3.6.1. Mục đích của nung nĩng
- 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 cơng 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.
- Cĩ hiện tượng chuyển biến pha khi nung nĩng kim loại làm cho khả năng biến dạng dễ hơn.
3.6.2. Những hiện tượng xảy ra khi nung
- Hiện tượng ơxy hĩa.
Khi nung nĩng ở nhiệt độ cao kim loại dễ bị ơxy hĩa tạo một lớp oxit kim loại, bong ra khỏi bề mặt làm hao hụt kích thước, khối lượng phơi.Do vậy khi tính tốn phơi phải kể đến lượng ơxy hĩa.
- Hiện tượng thốt cacbon.
Khi nung thép các chất khí như O2,CO2,H2, H2O,...cĩ trong mơi trường khí lị dễ tác dụng với Fe3C của thép làm cho hàm lượng cacbon trên bề mặt thép giảm đi, nhưng khơng làm giảm kích thước gọi là hiện tượng thốt cacbon.
+ Làm ảnh hưởng tới cơ tính của bề mặt phơi (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 cơng 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 cơng dễ bị nứt vì ở đĩ 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).
+ Khi nung thép cacbon cao,thép hợp kim nếu nung với tốc độ nhanh thì sẽ làm nứt phơi do hiện tượng truyền nhiệt của kim loại kém, độ dẫn nhiệt và độ dẻo kém.
+ Khi kết thúc gia cơng ở nhiệt độ quá thấp cũng gây nứt phơi do hiện tượng biến cứng của bề mặt kim loại.
+ Đối với thép cacbon thấp ,kim loại và hợp kim màu cĩ thể nung với tốc độ bất kì.
3.6.3. Chế độ nung kim loại
Chế độ nung bao gồm nhiệt độ nung, thời gian nung và tốc độ nung. * Nhiệt độ nung kim loại
(nhiệt độ bắt đầu gia cơng, nhiệt độ kết thúc gia cơng).
Chọn nhiệt độ gia cơng cần bảo đảm kim loại dẻo nhất, chất lượng vật nung, kim loại biến dạng tốt nhất và hao phí ít nhất. Cĩ 3 phương pháp xác định nhiệt độ nung:
- Dựa vào giản đồ trạng thái. - Dựa vào cơng thức kinh nghiệm. - Dựa vào màu sắc phơi:
+ Thép màu sáng trắng phơi quá nhiệt. + Thép màu vàng rơm t0BĐGC = t0nung + Thép màu tím hoa cà t0KTGC
t0KTGC > 0.25 Tnc * 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 = α .β . K . D. D (giờ) α : Hệ số sắp xếp phơi trong lị.
β : Hệ số kích thước phơi (L/D) K : Hệ số truyền nhiệt kim loại.
D : Đường kính phơi hoặc chiều dài cạnh ngắn nhất của phơi. * Tốc độ nung.
Tốc độ nung ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng nung. Cĩ 2 giai đoạn để xác định tốc độ nung:
- Giai đoạn nhiệt độ thấp (thép từ 8000 ÷8500): Giai đoạn này kim loại cĩ tính dẻo thấp, sự nung nĩng 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. - Giai đoạn nhiệt độ cao (> 8500C) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tốc độ nung giai đoạn này gọi là: “Tốc độ nung kĩ thuật”
Giai đoạn này cần nung nhanh để giảm sự ơ xy hĩa, vì ở nhiệt độ cao tính dẻo của kim loại tăng nên khơng sợ nứt, nhưng tốc độ ơxi hĩa mạnh.
Nhiệt độ nung phụ thuộc vào vật liệu, kích thước vật nung.
Tốc độ nung giai đoạn này cĩ thể tra trong bảng của sổ tay rèn dập.
3.6.4. Thiết bị nung
* Lị phản xạ (lị buồng)
Nhiên liệu sử dụng là than đá. * Lị điện: Cĩ 3 loại:
- Lị điện trở . - Lị điện cảm ứng .
- Lị dùng năng lượng điện phân .
3.6.5 Làm nguội sau khi gia cơng
• Là một cơng việc rất quan trọng để đảm bảo chất lượng vật gia cơng. • Gồm 2 giai đoạn:
- Làm nguội trong khi rèn dập: Là quá trình phơi truyền nhiệt ra mơi trường, dụng cụ gia cơng…
- Làm nguội sau khi gia cơng: Nếu làm nguội khơng tốt sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm, như cong vênh, nứt nẻ…
Đối với chi tiết nhỏ: Xếp vào lị chứa vơi bột hay lị cĩ nhiệt độ thấp hơn để làm nguội chậm.
