Gia công kim loại bằng áp lực

Chia sẻ: Nguyễn Thị Giỏi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

1.509
lượt xem 504
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

- Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp làm biến dạng phôi để tạo nên những sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu. - Sản phẩm của gia công kim loại được dùng nhiều trong ngành chế tạo máy hoặc sửa chữa

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Gia công kim loại bằng áp lực

Bài giảng Gia công kim loại bằng áp lực
Ch−¬ng 2 gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc 2.1 Kh¸i niÖm vÒ gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc GCKL b»ng ¸p lùc lµ ph−¬ng ph¸p lµm biÕn d¹ng ph«i ®Ó t¹o nªn nhøng s¶n phÈm cã h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc theo yªu cÇu . S¶n phÈm cña GCAL ®−îc dïng nhiÒu trong ngµnh chÕ t¹o m¸y hoÆc söa ch÷a m¸y; trong c¸c ngµnh ®iÖn, ®iÖn tö, tin häc, x©y dùng, kiÕn tróc, cÇu ®−êng vµ trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o hµng tiªu dïng ... 2.1.1 §Æc ®iÓm • Kim lo¹i gia c«ng ë thÓ r¾n, sau khi gia c«ng kh«ng nh÷ng thay ®æi h×nh d¸ng, kÝch th−íc mµ • cßn thay ®æi c¶ c¬ tÝnh, lý tÝnh, ho¸ tÝnh cña kim lo¹i nh− kim lo¹i mÞn chÆt h¬n, h¹t ®ång ®Òu, khö c¸c khuyÕt tËt do ®óc g©y nªn nh− rç khÝ, rç co v.v..., n©ng cao c¬ tÝnh vµ tuæi bÒn cña chi tiÕt v.v ... VÝ dô : kim lo¹i t¹o thµnh thí sau khi c¸n, kÐo; kim lo¹i mÞn chÆt h¬n do lùc Ðp khi dËp, ... • GCAL cã thÓ thùc hiÖn ë tr¹ng th¸i nguéi ®èi víi kim lo¹i cã tÝnh dÎo cao nh− ®ång (Cu), nh«m (Al),... §Ó t¨ng tÝnh dÎo ng−êi ta ph¶i tiÕn hµnh nung nãng tr−íc khi gia c«ng ®èi víi kim lo¹i khã biÕn d¹ng, kim lo¹i cã ®é bÒn cao. Khi nung nãng cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng «xy ho¸ t¹o nªn líp v¶y s¾t , lµm hao phÝ kim lo¹i, t¨ng ma s¸t trong thµnh khu«n; Cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng mÊt c¸c bon, hiÖn t−îng ch¸y, nøt nÎ, hiÖn t−îng qu¸ nhiÖt lµm thay ®æi tÝnh chÊt cña vËt liÖu. Nªn cÇn chän chÕ ®é nung : thêi gian nung vµ kho¶ng thêi gian nung hîp lý. • Khi gia c«ng tinh th−êng ng−êi ta gia c«ng nguéi v× ®é chÝnh x¸c cao. • GCAL lµ mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cho phÐp ta nhËn c¸c chi tiÕt cã kÝch th−íc chÝnh x¸c, chÊt l−îng bÒ mÆt chi tiÕt tèt, l−îng phÕ liÖu thÊp vµ chóng cã tÝnh c¬ häc cao so víi c¸c vËt ®óc. • Gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc cho n¨ng suÊt cao v× cã kh¶ n¨ng c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ cao. Nh− c¸c m¸y chÕ t¹o ren èc vÝt, nót chai,... 2.1.2 C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc Gia c«ng ¸p lùc gåm cã c¸c ph−¬ng ph¸p chÝnh sau : C¸n kim lo¹i, kÐo kim lo¹i, Ðp kim lo¹i, rÌn tù do, RÌn khu«n ( hay cßn gäi lµ dËp thÓ tÝch, dËp khèi) vµ dËp tÊm. 2.2- Kh¸i niÖm vÒ biÕn d¹ng cña kim lo¹i. 2.2.1 Ngo¹i lùc vµ néi lùc trong gia c«ng ¸p lùc a. Ngo¹i lùc: Lùc t¸c dông chÝnh , ph¶n lùc, lùc qu¸n tÝnh , lùc ma s¸t ... Lùc t¸c dông chÝnh: lµ lùc t¸c dông lªn kim lo¹i lµm biÕn d¹ng nã th«ng qua dông cô gia c«ng: ®Çu bóa, khu«n rÌn, . . . • NhiÒu lùc t¸c dông chÝnh cã thÓ quy vÒ 1 lùc tæng hîp. • BiÕn d¹ng cña vËt phô thuéc vµo: c−êng ®é lùc, ph−¬ng chiÒu vµ ®iÓm ®Æt cña lùc t¸c dông. 42
P Lùc qu¸ tÝnh FMS (lùc ma s¸t) R H×nh 2-1 S¬ ®å t¸c dông lùc Ph¶n lùc vµ lùc ma s¸t Ph¶n lùc (R): lµ lùc lu«n th¼ng gãc víi mÆt tùa vµ ng−îc chiÒu víi lùc t¸c dông chÝnh. Ph¶n lùc th−êng sinh ra trªn bé phËn cè ®Þnh cña thiÕt bÞ vµ th¼ng gãc víi mÆt tùa cña thiÕt bÞ. Khi tÝnh ph¶n lùc ta cÇn tÝnh ®Õn lùc ma s¸t v× nã ¶nh h−ëng lín ®Õn qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. Lùc ma s¸t (Fms): ng−îc chiÒu víi sù dÞch chuyÓn trong kim lo¹i vµ cã trÞ sè: Fms = fR f - HÖ sè ma s¸t R - lùc ph¸p tuyÕn; P P a b H×nh 2-2 a, BiÕn d¹ng toµn bé b,BiÕn d¹ng mét phÇn Lùc qu¸n tÝnh : Lµ lùc sinh ra do sù di ®éng kh«ng ®Òu cña c¸c chÊt ®iÓm trong vËt thÓ khi biÕn d¹ng. (Hay nãi c¸ch kh¸c lµ do biÕn d¹ng kh«ng ®Òu vµ tèc ®é biÕn d¹ng kh«ng ®Òu). TrÞ sè cña lùc qu¸n tÝnh: F = m.a m - khèi l−îng cña vËt chuyÓn ®éng; a - Gia tèc cña chÊt ®iÓm chuyÓn ®éng V× nghiªn cøu vÒ gia tèc chuyÓn ®éng cña c¸c chÊt ®iÓm rÊt phøc t¹p nªn khi tÝnh to¸n ng−êi ta ®−a ra nh÷ng hÖ sè b»ng thùc nghiÖm ®Ó tÝnh gi¸ trÞ gÇn ®óng cña nã. Träng lùc : lµ lùc hót cña tr¸i ®Êt ®èi víi mäi vËt. L−îng biÕn d¹ng cña kim lo¹i phô thuéc vµo träng lùc. 43
