Nghiên cứu công nghệ và thiết bị rèn hướng kính để tạo phôi ống

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Gia công áp lực là một phương pháp cơ bản của gia công kim loại bằng áp
lực,trong đó sự tạo hình được thực hiện nhờ sự tác động của các kết cấu khuôn
gây nên biến dạng dẻo trong tấm kim loại.Gia công bằng áp lực cho phép tạo ra
các chi tiết có chất lượng và năng suất cao,nó không thể thiếu được trong các
ngành kinh tế quốc dân.
Được sự giảng dạy và hướng dẫn tận tình của các thầy trong bộ môn “Gia
công áp lực” chúng em đã nắm được phần nào những kiến thức cơ bản về
“Công nghệ dập tấm” và “Công nghệ rèn-dập khối”.Đó là hành trang cơ bản
giúp chúng em lập nghiệp sau khi ra trường.
Đồ án tốt nghiệp là phần thực hành bắt buộc đối với học viên chuyên ngành
“Gia công áp lực” với mục đích nhằm giúp học viên củng cố, hệ thống hóa và
vận dụng kiến thức đã được học trên lớp, từ đó nghiên cứu sâu hơn về thiết bị và
công nghệ gia công áp lực. Sau đây em xin trình bày đồ án “Đồ án tốt nghiệp”
với đề tài:
“Nghiên cứu công nghệ và thiết bị rèn hướng kính để tạo phôi ống” do thầy
Nguyễn Trường An trực tiếp hướng dẫn.
Trong quá trình thực hiện đồ án,em đã nhận được sự chỉ bảo và hướng dẫn
tận tình của thầy giáo hướng dẫn cũng như các thầy trong bộ môn “Gia công áp
lực”. Em xin chân thành cảm ơn.!
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Anh Thắng
1
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC
1. 1. Công nghệ Gia Công Áp Lực ở Việt Nam
1.1.1.Vai trò và sự phát triển của GCAL
Công nghệ gia công áp lực có từ rất lâu đời nhưng đến vài thế kỷ nay mới
được phát triển nhờ sự phát triển của lý thuyết biến dạng dẻo và lý thuyết gia
công áp lực. Lý thuyết biến dạng dẻo và gia công áp lực kim loại dựa trên cơ sở

cơ học vật lý, đại số tuyến tính và ngày đang có một cuộc cách mạng về biến
dạng tạo hình. Các thành tựu lớn của cơ học vật rắn biến dạng, toán học mô
phỏng đã tạo cho công nghệ gia công áp lực sức mạnh mới.
Phương pháp công nghệ gia công kim loại bằng áp lực, hay công nghệ biến
dạng tạo hình là một phương pháp công nghệ vừa là công nghệ chuẩn bị - tạo
phôi cho công nghệ cơ khí, vừa là công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng.
Không những cho phép tạo ra hình dáng, kích thước sản phẩm mà còn cho sản
phẩm kim loại một chất lượng cao về tính chất cơ – lý – hóa, tiết kiệm nguyên
vật liệu và cho năng suất lao động cao từ đó hạ giá thành sản phẩm
Gia công áp lực là dạng công nghệ duy nhất cùng một lúc biến đổi hình
dáng kích thước và tổ chức kim loại, nên chúng được ứng dụng khi yêu cầu chất
lượng sản phẩm cao. Trong điều kiện biến dạng xà xử lý nhiệt nhất định, tổ chức
kim loại không thay đổi: phá bỏ tổ chức đúc, tạo tổ chức thớ, làm nhỏ hạt tinh
thể, tạo têctua, phá vỡ và làm phân tán các hạt tạp chất…nhờ đó làm tăng tính
bền, độ dai va đập, khả năng chụi mỏi, chụi va đập, tăng tuổi thọ sản phẩm. Sản
phẩm của công nghệ gia công áp lực rất đa dạng, gia công được nhiều loại vật
liệu, có thể tạo ra trạng thái siêu dẻo, gia công với biến dạng lớn hoặc gia công
các vật liệu khó biến dạng.
Công nghệ gia công kim loại bằng áp lực là thước đo trình độ phát triển
của một nền công nghiệp quốc gia. Các công nghệ gia công áp lực kinh điển như
cán – kéo – ép – rèn – dập chiếm 80% tổng sản lượng các dản phẩm kim loại và
2
hợp kim, đang tiếp tục hoàn thiện công nghệ, bảo đảm năng suất chất lượng sản
phẩm. Ngành gia công áp lực còn mở ra một số hướng nghiên cứu và công nghệ
mới để phục vụ nhu cầu sử dụng ngày càng lớn của con người .[1]
1.1.2. Hiện trạng công nghệ gia công áp lực ở Việt Nam
Công nghệ gia công áp lực trong ngành chế tạo cơ khí là một loại công
nghệ rất quan trọng, nó cho phép ta tạo phôi các chi tiết với lượng dư gia công
rất ít, tiết kiệm kim loại, năng lượng và chi phí lao động đồng thời cải thiện thớ
và cấu trúc kim loại từ đó nâng cao được độ bền của chi tiết so với phôi đúc.

