Công nghệ Hàn - Công nghệ kim loại

¬ng tr×nh khung quèc gia nghÒ Hµn- Tr×nh ®é Cao ®¼ng nghÒ bao gåm nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n ®Ó lµm c¬ së cho viÖc tiÕp thu c¸c m«n häc chuyªn m«n nghÒ. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n tæ m«n ®· tham kh¶o nhiÒu tµi liÖu C«ng nghÖ kim lo¹i cña c¸c tr-êng ®µo t¹o nghÒ vµ mét sè tµi liÖu cña c¸c tr-êng §¹i häc kü thuËt nh- tr-êng §HBKHN, §H c«ng nghiÖp... MÆc dï ®· cã nhiÒu cè g¾ng, song kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Chóng t«i rÊt mong nhËn ®-îc ý kiÕn ®ãng gãp x©y dùng cña ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc ®Ó gi¸o tr×nh nµy ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Th¸ng 12 n¨m 2011 Chƣơng 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. Bộ mẫu gồm: * Mẫu - Mẫu vật đúc → tạo lòng khuôn → hình dáng bên ngoài vật đúc. Mẫu chia làm 2 nửa, lắp với nhau bằng chốt định vị. - Mẫu hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót → tạo ra hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót khi làm khuôn. * 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 * Cát Thành phần chủ yếu là SiO2 còn gọi thạch anh, ngoài ra lẫn ít đất sét và các tạp chất như: Aℓ2O3, Fe2O3. * Đất sét Thành phần chủ yếu là Cao lanh mAℓ2O3. n SiO2. qH2O và một số tạp chất khác CaCO3; Fe2O3; Na2CO3. Nghiền nhỏ đất sét rồi trộn với cát khi làm khuôn. 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. * Bản vẽ hộp lõi: Tuỳ theo độ phức tạp của lõi → hộp lõi nguyên, 2 nửa, tháo rời. Kết cấu, kích thước, dung sai, cách vẽ hộp lõi tương tự thiết kế mẫu. 4. Phƣơng pháp làm khuôn a. Làm khuôn bằng tay - Làm khuôn trong 2 hòm khuôn. - - - - - trong 2 hòm khuôn. - - - - - trên nền xưởng. Ngoài ra còn có các phương pháp: - Làm khuôn bằng dưỡng gạt; - - - - - không hòm; - - - - - 3 hoặc nhiều hòm khuôn; - - - - - bằng xén; - - - - - - lõi phụ; - - - - dùng miếng đất phụ; + 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. b. Làm khuôn bằng máy - Làm khuôn trên máy ép - - - - - - - dằn - - - - - - - vừa dằn, vừa ép - - - - - - - phun cát. + Ưu điểm: Năng suất cao, chất lượng tốt. + Nhược điểm: . 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) 0 C. - 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. - - - - - thẳng đứng: Dùng đúc xi lanh, pít tông đẻ vật đúc chắc chắn, không bị rỗ khí. * Thùng rót Vỏ bằng thép = (6 ÷ 8)mm, đáy dày (10 ÷ 14)mm, bên trong lót lớp gạch chịu lửa dày 20mm. * Nhiệt độ rót: Phụ thuộc vào loại hợp kim, kết cấu vật đúc Ví dụ: Gang t 0 rót (1200 ÷ 1350); Thép C và thép HK (1500 ÷ 1600); Hợp kim đồng (1040 ÷ 1170); Hợp kim nhôm (700 ÷ 750); 7. Dỡ khuôn - Tháo lõi - Làm sạch - Kiểm tra a. Dỡ khuôn * Dỡ khuôn bằng tay: Để khuôn trên nền xưởng hoặc treo lên cần trục rồi dùng thanh thép chọc phá cát khuôn. → 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. c. Làm sạch vật đúc Chặt hoặc cắt hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót, chỗ gồ ghề, ba via, cháy cát trên bề mặt vật đúc. d. Kiểm tra vật đúc Kiểm tra chất lượng, đánh giá, phân loại sản phẩm → Sơn rồi nhập kho Câu hỏi về nhà 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 phƣơng 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 a. Khái niệm Quá trình rót kim loại lỏng vào trong khuôn bằng kim loại. b. Đặc điểm * Ưu điểm: - Dùng được nhiều lần tùy thuộc vào kim loại vật đúc; - Vật đúc có độ chính xác, độ nhẵn bề mặt cao; - Cơ tính vật đúc cao; - Tiết kiệm được vật liệu làm