Khi bóa ®Ëp tõ trªn xuèng VËt cÇn gia c«ng Khi bóa ®Ëp tõ tõ trªn xuèng Khi bóa ®Ëp d−íi lªn H×nh 2-3 Sù biÕn d¹ng cña kim lo¹i phô thuéc vµo träng lùc b. Néi lùc: • Néi lùc lµ lùc sinh ra bªn trong vËt thÓ trong khi gia c«ng vµ tån t¹i trong vËt thÓ sau khi gia c«ng. Néi lùc nµy c©n b»ng víi nhau, nªn nã chØ g©y ra 1 øng suÊt bªn trong vËt thÓ. • NÕu øng suÊt bªn trong lín h¬n giíi h¹n bÒn th× vËt cã thÓ bÞ ph¸ huû, nøt nÎ,... Nguyªn nh©n sinh ra néi lùc: • Do lùc t¸c dông kh«ng ®Òu; • Do sù nung nãng kh«ng ®Òu; • Sù biÕn d¹ng gi÷a c¸c bé phËn kh«ng ®Òu; • Tæ chøc kim lo¹i bÞ thay ®æi; • Do t¸c dông cña c¸c hiÖn t−îng lý ho¸; Néi lùc cã kh¶ n¨ng lµm gi¶m ®é bÒn, lµm ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kÕt cÊu cho nªn sau khi gia c«ng cÇn khö bá c¸c néi lùc. Néi lùc cã thÓ khö bá hoÆc gi¶m b¨ng c¸c ph−¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn hoÆc gia c«ng c¬ häc. 2.2.2 Kh¸i niÖm vÒ c¸c lo¹i biÕn d¹ng Trong qu¸ tr×nh gia c«ng ng−êi ta lîi dông biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i ®Ó t¹o ra nh÷ng s¶n phÈm cã h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc theo yªu cÇu. §Ó x¸c ®Þnh quy tr×nh c«ng nghÖ gia c«ng hîp lý vµ khoa häc chóng ta cÇn biÕt c¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh biÕn d¹ng kim lo¹i khi gia c«ng. Sù t¹o nªn h×nh d¸ng cña vËt thÓ hay s¶n phÈm phô thuéc vµo møc ®é biÕn d¹ng cña kim lo¹i . Trong gia c«ng ¸p lùc cã ba lo¹i biÕn d¹ng: biÕn d¹ng ®µn håi, biÕn d¹ng dÎo vµ biÕn d¹ng ph¸ huû. a- BiÕn d¹ng ®µn håi : lµ biÕn d¹ng mµ sau khi th«i t¸c dông nã sÏ trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu cña vËt thÓ. b- BiÕn d¹ng dÎo : lµ biÕn d¹ng mµ sau khi khö bá lùc t¸c dông kim lo¹i kh«ng trë vÒ h×nh d¹ng vµ tr¹ng th¸i ban ®Çu cña nã. Khi ta t¸c dông vµo vËt thÓ mét lùc, vËt thÓ bÞ biÕn d¹ng. L−îng biÕn d¹ng cßn tån t¹i sau khi ta khö bá t¶i träng gäi lµ biÕn d¹ng d−. BiÕn d¹ng d− xuÊt hiÖn khi øng suÊt bªn trong vËt thÓ v−ît qu¸ giíi h¹n ®µn håi. Qu¸ tr×nh biÕn d¹ng d− mµ trong ®ã trªn c¸c phÇn cña vËt thÓ kh«ng cã sù ph¸ huû th« ®¹i (nøt nÎ) gäi lµ qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÏo. Trong biÕn d¹ng dÎo lu«n tån t¹i biÕn d¹ng ®µn håi, nªn ta cÇn tÝnh ®Õn l−îng biÕn d¹ng nµy khi thiÕt lËp quy tr×nh gia c«ng cho hîp lý . c- BiÕn d¹ng ph¸ huû : lµ biÕn d¹ng mµ sau khi khö bá lùc t¸c dông trªn bÒ mÆt kim lo¹i tån t¹i c¸c vÕt nøt th« ®¹i hay kim lo¹i bÞ nøt, gÉy, ph¸ huû. 44
Gia c«ng ¸p lùc lµ ph−¬ng ph¸p lµm biÕn d¹ng dÎo vËt liÖu nh»m chÕ t¹o s¶n phÈm hay t¹o ph«i cho gia c«ng c¬ khÝ, n©ng cao c¬ tÝnh cho vËt liÖu, lo¹i trõ khuyÕt tËt do ®óc sinh ra, gi¶m l−îng d− gia c«ng c¬, n©ng cao ®é chÝnh x¸c cho qu¸ tr×nh gia c«ng c¬ ( c¸c lo¹i thÐp tÊm, thÐp ®−êng ray, thÐp gãc (V) thÐp trßn,...; ®ång thêi b»ng ph−¬ng ph¸p nµy ta còng cã thÓ chÕ t¹o c¸c lo¹i chi tiÕt nh− : nót chai, n¾p hép, loong ®ùng dÇu më, ®ùng n−íc hoa qu¶ ,... Gia c«ng kim lo¹i b»ng ¸p lùc lµ qu¸ tr×nh lîi dông giai ®o¹n biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i nªn ta chñ yÕu t×m hiÓu mét sè vÊn ®Ò liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÏo mµ th«i. Kim lo¹i lµ mét ®a tinh thÓ v× vËy ®Ó xÐt biÕn d¹ng dÏo cña kim lo¹i ta lÇn l−ît xÐt biÕn d¹ng dÏo trong ®¬n tinh thÓ vµ sau ®ã lµ biÕn d¹ng trong ®a tinh thÓ. d- BiÕn d¹ng dÎo trong ®¬n tinh thÓ Qua nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vµ thùc nghiÖm cho thÊy thùc chÊt cña biÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ lµ sù tr−ît vµ song tinh. Sù tr−ît: Trong ®¬n tinh thÓ kim lo¹i, c¸c nguyªn tö s¾p xÕp theo mét trËt tù x¸c ®Þnh, mçi nguyªn tö lu«n dao ®éng xung quanh mét vÞ trÝ c©n b»ng cña nã (a). a b c d H×nh 2-4 S¬ ®å biÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ • Khi t¸c dông lªn ®¬n tinh thÓ th× ®¬n tinh thÓ chÞu 2 øng suÊt: øng suÊt ph¸p vµ øng suÊt tiÕp. • Khi t¸c dông lªn tinh thÓ mét t¶i träng kÐo nÐn thuÇn tuý tøc lµ vÐc t¬ cña øng suÊt ph¸p th¼ng gãc víi mÆt tinh thÓ th× khi t¶i träng t¨ng, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ph©n tö t¨ng. NÕu øng suÊt ph¸p nhá h¬n giíi h¹n ®µn håi th× sau khi khö bá t¶i träng , c¸c nguyªn tö sÏ trë vÒ vÞ trÝ c©n b»ng. NÕu øng suÊt ph¸p lín h¬n giíi h¹n ®µn håi th× lóc ®ã mèi liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö bÞ ph¸ vë. Nh− vËy víi t¶i träng kÐo nÐn thuÇn tuý, tinh thÓ chØ tån t¹i biÕn d¹ng ®µn håi hay biÕn d¹ng ph¸ huû. • D−íi t¸c dông cña lùc P kh«ng th¼ng gãc víi mÆt ph¼ng tr−ît (mÆt ph¶ng tinh thÓ) lùc P ®−îc ph©n ra hai thµnh phÇn: + Theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn + Theo ph−¬ng tiÕp tuyÕn; 45
