Gia công áp lực trong gia công cơ khí

Các khái niệm cơ bản về gia công áp lực kim loại Các quá trình gia công kim loại biến dạng thể tíchCác quá trình gia công kim loại biến dạng tấm6 tiếtThs. Hoàng Đức Bằng – Email: hdbangwru.edu.vnBộ môn Công nghệ cơ khí Khoa Kỹ thuật cơ khí ĐHTLCÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ÁP LỰC Chương 3I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰCGia công áp lực kim loại (metal forming) gồm một nhóm rất lớn các quá trìnhsản xuất mà trong đó dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại để làm thay đổihình dáng các chi tiết gia công. Biến dạng là do việc sử dụng một dụng cụ gọi làkhuôn (die) trong gia công áp lực kim loại, khi tác dụng các ứng suất vượt quágiới hạn chảy, kim loại sẽ biến dạng để có hình dáng được xác định bằng hìnhdáng hình học của khuôn. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC KIM LOẠI CÁC BIẾN ĐỔI CỦA KIM LOẠI TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT VÀ BÔI TRƠN

Trang 1

CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ÁP LỰC

CHƯƠNG BA

Trang 2

Nội dung chính:

 Các quá trình gia công kim loại biến dạng thể tích

 Các quá trình gia công kim loại biến dạng tấm

6 tiết

Trang 3

I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC

Gia công áp lực kim loại (metal forming) gồm một nhóm rất lớn các quá trình

sản xuất mà trong đó dựa vào sự biến dạng dẻo của kim loại để làm thay đổi hình dáng các chi tiết gia công Biến dạng là do việc sử dụng một dụng cụ gọi là

khuôn (die) trong gia công áp lực kim loại, khi tác dụng các ứng suất vượt quá giới hạn chảy, kim loại sẽ biến dạng để có hình dáng được xác định bằng hình dáng hình học của khuôn

 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC KIM LOẠI

 CÁC BIẾN ĐỔI CỦA KIM LOẠI TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC

 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC

 ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG

 ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT VÀ BÔI TRƠN

Các nội dung chính được nghiên cứu:

Trang 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC

Các quá trình gia công áp

lực có thể được phân loại

Trang 5

 Các quá trình biến dạng khối: các quá trình biến dạng khối được đặc trưng

bởi những biến dạng đáng kể và những thay đổi về hình dáng thể tích, và tỷ số diện tích bề mặt/thể tích của chi tiết là tương đối nhỏ

Các quá trình biến dạng khối cơ bản: (a) cán, (b) rèn, (c) ép, và (d) kéo

(a) Cán (rolling): là một quá trình gia công biến

dạng nén trong đó độ dày của phôi bị giảm xuống

bởi lực ép của hai trục cán hình trụ quay ngược

chiều nhau

(b) Rèn (forging): là quá trình gia công trong đó , chi

tiết gia công được nén biến dạng trong lòng khuôn

giữa hai phần đối diện nhau, sao cho các hình dáng

khuôn được in lên chi tiết gia công

Rèn thường là quá trình gia công nóng Nhưng cũng có

nhiều quá trình rèn được thực hiện ở trạng thái nguội

Trang 6

(c) Ép (extrusion): là một quá trình gia công

nén mà trong đó kim loại gia công bị buộc

phải biến dạng qua một lỗ khuôn, nhờ đó

sản phẩm có được hình dáng và kích thước

của lỗ khuôn

(d) Kéo (drawing): trong quá trình gia công

áp lực này, đường kính của sản phẩm (dây

hình tròn hoặc thanh dẹt) được tạo ra khi kim

loại bị kéo qua một lỗ hở của khuôn

Trang 7

 Gia công biến dạng tấm: các quá trình gia công áp lực kim loại dạng tấm mỏng, dải kim loại và cuộn kim loại Đặc trưng cơ bản là Tỷ số diện tích bề mặt / thể tích của nguyên liệu thường cao;

Gia công dập (pressworking) là thuật ngữ thường được áp dụng cho các quá

trình gia công kim loại tấm vì các máy được sử dụng để thực hiện các quá trình là

những máy ép Một chi tiết được sản xuất trong quá trình gia công kim loại tấm thường được gọi là một tấm dập

Các quá trình gia công kim loại tấm thường được tiến hành ở trạng thái nguội và được thực hiện thông qua việc sử dụng một bộ dụng cụ được gọi là chày ( punch) và khuôn cối (die) Chày là phần dương( khuôn đực) và khuôn cối dập là phần âm(khuôn cái) của bộ dụng cụ

