Giáo trình Công nghệ kim loại - Nghề: Hàn - Trình độ: Cao đẳng nghề - CĐ Nghề Giao Thông Vận Tải Trung Ương II

(NB) Giáo trình Công nghệ kim loại gồm các nội dung chính như sau: Khái niệm và đặc điểm đúc kim loại - hợp kim; Đúc trong khuôn cát; Các phương pháp đúc đặc biệt, Khái niệm và đặc điểm gia công áp lực,...Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRUNG ƯƠNG II

Lời nói đầu

Để đáp ứng nhu cầu về công nghệ kim loại học tập cho sinh viên và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên khi giảng dạy Tổ môn Lý thuyết cơ bản đã biên soạn giáo

trình Công nghệ kim loại

Giáo trình Công nghệ kim loại đ-ợc biên soạn theo ch-ơng trình môn học trong ch-ơng trình khung quốc gia nghề Hàn- Trình độ Cao đẳng nghề bao gồm những kiến thức cơ bản để làm cơ sở cho việc tiếp thu các môn học chuyên môn nghề

Trong quá trình biên soạn tổ môn đã tham khảo nhiều tài liệu Công nghệ kim loại của các tr-ờng đào tạo nghề và một số tài liệu của các tr-ờng Đại học kỹ thuật nh- tr-ờng ĐHBKHN, ĐH công nghiệp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song không tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận đ-ợc ý kiến đóng góp xây dựng của đồng nghiệp và bạn đọc để giáo trình này ngày càng hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tháng 12 năm 2011

Chương I: ĐÚC KIM LOẠI - HỢP KIM

Bài 1: Khái niệm và đặc điểm đúc kim loại - hợp kim

I Mục tiêu bài giảng

Sau khi học bài này học sinh cần:

- Nêu được khái niệm, đặc điểm đúc kim loại, hợp kim

- Vẽ sơ đồ trình bày được quá trình sản xuất đúc trong khuôn cát

- Lựa chọn được vật liệu chế tạo hỗn hợp làm khuôn

- Có tính chuyên cần, ham học hỏi, sáng tạo trong học tập

II Nội dung bài giảng

1 Khái niệm

Là quá trình nấu chảy rồi rót kim loại vào khuôn Sau khi kim loại đông đặc ta thu được vật đúc theo yêu cầu

- Vật đúc đem sử dụng ngay gọi là chi tiết đúc

- Vật đúc đưa qua gia công tiếp theo gọi là phôi đúc

2 Đặc điểm

* Ưu điểm:

- Có thể đúc được nhiều vật liệu khác nhau: Gang, thép, Khối lượng vài gam đến hàng trăm tấn

- Chế tạo được những vật đúc có hình, dạng kết cấu phức tạp

- Có khả năng cơ khí hoá, tự động hoá

- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ

* Nhược điểm

- Độ chính xác về hình dạng kích thước và độ bóng không cao

- Dễ gây khuyết tật (rỗ khí, cháy cát)

- Khó kiểm tra khuyết tật

Bài 2: Đúc trong khuôn cát

1 Quá trình sản xuất đúc trong khuôn cát

Bước 1 Bộ phận kỹ thuật căn cứ bản vẽ chi tiết vẽ bản vẽ vật đúc

Bản vẽ vật đúc cần phải thể hiện được mặt phân khuôn, lõi, độ dốc đúc, lượng

dư gia công cơ, dung sai khi đúc

Bước 2 Bộ phận mộc mẫu căn cứ bản vẽ vật đúc chế tạo ra bộ mẫu

* Hộp lõi: dùng tạo ra lõi → tạo phần rỗng bên trong vật đúc Hộp lõi chia làm

2 nửa lắp với nhau bằng chốt định vị

Sơ đồ quá trình sản xuất đúc

Bước 3: Bộ phận làm khuôn dùng mẫu và hỗn hợp làm khuôn chế tạo ra

khuôn

- Khuôn chia làm 2 nửa để dễ rút mẫu khi làm khuôn

- Để dẫn kim loại lỏng vào khuôn trong hòm khuôn có hệ thống rót Đậu ngót dùng để bổ sung kim loại còn thiếu vào trong khuôn khi kim loại co ngót trong quá trình đông đặc → tránh lõm co Đậu hơi dùng tăng cường thoát khí trong lòng khuôn

và trong hỗn hợp ra ngoài → tránh rỗ khí

Bước 4 Bộ phận làm lõi dùng hộp lõi và hỗn hợp làm lõi chế tạo ra lõi

Bước 5 Sấy khuôn và lõi - Nấu kim loại hợp, kim lỏng

Bước 6 Lắp khuôn, lõi

- Lõi tựa trong khuôn nhờ gối lõi và các mã đỡ hoặc mã chống

- Dùng các gân hòm khuôn để nâng cao độ bền khuôn

- Xiên các lỗ để tăng khả năng thoát khí khi rót khuôn

- Hai hòm khuôn lắp chính xác với nhau nhờ chốt định vị

- Kẹp chặt hai hòm khuôn bằng bu lông hoặc tải trọng đè

Bước 7 Rót kim loại hợp, kim lỏng vào khuôn

Bước 8 Dỡ khuôn - Phá lõi - Làm sạch - Kiểm tra vật đúc

2 Hỗn hợp làm khuôn, lõi

a Các yêu cầu với hỗn hợp làm khuôn lõi

- Tính dẻo: Khả năng biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp sau khi bỏ tác dụng của ngoại lực (tạo lòng khuôn rõ nét theo đúng hình dạng và kích thước)

