Bài giảng Công nghệ gia công áp lực - Chương 2: Rèn và dập khối

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ gia công áp lực - Chương 2: Rèn và dập khối

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ 2.0 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI B/M GIA CÔNG ÁP LỰC Công nghệ dập tạo hình khối là một trong Chương 2 những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực, khai thác tính dẻo của kim loại để làm biến dạng RÈN VÀ DẬP KHỐI và điền đầy vào lòng khuôn để tạo hình sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu. Hà nội, 10.09.2010 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 2 Các dạng sản phẩm dập khối Dập khối sản phẩm lớn 3 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 4
2. Sơ đồ khối công nghệ rèn, dập khối Đối tượng cấn nghiên cứu 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 Rèn tự do -Dập trong khuôn hở Phôi Nung phôi Xử lý sau dập Sản phẩm -Dập trong khuôn kín Dập khối 5 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 6 Phân loại dập khối 2.1 Phôi sử dụng trong rèn và dập khối Giacôngáplực * Mọi vật liệu kim loại có tính dẻo đều có thể dập ở một Dậptấm Dậptạohìnhkhối nhiệt độ nhất định Rèn phôi Dậpkhối * Vật liệu để rèn và dập khối rất đa dạng, gồm: -Các loại thép các bon Chồn Máy búa Dập trong khuôn hở -Các loại thép hợp kim Vuốt Dập trong khuôn kín Máy ép TK - Kim loại mầu và hợp kim màu như hợp kim nhôm, Máy ép vít Uốn Ép chảy magiê, đồng và một số hợp kim niken, titan Máy ép TL B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 7 8
3. C¸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 9 10 Các phương pháp cắt phôi Các phương pháp cắt phôi 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 Sơ đồ cắt phôi trên máy cắt B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 11 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 12
4. Các phương pháp cắt phôi Ví dụ tính lực cắt P = k . σc . F ≈ 0,7 k . σb . F 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 Dạng đặc trưng của đầu mặt phôi sau khi cắt B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 13 14 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2.1. Khái niệm: 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI - 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 (T ) và nhiệt độ kết bd Yêu cầu khi nung: 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 ƒ Đạt được nhiệt độ nung khoảng nhiệt độ cho phép nằm trong giới hạn từ 12500C – 750 oC. ƒ Nhiệt phân bố đồng đều theo tiết diện của thỏi đúc hoặc phôi - Khoảng nhiệt độ tạo hình cần thiết (Tct) là khoảng nhiệt độ nằm ƒ Hạn chế oxy hóa và thoát các bon bề mặt trong khoảng nhiệt độ (Tcp) phù hợp với từng nguyên công, thời gian gia công và vật liệu. ƒ Tránh nứt tế vi và ứng suất dư do nhiệt ƒ B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 15 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 16
