MÔN học tạo HÌNH KIM LOẠI đề tài CÔNG NGHỆ đùn ép NHÔM ĐỊNH HÌNH

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh *** MÔN HỌC TẠO HÌNH KIM LOẠI ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH GV TS Nguyễn Đăng Khoa SVTH Phạm Hoàng Gia MSSV 1913183 TP[.]

Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh

***

MÔN HỌC: TẠO HÌNH KIM LOẠI

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH

GV:TS Nguyễn Đăng Khoa SVTH: Phạm Hoàng Gia MSSV: 1913183

TP.HCM, Ngày 31 Tháng 10 Năm 2022

MỤC LỤC

Tổng quan 3

Hợp kim và khả năng đùn 4

Hình dạng và kích thước sản phẩm 6

Phân tích các thông số đùn hữu ích 9

Kiểm soát tốc độ Ram và đùn 12

Kiểm soát độ dày của butt 17

Đùn hình dạng rắn 19

Đùn ống và hình dạng rỗng 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

ĐỀ TÀI 25: CÔNG NGHỆ ĐÙN ÉP NHÔM ĐỊNH HÌNH

ÉP ĐÙN CỦA MỘT SỐ LOẠI MÁC HỢP KIM NHÔM MỀM VÀ TRUNG BÌNH Tổng quan

Đùn hình dạng hợp kim nhôm đại diện cho tiên tiến nhất công nghệ về chế tạo hợp kim,thiết kế ép, dụng cụ và khuôn dập Hóa chất của phôi xác định loại hợp kim và các ứngdụng của nó Các hợp kim 6000-series được sử dụng rộng rãi dựa trên việc chúng có cácđặc điểm kinh tế và kỹ thuật tốt nhất, bao gồm cả sự dễ dàng khả năng đùn thành hìnhdạng rỗng và phức tạp, đơn giản trong xử lý nhiệt, dẫn điện tốt, tính chất cơ học đạt yêucầu, chất lượng hoàn thiện bề mặt tốt, chống ăn mòn cao và tốt khả năng hàn cho nhiềuứng dụng Vài triệu tấn Máy đùn hợp kim 6000-series được sản xuất hàng năm Ứngdụng trong các thanh và que ghép thành các hình dạng phức tạp như khung cửa ra vào vàcửa sổ, trang trí ô tô, cấu trúc xây dựng, thanh cái điện, nhiệt người trao đổi và như vậy.Đối với các ứng dụng hoàn thiện sáng cần thiết cho trang trí di động tự động, các hợpkim như 6463 hoặc 6763 được làm từ alumi num có độ tinh khiết cao (99,8%) với hàmlượng sắt (Fe) rất thấp được sử dụng Bởi vì nó dễ dàng làm việc với các hợp kim 6000-series, sự phát triển của nhiều dẫn xuất của hợp kim 6000-series tiếp tục để đáp ứng yêucầu của các ứng dụng khách hàng khác nhau trên toàn thế giới Một số hợp kim 6000-series có mức độ nguyên tố hợp kim cao hơn để đạt được độ bền cao hơn cho các ứngdụng cấu trúc và bán cấu trúc Nói chung, 6061 (Al-Mg-Si-Cu) và 6082 (Al-Si-Mg-Mn)

là nhiều nhất hợp kim phổ biến cung cấp các tính chất cơ học cao hơn cho các cấu trúc application Hợp kim 6061 đã cải thiện độ dẻo dai, một yếu tố quan trọng trong các ứngdụng kết cấu cụ thể Các hợp kim này phản ứng rất tốt trong quá trình xử lý nhiệt dập tắt

(Hình dạng nặng/cấu trúc)

Press Quech (Light Shapes)

Kéo dài/ dọc

Cắt theo chiều dài

Lão hóa tự nhiên

Lão hóa nhân tạo

Kiểm tra

Xử lý bề mặt

Kiểm tra/đóng gói Đang chuyển

hàng

Hình 1: Quy trình cơ bản của nhôm có thể xử lý nhiệt độ bền trung bình và mềm

sự ép đùn

trong các khu vực mối nối hàn Về mặt ăn mòn và hoàn thiện, cả 6061 và 6082 là tuyệtvời Chúng cũng tốt cho việc rèn tác động nóng hoặc lạnh từ cổ phiếu ép đùn Các hợpkim có độ bền trung bình được phân loại thành hai loại hợp kim khác nhau hỗn hợp, Al-Zn-Mg và Al-Mg Đầu tiên, Al-Zn-Mg, là một nhiệt hợp kim có thể xử lý, trong khi Al-