- Độ bền: Khả năng hỗn hợp chịu được tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ (không vỡ khi vận chuyển, lắp ráp khuôn và chịu áp lực thuỷ tĩnh, thuỷ động của kim loại lỏng khi rót khuôn)

Bản vẽ kỹ thuật Chế tạo bộ mẫu

Chế tạo hỗn hợp làm lõi Chế tạo hỗn hợp làm

khuôn Làm khuôn

Làm lõi Làm lõi

Làm lõi Nấu KL, HK lỏng

Lắp khuôn, lõi – Rót KL, HK lỏng vào khuôn

Rỡ khuôn lấy

vật đúc Tháo lõi khỏi vật đúc

Làm sạch vật đúc

Kiểm tra vật đúc

- Tính lún: Khả năng giảm thể tích của hỗn hợp khi chịu tác dụng của ngoại lực (không cản trở vật đúc khi đông đặc và làm nguội tránh hiện tượng nứt, công vênh)

- Tính thông khí: Khả năng thoát khí từ trong lòng khuôn, hoặc trong hỗn hợp

ra ngoài (không khí từ kim loại lỏng, nơi ẩm từ vật liệu khuôn thoát ra ngoài đễ dàng, tránh được rỗ khí)

- Độ ẩm: Lượng nước chứa trong hỗn hợp tính theo %

- Độ bền nhiệt: Khả năng giữ được độ bền khi làm việc ở nhiệt độ cao (không

bị chảy, cháy, mềm ở nhiệt độ cao)

- Độ bền lâu: Khả năng làm việc lâu dài, nhiều lần của hỗn hợp (giữ được tính chất ban đầu)

b Các vật liệu làm khuôn, lõi

Đặc điểm → Dẻo dính khi có lượng nước thích hợp

→ Tăng độ bền, không cháy nhưng giòn dễ vỡ khi sấy khô

* Chất dính kết

- Chất đưa vào hỗn hợp để tăng độ bền, độ dẻo

- Thường dùng

+ Dầu thực vật: dầu lanh, dầu bông, dầu trẩu → trộn với cát

+ Chất hoà tan nước: nước đường, bột hồ

- Chất hoá cứng: hắc ín, thuỷ tinh, xi măng nhựa thông

* Chất phụ

Dưa vào hỗn hợp để tăng tính lún, tính thông khí, làm nhẵn bề mặt khuôn, lõi

và tăng tính chịu nhiệt

- Chất phụ pha trộn hỗn hợp: mùn cưa, rơm vụn, bột than

- Chất sơn khuôn

Quyét lên bề mặt khuôn, lõi tăng độ nhẵn bóng và tính chịu nóng bề mặt

c Các loại hỗn hợp làm khuôn, lõi

* Hỗn hợp làm khuôn

- Cát áo: Dùng để phủ sát mẫu khi làm khuôn, trực tiếp tiếp xúc với kim loại lỏng cần độ bền, dẻo, chịu nhiệt cao, hạt nhỏ, tăng độ nhẵn ở bề mặt Thường sử dụng cát mới chiếm (10 ÷ 15)% lượng cát chứa trong khuôn

- Cát đệm: Dùng đệm phần khuôn còn lại nhằm nâng cao độ bền khuôn Cần tính lún, tính thông khí Thường sử dụng cát cũ chiếm (55 ÷ 90)% lượng cát trong khuôn

→ Tuỳ thuộc kim loại vật đúc mà hỗn hợp làm khuôn có tỷ lệ pha trộn khác nhau

Trung bình: cát chiếm (70 ÷ 80)%, đất sét chiếm (8 ÷ 20)%

* Hỗn hợp làm lõi

Lõi bị kim loại bao bọc xung quanh nên hỗn hợp làm lõi cần có độ bền, tính chịu nhiệt, độ thông khí cao hơn khuôn

- ↑ độ bền lõi → ↑ chất dính kết, giảm đất sét ( 2 ÷ 10)%

- ↑ tính chịu nhiệt → dùng nhiều cát thạch anh độ hạt trung bình, ít dùng cát cũ

- ↑ tính thông khí → dùng nhiều cát thạch anh độ hạt trung bình, nhiều chất phụ

↑ tính lún

- phải sấy lõi

3 Chế tạo bộ mẫu - hộp lõi

a Khái niệm về bộ mẫu - hộp lõi

* Bộ mẫu: Mẫu, tấm mẫu, mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

- Mẫu: Dùng tạo ra lòng khuôn → hình dáng bên ngoài vật đúc

- Tấm mẫu: Dùng kẹp mẫu khi làm khuôn

- Mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót: Dùng tạo ra hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót

+ Hệ thống rót: Dùng dẫn kim loại lỏng từ thùng rót vào khuôn góp phần quyết định đến chất lượng vật đúc và tỷ lệ kim loại hao phí

