Cong nghe kim loai chuong I+II+III - CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI TỪ KIM LOẠI LỎNG

Đặc điểm - Mọi vật liệu như : gang, thép,hợp kim màu, vật liệu phi kim khi nấu chảy, đều đúc được - Tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp - Có khối lượng lớn mà các phương pháp giacông phôi

Chương I CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÔI TỪ KIM LOẠI LỎNG 1.1 Khái niệm chung

Định nghĩa

Đúc là quá trình điền đầy kim loại ở thể lỏng vào lòng khuôn đúc có hình dạng kích thước định sẵn Sau khi kim loại đông đặc ta thu được sản phẩm tương ứng với lòng khuôn Sản phẩm đó gọi là vật đúc

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

Đặc điểm

- Mọi vật liệu như : gang, thép,hợp kim màu, vật liệu phi kim khi nấu chảy, đều đúc được

- Tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp

- Có khối lượng lớn mà các phương pháp giacông phôi khác không thực hiện được

Nhược điểm:

- Do quá trình kết tinh từ thể lỏng nên trong vật đúc dễ tồn tại các dạng rỗ co, rỗ khí, nứt, lẫn tạp chất

- 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

- Đúc trong khuôn cát:

+ Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉ rót một lần rồi phá

khuôn).vật đúc tạo hình trong khuôn cát có độ chính xác thấp độ bóng bề mặt kém lượng dư gia công lớn.Nhưng khuôn cát tạo ra vật đúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn

+ Sơ đồ sản xuất đúc bằng khuôn cát

- Đúc đặc biệt:

Ngoài khuôn cát , các dạng đúc trong khuôn đúc (kim loại ,vỏ mỏng …) được gộp chung là đúc đặc biệt

Đúc đặc biệt, do tính riêng từng loại cho ta sản phẩm chất lượng cao hơn ,độ chính xác ,độ bóng cao hơn vật đúc trong khuôn cát Ngoài ra phần lớn các phương pháp đúc đặc biệt có năng suất cao hơn tuy nhiên đúc đặc biệt thường chỉ được vật đúc nhỏ và trung bình

1.1.1 Phạm vi áp dụng của công nghệ và những nguyên công cơ bản trong công nghệ

a Phạm vi áp dụng của công nghệ

* Trong sản xuất đúc, vật đúc được phân chia thành khối lượng gồm :

Nhỏ, trung bình, và lớn

Vật đúc nhỏ £ 100 kg

Vật đúc trung bình 100 ¸ 150 kg

Vật đúc lớn > 500 kg

* Tính chất sản xuất :

Đơn chiếc : 1 ¸ 50 vật đúc / năm

Hàng loạt: : Nhỏ : 50 ¸ 100 vật đúc / năm

Vừa : 100 ¸ 1000 vật đúc / năm Lớn : 1000 ¸ 10.000 vật đúc / năm Hàng khối : > 10.000 vật đúc / name

Sản xuất : Lỗ F ³ 50 mm ® đơn chiếc

Lỗ F ³ 30 mm ® hàng loạt

Lỗ F ³ 20 mm ® hàng khối

b Những nguyên công cơ bản trong công nghệ

* Khái niệm vật đúc :

Vật đúc là dạng sản phẩm hình thành từ hợp kim lỏng trong lòng

khuôn Sự hình thành đó chịu ảnh hưởng lớn kết cấu vật đúc

* Yêu cầu của một kết cấu kim loại

- Bảo quản quy trình công nghệ làm khuôn đơn giản, thuận tiện

- Để xác định vị trí lòng khuôn trong khuôn đúc để tạo ra hướng kết tinh đúng nhằm nâng cao chất lượng hợp kim đúc loại bỏ các khuyết tật đúc

- Bảo đảm cho quy trình công nghệ gia công cắt gọt được thuận tiện

- Bảo đảm cơ tính vật đúc

1.1.2 Tính đúc của kim loại và những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đúc

a Tính đúc của kim loại

Tính đúc của kim loại là khả năng đúc dễ hay khó của kim loại đó Nó được đánh giá bằng các chỉ tiêu cơ bản sau 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

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

- Mn, S là những nguyên tố làm giảm tính chảy loãng của kim loại

* Tính co của kim loại

- Tính co càng tăng tính đúc càng kém Vì đúc vật đúc ra dễ bị các khuyếttật, lõm co, rỗ co

- Thành phần hỗn hợp của các nguyên tố trong kim loại

- Nhiệt độ rót kim loại

* Tính hòa tan khí

Kim loại khi đúc thường hoà tan khí O2, H2 , hơi H2O gây rỗ vật đúc, làm giảm cơ tính

*Tính thiên tích

Không đồng nhất về thành phần hỗn hợp, thường ở kim loại

màu.Gang có tính chảy loãng hơn thép rất nhiều do đó gang dễ hơn thép

b Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đúc

- Thành phần hoá học

- Nhiệt độ rót

- Vật đúc thành càng mỏng ® rót kim loại ở nhiệt độ càng cao

- Công nghệ khuôn

- Tốc độ nguội

- Thành phần vật liệu nấu

1.2 Công nghệ đúc

1.2.1 Cấu tạo khuôn đúc và những nguyên tắc cơ bản để chế tạo chúng

a Cấu tạo khuôn đúc

* Bộ mẫu gồm:

- Mẫu để tạo lòng khuôn

- Mẫu của hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

- Tấm mẫu để làm khuôn

*

Yêu cầu vật liệu làm mẫu và hộp lõi

- Yêu cầu vật liệu :

