Công nghệ chế tạo khuôn mẫu - P6

quá trình đùn ép nhôm.
Nguyên tắc cơ bản của đùn ép nhôm hoàn toàn đơn giản: một thỏi hình trụ đã qua
xử lý gia nhiệt trớc đợc đặt trong máy đùn ép thuỷ lực và đợc ép ở áp suất cao qua
một khuôn ép bằng thép để mà khi thỏi đùn ra khỏi máy ép sẽ có hình dạng theo ý
muốn. Bản vẽ biểu đồ của một chu trình sản xuất đợc chỉ ra ở hình 1.: trọng tâm của
chu trình là khuôn . Kiểu khuôn đơn giản nhất là loại khuôn thép đợc qua xử lý
nóng, có một lỗ, đợc gia công cơ khí đặc biệt, có hình dạng theo thiết kế. Cùng với
các phụ kiện khác, khuôn đợc giữ trong một trợt khuôn - một bộ phận của máy ép.
Gắn chặt với trợt khuôn là một container (buồng ép). Trong buồng ép là một Billet đ-
ợc chèn vào sau khi nó đã đợc nung nóng ở nhiệt độ khoảng 500
0
C. Buồng ép cũng
đợc gia nhiệt bằng một dụng cụ chống điện tốt, nhằm đảm bảo Billet luôn đợc giữ ở
nhiệt độ đồng nhất. Ram (pittông) sẽ tạo áp lực lên Billet và đầu của Ram (dummy
block: chày ép) phải đợc thay định kỳ, bởi vì chức năng của nó là hấp thụ mài mòn
do sự tiếp xúc với kim loại nóng gây ra. áp lực đợc thực hiện bởi Main piston (pitông
chính) vận hành bằng dầu thuỷ lực. Dầu thủy lực sinh ra dới áp lực của bơm dầu. áp
lực này sẽ làm thanh nhôm đợc ép qua lỗ trong khuôn, tạo thành thanh có hình dạng
giống với hình của lỗ trong khuôn.
Chu trình phải dừng trớc khi mũi Ram chạm khuôn. Container quay trở lại xilanh
nhả khuôn còn giữ phần còn lại của Billet; Ram cũng sẽ lùi lại và mẩu Billet sẽ bị
tách ra khỏi khuôn bởi một lỡi cắt từ trên. Công suất lớn nhất mà pitông chính thực
hiện đợc gọi là công suất ép. Công suất ép đợc đo bằng tấn. Các máy ép công nghiệp
có công suất từ 500 đến 20.000 tấn, nhng hầu hết nằm trong khoảng 1.200 - 3.500
tấn.
I. Các kiểu máy ép
Về ứng dụng thực tế, các kiểu cơ bản của máy đùn ép đợc chỉ ra ở hình 2.
A. Máy đùn ép trực tiếp loại đơn giản (bản vẽ A, hình 2)
Đây là kỹ thuật cơ bản.
B. Máy đùn ép trực tiếp có lõi rỗng (bản vẽ B, hình 2)
Kiểu này đợc sử dụng để đùn ép các thanh rỗng vì nó không thể sử dụng các khuôn

