Nghiên cứu công nghệ tạo hình nửa nóng để chế tạo chi tiết bánh răng truyền động

Để tính toán thiết kế công nghệ này một cách chính xác, người kĩ sư phải có được các kiến thức để phân tích quá trình tạo hình, xác định được các thông số công nghệ hợp lý, hình dáng hìn

MỤC LỤC

Trang Lời cam đoan

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP

LỰC VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT DẬP TẠO HÌNH

1.1 Tổng quan về công nghệ gia công áp lực 1

1.1.1 Khái niệm về gia công áp lực 1 1.1.2 Vai trò và sự phát triển của công nghệ gia công

1.1.3 Ưu nhược điểm của công nghệ gia công áp lực 5 1.1.4 Một số phương pháp gia công áp lực điển hình 5 1.2 Lý thuyết công nghệ dập tạo hình khối 9

1.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ dập khối 10 1.2.3 Phân loại công nghệ dập khối 11 1.3 Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác 13

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ DẬP NỬA NÓNG

2.2 Ý nghĩa của công nghệ dập nửa nóng 16

2.3 Khả năng công nghệ của công nghệ dập nửa nóng 19

2.4 Thành phần cấu tạo vật liệu được áp dụng 20

2.7 Thiết bị dành cho công nghệ dập nửa nóng 22

2.8 Làm mát, bôi trơn của thiết bị dập nửa nóng 23

3.2 Phân tích các phương án công nghệ và lựa chọn phương

3.5 Chế độ nung, bôi trơn, làm nguội 31

3.5.1 Nhiệt độ nung và chế độ nung 31

CHƯƠNG 4 : MÔ PHỎNG SỐ VÀ TỐI ƯU THÔNG SỐ

TRONG TẠO HÌNH CHI TIẾT BÁNH RĂNG

4.1 Giới thiệu phần mềm Deform 3D 38

4.2.3 Thiết lập các mô hình điều kiện biên 49

4.2.4 Phân tích kết quả mô phỏng dập chính xác chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng: Mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn tốt nghiệp đã được cảm ơn và thông tin sử dụng trong luận văn này đều được nêu tại phần tài liệu tham khảo

Hà Nội, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn:

Nguyễn Minh Trúc

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Phó giáo sư – Tiến sỹ Nguyễn Đắc Trung người trực tiếp hướng dẫn, cùng các thầy, các cô giáo trong bộ môn Gia công áp lực– Viện Cơ khí – Trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội Đã chỉ bảo và tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, các cô thuộc Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng các bạn bè đồng nghiệp đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn

Hà Nội, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn:

Nguyễn Minh Trúc

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1.6 Công nghệ dập thể tích trong khuôn hở 7

1.15 Sơ đồ dập thể tích trong khuôn kín 13 1.16 Sơ đồ công nghệ dập khối chính xcas trong khuôn kín 15 1.17 Sơ đồ công nghệ chế tạo chi tiết khớp nối chữ nhật 15

2.2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và các đặc tính công nghệ

3.3 Dập trong khuôn kín từ phôi rỗng 27

3.5 Sơ đồ khuôn kín dập trên máy ép trục khuỷu 34

3.7 Sơ đồ khuôn kín cơ cấu đẩy theo nguyên tắc đòn bẩy

4.1 Mô phỏng dập khối bằng phần mềm Deform-3D 40

4.11 Các đường con chảy của vật liệu 49

- Với việc ứng dụng tin học ngày càng được phát triển trong mọi ngành nghề nói chung và trong cơ khí nói riêng Các phần mềm hiện nay cung cấp cho người dùng các chức năng

mô phỏng nhằm đưa ra chính xác các thông số công nghệ cũng như lường trước những khó khăn trong quá trình chế tạo

b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện với 2 mục đích chính:

- Nghiên cứu, thiết kế công nghệ phù hợp để chế tạo chi tiết bánh răng

- Mô phỏng quả trình tạo hình ở trạng thái nửa nóng, so sánh với tạo hình ở trạng thái nóng

c) Tóm tắt nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

Nội dung cơ bản của đề tài bao gồm:

- Xây dựng mô hình chi tiết

- Thiết lập mô hình mô phỏng để khảo sát quá trình công nghệ tạo hình chi tiết dạng rỗng qua các nguyên công chồn cục bộ, dập tạo hình

