Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt

Tổng cục công nghiệp quốc phòng
Trung Tâm Công Nghệ
Xóm 6 Đông Ngạc - Từ Liêm - Hà Nội











Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài

Nghiên cứu công nghệ miết ép phục vụ
chế tạo các chi tiết có kết cấu đặc biệt,
chịu áp lực cao trong sản xuất vũ khí


ThS. Trần Việt Thắng

6295
06/2/2007



Hà Nội 5-2005

128
lời cảm ơn

Tập thể tác giả thực hiện Đề tài KC.05.18 xin trân trọng bày tỏ sự biết
ơn sâu sắc đối với các cơ quan, đơn vị và cá nhân, cùng tất cả các cộng tác
viên, đặc biệt là:
- Bộ Khoa học và Công nghệ .
- Ban chủ nhiệm chơng trình KC.05, Văn phòng chơng trình KC.05.
- Cục Khoa học Công nghệ Môi trờng Bộ Quốc Phòng
- Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng
- Trung tâm Công nghệ và các phòng nghiên cứu, cơ quan thuộc
Trung tâm Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng.
- Viện Vũ Khí, các nhà máy Z153, Z131, Z117 và các đơn vị tham gia
trong chế tạo thiết bị, chế thử công nghệ, khảo nghiệm sản phẩm.
- Các thành viên Hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở và Nhà nớc.
Đã cùng tham gia cũng nh tạo điều kiện, hỗ trợ thực hiện để hoàn
thành các nội dung nghiên cứu khoa học của Đề tài.

Chủ nhiệm Đề tài KC.05.18


ThS. Trần Việt Thắng

1
Mục lục
Lời mở đầu 3
I - Tổng quan 4
1.1. Tổng quan về công nghệ, sản phẩm và thiết bị miết. 4
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nớc 5
1.1.2. Phân loại công nghệ và sản phẩm 7
1.1.3. Đặc điểm công nghệ miết yêu cầu về vật liệu 11
1.1.4. Thiết bị miết 15
1.2. Lựa chọn phơng pháp, đối tợng nghiên cứu 19
II - Cơ sở lý thuyết 21
2.1. Động học quá trình miết 21
2.1.1. Mô hình bài toán khi miết 21
2.1.2. Các chuyển động khi miết 22
2.2. Lựa chọn tốc độ miết 23
2.3. Lực, công suất khi miết 24
2.3.1. Lực tác dụng lên con lăn và phôi 24
2.3.2. Công khi miết 25
2.3.3. Công suất khi miết 25
2.4. Miết biến mỏng chi tiết hình trụ 26
III Nội dung, kết quả nghiên cứu 29
3.1. Nghiên cứu khả năng biến dạng bằng miết ép 29
3.1.1.Tìm hiểu đặc tính biến dạng của một số vật liệu làm vỏ tên lửa 29
3.1.2. Nghiên cứu khả năng tạo hình các kết cấu rỗng 31

3.1.3. Thực nghiệm miết ống trụ 32
3.1.4. Thí nghiệm miết ống có côn 42
3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hởng đến quá trình miết biến mỏng 45
3.2.1. ảnh hởng của đặc tính vật liệu 45
3.2.2. ảnh hởng của mức độ biến dạng 46
3.2.3. ảnh hởng của trạng thái tổ chức vật liệu khi miết 48
3.2.4. ảnh hởng của các thông số công nghệ miết 49
3.2.5. ảnh hởng của các thông số dụng cụ miết 49
3.3. Nghiên cứu tạo phôi, miết ép thân động cơ tên lửa 50
3.3.1. Yêu cầu chung về vật liệu tên lửa 50
3.3.2. Phân tích kết cấu, vật liệu, công nghệ và lựa chọn mẫu
động cơ, phơng án công nghệ 53
3.3.3. Nghiên cứu chế thử vỏ động cơ tên lửa bằng phơng pháp miết 56

2
3.3.4. Trang bị công nghệ miết ép 70
3.3.5. Kiểm tra đánh giá sản phẩm 71
IV - Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy miết 75
4.1. Nhiệm vụ thiết kế 75
4.2. Tiến trình thiết kế 75
4.2.1. Phần điện 75
4.2.2. Phần cơ khí 76
4.3. Đề xuất phơng án cấu trúc phần cứng 76
4.4. Lựa chọn phơng án 78
4.4.1. Khảo sát máy mẫu cần thiết kế 78
4.4.2. Lập phơng án thiết kế 78
4.4.3. Tính toán động học, chọn kết cấu máy 80
4.4.4. Phần mềm điều khiển 81
4.4.5. Ghép nối các khối điều khiển 83
4.4.6. Cài đặt các phần mềm 83

