Giáo trình Công nghệ rèn và dập khối - Chương 2: Rèn và dập khối

ng sản phẩm dập khối 3 Dập khối sản phẩm lớn 4B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN Sơ đồ khối công nghệ rèn, dập khối 5 Phôi Nung phôi Rèn tự do Dập khối Sản phẩmXử lý sau dập Đối tượng cấn nghiên cứu 6 Phôi Æ Rèn, Dập khối Æ Phôi dập - Phôi đúc, gù đúc - Chồn - Bán thành phẩm - Phôi cán chu kỳ, định hình - Vuốt, kéo - Chi tiết - Chế độ nhiệt - Uốn - Dung sai vật dập - Vật liệu, cơ tính - Dát ... - Ép chảy - Đột lỗ - Vặn xoắn - Hàn cháy - Chặt phôi - Dập trong khuôn hở - Dập trong khuôn kín B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN Phân loại dập khối 7 Gia công áp lực Dập tấm Dập tạo hình khối Rèn phôi Dập khối Chồn Vuốt Uốn Dập trong khuôn hở Dập trong khuôn kín Ép chảy Máy búa Máy ép TL Máy ép vít Máy ép TK B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2.1 Phôi sử dụng trong rèn và dập khối 8 * Vật liệu để rèn và dập khối rất đa dạng, gồm: - Các loại thép các bon - Các loại thép hợp kim - Kim loại mầu và hợp kim màu như hợp kim nhôm, magiê, đồng và một số hợp kim niken, titan * Mọi vật liệu kim loại có tính dẻo đều có thể dập ở một nhiệt độ nhất định 9C¸c d¹ng ph«I chñ yÕu ™ Ph«I thÐp ®óc ™ ph«I thÐp c¸n ®Þnh h×nh ™ ph«I rÌn ™ ph«I thÐp tÊm ™ ph«I qua gia c«ng c¬ ™ ph«I ®óc ™ c¸c lo¹i ph«I kh¸c 10 Các phương pháp cắt phôi 11 Sơ đồ cắt phôi trên máy cắt B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN Các phương pháp cắt phôi 12 Lưỡi cắt để cắt thép hình a – để cắt phôi tròn b - để cắt phôi vuông c - để cắt phôi chữ nhật d - để cắt thép góc e - để cắt tấm B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN Các phương pháp cắt phôi 13 Dạng đặc trưng của đầu mặt phôi sau khi cắt B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 14 Ví dụ tính lực cắt Ví dụ: Tính lực cắt phôi trụ Φ20 mm thép ký hiệu C30 trên máy cắt ? Tra bảng thông số vật liệu ta có giới hạn bền 480Mpa F=pi*20*20/4=100pi mm*mm σb= 480 Mpa=480 N/mm2 k = 1 ÷ 1,6 P=( 1 ÷ 1,6 )*0,7*480*100pi = 105.557 ÷168.892 N =10.5÷16.8 T P = k . σc . F ≈ 0,7 k . σb . F 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 15 2.2.1. Khái niệm: - Khoảng nhiệt độ tạo hình cho phép (Tcp) khi rèn và dập nóng là khoảng nhiệt độ giới hạn bởi nhiệt độ bắt đầu rèn (Tbd) và nhiệt độ kết thúc rèn (Tkt) mà tại 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 12500C – 750 oC. - Khoảng nhiệt độ tạo hình cần thiết (Tct) 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 CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 16 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI ƒ Đạt được nhiệt độ nung ƒ Nhiệt phân bố đồng đều theo tiết diện của thỏi đúc hoặc phôi ƒ Hạn chế oxy hóa và thoát các bon bề mặt ƒ Tránh nứt tế vi và ứng suất dư do nhiệt ƒ Yêu cầu khi nung: B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 17 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI 1. Nung tới nhiệt độ chuyển biến pha với tốc độ nung cho phép; 2. Giữ nhiệt ở nhiệt độ chuyển biến pha; 3. Tiếp tục nung đến nhiệt độ nung cần thiết với tốc độ nung cao nhất có thể; 4. Giữ nhiệt ở nhiệt độ này để đồng đều hóa nhiệt độ theo tiết diện phôi. + Chế độ nung phân đoạn cho phôi có chiều dày lớn: 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 18 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI + Chế độ nung phân đoạn cho phôi nhỏ: Khi nung phôi ngắn với tỷ lệ chiều dài/ đường kính L/D ≤ 2, thời gian nung có thể giảm 2%, L/D = 1,5 