Mg không thể xử lý nhiệt Trong 30 qua nhiều năm, hợp kim Al-Zn-Mg (7020, 7005,

7003, và các loại tương tự) đã được sử dụng đặc biệt đối với thân toa xe, kết cấu chịu lực,

và các cấu trúc hàn Các hợp kim này phản ứng tốt trong xử lý nhiệt dung dịch nếu đùn rakhỏi máy ép trên 400 ° C (752 ° F) một chút, chúng có độ nhạy dập tắt thấp và chúng duytrì cơ học tốt các đặc tính, ngay cả ở những vùng bị ảnh hưởng bởi mối hàn Những hợpkim này không được sử dụng để ép đùn các hình dạng phức tạp Các hợp kim có xuhướng để tẩy da chết và nứt do ăn mòn do căng thẳng, có thể được giảm thiểu bằng cáchkiểm soát quá trình và thành phần Hợp kim Al-Mg (5052, 5154, 5254, và 5454) cũngđược coi là nằm trong nhóm hợp kim đùn có độ bền trung bình Các hợp kim này cũng cókhả năng chống ăn mòn Các kim loại nhôm đùn ép đùn có thể xử lý nhiệt độ mềm và độbền trung bình cho mục đích sử dụng thương mại và công nghiệp thường được sản xuấtbằng cách sử dụng Trình tự các bước được thể hiện trong Hình 1 Đối với hợp kim không

xử lý nhiệt 5000 se ries, các đặc tính cơ học cuối cùng của các máy ép đùn sẽ được khắcphục từ các hoạt động tạo hình nguội tiếp theo

Hợp kim và khả năng đùn

Khả năng đùn, có thể được đo bằng tốc độ đùn tối đa, là một trong những yếu tố quantrọng nhất ảnh hưởng đến chi phí và hiệu quả của

Bảng 1: Xếp hạng khả năng đùn của hợp kim loại mềm và trung bình

Chỉ định hợp kim Loại Hợp kim chính và

nguyên tố tương đốiKhả năng đùn

(a) 50–150, dễ đùn; 30–50, độ khó đùn vừa phải Nguồn: Ref 5

quá trình ép đùn Các thông số nhiệt độ và tốc độ, cùng với trạng thái ứng suất trongvùng biến dạng, chủ yếu là trong vùng khuôn, đóng vai trò vai trò quan trọng trong việccải thiện khả năng đùn của một hợp kim nhất định Nhiều nhất Công trình nổi tiếng vàđược trích dẫn thường xuyên về khả năng ép đùn của AlMgSi al loys được viết bởiMondolfo và cộng sự (Tham khảo 1, 2) Một đơn giản, thiết thực phương pháp kiểm trakhả năng đùn là thay đổi tỷ lệ đùn trong khi giữ các thông số quy trình khác không thayđổi, tốc độ đùn tối đa không có vết nứt là thước đo khả năng đùn Zasadzinski và cộng sự.(Tham khảo 3) đã nghiên cứu khả năng đùn được cải thiện (được đo bằng lối ra tối đa tốcđộ) thông qua việc kiểm soát dạng hình học biến dạng và chọn lọc chính xác các thông sốquá trình nhiệt độ và tốc độ Lợi thế của cách tiếp cận là tính thực tế của nó Họ đã sửdụng một phương pháp rẻ tiền bằng cách thay đổi thiết kế khuôn bằng cách sử dụng máy

ép đùn trực tiếp và phát triển một phương pháp thuật toán để tính toán các điều kiện nhiệt

độ và tốc độ tối ưu cho một đùn nhất định Reiso (Tham khảo 4) đã nghiên cứu cácphương pháp gia nhiệt sơ bộ phôi trong công nghiệp môi trường cho hai hợp kim AlMgSikhác nhau để xác định khả năng mở rộng Nó đã được chỉ ra rằng khả năng đùn, cũngnhư cơ học đặc tính và chất lượng bề mặt, có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sửdụng thực hành gia nhiệt trước phôi thép khác với sản xuất bình thường được chấp nhậnthực hành Ở nhiệt độ phôi cao, khả năng đùn tăng mạnh đã được ghi lại (30% và 60%

