BAI GIANG CONG NGHE KIM LOAI CHƯƠNG 5 rèn và dập tấm

CHƯƠNG 5: RÈN TỰ DO – RÈN KHUÔN – DẬP TẤM
5.1. Khái niệm và đặc điểm về rèn, dập – Phân loại các thiết bị rèn dập .
- Rèn dập: Là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ bình
thường để tạo hình dạng và kích thước sản phẩm theo yêu cầu lực biến dạng có thể là lực
động hay lực tĩnh.
- Rèn: Là biến dạng kim loại ở dạng khối dưới tác dụng của lực động hay lực tĩnh có tính
chu kỳ hoặc không để được sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu.
- Rèn tự do : Các phương pháp biến dạng gồm rèn tay và rèn máy.
- Rèn khuôn (dập khuôn ) : Các khuôn biến dạng bị hạn chế trong lòng khuôn.
- Dập tấm : Là biến dạng kim loại dạng tấm mỏng dưới tác dụng của lực tĩnh, không có tính
chu kỳ : dập nguội.
* Phân loại các thiết bị rèn dập
- Thiết bị dập gồm nhiều loại : máy rèn dập, thiết bị nung, máy nắn thẳng, máy cắt phôi, thiết
bị vận chuyển, thiết bị làm sạch… được chia làm 4 nhóm:
+ Nhóm I : Nhóm máy búa.
+ Nhóm II : Nhóm máy ép .
+ Nhóm III : Nhóm máy dập.
+ Nhóm IV : Máy có hình dạng và kết cấu phức tạp.
5.2. Rèn tự do.
5.2.1. Thực chất và đặc điểm.
Rèn tự do là quá trình biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng của các dụng cụ đơn giản
hoặc các thiết bị tạo lực. Việc tạo hình nhờ lực tác động kết hợp với bề mặt khuôn của dụng
cụ và tay nghề của công nhân. Vật liệu thường là phôi đúc, thỏi, các thanh…
- Ưu điểm: Rèn được các sản phẩm từ rất nhỏ đến rất lớn, thường dùng trong sản xuất
đơn chiếc, hàng loạt nhỏ, trong sửa chữa…
- Nhược điểm:
+ Chất lượng bề mặt không cao, độ bóng bề mặt thấp và năng suất thấp.
+ Chỉ gia công được những chi tiết đơn giản
+ Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào trình độ tay nghề của công nhân.
+ Hao phí kim loại lớn
5.2.2. Dụng cụ rèn tự do.

* Dụng cụ rèn tự do được chia làm 3 nhóm.
- Nhóm thứ nhất : Gồm những dụng cụ cơ bản như : đe, búa, bàn là, bàn bàn tóp, sắn, chặt,
mũi đột.
- Nhóm thứ 2: Dụng cụ kẹp chặt như các kìm, Ê tô
- Nhóm thứ 3 : Gồm những dụng cụ kiểm tra và đo lường như eke, thước cặp, compa, dưỡng
đo…
* Thiết bị rèn tự do: Bao gồm các loại như máy rèn, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy nắn
thẳng…
- Máy rèn gồm nhiều loại như: Máy búa hơi, máy búa lò xo, máy búa ván, máy ép cơ khí,
máy ép thủy lực, ….
* Máy búa hơi.
1.Động cơ; 2. Puli ; 3.Dây đai ; 4. Puli; 5. Trục khuỷu; 6. Tay biên; 7.Xilanh ép; 8. Pittong ép;
9. Van khí; 10. Xi lanh búa; 11 .Pittong búa; 12. Cán pittong; 13. Đe trên gắn với đầu búa; 14.
Đe dưới ; 15. Thân đe; 16. Bệ đỡ; 17. Bộ phận điền khiển máy.

42


Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy búa hơi
* Máy búa lò xo.
1.Bệ đe, 2.Đầu búa, 3.Rãnh dẫn hướng, 4.Nhíp lò xo, 5.Tay biên, 6.Bánh xe lệch tâm.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy búa lò xo
* Máy ép cơ khí ( máy rèn dập kiểu trục khuỷu )
Đặc điểm :
- Lực ép lớn ( 200 ÷ 10.000 tấn ).
- Độ chính xác cao, năng suất lao động tốt.
- Đòi hỏi việc tính toán phôi khắt khe, phải làm sạch phôi trước khi dập.

