Trong lĩnh vực công nghiệp cơ khí hiện đại, gia công áp lực đóng một vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu được.

Đây là một trong những phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất trong ngành chế tạo cơ khí, góp phần tạo ra những sản phẩm kim loại có chất lượng cao và độ chính xác tuyệt đối.

Để hiểu rõ hơn về phương pháp này, chúng ta cần tìm hiểu kỹ lưỡng về bản chất, đặc điểm cũng như các ứng dụng thực tế của nó.

Bản chất và định nghĩa của gia công áp lực

Gia công áp lực có thể được định nghĩa là quá trình sử dụng các lực tác động từ bên ngoài để tác động lên phôi kim loại, từ đó tạo ra sự biến dạng dẻo và thay đổi hình dạng của vật liệu theo đúng yêu cầu thiết kế.

Phương pháp này được thực hiện thông qua việc sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau như máy cán, máy kéo, máy ép, thiết bị rèn, máy chấn gấp và các loại máy đột dập chuyên dụng.

Điều đặc biệt quan trọng của gia công áp lực là nó bao gồm rất nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp đều có những đặc tính và ưu điểm riêng biệt.

Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vật liệu cần gia công, hình dạng sản phẩm mong muốn, độ chính xác yêu cầu, và quy mô sản xuất.

Tính chất đặc trưng của phương pháp gia công áp lực

Về mặt tính chất, gia công áp lực được xem là một phương pháp gia công không phôi, nghĩa là trong quá trình gia công, không có sự mất mát về khối lượng vật liệu.

Quá trình tác động áp lực lên kim loại có thể được thực hiện trong điều kiện nguội hoặc nóng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng loại sản phẩm. Điều quan trọng nhất là phương pháp này không làm phá hủy độ bền cũng như tính liên tục của vật liệu kim loại, do đó vẫn có thể duy trì được các tính chất cơ học cơ bản của kim loại.

Về đặc điểm, gia công áp lực là phương pháp mà các kỹ thuật viên cơ khí sử dụng để chế tạo phôi hoặc các chi tiết hoàn chính.

Họ sẽ áp dụng các lực tác động từ bên ngoài lên kim loại để biến chúng thành trạng thái dẻo, sau đó có thể tùy ý điều chỉnh hình dạng và kích thước theo đúng yêu cầu kỹ thuật.

Phương pháp này mang lại năng suất cao, tiết kiệm được nhiều nguyên vật liệu, và tạo ra những chi tiết có bề mặt chất lượng tốt cùng độ chính xác hoàn hảo.

Các phương pháp gia công áp lực chủ yếu

Phương pháp cán kim loại tiên tiến

Cán kim loại là một trong những phương pháp gia công áp lực được sử dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp. Quá trình này được thực hiện bằng cách ép tấm phôi kim loại giữa hai trục của máy cán, nhằm tạo ra sự biến dạng của kim loại theo hướng mong muốn.

Hai trục này sẽ quay theo chiều ngược nhau, ngoài việc cán phẳng thì phôi còn có thể được cán theo nhiều dạng mặt cắt ngang khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cuối.

Đây được xem là phương pháp khá phổ biến và xuất hiện thường xuyên trong hầu hết các quy trình gia công kim loại hiện đại.

Phương pháp kéo kim loại chuyên nghiệp

Như tên gọi của nó, phương pháp này sử dụng lỗ khuôn kéo chuyên dụng để kéo dài thanh kim loại theo hướng dọc trục. Sau khi thực hiện quy trình gia công áp lực này, phôi sẽ có sự thay đổi về kích thước: tiết diện ngang sẽ bị giảm xuống trong khi chiều dài lại được tăng lên đáng kể.

Hình dạng của thành phẩm cuối sẽ phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của khuôn kéo, do đó việc thiết kế khuôn một cách phù hợp và chính xác là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Phương pháp kéo kim loại này còn được phân chia thành hai loại chính là kéo sợi và kéo ống, mỗi loại phục vụ cho những mục đích sử dụng khác nhau.

Phương pháp ép kim loại hiệu quả

Trong phương pháp này, người thợ sẽ đặt kim loại vào khung kính và cho đi qua lỗ khuôn ép chuyên dụng. Sau quá trình này, sản phẩm sẽ được tạo ra với kích thước và hình dạng hoàn toàn phù hợp với yêu cầu chế tạo.

Ưu điểm nổi bật của phương pháp gia công áp lực này là khả năng tạo ra sản phẩm có hình dạng cực kỳ chính xác theo như mong muốn, đồng thời năng suất làm việc cũng rất cao.

