Loading Preview
Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.
I. Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc
1. Bản chất
- Nấu chảy kim loại rót vào khuôn, kim loại lỏng kết tinh
- Khi nguội → sản phẩm có hình dạng kích thước của lòng khuôn đúc.
2. Ưu nhược điểm của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc
a, Ưu điểm
- Đúc được tất cả các kim loại và hợp kim khác nhau.
- Đúc được các vật có khối lượng rất nhỏ và rất lớn. Có thể đúc các vật có khối lượng từ vài gam tới vài trăm tấn.
- Tạo ra các vật có hình dạng, kết cấu bên trong và bên ngoài phức tạp.
- Nhiều phương pháp đúc hiện đại có độ chính xác và năng suất rất cao.
b, Nhược điểm
- Tạo ra các khuyết tật như rỗ khí, rỗ xỉ, không điền đầy lòng khuôn, vật đúc bị nứt…
3. Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc trong khuôn cát
* Quá trình đúc tuân theo các bước:
Bước 1- Chuẩn bị mẫu và vật liệu làm khuôn.
- Mẫu : làm bằng gỗ hoặc nhôm
- Vật liệu làm khuôn : Cát (70-80%),Chất dính kết (10-20%),nước
Bước 2- Tiến hành làm khuôn.
Bước 3- Chuẩn bị vật liệu nấu.
Bước 4- Nấu chảy và rót kim loại lỏng vào khuôn.
* Vật đúc sử dụng ngay được gọi là chi tiết đúc .
* Vật đúc phải qua gia công cắt gọt gọi là phôi đúc .
4. Mô phỏng quá trình đúc gang trong khuôn cát
II. Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực
1, Bản chất
- Dùng ngoại lực thông qua các dụng cụ, thiết bị (búa tay, búa máy) làm cho kim loại biến dạng dẻo nhằm tạo ra vật thể có hình dạng, kích thước theo yêu cầu.
- Đặc diểm của phương pháp gia công áp lực là thành phần và khối lượng vật liệu không đổi.
- Một số dụng cụ sử dụng khi rèn:
a. Rèn tự do
- Ngoại lực: dùng lực búa tay, búa máy.
- Trạng thái kim loại: nóng dẻo.
- Kết quả: làm biến dạng kim loại theo hình dạng, kích thước theo yêu cầu.
b. Dập thể tích
- Khuôn dập thể tích: bằng thép, lòng khuôn có hình dạng, kích thước giống chi tiết.
- Ngoại lực: dùng lực búa máy, máy ép.
- Trạng thái kim loại: dẻo.
- Kết quả: làm biến dạng kim loại theo hình dạng, kích thước theo yêu cầu.
2, Ưu, nhược điểm
a, Ưu điểm
- Có cơ tính cao.
- Dập thể tích dễ cơ khí hoá và tự động hoá.
- Tạo được phôi có độ chính xác cao về hình dạng và kích thước.
- Tiết kiện được kim loại và giảm chi phí cho gia công cắt gọt.
b, Nhược điểm
- Không chế tạo được các sản phẩm có hình dạng, kích thước phức tạp, kích thước lớn.
- Không chế tạo được các sản phẩm có tính dẻo kém.
- Rèn tự do có độ chính xác kém, năng xuất thấp , điều kiện làm việc nặng nhọc
III. Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công hàn
1, Bản chất
- Nối được các chi tiết lại với nhau.
- Bản chất: nung chảy kim loại chỗ mối hàn.
- Kết quả: kim loại kết tinh, nguội tạo thành mối hàn.
2, Ưu, nhược điểm
a, Ưu điểm
- Nối được các kim loại có tính chất khác nhau.
- Tạo được các chi tiết có hình dạng, kết cấu phức tạp.
- Có độ bền cao, kín.
b, Nhược điểm
- Chi tiết dễ bị cong, vênh.
3, Một số phương pháp hàn thông dụng
a, Hàn hồ quang tay
- Bản chất: dùng nhiệt của ngọn lửa hồ quang làm nóng chảy kim loại chỗ mối hàn và que hèn → tạo thành mối hàn.
- Dụng cụ, vật liệu: kim hàn, que hàn, vật hàn…
- Ứng dụng: dùng trong ngành cơ khí, chế tạo máy, chế tạo ô tô, xây dựng…
b, Hàn hơi
- Bản chất: dùng nhiệt phản ứng cháy của khí Axêtilen (C2H2) với Oxi (O2) làm nómg chẩy kim loại chỗ mối hàn và que hàn ⇒ tạo thành mối hàn.
- Dụng cụ, vật liệu: mỏ hàn, que hàn, vật hàn, ống dãn khí Axêtilen (C2H2) với Oxi (O2)…
- Ứng dụng: Hàn các chi tiết có bề dày mỏng, nho. → Dùng trong ngành cơ khí, chế tạo máy, chế tạo ô tô, xây dựng…
4, Mô phỏng quá trình gia công áp lực
Tổng kết
Như tên tiêu đề của bài Công nghệ chế tạo phôi , sau khi học xong bài này các em cần nắm vững các nội dung trọng tâm sau:
- Biết được bản chất của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc.
