Giáo trình Các phương pháp gia công biến dạng - Lưu Đức Hòa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Ch−¬ng 1
Kh¸i niÖm chung
1.1. Thùc chÊt vµ ®Æc ®iÓm
1.1.1. Thùc chÊt
Gia c«ng biÕn d¹ng lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt
m¸y vµ c¸c s¶n phÈm kim lo¹i thay thÕ cho ph−¬ng ph¸p ®óc hoÆc gia c«ng c¾t gät.
Gia c«ng biÕn d¹ng thùc hiÖn b»ng c¸ch dïng ngo¹i lùc t¸c dông lªn kim lo¹i ë
tr¹ng th¸i nãng hoÆc nguéi lµm cho kim lo¹i ®¹t ®Õn qu¸ giíi h¹n ®µn håi, kÕt qu¶ sÏ lµm
thay ®æi h×nh d¹ng cña vËt thÓ kim lo¹i mµ kh«ng ph¸ huû tÝnh liªn tôc vµ ®é bÒn cña
chóng.
1.1.2. §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¬, lý, ho¸ tÝnh cña kim lo¹i nh− kim lo¹i mÞn chÆt h¬n, h¹t
®ång ®Òu, khö c¸c khuyÕt tËt (rç khÝ, rç co v.v ...) do ®óc g©y nªn, n©ng cao c¬ tÝnh vµ
tuæi bÒn cña chi tiÕt v.v ...
GCBD lµ mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cao, nã cho phÐp ta nhËn c¸c chi tiÕt cã kÝch th−íc
chÝnh x¸c, 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 biÕn d¹ng cho n¨ng suÊt cao v× cã kh¶ n¨ng c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ cao.
1.1.3. C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
C¸c ph−¬ng ph¸p GCBD : C¸n, kÐo sîi, Ðp kim lo¹i, rÌn tù do, rÌn khu«n, rËp tÊm.
S¶n phÈm cña GCBD ®−îc dïng nhiÒu trong c¸c x−ëng c¬ khÝ; chÕ t¹o hoÆc söa ch÷a
chi tiÕt m¸y; trong c¸c ngµnh x©y dùng, kiÕn tróc, cÇu ®−êng, ®å dïng hµng ngµy ...TÝnh
khèi l−îng chi tiÕt rÌn, dËp trong ngµnh chÕ t¹o m¸y bay chiÕm ®Õn 90%, ngµnh «t«
chiÕm 80%, ngµnh m¸y h¬i n−íc chiÕm 60%.
1.2. BiÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i
1.2.1. BiÕn d¹ng dÎo cña kim lo¹i
P
b
c
a/ Kh¸i niÖm vÒ biÕn d¹ng cña kim lo¹i
D−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc kim lo¹i sÏ
biÕn d¹ng theo 3 giai ®o¹n nèi tiÕp nhau:
P
BiÕn d¹ng ®µn håi: lµ biÕn d¹ng sau khi
th«i lùc t¸c dông, vËt trë vÒ h×nh d¸ng ban
®Çu. Quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng lµ
o
tuyÕn tÝnh tu©n theo ®Þnh luËt Hooke. Trªn ®å
thÞ lµ ®o¹n OP.
∆L
H.1.1. §å thÞ quan hÖ gi÷a lùc vµ biÕn d¹ng
BiÕn d¹ng dÎo lµ biÕn d¹ng sau khi th«i lùc t¸c dông kh«ng bÞ mÊt ®i, nã t−¬ng øng
víi giai ®o¹n ch¶y cña kim lo¹i.
1
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
BiÕn d¹ng dÎo x¶y ra khi øng suÊt cña lùc t¸c dông lín h¬n giíi h¹n ®µn håi. §ã lµ
®o¹n Pb.
BiÕn d¹ng ph¸ huû: Khi øng suÊt cña lùc t¸c dông lín h¬n ®é bÒn cña kim lo¹i th×
kim lo¹i bÞ ph¸ huû (®iÓm c).
b/ BiÕn d¹ng dÎo trong ®¬n tinh thÓ
Nh− chóng ta ®· biÕt, d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc, kim lo¹i biÕn d¹ng theo c¸c
giai ®o¹n: biÕn d¹ng ®Çn håi, biÕn d¹ng dÎo vµ biÕn d¹ng ph¸ huû. Tuú theo cÊu tróc tinh
thÓ cña mçi lo¹i, c¸c giai ®o¹n trªn cã thÓ x¶y ra víi c¸c møc ®é kh¸c nhau. D−íi ®©y sÏ
kh¶o s¸t c¬ chÕ biÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ kim lo¹i, trªn c¬ së ®ã nghiªn cøu biÕn d¹ng
dÎo cña c¸c kim lo¹i vµ hîp kim. 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).
BiÕn d¹ng ®µn håi: d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc, m¹ng tinh thÓ bÞ biÕn d¹ng. Khi
øng suÊt sinh ra trong kim lo¹i ch−a v−ît qu¸ giíi h¹n ®µn håi, c¸c nguyªn tö kim lo¹i
dÞch chuyÓn kh«ng qu¸ mét th«ng sè m¹ng (b), nÕu th«i t¸c dông lùc, m¹ng tinh thÓ l¹i
trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu.
BiÕn d¹ng dÎo: khi øng suÊt sinh ra trong kim lo¹i v−ît qu¸ giíi h¹n ®µn håi, kim
lo¹i bÞ biÕn d¹ng dÎo do tr−ît vµ song tinh.
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.
τ
τ
b
a
τ
τ
τ
c
d
H.1.2. S¬ ®å biÕn d¹ng trong ®¬n tinh thÓ
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.
2
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
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.
c/ 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 x¶y 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
ph¸t triÓn.
1.2.2. 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 ...
a/ ¶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 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.
b/ ¶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
3
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
lín.
c/ ¶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.
d/ ¶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.
®/ ¶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.
1.2.3. Tr¹ng th¸i øng suÊt vµ ph−¬ng tr×nh dÎo
Gi¶ sö trong vËt hoµn toµn kh«ng cã øng suÊt tiÕp th× vËt thÓ chÞu 3 øng suÊt chÝnh
sau:
σ1
σ1
σ1
σ2
σ2
σ3
- 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.