P2 P1 P H×nh 2- 5 S¬ ®å nguyªn lý g©y nªn sù tr−ît • P1 th¼ng gãc víi mÆt tr−ît g©y ra øng suÊt ph¸p ( t¶i träng kÐo nÐn thuÇn tuý) vµ do ®ã nã chØ g©y ra biÕn d¹ng ®µn håi . • Lùc P2 n»m trªn mÆt tr−ît (øng suÊt tiÕp) lµ lùc xª dÞch g©y nªn sù tr−ît & lµ lùc duy nhÊt g©y nªn biÕn d¹ng d−. D−íi t¸c dông cña ph©n lùc P2 c¸c líp nguyªn tö sÏ tr−ît lªn nhau . Theo h×nh thøc tr−ît, mét phÇn ®¬n tinh thÓ dÞch chuyÓn song song víi phÇn cßn l¹i theo mét mÆt ph¼ng nhÊt ®Þnh, mÆt ph¼ng nµy gäi lµ mÆt tr−ît (c). Trªn mÆt tr−ît, c¸c nguyªn tö kim lo¹i dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi víi nhau mét kho¶ng ®óng b»ng sè nguyªn lÇn th«ng sè m¹ng, sau dÞch chuyÓn c¸c nguyªn tö kim lo¹i ë vÞ trÝ c©n b»ng míi, bëi vËy sau khi th«i t¸c dông lùc kim lo¹i kh«ng trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu. Nh− vËy: • Tr−ît lµ nguyªn nh©n c¬ b¶n g©y nªn biÕn d¹ng dÏo. øng suÊt tiÕp lín nhÊt mµ ®¹t ®−îc sù tr−ît gäi lµ øng suÊt tiÕp tíi h¹n . • Nh÷ng mÆt ph¼ng cña m¹ng tinh thÓ x¶y ra sù tr−ît gäi lµ mÆt tr−ît . • Sù tr−ît x¶y ra mét c¸ch tuÇn tù tõ mÆt tr−ît nµy ®Õn mÆt tr−ît kh¸c . ( MÆt tr−ît sinh ra ë mÆt nµo cã mËt ®é nguyªn tö nhiÒu nhÊt v× ë ®ã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö nhá nhÊt. Song tinh Theo h×nh thøc song tinh, mét phÇn tinh thÓ võa tr−ît võa quay ®Õn mét vÞ trÝ míi ®èi xøng víi phÇn cßn l¹i qua mét mÆt ph¼ng gäi lµ mÆt song tinh (d). C¸c nguyªn tö kim lo¹i trªn mçi mÆt di chuyÓn mét kho¶ng tØ lÖ víi kho¶ng c¸ch ®Õn mÆt song tinh. C¸c nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm cho thÊy tr−ît lµ h×nh thøc chñ yÕu g©y ra biÕn d¹ng dÎo trong kim lo¹i, c¸c mÆt tr−ît lµ c¸c mÆt ph¼ng cã mËt ®é nguyªn tö cao nhÊt. BiÕn d¹ng dÎo do song tinh g©y ra rÊt bÐ, nh−ng khi cã song tinh, tr−ît sÏ xÈy ra thuËn lîi h¬n. e- BiÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ BiÕn d¹ng dÎo cña ®a tinh thÓ: kim lo¹i vµ hîp kim lµ tËp hîp cña nhiÒu ®¬n tinh thÓ (h¹t tinh thÓ), cÊu tróc cña chóng ®−îc gäi lµ cÊu tróc ®a tinh thÓ. Trong ®a tinh thÓ, biÕn d¹ng dÎo cã hai d¹ng: biÕn d¹ng trong néi bé h¹t vµ biÕn d¹ng ë vïng tinh giíi h¹t. Sù biÕn d¹ng trong néi bé h¹t do tr−ît vµ song tinh. §Çu tiªn sù tr−ît xÈy ra ë c¸c h¹t cã mÆt tr−ît t¹o víi h−íng cña øng suÊt chÝnh mét gãc b»ng hoÆc xÊp xØ 45o, sau ®ã míi ®Õn c¸c mÆt kh¸c. Nh− vËy, biÕn d¹ng dÎo trong kim lo¹i ®a tinh thÓ xÈy ra kh«ng ®ång thêi vµ kh«ng ®ång ®Òu. D−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc, biªn giíi h¹t cña c¸c tinh thÓ còng bÞ biÕn d¹ng, khi ®ã c¸c h¹t tr−ît vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau. Do sù tr−ît vµ quay cña c¸c h¹t, trong c¸c h¹t l¹i xuÊt hiÖn c¸c mÆt tr−ît thuËn lîi míi, gióp cho biÕn d¹ng trong kim lo¹i tiÕp tôc phÊt triÓn. 46
2.3 C¸c hiÖn t−îng x¶y ra khi biÕn d¹ng dÎo. 2.3.1 HiÖn t−îng biÕn cøng Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo ph¸t sinh ra c¸c hiÖn t−îng sau: • Thay ®æi h×nh d¹ng cña ®¬n tinh thÓ cña ®¬n tinh thÓ. • H−íng cña ®a tinh thÓ thay ®æi tõ v« h−íng quay vÒ trôc t¸c dông cña lùc t¸c dông do ®ã tinh thÓ bÞ kÐo dµi theo h−íng ®ã tõ v« h−íng thµnhcã h−íng nhÊt ®Þnh. • G©y nªn øng suÊt d− - do biÕn d¹ng kh«ng ®Òu cïng lóc & biÕn d¹ng trong néi bé h¹t tinh thÓ kh«ng ®Òu. C¸c øng suÊt nµy cã thÓ tån t¹i vµ lµm cho vËt thÓ bÞ cong vªnh, nøt .. sau khi biÕn d¹ng. 2.3.2 HiÖn t−îng biÕn mÒm Lµ qu¸ tr×nh biÕn kim lo¹i tõ tr¹ng th¸i mÊt c©n b»ng cã thÕ n¨ng tù do cao (do biÕn cøng) vÒ tr¹ng th¸i c©n b»ng (cã thÕ n¨ng bÐ) nhê sù nung nãng , t¹o ®iÒu kiÖn phôc håi liªn kÕt do sù n¸t vôn trong kim lo¹i. Tuú theo nhiÖt ®é nung nãng qu¸ tr×nh biÕn mÒm cã thÓ chia thµnh 2 giai ®o¹n: 2.3.3 Giai ®o¹n phôc håi Nhê sù nung nãng ®Õn nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh , c¸c nguyªn tö b¾t ®Çu dao ®éng vµ trë vÒ vÞ trÝ c©n b»ng bÒn, phôc håi l¹i lý tÝnh c¬ tÝnh vµ ho¸ tÝnh nh− cò. Giai ®o¹n nµy kh«ng lµm thay ®æi h−íng vµ h×nh d¹ng cña ®¬n tinh thÓ còng nh− kh«ng thÓ phôc håi sù ph¸ ho¹i do sù biÕn d¹ng g©y nªn gi÷a c¸c ®¬n tinh thÓ mµ chØ khö ®−îc øng suÊt d−. cßn cÊu tróc m¹ng tinh