NGHIÊN cứu BIẾN DẠNG tạo HÌNH KHỚP nối CHỮ THẬP BẰNG CÔNG NGHỆ ép CHẢY NGANG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG
CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY NGANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ THÁI HÙNG

Hà Nội – 2013

1


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng đƣợc
ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trƣớc đây.

Tác giả luận văn

Nguyễn Tuấn Anh

2

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn tới TS. Lê Thái Hùng đã trực tiếp hƣớng dẫn,
tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi của các
thầy cô Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu - Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và giúp
đỡ của các cán bộ, giảng viên Bộ môn Cơ học vật liệu và Cán kim loại, Viện Đào
tạo sau đại học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội trong quá trình học tập để hoàn
thành luận văn.
Hà Nội, ngày 23 tháng 11 năm 2013
Tác giả luận văn

Nguyễn Tuấn Anh

3


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................8
LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................11
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY NGANG ....................13
1.1. Tổng quan về công nghệ ép chảy ...................................................................13
1.1.1. Định nghĩa ................................................................................................13
1.1.2. Phân loại quá trình ép chảy ......................................................................13

1.1.3. Nguyên lý làm việc của quá trình ép chảy ...............................................19
1.1.4. Ƣu điểm của phƣơng pháp ép chảy ..........................................................20
1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp ép chảy ngang .....................................................20
1.2.1. Đặc điểm của phƣơng pháp ép chảy ngang ..............................................20
1.2.2. Nguyên lý làm việc của quá trình ép chảy ngang ....................................21
1.2.3. Sản phẩm của phƣơng pháp ép chảy ngang ............................................22
1.2.3. Máy ép chảy .............................................................................................23
1.2.4. Quy trình công nghệ truyền thống............................................................23
1.2.5. Quy trình công nghệ tiên tiến ...................................................................25
1.3. Các công trình đã nghiên cứu về ép chảy ngang trên thế giới ........................28
1.4. Kết luận ...........................................................................................................29

4


CHƢƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ
TRÌNH ÉP CHẢY.....................................................................................................30
2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo hình .................................................30
2.1.1. Ma sát trong quá trình ép chảy .................................................................30
2.1.2. Hệ số ép chảy ...........................................................................................31
2.1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình ép chảy........................................31
2.1.4

Ảnh hƣởng của dòng chảy vật liệu .......................................................33

2.2. Các dạng khuyết tật trong quá trình ép chảy ..................................................34
2.2.1. Phá vỡ bề mặt ...........................................................................................34
2.2.2. Sốc nhiệt ...................................................................................................35
2.2.3. Nứt ở tâm hoặc ngoài bề mặt ...................................................................35
2.2.4. Thay đổi cấu trúc và tính chất ..................................................................36

2.3. Kết luận ...........................................................................................................36
CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP
CHẢY NGANG KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG PHẦN MỀM DEFORM3D .....38
3.1. Giới thiệu về phần mềm Deform3D ...............................................................38
3.2. Mô phỏng số ...................................................................................................39
3.2.1 Giới thiệu về sản phẩm ..............................................................................39
3.2.2. Mô hình hình học .....................................................................................42
3.2.3. Vật liệu sử dụng mô phỏng ......................................................................46
3.2.4. Nhận dạng mô hình ứng xử của vật liệu bằng phƣơng pháp nén đơn......47
3.2.5. Kết quả hình dạng sau khi mô phỏng .......................................................51
3.2.6. Tối ƣu hóa các thông số ảnh hƣởng đến kết quả mô phỏng về hình dạng
của sản phẩm ......................................................................................................56

5


3.2.7. Phân tích ứng suất-biến dạng với bộ thông số hợp lý ..............................57
3.3. Kết luận ...........................................................................................................62
CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG
PHƢƠNG PHÁP ÉP CHẢY NGANG .....................................................................63
4.1. Giới thiệu chung .............................................................................................63
4.2. Thực nghiệm chế tạo.......................................................................................63
4.2.1. Chuẩn bị mẫu............................................................................................63
4.2.2. Chuẩn bị khuôn ép ....................................................................................64
4.2.3. Máy ép ......................................................................................................65
4.3. Kết quả thực nghiệm .......................................................................................66
4.3.1. Hình ảnh sản phẩm thực nghiệm ..............................................................66
4.3.2. So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng ............................................68
4.4. Kết luận ...........................................................................................................74
KẾT LUẬN ...............................................................................................................75

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................76

6


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Thành phần hoá học của thép SKD 61 .....................................................44
Bảng 3.2. Thành phần hoá học của thép SKD 11 .....................................................45
Bảng 3.3. Điều kiện biên ...........................................................................................51

