GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ KIM LOẠI - PHẦN II GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ÁP LỰC - CHƯƠNG 4 pdf

138
Chương 4
RÈN TỰ DO VÀ RÈN KHUÔN (Rèn- Dập)
4.1 Khái niệm, phân loại các thiết bò rèn dập
:
4.1.1 Khái niệm và đặc điểm:
- Nguyên lý cơ bản của Rèn dập 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 và bán thành phẩm
có hình dáng kích thước nhất đònh.
- Mục đích: Ngoài mục đích tạo hình và kích thước mong muốn, rèn dập còn có tác
dụng cải thiện tổ chức của kim loại trên toàn bộ sản phẩm, loại trừ các khuyết tật do đúc
như rỗ khí, rỗ co làm cho tổ chức kim loại mòn chặt, nâng cao cơ tính kim loại.
- Đặc điểm: Rèn dập thường được ứng dụng để tạo phôi cho gia công cơ khí, có tác
dụng nâng cao cơ tính kim loại, giảm lượng dư cắt gọt, tăng độ chính xác và năng suất cắt
gọt, do đó giảm giá thành gia công.
Rèn dập có thể gia công các kim loại khác nhau như thép cacbon, thép hợp kim,
hợp kim đồng, hợp kim nhôm, hợp kim magiê, hợp kim titan v.v…
Phôi của rèn dập có thể là phôi đúc, thanh cán, kim loại tấm v.v
4.1.2 Thiết bò và dụng cụ rèn dập:
Trong một xưởng rèn dập, cần phải trang bò các thiết bò và dụng cụ cơ bản sau:
a. Các loại máy tạo lực. Đó là các máy búa, máy dập, máy ép…được đặc trưng bởi
khối lượng phần rơi và lực ép.
b. Các dụng cụ tạo hình như : Búa, đe, bàn là, bàn tóp, khuôn, mũi đột v.v…
c. Các dụng cụ kẹp chặt như : kìm, êtô v.v…
d. Các dụng cụ đo lường như : thước, compa, dưỡng …
e. Các thiết bò nung nóng: các loại lò.
Các loại máy rèn dập:
Phân thành 4 nhóm theo đặc điểm công tác như sau:
- Nhóm 1: Gồm những máy sinh ra lực tác dụng va đập gọi là nhóm máy búa như
máy búa hơi, máy búa lò xo, máy búa hơi nước và máy búa ván gỗ v.v…

Nhóm máy này có đặc điểm trong thời gian công tác vận tốc của đầu búa tại thời
điểm chạm vật có giá trò cực đại, sau đó giảm đột ngột về không, biến thiên theo đồ thò
hình 2-25a, thường vận tốc cực đại (ký hiệu V
max
) đạt tới 5  10m/s và thời gian công tác
(ký hiệu t
ct
) < 0,01s.
- Nhóm 2: Gồm những máy tạo lực tónh gọi là nhóm máy ép như máy ép thủy lực,
máy ép ma sát v.v …
Nhóm máy này có đặc điểm trong thời gian công tác vận tốc đầu nén tại thời điểm
chạm vật có một giá trò nào đó biến thiên theo đồ thò hình 2-25b, thường có V
max
= 0,2m/s
và t
ct
> 0,1s.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

139

- Nhóm 3: Gồm những máy tạo lực động như máy dập trục khuỷu, máy rèn ngang.
Máy này có đặc điểm vận tốc đầu nén tại thời điểm chạm vật đạt đến giá trò cực đại rồi
sau đó giảm dần đến không, biến thiên như đồ thò hình 2-25c. Nhóm máy này có vận tốc
cực đại đạt được V
max
= 5 m/s, còn T
ct
> 0,01s.
-Nhóm 4: Máy thuộc nhóm này có bộ phận công tác quay tròn theo một tốc độ xác
đònh, đường biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc và thời gian công tác của chúng có nhiều
dạng phức tạp, tùy thuộc kết cấu của từng loại máy. Máy thuộc nhóm này gồm: trục rèn,
máy rèn liên tục v.v…
1. Máy búa hơi:
Là máy búa không khí chạy bằng động cơ,
được dùng phổ biến trong các xưởng rèn hiện nay để
rèn tự do các chi tiết nhỏ và trung bình. Ký hiệu là
BH kèm theo chữ số chỉ khối lượng phần rơi (ví dụ:
BH500 là máy búa hơi có khối lượng phần rơi là
500 kg).
Hình 2-27 giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm
việc máy búa hơi: truyền động từ động cơ 1, thông
qua bộ truyền đai 2,3,4 làm trục khuỷu 5 quay. Tay
biên (thanh truyền) 6 biến chuyển động quay tròn
của trục khuỷu 5 thành chuyển động tònh tiến của pittông ép 8. Pittông ép 8 khi đi lên
hoặc xuống tạo ra khí ép có áp suất cao ở buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh ép 7.
Nhờ hệ thống van điều khiển 9 mà khí ép từ xilanh 7 được truyền qua xi lanh đầu búa 10
để nâng đầu búa 11 đi lên hoặc đẩy đầu búa đi xuống đập. Trên pittông đầu búa 11 có
gắn đe trên 13. Đe dưới được gắn vào bệ đe 16. Hệ thống cần điều khiển 17 dùng để điều
khiển đóng mở hệ thống van 9.

Ngoài ra, búa còn có các bộ phận khác như : van an toàn, van 1 chiều, hệ thống
điện, hệ thống bôi trơn…Tất cả các bộ phận trên được bố trí trong một thân máy dạng chữ
C vững chắc, có hình dạng bên ngoài như hình 2-26.
V
max
0
t
ct
V

V
max
0

t
ct
V

t
V
max
0

t
ct
V

t
a)
b)

c)
Hình 2
-
25
Quan hệ giữa V và t
a) Nhóm máy búa. b) Nhóm máy ép. c) Nhóm máy dập.
Hình 2-26 Máy búa hơi.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

140
Theo phương pháp tác dụng của hơi ép, búa hơi có 2 loại: Máy búa tác dụng đơn
và máy búa tác dụng kép. Máy búa tác dụng đơn là loại máy búa mà xylanh công tác chỉ
có một đường dẫn khí áp lực cao vào buồng dưới của xy lanh để nâng đầu búa lên, còn
hành trình đi xuống của đầu búa là do sự rơi tự do của khối lượng phần rơi.
Máy búa tác dụng đơn có tốc độ chậm, năng lượng đập không cao, điều chỉnh năng
lượng đập khó khăn, nên hiện nay ít được dùng.
Máy búa tác dụng kép là loại máy búa mà hành trình đi xuống của đầu búa không
những chỉ do sự rơi tự do của khối lượng phần rơi mà còn do áp suất khí nén của buồng
trên xylanh tác dụng. Vì thế máy búa tác dụng kép có tốc độ đập nhanh, năng lượng đập
lớn, điều chỉnh năng lượng dễ dàng, nên hiện nay được dùng phổ biến.
Máy búa hơi làm việc theo bốn hành trình: Không tải, treo, đập và ép (hình 2-28):
- Hành trình không tải: Đóng cầu dao điện cho động cơ làm việc, mở cần gạt ở vò
trí không tải. Khi ấy van trên 9a và van dưới 9b ở vò trí như hình vẽ 2-28a. Van 9a và 9b
có nòng van và ống van trên đó có gia công các rãnh, lỗ để dẫn khí. Khi van ở vò trí không
tải, pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng trên xi lanh ép 7 truyền qua van trên 9a vào hộp
gió rồi thoát qua van một chiều đặt trên đỉnh máy và thoát ra ngoài. Khi pittông ép 8 đi
xuống, khí ép từ buồng dưới xi lanh 7 qua van dưới 9b vào hộp gió rồi qua van một chiều

ra ngoài. Đầu búa lúc này đứng yên.
- Hành trình búa treo: Cần điều khiển được gạt qua vò trí búa treo sao cho hệ thống
van 9a, 9b như hình 2-28b. Khi ấy pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng trên xi lanh ép 7
vẫn được thoát ra ngoài như khi búa không tải. Còn khi pittông ép 8 đi xuống khí ép từ
Hình 2-27 Sơ đồ
nguyên lý công tác
của máy búa hơi.