§iÒu kiÖn biÕn d¹ng dÎo:
σch
2
• Khi kim lo¹i chÞu øng suÊt ®−êng: σ1 = σ ch tøc lµ σ max
=
.
4
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
• Khi kim lo¹i chÞu øng suÊt mÆt: σ1 −σ 2 = σ ch .
• Khi kim lo¹i chÞu øng suÊt khèi: σ max −σ min = σch .
C¸c ph−¬ng tr×nh trªn gäi lµ ph−¬ng tr×nh dÎo.
BiÕn d¹ng dÎo chØ b¾t ®Çu sau khi biÕn d¹ng ®µn håi. ThÕ n¨ng cña biÕn d¹ng ®µn
håi:
A = A0 + Ah
(1.1).
Trong ®ã A0 - thÕ n¨ng ®Ó thay ®æi thÓ tÝch vËt thÓ
Ah - thÕ n¨ng ®Ó thay ®æi h×nh d¸ng vËt thÓ.
Trong tr¹ng th¸i øng suÊt khèi, thÕ n¨ng biÕn d¹ng ®µn håi theo ®Þnh luËt Hooke
®−îc x¸c ®Þnh:
σ1ε1 +σ 2ε2 +σ3ε3
A =
(1.2)
(1.3)
(1.4)
2
Nh− vËy biÕn d¹ng t−¬ng ®èi theo ®Þnh luËt Hooke:
1
ε1 =
ε2 =
ε3 =
σ1 − µ
σ 2 +σ 3
σ1 +σ 3
σ 2 +σ1
)
]
E
1
[σ 2 − µ
(
)
]
E
1
[σ 3 − µ
(
)
]
E
Theo (1.2) thÕ n¨ng cña toµn bé biÕn d¹ng ®−îc biÓu diÓn:
1
A=
[
σ12 +σ 22 +σ 32 − 2µ
(
σ1σ 2 +σ 2σ 3 +σ 3σ1
)
]
2E
L−îng t¨ng t−¬ng ®èi thÓ tÝch cña vËt trong biÕn d¹ng ®µn håi b»ng tæng biÕn
d¹ng trong 3 h−íng vu«ng gãc:
∆V
V
1− 2µ
)
= ε1 + ε2 + ε3 =
(
σ1 +σ 2 +σ 3
)
(1.5)
E
Trong ®ã µ - hÖ sè Pyacon tÝnh ®Õn vËt liÖu biÕn d¹ng; E - m« ®un ®µn håi cña vËt liÖu.
ThÕ n¨ng ®Ó lµm thay ®æi thÓ tÝch lµ:
(
σ1 +σ 2 +σ3
)
1 ∆V
A0 = .
2 V
1− 2µ
6E
)
2
.
=
(
σ1 +σ 2 +σ3
ThÕ n¨ng dïng ®Ó thay ®æi h×nh d¹ng cña vËt thÓ:
)
(1.6)
3
(
1+ µ
6E
)
2
2
2
Ah = A − A0 =
(
σ1 −σ 2
)
+
(
σ 2 −σ 3
)
+
(
σ 3 −σ1
)
]
(1.7)
VËy thÕ n¨ng ®¬n vÞ ®Ó biÕn h×nh khi biÕn d¹ng ®−êng sÏ lµ:
1+ µ
6E
)
.2σ c2h
Ah =
(1.8)
(1.9)
Tõ (1.7) vµ (1.8) ta cã:
2
2
2
(
σ1 −σ 2
)
+
(
σ 2 −σ3
)
+
σ3 −σ1
)
= 2σc2h = const
§©y gäi lµ ph−¬ng tr×nh dÎo.
5
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Khi c¸n kim lo¹i d¹ng tÊm, biÕn d¹ng ngang kh«ng ®¸ng kÓ, theo (1.3) ta cã thÓ
viÕt:
σ2 = µ(σ1 + σ3)
Khi biÕn d¹ng dÎo (kh«ng tÝnh ®Õn ®µn håi) thÓ tÝch cña vËt thÓ kh«ng ®æi, vËy:
∆V = 0. Tõ (1.6) ta cã:
(1.10)
(
1− 2µ
)
(
σ1 +σ 2 +σ 3
)
= 0
E
Tõ ®ã: 1-2µ = 0 vËy µ = 0,5
Tõ (1.10) vµ (1.11) ta cã: σ2 = (σ1 + σ3)/2
(1.11)
(1.12)
VËy ph−¬ng tr×nh dÎo cã thÓ viÕt:
2
σ1 −σ3 =
σ ch ≈ 1,15σ ch
(1.13)
3
Trong tr−ît tinh khi σ1 = - σ3 trªn mÆt nghiªng øng suÊt ph¸p b»ng 0, øng suÊt tiÕp
khi α = 450:
σmax= (σ1 + σ3)/2
(1.14)
σ ch
So s¸nh víi (1.13) khi σ3 = - σ1: σ max
=
= k ≈ 0,58σ ch
(1.15)
3
VËy øng suÊt tiÕp lín nhÊt lµ: K = 0,58σch gäi lµ h»ng sè dÎo ë tr¹ng th¸i øng suÊt
khèi, ph−¬ng tr×nh dÎo cã thÓ viÕt:
σ1 - σ3 = 2K = const = 1,15σch
(1.16)
Ph−¬ng tr×nh dÎo (1.16) rÊt quan träng ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n trong GCBD.
TÝnh ®Õn h−íng cña c¸c øng suÊt, ph−¬ng tr×nh dÎo (1.16) ®−îc viÕt:
(±σ1) - (±σ3) = 2K
(1.17)
1.3. Mét sè ®Þnh luËt ¸p dông trong gia c«ng biÕn d¹ng
1.3.1. §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 lùc kh¸c nhau, nªn kÝch th−íc cña chi tiÕt sau khi gia
c«ng xong kh¸c víi kÝch th−íc cña lç h×nh trong khu«n (v× cã ®µn håi).
1.3.2. §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−.
6
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
1.3.3. §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 → δ1+ δ2+ δ3 = 0
h
b
l
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: δ2+ δ3 = δ1 →
δ 2 δ 3
δ 1 δ 1
δ 2
δ 1
δ 3
δ 1
+
= 1; NÕu
= 0,6 th×
= 0,4 nghÜa lµ sau khi chån cã 60% chuyÓn theo
chiÒu réng vµ 40% chuyÓn theo chiÒu dµi.
