đồ án kỹ thuật cơ khí Tính toán, thiết kế máy tóp quay

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu hướng phát triển công ngiệp hiện đại ngày nay, ngành gia
công kim loại băng áp lực càng nổi bật tính tiên tiến và vai trò quan trọng
đặc biệt của mình, nó cho năng suất rất cao mà nền công nghiệp hiện đại
đòi hỏi.
Ngành gia công kim loại bằng áp lực có thể gia công các chi tiết từ
đơn giản đến phức tạp, với độ chính xác khá cao, cơ tính, lý tính tốt và hơn
nữa các chi tiết đều có thể tiến hành gia công được một cách dễ dàng, hiện
nay trong nhiều công việc ngành gia công cắt gọt lại phải chuẩn bị phôi cho
ngành gia công áp lực.
Ở nước ta ngành gia công áp lực (rèn dập) đã có từ lẫu đời, nhưng so
với các nước tiên tiến trên thế giới ngành gia công áp lực (rèn dập) của ta
còn non yếu. Trong nền kinh tế hiện nay của nước ta ngành gia công áp lực
chắc chắn sẽ được Đảng và nhà nước ta chó ý phát triển vì nó là tiền đề của
sản xuất hàng loạt – tính kinh tế cao.
Muốn đẩy mạnh sự phát triển của gia công kim loại bằng áp lực
chúng ta cần phải có đủ thiết bị phục vụ cho nó từ thô sơ đến hiện đại.
Trong thực tế cuộc sống nói chung và trong ngành cơ khí nói riêng có rất
nhiều các chi tiết được chế tạo bằng phương pháp tóp quay hay rèn quay.
Tóp quay (rèn quay) là phương pháp cao tốc (thuộc dạng gia công
kim loại bằng áp lực) chế tạo các chi tiết có tiết diện đối xứng trục thay đổi
từ các phôi ban đầu. Có nhiều dạng khác nhau: dạng trục với một hoặc
nhiều bậc khác nhau, trục côn, trục chính, trục mũ của máy kéo sợi, các loại
kim khâu, nan hoa xe đạp, xe máy, trục đồng hồ…; dạng ống (các ống bằng
vật liệu inox để chế tạo lan can cầu thang, các đồ dùng gia dông trong nhà
như bàn, ghế…), các loại ống có hình dạng phức tạp, kì dị tuỳ theo yêu cầu
sử dụng.
Áp dụng phương pháp tóp quay so với phương pháp tiện có ưu điểm
hơn hẳn: đảm bảo tiết kiệm kim loại một cách đáng kể, giảm số nguyên công
xuống vài lần, nâng cao độ bền và đặc tính cơ lý tốt hơn nhiều.

Phương pháp gia công kim loại bằng tóp quay không chỉ tăng tính
kinh tế khi sử dụng phôi mà nó còn cho phép nhận được các chi tiết có độ
chính xác, độ bóng cao so với các nguyên công kết thúc như mài và đánh
bóng.
Việc thành lập máy có đặc tính ổn định và tin cậy, khi làm việc sẽ liên
quan chặt chẽ đến khả năng công nghệ rộng rãi của quá trình tóp quay khi
gia công các dạng khác nhau của chi tiết máy.
Độ bền chủ yếu của các chi tiết là: con lăn, vòng cách, đầu búa,
khuôn, truc chính…
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Nhược điểm của máy là gây tiếng động khi làm việc, điều đó làm
giảm phạm vi áp dụng của phương pháp tiên tiến này vào các ngành khác
nhau của chế tạo máy.
Trong các sản phẩm của tóp quay, ta chó ý đến sản phẩm dạng ống
bằng inox là mặt hàng đang được các công ty trong và ngoài nước yêu cầu
cung cấp với số lượng rất lớn.
Vấn đề ở đây là ngiên cứu và thiết kế máy để chế tạo các chi tiết
(phôi) dạng ống bằng vật liệu inox, dạng trục nhỏ nh trục đồng hồ, kim
khâu,…. Nếu vấn đề này thành công sẽ có ý nghĩa rất quan trọng, hàng năm
sẽ giảm được một lượng ngoại tệ đáng kể để nhập các phôi đó vào Việt
Nam.
Bộ môn Gia công áp lực- khoa Cơ Khí, trường Đại Học Bách Khoa
Hà Nội giao cho em nhiệm vụ tính toán và thiết kế máy để chế tạo các chi
tiết dạng trục, dạng ống bằng phương pháp tóp quay. Sau một thời gian
nghiên cứu, tìm tòi và được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn,
đặc biệt được sự giúp đỡ rất nhiệt tình và chu đáo của thầy giáo Đỗ Văn
Phúc em đã hoàn thành đồ án theo thời gian đã định. Nhưng đây là một đề
tài hết sức mới mẻ do trình độ và kiến thức có hạn, thêm vào đó điều kiện và
thời gian rất hạn chế nên đồ án này tuy bước đầu đã hoàn thành nhưng
chắc chắn còn rất nhiều thiếu sót, để đưa đồ án này hoàn chỉnh rất mong

