Bài giảng Gia công áp lực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ GIA CÔNG ÁP LỰC GV TS Nguyễn Công Nguyên Email ngcnguyen@tlu edu vn ĐT 0979931996 mailto ngcnguyen@tlu edu vn Nội dung môn học  Môn học cung cấp[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí – Bộ môn Công nghệ

GIA CÔNG ÁP LỰC

GV: TS Nguyễn Công Nguyên Email: ngcnguyen@tlu.edu.vn

ĐT: 0979931996

Nội dung môn học

 Môn học cung cấp những kiến thức cơ bản về công nghệ gia công biến dạng dẻo

 Thông qua môn học, người học nắm được

những ứng dụng mà công nghệ này đem lại

trong các lĩnh vực (ô tô, hàng không, tàu thủy, chế tạo máy, xây dựng, quốc phòng, y tế )

 Xây dựng được quy trình công nghệ tạo hình cho một chi tiết bất kỳ Dựa vào đó lựa chọn được phương án và thiết bị phù hợp để tạo

hình sản phẩm

MECHANICAL ENGINEERING

KHOA CƠ KHÍ

YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN

 Đến lớp đúng giờ và đầy đủ theo thời khoá biểu của Nhà Trường

 Tìm hiểu trước nội dung liên quan đến buổi học

 Tham gia trao đổi, thảo luận và trả lời các câu hỏi

 Không sử dụng điện thoại trong lớp học

Thân và vỏ xe ô tô

Chương 0: Giới thiệu chung

Chiếm 80% một chiếc xe máy với phần lớn các chi tiết dập vỏ, khung, sườn ôtô…, công nghệ gia công áp lực có một vị trí rất quan trọng trong ngành cơ khí Phát triển ngành nghề này chính

là một giải pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng sản

phẩm cho nhiều ngành công nghiệp

Tiềm năng lớn

 Gia công kim loại bằng áp lực là một ngành cơ bản trong sản xuất cơ khí

 Cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dáng và

kích thước phức tạp đồng thời đảm bảo chất lượng

về cơ tính tốt, năng suất cao, giá thành hạ

 Do vậy, gia công áp lực có một vị trí rất lớn trong công nghiệp chế tạo phụ tùng ôtô, máy kéo, xe

máy, hàng dân dụng và quốc phòng với 2 lĩnh vực lớn là công nghệ cán kéo và công nghệ dập tạo

hình

 Ví dụ, các chi tiết dập như vỏ, khung, sườn và các bộ phận máy trong một chiếc ôtô đều được thực hiện bằng công nghệ gia công áp lực

 Gần đây, ngành chế tạo, sản xuất ống thép và

cán lốc cũng như những bình, bồn chứa, đường ống trong ngành dầu khí, ngành sản xuất xi

măng cũng đều sử dụng công nghệ này

1.1 Định nghĩa

Phương pháp tạo phôi hoặc tạo ra chi tiết dựa vào nguyên lý biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực làm thay đổi hình dáng, kích thước theo ý muốn, đồng thời đảm bảo chất lượng về cơ tính gọi là gia cơng áp lực

1.2 Ưu – nhược điểm của gia công bằng áp lực

 Đôä bóng, độ chính xác cao hơn các chi tiết đúc

 Dễ cơ khí hoá và tự động hoá nên năng suất cao, giá thành hạ

*So với cắt gọt:

*Ưu điểm :

 Năng suất cao, phế liệu ít, giá thành hạ

 Rèn, dập là những phương pháp cơ bản để tạo phôi cho gia công cắt gọt

*Nhược điểm :

 Độ bóng, độ chính xác thấp hơn so với gia công cắt gọt

1.3 Phân loại các phương pháp gia công bằng áp lực

1.3.1 Phương pháp cán

1.3.2 Phương pháp kéo kim loại

1.3.3 Phương pháp ép kim loại

1.3.4 Rèn tự do

1.3.5 Rèn khuôn (Dập nóng)

1.3.6 Dập tấm (Dập nguội)

1.3.1 Phương pháp cán

Phương pháp cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau để được sản phẩm cán có tiết diện giống như lỗ hình (khe hở giữa 2 trục cán) và có chiều dài không hạn chế