+ Đậu hơi: Dùng đẻ thoát khí từ trong lòng khuôn, trong hỗn hợp ra ngoài báo hiệu mức kim loại lỏng và áp lực động của kim loại trong lòng khuôn

+ Đậu ngót: Dùng để bổ sung kim loại còn thiếu vào trong khuôn khi kim loại đông đặc (tránh phế phẩm lõm co)

* Hộp lõi: dùng chế tạo ra lõi → hình dáng bên trong vật đúc

b Vật liệu chế tạo bộ mẫu - hộp lõi

Gỗ, kim loại, thạch cao, xi măng, chất dẻo, Thông dụng nhất là kim loại, gỗ

* Gỗ:

- Ưu điểm: rẻ, dễ gia công, nhẹ

- Nhược điểm: bền cứng thấp, dễ trương, nứt, cong vênh

→ Dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, trung bình, làm mẫu lớn

* Kim loại:

- Ưu đểm: Bền cứng cao, nhẵn bóng, chính xác, không thấm nước, ít công vênh, sử dụng được lâu

- Nhược điểm: Đắt, khó gia công, nặng

→ Dùng trong sản xuất hàng khối, loạt lớn và trung bình

C Nguyên lý thiết kế mẫu - hộp lõi

Bản vẽ chi tiết → Bản vẽ vật đúc → Bản vễ mẫu - hộp lõi → Chế tạo mẫu - hộp lõi

* Bản vẽ vật đúc:

Thoả mãn được các yêu cầu đặc điểm của bản vẽ chi tiết Ngoài ra còn biểu thị mặt được phân khuôn, dung sai khi đúc (độ co kim loại), lượng dư gia công, lõi, gối lõi, độ dốc đúc, góc đúc

* Bản vẽ mẫu: Kích thước mẫu tương tự bản vẽ vật đúc có thêm dung sai chế tạo và công nghệ nguyên vật liệu chế tạo mẫu Để dễ làm khuôn mẫu chia làm 2 nửa nắp với nhau bằng chốt định vị Mặt phân mẫu trùng với mặt phân khuôn Trường hợp quá phức tạp có thể làm dưới dạng nhiều phần tháo rời

+ Ưu điểm: Phù hợp với vật đúc phức tạp, khối lượng lớn

+ Nhược điểm: Năng suất thấp, độ chính xác không cao, điều kiện láo động nặng nhọc, yêu cầu tay nghề thợ cao

→ Áp dụng: sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

Chỉ dùng mẫu làm khuôn, không dùng dưỡng gạt được;

Thường dùng hòm khuôn, không làm dưới nền xưởng;

Không dùng 3 hoặc nhiều hòm khuôn;

Chỉ dùng 1 loại hỗn hợp làm khuôn (không dùng riêng cát áo, cát đệm)

5 Sấy - Lắp khuôn lõi

a Sấy khuôn, lõi

* Khái niệm

Phương pháp dùng nhiệt làm bốc hơi nước, ôxi hoá các chất dính loại dầu mỡ, làm khô các chất dính dễ khô

* Mục đích

Nâng cao độ bền, tính thông khí, giảm khả năng tạo khí khi rót khuôn

- Lõi 100% phải sấy

- Khuôn sấy khi: Đúc vật đúc to, cao, phức tạp, yêu cầu chất lượng cao

* Nhiệt độ sấy và thời gian sấy

- Nhiệt độ sấy: (175 ÷ 450)0C

- Thời gian sấy: Phụ thuộc nhiệt độ sấy, tốc độ dòng khí trong lò, kích thước,

độ ẩm ban đầu khuôn lõi, chiều dày lớp hỗn hợp

* Các phương pháp sấy

- Sấy bề mặt:

+ Sấy trực tiếp bề mặt khuôn nhờ rơm, rạ, than củi;

+ Sơn lên bề mặt khuôn lớp sơn dễ cháy rồi mồi lửa để sấy khuôn;

+ Dùng lò sấy di động đốt bằng than, củi;

+ Sấy bằng dòng khí nóng, bằng tia hồng ngoại

b Lắp khuôn, lõi

* Kiểm tra vị trí lõi trong khuôn

Dùng dưỡng gỗ kiểm tra vị trí lõi trong khuôn

- Vị trí thẳng đứng hoặc nằm ngang của lõi

- - - tương đối giữa lõi với lòng khuôn

- - - - - - - - - - lõi

* Sử dụng con mã

- Mã đỡ: Đỡ lõi to, dài hoặc lắp công xon

- Mã chống: Tránh lõi nổi lên trên khi rót khuôn

* Kẹp khuôn hoặc đè khuôn

Dùng bu lông hoặc dùng tải trọng đè

6 Nấu chảy - Rót kim loại, hợp kim

a Nấu chảy kim loại, hợp kim (gang)

* Vật liệu nấu chảy

Kim loại, nhiên liệu, chất trợ dung → mẻ liệu

- Vật liệu kim loại: Gang thỏi, thép phế liệu, gang thừa vật đúc hỏng, hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót Ngoài ra cho thêm Fe - Mn, Fe - Si