được sự đóng góp ý kiến của các thày , các cô trong bộ môn cùng các bạn
đồng nghiệp.
Mọi ý kiến đóng góp của đọc giả xin gửi về theo chỉ: Bộ môn Gia
Công Áp Lực phòng 305 – C5 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Xin chân thành cảm ơn!
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
PhÇn I. LÝ THUYẾT MÁY VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
KIM LOẠI BẰNG TÓP QUAY.
Chương I. SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH TÓP QUAY
1.1 Thực chất quá trình tóp quay .
Qúa trình tóp quay là trạng thái khác nhau của gia công kim loại bằng áp
lực, tạo ra sù thay đổi hình dáng của phôi theo yêu cầu của bản vẽ bằng sự
tác động có chu kỳ của khuôn, khuôn thực hiện chuyển động quay và chuyển
động hướng kính hoặc chỉ chuyển động hướng kính đối với trục phôi. Trong
khi đó phôi có thể cố định hoặc chuyển động quay. Khi sản phẩm có dạng
hình vuông, tam giác và các tiết diện không tròn khác thì phôi đứng yên.
Phôi có thể đặc hoặc rỗng (đa số trường hợp), trục côn, trục vuông .v.v.
tuỳ theo hình dáng sản phẩm chế tạo.
Thời gian từ nhát này tới nhát khác chỉ bằng một phần của giây (đến
3000 nhát hoặc lớn hơn trong một phút)
Trong quá trình tóp thời kỳ làm việc được đặc trưng bằng chu kỳ làm
việc trên trục (khi có tải đến giới hạn bền và khi không tải bằng không).
Quá trình tóp quay được quy về sự biến dạng dẻo phôi bằng sự chuyển
một phần kim loại do sự tác động của nhiều lần áp lực theo chu vi, khi đó
xảy ra sự chảy kim loại dọc theo trục phôi ở hai hướng ngược nhau. Kết quả
do tóp ở tất cả các phía nên phôi giảm được tiết diện ngang và tăng chiều
dài.
Áp dông tóp quay có thể để gia công vật liệu chịu biến dạng dẻo lớn và
cả vật liệu ròn cao. Từ thực tế thấy rằng tóp quay rất tốt đối với hợp kim
nhôm, thép gió, vôn fram, môlipđen, vật liệu gốm và các vật liệu kém dẻo

khác.
Tóp vật liệu kém dẻo có thể tính theo sơ đồ biến dạng cơ học xảy ra khi
tóp quay. Khi tóp quay cũng như các dạng gia công bằng áp lực khác còn
giữ nguyên thể tích và tăng đặc tính bền của kim loại khi dập nguội, trong
khi đó gia công bằng cắt gọt thì giảm thể tích ban đầu, giảm chất lượng kim
loại do cắt vào thí kim loại.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Tóp quay từ phôi trụ có thể nhận được sản phẩm: trục một bậc hoặc một
số bậc, côn (chiều dài không lớn), trụ với phần giữa là nón, côn chiều dài
lớn, frofin vớn phần côn riêng chữ nhật, tam giác, elíp và các tiết diện không
tròn khác.
Trong khuôn khổ đồ án chúng ta chỉ khảo sát sự thay đổi hình dạng phôi
khi tóp hướng dọc và hướng ngang trong trường hợp prôfin trụ, côn và chi
tiết vuông từ phôi trụ và sử dụng máy dạng con lăn.
1.2 Sơ đồ cơ cấu tóp quay dạng con lăn và dạng cam - thanh truyền .
1
8
2
3 4 5 6
7
d
d1
s
Hình 1. 1- Vòng ôm; 2- Đầu búa; 3- Con lăn; 4- Khuôn
5- Đệm điều chỉnh; 6- Vòng cách; 7- Trục chính; 8- Phôi.
s
d1
d
1 2 3 4 5 6 7
8

Hình2. 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa;
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
5- Khuôn; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Trục chính; 8- Phôi.
d
1 2 53 4 6 7
d1
8
s
Hình 3. 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa;
5- Khuôn; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Trục chính; 8- Phôi.
1 2 3
4 5
7
6
89
d
Hình 4. 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa
5- Đệm điều chỉnh; 6- Khuôn; 7- Phôi; 8- Trục chính; 9- Trục chính trong.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
7
1
2
3 4 5 6
8
s
d
d1
d
Hình 5. 1- Vòng ôm; 2- Vòng cách; 3- Con lăn; 4- Đầu búa
5- Khuôn; 6- Trục chính; 7- Trục chính trong; 8- Phôi.

1 32
9
8
4
765
d
a
Hình 6. 1- Vòng ôm; 2- Vành; 3- Vòng cách; 4- Con lăn;
5- Đầu búa; 6- Khuôn; 7- Lò xo; 8- Bánh đai.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
1
2
3
4
5
6789
10
11
Hình 7. 1- Trục lệch tâm; 2- Biên; 3- Con lăn ổ đỡ cố định;
4,5- Con lăn; 6- Đầu búa; 7- Phôi; 8- Trục chữ T
9- Vá; 10- ổ đỡ bất động; 11- Khuôn dập.
Hình 8. 1- Trục lệch tâm; 2- Hộp điều chỉnh; 3- Bánh răng
4- Bánh răng trung tâm; 5- Biên; 6- Đầu búa có lắp khuôn dập.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Nguyên lý chung là sự quay tương đối của đầu búa và con lăn (vòng
cách), mỗi khi tiếp xúc với con lăn, đầu búa sẽ đi vào nén phôi sau đó do lực
li tâm (khi trục quay) hoặc lò so (khi trục cố định) làm đầu búa đi ra và lại
tiếp tục đến tiếp xúc với con lăn khác.
1.3 Phạm vi sử dụng và tham sè cho phép của vật gia công .
Tóp quay có thể gia công phôi nóng, nguội, phôi tròn, vuông, phôi đặc,

