dẫn động kiểu bơm bình tích áp 164 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Bài mở đầu: Giới thiệu chung môn học Công nghệ tạo hình KL phần công nghệ gia công KL áp lực nhằm làm biến dạng KL để nhận đ-ợc chi tiết có hình dạng kích th-ớc mong muốn Đây loại hình công nghệ đ-ợc ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật điện điện tử, công nghiệp chế tạo ô tô, công nghiệp hàng không, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp quốc phòng, thực phẩm, hoá chất, y tế Sở dĩ đ-ợc ứng dụng rộng rãi nh- có nhiều -u điểm bật so với loại hình công nghệ khác: khí hoá tự động hoá cao; suất cao, giá thành sản phẩm hạ, tiết kiệm nguyên vật liệu tận dụng đ-ợc phế liệu; đặc biệt trình biến dạng dẻo nguội làm cho độ bền chi tiết tăng lên Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Ch-ơng 1: Đặc điểm công nghệ đánh giá khả dập kim Loại 1.1 Kim loại băng 1.1.1 Khái niệm dập Dập phần trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhằm làm biến dạng KL (băng dải) để nhận đ-ợc chi tiết có hình dạng kích th-ớc cần thiết với thay đổi không đáng kể chiều dày VL phế liệu dạng phoi Khi chiều dày phôi nhỏ (S mm) th-ờng đ-ợc dập với phôi trạng thái nguội (gọi dập nguội), chiều dày phôi lớn phải dập với phôi trạng thái nóng -u điểm sản xuất dập tấm: Thực công việc phức tạp động tác đơn giản thiết bị khuôn Có thể chế tạo chi tiết phức tạp mà ph-ơng pháp gia công KL khác khó khăn Độ xác chi tiết dập t-ơng đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công Kết cấu chi tiết dập cứng vững, bền nhẹ, mức hao phí KL không lớn Tiết kiệm nguyên VL, thuận lợi cho trình khí hoá tự động hoá suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao Dạng sản xuất th-ờng loạt lớn hàng khối hạ giá thành sản phẩm Tận dụng đ-ợc phế liệu, hệ số sử dụng VL cao Có thể gia công vật phi KL : Techtolit, hêtinac, loại chất dẻo 1.1.2 Kim loại băng Th-ờng sử dụng nhiều loại thép cán thép cán định hình với chủng loại khác gồm KL đen KL màu Đặc tr-ng KL cán đ-ợc tiêu chuẩn hoá điều kiện kỹ thuật, thành phần hoá học chủng loại, đ-ợc sản xuất d-ới dạng tấm, băng cuộn - Thép cán nguội (th-ờng có S 4mm) có độ nhẵn bề mặt, đồng chiều dày tính chất công nghệ cao hơn, sử dụng rộng rãi ph-ơng pháp dập nguội - Thép cán nóng dùng để chế tạo chi tiết phẳng; dạng đơn giản DV không sâu Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Hầu hết chi tiết ngành chế tạo máy (có nhiều chi tiết ôtô, máy kéo ) đ-ợc sản xuất ph-ơng pháp dập nguội từ thép cacbon chất l-ợng thép cacbon thấp thép cacbon thấp cán nguội (thép hoá bền) - Các loại thép HK (thép chống gỉ crôm crôm - niken): dùng công nghiệp chế tạo tuabin, máy hoá, mặt hàng dân dụng, dụng cụ y tế - Trong lĩnh vực công nghiệp riêng biệt: sử dụng loại thép cán có công dụng đặc biệt VD: sản phẩm tráng men dùng loại thép cán từ thép bon thấp có ủ tẩy rửa axit thép bon cán mỏng qua ủ (sắt tây đen) tráng thiếc để chế tạo chi tiết bao bì qua dập lắp ghép nhiều sản phẩm khác - Trong công nghiệp chế tạo ô tô, máy kéo, kỹ thuật điện radio v.v : sử dụng nhiều loại thép cán lớp lớp Các thép có lớp thép bon thép HK thấp, lớp phủ là: đồng, đồng thau, nhôm, kẽm, thiếc, chì thép không gỉ HK niken Chiều dày lớp phủ chiếm từ (10 25)% so với tổng S Tấm KL cán lớp phủ kẽm (tôn hoa) dùng để sản xuất sản phẩm dân dụng (xô, thùng, chậu v.v ) lợp Tấm cán lớp phủ chì dùng chế tạo thùng chứa nhiên liệu Cán mạ lớp thiếc mỏng (sắt tây trắng) dùng để sản xuất