- σb giới hạn bền của vật liệu vật dập ở nhiệt độ dập, MPa;
6. Vấn đề gia nhiệt, làm nguội và bôi trơn khuôn dập
2.2.7. Sử dụng công nghệ dập khối nguộ
trong đó f – diện tích chiếm chỗ của phôi ở đáy lò; m2;
K – hệ số tải trọng đáy lò;
đối với lò buồng K = 0,35 – 0,5; đối với lò nung liên tục K = 0,6 – 0,85. Diện tích đáy lò: Fd = K . a . f . A ' d τ (2.28)
Phụ thuộc vào kiểu máy dập, các thông số phôi dập (mác vật liệu, kích th- ớc, yêu cầu đối với chất lợng chi tiết) chọn kiểu lò hoặc thiết bị nung để thực hiện QTCN.
Mô tả các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò nung: diện tích đáy lò, kích thớc không gian công tác lò, loại nhiên liệu sử dụng, cờng độ đáy lò, năng suất lò, v.v..
2.2.7. Sử dụng công nghệ dập khối nguội
Trong trrờng hợp sử dụng công nghệ dập khối nguội (thờng là ép chảy nguội hoặc chồn nguội) khi thực hiện nhiệm vụ đồ án, thì các bớc cần thiết để thực hiện đều đợc tiến hành theo cách tơng tự nh khi thực hiện công nghệ dập nóng. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện cần lu ý một số điểm nh sau:
1. Khi biến dạng nguội kim loại có tính dẻo kém, do đó mức độ biến dạng trong các bớc nguyên công bị hạn chế, đồng thời kèm theo hiện tợng biến cứng vật liệu. Do đó, khi tính toán thiết kế QTCN phải chú ý đến mức độ biến dạng cho phép phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện biến dạng (nguyên công áp dụng), trên cơ sở đó xác định các nguyên công nhiệt luyện trung gian, xem xét các nguyên công phụ trớc và sau khi nhiệt luyện (làm sạch, bôi trơn, v.v.) để thực hiện các bớc công nghệ theo trình tự thiết kế.
2. Trớc khi thực hiện dập nguội phải chú ý kiểm tra trạng thái đầu vào của vật liệu phôi vì trạng thái của phôi ban đầu (cơ tính) có ảnh hởng quan trọng đến các thông số công nghệ dập.
3. Khuôn dập nguội làm việc trong điều kiện tải trọng lớn và phức tạp, mài mòn mạnh, do đó phải chú ý đến việc phân bố tải trọng lên thành khuôn (thờng là cối) bằng cách sử dụng khuôn ghép (đai) hoặc tháo lắp nhanh (bề mặt ngoài côn), v.v. và sử dụng bôi trơn tích cực.
4. Việc trình bày bản vẽ vật dập (bản vẽ sản phẩm) cũng theo cách tơng tự nh khi thực hiện công nghệ dập nóng. Tuy nhiên, trong dập nguội có hiện tợng biến dạng đàn hồi xuất hiện nên phải hết sức chú ý khi thành lập bản vẽ sản phẩm và bản vẽ thiết kế khuôn. Phần dới đây sẽ trình bày một số nét cơ bản khi thiết kế công nghệ dập nguội trong quá trình thực hiện đồ án.
a) Phân tích tính công nghệ của chi tiết (hình dạng, tơng quan kích thớc và kích thớc thực của chi tiết, tính dập của vật liệu, số lợng cần chế tạo) và trên cơ sở đó thiết kế bản vẽ vật dập;
b) Xác định hình dạng và kích thớc phôi và phơng pháp chế tạo phôi;
c) Xác định phơng pháp và chế độ chuẩn bị bề mặt khi dập, vị trí và chế độ nhiệt luyện trong quá trình thực hiện các bớc công nghệ;
d) Thiết kế quy trình công nghệ biến dạng tạo hình đảm bảo nhận đợc chi tiết có hình dạng, kích thớc và chất lợng đã cho;
đ) Thiết kế các bộ phận công tác của dụng cụ và chọn sơ đồ công nghệ của khuôn dập;
e) Chọn kiểu và số lợng thiết bị cần thiết phụ thuộc vào các yêu cầu công nghệ và số lợng sản phẩm cần chế tạo; chọn phơng tiện cơ khí hóa và tự động hóa do quá trình sản xuất.