truyền thống.
Các bớc cơ bản của máy ép này đợc thực hiện nh sau:
Pitông và thiết bị rỗng cùng tiến lên cho đến khi Ram chạm đến Billet
Lõi rỗng trung tâm tiến trong khi Ram dừng lại, tạo đờng qua Billet và xuyên qua
nó (nhng thờng thì Billet đợc khoan trớc) và dừng lại khi đầu của nó đã vào lỗ
khuôn.
Lúc này thiết bị rỗng dừng trong khi Ram tiến và Billet đợc đùn qua khoảng hình
khuyên giữa khuôn và lõi rỗng.
C. Máy đùn ép gián tiếp hoặc máy ép ngợc (bản vẽ C, hình 2)
Trong quá trình đùn ép gián tiếp, lực máy ép tạo ra một áp lực rất cao trong buồng
ép. lực ép này làm bề mặt của billet dính chặt vào thành buồng ép. Khi Billet tiến
vào buồng ép, các tầng bên trong buống ép di chuyển dễ dàng hơn các tầng gần bè
mặt. Điều này do phản ứng ma sát đáng kể tạo ra.Các phản ứng này có thể hấp thụ
hơn 20% lực ép khi vận hành trên các hợp kim cứng. Điều này làm hạn chế khả năng
đùn ép, đặc biệt với các thanh mỏng.
Đối với loại máy ép ngợc, buồng ép đợc làm để di chuyển cùng tốc độ và cùng
hớng với Ram , để mà không có sự di chuyển tơng ứng giữa Billet và buồng ép ,
1
không có các phản ứng ma sát và toàn bộ lực ép sẽ đợc tận dụng để đùn ép Billet. Vì
có cùng lực ép, do đó, có thể đạt đợc tốc độ ép cao hơn: ví dụ đối với các máy ép có
vách mỏng hơn. Một thuận lợi khác đối với loại máy ép nghịch này là với hệ thống
này thì có thể tránh đợc điểm làm việc cứng và hạn chế đợc hiện tợng tạo ra thớ kết
tinh ở phía cuối khi sử dụng hợp kim cứng, giảm số các thanh bị khuyết tật.
Tuy nhiên, cùng với các thuận lợi trên thì kiểu máy ép này cũng có những bất lợi
đáng kể. Một trong những bất lợi chính là, đối với loại máy ép trực tiếp, vỏ của Billet
có chứa nhiều oxit và chất kết tủa còn nằm ở trên vách buồng ép và đợc Ram thu lại
sẽ đợc chuyển đến khu thải. Quá trình này lại không xảy ra với máy ép nghịch nơi
mà vỏ Billet hình thành trực tiếp trên bề mặt của thanh ép, gồm cả các khuyết tật bề
mặt. Một hạn chế quan trọng khác của máy ép nghịch là các sản phẩm đợc đùn ép
phải đi qua bên trong trục giữ khuôn và điều này làm hạn chế các thanh đạt đợc.

II. Hợp kim đúc
Có hàng trăm loại nhôm hợp kim đúc. Tuy nhiên, đa số thanh đùn ép liên quan đến
một số thành phần dới đây (Bảng 1 và 2).
Nhóm
kí
hiệu
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ga V
thành
phần
khác
Ti
Tạp chất
Mỗi
TP
Tổng
Nhôm
1000
1050A 0.25 0.40 0.05 0.05 0.05 - - 0.05 - 0.05 - 0.03 0.03 - 99.50
1350 0.10 0.40 0.05 0.01 - 0.01 - 0.05 0.03
0.05B
0.02V+
Ti
Nhóm
kí
hiệu
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ga V
thành
phần
khác
Ti

Tạp chất
Mỗi
TP
Tổng
2000
2014
0.05
-1.2
0.7
3.9-
5.0
0.04
-1.2
0.2-
0.8
0.10 - 0.25 - - - 0.15 0.05
0.15
2017A
0.2-
0.8
0.7
3.5-
4.5
0.04
-1
0.10
0.4-1.
0
- 0.25 - -
0.25Zr+

Ti
- 0.05
0.15
3000
3003 0.6 0.7
0.05
-0.2
1-1.
5
- - - 0.1 - - - - 0.05
0.15
5052 0.25 0.4 0.1 0.1
2.2-
2.8
0.15-0
.35
- 0.1 - - - 0.2 0.05
0.15
5154 0.25 0.4 0.1 0.1
3.1-
3.9
0.15-0
.35
- 0.2 - - - 0.2 0.05
0.15
5454 0.25 0.4 0.1
0.5-
1
2.4-
3

