Đồ án chế tạo khuôn dập nóng và bào gỗ

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

MỤC LỤC

BẢN VẼ MẶT BẰNG XƯỞNG
BẢN VẼ ĐIỆN, NƯỚC

1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật như cơ khí chế tạo máy,
công nghiệp hóa học, điện tử, tin học, công nghiệp ô tô xe máy… và đời sống hàng ngày
đều gắn bó và cần đến các vật liệu có tính đa dạng với chất lượng ngày càng cao.
Công nghệ nhiệt luyện là công nghệ làm thay đổi tính chất của vật liệu bằng cách
thay đổi cấu trúc của vật liệu. Đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò
quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần
thiết như độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn,…
mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Do đó có thể nói nhiệt luyện là một trong
những yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng sản phẩm cơ khí.
Đồ án môn học “Thiết kế xưởng nhiệt luyện” với mục đích lập quy trình nhiệt luyện
và lựa chọn thiết bị, nội dung tính toán bao gồm: Phân tích điều kiện làm việc của chi
tiết, tổng quan về vật liệu đã chọn, cơ sở lý thuyết về quy trình nhiệt luyện, tính toán lựa
chọn thiết bị. Đây là những nội dung tính toán và lựa chọn để lập những quy trình cụ thể
cho chi tiết được giao với sản lượng cho trước.
Các quy trình nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có đủ các chỉ tiêu về độ bền, độ
cứng cũng như các chỉ tiêu về độ dẻo dai, tính chống chịu mài mòn,…đảm bảo chi tiết
làm việc tốt trong các điều kiện cụ thể, trong khi lựa chọn vật liệu không lãng phí. Nhiệt
luyện quyết định đến tuổi thọ của các sản phẩm. Thông qua nhiệt luyện các chi tiết sẽ có

tuổi thọ làm việc cao hơn, tiết kiệm kinh tế cho sản xuất.
Vì trình độ và thời gian có hạn nên đồ án của chúng em sẽ còn nhiều sai sót. Rất
mong thầy, cô giáo đóng góp ý kiến xây dựng đồ án này để chúng em nhận được thêm
nhiều hơn nữa những kinh nghiệm quý báu khi làm việc thực tế.
Chúng em xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô trong bộ
mon Vật liệu học, Xử lý nhiệt và bề mặt !
2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

CHƯƠNG I. ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, LỰA CHỌN
VẬT LIỆU VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.1. Chi tiết khuôn dập nóng
1.1.1. Giới thiệu chi tiết khuôn dập nóng
•

Dập nóng là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực ở trạng thái nóng mà phôi
biến dạng khống chế bởi lòng khuôn. Vật liệu sử dụng trong dập nóng chủ yếu là các
loại thép thỏi, thép đúc, thép cán. Dụng cụ sử dụng là các loại khuôn dập nóng trực

•

tiếp làm biến dạng kim loại. Thiết bị là các loại máy ép, máy búa tạo ra lực công tác.
Khuôn dập nguội chỉ có thể tạo hình một số sản phẩm có phôi nguyên liệu mềm mỏng,
dễ biến dạng trong khi những sản phẩm có độ cứng cao, phôi dày khó làm biến dạng
thì cần phải nung nóng chi tiết đến một nhiệt độ nhất định giúp cho quá trình tạo hình
dễ dàng hơn. Tuy nhiên độ bền của khuôn dập nguội thông thường không cho phép
dập những chi tiết ở nhiệt độ cao vì vậy cần chế tạo khuôn dập nóng để phù hợp với

yêu cầu chế tạo sản phẩm. Khuôn dập nóng sử dụng để gia công kim loại bằng áp lực
ở trạng thái nóng (trên nhiệt độ kết tinh lại), ban đầu chi tiết được nung nóng (lớn hơn
nhiệt độ kết tinh lại của vật liệu làm chi tiết), sau đó sẽ được đưa vào khuôn dập và dập
tạo hình để được sản phẩm với hình dạng và kích thước như thiết kế.

Ưu điểm
Nhược điểm
- Sản xuất được những chi tiết lớn.
- Phôi liệu phải rèn sơ bộ bằng tay.
- Sản phẩm dập ra có sức bền cơ tính cao.
- Độ bền khuôn thấp.
- Sản phẩm có độ chính xác khá cao.
- Lòng khuôn chế tạo khó, phải sử dụng
- Năng suất cao áp dụng cơ khí hoá và tự
máy chuyên dụng để cắt gọt, tạo hình.
động hoá.
• Trong đồ án này, chúng em chỉ đề cập cụ thể khuôn dập nóng dùng để dập tay biên
trong động cơ xe máy làm bằng thép C70 [1]. Hình dạng và kích thước của khuôn
được trình bày như hình bên dưới:

3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

Hình 1.1.1. Hình ảnh thật của chi tiết khuôn dập nóng tay biên.

