Bài giảng công nghệ kin loại

Tính bền nhiệt : Khả năng của vật liệu ở nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy, dính bám trên bề mặt vật đúc gây khó khăn cho gia công cắt gọt.Tính bền nhiệt tăng khi dùng cát có hàm lượng

Bài giảng công nghệ kin loại

Biên tập bởi:

Nguyễn Tác Ánh

Bài giảng công nghệ kin loại

2.6 hàn vảy(hàn bằng hợp kim trung gian)

2.7 biến dạng, ứng xuất, khuyết tật khi hàn

3 Công nghệ gia công bằng áp lực

3.1 Công nghệ gia công bằng áp lực

Tham gia đóng góp

Nếu đem vật đúc gia công như gia công cắt gọt gọi là phôi đúc.

? Khi đúc trong khuôn cát, độ chính xác về kích thước và độ bóng thấp.

? Tiêu hao một phần không nhỏ kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót và cho các đại lượng khác (lượng dư, độ xiên )

Phân loại các phương pháp đúc

?Phương pháp sản xuất đúc được phân loại tuỳ thuộc vào loại khuôn mẫu, phương pháp

làm khuôn vv…

? Tuỳ thuộc vào loại khuôn đúc người ta phân ra làm hai loại:

Đúc trong khuôn cát

Đúc đặc biệt

Xem chi tiếttại đây

Thiết kế đúc

Tóm tắt

Phân tích kết cấu

? Đọc kỹ bản vẽ, hình dung chi tiết, đọc điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ chi tiết,

vật liệu chế tạo chi tiết, hình dung cả vị trí làm việc của chi tiết đó trong thiết bị, yêu cầuchịu lực …

? Dự kiến trước sơ bộ quy trình gia công cắt gọt chi tiết đó trên các loại máy xác định

những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công nghệ Từ đó xem đã hợp lývới kết cấu vật đúc chưa, nếu chưa có thể thay đổi một phần kết cấu nhằm:

+ Đơn giản hoá kết cấu tạo, tạo điều kiện dễ đúc hơn : như lược bỏ các rãnh then, rãnhlùi dao, các lỗ nhỏ quá không đặt lõi được

Ví dụ:

☺ Sản xuất đơn chiếc lỗ ? ≤ 50 mm → không đúc

☺ Sản xuất hàng loạt ? ≤ 30 mm → không đúc

☺ Sản xuất hàng khối ? ≤ 20 mm → không đúc

Các rãnh có độ sâu < 6mm, các bậc dày < 25 mm không nên đúc

+ Tăng hoặc giảm độ dày thành vật đúc, các gân gờ, chỗ chuyển tiếp giữa các thành vậtđúc để dễ đúc hơn nhưng không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực, điều kiện làm việccủa chi tiết

Nguyên tắc chọn mặt phân khuôn :

+Dựa vào công nghệ làm khuôn :

Rút mẫu dễ dàng, định vị lõi và lắp ráp khuôn.

- Chọn mặt có diện tích lớn nhất, dễ làm khuôn và lấy mẫu

- Mặt phân khuôn nên chọn mặt phẳng tránh mặt cong, mặt bậc.

+ Số lượng mặt phân khuôn phải ít nhất.Để đảm bảo độ chính xác khi lắp ráp, công nghệlàm khuôn đơn giản

+ Nên chọn mặt phân khuôn đảm bảo chất lượng vật đúc cao nhất, những bề mặt yêu

cầu chất lượng độ bóng, độ chính xác cao nhất Nên để khuôn ở dưới hoặc thành bên.Không nên để phía trên vì dễ nổi bọt khí, rỗ khí,lõm co

- Những vật đúc có lõi, nên bố trí sao cho vị trí của lõi là thẳng đứng.Để định vị lõi chính xác, tránh được tác dụng lực của kim loại lỏng làm biến dạng thân lõi, dễ kiểm tra khi lắp ráp.

- Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất, để dễ rútmẫu và dễ sữa khuôn, dòng chảy kim loại vào khuôn êm hơn, ít làm hưkhuôn

Xem chi tiếttại đây

Công nghệ chế tạo mẫu và chế tạo lõi

Phương pháp đúc mẫu , hộp lõi :

Dùng mẫu gỗ hoặc kim loại(mẫu gốc) để làm khuôn đúc ra được mẫu bằng kim loại

Kích thước mẫu gốc :

Lượng dư gia công cơ = lượng dư gia công cơ mẫu kim loại + lượng dư gia công vậtđúc

Độ co mẫu gốc = độ co kim loại mẫu + độ co vật đúc

Phương pháp gia công cơ khí.