43

1.Động cơ; 2. Dây đai; 3. Bánh răng
nhỏ; 4. Bánh răng lớn lồng không; 5. Li
hợp; 6. Tay biên; 7. Đầu trượt bằng đầu
ép; 8. Bệ đỡ (bàn máy)
9. Má phanh; 10. Trục khuỷu.

5.2.3. Công nghệ rèn tự do.
Các hình thức rèn tự do thường gặp là: Vuốt, chồn, đột lỗ, xoắn, uốn.
- Vuốt : Là nguyên công làm giảm tiết diện ngang và tăng chiều dài của phôi. Thường để rèn
các
chi
tiết
dạng
trục,
ống.
Có
2
cách
:
+
Sau
mỗi
nhát
dập,
lật
phôi
90° và
lật

ngược
trở
lại.
+ Vừa dập vừa quay tròn phôi.

Hình :Phương pháp dịch chuyển phôi khi vuốt.
- Chồn : Là nguyên công làm giảm chiều cao và tăng tiết diện ngang của phôi.

44


a) ho/do
b) ho/do
c) ho/do
d) ho/do
e) ho/do

≤ 2
< 2,5
< 2,5
< 2,5
> 2,5. 

: lực đủ lớn.
: lực đủ lớn.
: lực không đủ lớn.
: lực quá nhỏ, nhanh.

     

Các hiện tượng thường xảy ra khi chồn :

Khi chồn trên máy búa để bảo đảm lực dập đủ lớn thì cần thỏa mãn quan hệ :
H- ho ≥ 0,25 H
H : Hành trình lớn nhất của đầu búa
ho :Chiều cao ban đầu của phôi chồn.
- Đột lỗ : Có 2 trường hợp :
+ Đột lỗ thông suốt
+ Đột lỗ không thông suốt

- Xoắn : Là nguyên công làm cho các tiết diện tại chỗ xoắn quay tương đối nhau một góc nào
đó theo thứ tự và quanh trục của nó
- Uốn : Dùng để thay đổi hướng của trục hoặc hướng thớ của vật rèn.
Ngoài ra còn có các nguyên công khác như hàn rèn, chặt, dịch trượt, ép vết và cắt vai, hiệu
chỉnh…

45


Sự biến hình tại tiết diện uốn.
5.2.4. Thiết kế vật rèn và công nghệ rèn tự do.
* Thiết kế vật rèn tự do.
- Lựa chọn kết cấu và hình dáng hợp lý của vật rèn.
- Thiết kế bản vẽ vật rèn.
- Tính khối lượng phôi rèn.
- Tính kích thước phôi rèn.
- Tính toán chế độ nung nóng và làm nguội.
- Lập qui trình công nghệ rèn cơ bản.
- Chọn máy gia công hợp lý.
1. Lựa chọn kết cấu và hình dáng hợp lý của vật rèn.

- Nguyên tắc chung của việc lựa chọn và thiết kế chi tiết là phải lựa chọn sao cho kết cấu và
hình dáng chi tiết có thể gia công và gia công được dễ dàng. Khi lựa chọn thiết kế nên :
+ Nên tránh thiết kế vật rèn hình nêm, mặt còn hoặc đường giao nhau bậc hai hoặc vật rèn
hình
bậc
hay
mặt
cong
phức
tạp,
gân
mỏng,
thành
mỏng…
+ Nếu kết cấu vật rèn phức tạp thì nên chia thành nhiều bộ phận để rèn sau đó hàn lại với
nhau.
2. Thiết kế bản vẽ vật rèn.
Dung
sai,
lượng
dư
gia
công
cơ.
(Hình
sau)
+ Lượng dư gia công cơ : Là lớp kim loại sẽ được tách ra trong quá trình gia công cắt gọt.
+ Dung sai rèn : Là khoảng dao động cho phép của kích thước rèn danh nghĩa.
Sơ đồ biểu diễn lượng dư gia công cơ và dung sai rèn trên một kích thước.

