Phân loại và xu hướng phát triển của rèn Có thể phân loại rèn theo các phương pháp sau: 1) Phân loại theo vị trí đặt dụng cụ và khuôn dùng để rèn. 2) Phân loại theo nhiệt độ rèn. 3) Phân loại theo chuyển động tương đối của dụng cụ rèn khuôn và phôi. 1
Phân loại rèn Rèn có thể được chia thành các loại sau tùy theo vị trí của công cụ và khuôn được sử dụng, xem Bảng 1-1-1.
Việc rèn khuôn có thể được chia thành các loại sau theo nhiệt độ tạo hình, xem Bảng 1-1-2.
Việc rèn khuôn được phân loại theo chuyển động tương đối của dụng cụ và phôi, xem Bảng 1 -1-3.
2
Xu hướng phát triển rèn 1. Phát triển quy trình tạo hình tiết kiệm nhân công Ưu điểm của rèn là rèn dày đặc bên trong và kết cấu tương đối đồng đều, hiệu suất cao hơn so với đúc và các bộ phận hàn, nhưng nhược điểm là nó đòi hỏi lực biến dạng lớn hơn. Trong nhiều năm, mọi người đã khám phá các quy trình rèn tiết kiệm sức lao động và thiết kế các công cụ tiết kiệm sức lao động. Các yếu tố chính quyết định lực biến dạng F và cách tiết kiệm sức lực có thể được thấy từ công thức sau: F=KReLA Trong đó K là hệ số trạng thái ứng suất hay còn gọi là hệ số ràng buộc. Đối với các trạng thái ứng suất trái dấu thì K < 1; đối với trạng thái ứng suất nén ba trục, K > 1, có thể đạt K=6 hoặc thậm chí cao hơn; ReL là ứng suất dòng, đặc trưng cho khả năng chống biến dạng dẻo của vật liệu trong các điều kiện cụ thể và phụ thuộc vào thành phần, cấu trúc, nhiệt độ biến dạng, mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, v.v. của vật liệu biến dạng; A là hình chiếu của vùng tiếp xúc giữa phôi và khuôn theo phương của lực chính. Từ những phân tích trên có thể thấy, có 3 cách chính để tiết kiệm công sức: (1) Giảm hệ số ràng buộc K. Trong thực tế, trong sản xuất, phương pháp chuyển dòng thường được sử dụng để giảm lực biến dạng. Ví dụ, phôi hình vòng thường được sử dụng để rèn độ chính xác của bánh răng. Trong quá trình rèn, kim loại sẽ lấp đầy hình dạng răng ra bên ngoài. Đồng thời, do một phần kim loại chảy vào trong nên tránh được ứng suất cực đại ở giữa phôi rắn trong quá trình nén, làm giảm lực biến dạng, như trong Hình {{10}}. Khi đùn ngược một phần hình trụ, một thanh lưu trữ được thêm vào giữa phôi để đùn một phần thanh lưu trữ (xem Hình 1-1-2), sau đó được tháo ra. Bằng cách này, lực biến dạng có thể giảm đi rất nhiều. Hình 1-1-3 thể hiện sự so sánh sự phân bố lực biến dạng trong quá trình nén khi có và không có thanh lưu trữ. (2) Giảm căng thẳng dòng chảy. Các phương pháp tạo hình thuộc loại này bao gồm tạo hình siêu dẻo và rèn khuôn lỏng (tức là tạo hình bán rắn hoặc tạo hình điểm gần nóng chảy). Phương pháp trước là phương pháp tạo hình có tốc độ biến dạng thấp hơn và phương pháp sau là phương pháp tạo hình ở nhiệt độ cực cao. (3) Giảm diện tích tiếp xúc. 2. Phát triển công nghệ tạo hình chính xác. Trong những năm gần đây, có một thuật ngữ gọi là rèn hình dạng lưới, có nghĩa là việc rèn không còn được xử lý nữa. Hiện tại, dung sai của việc rèn chính xác có thể được kiểm soát trong khoảng 0,01 đến 0,05 mm. Đức đã đạt được thành tựu rèn hình dạng lưới của trục chéo (xem Hình 1-1-4) và bánh răng cung bên trong và bên ngoài (xem Hình 1-1-5) cho hộp số ô tô. Trong một số trường hợp khó có thể đạt được trọn vẹn “hình lưới”, và có thuật ngữ tương ứng là “gần hình lưới”, do đó mới có “hình gần lưới”, rèn hình gần (Near net Shape rèn). Rõ ràng, có những yêu cầu nghiêm ngặt đối với khuôn để đạt được độ chính xác hình thành. Hình 1-1-6 là sơ đồ các bộ phận sản phẩm và thiết bị khuôn để ép đùn bánh răng hồ quang. Đặc điểm của thiết bị này là: 1) Bề mặt hình cầu của chày có khả năng tự chịu lực để tránh lực ngang. 2) Khuôn dưới có thiết bị điều chỉnh để đảm bảo độ đồng tâm của khuôn trên và khuôn dưới. 3) Khuôn dưới có thiết bị kẹp thủy lực để duy trì kẹp định tâm. Quá trình tạo hình được chia thành hai bước, đó là tạo hình trước bằng nhiệt của phôi hình cốc có răng bên ngoài, sau đó là tạo hình hoàn thiện nguội (xem Hình 1-1-7). Phân tích phần tử hữu hạn cho thấy chỉ có hình dạng răng của phôi là hình thang là phù hợp nhất. Hình dạng răng của vật liệu thanh ép đùn không được xử lý mà chỉ được cắt thành bánh răng. 3. Sử dụng quy trình tổng hợp. Phôi để rèn có thể là phần thiêu kết dạng bột hoặc phôi được chế tạo bằng phương pháp ép phun. Hình 1-1-8 cho thấy quá trình rèn phôi được hình thành bằng phương pháp ép phun.