1.3.4. §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.
7
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Ch−¬ng 2
Nung nãng kim lo¹i
2.1. Môc ®Ých nung nãng
Nung nãng kim lo¹i tr−íc khi GCBD 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.
2.2. mét sè vÊn ®Ò x¶y ra khi nung
2.2.1. 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).
2.2.2. 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. ¤xyt ho¸ cã thÓ do «xy ®−a vµo, hoÆc do khÝ CO2, H2O t¸ch ra.
2.2.3. HiÖn t−îng mÊt c¸cbon
HiÖn t−îng mÊt c¸cbon cña mÆt ngoµi vËt nung lµm thay ®æi c¬ tÝnh cña chi tiÕt,
cã khi t¹o nªn cong vªnh, nøt nÎ khi t«i. KhÝ lµm mÊt C lµ O2, CO2, H2O, H2... Chóng
t¸c dông víi c¸cbÝt s¾t Fe3C cña thÐp:
2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO
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...
Qu¸ tr×nh mÊt C ng−îc víi qu¸ tr×nh «xy ho¸ vµ x¶y ra trªn bÒ mÆt kim lo¹i cïng
mét lóc víi «xy ho¸. Tèc ®é cña hai qu¸ tr×nh kh¸c nhau. B¾t ®Çu nung tèc ®é mÊt C
nhanh sau ®ã gi¶m dÇn, cßn tèc ®é «xy ho¸ th× ng−îc l¹i. Khi tèc ®é «xy ho¸ lín h¬n
tèc ®é mÊt C th× líp mÊt C gi¶m ®i.
8
Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Hîp lý nhÊt lµ cÇn t¹o nªn líp «xyho¸ m¹nh h¬n l−îng mÊt c¸cbon. Líp
mÊt c¸cbon b¾t ®Çu ph¸t triÓn khi t0= 600÷8000C vµ t¨ng khi nhiÖt ®é t¨ng. L−îng mÊt
C t¨ng khi thêi gian t¨ng nh−ng tèc ®é mÊt C gi¶m.
§Ó gi¶m sù mÊt C cã thÓ dïng chÊt s¬n phñ lªn bÒ mÆt vËt nung. HiÖn nay hay
dïng chÊt s¬n sau ®©y hoµ víi n−íc hoÆc víi cån ªtyl: 60%SiO2+ 15%Al2O3+
11,2%CaO + 4,4%MgO +5%(K2O+N2O) + 0,8%Fe2O3.
2.2.4. HiÖn t−îng qu¸ nhiÖt
NÕu nhiÖt ®é nung qu¸ cao th× 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 (t0qn>
to®Æc- 1500C). NÕu thêi gian gi÷ ë nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt cµng l©u h¹t «stenit cµng lín th×
kim lo¹i cµng kÐm dÎo. HiÖn t−îng nµy ®−îc kh¾c phôc b»ng ph−¬ng ph¸p ñ. VÝ dô:
ThÐp c¸cbon ñ ë 750 ÷ 9000C, nh−ng víi thÐp hîp kim th× rÊt khã kh¨n.
2.2.5. 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, dÈn ®Õn ph¸ huû hoµn toµn ®é bÒn vµ ®é dÎo cña kim lo¹i. Khi ch¸y
kim lo¹i sÏ ph¸t s¸ng vµ cã nhiÒu tia löa b¾n ra. Sau khi bÞ ch¸y th× kim lo¹i bÞ vøt ®i
hoÆc chÆt ra tõng khóc ®Ó nÊu l¹i.
2.3. ChÕ ®é nung kim lo¹i
2.3.1. 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 ®¹m.
§èi víi thÐp c¸cbon dùa trªn gi¶n ®å Fe-C ®Ó chän kho¶ng nhiÖt ®é GCBD.
t0C
00c
1350
t0C
vïng ch¸y
tmax
tmax
v.qu¸ nhiÖt
1100
800
vïng gcal
tmin
tmin
vïng biÕn cøng
0,8
%c
%c
O
O
1,1
% c bon
0,8 1,7
0,8
2,1
H.2.1.Gi¶n ®å chän kho¶ng nhiÖt ®é gia c«ng ®èi víi thÐp c¸c bon
a)
b)
H.2.2.Ph¹m vi nhiÖt ®é gia c«ng ¸p
a) Gi¶n ®å lý thuyÕt b) Gi¶n ®å thùc tÕ
Trong thùc tÕ cã thÓ chän nhiÖt ®é nung khi gia c«ng ¸p lùc theo ph¹m vi nhiÖt
®é nh− h×nh trªn.
9
Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Trong s¶n xuÊt ®Ó x¸c ®Þnh kho¶ng nhiÖt ®é cña c¸c kim lo¹i vµ hîp kim
th−êng dïng b¶ng. §èi víi c«ng nh©n trong ®iÒu kiÖn thiÕu dông cô ®o cã thÓ x¸c
®Þnh nhiÖt ®é theo mµu s¾c khi nung.
VÝ dô: ®èi víi thÐp khi nung mµu sÏ s¸ng dÇn tõ mµu ®á xÉm (5000c) ®Õn s¸ng
tr¾ng (12500c).
2.3.2. Thêi gian nung
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.
Qu¸ tr×nh nung cã 3 h×nh thøc: §èi l−u (khi t0< 6000c th× ®èi l−u lµ chñ yÕu), bøc x¹
(khi t0 > 6000c th× bøc x¹ lµ chñ yÕu), truyÒn nhiÖt (c¶ qu¸ tr×nh nung). Thêi gian nung
tõ nhiÖt ®é b×nh th−êng ®Õn nhiÖt ®é ban ®Çu gia c«ng cã thÓ chia thµnh 2 giai ®o¹n:
Giai ®o¹n nhiÖt ®é thÊp: Thêi gian nung giai ®o¹n nµy cÇn dµi, tèc ®é nung chËm,
nÕu kh«ng kim lo¹i dÓ nøt nÎ hoÆc biÕn d¹ng. Tèc ®é nung nµy gäi lµ: “tèc ®é nung
cho phÐp” vµ cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc:
5,6λ.σ
K =
(oc/giê).