đối với hai hợp kim được khảo sát), và độ tăng nhiệt lông thú trong khả năng đùn ép thuđược bằng cách đồng nhất các phôi, sau đó hạ nhiệt độ bằng cách làm mát trong phạm vinhiệt độ bình thường, trước khi ép đùn Sự gia tăng tốc độ đùn thu được đã được tìm thấy

là hợp kim không bị lệch Hơn nữa, các máy đùn với tốc độ đùn cao nhất cũng có các đặctính cơ học tốt hơn và chất lượng bề mặt được cải thiện so với những phôi từ phôi đượcnung trực tiếp trong phạm vi nhiệt độ phôi được làm nóng trước thông thường xếp hạngkhả năng đùn tương đối của một số loại mềm và trung bình hợp kim được cho trong Bảng

1 Các hợp kim được phân loại thành ba loại khác nhau các nhóm theo khả năng đùn củachúng (Hướng dẫn 5):

Bảng 2: Hợp kim nhôm thường được sử dụng cho các sản phẩm đùn khác nhau

Đùn theo hình dạng Hợp kim nhôm

 II, Hợp kim khó đùn trung bình: AlMg2-3, AlMgSi1, AlZnMg1

 III, Hợp kim khó đùn: AlCuMg, AlCuMgPb, AlZnMgCu, AlMg> 3% MgCác hợp kim thuộc nhóm I và II được coi là hợp kim mềm và trung bình Các hợp kimthuộc nhóm III có xếp hạng khả năng đùn thấp hơn

Các hợp kim thường được sử dụng cho các loại sản phẩm alumi num ép đùn chính đượcliệt kê trong Bảng 2

Hình dạng và kích thước sản phẩm

Trong sê-ri 6000, một số hợp kim (ví dụ: 6063, 6101 và 6463) có xếp hạng khả năngđùn cao hơn, cho phép đùn thành rất phức tạp hình dạng (Hình 2) Hình dạng và kích

thước sản phẩm được xác định bởi hình học của chúng cấu hình Dựa trên hình dạng, cáctham số sau là thường được sử dụng để xác định hình dạng và kích thước của đùn:

 Diện tích mặt cắt ngang của hình dạng

 Chu vi của hình dạng

 Đường kính của hình tròn bao quanh mặt cắt ngang của hình dạng

Đường kính vòng tròn mô tả (CCD), như trong Hình 3, là một thuật ngữ thường được

sử dụng và một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế và làm cho khuôn đùn CCD điềukhiển các tính năng sau của quá trình đùn:

 Sự ổn định về chiều của hình dạng

 Sự xâm nhập của các tạp chất oxit và phi kim loại

 Dòng chảy kim loại ở cuối quá trình ép đùn

Hình 2: Hình dạng nhôm ép đùn Nguồn: Cardinal Aluminium Co.

Hình 3: Đường kính đường tròn ngoại tiếp (CCD) OD, đường kính ngoài

Trong quá trình ép đùn trực tiếp, kim loại chảy ở tâm nhanh hơn ngoại vi của phôi Do

đó, CCD càng lớn (Hình 3) thì càng điều khiển là cần thiết để phù hợp với dòng chảy kimloại để có được độ ổn định kích thước Khe hở giữa CCD và lỗ khoan của thùng chứacàng lớn,

Bảng 3: Mối quan hệ giữa độ dày tối thiểu của tường, vòng tròn mô tảđường kính (CCD), và kích thước máy ép cho các hợp kim mềm và trung bình khác nhau

Độ dày thành tối thiểu, mm, tại CCD:

xu hướng ô nhiễm từ da của phôi hoặc các nguồn khác để chảy bên trong máy ép đùnvào cuối quá trình ép đùn CCD càng lớn thì độ dày càng cần thiết, để giảm thiểu độ nặng

khi kết thúc ép đùn Yếu tố hình dạng Yếu tố hình dạng (Tham khảo 7, 8) được sử dụng

như một thước đo mức độ khó khăn bất kể phân loại thành các loại khác nhau của phần:Yếu tố hình dạng =Trọnglượngmỗi đơnvị chiều dài Ngoạivi mặt cắt

Yếu tố hình dạng tăng lên theo cả độ phức tạp của mặt cắt và sự giảm độ dày của tường.Yếu tố hình dạng liên quan

Laue và Stenger (Tham chiếu 8) đã định nghĩa và giải thích chi tiết hơn một thuật ngữ,

hệ số hình thức, cho mức độ khó của một phần Hệ số hình thức là được tính toán từ dữ

liệu cho trong Bảng 3, theo đó:

