Rèn là một phương pháp xử lý sử dụng máy rèn để tạo áp lực lên phôi kim loại, khiến chúng trải qua biến dạng dẻo để thu được vật rèn có tính chất cơ học, hình dạng và kích thước nhất định. Nó là một trong hai thành phần chính của rèn (rèn và dập). Việc rèn có thể loại bỏ các khuyết tật như độ xốp của vật đúc trong quá trình nấu chảy kim loại, tối ưu hóa cấu trúc vi mô và do bảo toàn các dòng chảy kim loại hoàn chỉnh nên tính chất cơ học của vật rèn thường tốt hơn so với vật đúc của cùng một vật liệu. Các bộ phận quan trọng trong máy móc liên quan có tải trọng cao và điều kiện làm việc khắc nghiệt, ngoại trừ những hình dạng đơn giản có thể cuộn thành tấm, biên dạng hoặc các bộ phận hàn, hầu hết đều được làm bằng vật rèn.
Nhiệt độ biến dạng của vật liệu rèn
Nhiệt độ kết tinh lại ban đầu của thép được chia cho 800oC, với quá trình rèn nóng xảy ra trên 800oC; Rèn ở nhiệt độ từ 300 đến 800oC được gọi là rèn ấm hoặc rèn bán nóng, rèn ở nhiệt độ phòng được gọi là rèn nguội. Vật rèn được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp là rèn nóng, trong khi rèn nóng và rèn nguội chủ yếu được sử dụng để rèn các bộ phận như ô tô và máy móc nói chung. Rèn ấm và rèn lạnh có thể tiết kiệm vật liệu một cách hiệu quả.
Hạng mục rèn
Theo nhiệt độ rèn, nó có thể được chia thành rèn nóng, rèn ấm và rèn nguội.
Theo cơ chế tạo hình, rèn có thể được chia thành rèn tự do, rèn khuôn, rèn vòng và rèn đặc biệt.
1. Rèn miễn phí. Phương pháp xử lý rèn đề cập đến việc sử dụng các công cụ phổ quát đơn giản hoặc tác dụng trực tiếp của ngoại lực giữa đe trên và dưới của thiết bị rèn để làm biến dạng phôi thép và đạt được hình dạng hình học và chất lượng bên trong cần thiết. Các vật rèn được sản xuất bằng phương pháp rèn tự do được gọi là vật rèn tự do. Rèn tự do chủ yếu tạo ra các lô rèn nhỏ, sử dụng các thiết bị rèn như búa và máy ép thủy lực để tạo hình và xử lý các phôi và thu được các sản phẩm rèn đủ tiêu chuẩn. Các quy trình cơ bản của rèn tự do bao gồm đảo lộn, kéo dài, đục lỗ, cắt, uốn, xoắn, dịch chuyển và rèn. Rèn tự do áp dụng phương pháp rèn nóng.
2. Rèn khuôn. Rèn khuôn có thể được chia thành rèn khuôn mở và rèn khuôn kín. Phôi kim loại được hình thành bằng cách nén biến dạng trong buồng khuôn rèn với hình dạng nhất định để thu được vật rèn. Rèn khuôn thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận có trọng lượng nhỏ và kích thước 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 cũng thể hiện trình độ công nghệ rèn. Theo phân loại 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. Đúng như tên gọi, vật liệu là kim loại đen như thép cacbon, kim loại màu như đồng và nhôm, và vật liệu luyện kim bột. Quá trình ép đùn phải thuộc về rèn khuôn và có thể được chia thành ép đùn kim loại nặng và ép đùn kim loại nhẹ. Cần lưu ý rằng phôi không thể bị hạn chế hoàn toàn. Vì vậy, cần kiểm soát chặt chẽ khối lượng phôi, kiểm soát vị trí tương đối của khuôn rèn và đo lường các vật rèn, cố gắng giảm độ mòn của khuôn rèn.
3. Vòng mài. Cán vòng dùng để chỉ việc sản xuất các bộ phận hình tròn có đường kính khác nhau bằng cách sử dụng các thiết bị chuyên dụng như máy cán vòng, đồng thời cũng được sử dụng để sản xuất các bộ phận có hình dạng bánh xe như bánh xe ô tô và bánh xe lửa.
