Công nghệ chế tạo máy

Chương 1. Khái niệm về gia công kim loại bằng áp lực . Chương 2. Nung nóng kim loại để gia công áp lực. Chương 3. Cán và kéo. Chương 4. Rèn tự do và rèn khuôn. Chöông 5. Dập tấm. Ưu điểm :       Năng suất cao, phế liệu ít, giá thành hạ.        Rèn, dập là những phương pháp cơ bản để tạo phôi cho gia công cắt gọt. Nhược điểm :    Độ bóng, độ chính xác thấp hơn so với gia công cắt gọt.

PHẦN 2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BẰNG ÁP

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ GIA CƠNG KIM LOẠI BẰNG ÁP

LỰC

• 1.1  Định nghĩa

• 1.2  Ưu – nhược điểm của gia cơng bằng áp lực

• 1.3  Phân loại các phương pháp gia cơng bằng áp lực 1.4  Sự

biến dạng dẻo của kim loại

• 1.5  Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại

• 1.6  Aûnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ

chức của kim loại

• 1.7  Sự kết tinh lại

• 1.8 Các định luật cơ bản áp dụng khi gia cơng

• bằng áp lực.

1.1Định nghĩa.

Phương pháp tạo phôi dựa vào nguyên lý biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực làm thay đổi hình dáng, kích thước theo ý muốn.

1.2 Ưu – nhược điểm của gia cơng bằng áp lực

•    So với đúc.

* Ưu điểm:

   ◆ Khử được một số khuyết tật như rỗ

khí, rỗ co làm cho tổ chức kim loại mịn, cơ tính sản phẩm cao.

◆ Có khả năng biến tổ chức hạt của

kim loại thành tổ chức thớ, có khả năng tạo được các tổ chức thớ uốn, xoắn khác nhau làm tăng cơ tính của sản phẩm.

◆ Đôä bóng, độ chính xác cao hơn các

chi tiết đúc.

◆ Dễ cơ khí hoá và tự động hoá nên

năng suất cao, giá thành hạ.

*So với cắt gọt:

*Ưu điểm :

      Năng suất cao, phế liệu ít, giá thành hạ.

       Rèn, dập là những phương pháp cơ bản để tạo phôi cho gia công cắt gọt.

*Nhược điểm :

   Độ bóng, độ chính xác thấp hơn so với gia công cắt gọt.

1.3 Phân loại các phương pháp gia công

bằng áp lực.

1.3.1   Phương pháp cán

1.3.2 Phương pháp kéo kim loại 

1.3.3 Phương pháp ép kim loại 

1.3.4 Rèn tự do

1.3.5 Rèn khuôn(Dập nóng)

1.3.6 Dập tấm(Dập nguội)

1.3.2 Phương pháp kéo kim loại :

Là phương pháp biến dạng dẻo kim loại qua lỗ hình của khuôn kéo dưới tác dụng của lực kéo, phôi

được vuốt dài ra, giảm diện tích tiết diện ngang,

tăng chiều dài.

1.3.3Phương pháp ép kim loại :

Kim loại sau khi nung nóng cho vào buồng ép,dưới tác dụng của chày ép kim loại chui qua lỗ khuôn ép có hình dạng và kích thước của chi tiết cần chế tạo

  1.3.4 Phương pháp rèn tự do : Là

phương pháp biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng lực dập của búa

hoặc lực ép của máy ép.

phương pháp biến dạng dẻo kim loại

trong lòng khuôn rèn dưới tác dụng của lực dập.

    1.3.6 Dập tấm : Là phương pháp

biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấm, trong khuôn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dạng, kích thước theo yêu cầu.

1.4 Sự biến dạng dẻo của kim loại

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

tinh.

✫ Biến dạng dẻo của đơn tinh

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 t0>9500C.

   Giải thích sự trượt.

*     Theo thuyết lệch, kim loại kết tinh không sắp xếp theo qui luật một cách lý tưởng mà thực tế có những chỗ lệch, các nguyên tử ở vị trí lệch luôn có xu

hướng trở về vị trí cân bằng Khi có lực tác dụng thì đầu tiên sự di động xảy ra

ở các điểm lệch, các vùng lân cận cũng dịch chuyển theo Cuối cùng lại tạo nên chỗ lệch mới Quá trình cứ tiếp tục đến khi không còn lực tác dụng nữa

       * Hiện tượng trượt còn được giải

thích bằng một hiện tượng khác đó là sự khuyếch tán khi nhiệt độ

tăng cao, các nguyên tử di động

mạnh dần và dịch chuyển sang một

vị trí cân bằng khác, làm mạng tinh thể bị biến dạng dưới hình thức

trượt BDĐH là biến dạng mà khi thôi tác dụng lực, kim loại sẽ trở về vị trí ban đầu.

Giải thích hiện tượng song tinh

.