Trang 8

• Uốn (bending): uốn liên quan đến

biến dạng của một tấm hoặc một phiến

kim loại để tạo ra một góc (thường) dọc

theo một trục thẳng Hinh (a)

• Dập giãn (drawing): dập giãn là quá trình

gia công áp lực một tấm kim loại phẳng

trong một khuôn có hình dạng trũng hoặc

lõm, chẳng hạn như hình một chiếc cốc,

bằng cách làm giãn kim loại Một dụng cụ

kẹp (blankholder) được sử dụng để ấn giữ

tấm kim loại trong khi chày dập đẩy kim

loại tấm vào chỗ lõm hình (b)

Trang 9

Cắt trượt (shearing): quá trình này một phần nào đó nằm ngoài phạm vi các

quá trình gia công biến dạng vì nó liên quan đến cắt hơn là gia công áp lực Một nguyên công cắt trượt sẽ cắt chi tiết gia công bằng một bộ chày và khuôn như hình (c) Đây là nguyên công rất thông dụng và cần thiết trong gia công kim loại tấm

(c) cắt trượt: (1) chày tiếp xúc với tấm kim loại, (2) sau khi cắt Lực và

chuyển động tương đối trong các quá trình này được ký hiệu là F và v

Trang 10

1.2 CÁC BIẾN ĐỔI CỦA KIM LOẠI TRONG GIA CÔNG ÁP LỰC

Các kiến thức về biến đổi của các kim loại trong gia công áp lực có thể nhận được từ biểu đồ ứng suất-biến dạng Biểu đồ ứng suất-biến dạng điển hình dùng cho hầu hết các kim loại được chia thành một vùng đàn hồi và một vùng biến dạng dẻo Trong gia công áp lực kim loại, vùng biến dạng dẻo là mối quan tâm cơ bản

Trong vùng biến dạng dẻo, biến đổi

kim loại được biểu thị bằng biểu đồ

đường cong chảy Ta có quan hệ:

Trong đó K = hệ số độ bền , MPa (lb/in 2 ); và

n là số mũ biến cứng , σ là ứng suất

Trang 11

Tham số n được gọi là số mũ biến cứng (strain hardening exponent), nó là

độ dốc của đường thẳng trong hình 3.5 Giá trị của nó liên quan trực tiếp xu hướng của kim loại với hóa bền cơ học, n =a/b

Trang 12

Các giá trị điển hình của K và n đối với những kim loại khác nhau ở nhiệt độ phòng được liệt

kê trong bảng sau:

luyện 1200 175.000 0,40

Trang 13

• Giới hạn chảy (flow stress) được định nghĩa như là giá trị tức thời của ứng suất cần thiết để tiếp tục biến dạng vật liệu – nhằm duy trì kim loại “tiếp tục chảy” Nó

là giới hạn chảy của kim loại, và là một hàm của biến dạng mà có thể được biểu thị như:

Trong đó Y f = Giới hạn chảy, MPa (lb/in 2 )

Trong từng quá trình gia công áp lực sau đây, giới hạn chảy tức thời có thể được sử dụng

để phân tích quá trình khi biến dạng xảy ra Ví dụ trong từng thao tác rèn nhất định, lực tức thời trong quá trình nén có thể được xác định từ giá trị giới hạn chảy Lực cực đại có thể được tính toán dựa trên giới hạn chảy lấy từ biến dạng cuối cùng ở cuối chu trình rèn

Trong các trường hợp khác, phân tích được dựa trên các ứng suất và biến dạng trung bình xảy ra trong biến dạng hơn là các giá trị tức thời Quá trình ép biểu thị trường hợp này

 Giới hạn chảy trung bình: giới hạn chảy trung bình (average flow stress

hoặc mean flow stress) là giá trị trung bình của ứng suất trên biểu đồ ứng

suất-biến dạng từ lúc bắt đầu biến dạng dẻo đến giá trị cuối cùng (cực đại) xuất hiện trong quá trình biến dạng Giá trị được minh họa trong đồ thị ứng suất-biến dạng hình 18.4

Trang 14

Hình 18.4 Biểu đồ ứng suất-biến dạng chỉ ra vị trí giới hạn chảy trung bình có quan hệ với giới hạn chảy Y và giới hạn

