Bài giảng Cơ khí đại cương: Chương 5 - ĐH Bách Khoa Hà Nội

Bài giảng Cơ khí đại cương - Chương 5: Công nghệ gia công biến dạng và tạo hình. Chương này gồm có những nội dung chính sau: Sự biến dạng của kim loại và hợp kim; ảnh hưởng của gia công áp lực đến tổ chức và tính chất kim loại; nung nóng kim loại khi gia công áp lực; cán, kéo sợi, ép; rèn tự do, dập thể tích và dập tấm. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Trang 1

CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG V

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ

TẠO HÌNH

Trang 2

5.1 THỰC CHẤT, ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI

5.1.1 Thực chất

 GCKL bằng áp lực là làm biến dạng KL ở thể rắn nhờ KL có tính dẻo Sau khi gia công ta

thu được SP có hình dạng và k/t yêu cầu

Trang 3

5.1.2 Đặc điểm

 Làm bd KL ở thể rắn  Độ mịn chặt của KL  và cơ tính 

 Có thể khử được các khuyết tật của đúc như rỗ khí, rỗ co

 Độ chính xác cao hơn đúc: Một số SP ko cần qua GC cơ khí

VD: Dập bình xăng xe máy  Đưa vào sử dụng ngay

 Xô lệch mạng tinh thể  bm KL biến cứng  Độ cứng và độ bền 

 Dễ cơ khí hóa và tự động hóa

Trang 5

5.1.2 Đặc điểm

a) Cắt gọt b) Vuốt phần thân b) Chồn

a) Cắt gọt  Thớ bị cắt ngang Làm việc chịu ƯS dọc thớ  Bị đứt

b) Rèn bằng cách vuốt phần thân  Các thớ (ở phần mũ bu lông) có xu hướng vuông góc với

ƯS tiếp  Khi xiết bu lông chịu lực tốt

c) Chồn một đầu  Thớ ở phần mũ tốt nhất  Chịu lực tốt nhất

Trang 6

5.1.3 Phân loai - Phân loại dựa trên quá trình sản xuất:

Nhóm 1: Thường đặt trong các XN luyện kim: Cán,

kéo sợi, ép

 Nhóm 2: Trong các nhà máy CK: Rèn tự do,

dập thể tích, dập tấm

Trang 7

5.1.3 Phân loai

- Phân loại dựa nhiệt độ gia công:

Là GC ở t o lớn hơn t o kết tinh lại (  0,4 t o chảy;

thép là 727 o C)

 Đặc điểm:  Tính dẻo cao, KL dễ bị bd, dễ tạo

được các tổ chức thớ, ko tốn lực và công bd

 Tuy nhiên độ c/x và độ bóng ko cao, KL dễ bị

oxi hóa và mất than (thoát các bon)

 GC nóng thường dùng khi GC thô

Là GC ở to thấp hơn to kết tinh lại

 Đặc điểm: KL có tính dẻo thấp, khó bd, tốn lực và tốn công bd, KL dễ bị biến cứng (mạng tinh thể vỡ nát ra)

 Dùng để GC tinh

Nhưng độ c/x, độ nhám và chất lượng bm cao

Trang 8

5.2- SỰ BIẾN DẠNG CỦA KIM LỌAI VÀ HỢP KIM

5.2.1 Biến dạng đàn hồi

 Khi td lực, KL bị bd Khi bỏ lực, KL trở lại trạng

thái ban đầu  Bd đàn hồi là bd mà bd tỉ lệ thuận

với lực

 Nguyên nhân của bd đàn hồi: Do lực td tương hỗ

của các ng/tử

 Khi ta kéo  Các ng/tử xuất hiện lực hút đưa nó

về trạng thái ban đầu

Trang 9

5.2- KHÁI NIỆM VỀ SỰ BIẾN DẠNG CỦA KIM LỌAI VÀ HỢP KIM

5.2.2 Biến dạng dẻo

5.2.2.1 Biến dạng của đơn tinh

 Bd của đơn tinh xảy ra dưới 2 hình thức:

Là hiện tượng các lớp mạng tinh thể kim loại trượt lên nhau theo các mặt dưới tác dụng của ứng suất tiếp

Là bd khi td lực thì KL bị bd Khi bỏ lực còn tồn tại một đoạn bd dư

Trang 10

 Đặc điểm của hiện tượng trượt:

 Hiện tượng trượt chỉ xảy ra khi ƯS tiếp [ ]

th

  

Giá trị tới hạn này phụ thuộc vào vật liệu, nhiệt độ, tốc độ bd,

 Sự trượt này chỉ xảy ra ở mặt nào có nhiều ng/tử nhất và theo những hướng có nhiều ngtử nhất

 Khi trượt các ng/tử di động 1 số nguyên lần

 Sự trượt xảy ra từ từ, lần lượt từ mạng này qua mạng khác

Trang 11

b) Song tinh

Dưới tác dụng của ƯS tiếp trong tinh thể có những bộ phận của mạng tinh thể vừa trượt vừa xoay tương đối với