Yếu tố hình thức = Đường kínhvòngtròn môtả Độ dàytường tối thiểu

Phân tích các thông số đùn hữu ích

Trong phần này, một số thông số hữu ích và mối quan hệ của chúng liên quan đến thựctiễn hàng ngày trong ngành công nghiệp đùn nhôm là thảo luận Thông tin cơ bản này cóthể rất hữu ích đối với người làm rượu, cũng như người có kinh nghiệm trong ngành côngnghiệp đùn

Hình 4: Kết thúc quá trình ép đùn cho thấy độ dày của dòng chảy và bề mặt

Đùn chảy ra

Các hình dạng đùn của các hợp kim có tính hàn cao, chẳng hạn như 6063, được sảnxuất công nghiệp tiêu chuẩn bằng cách sử dụng khuôn tấm nạp với hệ thống kéo, chophép đùn liên tục với năng suất cao hơn Runout đùn, như được hiển thị trong Hình 4, cóthể được tính toán từ lý thuyết về khối lượng phù hợp hoặc bằng các phép đo trọng lượng

thực tế Hằng số thể tích được định nghĩa là:

AC LB= AE.LR

ở đâu, AC là diện tích của lỗ khoan container và LB là phôi hiệu quả chiều dài, được chobởi:

LB= Trọnglượng phôi−Trọnglượng giáp mối Trọnglượng trênmột chiều dài phôi

AE là khu vực bình thường của đùn, và LR là độ dài thời gian chạy.Do đó, độ dài thờigian chạy được cho bởi:

LR = AC LB AE

Đối với một máy ép đùn cụ thể, tử số của phương trình 3 cho cùng chiều dài lỗ khoan

và phôi thép là không đổi Do đó, độ dài thời gian chạy là tỷ lệ nghịch với diện tích mặtcắt ngang bình thường của sản phẩm Đây là ước tính dựa trên bản in bế khi trọng lượngthực tế trên mỗi đơn vị chiều dài của đùn không được biết Trên thực tế, diện tích thực tếcủa hình dạng trước khi kéo căng có thể thay đổi do một hoặc nhiều điều sau đây lý do:

 Sự co lại của vật liệu đang chảy chỉ rời khỏi ổ trục về nhiệt độ phôi ban đầu và tốc

độ đùn

 Loại và thiết kế của khuôn và dụng cụ hỗ trợ

 Lực kéo căng

 Sự co nhiệt trong quá trình làm nguội trên bàn

 Hóa học của hợp kim

Các phép đo trọng lượng Trong ngành, thời gian chạy được tính toán dựa trên về

trọng lượng của phôi, bản và trọng lượng trên một đơn vị chiều dài của đùn thực tế:Đùn ra = Trọnglượng phôi−Trọnglượng giáp mối Độ dàimỗiđơn vị đùn

Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến đùn ra Không có sự thay đổi của chiều dài đường chảy

khi chạy ép đùn hợp kim mỏng gage 6063 từ cùng một khuôn cho cùng một chiều dàiphôi, nhiệt độ và độ dày bản cố định Các các yếu tố sau có thể gây ra sự thay đổi về độdài thời gian chạy:

 Khuôn lệch

 Tỷ lệ đùn

 Tốc độ đùn

 Số phôi đùn ra

Do áp suất và nhiệt độ cao được sử dụng trong đùn, các mặt khuôn có xu hướng bị lệch

Sự lệch hướng như vậy của khuôn có xu hướng đóng lại việc mở, khiến cấu hình ép đùnnhỏ hơn Nó được quan sát từ sự thay đổi của độ dày trên mặt cắt mà độ võng là lớn nhất

ở trung tâm của khuôn và nhỏ dần về phía ngoại vi Số lượng của độ lệch khuôn là mộthàm của sự gia tăng nhiệt độ trong chết, thiết kế khuôn và công cụ hỗ trợ Sự gia tăngnhiệt độ trong khuôn đúc bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng nhiệt độ của phôi trong quá trìnhđùn

Saha (Ref 9, 10) đã nghiên cứu sự ép đùn của 6063 hợp kim và thiết lập rằng nhiệt độtối đa của phôi trong quá trình đùn xảy ra ở góc hoặc rất gần với lối ra chết Bởi vì nhiệtđược truyền từ