thời gian nung có thể giảm 8%, L/D = 1 thì thời gian nung có thể giảm tới 29%. Đối với đa số thép kết cấu khi phôi có đường kính nhỏ hơn 100 mm hoàn toàn có thể chất ngay vào lò có nhiệt độ cao (1300 - 1400o C). B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 19 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI 1. Phôi bịmất nhiệt trong khi tạo hình 2. Làm nguội sau khi rèn Quá trình làm nguội gồm 2 giai đoạn: 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. - Đối với các chi 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 thấp hơn nhiệt độ ngừng rèn, tức là cố gắng làm nguội càng 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 lấy chi tiết để giảm tốc độ làm nguội kim loại. Các áo cách nhiệt được làm bằng amian và cách kim loại từ 50 đến 120 mm. 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 20 2.2.4 PHƯƠNG PHÁP NUNG a) Khi nung bằng dòng điện tiếp xúc b) Khi nung bằng dòng điện cảm ứng c) Phương pháp nung bằng dung dịch điện phân B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2.3 RÈN TỰ DO 21 2.3.1 Khái niệm và Phân loại RÈN TỰ DO RÈN THỦ CÔNGRÈN T Ủ C N RÈN MÁY DẬP KHỐI I CN DẬP TẠO HÌNH KHỐI Ì I 2.3 RÈN TỰ DO 22 • Rèn thủ công: là các nguyên công nhằm biến dạng kim loại một phần hay toàn bộ thể tích ở nhiệt độ thích hợp bằng dụng cụ biến dạng đơn giản và sử dụng sức người là chính. • Rèn máy: các nguyên công dập tạo hình khối đơn giản nhằm biến dạng một phần hay toàn bộ thể tích được thực hiện trên các thiết bị tạo lực ở nhiệt độ thích hợp. Trong khuôn khổ bài giảng này chỉ tập trung vào công nghệ rèn máy. 2.3.1 Khái niệm và Phân loại B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2.3 RÈN TỰ DO 23 CN rÌn tù do r Ì n p h « i C ¾ t p h « i N g . c « n g c h å n N g . c « n g v u è t N g . c « n g ® é t l ç N g . c « n g d ¸ t v μ n h n . C v u « t t r ª n t r ô c n ß n g N g . c « n g d ¸ t ® u æ i N g . c « n g t ¹ o b Ë c N g . c « n g h μ n c h ¸ y N g u y ª n c « n g u è n n . C t ¹ o l å i l â m t r ª n p h « i r Ì n p h « i C ¾ t p h « i B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 24 Các nguyên công rèn được chia thành các loại: - nguyên công sơ bộ, - nguyên công chủ yếu, - nguyên công phụ 25 Bảng tổng hợp các nguyên công rèn Tªn nguyªn c«ng NhiÖm vô Hình vẽ Ghi chó I. C¸c nguyªn c«ng s¬ bé 1. RÌn ph«i BiÕn gï ®óc thμnh ph«i rÌn. Bao gåm c¸c nguyªn c«ng Ðp c¹nh vμ lμm mËt ®é riªng. 2. ChÆt ph«i ( xÊn, c¾t ) Chia ph«i rÌn ra thμnh tõng phÇn nhá lo¹i c¾t bá phÇn ®Çu vμ phÇn ®u«i cña gï ®óc. 26 II. C¸c nguyªn c«ng chÝnh 3. Chån tù do (1) Chån trong vßng (2) vμ chån ®Çu (3) Lμm tăng diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang b»ng c¸ch giảm toμn bé chiÒu dμi (1) Lo¹i lμm giảm mét phÇn chiÒu dμi ph«i (2) vμ cã thÓ lμm ph×nh to phÇn ®Çu ph«i (3) C¸c nguyªn c«ng chån cã thÓ lμ c¸c nguyªn c«ng chuÈn bÞ ( tr−íc khi ®ét lç) lo¹i nguyªn c«ng trung gian ( chuÈn bÞ cho vuèt ). 4. Vuèt Lμm tăng chiÒu dμi ph«i b»ng c¸ch lμm giảm diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña nã. Khi vuèt phøc t¹p cã thÓ bao gåm nhiÒu b−íc Ðp liªn tôc quanh trôc ph«i. 27 5. Đột lỗ T¹o lç trong ph«i hoÆc trong chi tiÕt. Cã thÓ lμ nguyªn c«ng s¬ bé, tr−íc khi d¸t vμnh lo¹i më lç. 6. D¸t vμnh Đång thêi lμm tăng cả ®−êng kÝnh trong vμ ®−êng kÝnh ngoμi cña ph«i rçng (cã lç s½n). Nguyªn c«ng phøc t¹p bao gåm nhiÒu b−íc Ðp c¹nh ph«i quay liªn tôc trong trôc ®ì vμ ®Çu bóa hÑp. 28 7. Vuèt trªn trôc nßng Tăng ®é dμi ph«i rçng. Kh«ng thay ®æi ®−êng kÝnh trong. 