1 mặt gọi là mặt song tinh

Trong đó các mặt tinh thể  mặt song tinh xảy ra sự trượt tương đối với mặt song tinh Những mặt thẳng góc

với mặt song tinh thì quay quanh trục tương đối so với mặt song tinh

Hình 5.5

Sự song tinh

Trang 12

5.2.2.2 Biến dạng của đa tinh thể

 Biến dạng của đa tinh gồm:

 Biến dạng trong nội bộ đơn tinh: Trượt

Trang 13

5.2.3 Biến dạng phá hủy

 Khi lực td vượt quá gh cho phép lúc đó lực ko tăng nữa nhưng bd vẫn tăng  Bd phá hủy

Trang 14

5.3- NUNG NÓNG KIM LOẠI, HỢP KIM

a) Mục đích: Nhờ dao động nhiệt làm suy yếu các lực liên kết  Trở lực , tính dẻo 

Trang 15

Thời gian nung: t = k D D 

D - Đường kính hoặc k/t của phôi [m];

Hình 5.7

a) Lò phản xạ: Đốt = nhiên liệu rắn, lỏng, khí

Gồm 2 buồng: Buồng đốt + Buồng nung

Đ2: to nung đều và KL ít bị cháy Khống chế to nung khó

b) Lò điện: Dùng điện trở Chỉ dùng trong điều chỉnh to c/x

5.3- NUNG NÓNG KIM LOẠI, HỢP KIM

Trang 16

5.4- THIẾT BỊ GIA CÔNG ÁP LỰC

Nguyên lý:

Trang 17

5.5.1 Cán (rolling)

5.5.1.1 Thực chất, đặc điểm

 Cán là QT cho phôi KL đi qua khe hở giữa 2 trục cán quay

ngược chiều nhau

•Nhờ ma sát giữa trục cán và phôi mà KL được bd liên tục

KQ làm chiều cao , chiều dài và chiều rộng 

5.5 CÁN , KÉO, ÉP

•Là quá trình phổ biến để tạo ra phôi các loại

Trang 19

 Hệ số bd: W= 0

f

H H

H0 - Chiều cao trước khi cán;

hf - Chiều cao sau khi cán

Thường: W = 1,1  1,3

 Để đánh giá mức độ cán ng/ta dùng các chỉ tiêu k/thuật sau:

tg  < f

f - Hệ số ma sát giữa trục cán và phôi

5.5 CÁN , KÉO, ÉP SỢI

5.5.1 Cán (rolling)

Trang 24

5.5.1 Cán

5.5 CÁN , KÉO, ÉP

Một số dạng sản phẩm khác

Trang 25

5.5.2 Kéo ( rod/wire drawing )

Trang 27

5.5.3 Ép ( extruding )

5.5.3.1 Thực chất, đặc điểm, phân loại

 Là QT đẩy phôi KL đi qua khuôn ép có lỗ hình xác định làm tiết diện phôi , chiều dài 

 Phân loại ép: Có 2 loại ép:

 Ép thuận : Chiều đi ra của SP trùng với chiều

chuyển động của pít tông ép

 Ép nghịch : Là P 2 ép mà chiều đi ra của SP ngược chiều với chiều CĐ của pít tông ép

5.5 CÁN , KÉO, ÉP

Trang 28

5.5.3 Ép ( extruding )

5.5.3.1 Thực chất, đặc điểm, phân loại

 Ép thuận: Chiều đi ra của SP trùng với chiều

chuyển động của pít tông ép

Đặc điểm: Ma sát giữa KL và thành khuôn lớn

->Tốn lực và công bd

 Ép nghịch: Là P2 ép mà chiều đi ra của SP ngược chiều với chiều CĐ của pít tông ép

VD: Vỏ pin, hộp thuốc đánh răng, …được ép = P 2 này

Đặc điểm: Ma sát giữa phôi và thành khuôn giảm (20-30%) Lực và công bd ,

5.5 CÁN , KÉO, ÉP

KL ko thể ép hết được (còn chân)  Tốn công

xử lý chân này (phần thừa bên trong khuôn)

sử dụng được phần KL ở chân để tạo hình cho SP

Trang 29

5.5.3.2 Sản phẩm ép

 Các loại thanh:  Tròn, vuông, chữ nhật, lục giác,

VD: Kim tiêm chế tạo = P2 ép

 Ống < 50: Chủ yếu dùng để chế tạo KL màu

5.5.3 Ép

5.5 CÁN , KÉO, ÉP

Trang 30

5.5.3 Ép

5.5 CÁN , KÉO, ÉP SỢI

Trang 32

5.6.1 Rèn tự do (open die forging)

5.6.1.1 Thực chất và đặc điểm

 Ưu điểm:  ưu điểm chung của pp gia công áp lực

 Bd KL ở thể rắn  Độ mịn chặt của KL cao  Cơ tính cao

 Rèn tự do dễ khắc phục được các khuyết tật của đúc như rỗ khí, rỗ co để tăng cơ tính của SP

 Dễ biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ  Tăng cơ tính của SP

5.6 R ÈN TỰ DO, DẬP THỂ TÍCH VÀ DẬP TẤM

 Ưu điểm: quy mô sản xuất thay đổi linh hoạt

Trang 34

Búa, đe,…Là VL có độ bền, độ cứng cao, chịu va đập tốt (9CrSi … )