Ap dụng cho sản xuất hàng khối , hàng loạt lớn

Gia công cắt gọt, nguội…từng phần rồi lắp ráp hoặc phay CNC.

Xem chi tiếttại đây

+ Khuôn tươi :σn= 60?80 k.p.a

+ Khuôn khô : σk= 80?200 k.p.a

Độ dẻo: dùng nhiều hàm lương chất sét dính kết tăng hàm lượng H2O

- Khuôn tươi : H2O > 5%

- Khuôn khô : H2O ≤ 8%

Tính lún (co bóp): Phải thêm nhiều chất phụ gia(như mùn cưa, bột than, rơm bột ) Tính thông khí tăng: Cát hạt to, tròn, độ đầm chặt giảm.

Tính bền nhiệt : Khả năng của vật liệu ở nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy, dính bám

trên bề mặt vật đúc gây khó khăn cho gia công cắt gọt.Tính bền nhiệt tăng khi dùng cát

có hàm lượng SiO2(thạch anh ) lớn

- Nước bã giấy(kiềm sunfat).

- Nước thuỷ tinh:

• Na 2 On SiO 2 mH 2 O + cát ( K 2 O.n SiO 2 mH 2 O).

• Chất phụ

• *Làm tăng tính lún, thông khí cho hỗn hợp

• Bột grafit + đất sét + nước → chất sơn khuôn đúc gang, hợp kim đồng

• *SiO2+ sét + H2O → chất sơn khuôn đúc thép

• Đúc khuôn bằng kim loại:

• * Sơn khuôn làm tăng tuổi thọ cho khuôn, giảm tốc độ dẫn nhiệt thành khuôn

• * Rơm bột, bột than, mùn cưa làm lõi

Xem chi tiếttại đây

Ví dụ đúc trong khuôn cát tính chảy loãng của kim loại cao hơn so với đúc trong khuôn kim loại do khuôn cát có tốc độ dẫn nhiệt thấp hơn.

Thành phần hóa học của kim loại và hợp kim

- Si, P là những nguyên tố làm tăng tính chảy loãng của gang

- Mn, S là những nguyên tố làm giảm tính chảy loãng của gang.

Tính co của kim loại

* Tính co càng tăng tính đúc càng kém Vì đúc vật đúc ra dễ bị các khuyết tật, lõm

co, rỗ co.

* Thành phần hỗn hợp của các nguyên tố trong kim loại.

* Nhiệt độ rót kim loại.

τ Gang dẻo : Graphit ở dạng bông nên tính dẻo của gang tăng lên

Các nguyên tố thúc đẩy sự Graphit hóa : C, Si, P

Các nguyên tố cản trở sự Graphit hóa : Mn, S, Cr.

Các nguyên tố ảnh hưởng đến tính đúc của gang

Vật liệu kim loại

? Thỏi gang (nấu lò cao), hồi liệu + chi tiết máy = gang hư, ferô hợp kim ( Fe-Si, Fe-Mn).

? Tính toán hợp lý, kích thước ≤ đường kính trong của lò.

? Làm sạch Oxy hóa.

? Lò đúc : lò đứng dùng nhiên liệu là than cốc.

? Lò chõ : dùng nhiên liệu than đá.

? Lò dầu : dùng nhiên liệu dầu FO

? Lò điện : lò hồ quang (mấu thép), lò cảm ứng

Lò khí gaz.

Vật liệu kim loại

? Gang thỏi đúc.

? Gang vụn (gang máy).

? Hồi liệu ( phế phẩm + hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót ).

? Thép vụn

? Ferô hợp kim : FeSi : 30,45,75, Fe-Mn bổ sung các nguyên tố Si, Mn bị cháy hao trong quá trình nấu vật liệu nấu phải làm sạch, có kích thước phù hợp với đường kính của lò ( ≤ 1/3 Dt).

Xem chi tiếttại đây

• Tiết kiệm kim loại.

• Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu

• Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau

• Thiết bị hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo

• Chi tiết hàn dùng trong tải trọng tĩnh

• Do nung nhanh và nguội nhanh nên hay tập trung ứng suất trong quá trình hànnếu có bọt khí thì mối hàn không chất lượng

• Kết cấu tại mối hàn có độ bền rất cao

• Giảm được tiếng động khi sản xuất

Phân loại :

Dựa vào trạng thái hàn có hai nhóm:

A.Hàn nóng ch ả y :

Kim loại nóng chảy,hòa tan giữa kim loại vật hàn tại mối hàn và kim loại que hàn ởtrạng thái nóng chảy sau đó nguội kết tinh thành mối hàn.