8. D¸t Lμm tăng chiÒu réng ph«i Những nguyªn c«ng d¸t phøc t¹p bao gåm nhiÒu qu¸ trinh Ðp theo tiÕt diÖn ngang. 29 9. T¹o bËc DÞch chuyÓn mét phÇn kim lo¹i lÖch khái trôc ban ®Çu cña ph«i. 10. Uèn BiÕn ph«i th¼ng thμnh ph«i cong (hoÆc chi tiÕt cong) theo gãc uèn cÇn thiÕt. Cã thÓ lμ nguyªn c«ng chuÈn bÞ hoÆc nguyªn c«ng cuèi cïng. 11. Th¾t, tãp T¹o ngÉng trªn ph«i (hoÆc chi tiÕt ) Cã thÓ lμ nguyªn c«ng chuÈn bÞ hoÆc nguyªn c«ng cuèi cïng. 30 12. Vª Tõ ph«i cã nhiÒu c¹nh lμm thμnh thanh trßn ( cã thÓ toμn bé hoÆc côc bé ) 13. Vuèt côc bé Vuèt ë mét hoÆc hai ®Çu ph«i 14. Më lç Lμm rçng lç cã s½n vu«ng gãc víi bÒ mÆt ph«i ph¼ng. 31 III. C¸c nguyªn c«ng phô 15. Đánh dấu Lμm biÕn d¹ng mét phÇn rÊt nhá cña thÓ tÝch ph«i nh»m t¹o thμnh chç låi lâm trªn khu«n. C¸c nguyªn c«ng tiÕp theo nã th−êng lμ c¸n côc bé, vuèt côc bé v.v 16. Vª c¹nh Nh»m giảm c¸c ảnh h−ëng xÊu cña viÖc tho¸t nhiÖt ( giảm nhiÖt ®é ) kh«ng ®ång ®Òu cña ph«i. Dïng ®Ó rÌn c¸c ph«i b»ng thÐp hîp kim cao, khái bÞ nøt c¹nh khi rÌn vi c¸c c¹nh th−êng nguéi tr−íc. 32 17. VÆn xo¾n Nh»m quay nét bé phËn nμo ®ã cña ph«i ®i mét gãc cho tr−íc. 18. Hμn ch¸y Nèi hai phÇn ph«i l¹i víi nhau. Dïng khi rÌn b»ng m¸y bóa. 33 C¸c nguyªn c«ng kh¸c 19. C¾t bavia Còng cã thÓ lμ những nguyªn c«ng chuyÓn tiÕp. 20. Lμ Lμm mÊt những chç låi lâm, kh«ng ph¼ng, cong, vªnh cña ph«i. 21. N¾n Lμm ph¼ng c¸c ph«i cong kh«ng tÝnh tr−íc ( cong do thiÕu sãt cña quy trinh c«ng nghÖ hoÆc khi gia c«ng). 22. Đãng dÊu Ghi l¹i những ký hiÖu, m¸c thÐp, sè hiÖu chi tiÕt, b»ng c¸ch ®ôc vμo chi tiÕt hoặc con dÊu. 34 2.4 DẬP KHỐI TRÊN MÁY BÚA 2.4 DẬP KHỐI TRÊN MÁY BÚA 35 CN DẬP TẠO HÌNH KHỐI P Ì I CN RÈN CN DẬP KHỐI I DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN ÉP CHẢY, KÉO DÂY*ÉP CHẢY, KÉO DÂY * 36 CÁC CÔNG ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH DẬP KHỐI 2.4 DẬP KHỐI TRÊN MÁY BÚA 37 38 HÌNH ẢNH THIẾT BỊ DẬP KHỐI Equipment Vận tốc m/s Hydraulic press Mechanical press Screw press Gravity drop hammer Power drop hammer Counterblow hammer 0.06 – 0.30 0.06 – 1.5 0.6 – 1.2 3.6 – 4.8 3.0 – 9.0 4.5 – 9.0 39 2.4.1 KHÁI NIỆM và PHÂN LOẠI DẬP KHỐI là quá trình biến dạng dẻo kim loại trong lòng khuôn ở nhiệt độ thích hợp. DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ tạo ra các phôi dập có vành biên DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN tạo ra sản phẩm không có vành biên. 40 2.4.1.1 DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ a- Phôi b, c- Khuôn không có góc nghiêng (lý tưởng) d,e- Khuôn có góc nghiêng thành lòng khuôn (phôi thừa) 41 2.4.1.2 DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN a,b- Khuôn kín không có góc nghiêng c- Khuôn kín có góc nghiêng d- Khuôn kín trên máy rèn ngang 42 So sánh dập trên khuôn kín và khuôn hở Comparison of closed-die forging to precision or flashless forging of a cylindrical billet. Source: H. Takemasu, V. Vazquez, B. Painter, and T. Altan. SO SÁNH DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN VÀ HỞ 43 KHUÔN DẬP TRÊN MÁY BÚA 1- Bệ đe 2- Thanh chêm bệ đe 3- Bệ đe phụ/ tấm ghép 4- Thanh chêm khuôn dưới 5- Khuôn dưới 6- Khuôn trên 7- Thanh chêm khuôn trên 8- Đầu búa trên 9- Con chốt trên 10- Con chốt dưới Lắp khuôn hở trên máy búa 44 - Dập khối trên máy búa linh hoạt hơn dập trên máy ép cơ khí vì máy búa có hành trình thay đổi, tránh được hiện tượng quá tải và kẹt máy. - Kích thước chiều ngang được đảm bảo, chiều cao sản phẩm thường không chính xác -> do