0.05-0
.2
- 0.25 - - - 0.15 0.05
0.15
2

Hợp kim Al-MgSi: Các hợp kim có seri Al- Mg-Si chứng minh các đặc tính kinh tế
và kĩ thuật nhất đối với loại kiểu ứng dụng này, cho thấy khả năng làm việc và tốc
độ ép cao, sự đơn giản của xử lý nhiệt, tính dẫn điện tốt, các đặc tính cơ khí hoàn
hảo, khả năng da ra các thành phẩm có bề mặt tốt, độ chịu mài mòn cao và tính dễ
hàn.
Ước tính rằng vài triệu tấn hợp kim loại này đợc đùn ép hàng năm, đôi khi có hình
dáng phức tạp, đợc sử dụng cho cửa và khung cửa, trang trí xe hơi, cấu trúc nhà cao
tầng, thanh dẫn điện, máy trao đổi nhiệt, v.v....
Những hợp kim nhôm đại diện nhất và nổi tiếng nhất trong seri này, bao gồm một số
thành phần tiêu chuẩn hoá ở một số quốc gia đợc chi tiết ở hình dới.
6060 và 6063: nổi tiếng dới cái tên Al-Mg-Si 0.5. Những hợp kim này là những
vật liệu có khả năng đùn ép tốt nhất và chúng đợc đùn ép ở tốc độ rất cao (hình
3).
Chúng chịu mòn trong điều kiện mạnh và có thể dùng cho việc đánh bóng bề
mặt, anod và sơn.
Có những thành phẩm dùng cho trang trí, ví dụ nh trang trí ô tô, hay sử dụng
loại 6463 hoặc 6763. Các loại này có nhôm nguyên chất đạt treen 99.8% và
hàm lợng Fe cực thấp.
Al-Mg-Si 0.7 (6005): Hợp kim này , với các biến thể 6005 A, 6105 v.v...là một
trong những công thức phổ biến nhất trong số các hợp kim Al-Mg-Si có độ mạnh
cơ khí trung bình. Mức độ cao hơn của hợp kim khi đợc so sánh với 6060 cho
thấy có sự gia tăng cờng độ cơ khí mà cho phép nó đợc sử dụng cho các mục đích
xây dựng và bán xây dựng. Việc thuận lợi khi làm việc với hợp kim này là một
nền tảng tốt đối với sự phát triển rộng rãi hơn các ứng dụng.

Al-Mg-Si-Cu (6061) và Al-Mg-Si-Mn (6082): Các hợp kim này có các đặc tính
cơ khí rất tốt trong số các hợp kim đang đợc sử dụng rộng rãi dãy 6000, và đặc
biệt là 6082.
6061 đa ra đặc tính bền, dai rất tốt. Đây là một nhân tố có tính quan trọng trong việc
quyết định chính xác đúng đắn những hợp kim cho các mục đích xây dựng. Hợp kim
này cũng đợc a chuộng bởi vì tính nhạy đối với khả năng tôi trong các hoạt động
hàn, cho thấy đặc tính cơ khí cực tốt trong vùng hàn chỉ thông qua bằng hoá già mà
không cần giải pháp xử lý nhiệt. Không có sự khác biệt trong khả năng chịu mòn và
trong đặc tính sản phẩm giữa hai hợp kim 6061 và 6068. Tóm lại, Cả hai loại hợp
kim này đều phù hợp cho luyện kim.
Các hợp kim dãy 7000 Al-Zn-Mg với cờng độ trung bình. Trong vòng 30 năm
qua đã có sự quan tâm đáng kể đến bộ ba hợp kim Al-Zn-Mg (7020, 7005, 7003 và
các loại tơng tự) mà có ứng dụng đặc biệt trong thanh cuốn đờng ray và các kết cấu
3
hàn nói chung. Các hợp kim đợc xử lý nhiệt này cho thấy khả năng tự tôi cực tốt và
khả năng phục hồi các đặc tính cơ khí trong vùng luyện kim bị thay đổi do hàn mà
không cần xử lý nhiệt toàn bộ.
Các hợp kim này có cờng độ cơ khí tốt. Về khía cạnh kỹ thuật thì có khả năng
cạnh tranh với thép ở các cấu trúc hàn. Chúng có độ bền tốt. Điều này có nghĩa rằng
chúng có thể đợc dùng cho các thanh không phức tạp và khép kín. trong một số tr-
ờng hợp, nếu không đợc sử dụng hợp lý, chúng có thể bị tróc và ăn mòn.
Các hợp kim dãy 2000 Al-Cu và các hợp kim dãy 7000 Al-Zn-Mg-Cu với cờng
độ cao. Lớp hợp kim này bao gồm các hợp kim của dãy Al-Cu (loại 2014, 2024,
2017) và của dãy Al-Zn-Mg-Cu (loại 7075 và 7021). Những hợp kim này là những
hợp kim yếu, có xử lý nhiệt, có độ mạnh cơ khí cao nhất, với giá trị chịu căng cao
bằng 700 N/mm
2
hoặc hơn thế. Khả năng làm việc của chúng hạn chế, ví dụ, chúng
có thể đợc sử dụng cho các thanh đùn ép mặt cắt hở nếu hình dạng không quá phức
tạp và các thanh mặt cắt kín bằng cách sử dụng một lõi rỗng. Các chất liệu này hoặc