- Mô phỏng số để xác định các thông số công nghệ cơ bản

- Xác định ứng suất và biến dạng của khuôn, ảnh hưởng đến

độ chính xác chi tiết

Phần nội dung được thực hiện trong 4 chương

- Chương 1 : Tổng quan về công nghệ gia công áp lực và cơ sở

lý thuyết dập tạo hình

- Chương 2 : Giới thiệu công nghệ dập nữa nóng

- Chương 3 : Lựa chọn công nghệ và tính toán các thông số sản phẩm

- Chương 4 : Mô phỏng số và tối ưu thông số trong tạo hình chi tiết bánh răng

d) Phương pháp nghiên cứu

- Xây dựng mô hình chi tiết bằng phần mềm Catia Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) thông qua phầm mềm Deform tính toán mô phỏng nhằm phân tích các quá trình tạo hình

e) Kết luận

- Đề tài đã trình bày những ưu điểm của công nghệ dập nửa nóng, mô phỏng quá trình tạo hình thông quá phần mềm Deform 3D Ứng dụng tối ưu hóa thông số công nghệ

- So sánh công nghệ dập nửa nóng với công nghệ dập nóng và dập nguội thông thông qua nghiên cứu chế tạo chi tiết bánh răng truyền động

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những nằm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ và hội nhập sâu rộng của nền kinh tế Các sản phẩm cơ khí của chúng ta ngày càng phải cạnh tranh với các sản phẩm từ nước ngoài Vì vậy chất lượng sản phẩm yêu cầu ngày càng cao, đa dạng cả về mẫu mã, chủng loại và đồng thời đáp ứng nhanh chóng về mặt thời gian Do đó, tối ưu hóa công nghệ được cho là yêu tố quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí thiết kế, sản xuất và giảm giá thành sản phẩm

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin, điện tử, tự động hóa đã trợ giúp quá trình tối ưu hóa công nghệ một cách nhanh chóng và chính xác bằng các phương pháp mô phỏng số Đó là sự kết hợp giữa mô hình quá trình và các phương pháp số để giải mô hình quá trình đó Mô phỏng số cho thấy được nhiều kết quả rõ ràng qua đó có thêm những hiểu biết, nhận xét đúng đắn để góp phần tìm ra những giải pháp công nghệ phù hợp trong quá trình sản xuất

Ngoài ra luận văn này cũng bước đầu nghiên cứu và sử dụng đến công nghệ dập khối chính xác ở trạng thái nửa nóng nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công và chất lượng sản phẩm

Luận văn bao gồm 4 chương

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ gia công áp lực và cơ sở lý thuyết dập tạo hình

Chương 2 : Giới thiệu công nghệ dập nửa nóng

Chương 3 : Thiết kế công nghệ và tính toán các thông số của sản phẩm

Chương 4 : Mô phỏng số và tối ưu các thông số trong tạo hình chi tiết

Hà Nôi, tháng 1 năm 2016

Học viên

Nguyễn Minh Trúc

1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC VÀ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT DẬP TẠO HÌNH 1.1 Tổng quan về công nghệ gia công áp lực

Công nghệ gia công áp lực ( dập tạo hình kim loại) là một phương pháp chế

tạo chính trong lĩnh vực cơ khí Tại các nước công nghiệp phát triển, tỷ trọng

các sản phẩm gia công áp lực chiểm 30-35% tổng sản phẩm cơ khí và xu

hướng phát triển ngày càng tăng Ở Việt Nam những năm gần đây,công nghệ

gia công áp lực hiện đại đang được chuyển giao vào một cách mạnh mẽ như

trong công nghiệp sản suất oto, xe máy, công nghệ sản suất phụ tùng phục vụ

nội địa hóa sản phẩm cơ khí Trong lĩnh vực gia công áp lực, hai công nghệ

chính là dập tấm và dập khối đang ngày càng chiếm một vị trí quan trọng

trong sản xuất công nghiệp thuộc các ngành cơ khí, luyện kim, xây dựng,

bởi chúng có những ưu điểm nổi bật mà các phương pháp khác không có

được Để tính toán thiết kế công nghệ này một cách chính xác, người kĩ sư

phải có được các kiến thức để phân tích quá trình tạo hình, xác định được các

thông số công nghệ hợp lý, hình dáng hình học của dụng cụ gia công ảnh

hưởng tới biến dạng của vật liệu cũng như tới chất lượng của sản phẩm để từ

đó thiết kế được khuôn cũng như các thiết bị phù hợp.[5]

1.1.1 Khái niệm về gia công áp lực

Gia công áp lực là phương pháp gia công vật liệu dựa trên sự biến dạng dẻo

của kim loại trong suốt quá trình gia công để đạt được hình dạng và kích thước

cuối cùng như mong muốn Gia công áp lực chiếm một vị trí quan trọng với

một tỉ trọng ngày càng tăng trong sản xuất cơ khí

Một số sản phẩm của công nghệ gia công áp lực

2

3

Hình 1.1 Sản phẩm của gia công áp lực [10]