1.3.2 Phương pháp kéo kim loại

Là phương pháp biến dạng dẻo kim loại qua lỗ hình của khuôn kéo dưới tác dụng của lực kéo, phôi được vuốt dài ra, giảm diện tích tiết diện ngang, tăng chiều dài

1.3.3 Phương pháp ép kim loại

Kim loại sau khi nung nóng cho vào buồng ép, dưới tác dụng của chày ép, kim loại chui qua lỗ khuôn ép có hình dạng và kích thước của chi tiết cần chế tạo

1.3.4 Phương pháp rèn tự do: Là phương pháp

biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng lực dập của búa hoặc lực ép của máy ép

1.3.5 Phương pháp rèn khuôn: Là phương pháp

biến dạng dẻo kim loại trong lòng khuôn rèn dưới

tác dụng của lực dập

1.3.6 Dập tấm : Là phương pháp biến dạng dẻo

phôi kim loại ở dạng tấm, trong khuôn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dạng, kích thước theo yêu cầu

1.1 Khái quát về biến dạng

Các giai đoạn biến dạng

a Biến dạng là gì

Là sự thay đổi hình dạng, kích thước

của vật liệu dưới tác dụng của ngoại

lực (Kéo, nén, xoắn…)

b Biểu đồ kéo

Là biểu đồ xác định quan hệ giữa tải

trọng (P) và độ biến dạng ( l) được xây

dựng qua thí nghiệm thử kéo

1.2 BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI, BIẾN DẠNG DẺO

7

Từ biểu đồ kéo ta thấy có 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: P tăng, l tăng bậc nhất

- Giai đoạn 2: P tăng, l tăng nhanh hơn (> bậc nhất)

Giai đoạn biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

- Giai đoạn 3: Pmax, P giảm, l tăng nhanh

BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI, BIẾN DẠNG DẺO

8

Biến dạng đàn hồi

- Là biến dạng mất đi sau khi khử bỏ tải trọng (P < Pp)

- P và l tuân theo định luật Hook

BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI, BIẾN DẠNG DẺO

9

E.

 

P F



o

l l





- Dưới tác động của tải trọng các nguyên tử dịch chuyển chưa

- Sau khi bỏ tải trọng các nguyên tử trở về vị trí ban đầu

(F: Tiết diện mẫu)

(lo: Chiều dài mẫu ban đầu) (E: Modun đàn hồi)

Biến dạng dẻo

- Là biến dạng còn lại sau khi khử bỏ tải trọng bên

ngoài

- Trong biến dạng dẻo các nguyên tử dịch chuyển lớn

hơn 1 thông số mạng, liên kết ban đầu bị phá vỡ và

hình thành liên kết mới

- Sau khi khử bỏ tải trọng các nguyên tử ở lại vị trí mới

BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI, BIẾN DẠNG DẺO

10

Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể

Theo 2 cơ chế trượt và song tinh

a.Trượt

Là sự dịch chuyển tương đối với nhau giữa

các phần của tinh thể theo những mặt và

phương nhất định gọi là mặt trượt và

- Hệ trượt càng nhiều  vật liệu càng dẻo

1.2 CƠ CHẾ BIẾN DẠNG DẺO

11

 Cơ chế trƣợt:

+ Trƣợt cứng: (trong tinh thể lý tưởng – không có lệch)

- Là quá trình mà các nguyên tử trên mặt trượt dịch chuyển

dịch chuyển những đoạn bằng nhau (Ứng suất trượt rất lớn)

1.2 CƠ CHẾ BIẾN DẠNG DẺO

12

+ Trƣợt có lệch: (trong tinh thể thực)