Công nghệ gia công áp lực bao gồm: Rèn, dập thể tích, dập tấm, ép chẩy,
ép thủy tĩnh ở trạng thái nguội và trạng thái nóng, ép chẩy thủy động, cán chu kỳ
( cán kéo bình thường là 2 công nghệ thuộc ngành luyện kim).
Qua khảo sát của rất nhiều doanh nghiệp cơ khí chế tạo, chúng ta thấy ở
nước chỉ sử dụng công nghệ rèn tự do bằng máy búa hơi để tạo phôi các chi tiết
có khối lượng nhỏ (dưới 100kg). Một số ít doanh nghiệp cơ khí có số lượng sản
phẩm cùng loại tương đối lớn đã bắt đầu dùng công nghệ dập trong khuôn (Nhà
máy Disoco có dây chuyền rèn phôi trục khuỷu cho xe Honda). Một số doanh
nghiệp thuộc quân đội và doanh nghiệp sản xuất ngành cơ kim khí có sử dụng
công nghệ dập tấm và dập sâu. Một số doanh nghiệp chuyên ép các sản phẩm từ
hợp kim nhôm và đồng đã có dùng công nghệ ép chẩy ở trạng thái nóng. Chưa
có một cơ sở nào áp dụng công nghệ ép chảy thủy tĩnh và thủy động để tạo phôi
chi tiết, cũng chưa có một doanh nghiệp nào sử dụng công nghệ cán chu kì để
tạo phôi sơ bộ cho khâu rèn dập tiếp theo.
Các thiết bị cho rèn tự do được sử dụng tại Việt Nam đa số tuyệt đối là các
búa hơi có sức đập từ 50 -750kg. Một số ít các công ty cơ khí lớn có trang bị
máy búa từ một tấn đến 3 tấn. Đặc biệt tại Công ty Disoco có trang bị máy búa
10 tấn. Bên cạnh các búa hơi trong các xưởng rèn của nhiều doanh nghiệp còn
trang bị các máy dập ma sát và máy dập trục khuỷu có lực dập từ 100 tấn – 600
tấn. Cá biệt một số Công ty cơ khí có trang bị máy dập trục khuỷu có lực dập
đến 1600 tấn. Với các thiết bị rèn dập rất nhỏ bé , ngoài ra tại các xưởng rèn lại
không trang bị các tay máy và các thiết bị nâng vận chuyển thích hợp do đó
3
không thể nào rèn được các chi tiết có khối lượng đến 200kg ( mặc dầu với máy
búa 10 tấn có thể rèn được chi tiết có khối lượng lớn hơn song vì không có tay
máy nên không thể nào thao tác được).
Ở một số doanh nghiệp đã nhập những máy ép thủy lực nằm ngang với lực
ép tối đa đến 1650 tấn ( ép chi tiết khung nhôm, ống hợp kim nhôm v.v…Số
lượng máy ép ngang có lực ép lớn như vậy cũng chỉ có khoảng 10 thiết bị trong
cả nước. Bên cạnh những máy ép thủy lực nằm ngang, tại một số doanh nghiệp

cũng nhập các máy ép thủy lực đứng với lực ép từ 20 tấn, 40 tấn, 100 tấn, 1000
tấn. Các thiết bị ép đứng này được sử dụng rất đa dạng: để nắn thẳng, để tạo
hình biến dạng ở trạng thái nguội , để ép vật liệu bột nhằm tạo hình chi tiết trong
lĩnh vực luyện kim bột v.v…
Đội ngũ cán bộ khoa học công nghệ ngành gia công áp lực đều là các kỹ sư
đều là các kỹ sư được đào tạo ở trong và ngoài nước. Số lớn trong họ có kiến
thức và kinh nghiệm song cũng đã khá nhiều tuổi, các kỹ sư trẻ chuyên ngành
gia công áp lực rất ít.
Tóm lại, công nghệ gia công áp lực tại các doanh nghiệp cơ khí của nước ta
còn quá yếu cả về công nghệ , thiết bị và đội ngũ cán bộ. Các doanh nghiệp chỉ
trang bị các búa hơi nhỏ, đa số thường dưới 450 kg, rất ít doanh nghiệp cơ khí
trang bị búa đến 750 kg. Số lượng doanh nghiệp trang bị búa hơi lớn từ 1 – 10
tấn chỉ vào khoảng 10 doanh nghiệp ( tiêu biểu Công ty Disoco, cơ khí chế tạo
máy mỏ TKV, Công ty xe lửa Hà Nội, Z111 Quân đội v.v…) Những doanh
nghiệp được trang bị các búa lớn lại không có các thiết bị nâng vận chuyển , các
tay máy nên cũng không thể rèn được các chi tiết có khối lượng lớn.
Rất ít doanh nghiệp áp dụng công nghệ rèn khuôn, dập thể tích. Một số
doanh nghiệp đã trang bị một số máy thủy lực có lực ép lớn từ 1000 - 1650 tấn
song chỉ dùng vào mục đích rất hẹp, không khai thác được hết năng lực của thiết
bị ( nhiều máy chỉ hoạt động 30% công suất và thời gian). Các công nghệ tiên
tiến trong gia công áp lực đều chưa được áp dụng. Hàng mấy chục năm nay
công nghệ và thiết bị gia công áp lực đều chưa được đổi mới và tăng
4
1.1.3.Xu hướng phát triển công nghệ gia công áp lực
- Khác với công nghệ đúc và công nghệ hàn, đổi mới công nghệ trong gia
công áp lực đòi hỏi phải đầu tư các thiết bị tương ứng. Các thiết bị trong gia
công áp lực thường rất đắt, do đó khi đổi mới công nghệ gia công áp lực là phải
đầu tư lớn.
- Công nghệ rèn tự do cho năng suất thấp, chát lượng sản phẩm về hình
dáng hình học không cao, song nó phù hợp với sản xuất đơn chiếc hoặc loại nhỏ,