4

1.1.2 Vài trò và sự phát triển của công nghệ gia công áp lực

Công nghệ gia công áp lực có từ rất lâu đời những mãi đến nay mới được phát triển, chính nhờ sự phát triển của lý thuyết biến dạng dẻo và lý thuyết gia công

áp lực Lý thuyết biến dạng dẻo và gia công áp lực kim loại dựa trên cơ sở cơ

cơ học môi trường liên tục, cơ học vật rắn và biến dạng, lý thuyết dẻo, kim loại học vật lý, đại số tuyến tính Ngày nay, đang có một cuộc cách mạng về biến dạng tạo hình Các thành tựu lớn của cơ học vật rắn, biến dạng, toán học,

kỹ thuật mô phỏng đã tạo cho lý thuyết và công nghệ gia công áp lực một sức mạnh mới Ta có thể xác định được công nghệ biến dạng tối ưu, sử dụng hết khả năng biến dạng của vật liệu, tận dụng nguồn năng lượng và đặc biệt là nhờ vào việc sử dụng các kĩ thuật mô phỏng đã đưa ngành gia công áp lực giải quyết được công nghệ tạo hình không cần chế thử

Phương pháp công nghệ gia công kim loại bằng áp lực hay công nghệ biến dạng tạo hình là một phương pháp công nghệ, vừa là công nghệ chuẩn bị tạo phôi cho công nghệ cơ khi vừa là công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng, không những cho phép tạo ra hình dáng, kích thước sản phầm mà còn cho sản phẩm kim loại một chất lượng cao về các tính chất cơ-lý-hóa, tiết kiệm nguyên vật liệu, và cho năng suất lao động cao, từ đó hạ giá thành sản phẩm Đây cũng là dạng công nghệ duy nhất cũng một lúc biến đổi hình dạng kích thước

và tổ chức kim loại, nên chúng được ứng dụng khi yêu cầu chất lượng sản phẩm cao Trong điều kiện biến dạng và xử lý nhiệt nhất đinh, tổ chức kim loại thay đổi phá bỏ tổ chức đúc, tạo tổ chức thớ, làm nhro hạt tinh thể, tạo tectua, phá vỡ và làm phân tán các hạt tạp chất nhờ đó làm tăng tính bền, độ dai va đập và khả năng chịu mỏi, chịu va đập tăng tuổi thọ sản phẩm Sản phẩm của công nghệ gia công áp lực rất đa dạng, gia công nhiều loại vật liệu

Có thể tạo ra trang thái siêu dẻo, gia công biến dạng lớn hoặc gia công các vật liệu khó biến dạng

Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực là thước đo trình độ phát triển của một nền công nghiệp quốc gia

- Độ bóng và độ chính xác cao hơn các chi tiết

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên năng suất cao, giá thành hạ

Hạn chế

- Không gia công được các chi tiết phức tạo

- Bất lợi khi gia công chi tiết có kích thước quá lớn

- Khó gia công với vật liệu giòn

So với phương pháp cắt gọt

Ưu điểm

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

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

Nhược điểm

- Độ bóng độ chính xác thấp hơn so với phương pháp gia công cắt gọt.[5]

1.1.4 Một số phương pháp gia công áp lực điển hình

- Phương pháp cán

Phương pháp cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán quay ngược nhiều nhau để được sản phẩm cán có thiết diện giống như khe hở giữa hai trục cán ( lỗ hình) và có chiều dài không hạn chế.[5]

6

Hình 1.2 Công nghệ cán kim loại

- Phương pháp kéo kim loại

Là phương pháp biến dạng dẻo của 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.[5]

Hình 1.3.Công nghệ kéo kim loại

- Phương pháp ép kim loại

Phương pháp ép kim loại là phương pháp chế tạo các sản phẩm kim loại bằng cách điền đẩy kim loại chứa trong buồng ép kín hình trụ, dưới tác dụng của chày ép kim loại biến dạng qua lỗ khuôn ép có tiết diện giống như tiết diện ngang của chi tiết [5]

- Phương pháp dập thủy tĩnh

Dập tạo hình khối là phương pháp công nghệ có năng suất rất cao và chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ Nó được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo máy và sản xuất hàng tiêu dùng [1]

