KÉO KIM LOẠI

I. Khái niệm:

- Bản chất của phương pháp gia công là kéo phôi kim loại qua lỗ khuôn kéo là tiết diện ngang của kim loại và chiều dài tăng.

- Có 02 loại gia công là kéo sợi (a) và kéo ống (b).

          + Đối với kéo sợi (hình a): phôi (1) được kéo qua khuôn (2) với lỗ có tiết diện nhỏ hơn phôi kim loại và biên dạng theo yêu cầu tạo thành sợi (3).

          + Đối với kéo ống (hình b): phôi (1) được kéo qua khuôn, khuôn (2) sẽ tạo hình dáng bên ngoài cho ống, khuôn (4) sẽ tạo hình dáng bên trong ống, tạo thành ống (3).

- Đặc điểm: có thể dùng phương pháp này ở trạng thái nóng hoặc trạng thái nguội, sản phẩm có độ chính xác và độ bóng cao.

- Công dụng: kéo sợi dùng tạo các thỏi, ống, sợi bằng thép và kim loại màu. Kéo sợi còn dùng gia công tinh bề mặt ngoài các ống có mối hàn và một số công việc khác.

II. Thông số kỹ thuật trong quá trình kéo sợi:

1. Hệ số kéo dài: tùy theo từng kim loại, hình dáng lỗ khuôn, mỗi lần kéo tiết diện có thể giảm xuống 15% - 35%. Tỷ lệ giữa đường kính trước và sau khi kéo gọi là hệ số kéo dài:

Với:   - d, d₀ là đường kính sợi trước và sau khi kéo (mm).

          - σ là giới hạn bền của kim loại (N/mm²).

          - α là góc nghiêng của lỗ khuôn.

          - P là áp lực của khuôn ép lên kim loại (N/mm²).

          - f là hệ số ma sát.

          2. Số lượt kéo: quá trình kéo sợi có thể kéo qua một hoặc nhiều lỗ khuôn kéo. Ta có thể tính số lượt kéo

          3. Lực kéo sợi: phải đảm bảo đủ lớn để thắng lực ma sát giữa kim loại và thành khuôn, đồng thời để kim loại biến dạng, tuy nhiên ứng suất tại tiết diện đã ra khỏi khuôn phải nhỏ hơn giới hạn bền cho phép của vật liệu nếu không sợi sẽ bị đứt.

          Ta có công thức tính lực kéo sợi:

          Trong đó:    - σ là giới hạn bền của kim loại trước và sau khi kéo.

                             - F₀, F₁là tiết diện trước và sau khi kéo (mm²).

                             - f là hệ số ma sát giữa khuôn và vật liệu.

II. Khuôn kéo và máy kéo sợi:

1. Khuôn kéo sợi: bao gồm 02 phần chính là khuôn và đế khuôn

- Phần khuôn ta có thể chia thành 04 phần:

          + Đoạn côn (I) là phần làm việc chính của khuôn có góc côn β = 24^o – 36^o (thường dùng nhất là 26^o).

          + Đoạn côn vào (II) có góc côn 90^olà nơi để phôi vào và chứa chất bôi trơn.

          + Đoạn thẳng (III) có tác dụng định kính.

          + Đoạn thoát phôi (IV) có góc côn 60^ođể sợi ra dễ dàng không bị xước.

- Vật liệu chế tạo khuôn thường dùng thép các-bon dụng cụ, thép hợp kim hoặc hợp kim cứng (CD80, CD100, CD130, 30CrTiSiMo, Cr5Mo).

