Rèn luyện khoa học phổ thông

Rènlà việc sử dụng máy rèn để tạo áp lực lên phôi kim loại để thúc đẩy biến dạng dẻo, để có được một số tính chất cơ học, hình dạng và kích thước cụ thể của rèn, đây là một trong hai thành phần chính của rèn (bao gồm rèn và dập). Thông qua rèn, nó có thể loại bỏ các khuyết tật như nấu chảy kim loại và tối ưu hóa cấu trúc vi mô. Đồng thời, vì đường kim loại hoàn chỉnh được giữ lại, nên các tính chất cơ học của rèn thường tốt hơn so với đúc cùng một vật liệu. Trong máy móc có liên quan, đối với các bộ phận quan trọng có tải trọng cao và điều kiện làm việc nghiêm ngặt, ngoại trừ hình dạng tương đối đơn giản có thể sử dụng các bộ phận tấm cán, hồ sơ hoặc hàn, hầu hết các bộ phận rèn sẽ được sử dụng.

1. Nhiệt độ biến dạng

Nhiệt độ kết tinh lại ban đầu của thép là khoảng 727℃, nhưng 800℃ thường được dùng làm ranh giới phân chia, trên 800℃ là rèn nóng; từ 300 đến 800℃ được gọi là rèn ấm hoặc rèn bán nóng, rèn ở nhiệt độ phòng được gọi là rèn nguội.Rèns được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp là rèn nóng, còn rèn ấm và rèn nguội chủ yếu được sử dụng để rèn ô tô, máy móc nói chung và các bộ phận khác. Rèn ấm và rèn nguội có thể tiết kiệm vật liệu hiệu quả.

2. Thể loại rèn

Như đã đề cập ở trên, theo nhiệt độ rèn, có thể chia thành rèn nóng, rèn ấm và rèn lạnh. Theo cơ chế tạo hình, rèn có thể chia thành rèn tự do, rèn khuôn, rèn vòng mài và rèn đặc biệt.

1) Rèn tự do

Chỉ phương pháp gia công sử dụng các công cụ vạn năng đơn giản hoặc trực tiếp tác dụng lực bên ngoài vào phôi giữa đe trên và dưới của thiết bị rèn để làm biến dạng phôi và thu được hình dạng và chất lượng bên trong cần thiết của phôi rèn. Các phôi rèn được sản xuất bằng phương pháp rèn tự do được gọi là rèn tự do. Rèn tự do chủ yếu dựa trên việc sản xuất phôi rèn với số lượng nhỏ, sử dụng búa rèn, máy ép thủy lực và các thiết bị rèn khác để tạo hình và gia công phôi, và thu được các phôi rèn đủ tiêu chuẩn. Quy trình cơ bản của rèn tự do bao gồm làm xáo trộn, kéo dài, đục lỗ, cắt, uốn, xoắn, dịch chuyển và rèn. Rèn tự do đều được áp dụng trong chế độ rèn nóng.

2) Rèn khuôn

Rèn khuôn được chia thành rèn khuôn hở và rèn khuôn kín. Phôi kim loại được nén và biến dạng trong buồng khuôn rèn với hình dạng nhất định để thu được các bộ phận rèn. Rèn khuôn thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận có trọng lượng nhỏ và lô lớn. Rèn khuôn có thể được chia thành rèn khuôn nóng, rèn ấm và rèn nguội. Rèn ấm và rèn nguội là hướng phát triển trong tương lai của rèn khuôn, và chúng cũng đại diện cho trình độ công nghệ rèn.

Theo điểm vật liệu, rèn khuôn cũng có thể được chia thành rèn khuôn kim loại đen, rèn khuôn kim loại màu và tạo hình sản phẩm bột. Như tên gọi của nó, vật liệu là kim loại đen như thép cacbon, kim loại màu như đồng và nhôm và vật liệu luyện kim bột.

Quá trình đùn nên được quy cho quá trình rèn khuôn và có thể được chia thành đùn kim loại nặng và đùn kim loại nhẹ.

Rèn khuôn kín và rèn đầu đóng thuộc về hai quy trình tiên tiến của rèn khuôn. Vì không có cạnh bay nên tỷ lệ sử dụng vật liệu cao. Việc hoàn thiện các sản phẩm rèn phức tạp có thể được thực hiện trong một quy trình hoặc nhiều quy trình. Vì không có cạnh bay nên diện tích ứng suất của quá trình rèn giảm và tải trọng yêu cầu cũng giảm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phôi không nên bị hạn chế hoàn toàn, do đó thể tích của phôi phải được kiểm soát chặt chẽ, vị trí tương đối của khuôn rèn và phép đo của quá trình rèn, và cố gắng giảm độ mòn của khuôn rèn.

3) Đạt đến vòng

Phay vòng là quá trình sản xuất các chi tiết vòng có đường kính khác nhau thông qua máy phay vòng thiết bị chuyên dụng, cũng được sử dụng để sản xuất các chi tiết bánh xe như bánh xe ô tô và bánh xe tàu hỏa.