Bớc quan trọng và phức tạp nhất ở đây là thiết kế quá trình biến dạng tạo hình, trong đó cần phải xác định số lợng các bớc nguyên công, trình tự thực hiện và sự phối hợp giữa chúng. Thông thờng theo kết quả nghiên cứu sơ bộ, đề xuất một số phơng án công nghệ, đặc biệt nếu có thể áp dụng ép chảy phối hợp hoặc kết hợp ép chảy với chồn cục bộ, tinh chỉnh và các nguyên công khác của dập khối. Nhiệm vụ của kỹ s công nghệ là chọn đợc phơng án công nghệ tối u, phù hợp với các điều kiện cụ thể. Việc thiết kế quy trình công nghệ không thể tách rời việc lập luận chứng kinh tế – kỹ thuật về tính hiệu quả của phơng án tạo phôi hoặc chi tiết đã lựa chọn và đánh giá so sánh phơng án này với các dạng gia công khác (cắt gọt, đúc, dập nóng, cán, v.v..)
Những số liệu cơ bản ban đầu để xây dựng kết cấu vật dập đợc xác định từ bản vẽ chi tiết hoặc sản phẩm. Tính công nghệ của phơng pháp chế tạo chi tiết đ- ợc xác định trên cơ sở bản vẽ chi tiết. Việc áp dụng rộng rãi các quá trình chế tạo chi tiết hoặc sản phẩm trên cơ sở ứng dụng ép chảy nguội đợc tiến hành theo các hớng cơ bản khác nhau:
1) Kết cấu và việc sản xuất phôi dập thay cho gia công cắt gọt đối với các chi tiết đang đợc sản xuất hoặc chi tiết có kết cấu đợc xây dựng trớc đó;
2) Kết cấu của chi tiết, cụm máy và máy móc nói chung có tính đến đặc điểm công nghệ chế tạo phôi bằng dập khối nguội.
Khó khăn lớn nhất xuất hiện khi thiết kế quá trình ép chảy nếu trên bản vẽ chi tiết định sẵn tính công nghệ khi gia công cắt gọt. Trong nhiều thập kỷ nay, kết cấu của chi tiết, bản vẽ chi tiết (kích thớc, dung sai, độ nhám bề mặt, hệ thống bố trí và ký hiệu chúng) đợc xây dựng thích ứng một cách cẩn thận cho công nghệ cắt gọt, kết cấu dụng cụ cắt và các thông số của máy cắt.
Để minh họa ta sẽ xét bản vẽ một chi tiết thờng gặp mà khi chế tạo chi tiết này bằng cắt gọt thì phần lớn thể tích phôi bị cắt bỏ dới dạng phôi và biến thành phế liệu (hình 2-8a).
Chuẩn đối với các kích thớc dài a, b, c, d, e là mặt mút A để từ đó bắt đầu việc gia công chi tiết. Trên bản vẽ cho biết chiều dài toàn bộ của chi tiết, chứ không là
chiều dày phần đáy. Hình 2-8. Chuẩn kích thớc và ghi kích thớc
phụ thuộc vào phơng pháp chế tạo
a) cắt gọt; b) ép chảy nguội
ở các góc chuyển tiếp, vấu lồi hầu nh luôn định ra đợc bán kính lợn nhỏ nhất hoặc mép vát. Để dễ dàng cho việc cắt ren thờng bố trí rãnh thoát dao. Trên bản vẽ thờng chỉ rõ rằng, việc gia công tất cả các bề mặt hoặc một phần các bề mặt này cần đợc thực hiện trong một lần gá. Theo nguyên tắc, bán kính lợn tại các chỗ chuyển tiếp đợc chọn tùy thuộc vào điều kiện chế tạo và sự mài cùn mép cắt của dụng cụ (R tới 0,2; R tới 0,3; v.v..), còn các chi tiết đối tiếp thì đợc làm thích ứng cho các điều kiện này.