46


δ∆: lương dư danh nghĩa
δmin : lượng dư nhỏ nhất
δmax : lượng dư lớn nhất
∆ : dung sai rèn
∆’ : sai lệch dưới của kích thước danh
nghĩa vật rèn.
∆” : sai lệch trên của kích thước danh
nghĩa vật rèn.
(tỉ số ½ nói lên dung sai hay lượng dư
về 1 phía. )

3.Tính khối lượng phôi rèn.
GF = GVR + Gch + Gđl + Gcb
GVR = VVR . γ
Gch = (1,5 ÷ 2,5 % ) GF (Cho lần nung thứ nhất hoặc chỉ nung một lần.)
Gch = 1,5 % (cho các lần nung thứ hai trở đi.)
Gcb = (10 ÷ 15 %) GF (đối với phôi cán ).
GF : Khối lượng phôi rèn.
GVR : Khối lượng vật rèn.
Gch : Khối lượng cháy hao.
Gđl : Khối lượng đột lỗ .
Gcb : Khối lượng cắt bỏ .
4. Tính kích thước phôi rèn.
- Dựa vào nguyên công chủ yếu trong qúa trình rèn.
•
+ Nếu nguyên công chủ yếu là vuốt thì ta chọn:
FF = y.Fmax

FF
: Diện tích tiết diện phôi .
• Fmax : Diện tích lớn nhất của vật rèn .
• y
: Hệ số rèn ≤ 1,3 ÷ 1,4
+Từ FF ta sẽ chọn gần đúng FF chuẩn.
• - Tính chiều dài phôi.
VF / FF chuẩn = GF / 8.FF chuẩn
+ Kiểm tra lại : LF / DF chuẩn ≤ 2,5 ÷ 2,8
2,5 : Đối với rèn tay.
•
2,8 : Đối với rèn máy.
* Nguyên công chủ yếu là chồn
- Phôi tròn : DF ≈ ( 0,8 ÷ 1,0)

≈ (0,8 ÷ 1)

47


- Phôi vuông : aF ≈ (0,75 ÷ 0,9)
Tính được DF, aF ta sẽ chọn gần đúng DF chuẩn
aF chuẩn
LF = VF / DF chuẩn
Kiểm tra lại : LF / DF chuẩn ≤ 2,5 ÷ 2,8
5.Tính toán chế độ nung nóng và làm nguội.
- Tuỳ thuộc vào tính chất vật liệu, kích thước, dạng sản xuất ta cần xác định :
+ Nhiệt độ bắt đầu gia công.
+ Nhiệt độ kết thúc.
+ Thời gian nung lần 1,2.

+ Cách xếp phôi.
+ Chế độ làm nguội vật rèn…
6. Lập qui trình công nghệ rèn cơ bản.
- Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể (hình dạng vật rèn, dụng cụ, thiết bị…) mà ta lựa chọn
phương án tối ưu nhất.
7. Chọn máy gia công hợp lý.
Tính lực dập đầu búa (lực ép của máy ép )
G = P = k.Fmax
k : Hệ số áp lực phụ thuộc kim loại gia công :
° Thép thường k = 5
° Thép đặc biệt k = 7
Fmax : Diện tích tiếp xúc lớn nhất giữa phôi và đầu ép (m²).
5.3. Rèn khuôn (dập thể tích)
5.3.1. khái niệm chung về khuôn rèn
1. Thực chất và đặc điểm:
-Rèn khuôn hay gọi là dập khối hay dập thể tích là phương pháp gia công biến dạng kim loại
trong lòng khuôn dưới tác dụng của ngoại lực, sự biến dạng của kim loại bị hạn chế theo mọi
chiều bởi bề mặt của lòng khuôn.
- Đặc điểm: + Độ chính xác và chất lượng vật rèn cao.
+ Sử dụng bộ khuôn có hình dáng và kích thước lòng khuôn gần giống với vật cần gia công.
+ Có thể chế tạo các chi tiết phức tạp.
+ Năng suất cao vì dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Tuy nhiên giá thành chế tạo cao, khuôn nhanh mòn vì vậy chỉ thích hợp với sản xuất hàng
loạt lớn và hàng khối.
5.3.2.
Phân
loại
các
phương
pháp

rèn
khuôn:
Có
2
loại
:
- Khuôn một lòng khuôn
- Khuôn nhiều lòng khuôn

* Yêu cầu : Trung tâm lòng khuôn trùng trung tâm khối khuôn, và phải trùng với trọng tâm
của búa.

48


* Chiều dày thành khuôn và hình dạng, kích thước khối khuôn.
S, S1 ≥ 10 mm (Được tính và tra trong sổ tay )
Hmin = 0,9 Dmax + h1 (mm)
Hmin : Kích thước chiều cao khuôn.
Dmax : Đường kính lớn nhất vật rèn trên MPK.
h1
: Chiều cao đuôi én.

Hình dáng khối khuôn rèn trên máy búa.
5.3.4. Nguyên lý thiết kế vật rèn khuôn trên máy búa
1. Xác định kết cấu hợp lý của vật rèn khuôn .
2. Xác định mặt phân khuôn.
3. Xác định lượng dư và dung sai.
4. Rãnh vành biên.
5. Góc nghiêng và bán kính góc lượn.

6. Lớp rèn chưa thấu của lỗ.
7. Bản vẽ vật rèn.
1. Xác định kết cấu hợp lý của vật rèn khuôn .
Sửa đổi kết cấu của chi tiết cho đơn giản để gia công
- Những chi tiết có hình dạng và kích thước gần giống nhau thì chỉ cần dùng một loại chi tiết
điển hình.
- Chia chi tiết thành hai hay nhiều vật rèn để dễ gia công sau đó kết hợp với các phương
pháp khác.
- Dùng những phôi có hình dạng kích thước gần giống vật rèn để công nghệ rèn được dễ
dàng.
- Dùng phương pháp ép tinh hoặc ép nghiền để thay thế một số công việc gia công cắt gọt.
2. Xác định mặt phân khuôn.
Mặt phân khuôn là ranh giới của hai nửa khuôn trên và khuôn dưới.
- Khi xác định mặt phân khuôn cần đảm bảo :
+ Lấy được vật rèn sau khi rèn xong ra khỏi khuôn rèn một cách dễ dàng
+ Lòng khuôn phải nông và rộng nhất để kim loại dễ điền đầy khuôn.
+ Chọn mặt phân khuôn sao cho dễ phát hiện sự lệch khuôn khi ráp khuôn (tránh chọn
những bề mặt thay đổi tiết diện đột ngột )
+ MPK phải thẳng tránh cong hay bậc.
+ Phần phức tạp của vật rèn, thành mỏng, gân thường bố trí ở khuôn trên vì ở đó chịu lực
tác dụng lớn hơn, kim loại dễ điền đầy hơn.
+ MPK phải thích hợp để chi tiết đảm bảo sức bền tối đa.
3. Xác định lượng dư và dung sai.
- Vật rèn khuôn có độ bóng và ĐCX thấp, do đó cần phải thêm lượng dư và gia công cơ.
- Việc xác định lượng dư và dung sai đúng sẽ tiết kiệm được kim loại, đảm bảo ĐCX gia
công sau này.
4. Rãnh vành biên.
5. Góc nghiêng và bán kính góc lượn.

49

Độ nghiêng của thành khuôn:
- Để kim loại dễ điền đầy khuôn.
- Lấy vật rèn ra khỏi khuôn sau khi rèn được dễ dàng.
Trị số độ nghiêng phụ thuộc các yếu tố:
- Phương pháp đẩy kim loại vào lòng khuôn ép, phương pháp tháo vật rèn ra khỏi khuôn.
- Kích thước,hình dáng bên ngoài vật rèn, trị số co rút kim loại.
- Nhiệt độ khi hoàn thành rèn khuôn và tốc độ làm nguội.
- Thành trong hay thành ngoài:
+Thành trong = 5 ÷ 15°
+Thành ngoài = 3 ÷ 13°
Bán kính góc lượn:

Bán kính góc lượn trong R và bán kính góc lượn ngoài r của chi tiết.
Tác dụng :
- Làm cho kim loại di động trong lòng khuôn dễ dàng.
- Tránh cho vật rèn khỏi nứt, gấp nếp.
- Nâng cao sức bền, tuổi thọ khuôn.
6. Lớp rèn chưa thấu của lỗ.