4. Rèn đặc biệt. Rèn đặc biệt bao gồm các phương pháp rèn như rèn cuộn, cán nêm chéo, rèn xuyên tâm và rèn khuôn lỏng, tất cả đều phù hợp hơn để sản xuất một số bộ phận có hình dạng đặc biệt.
Ví dụ, rèn cuộn có thể đóng vai trò là một quy trình tạo hình trước hiệu quả, giảm đáng kể áp suất tạo hình tiếp theo; Cán nêm chéo có thể tạo ra các bộ phận như bi thép và trục truyền động; Việc rèn xuyên tâm có thể tạo ra các vật rèn lớn như nòng súng và trục bậc thang.
rèn chết
Theo chế độ chuyển động của khuôn rèn, việc rèn có thể được chia thành rèn xoay, rèn quay xoay, rèn cuộn, cán nêm chéo, cán vòng và cán xiên. Rèn quay, rèn quay và rèn chính xác cũng có thể được sử dụng cho vòng ép thủy lực rèn hàng không hạng nặng 400MN (40000 tấn) ở Trung Quốc. Để cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu, rèn cuộn và cán chéo có thể được sử dụng như các quy trình trước đó để xử lý các vật liệu mảnh. Rèn quay, giống như rèn tự do, cũng được hình thành cục bộ, và ưu điểm của nó là nó có thể được hình thành ngay cả dưới lực rèn nhỏ hơn so với kích thước của vật rèn. Phương pháp rèn này, bao gồm cả rèn tự do, liên quan đến việc mở rộng vật liệu từ vùng lân cận bề mặt khuôn sang bề mặt tự do trong quá trình xử lý, gây khó khăn cho việc đảm bảo độ chính xác. Do đó, bằng cách điều khiển hướng chuyển động của khuôn rèn và quy trình rèn quay bằng máy tính, có thể thu được các sản phẩm có hình dạng phức tạp và độ chính xác cao với lực rèn thấp hơn, chẳng hạn như sản xuất các sản phẩm rèn với nhiều loại và kích thước lớn của cánh tuabin hơi nước .
Chuyển động của khuôn và mức độ tự do của thiết bị rèn không nhất quán. Theo đặc điểm hạn chế biến dạng ở điểm chết dưới, thiết bị rèn có thể được chia thành bốn dạng sau:
1. Dạng lực rèn giới hạn: máy ép thủy lực dẫn động trực tiếp con trượt bằng áp suất dầu.
2. Phương pháp giới hạn gần như hành trình: là máy ép thủy lực dẫn động cơ cấu thanh truyền tay quay bằng áp suất thủy lực.
3. Phương pháp giới hạn hành trình: máy ép cơ có tay quay, thanh nối và cơ cấu nêm dẫn động con trượt.
4. Phương pháp hạn chế năng lượng: Tận dụng cơ cấu xoắn ốc của trục vít và máy ép ma sát. Để đạt được độ chính xác cao trong quá trình thử nóng máy ép thủy lực rèn hàng không hạng nặng, cần chú ý ngăn ngừa quá tải ở điểm chết dưới, kiểm soát tốc độ và vị trí khuôn. Bởi vì những điều này sẽ ảnh hưởng đến dung sai, độ chính xác hình dạng và tuổi thọ của vật rèn. Ngoài ra, để duy trì độ chính xác cũng cần chú ý điều chỉnh khe hở giữa các ray dẫn hướng con trượt, đảm bảo độ cứng vững, điều chỉnh điểm chết dưới và sử dụng các thiết bị truyền động phụ trợ.
