Bài giảng Gia công áp lực - Chương 2: Chế độ nhiệt trong công nghệ dập tạo hình khối

Trường ĐHBK-HN

Khoa Cơ khí

B/m Gia công áp lực

Chương 2

CHẾ ĐỘ NHIỆT

trong CN dập tạo hình khối

ThS. Nguyễn Trung Kiên

Page 1

Nội dung

2.1 Các đặc điểm trong quá trình nung phôi.

2.2 Khoảng nhiệt độ tạo hình

2.3 Kiểm tra chế độ nhiệt

2.4 Các thiết bị nung phôi và làm nguội

2.5 Chế độ nung và làm nguội

2.6 Phương pháp nung và làm sạch trước khi gia công

Page 2

Mục đích

Với một bài toán cụ thể:

1. Tính toán và chọn ra khoảng nhiệt độ thích hợp để dập

khối.

2. Đưa ra Chế độ nhiệt để đạt được khoảng nhiệt mong

muốn.

3. Chọn thiết bị nung phù hợp với Chế độ nhiệt cụ thể.

Page 3

2.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM KHI NUNG PHÔI

1. Vị trí của quá trình nung và làm nguội

Page 4

2. Các quá trình xảy ra khi nung và làm nguội

• Oxy hóa

• Thoát các bon

• Độ hạt tăng do quá lửa

Chế độ nung và làm nguội

• Cháy kim loại

• Ứng suất nhiệt

• Hóa bền biến cứng và nứt

•…

Page 5

3. Các nhiệt độ giới hạn

Đồ thị trạng thái thép cacbon và các

nhiệt độ giới hạn

1. Giới hạn trên của nhiệt độ dập nóng

2. Thường hóa

3. Tôi

4.

Ủ

Page 6

2.2 KHOẢNG NHIỆT ĐỘ TẠO HÌNH

1. Khái niệm:

- Khoảng nhiệt độ tạo hình cho phép (Tcp) khi rèn và dập nóng là

khoảng nhiệt độ giới hạn bởi nhiệt độ bắt đầu rèn (T_bd) và nhiệt độ kết

thúc rèn (T_kt) mà tại đó kim loại có tính dẻo cần thiết để biến dạng và

điền đầy lòng khuôn. Đối với hợp kim thép - các bon thông thường thì

khoảng nhiệt độ cho phép nằm trong giới hạn từ 1250⁰C – 750 ^oC.

- Khoảng nhiệt độ tạo hình cần thiết (Tct) là khoảng nhiệt độ nằm trong

khoảng nhiệt độ (Tcp) phù hợp với từng nguyên công, thời gian gia công

và vật liệu.

Page 7

Khoảng nhiệt độ tạo hình cho phép (Tcp)

Page 8

2.3 KIỂM TRA CHẾ ĐỘ NHIỆT

Hệ thống thiết bị, dụng cụ đo – kiểm tra hoạt

động ghi và điều chỉnh tự động chế độ nhiệt

của lò bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và áp

suất trong không gian công tác, nhiệt độ và áp

suất của khói lò, áp suất khí đốt trên đường dẫn

và điều chỉnh tự động lượng cung cấp khí đốt

và không khí cho lò trong trường hạ áp.

Page 9

2.4 CÁC THIẾT BỊ NUNG

Thiết bị nung nói chung thường có các bộ phận

chính sau:

- buồng đốt,

- buồng nung,

- hệ thống thoát khói,

- thiết bị trao đổi nhiệt hoặc thiết bị hoàn nhiệt,

- hệ thống đường ống,

- hệ thống băng tải,

- máy đẩy phôi,

- các cơ cấu nâng hạ cửa lò…

Page 10

PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NUNG

Theo nguồn cung cấp nhiệt:

- Lò có ngọn lửa (lò phản xạ): lò sử dụng nhiên liệu.

- Lò điện: lò sử dụng năng lượng điện.