kích thước phôi - Với khuôn dập khối hở thì vật dập luôn có vành biên -> cần thiết có các nguyên công tinh chỉnh và cắt biên. Máy dập + Khuôn + Phôi+ Chế độ nhiệt => Sản phẩm dập 45 2.4.2 MẶT PHÂN KHUÔN Mặt phân khuôn phân chia khuôn thành 2 nửa khuôn trên và khuôn dưới; thuận lợi cho quá trình điền đầy kim loại, đặt phôi và lấy vật dập ra khỏi khuôn. (xem hình trang sau) ™ Mặt phân khuôn có thể phẳng hoặc gấp khúc. ™ Vật dập là hình khối không gian đơn giản thì có thể chọn tối ưu: tháo lắp, hướng thớ... ™ Vật dập phức tạp thì có thể thêm lượng thêm kim loại để có thể lấy vật dập. ™ Hình dáng vật dập phụ thuộc vào mặt phân khuôn. 46 MẶT PHÂN KHUÔN VỚI CÁC VẬT RÈN ĐƠN GIẢN 47 CHỌN MẶT PHÂN KHUÔN THEO TỈ SỐ H/D - H/D nhỏ thì nên chọn phương án b - H>>D thì nên chọn theo phương án c 48 SỰ PHÂN BỐ THỚ KL theo MẶT PHÂN KHUÔN Chi tiết dạng con chốt hay bị cắt đứt tại tiết diện a-a, nên chọn mặt phân khuôn I-I cho tổ chức hướng thớ liên tục. Phương án a thì góc nghiêng lòng khuôn nhỏ, tiết kiệm kim loại. 49 2.4.3 VÀNH BIÊN và RÃNH THOÁT BIÊN VÀNH BIÊN là phần kim loại thừa bao quanh vật dập. - Khóa cửa khuôn ở giai đoạn cuối quá trình dập - Tăng trở lực biến dạng để kim loại điền đầy các hốc hẹp, rãnh sâu trong lòng khuôn. - Vành biên được cắt bởi các nguyên công sau dập 50 Kết cấu khuôn cắt biên và đột màng ngăn lỗ 51 B. RÃNH THOÁT BIÊN RÃNH THOÁT BIÊN gồm cầu vành biên a và túi chứa kim loại b Kích thước h đóng vai trò quan trọng trong việc điền đầy kim loại và hình thành vành biên. 52 Các loại rãnh thoát biên 53 Các giai đoạn hình thành vành biên a)Vành biên quá lớn b)Vành biên hợp lý 1 2 3 54 2.4.4 GÓC NGHIÊNG THÀNH LÒNG KHUÔN Mục đích: Sau khi dập do lực ma sát giữa vật dập và thành lòng khuôn tại các mặt tiếp xúc, cho nên nếu ta làm các thành lòng khuôn đứng thì vật dập sẽ dính chặt vào lòng khuôn, không lấy ra được, hoặc trong trường hợp dùng cần đẩy mà lực ma sát rất lớn thì lực cũng lớn. Xem góc nghiêng 55 A. Cách chọn góc nghiêng - Các khuôn hở dập trên máy búa: lòng khuôn với một góc nghiêng nhất định (khoảng 5÷100 ) - Đối với các khuôn dập có dùng cần đẩy ( khả năng này rất khó thực hiện trên máy búa ) thì có thể giảm góc nghiêng thành lòng khuôn đi vài ba độ. - Độ sâu tương đối của các lòng khuôn càng lớn thì góc nghiêng thành lòng khuôn càng lớn. - Vật dập như nhau nhiệt độ phôi dập càng cao thì góc nghiêng thành lòng khuôn càng lớn. - Nếu dùng chất bôi trơn tốt thì không những làm giảm hệ số ma sát mà còn làm giảm áp lực pháp tuyến. 56 - Khi vËt dËp dÝnh ë nöa khu«n d−íi, ®Ó th¸o gì chØ cÇn ®Ëp m¹nh thªm mét lÇn lμ cã thÓ lÊy ®−îc s¶n phÈm. - §Æc biÖt nguy hiÓm khi vËt dËp dÝnh ë nöa khu«n trªn, cã thÓ g©y vì khu«n, gÉy c¸n bóa hoÆc v¨ng vμo c«ng nh©n g©y tai n¹n. - §Ó kh¾c phôc, khi chÕ t¹o khu«n th−êng lμm gãc nghiªng ë nöa khu«n trªn lín h¬n gãc nghiªng ë nöa khu«n d−íi. 57 B. Điều kiện để vật dập tự thoát ra khỏi lòng khuôn Sau nh¸t ®Ëp cuèi cïng, trªn bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a vËt dËp vμ lßng khu«n tån t¹i c¸c thμnh phÇn lùc: - P t¸c dông vu«ng gãc bÒ mÆt vËt dËp. - Gäi ma s¸t tiÕp xóc tæng céng lμ T, gãc nghiªng thμnh lßng khu«n lμ α, hÖ sè ma s¸t μ 58 T = μ.P ( theo ®Þnh luËt Coulomb) Coi tæng hîp c¸c lùc t¸c dông lªn vËt dËp lμ Q th× Q = -Tcosα + Psinα = P(sinα - μcosα) §Ó vËt dËp tù ®Èy ra khái lßng khu«n th× hîp lùc Q ph¶I lín h¬n kh«ng (chiÒu d−¬ng) α α T P Q Phân tích lực tác dụng lên phôi Q > = 0 (sinα - μcosα) >=0 tgα >= μ 59 Vùng giá trị