Đối với chi tiết lớn (D = 500 ÷ 1500mm): Đặt trong khơng khí, phủ cát áo bảo vệ bằng amiăng, đặt cách vật 50 ÷ 120 mm để làm nguội chậm.
Chương 4: CÁN VÀ KÉO KIM LOẠI 4.1. Cán kim loại
4.1.1. Thực chất, đặc điểm của cán kim loại:
Cán là phương pháp gia cơng kim loại bằng áp lực trong đĩ kim loại được biến dạng qua khe hở giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, khe hở nhỏ hơn vật cán.
Hình dạng kích thước khe hở giữa hai trục cán quyết định hình dạng kích thước tiết diện ngang của sản phẩm cán.
- Khi máy cán cĩ trục cán là hình trụ trơn ta sẽ cán được những tấm mỏng, các băng kim loại .
- Khi máy cán bằng các trục cán cĩ các rãnh định hình ta sẽ được các vật cán cĩ tiết diện khác nhau như tiết diện đường ray xe lửa, tiết diện chữ I, chữ U v. v…
- Các phương pháp cán chủ yếu là cán dọc, cán ngang, cán nghiêng. Hầu hết các trường hợp cán kim loại thường là cán dọc được sử dụng tới 90% trong cơng nghiệp cán.
- Cán dọc được thực hiện trên máy cán cĩ hai trục song song quay trái chiều nhau, phơi kim loại dịch chuyển vuơng gĩc với đường tâm trục cán .
* Các thơng số biểu thị khi cán:
- Hệ số kéo dài: 1 0 0 1 F F l l = = µ l0, F0: Chiều dài, diện tích phơi cán
l1, F1: Chiều dài, diện tích tiết diện sau khi cán - Lượng ép tuyệt đối: h = h0 – h1= D(1-cosα)
D: Đường kính trục α: Gĩc ăn - Phản lực N - Lực ma sát T = = α α cos . sin . N N N N Y X = = = α α α sin . cos . . cos . T T f N T T Y X α N T
4.1.2. Các sản phẩm cán
Gồm cĩ bốn nhĩm:
- Nhĩm các vật cán định hình. - Nhĩm các vật cán dạng tấm. - Nhĩm các vật cán dạng ống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nhĩm các vật cán đăc biệt khác như trục, bánh xe. Trong cán định hình chia làm 2 loại.
- Loại đơn giản cĩ các tiết diện cán được là: trịn, vuơng, tam giác, lục giác, chữ nhật, ơ van, chữ u, chữ z hoặc cĩ thể cán phơi cho xưởng rèn.
- Dạng tấm chia ra 3 loại là loại dày, loại mỏng và loại bản rộng.
+ Loại dày thường làm thùng chứa, nồi hơi đĩng tàu, xe bọc thép v.v.. + Loại mỏng làm các băng, các cuộn dài .
+ Loại bản rộng cĩ chiều rộng từ 200 đến 1500mm và chiều dày tữ 4 đến 60mm.
4.1.3. Thiết bị cán:
Máy cán gồm cĩ:
- Giá trục cán trên đĩ cĩ lắp trục cán. Trục cán quay được là nhờ động cơ qua hộp giảm tốc gồm các bộ bánh răng và khớp nối. Giá trục cán gồm cĩ hai đế nối với nhau bằng các bu lơng hoặc tấm ngang. Tất cả các bộ phận này được đặt trên một nền chung vững chắc.
4.2. Kéo dây:
4.2.1. Đặc điểm:
Kéo là một quá trình gia cơng kim loại bằng áp lực, trong đĩ phơi được vuốt dài ra qua một lỗ cĩ hình dạng và kích thước nhất định. Lỗ này cĩ tiết diện nhỏ hơn tiết diện của phơi. Quá trình kéo được áp dụng cho các kim loại khác nhau như thép, đồng, nhơm và các hợp kim của chúng.
- Bề mặt vật sau khi kéo bị biến cứng. - Sức bền và độ cứng tăng, độ dẻo giảm.
- Đạt độ chính xác cao về kích thước và hình dạng của vật sau khi kéo
- Cĩ thể kéo được những dây kéo nhỏ tới đường kính 0,65mm hoặc nhỏ hơn nữa.
Ứng dụng :
- Kéo các dây cĩ đường kính nhỏ. - Kéo các ống mỏng, thép hình.
- Kéo các chi tiết như then bằng, then bán nguyệt.