+ Bền, không thấm nước, không co giãn

+ Có độ bóng, độ chính xác cao

+ Làm khuôn được nhiều lần

+ Dễ gia công

- Vật liệu làm mẫu và hộp lõi

Kích thước mẫu gốc : Lượng dư gia công cơ = lượng dư gia công cơ mẫu kim loại + lượng dư gia công vật đúc

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

* Phương pháp gia công cơ khí

• Aùp dụng cho sản xuất hàng khối , hàng loạt lớn

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

b.Những nguyên tắc cơ bản để chêt tạo 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 nghệ làm 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

đểû 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 rút mẫu và dễ sữa khuôn, dòng chảy kim loại vào khuôn êm hơn, ít làm hư khuôn

* Những kết cấu lòng khuôn phân bố ở cả

khuôn trên và khuôn dưới nên chọn lòng

khuôn trên nông hơn, như vậy sẽ dễ làm

khuôn , dễ lắp ráp khuôn.Nên hình bên ta

nên chọn phương án 1

* Dựa vào độ chính xác của lòng khuôn

Độ chính xác của vật đúc phụ thuộc vào độ

chính xác của lòng khuôn.Do đó phải:

- Lòng khuôn tốt nhất là chỉ phân bố vào

trong 1 hòm khuôn Để tránh sai số khi lắp ráp khuôn

Ví dụ:

- Những vật đúc có nhiều tiết diện

khác nhau, nếu yêu cầu độ đồng tâm

cao, người ta dùng thêm miếng đất

phụ để đặt toàn bộ vật đúc trong một

hòm khuôn

- Miếng đất phụ sẽ làm thay đổi phần

nào hình dạng mẫu để tạo ra tiết diện

lớn nhất tại mặt phân khuôn

1.2.1.1 Chế tạo mẫu và lõi mẫu

a Làm khuôn bằng tay

* Làm khuôn trên nền xưởng

Để đúc vật đúc lớn nếu thiếu hòm khuôn có kích thước lớn thì thay thế khuôn dưới bằng nền xưởng

1-Sỏi hoặc than cốc để thông khí; 2-Các ống thông khí để thoát khí cho khuôn dưới;3- Hỗn hợp làm khuôn ;4- Khuôn tiện ;5- Chốt nêm để định

vị khuôn trên và khuôn dưới;6- Rãnh dẫn.;7- Cốc rót;8- Đậu hơi

* Làm khuôn xén:

Để làm khuôn trong hai hòm khuôn nhưng mẫu nguyên thành một khối

do đó phải xén bớt phần khuôn cát ở dưới cản trở việc rút mẫu ở khuôn dưới và tạo phù lại ở khuôn trên Do vậy, mặt phân khuôn thường là bậc hoặc cong

* Làm khuôn bằng mẫu có miếng tời

Các miếng tời gắn với chính bằng đinh ghim, sau này rút ra sau mẫu và lấy theo phương ngang cá mặt phân khuôn là mặt bậc hoặc cong

b Làm khuôn bằng máy

Sản xuất hàng loạt, vật đúc đơn giản, kích thước nhỏ hoặc trung bình Đầm chặt hỗn hợp và rút mẫu.

* Làm khuôn trên máy ép : có hai loại

- Máy ép từ trên xuống

- Máy ép từ dưới lên

Nguyên lý làm việc của máy ép làm khuôn

1.Bàn máy; 2.Mẫu; 3.Hòm khuôn (độ cao H); 4.Hòm khuôn phụ(độ cao H); 5.Xà ngang; 6.Chày ép; 7.Van khí ; 8.Pittông; 9.Xilanh

- Xà ngang 5 gắn với chày ép 6 được quay đến vị trí làm việc Bàn máy 1gắn chặt với mẫu 2 Hòm khuôn 3, khuôn phụ 4 tất cả được gắn trên pittông 8 Khí nén đi vào van 7, sẽ đẩy toàn bộ pitông bàn máy Chuyển động đi lên chày ép sẽ lún sâu đến mặt trên của khuôn 3 quá trình ép dừng lại, khí nén thoát ra ngoài toàn bộ phần rên hạ xuống cùng với pittông Thời gian ép từ 9¸15 giây/ 1 khuôn Để khắc phục hiện tượng độđầm chặt gần mẫu nhỏ, xa mẫu lớn dùng phương pháp ép từ dưới lên ở hình sơ đồ máy ép làm khuôn

- Mẫu vừa tạo ra lồng khuôn, vừa làm nhiệm vụ chày ép không có bộ phận chày ép 6

-Làm khuôn trên máy dằn (1 cung)

-Làm khuôn bằng cách phun cát

c Các phương pháp làm lõi :Bằng tay

- Hộp lõi nguyên (lõi đơn giản )

- Hộp lõi hai nữa (ghép đối xứng)

- Hộp lõi lắp ghép( lõi có miếng rời , lõi phức tạp)

Máy ép từ trên xuống Máy ép từ dưới lên

1.2.1.2 Công nghệ chế tạo khuôn cát

a Vật liệu làm khuôn và lõi

* Yêu cầu:

- Độ bền : Cát hạt nhỏ,hàm lượng chất sét cộng chất dính kết cao.Độ

bền phụ thuộc độ đầm chặt

+ Khuôn tươi :sn = 60¸80 k.p.a

+ Khuôn khô : sk = 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

- Độ ẩm: Để làm khuôn, in hình:

+ Khuôn tươi :4¸5%

+ Khuôn khô :6¸8% â

- Tính bền lâu

*.Các loại vật liệu : Thành phần chủ yếu :

- Cát: SiO2 (thạch anh)

