TIỂU LUẬN MA sát TRONG GCAL

lOMoARcPSD|11424851 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ TIỂU LUẬN MA SÁT TRONG GCAL GVHD: PGS.TS Phạm Văn Nghệ Họ tên sinh viên: Vũ Nguyễn Minh Hiếu – 20184857 Phạm Văn Lai – 20184943 Khổng Gia Huy – 20184909 Hoàng Thế Hùng – 20184887 Mã lớp học: 132900 Hà Nội, 7-2022 lOMoARcPSD|11424851 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ GIA CÔNG ÁP LỰC I Tổng quan gia cơng áp lực: Vai trị GCAL sản xuất khí: Gia cơng áp lực hay Cơng nghệ tạo hình vậ liệu kim loại áp lực phương pháp gia công vật liệu dựa biến dạng dẻo, ln thay đổi hình dạng suốt q trình gia cơng để đạt hình dáng, kích thước cuối theo mong muốn, khơng có phá hủy liên kết bảo tồn thể tích Gia cơng áp lực chiếm vị trí quan trọng với tỷ trọng ngày tăng sản xuất khí luyện kim Những ưu điểm bật gia công áp lực: - Tiết kiệm nguyên vật liệu gia công không phoi - Năng suất cao, hạ giá thành sản phẩm - Tạo sản phẩm có hình dáng, kích thước mong muốn - Cải thiện tính vật liệu thơng qua biến dạng Nhược điểm GCAL so với phương pháp gia công khác: - Độ xác độ bóng bề mặt thấp gia công cắt gọt - Không phù hợp với sản xuất đơn phải chế tạo khuôn - Thiết bị khuôn dập đắt tiền - Môi trường làm việc có tiếng ồn, rung động, nóng, khả an toàn lao động cao sản xuất thủ cơng - Cấn phải tự động hóa sản xuất loạt lớn - Cần có thiết bị nâng chuyển, phụ trợ phù hợp tạo hình chi tiết lớn, trọng lượng lớn lOMoARcPSD|11424851 Phân loại phương pháp GCAL:  Căn vào ứng suất có tác dụng chủ yếu q trình biến dạng, phân chia phương pháp biến dạng thành nhóm lớn sau đây: - Biến dạng nén: Trạng thái dẻo gây nên ứng suất nén nhiều chiều, phương pháp cán, rèn tự do, rèn khuôn, ép chảy - Biến dạng kéo – nén: Trạng thái dẻo gây nên ứng suất kéo nén, phương pháp dập vuốt, uốn vành, miết - Biến dạng kéo: Trạng thái dẻo gây nên ứng suất kéo nhiều chiều, phương pháp kéo dãn dập phình, dập định hình - Biến dạng uốn: Trạng thái dẻo gây nên trọng tải uốn - Biến dạng cắt: Trạng thái dẻo gây nên tải trọng cắt Thuộc nhóm có phương pháp trượt, xoắn  Phân loại theo công nghệ: dập tấm, dập khối tạo hình đặc biệt lOMoARcPSD|11424851  Phân loại theo nhiệt độ gia cơng - Biến dạng nóng (trên nhiệt độ kết tinh lại) - Biến dạng nguội (dưới nhiệt độ kết tinh lại, nhiệt độ thường) - Biến dạng nửa nóng (đối với thép biến dạng 680 – 800oC) II Tổng quan trình dập thủy cơ: Giớ i thiệu dập vuốt thuỷ Về phương pháp dập thủy hoàn toàn giống với phương pháp dập vuốt thông thường, khác có thêm đối áp lịng khn tạo bơi trơn thủy động Có cách để tạo đối áp: chất lỏng đổ đầy vào lịng khn, đầu trượt xuống chất lỏng bị nén lại tạo đối áp; cách thứ bơm trực tiếp chất lỏng có áp suất vào lịng cối, giá trị áp suất điều khiển van giảm áp cho phù hợp Đối áp làm tăng ma sát phôi chày (tránh tượng ổn định), giảm