Nghiên cứu khả năng tạo hình các chi tiết truyền động từ phôi ống trong khuôn kín

Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ dập khối, mô hình quá trình dập khối, đặc điểm, các dạng sản phẩm của quá trình dập khối, ngoài ra còn giới thiệu về các khuyết tật xảy ra ở cá

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí)

Mẫu 1b MẪU TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ ĐÌNH DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẠO HÌNH CÁC CHI TIẾT TRUYỀN ĐỘNG

TỪ PHÔI ỐNG TRONG KHUÔN KÍN

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí

SĐH.QT9.BM11 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : ……… ………

Đề tài luận văn: ……… ……… ….

Chuyên ngành:……… ……… …

Mã số SV:……… ……… …

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày… ………… với các nội dung sau: ……… …………

……… ………

……… ………

……… ………

……… ………

……… ………

Ngày tháng năm

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Mẫu 1c MẪU TRANG MỤC LỤC

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU Chương 1 – TỔNG QUAN 1.1 …

1.2 …

Chương 2 - … 2.1 …

QUY ĐỊNH VỀ HÌNH THỨC LUẬN VĂN THẠC SĨ

LUẬN VĂN ĐƯỢC TRÌNH BÀY THEO THỨ TỰ SAU:

1 Trang bìa luận văn: Mẫu kèm theo

2 Mục lục của luận văn: Ghi chi tiết từng chương mục và số trang của chương mục đó

3 Nôi dung luận văn: Trình bày rõ các vấn đề theo trình tự:

3.1 Phần mở đầu

- Lý do chọn đề tài

- Lịch sử nghiên cứu

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

- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

- Phương pháp nghiên cứu

Nội dung:

- Chương 1

- Chương 2

- Chương 3 Kết luận:

- Những kết luận mới

- Đóng góp mới và kiến nghị của tác giả về sử dụng kết quả nghiên cứu của luận văn

3.4 Danh mục các tài liệu tham khảo (có hướng dẫn riêng kèm theo)

- Các phụ lục (nếu có) để làm sáng tỏ nội dung của luận văn

4 Phải trình bày mạch lạc, rõ ràng, sạch sẽ, theo đúng yêu cầu của các công trình đưa in,

kể cả tài liệu minh hoạ Các bảng biểu, đồ thị, hình vẽ … nếu trình bày theo chiều ngang của khổ giấy thì cần được đóng ngay đầu bảng biểu… vào gáy của quyển luận văn Các công thức, ký hiệu … nếu phải viết thêm bằng tay thì cần viết bằng mực đen, rõ ràng, sạch sẽ

5 Luận văn được in trên một mặt giấy trắng khổ A4 (210 x 297mm), dày không quá 100 trang, không kể hình vẽ, bảng biểu, đồ thị và danh mục tài liệu tham khảo Đối với các luận văn về khoa học xã hội khối lượng có thể nhiều hơn 20% đến 30%

6 Luận văn sử dụng chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo Winword hoặc tương đương; mật độ chữ bình thường, không được nén hoặc kéo dãn khoảng cách giữa các chữ; dãn dòng đặt ở chế độ 1,5 lines; lề trên 3,5cm; lề dưới 3,0cm; lề trái 3,5cm, lề phải 2 cm Số trang được đánh ở giữa, phía dưới trang giấy

7 Luận văn đóng bìa cứng, khổ 210 x 297 mm, ngoài bìa có mạ chữ vàng

8 Tuyệt đối không được tẩy, xoá, sửa chữa trong luận văn

HƯỚNG DẪN XẾP TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tài liệu tham khảo xếp theo thứ tự ABC họ tên tác giả luận án theo thông lệ của từng nước:

- Tác giả là người nước ngoài: xếp thứ tự ABC theo họ

- Tác giả là người Việt Nam: xếp thứ tự ABC theo tên nhưng vẫn giữ nguyên thứ

tự thông thường của tên người Việt Nam, không đảo tên lên trước họ

- Tài liệu không có tên tác giả thì xếp theo thứ tự ABC từ đầu của tên cơ quan ban hành báo cáo hay ấn phẩm, ví dụ: Tổng cục Thống kê xếp vào vần T, Bộ Giáo dục và Đào tạo xếp vào vần B, v.v…

2 Tài liệu tham khảo là sách, luận án, báo cáo phải ghi đầy đủ các thông tin sau:

 Tên các tác giả hoặc cơ quan ban hành (không có dấu ngăn cách)

 (năm xuất bản), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

 tên sách, luận án hoặc báo cáo, (in nghiên, dấu phẩy cuối tên)

 nhà xuất bản, (dấu phẩy cuối tên nhà xuất bản)

 nơi xuất bản, (dấu chấm kết thúc tài liệu tham khảo)

(xem ví dụ trang sau tài liệu số 2, 3 ,4, 23, 30, 31, 32, 33

Tài liệu tham khảo là bài báo trong tạp chí, bài trong một cuốn sách… ghi đầy đủ các thông tin sau:

 tên các tác giả (không có dấu ngăn cách)

 (năm công bố), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

 “tên bài báo”, (đặt trong ngoặc kép, không in nghiên, dấu phẩy cuối tên)

 tên tạp chí hoặc tên sách, (in nghiên, dấu phẩy cuối tên)

 tập (không có dấu ngăn cách)

 (sổ), (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

 các số trang, (gạch ngang giữa hai chữ số, dấu chấm kết thúc)

(xem ví dụ trang sau tài liệu số 1, 28, 29)

Cần chú ý những chi tiết về trình bày nêu trên Nếu tài liệu dài hơn một dòng thì nên trình bày sau cho từ dòng thứ hai lùi vào so với dòng thứ nhất 1 cm để phần tài liệu tham khảo được rõ ràng và dễ theo dõi

Dưới đây là ví dụ về cách trình bày trang tài liệu tham khảo:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Anderson, J.E (1985), The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case,