của góc nghiêng I II tgα > μ Vùng II đảm bảo điều kiện vật dập tự đẩy ra khỏi khuôn sau nhát đập thêm 60 + Gãc nghiªng ngoμi: ë mÆt tiÕp xóc gi÷a vËt dËp vμ lßng khu«n mμ khi kim lo¹i nguéi ®i sÏ t¹o ra khe hë. + Gãc nghiªng trong: lμ gãc nghiªng ë c¸c mÆt tiÕp xóc mμ khi kim lo¹i nguéi ®i sÏ t¹o ra ®é c¨ng. α1 < α2 61 2.4.5 BÁN KÍNH GÓC LƯỢN - Là yếu tố công nghệ không tránh khỏi trong gia công cơ khí. Bán kính lượn càng nhỏ mức độ gia công càng khó. - Bán kính lượn lớn hay nhỏ sẽ tạo thuận lợi hay khó khăn khi điền đầy kim loại. - Bán kính góc lượn giảm tập trung ứng suất. - Bán kính lượn trên dụng cụ (chày,cối) luôn nhỏ hơn hoặc bằng bán kính lượn trên phôi. 62 Cách chọn bán kính góc lượn B¸n kÝnh gãc l−în - B¸n kÝnh gãc l−în trong R - B¸n kÝnh gãc l−în ngoμi r Th«ng th−êng r = 1 ÷ 6mm R = 3 ÷ 15mm h/b < 2 r = 0.05h + 0.5; R = 2.5r + 0.5 h/b = 2 ÷ 4 r = 0.06h + 0.5; R = 3.0r + 0.5 h/b > 4 r = 0.07h + 0.5; R = 3.5r + 0.5 63 2.4.6 LỖ CHƯA THẤU VÀ MÀNG NGĂN LỖ •Màng ngăn lỗ: Phần kim loại công nghệ còn lại trong lỗ sau khi dập • Lỗ chưa thấu: thay hoặc giảm tải cho n/c đột lỗ 64 Chiều sâu tối đa của lỗ chưa thấu Chiều sâu tối đa hmax của lỗ chưa thấu có thể dập trên máy búa được tính theo công thức kinh nghiệm sau: )( max 75,2).4cos( 5,0 tb Dh σα= σb(t) – Giới hạn bền của kim loại ở nhiệt độ biến dạng D - Đường kính lỗ . α - Góc nghiêng thành lòng khuôn < 0,8D 65 Chiều dày màng ngăn lỗ Khi cần dập chi tiết có màng ngăn lỗ thì chiều dầy màng cũng phải tính toán sao cho hợp lý. Nếu qúa dầy thì tốn kim loại, tốn lực đột màng ngăn lỗ. Nếu quá mỏng thì dễ hỏng khuôn (dấu khuôn) tốn năng lượng khi dập. Có thể tính chiều dày màng ngăn lỗ theo công thức kinh nghiệm sâu đây: mmhhDa 6,0525,045,0 +−−= 66 2.4.7 LÒNG KHUÔN TINH Lòng khuôn tinh: - lòng khuôn cuối cùng, - có hình dáng gần nhất với vật dập. a) Bản vẽ vật dập b) Hình dạng sau khi duỗi thẳng của vật dập c) Các bước dập d) Khuôn dưới e) Lòng khuôn ép tụ 67 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN a) Chồn b,c) Chồn, đột lỗ d) Chồn phôi cao e) Ép chảy f) Chồn, đột, ép chảy 68 CÁC GĐ QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN Giai đoạn 1: Chồn tự do, từ chiều cao ban đầu đến khi phôi tiếp xúc vào các thành bên. Chiều cao phôi giảm lượng ΔH1. Áp lực đơn vị thấp, chủ yếu là áp lực p và áp lực do lực ma sát bề mặt gây ra mp. Giai đoạn 2: Chồn+Ép chảy, từ khi kim loại tiếp xúc thành bên đến khi cầu vành biên bắt đầu bị đóng kín. Chiều cao phôi giảm đi 1 lượng ΔH2. Ngoài các áp lực p,mp còn có áp lực trên thành bên q và mq lực ma sát do q gây ra. Giai đoạn 3: Chồn+Ép chảy, kim loại điền đầy các góc lượn và chảy qua cầu vành biên. Các thành phần lực masat thành bên mp, mq ko còn mặc dù vẫn có áp lực bên q, do ko có sự chuyển dịch của lớp kim loại bề mặt. Thêm vào đó là áp lực tại cầu vành biên c và ma sát mc. Do đó lực dập tăng nhanh. ΔH3 nhỏ hơn ΔH1 ΔH2 Giai đoạn 4: Đẩy nốt phần kim loại thừa ra vành biên. Thành phần lực gần giống GDD3 và tăng rất nhanh. 69 Mô phỏng QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN 70 2.4.8 LÒNG KHUÔN THÔ - Lòng khuôn thô có nhiệm vụ làm giảm nhiệm vụ cường độ làm việc của lòng khuôn tinh, do đó tăng tuổi thọ của các lòng khuôn tinh. - Phôi dập qua lòng khuôn thô có hình dáng gần giống vật dập, có một lớp ba via được tạo ra từ khe hở giữa hai mặt biên Vị trí các lòngkhuôn 71 ĐẶC ĐIỂM LÒNG KHUÔN THÔ Cấu tạo lòng khuôn thô gần giống lòng khuôn tinh nhưng có những điểm khác sau đây. 1. Các bán kính góc lượn lòng khuôn thô lớn hơn ở lòng khuôn tinh. 2. Lòng khuôn thô không có rãnh thoát biên. 3. Chiều cao lòng khuôn thô phải lớn hơn chiều cao vật dập để khi dập trên lòng khuôn tinh có một lượng biến dạng về chiều cao . 