→ Tỷ lệ các vật liệu KL phải phù hợp với chất lượng vật đúc yêu cầu

- Nhiên liệu: Thường dùng nhiên liệu rắn vì dễ sinh nhiệt (than cốc, than đá, than gầy nhiệt luyện)

- Chất trợ dung: Tạo xỉ trong quá trình nấu chảy Thường dùng đá vôi, đôlômít, huỳnh thạch

* Thiết bị nấu chảy: Lò đứng, lò điện, lò ngọn lửa Thường dùng lò đứng

b Rót kim loại, hợp kim

* Vị trí khuôn rót

- Khuôn đặt nằm ngang: Thường dùng với vật đúc đơn giản

- - - - - - nghiêng: Dùng với vật đúc quan trọng, vật đúc phức tạp, thành mỏng

→ Dùng cho sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

* Dỡ khuôn bằng máy: Dùng đòn rung, lưới dỡ khuôn

→ Dùng cho sản xuất hàng loạt, hàng khối

b Phá lõi

* Phá lõi bằng tay: tương tự dỡ khuôn)

* Phá lõi bằng máy: Dùng đục hơi, máy rung hoặc buồng phun nước cao áp

→ Dùng cho sản xuất hàng loạt, hàng khối

1 Trình bày nguyên lý thiết kế mẫu - hộp lõi và phương pháp sấy khuôn - lõi;

2 Trình bày quá trình nấu chảy, rót kim loại, hợp kim lỏng vào khuôn

3 Trình bày các phương pháp dỡ khuôn, tháo lõi, làm sạch, kiểm tra vật đúc

Bài 3: Các phương pháp đúc đặc biệt

I Mục tiêu bài giảng

Sau khi học bài này học sinh cần:

- Nêu được khái niệm, đặc điểm các phương đúc đặc biệt;

- Trình bày được khái niệm, đặc điểm gia công áp lực;

- Tích cực, chủ động sáng tạo trong học tập

II Nội dung bài giảng

1 Đúc trong khuôn kim loại

- Tiết kiệm được vật liệu làm khuôn;

- Năng suất cao, điều kiện lao động tốt

- Ít dùng đúc kim loại đen

→ Áp dụng: Đúc hợp kim thiếc, chì, kẽm, ma giê, nhôm, đồng…

3 Đúc ly tâm

a Khái niệm

Quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn quay, nhờ lực ly tâm, kim loại lỏng được

phân bố đều điền đầy lòng khuôn tạo thành vật đúc

b Đặc điểm

* Ưu diểm

- Tiét kiệm vật liệu và công làm lõi;

- Tiêt kiệm kim loại;

- Đúc được nhiều lớp kim loại khác nhau trong cùng một vật đúc;

- Tổ chức kim loại mịn chặt, tránh được rỗ co, rỗ khí;

- Có thể đúc được vật đúc mỏng

* Nhược điểm

- Chỉ phù hợp với vật tròn xoay, rỗng nhưng chất lượng và độ chính xác không cao;

- Khuôn đúc cần có độ bền cao, phải cân bằng và kín;

- Cơ tính vật đúc cao, chất lượng tốt, tránh được rỗ xỉ, rỗ khí, thiên tích;

- Năng suất cao, giá thành hạ;

- Tiết kiệm kim loại

* Nhược điểm

- Vật đúc dễ nứt;

- Không đúc được vật đúc phức tạp, tiết diện thay đổi

5 Đúc trong khuôn mẫu chảy

- Giá thành chế tạo khuôn cao;

- Chu trình sản xuất dài, cường độ lao động cao

- Vật đúc ít rỗ nứt, khuyết tật, không bị hoá trắng;

- Giảm hao phí kim loại;

- Dỡ khuôn, làm sạch vật đúc đơn giản;

- Quá trình đúc dễ cơ khí hoá, tự động hoá

* Nhược điểm

- Chu trình làm khuôn dài → Giá thành cao;

- Chỉ phù hợp sản xuất loạt lớn, hàng khối

Chương II: GIA CÔNG ÁP LỰC Bài 1: Khái niệm và đặc điểm gia công áp lực

1 Khái niệm

Phương pháp dựa vào tính dẻo của kim loại, dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại

ở trạng thái nóng hoặc nguội, làm thay đổi hình dạng, kích thước và tính chất của kim loại

2 Đặc điểm

* Ưu điểm

- Phương pháp gia công không có phoi → tốn ít kim loại;

- Năng suất cao;

- Nâng cao độ bền của vật liệu

* Nhược điểm

- Một số nguyên công gia công áp lực đạt độ chính xác, độ mhẵn không cao;

- Một số nguyên công gia công áp lực dùng xung lực lớn gây chấn động, tiếng

ồn lớn

- Không chế tạo được các vật rỗng bên trong phức tạp

→ Dùng nhiều trong chế tạo cơ khí, ôtô, xe máy, máy điện, xây dựng, sản xuất hàng tiêu dùng

Bài 2: Các công nghệ gia công áp lực

I Mục tiêu bài giảng

Sau khi học bài này học sinh cần:

- Nêu được khái niệm, đặc điểm của cán, kéo, ép kim loại;

