GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC

GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ÁP LỰC

CHUONG 1 NHUNG KIEN THUC CO SO VE BIEN DANG DEO

1.1 CO SO VAT LY CUA QUA TRINH BIEN DANG (CO SO KIM LOAI HOC) 1.1.1 Khai quat vé qua trinh bién dang

Sự dịch chuyển tương đối giữa các chất điểm, các phần tử của vật thể rắn dưới

tác dụng của ngoại lực, nhiệt độ hoặc của một nguyên nhân nào đó dẫn đến sự thay

đổi về hình dạng, kích thước vật thể, liên kết vật liệu được bảo toàn, được gọi là biến dạng dẻo

Tất cả mọi phương pháp GCAL đều dựa trên một tiền đề chung là thực hiện một quá trình biến dạng dẻo

Vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực sẽ thay đổi hình dạng và kích thước

mà không mất đi sự liên kết bền chặt của nó

Khả năng biển dạng dẻo được coi là một đặc tính quan trọng của kim loại

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Bién dang mau khi thu kéo

Dé lam sang to qua trinh bién dang > theo déi thí nghiệm kéo giản đơn Dưới tác dụng

của lực kéo, mẫu kéo liên tục bị kéo dài cho đến khi bị kéo đứt Trong thí nghiệm kéo với các thiết bị phù hợp ta có thể đo được lực kéo và độ dãn dài tương ứng, từ đó xác định

ứng suất và biến dạng theo các mối quan hệ sau:

- Vung bién dang dan hoi

- Vùng biến dạng đàn hồi — déo

(trong đó biến dạng đàn hồi rất nhỏ

so với biến dạng déo

e£ =(l- lạÌ/!

Cho SV xem Video thử kéo mẫu Đường cong ứng suất - biến dạng

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo trong tinh thé

Biến dạng của vật thể là tổng hợp của các quá trình biến dạng trong từng hạt tinh

thể và trên biên giới hạt > muốn tìm hiểu cơ chế của quá trình biến dang trong da tinh thể trước hết hãy nghiên cứu sự biến dạng trong đơn tỉnh thể lý tưởng (không

Biến dạng đàn hồi và mô hình năng lượng trong biến dạng đàn hồi

(a)- Trước biến dạng (b)-Trong biến dạng đàn hồi (c)-Mô hình năng lượng

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Biến dạng dẻo trong tinh thể

Biến dạng trong đơn tinh thể có hai cơ chế chủ yếu: trượt và đối tinh

Trượt

Khi mẫu đơn tinh thể bị kéo -> xuất hiện các bậc trên bề mặt của mẫu Điều đó chứng tỏ

có sự trượt lên nhau giữa các phần của tinh thể Sự trượt xảy ra chủ yếu trên những mặt nhất định và dọc theo những phương nhất định gọi là mặt trượt và phương trượt Mức độ trượt thường là bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử trên phương

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com

Mặt trượt và phương trượt là những mặt và phương có mật độ nguyên tử lớn nhất Điều này cũng dễ hiểu bởi lẽ lực liên kết giữa các nguyên tử trên mặt và phương đó là lớn nhất so với những mặt và phương khác

Số lượng hệ trượt càng lớn thì khả năng xảy ra trượt càng nhiều có nghĩa là càng dễ biến dạng dẻo > Bdi vậy khả năng biến dạng dẻo của kim loại có thể được đánh giá thông qua số lượng hệ trượt

Đặc điểm của trượt:

- Trượt chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp

- Phương mạng không thay đổi trước và sau khi trượt

- Mức độ trượt bằng một số nguyên lần khoảng cách giữa các nguyên tử

- ứng suất tiếp cần thiết để gây ra trượt không lớn

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Song tinh có những đặc điểm sau:

- Giống như trượt sự tạo thành song tinh chỉ xảy ra dưới tác dụng của ứng suất tiếp

- Khác với trượt là song tinh kèm theo sự thay đổi phương mạng của phần tinh thể bị xê dịch

- Khoảng xê dịch của các nguyên tử tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng tới mặt song tinh và có

trị số nhỏ hơn so với khoảng cách nguyên tử

- ứng suất cần thiết để tạo thành đối tinh cơ học thường lớn hơn ứng suất cần thiết để gây ra trượt Bởi vậy nói chung trượt sẽ xảy ra trước và chỉ khi các quá trình trượt gặp khó khăn thì song tinh mới

tạo thành

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Song tỉnh (đối tỉnh)