4.5. Tính toán thiết kế máy miết 84
4.5.1. Tính toán sơ bộ tỷ số truyền của trục chính máy miết 84
4.5.2. Tính toán sơ bộ lực miết 85
4.5.3. Tính toán trục vít đai ốc bi 87
4.5.4. Tính chuyển động nội suy 102
4.5.5. Tính lực kẹp phôi, thiết kế cụm thủy lực 104
4.5.6. Nghiệm bền sơ bộ cụm trục chính 105
4.5.7. Tính toán thiết kế bộ con lăn miết 109
4.6. Kết quả thiết kế 111
4.7. Chế tạo, lắp ráp, hiệu chỉnh máy miết 113
4.7.1. Các nội dung thực hiện 113
4.7.2. Các công việc đảm bảo thực hiện 121
4.8. Đánh giá nghiệm thu sản phẩm trên máy miết CNC 122
4.8.1. Căn cứ đánh giá và yêu cầu kỹ thuật chung. 122
4.8.2. Kiểm tra độ chính xác máy. 123
Kết luận 126
Lời cảm ơn 128
Tài liệu tham khảo 129

3
Lời mở đầu
Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp chế tạo máy, hàng
không, vũ trụ, ôtô, vũ khí, khí tài quân sự đặt ra những yêu cầu đối với công
nghệ vật liệu, công nghệ cơ khí, công nghệ hoá học ngày càng cao về chất lợng,
tính năng của các chi tiết, sản phẩm.
Việc đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật nói trên dẫn tới cần có sự kết hợp
giữa thiết kế kết cấu tối u với nâng cao độ bền kết cấu và tính năng làm việc của
sản phẩm.
Song song với nghiên cứu các vật liệu mới, các kết cấu đặc biệt, việc nghiên
cứu những phơng pháp gia công nhằm khai thác triệt để tính dẻo, các cơ chế

hoá bền để cải tạo tổ chức vật liệu đợc đặc biệt quan tâm.
Trong phạm vi của đề tài, chỉ nghiên cứu ứng dụng công nghệ miết ép biến
mỏng, chế tạo các chi tiết làm việc ở điều kiện tải trọng, áp suất, nhiệt độ cao
trong chế tạo vũ khí.
Đề tài vừa nghiên cứu các nội dung lý thuyết, thực nghiệm để xây dựng
công nghệ miết vỏ động cơ tên lửa, vừa có nhiệm vụ thiết kế, chế tạo thiết bị,
trang bị công nghệ miết chuyên dụng, chế mẫu vỏ động cơ tên lửa.
Từ những nghiên cứu về đặc tính biến dạng, gia công cơ - nhiệt luyện của
vật liệu, đề tài nghiên cứu xây dựng công nghệ gia công biến dạng miết ép để
chế tạo vỏ động cơ tên lửa.
Những tính năng kỹ thuật của máy miết điều khiển CNC đợc thiết kế trên
cơ sở lựa chọn phơng án cấu trúc phần cứng với cấu hình điều khiển, chọn card
điều khiển CNC. Kết cấu động của máy đợc thiết kế sử dụng tối đa các kết cấu
tiêu chuẩn, sử dụng chức năng điều khiển điện tử thay cho truyền động cơ khí.




4
Chơng 1

Tổng quan
1.1. Tổng quan về công nghệ, sản phẩm và thiết bị miết
Miết là một phơng pháp gia công kim loại bằng áp lực để tạo hình chi tiết
rỗng từ phôi phẳng hoặc phôi rỗng dới tác dụng của lực công tác làm biến dạng
dẻo cục bộ theo quỹ đạo xác định trên phôi quay.
Công nghệ miết ép tạo hình đợc biết đến từ nhiều thế kỷ trớc. Ban đầu,
những ngời thợ thủ công sử dụng các thiết bị thô sơ để miết tạo hình các tấm
kim loại mỏng để tạo ra các đồ mỹ nghệ, vật dụng dạng tròn xoay nh: nồi, bình
hoa. Ngời ta sớm thấy rằng các sản phẩm tròn xoay rỗng bằng vàng, bạc,

đồng... đợc làm bằng cách này rất dễ dàng thực hiện, ngời thợ kim hoàn đã
truyền cả sự ngẫu hứng xúc cảm nghệ thuật vào việc tạo hình mà không cần qua
nhiều khuôn mẫu. Công nghệ miết ép đợc áp dụng nhiều vào đồ dân dụng, công
nghiệp, đặc biệt là những năm đầu thế kỷ 19. Vật liệu sử dụng chế tạo sản phẩm
lúc này đã xuất hiện cả hợp kim nhôm, thép, các hợp kim có độ bền cao...
Ngày nay, công nghệ miết ép đã đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực công nghiệp khác nhau: hoá dầu, chế tạo máy, hàng dân dụng... Sản phẩm
đợc chế tạo bằng công nghệ này rất đa dạng, từ các chi tiết rỗng nhỏ vài mm
đến các đáy bình áp suất đờng kính tới 3ữ4m. Các chi tiết có hình dạng từ tròn
xoay tới hình dạng rất phức tạp, trong công nghiệp hoá chất, hoá dầu, hàng
không, vũ trụ... cũng đã đợc thực hiện bằng công nghệ miết ép.
Sản phẩm miết rất đa dạng và phong phú về chủng loại, hình dáng và kích cỡ, cũng
nh vật liệu của sản phẩm. Các ngành công nghiệp ứng dụng công nghệ miết là: công
nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp sản xuất ô tô, công nghiệp quốc phòng,
v.v... Do đặc điểm của công nghệ miết là biến dạng cục bộ từng phần của sản phẩm nên
công suất đòi hỏi của thiết bị miết nhỏ hơn rất nhiều so với công suất của các thiết bị
khác dùng để chế tạo (bằng phơng pháp biến dạng) cùng một loại sản phẩm đó.
Miết cũng đợc áp dụng trong sản xuất loạt nhỏ vì khi chế tạo khuôn dập
vuốt mất nhiều thời gian và hiệu quả kinh tế không cao. Máy miết vạn năng có
thể thực hiện các nguyên công sau:
5
- Miết chi tiết rỗng dạng tròn xoay (biến mỏng và không biến mỏng).
- Là phẳng bề mặt chi tiết.
- Miết cổ hẹp của các phôi trụ rỗng.
- Cắt và cuốn mép.
ống thành mỏng độ bền cao chịu áp lực lớn đợc dùng nhiều trong công
nghiệp hàng không, quân sự, chế tạo thiết bị thuỷ lực... Để ống chịu đợc áp lực
cao, vật liệu cần đợc chế tạo để có tổ chức phù hợp có độ bền kết cấu lớn, thớ
kim loại hình thành theo chiều xoắn hớng tiếp tuyến của ống. Các ống chế tạo
bằng phơng pháp miết ép thoả mãn các yêu cầu trên với giá thành không quá đắt.