Hình 1.10 Sơ đồ trình tự các nguyên công trong dập thể tích

10

Hình 1.11 Sơ đồ giải thích quá trình dập thể tích

1.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ dập khối

a Ưu điểm

- Đồng thời với quá trình biến dạng dẻo của kim loại, trong quá trình dập tạo hình khối, cấu trúc tinh thể của kim loại bị thay đổi ( thường làm giảm độ hạt) và có thể tạo ra hướng thớ kim loại phù hợp, do đó làm cho độ bền và độ cứng chi tiết tăng lên

- Quá trình dập tạo hình khối sẽ tiết kiệm được nhiều kim loại, nhất là trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối Do đó hạ được giá thành sản phẩm

- Do tăng được độ bền và độ cứng nên kích thước chi tiết giảm đi, chi tiết

sẽ gọn nhẹ hơn

- Năng suất lao động caodo có thể cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất

- Có thể chế tạo được những chi tiết có kích nhỏ đến kích thường lớn

b Nhược điểm của quá trình dập tạo hình khối

11

- Hầu hết các quá trình tạo hình đều được thực hiện khi phôi ở trạng thái nóng do vậy chất lượng bề mặt chi tiết thấp, độ chính xác không cao, khó khăn cho việc cơ khí hóa và tự động hóa quá trình sản xuất

- Do phải gia công với phôi ở trạng thái nóng nên công nhân phải làm việc trong môi trường nóng, độc hại, khói bụi Khi làm việc các thiết bị thường gây tiếng ồn lớn ảnh hưởng tới sức khỏe của người lao động

- Hiện nay phương pháp dập tạo hình khối với phôi ở trạng thái nguôi được sử dụng khá phổ biến, khi đó độ nhẵn bóng bề mặt và độ chính xác của chi tiết được nâng cao mà không cần qua gia công cơ Nhưng phương pháp này chỉ áp dụng được với những chi tiết nhỏ và trung bình

1.2.3 Phân loại công nghệ dập khối

a Phân loại theo trạng thái nhiệt độ

- Dập nóng : phôi được nung nóng tới nhiệt độ gia công Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì ở nhiệt độ cao kim loại biến dẻo, dễ biến dạng, dễ điền đấy lòng khuôn, yêu cầu công suất thiết bị không quá cao, thiết bị và khuôn dập ít bị mòn

Hình 1.12 Sản phẩm công nghệ dập nóng

12

- Dập nguội : Phôi được nung nóng đến nhiệt độ vừa phải hoặc không cần nung nóng Sự biến dạng kim loại khó khăn Khả năng điền đầy của khuôn dập kém, đòi hỏi thiết bị phải có công suất lớn, thiết bị và khuôn dập chóng mòn, có thể xuất hiện ứng suất dư trong kim loại

Hình 1.13 Sản phẩm công nghệ dập nguội [10]

b Phân loại theo kết cấu lòng khuôn

- Dập trong khuôn hở : Đặc điểm cơ bản của dập trong khuôn hở là chỗ sản phẩm của nó có vành biên bao quanh chu vi mặt phân khuôn Vành biên này có ý nghĩa công nghệ đặc và khuôn không thể thiếu nó được Thiết bị chủ yếu để dập bằng khuôn hở là máy búa và các loại máy ép

Hình 1.14 Sơ đồ dập trong khuôn hở

13

- Dập trong khuôn kín : là phương pháp gia công áp lực có thể dùng để dập trên máy búa, máy ép và máy rèn ngang Mặc dù dập thể tích trong khuôn kín không có vành biên nhưng vì thể tích phôi không bằng nhau cho nên nhiều trường hợp vẫn có một lượng kim loại nhỏ chảy vào các khe hở ở các mặt phân khuôn hoặc tại khe hở giữa cần đẩy với khuôn tạo thành một lớp bavia nhỏ có thể tích thay đổi tùy theo độ chính xác của phôi

Hình 1.15 Sơ đồ dập thể tích trong khuôn kín

Mỗi phương pháp dập đều có ưu nhược điểm riêng của nó Xu thế hiện nay trong kĩ thuật người ta chú ý phát triển mạnh phương pháp dập trên khuôn kín

vi nó có những ưu việt cơ bản là chất lượng sản phẩm tốt, hệ số sử dụng vật liệu rất cao so với dập trên khuôn hở [1]

1.3 Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác

Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác điển hình được trình bày trên hình 1.16

14

Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ dập khối chính xác trong khuôn kín

Để dập chính xác chi tiết (Ví dụ chi tiết bánh răng) cần thiết xem xét nhiều yếu tố như: thiết bị, độ chính xác và độ bền của dụng cụ, độ chính xác kích thước của phôi và điều kiện nung nóng phôi…