1. Động cơ 2.Puli 3.Đai
4. Bánh đà
5. Trục khuỷu
6. Thanh truyền
7. Xilanh nén
8. Pittông nén
9. Van khí
10.Xilanh búa
11. Pittông búa
12. Thân pittông búa
13. Đầu búa (đe trên).
14. Đe dưới
15. Gối đỡ đe
16. Bệ đe
17. Bàn đạp điều khiển.
9

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

141

buồng dưới xi lanh 7 qua van dưới 9b theo đường một chiều sang buồng dưới của xi lanh
đầu búa10, nâng đầu búa 11 đi lên ở trạng thái treo để chuẩn bò đập. Khí ép thừa từ buồng
trên xi lanh búa 10 được dẫn qua van 9a đến buồng chứa khí rồi ra ngoài. Hành trình này
chỉ giữ trong thời gian nhất đònh nếu lâu áp suất trong xi lanh búa quá cao sẽ gây nguy
hiểm nhất là ở những máy búa không có van an toàn.













- Hành trình búa đập: Khi đập vào cần điều khiển, van trên 9a và van dưới 9b sẽ
mở ra ở vò trí như hình 2-28c. Khi pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng bên của xi lanh 7
qua van 9a sang buồng trên xi lanh đầu búa, đẩy đầu búa đi xuống đập. Khi pittông 8 đi
xuống, khí ép từ buồng dưới của xi lanh 7 qua van 9b sang buồng dưới của xi lanh đầu búa
10, nâng đầu búa đi lên. Cứ thế búa đập liên tục. Nếu ấn vào cần đạp càng mạnh thì van
mở càng nhiều, lượng khí tác dụng qua van càng lớn làm búa đập càng mạnh. Nếu ấn tức
thời một cái thì búa đập nhát một, còn ấn liên tục búa sẽ đập liên tục.
- Hành trình búa ép: Gạt tay gạt ở vò trí ép, sao cho van ở vò trí như hình 2-28d.
Ngược lại với hành trình búa treo, khi pittông ép 8 đi lên, khí ép từ buồng trên xi lanh ép
được qua van 9a theo đường một chiều dẫn qua buồng trên xi lanh búa 10 đẩy đầu búa đi
xuống ép. Khi pittông 8 đi xuống, khí ép từ buồng dưới của 7 theo van 9b và thoát ra
ngoài.

Đặc điểm của máy búa hơi: có tần số đập lớn từ 95 đến 210 lần đập/phút. Tốc độ
đập cao nên tốc độ biến dạng lớn. Điều chỉnh lực đập dễ dàng, điều khiển tiện lợi. Khối
lượng bệ đe thường gấp 8
30 lần khối lượng phần rơi ( Pittông búa, đầu búa(đe trên)).
Máy gây chấn động lớn khi đập nên khối lượng phần rơi hạn chế < 1000kg.
2. Máy búa lò xo:
Là loại máy búa cấu tạo rất đơn giản, có thân máy mang hệ thống đòn bẩy ở dạng
a) Không tải.
b) Búa treo.
c) Búa đập liên tục.
d) Búa ép.
Hình 2
-
28
Vò trí van khí búa làm việc.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

142
lò xo nhíp. Một đầu nhíp được nối với tay biên nhận chuyển động từ bánh lệch tâm. Một
đầu nhíp nối với đầu búa (hình 2-29). Động cơ
quay làm bánh lệch tâm 6 quay, thông qua tay
biên 5 làm lò xo nhíp 4 chuyển động, làm đầu
búa 2 chuyển động tònh tiến lên xuống đập
vào vật rèn trên đe 1. Máy búa lò xo có trọng
lượng đầu rơi từ 30
60 kg, có tốc độ đập
nhanh, lực đập nhẹ, tốn hao nhiều do biến
dạng đàn hồi của lò xo nhíp. Máy này chỉ

dùng trong các xưởng rèn nhỏ.
3. Máy búa hơi nước- không khí ép
rèn khuôn:
Máy búa này có loại tác dụng đơn và
có loại tác dụng kép. Hiện nay, thường dùng
loại tác dụng kép có khối lương phần rơi từ
500
 34000Kg. Áp lực hơi nước hoặc không khí nén trung bình trong xylanh công tác
khoảng 7
 9at. So với máy búa hơi nước không khí ép rèn tự do thì máy rèn khuôn có
khoảng cách hai thân máy hẹp, đầu con trượt có rãnh dẫn hướng, tỷ số khối lượng giữa bệ
đe và phần rơi lớn hơn.
Trên hình 2-30 giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của máy búa hơi nước – không
khí ép rèn khuôn. Lúc bình thường van trượt 2 ở vò trí trung gian do độ căng của lò xo 7 đã
xác đònh, đầu búa đứng yên ở vò trí nào đó. Khi chuẩn bò cho búa làm việc, người ta mở
đường dẫn hơi nước hay không khí ép đến ống a. Muốn đầu búa chuyển động người ta ấn
nhẹ bàn đạp 8, thông qua hệ thống đòn bẩy 6 và 4 làm cho van 3 mở nhỏ đưa luồng hơi

Hình 2
-
29
. Sơ đồ nguyên lý làm việc
máy búa lò xo.

a)

b)
Hình 2
-
30

Máy búa
hơi nước- không khí
ép rèn khuôn.
a) Hình dáng bên
ngoài.
b) Sơ đồ nguyên lý
làm việc.
1. Đòn bẩy
2. Van trượt
3. Van
4; 6. Đòn bẩy
5.Thanh tỳ
7. Lò xo
8. Bàn đạp
9. Đầu búa
10. Pittông
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

143
nước hay không khí ép vào tác dụng lên mặt trên của pittông 10 (như vò trí hình vẽ) đưa
đầu búa 9 đi xuống, lượng khí thừa ở buồng dưới theo lòng của van trượt 2 thoát ra ngoài
theo ống b. Đồng thời với lúc đầu búa 9 đi xuống thì hệ thống đòn bẩy 6 và 1 cũng sẽ đưa
van trượt 2 xuống dưới, đến một mức độ nào đó rãnh khuyết của van trượt 2 sẽ hướng
đường khí đưa từ ống a vào mặt dưới của pisyon 10 đưa đầu búa 9 đi lên, khí thừa ở buồng
trên đỉnh van trượt 2 thoát ra ngoài theo ống b. Đầu búa đi lên đến mọi hành trình xác
đònh thì mặt vát của nó sẽ ép vào thanh tỳ 5 thông qua hệ thống đòn bẩy 1 nhấc van trượt
2 lên chuẩn bò cho hành trình đi xuống tiếp theo đầu búa. Chu trình tự động như thế cứ
được lặp lại. Muốn búa đập càng mạnh thì tác dụng lực vào bàn đạp 8 càng lớn để mở van

3 càng rộng. Khi muốn búa dừng chuyển động ta thôi tác dụng lực lên bàn đạp 8, lò xo 7
đưa van trượt 2 về vò trí trung gian, đầu búa sẽ đứng yên ở vò trí xác đònh. Còn nếu thôi
làm việc thì đóng tắt luôn đường dẫn hơi nước hay không khí ép vào ống a.
4. Máy ép ma sát kiểu trục vít:
Máy ép ma sát kiểu trục vít có lực ép từ 40
 630 tấn. Máy dùng để rèn trong
khuôn hở, rèn trong khuôn kín. Do lực ép không lớn nên thường dùng để rèn các hợp kim
màu như hợp kim đồng và các hợp kim kém dẻo khác.
Nguyên lý làm việc của máy biểu diễn trên sơ đồ
hình 2-31. Bộ phận quan trọng nhất của máy là 3 bánh ma
sát và bộ truyền động trục vít – đai ốc.
Khi chuẩn bò làm việc ta đóng động cơ làm puli 1
và 2 bánh ma sát 2 và 3 quay theo chiều mũi tên. Bánh ma
sát 12 chưa tiếp xúc với bánh ma sát 2 và 3. Lúc muốn đầu
ép 9 đi xuống ta ấn cần điều khiển 8 thông qua hệ thống
đòn bẩy 4 làm bánh ma sát 2 tiếp xúc với bánh ma sát 12,
trụt vít 10 quay đưa đầu ép 9 đi xuống do đai ốc 11 cố đònh.
Nếu thôi ấn cần điều khiển 8, lò xo sẽ trả nó về vò trí trung
gian ban đầu, hai bánh ma sát 2 và 12 tách ra, đầu máy ép
đứng yên. Muốn đầu ép 9 đi lên ta kéo cần điều khiển lên
phía trên, nhờ hệ thống đòn bẩy 4 làm bánh ma sát 3 ép
vào bánh ma sát 12, trục vít 10 quay theo chiều ngược lại
đưa đầu ép đi lên. Chốt 6 và hai cữ tỳ 5 và 7 dùng để khống chế hành trình làm việc và
bảo đảm cho máy công tác an toàn, khoảng cách giữa cữ tỳ 5 và 7 có thể điều chỉnh được.
5. Máy ép thủy lực
Máy ép thủy lực là một loại thiết bò rèn dập truyền dẫn bằng chất lỏng (dầu, nước)
có áp suất cao. Máy ép thủy lực được áp dụng rộng rãi trong nhiều lãnh vực khác
nhau:rèn tự do, rèn khuôn, ép ống kim loại màu, ép chất dẻo, ép kim loại bột v.v…
Nguyên lý tác dụng của máy ép thủy lực dựa vào đònh luật Pascal là: “Áp suất
được truyền đi tất cả các điểm của chất lỏng nguyên vẹn và theo mọi phương”.

