Phun ralà một loại quy trình tạo hình hàng loạt. Trong quy trình này, kim loại phôi được ép hoặc nén qua lỗ khuôn để đạt được hình dạng mặt cắt nhất định.
Nói tóm lại, ép đùn là một quá trình xử lý kim loại bao gồm việc buộc kim loại đi qua lỗ khuôn dưới áp suất tăng để nén mặt cắt ngang của nó.
Nhờ sự phát triển của công nghệ ép đùn, thế giới đã bắt đầu dựa vào ép đùn để sản xuất các thanh, ống và các biên dạng rỗng hoặc rắn với bất kỳ hình dạng nào.
Bởi vì hoạt động này bao gồm việc đẩy hoặc kéo phôi qua khuôn nên lực cần thiết để đùn phôi là khá lớn. Đùn nóng là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất vì khả năng chống biến dạng của kim loại thấp hơn ở nhiệt độ cao, trong khi ép đùn nguội thường chỉ được thực hiện trên các kim loại mềm.
Lịch sử:
Mặc dù khái niệm ép đùn được sinh ra từ quá trình đúc khuôn. Theo hồ sơ, vào năm 1797, một kỹ sư tên là Joseph Bramah đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho quy trình ép đùn. Thử nghiệm bao gồm làm nóng trước kim loại và sau đó ép nó đi qua khoang khuôn để chế tạo các ống từ phôi. Anh ta dùng một pít-tông thủ công để đẩy kim loại.
Bramah đã phát minh ra quy trình thủy lực sau khi phát minh ra máy đùn. Sau đó, Thomas Burr đã kết hợp nhiều công nghệ sử dụng công nghệ ép thủy lực và công nghệ ép đùn cơ bản để sản xuất ống (rỗng). Ông cũng nhận được bằng sáng chế vào năm 1820.
Công nghệ này sau đó đã trở thành nhu cầu cơ bản cho thế giới không ngừng phát triển và quy trình này không phù hợp với kim loại cứng. Năm 1894, Thomas Burr giới thiệu công nghệ ép đùn đồng và hợp kim đồng thau, kéo theo sự phát triển của công nghệ ép đùn.
Kể từ khi phát minh ra công nghệ ép đùn, quy trình này đã phát triển thành nhiều công nghệ có khả năng tạo ra các sản phẩm có cấu trúc phức tạp khác nhau với chi phí thấp nhất có thể.
Phân loại hoặc các loại quy trình ép đùn:
1.Quá trình ép đùn nóng:
Trong quá trình ép đùn nóng này, phôi được xử lý ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại. Quá trình xử lý nóng này có thể ngăn phôi gia công bị cứng lại và giúp máy dập chày dễ dàng đẩy nó qua khuôn.
Quá trình ép đùn nóng thường được thực hiện trên máy ép thủy lực nằm ngang. Áp suất liên quan đến quá trình này có thể dao động từ 30 MPa đến 700 MPa. Để áp suất cao còn nguyên vẹn, bôi trơn được áp dụng. Dầu hoặc than chì được sử dụng làm chất bôi trơn cho các cấu hình nhiệt độ thấp và bột thủy tinh được sử dụng cho các cấu hình nhiệt độ cao. Cung cấp nhiệt từ 0,5 Tm đến 0,75 Tm cho phôi để đạt được hoạt động chất lượng cao.
Nhiệt độ ép đùn nóng của một số vật liệu thường được sử dụng như sau:
Nhiệt độ vật liệu (° C):
nhôm 350 đến 500, đồng 600 đến 1100, magiê 350 đến 450, niken 1000 đến 1200, thép 1200 đến 1300, titan 700 đến 1200, PVC180 nylon290.
Thuận lợi:
● Biến dạng có thể được kiểm soát theo yêu cầu.
● Phôi sẽ không được tăng cường do quá trình gia công cứng lại.
● Cần ít áp lực hơn.
● Vật liệu có vết nứt sớm cũng có thể được xử lý.
Nhược điểm:
● Bề mặt hoàn thiện kém.
● Độ chính xác về kích thước sẽ bị ảnh hưởng.
● Giảm tuổi thọ của thùng chứa.
● Khả năng oxy hóa bề mặt.
2.Đùn nguội:
Đây là quá trình tạo hình kim loại bằng cách dùng đạn bắn vào kim loại. Việc gõ này được thực hiện bằng cách đấm hoặc đấm vào một khoang kín. Pít tông đẩy kim loại qua khoang khuôn, biến phôi rắn thành hình dạng rắn.
Trong quá trình này, phôi bị biến dạng ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn nhiệt độ phòng một chút.