Theo chức năng công nghệ:

- Lò rèn: dùng trong các phân xưởng rèn – dập nóng (lò

buồng, lò bán liên tục, lò liên tục, lò thông, v.v.).

- Lò trong xưởng cán: lò giếng (để nung gù đúc hoặc phôi

lớn), lò liên tục, lò quay, v.v..

- Lò nhiệt luyện: để thực hiện các nguyên công nhiệt luyện

như ủ, tôi, ram, thường hoá, v.v..

Theo nguyên lý tác dụng (theo phương pháp đưa phôi vào và

lấy phôi ra) :

- Lò hoạt động theo chu kỳ: lò làm việc theo chu kỳ (mẻ

nung).

- Lò hoạt động liên tục: lò làm việc liên tục (lò liên tục, lò

Page 11

quay, …).

2.5 CHẾ ĐỘ NUNG VÀ LÀM NGUỘI

1. Yêu cầu khi nung:

Đạt được nhiệt độ nung

Nhiệt phân bố đồng đều theo tiết diện của thỏi

đúc hoặc phôi

Hạn chế oxy hóa và thoát các bon bề mặt

Tránh nứt tế vi và ứng suất dư do nhiệt

…

Page 12

2. Chế độ nung phân đoạn cho phôi có chiều dày lớn:

1. Nung tới nhiệt độ chuyển biến pha với tốc độ nung

cho phép;

2. Giữ nhiệt ở nhiệt độ chuyển biến pha;

3. Tiếp tục nung đến nhiệt độ nung cần thiết với tốc

độ nung cao nhất có thể;

4. Giữ nhiệt ở nhiệt độ này để đồng đều hóa nhiệt độ

theo tiết diện phôi.

Giai đoạn 1 và giai đoạn 2 chiếm khoảng 70 – 80% tổng thời gian

nung. Đối với phôi có tiết diện ngang hoặc chiều dày nhỏ (s < 80 ÷

120 mm) thì có thể tiến hành nung với tốc độ không hạn chế.

Page 13

Khoảng chênh lệch nhiệt độ lò và phôi

• t₁- nhiệt độ lò khi xếp phôi

• t₂- nhiệt độ lò cuối giai đoạn I

• t₃- nhiệt độ lò cuối giai đoạn II

• t₄- nhiệt độ lò cuối giai đoạn giữ nhiệt

•τ₁- thời gian giữ nhiệt khi xếp phôi

•τ₂- thời gian nâng nhiệt giai đoạn I

•τ₃- thời gian giữ nhiệt trung gian

•τ₄- thời gian nâng nhiệt giai đoạn II

•τ₅- thời gian giữ ở nhiệt độ rèn dập

Page 14

3. Chế độ nung phôi kích thước nhỏ

Đối với đa số thép kết cấu khi phôi có đường kính nhỏ

hơn 100 mm hoàn toàn có thể chất ngay vào lò có nhiệt

độ cao (1300 - 1400o C).

Khi nung phôi ngắn với tỷ lệ chiều dài/ đường kính

L/D ≤ 2, thời gian nung có thể giảm 2%,

L/D = 1,5 thời gian nung có thể giảm 8%,

L/D = 1 thì thời gian nung có thể giảm tới 29%.

Page 15

4. Chế độ nung phôi hợp kim

- Đối với hợp kim nhôm và hợp kim magiê:

* s < 50 mm; τ = 1,5 phút/ 1 cm chiều dày hoặc đường kính phôi;

* s > 100 mm; τ = 2,0 phút/ 1 cm chiều dày hoặc đường kính phôi;

* s = 50 ÷ 100 mm; τ = 1,5 + 0,01(D – 50) phút/ 1 cm chiều dày hoặc

đường kính phôi;

- Đối với hợp kim đồng:

* s < 50 mm; τ = 0,75 phút/ 1 cm chiều dày hoặc đường kính phôi;

* s > 100 mm; τ = 1,5 phút/ 1 cm chiều dày hoặc đường kính phôi;

* s = 50 ÷ 100 mm; τ = 1,0 + 0,06(D – 50) phút/ 1 cm chiều dày hoặc

đường kính phôi.