5. 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI + Chế độ nung phân đoạn cho phôi có chiều dày lớn: + Chế độ nung phân đoạn cho phôi nhỏ: 1. Nung tới nhiệt độ chuyển biến pha với tốc độ nung cho phép; Đối với đa số thép kết cấu khi phôi có đường kính nhỏ hơn 2. Giữ nhiệt ở nhiệt độ chuyển biến pha; 100 mm hoàn toàn có thể chất ngay vào lò có nhiệt độ cao (1300 - 1400o C). 3. Tiếp tục nung đến nhiệt độ nung cần thiết với tốc độ nung cao nhất có thể; Khi nung phôi ngắn với tỷ lệ chiều dài/ đường kính 4. Giữ nhiệt ở nhiệt độ này để đồng đều hóa nhiệt độ theo tiết diện L/D ≤ 2, thời gian nung có thể giảm 2%, phôi. L/D = 1,5 thời gian nung có thể giảm 8%, L/D = 1 thì thời gian nung có thể giảm tới 29%. 17 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 18 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP KHỐI 2.2.3 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI 2.2.4 PHƯƠNG PHÁP NUNG Quá trình làm nguội gồm 2 giai đoạn: a) Khi nung bằng dòng điện tiếp xúc 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 b) Khi nung bằng dòng điện cảm ứng - nhiệt truyền trực tiếp vào dụng cụ gia công. 2. Làm nguội sau khi rèn c) Phương pháp nung bằng dung dịch điện - 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 phân 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. 19 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 20
6. 2.3 RÈN TỰ DO 2.3 RÈN TỰ DO 2.3.1 Khái niệm và Phân loại 2.3.1 Khái niệm và Phân loại • Rèn thủ công: là các nguyên công nhằm biến dạng CNCN DDẬẬPP TTẠẠOO HÌNHHÌNH KHKHỐỐII 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. RÈNRÈN TTỰỰDODO DẬP KHỐI DẬP KHỐI • 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. RÈNRÈN THTHỦỦCÔNGCÔNG RÈNRÈN MÁYMÁY Trong khuôn khổ bài giảng này chỉ tập trung vào công nghệ rèn máy. 21 B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 22 2.3 RÈN TỰ DO CN rÌn tù do Các nguyên công rèn được chia thành các loại: - nguyên công sơ bộ, nh μ - nguyên công chủ yếu, n ch¸y n μ - nguyên công phụ C¾t ph«i ph«i C¾t C¾t rÌn ph«irÌn ph«i Ng. c«ng vuèt Ng. c«ng chån Ng. c«ng ®ét lç Ng. c«ng t¹o bËc Nguyªn c«ng uèn Ng. c«ng d¸t ®uæi Ng. c«ng d¸t v Ng. c«ng h n.C vu«t trªn trôc nßng trôc trªn n.C vu«t n.C t¹o låi lâm trªn ph«i låi lâm trªn n.C t¹o B/M GIA CÔNG ÁP LỰC - ViỆN CƠ KHÍ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN 23 24