Máy nén gồm một xi lanh và pittông lớn đường kính D, một xi lanh và pittông nhỏ
Hình 2-31
Sơ đồ nguyên lý máy ép
ma sát kiểu trục vít.

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

144
đường kính d, hai xi lanh thông nhau và chứa chất lỏng, một cánh tay đòn quay quanh trục
để điều khiển máy ép (hình 2-32).
Khi tác động vào đòn một lực F,
nhờ nguyên tác đòn bẩy, lực tác động
vào pittông nhỏ sẽ là P
1
, áp suất tại xy
lanh nhỏ là:
2
1
2
1
1
4
4
d
P
d
P
p



Theo đònh luật Pascal áp suất tại
xi lanh lớn cũng là p
1
. Vậy lực tác động
lên mặt pittông lớn là:
2
2
1
2
2
1
2
12
4
4
4
d
D
P
D
d
P
D
pP 




Nếu p
1
và d không đổi, muốn tăng P
2
ta phải tăng đường kính D của pittông lớn.
Nhưng việc làm này bò hạn chế vì kích thước và khối lượng máy không thể quá cồng
kềnh. Con đường ưu việt hơn là tăng áp suất của dòng chất lỏng bằng cách dùng bơm dầu
để nén thêm dầu vào hai xy lanh ( hoặc bộ phận khuếch đại áp suất ).
Nguyên lý làm việc của bộ phận khuếch đại áp suất hình 2-33 như sau: Tác dụng
vào pittông có đường kính D áp suất nhỏ p
1
có thể nhận được ở đầu pittông có đường kính
d áp suất lớn p
2
. Hệ số khuếch đại áp suất sẽ là:
p
2
.d
2
= p
1
.D
2

Do đó:

Nhờ hệ thống khuếch đại áp suất như thế người ta có
thể khuếch đại áp suất từ 6
12 at lên đến 400 600 at.
Truyền áp suất cao bằng thủy lực đến các máy ép, người ta có

thể tạo cho máy ép thủy lực đến 7000 tấn và có thể lớn hơn.
Máy ép thủy lực có nhiều kiểu khác nhau tùy theo yêu
cầu về độ chính xác và công dụng của nó.
Sơ đồ nguyên lý máy ép thủy lực được trình bày trên
hình 2-34: Máy gồm có hai xi lanh: xi lanh nâng 1 và xi lanh
ép 2. Chất lỏng từ bể chứa 9 nhờ bơm cao áp 8 được truyền tới
bình ổn áp 7 qua van phân phối 6 được đưa vào xy lanh nâng 1
hoặc xy lanh ép 2. Để nâng hạ xà ngang 3 mang đầu ép. ta
điều khiển van 6 để dầu ép đi vào xy lanh 1 đẩy vào pittông
và nâng hệ thống trụ 4 và xà ngang 3 đi lên hoặc giảm áp suất
Hình 2-32 Sơ đồ truyền lực bằng chất lỏng.
Đến
máy
ép
Hơi
từ
nồi
hơi
P
2

P
1

Hình 2
-
33
Bộ phận
khuếch đại áp suất.
1

2
2
2
p
d
D
p 
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

145
đưa xà ngang 3 hạ xuống. Để tiến hành ép, ta điều khiển van 6 để dầu ép có áp suất cao
đi vào xy lanh ép 2 đẩy đầu ép đi xuống ép.











Đặc điểm của máy ép thủy lực: máy ép thủy lực có thể tạo lực ép lớn, lớn hơn bất
kỳ máy ép nào. Máy làm việc êm ít chấn động. Con trượt chuyển động theo các trụ dẫn
hướng do đó chuyển động chính xác. Máy ép thủy lực có thể làm nhiều việc khác nhau
như dập trong khuôn kín, khuôn hở, ép tinh, đột lỗ, cắt ba via…Nhưng máy có kết cấu cồng
kềnh, phức tạp, đắt tiền do đó thường dùng để gia công chi tiết lớn có hình dáng phức tạp,

yêu cầu kỹ thuật và chất lượng cao.
6. Máy ép trục khuỷu:
Máy ép trục khuỷu có lực ép từ
200 đến 10.000 tấn.
Sơ đồ nguyên lý của máy được
trình bày trên hình 2-35.
Nguyên tắc làm việc: truyền
động từ động cơ 1, qua bộ truyền động
đai 2 làm quay cặp bánh răng 3 và 4.
Bánh răng 4 lồng không trên trục đồng
thời là bánh đà của máy. Khi ấn vào
cần đạp hay nút điều khiển thì ly hợp
ma sát 5 gắn với 4 sẽ đóng lại, chuyển
động quay từ bánh răng 4 được truyền
cho trục khuỷu 10 nhờ tay biên 6 làm cho đầu búa 7 trượt lên xuống theo rãnh dẫn hướng
tạo nên chuyển động ép vào bàn máy 8. Muốn dừng máy, ta tác dụng vào cần đạp hay nút
điều khiển để ly hợp 5 nhả ra, ngắt chuyển động và phanh 9 hãm không cho trục 10 quay
nữa.
Đặc điểm: Máy ép ma sát kiểu trục khuỷu có thể dùng để rèn khuôn hở, ép phôi, đột lỗ,
Hình 2
-
34
Sơ đồ
nguyên lý máy ép
thủy lực.
1. Xy lanh nâng.
2. Xy lanh ép.
3. Xà ngang.
4. Trụ.
5. Bàn máy

6. Van phân phối.
7. Bình ổn áp.
8. Bơm cao áp.
9. Bể chứa.
1

2

3

4
5

Hình 2
-
35
Hình dáng bên ngoài và

sơ
đồ nguyên lý máy ép trục khuỷu.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

146
cắt ba via. So với máy búa, máy ép trục khuỷu chuyển động êm hơn nên độ chính xác của
sản phẩm cao hơn, điều khiển tiện lợi hơn…
4.2 Rèn tự do
:
4.2.1 Thực chất và đặc điểm:

Rèn tự do là một quá trình biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng của các dụng cụ
đơn giản hoặc các thiết bò tạo lực. Việc tạo hình nhờ bề mặt dụng cụ và trình độ tay nghề
của công nhân. Rèn tự do chất lượng không cao, độ bóng bề mặt thấp, năng suất thấp, hao
phí nhiều kim loại, cường độ lao động lớn, thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng
loạt nhỏ, trong sửa chữa… nhưng có khả năng tạo sản phẩm từ rất nhỏ đến rất lớn. Vật liệu
thường dùng là phôi đúc, thỏi cán, thanh…
4.2.2 Dụng cụ rèn tự do:
Gồm nhiều dạng tùy theo tính chất của nguyên công như búa, đe, đệm, đột,
bàn là, bàn tóp, kìm, dưỡng, compa…như hình 2-36:














4.2.3 Công nghệ rèn tự do:
Các nguyên công cơ bản của rèn tự do gồm: chồn, chồn cục bộ, vuốt thanh, vuốt
ống mở rộng lỗ, vuốt dài ống, uốn, xoắn, xấn hoặc chặt, đột lỗ…( hình 2-37)
Trong mục này chỉ giới thiệu hai nguyên công cơ bản là chồn và vuốt.
a. Chồn: là nguyên công làm giảm chiều cao và tăng diện tích tiết diện ngang của
phôi (hình 2-37a;b). Mục đích của chồn: tạo phôi có đường kính lớn từ phôi có đường kính
nhỏ, tạo thớ uốn để tăng bền cho sản phẩm, giảm chiều sâu ở những phôi có đột lỗ, cải

tạo cấu trúc kim loại.
Hình 2
-
36
Dụng cụ rèn tự
do.