phù hợp với đặc thù của các doanh nghiệp cơ khí chế tạo ở nước ta, mặt khác
đầu tư cũng không lớn. Vì vậy nên trang bị đầy đủ và đồng bộ hơn cho công
nghệ rèn tự do để có thể rèn được các chi tiết lớn hơn.
- Nên đầu tư một xưởng rèn lớn với máy búa hơi đến 30 tấn, 20 tấn, 10 tấn,
3 tấn, 1,5 tấn, 1 tấn, 750kg, 450kg với số lượng phù hợp để đảm bảo rèn các chi
tiết lớn cho cả nước. Nên đầu tư một số máy rèn ép thủy lực lớn đến 5000 tấn
trang bị đồng bộ các lò buồng cần thiết để nung phôi với khối lượng đến 10 tấn.
Các lò này có thể dùng nhiên liệu lỏng hoặc rắn. Việc đưa phôi vào lò và lấy
phôi ra phải cơ khí hóa. Trong xưởng rèn việc cặp phôi và điều khiển rèn phải
được trang bị các cần cẩu quay và tay máy.
- Các phân xưởng rèn của các doanh nghiệp cơ khí lớn như Disoco, Cơ khí
Trung tâm Cẩm Phả, Xe lúa Gia Lâm, Công ty cơ khí Hà Nội HAMECO cần
được đầu tư cải tạo lò nung, các thiết bị nâng, tay máy để có thể phát huy khả
năng rèn hiện có. Đặc biệt chú ý khâu cơ giới hóa trong rèn tự do.
- Đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ dập thể tích trong khuôn kín để chế tạo
các chi tiết có sản lượng lớn như phôi bánh răng của ô tô, phôi van hút xả của xe
máy và ô tô, phôi trục chữ thập v.v… Công nghệ dập thể tích trong khuôn kín là
loại công nghệ cho năng suất rất cao, phù hợp với loại hình sản xuát lớn. Tuy nó
phải đầu tư lớn song do số lượng sản phẩm lớn và khả năng thu hồi vốn rất
nhanh ( kinh nghiệm DISOCO)
- Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều liên doanh về chế tạo ô tô, xe máy, nếu ta
quan hệ tốt với đối tác liên doanh và đề nghị họ cho phép ta chế tạo một vài loại chi
tiết nêu trên, chúng ta sẽ tự thiết kế và nhờ họ tư vấn để nhập thiết bị dập phù hợp.
5
Sản lượng chi tiết đó đáp ứng cho thị trường rộng lớn của họ chứ không giới hạn ở
thị trường Việt Nam.( có thể lúc đầu họ giám sát cả quá trính sản xuất).
- Bước đầu áp dụng công nghệ ép chẩy thủy động ở trạng thái nóng và ấm
để chế tạo bánh răng ô tô, xe máy với m≤ 4 và đường kính De≤100mm( phôi đã
có cả răng độ bóng bề mặt Rz≤ 20, sau đó chỉ cần phay tinh hoặc mài. Tiếp sau
áp dụng rộng rãi công nghệ này cho các sản phẩm thích hợp.