Hình dáng lớp chưa thấu
- Khi làm khuôn, lỗ được làm dưới dạng lỗ chưa thấu hết để tăng tuổi thọ độ bền cho khuôn.
Lớp kim loại chưa thấu không được cắt đi cùng với các lớp bavia của vật rèn.
- Công thức kinh nghiệm để tính chiều dày lớp kim loại chưa thấu :
S= 0,45
+ 0,6
(mm)
S : Chiều dày của lớp chưa thấu đáy bằng (mm)
h : Chiều cao một phía lỗ (mm)

7. Bản vẽ vật rèn. Qui ước :
- Bản vẽ vật rèn bằng nét đậm.
- Chi tiết nét đứt.
- Kích thước chi tiết ghi bên dưới kích thước vật rèn.
- Bản vẽ vật rèn thường với tỷ lệ 1 :1. Nếu quá lớn vẽ tỉ lệ 1 : 2
5.3.5. Đặc điểm công nghệ rèn khuôn trên máy búa.
Gồm máy búa ván gỗ, máy búa hơi, máy búa lò xo, máy búa hơi nước…
Vmax = 5 ÷10 m/s
tct > 0,01 s
( tct : thời gian công tác )

50


Quan hệ giữa vận tốc và thời gian công tác của nhóm máy
búa.
5.3.6. Rèn khuôn trên các loại máy ép
* Máy ép ma sát trục vít
Đặc điểm :
- Có lực ép từ 40 ÷ 60 tấn, rèn những chi tiết cỡ nhỏ và to,
rèn trong khuôn kín và hở.

Cấu tạo : 1.Puli;
2,3.Bánh ma sát;
4.Đòn bẩy; 5,7. Cữ
tì; 6.Chốt; 8. Cần
điều khiển; 9. Đầu
ép; 10.Trục vít; 11.
Êcu cố đònh; 12.
Bánh ma sát

Sơ đồ nguyên lý của máy ép kiểu trục vít.

* Máy ép thuỷ lực
Đặc điểm :
- Dùng để rèn tự do có lực ép từ 100 ÷ 700 tấn.
- Dùng để rèn khn có lực ép từ 300 ÷ 7000 tấn.
- ĐCX cao.

51


Bộ phận khuếch đại áp suất
* Máy ép cơ khí ( máy rèn dập kiểu trục khuỷu )
Đặc điểm :
- Lực ép lớn ( 200 ÷ 10.000 tấn ).
- ĐCX cao, năng suất lao động tốt.
- Đòi hỏi việc tính toán phôi khắt khe, phải làm sạch phôi trước khi dập.

1.Động cơ; 2. Dây đai; 3. Bánh răng
nhỏ; 4. Bánh răng lớn lồng không; 5. Li
hợp; 6. Tay biên; 7. Đầu trượt bằng đầu
ép; 8. Bệ đỡ (ban máy)
9. Má phanh; 10. Trục khuỷu.

5.4. Dập tấm.
5.4.1. Khái niện về dập tấm
- Dập tấm là phương pháp biến dạng phôi dạng tấm thành sản phẩm có hình dạng phức tạp,
có thành mỏng (như hình hộp, hình trụ) có vành hay không có vành, có đáy hoặc không có
đáy.

- Lực tác dụng là lực tĩnh không có chu kỳ.
Đặc điểm :
- Tiết kiệm vật liệu.
- Sản phẩm có hình dạng phức tạp.

52


- Thiết bị có hành trình đơn giản.
- Sản phẩm dập có tính lắp lẫn tốt, không cần gia công cơ.
- Trình độ công nhân không cần cao.
- Năng suất cao, giá thành hạ, cơ khí hóa, tự động hóa.
5.4.2. Các thiết bị dập tấm
- Thiết bị dập gồm nhiều loại : máy rèn dập, thiết bị nung, máy nắn thẳng, máy cắt phôi, thiết
bị vận chuyển, thiết bị làm sạch… được chia làm 4 nhóm:
+ Nhóm I : Nhóm máy búa.
+ Nhóm II : Nhóm máy ép .
+ Nhóm III : Nhóm máy dập.
+ Nhóm IV : Máy có hình dạng và kết cấu phức tạp.
5.4.3. Các nguyên công cắt phôi.
5.4.3.1. Cắt phôi trên máy cắt.
1. Cắt phôi theo đường thẳng.
* Cắt theo đường chu vi hở.
- Dùng máy cắt lưỡi dao song song.