βΕ.r3
K - Tèc ®é nung
σ - Giíi h¹n bÒn.. λ - HÖ sè dÉn nhiÖt.
E - Modul ®µn håi. β - HÖ sè në dµi. r - B¸n kÝnh ph«i h×nh trô.
K chñ yÕu phô thuéc vµo λ cßn c¸c th«ng sè kia kh«ng ®¸ng kÓ.
Giai ®o¹n nhiÖt ®é cao: (850oc ®Õn nhiÖt ®é b¾t ®Çu gia c«ng)
Khi nhiÖt ®é vË nung trªn 850oc tÝnh dÎo t¨ng, tèc ®é oxy ho¸ m¹nh. Tèc ®é
nung ë giai ®o¹n nµy kh«ng phô thuéc nhiÒu vµo hÖ sè dÉn nhiÖt n÷a, v× thÕ cã thÓ
t¨ng nhanh tèc ®é nung nh»m t¨ng n¨ng suÊt nung, gi¶m l−îng oxy ho¸ vµ ch¸y
c¸cbon, h¹n chÕ sù lín lªn cña c¸c h¹t kim lo¹i, gi¶m hao phÝ nhiªn liÖu.vv...Tèc ®é
nung cña giai ®o¹n nµy gäi lµ “tèc ®é nung kü thuËt”, nã phô thuéc vµo c¸ch xÕp ph«i,
®é dµi ph«i v.v...
2.4. ThiÕt bÞ nung kim lo¹i
§Ó nung kim lo¹i khi gia c«ng ¸p lùc ng−êi ta sö dông nhiÒu lo¹i lß nung kh¸c
nhau. Chóng ®−îc ph©n lo¹i theo nguån cÊp nhiÖt (nhiªn liÖu hoÆc ®iÖn n¨ng), tÝnh
chÊt ho¹t ®éng (chu kú hoÆc liªn tôc) vµ kÕt cÊu lß (lß buång, lß giÕng ...).
2.4.1. Lß rÌn thñ c«ng
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.
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.
2.4.2. Lß buång (lß ph¶n x¹)
7
10
Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa
6
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
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.
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 cèng khãi 10
ra ngoµi. Sù ®iÒu chØnh nhiÖt ®é
7
5
6
4
b»ng c¸ch ®iÒu chØnh l−îng nhiªn
liÖu vµ l−îng giã.
8
9
¦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.
3
1
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.
10
2
H.2.4. Lß buång dïng nhiªn liÖu r¾n
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.
2.4.3. Lß nung liªn tôc
§ã lµ lo¹i lß mµ nhiÖt ®é trong kh«ng gian lµm viÖc cña nã t¨ng dÇn tõ cöa chÊt
ph«i ®Õn cöa lÊy ph«i ra. Lß nµy th−êng dïng khi nung thÐp hîp kim, nung thÐp c¸n.
Nhiªn liÖu th−êng dïng lµ khÝ ®èt. Lß gåm hai buång chÝnh: Buång nung s¬ bé vµ
buång nung ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt. KiÓm tra vµ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é thùc hiÖn tõng
buång. Ph«i di chuyÓn b»ng b¨ng truyÒn c¬ khÝ ph¼ng, nghiªng hoÆc lµ quay ®¸y lß.
Ph«i ®−îc chuyÓn vµo buång nung s¬ bé (300÷700oc) sau ®ã chuyÓn qua buång nung
11
Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
chÝnh (1250÷1400oc) qua buång gi÷ nhiÖt vµ lÊy ra theo cöa lß. Trªn h×nh sau tr×nh
bµy s¬ ®å nguyªn lý cña mét lß nung liªn tôc ba vïng.
4
5
3
6
2
7
1
8
10
9
H.2.5. Lß buång liªn tôc
1-C¬ cÊu ®Èy ph«i, 2-Cöa n¹p ph«i, 3-Vïng ®ång nhiÖt, 4- Vïng nung
5-VËt nung, 6-Vïng nung,7- Má phun, 8-Cöa ra, 9-Thanh ®ì,10-èng khãi
Ph«i nung ®−îc cÊp vµo qua cöa (2), nhê c¬ cÊu ®Èy (1) dÞch chuyÓn dÇn ra phÝa
cöa ra (8). C¸c má ®èt (7) ®èt ch¸y nhiªn liÖu t¹o thµnh khÝ lß chuyÓn ®éng ng−îc
chiÒu chuyÓn ®éng cña ph«i nung. Trong vïng nung (6) ph«i ®−îc nung nãng chËm,
vïng (4) ph«i ®−îc nung nãng nhanh, cßn vïng (3) lµ vïng ®ång nhiÖt.
¦u ®iÓm c¬ b¶n cña lß nung liªn tôc lµ n¨ng suÊt cao, ho¹t ®éng liªn tôc phï
hîp víi c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt liªn tôc. Lß nung liªn tôc ®−îc sö dông chñ yÕu
trong c¸c x−ëng s¶n l−îng lín, c¸c nhµ m¸y c¸n.
2.4.4. Lß dïng n¨ng l−îng ®iÖn
Th−êng dïng ®Ó nung vËt nhá, vËt quan träng b»ng kim lo¹i mµu. Lß ®iÖn cã −u
®iÓm lµ khèng chÕ nhiÖt ®é nung chÝnh x¸c (sai sè: ±5oc), chÊt l−îng vËt nung cao, Ýt
hao tèn kim lo¹i, thêi gian nung nhanh, nh−ng ®¾t tiÒn do thiÕt bÞ phøc t¹p vµ tèn n¨ng
l−îng ®iÖn. V× thÕ nªn chØ dïng nh÷ng vËt nung yªu cÇu kü thuËt cao, nhÊt lµ c¸c kim
lo¹i quý.
Lß ®iÖn trë:
Lµ lo¹i lß th«ng dông nhÊt. Cã thÓ thay d©y ®iÖn trë b»ng c¸c cùc than.
