Thiết kế chế tạo cánh Tuarbine của bơm nước sử dụng thủy năng từ dòng suối

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ -

LÊ MINH TƯỜNG CK51 – CTM

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TURBINE CỦA BƠM NƯỚC SỬ

DỤNG THỦY NĂNG TỪ DÒNG SUỐI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

NHA TRANG – 07/2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ -

LÊ MINH TƯỜNG CK51 – CTM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TURBINE CỦA BƠM NƯỚC SỬ

DỤNG THỦY NĂNG TỪ DÒNG SUỐI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

NHA TRANG – 07/2013 Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Phạm Hùng Thắng

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên sinh viên: Lê Minh Tường Lớp: 51CT

Chuyên ngành: Chế tạo máy MSSV: 51131914

Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cánh turbine của bơm nước sử dụng thủy

năng từ dòng suối”

Số trang: 90 Số chương: 4 Số tài kiệu tham khảo: 16

Hiện vật:

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, ngày tháng năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS TS PHẠM HÙNG THẮNG

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Họ, tên sinh viên: Lê Minh Tường Lớp: 51CT

Chuyên ngành: Chế tạo máy MSSV: 51131914

Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cánh turbine của bơm nước sử dụng thủy

năng từ dòng suối”

Số trang: 89 Số chương: 4 Số tài kiệu tham khảo: 16

Hiện vật:

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện:

Nha Trang, ngày…tháng 7 năm 2013

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

_

Nha Trang, ngày…tháng 7 năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ HƯỚNG

DẪN i

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY NĂNG & CÔNG NGHỆ HÀN, DẬP 2

CHƯƠNG 1 1.1 Tổng quan về bơm thủy năng 2

1.2 Tổng quan công nghệ dập nguội 7

1.3 Tổng quan công nghệ hàn kim loại 27

XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO TURBINE 35

CHƯƠNG 2 2.1 Thông số kỹ thuật và yêu cầu kỹ thuật Turbine 35

2.2 Phân tích kết cấu và phương án công nghệ 38

2.3 Chọn vật liệu chế tạo 41

2.4 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo 44

THIẾT KẾ BỘ KHUÔN DẬP BẢN CÁNH TURBINE 49

CHƯƠNG 3 3.1 Phương án dập trên khuôn 49

3.2 Thiết kế kỹ thuật khuôn 55

3.3 Chọn máy công nghệ 70

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN BẢN CÁNH TURBINE 72

CHƯƠNG 4 4.1 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo bầu cánh 72

4.2 Xây dựng đồ gá hàn 80

4.3 Quy trình công nghệ hàn cánh 85

4.4 Tinh chỉnh cánh turbine 88

KẾT LUẬN & ĐỀ XUẤT 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 So sánh tính chất của họ thép không gỉ – Nguồn Wikipedia 43

Bảng 2.2 So sánh cơ tính của họ thép không gỉ – Nguồn Wikipedia 43

Bảng 2.3 Thành phần hóa học chính thép không gỉ SUS304 44

Bảng 2.4 Bảng thứ tự nguyên công phương án 1 46

Bảng 2.5 Bảng thứ tự nguyên công phương án 2 46

Bảng 3.1 Sự ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim 68

Bảng 3.2 Tính chất của một số mác thép dụng cụ (theo tiêu chuẩn Nhật) 69

Bảng 3.3 Thành phần % hóa học thép SKD11 – Nguồn: tapsteel.com 69

Bảng 3.4 Nhiệt luyện và độ cứng của thép – Nguồn: tapsteel.com 70

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật máy dập AMADAM 45 tấn 71

Bảng 4.1 Thông số dao tiện lỗ 76

Bảng 4.2 Hệ số Cv và các số mũ 76

Bảng 4.3 Chế độ cắt khi tiện mặt đầu 77

Bảng 4.4 Hệ số Cv và các số mũ 78

Bảng 4.5 Chế độ cắt khi cắt đứt 78

Bảng 4.6 Thông số máy hàn PROTIG – 200D – Nguồn: www.weldcom.vn 87

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Một vài loại bơm thủy năng 2

Hình 1.2 Cấu tạo bơm thủy năng loại đồng trục 3

Hình 1.3 Khi lắp đặt bơm của Viện Thủy Lợi 5

Hình 1.4 Loại bơm do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền chế tạo 6

Hình 1.5 Khuôn dập vỏ ô tô 10

Hình 1.6 phân loại các nguyên công dập tấm 15

Hình 1.7 Dập cắt 16

Hình 1.8 Sơ đồ tác dụng lực khi cắt và hình dạng lưỡi cắt 17

Hình 1.9 Dập uốn 18

Hình 1.10 Dập vuốt 19

Hình 1.11 Tạo hình 19

Hình 1.12 Dập ép 20

Hình 1.13 Lắp ghép 20

Hình 1.14 Biểu đồ biến dạng kim loại 21

Hình 1.15 Sơ đồ lệch 22

Hình 1.16 Sơ đồ song tinh 23

Hình 1.17 Máy ép thủy lực – Nguồn: vatgia.com 26

Hình 1.18 Máy ép trục khuỷu – Nguồn: Google Image 26

Hình 1.19 So sánh mối ghép nối hàn và tán ri vê 28

Hình 1.20 Biểu đồ vùng hàn 29

Hình 1.21 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn 29

Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý hàn trong môi trường khí bảo vệ 30

