- Hệ số sử dụng vật liệu (Kv) – chi phí kim loại cho việc chế tạo sản
2. Xác định các bớc chuyển tiếp dập
Trong mục này yêu cầu thiết lập đợc các bớc chuyển tiếp dập (các lòng khuôn) trong khuôn để chế tạo vật dập. Việc lựa chọn lòng khuôn trớc hết đợc xác định bởi hình dạng và kích thớc vật dập, phơng pháp dập (dập theo chiều trục hay vuông góc với trục phôi), kiểu khuôn dập (khuôn hở hay khuôn kín, …) và dạng thiết bị dập.
Để giảm nhẹ việc lựa chọn đúng đắn các bớc chuyển tiếp dập cần tham khảo bảng phân loại vật dập đối với loại thiết bị dập đã chọn và bảng phân loại lòng khuôn liên quan cùng với phơng pháp dập.
Bảng phân loại vật dập xem xét việc chia vật dập thành nhóm, phân nhóm và dạng vật dập, theo đó có thể chọn các bớc chuyển tiếp và phơng pháp dập.
Cần lu ý rằng, lòng khuôn cuối cùng là bản sao chính xác hình dạng vật dập nóng và đợc xây dựng theo bản vẽ vật dập nóng. Để bố trí vành biên theo chu vi của lòng khuôn cuối cùng khi dập trong khuôn hở cần chú ý đến rãnh thoát biên, trong đó hình dạng và kích thớc của rãnh thoát biên đợc xác định phụ thuộc vào độ phức tạp của vật dập và chiều dày vành biên ở cầu vành biên h1.
Đối với vật dập có hình dạng bất kỳ khi dập trên máy búa, chiều dày h1 đ-
ợc xác định theo công thức [1]:
h1 = 0,015 Fvd (2.2)
trong đó Fvd – diện tích vật dập trên hình chiếu bằng (diện tích vật dập theo mặt phân khuôn).
Bảng 2-1
Hệ số điền đầy rãnh thoát biên trên máy búa
Khối lợng vật dập, Hệ số ξ đối với kiểu rãnh thoát biên dạng I
kg Loại 1 Loại 2 Loại 3
vật dập nhóm I
Dới 1 0,4 0,5 0,6
> 5 0,6 0,7 0,8 vật dập nhóm II
Dới 1 0,3 0,4 0,5
1 – 5 0,4 0,5 0,6
> 5 0,5 0,6 0,7
Đối với vật dập trên hình chiếu bằng là hình vuông có cạnh Avd, thì
h1 = 0,015Avd (2.2a)
Còn đối với vật dập có biên dạng tròn, đờng kính Dvd thì
h1 = 0,015Dvd (2.2b)
Thể tích vành biên có thể xác định theo công thức [4]
Vvb = Svb.Cvd; (2.3) trong đó Svb– diện tích tiết diện vành biên;
Svb = ξ.Srb; (2.3a)
ξ - hệ số điền đầy rãnh thoát biên, bảng 2.1 [4];
Srb – diện tích tiết diện rãnh thoát biên (túi chứa kim loại);
Cvd – chu vi vật dập theo đờng phân khuôn.
Chú ý rằng, đối với vật dập có khối lợng lớn hơn 3 kg thì thay chu vi vật dập Cvd trên đờng phân khuôn bằng chu vi theo đờng tâm khối của tiết diện vành biên, đờng này nằm cách điểm ngoài cùng của chu vi vật dập một đoạn bằng (b + b1)/2 (ở đây b và b1 tơng ứng là chiều rộng cầu vành biên và rãnh thoát biên). Ngoài ra, đối với vật dập có khối khối lợng lớn hơn 3 kg thì vành biên nên lấy tăng lên 20% so với tính toán theo công thức.
Lòng khuôn thô đợc sử dụng khi dập vật dập có kết cấu phức tạp và đợc chế tạo theo bản vẽ vật dập, nhng khác với lòng khuôn tinh là không có rãnh thoát biên và túi chứa kim loại, với chiều sâu lòng khuôn lớn hơn và chiều rộng lòng khuôn nhỏ hơn so với lòng khuôn cuối cùng.
Các lòng khuôn chuẩn bị bao gồm lòng khuôn nén, lòng khuôn ép tụ, lòng khuôn vuốt, lòng khuôn tạo hình, lòng khuôn uốn, diện tích để chồn, …. Các lòng khuôn chuẩn bị đợc bố trí để phân bố lại kim loại phôi ban đầu và tạo cho nó có hình dạng càng gần với hình dạng của vật dập càng tốt.
Khi dập vật dập nhóm I (vật dập ngang) trên máy búa thờng sử dụng khuôn dập nhiều lòng khuôn, trong đó có các lòng khuôn chuẩn bị. Các lòng khuôn chuẩn bị thực hiện các nguyên công chuẩn bị nhằm biến phôi ban đầu có hình dạng đơn giản thành phôi trung gian có hình dạng rất gần với hình dạng của vật dập. Để nhận đợc phôi trung gian có hình dạng gần giống hình dạng của vật dập thì phôi trung gian này (còn gọi là phôi tính toán) có diện tích tiết diện ngang theo chiều dài phải bằng tổng diện tích các tiết diện ngang tơng ứng của vật dập và vành biên. Hình dạng phôi tính toán này có tiết diện ngang là hình tròn dọc trục của nó để cho phép nhận đợc vật dập chất lợng có vành biên đồng đều theo chu vi với chi phí kim loại nhỏ nhất và giảm sự mài mòn của khuôn dập.
