nghiên cứu công nghệ ép chảy thuận thanh nhôm định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------TẠ VĂN THU

TẠ VĂN THU

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY THUẬN
THANH NHÔM ĐỊNH HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

KHOÁ 2009
Hà Nội – Năm 2012


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

TẠ VĂN THU

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY THUẬN
THANH NHÔM ĐỊNH HÌNH

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Hà Nội – Năm 2012


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

TẠ VĂN THU

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY THUẬN
THANH NHÔM ĐỊNH HÌNH

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

Hà Nội – Năm 2012


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Tạ Văn Thu, học viên lớp Cao học Công nghệ chế tạo máy – Khoá 2009,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ
của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS.TS. Nguyễn Đắc Trung, tôi đã
đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp
là: “Nghiên cứu công nghệ ép chảy thuận thanh nhôm định hình ”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS. Nguyễn Đắc Trung và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê,
ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, đồ thị, công thức... đã được trích dẫn trong tài liệu
tham khảo, nội dung công bố còn lại trong luận văn là của chính tác giả đưa ra. Nếu
sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 16 tháng 03 năm 2012
Tác giả

Tạ Văn Thu


MỤC LỤC
Trang bìa phụ
Lời cam đoan
Mục lục.......................................................................................................................1
Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt..........................................................................4
Danh mục bảng, hình vẽ và đồ thị .............................................................................6
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................9
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY.......................................11
1.1 Khái niệm chung về ép chảy....................................................................11
1.1.1 Định nghĩa .................................................................................11
1.1.2 Đặc điểm chung của công nghệ.................................................11
1.2 Các phương pháp ép chảy…………………............................................13
1.2.1 Ép chảy thuận.............................................................................14
1.2.2 Ép chảy ngược...........................................................................15
1.2.3 Ép chảy hỗn hợp........................................................................15
1.2.4 Ép chảy với hành trình ngắn......................................................16
1.3. Các phương pháp công nghệ của quá trình ép chảy…………………….17
1.3.1 Chuẩn bị phôi.............................................................................18
1.3.2 Nung phôi...................................................................................19

1.3.3 Quá trình ép ...............................................................................19
1.3.4 Xử lý sau ép...............................................................................20
1.4. Ứng dụng công nghệ ép chảy ở Việt Nam………………………..……..22
1.5. Mục đích nghiên cứu của luận văn………………………….…………..22
Chương 2 - NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG, LỰC VÀ
CÔNG TRONG QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY...............................................................24
2.1 Trạng thái ứng suất, lực và công biến dạng khi ép chảy……………......24
2.1.1 Trạng thái ứng suất....................................................................24
2.1.2 Lực và công biến dạng...............................................................24
2.1.3 Quan hệ giữa lực và hành trình ép………………………….....27
1


2.1.4 Đặc điểm của kim loại ép chảy..................................................28
2.2 Cơ sở tính toán.........................................................................................31
2.2.1 Vùng thoát hình trụ I..................................................................32
2.2.2 Vùng thoát hình trụ II................................................................32
2.2.3 Vùng chứa phôi hình trụ III.......................................................38
2.2.4 Áp lực riêng đối với các dạng khuôn khác nhau .......................40
Chương 3 - NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHẦN MỀM DEFORM – 3D VÀO MÔ
PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH BẾN DẠNG TẠO HÌNH..............................................43
3.1 Các phương pháp nghiên cứu..................................................................43
3.1.1 Phương pháp số.........................................................................43
3.1.2 Phương pháp mô phỏng số.........................................................43
3.2 Phần mềm Deform 3D.............................................................................48
3.2.1Giới thiệu chung và phạm vi ứng dụng.......................................48
3.2.2 Giao diện phần mềm Deform 3D và cài đặt các thông số.........50
3.3 Kết luận....................................................................................................56
Chương 4 - MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY THUẬN THANH NHÔM
ĐỊNH HÌNH Ở TRẠNG THÁI NÓN ......................................................................59