Do ống có kết cấu với độ bền cao, nhẹ, nên đã đợc dùng nhiều trong chế
tạo các chi tiết quan trọng của tên lửa, máy bay, vũ khí. Công nghệ này thay thế
cho việc dùng các vật liệu hợp kim đặc biệt với những công nghệ phức tạp.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nớc
* Trên thế giới:
Hiện nay, các nớc công nghiệp phát triển trên thế giới (Nga, Đức, Anh,
Pháp, Mỹ) đã đạt đợc rất nhiều thành tựu trong việc áp dụng công nghệ miết để
chế tạo những chi tiết tròn xoay, nhẹ, chịu tải cao, điều kiện làm việc khốc liệt
với hệ số an toàn cao. Các máy miết hiện đại đợc điều khiển theo chơng trình
số có công suất lớn đợc dùng để chế tạo các chi tiết có độ bền cao, chiều dày
lớn: đáy nồi hơi, bình chứa khí hóa lỏng, bình áp lực, chỏm cầu, v.v... Trên các
máy có công suất trung bình điều khiển số, ngời ta đã chế tạo các chi tiết rỗng
tròn xoay thành mỏng, hình dạng phức tạp.
Các máy miết chuyên dụng đợc thiết kế để chế tạo một số chủng loại sản
phẩm xác định thì có kiểu dáng và kích thớc phù hợp với chủng loại sản phẩm
đó: kiểu đứng, kiểu ngang.
Một số loại máy miết:
a) Máy miết nằm ngang:
- Máy PS 60SS: công suất 65 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới
1600, chiều dày vật liệu 12mm.
6
- Máy PS-90: công suất 90 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới 1600,
chiều dày vật liệu 15mm.
- Máy PS-110SS: công suất 110 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính tới
2100, chiều dày vật liệu 18mm.
b) Máy miết đứng:
- Máy VDM 4000E: công suất 160 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính
tới 4m, chiều dày vật liệu 30mm.
- Máy VDM 6000E: công suất 250 kW, miết đợc chi tiết có đờng kính
tới 6m, chiều dày vật liệu 30mm.

* Trong nớc:
Hiện các cơ sở cơ khí trong nớc cha sản xuất máy miết, các thiết bị miết sử
dụng hiện nay cho miết không biến mỏng đợc nhập chủ yếu từ nớc ngoài.
+ Các cơ sở áp dụng công nghệ miết chế tạo các mặt hàng dân dụng:
- Công ty Sắt tráng men Hải phòng.
- Công ty Kim khí Thăng long.
- Các công ty sản xuất đồ hộp, bao bì.
- Các công ty sản xuất phụ tùng ô tô, xe máy.
+ Các cơ sở áp dụng công nghệ miết không biến mỏng chế tạo các mặt
hàng công nghiệp:
- Công ty Thiết bị áp lực: các máy miết đáy nồi hơi.
- Công ty Lilama: máy vê chỏm cầu PPM-600Tx6 đờng kính tới 5m, vật
liệu dày 35mm.
Nói chung, việc áp dụng công nghệ miết ở nớc ta còn rất hạn chế. Đó là do
các nguyên nhân:
- Các tính năng của công nghệ miết còn ít đợc biết đến.
- Cha có khả năng đầu t thiết bị, nhất là các thiết bị miết chuyên dùng
hiện đại.
Với những u điểm nổi trội của phơng pháp miết trong chế tạo các chi tiết
tròn xoay từ phôi tấm và phôi ống thì việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển
công nghệ và thiết bị miết ép trong giai đoạn hiện nay là rất cần thiết. Đất nớc
7
Hình 1.2: Tạo hình bằng phơng pháp miết từ phôi phẳng và
phôi không gian
đang trên đà công nghiệp hóa và hiện đại hóa nên rất cần có chính sách hợp lý
đầu t cho lĩnh vực miết ép để trở thành một yếu tố thúc đẩy ngành cơ khí nội
địa phát triển.