bao bì công nghiệp sản xuất đồ hộp Tấm KL phủ VL chống cháy dùng để bọc cabin, vỏ capo xe ôtô, máy kéo thiết bị máy móc khác với mục đích cách âm - Các KL HK mầu có đặc điểm: tính chống ăn mòn (chống gỉ) độ dẫn nhiệt cao, điện trở nhỏ, tỷ trọng nhỏ (nhôm HK nhôm, HK titan manhê), độ bền riêng cao (titan) Đ-ợc dùng rộng rãi ngành hàng không, chế tạo đồng hồ, kỹ thuật điện, điện tử nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nh- để chế tạo mặt hàng dân dụng (xô, chậu, nồi, xoong, máy ảnh, máy giặt v.v ) - Đuyra HK khác nhôm: chế tạo chi tiết vỏ khung giá máy bay chúng có độ bền cao tỷ trọng nhỏ (2700kg/m3) - Các HK titan manhê dùng công nghiệp chế tạo máy bay Chủng loại thép cán: có nhiều loại khác nhau, kích th-ớc chiều dày, chiều rộng dài nh- sai lệch kích th-ớc t-ơng ứng đ-ợc tiêu chuẩn hóa 1.2 Đánh giá khả dập vật liệu * Khái niệm chung tính biến dạng công nghệ Những tiêu KL dùng để chế tạo chi tiết ph-ơng pháp dập nguội tính biến dạng công nghệ Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Tính biến dạng công nghệ khả thay đổi hình dáng chịu gia công áp lực mà không bị phá huỷ hoàn toàn, đặc tr-ng bằng: - Tính dập đ-ợc (khả dập): phản ánh khả gia công dẻo KL tr-ớc yêu cầu mức độ biến dạng Nó phụ thuộc vào chất l-ợng trạng thái vật lý KL nh- : thành phần hóa học, đặc tr-ng bền, tính dẻo, tính dị h-ớng, kích th-ớc hạt trạng thái cấu trúc tinh thể, l-ợng tạp chất phi KL, xu h-ớng hóa già biến dạng, hình dạng hình học tế vi bề mặt cán, tồn khuyết tật bên bên v.v - Sự thay đổi hình dáng cho phép: phụ thuộc vào điều kiện dập, kích th-ớc t-ơng đối hình dạng chi tiết, tính công nghệ nó, nội dung qui trình công nghệ, lực ma sát tiếp xúc, kết cấu khuôn tình trạng kỹ thuật chúng, khe hở chi tiết làm việc, thiết bị sử dụng, trạng thái ứng suất, biến dạng vùng biến dạng dẻo Vậy tính biến dạng công nghệ khái niệm tổng quát, xác định hệ thống: KL - kết cấu, chi tiết - công nghệ, trình dập - khuôn dập, thiết bị Khi tính biến dạng công nghệ tốt trình sản xuất ổn định thuận lợi, phế phẩm chất l-ợng chi tiết cao Các phương pháp đánh giá tính dập KL gồm: thử nghiệm hóa - lý, thử nghiệm học công nghệ, tính toán thống kê thực nghiệm Để đánh giá tính dập đ-ợc KL cán tr-ớc hết cần kiểm tra bề mặt kiểm tra kích th-ớc có phù hợp với yêu cầu đặt hay không 1.2.1 Khảo sát hóa lý - Phân tích hóa học: xác định thành phần hóa học KL t-ơng ứng với yêu cầu tiêu chuẩn, phát nguyên nhân phế phẩm dập Khối l-ợng cho phép nguyên tố hóa học ảnh h-ởng chúng đến tính dập đ-ợc thép cacbon chất l-ợng 08 20 đ-ợc đ-a bảng sau Nguyên tố hóa học Khối l-ợng cho phép Đặc tr-ng ảnh h-ởng đến tính dập đ-ợc thép (%) Cacbon 0,05 0,24 Làm tăng đặc tr-ng bền đồng thời làm giảm tính dẻo Silic 0,03 0,37 Nâng cao độ bền, độ cứng tính đàn hồi thép Măng gan 0,25 0,65 Crôm 0,10 0,25 Hóa bền thép, liên kết với l-u huỳnh sunfit mangan, ngăn ngừa tạo thành sunfua sắt ảnh h-ởng đến tính dập Có khả nâng cao độ bền hầu nh- không làm thay Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Niken 0,25 L-u huỳnh Phốt 0,04 0,035 đổi tính dẻo Khi tăng hàm l-ợng tính dẻo thép giảm Gây tính dòn, có khả tạo vết nứt cắt, uốn, lên vành v.v Gây hóa bền mạnh trình dập, nâng cao xu h-ớng dẫn đến hóa già - Nghiên cứu giản đồ sắt - cácbon: xác định kích th-ớc hạt pherit, khối l-ợng tạp chất phi KL, trạng thái cấu trúc tinh thể KL + Khi độ hạt lớn tính dập KL giảm bề mặt sản phẩm vùng biến dạng bị xù xì, giảm chất l-ợng bề mặt Độ hạt