Độ chính xác của dụng cụ phải hơn độ chính xác của chi tiết ít nhất một cấp Dụng cụ phải được điều chỉnh sao cho độ lệch tâm của chày dập và cối là nhỏ nhấ, trung tâm áp lực phải trùng với tâm đối xứng của chi tiết

Độ chính xác của chi tiết phụ thuộc vào nhiệt độ nung nóng của phôi trước khi dập Khi nhiệt độ càng cao thì càng khó dập chính xác do vật liệu bị oxy hoá bề mặt tạo ra vảy rèn, hơn nữa chi tiết bị biến dạng nhiệt Nhưng ở nhiệt

độ thấp quá trình tạo hình chi tiết rất khó khăn vì cần có lực dập lớn, khi lực dập lớn sẽ làm cho dụng cụ biến dạng, do đó giảm độ chính xác của chi tiết Ngược lại, nếu nhiệt độ của phôi trước khi dập cao, quá trình biến dạng của kim loại sẽ dễ dàng hơn nhưng chất lượng bề mặt chi tiết thấp, chi tiết bị biến dạng nhiệt

Hình1.17 thể hiện sơ đồ công nghệ dập chính xác chi tiết khớp nối chữ thập với mặt phân khuôn là tâm đối xứng của chi tiết (vị trí tiết diện mặt cắt ngang

là lớn nhất), dưới tác động của lực dập, phôi sẽ điền đầy vào lòng khuôn theo hướng từ dưới lên và từ trên xuống để đạt được chi tiết hoàn thiện qua các thông số công nghệ đã được tính từ trước [3]

và kích thước phức tạp nhất là tổ chức kim loại để có chất lượng về cơ tính tốt

và cho năng suất cao, giá thành hạ

Công nghệ gia công áp lực được xây dựng trên cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo của kim loại, khoa học nghiên cứu biến dạng của vật liệu, trường ứng suất và biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực nhằm khai thác hết khả năng biến dạng dẻo của vật liệu, tối ưu công nghệ, để xác định được quy trình công nghệ biến dạng

Hình 2.1 Chi tiết bánh răng [10]

Một vài chi tiết oto sử dụng công nghệ dập nửa nóng thường được kết hợp với công nghệ dập nguội đã trở thành một phương pháp gia công rất kinh tế đặc biệt đối với những chi tiết có thể tích khá lớn ở USA, Europe, Japan, và Korea [9]

2.2 Ý nghĩa của công nghệ dập nửa nóng

17

Công nghệ dập nửa nóng được ứng dụng trong quá trình gia công áp lực trong

đó phôi được nung nóng tới nhiệt độ trong khoảng từ đến Trong khoảng nhiệt độ này khi gia công ta sẽ giảm được đáng kể lực dập so với phương pháp dập nguội

Ý nghĩa chính của công nghệ dập nửa nóng là đối với những vật liệu kim loại

có chứa hàm lượng các bon khá cao >0,5% và những vật liệu chứa thành phần hợp kim cao > 3% Với những thép austenist không có tính giòn dễ vỡ thì ta chỉ nung tới nhiệt độ khoảng đến Với loại thép này không thể

sử dụng vùng nhiệt độ từ đến vì sự thiếu hụt những chất bôi trơn dành cho loại gia công này Dẫn đến khả năng ứng dụng của công nghệ dập nửa nóng đối với loại thep austenist khó hơn so với thép C Và vì vậy nó hiếm khi được áp dụng trong trường hợp này

Hình 2.2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và các đặc tính công nghệ thép C15

Hình minh họa trên chỉ ra mối quan hệ giữa giới hạn chảy, khả năng gia công

và sự phát triển của lớp gỉ dành cho thép cacbon khi được nung nóng ở nhiệt

độ cao Hai vùng này có thể được phân biệt dựa theo đường cong về khả năng chịu biến dạng không phù hợp với gia công áp lực

Vùng 1 : Dưới

18

Trong vùng này vật liệu ở trạng thái cứng nhất, tính “giòn xanh” xuất hiện Với những thép có hàm lượng hợp kim thấp thì sự suất hiện của nó là nhân tố chính tới tốc độ biến dạng Vì vậy sự “ giòn xanh” thay đổi tới một tốc độ cao khi tốc độ biến dạng tăng Mức độ “ giòn xanh” không tương ứng với lực biến dạng cũng như khả năng biến dạng, thậm chí xảy ra ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt

độ phòng

Vùng II : Ở nhiệt độ

Ở trong vùng này khả năng biến dạng ở mức cao gọi là ròn đỏ Khả năng biến dạng đầu tiên có thể là 2,5 lần so với ở nhiệt độ môi trường Giới hạn chảy của cùng 2 có giá trị gần như không đổi từ đến Với sai số của dụng

cụ cảm ứng nhiệt độ trong khoảng có thể đạt được Điều này có nghĩa

là nếu ở đây không có dao động về giới hạn chảy thì sẽ không có dao động trong lực dập Điều này cho ta một kết quả khá chính xác, gần đúng hoặc đúng với hình dạng chi tiết Việc tăng giới hạn nhiệt độ của quá trình dập nửa nóng lên 850 độ C của vật liệu thép được xác định bằng sự xuất hiện của lớp gỉ sắt

So với công nghệ dập nguội thì công nghệ dập nửa nóng có những ưu điểm hơn như:

- Giảm lực dập yêu cầu

- Giảm giới hạn về kích thước

- Hệ số sử dụng vật liệu cao

- Cho phép gia công áp lực đối với một số thép mà phương pháp dập nguội không thể gia công được

So với phương pháp dập nóng, công nghệ dập nửa nóng có một số lợi ích :\

- Giảm năng lượng cần thiết

19

- Giảm bước công nghệ hoàn thiện

- Tỉ lệ sử dụng vật liệu cao hơn

Nói tóm lại, ta có thể nói rằng công nghệ dập nửa nửa nóng là sự kết hợp những thuận lợi của phương pháp dập nguội và dập nóng Bằng việc khai thác những tính chất có lợi của thép ở nhiệt độ cao Chúng ta có thể đạt được những độ chính xác gần như tương đương như khi sử dụng công nghệ dập nguội thông qua những phương pháp sử lý tiếp theo

Chính vì những lợi ích này đã làm cho công nghệ dập nửa nóng rất phù hợp với những loại chi tiết yêu cầu chính xác Nhưng một phần chi tiết lại bị giới hạn bởi lý do công nghệ, kinh tế cũng như kích thước và hình dạng bên ngoài

Vì vậy phương pháp dập nửa nóng còn có thể được sử dụng thay thế cho phương pháp dập nóng ở giới hạn nhất định [9]

2.3 Khả năng công nghệ của công nghệ dập nửa nóng

Những chi tiết dập nửa nóng cũng thường được chế tạo bằng công nghệ dập nóng Chủ yếu là những chi tiết nằm trong cụm thực hiện chuyển động quay tròn Ngoài ra, một số chi tiết dạng khối không thể áp dụng phương pháp dập nguội và những vật liệu chứa hàm lượng V khá cao hoặc thành phần hợp kim lớn

Loại khuôn kín thường được sử dụng trong công nghệ dập nửa nóng để tạo ra chi tiết chính xác (không có bavia) hoặc thể tích biên thấp Dụng cụ phải chịu được áp lực (khoảng ⁄ đến ⁄ ) Với những chi tiết có hình dạng không đều hoặc có những phần giao nhau về hình dạng sẽ rất dễ tạo dạn nứt Những góc cạnh hoặc những vị trí chuyển tiếp phức tạp sẽ được giảm thiểu tối đa Chính vì vậy nó có khả năng công nghệ vượt trội hơn phương pháp dập nguội ở khả năng gia công những chi tiết có thể tích hoặc khối lượng lớn

Khối lượng các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp dập nửa nóng thường phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chi tiết đó( thường trong khoảng từ 0,5kg đến 5kg) Những chi tiết có đường kính từ 40 mm đến 120mm thì tùy thuộc vào khả năng gia công của thiết bị Chiều dài lớn nhất của chi tiết phụ thuộc vào

20

hành trình của dụng cụ nhưng thường không lớn hơn 300mm Rất nhiều những chi tiết trong ngành công nghiệp otô được sản xuất bằng phương pháp dập nguội như các khớp các đăng, vành bánh xe, các phần trục sau, bánh răng cũng như các chi tiết ổ bi đỡ và một số dụng cụ công nghiệp cầm tay

Hình 2.3 Sản phẩm của công nghệ dập nửa nóng

Những chi tiết có khối lượng nhỏ có thể chỉ được áp dụng công nghệ dập nửa nóng khi phương pháp dập nguội không thể thực hiện được vì có hàm lượng C hoặc hàm lượng hợp kim không thích hợp Những chi tiết nặng hoặc lớn hơn khả năng gia công của máy dập có thể được áp dụng công nghệ dập nửa nóng trên thiết bị thủy lực Trong một vài trường hợp thời gian tiếp xúc giữa chi tiết

và dụng cụ lớn sẽ làm giảm tuổi thọ của dụng cụ [9]

2.4 Thành phần cấu tạo vật liệu được áp dụng

Phương pháp dập nửa nóng được xử dụng với thép ferit với hàm lượng C không cao quá 0.8 % và hàm lượng các hợp kim cao nhưng không quá 10%