thÓ kh«ng cã sù thay ®æi. 2.3.4 Giai ®o¹n kÕt tinh l¹i lµ qu¸ tr×nh mµ trong ®ã nhê t¸c dông cña nhiÖt ®é, cÊu tróc c¶u m¹ng tinh thÓ bÞ thay ®æi , n¶y në vµ ph¸t triÓn nhiÒu mÇm míi . §èi víi kim lo¹i nguyªn chÊt: Tk.t.l. >= 0,4 Tnc KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh kÕt tinh l¹i • Khö øng suÊt d−; • Thay ®æi h×nh d¹ng kÝch th−íc cña h¹t; • Ph¸ vë tÝnh dÞ h−íng cña kim lo¹i • Lµm ®ång ®Òu thµnh phÇn ho¸ häc ( do khuyÕch t¸n ) lµm mÊt khe hë gi÷a c¸c h¹t, n©ng cao tÝnh chÆt chÎ gi÷a c¸c phÇn cña kim lo¹i. • Gi¶m kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng, t¨ng tÝnh dÏo, thay ®æi c¬, lý, ho¸ tÝnh cña kim lo¹i. 2.4. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh dÎo vµ biÕn d¹ng cña kim lo¹i TÝnh dÎo cña kim lo¹i lµ kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i d−íc t¸c dông cña ngo¹i lùc mµ kh«ng bÞ ph¸ huû. TÝnh dÎo cña kim lo¹i phô thuéc vµo hµng lo¹t nh©n tè kh¸c nhau: thµnh phÇn vµ tæ chøc cña kim lo¹i, nhiÖt ®é, tr¹ng th¸i øng suÊt chÝnh, øng suÊt d−, ma s¸t ngoµi, lùc qu¸n tÝnh, tèc ®é biÕn d¹ng ... 2.4.1 ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn vµ tæ chøc kim lo¹i C¸c kim lo¹i kh¸c nhau cã kiÓu m¹ng tinh thÓ, lùc liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö kh¸c nhau do ®ã tÝnh dÎo cña chóng còng kh¸c nhau, ch¼ng h¹n ®ång, nh«m dÎo h¬n s¾t. §èi víi c¸c hîp kim, kiÓu m¹ng th−êng phøc t¹p, x« lÖch m¹ng lín, mét sè nguyªn tè t¹o c¸c h¹t cøng trong tæ chøc c¶n trë sù biÕn d¹ng do ®ã tÝnh dÎo gi¶m. Th«ng 47
th−êng kim lo¹i s¹ch vµ hîp kim cã cÊu tróc mét pha dÎo h¬n hîp kim cã cÊu tróc nhiÒu pha. C¸c t¹p chÊt th−êng tËp trung ë biªn giíi h¹t, lµm t¨ng x« lÖch m¹ng còng lµm gi¶m tÝnh dÎo cña kim lo¹i. 2.4.2 ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é TÝnh dÎo cña kim lo¹i phô thuéc rÊt lín vµo nhiÖt ®é, hÇu hÕt kim lo¹i khi t¨ng nhiÖt ®é, tÝnh dÎo t¨ng. Khi t¨ng nhiÖt ®é, dao ®éng nhiÖt cña c¸c nguyªn tö t¨ng, ®ång thêi x« lÖch m¹ng gi¶m, kh¶ n¨ng khuÕch t¸n cña c¸c nguyªn tö t¨ng lµm cho tæ chøc ®ång ®Òu h¬n. Mét sè kim lo¹i vµ hîp kim ë nhiÖt ®é th−êng tån t¹i ë pha kÐm dÎo, khi ë nhiÖt ®é cao chuyÓn biÕn thï h×nh thµnh pha cã ®é dÎo cao. Khi ta nung thÐp tõ 20÷1000C th× ®é dÎo t¨ng chËm nh−ng tõ 100÷4000C ®é dÎo gi¶m nhanh, ®é gißn t¨ng (®èi víi thÐp hîp kim ®é dÎo gi¶m ®Õn 6000C), qu¸ nhiÖt ®é nµy th× ®é dÎo t¨ng nhanh. ë nhiÖt ®é rÌn nÕu hµm l−îng c¸cbon trong thÐp cµng cao th× søc chèng biÕn d¹ng cµng lín. 2.4.3 ¶nh h−ëng cña øng suÊt d− Khi kim lo¹i bÞ biÕn d¹ng nhiÒu, c¸c h¹t tinh thÓ bÞ vì vôn, x« lÖch m¹ng t¨ng, øng suÊt d− lín lµm cho tÝnh dÎo kim lo¹i gi¶m m¹nh (hiÖn t−îng biÕn cøng). Khi nhiÖt ®é kim lo¹i ®¹t tõ 0,25 - 0,30Tnc(nhiÖt ®é nãng ch¶y), øng suÊt d− vµ x« lÖch m¹ng gi¶m lµm cho tÝnh dÎo kim lo¹i phôc håi trë l¹i (hiÖn t−îng phôc håi). NÕu nhiÖt ®é nung ®¹t tíi 0,4Tnc trong kim lo¹i b¾t ®Çu xuÊt hiÖn qu¸ tr×nh kÕt tinh l¹i, tæ chøc kim lo¹i sau kÕt tinh l¹i cã h¹t ®ång ®Òu vµ lín h¬n, m¹ng tinh thÓ hoµn thiÖn h¬n nªn ®é dÎo t¨ng. H×nh 2- 6 øng suÊt sinh ra sau khi biÕn d¹ng VÝ dô sau khi biÕn d¹ng cong vËt thÓ chÞu øng suÊt nÐn ë mÆt trªn vµ øng suÊt kÐo ë mÆt d−íi. 2.4.4 ¶nh h−ëng cña tr¹ng th¸i øng suÊt chÝnh Tr¹ng th¸i øng suÊt chÝnh còng ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn tÝnh dÎo cña kim lo¹i. Qua thùc nghiÖm ng−êi ta thÊy r»ng kim lo¹i chÞu øng suÊt nÐn khèi cã tÝnh dÎo cao h¬n khi chÞu øng suÊt nÐn mÆt, nÐn ®−êng hoÆc chÞu øng suÊt kÐo. øng suÊt d−, ma s¸t ngoµi lµm thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt chÝnh trong kim lo¹i nªn tÝnh dÎo cña kim lo¹i còng gi¶m. Gi¶ sö trong vËt hoµn toµn kh«ng cã øng suÊt tiÕp th× vËt thÓ chÞu 3 øng suÊt chÝnh sau: 48
σ1 σ1 σ1 σ2 σ2 σ3 H×nh 2-7 BiÓu diÔn c¸c lo¹i øng suÊt khi biÕn d¹ng - øng suÊt ®−êng: τmax= σ1/2; - øng suÊt mÆt: τmax= (σ1 - σ2)/2; - øng suÊt khèi: τmax= (σmax - σmin)/2; NÕu σ1 = σ2 = σ3 th× τ = 0 kh«ng cã biÕn d¹ng, øng suÊt chÝnh ®Ó kim lo¹i biÕn d¹ng dÎo lµ giíi h¹n ch¶y σch. H×nh 2-8 ¶nh h−ëng cña tr¹ng th¸i øng suÊt ®Õn tÝnh dÎo cña kim lo¹i TÝnh dÎo t¨ng tõ tr¹ng th¸i kÐo khèi ®Õn nÐn khèi 2.4.5 ¶nh h−ëng cña tèc ®é biÕn d¹ng Sau khi rÌn dËp, c¸c h¹t kim lo¹i bÞ biÕn d¹ng do chÞu t¸c dông mäi phÝa nªn chai cøng h¬n, søc chèng l¹i sù biÕn d¹ng cña kim lo¹i sÏ lín h¬n, ®ång thêi khi nhiÖt ®é nguéi dÇn sÏ kÕt tinh l¹i nh− cò. NÕu tèc ®é biÕn d¹ng nhanh h¬n tèc ®é kÕt tinh l¹i th× c¸c h¹t kim lo¹i bÞ chai ch−a kÞp trì l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu mµ l¹i tiÕp tôc biÕn d¹ng, do ®ã øng suÊt trong khèi kim lo¹i sÏ lín, h¹t kim lo¹i bÞ dßn vµ cã thÓ bÞ nøt. NÕu lÊy 2 khèi kim lo¹i nh− nhau cïng nung ®Õn nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh råi rÌn trªn m¸y bóa vµ m¸y Ðp, ta thÊy tèc ®é biÕn d¹ng trªn m¸y bóa lín h¬n nh−ng ®é biÕn d¹ng tæng céng trªn m¸y Ðp lín h¬n. 49
