GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI - PHẦN II GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC - CHƯƠNG 4 pdf

Chương 4 RÈN TỰ DO VÀ RÈN KHUÔN Rèn- Dập 4.1 Khái niệm, phân loại các thiết bị rèn dập: 4.1.1 Khái niệm và đặc điểm: - Nguyên lý cơ bản của Rèn dập là: Lợi dụng tính dẻo của kim loại, l

Trang 1

Chương 4 RÈN TỰ DO VÀ RÈN KHUÔN (Rèn- Dập) 4.1 Khái niệm, phân loại các thiết bị rèn dập:

4.1.1 Khái niệm và đặc điểm:

- Nguyên lý cơ bản của Rèn dập là: Lợi dụng tính dẻo của kim loại, làm biến dạng

kim loại ở thể rắn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo ra thành phẩm và bán thành phẩm có hình dáng kích thước nhất định

- Mục đích: Ngoài mục đích tạo hình và kích thước mong muốn, rèn dập còn có tác dụng cải thiện tổ chức của kim loại trên toàn bộ sản phẩm, loại trừ các khuyết tật do đúc như rỗ khí, rỗ co làm cho tổ chức kim loại mịn chặt, nâng cao cơ tính kim loại

- Đặc điểm: Rèn dập thường được ứng dụng để tạo phôi cho gia công cơ khí, có tác

dụng nâng cao cơ tính kim loại, giảm lượng dư cắt gọt, tăng độ chính xác và năng suất cắt gọt, do đó giảm giá thành gia công

Rèn dập có thể gia công các kim loại khác nhau như thép cacbon, thép hợp kim, hợp kim đồng, hợp kim nhôm, hợp kim magiê, hợp kim titan v.v…

Phôi của rèn dập có thể là phôi đúc, thanh cán, kim loại tấm v.v

4.1.2 Thiết bị và dụng cụ rèn dập:

Trong một xưởng rèn dập, cần phải trang bị các thiết bị và dụng cụ cơ bản sau:

a Các loại máy tạo lực Đó là các máy búa, máy dập, máy ép…được đặc trưng bởi khối lượng phần rơi và lực ép

b Các dụng cụ tạo hình như : Búa, đe, bàn là, bàn tóp, khuôn, mũi đột v.v…

c Các dụng cụ kẹp chặt như : kìm, êtô v.v…

d Các dụng cụ đo lường như : thước, compa, dưỡng …

e Các thiết bị nung nóng: các loại lò

Các loại máy rèn dập:

Phân thành 4 nhóm theo đặc điểm công tác như sau:

- Nhóm 1: Gồm những máy sinh ra lực tác dụng va đập gọi là nhóm máy búa như

máy búa hơi, máy búa lò xo, máy búa hơi nước và máy búa ván gỗ v.v…

Nhóm máy này có đặc điểm trong thời gian công tác vận tốc của đầu búa tại thời điểm chạm vật có giá trị cực đại, sau đó giảm đột ngột về không, biến thiên theo đồ thị hình 2-25a, thường vận tốc cực đại (ký hiệu Vmax) đạt tới 5  10m/s và thời gian công tác (ký hiệu tct) < 0,01s

- Nhóm 2: Gồm những máy tạo lực tĩnh gọi là nhóm máy ép như máy ép thủy lực, máy ép ma sát v.v …

Nhóm máy này có đặc điểm trong thời gian công tác vận tốc đầu nén tại thời điểm chạm vật có một giá trị nào đó biến thiên theo đồ thị hình 2-25b, thường có Vmax = 0,2m/s và tct > 0,1s

Trang 2

- Nhóm 3: Gồm những máy tạo lực động như máy dập trục khuỷu, máy rèn ngang Máy này có đặc điểm vận tốc đầu nén tại thời điểm chạm vật đạt đến giá trị cực đại rồi sau đó giảm dần đến không, biến thiên như đồ thị hình 2-25c Nhóm máy này có vận tốc cực đại đạt được Vmax = 5 m/s, còn Tct > 0,01s

-Nhóm 4: Máy thuộc nhóm này có bộ phận công tác quay tròn theo một tốc độ xác định, đường biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc và thời gian công tác của chúng có nhiều dạng phức tạp, tùy thuộc kết cấu của từng loại máy Máy thuộc nhóm này gồm: trục rèn, máy rèn liên tục v.v…

1 Máy búa hơi:

Là máy búa không khí chạy bằng động cơ, được dùng phổ biến trong các xưởng rèn hiện nay để

rèn tự do các chi tiết nhỏ và trung bình Ký hiệu là

BH kèm theo chữ số chỉ khối lượng phần rơi (ví dụ:

BH500 là máy búa hơi có khối lượng phần rơi là

500 kg)

Hình 2-27 giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc máy búa hơi: truyền động từ động cơ 1, thông

qua bộ truyền đai 2,3,4 làm trục khuỷu 5 quay Tay

biên (thanh truyền) 6 biến chuyển động quay tròn

của trục khuỷu 5 thành chuyển động tịnh tiến của pittông ép 8 Pittông ép 8 khi đi lên hoặc xuống tạo ra khí ép có áp suất cao ở buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh ép 7 Nhờ hệ thống van điều khiển 9 mà khí ép từ xilanh 7 được truyền qua xi lanh đầu búa 10 để nâng đầu búa 11 đi lên hoặc đẩy đầu búa đi xuống đập Trên pittông đầu búa 11 có gắn đe trên 13 Đe dưới được gắn vào bệ đe 16 Hệ thống cần điều khiển 17 dùng để điều khiển đóng mở hệ thống van 9