• Phương pháp hàn Plasma:Nguồn nhiệt cao,chất

lượng mối hàn cao

• Phương pháp hàn xỉ điện

Hàn áp l ự c :

Trạng thái hàn là kim loại dẻo hoặc gần với

kim loại chảy và phải dùng lực làm các phần tử

kim loại khuếch tán vào nhau tạo thành mối

hàn

Hàn đi ệ n ti ế p xúc :

Bề mặt mối nối tiếp xúc với nhau cường độ dòng điện lớn chạy vào vật hàn,sau đó dùnglực ép lại

• Hàn điện tiếp xúc giáp mối

• Hàn điện tiếp xúc điểm

• Hàn điện tiếp xúc đường

• Hàn điện tiếp xúc đường giáp mối

• Hàn nguội,hàn rèn …

Ngoài ra còn có hàn vẩy:Khi hàn chỉ cần đốt nóng mối hàn đến một nhiệt độ nhất địnhsau đó cho nhỏ nguyên liệu hàn nóng chảy xuống để nối vật hàn lại với nhau

Xem chi tiếttại đây

hàn hồ quang tay

Tóm tắt

Là phương pháp hàn nóng chảy mà nguồn nhiệt khi hàn là hồ quang điện chạy giữa haiđiện cực Sự cháy và duy trì ổn định của hồ quang trong quá trình hàn là do sự điềukhiển của tay người thợ

Hàn được mối hàn ở các vị trí khác nhau

Hàn được trên các chi tiết to,nhỏ,đơn giản,

phức tạp khác nhau

Hàn trong môi trường khí bảo vệ,hàn dưới nước,hàn trong chân không…

Thiết bị hàn và trang bị gá lắp hàn đơn giản,dễ chế tạo

Năng suất hàn thấp,chất lượng mối hàn không cao,phụ thuộc vào trình độ công nhân.Phân loại theo điện cực:

Điện cực không nóng chảy:(điện cực bằng C, graphit,W)

Đối với hàn vật hàn mỏng thì không cần dùng que hàn phụ,trong trường hợp vật hàn dàycần bổ sung kim loại nóng chảy tại vũng hàn bằng que hàn phụ

Phân loại theo cách nối dây:

Nối dây trực tiếp:Cả que hàn và vật hàn được nối trực tiếp với hai cực của nguồn(nguồn

có thể là AC hoặc DC).(Hình 2-1)

Xem chi tiếttại đây

hàn hồ quang tự động và bán tự động

Tóm tắt

Quá trình hàn hồ quang bao gồm các bước sau:

Gây hồ quang và duy trì hồ quang cháy ổn định

Dịch chuyển que hàn dọc mối hàn để đảm bảo hàn hết chiều dài mối hàn

Bảo vệ hồ quang và vũng hàn khỏi bị tác dụng của môi trường không khí xung quanhbằng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ:CO2,Ar, He

Nếu các khâu được thực hiện bằng cơ khí hóa là hàn tự động, còn một số khâu dùng taythì gọi là hàn bán tự động

Hàn hồ quang tự động và bán tự động có các đặc điểm sau:

Năng suất cao vì sử dụng cường độ dòng điện rất lớn

Hàn tự động dưới lớp thuốc hoặc trong môi trường khí bảo vệ bảo đảm được cơ tính củamối hàn rất cao

Hệ số đắp cao, tiết kiệm kim loại dây hàn

Tiết kiệm được năng lượng điện vì sử dụng triệt để nguồn nhiệt sinh ra của hồ quang

Nếu dùng thuốc bảo vệ thì điều kiện lao động tốt, dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trìnhhàn

Hàn tự động không hàn được những kết cấu và vị trí mối hàn phức tạp

Hàn hồ quang tự động và bán tự động được phân ra làm hai loại:

Hàn hồ quang hở:Trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn có thể nhìn thấy được.Hàn hồ quang kín (hoặc ngầm):trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn được bảo vệbởi một lớp thuốc hàn nên không nhìn thấy được

Xem chi tiếttại đây

hàn điện tiếp xúc

Tóm tắt

Cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bịnung nóng kim loại vật hàn đến trạng thái hàn (chảy lỏng hoặc dẻo) và nhờ tác dụng củalực cơ học, các vật hàn sẽ dính chắc lại với nhau

Theo định luật Jun – Lenxơ thì khi cho dòng điện đi qua một vật dẫn sẽ sinh ra nhiệtlượng Q:

Q = 0,24RI2t

Nhiệt lượng lớn sinh ra trên bề mặt tiếp xúc sẽ nung nóng chúng đến trạng thái hàn, sau