American Economic Review, 75(1), pp 178-90

2 Borkakati R.P., Virmani S.S (1997), Genetics of thermosensitive genic male sterility

in Rice, Euphytica 88, pp 1-7

3 Boulding, K.E (1955), Economics Analysis, Hamish Hamilton, London

4 (1), tr 10-16

………

28 Institute of Economics (1988), Analysis of Expenditure Pattern of Urban Households

in Vietnam, Department of Economics, Economic Research Report, Hanoi

QUY ĐỊNH VỀ HÌNH THỨC TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐƯỢC TRÌNH BÀY THEO THỨ TỰ SAU:

1 Tóm tắt luận văn được trình bày 2trang, cỡ chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo Winword hoặc tương đương; mật độ chữ bình thường, không được nén hoặc kéo dãn khoảng cách giữa các chữ; dãn dòng đặt ở chế độ 1,5 lines; lề trên 3 cm; lề dưới 3,0cm; lề trái 3, cm, lề phải 2 cm Số trang được đánh ở giữa, phía dưới trang giấy

2 Tóm tắt luận văn phải phản ánh trung thực kết cấu, bố cục và nội dung luận án, phải ghi đầy đủ toàn văn kết luận của luận văn

3 Tuyệt đối không được tẩy, xoá, sửa chữa trong tóm tắt luận văn

4 Nôi dung tóm tắt luận văn trình bày ngắn gọn các vấn đề theo trình tự và mẫu

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

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

d) Phương pháp nghiên cứu

e) Kết luận

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Lê Đình Dũng, học viên lớp Cao học Công nghệ chế tạo máy – Khoá 2014B, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Sau thời gian học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy và đặc biệt PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, tôi đã quyết định chọn đề

tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu khả năng tạo hình các chi tiết truyền động từ phôi ống

Hà Nội, tháng 3 năm 2017

Tác giả

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN VỀ DẬP KHỐI 11

1.1 Khái niệm chung về tạo hình khối 11

1.2 Các nguyên công cơ bản trong công nghệ dập khối [1] 18

1.3 Kết luận chương 1 25

CHƯƠNG 2: 26

CÁC DẠNG KHUYỆT TẬT ĐIỂN HÌNH TRONG DẬP KHỐI 26

2.1 Các dạng khuyết tật khi rèn tự do [3] 27

2.2 Khắc phục các khuyết tật [3] 34

2.3 Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3 36

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ 36

3.1 Các phương pháp thường dùng để gia công chi tiết dạng bích nối ống và khớp nối truyền động 36

3.2 Đề xuất phương án chế tạo chi tiết điển hình 37

3.3 Xây dựng mô hình và quá trình các bước dập 40

3.4 Mô phỏng tối ưu quá trình tạo hình chi tiết trên ABAQUS/CAE 41

3.4.1 Phương trình liên tục [2] 41

3.4.2 Phương trình cân bằng [2] 42

3.4.3 Phương trình quan hệ giữa ứng suất và biến dạng [2] 42

3.4.4 Phương trình điều hòa [2] 43

3.4.5 Mô hình hóa và mô phỏng số trên Abaqus [4][5][6] 44

3.5 Kết luận chương 3 65

CHƯƠNG 4 66

THIẾT KẾ KHUÔN DẬP CHI TIẾT [1] 66

4.1 Ưu điểm của việc thiết kế khuôn với sự trợ giúp của máy tính 66

4.2 Điều kiện làm việc của khuôn 67

4.4 Kết cấu khuôn 68

4.5 Khuôn chồn cục bộ tạo vành và khuôn dập vấu truyền lực 68

4.5.1 Khuôn chồn cục bộ tạo vành 68

4.5.2 Khuôn dập tạo hình vấu truyền lực 71

4.6 Lựa chọn máy phù hợp để gia công [7] 74

4.7 Kết luận chương 4 76

KẾT LUẬN 77

BẢNG CÁC KÝ HIỆU

kfm Ứng suất chảy trung bình N/mm2

l0 Chiều dài của phôi ban đầu mm



T Ten xơ ứng suất

Wges Công biến dạng cần thiết KN.m

DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1.8 Sơ đồ bài toán ép chảy thuận phôi có tiết diện ngang tròn 24

2.10 Các vết xước sâu trên bề mặt răng 32

2.13 Phương pháp sửa nguội khuyết tật 34

3.2 Chi tiết hàn và gia công cơ 36,37 3.3 Một số hình thái công nghệ chồn ống trong khuôn hở và

khuôn kín

38

3.7 Đường cong ứng suất – biến dạng vật liệu 40

46 3.9 Lựa chọn kiểu phần tử và các phân vùng và mật độ phù hợp 47 3.10 Mô hình hóa và gán vật liệu 48,49 3.11 Đặt điều kiện biên và ràng buộc giữa các chi tiết 50,51,

52 3.12 Ứng suất và hướng chảy vật liệu 53,54,

55

3.19 Khuyết tật trong quá trình chồn cục bộ 59 3.20 Biểu đồ lực trên toàn bộ quá trình 59 3.21 Mô hình hóa và cắt ¼ chi tiết trên CATIA 61 3.22 Mô hình hóa khuôn và chi tiết trên phần mềm mô phỏng 61 3.23 Quá trình hình thành vấu truyền lực 62

3.24 Phân bố ứng suất sau khi dập 63

3.26 Mức độ biến dạng tương đương 64 3.27 Biểu đồ dập trên toàn quá trình 64 3.28 Phân bố nhiệt độ sau khi dập 64

4.9 Mô hình 3D và bản vẽ chế tạo khuôn dập tạo hình vấu truyền

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, chất lượng sản phẩm yêu cầu ngày càng cao, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và phải đáp ứng nhanh chóng về mặt thời gian Do vậy, tối ưu hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chi phí thiết kế, sản xuất và hạ giá thành sản phẩm luôn là tiêu chí hàng đầu cho tất

cả các nhà sản xuất

Trước đây, khi công nghệ chưa phát triển, tối ưu hoá công nghệ thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất và tối ưu dần trong quá trình sản xuất mà không có tính tổng quát nên hiệu quả thường không cao Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, tự động hoá đã trợ giúp quá trình tối ưu hoá công nghệ một cách đơn giản, nhanh chóng và chính xác bằng phương pháp mô phỏng số trên máy tính đem lại hiệu quả cao trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất

Ở nước ta hiện nay, mô phỏng số vẫn còn là một vấn đề mới mẻ, hầu như chưa được ứng dụng phổ biến vào sản xuất mà chỉ được nghiên cứu ở một số trường đại học cũng như các viện nghiên cứu Để góp phần vào sự phát triển chung của việc nghiên cứu tối ưu hoá công nghệ nhờ mô phỏng số và thúc đẩy ứng dụng kết quả tối ưu vào sản xuất công nghiệp, luận văn này tập chung nghiên cứu khuyết tật “Gấp” là khuyết tật hay xảy

ra trong công nghệ dập khối và ứng dụng phương pháp mô phỏng số nhờ phần mềm ABAQUS nhằm tối ưu hoá công nghệ dập khối để tránh được khuyết tật này

Luận văn được trình bày trong 4 chương

Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ dập khối, mô hình quá trình dập khối, đặc điểm, các dạng sản phẩm của quá trình dập khối, ngoài ra còn giới thiệu về các khuyết tật xảy ra ở các nguyên công trong quá trình dập khối

Chương 2 trình bày các kết quả nghiên cứu về sự hình thành mất ổn định trong kết cấu, các dạng khuyết tật của sản phẩm trong dập khối, nghiên cứu và chỉ ra các nguyên nhân gây nên khuyết tật đó và các biện pháp khắc phục

Vấn đề về xây dựng mô hình bài toán chồn phôi ống được trình bày trong chương

3 Đây là một dạng phôi chưa được sử dụng nhiều trong dập khối, nhưng lại rất phù hợp với các sản phẩm có lỗ lắp ghép Tuy nhiên khi dập khối, phôi rỗng thường dẫn đến mất

ổn định và gây ra khuyết tật nên cần được xem xét khảo sát một cách cơ bản nhất Dựa trên lý thuyết cơ bản và qua các mô phỏng bằng phần mềm ABAQUS các trường hợp khác nhau của phôi ống để từ đó tìm ra các thông số phù hợp

Chương 4 nghiên cứu khảo sát bài toán dập tạo hình chi tiết khớp nối áp dụng những kết quả nghiên cứu trong chương 3 để tránh xảy ra khuyết tật gấp trong sản phẩm, đồng thời nâng cao chất lượng chi tiết dập

Phần kết luận đưa ra một vài tổng kết quan trọng và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẬP KHỐI

1.1 Khái niệm chung về tạo hình khối

1.1.1 Định nghĩa

Dập khối là quá trình tạo hình kim loại dạng khối nhờ biến dạng dẻo trong lòng khuôn (dụng cụ gia công) ở nhiệt độ thích hợp

1.1.2 Đặc điểm chung của công nghệ

Dập khối là một trong những phương pháp gia công bằng áp lực nhớ lợi dụng tính dẻo của kim loại tạo ra một sản phẩm hoặc bán thành phẩm có hình dạng và kích thước theo mong muốn bằng cách làm cho kim loại chảy dẻo và điền đầy vào long khuôn hay chảy qua lỗ thoát hoặc bị biến dạng toàn phần thể tích phôi

Dập khối nhiều ưu nhược điểm, cụ thể như sau:

- Các chi tiết được gia công bằng phương pháp tạo hình khối có độ bền độ cứng tăng, đồng thời trong quá trình tạo hình tạo ra được những thớ kim loại phù hợp nên có thể làm được các chi tiết vừa và nhỏ gọn nhưng lại bền chắc có vai trò quan trọng trong công nghiệp chế tạo máy

- Tiết kiệm được nhiều kim loại nhất là trong sản xuất loạt lớn hoặc hàng khối nên giá thành sản xuất giảm

- Có thể tận dụng được phế liệu của sản phẩm để làm chi tiết khác

- Với những ưu điểm về năng xuất, chất lượng sản phẩm cao, giá thành hạ, thao tác sản xuất đơn giản không đòi hỏi bặc thợ cao lại có thể chế tạo được những chi tiết rất nhỏ (như cây kim) đến những chi tiết rất lớn (khoảng 500 tấn) mà dập khối sử dụng rộng rãi trong mại lĩnh vực: Dân dụng, công nghiệp nặng – nhẹ, Quốc phòng Tuy nhiên dập khối cũng có những nhược điểm riêng:

- Quá trình tạo hình cần sử dụng lực công nghệ lớn nên hầu hết phải thực hiện với phôi ở trạng thái nóng (10000C-12000C) do vậy chất lượng bề mặt sản phẩm thấp

và độ chính xác không cao (hiện tượng cháy và thoát các bon bề mặt) khó cơ khí

và tự động hóa

- Công nhân (nhất là ở nước ta) làm việc nặng nhọc trong môi trường độc hại, tiếng

ồn nên tai nạn lao động hay xảy ra

- Không tạo ra được những chi tiết có hình dáng và kết cấu phức tạp như công nghệ của các nước phát triển

- Ngày nay do sự phát triển của khoa học kĩ thuật người ta đã tạo ra được các thiết

bị tạo hình khối với kim loại ở trạng thái nguội nên độ bóng và độ chính xác của chi tiết cao nhưng chỉ áp dụng phương pháp dập nguội đối với các chi tiết nhỏ và trung bình