ma sát phôi cối (chất lỏng có tác dụng bơi trơn ln), phơi khơng tiếp xúc với góc lượn cối nên chất lượng bề mặt tốt hơn, đồng thời chiều dày thành đồng Quá trình dập thuỷ lOMoARcPSD|11424851 - Hình 1: Kết cấu khn gồm: Chày – chặn – phôi – vành cối – buồng chứa chất lỏng có ống van điều tiết áp suất - Hình 2: Chày xuống, áp suất thuỷ tĩnh nén phôi làm phôi áp sát vầo bề mặt chày, chặn giữ phơi tạo lực căng - Hình 3: Khi chày xuống, phôi biến dạng phồng lên bọc vào chày, tượng phồng phơi - Hình 4: Cuối cùng, phơi biến dạng theo hình dạng kích thước chày Đặc điểm công nghệ dập thuỷ - - - - Lực tác dụng ép thuỷ Lực tác dụng: Khi dập thuỷ cơ, có lực tác dụng: Áp suất thuỷ lực để ép phôi sát chày, tạo hình theo biên dạng chày, áp lực tăng chiều sâu ép tăng Cần khống chế đến áp lực định, đủ để áp phôi vào bề mặt chày, giữ ổn định trình biến dạng Lực nén chày: để ép phơi tạo hình, hay lực ép vuốt, pitton máy ép, lực nén cân với lực áp suất thuỷ tĩnh theo phương đứng tạo nên Lực ép biên: để giữ phôi, chống nhăn – rách Đặc điểm: Điểm khác biệt đặc trưng trình dập thuỷ cần thiết phải tạo áp suất thuỷ tĩnh biến đổi tác dụng vào phơi từ lịng cối Giá trị áp suất phải đủ lớn để ép chặt phôi vào bề mặt chày ngăn nhăn phôi không lớn cho lực ma sát ứng suất uốn xuất khơng làm đứt phôi Giá trị áp suất thuỷ tĩnh cần thiết từ phía cối phụ thuộc vào yếu tố sau: Tính chất lý vật liệu phơi, chiều dày vật liệu, đặc tính hình học chi tiết tạo hình Hình dạng sản phẩm phụ thuộc vào hình dáng chày ép nên đa dạng hoá sản phẩm mà sử dụng cối ép Ép thuỷ thực chủ yếu máy ép thuỷ lực, điều chỉnh tốc độ ép, hành trình chày, lực chặn áp suất chất lỏng phù lOMoARcPSD|11424851 - - - - - - - hợp với loại sản phẩm Điều đảm bảo độ xác hình dạng chi tiết nâng cao tính vật liệu Ưu điểm: Giảm đáng kể lực ma sát có hại phôi dụng cụ Tăng lực ma sát có ích chày phơi tạo từ ép mạnh vào bề mặt chày áp suất thuỷ tĩnh, loại bỏ trượt phôi chày kéo căng phôi Nhờ mà hệ số dập vuốt nâng cao nhiều đáng kể so với khuôn dập vuốt truyền thống Số lượng ngun cơng giảm Có áp suất thuỷ tĩnh tương đối đồng từ phía lịng cối tác dụng lên bề mặt phôi Điều làm tăng khả biến dạng dẻo kim loại độ đồng tính xủa sản phẩm dập chi tiết phức tạp Do thay đổi không đáng kể chiều dày kim loại chỗ chuyển tiếp từ đáy lên thành chi tiết (vị trí nguy hiểm dập vuốt truyền thống) nên sử dụng vật liệu mỏng bán kính chày nhỏ Đồng thời ảnh hưởng khe hở chày cối không nhạy cảm dập vuốt truyền thống nên dập lần chi tiết có chiều dày khác từ vật liệu khác Sự tiêu tốn vật liệu dụng cụ tương đối thấp đơn giản hoá kết cấu dập giảm thiểu mài mòn dụng cụ tạo hình Chất lượng bề mặt chi tiết dập cao q trình vuốt khơng xảy qua mép cạnh kim loại khn vuốt, giảm ngun cơng tinh chỉnh Nhược điểm: Có thể xảy ổn định phần mặt bich phơi phần