đó dùng lực ép để tạo điều kiện cho việc khuếch tán nguyên tử, làm cho các vật hàn nốichắc với nhau

Hàn điện tiếp xúc có các đặc điểm sau :

Chất lượng sản phẩm cao

Có thể hàn được các kết cấu phức tạp, các mối hàn ở các vị trí không gian khác nhau,hàn được các chi tiết có tiết diện nhỏ

Dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa quá trình công nghệ

Năng suất, chất lượng hàn cao

Tiết kiệm nguyên vật liệu và năng lượng

Vì vậy hàn điện tiếp xúc được sử dụng rộng rãi trong các ngành chế tạo máy, giao thông,công nghiệp tiêu dùng…

Xem chi tiếttại đây

Thiết bị hàn đơn giản và rẻ tiền.

Có thể hàn được nhiều vật liệu khác nhau như thép, gang, đồng, nhôm…

Hàn những vật liệu nhiệt độ chảy thấp, các kết cấu mỏng

Nhược điểm lớn nhất của hàn khí là vật hàn dễ bị biến dạng, cong vênh, năng suất hànthấp hơn

Hàn khí có các công dụng sau :

Hàn khí được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xí nghiệp và công trường

Đối với một số thép thường, kim loại màu, sữa chữa các chi tiết đúc bằng gang, hàn nốicác ống có đường kính nhỏ và trung bình… hàn khí đóng vai trò khá quan trọng

Khí Oxy :

Để hàn và cắt ta dùng O2 có độ tinh khiết cao gọi là Oxy kỹ thuật(nồng độ gần nhưnguyên chất 99.2%) duy trì sự cháy rất tốt Oxy càng tinh khiết thì tốc độ cắt càng cao,mép cắt càng gọn sạch và tiêu phí Oxy càng ít

Để sản xuất Oxy có thể dùng 3 phương pháp:

Phương pháp hóa học:

Dùng các phản ứng hóa học để giải phóng O2

Phương pháp điện phân:

Điện phân nước để nhận được O2

Phương pháp phân giải không khí:

Oxy được điều chế từ phương pháp hóa lỏng không khí, nén không khí dưới áp suất caosau đó cho bay hơi phân cấp dựa vào điểm sôi của N2 = -1960C, Ar = -1860C, O2 =-1830C để thu được khí oxy(gọi là Oxy kỹ thuật)

Oxy được nén ở áp suất 150 at trong bình thép có dung tích 40 lit (bình có thể chứa 6m3

O2).Khí Oxy được điều chế như vậy có độ nguyên chất có thể đạt từ 98 ? 99.5%.

Xem chi tiếttại đây

hàn vảy(hàn bằng hợp kim trung gian)

Tóm tắt

Hàn vẩy:Là phương pháp nối các chi tiết lại với nhau nhờ một kim loại hoặc một hợp

kim trung gian gọi là vẩy hàn.Trong quá trình hàn phải nung nóng vật hàn đến nhiệt

độ tương đương nhiệt độ chảy của vẩy hàn, vẩy hàn bị chảy nhưng kim loại vật hàn thìkhông chảy (cơ tính kém), kim loại vật hàn khuếch tán thẩm thấu vào vật hàn tạo thành

mối hàn.

Trong sản xuất, hàn vẩy có những đặc điểm sau đây:

Hàn vẩy có thể tiến hành trong lò có khí bảo vệ, hàn trong chân không hoặc trong

lò muối, do đó không yêu cầu thuốc hàn.

Tính kinh tế cao, bảo đảm được bề mặt mối hàn phẳng, đẹp

Sau khi hàn vẩy không cần gia công cơ khí.Chi tiết hàn vẩy không có ứng suất cục bộnhư hàn bằng các phương pháp hàn khác

Trong sản xuất hàng khối, tất cả các chi tiết hàn đều có chất lượng giống nhau

Hàn vẩy có thể chế tạo được những sản phẩm mà các phương pháp hàn khác không thựchiện được

Không yêu cầu trình độ công nhân cao

Phương pháp hàn vẩy có thể nâng cao năng suất lao động, đặc biệt là trong sản xuấthàng khối, những sản phẩm hàn nhiều mối hàn cùng một lúc

Công dụng của hàn vẩy:

Hàn vẩy là một phương pháp hàn đơn giản được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹthuật điện, radio, hàn dụng cụ cắt kim loại, dụng cụ nhiệt, dụng cụ gia đình…

Xem chi tiếttại đây

biến dạng, ứng xuất, khuyết tật khi hàn

Tóm tắt

Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là do bản thân quátrình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc và chất lượng củasản phẩm Biến dạng và ứng suất khi hàn xuất hiện và tồn tại trong kết cấu hàn là dobản thân quá trình hàn gây nên Chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc và chấtlượng của sản phẩm

Nung nóng không đều kim loại vật hàn

Độ ngót đúc của kim loại nóng chảy của mối hàn

Các biến đổi cơ cấu trong vùng gần mối hàn.