2. Máy kéo sợi: dựa vào phương pháp kéo có thể chia thành 02 loại: máy kéo thẳng và máy kéo có tang cuộn.

- Máy kéo thẳng dùng khi kéo các sợi hoặc ống có đường kính lớn không thể cuộn được (Ø = 6 – 10mm hoặc lớn hơn). Lực kéo của máy từ 0.2 đến 75 tấn; tốc độ kéo từ 15 đến 45 m/phút. Để tạo ra chuyển động thẳng có thể sử dụng cơ cấu xích, trục vít, thanh răng và bánh răng, …

Máy kéo sợi thẳng dùng xích và cơ cấu kẹp

          - Máy kéo sợi có tang cuộn dùng khi kéo sợi dài có thể cuộn được, thường những sợi có kích thước nhỏ < 10mm.

          + Máy kéo sợi một khuôn, tang kéo (5) và thang cấp (1) phải quay cùng tốc.

Máy kéo sợi một khuôn

          + Máy kéo sợi nhiều khuôn: sợi được kéo qua nhiều khuôn (từ 5 đến 19 khuôn) và nhờ các tang kéo trung gian (4), các ròng rọc căng sợi (3) nên trong quá trình kéo không xảy ra sự trượt.

Máy kéo sợi nhiều khuôn không trượt

          + Máy kéo sợi nhiều khuôn có sự trượt, các khuôn kéo có tiết

diện giảm dần, lực kéo dựa vào tang chính (4).

Máy kéo sợi nhiều khuôn có sự trượt

          Nguồn: Sưu tầm tổng hợp

             Biên soạn: THTD

CÁN KIM LOẠI II

  1. Phân loại sản phẩm:

Dựa vào hình dáng và tiết diện của sản phẩm, ta có thể phân thành 04 loại sản phẩm:

a. Thép hình: là loại thép đa hình được sử dụng rất nhiều trong ngành chế tạo máy, xây dựng, cầu đường,… Bao gồm thép có tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, dẹt, lục lăng, tam giác, góc,…

 Các loại tiết diện

- Thép tròn có đường kính Ø = 8 – 200 mm, có khi đến 350mm.

- Thép dây có đường kính Ø = 5 – 9mm (có thể gọi là dây thép), sản phẩm được cuốn thành từng cuộn.

- Thép vuông có cạnh a =  5 - 250mm.

- Thép dẹt có cạnh của tiết diện h x b = (4 – 60) x (12 – 200)mm².

- thép có hình tiết diện phức tạp: chữ I, U, T, thép đườn ray, thép đặc biệt.

b. Thép tấm: được ứng dụng nhiều trong ngành chế tạo tàu thủy, ô tô, máy kéo, máy bay và ngành dân dụng. Chúng được phân thành 03 nhóm.

- Thép tấm dày: S= 4 – 60 mm; B = 600 – 5.000 mm; L = 4.000 – 12.000mm.

- Thép tấm mỏng: S= 0.2 – 4mm; B = 600 – 2.200 mm.

- Thép tấm rất mỏng (thép lá cuộn): S= 0.001 – 0.2 mm; B = 200 – 1.500 mm; L = 4.000 – 60.000mm.

c. Thép ống: được sử dụng nhiều trong ngành dầu khí, thủy lợi, xây dựng,… Chúng được chia thành 02 nhóm.

- Ống không hàn: là loại ống được cán ra từ phôi ban đầu có đường kính Ø200 – 350mm, chiều dài 2.000 đến 4.000mm

- Ống cán có hàn: chế tạo bằng cách cuốn tấm thành ống sau đó cán để hàn giáp mối với nhau. Loại này đường kính đạt đến 4.000 – 8.000mm, chiều dài đạt đến 14.000mm

d. Thép có hình dáng đặc biệt: được cán theo phương pháp đặc biệt: cán bi, cán bánh xe lửa, cán vỏ oto và các loại tiết diện thay đổi theo chu kỳ.