- Độ hạt: Kích thước vật đúc càng lớn thì độ hạt càng lớn

Tính thù hình

- Đất sét: Cao lanh, Al2O3.2 SiO2 2H2O,

- Bentorit : Al2O3.4 SiO2 nH2O

- Chất dính kết :

+ Dùng các loại thực vật, khoáng vật

+ Rỉ mật

+ Nước bã giấy(kiềm sunfat)

+ Nước thuỷ tinh:

Na2On SiO2 mH2O + cát ( K2O.n SiO2 mH2O) =======>

SiO2 (m-9)H2O

- Chất phụ :

Sấy 2000C÷2200CHoặc thổi CO2

+ 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

b Công nghệ làm khuôn:

* Phương pháp làm khuôn bằng tay

Những khuôn đúc có các kích thước, độ phức tạp tuỳ ý và thường áp dụng

cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ,vừa

*.Phương pháp làm khuôn

trong hai hòm khuôn

Cát áo: Là phần hổn hợp

trực tiếp tiếp xúc với chất lỏng

Cát đệm: Không trực tiếp

tiếp xúc với kim loại lỏng nên

yêu cầu chất lỏng không cao,

thường làm vật liệu cũ trộn

thêm với nước

1.2.1.3 Sấy và lắp ráp khuôn

1.2.2 Đúc trong khuôn kim loại

a.Khái niệm : Đúc trong khuôn kim loại là rót kim loại lỏng vào khuôn

bằng kim loại

b.Đặc điểm:

- Khuôn kim loại dùng được nhiều lần

- Vật đúc có độ chính xác cao, Cơ tính tốt vì tổ chức hạt kết tinh nhỏ mịn

- Tiết kiệm vật liệu làm khuôn áp dụng cho loại hình sản xuất hàng loạt Vật liệu đúc đơn giản, cấu tạo nhỏ hoặc trung bình

- Do vật liệu làm khuôn lõi: Kim loại không có tính lún do đó vật đúc dễ

bị nứt, đúc gang dễ bị biến dạng trắng

- Do tốc độ dẫn nhiệt thành khuôn cao nên khả năng điền đầy kim loại kém do đó vật đúc dễ bị thiếu hụt và không phải cao hơn trong khuôn cát

*.Quá trình đúc trong khuôn kim loại

- Làm sạch khuôn lõi( Sau mỗi lần đúc)

- Sấy khuôn lõi (nhiệt độ sấy 150 ¸ 4500C ) thuộc kim loại đúc

- Sơn khuôn lõi : gồm sơn lót dày 1 ¸ 2 mm và sơn phủ mặt bằng dầu hôi hoặc dầu thực vật

- Lắp khuôn và rót kim loại vào

- Sấy lõi , mở khuôn, lấy vật đúc.

1.3 Đúc hợp kim Trang thiết bị cho công nghệ đúc

* 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

b,Các nguyên tố ảnh hưởng đến tính đúc của gang

- Thành phần hoá học

- Nhiệt độ rót gang

- Vật đúc thành càng mỏng ® rót gang ở nhiệt độ càng cao

- Công nghệ khuôn

- Tốc độ nguội

- Thành phần vật liệu nấu gang

c.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

d Chất trợ dung

- Đưa vào để tách các tạp chất và xỉ ra khỏi kim loại lỏng

CaCO3 ( 4 ¸ 5%)

- Đối với lò dầu không cần dùng đá vôi CaCO3 để khử tạp chất

- Lò điện hồ quang trực tiếp dùng để nấu thép

- Lò điện hồ quang gián tiếp dùng để nấu kim loại màu

- Lò nấu : xem

e Vật liệu chịu lửa

Vật liệu chịu được nhiệt cao mà không bị mềm chảy thay đổi thể tích thành phần hỗn hợp Thường để xây các tường lò hợp kim lò đúc làm các dụng cụ để chứa đựng kim loại lỏng hay lò nung làm vật liệu chịu lửa

* Vật liệu chịu lửa : axit

Gạch Đinat : SiO2 ; nhiệt độ chảy :17300C

* Vật liệu chịu lửa : bazơ

Gạch Manhêhit (MgO)

Crôm-Manhêhit (Cr2O3, MgO …)

Nhiệt độ chảy : 1600 ¸ 17000C

Gạch Crômit

f Tính phối liệu nấu gang

*.Mẻ liệu nấu

- Nhiên liệu :

Dầu FO 15 ¸ 18% khối lượng vật liệu kim loạ

Than cốc :12 ¸ 15% (lò đứng )

Than đá : 20 ¸ 25% (lò chỏ)

- Chất trợ dung : Có tác dụng đưa vào làm chảy loãng xỉ và nổi lên trên bề mặt nước gang để vớt ra dễ dàng

Đá vôi CaCO3 , đôlômít, xỉ lò Mactanh ® lò đứng và lò chõ Lò dầu không cần dùng chất trợ dung để tạo xỉ

* 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 ( £ 1/3Dt)

+ Gọi Sivđ , Mnvđ là thành phần Si, Mn có trong vật đúc

+ Gọi Sich, Mnch là thành phần Si, Mn có trong quá trình nấu

Si cháy hao 15%,

Mn cháy hao 20%

C cháy hao 15%

+ Lò đứng, lò chõ(than) C không tính

+ Lò dầu phải tính cháy hao 15%

vd ch

vd ch

Si

Si z Si

Si y

VD : GX : 15-32.