- Biết được bản chất của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực.
Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Chơng 1 Khái niệm chung 1.1. Thực chất và đặc điểm 1.1.1. Thực chất Gia công biến dạng là một trong những phơng pháp cơ bản để chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phơng pháp đúc hoặc gia công cắt gọt. Gia công biến dạng thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến quá giới hạn đàn hồi, kết quả sẽ làm thay đổi hình dạng của vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục và độ bền của chúng. 1.1.2. Đặc điểm Kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia công không những thay đổi hình dáng, kích thớc mà còn thay đổi cả cơ, lý, hoá tính của kim loại nh kim loại mịn chặt hơn, hạt đồng đều, khử các khuyết tật (rỗ khí, rỗ co v.v ...) do đúc gây nên, nâng cao cơ tính và tuổi bền của chi tiết v.v ... GCBD là một quá trình sản xuất cao, nó cho phép ta nhận các chi tiết có kích thớc chính xác, mặt chi tiết tốt, lợng phế liệu thấp và chúng có tính cơ học cao so với các vật đúc. Gia công biến dạng cho năng suất cao vì có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá cao. 1.1.3. Các phơng pháp gia công biến dạng Các phơng pháp GCBD : Cán, kéo sợi, ép kim loại, rèn tự do, rèn khuôn, rập tấm. Sản phẩm của GCBD đợc dùng nhiều trong các xởng cơ khí; chế tạo hoặc sửa chữa chi tiết máy; trong các ngành xây dựng, kiến trúc, cầu đờng, đồ dùng hàng ngày ...Tính khối lợng chi tiết rèn, dập trong ngành chế tạo máy bay chiếm đến 90%, ngành ôtô chiếm 80%, ngành máy hơi nớc chiếm 60%. 1.2. Biến dạng dẻo của kim loại oP L P b c H.1.1. Đồ thị quan hệ giữa lực và biến dạng 1.2.1. Biến dạng dẻo của kim loại a/ Khái niệm về biến dạng của kim loại Dới tác dụng của ngoại lực kim loại sẽ biến dạng theo 3 giai đoạn nối tiếp nhau: Biến dạng đàn hồi: là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng, vật trở về hình dáng ban đầu. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính tuân theo định luật Hooke. Trên đồ thị là đoạn OP. Biến dạng dẻo là biến dạng sau khi thôi lực tác dụng không bị mất đi, nó tơng ứng với giai đoạn chảy của kim loại. Trờng đại học Bách khoa 1Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Biến dạng dẻo xảy ra khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn giới hạn đàn hồi. Đó là đoạn Pb. Biến dạng phá huỷ: Khi ứng suất của lực tác dụng lớn hơn độ bền của kim loại thì kim loại bị phá huỷ (điểm c). b/ Biến dạng dẻo trong đơn tinh thể Nh chúng ta đã biết, dới tác dụng của ngoại lực, kim loại biến dạng theo các giai đoạn: biến dạng đần hồi, biến dạng dẻo và biến dạng phá huỷ. Tuỳ theo cấu trúc tinh thể của mỗi loại, các giai đoạn trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau. Dới đây sẽ khảo sát cơ chế biến dạng trong đơn tinh thể kim loại, trên cơ sở đó nghiên cứu biến dạng dẻo của các kim loại và hợp kim. Trong đơn tinh thể kim loại, các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự xác định, mỗi nguyên tử luôn dao động xung quanh một vị trí cân bằng của nó (a). Biến dạng đàn hồi: dới tác dụng của ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng. Khi ứng suất sinh ra trong kim loại cha vợt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng (b), nếu thôi tác dụng lực, mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu. Biến dạng dẻo: khi ứng suất sinh ra trong kim loại vợt quá giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo do trợt và song tinh. Theo hình thức trợt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trợt (c). Trên mặt trợt, các nguyên tử kim loại dịch chuyển tơng đối với nhau một khoảng đúng bằng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển các nguyên tử kim loại ở vị trí cân bằng mới, bởi vậy sau khi thôi tác dụng lực kim loại không trở về trạng thái ban đầu. 2 b a H.1.2. Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thểd c Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trợt vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh (d). Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh. Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trợt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại, các mặt trợt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẻo do song tinh gây ra rất bé, nhng khi có song tinh trợt sẽ xẩy ra thuận lợi hơn. c/ Biến dạng dẻo của đa tinh thể Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc của chúng đợc gọi là cấu trúc đa tinh thể. Trong đa tinh thể, biến dạng dẻo có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng tinh giới hạt. Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trợt và song tinh. Đầu tiên sự trợt xẩy ra ở các hạt có mặt trợt tạo với hớng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45o, sau đó mới đến các mặt khác. Nh vậy, biến dạng dẻo trong kim loại đa tinh thể xảy ra không đồng thời và không đồng đều. Dới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trợt và quay tơng đối với nhau. Do sự trợt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trợt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển. 1.2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến tính dẻo và biến dạng của kim loại Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dớc tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào hàng loạt nhân tố khác nhau: thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất d, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng ... a/ ảnh hởng của thành phần và tổ chức kim loại Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với các hợp kim, kiểu mạng thờng phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thờng kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim có cấu trúc nhiều pha. Các tạp chất thờng tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại. b/ ảnh hởng của nhiệt độ 3Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng. Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thờng tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao. Khi ta nung thép từ 20ữ1000C thì độ dẻo tăng chậm nhng từ 100ữ4000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), quá nhiệt độ này thì độ dẻo tăng nhanh. ở nhiệt độ rèn nếu hàm lợng cácbon trong thép càng cao thì sức chống biến dạng càng Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng lớn. c/ ảnh hởng của ứng suất d Khi kim loại bị biến dạng nhiều, các hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất d lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tợng biến cứng). Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 - 0,30Tnc(nhiệt độ nóng chảy), ứng suất d và xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tợng phục hồi). Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc trong kim loại bắt đầu xuất hiện quá trình kết tinh lại, tổ chức kim loại sau kết tinh lại có hạt đồng đều và lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện hơn nên độ dẻo tăng. d/ ảnh hởng của trạng thái ứng suất chính Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại. Qua thực nghiệm ngời ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đờng hoặc chịu ứng suất kéo. ứng suất d, ma sát ngoài làm thay đổi trạng thái ứng suất chính trong kim loại nên tính dẻo của kim loại cũng giảm. đ/ ảnh hởng của tốc độ biến dạng Sau khi rèn dập, các hạt kim loại bị biến dạng do chịu tác dụng mọi phía nên chai cứng hơn, sức chống lại sự biến dạng của kim loại sẽ lớn hơn, đồng thời khi nhiệt độ nguội dần sẽ kết tinh lại nh cũ. Nếu tốc độ biến dạng nhanh hơn tốc độ kết tinh lại thì các hạt kim loại bị chai cha kịp trỡ lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, do đó ứng suất trong khối kim loại sẽ lớn, hạt kim loại bị dòn và có thể bị nứt. Nếu lấy 2 khối kim loại nh nhau cùng nung đến nhiệt độ nhất định rồi rèn trên máy búa và máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng trên máy búa lớn hơn nhng độ biến dạng tổng cộng trên máy ép lớn hơn. 1.2.3. Trạng thái ứng suất và phơng trình dẻo Giả sử trong vật hoàn toàn không có ứng suất tiếp thì vật thể chịu 3 ứng suất chính sau: 1 2 3 1 2 1 - ứng suất đờng: max= 1/2; - ứng suất mặt: max= (1 - 2)/2; - ứng suất khối: max= (max - min)/2; Nếu 1 = 2 = 3 thì = 0 không có biến dạng, ứng suất chính để kim loại biến dạng dẻo là giới hạn chảy ch. Điều kiện biến dạng dẻo: Khi kim loại chịu ứng suất đờng: ch=1 tức là 2maxch=. Trờng đại học Bách khoa 4Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Khi kim loại chịu ứng suất mặt: ch=21. Khi kim loại chịu ứng suất khối: ch=minmax. Các phơng trình trên gọi là phơng trình dẻo. Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng của biến dạng đàn hồi: A = A0 + Ah (1.1). Trong đó A0 - thế năng để thay đổi thể tích vật thể Ah - thế năng để thay đổi hình dáng vật thể. Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi theo định luật Hooke đợc xác định: 2332211++=A (1.2) Nh vậy biến dạng tơng đối theo định luật Hooke: ( )[ ]32111à+=E ()[]31221à+=E (1.3) ()[]12331à+=E Theo (1.2) thế năng của toàn bộ biến dạng đợc biểu diển: A=([]133221232221221à++++)E (1.4) Lợng tăng tơng đối thể tích của vật trong biến dạng đàn hồi bằng tổng biến dạng trong 3 hớng vuông góc: ( )(32132121)à++=++=EVV (1.5) Trong đó à - hệ số Pyacon tính đến vật liệu biến dạng; E - mô đun đàn hồi của vật liệu. Thế năng để làm thay đổi thể tích là: ()( )()232132106213..21à++=++=EVVA (1.6) Thế năng dùng để thay đổi hình dạng của vật thể: ()()()()[ ]213232221061à+++==EAAAh(1.7) Vậy thế năng đơn vị để biến hình khi biến dạng đờng sẽ là: ( )22.61chhEAà+= (1.8) Từ (1.7) và (1.8) ta có: ()()( )constch==++22132322212 (1.9) Đây gọi là phơng trình dẻo. Trờng đại học Bách khoa 5