2. Máy cán kim loại:

a. Cấu tạo máy cán kim loại:

Sơ đồ cấu tạo máy cán kim loại

Bao gồm 3 bộ phận chính:

+ Giá cán: là nơi tiến hành quá trình cán: bao gồm trục cán, gối, ổ đỡ trục cán, hệ thống nâng hạ trục, hệ thống cân bằng trục, thân máy, hệ thống dẫn phôi, cơ cấu lật trở phôi,…

+ Hệ thống truyền động: là nơi truyền momen cho trục cán, bao gồm hộp giảm tốc, khớp nối, trục nối, bánh đà, hộp phân lực,…

+ Nguồn năng lượng: là nơi cung cấp năng lượng cho máy, thường dùng các loại động cơ điện một chiều và xoay chiều hoặc các máy phát điện.

b. Phân loại máy cán:

- Theo công dụng:

     + Máy cán phá.

     + Máy cán phôi.

     + Máy cán hình cỡ lớn.

     + Máy cán hình cỡ trung.

     + Máy cán hình cỡ nhỏ (bao gồm máy cán dây thép).

     + Máy cán tấm (cán nóng và cán nguội).

     + Máy cán ống.

     + Máy cán đặc biệt.

- Theo cách bố trí máy cán:

     + Máy cán một giá cán (a): loại này chủ yếu dùng cán phá hoặc máy cán 2 hoặc3 trục.

     + Máy càn bố trí một hàng (b).

     + Máy cán bố trí 2 hay nhiều hàng (c,d) có ưu điểm là có thể tăng dần tốc độ cán ở các giá sau cùng với sự tăng chiều dài vật cán.

     + Máy cán liên trục (e) nhóm giá cán thô được bố trí liên tục, nhóm giá cán tinh được bố trí theo hàng. Thông thường dùng trong cán thép hình cỡ nhỏ.

     + Máy cán liên tục (f) các giá cán được bố trí liên tục, mỗi giá chỉ thực hiện một lần cán. Đây là loại máy hiệu suất cao.

- Phân loại theo số lượng và sự bố trí trục cán:

     + Máy cán 2 trục đảo chiều: sau một lần cán thì chiều quay của trục lại được quay ngược lại. Loại này dùng khi cán phá, cán phôi, cán tấm dày.

     + Máy cán 2 trục không đảo chiều: dùng trong cán liên tục, cán tấm mỏng.

     + Máy cán 3 trục: gồm loại máy có 2 trục to và 1 trục nhỏ và loại máy cả 3 trục kích thước bằng nhau (máy cán Layma).

     + Máy cán 4 trục gồm 02 trục nhỏ làm việc và 2 trục lớn dẫn động, được dùng nhiều trong cán tấm nóng và nguội.

     + Máy cán nhiều trục: dùng cán những loại thép tấm mỏng và cực mỏng. Máy 6 trục, 12 trục, 20 trục, … có những máy đường kính công tác nhỏ đến 3.5mm để cán ra tấm thép mỏng 0.001mm.

     + Máy cán hành tính: máy bao nhiều nhiều trục nhỏ và 2 trục to để làm biến dạng kim loại. Mỗi cặp trục nhỏ sau mỗi lần quay làm mỏng bề dày vật cán.

     + Máy cán vạn năng loại này trục cán vừa bố trí thẳng đứng vừa nằm ngang. Máy dùng cán dầm chữ I, hoặc cán phôi tấm.

     + Máy cán trục nghiêng: dùng khi cán ống không hàn và máy ép đều ống.

Nguồn: Sưu tầm tổng hợp

Biên soạn: TNTD

CÁN KIM LOẠI

I. Bản chất.

   Quá trình cán là làm tấm kim loại biến dạng ở giữa 02 trục cán quay ngược chiều nhau có khe hở nhỏ hơn chiều cao phôi, kết quả làm cho chiều cao phôi giảm tăng chiều dài và chiều rộng phôi. Hình dạng khe hở giữa 02 trục cán quyết định hình dạng của sản phẩm. Quá trình chuyển động của phôi trong khe hở là do lực ma sát giữa 02 trục cán với phôi. Cán không những thay đổi hình dáng phôi mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.