bán kính cong phần chuyển tiếp mặt bích với thành vỏ thẳng đứng chi tiết gây phế phẩm nhăn, co, rách… phần vành phôi Phải tạo nguồn chất lỏng cao áp điều chỉnh giá trị áp suất q trình ép vuốt Có thể xảy biện mỏng phôi, lượng biến mỏng lớn khơng đồng dễ xảy tình trạng rách, đứt phơi tiết diện nguy hiểm lOMoARcPSD|11424851 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT TỚI DẬP THỦY CƠ, TÍNH LỰC CƠNG NGHỆ, LỰC MA SÁT KHI TẠO HÌNH I Ma sát tiếp xúc trình dập thủy Như biết, khả biến dạng vật liệu, chất lượng sản phẩm, độ bền dụng cụ… chịu ảnh hưởng lớn ma sát tiếp xúc phôi dụng cụ Khơng thể điều khiển q trình cơng nghệ khơng tính đến ảnh hưởng ma sát ngồi Ma sát có ảnh hưởng lớn đến q trình làm thay đơit hồn tồn sơ trạng thái ứng suất – biến dạng, phân bố lực, nâng cao làm giảm cường độ trình dập… Trong trình dập dập thủy cơ, phụ thuộc vào sơ đồ công nghệ q trình cơng nghệ, vai trị ma sát tiếp xúc tích cực (tạo thuận lợi q trình dập) tiêu cực (cản trở trình dập) Khác với dập vuốt khn cứng, q trình dập thủy cơ, chất bôi trơn nẳm sản phẩm dụng cụ chịu áp suất lớn, chúng chuyển động với tốc độ lớn (có thể lên tới 500 m/phút cao hơn) Điều cho phép tạo chế độ ma sát thủy động, kể trường hợp sử dụng chất bơi trơn có độ nhớt không cao Các nghiên cứu liên quan cho thấy, ma sát tiếp xúc trình dập thủy chịu ảnh hưởng đáng kể độ nhớt chất bơi trơn, tốc độ dập vuốt, kích thước, hình dáng sản phẩm, khe hở phôi vành cối, độ lớn lực ép biên… Ảnh hưởng yếu tố nghiên cứu cách xem xét chuyển động lớp bôi trơn khe hở sản phẩm vành cối Chuyển động chất bôi trơn chia làm phần: Phần đáy (I), phần thành trụ (II), phần bán kính lượn vành cối (III) vành (IV) Ta có kết phân bố lực ma sát bề mặt phôi sau: + Phần đáy sản phẩm: Lực ma sát phần xác định sau: Trong đó: – vận tốc dập h – chiều dày lớp bôi trơn – độ nhớt động lực chất bôi trơn lOMoARcPSD|11424851 + Phần thành trụ: Lực ma sát phơi cành cối: Trong đó: Ru – bán kính chày – chiều dày lớp bơi trơn + Phần bán kính lượn vành cối: Lực ma sát xác định theo cơng thức: lOMoARcPSD|11424851 + Phần vành phôi: Lực ma sát tiếp xúc vành phôi cối: Xác định chiều dày lớp bôi trơn tối ưu dập vuốt thủy cơ: Trên sở phân tích ma sát tiếp xúc phơi dụng cụ q trình dập thủy cơ, xác định độ dày tối ưu lớp bôi trơn Điều đặc biệt có ý nghĩa việc xác định khe hở tối ưu phôi vành cối cứng Nếu lớp bôi trơn hợp lý, tạo điều kiện tối ưu cho việc đặt tải trọng lên phơi q trình dập vuốt thủy Để lớp bơi trơn hợp lý cần có kết hợp độ nhớt chất bôi trơn, vận tốc dập hình dáng, kích thước dụng cụ Nếu chiều dày lớp bôi trơn không hợp lý, làm tăng ma sát tiếp xúc, tăng trở lực biến dạng kim loại làm giảm chất lượng chi tiết dập Độ dày tối ưu lớp bôi trơn xác định theo cơng thức sau: - Với chi tiết có vành hẹp khơng có vành: - Với chi tiết có