Giáo trình - Công nghệ kim loại - chương 2

Chia sẻ: Lit Ga | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

114
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 2: Gia công kim loại bằng áp lực Gia công kim loại bằng áp lực là phương pháp làm biến dạng phôi để tạo nên những hình dạng và kích thước theo yêu cầu

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình - Công nghệ kim loại - chương 2

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 b a 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 ®ËpËp tõ íi ªn xuèng Khi bóa ® tõ d− tr 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). b a 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 . Tk.t.l. >= 0,4 Tnc §èi víi kim lo¹i nguyªn chÊt: 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. øng suÊt sinh ra sau khi biÕn d¹ng H×nh 2- 6 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 = 0 ln 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 o 200-600 C ®é dÎo gi¶m dÇn; • ë nhiÖt ®é 500 - 550 C o thÐp bÞ dßn; • Khi o T > 600 C ®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 Kim lo¹i Fe3O4 c¬ b¶n (thÐp) FeO 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%) 1050-1100 oC ThÐp hîp kim 20X, 40X (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 : 1200 oC Y12, Y13 (TCVN - CD120, CD 130) nhiÖt ®é ch¸y lµ 1350 oC 45, 2X13 (TCVN - C45,1Cr13) 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 911 c«ng ¸p lùc 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 HÖ sè Ph−¬ng ph¸p xÕ ph«i xÕp ph«i xÕp ph«i xÕ ph«i 1,4 1 2D D 1,4 2,0 1,3 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
7 5 6 8 4 9 3 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 AL Ho B T β H’ P 2 B’ 1 A’ 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 : µ= = =1− 2 HÖ sè kÐo dµi Lo F1 B : β= 1 HÖ sè gi·n réng Bo 1 Ho = HÖ sè Ðp : R H1 58
∆H = Ho - H1 = D ( 1 - Cos α) L−îng Ðp tuyÖt ®èi : 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 = tgβ * HÖ sè ma s¸t f = T/ N §Ó ph«i ®i qua ®−îc khe hë gi÷a hai trôc c¸n lùc Tx cÇn lín h¬n lùc Nx Tx = T Cosα = f.N.Cosα Tx > Nx Nx = NSinα f.N.Cosα NSinα > Sinα/ Cosα ==> f > tgα mµ f = tgβ f > 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
Lo¹i tÊm: C¸c s¶n phÈm d¹ng tÊm ®−îc ph©n lo¹i theo chiÒu dµy cña tÊm thµnh: • Máng: S = 0,2÷3,75 mm; B = 600÷2200 mm. • Dµy: S = 4,0÷60 mm; B = 600÷5000 mm; L = 4000÷12000mm. • Cuén: S = 0,2÷2 mm; B = 200÷1500 mm; L = 4000÷60.000 mm. Lo¹i èng: C¸c s¶n phÈm d¹ng èng ®−îc ph©n ra: èng kh«ng cã mèi hµn vµ èng cã mèi hµn. • èng kh«ng hµn ®−îc c¸n tõ ph«i thái cã ®−êng kÝnh φ = 5÷426 mm, S = 0,5÷40 mm). chiÒu dµy thµnh èng S • èng cã mèi hµn ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸ch cuèn tÊm thµnh èng sau ®ã c¸n ®Ó hµn gi¸p mèi víi nhau. Lo¹i nµy cã ®−êng kÝnh ngoµi ®Õn 720 mm vµ chiÒu dµy ®Õn 14 mm. 2.7.3 C¸c bé phËn chñ yÕu cña m¸y c¸n 1 2 3 4 5 6 54 7 H×nh 2- 20 S¬ ®å nguyªn lý cÊu t¹o m¸y c¸n 1. Trôc c¸n 2. Trôc c¸c- ®¨ng 3. Hép ph©n lùc 4. Khíp nèi 5. B¸nh ®µ 6. Hép gi¶m tèc 7. §éng c¬ H×nh 2- 21 S¬ ®å nguyªn lý cÊu t¹o mét m¸y c¸n thÐp h×nh 61