là không thể đợc hàn hoặc có thể đợc hàn nhng rất khó khăn. Thậm chí khi hàn đợc
thì cũng có thể gây ra những thay đổi kết cấu với đặc tính cơ khí bị giảm mạnh. Bất
lợi này làm cho chúng ít đợc lựa chọn trong hàn.
Tất cả các hợp kim này phải đợc bảo vệ chống ăn mòn.
Các hợp kim của dãy 2000 và 7000 thờng đợc sử dụng cho kết cấu máy bay, và
nói chung, chúng đợc sử dụng trong các trờng hợp có tỉ lệ cờng độ/trọng lợng là một
trong những mục tiêu cơ bản của thiết kế.
Hợp kim không xử lý nhiệt dãy 3000 Al-Mn và các hợp kim đùn ép dãy 5000
Al-Mg. Hợp kim Al-Mn dãy 3000 rất thích hợp cho nhà máy hoá chất và các ống
trao đổi nhiệt, bản vẽ sâu và cho đùn ép va đập.Khả năng chịu mài mòn cao, tốt nh
nhôm nguyên chất.
Các hợp kim nhôm tốt nhất mà không thể bị làm cứng bằng xử lý nhiệt là
những loại thuộc seri 5000 Al-Mg. Tăng lợng Mg (Tỉ lệ cao nhất trong nhôm thơng
mại là 5%) nâng cao đặc tính cơ khí nhng lại giảm khả năng làm việc, mà thậm chí
trong những trờng hợp tốt nhất cũng không bao giờ cao. Vì lí do này mà các thanh
ép trong 5000 hợp kim luôn có những hình dạng đơn giản hoặc chỉ hơi phức tạp một
chút.
Các hợp kim Al-Mg chịu mài mòn cao. Những sử dụng cơ bản đối với 5000 hợp
kim bao gồm các ứng dụng trang trí , kiến trúc, các biển chỉ đờng, tàu thuyền và
bình đông lạnh.
III. Các đặc tính kỹ thuật và đặc tính cơ khí của các hợp kim đợc chọn cho
đùn ép
Để tổng kết bức tranh các chất liệu này, bảng 3 và bảng 4, chỉ ra các đặc tính kỹ
thuật và cơ khí của một số hợp kim đợc dùng biến phổ nhất. Những dữ liệu trong
bảng đề cập đến các giá trị chỉ thị thờng đợc ứng dụng cho nhiều loại hợp kim khác
nhau. Những con số trong bảng đợc đa ra không phải để đinh nghĩa mà là đợc dùng
để so sánh.
1. Dây chuyền đùn ép.
(Xem phác hoạ hình 4)
Trớc khi đợc đa vào máy ép, các billet phải đợc nung nhiệt trớc trong một lò