vành rộng: lOMoARcPSD|11424851 Trong đó: v0 – vận tốc dập trung bình Ru – bán kính chày rM – bán kính lượn vành cối – giới hạn bền vật liệu gia công s0 – chiều dày ban đầu phôi – độ nhớt động lực chất bôi trơn (trong dập thủy cơ, chất lỏng thủy tĩnh đóng vai trị chất bôi trơn), v – độ nhớt động học – mật độ chất bôi trơn Khi biết chiều dày tối ưu lớp bôi trơn, ta xác định khe hở hợp lý chày vành cối theo cơng thức: Trong đó: k – hệ số tính đến biến dày vật liệu trình dập; thường k = 1,1 – 1,2 II Tính tốn phơi, lực cơng nghệ Chi tiết tạo hình Tính tốn phơi - Tính tốn dựa cơng thức trải phơi ta có: Tính tốn cơng nghệ a Tính áp suất chất lỏng lOMoARcPSD|11424851 - Giá trị áp suất chất lỏng cần thiết dập thuỷ thơng số bản, có hảnh hưởng lớn đến trình biến dạng kim loại - Khi tính gần với sai số cho phép thực tế, giá trị áp suất chất lỏng cần thiết để đảm bảo điều kiện biến dạng phôi trường hợp dập vuốt thuỷ chi tiết hình trụ từ phơi xác định dựa cơng thức: Trong đó: - hệ số, tỉ số giới hạn bền thử kéo mẫu hình ống mẫu phẳng (cùng loại vật liệu), - giới hạn bền vật liệu, với thép SUS304, - bán kính góc lượn cối, - bán kính góc lượn chày vị trí n, - chiều dày vật liệu, Thay số vào cơng thức cho ta có áp suất chất lỏng cần thiết để tạo hình: Vậy áp suất cần thiết dập thuỷ lấy là: b Lực dập vuốt - Lực dập: - Trong đó: F: diện tích hình chiếu bề mặt tiếp xúc dụng cụ phôi q: áp lực riêng, tra bảng 12/260 sổ tay dập ta có chiều dày s > 0,5 mm q nằm khoảng 22,5 N/, chọn q = 2,5 - Vậy giá trị lực dập cần thiết để tạo hình chi tiết: c Lực chặn phôi - Lực chặn: - Trong đó: F: diện tích phơi chặn q: áp suất chặn, thép không gỉ, , chọn - Vậy lực chặn cần thiết: Chọn máy Với thơng số lực cơng nghệ tính tốn mục 2, ta chọn gia công chi tiết máy ép thủy lực RTP-50 C có thơng số: - Kích thước máy Dài x Rộng x Cao (mm): 1170 x 740 x 2080 - Trọng lượng máy: 1480 kg - Công suất máy: Kw - Lực ép tối đa: 50 lOMoARcPSD|11424851 - Kích thước bàn máy (mm): 450 x 450 - Hành trình máy: 250 mm - Chiều cao bể chất lỏng: 265 mm - Tốc độ ép (vận tốc dập): 6,3 mm/s III Tính tốn lực ma sát chiều dày lớp bôi trơn tối ưu dập vuốt thủy Chọn loại máy gia công Thông số máy ép thủy lực RTP-50 C chọn: - Kích thước máy Dài x Rộng x Cao (mm): 1170 x 740 x 2080 - Trọng lượng máy: 1480 kg - Công suất máy: Kw - Lực ép tối đa: 50 - Kích thước bàn máy (mm): 450 x 450 - Hành trình máy: 250 mm - Chiều cao bể chất lỏng: 265 mm - Tốc độ ép (vận tốc dập): 6,3 mm/s Xác định chiều dày lớp bôi trơn khe hở tối ưu: Theo đề bài, chi tiết chi tiết có vành nên chiều dày lớp bôi trơn tối ưu tính theo cơng thức: Trong đó: lOMoARcPSD|11424851 Trong đó: v0 – vận tốc dập trung bình, chọn v0 = 6,3 mm/s Ru – bán kính chày, chọn Ru = 70 mm rM – bán kính lượn vành cối, chọn rM = 10 mm – giới hạn bền vật liệu gia