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

147
















Chồn có 2 trường hợp: Chồn cục bộ và chồn toàn bộ.
Khi chồn cục bộ ta tiến hành nung nóng đoạn cần chồn hay sau khi nung nóng toàn

bộ, làm nguội trong nước đoạn không cần chồn (hình 2-38 a) rồi mới gia công.







Cũng có thể thực hiện việc chồn cục bộ bằng cách nung nóng toàn bộ phôi và gia
công trong những khuôn đệm thích ứng (hình 2-38b).
Khi chồn toàn bộ, nung toàn bộ chiều dài của phôi, có thể xảy ra các hiện tượng
sau: Nếu tỷ lệ giữa chiều cao và đường kính phôi H/D

< 2 vật chồn có dạng hình trống
(hình 2-
39a), do có sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa phôi với búa và đe.
Nếu tỷ lệ: H/D = 22,5 lực đập đủ lớn làm cho vật chồn có dạng hai hình trống chồng giáp
lên nhau (hình 2-39b). Nếu lực đập không đủ lớn, vật chồn cũng có dạng hình trống kép
Hình 2
-
37
Nguyên công cơ bản và sản phẩm rèn tự do.
a) Chồn b) Chồn cục bộ c) Vuốt d) Vuốt mở rộng lỗ
e) Vuốt ống g) Uốn h) Xoắn i) Xấn k) Đột lỗ lớn bằng
đột rỗng l) Đột lỗ m) Sản phẩm rèn tự do.
k.

l.
m.

Hình 2
-
38
Chồn cục bộ
a) Không cần khuôn đệm b) Bằng khuôn đệm.
a)
b)
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

148
nhưng không chồng giáp với nhau (hình 2-39c). Còn khi lực đập quá nhỏ và nhanh thì hai
đầu vật chồn lại loe ra so với đoạn giữa (hình 2-39d). Tất cả các hiện tượng đó giải thích
bằng sự truyền và tổn thất năng lượng từ điểm đặt lực đến trung tâm chi tiết chồn.
Nếu tỷ lệ: H/D > 2,5 vật chồn rất dễ bò cong (hình 2-39e). Khi đã bò cong cần phải
nắn lại (hình 2-40) rồi mới chồn tiếp, nếu không vật sẽ bò tạo tật gấp nếp.

Khi chồn trên máy búa để bảo đảm
lực đủ lớn cần thỏa mãn quan hệ:
H – h
o
 0,25H
Trong đó: H - Hành trình lớn nhất
của đầu búa
h
o
- Chiều cao ban đầu
của phôi chồn
b. Vuốt (hình 2-36c): Là nguyên công làm giảm tiết diện ngang, tăng chiều dài của
phôi rèn. Nguyên công này dùng để rèn các chi tiết dạng trục, ống .…Khi vuốt thường
dùng búa phẳng. Nhưng khi cần
vuốt với năng suất cao hơn người ta
dùng búa có mặt làm việc dạng chữ
V loại cung tròn.
Những vấn đề kỹ thuật cần
chú ý khi vuốt là: Phương pháp di
chuyển phôi có thể tiến hành theo 2
cách:
- Cách thứ nhất: Lật phôi
qua lại theo một góc 90
o
hay 180
o


2) 
D

H
a ;5,22) 
D
H
b
Lực đủ l
ớn.

5,22) 
D
H
c
Lực không đủ lớn.

5,22) 
D
H
d
Lực quá bé
lớn.

5,2) 
D
H
e
Hình 2-39 Hình dáng vật khi chồn.
Hình 2-40 Cách làm thẳng vật chồn đã bò cong.

Hình 2-41 Cách lật phôi khi vuốt.
Truong DH SPKT TP. HCM

Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

149
đồng thời đẩy phôi theo chiều trục sau mỗi nhát đập (hình 2-41a). Cách này thường dùng
hơn do thuận tay và năng suất cao. Nhưng nhược điểm là kim loại biến dạng không đều,
mặt tiếp xúc với đe nguội nhanh hơn. Thường dùng phương pháp này để vuốt các kim loại
có tính dẻo cao dễ biến dạng, truyền nhiệt kém như thép cacbon trung bình và thép
cacbon thấp.
- Cách thứ hai: Quay phôi một góc 90
o
hay 60
o
theo chiều xoắn ốc (hình 2-41b).
Phương pháp này thao tác không thuận tay, yêu cầu trình độ tay nghề cao, nhưng khắc
phục được nhược điểm của phương pháp thứ nhất, thường dùng để rèn kim loại màu, thép
cacbon cao, thép hợp kim.
Khi vuốt phôi là thỏi thép đúc,
tiến hành vuốt từ giữa ra để dồn những
khuyết tật ra hai đầu rồi cắt bỏ đi, ngoài
ra còn có tác dụng làm sản phẩm ít cong,
mặt gia công phẳng hơn.

Để đảm bảo kỹ thuật và năng
suất cao trong khi vuốt, cần bảo đảm
quan hệ giữa các thông số vuốt hợp lý
như : - Lượng ép h là hiệu số giữa
chiều cao phôi trước khi vuốt H
0
và sau khi vuốt h: h = H

o
- h
- Bước vuốt a
o
phải lớn hơn lượng ép h (hình 2-42) nếu không bề mặt chi tiết rèn
dễ bò gấp nếp làm giảm chất lượng sản phẩm gia công.
Hình 2-43 biểu thò quá trình gây ra tật gấp nếp do không bảo đảm a
o
> h.
- Mặt khác bước vuốt a
o
cũng không được lớn hơn chiều rộng B của phôi làm giảm
năng suất gia công, theo kinh
nghiệm là:
a
o
= (0,4 0,7)B.
B là chiều rộng phôi.
- Nếu không vì mục đích dát
mỏng thì nhát đập của búa cần phải
bảo đảm sao cho: 5,22 
h
B

có như thế thì nhát đập tiếp theo
khi quay phôi không gây ra tật gấp nếp cho vật rèn. Để bề mặt vuốt được phẳng, quan hệ
giữa bước vuốt a
o
và cạnh tương ứng b của búa cần bảo đảm a
o

= (0,4  0,8)b. Nếu tỉ lệ
a
o
/b quá nhỏ thì dễ gây nên gấp nếp, nếu lớn quá thì năng suất vuốt sẽ giảm.
Khi rèn vật rèn có tiết diện tròn thì phải vuốt phôi thành cạnh vuông cho đến khi
gần đạt kích thước chiều dài rồi mới rèn thành tiết diện tròn.
Nếu vuốt phôi liệu từ vuông thành tròn, với chiều dài thay đổi không đáng kể thì
cạnh hình vuông a = d. Tốt hơn cả là để cạnh a nhỏ hơn từ 2 đến 4% so với đường kính d
(hình 2-44a). Ví dụ: cần rèn một chi tiết có 200 mm từ phôi có tiết diện vuông , muốn
chiều dài hầu như không đổi ta chọn hình vuông có cạnh a = 200 x 0,98 = 196 mm.
Hình 2-43 Hiện tượng gấp nếp.
Hình 2
-
42
Các thông số khi vuốt.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

150
Nếu vuốt từ tiết diện tròn thành tiết diện vuông thì d= 1,5a (hình 2-44b); Nếu vuốt
từ tiết diện lớn thành tiết diện tròn nhỏ thì phải vuốt thành hình vuông tương ứng, sau đó
mới đánh thành tiết diện tròn
ad
D
a  ;
55,1
(hình 2-44c).
Nếu vuốt từ tiết diện vuông thành tiết
diện hình chữ nhật (hình 2-44d) mà muốn

chiều dài hầu như không đổi thì đường kính
phôi D được tính theo công thức.
nếu a/b > 2