7. Bảng tổng hợp các nguyên công rèn Tªn nguyªn c«ng NhiÖm vô Hình vẽ Ghi chó II. C¸c nguyªn c«ng chÝnh 3. Chån tù do Lμm tăng diÖn C¸c nguyªn c«ng chån I. C¸c nguyªn c«ng s¬ bé (1) tÝch tiÕt diÖn cã thÓ lμ c¸c nguyªn ngang b»ng c¸ch c«ng chuÈn bÞ ( tr−íc khi 1. RÌn ph«i BiÕn gï ®óc thμnh Bao gåm c¸c Chån trong giảm toμn bé ®ét lç) lo¹i nguyªn c«ng ph«i rÌn. nguyªn c«ng Ðp vßng (2) vμ chiÒu dμi (1) trung gian ( chuÈn bÞ cho c¹nh vμ lμm mËt chån ®Çu (3) Lo¹i lμm giảm vuèt ). ®é riªng. mét phÇn chiÒu dμi ph«i (2) vμ cã thÓ lμm ph×nh to phÇn ®Çu ph«i (3) 2. ChÆt ph«i Chia ph«i rÌn ra ( xÊn, c¾t ) thμnh tõng phÇn 4. Vuèt Lμm tăng chiÒu Khi vuèt phøc t¹p cã thÓ nhá lo¹i c¾t bá dμi ph«i b»ng bao gåm nhiÒu b−íc Ðp phÇn ®Çu vμ phÇn c¸ch lμm giảm liªn tôc quanh trôc ph«i. ®u«i cña gï ®óc. diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña nã. 25 26 5. Đột T¹o lç trong ph«i Cã thÓ lμ lỗ hoÆc trong chi tiÕt. nguyªn c«ng s¬ 7. Vuèt Tăng ®é dμi Kh«ng thay ®æi bé, tr−íc khi d¸t trªn trôc ph«i rçng. ®−êng kÝnh vμnh lo¹i më lç. nßng trong. 6. D¸t Đång thêi lμm tăng Nguyªn c«ng 8. D¸t Lμm tăng chiÒu Những nguyªn cả ®−êng kÝnh trong phøc t¹p bao réng ph«i c«ng d¸t phøc vμnh vμ ®−êng kÝnh ngoμi gåm nhiÒu b−íc t¹p bao gåm cña ph«i rçng (cã lç Ðp c¹nh ph«i nhiÒu qu¸ trinh s½n). quay liªn tôc Ðp theo tiÕt diÖn trong trôc ®ì vμ ngang. ®Çu bóa hÑp. 27 28
8. 9. T¹o DÞch chuyÓn mét 12. Vª Tõ ph«i cã nhiÒu bËc phÇn kim lo¹i lÖch c¹nh lμm thμnh khái trôc ban ®Çu thanh trßn ( cã thÓ cña ph«i. toμn bé hoÆc côc bé ) 10. Uèn BiÕn ph«i th¼ng Cã thÓ lμ nguyªn thμnh ph«i cong c«ng chuÈn bÞ 13. Vuèt côc Vuèt ë mét hoÆc (hoÆc chi tiÕt cong) hoÆc nguyªn hai ®Çu ph«i theo gãc uèn cÇn c«ng cuèi cïng. bé thiÕt. 11. T¹o ngÉng trªn ph«i Cã thÓ lμ nguyªn Lμm rçng lç cã Th¾t, (hoÆc chi tiÕt ) c«ng chuÈn bÞ 14. Më lç s½n vu«ng gãc víi tãp hoÆc nguyªn c«ng cuèi cïng. bÒ mÆt ph«i ph¼ng. 29 30 III. C¸c nguyªn c«ng phô 17. VÆn Nh»m quay nét 15. Lμm biÕn d¹ng mét phÇn C¸c nguyªn c«ng xo¾n bé phËn nμo ®ã Đánh rÊt nhá cña thÓ tÝch ph«i tiÕp theo nã cña ph«i ®i mét nh»m t¹o thμnh chç låi th−êng lμ c¸n côc gãc cho tr−íc. dấu lâm trªn khu«n. bé, vuèt côc bé v.v 16. Vª Nh»m giảm c¸c ảnh h−ëng Dïng ®Ó rÌn c¸c 18. Hμn Nèi hai phÇn Dïng khi xÊu cña viÖc tho¸t nhiÖt ( ph«i b»ng thÐp ch¸y ph«i l¹i víi rÌn b»ng c¹nh giảm nhiÖt ®é ) kh«ng hîp kim cao, khái nhau. m¸y bóa. ®ång ®Òu cña ph«i. bÞ nøt c¹nh khi rÌn vi c¸c c¹nh th−êng nguéi tr−íc. 31 32
9. C¸c nguyªn c«ng kh¸c 19. C¾t Còng cã thÓ lμ bavia những nguyªn c«ng chuyÓn tiÕp. 2.4 DẬP KHỐI TRÊN 20. Lμ Lμm mÊt những chç låi lâm, kh«ng ph¼ng, cong, vªnh cña ph«i. MÁY BÚA 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 Ghi l¹i những ký hiÖu, dÊu m¸c thÐp, sè hiÖu chi tiÕt, b»ng c¸ch ®ôc vμo chi tiÕt hoặc con dÊu. 33 34 2.4 DẬP KHỐI TRÊN MÁY BÚA CÁC CÔNG ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH DẬP KHỐI CNCN DDẬẬPP TTẠẠOO HÌNHHÌNH KHKHỐỐII CNCN RÈNRÈN CNCN DDẬẬPP KHKHỐỐII DDẬẬPP KH KHỐỐII TRÊNTRÊN KHUÔN KHUÔN H HỞỞ DDẬẬPP KH KHỐỐII TRÊNTRÊN KHUÔN KHUÔN KÍN KÍN ÉPÉP CH CHẢẢY,Y, KÉO KÉO DÂY DÂY 35 36
