Các phương pháp gia công biến dạng - Chương 4

Giáo trình:
Các phơng pháp gia công biến dạng

3.4. Rèn tự do
3.4.1. Thực chất, đặc điểm và dụng cụ rèn tự do
Rèn tự do là một phơng pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không bị
khống chế bởi một mặt nào khác ngoài bề mặt tiếp xúc giữa phôi kim loại với dụng cụ
gia công (búa và đe). Dới tác động của lực P do búa (1) gây ra và phản lực N từ đe (3),
khối kim loại (2) biến dạng, sự biến dạng chỉ bị khống chế bởi hai mặt trên và dới, còn
các mặt xung quanh hoàn toàn tự do.

1
2
3
H.3.16. Sơ đồ rèn tự do
P
N









a/ Đặc điểm
- Độ chính xác, độ bóng bề mặt chi tiết không cao. Năng suất thấp
- Chất lợng và tính chất kim loại từng phần của chi tiết khó đảm bảo giống nhau
nên chỉ gia công các chi tiết đơn giản hay các bề mặt không định hình.
- Chất lợng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề của công nhân.
- Thiết bị và dụng cụ rèn tự do đơn giản.
- Rèn tự do đợc dùng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc hay hàng loạt nhỏ. Chủ yếu
dùng cho sửa chữa, thay thế.
b/ Dụng cụ
Nhóm 1: Là những dụng cụ công nghệ cơ bản nh các loại đe, búa, bàn là, bàn tóp,
sấn, chặt, mủi đột.
Nhóm 2: Là những dụng cụ kẹp chặt nh các loại kềm, êtô và các cơ cấu kẹp chặt
khác.
Nhóm 3: Là những dụng cụ kiểm tra và đo lờng: êke, thớc cặp (đo trong đo
ngoài, đo chiều sâu, các loại compa.
3.4.2. Thiết bị rèn tự do
Thiết bị rèn tự do bao gồm: Thiết bị gây lực, thiết bị nung, máy cắt phôi, máy nắn
thẳng, máy vận chuyển.v.v...
Rèn tự do có thể tiến hành bằng tay hoặc bằng máy. Rèn tay chủ yếu dùng trong
sản xuất sửa chữa, trong các phân xởng cơ khí chủ yếu là rèn máy.
Trờng đại học bách khoa
26
Giáo trình:
Các phơng pháp gia công biến dạng

Theo đặc tính tác dụng lực, các máy dùng để rèn tự do đợc chia ra: máy tác dụng
lực va đập (máy búa), máy tác dụng lực tĩnh (máy ép). Trong đó, máy búa hơi là thiết bị
đợc sử dụng nhiều nhất.
Hình sau trình bày sơ đồ của một máy búa hơi. Máy búa hơi có hai xi lanh, một xi
lanh khí (5) và một xi lanh búa (9). Giữa hai xi lanh có van phân phối khí (7) để điều
khiển sự cấp khí nén từ xi lanh nén sang xi lanh đầu búa.

14
11
12
13
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1











Trờng đại học bách khoa
27


H.3.17. Sơ đồ nguyên lý máy búa hơi
1- Động cơ điện 2- Bộ truyền đai 3- Trục khuỷu 4- Tay biên 5- Xi lanh é
p
6-Pistông ép 7- Van phân phối khí 8- Pistông búa 9- Xi lanh búa 10- Đe
trên 11- Đe dới 12- gối đỡ đe 13-Bệ đe 14- bàn đạp điều

khiển


Nguyên lý làm việc của máy búa: Động cơ 1 truyền động cho trục khuỷu 3 qua
bộ truyền đai 2. Thông qua biên truyền động 4 làm cho pittông ép 6 chuyển động tịnh
tiến tạo ra khí ép ở buồng trên hoặc buồng dới trong xi lanh búa 9. Tuỳ theo vị trí của
bàn đạp điều khiển 14 mà hệ thống van phân phối khí 7 sẽ tạo ra những đờng dẫn khí
khác nhau, làm cho pittông búa 8 có gắn thân pittông búa và đe trên 10 chuyển động hay
đứng yên trong xi lanh búa 9. Đe dới 11 đợc lắp vào gối đỡ đe 12, chúng đợc giữ chặt
trên bệ đe 13.
Các bộ phận chính của máy búa hơi:
Khối lợng phần rơi: Bao gồm khối lợng của pittông búa, thân pittông búa và đe
trên. Nó là phần quan trọng tạo ra năng lợng đập của búa. Thờng dựa vào khối lợng
phần rơi mà gọi tên kiểu búa ấy. Ví dụ: BH-50, BH-150, 250, 350, 400, 500, 560, 750 và
1000.
Pittông và thân pittông: Đợc chế tạo bằng thép tốt hay thép đúc. Pittông có
nhiều rãnh vuông góc với trục để lắp các secmăng khí và dầu. Thân pittông búa có phay 2
mặt phẳng để chống xoay.
Xilanh búa: Chứa khí áp suất cao: 1,5ữ4 atmôtphe. Theo phơng pháp tác dụng
của hơi ép máy búa hơi phân ra:

Giáo trình:
Các phơng pháp gia công biến dạng

Trờng đại học bách khoa
28
Máy búa tác dụng đơn là loại máy búa mà xi lanh công tác chỉ có một đờng dẫn
khí áp suất cao vào buồng dới của xi lanh để nâng đầu búa lên, còn hành trình đi xuống
là do sự rơi tự do của khối lợng phần rơi, loại này hiện nay ít sử dụng.
Máy búa tác dụng kép có hành trình đi xuống ngoài trọng lợng của khối lợng
phần rơi còn chủ yếu do áp suất khí nén ở buồng trên của xi lanh tác dụng. Loại máy này
có tốc độ đập nhanh, năng lợng đập lớn, dể điều chỉnh năng lợng đập. ở buồng trên và
buồng dới của xi lanh búa có những lỗ thông với van phân phối khí và đợc bố trí cách
mặt đáy 1 khoảng để tạo ra một lớp khí đệm không cho mặt pittông đập vào mặt đáy của
xi lanh. Cũng vì lớp khí đệm này mà phải đặt những van một chiều ở những đờng khí
mồi tại các điểm chết của pittông.
Van phân phối khí: Điều khiển các trạng thái làm việc của máy và điều chỉnh
năng lợng của búa khi đập:
- Trạng thái chạy không tải.
- Trạng thái búa đập liên tục: Chu kỳ đập của búa: 210ữ95 lần/phút.
- Trạng thái búa treo.
- Trạng thái búa làm việc từng nhát một.
- Trạng thái búa ép: ngợc với trạng thái búa treo.
Xilanh và pittông khí: Cấu tạo giống nh xilanh búa song thể tích làm việc lớn
hơn. ở tại điểm chết của pittông khí, buồng xilanh thông với khí trời. Thân pittông có lổ
ắc để lắp chốt với biên truyền động.
Hệ thống truyền dẫn: Từ môtơ đến tay biên nếu máy lớn thì qua hộp giảm tốc còn
bình thờng thì qua bộ truyền đai.
Thân máy: Là bộ phận quyết định độ cứng vững của máy, đợc chế tạo bằng
gang. Máy búa có loại một thân và loại hai thân.
Bệ đe, đe trên, đe dới: Bệ đe có khối lợng lớn (gấp 8ữ30 khối lợng phần rơi).
Ngoài máy búa hơi trong thực tế còn sử dụng các loại máy sau đây trong rèn tự do:
Máy búa hơi nớc- không khí ép rèn tự do, Máy búa ma sát kiểu ván gỗ,
Máy búa lò
xo.
3.4.3. Những nguyên công cơ bản của rèn tự do

Công nghệ rèn tự do một sản phẩm nào đó thờng bao gồm nhiều nguyên công
khác nhau. Tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật, hình dáng của chi tiết gia công và dạng phôi
ban đầu mà lựa chọn những nguyên công và thứ tự tiến hành khác nhau.
a/ nguyên công Vuốt
Nguyên công làm giảm tiết diện ngang và tăng chiều dài của phôi rèn. Dùng để
rèn các chi tiết dạng trục, ống, dát mỏng hay chuẩn bị cho các nguyên công tiếp theo nh
đột lỗ, xoắn, uốn. Thông thờng khi vuốt dùng búa phẳng, nhng khi cần vuốt với năng
suất cao hơn thì dùng búa có dạng hình chữ V hoặc cung tròn.
Giáo trình:
Các phơng pháp gia công biến dạng

Phơng pháp di chuyển phôi:
Lật phôi qua lại theo một góc 90
0
hay 180
0
đồng thời đẩy phần phôi theo chiều trục
sau mỗi nhát đập (a). Cách này thuận tay và năng suất cao. Song kim loại biến dạng
không đều, Bề mặt tiếp xúc với đe nguội nhanh.
Quay phôi một góc 90
0
hay 60
0
theo chiều xoắn ốc (b). Cách này không thuận tay,
yêu cầu trình độ tay nghề cao, song khắc phục đợc các khuyết điểm của phơng
pháp trên.








