Định hình khốiÉp (Extrusion) và kéo (drawing) kim loại

Ép trực tiếp (Direct-Extrusion)

Hình .1 Sơ đồ nguyên lý ép trực tiếp.

Các sản phẩm điển hình chế tạo bằng phương pháp ép

Hình .2 Phương pháp ép và các tiết diện điển hình . Nguồn: Courtesy of Kaiser Aluminum.

Các phương pháp ép

Hình .3 Các phương pháp ép: (a) giám tiếp; (b) Thủy tỉnh ; (c) Ép ngang (lateral);

Thông số quá trình ép trực tiếp

Hình .4 Thông số quá trình ép trực tiếp . Góc khuôn, Độ giảm tiết diện, tốc độ ép, nhiệt độ phôi, và tác động bôi trơn là các nhân tố ảnh hưởng đến áp lực ép.

Lực ép

Hình .5 Hằng số ép k đối với các kim loại khác nhau (phụ thuộc vào nhiệt độ). Nguồn: After P. Loewenstein

Extrusion force, F=Ao l ln( A o

A f)

Mô hình chảy dẻo kim loại trong khuôn vuông

Hình .6 Các dạng chảy kim loại trong khuôn vuông. (a) Mô hình chảy khi ma sát thấp hoặc ép gián tiếp. (b) Mô hình chảy khi ma sát cao do tác động ép của phôi lên thành khuôn. (c) Mô hình chảy với ma sát cao và hiện tượng cuộn ở khu vực lổ khuôn. Loại mô hình này xuất hiện khi ép kim loại có độ bền tăng nhanh khi giảm nhiệt độ dẫn đến các khuyết tật ép.

Phạm vi nhiệt độ ép

Cấu hình khuôn ép

Hình .7 Cấu hình khuôn ép : (a) khuôn ép kim loại không chứa sắt; (b) khuôn ép thép; (c) khuôn ép hình “T” chế tạo từ thép chịu nhiệt bôi trơn bằng thủy tinh nóng chảy. Nguồn: (c) Courtesy of LTV Steel Company.

Khuôn ép các chi tiết phức tạp

Hình.8 (a) Tiết diện thanh nhôm 6063-T6 dùng chế tạo thang tự khóa. Chi tiết dày 8 mm (5/16 in.) (b-d) Các bộ phận khác nhau của khuôn ép các tiết diện rỗng phức tạp. Nguồn: (b-d) After K. Laue and H. Stenger

Thiết kế tiết diện ngang chi tiết ép khuôn

Hình .9 Ví dụ thiết kế tiết diện ngang có thể chế tạo bằng ép. Chú ý là phải loại trừ các góc sắc nhọn và bảo đảm bề dày đều. Nguồn: J.G. Bralla (ed.); Handbook of Product Design for Manufacturing. New York: McGraw-Hill Publishing Company, 1986. Used with permission.

Ép các bộ phận tản nhiệt

Hình .10 (a) Nhôm ép dùng làm các bộ phận tản nhiệt board mạch điện tử. (b) Khuôn và sản phẩm ép. Nguồn: Courtesy of Aluminum Extruders Council.

Ví dụ về ép nguội

Hình 11 Hai ví dụ ép nguội. Chú ý hướng chảy vật liệu khi định hình.

Đuôi bugi (Spark Plug) được chế tạo bằng phương pháp ép nguội.

Hình .12 Các bước công nghệ chế tạo đuôi bugi. Nguồn: Courtesy of National Machinery Company.

Hình .13 Tiết diện dọc phần kim loại được ép nguội của đuôi bugi. Nguồn: Courtesy of National Machinery Company.

Ép vọt (Impact-Extrusion)

Hình .14 Sơ đồ nguyên lý ép vọt. Chi tiết được định hình bằng cách thoát ra khỏi khe hở giữa chày và cối với tốc độ nhanh.

Ép vọt

Hình .15 (a) Sơ đồ ép vọt chi tiết ống có thể gấp (xếp) được - ống chứa kem đánh răng chẳng hạn - Phương pháp Hooker. (b) và (c) Hai sản phẩm chế tạo bằng phương pháp ép vọt. Các chi tiết này cũng có thể chế tạo bằng phương pháp khác, tùy thuộc vào vật liệu, bề dày và sản lượng có thể chọn các công nghệ chế tạo phù hợp. Ví dụ ống đưng kem, vỏ pin (bằng kẽm) sẽ rất kinh tế khi chế tạo bằng phương pháp ép vọt.

Nứt chữ V (Chevron Cracking)

Hình 16 (a) Nứt chữ V (Gãy vỡ trung tâm) khi ép thanh thép tròn. Trừ phi sản phẩm được kiểm tra, các khuyết tật bên trong dạng này rất khó phát hiện và là nguyên nhân của hầu hết các gãy vỡ khi khai thác. Khuyết tật này cũng xuất hiện khi kéo thanh, dây, ống. (b) Sở đồ giải thích vùng rắn và vùng chảy dẻo khi ép. Xu thế nứt chữ V gia tăng khi hai vùng chảy dẻo không tiếp giáp nhau. Chú ý là vùng chảy dẻo có thể gia tăng cả khi giảm góc khuôn hoặc tăng hệ số giảm tiết diện khi ép hoặc kéo. Nguồn: After B. Avitzur.

Máy ép thủy lực 9-MN (1000-ton)

Hình 17 Hình dáng bên ngoài của máy ép thủy lực 9-MN (1000-ton). Nguồn: Courtesy of Jones & Laughlin Steel Corporation.

Các tham số quá trình khi kéo dây

Hình 18 Các tham số quá trình khi kéo dây. Góc khuôn, Hệ số giảm tiết diện mổi lượt kéo, tốc độ kéo, nhiệt độ, và sự bôi trơn đều có ảnh hưởng đến lực kéo, F.

Nguyên lý kéo ống

Hình 19 Ví dụ mô tả các phương pháp kéo ống có và không có lỏi. Chú ý là các đường kính và bề dày sẽ khác nhau được tạo thành từ một phôi ban đầu.

Mô tả khuôn kéo

Hình 20 Thuật ngữ trên khuôn kéo điển hình.

Hình 21 Khuôn kéo bằng Tungsten-carbide chèn vào đế khuôn thép. Khuôn kim cương thường được dùng để kéo dây có đường kính nhỏ cũng có cấu hình tương tự.

Kéo thanh U được ép trước

Hình 22 Kéo nguội thanh U được chế tạo bằng phương pháp ép trước đó. Sau quá trình kéo chiều dài thanh sẽ tăng lên tương ứng với độ giảm tiết diện. Nguồn: Courtesy of The Babcock and Wilcox Company, Tubular Products Division.

Máy kéo nhiều tầng

Hình 23 Máy kéo nhiều tầng được dùng để kéo dây đồng. Nguồn: After H. Auerswald