Đồ án chế tạo khuôn dập nóng và bào gỗ

Dập nóng là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở trạng thái nóng mà phôi biến dạng khống chế bởi lòng khuôn. Vật liệu sử dụng trong dập nóng chủ yếu là các loại thép thỏi, thép đúc, thép cán. Dụng cụ sử dụng là các loại khuôn dập nóng trực tiếp làm biến dạng kim loại. Thiết bị là các loại máy ép, máy búa tạo ra lực công tác.

Trang 1

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

MỤC LỤC

BẢN VẼ MẶT BẰNG XƯỞNG

BẢN VẼ ĐIỆN, NƯỚC

1

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật như cơ khí chế tạo máy,công nghiệp hóa học, điện tử, tin học, công nghiệp ô tô xe máy… và đời sống hàng ngàyđều gắn bó và cần đến các vật liệu có tính đa dạng với chất lượng ngày càng cao

Công nghệ nhiệt luyện là công nghệ làm thay đổi tính chất của vật liệu bằng cáchthay đổi cấu trúc của vật liệu Đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí, nhiệt luyện đóng vai tròquan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cầnthiết như độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn,…

mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu Do đó có thể nói nhiệt luyện là một trongnhững yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng sản phẩm cơ khí

Đồ án môn học “Thiết kế xưởng nhiệt luyện” với mục đích lập quy trình nhiệt luyện

và lựa chọn thiết bị, nội dung tính toán bao gồm: Phân tích điều kiện làm việc của chitiết, tổng quan về vật liệu đã chọn, cơ sở lý thuyết về quy trình nhiệt luyện, tính toán lựachọn thiết bị Đây là những nội dung tính toán và lựa chọn để lập những quy trình cụ thểcho chi tiết được giao với sản lượng cho trước

Các quy trình nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có đủ các chỉ tiêu về độ bền, độcứng cũng như các chỉ tiêu về độ dẻo dai, tính chống chịu mài mòn,…đảm bảo chi tiếtlàm việc tốt trong các điều kiện cụ thể, trong khi lựa chọn vật liệu không lãng phí Nhiệtluyện quyết định đến tuổi thọ của các sản phẩm Thông qua nhiệt luyện các chi tiết sẽ cótuổi thọ làm việc cao hơn, tiết kiệm kinh tế cho sản xuất

Vì trình độ và thời gian có hạn nên đồ án của chúng em sẽ còn nhiều sai sót Rấtmong thầy, cô giáo đóng góp ý kiến xây dựng đồ án này để chúng em nhận được thêmnhiều hơn nữa những kinh nghiệm quý báu khi làm việc thực tế

Chúng em xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô trong bộmon Vật liệu học, Xử lý nhiệt và bề mặt !

2

Trang 3

CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, LỰA CHỌN

VẬT LIỆU VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.1 Chi tiết khuôn dập nóng

1.1.1 Giới thiệu chi tiết khuôn dập nóng

• Dập nóng là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở trạng thái nóng mà phôibiến dạng khống chế bởi lòng khuôn Vật liệu sử dụng trong dập nóng chủ yếu là cácloại thép thỏi, thép đúc, thép cán Dụng cụ sử dụng là các loại khuôn dập nóng trựctiếp làm biến dạng kim loại Thiết bị là các loại máy ép, máy búa tạo ra lực công tác

• Khuôn dập nguội chỉ có thể tạo hình một số sản phẩm có phôi nguyên liệu mềm mỏng,

dễ biến dạng trong khi những sản phẩm có độ cứng cao, phôi dày khó làm biến dạngthì cần phải nung nóng chi tiết đến một nhiệt độ nhất định giúp cho quá trình tạo hình

dễ dàng hơn Tuy nhiên độ bền của khuôn dập nguội thông thường không cho phépdập những chi tiết ở nhiệt độ cao vì vậy cần chế tạo khuôn dập nóng để phù hợp vớiyêu cầu chế tạo sản phẩm Khuôn dập nóng sử dụng để gia công kim loại bằng áp lực

ở trạng thái nóng (trên nhiệt độ kết tinh lại), ban đầu chi tiết được nung nóng (lớn hơnnhiệt độ kết tinh lại của vật liệu làm chi tiết), sau đó sẽ được đưa vào khuôn dập và dậptạo hình để được sản phẩm với hình dạng và kích thước như thiết kế

- Sản xuất được những chi tiết lớn

3

Trang 4

Hình 1.1.1 Hình ảnh thật của chi tiết khuôn dập nóng tay biên

A

Hình 1.1.2 Kích thước cụ thể của chi tiết khuôn dập nóng tay biên

1.1.2 Điều kiện làm việc của chi tiết khuôn dập nóng

• Dụng cụ (khuôn) luôn phải tiếp xúc với phôi nóng tới ~ 750 – 800 oC nên bản thânkhuôn cũng có thể bị nung nóng tới 500 oC song không thường xuyên, liên tục

4

Trang 5

• Do được nung nóng đến trạng thái austenit nên phôi thép có tính dẻo cao, vì thế độcứng của khuôn không cần cao như dụng cụ biến dạng nguội

• Các dụng cụ biến dạng nóng thường có kích thước lớn, chịu tải trọng lớn, có thể đạt tớichục - trăm tấn