4) Rèn đặc biệt

Rèn đặc biệt bao gồm rèn cán, cán ngang hình nêm, rèn hướng tâm, rèn khuôn lỏng và các phương pháp rèn khác, các phương pháp này phù hợp hơn để sản xuất một số bộ phận có hình dạng đặc biệt. Ví dụ, rèn cán có thể được sử dụng như một quy trình tạo hình trước hiệu quả để giảm đáng kể áp suất tạo hình tiếp theo; cán ngang hình nêm có thể sản xuất bi thép, trục truyền động và rèn hướng tâm có thể sản xuất các sản phẩm rèn lớn như nòng súng và trục bậc.

5) Khuôn rèn

Theo chế độ chuyển động của khuôn rèn, rèn có thể được chia thành cán xoay, rèn quay xoay, rèn lăn, cán ngang nêm, vòng lăn và cán nghiêng. Cán lăn, rèn quay xoay và vòng lăn cũng có thể được xử lý bằng cách rèn tinh. Để cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu, rèn lăn và cán ngang có thể được sử dụng làm quá trình xử lý đầu tiên của vật liệu mỏng. Rèn quay, giống như rèn tự do, cũng có ưu điểm là so với kích thước của rèn, nó có thể được hình thành trong trường hợp lực rèn nhỏ. Cách rèn, bao gồm rèn tự do, xử lý vật liệu từ bề mặt khuôn đến bề mặt tự do, do đó, khó đảm bảo độ chính xác, vì vậy, hướng chuyển động của khuôn rèn và quá trình rèn quay với điều khiển máy tính, có thể sử dụng lực rèn thấp cho hình dạng phức tạp, sản phẩm có độ chính xác cao, chẳng hạn như các loại sản xuất, kích thước lớn của rèn cánh tuabin hơi nước.

Chuyển động khuôn của thiết bị rèn không nhất quán với bậc tự do. Theo đặc điểm giới hạn biến dạng của điểm chết, thiết bị rèn có thể được chia thành bốn dạng sau:

Hình thức lực rèn giới hạn: áp suất dầu dẫn động trực tiếp máy ép dầu trượt.

Chế độ giới hạn hành trình gần đúng: máy ép dầu dẫn động máy ép dầu của cơ cấu liên kết trục khuỷu.

Giới hạn hành trình: lực ép cơ học dẫn động thanh trượt bằng cơ cấu tay quay, thanh truyền và nêm.

Chế độ hạn chế năng lượng: sử dụng cơ cấu trục vít của máy ép xoắn ốc và ma sát.

Để đạt được độ chính xác cao, cần chú ý ngăn ngừa quá tải tại điểm chết dưới và kiểm soát tốc độ và vị trí khuôn. Bởi vì những điều này sẽ ảnh hưởng đến dung sai rèn, độ chính xác hình dạng và tuổi thọ của khuôn rèn. Ngoài ra, để duy trì độ chính xác, cũng cần chú ý điều chỉnh khe hở thanh dẫn hướng con trượt, đảm bảo độ cứng, điều chỉnh điểm chết và sử dụng thiết bị truyền trợ cấp và các biện pháp khác.

Ngoài ra còn có chuyển động theo chiều dọc và chiều ngang của các thanh trượt (đối với rèn chi tiết mảnh, làm mát bôi trơn và sản xuất rèn chi tiết tốc độ cao), sử dụng thiết bị bù có thể tăng chuyển động theo các hướng khác. Các phương pháp trên là khác nhau, lực rèn cần thiết, quy trình, sử dụng vật liệu, năng suất, dung sai kích thước và phương pháp làm mát bôi trơn là khác nhau, những yếu tố này cũng là những yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tự động hóa.

3. Vật liệu rèn

Vật liệu rèn chủ yếu là thép cacbon và thép hợp kim của các thành phần khác nhau, tiếp theo là nhôm, magiê, đồng, titan và hợp kim của chúng. Trạng thái ban đầu của vật liệu là vật liệu thanh, thỏi, bột kim loại và kim loại lỏng. Tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang của kim loại trước khi biến dạng so với diện tích mặt cắt ngang sau khi biến dạng được gọi là tỷ lệ rèn. Lựa chọn đúng tỷ lệ rèn, nhiệt độ gia nhiệt và thời gian cách nhiệt hợp lý, nhiệt độ rèn bắt đầu hợp lý và nhiệt độ rèn cuối cùng, biến dạng hợp lý và tốc độ biến dạng có mối quan hệ tuyệt vời để cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.

Nói chung, rèn cỡ vừa và nhỏ là thanh tròn hoặc vuông làm phôi. Tổ chức hạt và tính chất cơ học của vật liệu thanh đồng đều, hình dạng và kích thước tốt, chính xác, chất lượng bề mặt tốt, dễ tổ chức sản xuất hàng loạt. Chỉ cần kiểm soát hợp lý nhiệt độ gia nhiệt và điều kiện biến dạng, có thể rèn được các sản phẩm rèn có hiệu suất tuyệt vời mà không bị biến dạng rèn lớn.

Chỉ dùng cho các sản phẩm rèn lớn. Thỏi là một mô đúc có tinh thể hình trụ lớn hơn và phần giữa lỏng lẻo. Do đó, cần phải phá vỡ các tinh thể hình trụ thành các hạt mịn và tạo độ nén lỏng lẻo để có được tổ chức kim loại mịn và các tính chất cơ học.

