Lý thuyết nghề - Bài 1: Khái niệm và đặc điểm của rèn tự do

1 LÝ THUYẾT NGHỀ BÀI 1. KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA RÈN TỰ DO 1. Khái niệm: - Rèn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực. Nguyên lý cơ bản của rèn là: Lợi dụng tính dẻo của kim loại, làm biến dạng kim loại ở thể rắn dưới tác dụng của ngoại lực để tạo ra thành phẩm, bán thành phẩm có kích thước nhất định tuỳ theo thiết kế. - Là bước chuẩn bị phôi cho gia công cơ khí. 2. Đặc điểm: - Biến dạng kim loại ở thể rắn có khả năng khử được các khuyết tật đúc như ổ khí, rổ co, tổ chức kim loại mịn chặt, cơ tính của sản phẩm nâng cao. - Có khả năng biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ, làm tăng cơ tính của sản phẩm. - Chất lượng cơ lý lớp bề ngoài tốt, độ bóng, độ chính xác của chi tiết cao hơn các chi tiết đúc. - Dễ cơ khí hoá, tự động hoá, gia công có năng suất cao nên giá thành hạ. Tuy nhiên có những hạn chế như: - Không gia công được các chi tiết phức tạp. - Các hợp kim sử dụng trong rèn hạn chế hơn, không rèn được các kim loại dòn. - Rèn là một trong những phương pháp cơ bản để chế tạo phôi cho gia công cắt gọt những chi tiết quan trọng cần chịu lực lớn thường phải qua rèn. Một số định luật cơ bản trong gia công áp lực 1 - Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại biến dạng dẻo: Khi biến dạng dẻo kim loại. Đồng thời với biến dạng dẻo còn xảy ra biến dạng dẻo đàn hồi. Quan hệ giữa lực và biến dạng đàn hồi tuân theo định luật Húc. 2 - Định luật ứng suất dư: Bên trong bất cứ kim loại nào cũng đều sinh ra ứng suất dư cân bằng. 3 - Định luật thể tích không đổi: Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích của vật thể sau khi biến dạng. 4 - Định luật trở lực lớn nhất: Trong quá trình biến dạng, các chất điểm của vật thể sẽ di chuyển theo phương nào có trở lực bé nhất. BÀI 2. NUNG KIM LOẠI 1. Mục đích của nung kim loại: - Nung kim loại và hợp kim trước khi gia công bằng áp lực nhằm nâng cao tính dẻo, giảm trở lực biến dạng, tạo điều kiện thuận tiện cho quá trình biến dạng. - Kim loại khi nung lên đến nhiệt độ càng cao thì dao động nhiệt càng lớn làm giảm các áp lực liên kết giữa các nguyên tử, tạo điều kiện cho quá trình trượt và song sinh được dễ dàng hơn. 2 - Mặt khác khi nung đến nhiệt độ cao, kim loại và hợp kim có khả năng chuyển biến từ pha này đến pha khác có tính dẻo cao hơn, do vậy làm tăng khả năng biếng dạng hơn. 2. Chế độ nung, xác định chế độ nung kim loại qua chuyển biến màu sắc khi nung: - Chế độ nung quyết định năng suất và chất lượng của sản phẩm, do đó ảnh hưởng đến giá thành của chi tiết. - Chế độ nung bao gồm nhiệt độ nung, thời gian nung và tốc độ nung. - Xác định chế độ nung tức là xác định nhiệt độ nung giới hạn cao nhất đảm bảo tính dẻo kim loại tốt nhất để có thể gia công được và nhiệt độ thấp nhất cho phép còn gia công được mà dưới nhiệt độ đó cần phải kết thúc gia công. - Có 3 phương pháp xác định nhiệt độ nung , căn cứ vào giản đồ trạng thái, căn cứ vào tính dẻo cao nhất và căn cứ vào độ bền thấp nhất. Hình 