2
3
1
4
H.2.6. Lß ®iÖn trë
5
1- §Çu nèi ®iÖn
2- d©y ®iÖn trë
3- nhiÖt kÕ
4- n¾p ®Ëy
5- ph«i nung
6- ghi lß
6
7
7- cöa lß
12
Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Lß c¶m øng: Dïng trong s¶n xuÊt hµng lo¹t lín. ChÊt l−îng vËt nung tèt
nhÊt, dÓ c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸. Cho dßng ®iÖn cao tÇn (®−îc t¹o nªn bëi m¸y ph¸t
cao tÇn) th× trong vËt nung sÏ ph¸t sinh dßng ®iÖn c¶m øng vµ do hiÖu øng mÆt ngoµi
nªn dßng ®iÖn c¶m øng chñ yÕu ph©n bè trªn mÆt ngoµi vµ lµm vËt nãng lªn. ChiÒu
ρ
µf
dµy ®−îc nung nãng cña chi tiÕt ®−îc tÝnh:
∆ = 5030
(mm).
Trong ®ã: ∆- bÒ dµy chi tiÕt ®−îc nung;
ρ- ®iÖn trë riªng cña vËt nung («m.mm).
µ- hÖ sè tõ thÈm t−¬ng ®èi;
f- tÇn sè dßng ®iÖn (Hz).
Nung trùc tiÕp: Cho dßng ®iÖn c−êng ®é lín trùc tiÕp ch¹y qua vËt nung. Chñ
yÕu dïng nung vËt ®Ó uèn lß xo.
2.5. Sù lµm nguéi sau khi gia c«ng biÕn d¹ng
Sau khi GCBD vËt nguéi dÇn cã sù thay ®æi thÓ tÝch, thay ®æi thµnh phÇn cÊu
tróc, thay ®æi ®é h¹t v.v...MÆt kh¸c líp kim lo¹i ë ngoµi nguéi nhanh bªn trong nªn
gi¶m thÓ tÝch nhanh h¬n, do ®ã líp ngoµi bÞ kÐo vµ líp trong bÞ nÐn, g©y nªn øng suÊt
lín dÈn ®Õn nøt nÎ bªn trong hoÆc trªn bÒ mÆt vËt gia c«ng, còng cã thÓ g©y nªn biÕn
d¹ng lµm cho kÝch th−íc vµ h×nh d¸ng cña vËt thay ®æi. Cã 3 ph−¬ng ph¸p lµm nguéi:
2.5.1. Lµm nguéi tù nhiªn:
Khi lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ tÜnh, chæ ®Æt vËt ph¶i kh« r¸o, kh«ng cã giã thæi.
Tèc ®é nguéi t−¬ng ®èi nhanh nªn th−êng dïng ®èi víi thÐp c bon vµ hîp kim thÊp
cã h×nh d¸ng ®¬n gi¶n.
2.5.2. Lµm nguéi trong hßm chøa v«i, c¸t, xÜ, than vônv.vv...:
Tèc ®é lµm nguéi kh«ng cao, nhiÖt ®é vËt tr−íc khi ®−a vµo hßm kho¶ng
500÷750oc. Dïng ®Ó nung c¸c lo¹i thÐp c¸cbon vµ hîp kim thÊp cã h×nh d¸ng phøc
t¹p.
2.5.3. Lµm nguéi trong lß:
NhiÖt ®é lß ®−îc khèng chÕ theo tõng giai ®o¹n.
VÝ dô: Tõ 900 ®Õn 800oc cho nguéi nhanh (25oc/giê) ®Ó tr¸nh ph¸t triÓn h¹t, sau ®ã
cho nguéi chËm h¬n (15oc/giê) ®Õn nhiÖt ®é 100oc cho nguéi ngoµi kh«ng khÝ. Chñ
yÕu dïng thÐp c«ng cô, thÐp hîp kim cao vµ thÐp ®Æc biÖt cã h×nh d¸ng phøc t¹p.
NhiÖt ®é cña vËt tr−íc khi bá vµo lß ®Ó lµm nguéi tèi thiÖu lµ 500÷700oc.
13
Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
Ch−¬ng 3
C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
3.1. C¸n kim lo¹i
3.1.1.Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh c¸n
Qu¸ tr×nh c¸n lµ cho kim lo¹i biÕn d¹ng gi÷a hai trôc c¸n quay ng−îc chiÒu
nhau cã khe hë nhá h¬n chiÒu cao cña ph«i, kÕt qu¶ lµm cho chiÒu cao ph«i gi¶m,
chiÒu dµi vµ chiÒu réng t¨ng. H×nh d¹ng cña khe hë gi÷a hai trôc c¸n quyÕt ®Þnh h×nh
d¸ng cña s¶n phÈm. Qu¸ tr×nh ph«i chuyÓn ®éng qua khe hë trôc c¸n lµ nhê ma s¸t
gi÷a hai trôc c¸n víi ph«i. C¸n kh«ng nh÷ng thay ®æi h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc ph«i
mµ cßn n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm.
M¸y c¸n cã hai trôc c¸n ®Æt song song víi nhau vµ quay ng−îc chiÒu. Ph«i cã
chiÒu dµy lín h¬n khe hë gi÷a hai trôc c¸n, d−íi t¸c dông cña lùc ma s¸t, kim lo¹i bÞ
kÐo vµo gi÷a hai trôc c¸n, biÕn d¹ng t¹o ra s¶n phÈm. Khi c¸n chiÒu dµy ph«i gi¶m,
chiÒu dµi, chiÒu réng t¨ng.
D
R
α
C
A
A
B
h0
h1
β
P
B
H.3.1. S¬ ®å c¸n kim lo¹i
Khi c¸n dïng c¸c th«ng sè sau ®Ó biÓu thÞ:
• Tû sè chiÒu dµi (hoÆc tû sè tiÕt diÖn) cña ph«i tr−íc vµ sau khi c¸n gäi lµ hÖ sè kÐo
l1 F0
dµi: µ =
=
l2
F
1
• L−îng Ðp tuyÖt ®èi:
∆h = (ho - h1)
(mm).
• Quan hÖ gi÷a l−îng Ðp vµ gãc ¨n:
∆h = D(1 - cosα ) (mm).