tăng dẫn đến t-ợng đứt, rách DV sâu Khi giảm kích th-ớc hạt, trở lực biến dạng tăng lên đáng kể biến dạng đàn hồi tăng ảnh h-ởng đến độ xác kích th-ớc chi tiết dập, làm tăng mức độ mài mòn bề mặt làm việc chày cối + Tạp chất phi Kl tạo xâm nhập l-u huỳnh vào KL từ nhiên liệu quặng (FeS MnS), d- thừa ôxy KL d-ới dạng FeO Al2O3 tác dụng t-ơng hỗ ôxit silic SiO2 ôxit sắt (II) FeO Tạp chất phi KL đ-ợc phân bố biên giới hạt làm giảm khả dập KL tỷ lệ tạp chất phi KL ph-ơng pháp xác định chúng đ-ợc qui định theo tiêu chuẩn Nếu tỷ lệ nhỏ khả dập KL cao + Trạng thái cấu trúc: xêmentít (Fe3C) ảnh h-ởng chủ yếu đến khả dập thép Thành phần xêmentít có cấu trúc tự gây phá huỷ (đứt, rách) dập nguội Các phần tử đặc biệt xêmentit cứng dòn gây phá huỷ nhỏ hơn, tạo vết nứt lan truyền sâu vào hạt pherit 1.2.2 Thử tính chất học Tiến hành ph-ơng pháp thử kéo theo tiêu chuẩn khác tuỳ thuộc vào chiều dày VL loại thép cán Để đánh giá khả dập KL tấm, dập chi tiết sâu có hình dạng phức tạp, đặc tr-ng tính chất học (b, S, v.v ) phải xác định hệ số dị h-ớng thông th-ờng R*, số mức độ hóa bền biến dạng n độ giãn dài tỷ đối trung bình tb - Tính dị h-ớng khác tính chất học KL theo h-ớng khác tính chất có chất từ cấu trúc tinh thể Hệ số dị h-ớng thông th-ờng R*: tỷ số biến dạng lôgarit theo chiều rộng B với biến dạng theo chiều dày mẫu S, vùng có biến dạng đồng (tb = 15 20%) theo h-ớng cán chọn: 10 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL ln b b0 R* B S ln S S0 đó: b0 b, S0 S chiều rộng, chiều dày tr-ớc sau biến dạng mẫu Khi biến dạng theo chiều rộng chiều dày cân R* = KL đẳng h-ớng Hệ số dị h-ớng thông th-ờng R* KL có giá trị khoảng R* = (0,2 2,7) - Chỉ số hóa bền biến dạng n đ-ợc xác định dựa vào kết thử kéo: n = p = ln(lp/l0) lp = l0(1 + p) n = ln(1 + p) (1-1) Trị số n tang góc nghiêng đ-ờng cong hóa bền Khả dập KL phụ thuộc vào R* n + Nếu vùng biến dạng dẻo xuất trạng thái biến dạng đ-ợc đặc tr-ng sơ đồ kéo - nén (ví dụ DV) khả dập KL phụ thuộc nhiều vào R* Khi R* > KL có khả chống lại biến mỏng vùng nguy hiểm điều cho phép DV với mức độ biến dạng lớn + Nếu vùng biến dạng dẻo tồn biến dạng kéo theo trục trục (ví dụ tạo hình) khả dập KL chủ yếu phụ thuộc vào n c-ờng độ hóa bền biến dạng kim loại ảnh h-ởng đến c-ờng độ biến mỏng Khả dập kim loại tốt R* 1,2 1,7 n - Độ bền đặc tr-ng b độ dẻo đặc tr-ng T : Nếu b lớn lực biến dạng lớn trị số ứng suất tiếp xúc tăng, làm cho chất bôi trơn bị chảy gây t-ợng dính KL gây vết x-ớc làm tuổi thọ khuôn bị giảm Th-ờng xảy DV chi tiết thép có b 500MPa Khi uốn tỷ số T/E ảnh h-ởng đến trị số biến dạng đàn hồi, tỷ số nhỏ biến dạng đàn hồi nhỏ Nếu môđun đàn hồi E không đổi biến dạng đàn hồi giảm nh- T giảm 1.2.3 Thử công nghệ Nhằm xác định mức độ biến dạng giới hạn KL điều kiện mô hình hóa nguyên công khác dập nguội nh-: cắt hình, uốn, dập vuốt, dập giãn, tạo hình v.v Các dạng thử công nghệ dẫn đến thời điểm giới hạn xuất vết nứt bị phá huỷ sau đạt đ-ợc mức độ biến dạng tới hạn Đó tiêu chuẩn khả dập KL 11 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL 1.2.4.1 Thử cắt đột Để xác định ứng suất cắt qui -ớc, tỷ số lực cắt đột cực đại với diện tích bề mặt cắt (cắt = Pmax/Fcắt) Ngoài ra, xác định độ lún sâu h chày vào KL thời điểm xuất vết nứt vùng cắt (chiều cao dải có ánh KL) Thí nghiệm đ-ợc tiến hành khuôn đặc biệt để cắt hình tròn có đ-ờng kính xấp xỉ 32mm có trang bị thiết bị đo, với khe hở tối -u chày cối Nếu trị số h lớn KL có tính dẻo cao, độ bền KL lớn ứng suất cắt lớn tuổi thọ dụng cụ giảm 1.2.4.2 Thử bẻ uốn Thử bẻ: Chiều rộng dải KL mẫu th-ờng có trị số xác định, đầu dải KL đ-ợc kẹp chặt dụng cụ chuyên dùng, đầu đ-ợc bẻ bẻ lại nhiều lần với góc 1800 bị phá huỷ Số lần bẻ đến xuất vết nứt đặc tr-ng ph-ơng pháp thử Thử uốn: với góc xác định liên tiếp tiếp xúc với cạnh mẫu tức song song với cạnh Dạng uốn tùy thuộc vào chất l-ợng KL chiều dày Nếu sau thử uốn mẫu vết nứt coi mẫu thử ổn định a) b Vị trí đầu ? ?) Uốn lần Uốn lần Uốn lần Hình 1.2 Thử bẻ uốn kim loại a Thử bẻ; b Thử uốn 1.2.4.3 Thử chiều sâu vết lõm tạo hình Là ph-ơng pháp thử kỹ s- A.Ericson, đ-ợc sử dụng rộng rãi để đánh giá khả dập VL có S = (0,2 2)mm Quá trình thử cách tạo hình chày hình cầu ép vào mẫu, mẫu đ-ợc kẹp cối vành chặn (hình 1.2b) Đ-ợc thực dụng cụ chuyên dùng điều chỉnh đ-ợc lực ép tạo hình lực chặn phôi Các điều kiện thử dựa tiêu chuẩn phù hợp: lực chặn đến 10kN, phôi dải có chiều rộng 90mm, đ-ờng 12 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Loại máy ép trị số hành trình máy ép cần phải phù hợp với nguyên công công nghệ Lực công tác đ-ợc tạo máy ép cần phải lớn lực công nghệ chút để thực nguyên công Công suất máy cần phải đủ để thực nguyên công Chiều cao kín máy cần phải phù hợp với chiều cao kín khuôn Kích th-ớc đầu tr-ợt bàn máy cần đảm bảo lắp đ-ợc khuôn cấu cấp phôi, truyền phôi tuỳ tr-ờng hợp cụ thể, lỗ bàn máy cần đủ cho chi tiết (hoặc phế liệu) rơi tự v.v Số hành trình đầu tr-ợt/phút cần phải đủ lớn suất cao Tuỳ theo nguyên công, cần phải dự tính tr-ớc khả sử dụng cấu cấp phôi tự động thiết bị đệm đẩy tháo gỡ sản phẩm, phế liệu v.v Thuận tiện an toàn cho ng-ời công nhân sử dụng Một số điểm cần ý chọn máy: - Khi chọn máy cho nguyên công, cần ý điều kiện hành trình máy, chi tiết đ-ợc đẩy ng-ợc khỏi cối hành trình máy cần phải lớn hai lần chiều cao chi tiết Máy cần có cấu chặn đẩy tốc độ phù hợp - Nếu chọn máy theo lực ch-a đủ xảy tải công suất Vì cần phải phân biệt tải trọng lực tải trọng công suất Có thể xảy ba tr-ờng hợp tải: + Máy ép bị tải theo lực cho phép: máy ép bị tải theo lực cho phép (lực ép danh nghĩa) xảy t-ợng biến dạng phá huỷ chi tiết máy, chẳng hạn bị cong trục, gẫy vỡ bánh răng, cắt ren tay biên; cong gẫy tay biên v.v + Máy ép bị tải đồng thời lực công suất: (nh- dập chồng hai phôi khuôn , cắt vuốt phối hợp chi tiết sâu ) Sẽ xảy t-ợng kẹt máy điểm chết d-ới gãy cấu đóng mở ly hợp Khắc phục t-ợng phức tạp tốn kém, thời gian Đôi phải phá huỷ chi tiết khuôn khắc phục đ-ợc Một số máy ép đ-ợc thiết kế có hệ thống cứu kẹt việc khắc phục thuận lợi + Máy ép bị tải công suất nh-ng không tải lực: th-ờng xảy hãm giảm đột ngột số vòng quay bánh đà, gây t-ợng tr-ợt không cho phép động điện, làm nóng cuộn dây cháy động - Khi chọn máy theo lực cần phải xác định lực công nghệ xác theo công thức phù hợp với nguyên công tr-ờng hợp cụ thể Lực danh nghĩa máy cần thoả mãn: Pdanh nghĩa Pcông nghệ = P + Q đệm, đẩy 152 (6.20) Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Các máy ép th-ờng đ-ợc chế tạo với trị số lực danh nghĩa khoảng định (VD: 6,3 tấn; 10 tấn; 16 tấn; 25 tấn; 40 tấn; 63 tấn; 80 v.v ) nên chọn máy th-ờng chọn đ-ợc máy ép có lực danh nghĩa trùng với lực công nghệ Vì th-ờng chọn máy ép có lực danh nghĩa lớn hơn, nâng cao đ-ợc độ cứng vững máy, giảm biến dạng đàn hồi thân máy nâng cao đ-ợc tuổi thọ khuôn - Khi DV, tốc độ biến dạng cần phải phù hợp với loại VL máy ép thuỷ lực dùng cho nguyên công DV