10. 2.4 DẬP KHỐI TRÊN MÁY BÚA HÌNH ẢNH THIẾT BỊ DẬP KHỐI Equipment Vận tốc m/s Hydraulic press 0.06 – 0.30 Mechanical press 0.06 – 1.5 Screw press 0.6 – 1.2 Gravity drop hammer 3.6 – 4.8 Power drop hammer 3.0 – 9.0 Counterblow hammer 4.5 – 9.0 37 38 2.4.1 KHÁI NIỆM và PHÂN LOẠI 2.4.1.1 DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ DẬP KHỐI là quá trình biến dạng dẻo kim loại trong a- Phôi lòng khuôn ở nhiệt độ thích hợp. b, c- Khuôn không có góc DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN HỞ tạo ra các phôi dập nghiêng (lý có vành biên tưởng) d,e- Khuôn có góc nghiêng DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN tạo ra sản phẩm thành lòng không có vành biên. khuôn (phôi thừa) 39 40
11. 2.4.1.2 DẬP KHỐI TRÊN KHUÔN KÍN SOSo SÁNH sánh d DậpẬ Ptrên KH khuônỐI TRÊN kín vàKHUÔN khuôn KÍNhở VÀ HỞ a,b- Khuôn kín không có góc nghiêng c- Khuôn kín có góc nghiêng d- Khuôn kín trên máy rèn ngang Comparison of closed-die forging to precision or flashless forging of a cylindrical billet. Source: H. Takemasu, V. Vazquez, B. Painter, and T. Altan. 41 42 KHUÔN DẬP TRÊN MÁY BÚA Lắp khuôn hở trên máy búa -Dập khối trên máy búa linh hoạt hơn dập trên máy ép cơ khí vì máy búa có hành trình thay đổi, tránh 1- Bệ đe được hiện tượng quá tải và kẹt máy. 2- Thanh chêm bệ đe 3- Bệ đe phụ/ tấm ghép - Kích thước chiều ngang được đảm bảo, chiều cao 4- Thanh chêm khuôn dưới sản phẩm thường không chính xác -> do kích thước 5- Khuôn dưới 6- Khuôn trên phôi 7- Thanh chêm khuôn trên -Với khuôn dập khối hở thì vật dập luôn có vành biên 8- Đầu búa trên 9- Con chốt trên -> cần thiết có các nguyên công tinh chỉnh và cắt 10- Con chốt dưới biên. Máy dập + Khuôn + Phôi+ Chế độ nhiệt => Sản phẩm dập 43 44
12. 2.4.2 MẶT PHÂN KHUÔN MẶT PHÂN KHUÔN VỚI CÁC VẬT RÈN ĐƠN GIẢN 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. 45 46 CHỌN MẶT PHÂN KHUÔN THEO TỈ SỐ H/D SỰ PHÂN BỐ THỚ KL theo MẶT PHÂN KHUÔN Chi tiết dạng con chốt hay bị cắt đứt tại tiết -H/D nhỏ thì nên chọn phương án b diện a-a, nên chọn mặt phân khuôn I-I cho tổ - H>>D thì nên chọn theo phương án c chức hướng thớ liên tục. Phương án a thì góc nghiêng lòng khuôn nhỏ, tiết kiệm kim loại. 47 48
13. 2.4.3 VÀNH BIÊN và RÃNH THOÁT BIÊN Kết cấu khuôn cắt biên và đột màng ngăn lỗ 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 49 50 B. RÃNH THOÁT BIÊN Các loại 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. 51 52