21

2.5 Các cấp chính xác đạt được

Độ chính xác : phụ thuộc rất lớn hình dạng của chi tiết và sự kết hợp của

nhiều vấn đề như khả năng làm mát, bôi trơn, độ cứng vững của dụng cụ Cấp chính xác thường đạt được là IT 11-12, có thể là IT9-10 thâm chí IT8 cũng có thể đạt được

Chất lượng bề mặt : Chất lượng bề mặt phụ thuộc rất lớn vào khả năng bôi trơn, làm mát [9]

2.6 Tính kinh tế của dập nửa nóng

So với phương pháp dập nguội, phương pháp dập nửa nóng phải xét đến các yếu tố khách quan như nhiệt độ chi tiết và nhiệt độ dụng cụ Để duy trì được nhiệt độ tối ưu cho quá trình dập không bị gián đoạn, quá trình gia công phải được tiến hành liên tục Sự phát triển của các loại dụng cụ và thời gian yêu cầu đòi hỏi sự kiểm tra để tối ưu hóa quá trình làm mát và bội trơn gây ra giá thành cao so với phương pháp dập nóng và dập nguội Nhưng việc giá thành tăng có thể được bù lại tương ứng với việc chế tạo các chi tiết có số lượng lớn ( khoảng 200000 chi tiết 1 năm) Sản xuất hàng khối cũng có thể là lượng lớn tương xứng vì không những máy mà thiết bị cung cấp nhiệt cũng phải thay đổi phụ thuộc vào việc gia công những phôi có kích thước khác nhau Ta có thể sản xuất một ca tối thiểu một lô hàng khối ( khoảng 8000 đến 10000 chi tiết) Loại sản xuất hàng khối này có thể từ 30000 đến 40000 chi tiết Do đó việc sản suất sẽ hoàn toàn tự động và điều quan trọng đáng lưu ý nhất ở đây là việc thay khuôn và điều khiển khuôn phải tối ưu vì có thể giảm thời gian thay khuôn nhưng lại tăng chi phí [9]

22

2.7 Thiết bị sử dụng trong công nghệ dập nửa nóng

Sự kết hợp giữa nhiệt độ gia công cao và lực dập khá lớn dẫn đến việc chọn vật liệu và hình dạng của thiết bị phải phù hợp và phức tạp hơn so với phương pháp dập nguội và dập nóng Các thiết bị tiếp xúc trực tiếp phải được khảo sát

kĩ và đủ tiêu chuẩn về kích thước, khả năng chịu tải cũng như chịu được nhiệt

độ cao, ma sát và ăn mòn hóa học

Vì vậy một số tiêu trí phải được đảm bảo

- Khả năng chịu được biến dạng dẻo

- Khả năng chịu phá hủy

bị giảm độ cứng đồng thời bị giảm tuổi thọ

Thép gió được sử dụng vì nó tạo ra những ưu thế vượt trội đối với những dụng cụ có khối lượng lớn Nhưng nhược điểm của nó là khả năng chịu nhiệt

độ cao khá kém

Nếu số lượng sản phẩm cao hơn, thép có khả năng chịu nhiệt độ cao sẽ được

sử dụng làm dụng cụ Bao gồm X40CrMoV53 được dùng để làm cối và khuôn với độ cứng cao hơn 54-56HRC và X32CrMoV33 được dùng làm chày với độ cứng 54-56HRC Nhiệt độ cao sẽ gây ra giá thành cao bởi một hệ thống làm mát đòi hỏi tốt hơn Nhưng điều này sẽ được đền bù bằng việc tăng sản lượng đầu ra Diều này sẽ không thể thực hiện được nếu không sử dụng dụng cụ làm bằng thép gió trong bất kì trường hợp nào Nó không phụ thuộc vào việc thừa nhiệt độ hoặc thời gian làm mát tăng bởi quá trình dập xen kẽ hoặc dập mỗi giây 1 chi tiết Thép dùng trong dập nửa nóng thường bị nitrat hóa trong thời gian ngắn

Tuổi thọ của dụng cụ có thể đạt được với một hỗn hợp được gọi là “siêu hợp kim” có tên thương mại là inconel 718( hợp kim gốc niken chưa crom,

Suốt trong quá trình dập nửa nóng, những thiết bị nặng chiếm khoảng 50-60%

so với dập nguội và gần gấp 2 so với dập nóng

Độ cứng và tuổi thọ của dụng cụ phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc hình học của chi tiết đặc biệt là độ bền