khuôn; - Năng suất cao, điều kiện lao động tốt. * Nhược điểm: - Giá thành khuôn đắt chỉ phù hợp với sản xuất hàng loạt, hàng khối; - Vật đúc dễ nứt, đúc gang dễ bị hóa trắng; - Khó đúc vật đúc phức tạp, thành mỏng, khối lượng lớn. → Áp dụng: Vật đúc có hình dáng đơn giản, khối lượng nhỏ, trung bình. 2. Đúc áp lực a. Khái niệm Quá trình ép kim loại lỏng vào khuôn kim loại với áp lực nhất định. b. Đặc điểm * Ưu điểm: - Vật đúc có độ chính xác, độ nhẵn bề mặt cao; - Bề mặt bên trong vật đúc có độ bóng cao; - Đúc được các vật mỏng, vật đúc phức tạp; - Cơ tính vật đúc cao; - Năng suất cao (100 – 200) vật đúc/giờ. * Nhược điểm: - Không đúc được vật đúc có hình dáng bên trong phức tạp; - Khuôn nhanh mòn; - 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; - Vật đúc dễ bị thiên tích. 4. Đúc liên tục a. Khái niệm Quá trình rót liên tục kim loại lỏng vào 1 khuôn bằng kim loại có hệ thống tuần hoàn làm nguội và lấy vật đúc ra liên tục. b. Đặc điểm * Ưu điểm - Thích hợp với vật đúc dài, tiết diện không đổi, chiều dài không hạn chế, đúc tấm kim loại thay cho cán; - 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 a. Khái niệm Thực chất là dạng đúc trong khuôn cát nhưng mẫu được làm bằng vật liệu dễ chảy. b. Đặc điểm * Ưu điểm - Đúc được vật đúc phức tạp, những hợp kim khó chảy; - Độ chính xác, độ nhẵn cao. * Nhược điểm - Giá thành chế tạo khuôn cao; - Chu trình sản xuất dài, cường độ lao động cao. 6. Đúc trong khuôn vỏ mỏng a. Khái niệm Thực chất là đúc trong khuôn cát đặc biệt có thành khuôn mỏng (6 ÷ 8)mm. b. Đặc điểm * Ưu điểm - Độ chính xác, độ nhẵn 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. Chƣơng 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 + Gây tiếng ồn lớn; + Khó chế tạo chi tiết bên trong phức tạp. b. Máy cán và trục cán * Máy cán Ngoài máy cán điển hình loại 2 trục, trong các dây chuyền cán khá phổ biến các loại máy cán có nhiều trục cán như: 3, 6, 12.....Các máy cán nhiều trục đạt độ cứng vững rất cao của 2 trục cán làm việc, nhờ tiếp xúc lăn với các trục lăn tì đạt độ chính xác cao → Dùng cán tấm mỏng. * 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. Phƣơng 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); + Vật cán không bị biến cứng; + Đảm bảo độ bền, an toàn cho thiết bị. - Nhược điểm: + Độ chính xác, độ nhẵn và chất lượng bề mặt không cao; + Dễ gây phế phẩm (nứt, rách mép.....). → Áp dụng: Cán thô, tấm dày, cán thép hợp kim. * Cán nguội Phôi kim loại không nung nóng trước khi cán. - Ưu điểm: + Sản phẩm có cơ tính cao (độ bền, độ cứng tốt); + Chất lượng bề mặt và độ chính xác cao. - Nhược điểm: + Quy trình cán phức tạp, cán qua nhiều thiết bị phức tạp; + Tiêu hao năng lượng lớn; + Bề mặt trục mau mòn; + Năng suất thấp. → Áp dụng: Cán tinh, tấm mỏng. d. Sản phẩm cán * Thép tấm Khi cán tấm, kim loại biến dạng trong khe hở giữa 2 bề mặt trụ của 2 trục cán quay ngược chiều nhau. - Tấm dày: ≥ 4mm 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 t 0 cán khoảng (1050 ÷ 1200) 0 C, t 0 kết thúc khi cán nóng phải > t 0 kết tinh của vật liệu cán và thường năm trong khoảng (820 ÷ 950) 0 C. Kim loại có t 0 kết tinh rất thấp (như chì) cán ở t 0 thường đã là cán nóng. - Tấm mỏng: < 4mm Có thể dùng phương pháp cán nóng hoặc nguội. Thường chập nhiều tấm để cán, giữa 2 tấm bôi lớp làm trơn, chống dính rồi cán cả tệp. * Thép hình Khi cán hình, kim loại biến dạng trong các lỗ hình tạo thành giữa 2 trục cán định hình quay ngược chiều nhau. - 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 * Khái niệm Sự kéo dài phôi thông qua lỗ khuôn kéo làm giảm tiết diện ngang của phôi, tăng chiều dài. Hình dạng tiết diện ngang của sản phẩm giống hình dạng lỗ khuôn kéo. * Đặc điểm - Ưu điểm: + Có thể chế tạo được các sợi tiết diện rất nhỏ (0,065mm) mà cán không thực hiện được; + 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. 