Dưới tác dụng của ứng suất tiếp , trong tinh thể có sự

dịch chuyển tương đối của hàng loạt các mặt ngtử này so với các mặt khác Qua một mặt phẳng cố định nào đó gọi

là mặt song tinh Hiện tượng song tinh xảy ra rất nhanh và mạnh khi biến dạng đột ngột, tốc độ biến dạng lớn

τ

1.4.2 Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo.

       ✽ Sự thay đổi hình dạng hạt :Sự thay đổi

hình dạng hạt chủ yếu là nhờ quá trình

trượt Hạt không những thay đổi về kích

thước mà còn có thể vỡ ra thành nhiều khối nhỏ làm tăng cơ tính.

     ✽ Sự đổi hướng của hạt : Trước khi biến dạng các hạt sắp sếp không theo một

hướng nhất định nào.Sự hình thành tổ

chức sợi dẫn đến sự sai khác về cơ, lí tính của kim loại theo những hướng khác nhau, làm cho kim loại mất tính đẳng hướng

     ✽ Sự tạo thành ứng suất dư : Khi gia công áp lực do biến dạng không đều và không cùng một lực nên trong nội bộ vật thể

sau khi biến dạng còn để lại ứng suất gọi là ứng suất dư.

Cĩ 3 loại ứng suất dư:

❈ Ưùng suất dư loại 1 ( σ1): Là ứng

suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều giữa các bộ phận của

vật thể.

    ❈ Ứng suất dư loại 2 ( σ2): Là ứng

suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều giữa các hạt.

❈ Ứng suất dư loại 3 ( σ3): Là ứng

suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều trong nội bộ hạt

✺ Sự thay đổi thể tích và thể trọng.

Khi biến dạng dẻo trong nội bộ hạt luôn xảy ra hai quá

trình:

   Tạo ra những vết nứt, khe xốp, lỗ rỗ tế vi do sự vỡ nát của mạng tinh thể khi trượt và song tinh.

    Quá trình hàn gắn những lỗ rỗ,vết nứt khi kết tinh lại

Do đó khi gia công áp lực, tỉ trọng và thể tích của kim loại

bị thay đổi đáng kể.

1.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim

loại.

1.5.1 Trạng thái ứng suất

1.5.2 Tốc độ biến dạng và nhiệt độ

1.5.3 Thành phần và tổ chức kim loại

1.5.1 Trạng thái ứng suất :

o      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.

1.5.2 Tốc độ biến dạng và nhiệt độ

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

W=

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

dt V

dV

.

✸ Gia công nóng t0 > TKTL

Ơû nhiệt độ không quá cao :

Đối với thép t0= 9000 C

Khi tăng tốc độ biến dạng(W) thì lực

ma sát làm tăng nhiệt độ của kim

loại lên 10000C ÷ 11000C nên thép rất dẻo.

  ✸ Gia công kim loại ở nhiệt độ quá cao : Nếu tăng W thì lực ma sát làm

tăng nhiệt độ của kim loại đến

vùng quá nhiệt làm độ dẻo giảm , độ cứng tăng lên.

1.5.3 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 hố học.

Vd : Thép % C thấp dẻo hơn thép %C cao.

1.6 Aûnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất

và tổ chức của kim loại.

    

1.6.1 Aûnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại

1.6.2 Aûnh hưởng của biến dạng

dẻo tới lý tính kim loại

1.6.3 Aûnh hưởng của biền dạng

dẻo tới hoá tính

1.6.1 Aûnh 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 do đó cơ tính càng cao.

       ❃ Biến dạng dẻo giúp khử được

các khuyết tật như xốp co, rỗ khí, rỗ

co, lõm co… làm tăng độ mịn chặt

của kim loại làm cơ tính tăng lên.

 Biến dạng dẻo có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính sản phẩm.

      Tốc độ biến dạng cũng có ảnh hưởng lớn tới cơ tính sản phẩm : Nếu tốc

độ biến dạng càng lớn thì sự biến cứng càng nhiều , sự không đồng đều của biến cứng càng nghiêm trọng và sự phân bố thớ càng không đều do đó cơ tính kém.

1.6.2 Aûnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính

➣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,…

1.6.3 Aûnh hưởng của biến dạng dẻo

tới hố tính.