Đối với yêu cầu quá nhiều lực, một máy ép thủy lực mạnh mẽ sẽ được sử dụng trong công nghệ này. Phạm vi áp suất có thể đạt tới 3000 MPa.
Thuận lợi:
● Không bị oxy hóa.
● Tăng độ bền của sản phẩm.
● Dung sai chặt chẽ hơn.
● Cải thiện độ bóng bề mặt.
● Độ cứng tăng lên.
Nhược điểm:
● Cần lực lớn hơn.
● Cần nhiều năng lượng hơn để chạy.
● Không thể xử lý các vật liệu không dẻo.
● Việc làm cứng vật liệu ép đùn do biến dạng là một hạn chế.
3.Quá trình ép đùn ấm:
Đùn ấm là quá trình ép đùn phôi trên nhiệt độ phòng và dưới nhiệt độ kết tinh lại của vật liệu. Quá trình này được sử dụng trong trường hợp phải ngăn chặn sự thay đổi cấu trúc vi mô trong vật liệu trong quá trình ép đùn.
Quá trình này rất quan trọng để đạt được sự cân bằng hợp lý giữa lực và độ dẻo cần thiết. Nhiệt độ của bất kỳ kim loại nào được sử dụng trong hoạt động này có thể dao động từ 424 độ C đến 975 độ C.
Thuận lợi:
● Tăng sức mạnh.
● Tăng độ cứng của sản phẩm.
● Thiếu oxy hóa.
● Có thể đạt được dung sai rất nhỏ.
Nhược điểm:
● Vật liệu không dẻo không thể ép đùn được.
● Ngoài ra còn có thiết bị sưởi ấm.
4.Đùn ma sát:
Trong công nghệ ép đùn ma sát, phôi và thùng chứa buộc phải quay ngược chiều nhau. Đồng thời, phôi được đẩy qua khoang khuôn trong quá trình vận hành để tạo ra vật liệu cần thiết.
Quá trình này bị ảnh hưởng bởi tốc độ quay tương đối giữa quá trình sạc và khuôn. Chuyển động quay tương đối của quá trình nạp và khuôn có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình.
Đầu tiên, nó sẽ gây ra một lượng lớn ứng suất cắt, dẫn đến biến dạng dẻo của phôi. Thứ hai, một lượng nhiệt lớn sẽ được tạo ra trong quá trình chuyển động tương đối giữa phôi và khuôn. Do đó, không cần phải làm nóng trước và quá trình này hiệu quả hơn.
Nó có thể trực tiếp tạo ra các dây, thanh, ống hợp nhất về cơ bản và các dạng hình học kim loại không tròn khác từ các điện tích tiền chất khác nhau như bột kim loại, mảnh, chất thải đã qua xử lý (chip hoặc phoi) hoặc phôi rắn.
Thuận lợi:
● Không cần sưởi ấm.
● Việc tạo ra ứng suất cắt có thể cải thiện độ bền mỏi của sản phẩm.
● Bất kỳ loại vật liệu nào cũng có thể được sử dụng làm phôi, giúp quá trình này trở nên tiết kiệm.
● Năng lượng đầu vào thấp.
● Khả năng chống ăn mòn tốt hơn.
Nhược điểm:
● Dự kiến quá trình oxy hóa.
● Thiết lập ban đầu cao.
● Máy móc phức tạp.
5.Quá trình ép đùn vi mô:
Như có thể hiểu từ tên của nó, quá trình này liên quan đến việc sản xuất các sản phẩm trong phạm vi dưới milimet.
Tương tự như ép đùn vĩ mô, ở đây phôi được ép qua lỗ khuôn để tạo ra hình dạng mong muốn trên phôi. Đầu ra có thể đi qua một hình vuông 1mm.
Ép đùn vi mô tiến hoặc trực tiếp và đảo ngược hoặc gián tiếp là hai kỹ thuật cơ bản nhất được sử dụng trong thời đại này để sản xuất các linh kiện vi mô. Trong quá trình ép đùn vi mô về phía trước, pít tông dẫn động trống để di chuyển về phía trước. Hướng chuyển động của trống là như nhau. Trong quá trình ép đùn vi mô ngược, hướng chuyển động của pít tông và phôi là ngược nhau. Công nghệ ép đùn vi mô được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các thành phần thiết bị y tế có thể hấp thụ và cấy ghép, từ stent có thể hấp thụ sinh học đến hệ thống giải phóng được kiểm soát bằng thuốc. Trong lĩnh vực cơ khí, có thể quan sát rộng rãi các ứng dụng trong sản xuất bánh răng vi mô, ống vi mô và các khía cạnh khác.