Ví dụ : Với những thiết bị kém chất lượng thì rất khó có thể điền đầy khuôn

và không thuận lợi cho quá trình khứ hồi của chày dập Thiết bị sử dụng cho phương pháp dập nửa nóng hàng khối chỉ được cho phép mòn đi khoảng 0,2mm sau 10000 chi tiết Với dụng cụ làm việc trong môi trường nóng thông thường sẽ muonf đi khoảng 0,05 đến 0,1mm sau 10000 chi tiết

 Kết quả : Nếu dung sai cho phép của chi tiết càng lớn thì tuổi thọ của dụng cụ càng cao Quá trình dập được thiết kế sao cho khoảng 60-80% khả năng tối đa của dụng cụ được sử dụng Nếu không thể làm mát tốt nhất( do hình dạng cấu trúc của dụng cụ) thì rơle chống quá tải nhiệt sẽ được sử dụng [9]

2.8 Làm mát bôi trơn của thiết bị dập nửa nóng

Cùng với những kinh nghiệm trong việc chọn và thiết kế dụng cụ cho quá trình sản xuất chi tiết,bôi trơn và làm mát là vô cùng quan trọng để giảm chi phí cho quá trình dập nửa nóng Khó khăn nằm ở chỗ tối ưu hóa quá trình bôi trơn thì sẽ ảnh hưởng tới quá trình làm mát và ngược lại Khi tối ưu hóa quá trình làm mát sẽ giới hạn khả năng bôi trơn vì vậy ta phải chấp nhận một yếu

tố nào đó không được tối ưu

Hiện nay, phương pháp bôi trơn phủ graphite được sử dụng cho công nghệ dập nửa nóng Với những vật dập ngắn thông thường hoặc những chi tiết dạng tấm, việc làm mát và bôi trơn được thực hiện đồng thời bằng dung dịch Nhưng đối với những chi tiết dạng càng hoặc những chi tiết khó điền đầy khuôn thì chúng ta cần phải sử dụng đến một hệ thống bôi trơn và làm mát hết

24

sức phức tạp Một hệ thống phun đặc biệt kết hợp với khí nén được sử dụng kết hợp luân phiên với thời gian dài dành cho việc làm mát và thời gian ngắn dành cho việc bôi trơn Trong trường hợp đặc biệt làm việc với số lượng lớn,

hệ thống bôi trơn làm mát sẽ được điều khiển riêng [2]

2.9 Chế tạo và chọn phôi

Vì chúng ta áp dụng công nghệ dập nửa nóng trong khuôn kín là chủ yếu, vì

vậy dung sai về khối lượng sẽ khoảng Với dung sai như vậy ta chỉ có thể đạt được với một chất lượng vật liệu Nói cách khác cũng có một dung sai khắt khe dành cho thiết bị cắt vật liệu Nếu điều kiện này không được thỏa mãn thì chi tiết có thể không đạt được khối lượng theo yêu cầu

Vì các góc cạnh của phôi sẽ dẫn đến sự ăn mòn nhanh hơn của dụng cụ, đặc biệt là trong quá trình biến dạng Trước khi gia công ta phải sử dụng công nghệ phun bề mặt hoặc làm bóng chi tiết một cách hợp lí Các phương pháp phun hoặc làm bóng bề mặt sẽ loại bỏ những góc cạnh và những gờ sắc gây ra bởi phương pháp tạo hình

Những thép dạng tròn nóng thường được sử dụng để làm phôi Lớp gỉ bề mặt cũng có vai trò quan trọng Khi gia công tạo hình chi tiết sẽ tạo ra một lớp graphite bên ngoài trước khi dập vì vậy lớp gỉ này có tác dụng cải thiện tuổi thọ của dụng cụ đặc biệt dành cho quá trình biến dạng [8]

2.10 Quá trình gia công

Quá trình dập tự động rất phù hợp với công nghệ dập nửa nóng Với hệ thống

di chuyển, hệ thống bôi trơn làm mát thích hợp với thiết bị và bàn máy, hệ thống phun trượt Các thiết bị được điều khiển với tốc độ khoảng 20-40 chi tiết trong một phút

2.11 Kết Luận

Công nghệ dập nữa nóng là một phương pháp gia công đem lại nhiều lợi ích hơn so với các phương pháp khác và dập nguội, nhưng nó không thể thay thế hoàn toàn cho các phương pháp khác Bằng việc mở rộng các dạng chi tiết phù hợp với công nghệ dập nửa nóng, phương pháp gia công này thường

25

được kết hợp với dập nguội sẽ mang lại tính kinh tế rất cao, đặc biệt với những chi tiết có thể tích lớn