4.1 Các giả thuyết cơ bản...............................................................................59
4.2 Mô hình biến dạng của kim loại và hợp kim ở trạng thái nóng ..............60
4.2.1 Phương trình liên tục.................................................................60
4.2.2 Phương trình cân bằng...............................................................61
4.2.3 Phương trình truyền nhiệt..........................................................61
4.2.4 Phương trình thuộc tính.............................................................63
4.2.5 Phương trình chảy dão...............................................................66
4.2.6 Tóm tắt mô hình.........................................................................67
4.3. Nghiên cứu tối quá trình ép chảy thanh nhôm định hình........................68
4.4. Mô hình hóa quá trình ép chảy thuận thanh nhôm định hình.................71
4.4.1. Mô hình hình học.....................................................................71
4.4.2. Mô hình lưới phần tử……………………………….………..73
2


4.4.3 Mô hình vật liệu……………………………………………….74
4.4.4 Mô hình tiếp xúc……………………………..………………..77
4.4.5. Tiến hành mô phỏng………………………….………………77
4.5. Kết luận………………………………………………….….……….…83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................85
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................88

3


BẢNG CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị đo

A0

Diện tích mặt cắt ngang phôi ban đầu

mm2

A1

Diện tích mặt cắt ngang sản phẩm

mm2

C

Nhiệt dung riêng

d0

Đường kính ban đầu của phôi

mm

E

Mô đun đàn hồi

Pa

Fges

J/kg.K

Lực biến dạng cần thiết

KN.m

G

Mô đun cắt

MPa

K

Hệ số dẫn nhiệt

W/m.K

kfm

Ứng suất chảy trung bình

N/mm2

l0

Chiều dài của phôi ban đàu

mm

l

Chiều dài của phôi sau khi ép

mm

T

Nhiệt độ tuyệt đối

°K

Tf

Nhiệt độ nóng chảy

°K

−

T
Wges

Ten xơ ứng suất
Công biến dạng càn thiết

KN.m

V

Thể tích biến dạng

mm3

α

Góc thoát cối ép

ε 1, ε 2, ε 3

Biến dạng chính

εi

Cường độ biến dạng

ε

Tốc độ biến dạng

ϕ

Mức độbiến dạng chín

ϕmax

Độ

Mức độ biến dạng chính lớn nhất

λ

Hệ số nhân dẻo

µ

Hệ số ma sát

ρ

Mật độ khối lượng

l
kg

4


Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị đo

Ứng suất chính

N/mm2

σe

Ứng suất tương đương

N/mm2

τ

Ma sát Tresca

ν

Hệ số poisson

σ1, σ2, σ3

5


DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình

Ý nghĩa

Trang

1.1

Các dạng sản phẩm cơ bản của ép chảy

12

1.2

Mô hình ép chảy

13

1.3

Sơ đồ ép chảy thuận thanh đặc

14

1.4

Ép chảy ngược thanh đặc

15

1.5

Sơ đồ ép chảy hỗn hợp

16

1.6

Sơ đồ ép chảy với hành trình ngắn

17

1.7

Sơ đồ quy trình công nghệ ép chảy thuận thanh nhôm định

18

hình ở trạng thái nóng
1.8

20

1.9

Sự phụ thuộc của ứng suất vào nhiệt độ, Tốc độ và mức độ
biến dạng của Al 99.8
Máy ép thủy lực nằm ngang

2.1

Sơ đồ trạng thái ứng suất và biến dạng trong ép chảy thuận

24

2.2

Biểu đồ quan hệ giữa lực ép và hành trình chày

28

2.3

Các dạng dòng chảy và những điều kiện hình dòng chảy

2.4

Sơ đồ bài toán ép chảy thuận phôi thanh có tiết diện ngang

21

29-30
31

tròn
2.5

Sơ đồ tính toán vùng biến dạng

33

2.6

Phân bố áp lực tiếp xúc giữa phôi và thành buồng ép

39

2.7

Hình dạng hình học vùng biến dạng của một số khuôn khác
nhau

41

3.1

Sơ đồ so sánh quá trình tối ưu hóa công nghệ giữa
phương pháp truyền thống và phương pháp công nghệ
mô phỏng số(công nghệ ảo)

