CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG – PHẦN 6-2: GIA CÔNG ÁP LỰC

Tiếp nối từ phần 4 Vật liệu phi kim và Công nghệ đúc và phần 6-1. Gia công áp lực là 1 nguyên công sau khi chọn vật liệu trong chế tạo sản phẩm hay 1 chi tiết cơ khí.

Cán

Thực chất, đặc điểm

• Cán là quá trình cho phôi kim loại đi qua khe hở giữa 2 trục cán quay ngược chiều nhau.
• Nhờ ma sát giữa trục cán và phôi mà kim loại được biến dạng liên tục. Kết quả làm chiều cao giảm xuống, chiều dài và chiều rộng tăng lên.
• Để đánh giá mức độ cán người ta dùng các chỉ tiêu kỹ thuật sau:

Đặc điểm: Cán có thể tiến hành ở trạng thái nóng và trạng thái nguội.

• Cán nóng: Mang đặc điểm của gia công nóng: kim loại dễ biến dạng, đỡ tốn lực, độ chính xác, độ bóng thấp. Để gia công thô.
• Cán nguội: kim loại khó biến dạng, tốn lực nhưng độ chính xác, độ bóng và chất lượng bề mặt cao. Để gia công tinh.

Sản phẩm cán

a) Thép tấm:

• Tấm dày: Chiều dày trên 4 mm.
• Tấm mỏng (uốn thành cuộn hoặc để ở dạng dải): Dưới 4 mm. Tấm dày: Chiều dày trên 4 mm.

b) Thép thanh:

Tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, bán nguyệt, lục lăng; kích thước đủ loại.

c) Thép hình:

• I, T, U, L,..
• Thép hình chu kỳ.

d) Thép ống:

Ống có hàn: Uốn, lốc thành ống sau đó hàn. Phi 10 đến phi 6000 (Téc chở xăng dầu đến phi 6000)

Ống không hàn: Ống nước, ống thép chịu áp lực

Các dạng cán

Kéo sợi

Thực chất, đặc điểm

• Kéo sợi là quá trình kéo phôi kim loại đi qua 1 khuôn kéo. Nhờ ma sát giữa phôi kim loại và thành khuôn mà kim loại được biến dạng.
• Kết quả: Làm chiều ngang giảm, chiều dài tăng.
• Đặc điểm: Với thép người ta thường kéo ở trạng thái nóng. Khi kéo thép thì ma sát lớn. Khuôn mau mòn.
• Với kim loại màu (đồng, nhôm): Kéo nguội.
• Chỉ tiêu kỹ thuật:
  • Hệ số kéo sợi:
  • Góc nghiêng của khuôn: anpha bằng 5 đến 15 độ
  • Lực kéo (để tránh đứt): P = n.(giới hạn bền vật liệu).S1
    • n – Hệ số an toàn.
    • S1 – Tiết diện ngang của sợi sau khi kéo

Sản phẩm kéo sợi

• Sợi kim loại: phi 0,15 đến phi 6.
• Ống kim loại: Dùng để chế tạo ống có đường kính lớn, thành ống mỏng.

Ép

Thực chất, đặc điểm

• Là quá trình đẩy phôi kim loại đi qua khuôn ép có lỗ hình xác định làm tiết diện phôi giảm, chiều dài tăng.
• Phân loại ép: Có 2 loại ép:
  • Ép thuận: Chiều đi ra của sản phẩm trùng với chiều chuyển động của pít tông ép. Đặc điểm: Ma sát giữa kim loại và thành khuôn lớn. Tốn lực và công biến dạng, đồng thời kim loại không thể ép hết được (còn chân). Tốn công xử lý chân này (phần thừa bên trong khuôn).
  • Ép nghịch: Là phương pháp ép mà chiều đi ra của sản phẩm ngược chiều với chiều chuyển động của pít tông ép. VD: Vỏ pin, hộp thuốc đánh răng, …được ép bằng phương pháp này. Đặc điểm: Ma sát giữa phôi và thành khuôn giảm. Lực và công biến dạng giảm, sử dụng được phần kim loại ở chân để tạo hình cho sản phẩm (đáy pin, nắp hộp).

Sản phẩm ép

• Các loại thanh: Tròn, vuông, chữ nhật, lục giác,… VD: Kim tiêm chế tạo bằng phương pháp ép I , L, U, Z, …
• Ống < phi 50: Chủ yếu dùng để chế tạo kim loại màu.

Rèn tự do

Thực chất và đặc điểm

Thực chất: Rèn tự do là làm biến dạng kim loại tự do dưới tác dụng của ngoại lực do người hoặc thiết bị tạo ra.