Hình 1.1: Các dạng sản phẩm miết
1.1.2. Phân loại công nghệ và sản phẩm

Các phơng pháp miết đợc phân loại nh sau:
a) Theo đặc điểm phôi:
- Miết phôi phẳng.
- Miết phôi ống.
- Miết phôi dạng thể tích (ít phổ biến).













8
b) Theo hình dạng sản phẩm:
- Tròn xoay:
Sản phẩm dạng cầu.
Sản phẩm dạng côn.
Sản phẩm dạng trụ.
- Không tròn xoay (xoáy ốc).
c) Theo cặp dụng cụ gây biến dạng:
- Dỡng trong - con lăn miết.
- Dỡng ngoài - con lăn miết.
- Không có dỡng - con lăn miết.

Hình 1.3: Một số dạng sản phẩm miết chủ yếu và các bớc công nghệ

9
H×nh 1.5: MiÕt biÕn máng èng víi cèi quay
H×nh 1.4: MiÕt chi tiÕt h×nh c«n kh«ng dïng d−ìng miÕt

10
Hình 1.6: Miết thuận (a) và miết ngợc (b)
a)
(
drawing type spin forging
)

b)
(
extruding type spin forging
)
d) Theo dạng gia công và yêu cầu của sản phẩm:
- Miết tạo hình: trong và sau quá trình tạo hình, chiều dày của vật liệu
không thay đổi (conventional spinning).
- Miết biến mỏng: là công nghệ làm thay đổi chiều dày của phôi trong quá
trình tạo hình sản phẩm (spin forging). Thờng độ biến mỏng đạt tới 30%. Công
nghệ này đợc ứng dụng rất rộng rãi để chế tạo các chi tiết đối xứng.
- Miết nâng cao chất lợng bề mặt sản phẩm: mục đích tăng độ nhẵn bóng
và tạo ra sự biến cứng trên bề mặt sản phẩm mà không làm thay đổi chiều dày
cũng nh hình dạng sản phẩm.
e) Theo hớng biến dạng của vật liệu và chuyển động tơng đối của dụng cụ:
- Miết thuận: chiều chuyển động của dụng cụ miết cùng chiều với hớng
chảy của vật liệu.
- Miết ngợc: chiều chuyển động của dụng cụ miết và chiều chảy của kim
loại ngợc hớng nhau trong quá trình miết.

11
1.1.3. Đặc điểm công nghệ miết, yêu cầu về vật liệu
a) Kích thớc sản phẩm:
Công nghệ miết có thể đợc áp dụng để chế tạo các sản phẩm cỡ lớn (đờng
kính tới 6m, chiều dày sản phẩm 40mm). Khi miết kim loại bị biến cứng mãnh
liệt hơn khi dập vuốt nên chi tiết đợc miết qua một số nguyên công cần phải
đợc ủ trung gian.
b) Một số thông số công nghệ miết:
Tốc độ miết phù hợp với loại vật liệu, sản phẩm:
Vật liệu Tốc độ (vòng/phút)
Thép mềm
400 ữ 600
Nhôm
800 ữ 1200
Đuyra
500 ữ 900
Đồng
600 ữ 800
Đồng thau
800 ữ 1100
Khi miết mỏng, trị số mức độ biến dạng cho phép đối với thép
cacbon thấp và thép không gỉ phải nhỏ hơn 75%, khi chế tạo các chi
tiết bán cầu thì không đợc vợt quá 50%.
Giới hạn đờng kính tơng đối của sản phẩm miết:
d
min

/D = 0,2 ữ 0,3
trong đó: - d
min
: đờng kính sản phẩm,
- D: đờng kính phôi.
Đối với các sản phẩm dạng trụ, kích thớc tơng đối có thể d
min
/D = (0,6 ữ 0,8)
hoặc chiều dày tơng đối:
5,21005,0
D
S
.
c) Độ chính xác của công nghệ miết:
Phơng pháp miết có thể tạo ra đợc sản phẩm có cấp chính xác 6; sai lệch
của sản phẩm có thể từ (0,001
ữ
0,002) đờng kính sản phẩm.