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

Hiện tượng kết tinh lại gồm 3 giai đoạn :

         Giai đoạn hồi phục: t0 = (0.2÷ 0.3)Tnc (0K )

         Giai đoạn kết tinh lại lần 1: t0 = 0.4 Tnc

         Giai đoạn kết tinh lại lần 2: t0 > 0.4 Tnc

Trong gia cõng aựp lửùc cần traựnh lửụùng bieỏn dáng tụựi

hán vỡ ụỷ ủoự ủoọ hát kim loái lụựn nhaỏt laứm cụ tớnh keựm.       ● Gia cõng noựng t0> TKTL(0K )

TKTL=0.4 Tnc (0K )

Gia cõng ụỷ nhieọt ủoọ cao nẽn kim loái coự ủoọ deỷo cao, ủoọ bền ,ủoọ cửựng thaỏp nẽn lửùc bieỏn dáng khõng lụựn, cõng suaỏt thieỏt bũ khõng lụựn, nhửng ủoọ chớnh xaực, ủoọ boựng cuỷa bề maởt kim loái khõng cao Thửụứng gia

cõng phõi dáng khoỏi

       ● Gia cõng nguoọi t0< TKTL (0K )

Lửùc bieỏn dáng lụựn,ủoứi hoỷi cõng suaỏt thieỏt bũ lụựn ẹoọ chớnh xaực vaứ ủoọ boựng bề maởt cao Thửụứng gia cõng phõi dáng taỏm

1.8 Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công bằng áp lực.

1.8.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại

song song với biến dạng dẻo

1.8.2 Định luật ứng suất dư

1.8.3 Định luật thể tích không đổi

1.8.4 Định luật trở lực bé nhất

1.8.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song

song với biến dạng dẻo.

● Khi gia cõng aựp lửùc neỏu trong kim loái xaỷy ra bieỏn

dáng deỷo bao giụứ cuừng coự moọt lửụùng bieỏn dáng ủaứn hồi keứm theo (ủửụùc xaực ủũnh baống goực ủaứn hồi , phú thuoọc vaứo moduyn ủaứn hồi E cuỷa vaọt lieọu vaứ chiều daứy taỏm kim loái)

       ❇ Gia cõng nguoọi : Kim loái dáng taỏm seừ chũu aỷnh hửụỷng lụựn

       ❇ Gia cõng noựng : Kim loái dáng khoỏi , aỷnh hửụỷng cuỷa bieỏn dáng ủaứn hồi coự theồ boỷ qua

Thửụứng ủeồ aựp dúng khi thieỏt keỏ khuõn daọp, vaọt daọp phaỷi keồ ủeỏn lửụùng bieỏn dáng dử do bieỏn dáng ủaứn hồi gãy ra

1.8.2 Định luật ứng suất dư.

❇ Khi gia cõng aựp lửùc do nung noựng vaứ laứm nguoọi khõng ủều, lửùc bieỏn dáng, lửùc ma saựt… phãn boỏ khõng ủều laứm phaựt sinh ra ửựng suaỏt dử tồn tái cãn baống bẽn trong vaọt theồ kim loái Neỏu khõng cãn baống thỡ seừ coự quaự

trỡnh tớch, thoaựt ửựng suaỏt laứm cho vaọt theồ bieỏn dáng

ngoaứi yự muoỏn ủeồ ửựng suaỏt dử tồn tái cãn baống

1.8.3 Định luật thể tích không đổi

« Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng »

Gọi 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:

b h

1

δ δ2 δ 3

1

δ δ2 δ 3

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.

Khi cĩ một ứng biến bằng 0 thì hai ứng biến cịn lại phải ngược dấu và cĩ trị số tuyệt đối bằng nhau Dập khơng làm mỏng thành phơi :

S = S = 0 =

Aùp dụng để tính tốn kích thước, khối lượng phơi trước khi gia cơng.

1.8.4 Định luật trở lực bé nhất

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

❧ Aùp dụng để thiết kế hình dáng của phơi trước khi gia cơng

Chương 2 NUNG NONG KIM LOẠI ĐỂ

2.1 Mục đích của nung nóng.

❧ Nâng cao tính dẻo, giảm khả năng biến cứng của kim loại, tạo điều kiện thuận tiện cho quá trình biến dạng nên giảm được công suất thiết bị.

❧ Ở nhiệt độ cao, dao động nhiệt của các nguyên tử kim loại càng lớn, quá trình trượt và song tinh thực hiện dễ

dàng hơn.

❧ Có hiện tượng chuyển biến pha khi nung nóng kim loại làm cho khả năng biến dạng dễ hơn.

2.2 Những hiện tượng xảy ra

khi nung nóng.

❈ Hiện tượng ôxy hóa

❈ Hiện tượng thốt cacbon

❈ Hiện tượng quá nhiệt

❈ Hiện tượng cháy kim loại

❈ Hiện tượng nứt

❈ 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 tốn phôi phải

kể đến lượng ôxy hóa.

❈ Hiện tượng thốt 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 thốt 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

2.3 Chế độ nung

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

2.3.1 Nhiệt độ nung kim loại

(nhiệt độ bắt đầu gia công, nhiệt độ kết thúc gia công) 2.3.2 Thời gian nung

2.3.3 Tốc độ nung

2.3.1 Nhiệt độ nung kim loại

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 (H-167)

         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

2.3.2 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= K D (giờ)

:Hệ số sắp xếp phôi trong lò

:Hệ số kích thước phôi

K :Hệ số truyền nhiệt kim loại

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

D

2.3.3 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 800 0 ÷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