A

A

Hình 1.1.2. Kích thước cụ thể của chi tiết khuôn dập nóng tay biên.

1.1.2. Điều kiện làm việc của chi tiết khuôn dập nóng
•

Dụng cụ (khuôn) luôn phải tiếp xúc với phôi nóng tới ~ 750 – 800 oC nên bản thân
khuôn cũng có thể bị nung nóng tới 500 oC song không thường xuyên, liên tục.
4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

•

Do được nung nóng đến trạng thái austenit nên phôi thép có tính dẻo cao, vì thế độ
cứng của khuôn không cần cao như dụng cụ biến dạng nguội.

•

Các dụng cụ biến dạng nóng thường có kích thước lớn, chịu tải trọng lớn, có thể đạt tới
chục - trăm tấn.

•

Để bảo đảm được các điều kiện làm việc như vậy các dụng cụ biến dạng nóng phải đạt
được các yêu cầu sau:
• Độ bền và độ dai cao, độ cứng vừa phải: Khuôn thường xuyên chịu tải trọng lớn,
để bảo đảm chịu được tải trọng lớn và va đập, độ cứng của dụng cụ chỉ cần trong
khoảng ~52 HRC, vừa có độ dai đảm bảo vừa có độ cứng vừa đủ để kéo dài tuổi

thọ của khuôn.
• Tính chống mài mòn tương đối cao để bảo đảm tạo ra được hàng nghìn đến hàng
vạn sản phẩm. Do làm việc ở nhiệt độ cao, năng suất của các khuôn biến dạng
nóng thấp hơn khuôn biến dạng nguội chừng 10 lần.
• Tính chịu nhiệt độ cao, chống mỏi nhiệt để chịu được trạng thái nhiệt độ thay đổi

chu kỳ dễ gây ra rạn, nứt. Muốn vậy thép phải có tính chống ram cao.

1.1.3. Lựa chọn vật liệu
Để đạt được các yêu cầu cơ tính kể trên, các thép dùng làm dụng cụ biến dạng nóng
phải có các đặc điểm chung sau:
• Thành phần cacbon trung bình, tùy theo từng loại khuôn (độ cứng và độ dai va
đập yêu cầu), lượng cacbon dao động trong khoảng 0,3 - 0,5%.
• Thành phần hợp kim thích hợp để bảo đảm tôi thấu, cơ tính đồng nhất trên toàn

tiết diện và bảo đảm tính chịu nóng, chống ram tốt đặc biệt trong trường hợp phải
tiếp xúc lâu với phôi nóng. Để bảo đảm thấm tôi tốt và độ dai cao thường dùng
crôm (Cr) hoặc niken (Ni); để bảo đảm tính chịu nóng và chống ram phải dùng
vônfram (W) tuy nhiên có thể sử dụng molipden (Mo) thay thế để đem lại hiệu
5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

quả kinh tế cao; để có tính chịu mài mòn tương đối cao, cần bổ sung nguyên tố
giữ nhỏ hạt như vanađi (V), do chi tiết chịu áp lực (bởi búa dập) do đó thêm silic
(Si) sẽ giúp tăng giới hạn đàn hồi, đồng nghĩa với việc chống biến dạng dẻo tốt
hơn.
• Chú ý: do ram ở nhiệt độ 550 – 570oC nên phải tránh giòn ram loại II.
Mác thép thường dùng là 40Cr5MoV. Thép được tôi ở nhiệt độ cao (1040-1050 oC) để

hòa tan một lượng lớn cacbit hợp kim vào austenit và do đó sau khi tôi được mactensit
giàu C và nguyên tố hợp kim, sau ram cho tính cứng nóng cao, cacbit VC gần như
không hòa tan vào austenit, trong thép nó ở dạng các phần tử cứng, phân tán, làm tăng
tính chống mài mòn và giữ cho hạt nhỏ khi tôi. Khi ram ở nhiệt độ thích hợp mác thép
này cũng cho độ cứng thứ hai như thép gió, song để bảo đảm độ dai tốt và độ cứng yêu
cầu chúng được ram ở 550– 570 oC để đạt độ cứng HRC dao động trong khoảng ~52
HRC.
Để nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn cho bề mặt khuôn, sau khi tôi + ram 550–
570oC như trên, khuôn có thể thấm nito ở nhiệt độ thấp (thể khí) ở 500 – 540 oC (thấp
hơn nhiệt độ ram để không làm giảm độ cứng của khuôn), tạo nên lớp bề mặt cứng
chống mài mòn rất cao, còn lõi vẫn có độ cứng bảo đảm.