Sản lượng càng lớn hiệu quả càng cao (từ 100.000 sản phẩm trở lên) có thể
hình thành một số dây chuyền đồng bộ từ chuẩn bị phôi, lò nung phôi, máy dập
khoảng 400 – 600 tấn( trục khuỷu). Các khâu chuẩn bị môi trường truyền lực
( ép bánh graphit) v.v…
- Áp dụng công nghệ ép thủy tĩnh ở trạng thái nóng và nguội để tạo các
thanh ống kim loại một lớp và hai lớp phục vụ cho nhiều mục tiêu khác nhau
của nền kinh tế trên cơ sở mở rộng việc sử dụng các máy ép ngang 1000 -1600
tấn hiện có ở Việt Nam ( hiện nay mới chỉ sử dụng hết 30%)
- Áp dụng công nghệ cán dát mỏng để tạo phôi vành răng lớn chất lượng cao.
- Để thực hiện được các mục tiêu trên cần phải đẩy mạnh khâu đào tạo cán
bộ khoa học công nghệ cho ngành công nghệ gia công áp lực.
Trên đây chúng tôi đã trình bày hiện trạng và xu thế phát triển công nghệ
tạo phôi của ngành cơ khí chế tạo Việt Nam, mong rằng các doanh nghiệp cơ
khí chế tạo quan tâm và hy vọng sẽ nhận được sự đồng tình của các doanh
nghiệp cơ khí trong việc phát triển của mình.
1.2 Tìm hiểu về thiết bị và công nghệ gia công áp lực
1.2.1. Thiết bị gia công áp lực
Trong các nguyên công áp lực vật liệu (kim loại và hợp kim) biến dạng dẻo
dưới tác động của ngoại lực được tạo ra bởi các thiết bị công nghệ hay được gọi
là thiết bị gia côgn áp lực. Thiết bị gia côgn áp lực được phân loại dựa trên nhiều
tiêu chí khác nhau: Theo loại truyền động, theo dấu hiệu động học, theo đặc
điểm công nghệ…
- Theo loại truyền động thiết bị gia công áp lực được phân thành truyền
6
động cơ khí; truyền động bằng chất lỏng, dầu, nước; truyền động khí, điện từ…
- Theo đặc điểm công nghệ thiết bị gia công áp lực được phân loại thành
các nhóm nhỏ: Thiết bị đột dập, dập vuốt, dập tấm, dập khối, rèn quay, cán,
miết, uốn - lốc….
- Theo dấu hiệu động học thiết bị gia công áp lực được phân thành 5 nhóm:
nhóm cá loại máy búa, nhóm các loại máy ép thủy lực, nhóm các loại máy ép cơ

khí, nhóm các loại thiết bị dạng quay, nhóm các thiết bị chuyên dụng khác.
+ Máy búa: Thuộc loại thiết bị tác động va đập, trong đó bộ phận động (bộ
phận công tác) có tốc độ thay đổi theo đường cong không cứng.
Thời gian hành trình công tác của bộ phận động thay đổi tùy thuộc vào trở
lực biên dạng của vật gia công ,và do đó làm thay đổi cường độ cong tốc độ .
Năng lượng tích lũy trong mỗi hành trình công tác (mỗi nhát đập) phần lớn
được tiêu hao để làm biến dạng dẻo vật gia công và tuân theo một quy luật nhất
định. Máy búa cũng được phân chia thành nhiều loại khác nhau (hình 11): máy
búa hơi nước - không khí nén (a), máy búa không khí nén (b), máy búa ván (c),
máy búa dây đai (d), máy búa nhíp (e), máy búa thủy lực (f), máy búa tốc độ cao
(g)….Máy búa thường được dùng trong các nguyên công rèn, dập khối…
Hình 1.1: Phân loại máy búa
+ Máy ép thủy lực là thiết bị công nghệ sử dụng nguồn lực là hệ thống thủy
7
lực sử dụng chất lỏng có áp suất cao, hoạt động dựa trên nguyên lý định luật
Pascal. Máy ép được chia làm 2 loại: Máy ép cơ khí và máy ép thủy lực dùng để
rèn, dập khối, ép chảy, dập tấm…
Nguồn cung cấp chất lỏng cho máy ép quyết định loại dẫn động máy ép:
Dẫn động kiểu bơm và dẫn động dùng bộ tăng áp
- Dẫn động kiểu bơm: Có bình tích áp và không có bình tích áp
- Dẫn động dùng bộ tăng áp: Bình tăng áp hơi-khí vàbình tăng áp kiểu cơ khí
Hình 1.2: Máy ép thủy lực
+ Máy ép trục khuỷu là một loại điển hình của nhóm máy ép cơ khí, được
dùng để thực hiện các nguyên công: như đột lỗ, dập hình ,dập vuốt, uốn, cắt, …
Hình 1.3: Máy ép trục khuỷu
+ Các loại máy kiểu quay là các loại thiết bị mà quá trình thực hiện công
8
nghệ được đặc trưng bởi sự quay của dụng cụ hoặc phôi, bao gồm các loại như
sau: máy rèn quay, rèn hướng kính, máy miết, máy cắt, máy cán, máy uốn, máy
lốc

Hình 1.4: Các loại máy rèn quay
1- Vỏ máy
2- Đầu trượt
3- Con lăn
4- Đầu búa – khuôn dập
5- Đệm điều chỉnh
6- Vòng cách
7- Trục chính
8- Phôi
1.2.2 Công nghệ gia công áp lực
9
Trong lĩnh vực Gia công áp lực, hai công nghệ chính là dập khối và dập
tấm đang càng ngày chiếm vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp thuộc
các ngành cơ khí, luyện kim, xây dựng, điện dân dụng, hóa chất, nhiệt lạnh hay
đồ gia cụng, bởi chúng có những ưu điểm nổi bật mà các phương pháp gia công
kim loại khác không có được đó là tiết kiệm nguyên vật liệu, năng suất cao, cải
thiện cơ tính của vật liệu và tạo ra được những chi tiết có hình dạng, kích thước
chính xác theo mong muốn. Trên cơ sở phân thành các nhóm công nghệ khác
nhau như:
- Công nghệ dập tấm :
Là phương pháp biến dạng dẻo phôi kim loại ở dạng tấm,trong khuôn dưới
tác dụng của ngoại lực để tạo thành sản phẩm có hình dạng,kích thước theo yêu
cầu.Vd: Dập khay,Dập chảo,……
Dập tấm thường tiến hành ở trạng thái nguội nên được gọi là dập nguội,khi
chiều dày phôi có thể lớn hơn 10 mm có thể dập nóng.Dựa vào đặc điểm người
ta chia ra thành hai nhóm chính:
+ Nhóm các nguyên công cắt vật liệu:
Khi tạo hình các chi tiết,các nguyên công ở nhóm này thường phải tiến
hành biến dạng,phá hủy vật liẹu ,tức là tách một phàn vật liệu này ra khỏi một
phần vật liệu khác.