thuận lợi có tốc độ chậm hầu nh- không thay đổi lực tốc độ suốt hành trình làm việc Các máy ép thuỷ lực chuyên dùng để dập vuốt th-ờng máy song động tam động 153 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL CH-ơng 7: Thiết bị tạo hình vật liệu 7-1 Máy ép trục khuỷu dập 7.1.1 Khái niệm chung a Đặc điểm Máy ép trục khuỷu đ-ợc sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp nh-: công nghiệp chế tạo máy dụng cụ, công nghiệp xây dựng, thực phẩm Chi tiết quan trọng máy trục khuỷu, máy có tên gọi : máy ép trục khuỷu Một thông số quan trọng máy ép lực ép Lực ép thể phần kích th-ớcvà công suất máy, lực ép danh nghĩa từ nhỏ, d-ới 2,5 kN đến lớn tới 100.000 kN Đặc điểm chủ yếu khiến cho máy ép đ-ợc sử dụng rộng rái là: Sử dụng máy kết cấu máy đơn giản Có thể chế tạo đ-ợc chi tiết có hình dạng phức tạp Chế tạo đ-ợc chi tiết có chất l-ợng bề mặt cao không cần qua gia công 154 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Năng suất máy cao, x-ởng không ồn, không bẩn, móng chịu rung động Tuy máy có hạn chế: vạn nguyên công dập thể tích, không thực đ-ợc nguyên công vuốt ép tụ nh- máy búa Lực ép danh nghĩa máy tăng lớn nh- máy ép thủy lực kích th-ớc máy lớn Đầu tr-ợt bị kẹt điểm chết d-ới b Cơ cấu chấp hành Trong máy ép trục khuỷu có cấu chấp hành để chuyển dịch khuôn dập Th-ờng đầu tr-ợt khâu cuối, trục khuỷu cam khâu đầu Đầu tr-ợt đ-ợc chuyển động tịnh tiến qua lại cấu khuỷu, đòn làm việc Do mối liên hệ động học l mối liên hệ cứng nên coi tốc độ đầu tr-ợt tuân theo qui luật xác định không phụ thuộc vào nguyên công Trên hình vẽ dạng đồ thị tốc độ đầu tr-ợt loại cớ cấu chấp hành điển hình Trong chu kỳ chuyển động, tốc độ đạt giá trị số không hai lần Vì chuyển động chịu ảnh h-ởng lực quán tính thay đổi trị số chiều Để đảm bảo chuyển động đầu tr-ợt phù hợp với yêu cầu công nghệ, sử dụng loại cấu chấp hành khác thay đổi kích th-ớc loại khâu, thay khâu cấu chấp hành Hình 7.1: Đồ thị tốc độ máy ép trục khuỷu Hiện máy ép trục khuỷu có nhóm cấu chấp hành, nhóm đáp ứng với yêu cầu công nghệ xác định 155 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Hình 7.2: Các nhóm cấu chấp hành máy ép trục khuỷu c Phân loại * Phân theo tính công nghệ Máy đ-ợc chia làm nhóm: dập dập thể tích 156 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Máy ép dập so với máy ép dập thể tích cần có tính vạn hơn, vùng làm việc chiều dài đủ lớn Còn máy dập thể tích phải thắng trở lực biến dạng lớn, vật dập khuôn có kích th-ớc không lớn nên hành trình kích th-ớc vùng làm việc máy nhỏ máy ép dập Ng-ợc lại dập thể tích nóng, thời gian biến dạng cần rút ngắn để phôi khỏi nguội nên máy ép thể tích cần có hành trình nhanh Mặt klhác để đảm bảo độ xác tiêu tốn l-ợng tối thiểu máy ép dập thể tích cần có độ cứng cao Mối nhóm máy ép lại chia nhóm nhỏ hơn: Máy ép tự động: để gia công loại chi tiết xác định có cấu đảm bảo tự động hóa toàn công việc, tr-ớc tiên khâu cấp phôi lấy chi tiết Máy ép có công dụng chung để dập gồm có: - Máy cắt - Máy ép vạn loại - Máy ép dập vuốt tạo hình - Máy ép đột lỗ máy uốn Hình 7.3: Phân loại máy ép trục khuỷu 157 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL * Phân theo cấu tạo máy - Dựa vào vị trí cấu chấp hành (h-ớng chuyển động đầu tr-ơt) có máy đặt đứng, ngang nghiêng - Dựa vào cấu tạo thân máy có loại máy trụ, hai trụ hở kín - Theo cấu trúc trục chính: máy trục tay quay, trục khuỷu, trục lệch tâm, trục bánh - lệch tâm * Phân theo số khuỷu: máy ép