Tra bảng biết thành phần hổn hợp C, Si, Mn

* Đặc điểm đúc gang

- Tính chảy loãng cao nên đúc được các vật đúc thành mỏng, phức tạp

- Khối lượng riêng của gang lớn, nên ít lẫn các tạp chất, xỉ, bọt khí

- Công nghệ khuôn không phức tạp, chất lượng đúc cao

- Nấu luyện đơn giản

- Nhược điểm: Thiết bị trên đĩa đúc, ống rĩt trung tâm phức tạp hơn, tiên tốn thêm vật liệu chịu lửa và lượng thép ở ống rĩt và cống rĩt, giảm suất thu hồi kim loại

* Thùng rĩt

Tác dụng của thùng rĩt hay cịn gọi là thùng chứa ngồi tác dụng chứađựng nước thép đến nơi đúc ra cịn làm nhiệm vụ cuối cùng tiến thêm một bướcnữa là khử ơ xy, khử S, đồng đều nhiệt độ, thành phần nước thép, lắng nước thép một thời gian để khử khí, tạp chất và xỉ nổi lên tách ra khỏi nước thép, làmsạch cải thiện đáng kể lượng thép Cũng chính lợi dụng thời gian nước thép lắngtrong thùng dài hay ngắn, kích thước lỗ rĩt mà điều chỉnh nhiệt độ, tốc độ rĩt đúc hợp lý Khi mà những năm gần đây phương pháp tinh luyện ngồi lị phát triển mạnh mẽ thì thùng rĩt kiêm luơn một thiết bị (lị luyện) quan trọng trong việc tinh luyện

- Vật liệu làm khuơn:

Vật liệu làm khuơn thường sử dụng gang cĩ tính dẫn nhiệt tốt, chắc chắn và

rẻ Do tính chất của việc đúc thép rất khắc nghiệt, đều kiện làm việc của khuơn thép mang tính chu kỳ: gia nhiệt, làm nguội, tức là giãn nở, co ngĩt nên khuơn đúc dễ bị hỏng bởi nứt hoặc chĩc

Tuổi thọ khuơn đúc phần lớn được quyết định bởi thành phần hố học

Để nâng cao tính đúc cần duy trì một hàm lượng các bon tương đối cao: Thường khoảng 3,2 -4,0%, Si líc (Si) chọn theo yêu cầu của tổ chức: thường khoảng 1,2 - 2,2 % Hiện tượng trĩc khuơn tăng theo hàm lượng Si tăng, nhưng nứt thì ngược lại

1.3.3 Đúc hợp kim đồng

Hợp kim đồng gồm:

- Đồng thau : Latông(L), LZn30

-Đồng thanh : Brông(B), BSn5Pb

Lò nấu:

Lò nồi (nồi bằng Graphit )

a.Vật liệu nấu :

Đồng nguyên chất dạng thỏi, dạng tấm , dùng các nguyên tố hợp kim cho vào đồng Zn, Sn, Pb, Al

Đồng hoà tan nhiều khí O2,H2 dùng Cu-P (90%Cu, 10%P) khử O2

Cu-P + O2 ® P2O5 + CuO

b.Chất trợ dung :

- Che phủ bề mặt của kim loại màu để không bị oxy hoá

- Có tác dụng tạo xỉ chảy lõang nhẹ nổi lên

- Than củi, nùm cưa, các muối clorua natri

NaCl + bo sát (Na2B4O7)

c Quá trình nấu

- Sấy lò (chứa) 300 ¸ 400%C

- Cho vật liệu kim loại khó chảy vào trước, dễ chảy sau Zn bay hơi cho vào sau cùng, Pb dễ bị thiên tích

- Phủ chất trợ dung lên trên cùng

- Không khuấy trộn nhiều

- Cho CuP để khử O2 (0.09 ¸ 1%) khối lượng vật liệu kim loại

- Nhiệt độ rót hợp kim đồng 1070 ¸ 11000C

d Đặc điểm đúc hợp kim đồng

- Công nghệ đúc, khuôn, hệ thống rót làm đặc biệt sử dụng khuôn cát, khuôn kim loại

- Nấu luyện chú ý sự oxy hoá hoặc hòa tan khí

1.3.4 Đúc hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm-đúc (Silumin Al-Si)

Hợp kim nhôm biến dạng (Al-Cu-Si, Al-Mg, AL-Ni)

a Lò nấu: Nồi nấu bằng gang thì phải phải sơn vì nguyên tố Fe có hại

cho nhôm

b.Vật liệu nấu : Al thỏi, tấm, vật liệu nhôm dư hỏng hồi liệu khi nấu thì

kim loại đưa vào nhôm dưới dạng hợp kim

c Chất trợ dung: Muối clorua.

Chất biến tính làm nhỏ hạt : Na 1%

d Quá trình nấu

Nấu hợp kim nhôm dưới lớp trợ dung

Nấu bằng cách tinh luyện và dùng khí Clo

Chú ý : Khi nấu nhôm có lớp oxit nhôm trên bề mặt có tác dụng che phủ

không cho lớp nhôm nguyên chất ở phía dưới bị oxy hoá Do vậy không được khuấy trộn trong quá trình nấu

e Đặc điểm đúc nhôm

- Thường đúc trong khuôn kim loại có độ bóng và độ chính xác cao

- Có tính chảy lãng cao, đúc dễ và thành rất mỏng

- Công nghệ khuôn, hệ thống đặc biệt có thể đúc nhiều vật đúc chung một hệ thống rót