   Cán có thể thực hiện ở hai trạng thái nóng hoặc nguội, mỗi trạng thái sẽ có những ưu điểm khác nhau.

   Cán nóng dùng cán kim loại tính dẻo cao nên dễ biến dạng, năng suất cao, nhưng chất lượng bề mặt kém do tồn tại các vảy sắt trên bề mặt phôi khi nung. Cho nên quá trình này ứng dụng đê cán phôi, cán thô, cán tấm dày, cán thép hợp kim.

   Cán nguội cho chất lượng bề mặt tốt hơn, nhưng khó biến dạng nên dùng để cán tinh, cán kim loại mềm, mỏng hoặc dải.

II. Thông số kỹ thuật quá trình cán

1. Qui ước:

Tỷ số chiều dài:

Lượng giãn dài:


Lượng giãn rộng


Lượng ép tuyệt đối


Quang hệ giữa lượng ép và góc ăn
   

  2. Điều kiện cán vào:

    - Khi kim loại tiếp xúc với trục cán sẽ chịu 02 lực là phản lực N và lực ma sát T, hệ số ma sát giữa trục cán và phôi là f

   - Ta có các mối liên quan
    

   - Phương thẳng đứng làm kim loại biến dạng, phương nằm ngang tác dụng đẩy hoặc kéo vật ra.
   - Để cán được phải thỏa mãn

Kết luận: để có thể cán được, hệ số ma sát f phải lớn hơn tanα hoặc góc ma sát lớn hơn góc ăn; luôn cần hệ số ma sát lớn trên bề mặt trục cán

Biên soạn: TNTD
Nguồn : Sưu tầm tổng hợp

SỰ KẾT TINH LIM LOẠI VÀ VẬT ĐÚC TRONG KHUÔN

Kim loại lỏng sau khi điền đầy vào lòng khuôn sẽ nhanh chóng chuyển dần sang trạng thái đặc trong quá trình kết tinh và phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ rót của hợp kim đúc.

+ Tính chất lý nhiệt của khuôn.

+ Công nghệ đúc.

Sự kết tinh của kim loại và vật đúc trong khuôn có thể chia làm các quá trình sau:

 

* Giai đoạn 1: Tính từ khi bắt đầu rót cho đến khi điền đầy khuôn. Thời gian rót đầy khuôn phải đảm bảo nhanh nên giai đoạn này chưa hạ nhiệt đáng kể.

* Giai đoạn 2: kim loại lỏng trong lòng khuôn sẽ truyền nhiệt đến thành khuôn, tùy theo tính chất của từng loại vật liệu và vị trí tập trung kim loại khác nhau thì thời gian truyền nhiệt khác nhau. Thông thường phần kim loại ở đáy khuôn do được rót vào trước sẽ kết tinh trước sau đó tới các thành bên. Hướng tản nhiệt vuông góc với thành khuôn.

* Giai đoạn 3: giai đoạn kết tinh kim loại. Khi ở trong khuôn kim loại kết tinh theo hướng từ dưới lên và từ ngoài vào trong theo các thành bên. Ở giai đoạn này thường sẽ xảy ra 02 trường hợp:

  + Đông đặc theo lớp: những kim loại nguyên chất, những hợp kim cùng tinh hoặc khoảng kết tinh hẹp thường đông đặc theo lớp.

            Nhìn theo biểu đồ kết tinh trên, đường cong tăng dần từ hai phía thành khuôn và cao nhất ở tâm, đồng nghĩa với tốc độ truyền nhiệt của kim loại thấp dần từ ngoài vào trong. Khi nhiệt độ hạ xuống nhiệt độ kết tinh sẽ bắt đầu hình thành lớp tinh thể. Tương ứng các khoảng thời gian khác nhau thì các lớp có khoảng đông đặc khác nhau. Khi đường cong của đồ thị tiến dần đến đường ngang và nằm dưới đường nhiệt độ đông đặc thì cũng là lúc kim loại đông đặc hoàn toàn.