47

3.2

Các bước thực hiện bài toán mô phỏng

50

3.3

Giao diện chính của Deform 3D

51

3.4

Giao diện mô đun DEFORM-3D Pre

52

6


Hình

Ý nghĩa

Trang

3.5

Cửa sổ cài đặt thông số điều khiển phần mềm

53

3.6

Thư viện vật liệu của Deform 3D

54

3.7

Tạo tiếp xúc giữa các đối tượng

55

3.8

Cửa sổ Deform 3D – Post

56

4.1

Mô hình bài toán ép chảy thuận thanh nhôm định hình

70

4.2

Mô hình bài toán ép chảy thuận khi 2α = 900

70

4.3

Hình ảnh vận tốc chảy vật liệu

71

4.4

Thanh nhôm sau khi ép chảy

72

4.5

Mô hình 3D của mô hình hình học

73

4.6

Hình 4.6. Mô hình chia lưới phần tử

73

4.7

Hình ảnh chia lưới của chày

75

4.8

Hình ảnh chia lưới của cối

75

4.9

Hình ảnh chia lưới của phôi

76

4.10

Đường cong chảy của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau

76

4.11

Mô hình tiếp xúc

77

4.12

Mô phỏng quá trình ép chảy thuận thanh nhôm định hình qua

78

các giai đoạn
4.13

Hình ảnh sản phẩm sau khi ép

79

4.14

Biểu đồ lực trong ép chảy thanh nhôm định hình

79

4.15

Hình ảnh phân bố phá hủy vật liệu

80

4.16

Hình ảnh phân bố biến dạng vật liệu

80

4.17

Hình ảnh phân bố ứng suất

81

4.18

Hình ảnh vec tơ chuyển vị

81

4.19

Hình ảnh nhiệt độ phôi trong quá trình ép

82

4.20

Hình ảnh nhiệt độ của chày trong quá trình ép

82

7


Hình
4.21

Ý nghĩa
Hình ảnh nhiệt độ của cối trong quá trình ép

8

Trang
83


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế,
sản phẩm có yêu cầu chất lượng ngày càng cao, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và
phải đáp ứng nhanh chóng về gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh
tế, sản phẩm có yêu cầu chất lượng mặt thời gian sản xuất và cung cấp. Do vậy, việc
tối ưu hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chi phí thiết kế, sản xuất và
hạ giá thành sản phẩm luôn là tiêu chí hàng đầu cho tất cả các nhà sản xuất.
Trước đây, khi công nghệ thông tin chưa phát triển, tối ưu hoá công nghệ
thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất và tối ưu dần trong quá trình sản xuất mà
không có tính tổng quát nên hiệu quả thường không cao. Trong những năm gần đây,

cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, tự động hoá đã
giúp quá trình tối ưu hoá công nghệ một cách đơn giản, nhanh chóng và chính xác
bằng phương pháp mô phỏng số trên máy tính đem lại hiệu quả cao trong nghiên
cứu khoa học cũng như trong sản xuất.
Ở nước ta hiện nay, mô phỏng số vẫn là một vấn đề hầu như chưa được ứng
dụng phổ biến vào sản xuất mà chỉ được nghiên cứu ở một số trường đại học cũng
như các viện nghiên cứu. Để góp phần vào sự phát triển chung của việc nghiên cứu
công nghệ nhờ mô phỏng số và thúc đẩy kết quả tính toán mô phỏng số vào sản
xuất công nghiệp, luận văn này tập chung nghiên công nghệ ép chảy thuận thanh
nhôm định hình nhờ ứng dụng phần mềm DEFORM nhằm đưa ra được công nghệ
ép chảy tối ưu nhất nhằm giảm chi phí thời gian và chi phí kinh tế khi sản xuất và
chạy thử khuôn ép.
Các vấn đề nghiên cứu trong luận văn được trình bày trong 4 chương:
Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ ép chảy, mô hình quá trình ép
chảy, đực điểm, các dạng sản phẩm của quá trình ép chảy, ngoài ra còn giới thiệu về
các phương pháp công nghệ trong ép chảy.