Hình 1.23 Các phương pháp hàn trong các môi trường khí bảo vệ 30

Hình 1.24 Hàn TIG 32

Hình 2.1 Bản vẽ BCT turbine 2D 36

Hình 2.2 Sản phẩm đúc trong khuôn cát 39

Hình 2.3 Sản phẩm được mài bớt để bù lượng mất cân bằng 40

Hình 2.4 Đánh số bề mặt gia công 45

Hình 2.5 Bản vẽ đánh số bề mặt gia công phương án 2 47

Hình 3.1 Hai khuôn đơn 49

Hình 3.2 Biên dạng chày cối khuôn tạo hình 49

Hình 3.4 Mô hình chày và cối khi làm việc 50

Hình 3.5 Công đoạn dập tạo hình trên khuôn 50

Hình 3.6 Mô hình bộ khuôn dập liên hoàn phương án 2 51

Hình 3.7 Mô hình khuôn phương án 3 52

Hình 3.8 Mô hình khuôn khi bắt đầu một chu kỳ 53

Hình 3.9 Đường xoắn ốc của turbine và hình vẽ khai triển 56

Hình 3.10 Giao diện khi khỏi động phần mềm Plate 'n' Sheet 56

Hình 3.11 Tùy chọn chức năng khai triển mặt xoắn ốc hình trụ tròn đứng 57

Hình 3.12 Giao diện nhập dữ liệu 57

Hình 3.13 Mặt xoắn ốc trụ tròn được khai triển 58

Hình 3.14 Chức năng tự động ghi kích thước 59

Hình 3.15 Phần mềm tự động ghi kích thước 59

Hình 3.17 Biên dạng cắt 60

Hình 3.18 Kích thước sau khi dập 61

Hình 3.19 Hình dáng sản phẩm bản cánh sau tạo hình 61

Hình 3.20 Khe hở Z giữa chày và cối 62

Hình 3.21 Sản phẩm khi khe hở hợp lý 63

Hình 3.22 Tác hại do khe hở quá nhỏ 63

Hình 3.23 Tác hại do khe hở quá lớn 63

Hình 3.24 Hình dáng và kết cấu của cối 64

Hình 3.25 Kích thước cơ bản của cối 65

Hình 3.26 Kết cấu phần làm việc của chày 66

Hình 3.28 máy dập AMADA 45 tấn 71

Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết 72

Hình 4.2 Đánh số bề mặt gia công 73

Hình 4.3 Dao tiện ngoài thân cong có góc nghiêng chính 90° 74

Hình 4.4 Sơ đồ gá đặt gia công 74

Hình 4.5 Dao cắt đứt 75

Hình 4.6 Sơ đồ gá đặt khi cắt đứt 75

Hình 4.7 Mô hình đồ gá trên phần mềm Pro/E 82

Hình 4.8 Đặt bầu cánh vào và vạch dấu 82

Hình 4.9 Gá đặt bản cánh đầu tiên 83

Hình 4.10 Mô phỏng khi hàn xong 4 bản cánh 83

Hình 4.11 Mô hình 3D phương án 2 84

Hình 4.12 Máy hàn PROTIG – 200D – Nguồn: www.weldcom.vn 87

Hình 4.13 Sơ đồ cân bằng tĩnh 88

LỜI NÓI ĐẦU

Địa hình Việt Nam đa dạng: đồi núi, đồng bằng, bờ biển và thềm lục địa, phản ánh lịch sử phát triển địa chất, địa hình lâu dài trong môi trường gió mùa, nóng ẩm, phong hóa mạnh mẽ Địa hình thấp dần theo hướng Tây bắc – Đông nam, được thể hiện rõ qua hướng chảy của các dòng sông lớn Đồi núi chiếm tới 3/4 diện tích lãnh thổ nhưng chủ yếu là đồi núi thấp Ở những nơi này điều kiện tưới tiêu thường hạn chế, tác động rất lớn đến năng suất canh tác Những năm qua Đảng và Nhà nước đã đầu tư rất nhiều vào các hệ thống thủy lợi phục vụ bà con vùng núi Nhưng nhu cầu con người thì vô hạn, trong khi khả năng và thời gian con người có hạn, những chương trình, dự án đầu tư vẫn chưa thực sự bao phủ hết được các vùng miền Nhận thấy những vùng suối dân cư còn thưa, đồi núi phức tạp đang thiếu hệ thống tưới tiêu cỡ nhỏ tôi đã bắt tay vào phối hợp cùng sinh viên Đặng Ngọc Tuyền thiết kế Máy bơm thủy năng phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi Phục vụ chủ yếu các vùng có suối, khe nhỏ

Đề tài được chia làm hai phần: Thiết kế chế tạo cánh turbine của bơm do tôi thực hiện, phần chế tạo bộ truyền động do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền đảm nhiệm Nội dung đề tài được trình bày xuyến suốt qua 4 chương:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY NĂNG & CÔNG NGHỆ HÀN, DẬP

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÁNH TURBINE

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ KHUÔN DẬP BẢN CÁNH TURBINE

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN BẢN CÁNH TURBINE Khi thực hiện đề tài này, do trình độ còn hạn chế, tài liệu còn hiếm, kinh nghiệm thiếu,… Do vậy không tránh khỏi những thiếu sót và lỗi sai Tôi mong được Thầy, Cô trong bộ môn, bạn bè,… góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn nữa! Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, 22 tháng 7 năm 2013

Lê Minh Tường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM THỦY NĂNG & CÔNG NGHỆ HÀN, DẬP 1.1 Tổng quan về bơm thủy năng

Ở vùng núi Khánh Hòa kinh tế còn rất khó khăn, đường xá, mạng lưới điện,… còn rất hạn chế, vì thế việc thiết bị sử dụng nhiên liệu không tái tạo phuc vụ tưới tiêu rất hạn chế Thay vào đó, ở các địa phương này đã bắt đầu sử dụng một số loại bơm thủy năng phục vụ tưới tiêu (Hình 1.1)

Hình 1.1 Một vài loại bơm thủy năng

Thiết bị bơm thủy năng có các ưu điểm: không hề tiêu hao nhiên liệu (không dùng điện, than, dầu…) nó tự động làm việc suốt ngày, đêm Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, công tác quản lý vận hành đơn giản, tuổi thọ cao

Bơm thủy năng thích hợp cho cấp nước sạch, tưới vườn đồi, tưới ruộng bậc cao; diện tích tưới từ vài chục hecta tại những nơi xa vùng điện lưới