Kim loại biến dạng qua lỗ trịn của khuơn kéo làm giảm tiết diện ngang F, mức độ biến dạng tính theo hệ số kéo tương đối ε hoặc hệ số kéo tuyệt đối µ sau mỗi lần kéo: % 100 . 1 2 1 F F F − = ε 2 1 2 1 d d F F = = µ
Trong đĩ: F1, F2: diện tích tiết diện ngang của hai lần kéo liên tiếp d1, d2
4.2.2. Sơ đồ thiết bị
* Quá trình kéo được thực hiện trên máy kéo qua một dụng cụ cĩ lỗ gọi là khuơn kéo. Khuơn kéo gồm cĩ bốn phần.
- Phần vuốt nhỏ I để làm biến dạng phơi. - Phần làm trơn II.
- Phần vuốt nhẵn III. - Phần thốt IV
Phần vuốt nhẵn thường là hình trụ cịn các hình khác đều là hình cơn.
Khuơn thép cĩ thể dùng bằng thép dụng cụ hoặc hợp kim cứng tuỳ theo tính chất vật kéo. Để giảm bớt ma sát ở khuơn kéo người ta dùng các chất bơi trơn như dầu, mỡ, bột xà phịng v.v… Muốn phục hồi lại tính chất ban đầu sau khi kéo ta phải ủ để làm mất lớp biến cứng mặt ngồi.
Hình 2.2. Khuơn kéo
Hình 2.3 :Máy kéo cĩ tang cuộn 1.Ống cuộn; 2.Khuơn kéo; 3.Trống.
Chương 5: RÈN TỰ DO - RÈN KHUƠN - DẬP TẤM
5.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại các thiết bị rèn dập (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.1.1. Thực chất, đặc điểm của rèn.
- Rèn: Là biến dạng kim loại ở dạng khối dưới tác dụng của lực động hay lực tĩnh cĩ tính chu kỳ hoặc khơng để được sản phẩm cĩ hình dạng và kích thước theo yêu cầu.
5.1.2. Phân loại:
- Rèn dập: Là phương pháp gia cơng kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ bình thường để tạo hình dạng và kích thước sản phẩm theo yêu cầu lực biến dạng cĩ thể là lực động hay lực tĩnh.
- Rèn tự do: Các phương pháp biến dạng gồm rèn tay và rèn máy.
- Rèn khuơn (dập khuơn ): Các khuơn biến dạng bị hạn chế trong lịng khuơn. - Dập tấm: Là biến dạng kim loại dạng tấm mỏng dưới tác dụng của lực tĩnh, khơng cĩ tính chu kỳ: dập nguội.
5.2. Rèn tự do:
5.2.1. Thực chất và đặc điểm
Rèn tự do là phương pháp gia cơng kim loại bằng áp lực mà kim loại được biến dạng tự do trừ bề mặt tiếp xúc của phơi với dụng cụ gia cơng và đe.
Đặc điểm:
- Rèn được những chi tiết lớn. - Độ chính xác và năng suất thấp
- Chỉ gia cơng được những chi tiết đơn giản .
5.2.1. Dụng cụ và thiết bị.
* Dụng cụ:
Căn cứ vào tính chất chung của rèn tự do dụng cụ rèn cĩ thể chia làm 3 nhĩm là:
+ Nhĩm dụng cụ cơng nghệ cơ bản như các loại đe, búa, bàn là, bàn tĩp, chặt, mũi đột v.v…
+ Nhĩm dụng cụ cặp chặt như các loại kìm, ê tơ.
+ Nhĩm các dụng cụ kiểm tra và đo lường như ê ke, thước cặp. Tất cả các dụng cụ rèn tự do đều được tiêu chuẩn hố về hình dáng,kích thước (chọn trong các sổ tay
rèn rập). Ở nhĩm 1 và 2 đều thường làm bằng thép C40, C50, thép hợp kim hoặc thép dụng dụ, những phần khơng quan trọng như tay nắm, chuơi cán.…làm bằng thép CT38. Các bề mặt làm việc phải nhiệt luyện đạt độ cứng 40-57HRC .
* Thiết bị rèn tự do :
Thiết bị rèn tự do bao gồm nhiều loại như: Máy rèn, thiết bị nung, máy cắt phơi, máy nắn thẳng, máy vận chuyển v.v.. Về máy rèn cũng cĩ nhiều loại như máy búa hơi, máy búa ván, máy búa lị xo, vật rèn thật lớn thì rèn trên máy ép thuỷ lực.