Bảng thành phần hóa học của mác thép 40Cr5MoSiV (H13 hay SKD61):
ASTM
A618
H13
SKD6
1

•

C

Mn

0.32 ÷
0.45
0.35 ÷
0.42

0.20 ÷
0.60
0.25 ÷
0.50

P

S

0.03

0.03

0.03

0.02

Si

Cr

V

Mo

0.80 ÷
1.25
0.80 ÷
1.20

4.75 ÷
5.50
4.80 ÷
5.50

0.80 ÷
1.20
0.80 ÷
1.15

1.10 ÷
1.75
1.00 ÷
1.50

Cơ tính sau nhiệt luyện của mác thép 40Cr5MoSiV (H13 hay SKD61):
• Độ cứng sau ủ tại 850 oC: 229HB ~ 21HRC
• Tôi ở 1040 oC, độ cứng sau tôi : 54 ÷ 55 HRC [6]
• Độ cứng sau ram 560oC : ~52 HRC
6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

Dựa trên cơ sở phân tích trên, chúng em đi tới kết luận lựa chọn mác thép 40Cr5MoV
dùng làm khuôn dập nóng. Đây là loại khuôn phổ biến hiện nay trong ứng dụng chế
tạo khuôn dập nóng. Đồng thời, mác thép này thỏa mãn các điều kiện về độ bền, độ dai
đảm bảo, độ cứng đủ cao, tính chống mài mòn và tính bền nóng tốt. Theo tiêu chuẩn
Nhật Bản, thép 40Cr5MoV còn gọi là SKD61 hay thép H13 theo tiêu chuẩn AISI-Mỹ.
Loại thép này có mặt ngày một nhiều trên thị trường Việt Nam hiện nay.

1.1.4. Lựa chọn quy trình công nghệ
•

Từ phôi thép SKD61 mua về, ta tiến hành cắt gọt để có được các khối có kích thước
như nhu cầu. Tiếp đó gia công cắt gọt chính xác để tạo nội hình khuôn, có hình dạng,
kích thước chính xác của tay biên cần dập.

•

Sau khi đã có được khuôn có kích thước như bản vẽ kỹ thuật, ta tiến hành xử lý nhiệt

•

khuôn để đạt được các yêu cầu cơ tính mong muốn.
Sau các công đoạn nhiệt luyện, sản phẩm cần được kiểm tra cơ tính, cong vênh, biến
dạng, nứt vỡ, độ cứng có đạt hay không,… trước khi xuất xưởng.
S

•
Nhập phôi về xưởng

Kiểm tra thành phần hóa học

Nhiệt luyện kết thúc

Gia công chính xác để tạo lòng

(Tôi + Ram cao)

khuôn

Kiểm tra cong vênh, nứt vỡ, độ
cứng,...

Ủ mềm phôi thép

Cắt gọt thô

Xuất hàng

ơ đồ quy trình công nghệ tổng quát:
7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ XƯỞNG NHIỆT LUYỆN

1.1.5. Quy trình nhiệt luyện tổng quát
•

Quy trình nhiệt luyện tổng quát thép 40Cr5MoV: [2]
Ủ

Tôi

Ram

Nhiệt độ
(oC)

Độ cứng
(HRC)

Nhiệt độ
(oC)

Môi trường

Nhiệt độ
(oC)

Độ cứng
(HRC)

820 – 870

≤ 21

1030 1050

Chân không
(hoặc dầu)

550 – 560

~52

•

Quá trình nung tôi thép 40Cr5MoV: [3]

Dày (mm)

<15

25

50

75

100

125

150

200

300

Thời gian giữ
nhiệt (phút)