Qua một thời gian sử dụng, công nghệ đã chứng tỏ nhiều ưu điểm như dễ vận hành, giá thành Về bản chất, turbine và máy bơm giống như máy phát điện và động

cơ điện, đây là đặc điểm rất phù hợp cho việc lắp đặt máy móc trên địa hình các tỉnh miền núi Bơm có khả năng đưa nước lên độ cao 20 – 50m Năng lượng của nước sẽ làm quay cánh turbine (có thể) qua bộ phận tăng tốc sẽ làm quay cánh bơm và đưa nước lên cao So với các loại bơm truyền thống thì bơm thủy năng có nhiều ưu điểm nổi bật là nó không sử dụng năng lượng truyền thống như điện, than, dầu v.v… nó

sử dụng nguồn năng lượng tái tạo dùng sức nước để bơm nước Một ưu điểm nữa là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ ứng dụng các nguồn sông suối miền núi, điều này rất phù hợp với tình hình thực tế vùng núi Khánh Hòa

Hình 1.2 Cấu tạo bơm thủy năng loại đồng trục

1 – Ổ bi; 2 – Cánh bơm; 3 – Buồng bơm; 4 – Hướng dòng tua bin; 5 – Buồng tua bin; 6 – Cánh tua bin; 7 – Trục; 8 – ổ bạc cao su; 9 – Vành mòn bơm; 10 – Chắn rác; 11 – Vòng làm kín; 12 – Bích bơm; 13 – Nắp mỡ; 14 – Chóp cánh tua bin

Loại bơm này thực chất là một thiết bị gồm cụm bơm, hệ thống truyền động

và turbine, trong đó cánh bơm và cánh turbine được lắp đặt trên cùng trục, năng lượng của nước làm quay cánh turbine, kéo theo cánh bơm cũng quay theo và đưa nước lên cao (Hình 1.2) Turbine của bơm thủy năng là loại turbine hướng trục, ly tâm Ngoài những nguyên lý trên, bơm thủy năng còn có ưu điểm chung: turbine và bơm là một khối thống nhất, cùng một trục nên tiết kiệm được cơ cấu truyền chuyển động mà cơ cấu rất chặt chẽ

Theo tìm hiểu, trên thị trường có nhiều loại bơm, tựu chung nhất có 2 lọai phục vụ tưới tiêu: loại thứ nhất do Viện thủy lợi chế tạo và sản xuất, loại thứ 2 do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền thiết kế

Về bơm do Viện thủy lơi chế tạo có ưu, nhược điểm :

Ưu điểm:

 Cột áp cao từ 50 ÷ 100m, lưu lượng lớn;

 Không tốn điện, năng lượng không tái tạo,…

 Công suất lớn, thích hợp cho cấp nước sạch, tưới vườn đồi, tưới ruộng bậc cao, diện tích tới vài chục hecta tại những nơi xa vùng điện lưới

Nhược điểm:

 Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác, chỉ thích hợp với đối tượng khách hàng có nhu cầu bơm nước diện tích rộng (tính theo ha);

 Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác;

 Phải ngăn dòng chảy, tạo đạp lớn để tạo lực đẩy;

 Bảo trì khó và tốn kém

Hình 1.3 Khi lắp đặt bơm của Viện Thủy Lợi

1 – Trục bơm; 2 – Cánh bơm; 3 – Buồng xoắn; 4 – Cánh turbine

Loại bơm nhẹ, gọn hơn là bơm của sinh viên Đặng Ngọc Tuyền chế tạo (Hình 1.4), bơm này thích hợp cho hộp gia đình có nhu cầu tưới tiêu vườn, ruộng nhỏ, gần suối, rạch nhỏ

1 – Ống dẫn nước; 2 – Máng dẫn nước; 3 – Buồng xoắn; 4 – Buồng xoáy; 5 – Ống thoát nước; 6 – Bơm li tâm đa cấp; 7 – Bộ truyền bánh răng

1

234

Hình 1.4 Loại bơm do sinh viên Đặng Ngọc Tuyền chế tạo

thời tiết khắc nghiệt dễ làm hư hỏng thiết bị, nguồn nước có nhiều tạp chất (phân hóa học, thuốc trừ sâu,…) nên sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất cũng như tuổi thọ thiết bị, đặc biệt là BCT turbine Vì vậy đòi hỏi nhà sản xuất phải tìm ra được công nghệ chế tạo cũng như loại vật liệu thích hợp với điều kiện thời tiết cũng như giá thành mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Công nghệ sản xuất cánh turbine rất phong phú, phổ biến nhất là công nghệ đúc Trong đó thì công nghệ đúc vật liệu kim loại như gang, thép,… là cổ điển nhất Gần đây, đã đưa vào sản xuất vật liệu mới composite Công nghệ đúc đã có từ rất lâu, đến nay đã đạt được đến độ gần như hoàn hảo Tuy nhiên, cũng đòi hỏi sự đầu

tư xứng đáng mới cho ra được kết quả tương xứng

Bên cạnh công nghệ đúc thì còn có công nghệ hàn cánh turbine với vật liệu là phi kim loại Kết cấu cánh turbin gồm phần bầu và lá cánh, được dùng mối hàn để gắn kết 2 phần trên thành một sản phẩm turbine hoàn chỉnh

Bên cạnh đó thì còn nhiều công nghệ sản xuất turbine khác nữa! Do vậy, tùy theo nhu cầu, yêu cầu kỹ thuật, điều kiện kinh tế, sản xuất… mà chọn ra phương pháp sản xuất phù hợp nhất

1.2 Tổng quan công nghệ dập nguội

Hiện trạng ngành công nghệ dập nguội trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới ngành công nghệ dập nguội đã xuất hiện từ rất sớm Hiện nay ngành công nghệ dập nguội đóng một vai trò quan trọng và chiếm tỉ trọng cao trong ngành công nghiệp đó là nhờ những lợi nhuận mà công nghệ dập nguội mang lại Điển hình là các nước Liên Xô cũ (Nga), Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc ví dụ như Liên Xô những năm 70 – 80 của thế kỷ 20 trong ngành chế tạo xe hơi hàng nhẹ, các chi tiết chế tạo bằng dập nguội chiếm khoảng 60 – 70% Trong ngành chế tạo máy chính xác chiếm khoảng 80 – 85% Trong ngành chế tạo máy điện chiếm 60 – 70% Trong ngành chế tạo hàng tiêu dùng chiếm 95 – 98% Những năm gần đây dập nguội còn sản xuất những linh kiện điện tử và lĩnh vực quân sự