Trong những năm gần đây, việc tạo hình bán rắn kết hợp đúc và rèn để tiết kiệm năng lượng và thu được các phôi tương đối chính xác và hiệu suất cao. Ngoài ra, tạo hình bán rắn cũng là phương pháp tốt để tạo hình vật liệu composite sợi thấp và vật liệu composite gia cố hạt. Quá trình uốn chính xác và hàn chính xác cho các bộ phận vòng lớn. Do khó khăn trong việc vận chuyển các bộ phận mặt bích lớn có đường kính hơn 8m, Wang Zhongren và những người khác đã phát triển quy trình uốn và hàn chính xác cho các bộ phận vòng lớn. Ưu điểm lớn nhất của nó là có thể tránh được việc sử dụng các quy trình tiện đứng. Các quy trình chính của phương pháp này được hiển thị trong Hình 1-1-9: Hình a là một phôi vuông được rèn, có chiều dài phải lớn hơn chiều dài của mỗi khu vực và số lượng xử lý của các đầu ở cả hai đầu phải được bảo lưu; Hình b là phần có hình dạng đặc biệt được gia công bằng máy bào giàn, bao gồm rãnh bịt kín và rãnh hàn nối với trụ; Hình c là uốn chính xác; Hình d là rãnh hàn để hàn đối đầu giữa đầu cuối và đầu đối đầu được gia công chính xác theo chiều dài hồ quang; Hình e được ghép thành vòng; Hình f là hàn mặt bích và hình trụ, sau khi hàn vào hình trụ có mặt bích, bề mặt bịt kín được gia công tinh xảo bằng máy công cụ đơn giản tại công trường.
Hình 1-1-10 là hình ảnh uốn chính xác của mặt bích lớn. Xét thấy mặt cắt ngang sẽ thay đổi trong quá trình uốn thực tế, có thể sử dụng phương pháp mô phỏng số để dự đoán, sau đó có thể hiệu chỉnh hình dạng mặt cắt ngang theo kết quả dự đoán để xác định kích thước xử lý cần đảm bảo trên máy bào . Kết quả mô phỏng số phần tử hữu hạn về sự thay đổi kích thước của phần uốn được thể hiện trên Hình 1-1-11.
4. Mở rộng phạm vi ứng dụng mô phỏng quá trình rèn. Khi phần mềm ngày càng hoàn thiện và giá máy tính tiếp tục giảm, CAD/CAM ngày càng được sử dụng rộng rãi. Điều đáng nhấn mạnh là mô phỏng quá trình rèn đã có thể tối ưu hóa thành công thiết kế cấu trúc khuôn, dự đoán các khuyết tật như gấp nếp và thiếu sót có thể xảy ra trong quá trình tạo hình, tối ưu hóa các tham số tạo hình, dự đoán phân bố ứng suất trong khoang khuôn và tránh nứt cục bộ hoặc mài mòn quá mức. Mô phỏng số đã chuyển từ nghiên cứu học thuật thuần túy sang sử dụng thực tế. Hiện tại, có thể dự đoán được sự phân bố ứng suất và tốc độ biến dạng trong phôi, đồng thời có thể dự đoán được tổ chức và hiệu suất sau biến dạng khi cần thiết. Hình 1-1-12 cho thấy một ví dụ về loại bỏ các nếp gấp được tạo ra trong quá trình rèn bằng cách tối ưu hóa hình dạng khuôn thông qua mô phỏng số. Như được hiển thị trong Hình 1-1-12, lý do rèn bị gấp là do thiết kế hình dạng khuôn không hợp lý. Sau khi sửa đổi khuôn, phần trên của phôi được nén dưới sự kẹp của khuôn trên, điều này có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng gấp. 5. Tạo hình vi mô Việc tạo hình vi mô trong gia công nhựa là do nhu cầu lớn về các bộ phận vi mô. Nhu cầu lớn về các bộ phận vi mô này không chỉ do việc thu nhỏ các thiết bị điện. Với sự phát triển của các thiết bị y tế, cảm biến và thiết bị quang điện tử, nhu cầu về các bộ phận vi mô cũng tăng lên nhanh chóng. Từ góc độ chi phí sản xuất và hiệu quả sản xuất, phương pháp gia công nhựa vượt trội hơn so với công nghệ xử lý siêu mịn ba chiều (quy trình LIGA) tích hợp quang khắc tia X sâu, đúc điện định hình và đúc vi nhựa. Cái gọi là vi tạo hình thường có nghĩa là ít nhất một kích thước của bộ phận được tạo hình nhỏ hơn 0,5 mm. Do kích thước hạt của nguyên liệu thô được sử dụng không thay đổi nhiều, tức là tỷ lệ giữa tỷ lệ giữa các bộ phận vi mô và kích thước hạt nhỏ hơn nhiều so với tỷ lệ giữa tỷ lệ của các bộ phận thông thường và kích thước hạt, do đó cả hai đều làm như vậy. không tuân theo luật tương tự. Tương tự, tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích của các bộ phận vi mô cũng lớn hơn nhiều so với giá trị tương ứng của các bộ phận thông thường. Tương ứng, vùng tiếp xúc có tác động lớn hơn nhiều đến việc tạo hình vi mô so với việc tạo hình các bộ phận thông thường. Hình 1-1-13 thể hiện rõ ràng sự thay đổi số lượng hạt bề mặt so với số lượng hạt tổng thể do giảm kích thước. Trong hình, λx là bội số giảm kích thước.