15

25

40

50

60

65

70

80

100

8


Hình 1.1.3. Quy trình nung tôi thép 40Cr5MoV
- Ta lựa chọn môi trường tôi là dầu nóng. Dầu nóng và dầu nguội có khả năng tôi
giống nhau nhưng dầu nóng (60-80oC) có độ loãng (linh động) tốt không bám nhiều
vào bề mặt thép sau khi tôi nên thường được sử dụng. Mác thép này có tốc độ nguội
tới hạn khoảng 60oC/s [3], tốc độ nguội của dầu nóng là 150oC/s [8], ngoài ra chi tiết
này cần hạn chế cong vênh nên ưu tiên sử dụng môi trường tôi là dầu nóng.
- Trên thực tế, người ta thường xử lý nhiệt các khuôn SKD61 trong lò chân không để
hạn chế oxy hóa và thoát cacbon (quá trình này xảy ra mạnh ở 800-900 oC) và đạt chất
lượng bề mặt tốt nhất (nhẵn bóng, đẹp, không bị oxy hóa,…), nhưng do yêu cầu đề ra
không cần quá quan tâm đến chất lượng bề mặt nên xưởng chỉ sử dụng lò buồng để xử
lý nhiệt cho chi tiết. Quá trình tôi được làm nguội trong dầu thay vì bằng khí N 2. Điều
này giúp giảm giá thành sản phẩm. Nếu tôi trong nước sẽ rất dễ bị cong vênh, biến
dạng. Nếu tôi trong không khí thì giảm thiểu chi phí sản xuất nhưng lại dễ bị oxy hóa
bề mặt. Vì những lý do đó, xưởng quyết định sử dụng môi trường tôi là dầu nóng để
tránh oxy hóa bề mặt và giảm cong vênh nhất có thể cũng như có lợi về mặt kinh tế.
- Khi nung thép ở các nhiệt độ 650oC và 850oC, sẽ có sự thay đổi độ dẻo dai thấp nhất.

Ở 650oC thì độ dẻo thấp, hệ số truyền nhiệt thấp, đó đó để tránh gây nứt vỡ và giảm
ứng suất nhiệt thì cần nung chậm ở khoảng nhiệt độ này và giữ nhiệt vừa đủ. Ở 850 oC
do xảy ra quá trình chuyển pha Peclit→Austenit và hoà tan 1 phần cacbit hợp kim


(Fe,Cr)3C; do đó nhất thiết phải giữ nhiệt đủ lâu để các quá trình hòa tan này ra hoàn
toàn; nếu nung không đủ lâu, chuyển pha chưa hoàn thành, khi tôi, kết quả là bề mặt
được tôi còn lõi vẫn chưa được tôi. Mặt khác trên thực tế có thể nâng cao tốc độ nung
ở vùng nhiệt này trong môi trường khí bảo vệ của lò chân không vì ở nhiệt độ cao,
truyền nhiệt bức xạ là chủ yếu.
- Nhiệt độ tôi ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của khuôn, nếu nhiệt độ tôi thấp sẽ
không hòa tan được nhiều cacbit, pha austenit nghèo cacbon và nguyên tố hợp kim dẫn
đến mactensit tôi không đạt độ cứng và tính cứng nóng yêu cầu. Ngược lại, nếu nhiệt
độ tôi cao quá lại gây lớn hạt, rất có hại cho chi tiết. Đối với khuôn dập nóng, ta cần
tính cứng nóng, do đó khi tôi trên 1000oC để hòa tan cacbit crom (Cr 7C3) và cao hơn
một chút để hòa tan 1 phần cacbit vonfram để mactensit tạo thành có tính cứng nóng
tốt. Do đó ta chọn nhiệt độ austenit hóa là 1040oC để có cơ tính phù hợp. Ở nhiệt độ
này, toàn bộ cacbit VC không bị hòa tan (do cacbit này bền vững nên rất khó phân hủy
và hòa tan vào austenit khi nung), chúng sẽ nằm ở biên hạt và làm cản trở hạt phát
triển, do đó mà giữ cho hạt nhỏ và làm tăng tính chống mài mòn.
- Chọn tốc độ nguội là một sự thỏa hiệp, để có cơ tính tốt thì phải nguội nhanh, nhưng
để hạn chế biến dạng thì cần nguội chậm. Đối với thép hợp kim nói chung và thép
40Cr5MoV nói riêng, ta nên tôi trong dầu nóng (60 oC - 80oC) vừa đạt được độ cứng
yêu cầu, vừa giảm thiểu sự cong vênh và rút ngắn thời gian làm nguội (so với làm
nguội bằng không khí).
- Sự hình thành tổ chức mactensit kéo theo sự tăng thể tích và ứng suất bên trong (ứng
suất nội này rất có hại). Vì thế với thép dụng cụ, không nên làm nguội đến nhiệt độ
phòng mà nên dừng và chuyển sang ram ngay khi nhiệt độ đạt đến 50-70 oC, thậm chí
không ram kịp, ứng suất bên trong có thể đủ để gây ra nứt chi tiết.
•

Quy trình ram thép SKD61: [3]
Độ dày (mm)

<25

26-35

36-64

65-84

85124

125174

175249

250349

350499

Thời gian giữ
nhiệt (h)