2.1. Nhiệt độ nung trên giảng đồ trạng thái Bảng 2-1. Nhiệt độ rèn và thôi rèn của một số loại thép Nhóm thép Mác thép Nhiệt độ bắt đầu rèn Nhiệt độ thôi rèn Thép C kết cấu chất lượng thường CT0;CT1 CT2;CT3 CT4;CT5;CT6;CT7 1250 1200 700 750 ThépC kết cấu chất lượng tốt 10;15;20;2530;35 40;45 50;55;60 1250 1200 1180 750 770 800 Thép C dụng cụ Y7;Y7A Y8;Y8A Y9;Y9A;Y10;Y10A Y12;Y12A;Y13;Y13A 1150 1120 1100 1080 800 850 850 870 - Trong sản xuất, người ta xác định nhiệt độ nung theo bảng và trông màu sắc vật nung mà đoán nhiệt độ nung theo kinh nghiệm. Ví dụ: Nhiệt độ bắt đầu gia công: Thép có 3 màu vàng rơm. Gần đến nhiệt độ cháy, thép có màu sáng trắng. Nhiệt độ thôi gia công, thép có màu tím hoa cà. Nhiệt độ của phôi và màu sắc của phôi: Từ: 700 - 7500C phôi bắt đầu đỏ. 750 - 8000C phôi có màu đỏ. 800 - 8500C phôi có màu đỏ sáng. 850 - 9000C phôi có màu vàng sẫm. 900 - 10000C phôi có màu vàng sáng. 1000 - 12000C phôi có màu sáng trắng. - Nếu chi tiết sau khi làm cần nhiệt độ ở nhiệt độ t01 nào đó thì ta thôi rèn ở nhiệt độ t02>t01 một chút khi mang chi tiết đến môi trương tôi thì nhiệt độ vừa đạt t01 do có năng suất cao hơn. - Những chi tiết khi rèn phải gia công cơ cần phải ủ, do đó cần thôi rèn ở nhiệt độ ủ. Nếu không cần ủ mà cần độ bền thì có thể hạ thấp nhiệt độ của phôi xuống một chút để tạo cho sản phẩm có hạt nhỏ mịn. -Tốc độ nung: Xác định chế độ nung tức là xác định nhiệt độ nung giới hạn cao nhất đảm bảo cho phép tính dẻo kim loại tốt nhất để có thể gia công được và nhiệt độ thấp nhất cho phép còn gia công được mà dưới nhiệt độ đó cần phải kết thúc gia công. Có 3 phương pháp xác định nhiệt độ nung căn cứ vào giản đồ trạng thái, căn cứ vào tính dẻo cao nhất và căn cứ vào độ bền thấp nhất. - Tốc độ nung ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng nung. Nói chung khi nung người ta cố gắng nung phôi với tốc độ cao nhất để giảm hao phí kim loại do cháy và ôxy hóa, giảm sự phát triển độ hạt do đó tăng tính dẻo. Nhưng khi tốc độ nung lớn thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt ngoài và mặt bên trong của phôi lớn, gây ra ứng suất nhiệt lớn làm phôi dễ nứt vỡ. - Tốc độ nung kim loại phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa lò và phôi, phụ thuộc kích thước phôi và cách sắp xếp phôi trong lò, phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt của vật nung. Các hiện tượng xảy ra trong quá trình nung kim loại: 1. Nhiệt độ không đều: Do phần tiếp xúc của bề mặt kim loại với lò nung không đều nhau nên xảy ra hiện tượng nhiệt không đều, có phần kim loại nung nhiệt độ quá cao, có phần kim loại nhiệt độ thấp. Kết quả là làm phát sinh bên trong vật nung ứng suất nhiệt. Nếu ứng suất này lớn có thể làm bề mặt hoặc bên trong vật nung bị nứt. Hình 2.2. Vật nung bị nứt 4 Để khắc phục hiện tượng này, khi nung cần phải xoay phôi để nhiệt độ của phôi được đồng đều và tốc độ nung phải hợp lý. - Ôxy hoá(tạo vảy): Ôxy hoá là quá trình khuếch tán khí vào kim loai tạo nên lớp vảy sắt trên bề mặt. Hiện tượng ôxy hoá gây nên sai hụt về kích thước, gây hao phí kim loại(2 - 3%). Ở nhiệt độ cao, sự ôxy hoá xảy ra càng mạnh vì thế cần rút ngắn thời gian nung ở nhiệt độ cao. Lượng vảy sắt tăng khi nhiệt độ nung lớn. Môi trường khí trong lò có nhiều hơi nước, có khả năng gây ôxy hoá nhiều. Thép có hàm lường C cao thì khả năng ôxy hóa giảm. Vảy ôxit gồm: - Lớp ngoài cùng là Fe2O3 chiếm khoản 2%. - Lớp giữa là ôxit hỗn hợp Fe3O4 chiếm khoản 18%. - Lớp giữa là FeO khoản 80%. 