Ngoài ra, búa còn có các bộ phận khác như : van an toàn, van 1 chiều, hệ thống điện, hệ thống bôi trơn…Tất cả các bộ phận trên được bố trí trong một thân máy dạng chữ

C vững chắc, có hình dạng bên ngoài như hình 2-26

Hình 2-25 Quan hệ giữa V và t

a) Nhóm máy búa b) Nhóm máy ép c) Nhóm máy dập

Hình 2-26 Máy búa hơi

Trang 3

Theo phương pháp tác dụng của hơi ép, búa hơi có 2 loại: Máy búa tác dụng đơn và máy búa tác dụng kép Máy búa tác dụng đơn là loại máy búa mà xylanh công tác chỉ có một đường dẫn khí áp lực cao vào buồng dưới của xy lanh để nâng đầu búa lên, còn hành trình đi xuống của đầu búa là do sự rơi tự do của khối lượng phần rơi

Máy búa tác dụng đơn có tốc độ chậm, năng lượng đập không cao, điều chỉnh năng lượng đập khó khăn, nên hiện nay ít được dùng

Máy búa tác dụng kép là loại máy búa mà hành trình đi xuống của đầu búa không những chỉ do sự rơi tự do của khối lượng phần rơi mà còn do áp suất khí nén của buồng trên xylanh tác dụng Vì thế máy búa tác dụng kép có tốc độ đập nhanh, năng lượng đập lớn, điều chỉnh năng lượng dễ dàng, nên hiện nay được dùng phổ biến

Máy búa hơi làm việc theo bốn hành trình: Không tải, treo, đập và ép (hình 2-28):

- Hành trình không tải: Đóng cầu dao điện cho động cơ làm việc, mở cần gạt ở vị

trí không tải Khi ấy van trên 9a và van dưới 9b ở vị trí như hình vẽ 2-28a Van 9a và 9b có nòng van và ống van trên đó có gia công các rãnh, lỗ để dẫn khí Khi van ở vị trí không tải, pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng trên xi lanh ép 7 truyền qua van trên 9a vào hộp gió rồi thoát qua van một chiều đặt trên đỉnh máy và thoát ra ngoài Khi pittông ép 8 đi xuống, khí ép từ buồng dưới xi lanh 7 qua van dưới 9b vào hộp gió rồi qua van một chiều

ra ngoài Đầu búa lúc này đứng yên

- Hành trình búa treo: Cần điều khiển được gạt qua vị trí búa treo sao cho hệ thống

van 9a, 9b như hình 2-28b Khi ấy pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng trên xi lanh ép 7 vẫn được thoát ra ngoài như khi búa không tải Còn khi pittông ép 8 đi xuống khí ép từ

Hình 2-27 Sơ đồ nguyên lý công tác

của máy búa hơi

1 Động cơ 2.Puli 3.Đai

4 Bánh đà

5 Trục khuỷu

6 Thanh truyền

7 Xilanh nén

8 Pittông nén

9 Van khí

10.Xilanh búa

11 Pittông búa

12 Thân pittông búa 13 Đầu búa (đe trên) 14 Đe dưới

15 Gối đỡ đe

16 Bệ đe

17 Bàn đạp điều khiển

9

Trang 4

buồng dưới xi lanh 7 qua van dưới 9b theo đường một chiều sang buồng dưới của xi lanh đầu búa10, nâng đầu búa 11 đi lên ở trạng thái treo để chuẩn bị đập Khí ép thừa từ buồng trên xi lanh búa 10 được dẫn qua van 9a đến buồng chứa khí rồi ra ngoài Hành trình này chỉ giữ trong thời gian nhất định nếu lâu áp suất trong xi lanh búa quá cao sẽ gây nguy hiểm nhất là ở những máy búa không có van an toàn

- Hành trình búa đập: Khi đập vào cần điều khiển, van trên 9a và van dưới 9b sẽ

mở ra ở vị trí như hình 2-28c Khi pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng bên của xi lanh 7 qua van 9a sang buồng trên xi lanh đầu búa, đẩy đầu búa đi xuống đập Khi pittông 8 đi xuống, khí ép từ buồng dưới của xi lanh 7 qua van 9b sang buồng dưới của xi lanh đầu búa

10, nâng đầu búa đi lên Cứ thế búa đập liên tục Nếu ấn vào cần đạp càng mạnh thì van mở càng nhiều, lượng khí tác dụng qua van càng lớn làm búa đập càng mạnh Nếu ấn tức thời một cái thì búa đập nhát một, còn ấn liên tục búa sẽ đập liên tục

- Hành trình búa ép: Gạt tay gạt ở vị trí ép, sao cho van ở vị trí như hình 2-28d

Ngược lại với hành trình búa treo, khi pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng trên xi lanh ép được qua van 9a theo đường một chiều dẫn qua buồng trên xi lanh búa 10 đẩy đầu búa đi xuống ép Khi pittông 8 đi xuống, khí ép từ buồng dưới của 7 theo van 9b và thoát ra ngoài