- Con mã là dụng cụ dùng để chống hoặc đỡ lõi lớn, lõi công xôn nằm lại

ở vật đúc sau khi đúc xong

1.3.5 Trang thiết bị cho ngành đúc

Chương II

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG PHÔI BẰNG BIẾN DẠNG DẺO

2.1 Khái niệm chung

2.1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công bằng biến dạng dẻo, phân loại

2.1.1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công bằng biến dạng dẻo

a Định nghĩa

Phương pháp tạo phôi dựa vào nguyên lý biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực làm thay đổi hình dáng, kích thước theo ý muốn

b Ưu – nhược điểm của gia công bằng áp lực

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

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

- Nhược điểm:

+ 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

* So với cắt gọt:

- Ưu điểm :

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

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

- Nhược điểm :

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

2.1.1.2 Phân loại các phương pháp gia công bằng áp lực

a Phương pháp cán

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

b Phương pháp kéo kim loại :

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

c Phương pháp ép kim loại :

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

d Phương pháp rèn tự do : Là phương pháp biến dạng tự do kim loại dưới

tác dụng lực dập của búa hoặc lực ép của máy ép

e Phương pháp rèn khuôn : Là phương pháp biến dạng dẻo kim loại

trong lòng khuôn rèn dưới tác dụng của lực dập

f

Dập tấm : Là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấm,

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

2.1.2 Quá trình biến dạng dẻo và các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo và trở lực biến dạng kim loại

2.1.2.1 Quá trình biến dạng dẻo của kim loại

* Biến dạng dẻo của đơn tinh thể: Là 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 450 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

t0>9500C

+ Giải thích sự trượt

Theo thuyết lệch, kim loại kết tinh không sắp xếp theo qui luật mộtcách 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

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 BDĐH 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 ngtử 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

b

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 (s1): 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 (s2): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều giữa các hạt

- Ứng suất dư loại 3 (s3): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều trong nội bộ hạt

* Sự thay đổi thể tích và thể trọn:.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

2.1.2.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại

a Trạng thái ứng suất :

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

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

b Tốc độ biến dạng và nhiệt độ

- Tốc độ biến dạng là lượng biến dạng dài tương đối trong một đơn vị thờigian

+ Gia công nguội t0 = TKTL Nếu tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại do có sự biến cứng của kim loại

+ Gia công nóng t0 > TKTL Ở nhiệt độ không quá cao :

Đối với thép t0= 9000C

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

+ Gia công kim loại ở nhiệt độ quá cao : Nếu tăng W thì lực ma sát làm tăng nhiệt độ của kim loại đến vùng quá nhiệt làm độ dẻo giảm , độ cứngtăng lên

c Thành phần và tổ chức kim loại

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

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

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

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

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

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

- Biến dạng dẻo có thể tạo được các thớ uốn xoắn khác nhau làm tăng

cơ tính sản phẩm

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

do đó cơ tính kém

dt V

d

.



b Aûnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại

Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường trong kim loại

- Tính dẫn điện : Biến dạng dẻo tạo ra sự sai lệch trong mạng tinh thể làm tính liên tục của điện trường trong tinh thể bị phá vỡ, ngoài ra nó còntạo những màng chắn cản trở sự chuyển động tự do của điện tử Đây là nguyên nhân làm tăng điện trở của kim loại

- Tính dẫn nhiệt : Biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt Do biến dạng dẻo làm xô lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao động nhiệt của các điện tử

- Từ tính : Các sai lệch tạo ra khi biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ trường cơ bản trong kim loại do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ,…

c Aûnh hưởng của biến dạng dẻo tới hoá tính

Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của các kim loại tăng do đó hoạt tính hoá học của kim loại cũng tăng lên

* Sự kết tinh lại

Kim loại ở trạng thái đặc có hiện tượng kết tinh (sinh ra tâm mầm, phát triển mầm ) gọi là hiện tượng kết tinh lại

- Khi gia công nguội bề mặt kim loại bị biến cứng ( độ cứng tăng, độ dẻo giảm )

- Để khử biến cứng ta nung kim loại lên t0, giữ nhiệt,ủ kết tinh lại rồi đem gia công tiếp

- Hiện tượng kết tinh lại gồm 3 giai đoạn :

+ Giai đoạn hồi phục: t0 = (0.2÷ 0.3)Tnc (0K )

+ Giai đoạn kết tinh lại lần 1: t0 = 0.4 Tnc

+ Giai đoạn kết tinh lại lần 2: t0 > 0.4 Tnc

- Trong gia công áp lực cần tránh lượng biến dạng tới hạn vì ở đó độ hạtkim loại lớn nhất làm cơ tính kém

+ Gia công nóng t0> TKTL(0K )

TKTL=0.4 Tnc (0K )

Gia công ở nhiệt độ cao nên kim loại có độ dẻo cao, độ bền ,độ cứng thấp nên lực biến dạng không lớn, công suất thiết bị không lớn, nhưng độ chính xác, độ bóng của bề mặt kim loại không cao Thường gia công phôi dạng khối

+ Gia công nguội t0< TKTL (0K )

Lực biến dạng lớn,đòi hỏi công suất thiết bị lớn Độ chính xác và độ bóng bề mặt cao Thường gia công phôi dạng tấm.