2. Quá nhiệt: - Quá nhiệt là hiện tượng nung đến gần nhiệt độ đường đặc, khi ấy các hạt kim loại lớn lên một cách đột ngột làm tính dẻo giảm nhiều có thể tạo nên nứt nẻ khi gia công hoặc làm giảm tính dẻo của chi tiết. - Bản chất quá nhiệt là thoát hết C của chi tiết khi C thoát đi vật nung bị phá huỷ, vùng giới hạn do bị ôxy hoá mãnh liệt làm phá vỡ sự liên kết giữa các hạt kim loại, do đó khi gia công kim loại bị vỡ có thể không dùng được nữa. Hình 2.3. Thép nung bị quá nhiệt BÀI 3. THIẾT BỊ RÈN 1. Thiết bị nung : Gồm có nung bằng lò than, lò dầu, khí và bằng điện. Trong những thiết bị này thì nung bằng lò than, dầu và bằng điện được sử dung rộng rãi vì chúng có những ưu điểm riêng, còn nung bằng khí thì ít dùng. Hình 3.1. Lò nung 2 miệng lửa 5 2. Thiết bị sinh lực: Thiết bị sinh lực là nhóm máy búa, máy ép ma sát kiểu trục vít, máy búa hơi ép chạy bằng động cơ, máy búa ma sát kiểu ván gỗ, máy búa thuỷ lực Máy búa là loại máy dùng để rèn tự do hay rèn khuôn đơn giản là được sử dụng rộng rãi trong các phân xưởng. Hình 3.2. Sơ đồ máy búa nhíp. Hình 3.3. Bản lắp chung của máy búa hơi 1. bàn đạp, 2. đe trung gian, 3. đe dưới, 4. đe trên, 5. cán pít tông, 6. cán pít tông làm việc, 7. xy lanh làm việc,8. rãnh van trên, 9. van ngược, 10. van trên, 11. xy lanh nén, 12. pit tông nén, 13. tay gạt, 14. tay điều khiển, 15. rãnh van dưới,16. van dưới, 17. thanh truyền, 18. trục khỷu, 19. bánh đà. 6 3. Các loại dụng cụ rèn : Dụng cụ rèn được chia làm ba nhóm: Hình 3.4. Các loại kìm rèn Hình 3.5. Dụng cụ đo lường và kiểm tra Hình 3.6. Những dụng cụ gia công cơ bản: đe, búa, bàn là, bàn tóp. 7 BÀI 4. CÁC NGUYÊN CÔNG CƠ BẢN Nguyên công cơ bản để rèn tự do bao gồm hai phần: - Nguyên công phụ: nung nóng, làm sạch, là phẳng, sấn bậc, sửa chữa, nắn thẳng. - Nguyên công chính: vuốt, chồn, xoắn, uốn, đột lỗ, hàn rèn, cắt, ép vết 1. Vuốt: Hình 4.1. Thao tác lật phôi khi vuốt Vuốt là nguyên công làm giảm tiết diện ngang và tăng chiều dài của phôi rèn. Vuốt để rèn các chi tiết dạng trục, ống, dát mỏng. . Hình 4.2. Vuốt dát mỏng theo chiều dài và chiều rộng 8 2. Chồn: Là nguyên công làm giảm chiều cao và tăng tiết diện ngang của phôi. Nó thường là nguyên công chính cho chuẩn bị đột lỗ, thay đổi hình dạng thớ trong tổ chức kim loại, chuyển đổi kích thước phôi Hình 4.3. Chồn . a, chồn toàn thể, b chồn đầu, c chồn giữa. Hình 4.4. Thao tác cặp lim khi chồn 3. Đột lỗ: Là nguyên công tạo lỗ suốt hoặc không suốt cho phôi liệu có các hình dạng khác nhau. Hình 4.6. Đột lỗ bằng đầu đột rỗng Hình 4.7. Đột lỗ thông suất - Các sai hỏng khi đột lỗ và cách khắc