Page 16

5. Các thông số chính khi nung:

Thời gian nung:

phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ nung, cách xếp phôi, kích thước phôi và thiết bị

nung được sử dụng.

Đối với thép có thể xác định thời gian nung theo công thức kinh nghiệm của N. N.

Đôbrôkhôtôv khi nung phôi nguội đến 1200⁰C.

τ = α.K.D D

trong đó: τ - thời gian nung, h

D - đường kính hoặc cạnh phôi, m

α - hệ số phụ thuộc vào cách xếp phôi

K – hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim

trong thép; đối với thép cacbon thấp K = 10; đối với thép hợp kim cao K = 20.

Theo công thức của Iu.M. Tsijikov (sổ tay dập khối I):

τ =K.D , [h]

D- đường kính hoặc cạnh nhỏ vật nung [cm]

K =0,1-0,15 với thép cacbon, K=0,15-0,2 với thép hợp kim cao, K=0,3-0,4 với thép dụng cụ

Page 17

Tốc độ nung:

Tốc độ nung có thể được biểu diễn dưới dạng phương trình vi phân

dẫn nhiệt Phurie như sau:

dt d²t

C_n= = a

dτ dx²

trong đó:

λ

- hệ số dẫn nhiệt độ của phôi nung;

a =

cρ

λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu phôi;

c – nhiệt dung riêng của vật liệu phôi;

ρ - khối lượng riêng của vật liệu phôi;

x – phương truyền nhiệt;

τ - thời gian nung.

t – nhiệt độ

Page 18

2.5.6 CHẾ ĐỘ LÀM NGUỘI

Quá trình làm nguội gồm 2 giai đoạn:

1. Phôi bị mất nhiệt trong khi tạo hình

Ở giai đoạn này phôi được làm nguội là do

- nhiệt truyền ra không khí xung quanh

- nhiệt truyền trực tiếp vào dụng cụ gia công.

2. Làm nguội sau khi rèn

- Đối với các chi tiết nhỏ, làm nguội bằng cách xếp thành đống lớn

trong lò kín, trong lò có chứa vôi bột, hoặc trong lò có nhiệt độ thấp

hơn nhiệt độ ngừng rèn, tức là cố gắng làm nguội càng chậm càng

tốt.

- Đối với các chi tiết lớn (D = 500 ÷ 1500 mm), người ta làm nguội

ngoài không khí, đôi khi còn làm “áo” bao lấy chi tiết để giảm tốc

độ làm nguội kim loại. Các áo cách nhiệt được làm bằng amian và

cách kim loại từ 50 đến 120 mm.

Page 19

2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP NUNG

Các phương pháp nung hiện đại như nung bằng dòng điện tiếp

xúc, nung bằng dòng điện cảm ứng và nung bằng dung dịch

điện phân.

a) Khi nung bằng dòng điện tiếp xúc thì phôi đóng vai trò điện

trở. Phôi có điện trở lớn hơn dây dẫn nên khi có dòng điện cường

độ cao chạy qua thì phôi (điện trở) bị nung nóng. Ưu điểm của

phương pháp này là tốc độ nung nhanh.

Định luật Jun – Lenxơ: Q = I².R.τ

[A².Ω.s]=J

trong đó:

I – cường độ dòng điện đi qua phôi;

R - điện trở phôi;

R=ρ.L/A

τ - Thời gian dòng điện đi qua phôi.

ρ = (Ω·mm²)/m - tra bảng

Page 20

Bài giảng Gia công áp lực - Chương 2: Chế độ nhiệt trong công nghệ dập tạo hình khối - Nguyễn Trung Kiên