72 ĐẶC ĐIỂM LÒNG KHUÔN THÔ 4. Chiều rộng các lòng khuôn thô phải nhỏ hơn chiều rộng lòng khuôn tinh để có thể đặt bán thành phẩm (đã qua lòng khuôn thô) vào lòng khuôn tinh được dễ dàng . 5. Góc nghiêng thành lòng khuôn thô có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn góc nghiêng thành lòng khuôn tinh. Nếu cần tạo gân hoặc một chỗ lồi cao thì ta nên tạo hình theo phương pháp ép chảy. 73 Vật dập trên lòng khuôn thô và tinh - Nửa trái: vật dập lòng khuôn thô - Nửa phải: vật dập lòng khuôn tinh 74 - chiều dày lớp ba via sau khi dập qua lòng khuôn thô là ht - chiều dày cầu vành biên lòng khuôn tinh là h - chiều sâu của túi chứa kim loại ở rãnh thoát biên là H h < ht <H 75 2.4.9 CÁC NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ - Chuẩn bị phôi dập bằng máy chuyên dùng: máy cán chu kỳ, rèn cán.. - Phôi cán định hình, chu kỳ.. - Phôi đúc 76 ®å thÞ X¸c ®Þnh C¸c n.C ChuÈn bÞ C Kh«ng nÐn Ðp tô Hë Ðp Tô kÝn Vuèt+Ðp tô 77 2.4.9.1 NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ VẬT DẬP DỌC -Vật dập dọc là các vật dập được dập theo chiều dọc trục phôi. Thường là các vật dập ngắn , tròn xoay như bánh răng , bánh đà , bánh đai... -Nguyên công chuẩn bị chủ yếu cho vật dập dọc thường chỉ là chồn 78 Khối khuôn ghép 2 lòng khuôn Lòng khuôn chồn Lòng khuôn tinh Rãnh thoát biênKhuôn dập phôi bánh răng 79 N/c chuẩn bị vật dập dọc a) Chồn b) Vuốt c) Ép chảy 80 2.4.9.2 NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ VẬT DẬP DÀI Các nguyên công chuẩn bị chính gồm: - Vuốt: phôi ngắn hơn vật dập - Ép tụ: độ dài phôi bằng vật dập - Uốn: đường trục phôi bị uốn - Thắt: tạo phình nhỏ - Thành hình: phôi dập không đối xứng -Vật dập dài là các vật dập được dập theo chiều vuông góc trục phôi. 81 CÁC LÒNG KHUÔN CHUẨN BỊ - VUỐT (a) - ÉP TỤ (b) - UỐN (c) a ) b ) c ) 82 CÁC LÒNG KHUÔN CHUẨN BỊ UỐN THÀNH HÌNH 83 2.4.10 TÍNH THỂ TÍCH PHÔI DẬP Thể tích phôi: VPh = k ( VVd + VPL ) - k: hệ số kim loại cháy khi nung k>1, k=1+(1%÷6%) - Vvd: Thể tích vật dập ở trạng thái nguội (theo bản vẽ) - Vpl: Thể tích phế liệu 84 2.4.10.1 VẬT DẬP DỌC (NGẮN) - Đối với các vật dập dọc thì phôi phải thỏa mãn điều kiện khi chồn: H0 < 2,5 D0 tránh hiện tượng mất ổn định. - Lượng biến dạng khi chồn chuẩn bị trước khi đưa vào dập nên trong khoảng: 25%÷50%. - Tính đến mức độ phình trống để thuận lợi cho biến dạng trong khuôn dập. 85 2.4.10.2 VẬT DẬP DÀI (DẬP NGANG) Phế liệu trong công thức ở trên gồm: VPl = VVb + Vch + Vmn + Vm • VVb: Thể tích vành biên • Vch: Thể tích chuôi kẹp kìm • Vmn: Thể tích mạch nối chi tiết (dập chùm) • Vm: Thể tích màng ngăn lỗ (nếu có lỗ chưa thấu) Khi đã có thể tích phôi thì phải chọn phôi đảm bảo yêu cầu: L0max = Lvd và D0max = Dghmax – đường kính quy đổi tại tiết diện ngang lớn nhất của vật dập. 86 2.4.10.3 GiẢN ĐỒ ĐƯỜNG KÍNH VẬT DẬP -B1: Xây dựng giản đồ diện tích, tại các tiết diện ngang của vật dập (Fgd). -B2: Xây dựng giản đồ đường kính đối xứng Dgd= 1,13.Fgd1/2 tương ứng với các tiết diện ngang. Fvd - Diện tích tiết diện ngang của vật dập Fvb - Diện tích tiết diện ngang của một phía vành biên . vbvdgd FFF 2+= Tính chính xác phôi gồm cả vành biên: 87 CÁC BƯỚC XÂY DỰNG GĐ ĐƯỜNG KÍNH Các phương án chọn phôi theo GDĐKXây dựng GDĐK 88 - Giản đồ đường kính là