3. Ép kim loại a. Khái niệm và đặc điểm * Khái niệm Quá trình đẩy kim loại nóng vào trong khuôn kín, dưới tác dụng của lực ép kim loại biến dạng qua lỗ khuôn ép được hình dáng, kích thước chi tiết cần chế tạo. * Đặc điểm - Ưu điểm: + Độ chính xác và chất lượng bề mặt cao, cơ tính tốt, có thể không cần qua gia công cơ tiếp theo; + 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. b. Phƣơng pháp ép * Ép thuận Phôi (1) nung nóng tới t 0 cần thiết rồi đặt vào xi lanh (2). Khuôn ép (4) có lỗ ép được kẹp trong ống kẹp khuôn (3). Chày ép (5) với đầu chày (6) di chuyển được trong xi lanh. 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 buồng ép nên lực ép↓ c. Sản phẩm ép Các ống, thanh định hình có hình dạng khác nhau: Các thanh có đường kính (5 ÷ 200)mm, đường kính ống là 800mm, chiều dày của thanh, ống là (1,5 ÷ 8)mm. 4. Rèn tự do a. Khái niệm và đặc điểm * Khái niệm Phương pháp gia công KL ở t 0 cao (t 0 > 900) dùng áp để biến dạng phôi liệu được hình dáng và kích thước sản phẩm theo yêu cầu. Quá trình biến dạng không bị khống chế ở một mức độ nhất định. * 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. d. Sản phẩm rèn Thường sản xuất phôi cho ngành cơ khí. 5. Dập tấm (Dập nguội) a. Khái niệm và đặc điểm * Khái niệm Phương pháp gia công áp lực chế tạo sản phẩm vật liệu tấm, thép bản hoặc giải cuộn. Phương pháp gia công chủ yếu ở trạng thái nguội nên còn gọi là dập nguội. * Đăc điểm - Ưu điểm; + Độ chính xác, chất lượng sản phẩm cao, độ bền, độ nhẵn bề mặt sản phẩm cao; + Năng suất lao động cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá; + Có khả năng chế tạo được chi tiết phức tạp và đẹp mà không cần người thợ có tay nghề cao (chuyển động thiết bị đơn giản). - Nhược điểm: + 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 để tạo vành. - Dập giãn (giãn rộng): Nhằm làm tăng đk tiết diện ngang của phôi rỗng hình trụ hoặc ống ở phần dưới còn miệng vẫn giữ nguyên, ko làm thay đổi chiều dày của ct. c. Sản phẩm dập tấm Dùng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp, đặc biệt trong ôtô, máy bay, tàu thuỷ thiêt bị điện, đồ dân dụng. Ví dụ: Tỷ lệ chi tiết dập tấm của một số ngành Máy điện chiếm (60 ÷ 70)%; Máy kéo, ôtô chiếm (60 ÷ 95)%; Dân dụng chiếm (95 ÷ 98)%; Chƣơng 3: HÀN - CẮT KIM LOẠI Bài 1: Khái niệm cơ bản về hàn 1. Khái niệm và đặc điểm a. Khái niệm Công nghệ ghép nối chi tiết không tháo rời được bằng cách, nung nóng cục bộ chỗ nối tới trạng thái chảy hoặc dẻo. Sau đó kim loại hoá rắn hoặc dùng áp lực để ép, chỗ nối tạo thành liên kết bền vững gọi là mối hàn. 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 phƣơng pháp hàn a. Phân loại theo dạng năng lƣợng - Hàn điện: Dùng điện năng chuyển thành nhiệt năng để cung cấp nhiệt cho vùng hàn (hàn hồ quang, hàn tiếp xúc). - Hàn hoá học: Dùng phản ứng hoá học để tạo nhiệt năng cung cấp cho vùng hàn (hàn khí, hàn nhiệt nhôm). b. Phân loại theo trạng thái vùng hàn khi nung - Hàn nóng chảy - Hàn áp lực. 3. Vị trí mối hàn trong không gian và các kiểu liên kết hàn a. Vị trí mối hàn trong không gian * Hàn sấp (hàn bằng) Mối hàn được phân bố trên mặt phẳng nằm ở góc (0 ÷ 60) 0 theo