• Để bảo đảm được các điều kiện làm việc như vậy các dụng cụ biến dạng nóng phải đạt được các yêu cầu sau:

• Độ bền và độ dai cao, độ cứng vừa phải: Khuôn thường xuyên chịu tải trọng lớn,

để bảo đảm chịu được tải trọng lớn và va đập, độ cứng của dụng cụ chỉ cần trongkhoảng ~52 HRC, vừa có độ dai đảm bảo vừa có độ cứng vừa đủ để kéo dài tuổithọ của khuôn

• Tính chống mài mòn tương đối cao để bảo đảm tạo ra được hàng nghìn đến hàngvạn sản phẩm Do làm việc ở nhiệt độ cao, năng suất của các khuôn biến dạngnóng thấp hơn khuôn biến dạng nguội chừng 10 lần

• Tính chịu nhiệt độ cao, chống mỏi nhiệt để chịu được trạng thái nhiệt độ thay đổichu kỳ dễ gây ra rạn, nứt Muốn vậy thép phải có tính chống ram cao

5

Trang 6

quả kinh tế cao; để có tính chịu mài mòn tương đối cao, cần bổ sung nguyên tốgiữ nhỏ hạt như vanađi (V), do chi tiết chịu áp lực (bởi búa dập) do đó thêm silic(Si) sẽ giúp tăng giới hạn đàn hồi, đồng nghĩa với việc chống biến dạng dẻo tốthơn

• Chú ý: do ram ở nhiệt độ 550 – 570oC nên phải tránh giòn ram loại II

Mác thép thường dùng là 40Cr5MoV Thép được tôi ở nhiệt độ cao (1040-1050oC) đểhòa tan một lượng lớn cacbit hợp kim vào austenit và do đó sau khi tôi được mactensitgiàu C và nguyên tố hợp kim, sau ram cho tính cứng nóng cao, cacbit VC gần nhưkhông hòa tan vào austenit, trong thép nó ở dạng các phần tử cứng, phân tán, làm tăngtính chống mài mòn và giữ cho hạt nhỏ khi tôi Khi ram ở nhiệt độ thích hợp mác thépnày cũng cho độ cứng thứ hai như thép gió, song để bảo đảm độ dai tốt và độ cứng yêucầu chúng được ram ở 550– 570oC để đạt độ cứng HRC dao động trong khoảng ~52HRC

Để nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn cho bề mặt khuôn, sau khi tôi + ram 550–

570oC như trên, khuôn có thể thấm nito ở nhiệt độ thấp (thể khí) ở 500 – 540 oC (thấphơn nhiệt độ ram để không làm giảm độ cứng của khuôn), tạo nên lớp bề mặt cứngchống mài mòn rất cao, còn lõi vẫn có độ cứng bảo đảm

Bảng thành phần hóa học của mác thép 40Cr5MoSiV (H13 hay SKD61):

4.75 ÷5.50

0.80 ÷1.20

1.10 ÷1.75SKD6

4.80 ÷5.50

0.80 ÷1.15

1.00 ÷1.50

• Cơ tính sau nhiệt luyện của mác thép 40Cr5MoSiV (H13 hay SKD61):

• Độ cứng sau ủ tại 850 oC: 229HB ~ 21HRC

• Tôi ở 1040 oC, độ cứng sau tôi : 54 ÷ 55 HRC [6]

• Độ cứng sau ram 560oC : ~52 HRC

6

Trang 7

Nhập phôi về xưởng Kiểm tra thành phần hóa học Ủ mềm phôi thép

Cắt gọt thô Gia công chính xác để tạo lòng

khuôn

Nhiệt luyện kết thúc

(Tôi + Ram cao)

Kiểm tra cong vênh, nứt vỡ, độ

Dựa trên cơ sở phân tích trên, chúng em đi tới kết luận lựa chọn mác thép 40Cr5MoVdùng làm khuôn dập nóng Đây là loại khuôn phổ biến hiện nay trong ứng dụng chếtạo khuôn dập nóng Đồng thời, mác thép này thỏa mãn các điều kiện về độ bền, độ daiđảm bảo, độ cứng đủ cao, tính chống mài mòn và tính bền nóng tốt Theo tiêu chuẩnNhật Bản, thép 40Cr5MoV còn gọi là SKD61 hay thép H13 theo tiêu chuẩn AISI-Mỹ.Loại thép này có mặt ngày một nhiều trên thị trường Việt Nam hiện nay

1.1.4 Lựa chọn quy trình công nghệ

• Từ phôi thép SKD61 mua về, ta tiến hành cắt gọt để có được các khối có kích thướcnhư nhu cầu Tiếp đó gia công cắt gọt chính xác để tạo nội hình khuôn, có hình dạng,kích thước chính xác của tay biên cần dập

• Sau khi đã có được khuôn có kích thước như bản vẽ kỹ thuật, ta tiến hành xử lý nhiệtkhuôn để đạt được các yêu cầu cơ tính mong muốn

• Sau các công đoạn nhiệt luyện, sản phẩm cần được kiểm tra cơ tính, cong vênh, biếndạng, nứt vỡ, độ cứng có đạt hay không,… trước khi xuất xưởng