Đặc điểm:

• Kim loại biến dạng tự do. Tính dẻo chưa cao, biến dạng chưa triệt để nên chất lượng chưa cao.
• Rèn tự do cho độ chính xác và độ bóng thấp.
• Điều kiện lao động nặng nhọc.
• Ưu điểm:
  • Trang thiết bị đơn giản, rẻ tiền, cho phép rèn được chi tiết nhỏ đến lớn, quy mô không hạn chế.
  • Biến dạng kim loại ở thể rắn. Độ mịn chặt của kim loại 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 sản phẩm.
  • Dễ biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ. Tăng cơ tính của sản phẩm.

Thiết bị và dụng cụ rèn tự do

1. Dụng cụ rèn tự do: Chia làm 3 nhóm
   • Dụng cụ tác dụng lực: Búa, đe, …: Là vật liệu có độ bền, độ cứng cao, chịu va đập tốt. Thường dùng 9CrSi.
   • Dụng cụ kẹp: Êtô, kìm: Thường dùng thép C45.
   • Dụng cụ đo: Thước, dưỡng: Thường dùng thép C45 tôi.
2. Thiết bị rèn tự do: Thường dùng các loại sau:
   • Máy búa hơi nước, búa lò xo, búa hơi (thiết bị tác dụng lực).
   • Thiết bị vân chuyển (cầu trục, xe cầu trục), thiết bị uốn, nắn, …
   • Máy búa hơi thường được dùng nhiều nhất trong rèn tự do. Nó được gọi tên theo khối lượng của vật rơi: m = 50, 75, 150, 250, 450, 750, 1000 kg. Việt Nam hay sử dụng < 250 kg.

• Nguyên lý: Hơi ép từ xy lanh 1 qua van 2 truyền sang xy lanh 3.
• Đặc điểm:
  • Búa đơn (búa được nâng lên rồi cho rơi tự do): Loại này hiện nay ít dùng.
  • Búa kép (hơi nước hoặc khí vừa dùng để nâng búa lên, vừa dùng để tăng thêm năng lượng đập). Tốc độ đập rất nhanh, sử dụng thuận tiện. Sử dụng phổ biến ở các xưởng rèn.

Công nghệ rèn tự do

a) Chồn:

• Mục đích:
  • Giảm chiều cao h0 đến h1; tăng đường kính d0 đến d1.
  • Tạo thớ kim loại: Thớ uốn. Tăng cơ tính cho sản phẩm.
  • Tạo các sản phẩm có dạng mũ: Bu lông.

b) Vuốt:

• Mục đích:
  • Giảm tiết diện ngang h0 đến h1; tăng chiều dài cho phôi l0 đến l1.
  • Biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ.
  • Tạo ra các thớ uốn, xoắn.

c) Uốn:

• Mục đích: Để tạo ra hình mong muốn
• Đặc điểm:
  • Khi uốn mặt ngoài kim loại dễ bị nứt: Do các phần tử bị kéo.
  • Mặt trong dễ bị các nếp nhăn và sau khi uốn phải sửa
  • Tăng cơ tính.

d) Đột lỗ:

• Mục đích: Để tạo lỗ trên sản phẩm.
• Đột lỗ không thông:
  • Vùng miệng lỗ (vùng A) bị nứt dẫn đến mất chính xác.
  • Vùng chân lỗ (vùng B) lỗ bị loe do biến dạng nhiều và độ chính xác giảm.
  • Để khắc phục ta phải chọn lực đập P hợp lý.
• Đột lỗ thông:
  • Đột 2 phía
  • Dùng bộ khuôn (chày và cối) để gia công các lỗ lớn.

e) Hàn rèn:

• Mục đích: Để nối các chi tiết lại với nhau bằng phương pháp rèn.
• Chuẩn bị mép hàn.
• Nung đến to sao cho tính dẻo cao nhất.
• Làm sạch bằng chổi sắt để làm sạch lớp oxit.
• Rèn với tốc độ biến dạng cao: Rèn từ mép trong cùng ra ngoài.
• Sửa.

Dập thể tích

Thực chất và đặc điểm

• Thực chất: Là quá trình làm biến dạng kim loại hạn chế trong 1 lòng khuôn.
• Đặc điểm:
  • Tính dẻo kim loại cao, biến dạng triệt để và chất lượng cao.
  • Biến dạng trong lòng khuôn. Độ chính xác, độ bóng bề mặt cao.
  • Có khả năng chế tạo được các chi tiết phức tạp.
  • Năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
  • Biến dạng trong lòng khuôn. Đòi hỏi lực lớn, công suất thiết bị lớn, máy có độ cứng vững cao, chuyển động êm và chính xác.
  • Dùng để gia công các chi tiết nhỏ, trung bình. Khó gia công các chi tiết lớn, cồng kềnh.
  • VD: Để gia công bánh răng, tay biên của ôtô, cần gạt của máy công cụ.