rỗng, phôi cán nóng và phôi kéo nguội.
Sự tạo hình mặt ngoài nhờ khuôn có hình dáng khoang làm việc tương
ứng với bề mặt đã cho, còn cấu trúc bên trong của chi tiết rỗng, ống nhận
được nhờ trục tâm.
Phần lớn các nguyên công tóp quay được quy về:
1- Nhận được hình dáng côn, vuông, trụ (một hoặc nhiều bậc) cũng
như prôfin phức tạp với phần trụ, côn trên bề mặt trong và ngoài
của sản phẩm.
2- Tạo ra trên trục, ngõng trục hình trụ côn phân bố trên một khoảng
cách nào đó kể từ bề mặt đầu của trục.
3- Tạo đầu nhọn ở cuối sản phẩm.
4- Dập tinh vật liệu thanh.
5- Thực hiện nguyên công lắp ráp.
Trong các nguyên công ta chú đến nguyên công dập tinh vật liệu thanh.
Khi tóp với truyền phôi lớn (một vài m/phút) cho vật liệu thanh cán nóng thì
sự dập tinh (calíp) (trong giới hạn 0,5 ÷ 1 mm trên đường kính) tiến hành
cũng như sự hiệu chỉnh, vì giá thành của vật liệu cán nóng cao hơn dập tinh
và cán nguội nên sự thực hiện dập tinh bằng tóp quay với mức độ đã biết sẽ
giảm giá thành chế tạo sản phẩm.
Đường kính nhỏ nhất có thể đạt được của tóp quay hạn chế bởi kích
thước của rãnh khuôn, không cho phép kim loại đi vào khi nó làm việc. Giới
hạn thấp nhất là φ0,3 ÷ φ0,4 mm, giá trị lớn nhất hạn chế bởi công suất của
máy và phụ thuộc các yếu tố nh: vật liệu sản phẩm, mức độ sản phẩm, mức
độ dập, đặc tính phôi (đặc, rỗng, nóng, nguội). Khi tóp quay phôi đường
kính đến 25 mm với thép thường và thép hợp kim hợp lý là tóp nguội, còn
lớn hơn thì dập nóng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Giá trị mức độ biến dạng trong một lần tóp phụ thuộc vào tính chất và
kích thước vật liệu phôi. Việc tăng hàm lượng các bon trong thép sẽ giảm
giá trị tóp. Giá trị tóp trong mét nguyên công đến 40% so với diện tích đầu,

là cực đại đối với sản phẩm d = 20mm, khi tóp tiếp phải ủ. Đối với sản phẩm
đường kính từ 1 ÷ 5 mm, giá trị tóp từ diện tích đầu tiến hành đến 87%. (ví
dụ đối với kim khâu, tuốc-lơ-vít, v.v…) còn với sản phẩm đường kính 6 ÷20
mm mức độ tóp đến 65% ( ví dụ nh các trục nhỏ).
Khả năng thực hiện mức độ dập cao với sơ đồ cơ học biến dạng (trang
85 của [I]) là một tính ưu việt quan trọng của quá trình tóp quay so với quá
trình khác của gia công kim loại bằng áp lực. Mức độ chính xác đạt được khi
tóp quay phụ thuộc trạng thái của khuôn, máy, kích thước sản phẩm, và đặc
tính tiến hành (nóng hay nguội). Chính xác nhất nh chỉ ra trong bảng 9,10,11
của [I], độ chính xác đạt được khi tóp ở trạng thái nguội cao hơn tóp ở trạng
thái nóng.
Bảng 9. Độ chính xác chế tạo các chi tiết hình trụ (mm).
Nguyên công Đường kính
Ngoài Trong
Tóp nóng
Tóp nguội
±0,3
±0,1
±0,1
±0,01
Bảng 11. Độ chính xác và độ bóng bề mặt khi tóp nguội hướng kính.
Nguyên công Kích thước phôi Độ chính
xác
Độ bóng
D d
1
Tinh chỉnh thỏi ……
Tóp thanh ………
Tóp trục chính ……
20

54
10,5
17
46
6,2
- 0,02
- 0,04
-0,04
-0,12
-0,015
-0,055
9 – 10
7 – 8
9 - 10
Máy kiểu con lăn đạt độ chính xác cao hơn máy lệch tâm. Độ bóng của
bề mặt sản phẩm phụ thuộc vào trạng thái của khuôn (độ chính xác kích
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
thước khoang làm việc và độ bóng của nó) và máy, lượng chuyển phôi và
loại phôi, trạng thái gia công (nóng hay nguội) v.v…
Với trạng thái hoàn hảo của khuôn (về độ chính xác kích thước rãnh, độ
bóng bề mặt cao) và máy khi tóp nguội độ bóng bề mặt gia công nhận được
rất cao. Sản phẩm hình trụ d = 4÷20 mm khi gia công hai đầu búa đạt độ
bóng bề mặt
1110
∇÷∇
. Sau khi tóp quay trục từ thép X9C2 với d
1
=
11mm, d = 13mm độ bóng cao hơn mài 2 ÷ 3 cấp. Mài đạt
87

∇÷∇
còn tóp
quay đạt
1110
∇÷∇
, khi tóp 4 đầu búa đạt
109
∇÷∇
.
Máy dạng con lăn số lần tóp trong một phút đến 3000, còn máy tay quay
thanh truyền 600 ÷ 800. Tức là khi số lần tiếp xúc của khuôn và phôi lớn
hơn thì độ bóng lớn hơn.
Khi giảm tiết diện đi 20% đảm bảo cải tiến đáng kể độ bóng bề mặt, nếu
mong muốn nâng cao độ bóng thì nâng mức độ biến dạng nhưng không vượt
cao quá. Chất lượng bề mặt khi tóp phụ thuộc vào gia công cơ sơ bộ trên
máy tiện vì nhấp nhô bề mặt xuất hiện sau khi mài được san bằng càng tốt
thì càng sắc (tuy rằng chiều sâu nhỏ hơn).
1.4 Đặc tính tóp quay .
1.4.1 So sánh với các phương pháp khác.
Tóp quay là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng áp
lực, thường qui về quá trình rèn nhưng thực chất nó không hoàn toàn như
vậy. Quá trình tóp quay có những đặc tính khác:
1 – Khi rèn xảy ra hai biến dạng kéo và một biến dạng nén còn khi tóp
quay thì hai biến dạng nén và một biến dạng kéo.
Ta thấy rằng khi đầu búa tiến đến tiếp xúc với phôi (đạt
max
ϕ
) thì nó
vẫn có hai biến dạng kéo nhưng làm thay đổi thể tích rất nhỏ, tiếp theo do
khuôn quay làm kim loại thay đổi hình dáng theo chu kỳ thể tích kim loại

theo hướng trục I – I chịu biến dạng nén theo hướng kính , tại thời điểm này
kim loại theo hướng trục III – III chịu biến dạng kéo theo hướng trục, cứ tiếp
theo như vậy tại một thời điểm nào đó sẽ có một hướng chịu biến dạng kéo
và một hướng chịu biến dạng nén. Vậy mỗi phần thể tích kim loại đều chịu
biến dạng chu kỳ kéo nén. Với sai số không lớn ta có thể lấy sơ đồ với hai
biến dạng nén và một biến dạng kéo. Nhờ sơ đồ nh vậy khi tóp quay có điều
kiện biến dạng dẻo lợi hơn so với rèn và đạt được mức độ biến dạng cao
hơn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
2 – So với tóp quay: Rèn thường khác là tải trọng va đập còn tóp
quay tính đến số lần tóp đặc biệt lớn tác động lên sản phẩm - áp lực nhanh.
Khi rèn dụng cụ làm việc tác động vào sản phẩm đến khi không tích
trữ được năng lượng động. Còn khi tóp quay còng nh tóp hướng kính bằng
phương pháp dùng vận tốc của dụng cụ (đầu búa) với độ chính xác lớn được
điều khiển bằng chi tiết dẫn động.
Mặt khác lượng kim loại bị biến dạng do đầu đi vào đã xác định chính
xác và tương ứng với yêu cầu của sản phẩm. Cơ bản tác động của máy tác
động con lăn là sự liên hệ động học giữa con lăn, đầu búa, khuôn và phôi.
Tại thời điểm tiếp xúc của khuôn với phôi có vận tốc tích tụ, tính toán vận
tốc này trong hành trình làm việc thay đổi theo đường cong cứng, phụ thuộc
chỉ vào đặc điểm động học của máy mà không phụ thuộc vào đặc tính phôi.
Thực tế thấy thời gian tóp là 0,00103s. Vận tốc chuyển động của
khuôn theo công thức 116 (trang 122 của [I])
0047,0
=
π
n
v
m/s. Máy tay
quay bắt đầu biến dạng v = 0,3 m/s. Hành trình làm việc của khuôn khi tóp

quay được tính không chỉ bằng milimét mà bằng một phần milimét . Trong
thực tế nó bằng 0,5 mm. Máy tay quay hành trình từ 70 đến 460 mm.
Với hành trình bé và vận tốc khuôn nhỏ thấy rằng quá trình biến dạng
kim loại thực hiện không tính đến tác động va đập mà tính tác động áp lực.
Quá trình tóp quay đặc trưng bằng sự đặt lực đồng thời của các phản lực P
1
với 2 (hoặc 4) phía ngược nhau của phôi. Khi đó sơ đồ lực tác động hướng
vào tâm cơ cấu tóp. Đó là điều quan trong khi thiết kế máy tóp quay.
Nh chỉ ra ở trên tóp quay được đặc trưng bằng mức độ biến dạng khá
lớn trong một hành trình: sản phẩm lớn q = 60% (40% diện tích đầu); sản
phẩm nhỏ (kim khâu, các chi tiết trong đồng hồ v.v…) q = 87% diện tích
đầu. Điều này giải thích nh sau:
a) Qúa trình tóp quay là tổng của số rất lớn lần tóp riêng, mà
mỗi lần tóp xảy ra biến dạng rất nhỏ. Với mức độ biến dạng
chung của phôi d = 8mm trong một hành trình q = 43,7%,
mức độ biến dạng sau một lần tóp nằm trong giới hạn 1,1 ÷
1,45%.
b) Diện tích tiếp xúc khuôn & phôi nén tương đối nhỏ và quá
trình toàn bộ phôi chịu nén toàn diện.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
c) Sơ đồ cơ học biến dạng thành lập điều kiện thuận lợi để biến
dạng dẻo phôi.
Việc chọn hợp lý phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc
vào độ chính xác yêu cầu và độ bóng bề mặt, kích thước sản phẩm, hình
dáng của nó, tương quan chiều dài, tiết diện ngang và các yếu tố khác. Vì
khi chế tạo chi tiết tròn đường kính đến 20 mm với độ chính xác cao, độ
bóng bề mặt cao, cũng như đối với các chi tiết có tương quan chiều dài và
đường kính lớn, hợp lý là phương pháp tóp quay nguội.
Áp dông tóp quay để chế tạo một số chi tiết :
Quá trình tóp quay có một số ưu điểm so với gia công kim loại bằng

cắt gọt:
1- Đạt tính kinh tế của gia công kim loại do trong quá trình gia
công không có phoi, kinh tế nhất là khi chế tạo các chi tiết
dạng côn chiều dài lớn.
2- Tăng năng suất lên vài lần.
3- Nâng cao độ chính xác gia công và độ bóng bề mặt.
4- Loại trừ sự vận chuyển phôi.
5- Có khả năng tạo chi tiết hình trụ, côn có đường kính nhỏ
nhưng chiều dài lớn vì gia công trên máy tiện rất khó khăn
do võng, uốn gây ôvan. Tóp quay khắc phục uốn vì phôi
được nén đều ở mọi tiết diện.
6- Tăng tính chất cơ học (giới hạn bền, cứng) và cấu trúc kim
loại tốt hơn (có ý nghĩa đặc biệt lớn để tăng tuổi thọ của chi
tiết).
Ta lấy một số ví dụ thực tế:
*) Trục:
- Dùng tóp quay sẽ thay thế hàng loạt nguyên công tiện, mài.
- Thời gian gia công tiết kiệm được 1,797 đến 0,907 phút tức là mỗi
sản phẩm mất 0,8 phút. (giảm hai lần)
- Tiết kiệm kim loại :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
+ Phôi tiện: φ 19,5 chiều dài l = 309,5mm
+ Phôi tóp: φ 19,5 chiều dài l = 200 mm
Mỗi chi tiết tiết kiệm được 101g hay 14%.
- Độ bền tăng tạo điều kiện giảm nhỏ kích thước: tiện φ19,5 mm còn
tóp quay φ10,5 ÷14,5.
*) Van máy kéo:
- Thay thế hàng loạt nguyên công: tiện, nắn, mài.
- Đạt cấp chính xác 2.
Độ bóng cao hơn khi mài 2÷ 3 cấp

Mài ∇7 ÷ ∇8
Tóp ∇9 ÷ ∇11
- Giảm thời gian gia công 1 chi tiết từ 5,059 phút đến 4,43 phút tăng
năng suất 11%.
- Giảm lượng phoi, hiệu quả kinh tế đạt 12 ÷ 14%.
- Tăng tính chất cơ học tạo điều kiện giảm kích thước 10 ÷ 15%.
1.4.2 Đặc tính tóp phôi bằng khuôn dập theo hướng dọc và hướng
ngang
Đối với chi tiết hình trụ hoặc hình nón có chiều dài không lớn phôi
được truyền vào côn của khuôn quay. Dưới tác dụng của lực nén của khuôn
gây ra áp lực trên phôi và làm nó biến dạng, khi đó sẽ làm giảm tiết diện
ngang của phôi và kim loại chảy theo hướng trục của phôi ở hướng chuyển
động và ngược lại. Đầu tiên sự tiếp xúc của khuôn nón với phôi xảy ra từ
đường kính lớn nhất của nón trên khoảng cách l
H
.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
d
l
s
Η
D
2
1
Ι
ΙΙ
V
1
ϕ
S S

ΙΙ
Ι
2
V
S
l
l
x
ΙΙ
Ι
V
d
1
n
a) b) c)
Hình 9. 1- Phôi; 2 Khuôn dập.
I. Vị trí đầu của khuôn dập; II. Vị trí cuối của khuôn dập.
S – Buớc truyền phôi.

s
tg
dD
l
H
+
−
=
2
2
ϕ

(1)
Trong đó: D - Đường kính ngoài của khuôn.
d - Đường kính khởi đầu của phôi.
ϕ - Góc côn của khuôn.
Khi truyền phôi vào phần côn của khuôn sau một lần tóp đi một chiều
dài s thì thể tích kim loại dịch chuyển khi kết thúc lần tóp đầu tiên biểu diễn
bởi giá trị:







−=
2.
3
2
2
2
2
1
ϕϕ
π
tgsdtgsV
(2a)
Sau khi kết thúc lần tóp đầu tiên cuối phôi chịu biến dạng được hình
nón gần với khuôn côn. Ở các lần nén sau thể tích kim loại di chuyển sẽ
cpcp
VVVV 3,2

32
==
(hình 9b).
Với
( )
n
sdd
V
cp
4
2
1
2
−
=
π
(2b)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Hiện tượng nh vậy sẽ tiếp diễn đến khi nào chiều dài côn của phôi tới
giá trị bằng chiều dài làm việc của khuôn côn tương ứng với n lần nén. Sau
những lần nén đó phôi sẽ kéo dài không chỉ ở phần cuối khuôn chiều dài l
mà ở phần trụ đi một lượng
sl
x
=
nữa (Hình 9c). Sau n lần dập đó có
( )
n
sdd
V

n
4
2
1
2
−
=
π
(2c)
Sau mỗi lần phôi trong khuôn côn trên chiều dài s biến dạng đến
đường kính cuối cùng đã cho d
1
bằng đường kính của khuôn .Quá trình tóp
sẽ tiếp tục đến giới hạn này chiều dài tĩnh của phần đường trụ đường kính d
1
và đạt được kích thước đã cho. Khi sản phẩm là chi tiết còn chiều dài không
quá lớn, quá trình tóp đóng kín cửa ra ngay từ đầu, phôi trong giới hạn làm
việc của khuôn côn.
Sau đây chúng ta nghiên cứu điều kiện tiếp xúc của đầu búa với bề
mật phôi ở hướng tiết diện ngang phô thuộc vị trí đầu búa tương quan với
con lăn
Ta kí hiệu (Hình10):
- α góc tạo bởi đường tâm của trục chính (phôi) với con lăn O
1
O
2
và
đường tâm của con lăn với đầu búa trên O
2
O