Hình 5: Sự thay đổi của chiều dài dòng chảy theo số lượng phôi

phôi vào khuôn và dụng cụ, và cuối cùng, lên bầu khí quyển, khuôn mất một khoảng thờigian nhất định để đạt đến nhiệt độ ở trạng thái ổn định cho một đã cho nhiệt độ phôi,chiều dài phôi và tỷ lệ đùn Tại thời điểm đó, khuôn sẽ đạt đến một giá trị độ cứng nhấtđịnh Nhiệt độ càng cao sự gia tăng trong khuôn, độ cứng của khuôn càng thấp là do mốiquan hệ nhiệt độ cứng nóng của thép khuôn nóng H13 với nhiệt độ Do độ cứng không bịnhăn, khuôn đúc sẽ bị lệch nhiều hơn Một ví dụ của sự thay đổi về độ dài chạy do sốlượng phôi chạy là được hiển thị trong Hình 5

Người ta quan sát thấy rằng việc giảm độ dày thành 4,0% ở trung tâm của mặt cắt sẽlàm tăng lượng chảy ra 2,5%, theo đơn giản quan hệ hằng số thể tích (Tham khảo 3)

Áp suất đùn

Áp suất cần thiết cho quá trình đùn là một hàm của nhiều biến số như được thảo luậntrong phần “Áp suất đùn” trong Chương 1 Tỷ lệ phun đùn cao hơn yêu cầu áp suất đùncao hơn Rõ ràng, thông số điều đó xác định liệu quá trình đùn sẽ thành công hay thất bạitrong việc đùn là rằng áp suất tối đa cần thiết phải nằm trong công suất của máy ép

Ảnh hưởng của tốc độ đến áp suất đùn Các nhà thí nghiệm của Saha (Ref 10) đã

nghiên cứu sự thay đổi của áp suất ép đùn với tốc độ ram trong hai tỷ lệ đùn khác nhau

Áp suất đùn, P (từ đồng hồ đo chắc chắn chính của máy ép đùn), đối với các tốc độ ramkhác nhau đã được đon tại cùng một vị trí di chuyển ram, X, như trong Hình 6

Hình 7 cho thấy sự thay đổi của áp suất đùn với tốc độ ram cho hai tỷ lệ đùn khác nhaucho cùng một nhiệt độ phôi 6063 Như mong đợi, kết quả cho thấy rằng áp suất đùn tănglên khi tốc độ ram Nó cũng cho thấy rằng tỷ lệ đùn càng cao thì áp suất đùn sẽ là

Hình 6: Biểu đồ hiển thị áp suất cho các tốc độ ram khác nhau được thu thập tại

cùng một vị trí di chuyển ram

Hình 7 : Sự thay đổi trong áp suất đùn với tốc độ ram cho hai tốc độ khác nhau tỷ

lệ đùn

Kiểm soát tốc độ Ram và đùn

Mối quan hệ giữa tốc độ Ram và tốc độ bộ kéo Ngày nay, các nhà máy đùn hình

dạng 6xxx với năng suất cao đang sử dụng hệ thống kéo tôi hoặc máy kéo tự động (đơnhoặc đôi) cho đơn hoặc nhiều lỗ chết Các tay kéo được gắn trên hoặc trên tay nắm bànchạy tất cả các phần đùn với nhau Bộ kéo được liên kết chặt chẽ với chu kỳ ép, và nó tựđộng dừng khi máy ép dừng ở bất kỳ lúc nào trong quá trình ép đùn và cuối cùng, khi kếtthúc mỗi đợt ép đùn Phần được đưa qua hệ thống làm mát bằng không khí hoặc nước saukhi nó rời khỏi khuôn bằng hệ thống kéo Có nhiều khuyến cáo khi sử dụng hệ thống kéo:

 Kéo cơ học để giảm lao động và tăng sản lượng

 Giảm lượng phế liệu

 Giúp kiểm soát dòng chảy kim loại qua khuôn

 Giúp cắt đùn theo nhiều chiều dài mà không dừng nhấn

Hình 8 cho thấy các biến cần thiết để giải thích mối quan hệ là tốc độ ram và tốc độ bộkéo Tốc độ đùn mà không có sức căng của bộ kéo có thể được viết là (được hiển thịtrong phần “Đùn Tốc độ ”trong Chương 1):

trong đó (ER)m là tỷ lệ đùn được sửa đổi như được xác định bởi AC /n(AP)

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ Nó được quan sát thấy trong 6063 hình dạng đùn

rằng khi bắt đầu ép đùn, tốc độ đùn tăng lên từ từ và đạt đến trạng thái ổn định hoặc tốc