Trong nhiều trờng hợp, việc thực hiện các yêu cầu đó không liên quan gì đến điều kiện làm việc của chi tiết trong máy móc, còn việc tạo rãnh, tạo các bán kính lợn nhỏ tại các chỗ chuyển tiếp còn dẫn đến làm đứt thớ kim loại, làm giảm rõ rệt độ bền của chi tiết, độ tin cậy và tuổi thọ khi chi tiết làm việc. Ngoài ra còn xuất hiện những khó khăn đáng kể và đôi khi hầu nh loại bỏ khả năng nhận đợc chi tiết bằng cách ép chảy nguội hoặc đòi hỏi phải tiến hành các nguyên công phụ làm tăng đáng kể chi phí chế tạo chi tiết. Tóm lại là, trong bản vẽ chi tiết (hình 2- 8a) chuỗi kích thớc và dung sai đợc ghi sao cho việc thực hiện theo chuỗi kích th- ớc và dung sai đó chỉ có thể tiến hành gia công trên máy tiện (mũi khoan, dao cắt, mũi khoét …) và hầu nh không thể thực hiện đợc trong khuôn dập ở máy ép, bởi vì trong trờng hợp này chuẩn đối với các kích thớc lại là mặt mút tỳ B, đợc tính theo điểm chết dới của chuyển động đầu trợt. Ngoài chuỗi kích thớc, một khó khăn khác cho việc ứng dụng ép chảy nguội khi chế tạo chi tiết có thể là vật liệu và mác vật liệu đợc ghi trên bản vẽ chi tiết, nếu các đặc tính dập của vật liệu không đáp ứng đợc các yêu cầu của ép chảy nguội.
Từ những yêu cầu nêu ra trên đây, cần phải thiết lập lại bản vẽ chi tiết. Để tạo đợc các điều kiện về tính dập của chi tiết, kỹ s công nghệ và kỹ s thiết kế phải cùng hợp tác thiết kế bản vẽ chi tiết dập hoặc bán sản phẩm. Trên bản vẽ phải chỉ rõ các mặt chuẩn mới, chuỗi kích thớc và vật liệu. Trớc khi duyệt lần cuối bản vẽ mới, cần phải kiểm tra và hoàn thiện nó bằng cách chế tạo loạt chi tiết thí nghiệm, kiểm định chất lợng và thử nghiệm sản phẩm. Việc hoàn thiện
bản vẽ chi tiết kéo dài cho đến khi có đợc kết quả khả quan về chất lợng, đảm bảo đợc các chỉ tiêu kinh tế cao hơn so với khi gia công bằng cắt gọt.
Thực tế cho thấy rằng, chi tiết đợc chế tạo bằng cách ép chảy nguội từ vật liệu có các đặc tính bền thấp hơn (so với vật liệu chi tiết đợc gia công trên máy tiện) dới 50 – 60% thì luôn có các đặc tính về chất lợng tốt, bền hơn khi làm việc, v.v.. Ngoài ra còn đảm bảo đợc sự ổn định kích thớc tốt hơn. Các chi tiết có thể đợc chế tạo với sai lệch giới hạn nhỏ (dung sai nhỏ).
Cần lu ý rằng, bản vẽ của chi tiết dập cần phải xem xét các giải pháp tối u đối với việc chọn vật liệu, hình dạng các phần tử riêng biệt và toàn bộ kết cấu, kích thớc và độ nhám bề mặt nhằm đáp ứng các yêu cầu của công nghệ chế tạo, điều kiện vận hành và tính kinh tế trong sản xuất. Việc xây dựng kết cấu chi tiết và bản vẽ vật dập đợc thực hiện theo một trình tự nhất định.