3
.
- β góc giữa O
1
O
2
và O
1
O
3
.
- γ góc giữa O
2
O
3
và O
1
O
3
.
- r bán kính cong của đầu búa.
- R
P
bán kính con lăn.
-
xp
R

bán kính tâm con lăn
-

H
b
khoảng cách tâm phôi đến bề mặt cong của đấu búa khi nó ở vị trí
thấp nhất.
- b khoảng cách tâm phôi đến bề mặt cong của búa ở vị trung gian
thay đổi từ
H
bb
=
min
đến
CB
Rb
.max
=
.
-
CB
R
.
bán kính trong của vòng cách.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
- k khoảng cách từ tâm trục đến bề mặt dưới của khuôn thay đổi từ
0
min
=
K
đến
H
bbK

−=
max
Từ tam giác O
1
O
2
O
3
xác định:
( )
( )
xpp
xpp
RrR
aRrR
+
−++
=
2
cos
22
2
α
(3)
( )
xp
pxp
aR
rRRa
2

cos
2
22
+−+
=
β
(4)
( )
( )
rRa
RarR
p
xpp
+
−++
=
2
cos
22
2
γ
(5)
α
β
γ
R
p
A
R
e

.
p
b
R
b
t
a
3
K
6
O
H
B
.
C
O
3
5
r
π
A
4
3
2
O
2
1
7
Hình 10. Đầu búa tiếp xúc với con lăn.
1- Con lăn; 2- Vòng cách; 3- Đầu búa;

4- Dẫn hướng đầu búa; 5- Khuôn dập;
6- Phôi; 7- Vòng ôm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
α
α
β
β
R
p
b
a
1
O
0
O
3
A
1
A
O
0
2
Hình 11. Khuôn tiếp xúc với phôi.
Từ hình 10 ta thấy: a = b – r (6)

pxpH
RRb
−=
(7)

β
cosKt
=
(8)
Khi vị trí đầu của búa cao nhất ứng với điểm tiếp xúc A khuôn tách xa
nhất tâm trục và không tiếp xúc với trục phôi, vì vậy ví trí này tương ứng
với giá trị lớn nhất của α và β. Vị trÝ búa thấp nhất ứng với điểm A
n
ứng vị
trí thấp nhất của khuôn, đặc trưng cho kết thúc dập phôi (α = β = 0, γ =
180
0
).
Sự tiếp xúc đầu tiên của bề mặt khuôn và bề mặt phôi (biến dạng đầu)
xẩy ra khi góc
ββαα
<<<<
oo
0&0
(Hình 11).
Đặc tính tạo hình ở tiết diện ngang và khi thay đổi vị trí của khuôn
phụ thuộc vào góc β mà tương quan với phôi khi
g
ks
R
R
(R
K.S
bán kính côn
của khuôn,

g
R
bán kính phôi), biểu diễn trên hình 12. Như đã chỉ ra trên
hình giá trị góc
o
β
ứng với sự tiếp xúc đầu tiên của búa với con lăn, khuôn
không tiếp xúc với con phôi – vị trí I (Hình 12a).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Khi giảm góc β thì khuôn gần đến phôi và khi β = β
1
tham gia tiếp
xúc phôi ở điểm A (Hình 12b) – vị trí II. Khuôn côn ở biến dạng đầu búa
tiếp xúc với phôi theo tiết diện ngang ở hai điểm và theo hướng dọc theo 2
đường (AB).
Khi giảm góc β bề mặt tiếp xúc với phôi tăng. Phôi khi đó cố định
trong quá trình tóp quay, còn trục chính quay xác định dưới góc tương ứng
β
2
,β
3
…β
n
tương ứng với trục I- I. Như vậy mỗi giá trị của góc quay của
khuôn tương ứng với thể tích kim loại bị biến dạng.
Góc trung gian β = β
2
ứng với phần A
1
B

1
trên phôi chịu sự thay đổi
hình dáng (phần gạch chéo hình12c). Giá trị β
2
trên hình ứng với vị trí III
của khuôn. Đến cuối quá trình tóp phôi chịu tác dụng nén sẽ biến dạng
1
δ

theo
II
−
và biến dạng kéo
3
δ
theo III – III. Khi đó kích thước phôi theo
trục
IIIIII
−
tăng, còn trục I – I giảm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
I
I
I
I
III
III
l
0
0