• Sù thay ®æi chiÒu dµi tr−íc vµ sau khi c¸n gäi lµ l−îng gi·n dµi:
∆l = l1 - lo
• Sù thay ®æi chiÒu réng tr−íc vµ sau khi c¸n gäi lµ l−îng gi·n réng:
∆b = b1 - bo
14
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
C¸n cã thÓ tiÕn hµnh ë tr¹ng th¸i nãng hoÆc tr¹ng th¸i nguéi. C¸n nãng cã −u
®iÓm: tÝnh dÎo cña kim lo¹i cao nªn dÓ biÕn d¹ng, n¨ng suÊt cao, nh−ng chÊt l−îng bÒ
mÆt kÐm v× cã tån t¹i v¶y s¾t trªn mÆt ph«i khi nung. V× vËy c¸n nãng dïng c¸n ph«i,
c¸n th«, c¸n tÊm dµy, c¸n thÐp hîp kim. C¸n nguéi th× ng−îc l¹i chÊt l−îng bÒ mÆt tèt
h¬n song khã biÕn d¹ng nªn chØ dïng khi c¸n tinh, c¸n tÊm máng, d¶i hoÆc kim lo¹i
mÒm.
§iÒu kiÖn ®Ó kim lo¹i cã thÓ c¸n ®−îc gäi lµ ®iÒu kiÖn c¸n vµo. Khi kim lo¹i tiÕp
xóc víi trôc c¸n th× chóng chÞu hai lùc: ph¶n lùc N vµ lùc ma s¸t T, nÕu hÖ sè ma s¸t
gi÷a trôc c¸n vµ ph«i lµ f th×:
T = N. f ⇒ f = tgβ.
V× β lµ gãc ma s¸t, nªn:
T/N = tgβ = f
Lùc N vµ T cã thÓ chia thµnh 2 thµnh phÇn: n»m ngang vµ th¼ng ®øng:
Nx = Nsinα
Ny = P.cosα
Tx = T.cosα = N.f.cosα
Ty = T.sinα
Thµnh phÇn lùc th¼ng ®øng cã t¸c dông lµm kim lo¹i biÕn d¹ng, cßn thµnh phÇn
n»m ngang cã t¸c dông kÐo vËt c¸n vµo hoÆc ®Èy ra.
§Ó cã thÓ c¸n ®−îc, ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:
Tx > Nx
f.N.cosα > N.sinα ; tgβ > tgα hoÆc β >α
NghÜa lµ hÖ sè ma s¸t f ph¶i lín tg cña gãc ¨n α . HoÆc gãc ma s¸t lín h¬n gãc
¨n. Khi vËt c¸n ®· vµo gi÷a trôc c¸n th× gãc ¨n nhá dÇn ®Õn khi vËt c¸n ®· hoµn toµn
vµo gi÷a trôc c¸n th× gãc ¨n chØ cßn b»ng 1/2. HiÖn t−îng nµy gäi lµ ma s¸t thõa. §Ó
®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c¸n vµo cÇn t¨ng hÖ sè ma s¸t trªn bÒ mÆt trôc c¸n.
3.1.2. S¶n phÈm c¸n
S¶n phÈm c¸n ®−îc sö dông rÊt réng r·i trong tÊt c¶ c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n
nh−: ngµnh chÕ t¹o m¸y, cÇu ®−êng, c«ng nghiÖp «t«, m¸y ®iÖn, x©y dùng, quèc
phßng... bao gåm kim lo¹i ®en vµ kim lo¹i mµu. S¶n phÈm c¸n cã thÓ ph©n lo¹i theo
thµnh phÇn ho¸ häc, theo c«ng dông cña s¶n phÈm, theo vËt liÖu... Tuy nhiªn, chñ yÕu
ng−êi ta ph©n lo¹i dùa vµo h×nh d¸ng, tiÕt diÖn ngang cña s¶n phÈm vµ chóng ®−îc
chia thµnh 4 lo¹i chÝnh sau:
a. ThÐp h×nh
Lµ lo¹i thÐp ®a h×nh ®−îc sö dông rÊt nhiÒu trong ngµnh ChÕ t¹o m¸y, x©y
dùng, cÇu ®−êng... vµ ®−îc ph©n thµnh 2 nhãm:
- ThÐp h×nh cã tiÕt diÖn ®¬n gi¶n
Bao gåm thÐp cã tiÕt diÖn trßn, vu«ng, ch÷ nhËt, dÑt, lôc l¨ng, tam gi¸c, gãc..
H.3.2. C¸c lo¹i thÐp h×nh ®¬n gi¶n.
1 ThÐp trßn cã ®−êng kÝnh φ = 8 ÷ 200 mm, cã khi ®Õn 350 mm.
15
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
2 ThÐp d©y cã ®−êng kÝnh φ = 5 ÷ 9 mm vµ ®−îc gäi lµ d©y thÐp, s¶n phÈm ®−îc
cuén thµnh tõng cuén.
3 ThÐp vu«ng cã c¹nh a = 5 ÷ 250 mm.
4 ThÐp dÑt cã c¹nh cña tiÕt diÖn: h x b = (4 ÷ 60) x (12 ÷ 200) mm2.
5 ThÐp tam gi¸c cã 2 lo¹i: c¹nh ®Òu vµ kh«ng ®Òu:
- Lo¹i c¹nh ®Òu: (20 x20 x 20) ÷ (200 x 200 x 200).
- Lo¹i c¹nh kh«ng ®Òu: (30 x 20 x 20) x (200 x 150 x 150)
- ThÐp h×nh cã tiÕt diÖn phøc t¹p: §ã lµ c¸c lo¹i thÐp cã h×nh ch÷ I, U, T,
thÐp ®−êng ray, thÐp h×nh ®Æc biÖt.
H.3.3. C¸c lo¹i thÐp h×nh phøc t¹p
b. ThÐp tÊm
§−îc øng dông nhiÒu trong c¸c ngµnh chÕ t¹o tµu thuû, « t«, m¸y kÐo, chÕ t¹o
m¸y bay, trong ngµy d©n dông. Chóng ®−îc chia thµnh 3 nhãm:
- ThÐp tÊm dµy: S = 4 ÷ 60 mm; B = 600 ÷ 5.000 mm; L = 4000 ÷ 12.000 mm
- ThÐp tÊm máng: S = 0,2 ÷ 4 mm; B = 600 ÷ 2.200 mm.