ơ đồ quy trình công nghệ tổng quát:

7

Trang 8

1.1.5 Quy trình nhiệt luyện tổng quát

• Quy trình nhiệt luyện tổng quát thép 40Cr5MoV: [2]

Nhiệt độ

(oC)

Độ cứng(HRC)

Nhiệt độ

Nhiệt độ(oC)

Độ cứng(HRC)

• Quá trình nung tôi thép 40Cr5MoV: [3]

Thời gian giữ

8

Trang 9

Hình 1.1.3 Quy trình nung tôi thép 40Cr5MoV

- Ta lựa chọn môi trường tôi là dầu nóng Dầu nóng và dầu nguội có khả năng tôigiống nhau nhưng dầu nóng (60-80oC) có độ loãng (linh động) tốt không bám nhiềuvào bề mặt thép sau khi tôi nên thường được sử dụng Mác thép này có tốc độ nguộitới hạn khoảng 60oC/s [3], tốc độ nguội của dầu nóng là 150oC/s [8], ngoài ra chi tiếtnày cần hạn chế cong vênh nên ưu tiên sử dụng môi trường tôi là dầu nóng

- Trên thực tế, người ta thường xử lý nhiệt các khuôn SKD61 trong lò chân không đểhạn chế oxy hóa và thoát cacbon (quá trình này xảy ra mạnh ở 800-900oC) và đạt chấtlượng bề mặt tốt nhất (nhẵn bóng, đẹp, không bị oxy hóa,…), nhưng do yêu cầu đề rakhông cần quá quan tâm đến chất lượng bề mặt nên xưởng chỉ sử dụng lò buồng để xử

lý nhiệt cho chi tiết Quá trình tôi được làm nguội trong dầu thay vì bằng khí N2 Điềunày giúp giảm giá thành sản phẩm Nếu tôi trong nước sẽ rất dễ bị cong vênh, biếndạng Nếu tôi trong không khí thì giảm thiểu chi phí sản xuất nhưng lại dễ bị oxy hóa

bề mặt Vì những lý do đó, xưởng quyết định sử dụng môi trường tôi là dầu nóng đểtránh oxy hóa bề mặt và giảm cong vênh nhất có thể cũng như có lợi về mặt kinh tế

- Khi nung thép ở các nhiệt độ 650oC và 850oC, sẽ có sự thay đổi độ dẻo dai thấp nhất

Ở 650oC thì độ dẻo thấp, hệ số truyền nhiệt thấp, đó đó để tránh gây nứt vỡ và giảmứng suất nhiệt thì cần nung chậm ở khoảng nhiệt độ này và giữ nhiệt vừa đủ Ở 850oC

do xảy ra quá trình chuyển pha Peclit→Austenit và hoà tan 1 phần cacbit hợp kim

Trang 10

(Fe,Cr)3C; do đó nhất thiết phải giữ nhiệt đủ lâu để các quá trình hòa tan này ra hoàntoàn; nếu nung không đủ lâu, chuyển pha chưa hoàn thành, khi tôi, kết quả là bề mặtđược tôi còn lõi vẫn chưa được tôi Mặt khác trên thực tế có thể nâng cao tốc độ nung

ở vùng nhiệt này trong môi trường khí bảo vệ của lò chân không vì ở nhiệt độ cao,truyền nhiệt bức xạ là chủ yếu

- Nhiệt độ tôi ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của khuôn, nếu nhiệt độ tôi thấp sẽkhông hòa tan được nhiều cacbit, pha austenit nghèo cacbon và nguyên tố hợp kim dẫnđến mactensit tôi không đạt độ cứng và tính cứng nóng yêu cầu Ngược lại, nếu nhiệt

độ tôi cao quá lại gây lớn hạt, rất có hại cho chi tiết Đối với khuôn dập nóng, ta cầntính cứng nóng, do đó khi tôi trên 1000oC để hòa tan cacbit crom (Cr7C3) và cao hơnmột chút để hòa tan 1 phần cacbit vonfram để mactensit tạo thành có tính cứng nóngtốt Do đó ta chọn nhiệt độ austenit hóa là 1040oC để có cơ tính phù hợp Ở nhiệt độnày, toàn bộ cacbit VC không bị hòa tan (do cacbit này bền vững nên rất khó phân hủy

và hòa tan vào austenit khi nung), chúng sẽ nằm ở biên hạt và làm cản trở hạt pháttriển, do đó mà giữ cho hạt nhỏ và làm tăng tính chống mài mòn

- Chọn tốc độ nguội là một sự thỏa hiệp, để có cơ tính tốt thì phải nguội nhanh, nhưng

để hạn chế biến dạng thì cần nguội chậm Đối với thép hợp kim nói chung và thép40Cr5MoV nói riêng, ta nên tôi trong dầu nóng (60oC - 80oC) vừa đạt được độ cứngyêu cầu, vừa giảm thiểu sự cong vênh và rút ngắn thời gian làm nguội (so với làmnguội bằng không khí)

- Sự hình thành tổ chức mactensit kéo theo sự tăng thể tích và ứng suất bên trong (ứngsuất nội này rất có hại) Vì thế với thép dụng cụ, không nên làm nguội đến nhiệt độphòng mà nên dừng và chuyển sang ram ngay khi nhiệt độ đạt đến 50-70oC, thậm chíkhông ram kịp, ứng suất bên trong có thể đủ để gây ra nứt chi tiết