Đặc điểm của máy búa hơi: có tần số đập lớn từ 95 đến 210 lần đập/phút Tốc độ đập cao nên tốc độ biến dạng lớn Điều chỉnh lực đập dễ dàng, điều khiển tiện lợi Khối lượng bệ đe thường gấp 830 lần khối lượng phần rơi ( Pittông búa, đầu búa(đe trên)) Máy gây chấn động lớn khi đập nên khối lượng phần rơi hạn chế < 1000kg

2 Máy búa lò xo:

Là loại máy búa cấu tạo rất đơn giản, có thân máy mang hệ thống đòn bẩy ở dạng

a) Không tải b) Búa treo c) Búa đập liên tục d) Búa ép

Hình 2-28 Vị trí van khí búa làm việc

Trang 5

lò xo nhíp Một đầu nhíp được nối với tay biên nhận chuyển động từ bánh lệch tâm Một đầu nhíp nối với đầu búa (hình 2-29) Động cơ

quay làm bánh lệch tâm 6 quay, thông qua tay

biên 5 làm lò xo nhíp 4 chuyển động, làm đầu

búa 2 chuyển động tịnh tiến lên xuống đập

vào vật rèn trên đe 1 Máy búa lò xo có trọng

lượng đầu rơi từ 30 60 kg, có tốc độ đập

nhanh, lực đập nhẹ, tốn hao nhiều do biến

dạng đàn hồi của lò xo nhíp Máy này chỉ

dùng trong các xưởng rèn nhỏ

3 Máy búa hơi nước- không khí ép rèn khuôn:

Máy búa này có loại tác dụng đơn và có loại tác dụng kép Hiện nay, thường dùng

loại tác dụng kép có khối lương phần rơi từ

500  34000Kg Áp lực hơi nước hoặc không khí nén trung bình trong xylanh công tác khoảng 7  9at So với máy búa hơi nước không khí ép rèn tự do thì máy rèn khuôn có khoảng cách hai thân máy hẹp, đầu con trượt có rãnh dẫn hướng, tỷ số khối lượng giữa bệ

đe và phần rơi lớn hơn

Trên hình 2-30 giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của máy búa hơi nước – không khí ép rèn khuôn Lúc bình thường van trượt 2 ở vị trí trung gian do độ căng của lò xo 7 đã xác định, đầu búa đứng yên ở vị trí nào đó Khi chuẩn bị cho búa làm việc, người ta mở đường dẫn hơi nước hay không khí ép đến ống a Muốn đầu búa chuyển động người ta ấn nhẹ bàn đạp 8, thông qua hệ thống đòn bẩy 6 và 4 làm cho van 3 mở nhỏ đưa luồng hơi

Hình 2-29 Sơ đồ nguyên lý làm việc

máy búa lò xo

b) Sơ đồ nguyên lý làm việc

1 Đòn bẩy

2 Van trượt

3 Van 4; 6 Đòn bẩy 5.Thanh tỳ

Trang 6

nước hay không khí ép vào tác dụng lên mặt trên của pittông 10 (như vị trí hình vẽ) đưa đầu búa 9 đi xuống, lượng khí thừa ở buồng dưới theo lòng của van trượt 2 thoát ra ngoài theo ống b Đồng thời với lúc đầu búa 9 đi xuống thì hệ thống đòn bẩy 6 và 1 cũng sẽ đưa van trượt 2 xuống dưới, đến một mức độ nào đó rãnh khuyết của van trượt 2 sẽ hướng đường khí đưa từ ống a vào mặt dưới của pisyon 10 đưa đầu búa 9 đi lên, khí thừa ở buồng trên đỉnh van trượt 2 thoát ra ngoài theo ống b Đầu búa đi lên đến mọi hành trình xác định thì mặt vát của nó sẽ ép vào thanh tỳ 5 thông qua hệ thống đòn bẩy 1 nhấc van trượt

2 lên chuẩn bị cho hành trình đi xuống tiếp theo đầu búa Chu trình tự động như thế cứ được lặp lại Muốn búa đập càng mạnh thì tác dụng lực vào bàn đạp 8 càng lớn để mở van

3 càng rộng Khi muốn búa dừng chuyển động ta thôi tác dụng lực lên bàn đạp 8, lò xo 7 đưa van trượt 2 về vị trí trung gian, đầu búa sẽ đứng yên ở vị trí xác định Còn nếu thôi làm việc thì đóng tắt luôn đường dẫn hơi nước hay không khí ép vào ống a

4 Máy ép ma sát kiểu trục vít:

Máy ép ma sát kiểu trục vít có lực ép từ 40  630 tấn Máy dùng để rèn trong khuôn hở, rèn trong khuôn kín Do lực ép không lớn nên thường dùng để rèn các hợp kim màu như hợp kim đồng và các hợp kim kém dẻo khác