D = 1,3a nếu a/b < 2
Trong đó a, b là cạnh lớn và cạnh
nhỏ của tiết diện phôi.
Kỹ thuật vuốt ống:
- Vuốt kéo dài ống (hình 2-45):
Với mục đích giảm chiều dày mà
đường kính lỗ không đổi, ta dùng trục
tâm có đường kính gần bằng đường kính
trong của ống. Dể dễ tháo lắp, trục tâm
thường có độ côn 3  12 mm/m. Đặt
phôi trên khối V và tiến hành vuốt từ hai
đầu vào vì hai đầu nguội nhanh hơn, dễ nứt.
Do trục tâm lắp sít với ống nên ma sát giữa
trục tâm với ống theo hướng đường sinh nhỏ
hơn nhiều theo hướng tiếp tuyến. Kết quả là
phần lớn biến dạng dồn theo hướng đường
sinh làm chiều dài phôi tăng lên, chiều dày
giảm, mà đường kính lỗ không đổi.
- Vuốt mở rộng lỗ (hình 2-46) Với mục
đích giảm chiều dày phôi, mở rộng lỗ mà
chiều dài không đổi, người ta lồng vào phôi
một trục tâm có đường kính bé hơn đường
kính lỗ phôi từ 10
15mm. Sau đó đặt trục tâm trên hai gối tựa và tiến hành vuốt. Do tiếp
xúc giữa ống với trục tâm theo hướng đường sinh nhiều hơn theo phương tiếp tuyến nên
ma sát sẽ hạn chế biến dạng theo hướng dọc trục mà phần lớn biến dạng dồn theo hướng

tiếp tuyến làm cho chiều dày phôi giảm, đường kính lỗ tăng lên mà chiều dài không đổi.
Trục tâm càng bé thì biến dạng càng nhiều, năng suất vuốt càng cao. Nhưng trục tâm nhỏ
quá so với đường kính lỗ ống thì hệ số vuốt quá lớn phôi lại dễ nứt. Để vuốt đều cần dùng
búa có cạnh lớn hơn chiều dài phôi.
3
2 ba
D


Hình 2
-
44
Vuốt phôi thanh.
Hình 2
-
45
Vuốt kéo dài ống.
Hình 2
-
46
Vuốt mở rộng lỗ.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

151
4.2.4 Thiết kế vật rèn và công nghệ rèn tự do:
Thiết kế công nghệ rèn tự do là việc thiết lập quy trình công nghệ rèn, vạch ra các
bước gia công với đầy đủ các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của nó. Thiết kế công nghệ rèn tự
do căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và điều kiện sản xuất.

Trình tự thiết kế công nghệ rèn tự do như sau:
a. Chọn phương án công nghệ.
Khi thiết kế, cần đề ra một số phương án công nghệ và chọn phương án nào hợp lý
nhất đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Chọn phương án công nghệ gồm:
1. Chọn dạng sản xuất.
Căn cứ vào hình dáng, kích thước, khối lượng, yêu cầu kỹ thuật và sản lượng vật
rèn mà người ta chọn dạng sản xuất. Dạng sản xuất có thể là đơn chiếc, hàng loạt (nhỏ,
vừa, lớn) và hàng khối.
Sản lượng chi tiết cho mỗi dạng sản xuất có thể tính như sau:


Trong đó: T
ck
- Thời gian chuẩn bò kết thúc.
T
ct
- Thời gian gia công 1 chi tiết.
a- Hệ số, loạt nhỏ a = 10
 30
Loạt lớn a = 5
 10
Từ sản lượng chi tiết, người ta chọn dạng sản xuất và quyết đònh rèn tự do, rèn
khuôn…
2. Chọn loại phôi và thiết bò sơ bộ.
Tùy thuộc vào khối lượng vật rèn, người ta chọn loại phôi và thiết bò. Loại phôi
thường dùng trong rèn tự do là thép đúc, thép cán. Thiết bò thường dùng là máy búa, máy
ép.
Khi chọn loại phôi và thiết bò, người ta có thể tham khảo các số liệu kinh nghiệm
sau ở bảng 5
Vật liệu và khối lượng vật rèn Loại phôi Loại thiết bò

-Vật rèn bằng thép cácbon và thép hợp
kim, khối lượng G < 200 kg.
-
Vật rèn bằng thép cácbon khối lượng
G = 1000  1500 kg.
-
Vật rèn bằng thép hợp kim, khối lượng
G = 200  500 kg.
-
Vật rèn bằng thép cácbon khối lượng
G > 1500 kg.

- Phôi đúc, phôi
cán.
- Phôi đúc.

- Phôi đúc.
- Máy búa khối lượng từ 100
kg đến 7 tấn.
- Máy búa

- Máy búa
- Máy ép thủy lực từ 600

1500 tấn.
%100.
.
ct
ck
Ta

T
n 
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

152
3.Lựa chọn kết cấu và hình dáng hợp lý của vật rèn.
Vì rèn tự do không thể gia công những chi tiết có kết cấu về hình dáng phức tạp
bất kỳ, nên trên cơ sở cố gắng bảo đảm hình dáng kích thước của chi tiết, ta phải lựa chọn
kết cấu, sửa đổi kết cấu vật rèn sao cho hợp lý nhất để có thể rèn được dễ dàng.
Nguyên tắc lựa chọn hình dáng kết cấu hợp lý của vật rèn:
- Tránh thiết kế những vật rèn tự do có mặt côn (hình2-47a) và hình chêm
(hình 2-47b) nhất là những mặt côn và hình chêm nhỏ.
- Tránh thiết kế những vật rèn có các bề mặt hình trụ giao nhau hay những giao
tuyến của những bề mặt cắt nhau theo đường bậc 2 trở lên (hình 2-47c, d).
- Tránh thiết kế vật rèn có nhiều bậc hoặc có các mặt cong phức tạp, nếu được thì
đưa phần nhỏ ở giữa về cùng một phía để tiện khi rèn (hình 2-47e).
- Tránh thiết kế những vật rèn có gân mỏng (hình 2-47g).
- Không nên thiết kế những mặt bích có gờ lồi (hình 2-47h) và những chỗ lồi lõm
nằm ở phần trong chi tiết (hình 2-47i).
Đối với những chi tiết có kết cấu cồng kềnh phức tạp, nếu có thể được nên phân
thành nhiều phần đơn giản để dễ rèn, sau đó dùng phương pháp hàn, tán, ghép bulông,
hoặc lắp ép… để ghép chúng lại với nhau (hình 2-47k,l), cũng có thể dùng hàn để nối giữa
các phần đúc có hình dáng phức tạp 1 với các phần rèn cơ bản 2 như trên (hình 2-47m).
b. Thiết kế bản vẽ vật rèn: Bản vẽ vật rèn được thành lập trên cơ sở bản vẽ gia
công cơ khí, trong đó ta đề cập đến tính hợp lý của vật rèn và một số yếu tố khác. Kích
thước của vật rèn bằng kích thước danh nghóa của chi tiết cộng thêm vào đó lượng dư gia
công cơ, dung sai rèn và lượng thêm. Các đại lượng nói trên được xác đònh như sau:
1. Lượng dư gia công cơ (  ): Là lượng kim loại để dôi ra trên những bề mặt vật

rèn cần gia công cơ để đảm bảo độ chính xác, độ bóng bề mặt và cơ tính lớp bề mặt.
Lượng dư này sẽ được cắt đi khi gia công cơ. Để hình dung sự phân bố lượng dư gia công
cơ, dung sai rèn trên một kích thước có gia công cắt gọt ta xem sơ đồ biểu diễn như hình
2-48.
Độ lớn của lớp lượng dư phụ thuộc vào: sự nhấp nhô trên bề mặt của phôi, sự
không đồng tâm giữa các tiết diện, kích thước phôi, tính chất vật liệu, yêu cầu chính xác
độ bóng, phương pháp gá đặt dụng cụ và chế độ cắt gọt, qui trình công nghệ.
Trò số về lượng dư gia công cơ đối với phôi rèn có thể tìm thấy trong các bảng sổ
tay rèn dập hay có thể xác đònh gần đúng theo công thức sau:
Phôi rèn trên máy búa: Lượng dư theo đường kính hay cạnh phôi D:


D
= 0.06 D + 0,0017 L + 28 mm
Lượng dư theo chiều dài L của phôi: 
L
= 0,08 D + 0,002L + 10 mm
Phôi rèn trên máy ép: Lượng dư theo đường kính hay cạnh phôi D:


D
= 0,06 D + 0,002 L + 23 mm
Lượng dư theo chiều dài L của phôi:

L
= 0,05 D + 0,05 L + 26 mm

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

153



























Chú ý: Lượng dư

 chỉ tính cho những kích thước hay những bề mặt có gia công cơ.
Kích thước chi tiết cộng thêm với lượng dư gia công cơ được gọi là kích thước danh
nghóa của vật rèn, tức là:
D = d + 
Ở đây: D - Kích thước danh nghóa vật rèn.
Hình 2
-
47
Các dạng kết cấu vật rèn tự do.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

154
d - Kích thước danh nghóa chi tiết.