12
d) Một số thông số kỹ thuật cơ bản miết chi tiết hình côn điển hình:
áp lực riêng khi miết
250
ữ
280 KG/mm
2

Chiều dày vật liệu 20 mm
Góc miết

2

min
= 30
0

Tốc độ miết 300 m/phút
Bớc miết
0,012
ữ
2 mm/vòng
Bôi trơn Dầu
Làm nguội Nớc
e) Yêu cầu vật liệu gia công bằng miết:
Miết là phơng pháp gia công dựa trên khả năng biến dạng dẻo của kim
loại, vì vậy cần có một số yêu cầu riêng đối với phôi và vật liệu gia công. Độ ổn
định và chất lợng của sản phẩm trong quá trình tạo hình phụ thuộc vào chất
lợng của phôi. Sự tồn tại các gỉ sét, các vết xớc trên bề mặt phôi làm giảm khả
năng biến dạng của phôi và dẫn đến các khuyết tật.
Các phôi tròn cần loại bỏ các vết nứt, ba via và các vết xớc. Độ đảo của
phôi khi quay so với trục miết không đợc lớn hơn 0,3
ữ
0,5mm. Trong trờng
hợp độ đảo vợt quá giới hạn quy định cần phải khử trớc khi miết.
Vật liệu của phôi để miết cần phải thoả mãn không chỉ mục đích, điều kiện
làm việc của chi tiết đợc chế tạo mà càn phải thoả mãn các yêu cầu công nghệ
cho tính chất, khả năng biến dạng của chúng.
Sự thích hợp của vật liệu để miết ép đợc quy định trớc hết bởi cơ tính của
nó: giới hạn chảy

s
và giới hạn bền

B
. Tính dẻo gồm độ giãn dài tơng đối

và
độ thắt tỉ đối

. Với vật liệu có

lớn thì khả năng gia công bằng miết ép lớn
hơn, ngợc lại với việc tăng độ cứng thì quá trình miết ép gặp khó khăn hơn. Đối
với thép tấm đợc sử dụng để miết sâu cần có tỷ lệ giữa giới hạn chảy và độ bền

s
/

B

0,65
.
Ngoài ra tính nhạy của thép đối với sự hoá già có ảnh hởng xấu đến
miết.
Hoá già của thép là sự thay đổi cơ tính của vật liệu khi bảo quản, xảy ra do
những quá trình vật lý phức tạp diễn ra trong tổ chức tế vi của kim loại. Đặc biệt
tình trạng hoá già xảy ra mạnh với thép sôi. Do có hoá già nên giới hạn chảy dần
13
dần tăng lên còn độ dẻo thì giảm. Tốc độ hoá già tăng lên đáng kể khi tăng nhiệt
độ. Sự so sánh thời gian hoá già của thép các bon thấp khi nhiệt độ khác nhau

cho trong bảng 1.1.
Bảng 1.1
Nhiệt độ
0
C 15 21 100 120 150
Thời gian hoá già 1 năm 6 tháng 4 giờ 1 giờ 10 phút
Thí nghiệm cho thấy rằng, thép sôi qua 6-7 tháng bảo quản trong kho thì
không thể dùng để miết sâu đợc.
Thép đã hoá già khi miết có khuynh hớng cho phế phẩm bởi các vết nứt.
Sự hoá già dẫn đến tăng độ cứng và độ bền, làm giảm tính dẻo và độ dai va đập.
Ngời ta khử bỏ một phần hiện tợng xấu liên quan đến sự hoá già của thép nhờ
gia công thép trên máy cán nhiều trục. Cán thép phải đợc thực hiện ngay trớc
khi miết vì sự hoá già xuất hiện chỉ qua 1-2 ngày sau khi cán. Khi miết các thép
sôi có thể tạo trên bề mặt các dải chảy làm ảnh hởng đến chất lợng bề mặt chi
tiết gia công.
Các chỉ số tốt nhất nhận đợc khi miết thép có cấu trúc đợc đặc trng bởi
độ đẳng hớng, độ lớn và độ đồng đều của hạt. Các giá trị độ lớn hạt phù hợp
đợc tìm ra nhờ thực nghiệm, đối với kim loại dày 2mm, độ hạt phù hợp cho
miết là N
0
6 và 7. Thép có độ hạt nhỏ hơn có độ dẻo thấp hơn và độ đàn hồi cao
hơn. Hạt lớn thì bề mặt chi tiết sau gia công có độ bóng thấp, chất lợng bề mặt
không tốt.
Giá trị không đồng đều của hạt dẫn tới tạo thành vết nứt do biến dạng
không đều.
Thép ferit có thành phầm peclit tấm không lớn lăm là thép có cấu trúc u
việt nhất để miết sâu. Peclit hạt đảm bảo sự biến dạng tốt. Sự tồn tại peclit tấm
trong thép làm giảm độ đàn hồi của nó vì thế ở các nguyên công tạo hình việc
nhận đợc các chi tiết có kích thớc chính xác đợc đảm bảo.
Đối với thép tấm mà có một trong những đặc điểm sau thì không dùng để