Nguyên lý làm việc của máy biểu diễn trên sơ đồ hình 2-31 Bộ phận quan trọng nhất của máy là 3 bánh ma

sát và bộ truyền động trục vít – đai ốc

Khi chuẩn bị làm việc ta đóng động cơ làm puli 1 và 2 bánh ma sát 2 và 3 quay theo chiều mũi tên Bánh ma

sát 12 chưa tiếp xúc với bánh ma sát 2 và 3 Lúc muốn đầu

ép 9 đi xuống ta ấn cần điều khiển 8 thông qua hệ thống

đòn bẩy 4 làm bánh ma sát 2 tiếp xúc với bánh ma sát 12,

trụt vít 10 quay đưa đầu ép 9 đi xuống do đai ốc 11 cố định

Nếu thôi ấn cần điều khiển 8, lò xo sẽ trả nó về vị trí trung

gian ban đầu, hai bánh ma sát 2 và 12 tách ra, đầu máy ép

đứng yên Muốn đầu ép 9 đi lên ta kéo cần điều khiển lên

phía trên, nhờ hệ thống đòn bẩy 4 làm bánh ma sát 3 ép

vào bánh ma sát 12, trục vít 10 quay theo chiều ngược lại

đưa đầu ép đi lên Chốt 6 và hai cữ tỳ 5 và 7 dùng để khống chế hành trình làm việc và

bảo đảm cho máy công tác an toàn, khoảng cách giữa cữ tỳ 5 và 7 có thể điều chỉnh được

5 Máy ép thủy lực

Máy ép thủy lực là một loại thiết bị rèn dập truyền dẫn bằng chất lỏng (dầu, nước) có áp suất cao Máy ép thủy lực được áp dụng rộng rãi trong nhiều lãnh vực khác nhau:rèn tự do, rèn khuôn, ép ống kim loại màu, ép chất dẻo, ép kim loại bột v.v…

Nguyên lý tác dụng của máy ép thủy lực dựa vào định luật Pascal là: “Áp suất được truyền đi tất cả các điểm của chất lỏng nguyên vẹn và theo mọi phương”

Máy nén gồm một xi lanh và pittông lớn đường kính D, một xi lanh và pittông nhỏ

Hình 2-31

Sơ đồ nguyên lý máy ép

ma sát kiểu trục vít

Trang 7

đường kính d, hai xi lanh thông nhau và chứa chất lỏng, một cánh tay đòn quay quanh trục để điều khiển máy ép (hình 2-32)

Khi tác động vào đòn một lực F, nhờ nguyên tác đòn bẩy, lực tác động

vào pittông nhỏ sẽ là P1, áp suất tại xy

lanh nhỏ là:

2 1 2

1 1

44

d

P d

P p



Theo định luật Pascal áp suất tại

xi lanh lớn cũng là p1 Vậy lực tác động

lên mặt pittông lớn là:

2

2 1 2 2 1 2 1 2

4

D P D d

P D

Nguyên lý làm việc của bộ phận khuếch đại áp suất hình 2-33 như sau: Tác dụng vào pittông có đường kính D áp suất nhỏ p1 có thể nhận được ở đầu pittông có đường kính

d áp suất lớn p2 Hệ số khuếch đại áp suất sẽ là:

p2 .d2 = p1 .D2

Do đó:

Nhờ hệ thống khuếch đại áp suất như thế người ta có thể khuếch đại áp suất từ 6 12 at lên đến 400 600 at

Truyền áp suất cao bằng thủy lực đến các máy ép, người ta có

thể tạo cho máy ép thủy lực đến 7000 tấn và có thể lớn hơn

Máy ép thủy lực có nhiều kiểu khác nhau tùy theo yêu cầu về độ chính xác và công dụng của nó

Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực được trình bày trên hình 2-34: Máy gồm có hai xi lanh: xi lanh nâng 1 và xi lanh

ép 2 Chất lỏng từ bể chứa 9 nhờ bơm cao áp 8 được truyền tới

bình ổn áp 7 qua van phân phối 6 được đưa vào xy lanh nâng 1

hoặc xy lanh ép 2 Để nâng hạ xà ngang 3 mang đầu ép ta

điều khiển van 6 để dầu ép đi vào xy lanh 1 đẩy vào pittông

và nâng hệ thống trụ 4 và xà ngang 3 đi lên hoặc giảm áp suất

Hình 2-32 Sơ đồ truyền lực bằng chất lỏng

Đến máy ép

Hơi từ nồi hơi

Trang 8

đưa xà ngang 3 hạ xuống Để tiến hành ép, ta điều khiển van 6 để dầu ép có áp suất cao

đi vào xy lanh ép 2 đẩy đầu ép đi xuống ép

Đặc điểm của máy ép thủy lực: máy ép thủy lực có thể tạo lực ép lớn, lớn hơn bất kỳ máy ép nào Máy làm việc êm ít chấn động Con trượt chuyển động theo các trụ dẫn hướng do đó chuyển động chính xác Máy ép thủy lực có thể làm nhiều việc khác nhau như dập trong khuôn kín, khuôn hở, ép tinh, đột lỗ, cắt ba via…Nhưng máy có kết cấu cồng kềnh, phức tạp, đắt tiền do đó thường dùng để gia công chi tiết lớn có hình dáng phức tạp, yêu cầu kỹ thuật và chất lượng cao

6 Máy ép trục khuỷu:

Máy ép trục khuỷu có lực ép từ

đai 2 làm quay cặp bánh răng 3 và 4

Bánh răng 4 lồng không trên trục đồng

thời là bánh đà của máy Khi ấn vào

cần đạp hay nút điều khiển thì ly hợp

ma sát 5 gắn với 4 sẽ đóng lại, chuyển

động quay từ bánh răng 4 được truyền

cho trục khuỷu 10 nhờ tay biên 6 làm cho đầu búa 7 trượt lên xuống theo rãnh dẫn hướng tạo nên chuyển động ép vào bàn máy 8 Muốn dừng máy, ta tác dụng vào cần đạp hay nút điều khiển để ly hợp 5 nhả ra, ngắt chuyển động và phanh 9 hãm không cho trục 10 quay nữa