1

1.5

2

3

4

5

6

7

8


Hình 1.1.4. Quy trình nung ram thép 40Cr5MoV
- Nhiệt độ ram 2 lần xấp xỉ 560oC, thời gian giữ nhiệt là t (tùy theo chiều dày chi tiết)
- Sau khi tôi, tổ chức của thép là mactensit, austenit dư và cacbit, tổ chức này nhất
thiết phải ram. Mục đích của ram nhằm giảm ứng suất bên trong, tăng bền và độ dai
của vật liệu. Chọn nhiệt độ ram thích hợp nên dựa vào yêu cầu về độ cứng.
- Ram ngay sau khi tôi đến nhiệt độ 50-70oC, lý do là bởi vì giảm ứng suất tổ chức sau
khi tôi (sự hình thành tổ chức mactensit kéo theo sự tăng thể tích và ứng suất bên
trong). Nhiệt độ lần ram thứ nhất cao hơn nhiệt độ xuất hiện độ cứng thứ cấp (530 oC)
khoảng 30oC, nhiệt độ lần ram thứ 2 dựa vào độ cứng sau lần 1 để điều chỉnh độ cứng
chính xác như theo yêu cầu. Tránh ram ở nhiệt độ có độ cứng thứ cấp 500-550 oC để
tránh giòn ram.
- Ram lần 3 nếu sau nhiệt luyện đạt độ cứng cao hơn yêu cầu, giảm độ cứng tới mức
yêu cầu hoặc với mục đích khử ứng suất.


1.2. Chi tiết lưỡi bào gỗ

1.2.1. Giới thiệu chi tiết lưỡi bào gỗ
 Giới thiệu ngành công nghiệp gỗ

Trong lịch sử phát triển của loài người, gỗ đóng vai trò hết sức quan trọng, không những
giúp con người tự vệ, sản xuất mà còn góp phần tạo nen những tiện nghi cần thiết trong
sinh hoạt. Ngoài ra nó chiếm một vị trí không thể thiếu trong mọi lĩnh vực nghệ thuật và
xây dựng. Ngày nay, gỗ vẫn luôn hiện diện trong mọi lĩnh vực của đời sống chúng ta và
trong tương lai gỗ vẫn còn phát triển hơn nữa. Do đó, ngày càng có nhiều yêu cầu vầ sản
phẩm, mẫu mã và chất lượng, nhất là trong nền kinh tế thị trường của nước ta hiện nay thì
năng suất cao, giá thành hạ, chất lượng cao là những yêu cầu tiên quyết. Chính vì vậy,
việc cơ giới hóa trong khâu gia công gỗ là hết sức cần thiết.
 Giới thiệu máy bào gỗ cầm tay

Bào gỗ là công nghệ gia công mặt phẳng có diện tích tương đối lớn so với chiều dày bằng
cách cắt gọt một hay nhiều lớp gỗ mỏng để tạo nên tấm với chiều dày, độ phẳng, độ nhẵn
đạt yêu cầu cho phép trước khi chuyển sang công đoạn khác.
Tuy sản xuất công nghiệp đòi hỏi cơ giới hóa để mang lại hiệu quả kinh tế cao, song dụng
cụ bào gỗ cầm tay vẫn là dụng cụ thiết yếu không thể thiếu trong ngành công nghiệp gỗ.


Hình 1.2.1. Dụng cụ bào gỗ cầm tay
- Lưỡi bào gỗ là một phần quan trọng trong dụng cụ bào gỗ, có thiết kế nhỏ gọn giúp thao
tác bào dễ dàng.
- Hình ảnh và kích thước chi tiết lưỡi bào:


1.2.2. Điều kiện làm việc của chi tiết lưỡi bào gỗ
- Trong quá trình làm việc chi tiết cần có độ cứng nhất định để có thể bào được gỗ, đồng
thời cũng phải chịu được mài mòn do tiếp xúc trực tiếp với bề mặt gỗ, do vậy độ cứng chi
tiết cần đạt 55HRC.

- Với độ cứng cao như vậy, chi tiết rất giòn dễ bị gãy do va đập mạnh trong quá trình làm
việc, do vậy mặt không công tác của chi tiết có độ cứng thấp hơn: 40-42 HRC để đảm
bảo độ dai va đập.