Trong đó = giới hạn chảytrung bình,

MPa (lb/in2); và Yf = giá trị biến dạng

cực đại trong quá trình biến dạng

Giới hạn chảy trung bình được xác định

bằng công thức:

Các giá trị cho trước K và n đối với các vật liệu

gia công Dựa trên phương trình này có thể xác

định được giới hạn chảytrung bình mà vật liệu

phải chịu trong quá trình gia công

Trang 15

1.3 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ÁP LỰC

Biểu đồ chảy dẻo là sự biểu diễn quan hệ ứng suất-biến dạng của kim loại trong biến dạng dẻo, đặc biệt đối với các quá trình gia công nguội

Đối với kim loại bất kỳ, các giá trị của K và n phụ thuộc vào nhiệt độ

- Độ bền và hệ số biến cứng đều bị giảm ở nhiệt độ cao

- Độ dẻo, độ dai lại tăng lên ở nhiệt độ cao hơn

Những biến đổi tính chất này là quan trọng vì bất kỳ quá trình biến dạng nào cũng

có thể xảy ra với lực tác dụng và năng lượng nhỏ hơn ở nhiệt độ cao

Có ba phạm vi nhiệt độ: nhiệt độ gia công nguội, ấm và nóng

Trang 16

 Gia công nguội: còn được biết như là gia công biến dạng nguội [cold

forming]) là quá trình gia công áp lực tiến hành ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn một chút

Những ưu điểm hơn hẳn của gia công áp lực nguội được so sánh với gia công nóng là:

(1) Độ chính xác tốt hơn, có nghĩa là các dung sai nhỏ hơn;

(3) Biến cứng cơ học làm tăng độ bền và độ cứng của chi tiết;

(2) Độ bóng bề mặt tốt hơn;

(4) Sự chảy dẻo dạng hạt trong quá trình biến dạng sẽ có được những tính chất định hướng mong muốn trong thành phẩm;

(5) Không cần phải nung nóng chi tiết gia công, tiết kiệm được các chi phí cho lò nung và nhiên liệu, cho phép đạt được tốc độ sản xuất nhanh hơn

Do sự kết hợp các ưu điểm này, nhiều quá trình gia công áp lực nguội đã được phát triển thành các quá trình gia công sản xuất lớn

Trang 17

Tuy nhiên, quá trình gia công áp lực nguội cũng có những nhược điểm hoặc những hạn chế nhất định dưới đây:

Nhằm khắc phục vấn đề biến cứng cơ học và làm giảm yêu cầu về lực tác dụng, năng lượng, nhiều quá trình gia công áp lực được thực hiện ở nhiệt độ cao Có hai phạm vi nhiệt độ cao liên quan tương ứng với các thuật ngữ “gia công ấm” và “gia công nóng”

(1) Cần lực tác dụng và năng lượng lớn hơn để thực hiện quá trình

(1) Cần lực tác dụng và năng lượng lớn hơn để thực hiện quá trình;

(2) Cần cẩn thận hơn để bảo đảm các bề mặt của chi tiết gia công ban đầu không bị hình thành các vảy xước và cáu bẩn;

(1) Cần lực tác dụng và năng lượng lớn hơn để thực hiện quá trình;

(2) Cần cẩn thận hơn để bảo đảm các bề mặt của chi tiết gia công ban đầu không bị hình thành các vảy xước và cáu bẩn;

(3) Độ dẻo và biến cứng cơ học của kim loại gia công sẽ hạn chế gia công áp lực mà có thể cần phải thực hiện cho chi tiết

Trang 18

 Gia công ấm (Warm working): Các quá trình gia công áp lực khi thực hiện

ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng một chút nhưng dưới nhiệt độ kết tinh lại

Ranh giới giữa gia công nguội và gia công ấm thường được biểu thị bằng điểm nóng chảy đối với kim loại Đường phân chia thường được lấy là 0,3xTm, trong

đó Tm là nhiệt độ nóng chảy (nhiệt độ tuyệt đối) cho kim loại cụ thể

Ưu điểm gia công ấm so với gia công nguội như sau:

(1) Lực tác dụng và năng lượng nhỏ hơn;

(2) Có thể có các hình dáng hình học gia công phức tạp hơn;

(3) Có thể giảm hoặc loại trừ nguyên công nhiệt luyện

Trang 19

 Gia công nóng(hot working): (còn được gọi là gia công áp lực nóng) liên quan

đến biến dạng ở nhiệt độ trên nhiệt độ kết tinh lại

Ưu điểm đáng kể nhất của gia công nóng là có khả năng tạo ra biến dạng dẻo cơ bản cho kim

loại, hơn hẳn có với gia công nguội và gia công ấm do hệ số biến cứng cơ học là 0 (tối thiểu theo lý thuyết), và độ dẻo của kim loại tăng đáng kể Tất cả điều này dẫn đến những ưu điểm sau đây so với gia công nguội:

Nhiệt độ kết tinh lại đối với một kim loại đã cho là vào khoảng một nửa nhiệt độ nóng chảy của nó theo thang đo tuyệt đối Trong thực tế, gia công nóng thường được thực hiện ở nhiệt độ vào khoảng trên 0,5 Tm, trong phạm vi từ 0,5 Tm đến 0,75 Tm

(1) Hình dáng của chi tiết gia công có thể được thay đổi đáng kể;

(2) Cần lực tác dụng và năng lượng nhỏ hơn để làm biến dạng kim loại;

(3) Có thể gia công được các kim loại thường dễ vỡ nứt trong gia công nguội;

(4) Các tính chất bền nói chung là đẳng hướng do không có cấu trúc hạt định hướng thường được hình thành trong gia công nguội;

(5) Sự tăng bền chi tiết không xảy ra từ sự biến cứng cơ học

Trang 20

Những nhược điểm của gia công nóng gồm độ chính xác kích thước nhỏ hơn , cần năng lượng toàn phần nhiều hơn (do cần nhiệt năng để nung nóng chi tiết gia công), ô xy hóa bề mặt gia công (tạo thành vảy bẩn), thoát các bon bề mặt, độ bóng bề mặt kém hơn và tuổi thọ công cụ ngắn hơn

Gia công áp lực đẳng nhiệt:

các kim loại nhất định chẳng hạn như thép hợp kim hàm lượng C cao, nhiều hợp kim Ti tan, và các hợp kim Niken ở nhiệt độ cao có độ cứng nóng tốt, Tuy nhiên, thuộc tính này làm cho chúng khó áp dụng để gia công tạo hình với những phương pháp thông thường Vì khi những kim loại này được nung nóng đến nhiệt độ gia công nóng, và sau đó khi tiếp xúc với các dụng cụ gia công áp lực tương đối nguội, nhiệt sẽ nhanh chóng được truyền đi khỏi

bề mặt chi tiết, do vậy làm tăng độ bền tại các vùng này

Những biến đổi về độ bền và nhiệt độ trong những vùng khác nhau trong chi tiết gia công sẽ gây ra sự chảy dẻo không đồng đều trong kim loại khi bị biến dạng, dẫn đến những ứng suất dư và có thể gây ra nứt bề mặt

Trang 21

 Gia công áp lực đẳng nhiệt (isothermal forming) là các quá trình gia công áp lực được thực hiện theo cách để loại trừ làm nguội bề mặt và dẫn đến những suy giảm nhiệt trong chi tiết gia công

Nó được thực hiện bằng cách nung nóng lại các dụng cụ khi tiếp xúc với chi tiết tới cùng nhiệt độ gia công

Điều này làm các dụng cụ bị giảm chất lượng và giảm tuổi thọ dụng cụ , nhưng

nó tránh được những vấn đề đã mô tả ở trên khi các kim loại khó thực hiện này được gia công áp lực bằng các phương pháp thông thường

Trang 22

1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG

Về lý thuyết, một kim loại trong gia công nóng sẽ biến đổi như là một vật liệu dẻo hoàn chỉnh, với số mũ tăng bền cơ học n = 0 Điều này có nghĩa là kim loại sẽ tiếp tục chảy dẻo dưới cùng mức giới hạn chảy mỗi khi đến được mức ứng suất đó Tuy nhiên, có một hiện tượng thêm nữa đặc trưng cho sự biến đổi của vật liệu trong biến dạng, đặc biệt là ở nhiệt

độ cao của gia công nóng Hiện tượng đó là nhạy cảm với tốc độ biến dạng

Tốc độ biến dạng: Tốc độ mà ở đó kim loại bị biến dạng trong một quá trình gia công áp lực liên quan trực tiếp với tốc độ chuyển đông v của dụng cụ/thiết bị

Trong nhiều quá trình gia công áp lực, tốc độ biến dạng là bằng với vận tốc đập của búa hoặc phần tử đang chuyển động khác của thiết bị

Tốc độ biến dạng (strain rate) :

Trong đó έ= tốc độ biến dạng thực, m/s/m (in/s/in) ; và h = độ cao tức thời chi tiết gia

công đang được biến dạng, m (in) Nếu tốc độ biến dạng v là không đổi trong quá trình gia công,thì tốc độ biến dạng sẽ thay đổi khi h thay đổi

Trang 23

Ở các nhiệt độ gia công nóng, giới hạn chảy phụ thuộc vào tốc độ biến dạng Ảnh hưởng của

tốc độ biến dạng lên các tính chất bền được biết như là độ nhạy tốc độ biến dạng (strain

rate sensitivity)

Ảnh hưởng có thể được thấy trong hình 18.5 Khi tốc độ biến dạng tăng lên, khả năng chống lại sự biến dạng cũng tăng lên Điều này vẽ lên đồ thị gần đúng như là một đường thẳng trên trục tọa độ dạng log-log, do vậy dẫn đến quan hệ:

Hình 18.5 (a) Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên giới hạn chảy

ở nhiệt độ gia công cao (b) Quan hệ giống nhau được vẽ trên các trục tọa độ log-log

Trong đó C là hằng số độ bền

(tương tự nhưng không bằng hệ

số độ bền trong phương trình biểu

đồ chảy dẻo), và m là số mũ ảnh

hưởng của tốc độ biến dạng

Giá trị của C được xác định ở tốc

độ biến dạng là 1,0, và m là độ

dốc của biểu đồ trong hình

18.5(b)

(18.4)

Trang 24

Hình 18.6 Ảnh hưởng nhiệt độ lên giới hạn chảy đối với một kim loại điển hình Hằng số C trong phương trình (18.4), được chỉ ra bằng giao điểm của từng đường đồ thị với đường nét đứt thẳng đứng ở tốc độ biến dạng = 1,0, sẽ giảm xuống,

và m (độ dốc của mỗi đường đồ thị) sẽ tăng khi nhiệt độ tăng

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các tham số của phương trình (18.4) được diễn giải Nhiệt độ tăng sẽ làm giảm giá trị C (nhất quán với ảnh hưởng của nó lên K trong phương trình biểu đồ chảy dẻo) và sẽ làm tăng giá trị của m Kết quả tổng quát có thể được thấy trong hình 18.6

Trang 25

Loại Phạm vi nhiệt độ Số mũ ảnh hưởng

tốc độ biến dạng Hệ số ma sát

Gia công nguội ≤ 0,3 Tm 0 ≤ m ≤ 0,05 0,1

Gia công ấm 0,3 Tm - 0,5 Tm 0,05 ≤ m ≤ 0,1 0,2

Gia công nóng 0,5 Tm - 0,75 Tm 0,05 ≤ m ≤ 0,4 0,4 – 0,5

Bảng 18.1 Các giá trị điển hình của nhiệt độ, độ nhạy tốc độ biến dạng và hệ số

ma sát trong gia công nguội, ấm và nóng

Do vậy, chúng ta thấy rằng thậm chí trong gia công nguội, tốc độ biến dạng có thể có ảnh hưởng nhất định, dù là nhỏ đến ứng suất chảy dẻo Trong gia công nóng, ảnh hưởng có thể là đáng kể

• Một biểu thức tổng quát hơn đối với giới hạn chảy như là một hàm của biến dạng và tốc độ biến dạng như sau:

Trong đó A = hệ số độ bền, kết hợp các ảnh hưởng của các giá trị K và C trước đây

Đương nhiên, A, n và m đều là những hàm của nhiệt độ

Trang 26

1.5 ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT VÀ BÔI TRƠN

Ma sát trong gia công áp lực kim loại phát sinh do tiếp xúc trực tiếp giữa dụng cụ và các bề mặt gia công và áp suất cao tác dụng những bề mặt cùng một lúc trong các quá trình này Trong hầu hết các quá trình gia công áp lực kim loại, ma sát là không mong muốn vì một số

lý do sau:

Trong môi trường gia công áp lực kim loại với đặc điểm áp lực cao giữa một dụng cụ có độ cứng và một chi tiết gia công mềm hơn, biến dạng dẻo của vật liệu mềm hơn và nhiệt độ cao (ít nhất trong gia công nóng) Các điều kiện này có thể dẫn đến các hệ số ma sát tương đối cao trong gia công nóng, thậm chí dù có mặt các loại dầu bôi trơn