- Trong quá trình dập khối tùy theo hình dạng và kích thước của từng loại chi tiết người ta sử dụng các loại phôi khác nhau: Phôi đúc thép, phôi thép cán định hình, phôi thép tấm cán, phôi cán chu kỳ Tương ứng với mỗi loại phôi lại có một quá trình chuẩn bị phôi khác nhau, chất lượng phôi cũng vì thế mà khác nhau Thường quá trình Dập khối có 3 giai đoạn:

 Giai đoạn chuẩn bị, trong giai đoạn này có thể tạo hình sơ bộ cho phôi

 Giai đoạn nguyên công tạo hình chính

 Giai đoạn các nguyên công riên lẻ để hoàn chỉnh sản phẩm

Bảng 1.1 Đối tượng nghiên cứu của dập khối

Quá trình dập khối có thể được coi là một công đoạn của quá trình sản xuất cơ khí và cũng có thể là một quá trình sản xuất hoàn chỉnh Để nghiên cứu một quá trình dập khối, ta coi đây là một quá trình liên tục có đầu vào (input), xử lý (process) và đầu

ra (output): đầu vào là phôi, quá trình xử lý phôi là các nguyên công dập khối và sản phẩm hoặc bán thành phẩm đầu ra gọi là vật dập Các đối tượng của quá trình dập khối được thể hiện ở bảng dưới đây

Thông qua việc mô tả quá trình và các nguyên công của quá trình dập khối ta hiểu

rõ hơn về quá trình tạo thành sản phẩm nhờ công nghệ này

Phôi  Rèn, Dập khối  Phôi dập

- Phôi cán chu kỳ, định hình - Vuốt, kéo - Chi tiết

Hình 1.1 Sơ đồ khối của quá trình dập khối

Trong sơ đồ trên gù đúc, thỏi đúc và các loại thép càn chu kỳ là phôi đầu vào cho quá trình rèn và dập khối Phôi được nung đạt một nhiệt độ thích hợp trước khi chuyển sang các nguyên công chuẩn bị (rèn tự do) hoặc các nguyên công tạo hình (dập trong khuôn) Sau khi dập xong phôi dập sẽ được tiến hành các nguyên công xử lý sau dập như cắt biên, làm nguội và tiến hành gia công cơ nếu cần

Dập khối là một trong những công nghệ thuộc công nghệ dập tạo hình, trong đó còn phải kể đến công nghệ dập tấm Tuy nhiên dập khối là một trong những công nghệ điểm hình và được ứng dụng nhiều trong thực tế sản xuất để tạo ra các chi tiết và sản phẩm điểm hình của ngành Quá trình dạp khối để làm ra sản phẩm cũng cần phải qua một vài giai đoạn và một vài nguyên công, sơ đồ phần loại sau đây cho ta hiểu rõ hơn về công nghệ dập tạo hình, đặc biệt là công nghệ dập khối

Phôi Nung phôi

Rèn tự do

Dập khối

Sản phẩm

Xử lý sau dập

Hình 1.2 Phân loại dập khối

Trong công nghệ dập tạo hình, hai lĩnh vực chủ yếu là dập tấm và dập khối Dập tấm là quá trình tạo hình và xử lý phôi dạng tấm (chiều dày có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với hai chiều còn lại và không tính đến biến dạng của chiều dày), trong dập khối thì đối tượng phôi cần tạo hình ở dạng khối Do đặc điểm phôi khác nhau nên quá trình

công nghệ, thiết bị tạo lực và bản chất các quá trình cũng khác nhau

1.1.3 Các dạng sản phẩm điển hình

Các dạng sản phẩm dập khối rất đa dạng và phong phú, ví dụ như: Sản phẩm đáp ứng các ngành công nghiệp vận tải như ô tô, máy bay hay phục vụ ngành công nghệ chế tạo máy và dân dụng Chi tiết dập khối có trong máy móc và thiết bị yêu cầu cơ tính cao, hình dạng phức tạp và sản xuất hàng loạt lớn Hình 1.3 là các dạng sản phẩm dập khối điển hình như bánh răng, khớp nối, tay biên, trục khuỷu, vỏ đạn, vành răng, ổ lăn … và

Chồn Vuốt Uốn

đồng tiền xu dập khối nguội

Hình 1.3 Các sản phẩm dập khối điển hình

1.1.4 Thiết bị thực hiện

Đến nay do những thành tựu khoa học, kỹ thuật ngày càng cao, các nước công nghiệp phát triển đã chế tạo các thiết bị dập tạo hình cỡ lớn và hiện đại, các thiết bị phục vụ công nghệ dập thể tích khác nhau như:

- Máy búa hơi có trọng lượng phần rơi đến G = 25 tấn

- Máy búa không bệ đe có năng lượng và đập đạt đến Le = 1,5 MJ

- Máy ép trục khuỷu dập nóng có lực ép danh nghĩa đến P = 130MN (13000tấn)

- Máy ép thủy lực có lực ép danh nghĩa đến P = 750MN (75000 tấn)

- Máy ép ma sát trục vít có danh nghĩa đến P = 16MN (1600 tấn)

- Máy rèn ngang có danh nghĩa đến P = 31,5 MN (3150 tấn)

Ngoài ra còn có các máy búa cao tốc, búa thủy lực có lực dập lớn, có hiệu suất sử dụng cao trong quá trình dập khối Các thiết bị đó được mô tả ở các hình dưới đây

Chồn là một quá trình nén (Hình 1.1) Biến dạng theo phương lực tác dụng là âm (nén), hai phương còn lại là dương (kéo) Chồn có thể được thực hiện ở trạng thái tự do,

có ma sát, không có ma sát hoặc chồn cưỡng bức trong khuôn kín.[1]

Hình 1.5 Sơ đồ bài toán chồn

(a) Sơ đồ lực tác dụng (b) Sơ đồ trạng thái ứng suất (c) Sơ đồ trạng thái biến dạng

Khi chồn có thể xảy ra hai trường hợp:

- Lượng biến dạng kéo bằng nhau và bằng một nửa lượng biến dạng nén theo phương của lực tác dụng Trường hợp này được gọi là nén đơn giản

- Nếu một trong hai lượng biến dạng kéo bằng không, ta có biến dạng phẳng

Qua nghiên cứu về các dạng khuyết tật trong quá trình chồn phôi nguời ta thấy rằng sau khi chồn phôi, chi tiết có thể mắc những khuyết tật sau:

- Chi tiết sau khi chồn có thể bị cong, nứt, vỡ

- Chi tiết bị ngậm xỉ, gấp nếp

Sở dĩ chi tiết bị những khuyết tật như vậy là vì:

- Do nhiệt độ trong quá trình gia công không phù hợp, quá trình truyền nhiệt này càng nhanh thì sự biến dạng không đồng đều giữa các vùng càng thể hiện rõ rệt chi tiết sẽ bị phình tang trống

- Do ma sát giữa phôi và khuôn không đồng đều

- Do tỉ số giữa đường kình và chiều cao của phôi không thích hợp

Để khắc phục những khuyết tật đó người ta thường làm:

- Chồn nóng phôi ít xảy ra quá trình truyền nhiệt từ phôi sang dụng cụ gia công và

từ phôi cũng như dụng cụ gia công ra môi trường nên tính dẻo của phôi gần như được giữ nguyên như vậy vật thể sẽ biến dạng đồng đều

- Nếu không có ảnh hưởng của ma sát thì chắc chắn biến dạng sẽ đồng đều và sau quá trình chồn, phôi sẽ có hình trụ mà không bị phình tang trống

- Thay đổi kích thước phôi cho phù hợp

1.2.2 Nguyên công vuốt

Rèn vuốt là một nguyên công công nghệ tạo hình khối nhằm tăng chiều dài của phôi

bằng cách giảm tiết diện ngang

Hình 1.6 Phôi rèn vuốt (khi l 0 /a lớn)

Rèn vuốt được thực hiện bằng cách đập tuần tự vào phôi và lật phôi sau mỗi lần đập Hai lần đập và một lần lật phôi gọi là một bước rèn vuốt Đoạn trực tiếp chịu tác dụng của đầu búa sẽ tác dụng lên các đoạn tự do tiếp giáp với nó làm cho ở những vùng quá

độ xuất hiện biến dạng dẻo Kích thước của vùng biến dạng dẻo phụ thuộc vào những yếu tố sau:

- Tỷ số giữa các kích thước phôi,

những khuyết tật ở chi tiết như:

- Phôi biến dạng không đồng đều do ta phải lật phôi trong quá trình rèn vuốt

- Có hiện tượng nứt theo chiều trục

Sở dĩ phôi xuất hiện những khuyết tật đó vì:

- Do tỉ số l0/a lớn nên làm tăng quá trình biến dạng không đồng đều ta xử lý bằng cách làm giảm tỉ số l0/a

- Do rèn vuốt bằng đầu búa phẳng dễ xảy ra hiện tượng nứt dọc trục để xử lý hiện tượng này người ta dùng loại đầu búa lõm

1.2.3 Nguyên công dập khối trong khuôn hở

Trước hết ta xem xét sơ đồ nguyên công của công nghệ dập khối trong lòng khuôn

hở sau đây:

Hình 1.7 Dập khối trong khuôn hở I-Phần lòng khuôn; II- Phần vành biên

Từ sơ đồ trên ta thấy quá trình biến dạng của phôi trong khuôn hở xảy ra theo 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Kim loại điền đầy vào lòng khuôn và đồng thời vào cả rãnh thoát

biên

- Giai đoạn 2: Kim loại thừa chảy vào vành biên để đạt tới chiều cao cần thiết của

vật rèn

Qua sự nghiên cứu về sự hình thành khuyết tật trong vật dập người ta thấy khuyết tật

có khả năng xuất hiện như:

- Chi tiết bị cong vênh

- Chi tiết bị nứt, gãy

- Chi tiết bị mất ổn định, nếp gấp

- Chi tiết bị ngậm xỉ, rỗ

Sở dĩ chi tiết sau quá trình dập bị các khuyết tật như vậy là do:

- Hình dáng kích thước của phôi không phù hợp

- Hình dáng kích thước của dụng cụ gia công chưa hợp lý (khuôn)

- Nhiệt độ nung phôi không đều

- Ma sát tiếp xúc giữa phôi và lòng khuôn lớn

- Tốc độ truyền nhiệt của phôi ra khuôn và môi trường cao

Để khắc phục những hiện tượng đó, người ta làm khuôn dập có các góc nghiêng thành lòng khuôn, đối với những chi tiết có hình dáng phức tạp ta lấy phôi lớn hơn vật dập một chút khi có lượng dư sẽ chảy tràn ra khe hở giữa chày và cối

Bán kính góc lượn r có ảnh hưởng lớn tới trị số lực Thực nghiệm đã chứng minh nếu giảm r thì lực biến dạng cần thiết tăng mạnh để đảm bảo điển đầy vào các góc Lực dập trong khuôn kín còn phụ thuộc vào mức độ phức tạp của hình dạng vật dập, phụ thuộc vào đặc tính điền đầy lòng khuôn (chồn hay ép chảy) Lực dập bắt đầu tăng đột ngột trong trường hợp tiếp tục tác dụng ngoại lực sau khi điền đầy lòng khuôn, bởi lúc này kim loại chỉ có thể chảy vào các khe hẹp giữa hai nửa khuôn