+ Nhóm các nguyên công biến dạng dẻo vật liệu:
Tạo hình chi tiết dựa trên biến dạng dẻo của vật liệu và hầu hết các trường
hợp đều có sự dịch chuyển và phân bố lại kim loại.
-Công nghệ dập tạo hình khối: Là một phần của loại hình công nghệ gia
công kim loại bằng áp lực,nhờ tính dẻo của kim loại làm biến dạng phôi hoặc
điền đầy kim loại vào lòng khuôn hoặc làm cho kim loại chảy qua lỗ thoát của
cối(hoặc chày)để tạo ra chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết theo yêu
cầu.Vd: Dập khối chi tiết càng quay cong,chi tiết dạng trục,…
10
1.3.Các dạng sản phẩm gia công áp lực
Với phạm vi ứng dụng rộng rãi, sản phẩm gia công áp lực có mặt trong
nhiều lĩnh vực, được chia thành các dạng sản phẩm khác nhau: sản phẩm dập
tấm, sản phẩm dập khối, các loại sản phẩm đặc biệt …
- Sản phẩm của công nghệ dập tấm: sản phẩm của công nghệ dập tấm rất đa
dạng phong phú với hình dáng kích thước đa dạng, tương ứng với các sơ đồ
công nghệ khác nhau: uốn, cắt đột, dập vuốt, miết
Hình 1.2: Sản phẩm công nghệ dập tấm
Hình 1.3: Sản phẩm dập tấm trong công nghiệp ôtô
- Sản phẩm dập khối: Sản phẩm của công nghệ dập khối được áp dụng
nhiều trong cơ khí với các sản phẩm như: Bánh răng, trục khuỷu, đai ốc…
11
Hình 1.4:. Sản phẩm công nghệ dập khối
- Sản phẩm dạng ống được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp dầu
khí, thủy lợi, xây dựng… được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau: theo
mục đích sử dụng, theo đặc điểm kết cấu, theo kích thước, hình dáng và hình
dạng tiết diện …Theo đặc điểm kết cấu sản phẩm được chia thành ống hàn và
ống không hàn
+ Ống hàn: Được chế tạo bằng cách cuốn tấm thành biên dạng ống sau đó
hàn giáp mối với nhau. Ống hàn cũng được chế tạo bằng nhiều phương pháp
khác nhau: lốc trên máy liên tục dạng con lăn từ rulô, lốc trên các máy dạng trục

lăn từ phôi tấm, dập tạo hình biên dạng ống trên máy ép từ phôi tấm, sau đó
được hàn giáp mối với đườn hàn thẳng song song với trục ống; ngoài ra cũng có
thể được cuốn trên trục từ phôi dạng rulô, đặc trưng là đường hàn là đường xoắn
ốc.
+ Ống không hàn: Là loại ống liền được chế tạo từ phôi đặc bằng nhiều
phương pháp khác nhau. Thông thường quy trình công nghệ tạo ống không hàn
có hai giai đoan chính: giai đoạn tạo lỗ sơ bộ từ các phôi đặc, như: cán tạo lỗ,
đột lỗ, khoan…, giai đoạn thứ hai là giai đoạn biến dạng nhằm mục đích giảm
tiết diện ngang và tăng chiều dài ống, như: cán trên dây chuyền liên tục, ép đùn,
rèn trên máy thiết bị chuyên dùng, kéo….
12
Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ cán ống từ phôi đặc
Phôi được đưa qua lò nung→ Cán nóng tạo lỗ→ Cán nong lỗ rộng (tăng
đường kính ống)→ Bán sản phẩm→ Qua lò nung→ Sản phẩm
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ sản xuất ống, sử dụng cán tạo lỗ từ phôi đặc,
kết hợp cán liên tục
Phôi được đưa qua lò nung→ Cán nóng tạo lỗ→ Cán nong lỗ rộng (giẩm
đường kính)→ Kéo tăng chiều dài → Qua lò nung→ Cán tinh→ Sản phẩm
13
Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ sản xuất ống, sử dụng ép tạo lỗ từ phôi đặc, kết
hợp cán ngang và cán liên tục
Phôi được đưa qua lò nung→ Dập tạo lỗ→ Cán tăng chiều dài→ Cán nóng
tạo lỗ rộng→ Cán tăng chiều dài→ Qua lò nung→ Cán tinh→ Sản phẩm
Trong phạm vi nhiệm vụ tốt nghiệp, đồ án tập trung vào nghiên cứu về các
dạng công nghệ và thiết bị rèn hướng kính để tạo phôi ống.
14
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ RÈN HƯỚNG KÍNH
2.1. Đặc điểm của công nghệ rèn hướng kính
Công nghệ rèn hướng kính được rèn từ phôi đặc hoặc phôi ống làm biến

dạng hình dạng ban đầu sang hình dạng khác có đường kính và chiều dài khác.
Đặc điểm nổi bật nhất của công nghệ rèn hướng kính là quá trình gia công
thì vật gia công quay tròn và các đầu búa thực hiện làm biến dạng phôi, khác
hẳn với cơ chế biến dạng trong các sơ đồ công nghệ rèn quay, cán rèn….So với
các loại máy rèn quay thì máy rèn hướng kính gây ra tiếng ồn nhỏ hơn, các cụm
công tác và cụm dẫn động có độ cứng vững và tuổi thọ cao hơn nên cho phép
gia công các chi tiết có kích thước lớn.
Công nghệ rèn hướng kính có thể gia công trong trạng thái nguội hoặc
nóng dưới tác dụng của ngoại lực từ các đầu búa, sự nén ép quay được thực hiện
bằng các phương pháp riêng phần và theo biên dạng. Trong phương pháp thứ
nhất - được đảm bảo bởi hình dạng và các kích thước lòng khuôn của đầu búa ở
trong trạng thái kín, ở phương pháp thứ hai hình dáng và độ chính xác của các
chi tiết lại được đảm bảo bằng sự thay đổi theo chu kỳ của chiều cao đóng kín
giữa các đầu búa. Hiện nay trên các máy rèn hướng kính cho phép gia công
được các chi tiết đặc có đường kính 60 - 150mm, chi tiết rỗng có đường kính tới
200 - 400mm
Công nghệ rèn hướng kính phần lớn được sử dụng trong các nhà máy cơ
khí, các xưởng cơ khí,…Các sản phẩm được rèn hướng kính thường là các chi
tiết dạng thanh tròn, ống tròn hoặc ống có lõi xoắn, các sản phẩm dạng lắp
ghép…được phân loại như bảng 2.1. Trong đó loại I là các chi tiết gia công
phương pháp riêng phân, loại II được gia công theo phương pháp riêng phần và
biên dạng.
15
Công nghệ rèn hướng kinh có thể áp dụng gia công đối với thép gió và
các thép hợp kim dùng trong gia công cơ khí, thủy lợi, xây dựng,…
Bảng 2.1: Các dạng sản phẩm rèn hướng kính
≥
2.2.Thiết bị và dụng cụ rèn hướng kính
2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của máy rèn hướng kính
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rèn hướng kính

1 - Đầu búa, 2 - Phôi
Nguyên tắc hoạt động của máy rèn hướng kính khác với máy rèn quay là
trên máy rèn hướng kính thì khi gia công chi tiết được kẹp chặt và quay tròn còn
16
các đầu búa tịnh tiến để gây áp lực lên phôi, làm biến dạng phôi và giảm đường
kính, tăng chiều dài của vật rèn bằng cơ cấu bánh răng lệch tâm.
2.2.2. Phân loại máy rèn hướng kính
Máy rèn hướng kính được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau;
theo chức năng công nghệ, theo kết cấu của bộ phận chấp hành, theo số đầu búa,
theo kết cấu máy…
- Theo chức năng công nghệ máy rèn hướng kính được chia thành 4 nhóm:\
+ Dùng gia công phôi đặc và phôi rỗng từ thép và hợp kim,
+ Dùng để gia công nguội phôi rỗng dạng nòng vũ khí bộ binh,
+ Dùng để gia công các loại phôi đặc dạng bậc và phôi rỗng có đường
kính không lớn có kích thước xấp xỉ kích thước sản phẩm,
+ Các loại máy chuyên dụng khác
- Theo kết cấu của bộ phận chấp hành, máy rèn hướng kính được chia: dạng con
lăn (hình 2.2-a), dạng đòn - khuỷu (hình 2.2-b), dạng tay biên - khuỷu (hình 2.2-
c) và dạng thủy lực (hình 2.2-d).
a) b) c) d)
Hình 2.2: Phân loại máy rèn hướng kính theo kết cấu của bộ phận chấp hành
- Theo số lượng đầu búa thí có các loại máy hai đầu búa, ba đầu búa …
- Theo kết cấu của thiết bị thì có máy kiểu nằm ngang và kiểu đứng.
2.3. Xác định các thông số công nghệ cơ bản và kích thước dụng cụ
Thực chất của quá trình biến dạng hướng kính là biến dạng phôi theo chu vi
của tiết diện trên đoạn chiều dài không lớn của đầu búa, với đường kính tại ổ
biến dạng d
0
, đường kính ban đầu của phôi d
1

và đường kính sau biến dạng d
2
(hình 2.3).
17
Hình 2.3: Sơ đồ biến dạng hướng kính
a - Trước khi biến dạng, b - Sau khi biến dạng, 1 - Phôi, 2 - Đầu búa
Sau một chu trình biến dạng theo chu vi, phôi được đẩy vào ổ biến dạng
một bước đưa phôi S.
Mức độ vuốt q được xác định theo công thức:
1
21
d
dd
q
−
=
Giá trị hệ số ma sát tại vùng tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ khi biến dạng
rèn hướng kính được xác định theo bảng 2.2, là yếu tố hết sức quan trọng, cần
thiết để xác định các thông số của đầu búa và lực biến dạng.
Bảng 2.2: Hệ số ma sát khi biến dạng hướng kính phôi thép
Đặc trưng bề mặt
Bôi trơn
µ
`Dụng cụ Phôi
Đánh bóng 20÷10Rz
Dầu máy
0,05
1,6÷0,8 Rz 80÷40Rz 0,10
Mài 20÷10Rz
Hỗn hợp Graphit

0,15
6,3÷3,2 Rz 80÷40Rz
Dầu máy
20÷10Rz 0,20
Đối với các máy rèn hướng kính thì các đầu búa và phần lõi tựa (dùng khi
gia công phôi rỗng) là các phần công tác, các đầu búa này được lắp kẹp chặt vào
phần chuyển động của cơ cấu nén ép.
18
Hình 2.4: Kết cấu và kích thước cơ bản của đầu búa
Đầu búa có hình dáng kích thước phụ thuộc vào kích thước, phương pháp
gá lắp với phần chuyển động của cơ cấu nén ép và hình dạng kích thước của bán
sản phẩm. Sự dãn rộng của phôi được giới hạn bởi sự tăng của bước đưa phôi,
phụ thuộc vào kích thước mặt làm việc của đầu búa (lòng búa), như là α – góc
côn thoát; - góc cặp phôi của búa ở cuối quá trình nén ép; r
lv
, r
k
– bán kích tiếp
nối giữa biên dạng lòng búa với mặt phẳng phân chia của đầu búa trên phần trục
và côn; l
lv
- chiều dài phần tạo hình của lòng búa (hình 2.4).
- Góc côn α phụ thuộc vào vật liệu phôi, ma sát tiếp xúc µ giữa phôi và
dụng cụ, mức độ biến dạng tương đối e, được xác định theo bảng 2.3.
Bảng 2.3. Xác định góc côn α
Vật liệu
µ
0,05 0,10 0,15 0,20
Phôi
e

≤ 0,5
> 0,5
≤ 0,5
>0,5
≤0,5
>0,5
≤0,5
>0,5
Mềm
5°40' 5°40'
11° 11° 16° 16° 20° 20°
Trung bình 4° 5° 8°
9°20'
10°
11°30'
12° 14°
Cứng
2°40'
4° 6° 8°
7°30'
10° 9° 12°
- Góc cặp phôi của búa ở cuối quá trình nén ép θ được xác định theo đồ
thị hình 2.5, phụ thuộc vào phụ thuộc vào góc côn α và vật liệu phôi.
19
Hình 2.5: Đồ thị xác định góc cặp
θ
phụ thuộc vào góc côn α
1 - Thép mềm, 2 - Thép độ cứng trung bình, 3 - Thép cứng
- Độ dài phần tạo hình của lòng búa l
lv

được xác định theo công thức:
+ Với e ≤ 0,2 thì l
lv
= 0,8d
2
+ Với e = 0,2 ÷ 0,5 thì l
lv
= d
2
+ Với e > 0,5 thì l
lv
= 1,2d
2
Hình 2.6: Đồ thị xác định biến dạng đàn hồi của cơ chế nén ép
1 - thép mềm, 2- thép có độ cứng trung bình, 3 - thép cứng
Đại lượng ∆ xác định sự biến dạng đàn hồi hệ cơ của sự ép nén hay
là hiệu số giữa đường kính của rèn dập sau ép nén d
2
và độ cao khép kín của
lòng trong của các đầu búa ở hành trình không tải, sự biến dạng này được dựa
trên các đồ thị hình 2.6.
Diện tích hình chiếu bề mặt của phần côn của ổ biến dạng được xác định
theo sự biểu thức:
20