miết sâu đợc:
14
- Độ dày không đồng đều, có sự dao động lớn vì khi đó sẽ tạo thành các
nếp gấp và các chỗ bị dát mỏng quá cũng hình thành và có thể gây ra đứt tại chỗ
có chiều dày nhỏ
- Chế độ ủ thép tấm không đúng do vậy nhận đợc cấu trúc kim loại hạt
quá lớn.
- Thành phần các bon trong thép không đúng theo tiêu chuẩn và các thành
phần mangan, đồng, phốt pho cao.
- Có các chỗ nứt hoặc tạp chất.
Sự biến cứng của kim loại cũng có ảnh hởng nhiều đến quá trình miết.
Mức độ biến cứng khi miết phụ thuộc vào: khả năng biến cứng của từng loại vật
liệu, mức độ biến dạng, bán kính góc lợn ở đỉnh con lăn miết, bán kính ở mặt
trục miết, cờng độ ứng suất kéo, khe hở giữa con lăn miết và trục miết, khả
năng bôi trơn. Theo khả năng biến cứng của kim loại sử dụng để miết ngời ta
chia ra làm hai nhóm:
- Nhóm có độ biến cứng cao gồm: thép không gỉ, đồng ủ, hợp kim titan.
- Nhóm có độ biến cứng trung bình gồm: thép 08, 10, 15, đồng thanh,
nhôm ủ.
Để khắc phục hiện tợng biến cứng ngời ta phải phân ra số nguyên công ít
nhất có thể, nhất là đối với nhóm kim loại có độ biến cứng cao và đồng thời tiến
hành ủ phôi trung gian giữa các nguyên công. Ngoài ra phải chọn các chế độ
công nghệ gia công hợp lý.
Nh vậy chất lợng của vật liệu phôi càng cao thì càng cần nhiều các
nguyên công miết, có thể không cần ủ phôi trung gian giữa các nguyên công để
chất lợng của chi tiết gia công đợc đảm bảo theo yêu cầu. Việc lựa chọn vật
liệu cho phôi đáp ứng đợc yêu cầu của chi tiết gia công và công nghệ miết là
hết sức quan trọng và cần thiết nhằm đảm bảo cho quá trình miết đợc thực hiện
có năng suất cao và chất lợng đợc đảm bảo.
Tóm lại, có thể nêu những đặc điểm, yêu cầu cơ bản đối với vật liệu trong

gia công bằng miết nh sau:
- Có tính dẻo đáp ứng đợc biến dạng mức độ cao trong quá trình miết, đặc
biệt ở những bớc đầu có thể đạt tới 30-40%
15
- Có khả năng hồi phục tính dẻo bằng gia công nhiệt (xử lý nhiệt khử ứng
suất, phục hồi tính dẻo, gia công nhiệt chuẩn bị cho biến dạng kết thúc)
- Với các chi tiết cần độ bền kết cấu, độ bền riêng cao, yêu cầu vật liệu có
đặc tính hoá bền biến dạng lớn (với nhóm thép hợp kim) hoặc có khả năng gia
công cơ - nhiệt (ví dụ đối với hợp kim nhôm hoá bền nhiệt)
- Tổ chức sau gia công ổn định, không bị các hiện tợng nứt ứng suất, nhạy
cảm với ăn mòn hoá học.
- Vật liệu dễ kiếm, công nghệ gia công không quá phức tạp, phù hợp với
điều kiện công nghệ. Với các vật liệu đặc chủng quân sự, cần đợc đảm bảo theo
điều kiện kỹ thuật riêng.
1.1.4. Thiết bị miết
Miết là một quá trình biến dạng nguội của sản phẩm mà phôi quay trên
một dỡng lõi, con lăn miết chuyến động tịnh tiến ép phôi trên dỡng để tạo
hình sản phẩm. Miết chi tiết dạng trụ có hai phơng pháp: Miết thuận, miết
ngợc nh hình 1.11.


a) Miết ngợc b) Miết thuận
Hình 1.7: Các phơng án miết
Máy miết có thể đợc phân loại theo công nghệ:
- Máy miết nóng.
- Máy miết nguội.
- Máy miết thuận, ngợc.
- Máy miết không biến mỏng thành, có biến mỏng thành.
16

Hình 1.8: Máy miết nóng của hãng Leico-USA

Hình 1.9: Miết không biến mỏng thành
Phân loại theo kết cấu:
- Máy miết đơn giản.
- Máy miết chép hình.
- Máy miết CNC.


Hình 1.10: Máy miết CNC có 3 con lăn của hãng Leico-USA
17
Với nội dung nghiên cứu của đề tài, thuyết minh chỉ đề cập đến máy miết
nguội, với phân loại theo đặc điểm của máy.
a) Máy miết đơn giản:


Hình 1.11: Máy miết đơn giản
Máy miết đơn giản đợc ứng dụng từ máy tiện. Mâm cặp dùng kẹp dỡng,
chuyển động con lăn bằng tay do ngời vận hành tác động lực. Những máy này
có thể chuyển động đơn giản, lực miết không lớn, đợc sử dụng cho máy miết
không biến thành mỏng, miết kim loại màu. Máy dùng để sản xuất những sản
phẩm có chiều dày thành mỏng, vật liệu kim loại màu nh: đồng, nhôm, kẽm
cũng nh sản phẩm mỹ nghệ, dỡng thờng làm bằng gỗ.
b) Máy miết chép hình:


Hình 1.12: Máy miết chép hình
Máy miết chép hình có chuyển động tạo hình của con lăn theo dỡng chép
hình dùng khuếch đại thuỷ lực hoặc cơ khí. Chuyển động quay sản phẩm đợc

thực hiện nhờ hộp đầu trục chính, chuyển động tịnh tiến con lăn theo trục Z đợc
dẫn động bằng hộp giảm tốc qua trục vít đai ốc. Chuyển động theo trục X đợc
18
dẫn động thuỷ lực theo nguyên lý chép hình toạ độ. Đầu dò chuyển động trên
mặt dỡng theo chuyển động dọc Z của con lăn dẫn đến điều khiển chuyển động
trục X theo biên dạng dỡng.
Đặc điểm loại máy này là:
- Không linh hoạt khi thay đổi hình dáng sản phẩm.
- Không thay đổi đợc thông số công nghệ miết.
- Do tính chất chép hình một toạ độ nên có vùng góc côn không gia công.
c) Máy miết điều khiển số:

Hình 1.13: Máy miết điều khiển số
Công nghệ miết đợc ứng dụng mạnh mẽ trong những năm gần đây. Để
phục vụ cho sản xuất lớn các sản phẩm có dạng trụ tiết diện thay đổi, biên dạng
phức tạp ngời ta chế tạo máy miết CNC. Máy sử dụng hệ thống thuỷ lực điều
khiển chuyển động trục X, Z của con lăn. Chuyển động phôi do động cơ điện ba
pha qua bộ giảm tốc cơ khí thay đổi tốc độ đợc, hoặc động cơ thay đổi tốc độ
bằng biến tần. Biên dạng sản phẩm đợc lập trình gia công theo NC.


Hình 1.14: Mô phỏng biên dạng lập trình miết CNC
19
Những máy này đợc một số công ty đang sản xuất nh: Leifeld,
Cincinnatti Milacron, Spincrafp.
Đặc điểm loại máy này là:
- Điều khiển theo chơng trình số.
- Gia công đợc biên dạng phức tạp.
- Thực hiện đợc nhiều chơng trình miết trên một lần gá phôi (miết nhiều
bớc).

- Thay đổi đợc thông số công nghệ miết trong quá trình gia công.
- Giá thành máy cao.
d) Phơng án cấu trúc động học:
Để thực hiện công nghệ miết, thiết bị miết cần đáp ứng sơ đồ động học sau:


Hình 1.15: Sơ đồ động học khi miết
- Chuyển động quay phôi C.
- Chuyển động tịnh tiến con lăn miết theo trục Z.
- Chuyển động tịnh tiến con lăn miết theo trục X tham gia nội suy với
chuyển động Z để tạo hình.
- Chuyển động quay của con lăn C1 là chuyển động quay theo.
- Chuyển động ép phôi trên dỡng Z1.
- Với các yêu cầu động học có thể có nhiều phơng án kết cấu khác nhau.
1.2. Lựa chọn phơng pháp, đối tợng nghiên cứu
Từ những vấn đề công nghệ, sản phẩm, thiết kế đã nêu ở phần trên ta thấy
những u điểm chủ yếu của miết ép là:
- Tạo hình chi tiết rỗng, mỏng thành, tròn xoay với đầu t trang bị công
nghệ không quá phức tạp, năng suất cao.
20
- Quá trình gia công biến dạng tạo hình đồng thời với việc gia công cải tạo
tổ chức vật liệu. Đặc biệt với những hợp kim có hiệu quả hoá bền cao, những hợp
kim có khả năng gia công cơ-nhiệt luyện tốt, ứng dụng miết ép biến mỏng sẽ giải
quyết hiệu quả bài toán độ bền kết cấu.
- Một số nhóm sản phẩm trong hàng không, vũ trụ, vũ khí, khí tài quân sự
cần đến những kết cấu đặc biệt, sử dụng vật liệu có độ bền rất cao. Đây cũng là
nhóm sản phẩm mà công nghệ miết ép có khả năng cạnh tranh, thay thế các dạng
công nghệ khác.
Một yếu tố rất quan trọng quyết định để triển khai công nghệ miết là thiết
bị, trang bị công nghệ miết. Thậm chí các hãng nổ tiếng đã độc quyền trong việc

sản xuất các máy miết chuyên dụng để gia công các sản phẩm cao cấp. Trên thực
tế, trong ngành Công nghiệp Quốc phòng cha đợc đầu t trang bị các thiết bị
miết biến mỏng. Vì vậy việc hình thành công nghệ miết biến mỏng gắn liền với
nhập mua hoặc nghiên cứu chế tạo máy miết.
Căn cứ vào mục tiêu, nội dung của đề tài và những phân tích định hớng
trên, trong phạm vi của đề tài sẽ tập trung vào các nội dung:
- Nghiên cứu các vấn đề: biến dạng miết, gia công nhiệt, gia công cơ-
nhiệt luyện, nghiên cứu đặc tính công nghệ và tính năng vật liệu miết
phục vụ cho công nghệ miết các chi tiết rỗng tròn, xoay có độ
- bền cao.
- Trên cơ sở nghiên cứu xác định đợc các thông số của quá trình miết, các
yếu tố ảnh hởng đến chất lợng miết, xây dựng quy trình công nghệ miết và chế
thử mẫu vỏ động cơ R70.
- Thiết kế, chế tạo máy miết điều khiển số CNC 3 trục, hệ điều khiển đáp
ứng để điều khiển cơ cấu chấp hành 3 trục X1, X2, Z. Tính năng cơ bản của máy
là: miết đợc ống có đờng kính tới

120, kích thớc chiều dày tới 3mm, chiều
dài tới 900mm, góc côn

m

10
0
.