1.2.3. Lựa chọn vật liệu
- Lựa chọn vật liệu làm mặt không công tác của lưỡi:
Do gỗ là vật liệu khá mềm nên độ cứng của lưỡi dao bào cũng không cần cao như các
thép làm dụng cụ cắt. Đồng thời, lưỡi bào có dạng mỏng trong quá trình chế tạo cần cán,
do vậy chi tiết đã chịu tác động của hóa bền biến dạng.Vì vậy các loại thép có thể làm chi
tiết có thành phần C từ 0.4% trở lên có thể đảm bảo độ cứng 40-42 HRC. Trên cơ sở đó,
mác thép C45 đảm bảo yêu cầu cơ tính cho vật liệu.
→Thành phần hóa học thép C45:
C

Mn

P(tối đa)

S(tối đa)

0.42-0.5

0.5-0.8

0.025

0.025

- Lựa chọn vật liệu làm mặt công tác của lưỡi:
Trên cơ sở mác thép C45, mặt dưới yêu cầu độ cứng chi tiết cao hơn có thể bổ sung

thêm khoảng 1% Cr, tạo cacbit nhỏ mịn khi ram, có tác dụng hóa bền tiết pha làm tăng độ
cứng chi tiết và chống mài mòn. Do vậy mặt dưới của chi tiết có thể dùng mác thép 45Cr.
→Thành phần hóa học thép 45Cr:
C

Cr

Mn

P(tối đa)

S(tối đa)

0.42-0.5

0.8-1.1

0.5-0.8

0.025

0.025


1.2.4. Lựa chọn quy trình công nghệ
Quy trình công nghệ tổng quát chế tạo lưỡi bào:

Phôi

Nung sơ bộ

Kiểm tra

Nhiệt luyện

Kiểm tra

Gia công
(cán, cắt gọt)

Ghép nối

Kiểm tra

Kiểm tra

Đóng gói

 Nung sơ bộ
•

Mặt không công tác của lưỡi dùng thép C45
- Mục đích của nung sơ bộ là làm mềm thép trước khi gia công.
- C45 là thép trước cùng tích, do vậy nhiệt độ nung được tính như sau:

A3=80.5+727=807.5
T=807.5+(20-40)=840oC


ToC

840oC

Không khí
t(phút)
•

Mặt không công tác của lưỡi dùng thép C45

Mục đích của nung sơ bộ là làm mềm thép trước khi gia công.
45Cr là thép hợp kim thấp, nhiệt độ nung
T= TC45+10=840+10=850oC
Do hàm lượng Cr thấp tổ chức sau nung sơ bộ là Ferit+Peclit+Xe hợp kim (Fe,Cr) 3C
 Sau khi nung sơ bộ, kiểm tra vật liệu:

- Dùng kính hiển vi quang học: tổ chức nhận được giống phôi ban đầu gồm các hạt
ferrit và các tấm peclit.
- Kiểm tra cơ tính đạt được:
Giới hạn bền
(MPa)

Giới hạn chảy
(MPa)

Độ dãn dài tương
đối δ (%)

Độ cứng HRC

C45

610

360

16

23

45Cr

980

785

9

24


 Gia công:

- Sau khi nung sơ bộ thép có dạng tấm với chiều dày lớn hơn chiều dày chi tiết cần chế
tạo, chi tiết được đưa vào cán thành tấm mỏng.
- Sau khi cán chi tiết được mang đi gia công tạo hình sản phẩm theo yêu cầu.
 Nhiệt luyện kết thúc:

Sau khi nung nóng lên nhiệt độ tôi, 2 mặt của chi tiết sẽ được rèn nóng để ghép lại với
nhau. Do độ cứng của mặt công tác và mặt không công tác chênh lệch nhau nhiều (40
và 55HRC) mà sử dụng 2 mác thép C45 và 45Cr. Do vậy mặt công tác sẽ được tôi

hoàn toàn và mặt không công tác được tôi không hoàn toàn sau đó được rèn nóng để
ghép vào với nhau rồi cùng mang ram thấp.
 Kiểm tra:

+ Kiểm tra về kích thước chi tiết sau quá trình nhiệt luyện, có thể tiến hành gia công tinh
để đạt được kích thước chính xác theo yêu cầu.
+ Kiểm tra về cơ tính chi tiết:
• Độ cứng mặt không công tác: 40-42 HRC
• Độ cứng mặt công tác: 54-56 HRC
•

Mối ghép phải chắc chắn đảm bảo không bị bong tách trong quá trình làm việc.

1.2.5. Quy trình nhiệt luyện tổng quát
•

Tôi
+ Mặt công tác dùng thép 45Cr
Thép 45Cr là thép hợp kim thấp, nhiệt độ tôi:
T=A3+10+(30-50)=807.5+10+(30-50)=860oC


Pha xementit hợp kim có nhiệt độ hòa tan vào austenit khoảng 830-850oC do
vậy sau khi nung lên nhiệt độ tôi, xementit hợp kim sẽ hòa tan vào austenit do
vậy tổ chức là austenit.
Vì là thép hợp kim thấp, môi trường tôi là dầu nóng (nhiệt độ 60-80oC) để
tránh ứng suất nhiệt gây cong vênh nứt vỡ.
+ Mặt không công tác dùng thép C45
Mặt này được tôi không hoàn toàn ở nhiệt độ 800C.
•