công, vật liệu SUS 304 => = 520 N.mm2 s0 – chiều dày ban đầu phôi, s0 = 5mm – độ nhớt động lực chất bơi trơn, Thay vào cơng thức, ta có: Khe hở tối ưu chày vành cối: Trong đó: k: hệ số tính đến biến dày vật liệu trình dập, lấy k = 1,2 Vậy khe hở tối ưu là: z = (mm) Lực ma sát phần đáy phơi Ta có cơng thức: Trong đó: + v0 – vận tốc dập, v0 = 6,3 mm/s + h – chiều dày chất bôi trơn, h = 265 – 80 = 185 mm + Ru – bán kính chày: chọn Ru = r = 70 (mm) + – độ nhớt động lực: Chất lỏng chọn dầu => = 6,8 cSt = 6,8 mm2/s Thay vào cơng thức ta có: Lực ma sát phần thành trụ Ta có cơng thức: lOMoARcPSD|11424851 Trong đó: Ru – bán kính chày, Ru = 70 mm – chiều dày lớp bôi trơn , => z: độ dài đoạn thành trụ: z = 50 mm Lực ma sát phần thành trụ: Lực ma sát phần bán kính lượn thành cối: Trong đó: rM – bán kính góc lượn: chọn rM = 10 mm a = 75 mm δ – chiều dầy lớp bôi trơn, chọn = mm η – độ nhớt động lực học, = 6,8 mm2/s v0 – vận tốc dập, v0 = 6,3 mm/s θ = 45o = π/4 A3, chọn A3 = 10 Lực ma sát phần vành phôi: Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 Trong đó: ri – bán kính phần vành phôi, ri = D/2 = 90 mm Ru – bán kính chày, Ru = 70 mm δ – độ dày lớp bôi trơn, chọn δ = mm rM – bán kính góc lượn, chọn rM = 10 mm t0 – độ dày ban đầu phôi – t0 = mm r – bán bính chảy, chọn r = 150 mm v0 – vận tốc trung bình, v0 = 6,3 mm/s η – độ nhớt động lực học, = 6,8 mm2/s Ta có lực ma sát trình dập thủy cơ: IV Thiết kế kết cấu khuôn mô thực nghiệm Thiết kế sơ sơ đồ khuôn Mô thực nghiệm Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 - Với số liệu phơi áp suất tính tốn mục , tiến hành mô phần mềm ETA Dynaform để khảo sát lực dập, lực chặn, mức độ biến dạng chi tiết - Kết sản phẩm - Sản phẩm biến dạng tương đối tốt, vùng màu tím nơi xảy tượng nhăn Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) lOMoARcPSD|11424851 - Mức độ biến dày từ 2mm tăng lên 2,6mm vọt lên 3mm vị trí vành sản phẩm, vị trí xuất hiện tượng nhăn sản phẩm - Mức độ biến mỏng từ 2mm xuống 1,533mm vị trí góc lượn chày, với lý thuyết dập vuốt - Đồ thị thể giá trị lực dập vuốt lực chặn sơ tương đồng với giá trị lực dập, lực chặn tính tốn mục Downloaded by nhung nhung (nhungnguyen949595@gmail.com) ... Lực ma sát phôi cành cối: Trong đó: Ru – bán kính chày – chiều dày lớp bôi trơn + Phần bán kính lượn vành cối: Lực ma sát xác định theo công thức: lOMoARcPSD|11424851 + Phần vành phôi: Lực ma sát. .. phẩm, độ bền dụng cụ… chịu ảnh hưởng lớn ma sát tiếp xúc phôi dụng cụ Không thể điều khiển q trình cơng nghệ khơng tính đến ảnh hưởng ma sát ngồi Ma sát có ảnh hưởng lớn đến q trình làm thay... hiểm lOMoARcPSD|11424851 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT TỚI DẬP THỦY CƠ, TÍNH LỰC CƠNG NGHỆ, LỰC MA SÁT KHI TẠO HÌNH I Ma sát tiếp xúc q trình dập thủy Như biết, khả biến dạng vật liệu,