2.5. Mét sè ®Þnh luËt ¸p dông trong gia c«ng ¸p lùc 2.5.1 . §Þnh luËt biÕn d¹ng ®µn håi tån t¹i khi biÕn d¹ng dÎo Khi biÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i x¶y ra ®ång thêi ®· cã biÕn d¹ng ®µn håi tån t¹i. Quan hÖ gi÷a chóng qua ®Þnh luËt Hooke. Khi biÕn d¹ng kÝch th−íc cña kim lo¹i so víi kÝch th−íc sau khi th«i t¸c dông kh¸c nhau. BiÕn d¹ng ®µn håi BiÕn d¹ng dÎo H×nh 2- 9 H×nh d¸ng chi tiÕt tr−íc vµ sau khi biÕn d¹ng 2.5.2. §Þnh luËt øng suÊt d− Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng dÎo kim läai v× ¶nh h−ëng cña c¸c nh©n tè nh−: nhiÖt ®é kh«ng ®Òu, tæ chøc kim lo¹i kh«ng ®Òu, lùc biÕn d¹ng ph©n bè kh«ng ®Òu, ma s¸t ngoµi v.v... ®Òu lµm cho kim lo¹i sinh ra øng suÊt d−. " Bªn trong bÊt cø kim lo¹i biÕn d¹ng dÎo nµo còng ®Òu sinh ra øng suÊt d− c©n b»ng víi nhau " Sau khi th«i lùc t¸c dông, øng suÊt d− vÉn cßn tån t¹i. Khi ph©n tÝch tr¹ng th¸i øng suÊt chÝnh cÇn ph¶i tÝnh ®Õn øng suÊt d−. Tr−íc khi biÕn d¹ng a. b. C H×nh 2- 10 Néi lùc khi uèn thanh thÐp a/ Thanh th¼ng ; b/ øng suÊt kÐo n»m ë phÝa trªn thanh, øng suÊt nÐn n»m phÝa d−íi thanh; c/ øng suÊt kÐo n»m ë phÝa d−íi thanh , øng suÊt nÐn n»m phÝa trªn thanh. (Néi lùc lµm gi¶m kh¶ n¨ng chÞu lùc cña thanh) 50
2.5.3. §Þnh luËt thÓ tÝch kh«ng ®æi " ThÓ tÝch cña vËt thÓ tr−íc khi biÕn d¹ng b»ng thÓ tÝch sau khi biÕn d¹ng" H.B.L = h.b.l H B L ln + ln + ln = 0 h b l δ1+ δ2+ δ3 = 0 víi: δ1, δ2, δ3 - biÕn d¹ng th¼ng hoÆc øng biÕn chÝnh. Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta cã kÕt luËn: • Khi tån t¹i c¶ 3 øng biÕn chÝnh th× dÊu cña 1 øng biÕn chÝnh ph¶i kh¸c dÊu víi dÊu cña 2 øng biÕn chÝnh kia, vµ trÞ sè b»ng tæng cña 2 øng biÕn chÝnh kia. • Khi cã 1 øng biÕn chÝnh b»ng 0, hai øng biÕn chÝnh cßn l¹i ph¶i ng−îc dÊu vµ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña chóng b»ng nhau. vÝ dô: Khi chån 1 khèi kim lo¹i th× ®é cao gi¶m ®i (δ1< 0) do ®ã: δ δ δ2+ δ3 = δ1 → 2 + 3 = 1 δ1 δ1 δ δ NÕu 2 = 0,6 th× 3 = 0,4 nghÜa lµ sau khi chån cã 60% chuyÓn theo chiÒu réng vµ δ1 δ1 40% chuyÓn theo chiÒu dµi. øng dông ®Þnh luËt nµy ®Ó tÝnh to¸n ph«i hoÆc x¸c ®Þnh møc ®é biÕn d¹ng. 2.5.4. §Þnh luËt trë lùc bÐ nhÊt Trong qu¸ tr×nh biÕn d¹ng, c¸c chÊt ®iÓm cña vËt thÓ sÏ di chuyÓn theo h−íng nµo cã trë lùc bÐ nhÊt. Khi ma s¸t ngoµi trªn c¸c h−íng cña mÆt tiÕp xóc ®Òu nhau th× mét chÊt ®iÓm nµo ®ã trong vËt thÓ biÕn d¹ng sÏ di chuyÓn theo h−íng cã ph¸p tuyÕn nhá nhÊt. Khi l−îng biÕn d¹ng cµng lín tiÕt diÖn sÏ chuyÓn dÇn sang h×nh trßn lµm cho chu vi cña vËt nhá nhÊt. VÝ dô: Khi vuèt, b−íc vuèt ph¶i nhá h¬n chiÒu réng ph«i. H×nh 2- 11 H×nh d¸ng cña ph«i sau khi chån 51
2.6 Nung nãng kim lo¹i khi gia c«ng ¸p lùc Khi gia c«ng ¸p lùc cã thÓ ph¶i nung nãng. Nung nãng kim lo¹i tr−íc khi GCAL nh»m n©ng cao tÝnh dÎo vµ gi¶m kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng cña chóng, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn tiÖn cho qu¸ tr×nh biÕn d¹ng. Nung nãng kim lo¹i lµ mét trong nh÷ng kh©u quan träng ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh kinh tÕ kü thuËt cña s¶n xuÊt. Chän chÕ ®é nung hîp lý sÏ lµm t¨ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm, gi¶m hao phÝ kim lo¹i, gi¶m søc lao ®éng, gi¶m hao mßn thiÕt bÞ vµ gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm, n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng. 2.6.1. Nh÷ng hiÖn t−îng x¶y ra khi nung Thay ®æi ®é dÎo Khi nung ®Õn nhiÖt ®é rÌn , ®é dÎo t¨ng , ®é cøng vµ ®é bÒn gi¶m. §èi víi thÐp c¸c bon vµ thÐp hîp kim thÊp : • Tõ 20 -100oC - ®é dÏo t¨ng chËm; • Tõ 200-600 C o ®é dÎo gi¶m dÇn; • ë nhiÖt ®é 500 - 550 C o thÐp bÞ dßn; • Khi T > 600 Co ®é dÎo t¨ng nhanh; Thay ®æi ®é dÉn nhiÖt • ThÐp c¸c bon : ®é dÉn nhiÖt gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng tíi 800-850 oC. • ThÐp hîp kim ( tuú theo thµnh phÇn c¸c nguyªn tè) ThÐp chøa nhiÒu Cr, Ni cã ®é dÉn nhiÕt t¨ng dÇn khi nhiÖt ®é t¨ng. • Kim