đầy lòng khuôn nhất, lực biến dạng nhỏ nhất, đồng thời đánh giá được tải trọng khi dập tác động vào khuôn gây hỏng, mòn khuôn Dựa vào kết quả phân tích nhờ mô phỏng số

ta cũng có thể thay đổi qui trình công nghệ sao cho hợp lý nhất

1.2.4 Nguyên công dập khối trong khuôn kín

Dập khối trên khuôn kín cũng tương tự như dập khối trên khuôn hở ở quá trình công nghệ và các dạng khuyết tật nhưng khác ở chỗ là dập trong khuôn hở không có rãnh thoát vật liệu do đó thể tích phôi phải xác định chính xác hoặc không thay đổi nhiều lắm, tốt nhất là Vphôi = Vvật dập; vật dập thu được có kích thước không đều nhau Thớ kim loại vật dập không bị gián đoạn do không phải cắt biên nên chất lượng sản phẩm tốt, hệ số

sử dụng vật liệu cao Tuy nhiên vật dập thường khó lấy ra khỏi lòng khuôn hơn so với dập trên khuôn hở nên phải thiết kế góc nghiêng thành lòng khuôn và bố trí hệ thống ty đẩy

Chính vì vậy, khi tiến hành dập trong khuôn kín với máy ép thuỷ lực hay máy ép cơ khí thì dễ xảy ra kẹt máy hay hỏng các cơ cấu máy Khi dập trên máy búa cũng rất khó xác định thời điểm điền đầy lòng khuôn nên hay đánh búa thừa làm lực tăng đột ngột, làm tăng ứng suất trong kết cấu khuôn và máy Lượng gia tăng lực sẽ lớn nếu trọng lượng phần rơi của máy lớn Để hạn chế hiện tượng này, các nhà công nghệ đưa ra gới hạn:

G = (3,55)Fvd

Trong đó: G - Khối lượng phần rơi của máy (Kg)

Fvd - Diện tích mặt cắt ngang của vật dập (cm2)

1.2.5 Nguyên công ép chảy

Ép chảy là một phương pháp công nghệ tạo hình vật liệu, trong đó kim loại chảy ra

từ buồng ép qua lỗ thoát dưới tác dụng của lực ép [10] Hình dạng lỗ thoát quyết định tiết diện ngang của sản phẩm (sơ đồ công nghệ ép chảy được minh họa bằng hình vẽ

dưới đây)

Hình 1.8 Sơ đồ bài toán ép chảy thuận phôi thanh có tiết diện ngang tròn

Quan sát trên hình 1.8 thể hiện rõ rệt 3 giai đoạn khác nhau của lực ép Trong giai đoạn 1 lực ép bắt đầu tăng, phôi bị biến dạng và điền đầy lòng cối chứa Khi vật liệu bắt đầu chảy qua lỗ thoát thì lực biến dạng đạt giá trị lớn nhất và kết thức giai đoạn 1 Giai đoạn 2 được xem là giai đoạn ổn định, bởi trong giai đoạn này lực ép chỉ cần đủ để biến dạng vật liệu và khắc phục ảnh hưởng của ma sát Cuối giai đoạn 2 khi vật liệu trong cối chứa đã biến dạng gần hết, lực ép bắt đầu tăng mạnh để đẩy kim loại còn lại qua lỗ thoát Tuy nhiên do vật liệu nằm trong buồng ép không biến dạng được, tạo ra vùng chết, nên lực ép tăng rất nhanh đến cuối quá trình ép

- Công dụng: ép chảy được ứng dụng để chế tạo các loại phôi dạng thanh profil

định hình, ống có chiều dài vô hạn hoặc các chi tiết trụ, côn, bậc, kiểu bulông, hay các chi tiết rỗng có chiều dài hữu hạn

- Phân loại: theo công nghệ, ép chảy được chia thành ép chảy thuận, ép chảy ngược,

ép chảy ngang, và ép chảy hỗn hợp

Qua sự nghiên cứu về sự hình thành các dạng khuyết tật có khả năng xuất hiện trên

- Chi tiết bị mất ổn định, nếp gấp

- Chi tiết bị nứt

Sở dĩ chi tiết bị những khuyết tật như vậy là do:

- Do khuôn thiết kế chưa được phù hợp: góc lượn và độ nghiêng của thành lòng luôn đã cản trở việc chảy đều của kim loại lên các ngóc ngách của lòng khuôn

Sự chảy không đều này đã tạo ra nếp gấp vật liệu ở tại vị trí góc lượn

- Do ma sát tăng và tính dẻo không đồng đều thì quá trình biến dạng dẻo lại càng xảy ra không đồng nhất.Biến dạng trong điều kiện như vậy sẽ gây nên sự khác biệt về độ hạt, đặc biệt đối với kim loại màu và tồn tại ứng suất dư lớn

Để khắc phục hiện tượng tạo thành nếp gấp ở trên phôi, ta chỉ cần thay đổi kích thước của lòng khuôn trên bằng cách tạo cho thành lòng khuôn một độ côn nhỏ, có góc nghiêng phù hợp và bán kính góc lượn cũng tăng lên

1.3 Kết luận chương 1

Trong chương 1 tác giả đã tổng hợp các kiến thức tổng quan về gia công áp lực nói chung cũng như công nghệ tạo hình kim loại khối Bên cạnh đó mở rộng tìm hiểu và phân tích các nguyên công trong dập khối Trên cơ sở đó, tác giả tiếp tục đi sâu và mở rộng nghiên cứu đối với các khuyết tật dập khối ở chương tiếp theo

CHƯƠNG 2:

CÁC DẠNG KHUYỆT TẬT ĐIỂN HÌNH TRONG DẬP KHỐI

Trong các nguyên công rèn và dập khối, tùy thuộc vào chất lương của sản phẩm, vật dập được chia thành 3 nhóm: Vật dập đạt yêu cầu, Vật dập có những khuyết tật, phế phẩm

- Vật dập đạt yêu cầu là các vật dập thỏa mãn tất cả các yêu cầu công nghệ và không xuất hiện các khuyết tật trong vật dập

- Vật dập xuất hiện những khuyết tật bên trong hay trên bề mặt mà những khuyết tật này có thể sửa chữa được thì được gọi là vật dập có khuyết tật