  + Đông đặc thể tích: những hợp kim có khoảng kết tinh lớn thường xảy ra đông đặc thể tích.

  Do đặc thù kết tinh theo thể tích, trong cùng một khoảng độ dày có thể cùng tồn tại cả hai điểm lỏng và đặc. Khi đường nhiệt1hạ dần xuống tới đường nhiệt 2 thì một khoảng lớn thể tích tồn tại ở hai pha lỏng và đặc.

  Đông đặc thể tích ảnh hưởng rất lớn đến hình thành tổ chức vật đúc sau khi đông đặc.

* Giai đoạn 4: đây là thời điểm xảy ra sự chuyển biến pha ứng với từng hợp kim đúc và từng nhiệt độ. Quá trình kết tinh lại ở giai đoạn này cũng phụ thuộc vào kết cấu vật đúc.

* Giai đoạn 5: tùy vào từng loại vật liệu và công nghệ đúc mà ta có thể xác định thời gian lấy vật thể ra khỏi khuôn. Khi lấy vật thể ra khỏi khuôn thì nhiệt độ sẽ giảm nhanh hơn. Để tránh hiện tượng ứng suất dư, bị hóa cứng bề mặt, và để ổn định các thành phần hóa học mà ta có thể cho vật đúc vào lò ủ hoặc buồng ủ để tránh hạ nhiệt nhanh.

Nguồn : Sưu tầm tổng hợp

Biên soạn: TNTD, v.rubber

CẤU TẠO KHUÔN ĐÚC CÁT

* Khuôn đúc:  là các bộ phận tạo ra lỗ rỗng (gọi là lòng khuôn), khi kim loại lỏng được rót vào sẽ điền đầy tạo thành hình dạng chi tiết và kích thước theo yêu cầu. Khuôn đúc là một bộ phận quan trọng tạo nên lòng khuôn. Thông thường khuôn đúc được cấu tạo bởi hai nửa hòm khuôn: nửa hòm khuôn trên và nửa hòm khuôn dưới (thường được làm ngay trên  nền xưởng). Hai nửa khuôn được liên kết với nhau bằng chốt định vị. Ngoài ra còn có các bộ phận chính như: hệ thống rót, đậu hơi, đậu ngót, lỗ xiên hơi,….

* Cấu tạo cơ bản của khuôn cát:

- Hệ thống rót: là hệ thống các bộ phận dùng để rót kim loại lỏng vào lòng khuôn, hệ thống rót gồm có: cốc rót (cốc rót thường, cốc rót có màng ngăn, cốc rót có màng lọc xỷ,…), ống rót, rãnh dẫn kim loại lỏng, rãnh lọc xỷ. Hình dạng và kích thước được lựa chọn và bố trí hợp lý khi làm khuôn.

- Đậu hơi thường được bố trí ở nơi cao nhất của khuôn để tạo điều kiện cho quá trình thoát khí từ lòng khuôn ra ngoài dễ dàng.

- Đậu ngót thường được bố trí ở những nơi tập trung kim loại để bù đắp kim loại bị thiếu do co ngót.

- Lỗ xiên hơi tạo điều kiện thoát khí dễ dàng, tránh hiện tượng rổ bề mặt sau khi đúc.

- Bộ mẫu bao bồm tấm mẫu, mẫu vật đúc (mẫu chính), mẫu đậu hơi, mẫu đậu ngót, mẫu hệ thống rót (cốc rót, ống rót, rãnh lọc xỹ, rãnh dẫn). Mẫu vật đúc tạo nên hình dạng bên ngoài của sản phẩm (tùy theo vật đúc mà có thể gắng thêm gối lõi - dùng đỡ lõi đứng vững trong lòng khuôn hoặc chỗ tựa của gối lõi).

- Lõi là bộ phận tạo nên lỗ rỗng bên trong vật đúc, hình dạng bên ngoài của lõi là hình dạng bên trong của vật đúc. Lõi thường có rãnh thoát khí, xương cứng vững, gối lõi.