lo¹i cã ®é dÉn nhiÖt cµng lín th× thêi gian nung cµng Ýt. HiÖn t−îng «xyho¸ Kim lo¹i khi nung trong lß, do tiÕp xóc víi kh«ng khÝ, khÝ lß nªn bÒ mÆt nã dÔ bÞ «xyho¸ vµ t¹o nªn líp v¶y s¾t. Sù mÊt m¸t kim lo¹i ®Õn 4 ÷ 6%, cßn lµm hao mßn thiÕt bÞ, gi¶m chÊt l−îng chi tiÕt v.v... Qu¸ tr×nh «xy ho¸ x¶y ra do sù khuyÕt t¸n cña nguyªn tö «xy vµo líp kim lo¹i vµ sù khuyÕt t¸n cña nguyªn tö kim lo¹i qua líp «xyt ë mÆt ngoµi vËt nung ®Ó t¹o thµnh 3 líp v¶y s¾t: FeO - Fe3O4 - Fe2O3. NhiÖt ®é nung trªn 5700c líp v¶y s¾t t¨ng m¹nh vµ trªn 10000C líp v¶y s¾t dµy ®Æc phñ kÝn mÆt ngoµi vËt nung, nhiÖt ®é tiÕp tôc t¨ng líp «xyt nµy bÞ ch¸y, ®ång thêi t¹o nªn líp «xyt míi. ¤xy ho¸ cã thÓ do «xy cña kh«ng khÝ hoÆc do oxy cã trong khÝ CO2, trong h¬i n−íc H2O. Fe2O3 Fe3O4 Kim lo¹i c¬ b¶n FeO (thÐp) H×nh 2- 12 S¬ ®å cÊu t¹o líp v¶y s¾t NÕu nhiÖt ®é t¨ng th× líp oxit trªn bÞ ch¸y vµ h×nh thµnh líp «xit míi. 2 Fe + O2 = 2FeO 6 FeO + O2 = 2 Fe3O4 4 Fe3O4 + O2 = 6 Fe2O3; 52
Líp bªn ngoµi rÊt máng Fe2O3 chiÕm kho¶ng 2 % toµn bé chiÒu dµy; Líp Fe3O4 chiÕm kho¶ng 18% HiÖn t−îng mÊt c¸cbon HiÖn t−îng mÊt c¸cbon trªn bÒ mÆt cña vËt nung sÏ lµm thay ®æi c¬ tÝnh cña chi tiÕt, cã khi t¹o nªn cong vªnh, nøt nÎ khi t«i. Qu¸ tr×nh mÊt c¸c bon lµ do c¸c chÊt khÝ O2, CO2, H2O, H2... t¸c dông víi c¸cbÝt s¾t Fe3C cña thÐp: 2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO 2CO +O2 2CO2; Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO -/- Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2 -/- Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4 -/- T¸c dông m¹nh nhÊt lµ H2O råi ®Õn CO2, O2, H2... §Ó gi¶m sù mÊt C cã thÓ dïng chÊt s¬n phñ lªn bÒ mÆt vËt nung. HiÖn t−îng qu¸ nhiÖt Khi nung thÐp qu¸ nhiÖt ®é tíi h¹n (T > T® - 150) oC vµ gi÷ l©u th× kÝch th−íc h¹t «stenit cµng lín, lµm cho tÝnh dÎo cña kim lo¹i gi¶m nhiÒu, cã thÓ t¹o nªn nøt nÎ khi gia c«ng hoÆc gi¶m tÝnh dÎo cña chi tiÕt sau nµy. • §èi víi thÐp cacbon nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt d−íi ®−êng ®Æc kho¶ng 1500 trë lªn. • ThÐp c¸c bon kÕt cÊu (%C 0,4%) 1150 oC ThÐp hîp kim 20X, 40X 1050-1100 oC (TCVN 20Cr, 40Cr) HiÖn t−îng nµy ®−îc kh¾c phôc b»ng ph−¬ng ph¸p ñ. Lo¹i qu¸ nhiÖt nhiÒu cã thÓ ph¶i tiÕn hµnh ñ tõ 2 - 6 lÇn. HiÖn t−îng ch¸y Khi kim lo¹i nung trªn nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt (gÇn ®−êng ®Æc) vËt nung bÞ ph¸ huû tinh giíi cña c¸c h¹t do vïng tinh giíi bÞ «xy ho¸ m·nh liÖt. KÕt qu¶ lµm mÊt tÝnh liªn tôc cña kim lo¹i, dÉn ®Õn ph¸ huû hoµn toµn ®é bÒn vµ ®é dÎo cña kim lo¹i. Tinh giíi h¹t kim lo¹i H×nh 2- 13 Tinh giíi h¹t bÞ oxy ho¸ vµ ph¸ huû NhiÖt ®é ch¸y cña mét sè thÐp nh− sau : Y12, Y13 (TCVN - CD120, CD 130) nhiÖt ®é ch¸y lµ 1200 oC 45, 2X13 (TCVN - C45,1Cr13) 1350 oC Sau khi bÞ ch¸y th× kim lo¹i ph¶i vøt ®i hoÆc c¾t bá phÇn bÞ ch¸y. Nøt nÎ: HiÖn t−îng nøt nÎ xuÊt hiÖn bªn ngoµi hoÆc bªn trong kim lo¹i. Nguyªn nh©n: Do øng suÊt nhiÖt sinh ra v× sù nung kh«ng ®Òu, tèc ®é nung kh«ng hîp lý v.v...øng suÊt nhiÖt nµy cïng víi øng suÊt d− s½n cã cña ph«i (c¸n, ®óc) khi v−ît qua giíi h¹n bÒn cña kim lo¹i sÏ g©y ra nøt nÎ. §èi víi thÐp th−êng x¶y ra nøt nÎ ë t0 < 8000C. 53
2.6.2 ChÕ ®é nung kim lo¹i Yªu cÇu ®èi víi chÕ ®é nung lµ ph¶i tho¶ m¶n c¸c yªu cÇu kü thuËt vµ kinh tÕ. §¹t tÝnh dÎo cao, kh«ng cã khuyÕt tËt vµ chi phÝ Ýt. Chän kho¶ng nhiÖt ®é nung: Yªu cÇu: • §¶m b¶o kim lo¹i dÎo nhÊt. Kim lo¹i biÕn d¹ng tèt vµ hao phÝ Ýt nhÊt. • ChÊt l−îng vËt nung ph¶i ®−îc b¶o ®¶m. §èi víi thÐp c¸cbon dùa trªn gi¶n ®å Fe-C ®Ó chän kho¶ng nhiÖt ®é nung khi GCAL Vïng qu¸ nhiÖt Vïng ch¸y 1147 Vïng gia c«ng ¸p lùc 911 727 H×nh 2- 14 S¬ ®å chän kho¶ng nhiÖt ®é gia c«ng ®èi víi thÐp c¸c bon Thêi gian nung phô thuéc vµo h×nh d¹ng , kÝch th−íc, ®é phøc t¹p cña ph«i, c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu, ph−¬ng ph¸p nung, ph−¬ng ph¸p xÕp ph«i liÖu vµo lß , ... ChÕ ®é nung hîp lý cÇn ®¶m b¶o nung kim lo¹i ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt trong mét thêi gian cho phÐp nhá nhÊt. NhiÖt ®é ph¶i ph©n bè ®Òu trªn toµn bé tiÕt diÖn ph«i. C¨n cø vµo gi¶n ®å tr¹ng th¸i s¾t c¸c bon ( øng dông cho thÐp c¸c bon ) VÝ dô : §èi víi thÐp c¸c bon (ThÐp tr−íc cïng tÝch %C < 0,8%): NhiÖt ®é b¾t ®Çu gia c«ng Tb®GC = T®Æc - ( 150 ... 200 ) oC NhiÖt ®é kÕt thóc gia c«ng Tktgc = TAr3 + ( 20 ... 40 )oC §èi víi thÐp sau cïng tÝch Së dÜ ph¶i kÕt thóc d−íi ®−êng Acm vµ trªn Ac1 v×: • NÕu trªn Acm th× mÆc dï kim lo¹i ë tr¹ng th¸i 1 pha cã tÝnh dÎo cao , nh−ng khi nguéi sÏ tiÕt ra xªmentÝt (Fe3C) ë d¹ng l−íi lµm gi¶m tÝnh dÎo. • NÕu kÕt thóc d−íi Acm th× lóc gia c«ng xªmentÝt bÞ vë vôn ra khi gia c«ng ë d¹ng h¹t nªn vËt gia c«ng vÉn cã ®é bÒn vµ ®é dÎo cao. §èi víi thÐp tr−íc cïng tÝch: • NÕu kÕt thóc gia c«ng d−íi ®−êng Ac3 th× mÆc dï kim lo¹i ë tr¹ng th¸i 2 pha nh−ng pha fe rÝt cã ®é dÎo cao nªn vÉn gia c«ng ®−îc kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm. 54