- Là quá trình trượt mà các nguyên tử trên mặt trượt dịch

điểm chỉ có một số nguyên tử tham gia quá trình trượt

- Lệch là nơi xuất phát của quá trình trượt

1.2 CƠ CHẾ BIẾN DẠNG DẺO

13

Biến dạng dẻo đa tinh thể

a Đặc điểm của biến dạng dẻo đa tinh thể

- Do các hạt định hướng khác nhau, nên khi chịu tác dụng của tải trọng, các hạt sẽ biến dạng khác nhau Hạt nào có phương

- Hạt nhỏ  Nhiều hạt định hướng thuận lợi  dẻo

- Hạt nhỏ  Biên giới hạt nhiều  Yếu tố cản trở quá trình trượt nhiều  độ bền vật liệu tăng

CƠ CHẾ BIẾN DẠNG DẺO

15

b Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức tế vi

- Quá trình trượt làm cho mạng tinh thể bị xô lệch  Biến dạng dẻo tăng  xô lệch mạng tăng

- Biến dạng dẻo làm hình dạng hạt thay đổi:

CƠ CHẾ BIẾN DẠNG DẺO

16

0 f 0

S S S



 : Mức độ biến dạng

S0, Sf: Tiết diện phôi trước và sau BDD

 = (15)% hạt biến dạng không đều;

 = (4050)% hạt chia cắt, tạp chất và pha thứ 2 nhỏ vụn ra, kéo dài theo phương biến dạng;

 = (7090)% các hạt bị quay đến mức mặt và phương mạng của chúng // với nhau (định hướng giống nhau), kéo dài theo phương biến dạng (textua)  ít gặp trong thực tế

Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất kim loại

a.Ứng suất dư: Sau biến dạng dẻo trong vật liệu tồn tại US dư

- US dư thô đại: tồn tại giữa các vùng trong thể tích vật liệu do

biến dạng không đều

- US dư tế vi: Tồn tại trong phạm vi 1 hạt, do sự biến dạng trong phạm vi

1 hạt là không đều

b Thay đổi cơ tính:

- Tăng giới hạn bền, giới hạn chảy, độ cứng

- Giảm độ dẻo, độ dai  Tức là có xu hướng biến giòn

c Thay đổi tính chất lý hóa:

- Dẫn điện, nhiệt giảm (tăng điện trở)

- Chống ăn mòn giảm, hoạt tính hoá học tăng

CƠ CHẾ BIẾN DẠNG DẺO

17

1.3 KHUYẾT TẬT TRONG MANG TINH THỂ

1.4 Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo.

 Sự thay đổi hình dạng hạt:Sự thay đổi hình dạng hạt

chủ yếu là nhờ quá trình trượt Hạt không những thay đổi về kích thước mà còn có thể vỡ ra thành nhiều khối nhỏ làm

tăng cơ tính

 Sự đổi hướng của hạt: Trước khi biến dạng các hạt sắp sếp không theo một hướng nhất định nào.Sự hình thành tổ chức sợi dẫn đến sự sai khác về cơ, lí tính của kim loại theo những hướng khác nhau, làm cho kim loại mất tính đẳng

hướng

 Sự tạo thành ứng suất dư: Khi gia công áp lực do biến dạng không đều và không cùng một lực nên trong nội bộ vật thể sau khi biến dạng còn để lại ứng suất gọi là ứng suất dư

Có 3 loại ứng suất dư:

 Ưùng suất dư loại 1 (1): Là ứng suất dư sinh ra

do sự biến dạng không đồng đều giữa các bộ phận của vật thể

 Ứng suất dư loại 2 (2): Là ứng suất dư sinh ra

do sự biến dạng không đồng đều giữa các hạt

 Ứng suất dư loại 3 (3): Là ứng suất dư sinh ra

do sự biến dạng không đồng đều trong nội bộ hạt

 Sự thay đổi thể tích và thể trọng

Khi biến dạng dẻo trong nội bộ hạt luôn xảy ra hai quá trình:

 Tạo ra những vết nứt, khe xốp, lỗ rỗ tế vi do sự vỡ nát của mạng tinh thể khi trượt và song tinh

 Quá trình hàn gắn những lỗ rỗ,vết nứt khi kết

tinh lại Do đó khi gia công áp lực, tỉ trọng và thể

tích của kim loại bị thay đổi đáng kể

1.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của

kim loại

1.5.1 Trạng thái ứng suất 1.5.2 Tốc độ biến dạng và nhiệt độ 1.5.3 Thành phần và tổ chức kim loại

1.5.1 Trạng thái ứng suất

o Trạng thái ứng suất kéo càng ít, nén càng nhiều thì tính dẻo kim loại càng cao

 Trạng thái ứng suất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn nén mặt phẳng và đường thẳng còn trạng thái ứng suất kéo khối thì lại làm tính dẻo kim loại kém đi

1.5.2 Tốc độ biến dạng và nhiệt độ

Tốc độ biến dạng là lượng biến dạng dài tương đối trong một đơn vị thời gian

W=

Gia công nguội t0 = TKTL

Nếu tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại do có sự biến cứng của kim loại

dt V

.

Gia công nóng t0 > TKTL

Ơû nhiệt độ không quá cao :

Đối với thép t0= 9000 C

Khi tăng tốc độ biến dạng(W) thì lực ma sát làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 10000C  11000C nên thép rất dẻo

 Gia công kim loại ở nhiệt độ quá cao : Nếu

tăng W thì lực ma sát làm tăng nhiệt độ của kim loại đến vùng quá nhiệt làm độ dẻo giảm, độ

cứng tăng lên

1.5.3 Thành phần và tổ chức kim loại

Thành phần và tổ chức kim loại liên quan với nhau Kim loại ở trạng thái nguyên chất hoặc một pha dung dịch rắn bao giờ cũng có tính dẻo cao hơn và dễ biến dạng hơn so với kim loại có cấu tạo hỗn hợp cơ học hoặc hợp chất hoá học

Vd : Thép % C thấp dẻo hơn thép %C cao

1.6 Aûnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức của kim loại

1.6.1 Aûnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại

Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ nát của các hạt càng lớn, độ hạt càng giảm do đó cơ tính càng cao

 Biến dạng dẻo giúp khử được các khuyết tật như xốp co, rỗ khí, rỗ co, lõm co… làm tăng độ mịn chặt của kim loại làm cơ tính tăng lên

 Biến dạng dẻo có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng cơ tính sản phẩm

 Tốc độ biến dạng cũng có ảnh hưởng lớn tới cơ tính sản phẩm : Nếu tốc độ biến dạng càng lớn thì sự biến cứng càng nhiều, sự không đồng đều của biến cứng càng nghiêm trọng và sự phân bố thớ càng không đều do đó cơ tính kém

1.7 Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công bằng áp lực

1.7.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo

1.7.2 Định luật ứng suất dư

1.7.3 Định luật thể tích không đổi

1.7.4 Định luật trở lực bé nhất

1.7.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song

song với biến dạng dẻo

 Khi gia công áp lực nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định bằng góc đàn hồi, phụ thuộc vào moduyn

đàn hồi E của vật liệu và chiều dày tấm kim loại)

 Gia công nguội : Kim loại dạng tấm sẽ chịu ảnh

hưởng lớn của BD đàn hồi

 Gia công nóng : Kim loại dạng khối, ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi có thể bỏ qua

Thường để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng biến dạng dư do biến dạng đàn hồi gây ra

1.7.3 Định luật thể tích không đổi

« Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng »

Gọi thể tích vật trước khi gia công là V0

 Gọi thể tích vật sau khi gia công là V

Vật thể có chiều cao, rộng, dài trước khi gia công là:

b h

1

1

Nhận xét : Khi gia công biến dạng nếu tồn tại cả ba

ứng biến chính nghĩa là có sự thay đổi kích thước cả

ba chiều thì đầu của một ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia và có giá trị tuyệt đối bằng tổng

của hai ứng biến kia

Khi có một ứng biến bằng 0 thì hai ứng biến còn lại phải ngược dấu và có trị số tuyệt đối bằng nhau

Dập không làm mỏng thành phôi :

S = S = 0 =

Aùp dụng để tính toán kích thước, khối lượng phôi trước khi gia công

F SP   1   2  3

1.7.4 Định luật trở lực bé nhất

 Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật

thể biến dạng sẽ di chuyển theo hướng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đường viền có chu vi bé nhất

 Aùp dụng để thiết kế hình dáng của phôi trước khi gia

công

Thanh you!

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ DẬP TẠO HÌNH

TS Nguyễn Công Nguyên

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ DẬP TẠO HÌNH

TS Nguyễn Công Nguyên

Nội dung

1 Giới thiệu chung về dập tạo hình

2 Máy búa

3 Máy ép thủy lực

1 Giới thiệu chung về dập tạo hình

1.1 Vài nét về sự phát triển của dập tạo hình

- Gia công áp lực có từ hàng ngàn năm, được phát triển không ngừng

- Hiện nay gia công áp lực chiếm khoảng 70% các sản phẩm cơ khí

- Cho năng suất cao mà vẫn đảm bảo chất lượng, số

lượng máy ngày càng tăng

- Do sự phát triển kinh tế thị trường, nhiều doanh

nghiệp nước ngoài vào Việt Nam nên xuất hiện nhiều thiết bị máy từ Mỹ, Nhật, Hàn, Đài Loan và khối EU

1.2 Phân loại thiết bị dập tạo hình

Thiết bị tạo hình có nhiều loại, chúng khác nhau về nguyên l{ truyền động, công dụng, cấu trúc máy, Để

dễ dạng cho việc nghiên cứu, người ta chia ra từng

nhóm riêng có cùng tính chất, có 3 cách phân loại:

- Theo dấu hiệu động học và động lực học

- Theo loại truyền động

- Theo đặc điểm công nghệ

a) Phân loại theo dấu hiệu động học và động lực học

Xét thời kz có tải của máy và tính chất động học, chia 5 nhóm:

• Nhóm 1: Tất cả các máy búa mà chuyển động của máy không dựa vào liên kết cứng, tốc độ va đạp Vmax < 20 m/s Thời gian công tác t nhỏ

• Nhóm 2: Nhóm các máy ép thủy lực mà chuyển

động của máy không dựa vào liên kết cứng, tốc độ

ép Vmax < 0,3 m/s Thời gian công tác t = 0,01 – 0,1

s, có máy t = 2s

• Nhóm 3: Nhóm máy ép cơ khí, chuyển động của máy có liên kết cứng Vmax có thể đạt 5m/s

• Nhóm 4: Gồm tất cả các máy cán rèn quay Các bộ phận làm việc của máy thực hiện chuyển động quay với vận tốc không đổi

• Nhóm 5: Các máy dập xung hình Tốc độ làm việc rất lớn Vmax <=300m/s, tời gian làm việc rất nhỏ t

= 0.02 – 0.0001s

b) Phân loại theo truyền động

• Truyền động bằng cơ khí

• Truyền động bằng thủy lực

• Truyền động bằng khí nén

C) Phân loại theo đặc điểm công nghệ

1.3 Sơ đồ bố trí phân xưởng gia công áp lực

1.4 Giới thiệu các loại thiết bị rèn dập điển hình

2 Máy búa

2.1 Phân loại

1 Máy búa hơi nước, không khí nén

Là tất cả các loại máy búa hơi nước, không khí nén

- Máy làm việc nhờ hơi nước hay không khí được nén vào xi lanh và tác động lên piston làm piston chuyển động

- Hơi được cấp từ nồi hơi, không khí từ