Ram

Với chi tiết lưỡi bào, cơ tính của mặt công tác là phần quan trọng do đó nhiệt
độ ram được chọn theo mặt công tác (thép 45Cr).
Do thép có hàm lượng Cr<1% có thể sử dụng giản đồ bên dưới để chọn nhiệt
độ và thời gian ram:

Để đạt độ cứng (55-57) HRC nhiệt độ ram 200oC trong 1 giờ
Sau khi ram tổ chức đạt được là Maxtensite ram hình kim và cacbit crom phân bố
đều trên nềnToC
tăng độ cứng 860oC
và chống mài mòn.
Dầu (70oC) 200oC

t(phút)



CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ
CÁC QUY TRÌNH NHIỆT LUYỆN
2.1. Tính toán các thông số các quá trình nhiệt luyện khuôn dập nóng
2.1.1. Ủ
•

Để có thể dễ dàng gia công cắt gọt cho khuôn được dễ dàng, thì khuôn cần phải thông

qua xử lý ủ mềm.
• Nhiệt độ ủ mềm thường là 820 – 870 oC, sau đó được làm nguội cùng lò.
• Độ cứng đạt được sau khi ủ là 23HRC.

2.1.2. Tính toán thời gian nung nóng và tôi
•

Thông tin chi tiết khuôn dập nóng:
- Kích thước: 130x250x80 mm
- Khối lượng: 18,77 kg
- Khối lượng riêng: 7,8 g/cm3
- Diện tích trao đổi nhiệt: 0,1258 m2

•

Chọn lò tôi: Model – SNOL 1000/1200, hãng Snol - Livita
Lò điều khiển theo chương trình
Kết nối với máy tính qua cổng RS-232 / RS-485 / USB
Công suất thiết kế: 70 kW
Kích thước buồng lò: Rộng x Sâu x Cao: 1000x1000x1000 mm
Kích thước ngoài lò: Rộng x Sâu x Cao:2500x2200x2800 mm
Điện năng: 380 V
Nhiệt độ tối đa: 1200 oC
Điện áp ba pha

•

Quy trình tôi:


Hình 2.1.1. Sơ đồ nung và giữ nhiệt trong quá trình tôi
•

Tính nhiệt độ trung bình của vật nung:

Trong đó:
T2d là nhiệt độ đầu của vật nung (K): T2d = 25+273 = 298 K
T2c là nhiệt độ cuối của vật nung (K): T2c = 1040+273 = 1313 K
T2tb là nhiệt độ trung bình của vật nung (K): T2tb = 1105 K hay 831oC
• Hệ số Bi :

Trong đó:
α là hệ số truyền nhiệt

[kcal/m2.h.K]

[kcal/m2.h.K]
hay α = 152,85 [W/m2.K]


S là chiều dày trung bình của chi tiết nung: 0,04 [m] (nửa chiều dày);
λ là độ dẫn nhiệt: 25 [W/m.K] [4]
Vì Bi = 0,24 < 0,25 nên chi tiết là vật mỏng.
•

Công suất hữu ích của lò :

(W)
Trong đó:
là hệ số sử dụng hữu ích của lò, chọn = 0,7 ÷ 0,8; chọn
Ntk là công suất thiết kế của lò;
Nh là công suất hữu ích của lò;
• Số chi tiết trong một mẻ để sử dụng hết công suất hữu ích là:

= 0,75

Trong đó:
F là diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của 1 chi tiết,
F = 2.(0,13.0,08+0,13.0,25+0,25.0,08) = 0,1258 (m2)
k là hệ số tỷ lệ giữa nhiệt độ tại giai đoạn đầu và nhiệt độ môi trường nung cần
đạt, k = 0,85 ÷ 0,95; chọn k = 0,9
T1 = 1050 + 273 = 1323 K, là nhiệt độ của lò
T2 = 1040 + 273 = 1313 K, là nhiệt độ cuối của chi tiết
• Đồ gá và cách xếp chi tiết trong lò:
+ Đồ gá: hình dạng gá được minh họa ở mục 3.5.1.1
+ Gá được làm bằng gang, dày 40mm, gồm 8 thanh ngang 630x40x5mm cách nhau
10cm và 2 thanh dọc 720x40x5mm cách nhau 63cm. 8 thanh trụ đỡ ø15x300mm
+ Diện tích hấp thụ nhiệt của 1 tấm gá:
Stấm = 2.Sthanh dọc + 8.Sthanh ngang– 16.Smối hàn
Stấm = 0,584 (m2)
+ Khối lượng của 1 tấm gá:
Mtấm = Vtấm.dtấm = 1,296.10-3.7800 = 10 (kg)
+ Diện tích hấp thụ nhiệt của 1 thanh đỡ :
Sthanh = 0,014 (m2)
+ Khối lượng của 1 thanh đỡ :
Mthanh = 5,3.10-5.7800 = 0,414 (kg)
+ Diện tích hấp thụ nhiệt của 1 bộ gá :
Sgá = 2.Stấm + 8.Sthanh = 1,28 (m2)
+ Khối lượng của 1 bộ gá :