øng víi mçi kim lo¹i vµ hîp kim cã mét kho¶ng nhiÖt ®é nung x¸c ®Þnh . Chóng ta cã thÓ tham kh¶o trong c¸c sæ tay vÒ rÌn dËp hay gia c«ng ¸p lùc. Thêi gian nung Thêi gian nung cÇn ph¶i chän hîp lý ®Ó ®¶m b¶o: • Yªu cÇu kü thuËt: NhiÖt ®é ph©n bè ®Òu, chÊt l−îng vËt nung ®¶m b¶o tèt kh«ng nøt nÎ, kh«ng bÞ biÕn d¹ng cong vªnh, kh«ng cã khuyÕt tËt,... • Yªu cÇu kinh tÕ: nung chi tiÕt nhanh, kh«ng hao phÝ nhiÒu kim lo¹i, n¨ng suÊt cao, gi¶m l−îng nhiªn liÖu... Thêi gian nung phô thuéc: 1. TÝnh chÊt cña kim lo¹i (TÝnh dÉn nhiÖt, tÝnh dÉn nhiÖt cao th× thêi gian nung cµng nhanh; 2. KÝch th−íc cña vËt nung: KÝch th−íc lín ( tiÕt diÖn ngang lín ) th× thêi gian nung lín; nh−ng bÒ mÆt lín th× thêi gian nung cÇn cµng nhá . 3. Tr¹ng th¸i bÒ mÆt; H×nh d¹ng cña ph«i cµng phøc t¹p th× thêi gian nung cµng lín; 4. NhiÖt ®é cña lß: NhiÖt ®é lß cµng cao th× thêi gian nung cµng nhá. HiÖu sè gi÷a nhiÖt ®é bÒ mÆt vµ cña t©m kim lo¹i cµng lín th× thêi gian nung cµng nhá. 5. Ph−¬ng ph¸p xÕp ph«i; Thêi gian nung cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm: Khi nung trong lß buång : t NUNG = α . β . K. D 3/ 2 t - Thêi gian nung tÝnh b»ng giê (h) α - hÖ sè xÕp ph«i; β- HÖ sè ®é dµi t−¬ng ®èi; D - §−êng kÝnh hay c¹nh ng¾n cña tiÕt diÖn ph«i (m) K - HÖ sè nguyªn liÖu: K = 10 NÕu thÐp chøa c¸c bon C < 0,4 % K = 12,5 C > 0,4 % K = 20,0 ThÐp hîp kim cao Ph−¬ng ph¸p HÖ sè Ph−¬ng ph¸p HÖ sè xÕ ph«i xÕp ph«i xÕ ph«i xÕp ph«i 1 1,4 2D D 1,3 1,4 2,0 2 4 H×nh 2- 15 Sù phô thuéc thêi gian nung vµ ph−¬ng ph¸p xÕp ph«i 55
2.6.3 C¸c ph−¬ng ph¸p nung ph«i liÖu khi gia c«ng ¸p lùc : Nung trong c¸c thiÕt bÞ ®¬n gi¶n nh− lß rÌn thñ c«ng, lß ph¶n x¹, lß buång ®èt than, lß ®iÖn, ... C¸c ph−¬ng ph¸p nung ph«i liÖu khi gia c«ng ¸p lùc : Nung trong c¸c thiÕt bÞ ®¬n gi¶n nh− lß rÌn thñ c«ng, lß ph¶n x¹, lß buång ®èt than, lß ®iÖn, ... Lß rÌn thñ c«ng a. Lß rÌn thñ c«ng cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n nh−ng nung nãng kh«ng ®Òu, ch¸y hao lín, khã khèng chÕ nhiÖt ®é, n¨ng suÊt vµ hiÖu suÊt nhiÖt thÊp, chñ yÕu dïng trong c¸c ph©n x−ëng nhá. 7 6 3 4 2 5 1 H×nh 2-16 S¬ ®å nguyªn lý lß rÌn thñ c«ng 1 - èng giã; 2- gi¸ ®ì lß ®èt; 3- lß ®èt; 4- than trong lß nung; 5- Ghi lß; 6 - chôp lß; 7 èng khãi. Kh«ng khÝ thæi theo cöa giã 1 theo èng dÉn qua ghi lß 5 ®Ó ®èt ch¸y nhiªn liÖu 4 (than) trong buång lß 3 (®−îc c−êng lùc nhê vá lß b»ng thÐp 2), bôi vµ khãi theo nãn 6 qua èng khãi 7 ra ngoµi. Lß nµy ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn nh−ng kh«ng khèng chÕ ®−îc nhiÖt ®é, n¨ng suÊt nung thÊp, hao tèn kim lo¹i nhiÒu, nhiÖt ®é vËt nung kh«ng ®Òu v.v...chØ dïng trong c¸c ph©n x−ëng söa ch÷a ®Ó nung vËt nhá. b. Lß buång (lß ph¶n x¹) Lµ lß cã nhiÖt ®é kho¶ng kh«ng gian c«ng t¸c cña lß ®ång nhÊt. Lß buång lµ mét buång kÝn, khèng chÕ ®−îc nhiÖt ®é nung, cã thÓ xÕp nhiÒu ph«i, sù hao phÝ kim lo¹i Ýt, ph«i kh«ng trùc tiÕp tiÕp xóc víi nhiªn liÖu. Lß buång thuéc lo¹i lß ho¹t ®éng chu kú, cã thÓ dïng nhiªn liÖu (than ®¸, khÝ ®èt, dÇu) hoÆc ®iÖn trë. Trªn h×nh sau tr×nh bµy s¬ ®å mét lß buång dïng nhiªn liÖu r¾n. 56
5 6 7 8 4 3 9 2 1 10 H×nh 2-17 S¬ ®å nguyªn lý lß ph¶n x¹ 1- cöa lÊy xÜ; 2- ghi lß; 3- cöa vµo than; 4- than; 5- t−êng ng¨n;6- sµn lß; 7- cöa c«ng t¸c; 8- ph«i nung; 9- bé thu håi nhiÖt; 10- cèng khãi. Kim lo¹i chÊt vµo lß vµ lÊy ra b»ng cöa c«ng t¸c 7. Nhiªn liÖu r¾n ®Æt trªn ghi lß 2 sau khi ®èt nhiÖt l−îng nung nãng buång ®èt vµ vËt nung 8. KhÝ ch¸y sÏ theo kªnh khãi 9 vµ tho¸t qua èng khãi 10 ra ngoµi. Sù ®iÒu chØnh nhiÖt ®é b»ng c¸ch ®iÒu chØnh l−îng nhiªn liÖu vµ l−îng giã. ¦u ®iÓm cña lß buång: nhiÖt ®é nung kh¸ ®ång ®Òu, kim lo¹i kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi ngän löa nªn ch¸y hao gi¶m, thao t¸c vËn hµnh dÔ. Nh−îc ®iÓm chñ yÕu lµ lß lµm viÖc theo chu kú, tæn thÊt nhiÖt do tÝch nhiÖt cao. Lß buång thÝch hîp víi c¸c ph©n x−ëng s¶n l−îng t−¬ng ®èi lín. 57