14. Các giai đoạn hình thành vành biên 2.4.4 GÓC NGHIÊNG THÀNH LÒNG KHUÔN Mục đích: 1 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 2 sẽ dính chặt vào lòng khuôn, không lấy ra được, hoặc trong trường hợp dùng cần đẩy mà lực ma 3 sát rất lớn thì lực cũng lớn. a)Vành biên quá lớn b)Vành biên hợp lý Xem góc nghiêng 53 54 A. Cách chọn góc nghiêng - Các khuôn hở dập trên máy búa: lòng khuôn với một góc - Khi vËt dËp dÝnh ë nöa khu«n d−íi, ®Ó th¸o gì chØ cÇn nghiêng nhất định (khoảng 5÷100 ) ®Ëp m¹nh thªm mét lÇn lμ cã thÓ lÊy ®−îc s¶n phÈm. - Đối với các khuôn dập có dùng cần đẩy ( khả năng này rất khó - §Æc biÖt nguy hiÓm khi vËt dËp dÝnh ë nöa khu«n trªn, thực hiện trên máy búa ) thì có thể giảm góc nghiêng thành lòng cã thÓ g©y vì khu«n, gÉy c¸n bóa hoÆc v¨ng vμo c«ng khuôn đi vài ba độ. nh©n g©y tai n¹n. - Độ sâu tương đối của các lòng khuôn càng lớn thì góc nghiêng thành lòng khuôn càng lớn. - §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 -Vật dập như nhau nhiệt độ phôi dập càng cao thì góc nghiêng khu«n d−íi. 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. 55 56
15. B. Điều kiện để vật dập tự thoát ra khỏi lòng khuôn Phân tích lực tác dụng lên phôi Coi tæng hîp c¸c lùc t¸c dông lªn vËt dËp lμ Q th× Sau nh¸t ®Ëp cuèi cïng, trªn bÒ mÆt tiÕp xóc Q = -Tcosα + Psinα = P(sinα - μcosα) Q gi÷a vËt dËp vμ lßng khu«n tån t¹i c¸c thμnh α phÇn lùc: T = μ.P ( theo ®Þnh luËt Coulomb) P §Ó vËt dËp tù ®Èy ra khái lßng khu«n th× hîp lùc Q ph¶I - P t¸c dông vu«ng gãc bÒ mÆt vËt dËp. lín h¬n kh«ng (chiÒu d−¬ng) α T - Gäi ma s¸t tiÕp xóc tæng céng lμ T, gãc nghiªng thμnh lßng khu«n lμ α, hÖ sè ma s¸t μ Q > = 0 (sinα - μcosα) >=0 tgα >= μ 57 58 Vùng giá trị của góc nghiêng + Gãc nghiªng ngoμi: ë mÆt tiÕp xóc gi÷a vËt dËp vμ lßng khu«n mμ khi kim lo¹i nguéi I ®i sÏ t¹o ra khe hë. + Gãc nghiªng trong: lμ gãc II nghiªng ë c¸c mÆt tiÕp xóc mμ khi kim lo¹i nguéi ®i sÏ tgα > μ t¹o ra ®é c¨ng. Vùng II đảm bảo điều kiện vật dập tự đẩy ra khỏi khuôn α1 < α2 sau nhát đập thêm 59 60
16. 2.4.5 BÁN KÍNH GÓC LƯỢN Cách chọn bán kính góc lượn -Làyếu tố công nghệ không tránh khỏi trong B¸n kÝnh gãc l−în gia công cơ khí. Bán kính lượn càng nhỏ mức độ - B¸n kÝnh gãc l−în trong R - B¸n kÝnh gãc l−în ngoμi r gia công càng khó. - Bán kính lượn lớn hay nhỏ sẽ tạo thuận lợi hay khó khăn khi điền đầy kim loại. Th«ng th−êng r = 1 ÷ 6mm - Bán kính góc lượn giảm tập trung ứng suất. R = 3 ÷ 15mm - Bán kính lượn trên dụng cụ (chày,cối) luôn nhỏ h/b 4 r = 0.07h + 0.5; R = 3.5r + 0.5 61 62 2.4.6 LỖ CHƯA THẤU VÀ MÀNG NGĂN LỖ Chiều sâu tối đa của lỗ chưa thấu • Lỗ chưa thấu: thay hoặc giảm tải cho n/c đột lỗ Chiều sâu tối đa hmax của lỗ chưa thấu có thể dập trên máy búa được tính theo công thức kinh nghiệm sau: 0,5D hmax = < 0,8D cos( 4α ).2,75 σ b(t ) σb(t) –Giới hạn bền của kim loại ở nhiệt độ biến dạng D - Đường kính lỗ . α - Góc nghiêng thành lòng khuôn • Màng ngăn lỗ: Phần kim loại công nghệ còn lại trong lỗ sau khi dập 63 64