• Quy trình ram thép SKD61: [3]

Độ dày (mm) <25 26-35 36-64 65-84 12485- 125-174 175-249 250-349 350-499Thời gian giữ

Trang 11

Hình 1.1.4 Quy trình nung ram thép 40Cr5MoV

- Nhiệt độ ram 2 lần xấp xỉ 560oC, thời gian giữ nhiệt là t (tùy theo chiều dày chi tiết)

- Sau khi tôi, tổ chức của thép là mactensit, austenit dư và cacbit, tổ chức này nhấtthiết phải ram Mục đích của ram nhằm giảm ứng suất bên trong, tăng bền và độ daicủa vật liệu Chọn nhiệt độ ram thích hợp nên dựa vào yêu cầu về độ cứng

- Ram ngay sau khi tôi đến nhiệt độ 50-70oC, lý do là bởi vì giảm ứng suất tổ chức saukhi tôi (sự hình thành tổ chức mactensit kéo theo sự tăng thể tích và ứng suất bêntrong) Nhiệt độ lần ram thứ nhất cao hơn nhiệt độ xuất hiện độ cứng thứ cấp (530oC)khoảng 30oC, nhiệt độ lần ram thứ 2 dựa vào độ cứng sau lần 1 để điều chỉnh độ cứngchính xác như theo yêu cầu Tránh ram ở nhiệt độ có độ cứng thứ cấp 500-550oC đểtránh giòn ram

- Ram lần 3 nếu sau nhiệt luyện đạt độ cứng cao hơn yêu cầu, giảm độ cứng tới mứcyêu cầu hoặc với mục đích khử ứng suất

Trang 12

1.2 Chi tiết lưỡi bào gỗ

1.2.1 Giới thiệu chi tiết lưỡi bào gỗ

 Giới thiệu ngành công nghiệp gỗ

Trong lịch sử phát triển của loài người, gỗ đóng vai trò hết sức quan trọng, không nhữnggiúp con người tự vệ, sản xuất mà còn góp phần tạo nen những tiện nghi cần thiết trongsinh hoạt Ngoài ra nó chiếm một vị trí không thể thiếu trong mọi lĩnh vực nghệ thuật vàxây dựng Ngày nay, gỗ vẫn luôn hiện diện trong mọi lĩnh vực của đời sống chúng ta vàtrong tương lai gỗ vẫn còn phát triển hơn nữa Do đó, ngày càng có nhiều yêu cầu vầ sảnphẩm, mẫu mã và chất lượng, nhất là trong nền kinh tế thị trường của nước ta hiện nay thìnăng suất cao, giá thành hạ, chất lượng cao là những yêu cầu tiên quyết Chính vì vậy,việc cơ giới hóa trong khâu gia công gỗ là hết sức cần thiết

 Giới thiệu máy bào gỗ cầm tay

Bào gỗ là công nghệ gia công mặt phẳng có diện tích tương đối lớn so với chiều dày bằngcách cắt gọt một hay nhiều lớp gỗ mỏng để tạo nên tấm với chiều dày, độ phẳng, độ nhẵnđạt yêu cầu cho phép trước khi chuyển sang công đoạn khác

Tuy sản xuất công nghiệp đòi hỏi cơ giới hóa để mang lại hiệu quả kinh tế cao, song dụng

cụ bào gỗ cầm tay vẫn là dụng cụ thiết yếu không thể thiếu trong ngành công nghiệp gỗ

Trang 14

1.2.2 Điều kiện làm việc của chi tiết lưỡi bào gỗ

- Trong quá trình làm việc chi tiết cần có độ cứng nhất định để có thể bào được gỗ, đồngthời cũng phải chịu được mài mòn do tiếp xúc trực tiếp với bề mặt gỗ, do vậy độ cứng chitiết cần đạt 55HRC

- Với độ cứng cao như vậy, chi tiết rất giòn dễ bị gãy do va đập mạnh trong quá trình làmviệc, do vậy mặt không công tác của chi tiết có độ cứng thấp hơn: 40-42 HRC để đảmbảo độ dai va đập

1.2.3 Lựa chọn vật liệu

- Lựa chọn vật liệu làm mặt không công tác của lưỡi:

Do gỗ là vật liệu khá mềm nên độ cứng của lưỡi dao bào cũng không cần cao như cácthép làm dụng cụ cắt Đồng thời, lưỡi bào có dạng mỏng trong quá trình chế tạo cần cán,

do vậy chi tiết đã chịu tác động của hóa bền biến dạng.Vì vậy các loại thép có thể làm chitiết có thành phần C từ 0.4% trở lên có thể đảm bảo độ cứng 40-42 HRC Trên cơ sở đó,mác thép C45 đảm bảo yêu cầu cơ tính cho vật liệu

→Thành phần hóa học thép C45:

- Lựa chọn vật liệu làm mặt công tác của lưỡi:

Trên cơ sở mác thép C45, mặt dưới yêu cầu độ cứng chi tiết cao hơn có thể bổ sungthêm khoảng 1% Cr, tạo cacbit nhỏ mịn khi ram, có tác dụng hóa bền tiết pha làm tăng độcứng chi tiết và chống mài mòn Do vậy mặt dưới của chi tiết có thể dùng mác thép 45Cr

→Thành phần hóa học thép 45Cr:

Trang 15

Phôi Nung sơ bộ (cán, cắt gọt) Gia công

Ghép nối

Kiểm tra

Kiểm tra Kiểm tra

1.2.4 Lựa chọn quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ tổng quát chế tạo lưỡi bào:

 Nung sơ bộ

• Mặt không công tác của lưỡi dùng thép C45

- Mục đích của nung sơ bộ là làm mềm thép trước khi gia công

- C45 là thép trước cùng tích, do vậy nhiệt độ nung được tính như sau:

A3=80.5+727=807.5T=807.5+(20-40)=840oC

Trang 16

t(phút)

840oC

Không khí

Mục đích của nung sơ bộ là làm mềm thép trước khi gia công

45Cr là thép hợp kim thấp, nhiệt độ nung

T= TC45+10=840+10=850oC

Do hàm lượng Cr thấp tổ chức sau nung sơ bộ là Ferit+Peclit+Xe hợp kim (Fe,Cr)3C

 Sau khi nung sơ bộ, kiểm tra vật liệu:

- Dùng kính hiển vi quang học: tổ chức nhận được giống phôi ban đầu gồm các hạt ferrit và các tấm peclit

- Kiểm tra cơ tính đạt được:

Giới hạn bền(MPa)

Giới hạn chảy(MPa)

Độ dãn dài tương

Trang 17

 Kiểm tra:

+ Kiểm tra về kích thước chi tiết sau quá trình nhiệt luyện, có thể tiến hành gia công tinh

để đạt được kích thước chính xác theo yêu cầu

+ Kiểm tra về cơ tính chi tiết:

•Độ cứng mặt không công tác: 40-42 HRC

•Độ cứng mặt công tác: 54-56 HRC

• Mối ghép phải chắc chắn đảm bảo không bị bong tách trong quá trình làm việc

1.2.5 Quy trình nhiệt luyện tổng quát

• Tôi

+ Mặt công tác dùng thép 45Cr

Thép 45Cr là thép hợp kim thấp, nhiệt độ tôi:

T=A3+10+(30-50)=807.5+10+(30-50)=860oC

Trang 18

t(phút)

860oC

Dầu (70oC) 200oC

Pha xementit hợp kim có nhiệt độ hòa tan vào austenit khoảng 830-850oC do vậy sau khi nung lên nhiệt độ tôi, xementit hợp kim sẽ hòa tan vào austenit do vậy tổ chức là austenit.

Vì là thép hợp kim thấp, môi trường tôi là dầu nóng (nhiệt độ 60-80oC) để tránh ứng suất nhiệt gây cong vênh nứt vỡ.

+ Mặt không công tác dùng thép C45

Mặt này được tôi không hoàn toàn ở nhiệt độ 800C.

Với chi tiết lưỡi bào, cơ tính của mặt công tác là phần quan trọng do đó nhiệt

độ ram được chọn theo mặt công tác (thép 45Cr).

Do thép có hàm lượng Cr<1% có thể sử dụng giản đồ bên dưới để chọn nhiệt

độ và thời gian ram:

Để đạt độ cứng (55-57) HRC nhiệt độ ram 200oC trong 1 giờ

Sau khi ram tổ chức đạt được là Maxtensite ram hình kim và cacbit crom phân bố đều trên nền tăng độ cứng và chống mài mòn.

Trang 20

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÁC QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN

2.1 Tính toán các thông số các quá trình nhiệt luyện khuôn dập nóng

2.1.1 Ủ

• Để có thể dễ dàng gia công cắt gọt cho khuôn được dễ dàng, thì khuôn cần phải thôngqua xử lý ủ mềm

• Nhiệt độ ủ mềm thường là 820 – 870 oC, sau đó được làm nguội cùng lò

• Độ cứng đạt được sau khi ủ là 23HRC

2.1.2 Tính toán thời gian nung nóng và tôi

• Thông tin chi tiết khuôn dập nóng:

- Kích thước: 130x250x80 mm

- Khối lượng: 18,77 kg

- Khối lượng riêng: 7,8 g/cm3

- Diện tích trao đổi nhiệt: 0,1258 m2

• Chọn lò tôi: Model – SNOL 1000/1200, hãng Snol - Livita

Lò điều khiển theo chương trìnhKết nối với máy tính qua cổng RS-232 / RS-485 / USBCông suất thiết kế: 70 kW

Kích thước buồng lò: Rộng x Sâu x Cao: 1000x1000x1000 mmKích thước ngoài lò: Rộng x Sâu x Cao:2500x2200x2800 mmĐiện năng: 380 V

Nhiệt độ tối đa: 1200 oCĐiện áp ba pha

• Quy trình tôi:

Trang 21

Hình 2.1.1 Sơ đồ nung và giữ nhiệt trong quá trình tôi

• Tính nhiệt độ trung bình của vật nung:

Trong đó:

T2d là nhiệt độ đầu của vật nung (K): T2d = 25+273 = 298 K

T2c là nhiệt độ cuối của vật nung (K): T2c = 1040+273 = 1313 K

T2tb là nhiệt độ trung bình của vật nung (K): T2tb = 1105 K hay 831oC

Trang 22

S là chiều dày trung bình của chi tiết nung: 0,04 [m] (nửa chiều dày);

λ là độ dẫn nhiệt: 25 [W/m.K] [4]

Vì Bi = 0,24 < 0,25 nên chi tiết là vật mỏng

• Công suất hữu ích của lò :

(W)Trong đó:

là hệ số sử dụng hữu ích của lò, chọn = 0,7 ÷ 0,8; chọn = 0,75

Ntk là công suất thiết kế của lò;

Nh là công suất hữu ích của lò;

• Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích là:

T2 = 1040 + 273 = 1313 K, là nhiệt độ cuối của chi tiết

• Đồ gá và cách xếp chi tiết trong lò:

+ Đồ gá: hình dạng gá được minh họa ở mục 3.5.1.1

+ Gá được làm bằng gang, dày 40mm, gồm 8 thanh ngang 630x40x5mm cách nhau 10cm và 2 thanh dọc 720x40x5mm cách nhau 63cm 8 thanh trụ đỡ ø15x300mm+ Diện tích hấp thụ nhiệt của 1 tấm gá:

Stấm = 2.Sthanh dọc + 8.Sthanh ngang– 16.Smối hàn

Trang 23

Mgá = 2.Mtấm + 8.Mthanh = 23 (kg)

+ Cách xếp chi tiết trên gá: gồm 2 gá, 8 chi tiết trên 1 gá, mỗi gá cách nhau 30cm.+ Các chi tiết được xếp cách đều nhau một khoảng là d/2 nên hệ số sắp xếp k=2,2[5]

• Khối lượng chi tiết trong một mẻ: Mchi tiết = 16.(2,407.10-3.7800) = 300 kg

• Khối lượng mẻ xếp: Mmẻ = Mgá + Mchi tiết = 23 + 300 = 323 kg

• Diện tích hấp thụ nhiệt của mẻ:

Fm = Sgá + 16.Schi tiết = 1,28 + 16.0,1258 = 3,3 (m2)

• Kiểm tra điều kiện:

Trong đó: Ntk = 70 kW là công suất thiết kế của lò

α = 152,85 W/m2.K là hệ số truyền nhiệt của lò

Fm = 3,3 m2là bề mặt trao đổi nhiệt của một mẻ

T1 = 1050+273 = 1323 K là nhiệt độ của lò

T2d = 25+273 = 298 K là nhiệt độ ban đầu của chi tiết = 0,7 ÷ 0,8 là hệ số sử dụng hữu ích của lò, chọn = 0,8

Vậy nhiệt độ môi trường lò thay đổi, chi tiết được nung theo hai giai đoạn

Hình 2.1.2 Sơ đồ thay đổi nhiệt độ của chi tiết và lò nung

2.1.2.1 Nung phân cấp giai đoạn 25oC – 650oC

Trang 24

• Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi

- Khi kết thúc giai đoạn 1, nhiệt độ của chi tiết đạt t’2

t2d = 25oC là nhiệt độ ban đầu của chi tiết

Fm = 3,3 m2 là diện tích trao đổi nhiệt của một mẻ nung

• Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi

Thời gian nung giai đoạn 2 (nhiệt độ lò không đổi), được tính theo công thức sau:

Trong đó:

t1 = 660 là nhiệt độ môi trường nung

t2c = 650 là nhiệt độ của chi tiết

Hệ số sắp xếp kx = 2,2

• Tổng thời gian nung giai đoạn 25oC – 650oC:

= 92 phút

Trang 25

• Thời gian nung giữ ở nhiệt độ phân cấp 650oC:

- Thời gian này dựa trên khuyến nghị của công ty phân phối thép Hitachi Nhật Bản,theo đó thời gian này được lấy bằng 2 lần thời gian nung giữ khi tôi ở nhiệt độ tôi

- Thời gian giữ nhiệt độ ở nhiệt độ tôi dựa trên chiều dày của chi tiết:

- Chiều dày chi tiết là 80mm, do đó ta lấy thời gian giữ nhiệt là τgn1 = 104 phút

• Tổng thời gian nung và giữ nhiệt giai đoạn 25oC – 650oC:

τnung1 = 92+104 = 196 (phút)

Trang 26

Trong đó:

c = 460 J/kg.K là nhiệt dung riêng của chi tiết

M = 323 kg là khối lượng mẻ xếp

Trong đó:

= 38 phút

- Thời gian này dựa trên khuyến nghị của công ty phân phối thép Hitachi Nhật Bản,theo đó thời gian này được lấy bằng thời gian nung giữ khi tôi ở nhiệt độ tôi

- Chiều dày chi tiết là 80mm, do đó ta lấy thời gian giữ nhiệt là τgn1 = 52 phút

τnung2= 38+52 = 90 (phút)

- Ta có:

Trong đó:

Trang 27

M = 323kg là khối lượng một mẻ nung

Trong đó:

M = 323 là khối lượng một mẻ nung

= 37 phút

- Thời gian này dựa trên khuyến nghị của công ty phân phối thép Hitachi Nhật Bản,theo đó thời gian nung ở nhiệt độ tôi này được lấy dựa theo bảng sau:

Trang 28

- Chiều dày chi tiết là 80mm, do đó ta lấy thời gian giữ nhiệt là τgn1 = 52 phút.