- Trình bày được các phương pháp cán, ép kim loại;

- Phân tích được các ưu nhược điểm của các phương pháp cán, ép kim loại;

- Rèn luyện tính tích cực, chủ động sáng tạo trong học tập

II Nội dung bài giảng

1 Cán kim loại

a Khái niệm và đặc điểm

* Khái niệm

Phương pháp làm biến dạng kim loại trong khe hở (hoặc lỗ hình) giữa 2 trục cán

quay ngược chiều nhau Kim loại biến dạng dần tạo thành sản phẩm có tiết diện giống khe hở (lỗ hình) giữa 2 trục cán

* Đặc điểm

- Ưu điểm

+ Cán làm thay đổi hình dạng kích thước của phôi;

+ Nâng cao độ bền của vật liệu → Phá huỷ tổ chức đúc, tạo nên tổ chức mới có

độ bền cao và nhỏ mịn

- Nhược điểm

* Trục cán

Là bộ phận quan trọng nhất của máy cán chúng phải chịu ma sát và mài mòn rất cao Vật liệu chế tạo là thép hợp kim dụng cụ 09CrSi; 100CrWMn; 100Cr12Mn ; nhiệt luyện đạt độ cứng (58 ÷ 65)HRC Các trục cán hoặc trục định hình phải chế tạo với độ chính xác cao ( cấp 9 ÷ 6), độ nhẵn bề mặt cao (Ra 1,25 ÷ Ra 0,32)

c Phương pháp cán

* Cán nóng

Phôi kim loại nung nóng trước khi cán

- Ưu điểm:

+ Năng suất cao;

+ Cán được vật cán khó biến dạng (thép hợp kim cao);

+ Quy trình cán phức tạp, cán qua nhiều thiết bị phức tạp;

+ Tiêu hao năng lượng lớn;

Thường dùng phương pháp cán nóng Cán qua nhiều trục cán có khe hở nhỏ dần

để tấm mỏng dần theo yêu cầu Khi cán phôi thay đổi hướng cán theo các phương khác nhau

Phụ thuộc vào thành phần C trong thép t0 cán khoảng (1050 ÷ 1200)0

C, t0 kết thúc khi cán nóng phải > t0

kết tinh của vật liệu cán và thường năm trong khoảng (820 ÷ 950)0C Kim loại có t0

kết tinh rất thấp (như chì) cán ở t0 thường đã là cán nóng

- Hình dạng đơn giản: Vuông, tròn, tam giác, chữ nhật, bán nguyệt, sáu

cạnh Dùng nhiều trong chế tạo máy, xây dựng

- Hình dạng phức tạp: T, U, I, L, V, Z, thép đường ray Dùng nhiều trong nghàng cầu đường, xây dựng

Khi cán hình có tiết diện phức tạp phải tiến hành qua nhiều lỗ hình có dạng thay đổi từ đơn giản đến phức tạp

* Thép ống

- Ống không có mối hàn: Cán trên máy cán có dạng trục cán đặc biệt để chế tạo lên lỗ rỗng trong phôi đặc Phương pháp này khá phức tạp, năng suất thấp nhưng độ bền cao

→ Dùng làm chi tiết máy rỗng quan trọng như: Ống dẫn có áp lực cao, ống dẫn dầu cao áp, ống khoan sâu địa chất

- Ống có mối hàn: Cuốn tấm thành ống sau đó cấn rồi hàn giáp mối Phương pháp này năng suất cao nhưng độ bền kém

→ Dùng làm ống thường

2 Kéo kim loại

a Khái niệm và đặc điểm

+ Độ chính xác cao, độ nhẵn bề mặt tốt và nâng cao độ bền của vật liệu;

+ Có thể kéo được các sợi tiết diện, hình dạng phức tạp;

+ Kéo được nhiều loại vật liệu: Thép C, thép HK, KL màu, HK màu

- Nhược điểm:

+ Chỉ kéo được sản phẩm có tiết diện không đổi trên suốt chiều dài;

+ Chỉ phù hợp với sản phẩm dạng sợi, thanh;

+ Khuôn nhanh mòn

b Khuôn kéo và thiết bị kéo

* Khuôn kéo:

Khuôn kéo chất lượng tốt thường chế tạo bằng thép hợp kim dụng cụ (100CrMo;

!00CrWMn; 30CrTiSiMo ), hợp kim cứng (BK6; BK8), kim cương

Để ↓ ma sát ở khuôn kéo thường dùng các chất bôi trơn như: dầu, mỡ, bột xà phòng, graphit, đồng sulfat

* Thiết bị kéo

- Máy kéo thẳng: Dùng kéo thanh, ống có đường kính lớn ( ф ≥ 6mm) không cuộn được Lực kéo (0,2 ÷ 75 tấn), tốc độ kéo (15 ÷ 45 m/ph) Tuỳ theo kết cấu của máy có thể kéo (1 hoặc 3 hoặc nhiều) sản phẩm cùng 1 lúc Để tạo chuyển động thẳng

có thể dùng xích, vít me và đai ốc, thanh răng và bánh răng, cơ cấu thuỷ lực

- Máy kéo có tang cuộn:

+ Máy kéo có một khuôn kéo;

+ Máy kéo có một nhiều kéo;

+ Máy kéo có một khuôn kéo, có trượt;

Dùng kéo các sợi dài

Máy kéo có nhiều khuôn kéo Sản phẩm được cuộn lên tang (trống) cuối cùng

Sự quay của trống tạo nên tổng lực kéo của các khuôn Khi đó phôi được kéo qua 1 số khuôn kéo có đường kính lỗ khuôn ↓ dần, đặt giữa các trống hoặc con lăn

+ Năng suất cao;

+ Có thể ép được vật liệu kém dẻo;

+ Chế tạo được chi tiết có tiết diện ngang phức tạp

- Nhược điểm:

+ Khuôn nhanh mòn;

+ Hao phí kim loại nhiều;

+ Cơ tính kim loại không đều trong sản phẩm ép

Khi máy ép làm việc piston truyền áp lực cho chày ép qua đầu chày truyền tới phôi KL, làm cho KL bị biến dạng dẻo thoát ra khỏi lỗ khuôn theo hướng cùng chiều hướng chuyển động của chày

Ép thuận do khuôn ép cố định nên sản phẩm đạt độ bóng và độ chính xác cao, nhưng đòi hỏi lực ép lớn Dùng ép sản phẩm dạng thanh, ống

* Ép nghịch

Chày ép rỗng (5) và đầu chày là khuôn ép (4)

Khi chày ép đẩy khuôn ép tới phôi KL làm cho KL biến dạng dẻo thoát ra khỏi lỗ khuôn theo hướng ngược chiều hướng chuyển động của chày

Ép nghịch phôi KL cố định trong buồng ép nên ↓ ma sát giữa KL và buồn g ép nên lực ép↓

* Đặc điểm

- Ưu điểm:

+ Thiết bị rèn đơn giản (có thể ren tay hoặc máy);

+ Có thể rèn vật nhỏ vài gam đến hàng trăm tấn;

+ Thích hợp với sản xuấtn dơn chiếc, loạt nhỏ;

- Nhược điểm

+ Độ chính xác, độ nhẵn bề mặt không cao;

+ Năng suất hiệu quả kinh tế thấp;

+ Chát lượng phụ thuộc vào tay nghề người thợ;

+ Chỉ phù hợp gia công chi tiết có hình dáng đơn giản, không quá phức tạp

b Dụng cụ thiết bị rèn

* Dụng cụ

- Dụng cụ công nghệ cơ bản: các loại đe, búa, bàn là, xấn, đột, chặt

- Dụng cụ cơ cấu kẹp chặt: Kìm, êtô, cơ cấu giữ chặt khác

- Dụng cụ kiểm tra đo lường: Ê ke, thước cặp, thước lá, com pa, dưỡng đo

* Thiết bị

Máy rèn, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy nắn thẳng Thiết bị chủ yếu là máy rèn

c Kỹ thuật rèn tự do

* Chồn: Nguyên công ↑ tiết diện ngang, ↓ chiều cao của phôi

* Vuốt: Nguyên công ↑ chiều dài, ↓ tiết diện ngang của phôi

* Đột: Nguyên công làm phôi lõm xuống hoặc có lỗ Dụng cụ tạo lỗ gọi là mũi đột

* Chặt: Nguyên công chia phôi thành từng phần hoặc lấy đi 1 phần KL dư thừa ra khỏi phôi Có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội

* Uốn: Nguyên công rèn làm thay đổi hướng thớ của phôi ở trạng thái nóng hoặc nguội

+ Hao phí vật liệu nhiều;

+ Chi phí làm khuôn mẫu cao;

+ Không phù hợp sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

b Các nguyên công dập tấm

* Nguyên công cắt phôi

Nguyên công chia phôi thành nhiều phần theo đường cắt kín hoặc hở, có thể tiến hành trên máy cắt có lưỡi dao cắt //, lưỡi cắt nghiêng, lưỡi cắt hình đĩa hoặc dập cắt

Chú ý: Khi cắt phôi cần bố trí hợp lý hệ số sử dụng nguyên vật liệu cao nhất

Dựa vào công thức

Trong đó: - η → Hệ số sử dụng nguyên vật liệu

- F → Diện tích các tấm phôi ban đầu

- F0 → Tổng diện tích các phôi bố trí trên tấm cắt có diện tích F

* Nguyên công tạo hình

- Dập uốn: Nguyên công làm biến hình đơn giản bằng khuôn dập uốn (biến dạng phôi phẳng thành chi tiết gấp khúc, nhờ khuôn dập uốn)

η =

F0

x 100%

F1

- Dập sâu: Nguyên công biến dạng phôi phẳng hoặc phôi rỗng thành chi tiết có đáy hở miệng Nếu chi tiết càng sâu cần phải qua nhiều nguyên công trung gian

- Tóp miệng: Nguyên công làm nhỏ miệng chi tiết đã dập vuốt

- Lên vành: Nguyên công làm chi tiết có gờ, đường kính D, chiều cao H, đáy chi tiết rỗng Phôi để lên vành phải đột lỗ đường kính d trước, sau đó dùng chày và khuôn