17. Chiều dày màng ngăn lỗ 2.4.7 LÒNG KHUÔN TINH Khi cần dập chi tiết có màng ngăn lỗ thì chiều dầy Lòng khuôn tinh: màng cũng phải tính toán sao cho hợp lý. Nếu qúa dầy - lòng khuôn cuối thì tốn kim loại, tốn lực đột màng ngăn lỗ. Nếu quá cùng, mỏng thì dễ hỏng khuôn (dấu khuôn) tốn năng lượng - có hình dáng gần nhất với vật dập. khi dập. Có thể tính chiều dày màng ngăn lỗ theo công thức a) Bản vẽ vật dập kinh nghiệm sâu đây: b) Hình dạng sau khi duỗi thẳng của vật dập c) Các bước dập d) Khuôn dưới a = 0,45 D − 0,25h − 5 + 0,6 h mm e) Lòng khuôn ép tụ 65 66 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN 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 ΔH .Áp lực đơn vị thấp, chủ yếu là áp lực p a) Chồn 1 và áp lực do lực ma sát bề mặt gây ra mp. b,c) Chồn, đột Giai đoạn 2: Chồn+Ép chảy, từ khi kim loại tiếp xúc lỗ thành bên đến khi cầu vành biên bắt đầu bị đóng kín. Chiều cao phôi giảm đi 1 lượng ΔH2. Ngoài các áp d) Chồn phôi lực p,mp còn có áp lực trên thành bên q và mq lực ma cao sát do q gây ra. Giai đoạn 3: Chồn+Ép chảy, kim loại điền đầy các góc e) Ép chảy lượn và chảy qua cầu vành biên. Các thành phần lực masat thành bên mp, mq ko còn mặc dù vẫn có áp lực f) Chồn, đột, ép bên q, do ko có sự chuyển dịch của lớp kim loại bề chảy mặt. Thêm vào đólàáp lực tại cầu vành biên c và ma sát mc. Do đólực 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. 67 68
18. Mô phỏng QUÁ TRÌNH ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN 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 69 70 ĐẶC ĐIỂM LÒNG KHUÔN THÔ ĐẶC ĐIỂM LÒNG KHUÔN THÔ Cấu tạo lòng khuôn thô gần giống lòng khuôn tinh 4. Chiều rộng các lòng khuôn thô phải nhỏ hơn chiều nhưng có những điểm khác sau đây. rộng lòng khuôn tinh để có thể đặt bán thành phẩm (đã 1. Các bán kính góc lượn lòng khuôn thô lớn hơn ở lòng qua lòng khuôn thô) vào lòng khuôn tinh được dễ dàng khuôn tinh. . 2. Lòng khuôn thô không có rãnh thoát biên. 5. Góc nghiêng thành lòng khuôn thô có thể lớn hơn, 3. Chiều cao lòng khuôn thô phải lớn hơn chiều cao vật bằng hoặc nhỏ hơn góc nghiêng thành lòng khuôn tinh. dập để khi dập trên lòng khuôn tinh có một lượng biến Nếu cần tạo gân hoặc một chỗ lồi cao thì ta nên tạo dạng về chiều cao . hình theo phương pháp ép chảy. 71 72
19. Vật dập trên lòng khuôn thô và tinh -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 -Nửa trái: vật dập lòng khuôn thô -Nửa phải: vật dập lòng khuôn tinh 73 74 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 ®å - Phôi đúc thÞ X¸c ®Þnh Ðp C C¸c tô Hë n.C Ðp Vuèt+Ðp tô Tô ChuÈn kÝn bÞ nÐn Kh«ng 75 76
20. 2.4.9.1 NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ VẬT DẬP DỌC Khối khuôn ghép 2 lòng khuôn -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 Lòng khuôn chồn Lòng khuôn tinh thường chỉ là chồn Khuôn dập phôi Rãnh thoát biên bánh răng 77 78 N/c chuẩn bị vật dập dọc 2.4.9.2 NGUYÊN CÔNG CHUẨN BỊ VẬT DẬP DÀI -Vật dập dài là các vật dập được dập theo chiều vuông a) Chồn góc trục phôi. b) Vuốt Các nguyên công chuẩn bị chính gồm: c) Ép chảy -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 79 80