2.1.3 Một số định luật cơ bản của biến dạng dẻo

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

Khi gia công áp lực nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định bằng góc đàn hồi , phụ thuộc vào moduyn đàn hồi E của vật liệu và chiều dày tấm kim loại)

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

+ 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

b 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 cóquá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dư tồn tại cân bằng

c Định luật thể tích không đổi

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

- Gọi thể tích vật trước khi gia công là V0

- Gọi thể tích vật sau khi gia công là V

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

0 ln ln

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

là có sự thay đổi kích thước cả ba chiều thì đầu của một ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia và có giá trị tuyệt đối bằng tổng của hai ứng biến kia

0

0

; 0

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

d Định luật trở lực bé nhất

Khi biến dạng kim loại, một chất điểm bất kì trên vật thể biến dạngsẽ di chuyển theo hướng có trở lực bé nhất hay di chuyển đến đường viềncó chu vi bé nhất

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

2.2 Cán , kéo, ép kim loại và hợp kim

2.2.1 Cán kim loại và hợp kim

2.2.1.1 Thực chất của quá trình cán

a Khái niệm:Qúa trình là cho kim lọai biến dạng giữa hai trục cán quay

ngược chiều nhau, làm cho chiều cao giảm, chiều dài và chiều rộng tăng

- Các thông số để biểu thị khi cán:

+ Hệ số kéo dài :

1

0 0

1

F

F l

l





l0 , F0 :Chiều dài ,diện tích phôi cán

l1, F1 :Chiều dài,diện tích tiết diện sau khi cán

- Lượng ép tuyệt đối : h = h0 –h1 =D(1- cos α )

D:Đường kính trục cán

α:Góc ăn

- Phản lực N

- Lực ma sát T

T = N.tgβ = N.f với N: lực pháp tuyến,

β: góc ma sát, f: hệ số ma sát

N N

N N

Y X

Để cán được thì: Tx > Nx

N.f.cos α> N.sin α

N.tgβ.cos α> N.sin α

tgβ > tg α

β > α Vậy điều kiện cán đượclà: β > α

b Biện pháp công nghệ tăng hệ số ma sát bằng cách:

- Khoét rãnh , hạ nhiệt độ ở đầu phôi

- Bôi các chất tăng ma sát

- Thay đổi độ hở giữa hai trục cán

2.2.1.2 Các sản phẩm cán.

Công nghệ cán được sử dụng để cán rất nhiều loại kim loại ( như thép, nhôm, hợp kim nhôm, đồng…) Sản phẩm cán rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình

a.Loại hình: Có thể chia làm 2 nhóm:

- Đơn giản: Là loại có tiết diện vuông, tròn, tam giác, chữ nhật, bầu dục,bán nguyệt…

- Phức tạp: Là loại có tiết diện hình chữ T , L , I, U, thép góc, thép đường ray,…

b Loại tấm:

- Tấm dày: Từ 460 mm hoặc lớn hơn, rộng từ 600mm đến5000mm, dài từ 4000mm đến12000mm

- Tấm mỏng: Từ 0.2mm đến 3.75mm.

- Dải: Là các dải dài có chiều rộng từ 200mm đến180m, chiều dài từ 100mm đến 60000mm,dày từ 0.2 đến 2mm

c Loại ống: Có 2 loại:

- Ống không có mối hàn

- Ống có mối hàn

d.Loại hình dạng đặc biệt: Như các chi tiết loại bi, các chi tiết có hình

dạng phức tạp

2.2.1.3 Thiết bị cán

- Gía cán: Để lắp trục cán, có thiết bị điều chỉnh khoảng cách giữa các

trục cán

- Trục cán: Gồm trục cán trơn và trục cán lỗ hình.

1.Bánh cán; 2.Cổ trục; 3.Đầu chữ thập

- Hộp giảm tốc: Giảm tốc độ từ trục động cơ đưa đến trục cán

- Hộp bánh răng chữ V: Nhận chuyển động từ hộp giảm tốc, qua các

bánh răng chữ V để phân phối trên trục cán

Tất cả các bộ phận trên được cố định trên nền cán

2.2.2 Kéo kim loại và hợp kim

2.2.2.1 Bản chất của quá trình kéo dây.

- Là quá trình kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo làm cho tiết diện ngang của phôi giảm và chiều dài tăng Các sản phẩm có thể đạt độ chính xác cấp 2 đến cấp 4

- Độ bóng và độ chính xác thấp hơn sản phẩm kéo nguội

- Mỗi lần kéo qua khuôn, tiết diện phôi giảm từ 15% đến 35%

K: Hệ số kéo cho phép

d0,d1: Đường kính phôi trước và sau khi kéo

s : Giới hạn bền trung bình của kim loại(N/mm2)

f : Hệ số ma sát

r : Aùp lực khuôn kéo lên kim loại(N/mm2)

 : Góc nghiêng lỗ khuôn

* Tính số lần kéo n

Từ đường kính ban đầu d đến đường kính cuối cùng dn phải kéo qua các khuôn kéo trung gian thì:

r

s

g f d

d K

cot 1

s : Giới hạn bền của kim loại(N/mm2)

F0,F1: Tiết diện trước và sau khi kéo (mm2)

f: Hệ số ma sát giữa kim loại và khuôn

2.2.2.2 Dụng cụ và thiết bị kéo dây.

* Khuôn kéo gồm các vùng cơ bản sau:

1.Vùng bôi trơn có góc 900 chứa chất bôi trơn để phôi đi vào dễ dàng

2 Vùng biến dạng, góc 2  ( 2  = 60 ¸ 180 )

* Đế khuôn làm bằng thép thường và hàn chặt vào máy kéo

K

d d d

d

1 1

1

K

d d d

d

K  ® 

n n

n

K

d d dn

d

K   1 ®  0

K

d d

n

d d

K n d

d K

n n n

n

lg

lg lg

) lg (lg

lg

0 0 0

* Thiết bị kéo gồm 2 loại:

- Máy kéo thẳng: Dùng để kéo dây hoặc ống có đường kính lớn, lực kéo từ 0.2 đến 75 tấn, tốc độ kéo từ 15 m/ph đến 45 m/ph

Dùng bộ phận truyền động xích, trục vít, êcu, thanh răng và bánh răng

- Máy kéo có tang cuộn loại không trượt hoặc có trượt, dùng dây kéo hoặc thỏi có đường kính 4.5 đến 16mm Dùng hệ thống ròng rọc làm căngdây

Máy kéo có tang cuộn

1.Ống cuộn; 2.Khuôn kéo; 3.Trống

2.2.3 Ép kim loại và hợp kim

* Máy ép ma sát trục vít

Đặc điểm : Có lực ép từ 40 ÷ 60 tấm, rèn những chi tiết cỡ nhỏ và to, rèn trong khuôn kín và hở

* Máy ép thuỷ lực

Đặc điểm :

- Dùng để rèn tự do có lực ép từ 100 ÷ 700 tấn

- Dùng để rèn khuôn có lực ép từ 300 ÷ 7000 tấn

- ĐCX cao

* Máy ép ma sát trục vít

Sơ đồ nguyên lý của máy ép kiểu trục vít.

Cấu tạo : 1.Puli; 2,3.Bánh ma sát; 4.Đòn bẩy; 5,7 Cữ tì; 6.Chốt; 8 Cần điều khiển; 9 Đầu ép; 10.Trục vít; 11 Êcu cố định; 12 Bánh ma sát

* Máy ép thuỷ lực

Cấu tạo : (H * / tập bản vẽ )

1.Xilanh pittong nâng ; 2 Xilanh pittong ép; 3.Đầu ép; 4 Các chốt nâng nối với sàn ngang; 5 Các van dẫn chất lỏng vào máy ép; 6 Bộ phận chỉnh lưu; 7 Bơm cao áp; 8 Bệ đựng chất lỏng

Bộ phận khuếch đại áp suất

* Máy ép cơ khí ( máy rèn dập kiểu trục khuỷu )

Đặc điểm :

- Lực ép lớn ( 200 ÷ 10.000 tấn )

- ĐCX cao, năng suất lao động tốt

- Đòi hỏi việc tính toán phôi khắt khe, phải làm sạch phôi trước khi dập

* Mép cơ khí ( máy rèn dập kiểu trục khuỷu )

1.Động cơ; 2 Dây đai; 3 Bánh răng nhỏ; 4 Bánh răng lớn lồng không; 5

Li hợp; 6 Tay biên; 7 Đầu trượt bằng đầu ép; 8 Bệ đỡ (bàn máy)

9 Má phanh; 10 Trục khuỷu

2.3 Rèn, dập kim loại và hợp kim

2.3.1 Rèn kim loại hợp kim

- Rèn: Là biến dạng kim loại ở dạng khối dưới tác dụng của lực động hay lực tĩnh có tính chu kỳ hoặc không để được sản phẩm có hình dạng vàkích thước theo yêu cầu

- Rèn tự do : Các phương pháp biến dạng gồm rèn tay và rèn máy

a Các nguyên công rèn

* Vuốt : Là nguyên công làm giảm tiết diện ngang và tăng chiều dài của phôi Thường để rèn các chi tiết dạng trục, ống

Có 2 cách :

- Sau mỗi nhát dập, lật phôi 90° và lật ngược trở lại

- Vừa dập vừa quay tròn phôi

Phương pháp dịch chuyển phôi khi vuốt.

* Chồn : Là nguyên công làm giảm chiều cao và tiết diện ngang của phôi

Các hiện tượng thường xảy ra khi chồn :

a £ 2 : lực đủ lớn

b < 2,5 : lực đủ lớn

c < 2,5 : lực không đủ lớn

d < 2,5 : lực quá nhỏ, nhanh

e > 2,5

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

ho ³ 0,25 H

H : Hành trình lớn nhất của đầu búa

ho :Chiều cao ban đầu của phôi chồn

* Đột lỗ : Có 2 trường hợp : Đột lỗ thông suốt

Đột lỗ không thông suốt

* Xoắn : Là nguyên công làm cho các tiết diện tại chỗ xoắn quay tươngđối nhau một góc nào đó theo thứ tự và quanh trục của nó

*Uốn : Dùng để thay đổi hướng của trục hoặc hướng thớ của vật rèn Ngoài ra còn có các nguyên công khác như hàn rèn, chặt, dịch trượt, ép vết và cắt vai, hiệu chỉnh…

Sự biến hình tại tiết diện uốn

b Dụng cụ rèn tự do

Dụng cụ rèn tự do được chia làm 3 nhóm

* Nhóm thứ nhất : Gồm những dụng cụ cơ bản như : đe, búa, bàn là, bàn bàn tóp, sắn, chặt, mũi đột

* Nhóm thứ 2 : Gồm những dụng cụ kiểm tra và đo lường như eke, thước cặp, compa, dưỡng đo…

c Thiết kế vật rèn tự do

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

Nguyên tắc chung của việc lựa chọn và thiết kế chi tiết là phải lựa chọn sao cho kết cấu và hình dáng chi tiết có thể gia công và gia công được dễ dàng Khi lựa chọn thiết kế nên :

-Nên tránh thiết kế vật rèn hình nêm, mặt còn hoặc đường giao nhau bậc hai hoặc vật rèn hình bậc hay mặt cong phức tạp, gân mỏng, thành mỏng…

-Nếu kết cấu vật rèn phức tạp thì nên chia thành nhiều bộ phận để rèn sau đó hàn lại với nhau

*.Thiết kế bản vẽ vật rèn.