Ví dụ: Tỷ lệ chi tiết dập tấm của một số ngành

Máy điện chiếm (60 ÷ 70)%;

Máy kéo, ôtô chiếm (60 ÷ 95)%;

b Đặc điểm

* Ưu điểm:

- Tiết kiệm KL;

- Có thể nối được KL có tính chất khác nhau;

- Tạo được các chi tiết máy, các kết cấu phức tạp;

- Độ bền mối hàn cao, mối hàn kín; mối hàn cứng không tháo rời được;

- Tính chất sản xuất linh hoạt, dễ cơ khí hoá, tự động hoá;

- Thiết bị hàn đơn giản, dễ thực hiện;

- Năng suất cao, giảm thời gian, giảm giá thành chế tạo kết cấu

* Nhược điểm:

- Độ chính xác, độ nhẵn bề mặt mối hàn thấp;

- Tổ chức, tính chất vùng hàn có thể thay đổi làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu;

- Trong kết cấu hàn thường tồn tại ứng suất dư, vật hàn dễ bị biến dạng, nứt

2 Phân loại các phương pháp hàn

a Phân loại theo dạng năng lượng

- Hàn điện: Dùng điện năng chuyển thành nhiệt năng để cung cấp nhiệt cho vùng

3 Vị trí mối hàn trong không gian và các kiểu liên kết hàn

a Vị trí mối hàn trong không gian

Câu hỏi về nhà

1 Nêu khái niệm, đặc điểm của rèn tự do, dập tấm, hàn kim loại;

2 Trình bày kỹ thuật rèn và dụng cụ tương ứng kỹ thuật đó;

3 Xác định vị trí mối hàn trong không gian và các dạng liên kết hàn;

Bài 2: Hàn hồ quang

I Mục tiêu bài giảng

Sau khi học bài này học sinh cần:

- Nêu được khái niệm, đặc điểm hàn hồ quang tay, hàn tự động, bán tự động dưới lớp thuốc và môi trường khí bảo vệ

- Vẽ hình trình bày được các phương pháp hàn,

- Chọn được chế độ hàn hồ quang tay

- Rèn luyện tính tích cực, khả năng phân tích, tư duy lô gíc của người học

II Nội dung bài giảng

- Hồ quang: Là hiện tượng chuyển động không ngừng của dòng điện tử trong môi trường đã được ion hoá giữa 2 điện cực, hồ quang tạo ra nguồn nhiệt lớn (đạt 60000

C

và ánh sáng với tia hồng ngoại, tử ngoại), dùng để làm nóng chảy vật liệu hàn và kim loại cơ bản

- Sự cháy của hồ quang: Sau khi cho que hàn chạm nhanh vào vật hàn rồi đưa lên

độ cao (2 ÷ 5)mm thì phát sinh hồ quang

b Đặc điểm

* Ưu điểm:

- Có tính vạn năng, linh hoạt, tiện lợi;

- Cho phép thực hiện các mối hàn ở các vị trí khác nhau trong không gian;

- Thiết bị đơn giản, dễ thực hiện, dễ sửa chữa bảo dưỡng và mức đầu tư thấp;

* Nhược điểm:

- Năng suất hàn thấp (do phải sử dụng dòng hàn hạn chế);

- Chất lượng và năng suất hàn phụ thuộc vào trình độ tay nghề của người thợ hàn;

- Điều kiện làm việc của người thợ hàn không tốt (chịu tác dụng trực tiếp của môi trường khói, ánh sáng và nhiệt của hồ quang)

2 Các phương pháp hàn điện hồ quang

Theo loại điện cực có 2 loại:

a Hàn hồ quang bằng điện cực không chảy

Điện cực không chảy thường dùng: Than, graphit, hoặc vonfram Sự hình thành mối hàn chủ yếu là do KL vật hàn nóng chảy hoặc có thêm cả KL bổ sung từ que hàn

phụ bù đắp vào mối hàn (que hàn phụ ko tham gia gây và duy trì hồ quang cháy) Hàn được tiến hành = dòng điện 1 chiều, điện cực không chảy nối với cực -, vật hàn nối với cực + , cực máy phát hàn

b Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy (que hàn)

Sự hình thành mối hàn chủ yếu là do KL que hàn nóng chảy bù đắp vào mối hàn

Dùng chủ yếu trong chế tạo máy, xây dựng, sửa chữa

3 Nguồn điện hàn - Máy hàn - Dụng cụ hàn

a Nguồn điện hàn

* Nguồn điện xoay chiều (AC)

- Ưu điểm: máy biến thế hàn đơn giản, dễ chế tạo → Giá thành rẻ Dùng phổ biến trong xây dựng, cơ khí thông thường

- Nhược điểm: Khó gây hồ quang, hồ quang cháy không ổn định → Chất lượng

mối hàn không cao Không dùng được với tất cả các que hàn

* Nguồn điện một chiều (DC)

- Ưu điểm: Dễ gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định → Chất lượng mối hàn cao