- Vật dập xuất hiện những khuyết tật lớn và không thể sửa chữa được thì được gọi

là phế phẩm Khuyết tật không thể sửa chữa được là những vết xước sâu, nứt sâu (>3mm), xuất hiện các rãnh lỗ trên vật rèn hay do quá nhiệt Các khuyết tật này có thể gây phá hủy chi tiết hay kết cấu cơ khí

Các khuyết tật xuất hiện trong vật dập có thể do nhiều nhân mà trong số đó có thể

kể đến là các yếu tố liên quan đến vật dập (sai hỏng về kích thước phôi, cong vênh hay

là vật liệu phôi dập), các yếu tố về công nghệ khi dập (quá trình nung nóng phôi, quá trình làm nguội vật dập, kết cấu khuôn dập), cụ thể là:

- Không đảm bảo chiều dài của vật dập, xuất hiện khi hành trình của máy không đảm bảo, tính sai phôi

- Vật dập bị xiên; viết cắt thô, không phẳng, xuất hiện do dụng cụ cắt, khe hở giữa

- Sự sai lệch về kích thước vật dập, làm tăng dung sai cho phép của vật dập hình thành do sự sai khác về kết cấu khuôn, độ ổn định của thiết bị rèn dập

- Sự cong vênh vật dập xảy ra do quá trình xử lý nhiệt (làm nguội) không đúng

Để đảm bảo nhận được các vật dập đảm bảo được theo các yêu cầu kỹ thuật đưa ra trước hết cần phải kiểm tra các khuyết tật xảy ra trong phôi, kích thước hình học phôi dập và kiểm tra độ bền, độ chính xác của kết cấu khuôn dập và quá trình làm sạch khuôn dập, độ cứng vững của thiết bị trước khi dập

2.1 Các dạng khuyết tật khi rèn tự do [3]

- Các khuyết tật từ phôi đúc trước khi rèn: Rỗ co, rỗ khí, thiên tích… Chất lượng

phôi kim loại đầu vào xác định chất lượng vật rèn; Phôi trước khi rèn cần phải xác định được tính chất hóa lý và các khuyết tật của chúng Nếu sau khi kiểm tra, các phôi này không đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật thì các sản phẩm sau rèn cũng sẽ không đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đưa ra

- Các khuyết tật sinh ra khi nung - hiện tượng vẩy oxit hình thành khi nung phôi

Vảy oxit trên vật dập tạo thành không chỉ khi nung phôi trong lò mà còn hình thành trong quá trình làm mát sau khi rèn Vảy oxit được loại bỏ bằng nhiều phương pháp khác nhau trước, trong và sau quá trình rèn dập Vẩy oxit không phải khuyết tật nhưng là nguyên nhân gây ra các khuyết tật

- Các vết rạn nứt: Các vết rạn nứt (dọc hay ngang) là các khuyết tật thường gặp

nhất Nguyên nhân gây ra các vết nứt này có thể là: Chất lượng thỏi đúc kém, chế độ nhiệt để rèn không đúng, rèn với nhiệt độ quá thấp, chế độ làm nguội không đúng, chế

độ rèn sai Ngoài ra còn do quá trình biến dạng lớn các phôi hợp kim hoặc biến dạng các phôi với mức độ biến dạng quá lớn Nếu trong quá trình rèn mà xuất hiện các vết nứt thì chúng cần được loại bỏ ngay nhờ các thiết bị chuyên dùng Việc loại bỏ ngay các khuyết tật này sẽ tiết kiệm hơn so với việc tiến hành sửa chữa khi đã hình thành vật rèn

Hình 2.1 Các vết nứt xuất hiện trong vật dập

Các vết nứt xuất hiện trên bề mặt vật dập xuất hiện ở dạng vết nứt thẳng hay cong

và có thể quan sát được bằng mắt thường Các vết nứt ở phía bên trong vật dập có thể

được kiểm tra bằng cách sử dụng tia X hoặc phương pháp siêu âm

- Hiện tượng ngậm than

Hình 2.2 Sơ đồ tạo vết ngậm than a) Theo chiều dọc phôi; b) Theo chiều ngang phôi

Vết ngậm than trên vật dập xảy ra khi chồn ở mép hoặc cạnh ngoài của phôi Dưới tác dụng của dụng cụ, vết ngậm than bắt đầu được hình thành dần Khi càng tăng biến dạng thì nếp gấp hình thành rõ rệt – khuyết tật gần như vết gãy

- Tạo thành các vết lõm

Hình 2.3 Vết lõm trên vật dập

Các vết lõm trên vật rèn xảy ra chủ yếu do sự không cẩn thận của người thợ rèn Vẩy oxit trên bề mặt đê và phôi sẽ dính bám vào vật rèn khi rèn Sau khi cạo vảy oxit thì

sẽ xuất hiện các vết lồi lõm trên bề mặt vật dập Khyết tật này sẽ làm tăng thời gian và làm phức tạp quá trình quá trình gia công cơ sau này

- Các vết nứt vỡ trên bề mặt vật dập: Xuất hiện do thực hiện sai quy trình công

nghệ rèn dập

- Cong vênh vật dập Thường xảy ra trong nguyên công chồn khi chiều cao chồn

quá lớn Ngoài ra quá trình làm nguội không đồng đều trên toàn bộ diện tích vật dập cũng gây ra hiện tượng này

- Sự thiếu hụt kích thước Khuyết tật này xảy ra do không tuân thủ đúng quy trình

rèn phôi

2.1 Khuyết tật khi dập trong khuôn dập

- Các khuyết tật xuất hiện từ phôi dập Đối với các khuyết tật dạng này nếu không

được phát hiện và xử lý kịp thời thì vật dập được tạo ra sẽ là các phế phẩm với các khuyết

tật không thể sửa chữa được

a) b)

