NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ
2.1. Sơ lƣợc về công nghệ dập khối trên khuôn hở (có vành biên)
Dập khối là phương pháp công nghệ có năng suất rất cao và chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ. Nó được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực chế tạo máy và sản xuất hàng tiêu dùng. Đặc biệt là trong công nghiệp chế tạo ô tô, toa xe, đầu máy, máy vận chuyển, máy nâng, máy khâu, chế tạo máy công cụ, máy nông nghiệp, chế tạo các dụng cụ đồ nghề, dụng cụ y tế v.v.
Dập khối là quá trình phân bố lại kim loại phôi một cách cưỡng bức, làm điền đầy các khoảng trống, có hình dáng gần giống với hình dáng chi tiết và được gọi là các lòng khuôn. Khuôn dập là dụng cụ chủ yếu nhất trong dập khối. Không phụ thuộc vào thiết bị, nó được chia làm 3 loại chính sau đây: khuôn hở, khuôn kín, khuôn ép chảy.
Tuỳ thuộc vào hình dáng, kích thước, yêu cầu cơ tính… của từng chi tiết mà ta có thể lựa chọn được kiểu lòng khuôn dập phù hợp.
Đặc điểm cơ bản của dập khối trên khuôn hở là chỗ sản phẩm của nó có vành biên bao quanh chu vi của mặt phân khuôn. Vành biên này có ý nghĩa công nghệ đặc biệt và
khuôn không thể thiếu nó được. Thiết bị chủ yếu để dập bằng khuôn hở là máy búa và các loại máy ép. Bản chất của quá trình dập trên khuôn hở có thể giải thích bằng một ví dụ như sau: ta cho một vật dập hình trụ có đường kính DK và chiều cao HK (hình 2.1a) ta có thể làm khuôn như hình 2.1b. Gồm 1 cối có lòng khuôn với kích thước bằng kích thước của vật rèn DKH và HKH (bằng kích thước của chi tiết cộng thêm lượng dư gia công và dung sai vật rèn) và chày 2 là 1 tấm phẳng. Nếu thể tích phôi được tính toán bằng thể tích lòng khuôn: Vph = Vkh thì sau khi dập ta thu được vật rèn với các kích thước yêu cầu Dhk và Hhk (hình 2.1c).
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ dập trên khuôn hở a - Phôi; b, c - Khuôn không có góc nghiêng (l tưởng) d,e - Khuôn có góc nghiêng thành lòng khuôn (phôi th a)
Nhưng nếu dập theo sơ đồ trên thì sẽ gặp những khó khăn sau:
- Việc lấy vật dập ra khỏi lòng khuôn rất khó khăn do lực ma sát giữa vật dập và thành khuôn rất lớn.
- Khi kích thước của phôi không chính xác sẽ không thu được vật dập đúng kích thước: nếu Vph > Vkh thì kim loại thừa sẽ cho vật dập cao hơn chiều cao của lòng khuôn một lượng đúng bằng chiều dày lớp bavia; nếu Vph < Vkh thì ở một số vùng nào đó kim loại không điền đầy được lòng khuôn và tại đó ta thấy kích thước vật dập bị hụt.
Đối với các chi tiết phức tạp, kim loại rất khó chảy đến các vùng có trở lực biến dạng lớn trong lòng khuôn (khi hình trụ với HK lớn thì tại đáy cối thường gặp trường hợp hụt kích thước), trường hợp này gọi là hiện tượng không điền đầy lòng khuôn. Nguyên nhân của nó là do định luật “Trở lực biến dạng nhỏ nhất” của kim loại khi biến dạng dẻo. Trong thực tế có khi thể tích phôi có thể lớn hơn thể tích vật rèn nhưng ta thấy kim loại chảy tràn ra ngoài miệng khuôn chứ không điền đầy lòng khuôn.
Để khắc phục hiện tượng trên ta có thể làm khuôn dập có góc nghiêng thành lòng khuôn (hình 2.1d,e).
Khi gặp các chi tiết phức tạp, khó điền đầy lòng khuôn ta lấy thể tích phôi lớn hơn thể tích vật dập một chút, lượng kim loại thừa này sẽ chảy tràn ra khe hở giữa chày và cối. Nhưng khi chày tiến dần đến cối thì chiều dày lớp kim loại giảm đi, nó sẽ nguội dần sớm hơn các chỗ khác và gây trở lực biến dạng lớn, đóng kín cửa khuôn, không cho kim loại tiếp tục tràn ra ngoài nữa. Vì vậy lượng kim loại còn lại trong khuôn bị cưỡng bức chảy vào các vùng khó điền đầy trong lòng khuôn.
Như vậy lượng kim loại thừa chảy tràn ra khe hở giữa chày và cối có ý nghĩa công nghệ rất quan trọng. Nhiệm vụ chủ yếu của nó là làm cho kim loại điền đầy lòng khuôn.
Sau khi dập trên khuôn hở ta cần cắt bỏ lớp vành biên bằng các khuôn cắt biên. Lượng kim loại hình thành vành biên đối với các chi tiết nhỏ chiếm một tỷ lệ khá cao, làm giảm hệ số sử dụng kim loại. Đây cũng là nhược điểm lớn nhất của phương pháp dập trên khuôn hở.
Đặc điểm quá trình dập khối trên khuôn hở
* Khối lượng phôi có thể không cần chính xác nhưng kích thước của vật dập sẽ giống nhau vì khi khối lượng phôi lớn hơn yêu cầu thì lượng kim loại thừa có thể chảy hết ra theo rãnh thoát biên.
* Chiều chảy của kim loại thoát ra khỏi lòng khuôn vào các rãnh thoát biên vuông góc với chiều của lực tác dụng. Chiều dày của vành biên giảm dần khi lực dập tang.
* Thớ kim loại tại nơi cắt vành biên sẽ không liên tục.
* Khối lượng kim loại ở trong lòng khuôn giảm dần đi trong quá trình tăng lực vì có một lượng kim loại chảy ra khỏi khuôn qua rãnh thoát biên.