- ThÐp tÊm rÊt máng (thÐp l¸ cuén): S = 0,001 ÷ 0,2 mm; B = 200 ÷ 1.500
mm; L = 4000 ÷ 60.000 mm.
c. ThÐp èng
§−îc sö dông nhiÒu trong c¸c ngµng c«ng nghiÖp dÇu khÝ, thuû lîi, x©y dùng...
Chóng ®−îc chia thµnh 2 nhãm:
- èng kh«ng hµn: lµ lo¹i èng ®−îc c¸n ra tõ ph«i thái ban ®Çu cã ®−êng kÝnh
φ = 200 ÷ 350 mm; chiÒu dµi L = 2.000 ÷ 4.000 mm.
- èng c¸n cã 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 ®−êng kÝnh ®¹t ®Õn 4.000 ÷ 8.000 mm; chiÒu dµy ®¹t
®Õn 14 mm.
d. ThÐp cã h×nh d¸ng ®Æc biÖt
ThÐp cã h×nh d¸ng ®Æc biÖt ®−îc c¸n theo ph−¬ng ph¸p ®Æc biÖt: c¸n bi, c¸n b¸nh xe
löa, c¸n vá « t« vµ c¸c lo¹i cã tiÕt diÖn thay ®æi theo chu kú.
16
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
3.1.3. m¸y c¸n
a/ C¸c bé phËn chÝnh cña m¸y c¸n
H.3.5. S¬ ®å m¸y c¸n
I- nguåin ®éng lùc; II- HÖ thèng truyÒn ®éng; III- Gi¸ c¸n
1: Trôc c¸n; 2: NÒn gi¸ c¸n; 3: Trôc truyÒn; 4: Khíp nèi trôc truyÒn;
5: Th©n gi¸ c¸n; 6: B¸nh r¨ng ch÷ V; 7: Khíp nèi trôc; 8:Gi¸ c¸n; 9:
Hép ph©n lùc; 10: Hép gi¶m tèc; 11: Khíp nèi; 12: §éng c¬ ®iÖn
M¸y c¸n gåm 3 bé phËn chÝnh dïng ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¸n.
- Gi¸ c¸n: lµ n¬i tiÕn hµnh qu¸ tr×nh c¸n bao gåm: c¸c trôc c¸n, gèi, æ ®ì trôc
c¸n, hÖ thèng n©ng h¹ trôc, hÖ thèng c©n b»ng trôc,th©n m¸y, hÖ thèng dÉn ph«i, c¬
cÊu lËt trë ph«i ...
- HÖ thèng truyÒn ®éng: lµ n¬i truyÒn m«men cho trôc c¸n, bao gåm hép gi¶m
tèc, khíp nèi, trôc nèi, b¸nh ®µ, hép ph©n lùc.
- Nguån n¨ng l−îng: lµ n¬i cung cÊp n¨ng l−îng cho m¸y, th−êng dïng c¸c
17
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
lo¹i ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ xoay chiÒu hoÆc c¸c m¸y ph¸t ®iÖn.
b/ Ph©n lo¹i m¸y c¸n
- Ph©n lo¹i theo c«ng dông:
1 M¸y c¸n ph¸: dïng ®Ó c¸n ph¸ tõ thái thÐp ®óc gåm cã m¸y c¸n ph«i thái
Blumin vµ m¸y c¸n ph«i tÊm Slabin.
2 M¸y c¸n ph«i: ®Æt sau m¸y c¸n ph¸ vµ cung cÊp ph«i cho m¸y c¸n h×nh vµ
m¸y c¸n kh¸c.
3 M¸y c¸n h×nh cì lín: gåm cã m¸y c¸n ray-dÇm vµ m¸y c¸n h×nh cì lín.
4 M¸y c¸n h×nh cì trung.
5 M¸y c¸n h×nh cì nhá (bao gåm c¶ m¸y c¸n d©y thÐp).
6 M¸y c¸n tÊm (c¸n nãng vµ c¸n nguéi).
7 M¸y c¸n èng.
8 M¸y c¸n ®Æc biÖt.
- Ph©n lo¹i theo c¸ch bè trÝ gi¸ c¸n
a
b.
c
e
d
f
H.3.6- Ph©n lo¹i m¸y c¸n theo c¸ch bè trÝ gi¸ c¸n
a-m¸y c¸n ®¬n, b-m¸y c¸n mét hµng, c-m¸y c¸n hai cÊp, d-m¸y c¸n nhiÒu cÊp,
e-m¸y c¸n b¸n liªn tôc, f-m¸y c¸n liªn tôc.
1 M¸y cã mét gi¸ c¸n (m¸y c¸n ®¬n a): lo¹i nµy chñ yÕu lµ m¸y c¸n ph«i thái
Blumin hoÆc m¸y c¸n ph«i 2 hoÆc 3 trôc.
2 M¸y c¸n bè trÝ mét hµng (b) ®−îc bè trÝ nhiÒu lç h×nh h¬n.
3 M¸y c¸n bè trÝ 2 hay nhiÒu hµng (c, d) cã −u ®iÓm lµ cã thÓ t¨ng dÇn tèc ®é
c¸n ë c¸c gi¸ sau cïng víi sù t¨ng chiÒu dµi cña vËt c¸n.
4 M¸y c¸n b¸n liªn tôc (e): nhãm gi¸ c¸n th« ®−îc bè trÝ liªn tôc, nhãm gi¸
c¸n tinh ®−îc bè trÝ theo hµng. Lo¹i nµy th«ng dông khi c¸n thÐp h×nh cì nhá.
5 M¸y c¸n liªn tôc (f): c¸c gi¸ c¸n ®−îc bè trÝ liªn tôc , mçi gi¸ chØ thùc hiÖn
mét lÇn c¸n. §©y lµ lo¹i m¸y cã hiÖu suÊt rÊt cao vµ ngµy cµng ®−îc sö dông réng r·i.
Bé truyÒn ®éng cña m¸y cã thÓ tËp trung, tõng nhãm hay riªng lÎ. Trong m¸y c¸n liªn
tôc ph¶i lu«n lu«n ®¶m b¶o mèi quan hÖ: F1.v1 = F2.v2 = F3.v3 = F4.v4 .... = Fn.vn; trong
®ã F vµ v lµ tiÕt diÖn cña vËt c¸n vµ vËn tèc c¸n cña c¸c gi¸ c¸n t−¬ng øng.