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Ép chảy thuận ............................................................................................ 14
Hình 1.2. Ép chảy ngƣợc ........................................................................................... 14
Hình 1.3. Sản phẩm ép chảy hoàn toàn (trái) và ép chảy cục bộ (phải). .................. 17
Hình 1.4. Một số hình ảnh về ép chảy hình ống. ...................................................... 18
Hình 1.5. Một số hình ảnh về ép chảy thành mỏng. ................................................. 18
Hình 1.6. Nguyên lý làm việc của quá trình ép chảy ................................................ 19
Hình 1.7. Nguyên lý làm việc của ép chảy ngang..................................................... 21
Hình 1.8. Sản phẩm ép chảy ngang ........................................................................... 22
Hình 1.9. Máy ép chảy .............................................................................................. 23
Hình 1.10. Các sản phẩm dập khối ........................................................................... 24
Hình 1.11. Quy trình công nghệ dập khối ................................................................. 24
Hình 1.12. Các sản phẩm ép chảy ngang .................................................................. 26
Hình 1.13. Qui trình công nghệ ép chảy ngang ........................................................ 26
Hình 2.1. Sơ đồ ép chảy xuôi (a) và ép chảy ngƣợc (b) với hệ thống lực tác dụng lên

phôi ............................................................................................................................ 30
Hình 2.2. Dòng chảy vật liệu trong quá trình ép ....................................................... 33
Hình 2.2. Vết nứt ở bề mặt ........................................................................................ 34
Hình 2.3. Sốc nhiệt ở ép chảy nhôm ......................................................................... 35
Hình 2.4. Vết nứt ở tâm............................................................................................. 35
Hình 2.5. Hiện tƣợng lớn hạt gây ra thay đổi về tính chất vật liệu ........................... 36

8


Hình 3.1. Sản phẩm khớp nối chữ thập thực tế ......................................................... 39
Hình 3.2. Khớp nối chữ thập trong trục các-đăng..................................................... 40
Hình 3.3. Kích thƣớc và mô hình 3D của sản phẩm ................................................. 42
Hình 3.4. Kích thƣớc và mô hình 3D của phôi ......................................................... 42
Hình 3.5. Kích thƣớc và mô hình 3D của khuôn dƣới .............................................. 43
Hình 3.6. Kích thƣớc và mô hình 3D của khuôn trên ............................................... 44
Hình 3.7. Kích thƣớc và mô hình 3D của chày ép .................................................... 45
Hình 3.8. Mô hình 3D và mô hình mô phỏng ........................................................... 46
Hình 3.9. Vị trí của Pb trong hệ thống tuần hoàn hóa học ........................................ 46
Hình 3.10. Kim loại chì nguyên chất ........................................................................ 47
Hình 3.11. Kích thƣớc mẫu thử nén .......................................................................... 48
Hình 3.12. Mẫu thử nén thực tế ................................................................................ 48
Hình 3.13. Mô hình thử nén đơn ............................................................................... 48
Hình 3.14. Đƣờng cong ứng suất-biến dạng của Chì ................................................ 49
Hình 3.15. Quan hệ giữa ứng suất và tốc độ biến dạng tại ε = 0.5 ........................... 50
Hình 3.16. Hình ảnh sản phẩm hoàn chỉnh sau mô phỏng........................................ 51
Hình 3.17. Ảnh hƣởng của hệ số ma sát đến lực ép .................................................. 52
Hình 3.18. Ảnh hƣởng của vận tốc ép đến lực ép ..................................................... 53
Hình 3.19. Ảnh hƣởng của bán kính lƣợn đến lực ép ............................................... 54
Hình 3.20. Ảnh hƣởng của truyền nhiệt đến lực ép .................................................. 55

Hình 3.21. Kết quả mô phỏng hình dạng sản phẩm khi thay đổi các thông số ......... 56
Hình 3.22. Ứng suất theo chiều dọc sản phẩm (a) - Ứng suất theo chiều ngang sản
phẩm (b) .................................................................................................................... 57
Hình 3.23. Phân bố ứng suất trong quá trình ép theo lƣợng ép ................................ 58