Dùng được với tất cả các loại que hàn

- Nhược điểm: Thiết bị phức tạp, khó chế tạo → Giá thành đắt

Dùng hàn mối hàn có chất lượng cao như: hàn kết cấu máy, tàu biển và tàu sông, kết cấu cầu, hệ thống đường ống (áp lực cao, dãn dầu, dẫn khí

b Máy hàn

* Máy hàn xoay chiều

Cung cấp dòng điện xoay chiều cho hồ quang bằng cách dùng dòng điện 1 pha hoặc dòng điện 3 pha

- Máy dùng dòng điện 1 pha: Là máy biến áp - giảm áp, để ↓ điện thế từ điện lưới

từ (220V hoặc 380V) xuống điện thế không tải (75 ÷ 60)V Bộ tự cảm riêng lắp nối tiếp với cuộn dây thứ cấp của máy, mục đích tạo ra sự lệch pha của dòng điện và điện

áp, tạo ra đường đặc tính dốc liên tục và điều chỉnh cường độ dòng điện hàn (bằng

phương pháp thay đổi khe hở không khí trong bộ tự cảm, có khả năng điều chỉnh vô cấp từ I h min ÷ I h max ) nên được sử dụng rộng rãi nhất (đặc biệt với máy hàn có công suất nhỏ và trung bình)

- Máy dùng dòng điện 3 pha: Nhiều ưu điểm hơn so với máy hàn 1 pha: Hồ quang hàn 3 pha cháy ổn định, năng suất cao hơn (20 ÷ 40)%, tiết kiệm năng lượng từ (10 ÷ 20)%

* Máy hàn một chiều

Cung cấp dòng điện 1 chiều cho hồ quang bằng cách chỉnh lưu dòng điện xoay chiều hoặc dùng máy phát điện 1 chiều

- Máy phát điện hàn 1 chiều: Máy được truyền động bằng động cơ điện hay động

cơ đốt trong (xăng hay điesel) → là tổ hợp máy hàn 1 chiều

- Chỉnh lưu hàn: Gồm 1 máy biến áp hàn và 1 mạch chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều

+ Ưu điểm: Điện hàn được cung cấp độc lập, không bị hạn chế bởi sự ngừng trệ

do những nguyên khác, đồng thời có thể thường xuyên phối hợp với nhu cầu trong công tác hàn

- Găng tay và quần áo làm bằng da hoặc vải amiang

- Tấm chắn màu đen để tránh sự phản quang tuyến gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của người gần nơi hàn

- Thiết bị thông gió

- Dây cáp dẫn điện

- Kìm hàn để cặp điện cực (que hàn)

- Phụ tùng khác: Thùng đựng que hàn, ghế hàn, bàn chải sắt, đục, dụng cụ gá, lắp

4 Điện cực hàn

a Điện cực không chảy

Điện cực được chế tạo bằng than, vonfram hay graphit Trong quá trình hàn điện cực này không chảy mà chỉ mòn dần, phát sinh ra hồ quang cung cấp nhiệt cho vùng hàn

→ Điện cực không nóng chảy ngày nay ít sử dụng

b Điện cực nóng chảy (que hàn)

Trong quá trình hàn điện cực này nóng chảy bù đắp vào mối hàn

Có 2 loại que hàn Que hàn có thuốc bọc

Que hàn không có thuốc bọc (que hàn trần)

* Que hàn trần: chất lượng kém → ít dùng

* Que hàn có thuốc bọc

- Lõi que hàn (dq): Là các dây, thanh thẳng cắt thành từng đoạn có chiều dài 250

÷ 450mm, đường kính 1 ÷ 12mm (thực tế thường dùng lõi que hàn 2 ÷ 5mm) Tuỳ

theo công dụng của nó và thành phần hoá học của vật liệu được hàn, người ta chế tạo que hàn là thép, gang, đồng, nhôm

- Lớp thuốc bọc: Được tạo nên bởi 1 số chất khoáng khác nhau có tác dụng nâng

cao chất lượng mối hàn (tạo xỉ hàn, sinh ra lớp khí bảo vệ mối hàn, ổn định sự cháy của hồ quang, bổ sung 1 số nguyên tố hợp kim cho mối hàn)

+ Lớp thuốc bọc mỏng: Tác dụng làm tăng tính ổn định của hồ quang

Thành phần gồm đá vôi, fenfat, bột tan (chiếm 80 ÷ 85% khối lượng) và thuỷ tinh lỏng (15 ÷ 20% khối lượng

→ Dùng hàn kết cấu không quan trọng vì que hàn này chất lượng kém

+ Lớp thuốc bọc dày: dn ≥ 1,55dq làm tăng tính ổn định của hồ quang, tạo ra xung quanh hồ quang lớp khí, xỉ bảo vệ kim loại, không bị tác dụng của khí nitơ,ôxi ở môi trường Ngoài ra cho thêm vào lớp thuốc bọc các ferô hợp kim nhằm nâng cao cơ tính của mối hàn

Thành phần là các chất ion hoá (phấn), chất tạo xỉ (cao lanh), chất tạo khí (tinh bột), chất khử ôxi (nhôm, Fe- Mn ), các chất hợp kim, chất dính kết

* Hàn giáp mối: Để đảm bảo chiều rộng, chiều cao mối

hàn đường kính que hàn (dq) phụ thuộc vào chiều dày (s)