21. CÁC LÒNG KHUÔN CHUẨN BỊ CÁC LÒNG KHUÔN CHUẨN BỊ -VUỐT (a) a) -ÉP TỤ (b) b) -UỐN (c) c) UỐN THÀNH HÌNH 81 82 2.4.10 TÍNH THỂ TÍCH PHÔI DẬP 2.4.10.1 VẬT DẬP DỌC (NGẮN) Thể tích phôi: - Đối với các vật dập dọc thì phôi phải thỏa mãn điều kiện khi chồn: H 1, k=1+(1%÷6%) -V : Thể tích vật dập ở trạng thái nguội (theo bản vẽ) - Lượng biến dạng khi chồn chuẩn bị trước khi đưa vd vào dập nên trong khoảng: 25%÷50%. -Vpl: Thể tích phế liệu -Tính đến mức độ phình trống để thuận lợi cho biến dạng trong khuôn dập. 83 84
22. 2.4.10.2 VẬT DẬP DÀI (DẬP NGANG) 2.4.10.3 GiẢN ĐỒ ĐƯỜNG KÍNH VẬT DẬP Phế liệu trong công thức ở trên gồm: -B1: Xây dựng giản đồ diện tích, tại các tiết diện VPl = VVb + Vch + Vmn + Vm ngang của vật dập (Fgd). • V : Thể tích vành biên Vb -B2: Xây dựng giản đồ đường kính đối xứng Dgd= 1/2 • Vch: Thể tích chuôi kẹp kìm 1,13.Fgd tương ứng với các tiết diện ngang. • Vmn: Thể tích mạch nối chi tiết (dập chùm) • Vm: Thể tích màng ngăn lỗ (nếu có lỗ chưa thấu) Tính chính xác phôi gồm cả vành biên: Khi đã có thể tích phôi thì phải chọn phôi đảm bảo yêu cầu: Fgd = Fvd + 2Fvb L0max = Lvd và Fvd -Diện tích tiết diện ngang của vật dập – đường kính quy đổi tại tiết diện ngang lớn nhất của D0max = Dghmax Fvb -Diện tích tiết diện ngang của một phía vành biên . vật dập. 85 86 CÁC BƯỚC XÂY DỰNG GĐ ĐƯỜNG KÍNH -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. Xây dựng GDĐK Các phương án chọn phôi theo GDĐK 87 88
23. 2.4.11 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA 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 Khuôn kín gồm có: không chính xác. • Lòng khuôn kín -Thích hợp các vật dập dọc thấp • Khóa khuôn 89 90 DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA Lòng khuôn sâu hơn được bố trí ở lòng khuôn dưới 91 92
24. DẬP KHỐI KHUÔN KÍN TRÊN MÁY BÚA a) Khuôn hở VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẬP KHỐI PHÔI BÁNH RĂNG b) Khuôn kín 93 94 Khuôn một lòng khuôn Kết cấu khối khuôn hở Dập phôi đĩa xích Mặt dưới Mặt trên 95 96
25. Lắp khuôn Animation of forgin hammer Quá trình dập thực hiện như thế nào? 97 98 2.5 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP 100
26. 2.5.1 S¬ ®å m¸y Ðp trôc khuûu dËp nãng 9 1 §u«i dÉn h−íng phô DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP 2 B¸nh r¨ng nhá 3 B¸nh r¨ng lín vμ ly hîp ma s¸t 4 §Çu tr−ît 2.5.1 Dập khối trên máy ép trục khuỷu dập nóng 5 Chªm bμn m¸y 6 Phanh 7 B¸nh ®μ 2.5.2 Dập khối trên máy ép Vít ma sát 8 Phanh b¸nh ®μ 9 C¬ cÊu c©n b»ng 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 101 102 2.5.1 Dập khối trên máy ép Máy ép trục khuỷu dập nóng ¦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. 103 104