Phân loại dập thể tích

a) Dập thể tích trong khuôn lòng hở:

• Đó là quá trình dập mà lực tác dụng thẳng góc với mặt phân khuôn. Hai nửa khuôn luôn hở nhau, chỉ khép kín khi quá trình dập kết thúc.
• Đặc điểm:
  • Có rãnh ba via để chứa kim loại thừa. Sau khi gia công phải có nguyên công cắt ba via, kim loại bị cắt đứt thớ dẫn đến chất lượng không được tốt.
  • Có một phần kim loại biến dạng tự do ra rãnh ba via. Ứng suất bên trong không hoàn toàn nén khối. Tính dẻo không cao, biến dạng không triệt để và chất lượng chưa cao.
  • Rất tốn lực và công biến dạng.
  • Chế tạo khuôn đơn giản, độ chính xác theo chiều cao vật dập tốt hơn theo chiều ngang.
• Thích hợp gia công các vật nhỏ, trung bình, kết cấu đơn giản.

b) Dập thể tích trong khuôn lòng kín:

• Là quá trình dập mà lực tác dụng song song với mặt phân khuôn. Hai nửa khuôn ép kín nhau.
• Đặc điểm:
  • Trạng thái ứng suất là nén khối. Tính dẻo cao, biến dạng triệt để và dẫn đến chất lượng cao.
  • Không có rãnh ba via. Chất lượng cao.
  • Đỡ tốn lực và công biến dạng so với khuôn lòng hở.
  • Cho độ chính xác, độ bóng theo chiều ngang vật dập tốt hơn theo chiều cao.
• Thích hợp gia công các vật nhỏ, trung bình và phức tạp.

Dập tấm

Thực chất và đặc điểm

• Thực chất: Là công nghệ chế tạo các sản phẩm 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 sản phẩm có độ chính xác cao và phức tạp. VD: Dập tiền, phù hiệu, …
  • Sản phẩm 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 đồ điện, điện tử, dụng cụ đo, đồ dân dụng (nồi, lon bia, …), vỏ đạn.

Công nghệ dập tấm

a) Cắt phôi

Chia tấm lớn ra thành các mảnh nhỏ.

Cắt bằng máy có dao song song:

• Đặc điểm:
  • Cùng lúc cắt được trên toàn bộ chiều dài cắt B. Lực cắt rất lớn nhưng mặt cắt phẳng, đẹp, hành trình cắt nhỏ.
  • Chỉ cắt được đường thẳng, khó cắt đường cong phức tạp. Cắt tấm rất to ra mảnh nhỏ hơn.
  • Lực cắt giữa 2 dao bị lệch. Để phôi không bị lật phải có lực chặn Q.
  • Để dễ cắt thông thường người ta vát dao một góc xấp xỉ 15 độ.
  • Để dễ cắt giữa 2 dao phải có khe hở Z: S = 1 đến 10 mm; Z = 0,02 đến 1,8 mm.

Cắt bằng máy có dao nghiêng:

• Lưỡi dao trên và dưới nghiêng một góc anpha.
• Lực cắt nhỏ do cắt từ từ từng điểm một.Hành trình cắt lớn. Cho phép cắt đường thẳng, đường cong phức tạp, chiều dài không hạn chế.
• Nhược điểm:
  • Mạch cắt nham nhở, phôi bị biến dạng dọc theo mạch cắt dẫn đến phôi dễ bị cong.

Cắt bằng máy có dao hình đĩa:

Đặc điểm: Như dao nghiêng. Năng suất cao bằng 4 đến 60 lần dao nghiêng.

Dập cắt và đột lỗ:

• Là phương pháp cắt sử dụng 1 bộ khuôn.
• 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 chày = d cối – 2 Z.
• Đột lỗ: Lấy phần có lỗ, d chày quyết định, chế tạo chày trước, chế tạo cối sau; phối hợp để có khe hở Z: d cối = d chày + 2 Z.

b) Tạo hình

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

• Dập sâu: Chế tạo các loại ống thông hoặc không thông từ phôi liệu tấm. VD: Dập nắp bút máy.
  • Dập sâu không làm hỏng thành: Chiều dày thành sản phẩm bằng chiều dày phôi. Được thực hiện trên máy dập kép (vừa có lực P vừa có lực Q).
  • Dập sâu có làm hỏng thành: Là phương pháp dập sâu mà chiều dày thành chi tiết nhỏ hơn chiều dày phôi.
    • Kim loại biến dạng triệt để. Chất lượng cao.
    • Sử dụng trên máy dập đơn: Không cần lực chặn Q.
    • Chiều dày phôi không hạn chế.

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 dễ bị nếp nhăn vậy nên phải chọn hệ số biến dạng (µ) hợp lý.

• Dập vành: Là nguyên công tạo gờ cho sản phẩm.
• Tóp miệng.

Qua bài viết trên phần nào sẽ giúp bạn đọc hiểu được các khái niệm và đặc điểm của gia công áp lực. Ngoài ra bạn đọc có thể tìm hiểu thêm qua các giáo trình tài liệu liên quan. ADP chúc các bạn thành công!

Một số tài liệu liên quan khác tại đây