Đặc điểm: Máy ép ma sát kiểu trục khuỷu có thể dùng để rèn khuôn hở, ép phôi, đột lỗ,

Hình 2-35 Hình dáng bên ngoài và sơ

đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu

Trang 9

cắt ba via So với máy búa, máy ép trục khuỷu chuyển động êm hơn nên độ chính xác của sản phẩm cao hơn, điều khiển tiện lợi hơn…

4.2 Rèn tự do:

4.2.1 Thực chất và đặc điểm:

Rèn tự do là một quá trình biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng của các dụng cụ đơn giản hoặc các thiết bị tạo lực Việc tạo hình nhờ bề mặt dụng cụ và trình độ tay nghề của công nhân Rèn tự do chất lượng không cao, độ bóng bề mặt thấp, năng suất thấp, hao phí nhiều kim loại, cường độ lao động lớn, thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, trong sửa chữa… nhưng có khả năng tạo sản phẩm từ rất nhỏ đến rất lớn Vật liệu thường dùng là phôi đúc, thỏi cán, thanh…

4.2.2 Dụng cụ rèn tự do:

Gồm nhiều dạng tùy theo tính chất của nguyên công như búa, đe, đệm, đột, bàn là, bàn tóp, kìm, dưỡng, compa…như hình 2-36:

4.2.3 Công nghệ rèn tự do:

Các nguyên công cơ bản của rèn tự do gồm: chồn, chồn cục bộ, vuốt thanh, vuốt ống mở rộng lỗ, vuốt dài ống, uốn, xoắn, xấn hoặc chặt, đột lỗ…( hình 2-37)

Trong mục này chỉ giới thiệu hai nguyên công cơ bản là chồn và vuốt

a Chồn: là nguyên công làm giảm chiều cao và tăng diện tích tiết diện ngang của

phôi (hình 2-37a;b) Mục đích của chồn: tạo phôi có đường kính lớn từ phôi có đường kính nhỏ, tạo thớ uốn để tăng bền cho sản phẩm, giảm chiều sâu ở những phôi có đột lỗ, cải tạo cấu trúc kim loại

Hình 2-36 Dụng cụ rèn tự

do

Trang 10

Chồn có 2 trường hợp: Chồn cục bộ và chồn toàn bộ

Khi chồn cục bộ ta tiến hành nung nóng đoạn cần chồn hay sau khi nung nóng toàn bộ, làm nguội trong nước đoạn không cần chồn (hình 2-38 a) rồi mới gia công

Cũng có thể thực hiện việc chồn cục bộ bằng cách nung nóng toàn bộ phôi và gia công trong những khuôn đệm thích ứng (hình 2-38b)

Khi chồn toàn bộ, nung toàn bộ chiều dài của phôi, có thể xảy ra các hiện tượng sau: Nếu tỷ lệ giữa chiều cao và đường kính phôi H/D < 2 vật chồn có dạng hình trống

(hình 2-39a), do có sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa phôi với búa và đe Nếu tỷ lệ: H/D = 22,5 lực đập đủ lớn làm cho vật chồn có dạng hai hình trống chồng giáp

lên nhau (hình 2-39b) Nếu lực đập không đủ lớn, vật chồn cũng có dạng hình trống kép

Hình 2-37 Nguyên công cơ bản và sản phẩm rèn tự do

a) Chồn b) Chồn cục bộ c) Vuốt d) Vuốt mở rộng lỗ e) Vuốt ống g) Uốn h) Xoắn i) Xấn k) Đột lỗ lớn bằng đột rỗng l) Đột lỗ m) Sản phẩm rèn tự do

Hình 2-38 Chồn cục bộ

a) Không cần khuôn đệm b) Bằng khuôn đệm

Trang 11

nhưng không chồng giáp với nhau (hình 2-39c) Còn khi lực đập quá nhỏ và nhanh thì hai đầu vật chồn lại loe ra so với đoạn giữa (hình 2-39d) Tất cả các hiện tượng đó giải thích

bằng sự truyền và tổn thất năng lượng từ điểm đặt lực đến trung tâm chi tiết chồn

Nếu tỷ lệ: H/D > 2,5 vật chồn rất dễ bị cong (hình 2-39e) Khi đã bị cong cần phải nắn lại (hình 2-40) rồi mới chồn tiếp, nếu không vật sẽ bị tạo tật gấp nếp

Khi chồn trên máy búa để bảo đảm lực đủ lớn cần thỏa mãn quan hệ:

H – ho  0,25H Trong đó: H - Hành trình lớn nhất của đầu búa

ho - Chiều cao ban đầu của phôi chồn

b Vuốt (hình 2-36c): Là nguyên công làm giảm tiết diện ngang, tăng chiều dài của

phôi rèn Nguyên công này dùng để rèn các chi tiết dạng trục, ống …Khi vuốt thường dùng búa phẳng Nhưng khi cần

vuốt với năng suất cao hơn người ta

dùng búa có mặt làm việc dạng chữ

V loại cung tròn

Những vấn đề kỹ thuật cần chú ý khi vuốt là: Phương pháp di

chuyển phôi có thể tiến hành theo 2

Lực đủ lớn

5,22

D

H c

Lực không đủ lớn

5,22

D

H d

Lực quá bé lớn

5,2

D

H e

Hình 2-39 Hình dáng vật khi chồn

Hình 2-40 Cách làm thẳng vật chồn đã bị cong

Hình 2-41 Cách lật phôi khi vuốt

Trang 12

đồng thời đẩy phôi theo chiều trục sau mỗi nhát đập (hình 2-41a) Cách này thường dùng hơn do thuận tay và năng suất cao Nhưng nhược điểm là kim loại biến dạng không đều, mặt tiếp xúc với đe nguội nhanh hơn Thường dùng phương pháp này để vuốt các kim loại có tính dẻo cao dễ biến dạng, truyền nhiệt kém như thép cacbon trung bình và thép cacbon thấp

- Cách thứ hai: Quay phôi một góc 90o hay 60o theo chiều xoắn ốc (hình 2-41b) Phương pháp này thao tác không thuận tay, yêu cầu trình độ tay nghề cao, nhưng khắc phục được nhược điểm của phương pháp thứ nhất, thường dùng để rèn kim loại màu, thép cacbon cao, thép hợp kim

Khi vuốt phôi là thỏi thép đúc, tiến hành vuốt từ giữa ra để dồn những

khuyết tật ra hai đầu rồi cắt bỏ đi, ngoài

ra còn có tác dụng làm sản phẩm ít cong,

mặt gia công phẳng hơn

Để đảm bảo kỹ thuật và năng

suất cao trong khi vuốt, cần bảo đảm

quan hệ giữa các thông số vuốt hợp lý

như : - Lượng ép h là hiệu số giữa

chiều cao phôi trước khi vuốt H0 và sau khi vuốt h: h = Ho - h

- Bước vuốt ao phải lớn hơn lượng ép h (hình 2-42) nếu không bề mặt chi tiết rèn dễ bị gấp nếp làm giảm chất lượng sản phẩm gia công

Hình 2-43 biểu thị quá trình gây ra tật gấp nếp do không bảo đảm ao> h

- Mặt khác bước vuốt ao cũng không được lớn hơn chiều rộng B của phôi làm giảm năng suất gia công, theo kinh

nghiệm là:

ao = (0,4 0,7)B

B là chiều rộng phôi

- Nếu không vì mục đích dát mỏng thì nhát đập của búa cần phải

bảo đảm sao cho: 2 2,5

h B

có như thế thì nhát đập tiếp theo

khi quay phôi không gây ra tật gấp nếp cho vật rèn Để bề mặt vuốt được phẳng, quan hệ giữa bước vuốt ao và cạnh tương ứng b của búa cần bảo đảm ao = (0,4  0,8)b Nếu tỉ lệ

ao/b quá nhỏ thì dễ gây nên gấp nếp, nếu lớn quá thì năng suất vuốt sẽ giảm

Khi rèn vật rèn có tiết diện tròn thì phải vuốt phôi thành cạnh vuông cho đến khi gần đạt kích thước chiều dài rồi mới rèn thành tiết diện tròn

Nếu vuốt phôi liệu từ vuông thành tròn, với chiều dài thay đổi không đáng kể thì cạnh hình vuông a = d Tốt hơn cả là để cạnh a nhỏ hơn từ 2 đến 4% so với đường kính d (hình 2-44a) Ví dụ: cần rèn một chi tiết có 200 mm từ phôi có tiết diện vuông , muốn chiều dài hầu như không đổi ta chọn hình vuông có cạnh a = 200 x 0,98 = 196 mm

Hình 2-43 Hiện tượng gấp nếp

Hình 2-42 Các thông số khi vuốt

Trang 13

Nếu vuốt từ tiết diện tròn thành tiết diện vuông thì d= 1,5a (hình 2-44b); Nếu vuốt từ tiết diện lớn thành tiết diện tròn nhỏ thì phải vuốt thành hình vuông tương ứng, sau đó mới đánh thành tiết diện tròn a D ;d a

55,

Nếu vuốt từ tiết diện vuông thành tiết diện hình chữ nhật (hình 2-44d) mà muốn

chiều dài hầu như không đổi thì đường kính

phôi D được tính theo công thức

nếu a/b > 2

D = 1,3a nếu a/b < 2 Trong đó a, b là cạnh lớn và cạnh nhỏ của tiết diện phôi

Kỹ thuật vuốt ống:

- Vuốt kéo dài ống (hình 2-45):