Xác định biến dạng do co dọc khi hàn giáp mối:

Ứng suất dư (do nung nóng và nguội không đều) của tấm hàn là cân bằng và trong vùngảnh hưởng nhiệt thì đạt tới giới hạn chảy

Tấm hàn khi nung nóng không bị ảnh hưởng bên ngoài

Biến dạng của tấm phù hợp với giả thuyết tiết diện phẳng

Độ võng của liên kết hàn giáp mối:

Với đường hàn không nằm ở trung tâm của vật hàn Khi đó sẽ xuất hiện momen uốn làmcho tấm hàn cong đi.Đó là do nội lực cản phản kháng ở hai phía mối hàn khác nhau.Xác định ứng suất biến dạng do co dọc ở mối hàn chữ T :

Kết cấu chữ T gồm hai tấm hàn với nhau bằng hai mối hàn góc.Nếu như kết cấu hànkhông bị kẹp chặt thì dưới tác dụng của M kết cấu sẽ bị uốn và ứng suất do uốn là:Trong đó M: momen uốn của các nội lực,tác dụng lên kết cấu

M = P2.Y2–2P1.Y1

Y1,Y2 :khoảng cách từ các điểm đặt lực phản kháng 2P1và P2đếntrọng tâm của vùngứng suất tác dụng

Xem chi tiếttại đây

Công nghệ gia công bằng áp lực

Công nghệ gia công bằng áp lực

Có khả năng biến tổ chức hạt của kim loại thành tổ chức thớ, có khả năng tạo được các

tổ chức thớ uốn, xoắn khác nhau làm tăng cơ tính của sản phẩm

Đô 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

Không gia công được các chi tiết phức tạp

Không rèn dập được các chi tiết quá lớn

Không gia công được các kim loại dòn

* 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

Xem chi tiếttại đây

Tham gia đóng góp

Tài liệu: Bài giảng công nghệ kin loại

Biên tập bởi: Nguyễn Tác Ánh

Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam

Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (Vietnam Open Educational Resources– VOER) được hỗ trợ bởi Quỹ Việt Nam Mục tiêu của chương trình là xây dựng khoTài nguyên giáo dục Mở miễn phí của người Việt và cho người Việt, có nội dung phongphú Các nội dung đểu tuân thủ Giấy phép Creative Commons Attribution (CC-by) 4.0

do đó các nội dung đều có thể được sử dụng, tái sử dụng và truy nhập miễn phí trướchết trong trong môi trường giảng dạy, học tập và nghiên cứu sau đó cho toàn xã hội

Với sự hỗ trợ của Quỹ Việt Nam, Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER) đã trở thànhmột cổng thông tin chính cho các sinh viên và giảng viên trong và ngoài Việt Nam Mỗingày có hàng chục nghìn lượt truy cập VOER (www.voer.edu.vn) để nghiên cứu, họctập và tải tài liệu giảng dạy về Với hàng chục nghìn module kiến thức từ hàng nghìntác giả khác nhau đóng góp, Thư Viện Học liệu Mở Việt Nam là một kho tàng tài liệukhổng lồ, nội dung phong phú phục vụ cho tất cả các nhu cầu học tập, nghiên cứu củađộc giả

Nguồn tài liệu mở phong phú có trên VOER có được là do sự chia sẻ tự nguyện của cáctác giả trong và ngoài nước Quá trình chia sẻ tài liệu trên VOER trở lên dễ dàng nhưđếm 1, 2, 3 nhờ vào sức mạnh của nền tảng Hanoi Spring

Hanoi Spring là một nền tảng công nghệ tiên tiến được thiết kế cho phép công chúng dễdàng chia sẻ tài liệu giảng dạy, học tập cũng như chủ động phát triển chương trình giảngdạy dựa trên khái niệm về học liệu mở (OCW) và tài nguyên giáo dục mở (OER) Kháiniệm chia sẻ tri thức có tính cách mạng đã được khởi xướng và phát triển tiên phongbởi Đại học MIT và Đại học Rice Hoa Kỳ trong vòng một thập kỷ qua Kể từ đó, phongtrào Tài nguyên Giáo dục Mở đã phát triển nhanh chóng, được UNESCO hỗ trợ và đượcchấp nhận như một chương trình chính thức ở nhiều nước trên thế giới