phục. Hình 4.8. Sai hỏng và cách khắc phục Hình 4.5. Khắc phục sai hỏng khi chồn 9 Xoắn ( vặn ): Xoắn là nguyên công làm cho tiết diện tại chỗ xoắn xoay tương đối với nhau một góc nào đó theo thứ tự và quanh trục của nó. Xoắn nhằm tạo thớ xoắn nhằm tăng bền cho sản phẩm để chế tạo những chi tiết chịu lực phức tạp. Sau khi xoắn cần tiến hành ủ. Hình 4.9. a. Xoắn trục, b. Xoắn dạng tấm. Hình 4.10. Xoắn khi rèn tay 4. Hàn rèn: Là nguyên công nối hai hay nhiều chi tiết lại với nhau có kết cấu đơn giản và yêu cầu sức bền không lớn. Hình 4.11. Một vài ví dụ về rèn nối. 5. Uốn : Uốn là nguyên công làm thay đổi hướng trục, h ướng thớ của vật rèn. phôi có tiết diện tròn uốn cong sẽ thành hình ô van, phôi tiết diện vuông khi uốn cong sẽ thành hình thang. Hình 4.12. Chồn cục bộ trước khi uốn 10 Hình 4.13. Sự biến hình tại tiết diện uốn Mặt trong phần uốn gây tật gấp nếp do chịu nén mặt ngoài rạn nứt do chịu kéo. 6. Dịch trượt: Dịch trượt là nguyên công làm dịch chuyển một bộ phận của phôi tương đối với một bộ phận khác mà phương, thế vẫn đảm bảo song song với nhau. Dịch trượt được dùng nhiều để chế tạo các loại trục khuỷu và trục bậc. Hình 4.14. Tạo bậc để dịch trượt 7. Nguội sau gia công: Sau khi gia công áp lực, nếu làm nguội không hợp lý sẽ làm cho sản phẩm bị cong vênh, nứt nẻ. Khuyết tật này khắc phục khó khăn, thậm chí không thể khắc phục được. Làm nguội là để ổn định lại tổ chức ban đầu của vật. Có 3 phương pháp làm nguội: Nguội tự nhiên trong không khí, làm nguội cùng với lò, làm nguội trong thùng vôi bột. Dựa trên các yếu tố sau mà người ta có thể chọn một trong ba yếu tố để làm nguội. - Tính chất của vật liệu. - Độ lớn của vật(khối lượng). - Độ phức tạp. 11 8. Kiểm tra chất lượng vật rèn: - Kiểm tra bên ngoài: Đối với vật rèn không quan trọng lắm, có thể kiểm tra bên ngoài bằng mắt xem có bị nứt, gấp nếp, xếp nếp hay không, có bị cháy, rỗ hay không. - Kiểm tra hình dạng: Để kiểm tra hình dạng vật rèn, tốt nhất là làm dưỡng phù họp với hình chiếu chính, dưỡng có kích thước tối đa và tối thiểu của các vật rèn. - Kiểm tra mác thép :kiểm tra mác thép bằng cách mài xem tia lửa . Đòi hỏi phải có kinh nghiệm. BÀI 5. AN TOÀN LAO ĐỘNG KHI RÈN Để tránh tai nạn lao động xảy ra trong khi rèn, phải tuân theo những nguyên tắc an toàn lao động sau: 1. Trước khi làm việc: - Mặc đầy đủ những trang bị bảo hộ lao động quy định - Hiểu và nắm vững những quy tắc về an toàn lao động đối với từng nguyên công rèn - Nắm vững quy trình công nghệ nhữnh chi tiết định rèn. - Xem xét lại tất cả các thiết bị trước khi làm. - Chọn các dụng cụ phù hợp với các nguyên công ren, không dùng những dụng cụ sai quy cách hoặc hư hỏng. - Bố trí chỗ làm việc hợp lý sạch sẽ. 2.Trong thời gian làm việc: - Dùng kìm cặp, miệng kìm phải đúng hình thù phôi ở các nguyên công. - Đánh sạch vảy oxit trước khi rèn, đặc biệt hai mặt tiếp xúc với đe và búa ngay từ nhát đập đầu tiên. Không để miệng kìm lên mặt đe, cầm kìm hơi lỏng, không để chuôi kìm trước bụng để tránh kìm văng đâm vào bụng. - Không rèn phôi nung bị cháy