Phôi đúc sẵn luyện kim bột ép và nung có thể được rèn mà không cần khuôn bay ở trạng thái nóng. Bột rèn gần với mật độ của rèn khuôn chung, có tính chất cơ học tốt và độ chính xác cao, có thể giảm gia công sau đó. Rèn bột được tổ chức tốt mà không bị phân tách và có thể được sử dụng để chế tạo các phôi như bánh răng nhỏ. Nhưng giá bột cao hơn nhiều so với giá thanh chung và ứng dụng trong sản xuất bị hạn chế ở một mức độ nào đó.

Áp suất tĩnh được áp dụng cho kim loại lỏng được đổ vào khoang khuôn để đông đặc, kết tinh, chảy, biến dạng dẻo và tạo hình dưới áp suất, do đó thu được hình dạng và hiệu suất mong muốn. Rèn khuôn kim loại lỏng là phương pháp tạo hình giữa đúc khuôn và rèn khuôn. Nó đặc biệt phù hợp với các bộ phận thành mỏng phức tạp khó tạo hình trong rèn khuôn nói chung.

Vật liệu rèn ngoài các vật liệu thông thường như các thành phần khác nhau của thép cacbon và thép hợp kim, tiếp theo là nhôm, magiê, đồng, titan và hợp kim của nó, hợp kim chịu nhiệt độ cao gốc sắt, hợp kim chịu nhiệt độ cao gốc niken, hợp kim chịu nhiệt độ cao gốc coban hợp kim biến dạng bằng cách rèn hoặc cán, nhưng các hợp kim này do diện tích dẻo của nó tương đối hẹp, vì vậy độ khó rèn tương đối lớn, các vật liệu khác nhau về nhiệt độ gia nhiệt, nhiệt độ rèn và nhiệt độ rèn cuối cùng có các yêu cầu nghiêm ngặt.

4. Quy trình luồng

Các phương pháp rèn khác nhau có các quy trình khác nhau, trong đó quy trình công nghệ rèn khuôn nóng là dài nhất, thứ tự chung là: nạp phôi rèn; gia nhiệt rèn; chuẩn bị rèn trục; rèn khuôn; lưỡi cắt; đột; hiệu chỉnh; kiểm tra trung gian, kiểm tra kích thước và khuyết tật bề mặt của rèn; xử lý nhiệt rèn để loại bỏ ứng suất rèn và cải thiện hiệu suất cắt kim loại; làm sạch, chủ yếu để loại bỏ lớp da oxy hóa bề mặt; hiệu chỉnh; kiểm tra, rèn nói chung sẽ trải qua kiểm tra ngoại quan và độ cứng, và rèn quan trọng sẽ được kiểm tra thông qua phân tích thành phần hóa học, tính chất cơ học, ứng suất dư và thử nghiệm không phá hủy.

5. Đặc điểm của rèn

So với đúc, kim loại có thể cải thiện cấu trúc và tính chất cơ học của chúng. Mô đúc sau khi rèn phương pháp biến dạng xử lý nhiệt, do biến dạng của kim loại và kết tinh lại, làm cho các hạt dendrite dày ban đầu và hạt hình cột thành một hạt mịn, kích thước đồng đều tổ chức kết tinh lại trục, làm cho sự phân tách ban đầu, lỏng lẻo, lỗ rỗng, xỉ để nén chặt và hàn, tổ chức trở nên chặt chẽ hơn, cải thiện tính dẻo và tính chất cơ học của kim loại.
Tính chất cơ học của vật đúc thấp hơn tính chất cơ học của vật rèn cùng loại vật liệu. Ngoài ra, quá trình rèn có thể đảm bảo tính liên tục của tổ chức sợi kim loại, do đó tổ chức sợi của vật rèn và hình dạng của vật rèn, đường kim loại hoàn chỉnh, có thể đảm bảo các bộ phận có tính chất cơ học tốt và tuổi thọ dài. Các vật rèn được sản xuất bằng quá trình rèn khuôn chính xác, đùn nguội, đùn nhiệt và các quá trình khác không thể so sánh với vật đúc.
Rèn là một vật thể trong đó kim loại được đặt dưới áp lực để tạo ra hình dạng mong muốn hoặc tạo thành lực nén phù hợp. Lực này thường đạt được bằng cách sử dụng búa hoặc áp suất. Quá trình rèn xây dựng cấu trúc hạt mịn và cải thiện các tính chất vật lý của kim loại. Trong quá trình sử dụng thực tế của các bộ phận, một thiết kế phù hợp làm cho các hạt chảy theo hướng áp suất chính. Đúc là một vật thể tạo hình kim loại thu được bằng nhiều phương pháp đúc khác nhau, cụ thể là nấu chảy kim loại lỏng, với việc đổ, ép, hút hoặc các phương pháp đúc khác vào vật đúc đã chuẩn bị, làm nguội sau khi cát, làm sạch và xử lý sau, vật thể có hình dạng, kích thước và hiệu suất nhất định.