Tại Việt Nam, do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn dập nguội phục vụ cho chế tạo các sản phẩm cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nước ngoài Với những sản phẩm có yêu cầu cao (máy giặt, tủ lạnh, điều hoà, ô tô, xe máy….) hầu hết phải nhập bán thành phẩm hoặc nhập khuôn từ nước ngoài vào sản xuất

Một trong những nguyên nhân cần được đề cập đến là các doanh nghiệp trong nước hiện đa phần hoạt động ở tình trạng tự khép kín, chưa có sự phối hợp với nhau để đi vào sản xuất chuyên sâu một hoặc một số mặt hàng cùng chủng loại Trang thiết bị ở hầu hết các cơ sở thuộc trình độ công nghệ thấp, hoặc chưa có nơi

đã đầu tư trang thiết bị công nghệ cao nhưng sự đầu tư lại trùng lặp Bên cạnh đó, nguồn nhân lực thiết kế, chế tạo và chuyển giao công nghệ cũng bị phân tán Cũng

do sản sản xuất nhỏ lẻ nên ngay cả việc nhập thép hợp kim làm khuôn cũng phải nhập với giá thành cao Những điều này giải thích vì sao chi phí sản xuất khuôn của các doanh nghiệp Việt Nam luôn cao, dẫn đến sản xuất bị hạn chế

Kết quả khảo sát thực tế về nhu cầu khuôn đến năm 2010, đơn cử riêng về khuôn dập của một số công ty như sau:

 Công ty Cơ khí Thăng Long: khuôn dập là 1500 bộ; Công ty Điện cơ Thống Nhất: khuôn dập là 75 bộ;

 Công ty chế tạo máy điện VN – HGK: khuôn dập là 150 bộ;

 Công ty Xích líp Đông Anh: khuôn dập là 500 bộ…

 Như vậy, ngay ở Việt Nam nhu cầu của thị trường về khuôn dập nguội là rất cao

Tại Hà Nội, Công ty Kim khí Thăng Long là đơn vị đi đầu trong việc xây dựng trung tâm khuôn dập: đã thiết kế, chế tạo hơn 3000 bộ khuôn dập định hình,

có độ phức tạp của xe máy như: đuôi xe, càng xe, bộ tay lái…Tại Đồng Nai công ty TNHH OKURA cũng chuyên sản xuất các loại khuôn dập nguội các sản phẩm: bộ lọc dầu, ARM thắng xe máy, các loại (plate pad) má thắng đĩa xe máy, nắp động

cơ….các mặt hàng phục vụ học tập và tiêu dùng như: ghim bấm, kẹp, các linh kiện phục vụ y tế, nước sạch…

Qua một số thông tin trên, phản ánh được một phần nào đó về công nghệ dập tấm trên thế giới và ở Việt Nam Là cở sở để nhà thiết kế lựa chọn vào quy trình công nghệ phù hợp

1.2.1 Khái niệm về dập tấm

Quá trình công nghệ là toàn bộ các tác động trực tiếp làm thay đổi hình dạng, kích thước, tính chất và trạng thái của phôi ban đầu để đạt được mục đích nào đó Quá trình công nghệ bao gồm những nguyên công và được sắp xếp theo một trình

tự nhất định

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu dạng phôi

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi

là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường S < 4 mm) hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày vật liệu lớn

Nguyên công là một phần của quá trình công nghệ được thực hiện bời một hay một số công nhân ở một vị trí nhất định trên máy bao gồm toàn bộ những tác động liên quan để gia công phôi đã cho

Hình 1.5 Khuôn dập vỏ ô tô

Ưu điểm của sản xuất dập tấm:

 Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn

 Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể hoặc rất khó khăn

 Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công cơ

 Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn

 Tiết kiệm được nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm

 Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quỹ lương

 Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm

 Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao

 Dập tấm không chỉ gia công những vật liệu là kim loại mà còn gia công những vật liệu phi kim loại như: techtolit, hétinac, và các loại chất dẻo

1.2.2 Sự thay đổi tính chất của thép tấm trong thời gian và trong quá tình gia công

Khi dập nguội tính chất của thép tấm bị thay đổi Sở dĩ như vậy là vì trong quá tình dập biến dạng dẻo nguội làm cho cấu trúc tinh thể thay đổi: mật độ khuyết tật tăng lên mạnh mẽ dẫn tới độ bền kim loại tăng lên, kích thước và hình dạng của các hạt kim loại cũng như hướng của trục tinh thể thay đổi làm phát sinh ứng suất dư và xuất hiện những mặt trượt kích thích quá trình hóa già kim loại

1.2.2.1 Sự hóa già do biến dạng

Hệ quả của sự già hóa kim loại là làm giảm tính dẻo (chẳng hạn độ giãn dài tỷ đối giảm) và nâng cao tính bền của kim loại (trở lực biến dạng, giới hạn chảy và độ cứng tăng) Vì vậy kim loại trở nên dòn và kém dẻo Xu hướng của sự già hóa kim loại khi biến dạng tùy thuộc vào thành phần nitơ tự do chứa trong thép và đặc biệt là carbon trong nền cứng (pherit) Trong quá tình hóa già, các nguyên tử carbon và nitơ khuếch tán và tập trung vào các vùng biến dạng của mạng tinh thể, xung quanh lệch Điều đó cản trở sự di chuyển của lệch và gây khó khan cho quá trình biến dạng dẻo Sự hóa già biến dạng xảy ra không đồng đều, trước tiên nó làm tăng độ cứng của kim loại tại các vùng có mật độ các nguyên tử nitơ và carbon cao, chủ yếu là ở mặt trượt, tại đây đặc biệt có nhiều lệch

Với thép carbon thấp, sự hóa già do biến dạng xảy ra mãnh liệt hơn sau khi biến dạng dẻo nguội, cường độ của nó tỷ lệ thuận với mức độ biến dạng, nhiệt độ môi trường xung quanh và thời gian Vì vậy đối với théo tấm cán nguội và ngay cả những bán thành phần của nó đã được dập, không nên để nó quá lâu trong kho hoặc trong phân xưởng, đặc biệt khi nhiệt độ tăng lên