21
Hình 2.1: Miết mỏng bằng đầu miết có ba con lăn
Chơng 2

cơ sở lý thuyết
2.1. Động học quá trình miết
2.1.1 Mô hình toán khi miết
Trục miết có biên dạng giống bề mặt trong của sản phẩm và phải quay với tốc
độ xác định trong khi con lăn miết (đầu miết) chuyển động tịnh tiến theo một quĩ
đạo đã định để tạo hình biên dạng ngoài của chi tiết.
Tốc độ miết (
m
V

) bằng tổng véc tơ tốc độ quay phôi tại ổ biến dạng (

q
V
) và
tốc độ tiến của con lăn miết (

t
V
). Hớng của vectơ tốc độ miết đợc xác định bởi
góc à:
tgà = V
t
/V
q
(2.1)
Đối với miết mỏng, trạng thái ứng suất tại ổ biến dạng là nén khối (nén ba
chiều), trạng thái biến dạng là 2 chiều nén, 1 chiều kéo. Với miết biến mỏng thuận,
phần chi tiết đã biến dạng chịu kéo dọc trục; với miết biến dạng ngợc, phần cha
biến dạng chịu nén, phần đã biến dạng ở trạng thái phi ứng suất.

Tuy nhiên, cũng có thể coi miết có biến mỏng là bài toán biến dạng phẳng
khi bán kính chi tiết rất lớn so với chiều dày miết. Biến dạng vòng là có thể bỏ qua;
với giả thiết ma sát giữa con lăn miết và phôi là rất nhỏ (ma sát lăn).
Để tăng năng suất, ngời ta thờng sử dụng đầu miết có 3 con lăn. Các con lăn
đợc bố trí lệch nhau 120
0
, mỗi con lăn tạo một mức biến dạng nhất định (Hình
2.1).









22
Khi miết có biến mỏng, mỗi phần tử tại một bán kính xác định trên phôi ban
đầu chỉ bị giảm chiều dày, kết hợp với sự kéo dãn đồng thời theo hớng dọc trục
mà không bị thay đổi đáng kể vị trí hớng kính. Trái lại, với miết không biến
mỏng, mỗi phần tử của phôi sẽ chịu thay đổi đáng kể về vị trí hớng kính so với vị
trí ban đầu.
Lực miết và mômen miết phụ thuộc vào sự hóa bền vật liệu, tiết diện ngang
của sản phẩm miết và ma sát của các bề mặt tiếp xúc. Khi miết mỏng, các lực này
lớn hơn các lực khi miết thông thờng (không biến mỏng) do vậy đòi hỏi máy miết
có kết cấu cứng vững hơn.
2.1.2. Các chuyển động khi miết
Theo tác động, chuyển động đợc chia thành chuyển động tạo hình và chuyển động
bổ trợ. Ngoài ra chuyển động của dụng cụ và phôi còn đợc chia ra chuyển động

chính và chuyển động truyền động. Chuyển động chính là chuyển động đảm bảo
biến dạng dẻo của kim loại với tốc độ xác định. Chuyển động truyền động cho phép
ép mặt làm việc của dụng cụ đến phần mới của phôi khi miết.


a) b)
Hình2.2 : Vectơ vận tốc quay
q
v
, miết
m
v
và truyền động
t
v

a) Khi truyền động dọc b) Khi truyền động ngang.
Trên hình 2.2, vận tốc miết v
m
bằng tổng hình học của vận tốc quay phôi ở
biên dạng và vận tốc truyền.
Khi miết vật hình trụ,
q
v
vuông góc với
t
v
nên:

tqm

vvv
+=
(2.1)

23
hoặc:
()
SD1000/nv
2
m
+=
(2.2)
Hớng vectơ vận tốc miết đợc xác định bởi góc
à
:

D/Sv/vtg
qt
==à
(2.3)
Khi miết bề mặt trụ:
qt
v/vtg =à
(2.4)
Véctơ vận tốc chuyển động của điểm biên dạng có hớng tiếp tuyến với đờng
xoắn vít dới một góc:
)v/v(arctg
qt
=à
(2.5)

Bớc đờng xoắn cần nhỏ hơn bề rộng phần tiếp xúc của dụng cụ với phôi.

Hình 2.3: Vị trí vectơ vận tốc khi chuyển động
của điểm biên dạng theo đờng xoắn
Khi miết, phần lớn bớc s rất nhỏ so với v
m
, vì vậy có thể chấp nhận:
1000/Dnvv
qm
=
(2.6)
2.2. Lựa chọn tốc độ miết
* Vận tốc quay khi miết cần thỏa mãn:
- Phù hợp với tính dẻo của vật liệu, đặc tính công nghệ của sản phẩm, mặt
khác phải phù hợp với công suất động cơ.
- Phù hợp với chu trình gia công và khả năng điều khiển của hệ thống tự động
hóa.