 - Lượng dư gia công về 2 phía.
2. Dung sai rèn (  ).
Do trong quá trình rèn, kích thước của vật rèn không phải lúc nào cũng chính xác
như tính toán, do đó cần phải tính dung sai rèn.
Dung sai rèn là hiệu số giữa kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của vật rèn. Dung sai
rèn  được chia ra hai thành phần: sai lệch trên 
t
và sai lệch dưới 
d
so với kích thước
danh nghóa D của vật rèn. Do đó:
 = 
t
+ 

d

Ký hiệu sai lệch trên mang dấu (+)
Sai lệch dưới mang dấu (-)
Khi ấy kích thước danh nghóa của vật rèn trên bản vẽ sẽ được ghi như sau:

t
d
t
d
hayDdD




 )(


Trong rèn tự do thường cho dung sai đối xứng, nghóa là:
2


dt

Trò số dung sai rèn phụ thuộc vào kích thước của vật rèn, trò số của lượng dư, trình
độ tay nghề của thợ rèn, chất lượng dụng cụ và đồ gá gia công, yêu cầu đối với độ chính
xác gia công, phương pháp gia công.
Dung sai rèn có thể tra bảng trong sổ tay rèn dập hoặc tính theo công thức kinh
nghiệm sau:
- Dung sai đối với đường kính hay cạnh D:


D
=  ( 0,028 D+0,0004 L+ 0,5 mm)
- Dung sai đối với chiều dài L:

L
=  (0,03 D + 0,003 L + 1,2 mm)
Sơ đồ biểu diễn kích thước, lượng dư và dung sai vật rèn như hình 2-48.










Trục chi tiết

Kích thước danh nghóa của chi tiết
d
Kích thước danh nghóa của vật rèn D

D= d +


Kích thước lớn nhất của vật rèn D
max

D
max
= D +

t

= d+


+

t

Kích thước nhỏ nhất của vật rèn D
min

D
min
= D
-


d

= d+

min

Lượng dư nhỏ nhất theo một phía

2
min


Lượng dư danh nghóatheo một phía  /2

Lượng dư lớn nhất theo một phía
2
max


Dung sai theo theo một phía
2


Sai lệch trên theo một phía
2
t


Sai lệch dưới theo một phía
2
d


Hình 2
-
48
Sơ đồ biểu diễn
kích thước, lượng dư và

dung sai vật rèn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

155
3. Lượng thêm:
Lượng thêm (lượng thừa) là phần kim loại
được lấy tăng lên so với lượng dư và dung sai để đơn
giản hóa chi tiết rèn (hình 2-49).
Lượng thêm chỉ có nghóa khi nó tạo điều kiện
rèn tự do được hay rèn tương đối dễ dàng. Nếu lượng
thừa lấy không đúng thì lãng phí kim loại và ảnh
hưởng không tốt cho gia công cắt gọt tiếp theo.
4. Bản vẽ vật rèn.
Trên cơ sở hình dáng và kích thước của bản vẽ chi tiết, sau khi xác đònh được lượng
dư, dung sai, lượng thêm, ta tiến hành vẽ bản vẽ vật rèn. Trên bản vẽ vật rèn hình 2-50
thường dùng:
- Nét đậm biểu thò đường bao quanh vật rèn theo kích thước danh nghóa của vật rèn
có ghi dung sai rèn cho phép.
- Đường bao chi tiết (vật rèn sau khi gia công cắt gọt) biểu thò bằng nét chấm gạch,
nét đứt hoặc nét nhỏ vẽ chồng lên bản vẽ vật rèn.
Kích thước của chi tiết sau khi gia công cắt gọt để trong ngoặc đơn dưới kích thước
vật rèn hoặc không ghi. Khoảng hở giữa đường bao vật rèn và đường bao chi tiết sau khi
gia công là phần kim loại được cắt bỏ có thể gạch chéo hoặc để trống. Các kích thước lỗ ở
vò trí không đối xứng phải ghi rõ vò trí tâm lỗ.
c.Xác đònh khối lượng vật rèn và phôi rèn.
1. Xác đònh khối lượng vật rèn ( G
vr)
:

G
vr
= V
vr
.
Ở đây: V
vr
- Thể tích vật rèn tính theo kích thước của bản vẽ vật rèn.

 - Khối lượng riêng của kim loại.
Hình 2
-
49
Vật rèn cần có
lượng dư và lượng thêm.
Hình 2-50 Bản vẽ vật rèn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

156
2. Xác đònh khối lượng phôi rèn ( G
pr
):
Phôi dùng để rèn có thể chọn từ phôi thép đúc hay thép cán. Do đó, cách xác đònh
khối lượng phôi có khác nhau.
- Phôi đúc: Khối lượng thỏi đúc G
pđ

tính theo công thức sau:
G
pđ
= G
vr
+ G
bv
+ G
ch
+ G
đ
+ G
c
+ G
m

Ở đây:
G
pđ
- Khối lượng phôi đúc (kg).
G
vr
- Khối lượng vật rèn (kg).
G
bv
- Khối lượng bavia. Khi rèn khuôn đơn giản:
G
bv
= ( 05%) G
pđ

(kg)
G
ch
- Khối lượng kim loại cháy hao khi nung.
Nung lần đầu: G
ch
= ( 23%) G
pđ
(kg)
Nung mỗi lần sau: G
ch
= ( 11,5%) G
pđ
(kg)
G
đ
- Khối lượng đầu thỏi đúc có lõm co và tạp chất cần cắt bỏ.
- Đối với thép cácbon: G
đ
= ( 15  25%) G
pđ
(kg)
- Đối với thép hợp kim: G
đ
= 35% G
pđ
(kg)
G
c
- Khối lượng đáy thỏi đúc có lẫn tạp chất cần cắt bỏ.

- Đối với thép cácbon: G
c
= ( 5  7%) G
pđ
(kg)
- Đối với thép hợp kim: G
đ
= ( 7  10%) G
pđ
(kg)
G
m
- Khối lượng lớp chưa thấu khi có đột lỗ:
G
m
= ( 0  12%) G
pđ
(kg)
- Phôi thép cán: khối lượng của thỏi thép để chế tạo vật rèn cho trước có thể xác
đònh theo công thức:
G
pc
= G
vr
+ G
ch
+ G
cb
G
pc

- Khối lượng phôi cán (kg).
G
ch
- Khối lượng kim loại bò cháy hao khi nung.
G
cb
-Khối lượng phần cắt bỏ lần cuối cùng trước khi hoàn thành chi tiết (phần này
không tính nếu rèn bằng phương pháp chồn).
Đối với chi tiết thông thường G
ch
+ G
cb
= (10 12%) G
pc

Đối với chi tiết phức tạp G
cb
từ yêu cầu chiều dài phần đuôi thừa tối thiểu cần cắt
bỏ (L)
Khi rèn trên máy búa: L
D
= 0,35D + 13 mm (cho phôi hình trụ).
L
a
= 0,25a + 25 mm (cho phôi có tiết diện hình chữ nhật)
Khi rèn trên máy ép: L
D
= 0,25D + 25 mm (cho phôi hình trụ).
L
a

= 0,133a + 50 mm (cho hình chữ nhật).
Trong đó: D, a - Đường kính hoặc cạnh phôi.
d. Xác đònh kích thước phôi rèn.
1. Xác đònh thể tích phôi. Sau khi tính toán được khối lượng phôi rèn, căn cứ vào
khối lượng riêng kim loại . Ta xác đònh thể tích phôi V
ph
.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