Thuận lợi:
● Có thể thực hiện các mặt cắt rất phức tạp.
● Có thể tạo ra các phần tử nhỏ.
● Cải thiện dung sai hình học.
Nhược điểm:
● Sản xuất khuôn nhỏ và hộp đựng để đáp ứng nhu cầu của chúng ta là một thách thức.
● Cần có công nhân lành nghề.
6.Đùn trực tiếp hoặc chuyển tiếp:
Trong quá trình ép đùn trực tiếp, phôi kim loại trước tiên được đặt trong thùng chứa. Thùng chứa có lỗ khuôn định hình. Pit tông dùng để đẩy phôi kim loại qua lỗ khuôn để tạo ra sản phẩm.
Ở loại này, hướng dòng chảy của kim loại giống với hướng chuyển động của pít tông.
Khi phôi buộc phải di chuyển về phía lỗ khuôn, một lượng ma sát lớn sẽ được tạo ra giữa bề mặt phôi và thành thùng chứa. Do tồn tại ma sát nên lực pit tông cần phải tăng lên rất nhiều, từ đó tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.
Trong quá trình này, rất khó để ép đùn các kim loại giòn như hợp kim vonfram và titan vì chúng sẽ bị vỡ trong quá trình này. Lực căng trong suốt quá trình thúc đẩy sự hình thành nhanh chóng các vết nứt nhỏ, dẫn đến gãy xương.
Rất khó để ép đùn các kim loại giòn như hợp kim vonfram và titan vì chúng sẽ bị vỡ trong quá trình xử lý. Lực căng làm cho các vết nứt nhỏ hình thành nhanh chóng, dẫn đến gãy xương.
Ngoài ra, sự hiện diện của lớp oxit trên bề mặt phôi sẽ làm tăng thêm ma sát. Lớp oxit này có thể gây ra khuyết tật cho sản phẩm ép đùn.
Để khắc phục vấn đề này, một khối giả được đặt giữa cổng và khung làm việc để giúp giảm ma sát.
Ví dụ như ống, lon, cốc, bánh răng, trục và các sản phẩm ép đùn khác.
Một số phần của phôi luôn được giữ lại ở cuối mỗi lần ép đùn. Nó được gọi là mông. Cắt nó ra khỏi sản phẩm ngay tại lối ra khuôn.
Thuận lợi:
● Quá trình này có thể ép đùn các phôi dài hơn.
● Cải thiện tính chất cơ học của vật liệu.
● Bề mặt hoàn thiện tốt.
● Có thể ép đùn cả nóng và lạnh.
● Có khả năng hoạt động liên tục.
Nhược điểm:
● Kim loại giòn không thể ép đùn được.
● Yêu cầu lực lớn và công suất cao.
● Khả năng bị oxy hóa.
7.Đùn gián tiếp hoặc đảo ngược:
Trong quá trình ép đùn ngược này, khuôn vẫn đứng yên trong khi phôi và thùng chứa di chuyển cùng nhau. Khuôn được gắn trên pit tông thay vì trên thùng chứa.
Kim loại chảy qua lỗ khuôn ở phía bên của pít tông theo hướng ngược lại với chuyển động của pít tông khi phôi được nén.
Khi phôi được nén, vật liệu sẽ đi qua giữa các trục tâm và do đó đi qua lỗ khuôn.
Vì không có chuyển động tương đối giữa phôi và vật chứa nên không ghi lại ma sát. So với ép đùn trực tiếp, điều này cải thiện quy trình và dẫn đến việc sử dụng lực pít tông ít hơn so với ép đùn trực tiếp.
Để giữ cho khuôn đứng yên, người ta sử dụng một "que" dài hơn chiều dài của thùng chứa. Độ bền cột của thanh xác định chiều dài đùn cuối cùng và tối đa. Vì phôi di chuyển cùng với thùng chứa nên mọi ma sát đều dễ dàng được loại bỏ.
Thuận lợi:
● Cần ít lực đùn hơn.
● Có thể đùn các mặt cắt nhỏ hơn.
● Giảm ma sát 30%.
● Tăng tốc độ hoạt động.
● Ghi nhận rất ít hao mòn.
● Do dòng kim loại ổn định hơn nên ít xảy ra khuyết tật đùn hoặc vùng vòng có hạt thô hơn.
Nhược điểm:
● Mặt cắt ngang của vật liệu ép đùn bị giới hạn bởi kích thước của thanh được sử dụng.
● Có khả năng xảy ra ứng suất dư sau khi ép đùn.
● Các tạp chất và khuyết tật có thể ảnh hưởng đến độ hoàn thiện bề mặt và ảnh hưởng đến sản phẩm.