một, hai bốn khuỷu * Phân theo số cấu chấp hành hay theo nguyên lý tác dụng - Máy đơn động nh- máy ép vạn năng, máy uốn hay máy dập vuôt - Máy song động: máy dập tấm, máy cắt phôi - Máy bán tự động -Máy tự động: máy uốn vạn uốn chuyên dùng * Phân theo dấu hiệu động học 7.1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Hình vẽ sơ đồ điển hình máy ép trục khuỷu Động điện Bộ truyền Bộ ly hợp Bánh đà Trục khuỷu Biên Đầu tr-ợt Bộ phận dẫn h-ớng Thân máy 10 Bộ phận điều khiển 11 Cơ cấu để lấy sản phẩm 12 Cơ cấu để thu hồi phế liệu 13 Cơ cấu cấp phôi 14 Phễu tiếp liệu 15 Hệ thông truyền dẫn cho phễu tiếp liệu 16 Truyền động cho cấu cung cấp 17 Phanh Hình7.4: Sơ đồ phận máy ép trục khuỷu - Các phận máy: động cơ, truyền, cấu chấp hành, phận điều khiển, điều chỉnh, kiểm tra, phận để đảm bảo an toàn cho máy ng-ời Các phận khác dùng để mở rộng khả công nghệ máy 158 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL - Nămg l-ợng máy đ-ợc cung cấp từ động điện Để khắc phục tải trọng đột biến dập, bánh đà đ-ợc lắp hệ thống truyền động đến cấu chấp hành Một số máy ép, tùy theo yêu cầu sử dụng, động có nhiều cấp tốc độ để thay đổi số hành trình máy - Ngoài động điện ra, máy có động khác (truyền động cực nhỏ, truyền động để điều chỉnh vùng làm việc ) Truyền động từ động đến cấu chấp hành th-ờng qua truyền đai thang truyền bánh răng(đôi truyền trục vít nh- máy cắt) - Để đảm bảo nối hệ thống truyền động với cấu chấp hành theo yêu cầu công nghệ, máy ép có đặt ly hợp phanh Thông th-ờng phanh làm việc đầu tr-ợt vị trí (hay vị trí không làm việc phía sau) để dừng cấu chấp hành, việc đóng mở ly hợp phanh thực nhờ hệ thống điều khiển gồm phần điện phần có thêm cấu khí nén, thủy lực Đối với máy có bành đà lớn lớn cần có thêm phanh bánh đà - Các phận điều chỉnh kiểm tra gồm: cấu điều chỉnh chiều cao vùng làm việc, truyền động cực nhỏ, cấu bảo hiểm chống tải, phận đo lực, đo vị trí trục khuỷu, cấu kẹp chặt khuôn dập, thay lot khuôn dập, cấu che chắn bảo hiểm vùng làm viậe cà phận khác Những phận giảm thời gian nghỉ máy tăng hệ số sử dụng thiết bị Các phận phụ gồm có: phận bôi trơn, cân đầu tr-ợt, dệm khí nén khí thủy lực Các phận hỗ trợ cho việc vận hành máyvà tăng độ tin cậy tất kết cấu - Trong máy ép tự động, phận kể có phận tự động hóa để cấp phôi, lấy sản phẩm vận chuyển xếp đặt phôi phế liệu Những phận kể không thiết phải có đầy đủ máy Tùy theo công suất, công dụng kết cấu máy chể bỏ vài phận nh- phận không cần thiết trình sử dụng máy, không tăng độ an toàn không giảm giá thành chế tạo máy ép - Động học cấu tay biên trục khuỷu (tr-ờng hợp đồng trục) 159 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Hmin, Hmax: chiều cao khép kín lớn nhỏ máy S: hành trình toàn máy S0: hành trình tức thời máy t-ơng ứng với góc quay : góc quay trục khuỷu tính từ đ-ờng trục tới bán kính khuỷu (ng-ợc chiều quay trục khuỷu) : góc kẹt biên đ-ờng trục R, L: bán kính khuỷu chiều dài biên R = OA; L = AB : tốc độ góc (coi không đổi) trục khuỷu K: hệ số tay biên K = R/L B1, B2: điểm chết điểm chết d-ới máy Hình 7.5: Động học cấu tay biên trục khuỷu (tr-ờng hợp đồng tâm) 7.2 Máy ép thuỷ lực 7.2.1 Khái niệm chung - Nguyên lý hoạt động phân loại Máy ép thuỷ lực loại máy hoạe động hầu nh- theo tác dụng tĩnh, đ-ợc truyền dẫn dòng chất lỏng (dầu n-ớc) có áp suất cao Nguyên lý tác dụng máy dựa vào định luật truyền áp suất lòng chất lỏng Pascal Dạng chung máy ép gồm có hai khoang xylanh có pittông đ-ờng ống nối (hình 7.6a) Nếu nh- đặt lực P1 vào pittông 1, tạo áp suất P = P1/f1 Theo định luật Pascal áp suất P đ-ợc truyền tới tất điểm thể tích chất lỏng có h-ớng tác dụng vuông góc với mặt đáy pittông 2, tạo lực P2 = P f2, lực gây áp suất tác dụng lên phôi Trên sở định luật Pascal ta có: P2 = P1 f2/f1 Trong đó: P2 Lực công tác P1 Lực ép từ nồi f2 Tiết diện pittông công tác f1 Tiết diện pittông ép 160 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Hình 7.6 Máy ép thủy lực a nguyên lý hoạt động, b sơ đồ kết cấu, c sơ đồ máy ép có xà di động Muốn có lực P2 lớn lực P1 lần f2 phải lớn f1 nhiêu lần Nh-ng việc làm bị hạn chế kích th-ớc khối l-ợng máy cồng kềnh Tốt tăng áp suất dònh chất lỏng cách dùng bơm cao áp hay dùng phận khuếch đại áp suất lên đến khoảng 400 600 atm Sơ đồ kết cấu máy ép thủy lực đ-ợc trình bày (hình 7.6b): Xylanh công tác 4, mà có pittông chuyển động đ-ợc cố định xà ngang Xà đ-ợc liên kết với xà cố định đặt bệ máy cột đỡ Xà d-ới xà 6, với cột tạo nên khung máy ép Pittông công tác đ-ợc liên kết với xà di động có h-ớng chuyển động theo cột tạo chuyển động cho xà theo h-ớng xuống d-ới Để nâng xà di động lên, ng-ời ta đặt xylanh 10 có pittông 11 Nhằm tránh dò rỉ chất lỏng có áp suất, xylanh có đệm kín 12 Trên hình 7.6c sơ đồ máy ép có xà di động Thông số máy ép thủy lực lực ép định mứcPH - tích áp suất chất lỏngtrong xylanh với diện tích có ích pittông công tác máy ép 161 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Hình 7.7 Phân loại máy ép thủy lực theo chức công nghệ a để gia công kim loại, b để gia công vật liệu phi kim loại 162 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL - Truyền dẫn thiết bị trạm máy ép thủy lực Trạm máy ép thủy lực bao gồm: máy ép, nguồn cấp chất lỏng áp suất cao cho máy ép, phần truyền dẫn, phần thu hồi chất lỏng, thùng chứa, phận điều khiển phận phân phối, van, đ-ờng ống với van cút dùng để nối phần kể vào thành hệ thống thống nhất, dẫn động điện Nguồn cấp chất lỏng áp suất cao cho máy ép trình hoạt động định loại dẫn động máy ép.Nó gây ảnh h-ởng lớn tới sơ đồ hoạt động máy ép thủy lực, máy ép th-ờng đ-ợc phân loại theo đặc điểm Hình 7.8 Phân loại trạm máy ép Khi dùng loại dẫn động bơm bình tích áp nguồn cấp chất lỏng áp suất cao cho máy ép đ-ợc thực trực tiếp từ bơm Loại dẫn động bơm có bình tích áp loại dẫn động mà thực việc cấp chất lỏng công tác cho máy ép hành trình công tác đồng thời từ bình tích áp từ bơm loại dẫn động kiểu tăng áp việc cấp chất lỏng cho máy ép hành trình công tác đ-ợc thực nhờ tăng, cấp chất lỏng công tác theo l-ợng định Bộ tăng áp bơm có xy lanh Về mặt nguyên lý, kiểu dẫn động định tính chất máy ép Để đặc tr-ng cho loại máy ép thủy lực, cần thiết không nêu loại dẫn động, mà kể tới loại chất lỏng công tác Nó định đến đặc điểm kết cấu máy ép, thí dụ nh- máy ép dùng dầu, có bơm hay bình tích áp Với dẫn động kiểu bơm có bình tích áp có chức tích trữ l-ợng toàn chu trình công tác máy để thực hành trình công tác Kết tải 163 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL bơm động điện trở nên Nh-ợc điểm tiêu tốn l-ợng không phụ thuộc vào sức cản phôi Với loại dẫn động kiểu bơm bình tích áp công suất định mức bơm động điện đ-ợc xác định công suất lớn mà máy tạo Bộ dẫn động tiêu thụ l-ợng cho công có ích mà máy ép thực Dẫn động từ tăng áp dùng khí nén tiêu thụ l-ợng không phụ thuộc vào sức cản phôi Nó bảo đảm thực số l-ợng lớn hành trình ngắn lặp lại Dộn động từ tăng áp khí đảm bảo tiêu thụ l-ợng phụ thuộc vào công thực hiện, đảm bảo số l-ợng lớn hành trình lặp lại ngập sâu đồng đầu búa vào phôi KL 7.2.2 Nguyên lý hoạt động máy ép thủy lực có dẫn động kiểu bơm bình tích áp Máy ép có dẫn động n-ớc (n-ớc nhũ t-ơng) kiểu bơm bình tích áp, đ-ợc trình bày hình 7.9 Hình 7.9 Sơ đồ máy ép dẫn động kiểu bơm n-ớc bình tích áp Máy ép dùng để tạo lực ép gia công áp suất, van cấp đảm bảo cấp chất lỏng công tác áp suất thấp cho máy ép hành trình không tải, hành trình công tác ngăn cách bình chứa với đ-ờng chất lỏng áp suất cao 164 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Động thủy lực thừa hành tự động nâng van cấp đảm bảo cho chất lỏng từ xy lanh công tác trở thùng chứa xà ngang hành trình Thùng chứa cung cấp chất lỏng cho máy ép hành trình không tải, áp suất không khí th-ờng 0,4 - 0,8Mpa Bộ tự động triêt tải chuyển bơm sang làm việc không tải sau đạt áp suất định.Van tuần hoàn 6, van chiều 7, bơm pittoong dùng để cấp chất lỏng công tác áp suất cao cho máy ép hành trình công tác Bộ phân phối có chức để điều khiển máy ép Van chiều 10 xylanh dùng để cấp xả chất lỏng công tác khỏi xylanh Van 11 van cấp, van 12 van xả xylanh công tác Trên hình phía d-ới bên trái có trình bày biểu đồ pha mở van phân phối Trên trục đứng biểu thị hành trình van đế van, trục ngang biểu thị góc quay trục phân phối: - vị trí III (dừng) van 11 van 12 mở Bơm cấp chất lỏng qua tự động triệt tải để tới phân phối 9, chất lỏng tới đ-ờng hút vào bơm Xà ngang máy ép đ-ợc giữ nằm lơ lửng van 10 đóng - vị trí II (hành trình không tải) van 10 12 mở Van cấp tự động nâng lên chất lỏng từ thùng chứa xylanh công tác Từ xylanh khứ hồi, d-ới tác động trọng l-ợng phần chuyển động áp suất, chất lỏng từ thùng chứa lên pittoong công tác, chất lỏng đ-ợc ép chảy qua van 10 thùng chứa xylanh công tác - vị trí I (hành trình công tác) van 10 11 mở Chất lỏng từ bơm qua van 11 phần vỏ van cấp để tới xylanh công tác Từ xylanh khứ hồi, chất lỏng đ-ợc ép qua van 10 11 mở để tới xylanh công tác máy ép Van điền đầy đ-ợc đóng áp suất chất lỏng cấp từ bơm tới, lực bổ trợ dầu không đủ để mở Khi áp suất đ-ờng công tác đạt trị số đạt tr-ớc tự động triệt tải van tuần hoàn nâng lên bơm bắt đầu làm việc không tải Máy ép thực việc ép phôi rèn - vị trí IV (hành trình khứ hồi) van 12 mở, chất lỏng d-ới áp suất từ bơm nâng van 10 lên điền đầy xylanh khứ hồi, từ xy lanh công tác chất lỏng đ-ợc đẩy qua van 12 có tiết diện nhỏ để tới thùng chứa áp suất xylanh công tác giảm xuống, chứa dầu nâng van cấp lên, chất lỏng từ xylanh công tác qua van cấp đ-ợc ép tự để trở thùng chứa Xà ngang động đ-ợc nâng lên Cần ý phân phối vị trí cần điều khiển, tất van không đ-ợc đóng đồng thời nhằm tránh va đập thủy lực đ-ờng ống làm cho tự động triệt tải làm việc đột ngột 165 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL 166 ... lên Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Ch-ơng 1: Đặc điểm công nghệ đánh giá khả dập kim Loại 1.1 Kim loại băng 1.1.1 Khái niệm dập Dập phần trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ. .. 164 Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Bài mở đầu: Giới thiệu chung môn học Công nghệ tạo hình KL phần công nghệ gia công KL áp lực nhằm làm biến dạng KL để nhận đ-ợc chi tiết có hình dạng... dạng công nghệ Những tiêu KL dùng để chế tạo chi tiết ph-ơng pháp dập nguội tính biến dạng công nghệ Công nghệ - Thiết bị tạo hình KL Tính biến dạng công nghệ khả thay đổi hình dáng chịu gia công