Cần đảm bảo các thông số kỹ thuật hợp lý:
Kích thớc chi tiết ban đầu là b
0
,h
0
; kích thớc sau khi vuốt là b, h; kích thớc đe
L, B. s - gọi là bớc vuốt.



1
1
2
2
3
5
5
4
6
6
7
8
10
9
a
b
H.3.18. Các phơng pháp di chuyển phôi

Trờng đại học bách khoa
29


c
b
0
b
h
B
L
h
h
0
s
H.3.19. Sơ đồ vuốt


Để tranh tật gấp nếp cho sản phẩm thì: s > h và cần đảm bảo thế nào để cho
b
h
0
225ữ,
. Để tăng năng suất vuốt thì: s << b.
Để cho bề mặt sản phẩm đợc phẳng thì: s (0,4ữ0,8)c
Khi vuốt phôi là thỏi thép đúc thì tiến hành vuốt từ giữa ra để dồn các khuyết tật ra
hai đầu rồi cắt bỏ.
Đối với thép cán thì vuốt từng đoạn một từ ngoài vào trong, vì hai đầu chóng nguội.
Khi cần vuốt nhanh đến tiết diện nhỏ yêu cầu, thì trớc tiên vuốt thành tiết diện chữ
nhật hay vuông cho dễ, lúc gần đạt đến kích thớc cần thiết ngời ta mới tu chỉnh cho
đúng theo thành phẩm.
Khi muốn chuyển đổi phôi có tiết diện vuông thành chi tiết có tiết diện tròn với chiều
dài thay đổi không đáng kể thì chọn cạnh của phôi bé hơn đờng kính của chi tiết
2ữ3%.
Giáo trình:
Các phơng pháp gia công biến dạng

Khi phôi có tiết diện hình tròn mà chi tiết có tiết diện hình chữ nhật mà muốn chiều
dài không thay đổi đáng kể thì đờng kính của phôi D đợc tính:

D
ab
=
+2
3
nếu
a
b
2
; D = 1,3a nếu
a
b
2

a,b - cạnh lớn và cạnh nhỏ của tiết diện chi tiết.
Một số phơng pháp vuốt đặc biệt:
Vuốt trên trục tâm: Nhằm giảm chiều dày và tăng chiều dài chi tiết, đờng kính trong
của phôi hầu nh không đổi.
Lồng phôi vào trục tâm (có d = d trong
của phôi có độ côn 3ữ12 mm/m) và
tiến hành gia công trên đe dạng chữ V
và búa phẳng. Nếu trục tâm lớn thì bên
trong có lỗ rỗng dẫn nớc làm nguội
nếu là lần vuốt đầu thì trục tâm phải
nung trớc khoảng 150ữ200
0
C. Khi
vuốt thì vuốt dần từng đoạn từ 2 đầu
vào giữa để dể lấy chi tiết ra khỏi trục
tâm.
Búa
Chi tiết
Trục tâm
Đe
H.3.20. Sơ đồ vuốt trên trục tâm
Mở rộng đờng kính trên trục tâm:
dùng vuốt các chi tiết dạng ống nhằm
tăng đờng kính trong, đờng kính
ngoài, giảm chiều dày thành ống mà
chiều dài hầu nh không đổi. Trục tâm
có đờng kính nhỏ hơn lỗ phôi từ
50ữ150 mm, chiều dài công tác a lấy
lớn hơn chiều dài phôi l khoảng
50ữ100 mm. Trục tâm càng bé thừ
năng suất vuốt càng cao nhng độ
cứng vững kém. Búa gia công có b > l.
búa
P
l
a
b
H.3.21. Sơ đồ mở rộng lỗ trên trục tâm
Ap lực đơn vị trung bình khi vuốt:

K
bs
b
s
h
ch
=+








à
1
3
6
*
. Khi s = b thì:
K
s
h
ch
=+







à
1
3
*
.
Trong trờng hợp vuốt trên đe tròn đờng kính d, chiều dài rãnh l
0
thì áp lực đơn
vị trung bình là:

K
l
d
ch
=+






à
1
2
3
0
**
.
Công biến dạng đợc xác định:
( )
AKV h h=..ln ln
0
(N.m)
Trờng đại học bách khoa
30