2.7 C¸n kim lo¹i 2.7.1 Kh¸i niÖm chung vÒ c¸n kim lo¹i a. Kh¸i niÖm : C¸n kim lo¹i lµ qu¸ tr×nh biÕn d¹ng kim lo¹i gi÷a hai trôc c¸n cã khe hë nhá h¬n chiÒu cao cña ph«i, kÕt qu¶ lµm cho ph«i gi¶m chiÒu cao , chiÒu dµi vµ chiÒu réng t¨ng. H×nh d¹ng cña s¶n phÈm do h×nh d¹ng cña khe hë gi÷a hai trôc c¸n quyÕt ®Þnh. C¸n kim lo¹i ®−îc sö dông réng r·i v× nã kh«ng chØ lµm thay ®æi h×nh d¹ng cña ph«i mµ cßn n©ng cao chÊt l−îng ph«i kim lo¹i : Ph¸ huû tæ chøc kim lo¹i ®óc cã nhiÒu khuyÕt tËt, tæ chøc d¹ng nh¸nh c©y cã nhiÒu ræ khÝ, ... t¹o nªn tæ chøc míi cã ®é ch¾c, h¹t nhá mÞn chÆt h¬n, ®é bÒn cao, kh¾c phôc ®−îc c¸c khuyÕt tËt trong kim lo¹i. b. S¬ ®å qu¸ tr×nh c¸n kim lo¹i D R A A αT I βB C N Ho A L T B β H’ P 2 1 A’ B’ B A A’ 3 H×nh 2-18 S¬ ®å nguyªn lý c¸n kim lo¹i 1 - ph«i; 2 - s¶n phÈm; 3 - trôc c¸n Ho, H1 - chiÒu cao tr−íc vµ sau khi c¸n. Bo, B1 - chiÒu réng tr−íc vµ sau khi c¸n. Lo, L1 - ChiÒu dµi tr−íc vµ sau khi c¸n. • Vïng ABB'A' - gäi lµ vïng biÕn d¹ng; • Cung AB,A'B' tiÕp xóc víi trôc c¸n gäi lµ cung ¨n ( hay cung tiÕp xóc). • Gãc α - gäi lµ gãc ¨n hay gãc tiÕp xóc; • Gãc β - gäi lµ gãc ma s¸t; c. C¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh c¸n L1 Fo HÖ sè kÐo dµi : µ= = =1− 2 Lo F1 B HÖ sè gi·n réng : β= 1 Bo 1 Ho HÖ sè Ðp : = R H1 58
L−îng Ðp tuyÖt ®èi : ∆H = Ho - H1 = D ( 1 - Cos α) L−îng gi·n dµi t−¬ng ®èi : ∆L = L1 - Lo L−îng gi·n réng tuyÖt ®èi : ∆B = B1 - Bo d. §iÒu kiÖn c¸n vµo Khi kim lo¹i tiÕp xóc víi trôc c¸n t¹i hai ®iÓm A A' mçi phÝa cña trôc c¸n t¸c dông lªn vËt c¸n 2 lùc : * Ph¶n lùc N; * Lùc ma s¸t T T = f.N * HÖ sè ma s¸t f = T/ N = tgβ §Ó ph«i ®i qua ®−îc khe hë gi÷a hai trôc c¸n lùc Tx cÇn lín h¬n lùc Nx Tx > Nx Tx = T Cosα = f.N.Cosα Nx = NSinα f.N.Cosα > NSinα ==> f > Sinα/ Cosα f > tgα mµ f = tgβ tgβ > tgα β > α Khi ®¹t ®Õn qu¸ tr×nh c¸n thµnh (Ph«i ®· qua khái 2 trôc c¸n), vÞ trÝ cña lùc h−íng t©m P sÏ dÞch chuyÓn dÇn vÒ phÝa s¶n phÈm ®i ra. NÕu ¸p lùc cña vïng biÕn d¹ng t¸c dông lªn cung ¨n ®Òu nhau vµ ®èi xøng qua trôc ®i qua ®iÓm gi÷a cung ¨n th× ph¶n lùc ( lùc h−íng t©m P ) sÏ chia vïng biÕn d¹ng ra lµm 2 phÇn vµ cã gãc ¨n α ' = α / 2 • Khi vËt ®· c¸n vµo gi÷a trôc c¸n th× gãc ¨n α sÏ nhá dÇn ®Õn khi vËt c¸n ®· hoµn toµn vµo trong 2 trôc c¸n th× gãc ¨n chØ cßn b»ng α/2 . §iÒu nµy chøng tá khi ®· c¸n thµnh th× gãc ma s¸t β chØ cÇn lín h¬n α/2 còng ®ñ ®Ó qu¸ tr×nh c¸n ho¹t ®éng b×nh th−êng. HiÖn t−îng nµy gäi lµ hiÖn t−îng ma s¸t thõa. §Ó b¶o ®¶m ®iÒu kiÖn c¸n vµo ®ång thêi sö dông ma s¸t thõa khi c¸n thµnh ng−êi ta thùc hiÖn mét sè biÖn ph¸p nh−: • T¨ng hÖ sè ma s¸t b»ng c¸ch khoÐt r·nh, hµn vÕt lªn trªn trôc c¸n, b«i c¸c chÊt t¨ng ma s¸t,... • §Ó nhanh chãng ®¹t ®iÒu kiÖn c¸n thµnh ng−êi ta t¨ng tèc ®é cÊp ph«i ban ®Çu vµo trôc c¸n hoÆc rÌn nhá ®Çu ph«i c¸n l¹i. • Thay ®æi ®é hë gi÷a hai trôc c¸n tõ lín, sau ®ã gi¶m dÇn cho ®ªn khi ®¹t khe hë theo yªu cÇu . Tøc lµ tõ gãc "α lín" ®Õn "α bÐ" . Nh− vËy qu¸ tr×nh c¸n cã 3 giai ®o¹n : • Giai ®o¹n trôc c¸n b¾t ®Çu cuèn ph«i. Giai ®o¹n nµy kh«ng æn ®Þnh, v× ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng cña ph«i bÞ thay ®æi liªn tôc. • Giai ®o¹n c¸n thµnh ( æn ®Þnh ) ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng = const; 59
• Giai ®o¹n kÕt thóc c¸n khi ph«i gÇn ra khái trôc c¸n ®iÒu kiÖn biÕn d¹ng còng thay ®æi. §Ó ®¬n gi¶n ho¸ khi nghiªn cøu qu¸ tr×nh c¸n ng−êi ta thõa nhËn mét sè yÕu tè liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh trªn nh− sau • 2 trôc c¸n lµ h×nh trô, cã ®−êng kÝnh b»ng nhau; • Hai trôc quay cïng vËn tèc gãc, (cïng sè vßng quay); • Cã tr¹ng th¸i bÒ mÆt nh− nhau (cã nghÜa lµ cã cïng hÖ sè ma s¸t); • Kh«ng tÝnh ®Õn qu¸ tr×nh biÕn d¹ng ®µn håi cña trôc c¸n; • Ph«i cã kÝch th−íc tiÕt diÖn ngang kh«ng thay ®æi trªn toµn bé chiÒu dµi b,h = const • C¸c ®iÒu kiÖn kh¸c còng ph¶i gièng nhau ( tæ chøc kim lo¹i, nhiÖt ®é, thµnh phÇn ho¸ häc, c«ng nghÖ b«i tr¬n, tr¹ng th¸i bÒ mÆt, ...) 2.7.2. S¶n phÈm c¸n S¶n phÈm c¸n rÊt ®a d¹ng, ®−îc ph©n ra bèn nhãm chÝnh: d¹ng h×nh, d¹ng tÊm, d¹ng èng vµ d¹ng ®Æc biÖt. Lo¹i h×nh: C¸c s¶n phÈm d¹ng h×nh ®−îc chia ra Lo¹i h×nh ®¬n gi¶n : d¹ng (a), gåm cã thanh, thái tiÕt diÖn trßn, vu«ng, ch÷ nhËt, lôc gi¸c, b¸n nguyÖt tiÕt diÖn vu«ng , ch÷ nhËt, trßn, lôc gi¸c, ... Lo¹i h×nh phøc t¹p : d¹ng h×nh phøc t¹p (b) cã tiÕt diÖn ch÷ V, U, I, T, Z ... H×nh 2-19. Mét sè lo¹i s¶n phÈm c¸n 60