9


Chương 2. Nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng, lực và công trong qua trình
ép chảy, đó là cơ sỏ lý thuyết để áp dụng vào quá trình tính toán cho các quá trình
công nghệ.
Vấn đề về nghiên cứu, ứng dụng phẩn mềm DEFORM và mô phỏng số quá trình
biến dạng tạo hình được trình bầy trong chương 3. Ngoài ra trong chương này còn
trình bày các kết quả nghiên cứu về ép chảy trong thực tế.
Chương 4 nghiên cứu mô hình hóa quá trình ép chảy thuận thanh nhôm định
hinh có profile phức tạp ta bằng phần mềm DEFORM.
Phần kết luận đưa ra một vài tổng kết quan trọng và hướng phát triển tiếp
theo của đề tài.

Hà nội, tháng 03 năm 2012
Tác giả

10


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế,
sản phẩm có yêu cầu chất lượng ngày càng cao, đa dạng về mẫu mã, chủng loại và
phải đáp ứng nhanh chóng về gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh
tế, sản phẩm có yêu cầu chất lượng mặt thời gian sản xuất và cung cấp. Do vậy, việc
tối ưu hoá công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, giảm chi phí thiết kế, sản xuất và
hạ giá thành sản phẩm luôn là tiêu chí hàng đầu cho tất cả các nhà sản xuất.
Trước đây, khi công nghệ thông tin chưa phát triển, tối ưu hoá công nghệ
thường dựa trên kinh nghiệm sản xuất và tối ưu dần trong quá trình sản xuất mà
không có tính tổng quát nên hiệu quả thường không cao. Trong những năm gần đây,
cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử, tự động hoá đã
giúp quá trình tối ưu hoá công nghệ một cách đơn giản, nhanh chóng và chính xác
bằng phương pháp mô phỏng số trên máy tính đem lại hiệu quả cao trong nghiên
cứu khoa học cũng như trong sản xuất.
Ở nước ta hiện nay, mô phỏng số vẫn là một vấn đề hầu như chưa được ứng
dụng phổ biến vào sản xuất mà chỉ được nghiên cứu ở một số trường đại học cũng
như các viện nghiên cứu. Để góp phần vào sự phát triển chung của việc nghiên cứu
công nghệ nhờ mô phỏng số và thúc đẩy kết quả tính toán mô phỏng số vào sản
xuất công nghiệp, luận văn này tập chung nghiên công nghệ ép chảy thuận thanh
nhôm định hình nhờ ứng dụng phần mềm DEFORM nhằm đưa ra được công nghệ
ép chảy tối ưu nhất nhằm giảm chi phí thời gian và chi phí kinh tế khi sản xuất và
chạy thử khuôn ép.
Các vấn đề nghiên cứu trong luận văn được trình bày trong 4 chương:

Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ ép chảy, mô hình quá trình ép
chảy, đực điểm, các dạng sản phẩm của quá trình ép chảy, ngoài ra còn giới thiệu về
các phương pháp công nghệ trong ép chảy.

9


Chương 2. Nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng, lực và công trong qua trình
ép chảy, đó là cơ sỏ lý thuyết để áp dụng vào quá trình tính toán cho các quá trình
công nghệ.
Vấn đề về nghiên cứu, ứng dụng phẩn mềm DEFORM và mô phỏng số quá trình
biến dạng tạo hình được trình bầy trong chương 3. Ngoài ra trong chương này còn
trình bày các kết quả nghiên cứu về ép chảy trong thực tế.
Chương 4 nghiên cứu mô hình hóa quá trình ép chảy thuận thanh nhôm định
hinh có profile phức tạp ta bằng phần mềm DEFORM.
Phần kết luận đưa ra một vài tổng kết quan trọng và hướng phát triển tiếp
theo của đề tài.

Hà nội, tháng 03 năm 2012
Tác giả

10


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY
1.1.