157
phph
VD
3
)0,18,0( 
phph
Va
3
)9,075,0( 
qch
ph
ph
F
V
L 

2. Tiết diện phôi:
Để xác đònh kích thước phôi, ta tính tiết diện phôi. Diện tích tiết diện phôi tùy
thuộc vào loại nguyên công cơ bản là vuốt hay chồn và tỷ số rèn K. Ta xét 2 trường hợp:

- Nếu rèn chủ yếu bằng nguyên công vuốt ta chọn tiết diện phôi F
ph
xuất phát từ
điều kiện bảo đảm tỷ số rèn sao cho dễ rèn và cải tạo được thớ kim loại, ta xác đònh tiết
diện phôi F
ph
theo công thức:
F
ph
= K F
max

Ở đây: K - Tỷ số rèn là tỷ số giữa tiết diện phôi và tiết diện vật rèn.
F
max
- Diện tích tiết diện lớn nhất của vật rèn.
- Nếu rèn theo nguyên công chủ yếu là chồn:


Tỷ số rèn K được xác đònh như sau:
Khi vuốt nhiều lần chiều dài phôi từ L
o
đến L
1
, L
2
,… L
n

Khi chồn nhiều lần từ chiều cao phôi H
o
đến H
1
, H
2
,… H
n



Trong đó K
o
là tỷ số rèn sẵn có của phôi qua nguyên công rèn phôi, thường người
ta chọn K
o
= 1,05  1,2.
3. Xác đònh chiều dài phôi:
Sau khi tính được F
ph
, ta chọn tiết diện phôi gần đúng theo quy chuẩn ( F
qch
) của
thỏi đúc hay thỏi cán. Từ đó chiều dài phôi được xác đònh như sau:


Căn cứ vào L
ph

và số lượng phôi, ta chọn được chiều dài cần thiết của thỏi đúc hay
thép cán.
Chú ý: Khi chồn, từ V
ph
ta cũng có thể xác đònh đường kính phôi D
ph
hay cạnh
vuông a của phôi theo biểu thức kinh nghiệm sau:



K
F
F
ph
max

no
n
n
o
KKK
L
L
L
L
L
L
K 


1
11
21
no
n
n
KKK
L
H
H
H
H
Ho
K 

1
1
2
1
1

ph
ph
G
V 
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

158

V
H
D
G
ch

)17,01(7,1 
Sau đó tiếp tục chọn D
ph
hoặc a theo quy chuẩn và xác đònh chiều dài phôi cần
thiết.
e. Xác đònh loại, số lượng và thứ tự các nguyên công.
Sau khi xác đònh kích thước phôi, ta chọn số lượng các nguyên công cần thiết để
rèn và sắp xếp các nguyên công đó theo một trật tự hợp lý nhất trong một phiếu công
nghệ (bảng). Mỗi nguyên công cần ghi rõ các điều kiện kỹ thuật để đảm bảo hoàn thành
nguyên công, các dụng cụ, đồ gá và thiết bò cần thiết.
f. Tính chế độ nung nóng và làm nguội.
Chế độ nung bao gồm: nhiệt độ bắt đầu gia công và kết thúc gia công, tốc độ nung
và thời gian nung và giữ nhiệt, số lần nung, chọn cách xếp phôi trong lò, chế độ làm nguội
vật rèn (xem chương nung nóng kim loại).
g. Chọn máy gia công hợp lý.
Rèn tự do có thể tiến hành trên máy búa hoặc máy ép. Căn cư vào khối lượng vật
rèn, năng suất gia công, độ phức tạp của chi tiết mà người ta chọn công suất máy hợp lý.
Vì các máy rèn dập đã được quy chuẩn hóa do đó việc chọn máy ta chỉ dựa vào đặc trưng
chủ yếu của nó là khối lượng phần rơi (máy búa) hay lực ép cần thiết ( máy ép).
- Khi chồn trên máy búa.
Khối lượng phần rơi máy búa xác đònh theo công thức:

Trong đó: D, H - Đường kính và chiều cao phôi.(mm)


ch
- Ứng suất chảy kim loại ở nhiệt độ chồn.


- Mức độ biến dạng sau 1 nhát đập.
lấy 
k
= 0,025 cho vật rèn lớn bằng thép.

k
= 0,060 cho vật rèn nhỏ bằng thép.
V – thể tích phôi.
- Khi vuốt trên máy búa:
Khối lượng phần rơi máy búa xác đònh theo công thức:


Trong đó:

 - Hệ số hình dạng đầu búa (đầu búa phẳng = 1; đầu búa tròn = 1,25)
l - bước vuốt.
h, b chiều cao, chiều rộng phôi.

ch
– Giới hạn chảy ở nhiệt độ rèn.
 - mức độ biến dạng sau mỗi nhát đập. Đối với thép = 0,03.
Căn cứ khối lượng phần rơi hay lực ép được tính toán chọn máy búa hay máy ép,
tiếp đến chọn dụng cụ và thiết bò cần thiết khác như: lò nung, dụng cụ tạo hình, dụng cụ

kẹp chặt, dụng cụ đo…
)()17,01(7,1 kglbh
h
l
vG
ch


Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

159
4.3 Rèn khuôn (Dập thể tích).
4.3.1 Khái niệm chung về rèn khuôn
Rèn khuôn hay còn gọi là dập khối hay dập thể tích là phương pháp biến dạng kim
loại ở trong khuôn, sự biến dạng của kim loại bò hạn chế theo mọi chiều bởi bề mặt của
lòng khuôn (hình 2-51a).
Khi biến dạng dưới tác dụng của máy búa (hay máy nhóm 1) hoặc máy rèn ngang
thường gọi là rèn khuôn, còn dưới tác dụng của các loại ép (máy ép thủy lực, máy ép ma
sát trục vít hoặc máy ép trục khuỷu) thì thường gọi lá dập khối hay dập thể tích.
Sơ đồ kết cấu chung của bộ khuôn được trình bày trên hình 2-51b. Khuôn trên 1 và
khuôn dưới 3 được bắt chặt vào đầu búa vào đe nhờ chuôi đuôi én 4. Lòng khuôn 5 có
hình dáng gần giống hình bao của chi tiết gia công. Chung quanh lòng khuôn dọc theo bề
mặt phân cách giữa khuôn trên và khuôn dưới có cửa vành biên 6 và rãnh chứa vành biên
2.
Quá trình biến dạng của phôi tron
g lòng khuôn có thể phân thành 3 giai đoạn:
- Giai đoạn đầu chiều cao phôi giảm, kim loại biến dạng và chảy ra chung quanh.
Theo phương thẳng đứng phôi chòu ứng suất nén, còn theo phương ngang thì phôi chòu ứng

suất kéo.
- Giai đoạn hai kim loại bắt đầu lèn kín cửa vành biên, khối kim loại trong lòng
khuôn bấy giờ bò trở lực của lòng khuôn về mọi phía nên chòu ứng suất nén khối, mặt tiếp
giáp giữa khuôn trên và khuôn dưới chưa áp sát vào nhau.
- Giai đoạn cuối là giai đoạn hình thành vành biên, kim loại chòu ứng suất nén 3
chiều một cách triệt để, điền đầy những phần sâu và mỏng của lòng khuôn. Phần kim loại
a)

b)
Hình 2
-
51
a) Rèn khuôn.
b) Sơ đồ kết cấu của một bộ khuôn rèn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

160
thừa sẽ tràn qua cửa vành biên và rãnh chứa vành biên cho tới khi hai bề mặt của khuôn
áp
sát vào nhau (vành biên còn có tên gọi là bavia hay ba-vớ).
So với rèn tự do, rèn khuôn có những đặc điểm sau:
- Sử dụng một bộ khuôn có hình dáng kích thước lòng khuôn gần giống vật gia
công.
- Độ chính xác của vật rèn cao đặc biệt là các kích thước theo chiều cao và sai lệch
giữa hai nửa khuôn ít. Thông thường độ bóng của vật rèn đạt được R
z
40  R
z