Đối với việc chọn vật liệu: Kim loại cần phải thỏa mãn các yêu cầu dập (theo các đặc tính về trở lực biến dạng, biến cứng do biến dạng và độ dẻo) và các điều kiện vận hành (ngay sau khi dập hoặc có sử dụng nhiệt luyện, lăn răng, lăn ép bề mặt và phơng pháp khác nhằm nâng cao độ tin cậy). Đối với các chi tiết qua dập nếu không có yêu cầu đặc biệt thì hợp lý là sử dụng kim loại và hợp kim có tính dập cao. Khi sử dụng ép chảy nguội thay vì gia công cắt gọt thì trong nhiều trờng hợp nên thay đổi vật liệu (kim loại hoặc hợp kim) để nâng cao tính dập. Trên cơ sở kinh nghiệm ở thực tế sản xuất, bảng 2.2 giới thiệu một số vật liệu có thể chuyển đổi khi sử dụng ép chảy nguội thay vì chỉ gia công cắt gọt theo các chỉ tiêu về tính dập khi ép chảy và các chỉ tiêu cho phép theo điều kiện làm việc của chi tiết cần chế tạo.
Bảng 2.2
Khuyến khích chuyển đổi hợp kim khi ép chảy nguội thay vì gia công cắt gọt
Nhóm hợp kim Hợp kim đợc sử dụng Nhóm hợp kim Hợp kim đợc sử dụng Khi gia
công cắt gọt Khi ép chảynguội Khi gia côngcắt gọt Khi ép chảynguội Hợp kim nhôm A 1Д A0 La tông 59 62, 68 AMЦ A 1; A0Д Thép 15; 20; 30; 10 AMГ AMЦ; A 1Д 35; 40; 45 15; 15X; 15Γ 1 Д AMГ; AMЦ 45; 50; 40X 20; 20X B95, A 4 Д1 40X; 40Γ; 50Γ 20X Khi thiết kế bản vẽ vật dập cần lu ý:
ép chảy nguội cho phép nhận đợc vật dập có biên dạng ngoài và trong phức tạp. Trên các hình từ 2-9 đến 2-14 giới thiệu phơng pháp trình bày biên dạng ngoài và trong khá phổ biến của các phần tử kết cấu riêng biệt và của vật dập nói chung tùy thuộc vào hình dạng, kích thớc, phơng pháp ép chảy, v.v.. Trên hình 2-9 thể hiện cách trình bày biên dạng của chi tiết đặc có bậc. Trị số nhỏ nhất của bậc
2 1 + − = Di Di a bằng từ 0,3 đến 0,6 mm với ε ≥ 0,011. Trị số lớn nhất đợc giới hạn bởi lợng biến dạng tổng phụ thuộc vào tính dập của vật liệu và không vợt quá trị số ε = 0,90ữ0,95. Bán kính ở bề mặt ngoài nhỏ nhất là 0,3 mm, lớn nhất là (xem hình 2-9b) không vợt quá 0,5a. Ví dụ, đối với vật dập có D = 20 mm; a = 2 mm thì r≥ 1,5 mm và r1 = 1 mm. Đối với bậc có trị số a ≥ 3 mm thì cần phải tạo độ nghiêng α tơng ứng với profin của cối (từ 1270 đến 1650 với bán kính lợn nhỏ nhất là 1,5 mm) với mục đích cải thiện điều kiện chảy của kim loại. Bề mặt đầu mút B không nên định trớc, mà nên xác định theo điều kiện chảy của kim loại. Mặt đầu mút trên của vật dập có thể đợc trình bày với kích thớc chính xác và ở mép có bán kính lợn hoặc mặt vát với kích thớc nhỏ nhất là 1,5 mm. Có thể tạo đ- ợc các rãnh hoặc gờ lồi trên các chi tiết dạng trục trơn (hình 2-9c).