Khái niệm chung về ép chảy

1.1.1. Định nghĩa.
Ép chảy là quá trình gia công kim loại bằng áp lực trong đó vật liệu dưới tác
dụng của chày ép được ép qua lỗ cối tạo ra sản phẩm dạng thanh hoặc rỗng, có biên
dạng mặt cắt ngang từ đơn giản đến phức tạp.
1.1.2. Đặc điểm chung của công nghệ
Phương pháp ép chảy là một trong những phương pháp gia công áp lực nhờ
lợi dụng tính dẻo của kim loại tạo ra các sản phẩm có hình dạng thanh hoặc rỗng có
mặt cắt ngang bất kỳ, cũng có thể tạo ra các sản phẩm dạng chi tiết. Trong đó hình
dạng lỗ thoát quyết định tiết diện ngang của sản phẩm.
Ép chảy có nhiều ưu điểm cụ thể như sau:
-

Có thể áp dụng với các chi tiết có mặt cắt ngang phức tạp.

-

Sản xuất nhanh chóng, đơn giản, dễ dàng, tiết kiệm được nhiều kim loại
nhất là trong sản xuất loạt lớn hoặc hàng khối nên giá thành sản xuất
giảm.

-

Có thể tận dụng được phế liệu để chế tạo phôi cho việc tái sản xuất

-

Khối lượng phôi có thể không chính xác nhưng cũng chỉ làm thay đổi
chiều dài phần thân sản phẩm, chứ không ảnh hưởng đến các kích thước
cũng như hình dạng khác của sản phẩm. Do đó có thể cắt bỏ đi trong quá
trình gia công cơ chứ không sợ quá tải khuôn như dập trên khuôn kín và

chiều cao phần thân chi tiết vẫn được đảm bảo đúng kích thước

-

Với những ưu điểm về năng xuất, chất lượng sản phẩm cao, giá thành hạ,
thao tác sản xuất đơn giản không đòi hỏi bặc thợ cao lại có thể chế tạo
được những chi tiết có biên dạng mặt cắt ngang phức tạp và có thể tạo ra
các sản phẩm có độ dài tùy ý mà các phương pháp khác không đáp ứng
được nên phương pháp ép chảy ngày càng được áp dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực: Dân dụng, công nghiệp nặng – nhẹ, Quốc phòng đặc biệt

11


là các ngành sản xuất nhôm thanh định hình.
Tuy nhiên ép chảy cũng có những nhược điểm riêng:
-

Quá trình tạo hình cần sử dụng lực ép lớn nên hầu hết phải thực hiện với
phôi ở trạng thái nóng (450 – 5500C) dẫn tốn nhiên liệu và gây mòn các
dụng cụ máy móc.

-

Do áp lực đơn vị cao nên lực tác dụng lên dụng cụ biến dạng lớn, làm
giảm tuổi thọ của khuôn, nhất là lỗ thoát kim loại khuôn rất nhanh mòn.

-

Vật liệu khuôn phải làm bằng vật liệu tốt, chịu nhiệt và có tính chống mài

mòn cao. Tiêu hao năng lượng cho quá trình biến dạng lớn

Hình 1.1: Các dạng sản phẩm cơ bản của ép chảy
Các đặc điểm chính của ép chảy.
- Thể tích kim loại luôn giảm trong quá trình ép
- Sản phẩm ép chảy có chất lượng cao, không bị rạn nứt, không có rỗ khí.
- Tất cả các sản phẩm ép xong đều được qua nguyên công sử lý bề mặt để
tăng cơ tính của sản phẩm và làm tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Phạm vi ứng dụng của phương pháp.

12


- Ép chảy được ứng dụng để chế tạo các loại phôi dạng thanh profil định
hình, ống có chiều dài vô hạn hoặc các chi tiết hoàn chỉnh hình trụ, côn, bậc, kiểu
bulông hay các chi tiết rỗng có chiều dài theo yêu cầu sử dụng.
- Chủng loại sản phẩm ép chảy rất đa dạng, chủ yếu được chế tạo từ kim loại
và hợp kim màu, đặc biệt từ nhôm và hợp kim nhôm. Các sản phẩm ép chảy được
sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân như: Ngành
thiết bị công nghiêp, giao thông vận tải, xây dựng, quân sự, trang trí nội thất...
1.2. Các phương pháp ép chảy
Tùy theo các điều kiện sản suất và yêu cầu đối với sản phẩm mà có
thể chia ra các phương pháp ép chảy khác nhau, trong đó phương pháp chủ yếu và
phổ biến nhất là ép chảy thuận và ép chảy ngược bằng chày cối