9


Hình 3.24. Phân bố biến dạng trên mặt cắt ngang trục (a)- Phân bố biến dạng trên
mặt cắt dọc trục (b) ................................................................................................... 59
Hình 3.25. Phân bố biến dạng trong quá trình ép theo lƣợng ép .............................. 60
Hình 3.26. Phân bố cƣờng độ phá hủy theo chiều ngang sản phẩm ......................... 61
Hình 3.27. Phân bố tải trọng trên khuôn ................................................................... 61
Hình 4.1. Mẫu chì dùng trong thí nghiệm ................................................................. 63
Hình 4.2. Khuôn dƣới (a) và khuôn trên (b) dùng trong thí nghiệm ........................ 64
Hình 4.3. Khuôn trên và khuôn dƣới sau khi lắp ghép dùng trong thí nghiệm ........ 65
Hình 4.4. Máy ép dùng trong thí nghiệm .................................................................. 65
Hình 4.5. Kết quả thực nghiệm ................................................................................. 66
Hình 4.6. (a ) : Ép mẫu 1;(b) : Ép mẫu 2; (c) : Ép mẫu 3.......................................... 67
Hình 4.7. Hình ảnh 3 sản phẩm sau ép...................................................................... 68
Hình 4.8. Kết quả mô phỏng (a) và thực nghiệm (b) ................................................ 68
Hình 4.9. So sánh đƣờng cong lực mô phỏng và thực nghiệm ................................. 69
Hình 4.10. Mặt cắt dọc phôi trƣớc khi ép đƣợc vẽ lƣới ............................................ 70
Hình 4.11. Dòng chảy của vật liệu sau khi ép 1 3 hành trình, a thực nghiệm; b
mô phỏng ................................................................................................................... 71
Hình 4.12. Dòng chảy của vật liệu sau khi ép 2/3 hành trình a thực nghiệm; b mô
phỏng. ........................................................................................................................ 72
Hình 4.13. Hƣớng của vận tốc dòng chảy vật liệu trong quá trình ép theo lƣợng ép73

10

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự tiến bộ của con ngƣời, khoa học kỹ thuật cũng không ngừng
phát triển. Các công nghệ mới luôn đƣợc phát triển và hoàn thiện để mang lại năng
suất cao hơn. Ngành công nghiệp tạo hình vật liệu cũng không phải ngoại lệ. Với
những ƣu điểm của mình nhƣ năng suất cao, tạo đƣợc các sản phẩm đặc thù, chất
lƣợng và cơ tính của sản phẩm cao. Chính vì vậy mà ngành này rất đƣợc quan tâm
tại hầu hết các nƣớc.
Để chế tạo các chi tiết dạng khối (ví dụ trục truyền động, bánh răng, khớp
nối, tay biên, trục khuỷu… , hiện nay thƣờng sử dụng công nghệ dập khối. Với
công nghệ dập khối đáp ứng đƣợc nhiều tiêu chí của nhà kỹ thuật nhƣ sản xuất hàng
loạt, đạt đƣợc độ chính xác cần thiết, tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lƣợng và hơn
nữa là các chi tiết có đƣợc tổ chức tế vi, cơ tính đáp ứng đƣợc khả năng làm việc
dƣới các điều kiện tải trọng khắc nghiệt.
Trƣớc đây, các nhà kỹ thuật thƣờng đi theo con đƣờng dập khối nóng trên
khuôn hở. Nhƣng đi theo con đƣờng này thƣờng phải có các nguyên công chuẩn bị,
các thiết bị ngoại vi phục vụ quá trình sản xuất tự động, cần có các nguyên công xử
lý vật dập sau khi dập khối, bởi sản phẩm chỉ đạt đƣợc độ chính xác nhất định.
Trong khi đó, các chi tiết thƣờng cần độ chính xác kích thƣớc cao, độ nhám bề mặt
thấp. Vì vậy, quá trình sản xuất không kinh tế.
Trong thời gian gần đây, do yêu cầu tiết kiệm nguyên vật liệu năng lƣợng,
giảm chi phí sản xuất, tránh ảnh hƣởng tới môi trƣờng, nên các nhà nghiên cứu rất
chú trọng công nghệ sao cho:
-