Hình 2-9. Ví dụ về cách trình bày kết cấu các chi tiết đặc có bậc
a) chuyển tiếp trơn của bậc ngoài b) bậc có đờng kính D0, D1 và D2
c) trục trơn có mặt bích
Kết cấu của chi tiết rỗng (hình dạng đáy và phần tiếp giáp thành) đợc thể hiện trên hình 2-10. Với phần rỗng có đáy phẳng (hình 2-10a), bán kính nối tiếp nhỏ nhất giữa mặt đáy và thành nên chọn tuỳ thuộc vào bán kính trong của phần rỗng: với d ≥ 10 mm, r = 1 mm; với d≥ 20 mm, r = 1,5 mm; với d≤ 30 mm, r = 2 mm; và với d≤ 6 mm, r = 3 mm. Để quá trình chảy của kim loại tơng ứng với
điều kiện làm việc của chày nên chọn kết cấu đáy rỗng nh dợc thể hiện trên hình 2-10b. Góc nghiêng α nên lấy bằng từ 3 đến 270 (tối u theo trị số tải trọng lên chày là α = 270). Tỷ số d1/D = 0,5. Bán kính lợn nhỏ nhất ở các đoạn chuyển tiếp đối với chi tiết bằng thép nên lấy bằng 1,5 mm, chi tiết làm từ hợp kim màu lấy bằng 1 mm. Trong trờng hợp cần thiết, đáy chi tiết có thể là mặt cầu (hình 2-10c) thì R≥ 0,5d. Chày có dạng mặt cầu có tác dụng cải thiện điều kiện chảy của kim loại nhng lại làm giảm độ ổn định của chày. Cũng có thể nhận đợc gờ lồi cao dạng thanh ở mặt đáy (hình 2-10d) với các kích thớc d1≥ 1,5mm; h≤d; r1 ≥ 1,0 mm.
Hình 2-10. Ví dụ về cách trình bày kết cấu chi tiết rỗng
a) đáy phẳng; b) đáy có mặt nghiêng 270 và phần phẳng đờng kính d1; c) đáy
dạng mặt cầu; d) đáy có gờ lồi cao ở giữa; đ) đáy có phần lõm ở mặt ngoài; e) đáy có phần lồi ở mặt ngoài; g) đáy có lõm sâu không quá 2 mm ở phần lồi mặt
ngoài; h) đáy có lõm sâu lớn hơn 2 mm ở phần lồi mặt ngoài; i) đáy có gờ cao dạng thanh ở mặt ngoài.
Các phơng án kết cấu mặt ngoài của đáy đợc trình bày trên hình 2-10đ-i. Lõm sâu ở tâm mặt ngoài của đáy có thể nhận đợc với m1≤ 2 mm. Đối với gờ lồi dạng trụ (hình 2-10e) có thể nhận đợc với h1 ≤ 1,0 mm, r≤ 0,5 mm; với h1 > 1 mm, r ≥ 1 mm, r0 ≥ 1 mm, r1 < 0,3 mm. Có thể nhận đợc lõm hình trụ (ở mặt ngoài của đáy) với h1≤ 2 mm (hình 2-10g) nhng với 2 < h1 < 5 mm thì cần phải có góc nghiêng trong nhỏ hơn 1030’ (hình 2-10h). Nếu không tuân thủ các điều kiện này (chiều sâu của lõm lớn, không có góc nghiêng) thì khuôn dập phải có cơ cấu chuyên dụng để đẩy hoặc tháo vật dập (thờng phải bố trí khi ép chảy hỗn hợp). Trị số các bán kính r0, r, r1 trên hình 2-10g, h lấy tơng tự nh đợc thể hiện trên hình 2-10e. Đờng kính nhỏ nhất của gờ cao dạng thanh ở mặt ngoài của đáy (hình 2-10i) đợc xác định dựa vào tính dập của vật liệu.
Hình 2-11. Ví dụ về trình bày kết cấu biên dạng bậc bên trong của chi tiết rỗng
a) bậc trong phẳng; b) bậc trong nghiêng 1270; c) bậc trong nghiêng 270; d) bậc
trong nối tiếp theo cung tròn; đ) nối tiếp phần trụ với mặt bích; e) bố trí các đ-