——>

——>

Vì xê dịch của các nguyên tử khi tạo thành song tỉnh nhỏ nên song tinh không

dẫn đến một mức độ biến dạng dẻo đáng kể trong tinh thể (chỉ vài %)

Nếu cùng với song tinh còn xảy ra trượt thì trượt sẽ đóng vai trò chính trong quá trình biến dạng dẻo

Trong các tinh thể liên kết đồng hoá trị như Bi , Sb toàn bộ biến dạng dẻo cho đến lúc phá hủy chủ yếu do song tinh tạo nên, vì thế mức độ biến dạng dẻo trong các tinh thể đó rất nhỏ, chúng được coi là những vật liệu ròn

Đối với những kim loại mạng lục phương xếp chặt như Zn , Mg , Cd do số

lương hệ trượt ít nên thường tạo thành song tỉnh, song ý nghĩa cua song tinh

đối với biến dạng dẻo không lớn mà quan trọng hơn là do song tinh làm thay

đổi phương mạng nên có thể làm xuất hiện một vài định hướng mới có lợi cho

trượt Trong trường hợp này biến dang déo xảy ra thường tăng lên so với trường hợp chỉ có trượt đơn thuần Tuy nhiên sự thay đổi này không lớn nên

các kim loại mạng lục phương xếp chặt vẫn là những vật liệu có tính dẻo kém

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Khuyét tat trong mang tinh thé

Cac dang khuyét tat mang

Cấu trúc tinh thể của vật liệu kim loại bị rối loạn do sự xuất hiện của các khuyết tật mạng Căn cứ

vào kích thước của các khuyết tật có thể chia chúng thành ba dạng:

- Khuyết tật điểm: các nút trống, các nguyên tử xen kẽ

- Khuyết tật đường: ví dụ các loại lệch

- Khuyết tật mặt: biên giới hạt, biên giới pha, khuyết tật xếp

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

Khuyết tật đường (lệch)

Lệch biên

Edge dislocation 7

Khuyét tat mat

1.1.2 Hoa bén bién dang

‹»Hiện tượng ứng suất chảy tăng lên theo mức độ biến dạng trong quá trình biến dạng

‹*» Một hiện tượng rất quan trọng xảy ra trong quá trình biến dạng

+» Ảnh hưởng như đến tính chất của sản phẩm

‹»Xảy ra khi biến dạng ở nhiệt độ còn tương đối thấp

‹»Hoá bền biến dạng làm tăng tải trọng đối với dụng cụ biến dạng, đòi hỏi tiêu hao về lực và công biến dạng ngày càng tăng Vì vậy, để có thể đạt được một mức độ biến dạng mong muốn nào đó trong nhiều trường hợp phải tiến hành các bước nhiệt luyện trung gian nhằm giảm bớt ứng suất chảy

Nguyên nhân của hiện tượng hóa bền:

>Lệch không ngừng được sinh ra,

>Khi chuyển động, lệch hoặc gặp phải chướng ngại

vật hoặc cắt nhau > dồn ứ lại > rừng lệch

> Muốn tiếp tục chuyển động > phải tăng ứng suất

>tất cả những nhân tố nào gây cản trở cho sự sản sinh

và chuyển động của lệch đều là nguyên nhân dẫn đến

1.1.3 Cac qua trinh kich hoat nhiet

Khi tang nhiét do:

> Tỉnh chất kim loại thay đổi, trở nên mềm và dẻo hơn

> Lực và công biến dạng nhỏ, mức độ biến dạng lớn

Tuy nhiên:

> Dễ bị ôxy hoá bề mặt dẫn đến chất lượng bề mặt kém

> Độ chính xác của sản phẩm không cao

St

Anh hưởng của hồi phục đến đường cong ứng suất - biến dạng

=°

Đa diện hoa trong tinh thé bi uốn

(a) sắp xếp của lệch trong tinh thể bị uốn (b) sắp xếp của lêch sau khi đa diện hoá

hơn nhiệt độ kết tinh lại

Luc bién dạng lớn, vat

liệu bị hóa bên, khả

năng biên dạng dẻo

Giảm đáng kế lực biễn dạng, tính dẻo của vật liệu cao, ứng suất chảy giảm nhiều

do kết tinh lại

Ví dụ với Thép C':