hay nguội dưới nhiệt độ thôi rèn. - Khi rèn thợ chính và thợ phụ không được đứng trước đầu mẩu kim loạiđể tránh nó văng vào người. - Vật rèn xong phải làm nguội đúng quy định của quy trình công nghệ. 3. Sau thời gian làm việc: - Lau chùi dụng cụ và xếp đặt đúng chỗ quy định. - Xếp vật rèn và kim loại thừa vào nơi quy định. - Vệ sinh công nghiệp nơi làm việc. 12 BÀI TẬP THỰC HÀNH BÀI TẬP 1. RÈN ĐỤC BẰNG 1. Mục đích yêu cầu : 1.1. Mục đích: - Rèn luyện các thao tác, cặp kìm , nung thép, đánh búa. - Tập nung thép đúng nhiệt độ. - Tập nguyên công vuốt thép. 1.2. Yêu cầu: - Rèn và thôi rèn đúng nhiệt độ. - Thân đục thẳng, nhẵn. - Các cạnh song song . 2. Điều kiện kỹ thuật: - Thép Y12 , - Thiết bị dụng cụ, - Các kích thước sai lệch +1, - Thời gian 4h / phôi. 3. Các bước tiến hành: - Cắt thép kích thước 15 x 20 x 120. - Nung phôi đến nhiệt độ 1100 oC trên toàn bộ chiều dài phôi. - Vuốt phôi xuống còn: 11 x 16 x 150. - Vuốt côn đầu mỏng xuống còn 2mm dài 45mm - Là bề mặt chiều dày thành 10mm - Sửa đầu , sửa lại toàn bộ, là lại toàn bộ. - Kiểm tra toàn bộ đục . Tôi đục và mài lưỡi dục. 13 BÀI TẬP 2. RÈN THÂN DAO TIỆN 1. Mục đích yêu cầu: 1.1. Mục đích: - Rèn luyện các nguyên công : vuốt, uốn kim loại - Sử dụng dụng cụ phù hợp với từng nguyên công 1.2. Yêu cầu: - Thân dao nhẵn , thẳng - Bán kính các góc lượn =2 - Các kích thước còn lại sai lệch +1 2. Điều kiện kỹ thuật: - Vật liệu thép 35 - Kích thước Φ25× 100 - Thiết bị dụng cụ - Thời gian 2h / phôi / sv 3. Các bước tiến hành: - Cắt thépΦ25×100 - Nung toàn bộ phôi đạt 1250ºc, - Vuốt thép xuống còn kích thước 14×18×180. - Uốn phần hàn mũi hợp kim - Kiểm tra lại toàn bộ phôi rèn. 14 BÀI TẬP 3. RÈN PHÔI CLÊ 1. Mục đích yêu cầu: 1.1. Mục đích: - Rèn luyện các nguyên công đã làm ở bài tập trước. - Nâng cao tay nghề. 1.2. Yêu cầu: - Thân clê thẳng, nhẵn. - Các kích thước sai lệch: +0,5mm - Sinh viên tự lập quy trình công nghệ gia công. 2. Điều kiện kỹ thuật: - Thép 45 Φ25×110 - Thiết bị dụng cụ - Thời gian 8h / phôi / SV 3. Các bước tiến hành: - Cắt thépΦ25× 110. - Nung phôi đạt 1200ºc, - Vê tròn hai đầu. - Vuốt phần thân clê đạt kích thước 12×18×150. - Vuốt và vê tròn phần đầu 14×Φ32; 14×Φ28. - Là nhẵn toàn bộ clê và kểm tra kích thước theo dưỡng. 15 BÀI TẬP 4. RÈN PHÔI BÚA NGUỘI 1. Mục đích yêu cầu: 1.1. Mục đích: - Rèn luyện các nguyên công đã học. - Nâng cao tay nghề. 1.2. Yêu cầu: - Các cạnh song song, vuông góc. - Các mặt nhẵn, phẳng. - Các kích thươc sai lệch +1 - Sinh viên tự lập quy trình công nghệ gia công. 2. Điều kiện kỹ thuật: - Thép 45 Φ 40×55 - Thiết bị dụng cụ - Thời gian 8h / phôi / sv 3. Các bước tiến hành: - Φ 40×55, - Nung phôi đạt nhiệt độ1200ºc , - Vuốt phôi đạt kích thước 26×26×90, - Lấy kích thước65, vuốt côn phần còn lại còn 10mm, - Là nhẵn toàn bộ và kiểm tra kích thước. 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. LÊ NHƯƠNG - Kỹ thuật rèn - Nxb Giao thông vận tải. 2. LÊ NHƯƠNG - Rèn và dập nóng - Nxb Công nhân kỹ thuật. 3. VÕ THÀNH LƯỢC - Bài giảng kim loại học - Bộ môn vật liệu ĐH Nha trang.