Máy búa hơi nước, búa lò xo, búa hơi (thiết bị tác dụng lực)

5.6.1 Rèn tự do

Trang 36

5.6.1.3 Công nghệ rèn tự do

 Mục đích:  Giảm tiết diện ngang h0  h1;

tăng chiều dài cho phôi l0  l1

P

1 Hình 5.14 Vuốt

 Biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ

 Tạo ra các thớ uốn, xoắn

5.6.1 Rèn tự do (open die forging)

b) Vuốt:

Trang 37

c) Uốn: Để tạo ra hình mong muốn

 Đặc điểm:  Khi uốn mặt ngoài KL dễ bị

nứt: Do các phần tử bị kéo

 Mặt trong dễ bị các nếp nhăn

Trang 39

5.6.2 Dập thể tích ( close die forging)

Trang 41

5.6.2 Dập thể tích

 Đặc điểm:  Tính dẻo KL cao, bd triệt để và chất lượng cao

 Biến dạng trong lòng khuôn  Độ c/x, độ bóng bm cao

 Biến dạng trong lòng khuôn  Đòi hỏi lực lớn, công suất thiết

bị lớn, máy có độ cứng vững cao, chuyển động êm và c/x

 Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa

 Có khả năng chế tạo được các chi tiết khối lượng trung bình

Trang 42

 Là QT dập mà lực t/d song song với mặt phân khuôn Hai nửa khuôn ép kín nhau

b) Dập thể tích trong khuôn lòng kín

Trang 43

5.6.2.2 Phân loại dập thể tích

a) Dập thể tích trong khuôn lòng hở

 Đặc điểm:  Có rãnh, ba via để chứa KL thừa Sau khi gia công phải có nguyên

công cắt ba via  KL bị cắt đứt thớ  Chất lượng ko được tốt

 Có một phần KL bd tự do ra rãnh ba via  Ứng suất bên trong ko hoàn

toàn nén khối  Tính dẻo ko cao, bd ko triệt để  Chất lượng chưa cao

 Rất tốn lực và công bd

 Chế tạo khuôn đơn giản, độ c/x theo chiều cao vật dập tốt hơn theo chiều

Trang 44

5.6.2.2 Phân loại dập thể tích

a) Dập thể tích trong khuôn lòng kín

 Đặc điểm:  Trạng thái ưs là nén khối  Tính dẻo cao, bd triệt để  Chất lượng cao

 Ko có rãnh ba via  Chất lượng cao

 Đỡ tốn lực và công bd so với khuôn lòng hở

 Cho độ c/x, độ bóng theo chiều ngang vật dập tốt hơn theo chiều cao

Trang 45

5.6.3 Dập tấm ( sheet metal)

 Thực chất: Là CN chế tạo các SP từ phôi liệu ở dạng tấm

 Đặc điểm:

 Khi chiều dày vật dập nhỏ (S <10 mm)  Dập nguội

 Khi chiều dày vật dập lớn (S >10 mm)  Dập nóng (nung lên ở to rèn)

 Thiết bị đơn giản, cho phép gia công các SP có độ c/x cao và phức tạp

VD: Dập tiền, phù hiệu, …

 SP có khả năng thay thế và lắp lẫn cao

 Cơ khí hóa và tự động hóa cao  Năng suất cao

 Dập tấm được ứng dụng rộng rãi để chế tạo

Trang 46

 Dập cắt: Để lấy miếng cắt  d cối

quyết định  chế tạo cối trước, chế tạo

chày sau; phối hợp để có khe hở Z: d

hở Z: d cối = d chày + 2 Z

Trang 47

b) Tạo hình

Bao gồm dập sâu, uốn, dập vành, dập gân, tóp miệng

 Dập sâu: Chế tạo các loại ống thông hoặc ko

thông từ phôi liệu tấm

VD: Dập nắp bút máy

 Dập sâu ko làm hỏng thành: Chiều dày thành SP

bằng chiều dày phôi Được thực hiện trên máy dập kép

Trang 48

 Dập sâu có làm hỏng thành: Là P2 dập sâu mà chiều

dày thành chi tiết nhỏ hơn chiều dày phôi

P

Hình 5.26 Dập sâu có làm

hỏng thành

+ KL bd triệt để  Chất lượng cao

+ Sử dụng trên máy dập đơn: Ko cần lực chặn

Q

+ Chiều dày phôi ko hạn chế

5.6.3.2 Công nghệ dập tấm

Trang 49

 Phải chọn hệ số bd () hợp lý

 Góc sau khi uốn: 1 > 0 (0 - góc đang uốn)

P

 Tóp miệng

 Uốn: Làm thay đổi hướng của đường tâm phôi Được

thực hiện nhờ 1 bộ khuôn uốn gồm có chày và cối

Đặc điểm:  Mặt ngoài dễ bị nứt, mặt bên trong

P

Uốn

Tiêu đề	Công Nghệ Gia Công Biến Dạng Và Tạo Hình
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ khí đại cương
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2025
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	50
Dung lượng	2,9 MB