Biến dạng nóng ở nhiệt độ từ 1150- 1250°C

15

Ví dụ nhiệt độ kết tỉnh lại của một số loại vật liệu

1.1.4 Ứng suất chảy và đường cong chảy

Ứng suất chảy

Ứng suất cần thiết (xác định trong trạng thái ứng suất đơn) làm cho vật liệu đạt được

trang thai déo hoặc duy trì ở trạng thái dẻo gọi là ứng suất chảy (còn gọi là độ bền

biến dạng- ký hệu là k, hoặc ơ,) Ứng suất chảy là một thông số cơ bản của vật liệu,

nó phụ thuộc trước hết vào bản thân vật liệu (thành phần, tổ chức, cấu trúc, ) và

các điều kiện biến dạng (nhiệt độ, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, trạng thái

ứng suất)

k,= f(vật liệu, nhiệt độ, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, trạng thái ứng suất)

Đường cong suất chảy

Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc

của ứng suất chảy vào mức độ biến

dạng (hoặc tốc độ biến dạng) gọi là

đường cong chảy hoặc đường cong

Equivalent Plastic Strain

Đường cong chảy

Đường chảy nguội của Đường chảy nóng thép

Sự phụ thuộc của ứng suất chảy vào nhiệt độ, tốc độ

Mô hình toán học của đường cong chảy

ĐƯỜNG CHẢY NGUỘI

z

C: hệ số phụ thuộc vào từng vật liệu

Extrapolated n: số mũ hóa bền phụ thuộc vào vật

BANG THONG SO DUGNG CHẢY NGUỘI

Mô hình toán học của đường cong chảy

BANG THONG SO DUGNG CHAY NONG

CHUONG 1 NHUNG KIEN THUC CO SO VE BIEN DANG DEO

1.2 CO HOC QUA TRINH BIEN DANG

lim AA =O, Ung suat theo các phương

AA->0 Ad

- Bất biến |, là bất biến bậc hai

I, = -(o,0, +G,G,+ G,ơ,)+ Ty + Tụ, +7 = const

- Bat bién |, la bat bién bac ba

I, =0,0,0, +2T,,T,,T,, ~O,Ty, —O,T,, —O,T,, = const

Ơ;; 6» ; 6, L la nghiệm của phương trình:

I= o° -I,o° -I,o-I, =0

Chuyển vị của điểm đó

tương ứng theo phương

Biến dạng dài và biến dạng góc trên mặt phẳng z

===> Ten xơ tốc độ biến dạng:

1.2.3 QUAN HE GIUA UNG SUAT VA BIEN DANG

Trong biến dạng đàn hồi, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tuân theo đỉnh

1.2.3 QUAN HE GIUA UNG SUAT VA BIEN DANG

Trong biến dạng dẻo, ta có quan

hệ giữa ứng suất và biến dạng

thay đổi trong suốt quá trình biến dạng

Trong biến dạng đàn hồi E = tgœ = const, con trong bién dang déo D = tga’ ma a’ thi

luôn luôn thay đổi trong quá trình biến dạng

BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC L1 VIỆN CƠ KHÍ - DHBK HA NOI

1.2.4 DIEU KIEN DEO

—) Là điều kiện để kim loại quá độ từ trạng thái đàn hổi sang trạng thái dẻo

—) Xét trường hợp kéo một thanh tròn theo hướng trục Thanh sẽ bị biến dạng dẻo nếu

nào ứng suất kéo trên tiết diện của nó đạt tới giới hạn chảy

Trường hợp tổng quát: khi vật thể chụi tác dụng của tải trọng bên ngoài, bên trong vật

thể xuất hiện ứng suất tương đương đạt tới ứng suất chảy của vật liệu thì vật thể này bị

biến dạng dẻo

Điều kiện dễo Tresca-Saint Venani:

(G, -o,) +(G; — s;} +(o, — o,) = 2k~ = 6k”

Trong các biểu thức trên k gọi là ứng suất tiếp chảy, được xác định trong trường hợp cắt

thuần tuý Theo điều kiện dẻo của Tresca thì t„.„„= k = k/2,

theo điều kiện dễo của Mises thì: 1

k =—=k, ~0,575k,

v3

1.2.4 DIEU KIEN DEO

Những biểu thức riêng của điều kiện dẻo

1.2.5 NHUNG NGUYEN TAC, DINH LUAT TRONG BIEN DANG DEO

Quan hệ giữa ứng suất chảy và biến dạng thực xác định theo đường cong chảy của vật

liệu

Vật thể biến dạng tuân theo định luật dẻo, định luật thể tích không đổi, nguyên tắc trở lực