Thanh trượt rèn
Thanh trượt rèn có thể được chia thành các chuyển động dọc và ngang (được sử dụng để rèn các bộ phận mảnh mai, bôi trơn, làm mát và rèn các bộ phận sản xuất tốc độ cao), và các thiết bị bù có thể được sử dụng để tăng chuyển động theo các hướng khác. Các phương pháp trên là khác nhau, và lực rèn, quy trình, tốc độ sử dụng vật liệu, sản lượng, dung sai kích thước cũng như phương pháp bôi trơn và làm mát cần thiết để rèn thành công sản phẩm loại đĩa lớn đều khác nhau. Những yếu tố này cũng là yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tự động hóa.Vật liệu dùng để rèn
Vật liệu chính được sử dụng để rèn là thép cacbon và thép hợp kim với nhiều thành phần khác nhau, tiếp theo là nhôm, magie, đồng, titan và hợp kim của chúng. Trạng thái ban đầu của vật liệu bao gồm thanh, thỏi, bột kim loại và kim loại lỏng. Tỷ lệ giữa diện tích mặt cắt ngang của kim loại trước khi biến dạng và diện tích mặt cắt ngang sau khi biến dạng được gọi là tỷ lệ rèn. Việc lựa chọn chính xác tỷ lệ rèn, nhiệt độ gia nhiệt và thời gian cách nhiệt hợp lý, nhiệt độ rèn ban đầu và cuối cùng hợp lý, lượng biến dạng hợp lý và tốc độ biến dạng có liên quan chặt chẽ đến việc cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. Nói chung, các vật rèn cỡ vừa và nhỏ sử dụng các thanh tròn hoặc vuông làm phôi thép. Cấu trúc hạt và tính chất cơ học của vật liệu thanh đồng đều và tốt, hình dạng và kích thước chính xác, chất lượng bề mặt tốt và dễ tổ chức sản xuất hàng loạt. Miễn là nhiệt độ gia nhiệt và các điều kiện biến dạng được kiểm soát hợp lý, vật rèn hiệu suất cao có thể được rèn mà không bị biến dạng rèn đáng kể. Thỏi chỉ được sử dụng để rèn lớn. Phôi là một cấu trúc đúc sẵn với các tinh thể dạng cột lớn và tâm lỏng lẻo. Do đó, cần phải phá vỡ các tinh thể cột thành hạt mịn thông qua biến dạng dẻo lớn và nén chặt chúng để thu được cấu trúc kim loại và tính chất cơ học. Các phôi luyện kim bột được tạo ra bằng cách ép và nung có thể được rèn thành bột rèn mà không có gờ ở trạng thái nóng. Mật độ của bột rèn gần với mật độ của bột rèn thông thường, có tính chất cơ học tốt và độ chính xác cao, có thể làm giảm quá trình cắt tiếp theo. Cấu trúc bên trong của vật liệu rèn bột là đồng nhất, không có sự phân tách và có thể được sử dụng để sản xuất các bánh răng nhỏ và các phôi khác. Tuy nhiên, giá bột cao hơn nhiều so với thanh thông thường và việc ứng dụng nó trong sản xuất còn có những hạn chế nhất định. Áp dụng áp suất tĩnh cho kim loại lỏng đổ vào khoang khuôn, kim loại này đông cứng, kết tinh, chảy, trải qua biến dạng dẻo và hình thành dưới áp suất, có thể thu được hình dạng và hiệu suất cần thiết của quá trình rèn khuôn. Rèn kim loại lỏng là phương pháp tạo hình nằm giữa đúc khuôn và rèn, đặc biệt thích hợp cho các bộ phận có thành mỏng phức tạp, khó tạo hình trong quá trình rèn nói chung. Ngoài các vật liệu thông thường như thép cacbon và thép hợp kim với thành phần khác nhau, tiếp theo là nhôm, magie, đồng, titan và hợp kim của chúng, các hợp kim biến dạng của hợp kim nhiệt độ cao gốc sắt, hợp kim nhiệt độ cao gốc niken, và hợp kim nhiệt độ cao dựa trên coban cũng được hoàn thiện bằng cách rèn hoặc cán. Tuy nhiên, các hợp kim này có vùng nhựa tương đối hẹp nên độ khó rèn tương đối cao. Các vật liệu khác nhau có yêu cầu nghiêm ngặt về nhiệt độ gia nhiệt, nhiệt độ rèn mở và nhiệt độ rèn cuối cùng.
Dòng chảy quá trình rèn
Các phương pháp rèn khác nhau có các quy trình khác nhau, trong đó quy trình rèn khuôn nóng là dài nhất và thứ tự chung là: rèn cắt phôi; Rèn phôi gia nhiệt; Chuẩn bị phôi rèn cuộn; Khuôn rèn hình thành; Các cạnh cắt; Đấm; Sửa chữa; Kiểm tra trung gian, kiểm tra kích thước, khuyết tật bề mặt vật rèn; Xử lý nhiệt vật rèn để loại bỏ ứng suất rèn và cải thiện hiệu suất cắt kim loại; Làm sạch, chủ yếu là loại bỏ lớp oxit bề mặt; Sửa chữa; Kiểm tra: Nói chung, các vật rèn cần phải trải qua kiểm tra bề ngoài và độ cứng, trong khi các vật rèn quan trọng cũng cần phải trải qua phân tích thành phần hóa học, tính chất cơ học, kiểm tra ứng suất dư và kiểm tra không phá hủy.