10, độ chính
xác đạt được  (0,1 0,05).
- Trạng thái ứng suất ở vật gia công nói chung là nén khối do đó kim loại có tính
dẻo tốt hơn, biến dạng triệt để hơn, cơ tính sản phẩm cao hơn và có thể gia công được vật
phức tạp hơn.
- Dễ cơ khí hóa nên năng suất cao hơn rèn tự do.
- Hệ số sử dụng vật liệu trong rèn khuôn cao hơn rèn tự do.
- Thiết bò sử dụng cho rèn khuôn yêu cầu có công suất lớn do đó hạn chế khối
lượng vật rèn, chuyển động chính xác. Chế tạo khuôn đắt tiền.
Do những đặc điểm trên nên rèn khuôn chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng
khối.
4.3.2 Phân loại các phương pháp rèn khuôn
a. Phân loại theo trạng thái nhiệt của phôi
Rèn khuôn nóng và rèn khuôn nguội.
- Rèn khuôn nóng là phương pháp rèn khuôn và phôi được nung nóng đến nhiệt
độ rèn (cao hơn nhiệt độ kết tinh lại). Phương pháp này được sử dụng rộng rãi hơn do kim
loại được biến dạng dễ dàng, khả năng điền thấu được tốt, không yêu cầu thiết bò có công
suất cao, khuôn ít mòn. Tuy nhiên, rèn khuôn nóng chất lượng bề mặt của sản phẩm bò
hạn chế, độ chính xác về kích thước thấp, khuôn phải chòu nhiệt tốt, nếu nhiệt luyện
khuôn không tốt, khuôn dễ nứt mỏi.
Vì vậy người ta thường dùng rèn khuôn nóng để rèn những chi tiết yêu cầu độ
bóng bề mặt, độ chính xác không cao, rèn thô hoặc rèn sơ bộ trước khi rèn khuôn nguội.
- Rèn khuôn nguội với phương pháp này phôi không nung nóng hoặc chỉ nung
nóng đến nhiệt độ kết thúc rèn (đối với thép nung đến 750
 780
o
C). Vì thế kim loại biến
dạng khó khăn, khả năng điền thấu kém, đòi hỏi công suất thiết bò cao, khuôn chóng mòn,
dễ gây ứng suất dư trong kim loại. Ưu điểm là chất lượng bề mặt tốt, độ chính xác về kích
thước cao, thường dùng để rèn lần cuối trước khi ra thành phẩm.

b. Phân loại theo kết cấu lòng khuôn:
Rèn trong khuôn kín và rèn trong khuôn hở.
- Khuôn hở là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công thẳng
góc với phương của lực tác dụng. Khuôn có rãnh vành biên để chứa phần kim loại thừa
sau khi biến dạng. Trong quá trình dập hai nửa khuôn luôn có khe hở, chúng chỉ được
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

161
khép kín khi quá trình dập kết thúc.Thể tích của phôi lớn hơn thể tích vật rèn nên sau khi
điền đầy lòng khuôn kim loại chảy theo cửa vành biên vào rãnh vành biên do đó sự biến
dạng của kim loại không bò hạn chế (hình 2-52a).
Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp giáp giữa hai thân khuôn, bề mặt này thông thường
là bề mặt nằm ngang, nhưng cũng có thể mặt gãy khúc, mặt cong hay đònh hình.
Rèn trong khuôn hở thì tính dẻo của kim loại thấp, sự điền thấu không cao, kim
loại thừa tạo thành vành biên là điều không thể tránh khỏi, có khi chiếm tới 20% khối
lượng của phôi, do đó sau khi dập xong phải cắt ba via bằng khuôn cắt bavia. Yêu cầu
công suất thiết bò lớn. Nhưng rèn trong khuôn hở thì việc tính toán phôi không yêu cầu
chính xác, mặt phân khuôn tương đối đơn giản.
- Khuôn kín là khuôn có mặt phân khuôn tại vùng tiếp giáp với vật gia công song
song hay gần song song với phương của lực tác dụng. Khuôn không có rãnh vành biên nên
vật rèn không có ba via, trong quá trình gia công hai nửa khuôn luôn khép kín với nhau
(hình 2-52b).
Rèn khuôn kín thì tính dẻo của kim loại được tăng, tính điền thấu tốt, yêu cầu công
suất thiết bò không lớn. Tuy nhiên, rèn trong khuôn kín yêu cầu việc tính toán phôi phải
chính xác, yêu cầu chất lượng nung nóng phôi cao.
Trong trường hợp các điều kiện kỹ thuật rèn trong khuôn kín bảo đảm, vật rèn sẽ
không có vành biên và được gọi là rèn khuôn không vành biên. Rèn không vành biên
không những tiết kiệm kim loại mà còn cho phép giảm công suất yêu cầu của thiết bò rèn

khoảng 40% so với rèn trong khuôn hở.

c. Phân loại theo cách bố trí lòng khuôn trên khối khuôn:
Theo cách này chia ra: rèn trong khuôn có một lòng khuôn và rèn trong khuôn có
nhiều lòng khuôn.
Rèn trong khuôn có một lòng khuôn (hình 2-52): phôi phải được rèn sơ bộ trước
bằng rèn tự do, rèn bằng trục cán hay trục rèn hoặc cũng có thể dùng ngay phôi thép đònh
hình. Vì vậy, phương pháp này chỉ được ứng dụng để sản xuất hàng loạt nhỏ. Kết cấu bộ
khuôn đơn giản, yêu cầu công suất thiết bò không cao.
Rèn trong khuôn có nhiều lòng khuôn (hình 2-53) thì phôi được đưa vào những
lòng khuôn khác nhau, kế tiếp nhau trên cùng một khối khuôn, thiết kế những bộ khuôn
Hình 2-52.Kết cấu lòng khuôn.
a. Lòng khuôn hở.
b. Lòng khuôn kín.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh

162
này phức tạp và chỉ có thể dùng trên những máy có công suất lớn. Phương pháp rèn khuôn
này được dùng trong các dạng sản xuất hàng
loạt trung bình và lớn.
d. Phân loại theo thiết bò gia công:
Đây là cách phân loại thường dùng
nhất. Theo cách này chia ra: rèn khuôn trên
máy búa rèn khuôn, rèn khuôn trên máy ép
thủy lực, rèn khuôn trên máy ép dập nóng,
rèn trên máy rèn ngang và rèn trên máy
chuyên dùng.
4.3.3 Khái quát chung quá trình rèn

khuôn một chi tiết:
Bao gồm các bước sau:
- Cắt phôi liệu theo kích thước yêu
cầu.
- Nung nóng phôi liệu đến nhiệt độ rèn.
- Tiến hành rèn khuôn: qua một số lòng khuôn cần thiết, sử dụng công suất thiết bò
hợp lý, qua một số lần nung nào đó như đã tính toán. Nói chung đây là quá trình biến dạng
kim loại từ phôi ban đầu đến khi đã cắt xong lớp chưa thấu, ba via, hiệu chỉnh và ép tinh.
- Làm sạch vật rèn khuôn: đánh phẳng mặt, mài gợn ba via.
- Nhiệt luyện để khử ứng suất dư trong quá trình dập.
- Kiểm tra.
4.3.4 Nguyên lý thiết kế vật rèn khuôn trên máy búa.
Cơ sở để vẽ bản vẽ vật rèn khuôn trên máy búa cũng xuất phát từ bản vẽ chi tiết
và phải tiến hành các yếu tố sau:
Kết cấu và phương pháp rèn khuôn hợp lý, vò trí mặt phân khuôn, dung sai và
lượng dư, độ dốc thành khuôn, bán kính góc lượn, hình dáng và kích thước rãnh vành biên,
hình dáng và kích thước lớp chưa thấu, vẽ bản vẽ vật rèn.
1. Xác đònh kết cấu và phương pháp rèn khuôn hợp lý.
Mục đích của việc xác đònh phương pháp rèn khuôn hợp lý đối với một kết cấu chi
tiết nào đó là để giải quyết vấn đề năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Muốn vậy,
trước khi vẽ bản vẽ vật rèn phải nghiên cứu kích thước, hình dáng tính chất làm việc, đặc
điểm chòu lực và các điều kiện kỹ thuật khác của chi tiết. Mặt khác phải xét điều kiện
thiết bò hiện có của xưởng để xem khả năng có thể gia công trên thiết bò nào. Do đó, các
vấn đề phải nghiên cứu là:
- Sửa đổi kết cấu của chi tiết cho đơn giản dễ gia công.
- Những chi tiết có hình dáng, kích thước gần giống nhau thì chỉ cần dùng một loại
chi tiết điển hình.
Hình 2
-
53

Khuôn nhiều lòng khuôn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Copyright © Truong DH Su pham Ky thuat TP. Ho Chi Minh