τnung3= 37+52 = 89 (phút)

 Như vậy tổng thời gian nung và giữ nhiệt từ 25oC – 1040oC là:

τnung = τnung1 + τnung2 + τnung3 = 196+90+89 = 375 (phút) ≈ 6,3 (giờ)

2.1.2.4 Thời gian làm nguội

• Theo giản đồ TTT của mác thép SKD61 tham khảo trong tài liệu tham khảo số [6] ta có tốc độ nguội tới hạn của khuôn là: Vth = 12oC/s

Hình 2.1.3 Đường cong CCT của thép SKD 61 [3]

• Thời gian để chi tiết nguội hẳn trong dầu:

2.1.3 Tính toán thời gian ram

2.1.3.a Ram lần 1

Trang 29

• Chọn lò ram: Model – SNOL 1000/650, hãng SNOL - Livita

Lò điều khiển theo chương trìnhKết nối với máy tính qua cổng USBCông suất thiết kế: 25 kW

Kích thước buồng lò, Rộng x Sâu x Cao: 1000x1000x1000mmKích thước ngoài lò, Rộng x Sâu x Cao: 2030x1860x2230 mmĐiện năng: 380 V, điện 3 pha

Nhiệt độ tối đa: 650 oC

T2d = 50+273 = 323K, là nhiệt độ ban đầu của vật nung

T2c = 560+273 = 833K, là nhiệt độ cuối cùng của vật nung

T2tb là nhiệt độ trung bình của vật nung trong quá trình ram

→ T2tb = 704 K (431oC)

• Độ dẫn nhiệt ở 400oC: λ = 31 [W/m.K] [4]

• Hệ số truyền nhiệt: α [W/m2.K]

Nhiệt độ (oC) Tr1=560o Tr2=560o

Ram lần 2 Ram lần 1

Thời gian (giờ)

Trang 30

[kcal/m2.h.K]

hay α = 48,15 [W/m2.K]

• Hệ số Bio theo công thức:

→ Như vậy chi tiết là vật mỏng

• Công suất hữu ích của lò được tính theo công thức:

Trong đó:

Nh là công suất hữu ích của lò

Ntk= 25000 W; là công suất thiết kế của lò

= (0,7-0,8); chọn = 0,75 là hệ số sử dụng hữu ích của lò

(W)

• Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất của lò, được tính như sau:

Trong đó:

n là số chi tiết tối ưu trong một mẻ nung

Nh = 13889 W là công suất hữu ích của lò

α = 48,15 W/m2.K là hệ số truyền nhiệt trung bình của lò

F = 0,1258 m2 là diện tích trao đổi nhiệt của 1 chi tiết

k là hệ số tỷ lệ giữa nhiệt độ tại giai đoạn đầu và nhiệt độ môi trường nung cầnđạt, k = 0,85 ÷ 0,95; chọn k = 0,9

T1 = 570 + 273 = 843 K, là nhiệt độ của lò

Trang 31

T2c = 560 + 273 = 833 K, là nhiệt độ cuối của chi tiết

(chi tiết)

• Chọn số chi tiết trong một mẻ là: 16 chi tiết để phù hợp với số lượng chi tiết của1mẻnung tôi

• Đồ gá và cách xếp chi tiết trong lò :

+ Đồ gá: đồ gá giống như đồ gá khi nung tôi

+ Diện tích hấp thụ nhiệt của 1 bộ gá:

+ Các chi tiết được xếp cách đều nhau một khoảng là d/2 nên hệ số sắp xếp k=2,2

• Khối lượng chi tiết trong một mẻ:

• Kiểm tra điều kiện:

Trong đó: Ntk = 25 kW là công suất thiết kế của lò

Fm = 3,3 m2 là diện tích trao đổi nhiệt của một mẻ

Trang 32

Hình 2.1.5 Sơ đồ thay đổi nhiệt độ của chi tiết và lò nung

- Khi kết thúc giai đoạn 1, nhiệt độ của chi tiết đạt t’2 Ta có:

Trong đó:

t1 = 570oC

Nh = 30000 W, là công suất hữu ích của lò

α = 48,15 là hệ số truyền nhiệt của lò

Fm = 5,238 m2 là diện tích trao đổi nhiệt của một mẻ

(oC)Thời gian nung giai đoạn 1, được tính như sau:

Trong đó:

c = 590 J/kg.K là nhiệt dung riêng của chi tiết [4]

M = 323 kg là khối lượng mẻ xếp

t1 = 570oC là nhiệt độ môi trường nung

Trang 33

t2d= 50oC là nhiệt độ ban đầu của chi tiết

Fm = 3,3m2 là diện tích trao đổi nhiệt của một mẻ nung

Trong đó:

c = 590 J/kg.K là nhiệt dung riêng của chi tiết [4]

• Thời gian giữ nhiệt độ ram lần thứ nhất:

- Thời gian giữ nhiệt độ ram thép SKD61 được tham khảo theo khuyến nghị nhàphân phối thép Hitachi Nhật Bản Thời gian giữ nhiệt khi ram phụ thuộc vào độ dàycủa chi tiết theo bảng sau:

• Vậy tổng thời gian nung tới nhiệt độ ram và thời gian giữ nhiệt độ ram lần 1 là:

τram1 = τnung+ τgn = 3,5 + 3 = 6,5 giờ

2.1.3.b Ram lần 2

Trang 34

• Thời gian nung, thời gian giữ nhiệt và nhiệt độ của lần ram thứ 2 tương tự như lần ramthứ nhất.