Đặc điểm của rèn
So với vật đúc, kim loại có thể cải thiện cấu trúc vi mô và tính chất cơ học sau quá trình rèn. Sau khi gia công nóng và biến dạng bằng phương pháp rèn, cấu trúc vật đúc chuyển đổi từ các sợi nhánh thô và các hạt dạng cột sang các cấu trúc kết tinh lại cân bằng với kích thước mịn hơn và đồng đều hơn do sự biến dạng và kết tinh lại của kim loại. Điều này gây ra sự phân tách ban đầu, độ xốp, độ xốp, xỉ, và sự nén và hàn khác trong phôi thép, làm cho cấu trúc nhỏ gọn hơn và cải thiện độ dẻo và tính chất cơ học của kim loại. Các tính chất cơ học của vật đúc thấp hơn so với vật rèn của cùng một vật liệu. Ngoài ra, quá trình rèn có thể đảm bảo tính liên tục của cấu trúc sợi kim loại, giữ cho cấu trúc sợi rèn phù hợp với hình dạng của vật rèn. Đường dây kim loại đã hoàn thiện, có thể đảm bảo rằng các bộ phận có tính chất cơ học tốt và tuổi thọ dài. Vật rèn được sản xuất bằng cách rèn chính xác, ép đùn lạnh, ép đùn ấm và các quy trình khác không thể so sánh được với vật đúc. Vật rèn là những vật được tạo hình bằng biến dạng dẻo để đạt được hình dạng yêu cầu hoặc lực nén phù hợp khi kim loại chịu áp lực. Sức mạnh này thường đạt được thông qua việc sử dụng búa hoặc áp lực. Quá trình rèn tạo ra các cấu trúc hạt tinh xảo và cải thiện các tính chất vật lý của kim loại. Trong việc sử dụng thực tế các bộ phận, một thiết kế chính xác có thể đảm bảo rằng dòng hạt đi theo hướng áp suất chính. Vật đúc là các vật thể được tạo hình bằng kim loại thu được thông qua các phương pháp đúc khác nhau, nghĩa là kim loại lỏng nóng chảy được bơm vào các khuôn đã chuẩn bị trước thông qua việc đổ, phun, hút hoặc các phương pháp đúc khác, làm nguội, sau đó được loại bỏ cát, làm sạch và đăng - Xử lý để thu được các vật thể có hình dạng, kích thước và tính năng nhất định.
Phân tích mức độ rèn
Ngành rèn Trung Quốc phát triển trên cơ sở du nhập, tiếp thu và tiếp thu công nghệ nước ngoài. Sau nhiều năm phát triển và chuyển đổi công nghệ, trình độ kỹ thuật của các doanh nghiệp trong ngành đã được cải thiện rất nhiều, bao gồm thiết kế quy trình, công nghệ rèn, công nghệ xử lý nhiệt, công nghệ gia công, thử nghiệm sản phẩm và các khía cạnh khác.
(1) Các nhà sản xuất tiên tiến trong thiết kế quy trình thường áp dụng công nghệ mô phỏng máy tính xử lý nóng, thiết kế quy trình có sự hỗ trợ của máy tính và công nghệ ảo, nâng cao trình độ thiết kế quy trình và khả năng sản xuất sản phẩm. Giới thiệu và áp dụng các chương trình mô phỏng như DATAFOR, GEMARC/AUTOFORGE, DEFORM, LARSTRAN/SHAPE và THERMOCAL để đạt được khả năng kiểm soát quá trình thiết kế máy tính và xử lý nhiệt.
(2) Hầu hết các máy ép thủy lực có công nghệ rèn từ 40MN trở lên đều được trang bị 100-400t. m vận hành rèn chính và 20-40t. m toán tử phụ trợ. Một số lượng đáng kể người vận hành sử dụng điều khiển máy tính để đạt được khả năng kiểm soát toàn diện quá trình rèn, cho phép kiểm soát độ chính xác của việc rèn trong phạm vi ± 3 mm. Đo trực tuyến các sản phẩm rèn sử dụng các thiết bị đo kích thước bằng laser.
(3) Trọng tâm của công nghệ xử lý nhiệt là nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả xử lý nhiệt, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Nếu quá trình gia nhiệt của lò gia nhiệt và lò xử lý nhiệt được điều khiển bằng máy tính thì đầu đốt có thể được điều khiển để tự động điều chỉnh quá trình đốt, nhiệt độ lò, tự động đánh lửa và quản lý thông số gia nhiệt; Tận dụng nhiệt thải, lò xử lý nhiệt có trang bị buồng đốt tái sinh...; Bằng cách sử dụng các thùng dầu làm nguội bằng polymer có khả năng gây ô nhiễm thấp và kiểm soát làm mát hiệu quả, các phương tiện làm nguội bằng nước khác nhau đang dần thay thế dầu làm nguội truyền thống.
(4) Tỷ trọng máy công cụ CNC trong ngành công nghệ gia công ngày càng tăng. Một số doanh nghiệp trong ngành có trung tâm gia công và được trang bị máy móc gia công độc quyền theo các loại sản phẩm khác nhau, chẳng hạn như trung tâm gia công năm tọa độ, máy gia công lưỡi, máy nghiền con lăn, máy tiện con lăn, v.v.
(5) Biện pháp đảm bảo chất lượng: Một số doanh nghiệp trong nước đã trang bị cho mình các thiết bị phát hiện và công nghệ kiểm tra mới nhất, hệ thống kiểm tra siêu âm tự động hiện đại với khả năng xử lý dữ liệu được điều khiển bằng máy tính và nhiều hệ thống kiểm tra siêu âm tự động chuyên dụng khác nhau để hoàn thiện việc chứng nhận các hệ thống chất lượng khác nhau. Công nghệ sản xuất then chốt của rèn bánh răng hạng nặng tốc độ cao đã liên tục được khắc phục và trên cơ sở đó đã đạt được sản xuất công nghiệp. Dựa trên việc giới thiệu công nghệ sản xuất tiên tiến và thiết bị chủ chốt từ nước ngoài, Trung Quốc đã có thể tự mình thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất để rèn bánh răng hạng nặng và tốc độ cao. Những thiết bị này đã tiếp cận trình độ tiên tiến quốc tế, và việc nâng cao trình độ công nghệ và thiết bị đã thúc đẩy hiệu quả sự phát triển của ngành rèn trong nước.
Tầm quan trọng của việc rèn
Sản xuất rèn là một trong những phương pháp gia công chính để cung cấp phôi chi tiết cơ khí trong ngành sản xuất cơ khí. Bằng cách rèn, không chỉ có thể thu được hình dạng của các bộ phận cơ khí mà còn có thể cải thiện cấu trúc bên trong của kim loại, đồng thời có thể nâng cao các tính chất cơ lý của kim loại. Nói chung, các bộ phận cơ khí quan trọng có yêu cầu và ứng suất cao được sản xuất bằng phương pháp sản xuất rèn. Các bộ phận quan trọng như trục máy phát tuốc bin, cánh quạt, cánh quạt, cánh quạt, vòng hãm, cột ép thủy lực lớn, xi lanh chịu áp lực cao, trục cán thép, trục khuỷu động cơ đốt trong, thanh truyền, bánh răng, vòng bi, pháo phục vụ quốc phòng. ngành công nghiệp đều được sản xuất thông qua rèn. [7] Vì vậy, sản xuất rèn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như luyện kim, khai thác mỏ, ô tô, máy kéo, máy thu hoạch, dầu khí, công nghiệp hóa chất, hàng không, hàng không vũ trụ, vũ khí, v.v. Ngay cả trong cuộc sống hàng ngày, sản xuất rèn cũng đóng một vai trò quan trọng . Theo một nghĩa nào đó, sản lượng rèn hàng năm, tỷ lệ khuôn rèn trong tổng sản lượng rèn, cũng như quy mô và quyền sở hữu thiết bị rèn, phản ánh ở một mức độ nhất định trình độ công nghiệp của một quốc gia.