Ép kim loại được phân chia thành hai dạng chính là ép đùn nóng (còn gọi là ép thuận) và ép buộc (còn được gọi là ép nghịch), mỗi loại có những ứng dụng riêng biệt.

Phương pháp rèn tự do truyền thống

Đây là một phương pháp gia công có lịch sử rất lâu đời, thường được nhìn thấy trong các bộ phim cổ trang về nghề rèn truyền thống.

Quá trình bắt đầu bằng việc nung nóng kim loại đến nhiệt độ cao, thường trên 900 độ C. Khi phôi chuyển sang trạng thái dẻo, người thợ sẽ tiếp tục sử dụng đe và búa để đập tạo hình theo ý muốn.

Bởi vì phương pháp này chủ yếu dựa vào sức lao động thủ công và kỹ năng của người thợ, nên năng suất làm việc không được cao.

Ngoài ra, việc này còn đòi hỏi người thực hiện phải có tay nghề cao và kinh nghiệm lâu năm để có thể tạo ra được phôi đúng như yêu cầu kỹ thuật.

Để khắc phục những hạn chế này, ngành công nghiệp hiện đại đã phát triển các loại máy rèn tự động. Máy móc sẽ mang lại năng suất cao hơn nhiều và có khả năng gia công được những vật liệu có kích thước lớn.

Phương pháp rèn trong khuôn chính xác

Trước khi thực hiện, người ta sẽ tạo ra khuôn được lắp ghép từ hai phần riêng biệt. Khi đặt vật liệu vào bên trong, hai phần khuôn sẽ được khép chặt lại với nhau. Lúc này, kim loại sẽ được định hình chính xác theo hình dạng bên trong của khuôn.

Phương pháp rèn này cho độ chính xác rất cao và có khả năng tạo ra những chi tiết có độ phức tạp lớn. Vì chủ yếu sử dụng máy móc tự động, nên rất thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa trong sản xuất.

Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí chế tạo khuôn rất cao, và chỉ thích hợp với những nơi sản xuất chi tiết theo dạng hàng loạt với ít sự thay đổi về thiết kế.

Phương pháp dập tấm tiên tiến

Dập tấm là một kỹ thuật gia công áp lực tiên tiến có thể được thực hiện ở trạng thái dập nguội. Phương pháp này được áp dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại.

Sản phẩm sau khi hoàn thành bằng phương pháp này sẽ có độ chính xác và chất lượng rất tốt, do đó được đánh giá cao trong ngành chế tạo cơ khí.

Ứng dụng thực tế của gia công áp lực

Lý do gia công áp lực trở thành phương pháp quan trọng trong cơ khí chế tạo là bởi tính ứng dụng rộng rãi của nó.

Cụ thể, phương pháp này được sử dụng để khắc phục các khuyết tật đúc của kim loại như ổ khí, lỗ rỗng và các khuyết tật khác, từ đó nâng cao đáng kể cơ tính của sản phẩm cuối.

Với khả năng thay đổi cấu trúc tổ chức thớ từ các tổ chức hạt ban đầu, gia công áp lực giúp những chi tiết sau khi hoàn thành có độ bền cơ học cao hơn nhiều so với phương pháp gia công khác.

Ngoài ra, phương pháp này còn tăng cường chất lượng bề mặt ngoài của sản phẩm bởi gia công áp lực kim loại sẽ tạo ra độ bóng cao và độ chính xác tuyệt đối trong từng chi tiết nhỏ.

Trong thực tế, gia công áp lực được sử dụng rộng rãi để chế tạo các linh kiện, phụ tùng cho máy bay, tàu thủy, ô tô và nhiều phương tiện giao thông khác. Điều này cho thấy tầm quan trọng không thể thiếu của phương pháp gia công này trong ngành công nghiệp chế tạo hiện đại.

Kết luận

Mặc dù gia công áp lực có nhiều ưu điểm vượt trội, phương pháp này vẫn gặp phải một số hạn chế khi làm việc với một số loại vật liệu đặc biệt và những yêu cầu gia công phức tạp.

Đó cũng chính là lý do vì sao trong thực tế sản xuất, người ta thường không cố định chỉ sử dụng một phương pháp gia công duy nhất mà sẽ kết hợp linh hoạt nhiều phương pháp khác nhau để đạt được kết quả tối ưu nhất cho từng loại sản phẩm cụ thể.