Hiện nay, đã sản xuất những loại thép tấm không hóa già Những loại thép này được khử oxy bởi nhôm hoặc chất phụ gia vanadi (ví dụ: théo 08Ю, 08KП, 08CЮΦ, ) Khoa học đã chứng minh rằng sự ổn định của các loại thép này là do

các liên kết của các nguyên tử nitơ dưới dạng nitơrua bền vững Chính vì vậy, sau khi dập nguội sự hóa già do biến dạng hầu như không xảy ra

1.2.2.2 Mặt trượt

Đối với các chi tiết có yêu cầu cao về bề mặt (ví dụ các chi tiết vỏ xe ô tô), điều có ý nghĩa quan trọng là khả năng của kim loại giữ được bề mặt phẳng trong quá trình dập, không có những mặt trượt là những dấu vết vật lý do biến dạng dẻo cục bộ gây ra Mặt trượt xuất hiện trên bề mặt của các chi tiết, nhất là khi dập các chi tiết không sâu với mức độ biến dạng nhỏ (5 ÷ 10%), làm giảm độ nhẵn bóng bề mặt Sự xuất hiện các mặt trượt có liên quan đến tính chất cơ học không đồng đều của phôi Sự không đồng đều này là do sự hóa già trong quá trình biến dạng gây ra Trên bề mặt của chi tiết sau khi dập có thể quan sát thấy những phần lồi lõm tương ứng với các mặt trượt

Một trong những phương pháp gia công rộng rãi nhất được sử dụng để ngăn ngừa khả năng xuất hiện của các mặt trượt là tiến hành ép nguội theo chiều dày tấm thép một lượng biến dạng nhỏ bằng thiết bị chuyên dung trước khi đưa vào dập Trị

số lượng ép phụ thuộc vào chiều dày của tấm và loại vật liệu Ví dụ: đối với thép 08KП lượng ép từ (0,8 ÷ 1,2)% còn đối với thép 08Ю lượng ép từ (1 ÷ 2)%

Việc cán nguội với một lượng ép nhỏ các tấm thép có thể ví như một sự “tập luyện” Sau khi “tập luyện”, để loại trừ sự cong vênh thường nắn thẳng tấm trên các máy nắn chuyên dung Các máy này có một vài cặp trục nắn mà tâm của chúng

có thể chuyển động tương đối với nhau Trong quá trình nắn tấm bị uốn dẻo nhiều lần Do sự “luyện tập” mà ngăn ngừa được khả năng xuất hiện mặt trượt, nhưng khi nắn nguội thì tính bền của kim loại tăng lên Ngoài ra khi thử kéo mẫu kim loại đã được “luyện tập” và lập đồ thị kéo thấy không có vùng chảy rão, tức là những dấu hiệu đặc trưng cho khả năng xuất hiện mặt trượt bị ẩn đi

Do các tấm thép bị ép nguội với lượng ép nhỏ, lệch bị tách khỏi các nguyên tử nitơ và carbon đồng thời xảy ra sự hình thành các lệch mới Điều đó làm giảm trở lực biến dạng của các tinh thể trên bề mặt trượt dẫn đến sự phân bố ứng suất đều

hơn theo chiều dày của tấm, do đó sự chảy của kim loại sẽ bắt đầu với lực nhỏ hơn

so với mẫu trước khi ép Tác dụng của việc ép nguội thường rất ngắn vì vậy cần phải ép và nắn ngay trước khi dập Những máy để ép và nắn được bố trí ở đầu dây truyền, trước một loạt thiết bị khác Cần phải dập ngay sau khi ép vì sau khi ép một thời gian ngắn sẽ xảy ra sự hóa già biến dạng với cường độ lớn Nếu không dập ngay sẽ làm mất đi hiệu quả của việc ép và còn làm xấu đi khả năng dập của thép so với trước khi ép

1.2.2.3 Sự phát sinh hiện tượng ăn mòn (gỉ)

Trong quá trình biến dạng dẻo nguội kim loại xảy ra sự hóa bền sự hóa bền cùng với một số hiện tượng khác làm cho khả năng chống ăn mòn của kim loại giảm đi Ví dụ: một cái đinh đặt trong môi trường ẩm ướt thì phần đầu và mũi nhọn của đinh, đã bị biến dạng dẻo nguội, sẽ bị gỉ trước

Tuy vậy, do những điều kiện không giống nhau, sự thay đổi hình dạng của các vùng phôi kề nhau sau khi bỏ lực tác dụng sẽ phát sinh những ứng suất dư tế vi loại một Những ứng suất dư này kho có sự ăn mòn sâu vào các tinh thể sẽ làm suy yếu liên kết ở biên giới giữa các hạt và có thể gây ra những “mầm” giòn tự phát của các sản phẩm kim loại hoặc các bán thành phẩm

Sự phát triển hiện tượng gỉ của các chi tiết bằng đồng thau có chứa hơn 20% kẽm được dập vuốt nguội với mức độ biến dạng lớn (như đui đèn, vỏ đạn, ) thường xuất hiện vào những mùa ẩm ướt khi độ ẩm và nồng độ khó ammoniac trong không khí tăng lên kích thích sự ăn mòn sâu vào các tinh thể Vì vậy vào mùa mưa các chi tiết dập cần được bảo quản ngay bằng phương pháp gia nhiệt Đối với các chi tiết bằng đồng thau, có một phương pháp chống gỉ hiệu quả là giảm ứng suất kéo bằng cách nung nóng đến nhiệt độ 300 ÷ 500°C

1.2.3 Định nghĩa và phân loại các nguyên công dập tấm

Tất cả các nguyên công tạo hình vật liệu được hệ thống hóa và phân loại theo những đặc điểm của quá trình biến dạng và công nghệ:

Theo đặc điểm biến dạng của quá trình dập tấm, chi thành 2 nhóm chính:

 Biến dạng cắt vật liệu;

 Biến dạng dẻo vật liệu

Nhóm các nguyên công cắt vật liệu nhằm tách một phần vật liệu này ra khỏi một phần vật liệu khác theo một đường bao khép kín hoặc không khép kín và kim loại bị phá vỡ liên kết giữa các phân tử (phá hủy) tại vùng cắt

Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu nhằm thay đổi hình dạng và kích thước bề mặt phôi bằng cách phân phối lại và chuyển dịch thể tích kim loại để tạo ra các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết nhờ tính dẻo của kim loại và không bị phá hủy tại vùng biến dạng Trong đa số các trường hợp chiều dày vật liệu phôi hầu như không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ nhưng không chủ định

Trong quá trình dập tấm có thể dập riêng biệt từng nguyên công hoặc có thể kết hợp 2 hay nhiều nguyên công trên cùng một khuôn

Khi dập riêng biệt từng nguyên công nói chung năng suất thấp, độ chính xác chi tiết thấp nhưng ưu điểm là khuôn đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp phù hợp với sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ

Khi kết hợp 2 hoặc nhiều nguyên công trên cùng một khuôn gọi là dập liên hợp

Dập liên hợp sẽ cho năng suất cao, độ chính xác chi tiết cao, đồng thời giảm được số lượng thiết bị, giảm số công nhân do đó hạ được giá thành sản phẩm, nhưng nhược điểm là khuôn phức tạp; độ chính xác gia công cao, khó chế tạo do đó giá thành khuôn đắt, khó sửa chữa và thay thế khi hỏng hóc Vì vậy dập liên hợp được áp dụng thích hợp khi sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối

Tùy theo phương pháp kết hợp giữa các nguyên công, dập liên hợp được chia thành ba dạng chính:

 Dập phối hợp là phương pháp đồng thời hoàn thành một số nguyên công khác nhau trên cùng một bộ khuôn trong một hành trình máy (1 nhát dập) với một lần đặt phôi;

 Dập liên tục là phương pháp kết hợp 2 hay nhiều nguyên công khác nhau trên cùng một khuôn được thực hiện liên tiếp với nhau bởi những cặp chày – cối riêng biệt trong một số hành trình của máy và có sự dịch chuyển phôi từ chày này sang chày khác;

 Dập liên tục – phối hợp là phương pháp kết hợp cả 2 phương pháp trên

để hoàn thành một số nguyên công trên cùng một khuôn

Khả năng kết hợp giữa các nguyên công rất đa dạng và phong phú, có thể kết hợp các nguyên công cắt – đột với nhau, hoặc có thể kết hợp cắt – đột – uốn hoặc: cắt – dập vuốt – tạo hình… tùy theo hình dạng và kích thước của chi tiết, sự sang tạo của người thiết kế công nghệ, các chi tiết dập tấm có thể được tạo ra với sự kết hợp của nhiều nguyên công khác nhau sao cho số nguyên công dập là ít nhất và giá thành thấp nhất

Tùy theo đặc điểm biến dạng và đặc điểm công nghệ, phương pháp tiến hành… phân loại các nguyên công dập tấm như sau:

Hình 1.6 phân loại các nguyên công dập tấm

1.2.3.1 Dập cắt

Hình 1.7 Dập cắt

Những nguyên công cắt cắt được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dập tấm nguội Sử dụng những nguyên công này có thể cắt những thép tấm cán hoặc thép cuộn thành những bang hoặc dải, cắt những tấm théo cán tiêu chuẩn thành những phôi khác nhau, cắt hình để nhận được các loại chi tiết phẳng có hình dạng khác nhau, hoặc phôi trước khi dập các chi tiết không gian rỗng v.v

Là phương pháp tách rời phần kim loại này ra khỏi phần kim loại kia theo một đường bao khép kín hay không khép kín Gồm các công việc:

 Cắt rời: cắt rời từng phần trên băng vật liệu;

 Cắt từng vùng: tách rời một phần trên phôi theo đường hở;

 Cắt hình: tách rời một phân trên băng vật liệu theo đường kín;

 Đột lỗ: loại bỏ phần vật liệu trên phôi theo đường kín;

 Cắt trích: tách một phần vật liệu theo đường hở (phần cắt không loại bỏ);

 Cắt mép: Cắt toàn phần vật liệu thừa trên vật dập, tạo ra do dập vuốt hay uốn;

 Cắt chia: cắt rời hai phần đối xứng của vật dập hay phôi thành hai sản phẩm;

 Cắt – đột tinh: cắt – đột dưới áp lực cao làm cho mặt cắt đạt nhẵn sáng cao và chính xác về kích thước;

 Sửa tinh: cắt gọt lượng dư theo đường bao phôi (có phoi) để nâng cao độ nhẵn sáng và độ chính xác

Phân loại các phương pháp cắt:

 Cắt vật liệu tấm bằng máy cắt dao song song

 Cắt vật liệu tấm bằng máy cắt dao nghiêng

 Cắt vật liệu tấm bằng dao cắt dao đĩa

 Cắt vật liệu tấm bằng tấm khuôn

 Cắt kim loại bằng các phương pháp đặc biệt như cắt bằng khuôn cao su hay cắt hình đột lỗ bằng chất nổ

Nguyên lý biến dạng và khe hở tối ưu

Nguyên lý biến dạng khi thực hiện các nguyên công cắt có thể khảo sát qua ví

dụ nguyên công cắt phôi và cắt chia (Hình 1.8) Những nguyên công này được thực hiện nhờ những máy cắt chuyện dung hoặc bằng khuôn cắt Bộ phận làm việc là những lưỡi cắt sâu vào trong kim loại làm cho nó bị biến dạng dẻo cho đến khi tách hoàn toàn một phần vật liệu này ra khỏi phần vật liệu khác Giữa các lưỡi cắt có một khe hở Z Khi cắt sẽ sinh ra momen uốn M bằng tích số giữa lực cắt đặt tại lưỡi cắt với khoảng (cánh tay đòn a) lớn hơn khe hở Z một chút:

M = a.R trong đó a > Z

Hình 1.8 Sơ đồ tác dụng lực khi cắt và hình dạng lưỡi cắt

Trong đó: γ – góc trước; α – góc sau = 1,5 ÷ 3°; δ – góc cắt = 65 ÷ 68°; β – góc sắc = δ – α

Muốn uốn làm cho phôi cắt bị quay đi Khi đó sẽ sinh ra phản kích N ở bề mặt trên của lưỡi Tấm kim loại sẽ ngừng quay khi momen uốn M cân bằng với momen

do phản kích N gây ra:

M = a.R = N.b Trong quá trình cắt nếu tấm kim loại bị quay đi một góc thì chất lượng bề mặt cắt sẽ rất kém, bị bavia và đôi khi không thể cắt được nếu trị số Z hở lớn Vì vậy cần phải loại bỏ hiện tượng quay của tấm (/thanh) trong quá trình cắt bằng cơ cấu vặn chặt với phản lực Qp, đồng thời giảm khe hở giữa 2 lưỡi dao đến trị số thích hợp và mài dao vát góc trước γ

Kết luận:

Qua quá trình tìm hiểu về tầm quan trọng của gia công kim loại tấm và giới thiệu các giải pháp công nghệ ứng dụng trong công nghiệp trong nước hiện nay cũng như thế giới đã giúp có cái nhìn tổng quan về công nghệ dập tấm, hình thành lý luận

và có thể áp dụng vào sản xuất

1.2.3.2 Uốn

Hình 1.9 Dập uốn

Là phương pháp biến phôi thẳng thành phôi cong hay gấp khúc theo một góc

độ nào đó Gồm các công việc:

 Uốn góc: Biến phôi thẳng thành những phần gấp khúc theo những góc cho trước;

 Uốn vòng: Uốn phôi thẳng thành vòng tròn theo bán kính cho trước;

 Xoắn: Xoắn hai phần của phôi phẳng đi một góc cho trước;

1.2.3.3 Dập vuốt

Hình 1.10 Dập vuốt

Là phương pháp biến phôi phẳng thành vật rỗng hở miệng, có hình dáng bất

kỳ hoặc làm thay đổi vật rỗng (Hình 1.10) Gồm các công việc:

 Dập vuốt lần đầu: Biến phôi phẳng thành vật rỗng hở miệng;

 Dập vuốt các lần sau: Làm thay đổi hình dáng, kích thước vật rỗng;

 Dập vuốt có biến mỏng thành: Làm thay đổi kích thước của phôi rỗng và làm mỏng thành của nó

1.2.3.4 Tạo hình:

Hình 1.11 Tạo hình

Là phương pháp dùng biến dạng cục bộ để thay đổi hình dáng của vật dập hoặc phôi (Hình 1.11) Gồm các công việc:

 Dập gân: Tạo thành gân nổi trên phôi phẳng hoặc bề mặt vật dập;

 Dập phình: Làm rộng kích thước của phôi rỗng ở một đoạn nào đó;

 ong: Tạo thành vành từ lỗ trên phôi phẳng;

 Viền mép: Cuộn mép của phôi rỗng lại thành vòng;

 Lăn ren: tạo thành ren trên thành phôi rỗng;

 Tóp miệng: thu nhỏ kích thước ở phần miệng của phôi rỗng;

 Chỉnh tinh: hiệu chỉnh hình dáng và kích thước của vật dập

1.2.3.5 Dập ép

Hình 1.12 Dập ép

Là phương pháp phân phối lại thể tích vật liệu có sự di chuyển của kim loại

để làm thay đổi hình dáng hoặc bề mặt của phôi (Hình 1.13) Gồm các công việc:

 Dập nổi mặt (dập dấu): Làm nổi các đường nét, hình dáng trên khối vật liệu phẳng;

 Ép chảy: Biến một khối kim loại thành vật rỗng bằng một cách ép cho kim loại chảy theo khe hở

1.2.3.6 Lắp ghép:

Hình 1.13 Lắp ghép

Là phương pháp ghép liền hai vật liệu tấm (Hình 1.13) Gồm các công việc:

 Tán đinh: Tán hai đầu đinh để nối các tấm kim loại lại với nhau;

 Ép chân đinh: Ép cho phần kim loại ở quanh mối ghép tỳ sát với chân đinh;

 Ghép cuốn vành: Nối liền phôi hay vật dập bằng cách cuốn vành ghép kín;

 Ghép uốn chấu: Nối liền hai vật dập bằng cách uốn các chấu;

 Ghép lật mép: Nối liền hai hay nhiều tấm kim loại bằng cách nong;

 Ghép ấn vòng: Nối liền hai chi tiết bằng cách ấn theo vòng tròn chỗ khoét lõm;

 Ghép dập phình: Nối liền hai chi tiết bằng cách dập phình đầu một vật rỗng đặt trong lỗ ghép

1.2.4 Biến dạng dẻo kim loại

1.2.4.1 Khái niệm biến dạng của kim loại

Dưới tác dụng của ngoại lực kim loại sẽ biến dạng theo 3 giai đoạn nối tiếp nhau:

Biến dạng đàn hồi: biến dạng sau khi

thôi lực tác dụng, vật sẽ trở về hình dáng

ban đầu Quan hệ giữa ứng suất và biến

dạng là tuyến tính tuân theo định luận

Hooke Trên đồ thị đoạn OP

Biến dạng dẻo: biến dạng sau khi

thôi lực tác dụng không bị mất đi, nó tương

ứng với gia đoạn chảy của kim loại Biến

dạng dẻo xảy ra khi ứng suất của lực tác

dụng lớn hơn giới hạn đàn hồi Đó là đoạn

Pb

Biến dạng phá hủy: khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn độ bền của kim

loại thì kim loại bị phá hủy (điểm C)

Hình 1.14 Biểu đồ biến dạng kim loại

1.2.4.2 Biến dạng dẻo trong nguyên công dập tấm

Biến dạng dẻo ở kim loại bao gồm biến dạng dẻo của đơn tinh và đa tinh Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: biến dạng dẻo theo cơ chế trượt và song tinh Kim loại khác nhau thì có tính dẻo khác nhau

Biến dạng dẻo của đa tinh thể:

Đa tinh thể là tập hợp của các đơn tinh Biến dạng của đa tinh gồm 2 dạng:

 Biến dạng trong nội bộ hạt: gồm sự trượt và song tinh Sự trượt xảy ra đối với các hạt có phương kết hợp với phương của lực tác dụng 45 độ sẽ trượt trước rồi đến các mặt khác Sự song tinh sảy ra khi có lực tác dụng lớn đột ngột gây ra biến dạng dẻo của kim loại