hợp lý. Nói chung độ dài của billet đã đợc tiêu chuẩn hoá. Và do đó, trong thực tế
4
không thể đa ra độ dài chính xác của thanh theo yêu cầu. Để khắc phục khó khăn
này, lò phải đợc thiết kế phù hợp với toàn bộ chiều dài thanh billet, và chiều dài
thanh sau đó đợc cắt nóng theo yêu cầu bằng máy cắt tại đầu ra của lò, do đó cho
phép chiều dài billet đợc nạp vào trong máy ép vừa với chiều dài của thanh đùn ép
đặc biệt đợc chế tạo.
Không những Billet mà còn cả khuôn cũng phải đợc nung trong một lò nung
khuôn đặc biệt trớc khi cho vào máy. Tại cửa ra của máy, các thanh profile phải qua
chu trình press-quenching (tôi-ép) bằng cách qua nớc, sau đó chuyển lên bàn dẫn
ra, để tránh bị xớc và mòn. Phơng pháp thay thế là xử lý nhiệt truyền thống trong lò,
theo đó là làm mát nhanh trong nớc hoặc trong một số dụng cụ tôi khác.
Xử lý nhiệt truyền thống chắc chắn là an toàn nhất, và là phơng pháp duy nhất
phù hợp với các hợp kim nhất định. Tuy nhiên, một bất lợi là nó có thể gây ra biến
dạng ở các thanh vách mỏng.
Vấn đề của tôi không phát sinh với đại đa số các thanh đùn ép, đợc làm từ hợp
kim 6060/6063 hoặc các hợp kim tơng tự. Đối với các sản phẩm nh thế này, làm mát
cẩn thận bằng quạt trên máy ép đủ để đảm bảo rằng các thanh ép có thể đợc làm
cứng bằng hoá già. Thậm chí đối với các hợp kim mà khá nhạy cảm với tỉ lệ tôi, nh
6082, 6061 và 6005 thì làm mát ở máy ép cũng đủ miễn là phải sử dụng phun nớc
tán nhỏ. Chỉ đối với các hợp kim cơ bản có chứa đồng là 2000 và 7000 thì luôn cần
thiết phải sử dụng các lò đặc biệt để xử lý trớc khi tôi.
Quay trở lại quy trình vận hành, trong đùn ép thì các thanh profile sẽ đợc kéo bằng
một máy kéo có lực kéo thấp nhất là 0.25kg/mm
2
của thanh sản phẩm. chức năng
của máy kéo là giữ các thanh trong điều kiện hợp lý và loại bỏ xoắn, cong, và các
khuyết tật khác trong giới hạn nhất định.
Máy kéo còn có chức năng quan trọng khác là kẹp giữ các thanh khi chúng lòi
ra từ khuôn. Một máy ca nóng sẽ cắt các thanh đùn ép ở cuối mỗi billet.

Sau khi cắt xong, thanh ép đợc chuyển đến máy kéo căng thông qua một loạt các
băng đai đợc làm mát bằng quạt phía dới. Trong thực tế, rất quan trọng rằng các
thanh ép cần đợc làm mát khi đa tới máy kéo căng bởi vì nếu không làm nh vậy thì
việc kéo căng sẽ tạo ra trên bề mặt thanh cái gọi là vỏ cam. Kéo căng có mục đích
loại bỏ biến dạng chính trên thanh và đợc thực hiện bằng cách áp dụng lực kéo cần
thiết để gây ra độ kéo ổn định 2-3%. Nếu vợt quá tỉ lệ này, thì hiện tợng vỏ cam
có thể xuất hiện thậm chí đối với cả các thanh đã qua làm mát lạnh.
Từ máy kéo căng, sản phẩm đợc chuyển tới bàn cắt. Tại đây, sản phẩm đợc cắt với
chiều dài phù hợp bởi một máy ca tự động. Sau đó, chúng đợc nạp vào giỏ để chuyển
đến lò hoá già. Việc vận chuyển từ một bộ phận này đến một bộ phận khác của nhà
máy đợc thực hiện bằng các giá di chuyển đợc hoặc bằng các đai, nhng nếu sự xắp
xếp không hợp lý thì các sản phẩm có thể bị h hại, đặc biệt là trong khi chúng vẫn
còn rất nóng. H hỏng sẽ nằm ở dạng mài mòn, mà xảy ra chủ yếu khi bắt đầu vận
chuyển từ bàn dẫn ra. Một h hại khác gây ra bởi việc dỡ xếp không tốt các sản phẩm
lên giá , hoặc xử lý bất cẩn khi giá chứa sản phẩm di chuyển.
Một khuyết tật rất phổ biền khác có thể xảy ra trên các băng đai chuyển là làm mát
không đồng đều bởi vì các quạt vận hành từ bên dới hoặc một số bộ phận bị che
chắn bởi các tấm của chính băng đai.
Cấu trúc luyện kim của các thanh đùn ép có thể gây ra các sự cố trong sử dụng hoặc
trong các giai đoạn sản xuất, ví dụ nh: màu bị loang lổ khi anod hoá.
5