Rút ngắn quá trình công nghệ

-

Giảm thiểu các nguyên công chuẩn bị và nguyên công xử lý sau dập

-

Tạo hình chính xác, không có vật liệu thừa, tiết kiệm triệt để vật liệu

11


-

Nâng cao cơ tính của sản phẩm

Các công nghệ mới vì thế đã đƣợc nghiên cứu phát triển thêm một bƣớc tiến
mới nhƣ dập tạo hình ở trạng thái nguội hay nửa nóng. Phát triển công nghệ dập, ép
chảy chính xác với quá trình gia nhiệt cục bộ ngay trong khuôn, điều khiển các
thông số công nghệ ngay trong quá trình tạo hình sao cho khả năng điền đầy sản
phẩm tốt nhất, tiết kiệm năng lƣợng nhất.
Đối với các chi tiết dạng khớp nối, yêu cầu về cơ tính rất cao, đặc biệt là tại
các vị trí giao nhau giữa các tiết diện thay đổi đòi hỏi hƣớng thớ kim loại liên tục, tổ
chức tế vi của chi tiết cũng cần thiết đạt đƣợc những yêu cầu nhất định để nâng cao
tuổi thọ của chi tiết. Có nhiều công trình nghiên cứu đƣa ra để chế tạo các dạng chi
tiết này nhƣ dập khối chính xác, ép chảy ngang và kết quả cũng đã đƣợc áp dụng
trong thực tiễn sản xuất. Tuy nhiên, còn có rất nhiều vấn đề đƣa ra cần phải giải
quyết tiếp nhƣ tối ƣu chế độ nhiệt để đạt đƣợc chất lƣợng sản phẩm tốt nhất độ hạt
mịn , đồng thời năng lƣợng tạo hình ổn định và nhỏ nhất, mức độ biến dạng cần
thiết phải tối ƣu qua từng nguyên công để quá trình công nghệ ngắn nhất, kết cấu
khuôn mẫu, tốc độ biến dạng, thiết bị dập, ép phù hợp…
Với những ƣu điểm của công nghệ ép chảy ngang và khả năng ứng dụng
rộng rãi vào trong thực tế sản xuất, chính vì vậy tác giả đã lựa chọn đề tài: “Nghiên

cứu biến dạng tạo hình khớp nối chữ thập bằng công nghệ ép chảy ngang”.
Luận văn đƣợc kết cấu thành 4 chƣơng.Chƣơng 1 giới thiệu tổng quan về
công nghệ ép chảy, qua đó biết đƣợc nguyên lý hoạt động và ƣu nhƣợc điểm của
phƣơng pháp. Chƣơng 2 trình bày lý thuyết về ảnh hƣởng của các yếu tố đến quá
trình ép. Chƣơng 3 phân tích các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình ép chảy bằng phần
mềm Deform3D. Thực nghiệm chế tạo khớp nối chữ thập bằng phƣơng pháp ép
chảy ngang đƣợc trình bày trong chƣơng 4. Cuối cùng là các kết luận.

12


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY NGANG
1.1. Tổng quan về công nghệ ép chảy
1.1.1. Định nghĩa
Ép chảy là phƣơng pháp chế tạo sản phẩm bằng cách ép vật liệu qua một
khuôn cối với lục đủ lớn để vật liệu chảy qua lỗ hình của khuôn. Ép chảy có thể ứng
dụng cho kim loại, chất dẻo, cao su….. dạng khối hoặc dạng bột.
Thông thƣờng, ép chảy đƣợc sử dụng để sản xuất thanh, bình, ống hình trụ đặc
hoặc rỗng, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy, sản xuất hàng
tiêu dùng… Công nghệ ép chảy cũng chế tạo phôi cho các quá trình kéo dây, rèn,
dập và gia công phức tạp.
1.1.2. Phân loại quá trình ép chảy
Có nhiều cách để phân loại công nghệ ép chảy: theo sản phẩm, theo hƣớng ép,
theo nhiệt độ làm việc, theo thiết bị,…
1.1.2.1.

Phân loại theo hướng tác dụng

Căn cứ vào hƣớng của tác dụng ngƣời ta phân ép chảy thành nhiều loại: ép chảy
ngƣợc, ép chảy thuận, ép chảy nghiêng và ép chảy hỗn hợp. Cách phân loại này chủ

yếu căn cứ vào chiều chảy tƣơng đối của kim loại so với chiều chuyển động của
chày hoặc chiều lực tác dụng.
Nếu chiều chảy kim loại trùng với chiều lực tác dụng thì gọi là ép chảy thuận.
Nếu chiều chảy của kim loại ngƣợc với chiều của lực tác dụng (chiều chuyển động
của chiều chảy) thì gọi là ép chảy ngƣợc.
Mỗi công nghệ đều có ƣu điểm của nó, và sản phẩm từ các công nghệ này đều
có đặc trƣng riêng.

13


Hình 1.1. Ép chảy thuận

Hình 1.2. Ép chảy ngược
Nếu chiều chảy của kim loại làm với chiều lực tác dụng một góc nào đó khác 0
thì gọi là ép chảy nghiêng. Trong thực tế thƣờng gặp các trƣờng hợp ép chảy với
nhiều chiều chảy của kim loại khác nhau, có dòng chảy trùng với chiều của lực tác
dụng, có dòng ngƣợc chiều và có khi có cả dòng chảy không song song với chiều
của lực tác dụng - trƣờng hợp này gọi là ép chảy hỗn hợp.

14


1.1.2.2.

Phân loại theo nhiệt độ làm việc.

Căn cứ vào nhiệt độ làm việc ngƣời ta chia làm hai loại: ép chảy nóng và ép
chảy nguội.
a) Ép chảy nguội.

Ép chảy nguội là quá trình ép đƣợc thực hiện trong nhiệt độ phòng hoặc cao hơn
một chút. Quá trình này có thể đƣợc áp dụng cho hầu hết các vật liệu để thiết kế các
công cụ thiết yếu mà có thể chịu đƣợc ứng suất trong quá trình ép.
Các vật liệu có thể ép nguội là chì, hợp kim nhôm, đồng, titan, thiếc, molipden,
vanadi… Các sản phẩm của quá trình ép nguôi là ống trụ, bình nhôm, ông cuộn…
Ƣu điểm:
 Hạn chế xảy ra oxi hóa.
 Tính chất cơ học của vật liệu tốt hơn do trong quá trình ép nguội xảy ra
hiện tƣợng kết tinh lại.
 Chất lƣợng bề mặt sản phẩm tốt.
b) Ép chảy nóng
Ép chảy nóng đƣợc thực hiện ở nhiệt độ khá cao từ 50-75 % nhiệt độ nóng chảy
của vật liệu. Lực ép trong quá trình này khoảng 35-700 MPa.
Quá trình ép phổ biến nhất là quá trình ép nóng đẳng hƣớng. Phôi đƣợc nung
nóng cho vào buồng ép, chày đi vào sẽ ép phôi chảy qua lỗ hình của khuôn để tạo
chi tiết có hình dạng tƣơng tự nhƣ lỗ thoát trên khuôn.
Do nhiệt độ cao và áp lực trong quá trình làm việc ảnh hƣởng tới tuổi thọ của
khuôn cũng nhƣ các thành phần khác. Chính vì vậy chế độ bôi trơn tốt là rất cần
thiết. Dầu và graphit đƣợc sử dụng ở nhiệt độ thấp còn đối với nhiệt độ cao hơn thì
ngƣời ta thƣờng sử dụng bột thủy tinh.
1.1.2.3.

Phân loại theo thiết bị

Trong quá trình ép theo thiết bị thì thiết bị ép gồm có: Máy ép, chày và dụng
cụ ép.

15

Và trong thực tế hầu hết các quá trình ép đều thực hiện với máy ép thủy lực,
chính vì thế mà quá trình ép đƣợc phân loại dựa trên hƣớng đi của lực ép đó là: Ép
chảy ngang và ép chảy dọc.
 Ép chảy ngang đƣợc thực hiện ép cho các chi tiết lớn dạng khối. Và quá trình
ép là quá trình tác dụng lực để kim loại chảy vào khuôn, hƣớng chảy của kim
loại vuông góc lực tác dụng.
Lực ép khoảng 15-50MN hoặc có thể lên tới 140MN
Thƣờng đƣợc sử dụng cho ép thanh và ép hình.
Nhƣợc điểm của quá trình này là biến dạng không đồng đều do chênh lệch nhiệt
độ giữa hai đầu của phôi.
 Ép chảy dọc là quá trình đƣợc sử dụng trong quá trình sản xuất ống nóng.
Lực ép khoảng 3-20 MN
Đƣợc sử dụng để sản xuất các sản phẩm ống thành mỏng.
-

Ƣu điểm :
+ Năng xuất cao
+ Không gian nhỏ
+ Biến dạng đồng nhất do sự đồng đều nhiệt độ của phôi thép trong máy ép
+ Chất lƣợng bề mặt tốt

-

Nhƣợc điểm
+ Chiều dài cho không gian ép là lớn
+ Cần một không gian để làm sàn, hố làm nguội
+ Điều chỉnh hành trình khó khăn
+ Yêu cầu cao về đảm bảo nhiệt độ trong quá trình ép.

16

1.1.2.4.

Phân loại theo sản phẩm

Sản phẩm của ép chảy có đặc biệt so với các sản phẩm của các phƣơng pháp
công nghệ khác. Vì trong ép chảy bao giờ kim loại cũng phải chảy qua cửa khuôn
(lỗ thoát hình) cho nên bao giờ cũng phải có một bộ phận (hoặc toàn bộ) chi tiết có
tiết diện ngang không đổi. Căn cứ vào sản phẩm ép chảy ngƣời ta chia ép chảy ra
làm hai loại: ép chảy hoàn toàn và ép chảy cục bộ. Sản phẩm của ép chảy hoàn toàn
là các chi tiết có tiết diện ngang không đổi nhƣ ống, thanh thép định hình… gần
giống nhƣ sản phẩm cán định hình. Sản phẩm của ép chảy cục bộ bao giờ cũng gồm
hai phần: Phần thân có hình dáng tùy ý và phần chân có tiết diện ngang không đổi.

Hình 1.3. Sản phẩm ép chảy hoàn toàn (trái) và ép chảy cục bộ (phải).
Ngoài ra, ngƣời ta còn có thể phân loại theo hình dạng sản phẩm, chẳng hạn ép
chảy hình ống, ép chảy thành mỏng, ép chảy để bó cáp…
Chi tiết hình ống đƣợc chế tạo với thiết bị ép lớn, có chiều dài chày, khuôn phù
hợp chiều dài ống. Khe hở giữa chày và khuôn là độ dày của thành ống. Sau ép
chảy ngƣời ta sẽ cắt ống thành từng đoạn để tạo ra sản phẩm cuối cùng.
Để ra đƣợc một sản phẩm không phải chỉ ép một lần là ra mà có thể phải ép rất
nhiều lần.
Các sản phẩm đƣợc ép ra đều có cơ tính tốt, đảm bảo đƣợc yêu cầu làm việc.
Cách phân loại này cũng chỉ mang tính chất tƣơng đối. Tuỳ theo yêu cầu của sản
phẩm cũng nhƣ chủ ý của nhà sản xuất mà lựa chọn các công nghệ phù hợp.

17

Hình 1.4. Một số hình ảnh về ép chảy hình ống.
Ép chảy thành mỏng dùng để chế tạo các chi tiết rỗng, ngắn, mỏng thành nhƣ
bình phun, bình đựng thực phẩm, hóa chất,… Công nghệ này yêu cầu vật liệu mềm
nhƣ nhôm, đồng, chì, thiếc và tốc độ ép chảy cao.

Hình 1.5. Một số hình ảnh về ép chảy thành mỏng.

18


1.1.3. Nguyên lý làm việc của quá trình ép chảy

Hình 1.6. Nguyên lý làm việc của quá trình ép chảy
Nguyên lý làm việc của quá trình ép tƣơng đối đơn giản. Hình mô tả nguyên lý
làm việc của quá trình ép. Chày ép đi xuống, đẩy kim loại vào khuôn và lỗ định
hình, kim loại sẽ chảy qua lỗ theo nguyên lý trở lực biến dạng nhỏ nhất. Tùy theo
từng dạng ép cũng nhƣ hình dạng lỗ hình mà ta thu đƣợc sản phẩm riêng biệt.
Dụng cụ gây biến dạng chính trong quá trình ép chảy là chày và cối.
Lòng khuôn là phần không gian giới hạn bởi các bề mặt trong của cối và mặt
chày. Trong quá trình biến dạng chày chạy vào trong lòng cối làm giảm dần thể tích
trong lòng khuôn.
Nếu ta quy ƣớc chia lòng khuôn thành hai phần:
Phần thụ động đƣợc cấu tạo bởi thành lòng khuôn và đáy tĩnh của nó.
Phần chủ động đƣợc cấu tạo bởi thành lòng khuôn và đáy động của nó thƣờng
là đáy chày , ở đây đáy lòng khuôn đƣợc coi là tĩnh khi nó không chuyển động
tƣơng đối với thành lòng khuôn. Khi lỗ thoát kim loại đặt trong phần thụ động của
lòng khuôn thì gọi là ép chảy thuận. Ngƣợc lại, khi ở phần chủ động của lòng khuôn
có lỗ thoát thì gọi là ép chảy ngƣợc. Nếu ở cả hai phần đều có lỗ thoát thì gọi là ép
chảy hỗn hợp.

19


1.1.4. Ưu điểm của phương pháp ép chảy
Sản phẩm ép chảy có độ chính xác cao, hệ số sử dụng vật liệu cao. Hơn nữa ép
chảy còn cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp mà các phƣơng pháp
khác không thể tạo ra đƣợc.
1.2. Giới thiệu về phƣơng pháp ép chảy ngang
Ép chảy ngang là một trong các phƣơng pháp ép chảy đƣợc sử dụng phổ biến
trên thế giới. Ép chảy ngang đƣợc thực hiện ép cho các chi tiết lớn dạng khối. Và
quá trình ép là quá trình tác dụng lực để kim loại chảy vào khuôn, hƣớng chảy của
kim loại vuông góc lực tác dụng.
1.2.1. Đặc điểm của phương pháp ép chảy ngang
Ép chảy ngang mang đầy đủ các đặc trƣng của phƣơng pháp ép chảy. Ngoài ra
nó còn có các đặc điểm sau:
-

Lực ép khoảng 15-50MN hoặc có thể lên tới 140MN

-

Thƣờng đƣợc sử dụng cho ép thanh và ép hình.

-

Nhƣợc điểm của quá trình này là biến dạng không đồng đều do chênh lệch
nhiệt độ giữa hai đầu của phôi.

Ép chảy ngang đang là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới để sản
xuất các chi tiết chuyên dụng. Với các ƣu điểm của mình, ép chảy ngang sẽ vẫn

chiếm ƣu thế trong sản xuất.

20


1.2.2. Nguyên lý làm việc của quá trình ép chảy ngang

Hình 1.7. Nguyên lý làm việc của ép chảy ngang
Quá trình ép chảy ngang xảy ra trong ba giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất xảy ra từ đầu cho đến khi phôi bị phình ra chạm vào thành
lòng khuôn. Giai đoạn này mang tính chất của nguyên công chồn nhiều hơn.
Giai đoạn thứ hai là giai đoạn bắt đầu từ khi chỗ phình trống của phôi chạm vào
thành lòng khuôn cho đến khi cả lòng khuôn đƣợc điền đầy.
Giai đoạn ba bắt đầu từ khi lòng khuôn đƣợc điền đầy cho đến khi kim loại đƣợc
ép chảy ra lỗ thoát ra ngoài đủ khối lƣợng cần thiết và kết thúc quá trìnhép chảy.
Quan sát tỉ mỉ hơn ta thấy rằng các giai đoạn kể trên có thể xảy ra và kết thúc
sớm hoặc muộn hơn trong quá trình biến dạng, tùy thuộc và kích thƣớc tƣơng đối là
giai đoạn sau có thể bắt đầu ngay khi giai đoạn trƣớc chƣa kết thúc, thậm chí có khi
cả 3 giai đoạn cùng đồng thời xảy ra, hoặc quá trình biến dạng có thể kết thúc ngay
trƣớc khi kết thúc giai đoạn hai.
Trong một số trƣờng hợp, giai đoạn hai kéo dài quá mức, không thể kết thúc
đƣợc, vì trở lực biến dạng tại lỗ thoát kim loại nhỏ hơn ở các ngõ nghách khác của
khuôn, làm cho lòng khuôn khó điền đầy. Muốn khắc phục hiện tƣợng này ta có thể
dùng đối áp để tăng trở lực biến dạng tại lỗ thoát kim loại.

21


1.2.3. Sản phẩm của phương pháp ép chảy ngang
Sản phẩm của phƣơng pháp ép chảy ngang rất đa dạng. Với những ƣu điểm của

mình, phƣơng pháp này đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tạo hình khối,
cũng nhƣ trong các ngành công nghiệp ôtô, xe máy, máy công cụ. Hình 1.8 là hình
ảnh các sản phẩm thực tế của phƣơng pháp ép chảy ngang. Có thể thấy là các sản
phẩm bánh răng, trục truyền động, khớp nối,…
Các sản phẩm đƣợc sử dụng ngay mà không cần gia công tiếp theo.

Hình 1.8. Sản phẩm ép chảy ngang
Đa số các sản phẩm ép chảy ngang đều đạt đƣợc kích thƣớc và hình dạng nhƣ
chi tiết cần dùng, không cần phải qua phƣơng pháp gia công khác.

22


1.2.3. Máy ép chảy
Máy ép chảy chủ yếu sử dụng thuỷ lực có điều khiển hành trình, lực ép tuỳ theo
kích thƣớc sản phẩm, ép nóng hay ép nguội mà lực ép của máy từ vài tấn đến hang
trăm tấn. Dƣới đây là hình ảnh máy ép chảy đang đƣợc sử dụng trên thế giới

Hình 1.9. Máy ép chảy
1.2.4. Quy trình công nghệ truy n hống
Công nghệ dập khối ở Việt Nam đã đƣợc ứng dụng từ rất lâu, song cho tới
nay, hầu nhƣ công nghệ dập khối mới chỉ dừng lại ở qui trình công nghệ đơn giản
nhƣ sơ đồ sau:
Phôi  Rèn, dập khối  Phôi dập
Dập khối chủ yếu đƣợc thực hiện ở trạng thái nóng để tiết kiệm năng lƣợng
biến dạng và tăng tính dẻo của vật liệu. Đi theo trình tự này, phôi ban đầu đƣợc lựa
chọn sao cho phù hợp nhất với sản phẩm dập, sau đó sẽ đƣợc nung tới nhiệt độ tạo
hình cần thiết (ví dụ từ 1100oC đến 1200oC đối với thép), tiếp đến phôi sẽ đƣợc tạo
hình qua nhiều nguyên công nhƣ chồn, ép tụ, vuốt, uốn, ép chảy, dập thô, dập tinh,
đột lỗ, cắt biên… cuối cùng ta sẽ có đƣợc sản phẩm dập. Các sản phẩm này thƣờng

chỉ đạt đƣợc độ chính xác nhất định, nên trƣớc khi sử dụng còn qua các nguyên
công gia công cơ và nhiệt luyện. Ít có trƣờng hợp sau khi dập sau chỉ cần hoàn thiện
sản phẩm.