8.Đùn thủy tĩnh:
Trong quá trình ép đùn thủy tĩnh, phôi được bao quanh bởi chất lỏng trong thùng chứa và chất lỏng được đẩy về phía phôi nhờ chuyển động về phía trước của pít tông. Do chất lỏng không có ma sát bên trong thùng chứa nên có rất ít ma sát ở lỗ khuôn.
Khi lấp đầy lỗ của thùng chứa, phôi sẽ không bị xáo trộn vì chịu áp suất thủy tĩnh đồng đều. Điều này tạo ra thành công các phôi có tỷ lệ chiều dài trên đường kính rất lớn. Ngay cả cuộn dây cũng có thể được ép đùn một cách hoàn hảo hoặc có mặt cắt ngang không đều.
Sự khác biệt chính giữa ép đùn thủy tĩnh và ép đùn trực tiếp là không có tiếp xúc trực tiếp giữa thùng chứa và phôi trong quá trình ép đùn thủy tĩnh.
Cần có chất lỏng và quy trình đặc biệt khi làm việc ở nhiệt độ cao.
Khi vật liệu chịu áp suất thủy tĩnh và không có ma sát, độ dẻo của nó tăng lên. Do đó, phương pháp này có thể phù hợp với các kim loại quá giòn so với các phương pháp ép đùn thông thường.
Phương pháp này được sử dụng cho kim loại dẻo và cho phép tỷ số nén cao.
Thuận lợi:
● Sản phẩm ép đùn có tác dụng đánh bóng bề mặt tuyệt vời và kích thước chính xác. ● Không có vấn đề ma sát.
● Giảm thiểu yêu cầu về lực.
● Không còn khoảng trống nào trong quá trình này.
● Dòng nguyên liệu đồng đều.
Nhược điểm:
● Khi vận hành ở nhiệt độ cao, nên sử dụng chất lỏng và quy trình đặc biệt.
● Trước khi gia công, mỗi phôi phải được chuẩn bị và làm thon gọn ở một đầu.
● Khó kiểm soát chất lỏng.
9.Đùn tác động:
Đùn tác động là một phương pháp chính khác để sản xuất các cấu hình ép đùn kim loại. So với các quy trình ép đùn truyền thống đòi hỏi nhiệt độ cao để làm mềm vật liệu, ép đùn va đập thường sử dụng phôi kim loại nguội. Những khoảng trống này được ép đùn dưới áp suất cao và hiệu quả cao.
Trong quá trình vận hành ép đùn tác động truyền thống, một khối được bôi trơn thích hợp được đặt vào khoang khuôn và được đập bằng một cú đấm chỉ trong một cú đột quỵ. Điều này làm cho kim loại chảy ngược lại xung quanh chày qua khe hở giữa khuôn và chày.
Quá trình này phù hợp hơn với các vật liệu mềm hơn như chì, nhôm hoặc thiếc.
Quá trình này luôn được thực hiện ở trạng thái nguội. Quá trình tác động ngược cho phép các bức tường rất mỏng. Ví dụ như làm ống kem đánh răng hay hộp đựng pin.
Nó được thực hiện ở tốc độ nhanh hơn và với hành trình ngắn hơn. Thay vì tạo áp lực, áp suất va đập được sử dụng để đùn phôi qua khuôn. Mặt khác, tác động có thể được thực hiện bằng cách đùn về phía trước hoặc phía sau hoặc kết hợp cả hai.
Thuận lợi:
● Kích thước giảm đáng kể.
● Quá trình nhanh chóng. Thời gian xử lý được giảm tới 90%.
● Tăng năng suất.
● Cải thiện tính toàn vẹn dung sai.
● Tiết kiệm tới 90% nguyên liệu thô.
Nhược điểm:
● Đòi hỏi lực nén rất cao.
● Kích thước của chỗ trống là một hạn chế.
Các yếu tố ảnh hưởng đến lực ép đùn:
● Nhiệt độ làm việc.
● Thiết kế thiết bị theo chiều ngang hoặc chiều dọc.
● Kiểu đùn.
● Tỷ lệ đùn.
● Lượng biến dạng.
● Thông số ma sát.
Các ứng dụng hoặc cách sử dụng quá trình ép đùn:
● Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ống và ống rỗng. Và cũng được sử dụng trong sản xuất các mặt hàng nhựa.
● Quá trình ép đùn được sử dụng để sản xuất khung, cửa ra vào và cửa sổ, v.v. trong ngành công nghiệp ô tô.
● Nhôm kim loại được sử dụng làm kết cấu trong nhiều ngành công nghiệp.