Dung sai, lượng dư gia công cơ

- Lượng dư gia công cơ : Là lớp kim loại sẽ được tách ra trong quá trình gia công cắt gọt

- Dung sai rèn : Là khoảng dao động cho phép của kích thước rèn danh nghĩa

Sơ đồ biểu diễn lượng dư gia công cơ và dung sai rèn trên một kích thước

D: lượng dư da nh nghĩa

min : lượng dư nhỏ nhất

max : lượng dư lớn nhất

D : dung sai rèn

D’ : sai lệch dưới của kích thước danh nghĩa vật rèn

D” : sai lệch trên của kích thước danh nghĩa vật rèn

(tỉ số ½ nói lên dung sai hay lượng dư về 1 phía )

*.Tính khối lượng phôi rèn

GF = GVR + Gch + Gđl + Gcb

GVR = VVR g

- Gch = (1,5 ¸ 2,5 % ) GF (Cho lần nung thứ nhất hoặc chỉ nung một lần.)

- Gch = 1,5 % (cho các lần nung thứ hai trở đi.)

- Gcb = (10 ¸ 15 %) GF (đối với phôi cán )

GF : Khối lượng phôi rèn

GVR : Khối lượng vật rèn.

Gch : Khối lượng cháy hao

Gđl : Khối lượng đột lỗ

Gcb : Khối lượng cắt bỏ

*.Tính kích thước phôi rèn.

Dựa vào nguyên công chủ yếu trong qúa trình rèn

Nếu nguyên công chủ yếu là vuốt thì ta chọn:

FF = y.Fmax

FF : Diện tích tiết diện phôi

Fmax : Diện tích lớn nhất của vật rèn

y Hệ số rèn £ 1,3 ¸ 1,4

Từ FF ta sẽ chọn gần đúng FF chuẩn

Tính chiều dài phôi

VF / FF chuẩn = GF / 8.FF chuẩn

Kiểm tra lại : LF / DF chuẩn £ 2,5 ¸ 2,8

2,5 : Đối với rèn tay

2,8 : Đối với rèn máy

2.3.2 Dập kim loại và hợp kim

Dập: Là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ bình thường để tạo hình dạng và kích thước sản phẩm theo yêu cầu lực biến dạng có thể là lực động hay lực tĩnh

Khuôn (dập khuôn ) : Các khuôn biến dạng bị hạn chế trong lòng

khuôn

Dập tấm : Là biến dạng kim loại dạng tấm mỏng dưới tác dụng của lực tĩnh, không có tính chu kỳ : dập nguội

* Thiết bị rèn dập

- Thiết bị dập gồm nhiều loại : máy rèn dập, thiết bị nung, máy nắn thẳng, máy cắt phôi, thiết bị vận chuyển, thiết bị làm sạch… được chia làm 4 nhóm:

+ Nhóm I : Nhóm máy búa

Gồm máy búa ván gỗ, máy búa hơi, máy búa lò xo, máy búa hơi nước… Vmax = 5 ÷10 m/s

tct > 0,01 s ( tct : thời gian công tác )

Quan hệ giữa vận tốc và thời gian công tác

của nhóm máy búa

+ Nhóm II : Nhóm máy ép

Nhóm máy ép gồm máy ép thuỷ lực, máy ép ma sát

Vmax = 0,2 m/s

tct > 0,1 s

+ Nhóm III : Nhóm máy dập

Nhóm máy dập gồm máy rèn ngang, máy dập trục khuỷu

Vmax = 5 m/s

tct > 0,01 s

+ Nhóm IV : Máy có hình dạng và kết cấu phức tạp

Máy có hình dạng và kết cấu phức tạp gồm máy rèn liên tục, trục rèn

* Đặc điểm các thiết bị tạo lực

Về phương diện kĩ thuật, rèn tự do có ĐCX không cao, chất lượng toàn bộ của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của công nhân Thiết bị và dụng cụ rèn tự do nói chung đơn giản, dễ sử dụng

* Các loại máy búa ( máy nhóm 1 )

- Máy búa hơi

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy búa hơi

1.Động cơ; 2 Puli ; 3.Dây đai ; 4 Puli; 5 Trục khuỷu; 6 Tay biên; 7.Xilanh ép; 8 Pittong ép; 9 Van khí; 10 Xi lanh búa; 11 Pittong búa;

12 Cán pittong; 13 Đe trên gắn với đầu búa; 14 Đe dưới ; 15 Thân đe;

16 Bệ đỡ; 17 Bộ phận điền khiển máy

- Máy búa lò xo

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy búa lò xo

6.Bánh xe lệch tâm

- Máy búa kiểu ván gỗ

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy búa ma sát kiểu ván gỗ.

1.Đe dưới; 2.Đe trên; 3.Đầu búa; 4.Gía; 5.Má phanh; 6.Con lăn truyền động; 7.Ván gỗ; 8.Con lăn; 9.Má phanh; 10.Đòn bẩy;11.Bảng điều chỉnh chiều cao hành trình búa; 12.Cần gạt; 13.Đòn bẩy; 14.Lò xo; 15.Chốt; 16.Bàn đạp

- Máy búa hơi nước - không khí ép rèn tự do

Bộ phận phối khí của máy búa hơi nước-không khí ép rèn tự do

1.Cần điều khiển

2.Ống dẫn

3.Con trượt

4.Van điều khiển

5.Xilanh công tác

6.Pittông ép

Nguyên lý chung của các đường truyền khí

Z :Đường khí cao áp

O: Đường khí thoát