• Nhiệt độ ram lần 2: 560oC

• Thời gian nung tới nhiệt độ ram lần 2: 3,5giờ

• Thời gian giữ nhiệt độ ram lần 2: 3 giờ

• Vậy tổng thời gian nung tới nhiệt độ ram và thời gian giữ nhiệt độ ram lần 2 là:

τram1 = τnung+ τgn = 3,5 + 3 = 6,5 giờ

Trang 35

2.1.4 Tổng kết quy trình tôi – ram

Hình 2.1.6 Sơ đồ chi tiết quá trình tôi

Hình 2.1.7 Sơ đồ chi tiết quá trình ram

2.2 Tính toán các thông số các quá trình nhiệt luyện lưỡi bào gỗ

2.2.1 Ủ

- Mục đích của nung sơ bộ là làm mềm thép trước khi gia công.

- C45 là thép trước cùng tích, do vậy nhiệt độ nung được tính như sau:

Trang 36

• Mặt công tác của lưỡi dùng thép 45Cr

Mục đích của nung sơ bộ là làm mềm thép trước khi gia công.

45Cr là thép hợp kim thấp, nhiệt độ nung

T= TC45+10=840+10=850oC

Do hàm lượng Cr thấp tổ chức sau nung sơ bộ là Ferit+Peclit+Xe hợp kim (Fe,Cr)3C

Trang 37

2.2.2 Tính toán thời gian nung nóng và tôi

- Nhiệt độ nung: T= 860oC (đã tính ở chương 1)

- Chọn sơ bộ lò tôi: Lò buồng MODEL RX3-75-9

Lò điều khiển theo chương trình Tmax=950oCCông suất thiết kế: 75kW

Kích thước trong của lò:1800x900x550Thời gian tăng nhiệt không tải: 2,5 giờĐiện áp ba pha [2]

- Thời gian nung:

+ Tính chỉ số Bi:

• Tính hệ số dẫn nhiệt λ:[1]

Với thép C ở 0oC:

λo = 60-6,7%C-14,4%Mn-2,9%S=60-6,7.0,45-14,4.0,65-2,9.0,025 = 47.55(kcal/m.h)Khi λo <40 → ở nhiệt độ 25-837,5oC: λt = 0,8 λo = 38,04(kcal/m.h)

• Nhiệt dung riêng của thép: C (kcal/kg.K) (phụ lục 4 tài liệu [1])

Trang 38

• Hệ số dẫn nhiệt độ:α (kcal/m2.h.K) (phụ lục 3 tài liệu [1])

T2tb: Nhiệt độ trung bình của vật nung (oK)

T2d: Nhiệt độ ban đầu của vật nung (oK)

T2c: Nhiệt độ cuối của vật nung (oK)

Trang 39

Nh= = = 46875W Trong đó

Hệ số hữu ích của lò: η=0,7-0,8

+ Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích là :

Trong đó

F: diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của chi tiết (m2)

k: hệ số tỉ lệ giữa nhiệt độ đạt được ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối; 0,95, chọn k=0,9

k=0,85-T1: nhiệt độ lò ; T1=860+273=1133oK

T2c: nhiệt độ cuối chi tiết; T2c=850+273=1123 oK

Chọn số chi tiết trong lò tôi là 2400 chi tiết

+ Cách xếp chi tiết trong lò:

• Gá làm bằng thép, xếp thành 14 tầng Mỗi tầng cách nhau 30mm

Mỗi tầng gồm các thanh hình chữ V xếp cách nhau 160mm để chứa chi tiết, giữa các thanh này có 2 thanh đỡ chi tiết

Mỗi tầng xếp 4 hàng chi tiết, các chi tiết được xếp sát cạnh nhau

• Diện tích hấp thụ nhiệt của gá:

Fgá =22,5m2

Khối lượng gá:

Vgá = 0,03m3

Mgá = Vgá ρ = 0,03.7810 = 236,4 kg

Trang 40

Cách xếp chi tiết trong giỏ: xếp mỗi chi tiết cạnh nhau trong gá→hệ số sắp xếp k=4

- Khối lượng chi tiết / mẻ:Mchi tiết = 2400.0,0418=100,32kg

- Khối lượng mẻ xếp: M=Mgá+Mchi tiết=236,4+100,32=319,12kg

- Diện tích hấp thụ nhiệt của mẻ:Fm=Fgá+Fchi tiết= 22,5+8,06.10-4.2400=24,1m2

- Kiểm tra điều kiện 1.4.1[1]:

Ntk= 75kW công suất thiết kế của lò

α=120Wm2/K hệ số truyền nhiệt trung bình của lò

Fm bề mặt hấp thụ các chi tiết trong một mẻ

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	2,47 MB