biến dạng nhỏ nhất

Định luật thé tich khong doi và sau khi biến dạng Tổng các thành

phần biến dạng trên đường chéo chính bằng không

Sơ đồ chảy hướng kính của

kim loại khi chồn

Lay ví dụ chốn có sát và không ma sát; dập khối trên khuôn hở có vành biên

CuuDuongThanCong .com

2.0 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

Công nghệ dập tạo hình khối là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, khai thác tính dẻo của kim loại để làm biến dạng

và điền đây vào lòng khuôn để tạo hình sản phẩm

có hình dạng và kích thước theo yêu câu

B/M GIÁ CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2

Gia công cơ kiêm tra

Xử lý nhiệt

Lam sach

Đối tượng cần nghiên cứu

Phi > Rèn,Dậpkhối => Phôidập

- Phôi đúc, gù đúc - Chồn - Bán thành phẩm

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

- Chế độ nhiệt - Uốn - Dung sai vật đập

Ép chảy

B/M GIA CONG AP LUC - ViEN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 7

2.1 Phôi sử dụng trong rèn và dap khối

- Kim loại mầu và hợp kim màu như hợp kim nhôm,

magiê, đồng và một sô hợp kim niken, titan

Các phương pháp cắt phôi Các phương pháp cắt phôi

So do cat phoi trén may cat

B/M GIA CONG AP LUC - ViEN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN "

- Khoảng nhiệt độ tao hinh cho phép (Tcp) khi rèn và dập nóng là

khoảng nhiệt độ giới hạn bởi nhiệt độ bắt đầu rèn (T,„) và nhiệt độ kết

thúc rèn (T,,) ma tai đó kim loại có tính dẻo cần thiết để biến dạng và

điền đầy lòng khuôn Đối với hợp kim thép - các bon thông thường thì

khoảng nhiệt độ cho phép nằm trong giới hạn từ [2500°C — 750 9C

-_ Khoảng nhiệt độ tạo hình cần thiết (Tet) là khoảng nhiệt độ nằm

trong khoảng nhiệt độ (Tcp) phù hợp với từng nguyên công, thời gian

gia công và vật liệu

B/M GIA CONG AP LUC - ViEN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 15

2.2 CHE DO NHIET KHI DAP KHOI 2.2.3 CHÉ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI

Yêu cau khi nung:

Đạt được nhiệt độ nung Nhiệt phân bố đồng đều theo tiết diện của thỏi đúc hoặc phôi

Hạn chế oxy hóa và thoát các bon bề mặt Tránh nứt tế vi và ứng suất dư do nhiệt

B/M GIÁ CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 16

2.2 CHE DO NHIET KHI DAP KHOI

2.2.3 CHE DBO NUNG VÀ LÀM NGUỘI

+ Chế độ nung phân đoạn cho phôi có chiều dày lớn:

1 Nung tới nhiệt độ chuyền biến pha với tốc độ nung cho phép;

2 Giữ nhiệt ở nhiệt độ chuyền biến pha;

3 Tiếp tục nung đến nhiệt độ nung cần thiết với tốc độ nung cao

+ Chế độ nung phân đoạn cho phôi nhỏ:

Đối với đa số thép kết cấu khi phôi có đường kính nhỏ hơn

100 mm hoàn toàn có thê chât ngay vào lò có nhiệt độ cao (1300 -

2.2 CHE DO NHIET KHI DAP KHOI

2.2.3 CHE DBO NUNG VÀ LÀM NGUỘI

Quá trình làm nguội gồm 2 giai đoạn:

1 Phôi bị mất nhiệt trong khi tạo hình

Ở giai đoạn này phôi được làm nguội là do

- nhiệt truyền ra không khí xung quanh

- nhiệt truyền trực tiếp vào dụng cụ gia công

2 Làm nguội sau khi rèn

- Đối với các chỉ tiết nhỏ, làm nguội bằng cách xếp thành đống lớn trong lò kín, trong lò

có chứa vôi bột, hoặc trong lò có nhiệt độ thập hơn nhiệt độ ngừng rèn, tức là cô găng làm

nguội cảng chậm càng tốt

- Đối với các chi tiết lớn (D = 500 + 1500 mm), người ta làm nguội ngoài không khí, đôi

khi còn làm “áo” bao lây chi tiết đê giảm tốc độ làm nguội kim loại Các áo cách nhiệt

được làm băng amian và cách kim loại từ 50 đên 120 mm