Để xác định các bớc chuyển tiếp dập (các nguyên công chuẩn bị và tơng ứng là các lòng khuôn chuẩn bị) cần thực hiện các bớc sau [2]:
- Dựa vào kích thớc vật dập (thông qua bản vẽ vật dập) dựng phôi tính toán (hình 2-2) với biểu đồ tiết diện (biểu đồ thể hiện sự thay đổi của tổng gồm diện tích tiết diện ngang và diện tích vành biên hai phía của vật dập dọc chiều dài vật dập).
Sbd = Svd + 2Svb = Svd + 2.ξ.Srb; (2.4)
trong đó Sbd - diện tích tiết diện ngang của phôi tính toán tại vị trí bất kỳ;
Svd - diện tích tiết diện ngang của vật dập tại vị trí tơng ứng (tính theo kích thớc danh nghĩa của vật dập và cộng thêm 0,5 lần sai lệch dơng).
Hình 2-2. Phôi tính toán và biểu đồ tiết diện
- Xác định các đờng kính đặc trng và các đoạn chiều dài đặc trng tơng ứng trên phôi tính toán để trên cơ sở đó xác định các đại lợng cần thiết đối với biểu đồ A. V. Rebenxki (hình 2-3): c min k tb bd tb max l d d K ; d l ; d d = = − = β α (2.5)
trong đó dmax- đờng kính lớn nhất của phôi tính toán;
dtb - đờng kính trung bình của phôi tính toán;
dk - đờng kính phôi lớn nhất ở đầu đoạn côn trên thân;
dmin - đờng kính phôi nhỏ nhất ở đầu đoạn côn trên thân;
lc – chiều dài đoạn côn ở thân.
- Xác định số lợng và thứ tự thực hiện các nguyên công chuẩn bị trên biểu đồ A.V. Rebenxki, dựa vào các đại lợng nêu trên và khối lợng của vật dập.
Hình 2-3. Biểu đồ A. V.Rebenxki
1- không cần nguyên công chuẩn bị; 2- nguyên công nén; 3- nguyên công ép tụ hở; 4- nguyên công ép tụ kín; 5- nguyên công vuốt
Đối với vật dập nhóm II (vật dập dọc) có tiết diện ngang là tròn hoặc vuông trên hình chiếu bằng có thể thực hiện qua một, hai hoặc ba bớc chuyển tiếp dập bằng cách chồn sơ bộ trớc khi đa vào lòng khuôn cuối cùng. Nếu các mặt đầu của phôi ban đầu không phẳng và chiều dài phôi nhỏ hơn 2,5 lần đờng kính thì có thể chồn sơ bộ để làm phẳng mặt đầu và phá vỡ lớp vảy oxit trên bề mặt phôi. Các bớc chồn sơ bộ đợc thực hiện sao cho phôi trớc khi đa vào lòng khuôn cuối cùng có chiều cao lớn hơn chiều cao vật dập khoảng 10 mm (hch = hvd + 10 mm). Đ- ờng kính phôi trớc khi đa vào lòng khuôn cuối cùng có thể xác định sơ bộ nh sau
Dch = 2 ch f h V π (2.6)
trong đó Dch - đờng kính phôi sau khi chồn sơ bộ;
Vf – thể tích phôi;
Vf = (Vvd + Vvb).
100
100+δ (2.7)
Vvd - thể tích vật dập;
δ - lợng vảy oxit kim loại khi nung;
δ = 1,5% - nung trong lò ngọn lửa;
δ = 0,5 – 0,8% - nung trong lò điện;
hch – chiều cao phôi sau khi chồn sơ bộ.
Khi dập trên các thiết bị vạn năng khác (máy ép trục khuỷu, máy ép ma sát trục vít, máy ép thuỷ lực, v.v.), việc xác định các bớc chuyển tiếp dập cũng đợc thực hiện theo cách tơng tự nh khi dập trên máy búa. Tuy nhiên, khi tiến hành các bớc đó cần lu ý đến đặc điểm riêng của thiết bị đợc sử dụng.
Khi dập trên máy ép trục khuỷu dập nóng (METKDN), cần lu ý đến đặc điểm quan trọng là thiết bị này có hành trình cố định nên sự điền đầy mỗi lòng khuôn chỉ xảy ra trong một hành trình máy, do đó làm thay đổi đáng kể động học quá trình chảy dẻo của kim loại khi tạo hình điền đầy lòng khuôn. Chính vì lẽ đó không thể sử dụng lòng khuôn dập trên máy búa để thiết kế lòng khuôn dập trên METKDN. Kết cấu vật dập trên METKDN phải có sự khác biệt nhất định so với vật dập trên máy búa từ cách chọn mặt phân khuôn, xác định các thông số về hình dạng, kích thớc vật dập, cho đến việc xác định các bớc chuyển tiếp dập.
Mặt khác, khi thiết kế QTCN dập và gá lắp khuôn rất cần chú ý đến biến dạng đàn hồi của METK và của các chi tiết bị ảnh hởng trực tiếp bởi lực dập. Tổng hợp các ảnh hởng đó có thể làm sai lệch chiều cao vật dập đến 2-3 mm.
Cần nhấn mạnh rằng, do METKDN có tốc độ gia công không lớn nh máy búa và trên METKDN thờng có cơ cấu đẩy sản phẩm nên có thể sử dụng các khuôn ép chảy thay vì nguyên công chồn, vuốt hoặc ép tụ nh khi dập trên máy búa. Điều đó cho phép dập đợc vật dập có phần chuôi dài hình trụ, hình côn hoặc trụ bậc mà không có bavia bao quanh chu vi vật dập.