* Máy búa hơi :
Nguyên lý hoạt động: Máy búa hơi cĩ hai xi lanh cơng tác (10). Xi lanh nén khí dùng để nén khơng khí đưa sang xi lanh cơng tác đẩy pít tơng (12) lên xuống, đầu búa sẽ đánh xuống vật rèn. Động cơ (1) quay qua bánh đai (2) , bộ truyền đai (3) làm quay bánh đai (4) và trục khuỷu (5) thơng qua biên (6) làm cho pít tơng ép (8) chuyển động tạo ra khí ép ở buồng trên hoặc dưới xi lanh (7). Tuỳ theo vị trí của bàn đạp điều khiển (17) mà hệ thống van phân phối khí (9) sẽ tạo ra những đường dẫn khí khác nhau làm cho pít tơng búa (12) cĩ gắn trên pít tơng và đe trên (13) chuyển động hay đứng yên trong xi lanh búa (10), đe dươí (14) được lắp vào gối đỡ đe (15) và được giữ chặt trên bộ đe (16).
5.2.3. Cơng nghệ rèn tự do
Các hình thức rèn tự do thường gặp là: Chồn, vuốt, đột lỗ, chặt, uốn, bẻ cong, hàn nối bằng cách rèn.
1.Động cơ; 2. Puli ; 3.Dây đai ; 4. Puli;
5. Trục khuỷu; 6. Tay biên; 7.Xilanh ép; 8. Pittong ép; 9. Van khí; 10. Xi lanh búa; 11 .Pittong búa; 12. Cán pittong; 13. Đe trên gắn với đầu búa; 14. Đe dưới ; 15. Thân đe;
16. Bệ đỡ; 17. Bộ phận điền khiển máy.
+ Khi chồn kích thước theo chiều ngang của vật tăng lên, cịn chiều cao thì giảm đi. Lúc chồn lực búa đánh thẳng vào mặt đầu của vật do đĩ để tránh cho vật bị cong chiều cao của vật khơng được quá 2,5 lần đường kính của nĩ. Nếu chỉ chồn một phần chiều cao của vật ta gọi là chùn đầu.
+ Khi vuốt: chiều dài của vật tăng lên cịn kích thước theo chiều ngang giảm đi. Để tiến hành vuốt, ta đập búa liên tục trên vật sau mỗi nhát búa, đẩy dần vật dịch chuyển lên, đồng thời xoay vật mỗi lần 900. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khi đột: Ta dùng lực búa đánh vào mặt sau mũi đột và tạo nên một lỗ trên vật rèn, sau đĩ xoay ngược vật rèn lại đánh nhẹ mũi đột ra.
+ Khi chặt: Đầu tiên ta chặt vật bằng đục, đến khi gần đứt hẳn thì dùng một miếng đệm đánh vào chỗ cần chặt vật sẽ đứt rời hẳn.
+ Khi uốn cong vật, ta cĩ thể dùng đầu máy búa để đè vật xuống đe, sau đĩ dùng búa tạ đánh cong vật xuống, cũng cĩ thể dùng khuơn uốn cong vật.
5.3. Rèn khuơn: (Dập thể tích )
5.3.1. Thực chất, đặc điểm:
Rèn khuơn là một phương pháp gia cơng kim loại bằng áp lực trong đĩ kim loại được biến dạng trong khơng gian hạn chế của lịng khuơn.
So với rèn tự do rèn khuơn cĩ ưu điểm :
- Độ chính xác và chất lượng của vật rèn cao. - Năng suất cao
- Cĩ khả năng chế tạo được những chi tiết phức tạp - Tiết kiệm được nguyên vật liệu
- Dễ cơ khí hố và tự động hố
- Thao tác đơn giản ,khơng yêu cầu bậc thợ cao - Thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối
Nhược điểm :
+ Máy phải cĩ cơng suất lớn, giá thành khuơn đắt, khuơn mau mịn + Phải tính tốn phơi chính xác trước khi rèn
5.3.2. Thiết bị rèn khuơn và khuơn rèn:
* Thiết bị:
Khởi động: Mở động cơ 1 thơng qua bộ truyền bánh đai 2, qua đai truyền 3, bánh đai lớn 4. Trục trung gian 5 làm quay bánh răng 6 và 7 chạy trơn trên trục 9 .
Máy làm vịêc: Aán bàn đạp 14 (hoặc nút điều khiển nếu cĩ) ly hợp ma sát 8 đĩng lại, trục khuỷu 9 quay thơng qua tay biên 10 làm cho con trượt 11 chuyển động . Dừng máy: Thơi tác động vào bàn đạp hoặc nút điều khiển, ly hợp ma sát 8 mở ra ngắt truyền động lập tức phanh 12 hãm trục khuỷu dừng, đầu con trượt ở vị trí theo yêu cầu.
* Khuơn rèn : Bộ khuơn rèn gồm cĩ hai nửa khuơn trên và khuơn dưới
1. Khuơn trên 2. Khuơn dưới