27. -Nh−îc ®iÓm khi dập trên máy ép trục khuỷu dập nóng 2. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh dËp trªn m¸y Ðp trôc khuûu dËp nãng -Gi¸thμnh ®Çu t− lín. - §å thÞ liªn hÖ gi÷a hμnh tr×nh ®Çu tr−ît vμ thêi gian lμ mét ®−êng cong cøng. - M¸y th−êng bÞ kÑt ë ®iÓm chÕt d−íi. - Víi mçi lßng khu«n, chØ tån t¹i mét møc ®é biÕn d¹ng nhÊt ®Þnh. - Kh«ng cã r·nh ®u«i Ðn g¸ l¾p khu«n. - §é chÝnh x¸c cña vËt dËp trong kho¶ng 0.2 ÷ 0.5mm -Hμnh tr×nh nhá. - Tèc ®é biÕn d¹ng ë thêi ®iÓm biÕn d¹ng ≅ 0.5 ÷ 0.8m/s, (với m¸y bóa ®¬n - BiÕn d¹ng ®μn håi khung th©n m¸y ®éng:5 ÷ 6m/s) -Tốc độ chậm hơn máy búa (0,5-1,5 m/s) - Tèc ®é biÕn d¹ng thÊp t¹o ®iÒu kiÖn cho qu¸ tr×nh ®iÒn ®Çy lßng khu«n tèt h¬n. 105 106 DËp trªn m¸y Ðp BiÕn d¹ng ®μn håi cña m¸y Ðp vμ ý nghÜa So s¸nh tèc ®é ®Çu bóa khi dËp trªn METK vμ MB -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: m.bóa 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. m.e.t.k + 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. 107 108
28. Rãnh thoát biên trên máy ép §Æc ®iÓm KÕt cÊu khu«n Khu«n trªn METK dập nóng Khuôn trên máy búa - Cã thÓ chÕ t¹o tõ khèi thÐp nguyªn hoÆc sö dông kÕt cÊu ghÐp. (kh«ng cã mÆt g−¬ng) -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 KiÓu 1: th«ng KiÓu 2: trÝ ë khu«n trªn hoÆc khu«n d−íi hoÆc ®ång thêi ë c¶ hai nöa khu«n. dông - 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. KiÓu 3 KiÓu 4 109 110 Cơ cấu đẩy Kích thước rãnh thoát biên 111 112
29. Kết cấu bàn máy 113 114 Khuôn kín dập trên máy ép 2.5.2 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT Nguyên lý hoạt động Ảnh máy thực (63T) Vit cung điện Stato Vị trí túi chứa kim loại thừa 115 116
30. DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT 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 Khuôn dập trên máy ép Vít ma sát 117 118 DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP VÍT – MASAT 2.5.3 DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG 1. Đầu trượt chính 2. Cữ phôi 3. Nửa cối tĩnh 4. Nửa cối động 119 12.04.2010 Hμ néi120 120
31. DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG 121 Hµ néi 122 DẬP KHỐI TRÊN MÁY RÈN NGANG 2.5.4 ÉP CHẢY DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP THUỶ LỰC – ÉP CHẢY 123 124
32. Phân loại DẬP KHỐI TRÊN MÁY ÉP THUỶ LỰC – ÉP CHẢY Khuôn thực 3 loại chính: nghiệm ép chảy thuận -Ép chảy thuận -Ép chảy ngược -Ép chảy ngang 125 126 Công cụ Phần mền hỗ trợ cho việc thiết kế và mô phỏng: - AutoCAD - Solidwork: thiết kế 3D - Catia V5: thiết kế, tính toán Thanks for your attention ! - Ansys: thiết kế, tính toán, mô phỏng 127 128