Hình 2.4 Phế phẩm vật dập a) Vết nứt xuất hiện ; b) Rỗ bề mặt vật dập

Các khuyết tật dạng này như:

+ Các rãnh xước, vết cứa trên bề mặt phôi rèn là những vết xước nhỏ có chiều sâu khoảng 0,2-0,5mm kéo dài trên cả chiều dài phôi xuất hiện sau khi cán, khi nung phôi hoặc sau khi tẩy axit (hình 5)

Hình 2.5 Vết xước và rãnh trên phôi dập

+ Nếp gấp được hình thành từ quá trình cán phôi và có chiều sâu lớn hơn 0,5 mm

Hình 2.6 Nếp gấp trên phôi dập

+ Lớp vảy oxit là kim loại lỏng bám vào thành khuôn đúc và trải ra trên bề mặt phôi sau khi cán và có chiều dày khoảng 1,5mm Sau khi dập thì vẫn bám dính trên bề mặt vật dập

Hình 2.7 Lớp vảy kim loại bám trên bề mặt phôi dập

Có nhiều phương pháp khác nhau để làm sạch vẩy oxit nhưng nếu không sử dụng đúng các phương pháp thì quá trình làm sạch này lại gây ra các khuyết tật khác trên vật dập

+ Các khuyết tật do quá trình cắt phôi Bề mặt phôi cắt nghiêng, không phẳng và thậm chí là hụt cả kích thước Nguyên nhân của khuyết tật này là do khoảng cách giữa 2 dao cắt la quá lớn

- Các khuyết tật do nung phôi: Thông thường là do hiện tượng quá nhiệt

- Các khuyết tật xảy ra trong quá trình dập Các khuyết tật khi dập khối trên máy

búa và các loại thiết bị khác thường xuất hiện sai hỏng theo tiết diện ngang và tiết diện dọc của chi tiết Chẳng hạn khi chồn trên máy ép, sự sai lệch về hình dạng phôi được xác định qua sự dịch chuyển của 2 mặt ngoài của khuôn, sự sai lệch về độ đồng tâm được

xác định qua độ lệch trục của chày ép Các khuyết tật dạng này thường là:

+ Khuyết tật vết lõm là kết quả của các va đập hay do dính vảy oxit trong lòng

khuôn dập Các vết lõm này có thể sâu đến 3mm có thể gây ra hư hỏng khi gia công cơ hay làm yếu bề mặt làm việc của chi tiết

+ Khuyết tật vết khía bề mặt vậy dập là các khuyết tật dạng cơ học xuất hiện dập

trong khuôn, khi dập nóng hay là do tác động của các vật thể lạ dính trong khuôn dập

+ Khuyết tật vết gấp xuất hiện do sự chảy không đồng đều của kim loại trong khuôn

hay do các bề mặt lòng khuôn dập Các vết gấp này hình thành do quá trình đặt phôi lệch trong các lòng khuôn hoặc do gia công không chính xác lòng khuôn, sủa chữa khuôn ở các lần dập trước hoặc thậm chí là do cả kết cấu khuôn dập

a)

b)

Hình 2.9 Các dạng nếp gấp trên vật dập

+ Khuyết tật vết xước sâu tạo rãnh hình thành do nhiều nguyên nhân mà có thể kể

đến là thiết bị không ổn định, không sửa chữa khuôn và làm sạch các vẩy oxit dính bám

khuôn dập trước khi dập hay la do quá trình dịch chuyển phôi dập khi dập

Hình 2.10 Các vết xước sâu trên bề mặt răng

+ Khuyết tật không điền đầy khuôn (không tạo hình chi tiết hoàn toàn) xảy ra do

nhiều nguyên nhân mà trong đó có thể kể đến: Do ma sát quá lớn trong lòng khuôn dập làm ngăn cản sử chảy dòng kim loại (do bề mặt lòng khuôn không đươc làm sạch, sử dụng chất bôi trơn không đúng,) Tại các vị trí có tiết diện nhỏ, sự nguội nhanh của phôi cũng ngăn cản sự chảy của dòng kim loại Kết cấu của khuôn dập cũng làm ảnh hưởng lớn đến quá trình chảy kim loại chẳng hạn như góc nghiêng thành lòng khuôn Vì vậy khi thiết kế khuôn dập, góc nghiêng thành lòng khuôn có thể được lựa chọn nhỏ hơn hoặc bằng 70 với góc ngoài và nhỏ hơn hoặc bằng 100 với góc trong

Hình 2.11 Vật dập không điền đầy + Khuyết tật khi ép chảy Các khuyết tật xảy ra khi ép chảy chủ yếu là hiện tượng

không điền đầy lòng khuôn Do đó sẽ gây ra các sai lệch về kích thước vật dập Điều này được giải thích là do trở lực biến dạng tại lỗ cối nhỏ hơn trở lực biến dạng ở các ngõ

tượng này cần phải tính toán kết cấu khuôn hợp lý với các góc nghiêng lòng khuôn, các bán kính r tại góc lòng khuôn và thậm chí có thể phải dùng cả đối áp để tăng trở lực biến dạng tại lỗ thoát kim loại

Mặt khác, sự hình thành các khuyết tật này còn phải kể đến nguyên nhân do quá trình bôi trơn Nếu không sử dụng chất bôi trơn hoặc chất bôi trơn không hợp lý dẫn đến tăng ma sát giữa phôi và dụng cụ, dẫn đến hình thành các lỗ, các rãnh không mong muốn trên bề mặt sản phẩm

Hình 2.12 Khuyết tật khi ép chảy + Khuyết tật đối với chồn chi tiết dạng ống :

Đối với chi tiết dạng ống có chiều dài lớn thường xảy ra mất ổn định khi tạo hình, đặc biệt là khi chồn dọc trục Sau đây là 1 số dạng khuyết tật điển hình của chồn ống dọc trục bao gồm cả chồn cục bộ trên khuôn cũng như chồn toàn bộ ống