Giáo trình Công nghệ kim loại - Chương 2: 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

F_MS(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 (F_ms): ng−îc chiÒu víi sù dÞch chuyÓn trong kim lo¹i vµ cã trÞ sè:

F_ms= fR

f - HÖ sè ma s¸t

R - lùc ph¸p tuyÕn;

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 ®Ëp tõ trªn xuèng

Khi bóa ®Ëp tõ 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).

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

P

2

P

1

P

H×nh 2- 5 S¬ ®å nguyªn lý g©y nªn sù tr−ît

• P₁th¼ng 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 P₂n»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 P₂c¸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 45^o, 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:

KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh kÕt tinh l¹i

• Khö øng suÊt d−;

T_k.t.l.>= 0,4 T_nc

• 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 - 0,30T_nc(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 0,4T_nctrong 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

σ₂

σ₃

H×nh 2-7 BiÓu diÔn c¸c lo¹i øng suÊt khi biÕn d¹ng

- øng suÊt ®−êng: τ_max= σ₁/2; - øng suÊt mÆt: τ_max= (σ₁- σ₂)/2;

- øng suÊt khèi: τ_max= (σ_max- σ_min)/2; NÕu σ₁= σ₂= σ₃th× τ = 0 kh«ng cã biÕn

d¹ng, øng suÊt chÝnh ®Ó kim lo¹i biÕn d¹ng dÎo lµ giíi h¹n ch¶y σ_ch.

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 ₂δ ₃

δ₂+ δ₃= δ₁→

+

= 1

δ ₁δ ₁

δ ₂

δ ₁

δ ₃

δ ₁

NÕu

= 0,6 th×

= 0,4 nghÜa lµ sau khi chån cã 60% chuyÓn theo chiÒu réng vµ

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 -100^oC -

200-600 ^oC

®é dÏo t¨ng chËm;

®é dÎo gi¶m dÇn;

thÐp bÞ dßn;

• ë nhiÖt ®é 500 - 550 ^oC

• Khi

T > 600^oC

®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

c¬ b¶n

(thÐp)

Fe₃O₄

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

6 FeO

+ O₂= 2FeO

+ O₂= 2 Fe₃O₄

4 Fe₃O₄

+ O₂= 6 Fe₂O₃;

52

Líp bªn ngoµi rÊt máng Fe₂O₃chiÕm 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

Fe₃C + CO₂

Fe₃C + H₂O

Fe₃C + 2H₂

= 6Fe + 2CO

= 3Fe + 2CO

= 3Fe + CO + H₂

= 3Fe + CH₄

Æ 2CO +O₂Æ2CO₂;

Æ

-/-

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 150⁰trë lªn.

• ThÐp c¸c bon kÕt cÊu (%C <0,4%) NhiÖt ®é qu¸ nhiÖt kho¶ng 1300 ^oC;

(%C >0,4%)

20X, 40X

20Cr, 40Cr)

1150 ^oC

ThÐp hîp kim

(TCVN

1050-1100 ^oC

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

45, 2X13

(TCVN - CD120, CD 130) nhiÖt ®é ch¸y lµ

(TCVN - C45,1Cr13)

1200 ^oC

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 T_b®GC= T_®Æc- ( 150 ... 200 ) ^oC

NhiÖt ®é kÕt thóc gia c«ng T_ktgc= 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 A_cmth× 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

K - HÖ sè nguyªn liÖu:

(m)

K = 10 NÕu thÐp chøa c¸c bon

K = 12,5

C < 0,4 %

C > 0,4 %

K = 20,0 ThÐp hîp kim cao

Ph−¬ng ph¸p

xÕ ph«i

HÖ sè

xÕp ph«i

HÖ sè

xÕp ph«i

Ph−¬ng ph¸p

xÕ ph«i

1,4

1

2 D

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

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

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

4

6

8

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

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

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

T

C

α

β

B

I

N

A

H

L

o

B

β

H’

P

2

B’

B

1

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

H_o, H₁

- chiÒu cao tr−íc vµ sau khi c¸n.

B_o, B₁- chiÒu réng tr−íc vµ sau khi c¸n.

L_o, 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

L₁F_o

HÖ sè kÐo dµi

HÖ sè gi·n réng

HÖ sè Ðp

: µ =

=

=1− 2

L_oF₁

B₁

B_o

H_o

: β =

1

:

=

R

H₁

58

L−îng Ðp tuyÖt ®èi :

∆H = H - H₁= D ( 1 - Cos α)

o

L−îng gi·n dµi t−¬ng ®èi : ∆L = L₁- L

o

L−îng gi·n réng tuyÖt ®èi : ∆B = B₁- B

o

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;

T

* Lùc ma s¸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

tgβ

β

>

Sinα/ Cosα

tgα mµ f = tgβ

tgα

α

Khi ®¹t ®Õn qu¸ tr×nh c¸n thµnh (Ph«i ®· qua khái 2 trôc c¸n), vÞ trÝ cña lùc

NÕu ¸p lùc cña vïng biÕn d¹ng t¸c dông lªn cung ¨n ®Òu nhau vµ ®èi xøng qua

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

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

• Máng:

• Dµy:

• Cuén:

S = 0,2÷3,75 mm; B = 600÷2200 mm.

S = 4,0÷60 mm; B = 600÷5000 mm; L = 4000÷12000mm.

S = 0,2÷2

mm; B = 200÷1500 mm; L = 4000÷60.000 mm.

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

5 4

7

H×nh 2- 20 S¬ ®å nguyªn lý cÊu t¹o m¸y c¸n

1. Trôc c¸n

2. Trôc c¸c- ®¨ng

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