R
g
R
k
.
s
s
.
t
g
ϕ
/
2
O
O
O
b
o
R
g
I
1
I
R
k
.
s
1
O
O

1
I
I
III
III
O
1
K
K
1
π
A
A
III
R
g
b
o
I
I
2
III
R
k
.
s
O
O
O
I

I
2
K
K
π
1
A
1
1
A
1
B
B
1
δ
δ
δ
δ
3
3
1
1
1
V
1
V
2
V
2
V

III
R
g
I
s
.
t
g
ϕ
/
2
III
R
k
.
s
O
O
1
I
1
R
κ
O
d + 2s.tg
ϕ
/2
∼
∼ g
β

=

0
120
°
- 1
50
°
A
B
d
κ
IV
a)
b)
c)
d)
I
II
III
IV
1
2
S
a
a
B
j
/

2
s
.
t
g
ϕ
/
2
II
II
Hình 12. Sù thay đổi hình dạng khi tóp phôi theo tiết diện ngang khi
gks
RR
>
.
a- Vị trí biên bên trên của khuôn dập (khuôn không tiếp xúc với phôi).
b- Khuôn dập bắt đầu tiếp xúc với phôi.
c- Vị trí trung gian khuôn dập trong quá trình biến dạng.
d- Vị trí biên bên dưới của khuôn dập (kết thúc biến dạng).
Biến dạng kim loại kết thúc khi β = 0, ở thời điểm này khuôn ở vị trí
thấp nhất và phôi biến thành hình elíp (gần tròn). Với kích thước theo trục
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
II
−
:
K
da ='
và theo trục III – III :
2/.2'
ϕ

tgsdb
g
+≈
(hình 12d), trong
đó d
K
- đường kính cuối cùng của phôi sau tóp tại tiết diện a – a,
2/.2
ϕ
tgsdd
gK
−=
;
g
d
- đường kính phôi.
Bán kính côn của khuôn:
π
K
d
R
K
KS
+=
2
với K
π
- 1/2 chiều dày lớp
đệm, nằm giữa khuôn khi chế tạo ở khoang làm việc.
Khi kết thúc tóp góc tiếp xúc giữa bề mặt khuôn và phôi trong khoảng

120 ÷ 150
0
, điều đó được xác nhận bằng đặc điểm và giá trị bề mặt mài mòn
của khoang làm việc của khuôn.
Sự tăng góc tiếp xúc giữa bề mặt khuôn và phôi được gây ra bằng sự
chảy kim loại theo hướng vuông góc với hướng làm việc của khuôn.
Sau khi tóp với sự thay đổi vị trí đầu của khuôn đối xứng trục I – I
(ứng với số con lăn) hình dạng elíp của tiết diện được coi là tròn (trong giới
hạn cho phép). Trong khoảng thời gian khuôn làm việc tác động chu kỳ lên
phôi theo hướng trục I – I còng nh III – III do vậy nhận được hình tròn. Khi
gKS
RR
<
và
2/.
ϕ
tgsRR
gKS
−>
sự tiếp xúc của khuôn với phôi ban đầu
xảy ra ở vị trí tiếp giáp đường kính mép khoang làm việc (hình 13a). Khi
khuôn làm việc sự tóp của phôi xảy ra trong vỏ phần tâm của khoang làm
việc mà ở phần mép (hình 13b). Ở thời điểm kết thúc quá trình biến dạng sự
tiếp xúc của khuôn với phôi thực hiện theo toàn bộ mặt của khuôn
(hình13d).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
O
s
.
t

g
ϕ
/
2
d
d
O
K
g
1
1
O
R
K.S
A
A
β
III III
1
O
O
1
O
β
1
1
I
I
I
I

a) b)
III III
c) d)
III III
III
III
β
π
1
O
O
1
O
I
I
I
d + 2s.tg
ϕ
/2
∼
∼
Κ
β = 0
O
O
1
d
Κ
Hình 13. Sù thay đổi hình dáng tiết diện ngang khi tóp với
2/.

ϕ
tgsRR
gKS
−>
và
gKS
RR
<
.
1- Khuôn dập. 2- Phôi.
Với đặc điểm biến dạng đó ở thời điểm va chạm của mép khoang làm
việc của khuôn với phôi xuất hiện ứng suất lớn (so với áp lực trung bình) so
với bề mặt lớp tiếp xúc khác. Khi bán kính tương đối nhỏ khuôn tóp tròn
đưa vào phôi gây ra sự cắt cục bộ bề mặt kim loại dẫn đến giảm độ chính
xác và bóng của phôi chế tạo, ngoài ra ở ổ biến dạng dòng kim loại chảy khó
khăn ở hướng trục III – III, điều đó cũng gây ra sự qúa tải (ứng suất) trong
khuôn (góc tiếp xúc gần tới 180
o
) điều đó gây ra sự vỡ mép khuôn dọc theo
khoang làm việc.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
Khi
gKS
RR
>
sự chảy kim loại ở phần mép với góc 15 ÷ 30
0
với
hướng III – III theo chu kì trong suốt quá trình biến dạng không đổi và góc
tiếp xúc lớn nhất của khuôn với phôi là 120 ÷ 150

0
. Nh vậy không tạo áp lực
quá tải ở khoang làm việc của khuôn. Biến dạng dẻo tiến hành đồng đều, tạo
khả năng nâng cao độ bền của khuôn (ngăn sự tạo thành ma sát trong máng
làm việc).
Từ trên, chế tạo khuôn với
gKS
RR
<
không thực hiện. Vì vậy việc
nghiên cứu sau này chúng ta áp dụng điều kiện biến dạng kim loại khi
gKS
RR
>
. Trong các điều kiện khảo sát thường coi rằng vị trí con lăn tiếp
xúc với đầu búa không thay đổi. Sự quay của con lăn xung quanh trục chính
(có xảy ra trong đa số trường hợp) không mang lại sự thay đổi nào trong đặc
tính biến dạng của kim loại, chỉ thay đổi góc nghiêng của khuôn với trục
phôi và cường độ biến dạng trong cùng thời gian.
Vì trong trường hợp vị trí con lăn không đổi tâm bề mặt cong của đầu
búa khi trục chính quay đi góc β
S
(hình 14) từ vị trí ban đầu của nó tương
ứng với tiếp xúc ban đầu búa với con lăn và ứng với góc β
0
sẽ tách ra từ trục
phôi một đoạn
'
31
OO