Mgá = 2.Mtấm + 8.Mthanh = 23 (kg)
+ Cách xếp chi tiết trên gá: gồm 2 gá, 8 chi tiết trên 1 gá, mỗi gá cách nhau 30cm.

+ Các chi tiết được xếp cách đều nhau một khoảng là d/2 nên hệ số sắp xếp k=2,2[5]
• Khối lượng chi tiết trong một mẻ: Mchi tiết = 16.(2,407.10-3.7800) = 300 kg
•
Khối lượng mẻ xếp: Mmẻ = Mgá + Mchi tiết = 23 + 300 = 323 kg
• Diện tích hấp thụ nhiệt của mẻ:
Fm = Sgá + 16.Schi tiết = 1,28 + 16.0,1258 = 3,3 (m2)
• Kiểm tra điều kiện:

Trong đó: Ntk = 70 kW là công suất thiết kế của lò
α = 152,85 W/m2.K là hệ số truyền nhiệt của lò
Fm = 3,3 m2là bề mặt trao đổi nhiệt của một mẻ
T1 = 1050+273 = 1323 K là nhiệt độ của lò
T2d = 25+273 = 298 K là nhiệt độ ban đầu của chi tiết
= 0,7 ÷ 0,8 là hệ số sử dụng hữu ích của lò, chọn

= 0,8

Vậy nhiệt độ môi trường lò thay đổi, chi tiết được nung theo hai giai đoạn.

Hình 2.1.2. Sơ đồ thay đổi nhiệt độ của chi tiết và lò nung

2.1.2.1. Nung phân cấp giai đoạn 25oC – 650oC


•

Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
- Khi kết thúc giai đoạn 1, nhiệt độ của chi tiết đạt t’2.
- Ta có:

Trong đó:
t1 = 660oC
Nh = 43750 W
α = 152,85 Wm2/K
Fm= 3,3 m2

(oC)

- Thời gian nung giai đoạn 1 (nhiệt độ lò thay đổi), được tính theo công thức sau:

Trong đó:
c = 460 J/kg.K là nhiệt dung riêng của chi tiết
M = 323 kg là khối lượng mẻ xếp
t2d = 25oC là nhiệt độ ban đầu của chi tiết
Fm = 3,3 m2 là diện tích trao đổi nhiệt của một mẻ nung

•

Giai đoạn 2: Nhiệt độ lò không đổi
Thời gian nung giai đoạn 2 (nhiệt độ lò không đổi), được tính theo công thức sau:

Trong đó:
t1 = 660 là nhiệt độ môi trường nung
t2c = 650 là nhiệt độ của chi tiết

Hệ số sắp xếp kx = 2,2
• Tổng thời gian nung giai đoạn 25oC – 650oC:
= 92 phút

•

Thời gian nung giữ ở nhiệt độ phân cấp 650oC:
- Thời gian này dựa trên khuyến nghị của công ty phân phối thép Hitachi Nhật Bản,
theo đó thời gian này được lấy bằng 2 lần thời gian nung giữ khi tôi ở nhiệt độ tôi.

- Thời gian giữ nhiệt độ ở nhiệt độ tôi dựa trên chiều dày của chi tiết:
Dày (mm)

<15

25

50

75

100

125

150

200

300

Thời gian
giữ nhiệt
(phút)

15

25

40

50

60

65

70

80

100

- Chiều dày chi tiết là 80mm, do đó ta lấy thời gian giữ nhiệt là τgn1 = 104 phút.
• Tổng thời gian nung và giữ nhiệt giai đoạn 25oC – 650oC:
τnung1 = 92+104 = 196 (phút)

2.1.2.2. Nung phân cấp giai đoạn 650oC – 850oC
•

Giai đoạn 1: Nhiệt độ lò thay đổi
- Khi kết thúc giai đoạn 1, nhiệt độ của chi tiết đạt t’2.
- Ta có:

Trong đó:
t1 = 860oC
Nh = 33333 W
α = 152,85 Wm2/K
Fm = 2,5814 m2

(oC)

- Thời gian nung giai đoạn 1 (nhiệt độ lò thay đổi), được tính theo công thức sau: