BẰNG BIẾN DẠNG DẺO
Các quá trình gia cơng kim loại trong chương này sử dụng biến dạng dẻo của kim loại để tạo hình sản phẩm. Quá trình biến dạng thu được bằng cách tạo ra ứng suất lớn hơn ứng suất dẻo tới hạn của kim loại thơng qua bộ khuơn gồm hai phần thường gọi là chày và cối. Kết quả là hình dạng của sản phẩm chính là hình dạng của lịng khuơn. Các vật liệu gia cơng của các phương pháp này địi hỏi cĩ độ bền và độ dẻo nhất định.
Quá trình gia cơng bằng biến dạng dẻo được chia thành hai nhĩm chính: biến dạng khối (bulk deformation) và gia cơng tấm (sheetmetal woking). Các chi tiết dạng khối được hiểu là chi tiết cĩ tỉ số diện tích bề mặt trên thể tích nhỏ, ngược lại, các tấm cĩ tỉ số diện tích mặt chia thể tích là rất lớn.
Các quá trình gia cơng bằng biến dạng được thực hiện ở nhiệt độ cao (hot working), nhiệt độ ấm (warm working), nhiệt độ thường (cold working), ngồi ra một số loại vật liệu địi hỏi trong suốt quá trình gia cơng biến dạng nhiệt độ của chi tiết phải giống nhau (isothermal working).
Gia cơng ở nhiệt độ thường cĩ ưu điểm: chính xác cao, độ nhám bề mặt thấp, độ bền và độ cứng cao, khơng cần gia nhiệt trong quá trình gia cơng. Hạn chế của phương pháp này là: lực lớn, hình dáng chi tiết bị hạn chế, yêu cầu vật liệu phải cĩ độ bền và độ dẻo phù hợp.
Gia cơng ấm được thực hiện ở nhiệt độ Tw = 0.3Tm, Tm là nhiệt độ nĩng chảy của vật liệu. Phương pháp này cĩ ưu điểm so với gia cơng ở nhiệt độ thường là: lực ép giảm, đa dạng hình dáng hơn và quá trình ram sản phẩm cĩ thể bỏ qua.
Gia cơng ở nhiệt độ cao thường được thực hiện ở nhiệt độ Th = 0.5 ÷0.75Tm. Ở nhiệt độ này độ cứng giảm và độ dẻo của kim loại tăng đáng kể. Kết quả là phương pháp này cĩ thể gia cơng được các chi tiết cĩ hình dạng đa dạng hơn, vật liệu đa dạng hơn, lực ép nhỏ hơn, chi tiết khơng bị hĩa cứng trong quá trình gia cơng.
Một vấn đề cần quan tâm khi tìm hiểu về các quá trình gia cơng bằng biến dạng dẻo chính là vấn đề bơi trơn. Bơi trơn nhằm: giảm ma sát giữa bề mặt chi tiết và bề mặt khuơn giảm lực hay cơng suất máy, giảm ứng suất tập trung trên sản phẩm và mịn khuơn hay dụng cụ.
Trong chương này, các quá trình biến dạng khối như: cán, rèn, đùn và kéo, và các quá trình gia cơng tấm như dập cắt, dập vuốt, chấn, cán ống, miết được trình bày một cách ngắn gọn.
3.1 CÁN
3.1.1 Nguyên lý cán
Cán là một quá trình gia cơng biến dạng trong đĩ độ dày của phơi được giảm bởi lực nén tác dụng bởi hai trục cán. Hình 3.1 minh họa phương pháp cán kim loại. Cĩ hai quá trình cán phổ biến là cán phẳng và cán định hình. Cán phẳng dùng để làm giảm chiều dày của chi tiết cĩ tiết diện hình chữ nhật, cán đình hình tạo ra các chi tiết cĩ tiết diện hình chữ I, chữ L, chữ U, cũng như các thanh thép vuơng, trịn, hay thép đường ray…
Hình 3.1 Nguyên lý của quá trình cán
Cán thường dùng trong cơng nghiệp nặng, dùng chế tạo phơi cho các quá trình tiếp theo. Cán phần lớn thực hiện ở nhiệt độ cao, gọi là cán nĩng, đối với thép thường ở nhiệt độ 1200oC, nhằm giảm lực cán, loại bỏ hết ứng suất dư. Tuy nhiên cán cũng cĩ thể thực hiện ở nhiệt độ thấp gọi là cán nguội, thường giới hạn cho cán phẳng. Các sản phẩm tấm sau khi cán nĩng cĩ thể tiếp tục cán nguội nhằm giảm chiều dày, nâng cao độ chính xác kích thước và giảm độ nhám bề mặt nhưng các tấm này trở nên cứng hơn.
Hình 3.2 mơ tả một số hình dáng chi tiết được gia cơng bằng phương pháp cán định hình.
Cán định hình phức tạp hơn cán phẳng nhiều, thường bắt đầu bằng phơi vuơng qua nhiều cặp con lăn cán mới thu được hình dạng cuối cùng.
3.1.2 Máy cán
Cĩ nhiều kết cấu máy cán khác nhau tùy theo yêu cầu của sản phẩm. Hình 3.3 mơ tả một số kết cấu máy cán thường dùng trong cơng nghiệp. Hình 3.3a là máy cán cơ bản nhất gồm hai trục cĩ đường kính từ 0.6 đến 1.4m, các trục này cĩ thể quay theo một chiều hay hai chiều khác nhau. Cải tiến của máy hình a là máy hình b, ở đây kim loại được giảm chiều dày hai lần nhưng chiều quay của các trục khơng thay đổi. Cấu trúc máy ở hình c và d làm giảm tối đa biến dạng trên trục hay tăng độ cứng vững của máy bằng cách thêm các trục đỡ cĩ đường kính lớn. Để tăng năng suất và chiều dày cán người ta áp dụng kết cấu của máy ở hình e.
Hình 3.3 Một số kết cấu máy cán phổ biến
3.1.3 Một số quá trình cán khác
a) Cán ren
Phần lớn các chi tiết cĩ ren ngồi khơng địi hỏi yêu cầu độ chính xác cao được gia cơng bằng phương pháp cán. Quá trình các ren được thực hiện ở nhiệt độ thấp trên máy cán ren chuyên dụng. Hình 3.4 mơ tả nguyên lý của quá trình cán ren, bộ phận cơng tác của máy này chính là bàn ren, nĩ xác định bước ren của chi tiết. Để gia cơng một chi tiết hai bộ phận của bàn ren dịch chuyển tương đối với nhau như Hình 3.4, vì vậy năng suất của quá trình này rất cao.
Hình 3.4 Nguyên lý của quá trình cán ren
(1) chi tiết đi vào cán, (2) chi tiết hồn chỉnh