Các giá trị điển hình của hệ số ma sát đối với ba loại gia công áp lực kim loại được liệt kê trong bảng 18.1

Trong hầu hết các quá trình gia công áp lực kim loại, ma sát là không mong muốn vì một số

(2) Ma sát làm tăng các lực tác dụng và năng lượng để thực hiện quá trình

Trong hầu hết các quá trình gia công áp lực kim loại, ma sát là không mong muốn vì một số

lý do sau:

(1) Ma sát cản trở dòng chảy dẻo kim loại trong vật gia công, gây ra các ứng suất dư và đôi khi gây khuyết tật trong sản phẩm;

(2) Ma sát làm tăng các lực tác dụng và năng lượng để thực hiện quá trình

(3) Ma sát làm mài mòn dụng cụ có thể dẫn đến mất độ chính xác về kích thước, gây ra các chi tiết bị khuyết tật và giảm tuổi thọ dụng cụ gia công

Trang 27

Nếu hệ số ma sát trở lên đủ lớn, một trạng thái xuất hiện được biết như là trạng thái dính Sự dính (sticking) trong gia công kim loại (còn được gọi là ma sát dính [sticking friction]) là xu hướng làm cho hai bề mặt chuyển động tương đối dính với nhau hơn là trượt nhau Có nghĩa là ứng suất ma sát giữa các bề mặt vượt quá giới hạn chảy trượt của kim loại gia công, do vậy làm cho kim loại biến dạng bởi quá trình trượt ngay bên dưới bề mặt hơn là trượt ở bề mặt

Các chất bôi trơn gia công kim loại được áp dụng cho bề mặt chuyển tiếp trong nhiều quá trình gia công áp lực để làm giảm các ảnh hưởng ma sát gây hại Các lợi ích là làm giảm tính dính, các lực tác dụng, năng lượng và sự mài mòn kim loại; và độ bóng bề mặt tốt hơn trên sản phẩm

Các chất bôi trơn cũng làm việc như những chức năng khác, chẳng hạn như loại

bỏ nhiệt khỏi dụng cụ

Các chất bôi trơn được sử dụng cho các quá trình gia công nguội gồm: các dầu khoáng , chất béo và dầu chất béo , dung dịch nhũ tương dựa trên nền nước, xà phòng và những chất phủ khác

Trang 28

Gia công nóng đôi khi được tiến hành sấy khô cho những quá trình thao tác và vật liệu nhất định (ví dụ, cán thép nóng và đúc ép nhôm)

Khi các chất bôi trơn được sử dụng trong gia công nóng, chúng sử dụng các dầu khoáng, graphit và thủy tinh

Thủy tinh nóng chảy trở thành một chất bôi trơn hiệu quả dùng cho quá trình đúc

Trang 29

II CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG KIM LOẠI BiẾN DẠNG THỂ TÍCH

 CÁN KIM LOẠI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH KHÁC LIÊN QUAN

 RÈN KIM LOẠI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH KHÁC LIÊN QUAN

 ÉP KIM LOẠI

 KÉO SỢI VÀ KÉO THANH KIM LOẠI

Các quá trình biến dạng Thể tích (khối) đề cập trong chương này là:

Các quá trình biến dạng được mô tả trong phần này làm thay đổi hình dáng đáng kể trong các chi tiết kim loại mà dạng ban đầu của nó là ở dạng khối hơn là dạng tấm Các dạng ban đầu gồm các thanh và các phôi hình trụ , phôi và các bản hình chữ nhật , và những hình dáng hình học cơ bản tương tự

Trang 30

2.1 CÁN KIM LOẠI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH KHÁC LIÊN QUAN

Cán (rolling) là một quá trình biến dạng kim loại, trong đó chiều dày của phôi bị giảm đi còn chiều dài và chiều rộng của phôi tăng lên bởi các lực ép gây ra do hai trục cán quay ngược chiều nhau

Hình 19.1 minh hoạ quá trình cán phẳng , được sử dụng để làm giảm độ dày của tiết diện ngang hình chữ nhật

Hình 19.1 Quá trình cán phẳng

Trang 32

Đa số các quá trình cán là những quá trình có cường độ lực ép rất lớn , cần các thiết bị lớn