Hình {{0}} cho thấy độ lồi trên bề mặt phôi dễ hình thành rãnh kín để chứa chất bôi trơn sau khi làm phẳng. Nếu kích thước bề mặt rất nhỏ, chẳng hạn như đối với việc tạo hình vi mô, thì việc tạo thành rãnh để lưu trữ chất bôi trơn là không dễ dàng. Do đó, đối với ép đùn cốc đôi như trong Hình 1-1-15, khi đường kính phôi giảm từ 4mm xuống 0.5mm, kết quả thử nghiệm cho thấy trong điều kiện sử dụng dầu ép đùn làm chất bôi trơn, lực ma sát tăng đáng kể khi giảm kích thước mẫu thử và mức tăng có thể đạt tới 2{33}} lần. Hình 1-1-16 thể hiện một bộ phận được rèn bằng dây có đường kính nhỏ hơn 0,3 mm. Để so sánh, một que diêm được đặt ở phía bên phải của hình. 6. Tạo hình linh hoạt đa điểm Tạo hình linh hoạt đa điểm là một phương pháp tạo hình mới để chế tạo các phôi vỏ có độ cong lớn, như trong Hình 1-1-17. Bản chất của nó là rời rạc hóa khuôn dưới thành nhiều khuôn nhỏ có thể điều chỉnh được. Để tránh phần trên của khuôn nhỏ gây ra vết lõm trên bề mặt phôi, một tấm thép được đặt trên khuôn rời để tạo ra bề mặt linh hoạt liên tục. Khuôn trên bao gồm các khối polyurethane và cả hai mặt của phôi được phủ các tấm polyurethane. Tạo hình linh hoạt đa điểm chủ yếu có thể sản xuất phôi cần thiết bằng cách điều chỉnh hình dạng của khuôn dưới. Để xem xét ảnh hưởng của lực bật lại phôi đến độ chính xác tạo hình, bề mặt khuôn có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh chiều cao của khuôn nhỏ. Loại khuôn này đã được sử dụng thành công để chế tạo tấm hồ quang của thân co ngót của hầm gió lớn. 7. Tạo hình vật liệu composite Vật liệu composite phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Đối với vật liệu composite sợi dài, phương pháp bán rắn chủ yếu được sử dụng để chế tạo chúng. K. Sigert đã phát triển các bộ phận tạo hình composite được gia cố bằng sợi carbon hợp kim AlMg. Như được hiển thị trong Hình 1-1-18, nhiệt độ của quá trình hình thành bán rắn nằm giữa chất rắn và chất lỏng, nằm trong khoảng từ 577 đến 638 độ. Dạng phôi của nó được hiển thị trong Hình 1-1-19. Các sợi và các tấm được đặt xen kẽ và bọc bên ngoài bằng lá nhôm. Để hình thành vật liệu composite sợi ngắn, các sợi ngắn cần được ép trước vào phôi và sau đó kim loại lỏng được đúc vào các khe hở giữa các sợi dưới áp suất, được làm nguội đến trạng thái bán rắn và sau đó được ép đùn. Hu Lianxi và những người khác đã thực hiện nghiên cứu về vấn đề này. Zhang Libin từng nghiên cứu chế tạo vật liệu composite PM-SiCp/2A12. Luồng quy trình được hiển thị trong Hình 1-1-20. Quá trình ép nóng khuôn đóng gói, đảo trộn kín và ép đùn ngược nóng đẳng nhiệt đều được thực hiện trên máy ép thủy lực bốn cột đa năng trong nước. Vật liệu composite PM-SiCp /2A12 được xử lý bằng phương pháp ép đùn ngược nóng đẳng nhiệt có tính chất cơ học tốt. So với đặc tính kéo ở nhiệt độ phòng của cùng trạng thái luyện kim phôi 2A12, cường độ chảy có điều kiện σ0,2 của vật liệu composite PM-SiCp /2A12 chứa SiCp15% (phần khối lượng) và 20% (phần khối lượng) tăng 17,3 % và 24,6%, độ bền kéo Rm tăng lần lượt là 2,5% và 10,2%.