23


Các phƣơng pháp tạo hình chính xác nhƣ dập trong khuôn kín, ép chảy rất ít
đƣợc sử dụng, đặc biệt là trong trạng thái nửa nóng hay trạng thái nguội thì hầu nhƣ
chƣa đƣợc nghiên cứu cũng nhƣ ứng dụng. Vật liệu phôi đầu vào cũng chủ yếu là
thép. Trong công nghệ gia công áp lực thì tạo hình khối chỉ chiếm tỷ trọng bằng
một nửa tạo hình tấm.

Hình 1.10. Các sản phẩm dập khối
Hiện nay, nhu cầu sản xuất các chi tiết máy bằng công nghệ dập khối phục
vụ cho các ngành công nghiệp khác nhau nhƣ công nghiệp ô tô, tàu thủy, chế tạo
máy… đang ngày càng tăng cao. Sự cần thiết phải có những công nghệ phù hợp cho
phép nâng cao chất lƣợng sản phẩm, giảm thiểu nhập khẩu đang rất đƣợc quan tâm
(nhất là đối với ngành chế tạo ô tô, hầu nhƣ các chi tiết trong bộ truyền động đều
phải nhập ngoại).
Để chế tạo các chi tiết dạng khối (ví dụ trục truyền động, bánh răng, khớp
nối, tay biên, trục khuỷu… , hiện nay trên thế giới thƣờng sử dụng công nghệ dập
khối đi theo trình tự nhƣ hình sau:

Hình 1.11. Quy trình công nghệ dập khối

24


Với công nghệ dập khối đáp ứng đƣợc nhiều tiêu chí của nhà kỹ thuật nhƣ

sản xuất hàng loạt, đạt đƣợc độ chính xác cần thiết, tiết kiệm nguyên vật liệu, năng
lƣợng và hơn nữa là các chi tiết có đƣợc tổ chức tế vi, cơ tính đáp ứng đƣợc khả
năng làm việc dƣới các điều kiện tải trọng khắc nghiệt.
Nhƣng đi theo con đƣờng này thƣờng phải có các nguyên công chuẩn bị, các
thiết bị ngoại vi phục vụ quá trình sản xuất tự động, cần có các nguyên công xử lý
vật dập sau khi dập khối, bởi sản phẩm chỉ đạt đƣợc độ chính xác nhất định. Trong
khi đó, các chi tiết thƣờng cần độ chính xác kích thƣớc cao, độ nhám bề mặt thấp.
Vì vậy, quá trình sản xuất không kinh tế.
Trong nghiên cứu đã xuất hiện rất nhiều loại hình công nghệ khác nhau cho
phép chế tạo các sản phẩm chính xác, chất lƣợng cao nhƣ ép chảy, dập khối trong
khuôn kín, dập thủy tĩnh phôi bột, dập tốc độ cao… Nhƣng không phải với bất kỳ
chi tiết nào cũng có thể áp dụng loại hình công nghệ nhƣ nhau hay trình tự công
nghệ, các thông số công nghệ tƣơng tự, mà mỗi loại sản phẩm lại cần có công nghệ
phù hợp. Bản thân mỗi công nghệ cũng cần phải nghiên cứu, xác định các thông số
ảnh hƣởng một cách chính xác sao cho quá trình công nghệ tối ƣu nhất.
1.2.5. Quy trình công nghệ i n iến
Đối với các chi tiết dạng khớp nối, yêu cầu về cơ tính rất cao, đặc biệt là tại
các vị trí giao nhau giữa các tiết diện thay đổi đòi hỏi hƣớng thớ kim loại liên tục, tổ
chức tế vi của chi tiết cũng cần thiết đạt đƣợc những yêu cầu nhất định để nâng cao
tuổi thọ của chi tiết. Ép chảy ngang đã đƣợc áp dụng trong thực tiễn sản xuất. Tuy
nhiên, còn có rất nhiều vấn đề đƣa ra cần phải giải quyết tiếp nhƣ tối ƣu chế độ
nhiệt để đạt đƣợc chất lƣợng sản phẩm tốt nhất độ hạt mịn , đồng thời năng lƣợng
tạo hình ổn định và nhỏ nhất, mức độ biến dạng cần thiết phải tối ƣu qua từng
nguyên công để quá trình công nghệ ngắn nhất, kết cấu khuôn mẫu, tốc độ biến
dạng, thiết bị ép phù hợp…

25