- Ph©n lo¹i theo sè l−îng vµ sù bè trÝ trôc c¸n
18
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
1 M¸y c¸n 2 trôc ®¶o chiÒu: sau mét lÇn c¸n th× chiÒu quay cña trôc l¹i ®−îc
quay ng−îc l¹i. Lo¹i nµy th−êng dïng khi c¸n ph¸, c¸n ph«i, c¸n tÊm dµy.
2 M¸y c¸n 2 trôc kh«ng ®¶o chiÒu: dïng trong c¸n liªn tôc, c¸n tÊm máng.
3 M¸y c¸n 3 trôc: cã lo¹i 3 trôc c¸n cã ®−êng kÝnh b»ng nhau vµ lo¹i 3 trôc th×
2 trôc b»ng nhau cßn trôc gi÷a nhá h¬n gäi lµ m¸y c¸n Layma.
4 M¸y c¸n 4 trôc: gåm 2 trôc nhá lµm viÖc vµ 2 trôc lín dÉn ®éng ®−îc dïng
nhiÒu khi c¸n tÊm nãng vµ nguéi.
H.3.7. C¸c lo¹i gi¸ c¸n
a: Gi¸ c¸n 2 trôc; b: gi¸ c¸n 3 trôc; c: Gi¸ c¸n 3 trôc lauta; d: Gi¸ c¸n 4 trôc
5 M¸y c¸n nhiÒu trôc: Dïng ®Ó c¸n ra c¸c lo¹i thÐp tÊm máng vµ cùc máng.
M¸y cã 6 trôc, 12 trôc, 20 trôc v.v... cã nh÷ng m¸y ®−êng kÝnh c«ng t¸c nhá ®Õn
3,5 mm ®Ó c¸n ra thÐp máng ®Õn 0,001 mm.
6 M¸y c¸n hµnh tinh: Lo¹i nµy cã nhiÒu trôc nhá tùa vµo 2 trôc to ®Ó lµm biÕn
d¹ng kim lo¹i. M¸y nµy cã c«ng dông lµ c¸n ra thµnh phÈm cã chiÒu dµy rÊt máng tõ
ph«i dµy; Mçi mét cÆp trôc nhá sau mçi lÇn quay lµm chiÒu dµy vËt c¸n máng h¬n
mét
tý.
H.3.8. S¬ ®å m¸y c¸n hµnh tinh
1: Lß nung liªn tôc; 2: Trôc c¸n ph¸ (chñ ®éng); 3: M¸y dÉn ph«i
(dÉn h−íng); 4: Trôc c¸n hµnh tinh; 5: Trôc tùa; 6: Trôc lµ s¶n phÈm.
VËt c¸n ®i qua nhiÒu cÆp trôc nhá th× chiÒu dµy máng ®i rÊt nhiÒu. Ph«i ban
19
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa
Gi¸o tr×nh: C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng biÕn d¹ng
®Çu cã kÝch th−íc dµy S = 50 ÷ 125 mm, sau khi qua m¸y c¸n hµnh tinh th× chiÒu dµy
s¶n phÈm cã thÓ ®¹t tíi 1 ÷ 2 mm.
7 M¸y c¸n v¹n n¨ng: lo¹i nµy trôc c¸n võa bè trÝ th¼ng ®øng võa n»m ngang.
M¸y dïng khi c¸n dÇm ch÷ I, m¸y c¸n ph«i tÊm ...
8 M¸y c¸n trôc nghiªng: dïng khi c¸n èng kh«ng hµn vµ m¸y Ðp ®Òu èng
3.1.4. C«ng nghÖ c¸n mét sè thÐp th«ng dông
a/ C¸n thÐp tÊm:
C¸n thÐp tÊm dµy: Khi c¸n thÐp tÊm dïng trôc c¸n tr¬n, th−êng qua hai c«ng
®o¹n: ®Çu tiªn lµ c¸n réng (a), tiÕp theo lµ c¸n dµi (b). Khi c¸n réng, ph«i ®−a vµo theo
gãc nghiªng so víi ®−êng t©m trôc c¸n, cßn khi c¸n dµi ph«i ®−îc ®−a vµo th¼ng gãc.
C¸n thÐp tÊm dµy cã thÓ dïng m¸y c¸n hai trôc hoÆc 3 trôc.
c
d
c
d
b
a
a
b
a
a.
b.
d
b
c
a
c
b
a) C¸n réng b) C¸n dµi
C¸n thÐp tÊm máng: Cã thÓ c¸n ë tr¹ng th¸i nãng hoÆc nguéi. C¸n nãng
th−êng tiÕn hµnh trªn m¸y c¸n liªn tôc hay b¸n liªn tôc cã vËn tèc ®Õn 15 m/s. Kim
lo¹i sau khi c¸n nãng tiÕp tôc c¸n nguéi ®Ó ®−îc chiÒu dµy nhá h¬n. Khi c¸n nguéi
th−êng dïng chÊt b«i tr¬n vµ c¸n trªn m¸y 2, 3, 5 trôc v.v... V× c¸n nguéi tån t¹i hiÖn
t−îng biÕn cøng nªn ph¶i ñ trung gian gi÷a c¸c lÇn c¸n trong lß cã m«i tr−êng b¶o vÖ
hoÆc lß trung tÝnh.
b/ C¸n thÐp h×nh
90o
90o
90o
a
90o
b
c
H.3.9. S¬ ®å c¸n mét sè thÐp h×nh
C¸n thÐp h׶n th−êng qua
a) C¸n thÐp trßn b) C¸n thÐp vu«ng c) C¸n thÐp gãc
nhiÒu lÇn c¸n víi trôc c¸n h×nh, c¸c b−íc c¸n th« tiÕn hµnh víi c¸c lç h×nh cã biªn
20
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa
Tải về để xem bản đầy đủ
66 trang
21380
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Các phương pháp gia công biến dạng - Lưu Đức Hòa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cac_phuong_phap_gia_cong_bien_dang_luu_duc_hoa.pdf