Máy cắt lưỡi dao song song
Đặc điểm :
- Tiếp xúc đường nén lực rất lớn, vết cắt đẹp,thẳng.
P = K.S.B. T cắt
K : Hệ số phụ thuộc vật liệu dao, kim loại cắt.

B : Chiều rộng phôi cắt.
S : Chiều dày phôi tấm.
T cắt : Giới hạn bền cắt của phôi.
Tcắt = (0,8 ÷ 0,9) b (N/mm²)
b : Giơí hạn bền của phôi (N/mm2)
- Máy cắt lưỡi dao nghiêng một góc ϕ = 200 ÷ 600

53


Máy cắt lưỡi dao nghiêng.
+ Góc vát trước: = 50 ÷ 150
+ Góc vát sau: α =30’ ÷ 300
2
P = K. λ .S . ơ cắt
tgϕ
λ : Hệ số vật liệu
ϕ: Góc nghiêng lưỡi dao trên

- Máy cắt lưỡi dao đĩa

S 2 . ơ cắt
2.tgα
α : góc ăn
Có thể dùng nhiều cặp đĩa để cắt đồng thời nhiều dải kim loại
P=K.

Máy cắt dao đĩa
5.4.3.2. Dập cắt và đột lỗ:
- Dập cắt và đột lỗ là phương pháp cắt theo một đường cong khép kín.

+ Khi dập và đột lỗ sử dụng bộ chày cối có cạnh sắc.

54


Qúa trình biến dạng của kim loại khi cắt và đột.
+Khe hở giữa chày và cối (Z )
Z = (Dcối –Dchày)/ 2
- Đột lỗ:
dchày =(dlỗ +∆)-δchày
∆ : Dung sai lỗ
-δchày : Dung sai chày
Dcối = (dchày+2Z+ ∆)
- Dập cắt:
Dcối = (dchi tiết + ∆)+δcối
d chày = (Dcối –2Z- ∆)-δchày
Z = (5 ÷ 10%)S
S: Chiều dày phôi
Lực cắt:P=K.L.S.Tcắt
L: Chiều dài đường cắt (chu vi cắt)
5.4.4. Các nguyên công tạo hình
5.4.4.1. Uốn: - Dùng để thay đổi hướng của trục hoặc hướng thớ của vật rèn.
- Ngoài ra còn có các nguyên công khác như hàn rèn, chặt, dịch trượt, ép vết và cắt vai,
hiệu chỉnh.
5.4.4.2. Dập sâu.
5.4.4.3. Uốn vành ( nong lỗ): Là phương pháp tạo các chi tiết có gờ, có vành rộng hoặc chi
tiết không có đáy.
Hmax = D.

1− K n

2

+ 0.43R (mm)

Hmax: Độ cao uốn vành lớn nhất
d ; Kn =0.62 ÷ 0.72
D
D: Đường kính chi tiết; d: Đường kính lỗ.
+ H < Hmax : Phôi tròn hoặc định hình, đột lỗ , dập bằng chày cối.
+ H > Hmax : Dập tạo hình ( Không làm mỏng thành phôi) đột lỗ ở đáy, uốn vành.
5.4.4.4. Tóp miệng
- Là phương pháp làm nhỏ miệng chi tiết sau khi đã dập
5.4.4.5. Giãn phồng, in nổi.
- Giãn phồng: là nguyên công làm to chi tiết ở phần dưới, miệng vẫn giữ nguyên
Kn: Hệ số uốn vành; Kn =

55


- Khuôn thường làm hai nửa, phía chầy có thể gắn với khối cao su để ép lên thành chi tiết vào
trong khuôn.
- In nổi: Tăng độ cứng vững của chi tiết và tăng tính thẩm mỹ bằng cách in hình gân, nhãn
hiệu
- Chú ý: sau khi mở khuôn phải lấy được chi tiết ở trong khuôn.

56