2
.4
2
2
2

1
α
tg
dd
F
n
−
=
(2.1)
Ở trong các máy rèn hướng kính khe hở kết cấu giữa các đầu búa được
xác định bằng:
+ nếu có hai đầu búa
20
05,0 d=
δ
;
+ Nếu khi gia công từ 3 đầu búa trở lên thì:
20
)015,0025,0( d−=
δ
Vật liệu để làm các đầu búa ép nén và lõi tựa là các loại thép: Y10, XBΓ,
5X12Φ1 và các hợp kim cứng: BK15, BK20 (bảng 2.4).
Bảng 2.4: Các thông số tham khảo độ bền của dụng cụ
Vật liệu của
dụng cụ
Vật liệu gia
công
Mức ép nén
cao nhất
Độ cứng vững

khi chưa
phục hồi
toàn phần
Các đầu búa
Thép:
X12Φ1
IIIX15; IIIX9;
30XΓCA;40X
60 4000÷6000 10000÷20000
XBΓ; Y10
IIIX9 40 6000÷8000 16000÷25000
Hợp kim
cứng:
BK8B; BK15
Y7 – Y10
Thép kết cấu
60
30
30000÷40000
-
30000÷50000
200000
Lõi tựa
Thép X12Φ1
Thép gió
Thép kết cấu 20
30
2000÷4000
6000÷8000
-

-
Lõi tựa có thể được gá lắp - kẹp chặt vào cơ cấu đẩy (cụm dịch chuyển
phôi), hoặc ở trong các đầu búa hoặc trong hệ cơ khí của cơ cấu nén ép, sao cho
chúng đó có thể quay tự do xung quanh trục của nó (hình 2.7).
21
Hình 2.7: Các phương án gá kẹp lắp lõi tựa
a - Trong cơ cấu đẩy có sự kẹp phôi, b - Trong cơ cấu đẩy không có sự kẹp
phôi, c - Trong trục chính có sự kẹp phôi, d - Trong trục chính không có sự kẹp
phôi, e - Trong cơ cấu đẩy có sự kẹp phôi và lõi tựa, f - Trong đầu búa
1 - Cơ cấu đẩy, 2 - Cơ cấu đẩy (kẹp), 3 - Đầu búa, 4 - Lõi tựa, 5 - Phôi, 6 -
Giảm chấn, 7 - Trục chính của máy, 8 - Lò xo
Chú ý đối với các phôi dập, các phôi này đòi hỏi sự gia công cơ khí tiếp
sau, với mục đích sửa chữa sai lệch của tiết diện vì có thể nhận được hình ô van
và cong theo chiều dài. Lượng dư theo chiều dài được quy ước bằng sự xuất
hiện sự co ngót trong quá trình nén ép ở trên các phần cuối của phôi, độ sâu của
chúng khi mức độ biến dạng tương đối e = 0,5÷0,75 được thể hiện đến 50÷100%
đường kính của các đoạn cuối. Với sự biến cứng của vật liệu và sự tăng cường
độ ép nén thì chiều sâu biến dạng của sự co ngót sẽ được giảm xuống.
22
Sau khi xác định được các đường kính ở trên tất cả phần của chi tiết,
người ta tiến hành tính toán mức biến dạng theo từng bước và toàn thể quá trình.
Trong sự phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết và các điều kiện kỹ thuật, có thể
nhận được các phôi ống trên lõi tựa hoặc không cần lõi tựa.
Lực biến dạng là tổng của các lực: lực trực tiếp gây ra sự biến dạng ở
trong côn sau P
k
và lực biến dạng trong phần công tác của lòng búa P
lv
.
P = P

k
+ P
lv
Khi tính toán diện tích, người ta sử dụng giới hạn chảy đối với vật liệu gia
công. Khi nén ép nguội P
u
được tính đến trong trường hợp nếu điều kiện gia
công (
klv
LLe /;;
α
) phù hợp với vùng được giới hạn trên đồ thị hình 2.8, thì trị số
P
lv
được xác định theo công thức: P
lv
= l
lv
.d
2
.S
k
.
Hình 2.8: Đồ thị xác định điều kiện gia công để xác định thành phần lực P
k
1 - α = 4
0
, 2 - α = 8
0
, 3 - α = 12

0
, 4 - α = 16
0
Thành phần lực P
k
được xác định theo các công thức tương ứng với các
vùng I và II đồ thị hình 2.9.
23
Hình 2.9: Đồ thị xác định điều kiện gia công để tính lực biến dạng
I - Tương ứng
µ
= tgα/2; II - Tương ứng
µ
= tgα/2
÷
0,2
Trong trường hợp nếu e và α phù hợp với vùng I của đồ thị hình 2.5 thì P
k
sẽ được xác định theo công thức:









−









= 1
2
2
2
1
2
1
d
d
S
d
P
k
α
(2.2)
Gần lân cận đến các điều kiện của vùng II:






















−








+











−








= 11
4
2
4
2
0
2
4
0
2
0
µ
µ
µ
d
d
d

d
S
d
P
k
(2.3)
Ở điều kiện này đối với e ≤ 0,1; α = 0÷20
0
và µ ≤ 0,20 đường kính d
0
được xác định theo đồ thị hình 2.10-a; đối với e ≤ 0,35; α = 8
0
và µ ≤ 0,20
đường kính d
0
được xác định theo đồ thị hình 2.10-b; đối với e > 0,1; α > 8
0
; µ ≤
0,20 và e > 0,35; α = 0÷20
0
; µ ≤ 0,20 kết hợp với đồ thị hình 2.10 - c, d thì
đường kính d0 xác định theo công thức:
⇒
( )
ανξ
tge
d
d
++
=

1
1
0
(2.4)
24