. Trong trường hợp con lăn quay đi một góc như vậy
thì tâm con lăn dịch chuyển đi một khoảng
spx
ROO
β
.6,0
.
'
22
=
(khi
op
vv 6,0
=
, xem trang [1]) và lượng ứng với vị trí này tâm bề mặt cong đầu
búa đối với trục của phôi sẽ đạt giá trị
'
3131
OOOO
>
π
hiệu h =
'
3131
OOOO
−
π
sẽ đặc trưng cho sù thay đổi mức độ, cường độ qúa trình tóp.
Sự giảm khuôn tiến vào phôi tự nhiên kéo dài thời gian biến dạng, chịu tải
đều hơn và điều kiện làm việc của máy đỡ ồn hơn.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
α
Α
Η
Α
Η
0
π
0
π
s
β
H
s
Ο
2
Ο
2
3
Ο
Ο
3
Ο
3
π
1
Ο
β
β
β

0
,
6
β
α
α
Hình 14. Vị trí tâm của đầu búa phụ thuộc vào sự dịch chuyển con lăn của
vòng cách.
Trong sự xác định sau này quá trình tóp quay sẽ đưa vào góc α
π
, β
π
liên quan đến sự dịch chuyển của con lăn đối với trục phôi.
Ta thấy rằng đặc tính thay đổi hình dáng trong quá trình tóp và sự tính
toán sau này sẽ dựa trên sự cân bằng diện tích tiết diện phôi trước và sau
biến dạng một lần tóp. Điều kiện nh vậy chỉ đảm bảo giải gần đúng. Trong
thực tế đi sâu, ban đầu sự tiếp xúc của bề mặt côn của đầu búa với phôi bắt
đầu tiến hành biến dạng không chỉ theo chiều ngang mà còn theo chiều dọc
phôi, vì để sau này khi khảo sát ngoại lực tác động không gặp trở ngại và tiết
diện ban đầu nó thay đổi không chỉ hình dáng mà cả diện tích (K
к о н

≠
K
нач
).
Khi so sánh với góc không lớn (côn) của khuôn ϕ, lấy trong điều kiện
thực tế có thể tính gần đúng K
к о н
= K

нач
vì đối với phôi
mmd
g
20
=
và
o
11
=
ϕ
, diện tích tiết diện phôi sau khi kết thúc quá trình tóp thứ nhất K
к о н
=0,9989 K
нач
tức là sai sè 0,11% trong thực tế có thể bỏ qua. Sự giảm tiết
diện ngang phôi xảy ra tương ứng trị số truyền và phần côn vào của khoang
làm việc của khuôn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
1.4.3 Các giai đoạn của quá trình tóp và các thông số cơ bản của quá
trình tóp.
Người ta chia các giai đoạn của quá trình tóp quay :
+ Sự bắt đầu tiếp xúc của đầu búa với con lăn
+ Sự bắt đầu tiếp xúc của khoang làm việc của khuôn với phôi (bắt
đầu tóp).
+ Sự tác động của khuôn lên phôi (quá trình tóp).
+ Ra khỏi sự tiếp xúc của đầu búa với con lăn.
Thông qua mỗi giai đoạn đã chỉ ra ước định các giá trị α, β, К, b,
,. vvK
π

Khảo sát quá trình tóp khi mét khi mét hay hai cặp đầu búa &
khuôn.
Khi một cặp khuôn & đầu búa, điều kiện tiếp xúc ban đầu của đầu búa
với con lăn, nh đã chỉ ra ở trên xác định bằng công thức từ (3) ÷ (8).
Điều kiện khi tiếp xúc ban đầu của khuôn và phôi:
Từ tam giác AOO
1
(hình15)
( )
KKR
RKKR
g
skg
o
−
−−+
=
π
π
θ
2
)(
cos
2
.
22

=
)(2
)()(

222
KKR
KRKKR
g
kg
−
+−−+
π
ππ
; (9)
;900
1
o
÷=
ψ
(10)
;90
12
ψψ
−=
o
(11)
Bán kính khuôn
π
KRR
ksk
+=
.

(12)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính toán, thiết kế máy tóp quay.
A
B
K
K
π
O
O
1
β
ϕ
ψ
ψ
θ
2
3
1
R
R
g
K
.
S
K
R
Hình 15. Góc tiếp xúc của khuôn dập với phôi khi có một cặp khuôn dập.
Trong đó: R
k
– bán kính cong của phôi sau tóp tại tiết diện a – a.
2/.

ϕ
tgsRR
gk
−=
(13)
g
R
- bán kính phôi.
π
K
- một nửa chiều dày lớp đệm đặt giữa khuôn khi tạo thành miệng
của chúng (ôvan). Giá trị
π
K
có thể xác định từ điều kiện có góc tiếp xúc
lớn nhất của khuôn với phôi
max
ψ
= 120 ÷ 150
o
khi kết thúc mỗi lần dập.
Với góc đã chỉ ra đảm bảo phân bố ứng suất đều hơn trên tiết diện của phôi,
bảo đảm độ chính xác cao và độ bóng bề mặt cao.
Khi giá trị
max
ψ
> 150
o
do chảy kim loại khó khăn ở hướng ngang nên
xảy ra sù ra sớm của kim loại ra khỏi khuôn, do vậy tạo thành vết xước dọc

trong khoang làm việc của nó. Từ tam giác OAO
1
(hình 16).