- Hộp lõi dùng làm lõi, hình dạng bên trong của hộp lõi là hình dạng bên ngoài của hộp lõi. Mẫu và hộp lõi có thể dùng được một lần, nhiều lần. Khi chế tạo mẫu, hộp lõi phải tính đến độ co ngót của kim loại, tính lượng dư cần gia công cơ hay các yêu cầu khác về độ chính xác hoặc độ bóng,… Chính vì thế, kích thước mẫu và hộp mẫu lõi phải được thiết lập dựa trên kích thước của chi tiết. Thường dùng các loại vật liệu như gỗ, kim loại, chất dẻo hoặc các chất phi kim loại (xi măng, thạch cao,…) để làm bộ mẫu và hộp lõi.

Nguồn : Sưu tầm tổng hợp

 Biên soạn :  TNTD, v.rubber

ĐÚC KIM LOẠI

Tổng quát về đúc kim loại:

* Khái niệm: công nghệ đúc là phương pháp chế tạo các chi tiết bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn tạo thành hình dạng theo khuôn mẫu. Đa phần công nghệ đúc được thực hiện với vật liệu kim loai.

* Chia làm hai loại là đúc thông thường và đúc đặt biệt.

- Đúc là công nghệ có từ cổ xưa, đúc thông thường được sử dụng với khuôn cát.

- Đúc đặc biệt có sự khác biệt về nguyên liệu làm khuôn, cách làm đầy khuôn. Phương pháp này thường sử dụng khuôn kim loại. Thông thường có các dạng đúc như đúc trong khuôn kim loại, đúc ly tâm, đúc áp lực, đúc liên tục và một số dạng khác.

* Ưu và nhược điểm của đúc kim loại:

+ Ưu điểm:

- Có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau: kim loại đen, kim loại màu, vật liệu phi kim loại.

- Có thể đúc sản phẩm kích thước từ rất nhỏ đến rất lớn.

- Các sản phẩm có hình dạng phức tạp như thân máy, vỏ máy; các chi tiết khó gia công bằng phương pháp gia công thông thường được.

- Có thể đúc nhiều lớp kim loại khác nhau trong một vật đúc.

- Giá thành chế tạo vật đúc rẻ, có thể sản xuất linh hoạt, năng xuất tương đối cao.

- Sản phẩm được ứng dụng trong ngành trang trí nội thất, nơi yêu cầu các sản phẩm có biên dạng phức tạp, nhưng đảm bảo giá thành rẻ.

+ Nhược điểm:

- Độ chính xác về hình dáng không cao, kích thước và độ bóng sản phẩm ra không đạt.

- Tốn kim loại cho hệ thống rót, đậu ngót, đậu hơi.

- Tốn kim loại do chiều dày thành vật đúc lớn hơn phương pháp rèn hoặc hàn.

- Thường có những lỗi sau: thiếu hụt nguyên liệu, rỗ khí, ngậm xỷ, thiên tích, cát cháy,…

- Điều kiện sản xuất nặng nhọc, đúc khuôn cát năng xuất không cao (theo kiểu truyền thống).

- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc khó khăn, đòi hỏi thiết bị hiện đại.

* Các phương pháp đúc:

- Đúc khuôn cát:

Phân loại theo loại mẫu: đúc bằng gỗ, bằng mẫu kim loại, bằng dưỡng quay, bằng mẫu nhựa,…

Phân loại theo vật liệu làm khuôn: hỗn hợp cát – sét, hỗn hợp cát xi măng, hỗn hợp làm khuôn với nước thủy tinh.

- Đúc đặt biệt: đúc trong khuôn kim loại, đúc dưới áp lực, đúc ly tâm, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vỏ mỏng, đúc liên tục.

Nguồn: Sưu tầm tổng hợp

Biên soạn : NTND – V.rubber