Hình1.2: Mô hình ép chảy

13

1.2.1. Ép chảy thuận
Trong ép chảy thuận phôi dịch chuyển tương đối với thành ép và hướng chảy
của kim loại trùng với hướng chuyển động của chày ép
Dươi đây là một số sơ đồ ép chảy thuận :

Buồng ép

Phôi ép
Cối ép

Thớt đỡ
Chày ép
Đĩa ép
Thanh sản phẩm

Hình1.3: Sơ đồ ép chảy thuận thanh đặc
Sản phẩm của quá trình ép chảy thuận thường có dạng thanh, ống hay profil
định hình có chiều dài tùy vào mục đích sử dụng.
Đối với ép chảy thuận hay sử dụng cối có góc thoát 2α = 1800 (cối phẳng)
hoặc góc thoát 2α < 1800 , Đối với những kim loại và hợp kim dễ ép như nhôm
thường sử dụng cối có góc thoát 2α = 1800

14


1.2.2. Ép chảy ngược
Trong quá trình ép chảy ngược không có sự chuyển động tương đối của phôi
với thành ép và dòng chất lỏng của kim loại ngược với chiều chuyển động của chày
ép
Dưới đây là một số sơ đồ ép chảy ngược:

Phôi ép

Buồng ép

Cối ép

Chày ép

Thanh sản phẩm

Hình 1.4: Ép chảy ngược thanh đặc
1.2.3. Ép chảy hỗn hợp
Để nâng cao chất lượng sản phẩm ép, người ta sử dụng phương pháp ép chảy
hỗn hợp. Ép chảy hỗn hợp thì dòng chảy của kim loại chảy theo hai chiều cùng
chiều và ngược chiều chuyển động của chày ép.

15


Điều này thường được áp dụng với đồng và hợp kim đồng. Đối với những
kim loại khó ép thì thường thực hiện với cối ép có 2α < 1800, có bôi trơn trong quá
trình ép hoặc 2α = 1800 khi ép có vỏ.
Chày ép

Phôi ép
Cối ép

Thớt đõ

Đĩa ép

Thanh sản phẩm

Buồng ép

Hình 1.5: Sơ đồ ép chảy hỗn hợp
1.2.3. Ép chảy với hành trình ngắn
Ép chảy với hành trình ngắn tương tự như ép chảy ngược và được thực hiện
trên máy ép tốc độ cao, chày ép chuyển động với tốc độ rất lớn về phía vật thể.
Chiều dày của sản phẩm sau khi ép chính là khe hở giữa chày và cối.
Quá trình này được dung trong biến dạng nguội, và thường ứng dụng để gia
côngnhững kim loại có độ cứng không cao như đồng, chì kẽm.

16


Hình 1.6: Sơ đồ ép chảy với hành trình ngắn
Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp ép chảy
đặc biệt khác như ép chảy ngang, ép chảy thủy tĩnh...
Thông thường quá trình ép chảy được tiến hành với mức độ biến dạng rất
lớn, đối với những vật liệu dễ ép mức độ biến dạng có thể đạt tới ϕ = 7,
ϕ = ln(A0/A1) – mức độ biến dạng logarit, A0: diện tích mặt cắt ngang phôi ban đầu,
A1: diện tích mặt căt ngang sản phẩm. Ứng suất lớn nhất có thể gấp 10 lần ứng suất
chảy của kim loại.
Bằng phương pháp ép chảy có thể ép chảy được các sản phẩm hoàn thiện
hoặc bán thành phẩm. Thông thường, ép các chi tiết được tiến hành ở nhiệt độ
thường hoặc ở trạng thái nửa nóng còn ép bán thành phẩm được tiến hành ở trạng
thái nóng tức là trên nhiệt độ kết tinh lại và thực hiện trên các máy ép thủy lực
ngang
1.3.