 Biến dạng ở vùng tinh giới: tại đây chứa nhiều tạp chất dễ chảy và mạng tinh thể bị rối loạn cho nên sự trượt và biến dạng thường ở nhiệt độ t° > 950°C

Giải thích sự trượt

Theo thuyết lệch, kim loại kết tinh không sắp xếp theo qui luật một cách lý tưởng mà thực tế có những chỗ lệch, các nguyên tử ở vị trí lệch luôn có xu hướng trở về vị trí cân bằng Khi có lực tác dụng thì đầu tiên sự di động xảy ra ở các điểm lệch, các vùng lân cận cũng dịch chuyển theo Cuối cùng lại tạo nên chỗ lệch mới Quá trình cứ tiếp tục đến khi không còn lực tác dụng nữa

Hình 1.15 Sơ đồ lệch

Hiện tượng trượt còn được giải thích bằng một hiện tượng khác đó là sự khuyếch tán khi nhiệt độ tăng cao, các nguyên tử di động mạnh dần và dịch chuyển sang một vị trí cân bằng khác, làm mạng tinh thể bị biến dạng dưới hình thức trượt Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà khi thôi tác dụng lực, kim loại sẽ trở về vị trí ban đầu

Giải thích hiện tượng song tinh

Dưới tác dụng của ứng suất tiếp, trong tinh thể có sự dịch chuyển tương đối của hàng loạt các mặt nguyên tử này so với các mặt khác Qua một mặt phẳng cố định nào đó gọi là mặt song tinh Hiện tượng song tinh xảy ra rất nhanh và mạnh khi biến dạng đột ngột, tốc độ biến dạng lớn

Hình 1.16 Sơ đồ song tinh

1.2.5 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:

Ứng 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

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

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

Gia công nguội: kim loại dạng tấm sẽ chịu ảnh hưởng lớn

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

1.2.6.2 Định luật ứng suất dư

Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội không đều, lực biến dạng, lực

ma sát… phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dư tồn tại cân bằng bên trong vật thể kim loại Nếu không cân bằng thì sẽ có quá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dư tồn tại cân bằng

1.2.6.3 Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng Định luật này áp dụng để tính toán kích thước, khối lượng phôi trước khi gia công

1.2.6.4 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

Áp dụng để thiết kế hình dáng của phôi trước khi gia công

Kết luận:

Trên cơ sở lý thuyết về biến dạng kim loại ở dạng tinh thể đã cung cấp những định luật quan trọng, là nền tảng của lý thuyết dẻo kỹ thuật ứng dụng trong ngành gia công áp lực nói chung và dập tấm nói riêng

1.2.7 Thiết bị, dụng cụ dập nguội

Thiết bị dập nguội: trang thiết bị tạo ra lực để ép đẩy chày mang vật liệu vào

trong lòng cối, thiết bị dùng trong dập nguội chủ yếu là các loại máy ép, máy búa, tùy theo cơ cấu và nguyên lý dẫn động của máy mà có các loại sau:

Theo kết cấu máy: máy ép một trục, máy ép hai trục, máy éo nhiều trục;

Theo nguyên lý hoạt: máy ép bằng tay, máy ép dẫn động cơ khí, máy thủy lực, máy khí nén, máy ép điện tử Trong thực tế, thường sử dụng nhiều loại máy dẫn động cơ khí như máy ép ma sát, máy ép trục khuỷu, máy ép lệch tâm

Hình 1.17 Máy ép thủy lực – Nguồn: vatgia.com

Hình 1.18 Máy ép trục khuỷu – Nguồn: Google Image

ép chúng dính chắc vào nhau gọi là hàn áp lực;

Có thể dung kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hòa tan, khuếch tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép hàn gọi là hàn vảy Hiện nay còn có thể dùng keo để dán các chi tiết lại với nhau để tạo nên các mối ghép;

Ngoài ra còn có thể dùng keo kim loại để dán chúng dính chắc vào nhau gọi là dán kim loại

1.3.2 Ứng dụng

Hàn kim loại đóng vai tròn rất quan trọng trong quá trình gia công, chế tạo và sửa chữa phục hồi các chi tiết máy Hàn không chỉ để dung để nối ghép các kim loại với nhau mà còn để nối các phi kim loại hoặc hỗn hợp kim loại với nhau Hàn có mặt trong các ngành công nghiệp, trong ngành y tế hay trong các ngành phục hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật,…

1.3.3 Đặc điểm của hàn kim loại

Tiết kiệm kim loại: So với tán ri vê, hàn kim loại có thể tiết kiệm 10 ÷ 15% kim loại (do phần đinh tán, phần khoan lỗ) và chưa kể đến độ bền kết cấu bị giảm

do khoan lỗ

Hình 1.19 So sánh mối ghép nối hàn và tán ri vê

So với đúc: tiết kiệm khoảng 50% kim loại do mối hàn khi hàn không cần hệ thống đậu hơi, đậu ngót, bên cạnh đó chiều dày vật đúc lớn hơn vật hàn,…

Tiết kiệm kim loại quý hiếm: ví dụ khi chế tạo dao tiện chỉ cần mua vật liệu phần cắt cắt gọt là théo dụng cụ còn phần cán sử dụng thép thường CT38 sẽ có giá thành rẻ mà vẫn thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật

 Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu được áp lực;

 Thiết bị đơn giản, giá thành hạ;

 Nhược điểm: tổ chức kim loại vùng mối hàn không đồng nhất, tồn tại ứng suất và biến dạng sau khi hàn

1.3.4 Phân loại các phương pháp hàn

I – vùng hàn nóng chảy; II – vùng hàn áp lực; III – vùng hàn hạn chế; IV – vùng không thể tạo thành mối hàn được

Hình 1.20 Biểu đồ vùng hàn

Hình 1.21 Sơ đồ phân loại các phương pháp hàn

1.3.5 Đôi nét công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ

Hàn tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ được ứng dụng khá rộng rãi trong thực tế từ những năm 1950 – 1952 Chỉ riêng ngành đóng tàu đã thấy rằng có khoảng 30% các kết cấu hàn bằng tay, 42% hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc, 25% hàn tự động và bán tự động trong môi trường khí bảo vệ