Với mục đích giảm chiều dày mà đường kính lỗ không đổi, ta dùng trục

tâm có đường kính gần bằng đường kính

trong của ống Dể dễ tháo lắp, trục tâm

thường có độ côn 3  12 mm/m Đặt

phôi trên khối V và tiến hành vuốt từ hai

đầu vào vì hai đầu nguội nhanh hơn, dễ nứt

Do trục tâm lắp sít với ống nên ma sát giữa

trục tâm với ống theo hướng đường sinh nhỏ

hơn nhiều theo hướng tiếp tuyến Kết quả là

phần lớn biến dạng dồn theo hướng đường

sinh làm chiều dài phôi tăng lên, chiều dày

giảm, mà đường kính lỗ không đổi

- Vuốt mở rộng lỗ (hình 2-46) Với mục đích giảm chiều dày phôi, mở rộng lỗ mà

chiều dài không đổi, người ta lồng vào phôi

một trục tâm có đường kính bé hơn đường

kính lỗ phôi từ 10 15mm Sau đó đặt trục tâm trên hai gối tựa và tiến hành vuốt Do tiếp xúc giữa ống với trục tâm theo hướng đường sinh nhiều hơn theo phương tiếp tuyến nên

ma sát sẽ hạn chế biến dạng theo hướng dọc trục mà phần lớn biến dạng dồn theo hướng tiếp tuyến làm cho chiều dày phôi giảm, đường kính lỗ tăng lên mà chiều dài không đổi Trục tâm càng bé thì biến dạng càng nhiều, năng suất vuốt càng cao Nhưng trục tâm nhỏ quá so với đường kính lỗ ống thì hệ số vuốt quá lớn phôi lại dễ nứt Để vuốt đều cần dùng búa có cạnh lớn hơn chiều dài phôi

3

Hình 2-44 Vuốt phôi thanh

Hình 2-45 Vuốt kéo dài ống

Hình 2-46 Vuốt mở rộng lỗ

Trang 14

4.2.4 Thiết kế vật rèn và công nghệ rèn tự do:

Thiết kế công nghệ rèn tự do là việc thiết lập quy trình công nghệ rèn, vạch ra các bước gia công với đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của nó Thiết kế công nghệ rèn tự

do căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và điều kiện sản xuất

Trình tự thiết kế công nghệ rèn tự do như sau:

a Chọn phương án công nghệ

Khi thiết kế, cần đề ra một số phương án công nghệ và chọn phương án nào hợp lý nhất đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Chọn phương án công nghệ gồm:

1 Chọn dạng sản xuất

Căn cứ vào hình dáng, kích thước, khối lượng, yêu cầu kỹ thuật và sản lượng vật rèn mà người ta chọn dạng sản xuất Dạng sản xuất có thể là đơn chiếc, hàng loạt (nhỏ, vừa, lớn) và hàng khối

Sản lượng chi tiết cho mỗi dạng sản xuất có thể tính như sau:

Trong đó: Tck - Thời gian chuẩn bị kết thúc

Tct - Thời gian gia công 1 chi tiết

a- Hệ số, loạt nhỏ a = 10  30

Loạt lớn a = 5  10 Từ sản lượng chi tiết, người ta chọn dạng sản xuất và quyết định rèn tự do, rèn khuôn…

2 Chọn loại phôi và thiết bị sơ bộ

Tùy thuộc vào khối lượng vật rèn, người ta chọn loại phôi và thiết bị Loại phôi thường dùng trong rèn tự do là thép đúc, thép cán Thiết bị thường dùng là máy búa, máy ép

Khi chọn loại phôi và thiết bị, người ta có thể tham khảo các số liệu kinh nghiệm sau ở bảng 5

Vật liệu và khối lượng vật rèn Loại phôi Loại thiết bị -Vật rèn bằng thép cácbon và thép hợp

kim, khối lượng G < 200 kg

-Vật rèn bằng thép cácbon khối lượng

ck T a

T

n 

Trang 15

3.Lựa chọn kết cấu và hình dáng hợp lý của vật rèn

Vì rèn tự do không thể gia công những chi tiết có kết cấu về hình dáng phức tạp bất kỳ, nên trên cơ sở cố gắng bảo đảm hình dáng kích thước của chi tiết, ta phải lựa chọn kết cấu, sửa đổi kết cấu vật rèn sao cho hợp lý nhất để có thể rèn được dễ dàng

Nguyên tắc lựa chọn hình dáng kết cấu hợp lý của vật rèn:

- Tránh thiết kế những vật rèn tự do có mặt côn (hình2-47a) và hình chêm (hình 2-47b) nhất là những mặt côn và hình chêm nhỏ

- Tránh thiết kế những vật rèn có các bề mặt hình trụ giao nhau hay những giao tuyến của những bề mặt cắt nhau theo đường bậc 2 trở lên (hình 2-47c, d)

- Tránh thiết kế vật rèn có nhiều bậc hoặc có các mặt cong phức tạp, nếu được thì đưa phần nhỏ ở giữa về cùng một phía để tiện khi rèn (hình 2-47e)

- Tránh thiết kế những vật rèn có gân mỏng (hình 2-47g)

- Không nên thiết kế những mặt bích có gờ lồi (hình 2-47h) và những chỗ lồi lõm nằm ở phần trong chi tiết (hình 2-47i)

Đối với những chi tiết có kết cấu cồng kềnh phức tạp, nếu có thể được nên phân thành nhiều phần đơn giản để dễ rèn, sau đó dùng phương pháp hàn, tán, ghép bulông, hoặc lắp ép… để ghép chúng lại với nhau (hình 2-47k,l), cũng có thể dùng hàn để nối giữa các phần đúc có hình dáng phức tạp 1 với các phần rèn cơ bản 2 như trên (hình 2-47m)

b Thiết kế bản vẽ vật rèn: Bản vẽ vật rèn được thành lập trên cơ sở bản vẽ gia

công cơ khí, trong đó ta đề cập đến tính hợp lý của vật rèn và một số yếu tố khác Kích thước của vật rèn bằng kích thước danh nghĩa của chi tiết cộng thêm vào đó lượng dư gia công cơ, dung sai rèn và lượng thêm Các đại lượng nói trên được xác định như sau:

1 Lượng dư gia công cơ (  ): Là lượng kim loại để dôi ra trên những bề mặt vật

rèn cần gia công cơ để đảm bảo độ chính xác, độ bóng bề mặt và cơ tính lớp bề mặt Lượng dư này sẽ được cắt đi khi gia công cơ Để hình dung sự phân bố lượng dư gia công

cơ, dung sai rèn trên một kích thước có gia công cắt gọt ta xem sơ đồ biểu diễn như hình 2-48

Độ lớn của lớp lượng dư phụ thuộc vào: sự nhấp nhô trên bề mặt của phôi, sự không đồng tâm giữa các tiết diện, kích thước phôi, tính chất vật liệu, yêu cầu chính xác độ bóng, phương pháp gá đặt dụng cụ và chế độ cắt gọt, qui trình công nghệ

Trị số về lượng dư gia công cơ đối với phôi rèn có thể tìm thấy trong các bảng sổ tay rèn dập hay có thể xác định gần đúng theo công thức sau: Phôi rèn trên máy búa: Lượng dư theo đường kính hay cạnh phôi D:

D = 0.06 D + 0,0017 L + 28 mm Lượng dư theo chiều dài L của phôi: L = 0,08 D + 0,002L + 10 mm Phôi rèn trên máy ép: Lượng dư theo đường kính hay cạnh phôi D:

D = 0,06 D + 0,002 L + 23 mm Lượng dư theo chiều dài L của phôi: L = 0,05 D + 0,05 L + 26 mm

Trang 16

Chú ý: Lượng dư  chỉ tính cho những kích thước hay những bề mặt có gia công cơ Kích thước chi tiết cộng thêm với lượng dư gia công cơ được gọi là kích thước danh nghĩa của vật rèn, tức là:

D = d + 

Ở đây: D - Kích thước danh nghĩa vật rèn

Hình 2-47 Các dạng kết cấu vật rèn tự do

Trang 17

d - Kích thước danh nghĩa chi tiết

 - Lượng dư gia công về 2 phía

2 Dung sai rèn (  )

Do trong quá trình rèn, kích thước của vật rèn không phải lúc nào cũng chính xác như tính toán, do đó cần phải tính dung sai rèn

Dung sai rèn là hiệu số giữa kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của vật rèn Dung sai rèn  được chia ra hai thành phần: sai lệch trên t và sai lệch dưới d so với kích thước danh nghĩa D của vật rèn Do đó:

 = t + d Ký hiệu sai lệch trên mang dấu (+) Sai lệch dưới mang dấu (-)

Khi ấy kích thước danh nghĩa của vật rèn trên bản vẽ sẽ được ghi như sau:

d t

d hayD d

Dung sai rèn có thể tra bảng trong sổ tay rèn dập hoặc tính theo công thức kinh nghiệm sau:

- Dung sai đối với đường kính hay cạnh D:

Kích thước danh nghĩa của vật rèn D

Hình 2-48 Sơ đồ biểu diễn

kích thước, lượng dư và dung sai vật rèn

Trang 18

3 Lượng thêm:

Lượng thêm (lượng thừa) là phần kim loại được lấy tăng lên so với lượng dư và dung sai để đơn

giản hóa chi tiết rèn (hình 2-49)

Lượng thêm chỉ có nghĩa khi nó tạo điều kiện rèn tự do được hay rèn tương đối dễ dàng Nếu lượng

thừa lấy không đúng thì lãng phí kim loại và ảnh

hưởng không tốt cho gia công cắt gọt tiếp theo

4 Bản vẽ vật rèn

Trên cơ sở hình dáng và kích thước của bản vẽ chi tiết, sau khi xác định được lượng

dư, dung sai, lượng thêm, ta tiến hành vẽ bản vẽ vật rèn Trên bản vẽ vật rèn hình 2-50 thường dùng:

- Nét đậm biểu thị đường bao quanh vật rèn theo kích thước danh nghĩa của vật rèn có ghi dung sai rèn cho phép

- Đường bao chi tiết (vật rèn sau khi gia công cắt gọt) biểu thị bằng nét chấm gạch,

nét đứt hoặc nét nhỏ vẽ chồng lên bản vẽ vật rèn

Kích thước của chi tiết sau khi gia công cắt gọt để trong ngoặc đơn dưới kích thước vật rèn hoặc không ghi Khoảng hở giữa đường bao vật rèn và đường bao chi tiết sau khi gia công là phần kim loại được cắt bỏ có thể gạch chéo hoặc để trống Các kích thước lỗ ở

vị trí không đối xứng phải ghi rõ vị trí tâm lỗ

c.Xác định khối lượng vật rèn và phôi rèn

1 Xác định khối lượng vật rèn ( G vr):

Gvr = Vvr.

Ở đây: Vvr - Thể tích vật rèn tính theo kích thước của bản vẽ vật rèn

 - Khối lượng riêng của kim loại

Hình 2-49 Vật rèn cần có

lượng dư và lượng thêm

Hình 2-50 Bản vẽ vật rèn

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	1,44 MB