Các phương pháp công nghệ của quá trình ép chảy

Quá trình ép thường trải qua các giai đoạn sau:
Chuẩn bị phôi → Nung phôi → Ép → Nhiệt luyện và chỉnh sửa lại sản phẩm.

17


CHUẨN BỊ PHÔI

ÉP
LÒ NUNG
CẮT ĐOẠN

450 - 550°C

NẮN THẲNG

ĐÓNG GÓI

XỬ LÝ BỀ MẶT

XỬ LÝ NHIỆT

LÀM NGUỘI

Hình 1.7 : Sơ đồ quy trình công nghệ ép chảy thuận thanh nhôm định hình ở
trạng thái nóng
1.3.1. Chuẩn bị phôi :
Chất lượng sản phẩm ép phụ thuộc vào chất lượng của vật đúc và độ chính

xác của quá trình công nghệ sản xuất các vật đúc việc chuẩn bị bao gồm các thao
tác cơ bản như sau:
•

Chọn lò.

•

Nấu chảy kim loại và tinh luyện.

•

Đúc phôi.

•

Đồng nhất hóa.

•

Gia công cơ.

Để đạt được cấu trúc tinh thể chất lượng cao của vật đúc người ta thường
dùng phương pháp khuấy từ trường. Cấu trúc và tinh thể của vật đúc được đồng
nhất hóa bằng nhiệt luyện trong thời gian 20 đến 40 giờ giữ trong lò điện chuyên
dùng để đồng đề ứng suất và làm nguội tiếp trong không khí.
Chất lượng của sản phẩm ép phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm của phôi, độ
đồng nhất về thành phần hóa học, chất lượng bề mặt, độ sạch của phôi…

18

Phôi ban đầu có dạng hình trụ tròn có nhiều loại kích thước khác nhau tùy
thuộc vào buồng ép của máy ép.
1.3.2. Nung phôi:
Chất lượng sản phẩm ép chảy ở từng mức độ khác nhau phụ thuộc vào độ
đồng đều nhiệt của phôi ép, nhiệt độ ép có ảnh hưởng trực tiếp chất lượng, cấu trúc
của vật liệu, các hợp kim nhôm rất nhạy với sự thay đổi nhiệt độ. Hơn nữa việc ép
chảy ta thường tiến hành ở nhiệt độ qua nhiệt độ kết tinh lại. Thông thường ta lấy
khoảng( 0,7 đến 0,75) Tnc (Nhiệt độ nóng chảy của nhôm là 6600C). Hay nhiệt độ
nung vào khoảng 4500C – 5000C
Sau đó phôi được chuyển sang buồng ép của máy ép. Nhằm đảm bảo nhiệt
độ của phôi luôn đồng nhất thì buông ép cũng được gia nhiệt trước và nó được giữ
nhiệt bằng lớp bông cách nhiệt.
1.3.3. Quá trình ép :
Như đã trình bày ở phần trên chúng ta có nhiều phương pháp ép chảy khác
nhau: như ép thuận, ép nghịch, ép hỗn hợp. nhưng đối với hợp kim nhôm hầu hết là
ép chảy thuận trên máy ép thủy lực nằm ngang.
Phôi được nung đến nhiệt độ ép(450-500C)
Buồn nhiệt được nâng nhiệt độ lên 400-450C. Buồng nhiệt có mục đích là
làm hạn chế sự thất thoát nhiệt của phôi trong quá trình ép giúp phôi giữ được nhiệt
độ ổn định trong quá trình ép.
Phôi được đưa vào buồng ép và tiến hành ép với áp lực theo tính toán
Tốc độ của quá trình ép phụ thuộc vào áp suất và lưu lượng của bơm vì thế
khi sử dụng với lưu lượng bơm khác nhau ta sẽ thu được các vận tốc ép khác nhau.
Lực ép phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm , phôi, nhiệt độ ép, và tốc độ ép.
Tốc độ ép thay đổi làm thay đổi trở lực biến dạng nên dẫn đến thay đổi lực ép.
Sự thay đổi trở lực biến dạng của nhôm theo tốc độ ép và nhiệt độ được biểu
diễn trong giản đồ sau:

19