để thực hiện chúng, chẳng hạn như các máy cán Cần có chi phí đầu tư lớn cho những máy cán được sử dụng để sản xuất sản lượng lớn những sản phẩm tiêu chuẩn như các

tấm và phiến kim loại

Các quá trình cán có thể thực hiện ở trạng thái Nóng hoạc Nguội

Cán nóng (hot rolling): Được tiến hành khi yêu cầu lượng biến dạng lớn Kim loại cán nóng nói chung không có ứng suất dư bên trong và có tính chất đẳng hướng Những nhược điểm của cán nóng là sản phẩm độ chính xác không cao và bề mặt

có vảy kim loại bị ô xy hóa

Cán nguội (cold rolling): Áp dụng để tạo ra các phôi liệu chuẩn bị cho các quá

trình gia công kim loại tấm tiếp theo Gia công nguội thường làm tăng độ bền của kim loại và cho phép độ chính xác cao Ngoài ra, bề mặt của tấm cán nguội sẽ không có vảy ô xy hóa và chất lượng nói chung cao hơn so với các sản phẩm tương ứng được cán nóng

Trang 34

• Quá trình sản xuất cán được tiến hành như sau Phôi ban đầu thường là các thỏi thép đúc vừa mới được kết tinh vẫn còn nóng, được đưa vào một lò nung duy trì trong nhiều giờ cho đến khi tới được nhiệt độ đồng đều trong toàn thỏi thép, nhiệt

độ thông thướng của quá trình cán là khoảng 1200oC Quá trình nung nóng nhiệt

được gọi là quá trình ủ đồng dều (soaking)

- Phôi lớn (bloom) có tiết diện ngang hình vuông  150 mm x 150 mm

Các phôi lớn được cán thành các sản phẩm hình dáng làm kết cấu hoặc các đường ray đường sắt

Từ quá trình ủ, phôi thép được di chuyển đến máy cán và tại đó nó được cán thành một trong ba hình dạng sản phẩm trung gian được gọi là các phôi lớn , các

phôi thỏi hoặc các phôi dẹt

Trang 35

- Phôi dẹt ( bản mỏng [slab]) được cán từ một thỏi thép hoặc một phôi lớn và có

tiết diện ngang hình chữ nhật độ rộng 250 mm hoặc lớn hơn và độ dày  40 mm

Các phôi dẹt được cán thành những phiến (plate), tấm (sheet) và dải băng (strip) phẳng

Các sản phẩm phiến cán nóng được sử dụng trong đóng tàu, xây dựng cầu, lò hơi, các dạng ống và các đường ống, và nhiều sản phẩm khác

Trang 36

- Phôi thỏi (billet) được cán từ một phôi lớn và là hình vuông có kích thước  40

mm mỗi cạnh Các hình dáng trung gian này được cán tiếp theo thành các hình dáng sản phẩm cuối cùng có dạng các thanh thép dẹt (bar) và các thanh thép tròn (rods) Những hình dáng này sẽ là nguyên liệu đầu vào cho quá trình chế tạo máy, kéo dây, rèn và những quá trình gia công kim loại khác

Trang 39

2.1.1 Cán phẳng và phân tích kỹ thuật

Cán phẳng được minh họa trong hình vẽ liên quan đến cán các phôi dẹt , các dải, tấm và phiến kim loại – các chi tiết gia công có tiết diện ngang hình chữ nhật mà trong đó chiều rộng lớn hơn chiều dày Trong cán phẳng, vật gia công được ép giữa hai trục cán sao cho chiều dày

của nó bị giảm đi một lượng gọi là Lượng ép: d = t o – t f

trong đó d : lượng ép, mm (in); t o : độ dày ban đầu , mm (in); và t f : độ dày cuối cùng , mm (in).

Hình 19.3

Lượng ép đôi khi được biểu thị như là hệ số tỷ lệ

của độ dày nguyên liệu, được gọi là hệ số cán

(reduction):

r = d/to

Trong đó r = hệ số cán Khi một loạt các quá trình

cán được sử dụng liên tục, hệ số ép được tính

như là tổng số các hệ số ép chia cho độ dày ban

đầu

Định dạng
Số trang	176
Dung lượng	9,02 MB

Gia công áp lực trong gia công cơ khí

Cán phẳng và phân tích kỹ thuật

Các phương pháp đùn ép