đồ thị phụ thuộc giữa độ dài và các giá trị Dgđ tương ứng. - Nếu phôi được chuẩn bị theo đúng với giản đồ đường kính thì khi dập các phần tử kim loại chỉ phải biến dạng theo chiều vuông góc với trục phôi, nghĩa là kim loại được dịch chuyển trong quá trình dập theo các đường vuông góc ngắn nhất. Loại bỏ hẳn các thành phần dịch chuyển dọc trục. 89 2.4.11 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA - Dập khối trên khuôn hở tạo ra vành biên chiếm 5-15% toàn bộ thể tích. Cần thiết các nguyên công cắt biên và gia công cơ. - Dập khối trên khuôn kín chất lượng vật dập cao hơn, tiết kiệm kim loại, khuôn phức tạp hơn, dễ gây quá tải máy. - Kích thước về chiều cao không đảm bảo khi phôi không chính xác. - Thích hợp các vật dập dọc thấp 90 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA Khuôn kín gồm có: • Lòng khuôn kín • Khóa khuôn 91 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA Lòng khuôn sâu hơn được bố trí ở lòng khuôn dưới 92 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA 93 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA a) Khuôn hở b) Khuôn kín 94 VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẬP KHỐI PHÔI BÁNH RĂNG 95 Khuôn một lòng khuôn Dập phôi đĩa xích 96 Kết cấu khối khuôn hở Mặt trên Mặt dưới 97 Lắp khuôn 98 Animation of forgin hammer Quá trình dập thực hiện như thế nào? 100 2.5 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP 101 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP 2.5.1 Dập khối trên máy ép trục khuỷu dập nóng 2.5.2 Dập khối trên máy ép Vít ma sát 2.5.3 Dập khối trên máy rèn ngang 2.5.4 Dập khối trên máy ép thủy lực (Ép chảy) 2.5.5 Các máy chuyên dùng 102 2.5.1 S¬ ®å m¸y Ðp trôc khuûu dËp nãng 9 1 §u«i dÉn h−íng phô 2 B¸nh r¨ng nhá 3 B¸nh r¨ng lín vμ ly hîp ma s¸t 4 §Çu tr−ît 5 Chªm bμn m¸y 6 Phanh 7 B¸nh ®μ 8 Phanh b¸nh ®μ 9 C¬ cÊu c©n b»ng 103 Máy ép trục khuỷu dập nóng 104 2.5.1 Dập khối trên máy ép ¦u ®iÓm cña m¸y Ðp trôc khuûu so víi m¸y bóa - §−îc sö dông réng r·i trong s¶n xuÊt hμng lo¹t lín vμ hμng khèi. -ThÝch hîp cho tù ®éng ho¸ vμ c¬ khÝ ho¸. - ChiÒu dμi hμnh tr×nh m¸y cè ®Þnh, cho phÐp thao t¸c lÖch t©m nh−ng kh«ng thÓ dËp nhiÒu lÇn mét vËt dËp trªn mét lßng khu«n. - HiÖu suÊt lμm viÖc cao (2 lần so với máy búa). - N¨ng suÊt lao ®éng cao ( vì mỗi nhát dập là một chi tiết trong khi với máy búa thì một sản phẩm phải dập trên nhiều lòng khuôn). - §é chÝnh x¸c vËt dËp cao h¬n so víi dËp trªn m¸y bóa. Dung sai cña vËt dËp cã thÓ ®¹t tíi 0.2 – 0.5mm (®èi víi m¸y bóa lμ 0.8 – 1mm). - HÖ sè sö dông kim lo¹i cao h¬n v× cã thÓ gi¶m l−îng thªm vμ l−îng d− do khu«n dËp trªn m¸y Ðp trôc khuûu cã thÓ sö dông cÇn ®Èy. - §iÒu kiÖn lμm viÖc cña c«ng nh©n tèt h¬n. - Gi¸ thμnh s¶n phÈm h¹, do tiÕt kiÖm kim lo¹i. 105 - Nh−îc ®iÓm khi dập trên máy ép trục khuỷu dập nóng - Gi¸ thμnh ®Çu t− lín. - M¸y th−êng bÞ kÑt ë ®iÓm chÕt d−íi. - Kh«ng cã r·nh ®u«i Ðn g¸ l¾p khu«n. - Hμnh tr×nh nhá. - BiÕn d¹ng ®μn håi khung th©n m¸y - Tốc độ chậm hơn máy búa (0,5-1,5 m/s) 106 - §å thÞ liªn hÖ gi÷a hμnh tr×nh ®Çu tr−ît vμ thêi gian lμ mét ®−êng cong cøng. - Víi mçi lßng khu«n, chØ tån t¹i mét møc ®é biÕn d¹ng nhÊt ®Þnh. - §é chÝnh x¸c cña vËt dËp trong kho¶ng 0.2 ÷ 0.5mm - Tèc ®é biÕn d¹ng ë thêi ®iÓm biÕn d¹ng ≅ 0.5 ÷ 0.8m/s, (với m¸y bóa ®¬n ®éng:5 ÷ 6m/s) - Tèc ®é biÕn d¹ng thÊp t¹o ®iÒu kiÖn cho qu¸ tr×nh ®iÒn ®Çy lßng khu«n tèt h¬n. 2. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh dËp trªn m¸y Ðp trôc khuûu dËp nãng 107 So s¸nh tèc ®é ®Çu bóa khi dËp trªn METK vμMB m.e.t.k m.bóa 108 DËp trªn m¸y Ðp BiÕn d¹ng ®μn håi cña m¸y Ðp vμ ý nghÜa - Khi lμm viÖc, do ®Æc ®iÓm kÕt cÊu, c¸c chi tiÕt cña m¸y bÞ biÕn d¹ng ®μn håi (trôc khuûu bÞ uèn, tay biªn vμ ®Çu tr−ît bÞ nÐn, th©n m¸y chÞu uèn vμ kÐo). - L−îng biÕn d¹ng ®μn håi phô thuéc vμo trë lùc biÕn d¹ng trong lßng khu«n, nhiÖt ®é nung vμ thÓ tÝch ph«i. Cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: Δt = Hn + at - HT trong ®ã:+ Hn: chiÒu cao vËt dËp sau khi nguéi. + at: l−îng co ngãt kÝch th−íc sau khi nguéi cña vËt dËp. + HT: chiÒu cao vËt dËp theo thiÕt kÕ - Do ®ã, khi ®iÒu chØnh khu«n lóc kh«ng cã vËt rÌn nÕu ®Ó kho¶ng c¸ch gi÷a hai mÆt ph©n khu«n b»ng chiÒu cao vμnh biªn th× sÏ nhËn ®−îc vËp dËp cã chiÒu cao lín h¬n tÝnh to¸n. - Khi ®iÒu chØnh khu«n, ph¶i chÕ t¹o d−ìng cã chiÒu cao b»ng chiÒu cao vμnh biªn sau ®ã ®Æt lªn cÇu vμnh biªn, h¹ ®Çu tr−ît ®i xuèng ®Ó nöa khu«n trªn vμ d−íi c¸ch nhau mét kho¶ng b»ng kÝch th−íc cña d−ìng. 109 §Æc ®iÓm KÕt cÊu khu«n - Cã thÓ chÕ t¹o tõ khèi thÐp nguyªn hoÆc sö dông kÕt cÊu ghÐp. - Do bμn m¸y cña m¸y Ðp trôc khuûu dËp nãng kh«ng cã r·nh mang c¸, ph¶i thiÕt kÕ ®Õ khu«n phô cã r·nh mang c¸ ®Ó g¸ khu«n. - Trªn m¸y Ðp cã hÖ thèng ®Èy s¶n phÈm do ®ã gãc nghiªng thμnh lßng khu«n trªn METK nhá h¬n gãc nghiªng thμnh lßng khu«n trªn m¸y bóa 1o ÷ 3o. Cã thÓ ®Èy t¹i mét hoÆc nhiÒu vÞ trÝ tuú thuéc vμo h×nh d¹ng vμ kÝch th−íc cña chi tiÕt. KÕt cÊu ®Èy cã thÓ bè trÝ ë khu«n trªn hoÆc khu«n d−íi hoÆc ®ång thêi ë c¶ hai nöa khu«n. - NÕu vËt dËp cã chiÒu cao lín th× ph¶i dïng c¬ cÊu ®Èy kiÓu thuû lùc hoÆc khÝ nÐn. - Trªn METK cã thÓ dïng khu«n tæ hîp (nhiÒu khu«n trªn mét khèi khu«n) - Do METK cã hμnh tr×nh cøng nªn trong kÕt cÊu khu«n ph¶i cã c¬ cÊu chèng qu¸ t¶i khu«n vμ m¸y. 110 Rãnh thoát biên trên máy ép Khu«n trªn METK dập nóng (kh«ng cã mÆt g−¬ng) KiÓu 1: th«ng dông KiÓu 2: KiÓu 3 KiÓu 4 Khuôn trên máy búa 111 Kích thước rãnh thoát biên 112 Cơ cấu đẩy 113 Kết cấu bàn máy 114 115 Khuôn kín dập trên máy ép Vị trí túi chứa kim loại thừa 116 2.5.2 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT Nguyên lý hoạt động Ảnh máy thực (63T) Vit cung điện Stato 117 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT • Đặc điểm gần giống máy búa, kết cấu bàn máy và phần rơi. • Hành trình dập không cố định (mềm), hành trình dập lớn hơn METK. • Lực cỡ nhỏ do kết cấu máy (~1000T) • Tốc độ đầu búa 3- 4 m/s, chậm hơn máy búa 2 lần, lớn hơn METK (<1m/s) • Không cho phép dập lệch tâm lớn 118 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT Khuôn dập trên máy ép Vít ma sát 119 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT 12012.04.2010 Hμ néi 120 2.5.3 DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG 1. Đầu trượt chính 2. Cữ phôi 3. Nửa cối tĩnh 4. Nửa cối động 121 DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG Hµ néi 122 DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG 123 DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG 124 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP THUỶ LỰC – ÉP CHẢY 2.5.4 ÉP CHẢY 125 Phân loại 3 loại chính: - Ép chảy thuận - Ép chảy ngược - Ép chảy ngang 126 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP THUỶ LỰC – ÉP CHẢY Khuôn thực nghiệm ép chảy thuận 127 Công cụ Phần mền hỗ trợ cho việc thiết kế và mô phỏng: - AutoCAD - Solidwork: thiết kế 3D - Catia V5: thiết kế, tính toán - Ansys: thiết kế, tính toán, mô phỏng 128 Thanks for your attention !