TR NG Đ I H C BÁCH KHOA HÀ N IƯỜ Ạ Ọ Ộ VI N KHOA H C VÀ K THU T V T LI UỆ Ọ Ỹ Ậ Ậ Ệ B môn c h c v t li u và cán kim lo iộ ơ ọ ậ ệ ạ BÀI T P L N CÔNG NGH T O HÌNH V T LI UẬ Ớ Ệ Ạ Ậ Ệ Đ tài ề Nghiên c u[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Bộ môn học vật liệu cán kim loại BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH VẬT LIỆU Đề tài : Nghiên cứu cơng nghệ ép chảy thuận nghịch sản phẩm dạng đặc ống GVHD: PGS.TS Lê Thái Hùng Sinh viên thực : Nguyễn Tiến Cao Sầm Văn Cháng Nguyễn Thị Minh Châu Đỗ Văn Chiến Nguyễn Ngọc Chiến Mục lục Định nghĩa…………………………………………….4 Phân loại………………………………………………5 Đặc điểm nguyên lí……………………………… Giới thiệu deform………………………………….8 Mơ q trình ép chảy…………………………10 Kết luận……………………………………………… 20 LỜI NĨI ĐẦU Gia cơng biến dạng kim loại thực chất lợi dụng tính dẻo để làm thay đổi hình dạng sản phẩm nhờ lực tác dụng thông qua dụng cụ khuôn Ngoại lực yếu tố gia công áp lực, góp phần tạo hình dáng vật thể qua mà vật thể có tính cao hơn, làm giảm lượng tiêu hao nguyên liệu Một phương pháp điển hình phương pháp ép chảy mang lại sản phẩm có độ xác cao , tính tốt suất đạt lớn Để đánh giá tổng quan trình ép chảy tránh ảnh hưởng xấu đến sản phẩm co thể ứng dụng mơ số máy tính.Ứng dụng cho phép phân tích trạng thái ứng suất ,biến dạng, dịng chảy vật liệu từ tối ưu hóa kết cáu khn thơng số trình tránh thử nghiệm thực tế phức tạp I.Định nghĩa - Ép chảy phương pháp tạo hình cơng nghệ vật liệu kim loại chảy từ buồng ép qua lỗ thoát tác dụng lực ép -Hình dạng lỗ định tiết diện ngang sản phẩm - Ép chảy áp dụng sản xuất bán thành phầm dạng thanh, ống , chi tiết trụ, côn, bậc hay profil định hình dùng lĩnh vực hàng không, xây dựng,công nghiệp ô tô, công nghiệp dân dụng trang trí nội thất II Phân loại - Theo cơng nghệ chia thành : ép chảy thuận, ép chảy nghịch, ép chảy ngang , ép chảy hỗn hợp…Cách phân loại chủ yếu vào chiều chảy tương đối kim loại so với chiều chuyển động chày lực tác dụng -Nếu chiều chảy kim loại trùng với chiều chày lực tác dụng ép chảy thuận: + Kết cấu đơn giản + Lực ép lớn ma sát kim loại thành cối làm tăng lực ép cần thiết -Nếu chiều chảy kim loại ngược chiều với chày lực tác dụng ép chảy nghịch: + Lực ép thấp + Lượng kim loại lại xi lanh + Kết cấu ép phức tạp -Trong thực tế thường gặp trường hợp ép chảy với nhiều chiều chảy kim loại khác có dịng chảy trùng với chiều tác dụng lực, có dịng lại ngược chiều có dịng chảy không song song với chiều tác dụng lực ép chảy hỗn hợp III Đặc điểm nguyên lí -Bản chất hoc q trình ép chảy xảy giai đoạn : +Gd1: Xảy từ đầu phơi phình chạm vào thành lịng khn +Gđ 2: chỗ phình trống phôi chạm vào thành long khuôn lịng khn điền đầy +Gđ 3: Bắt đầu từ lịng khn điền đầy kim loại ép chảy lỗ thoát ngồi -Lịng khn phần khơng gian giới hạn bề mặt cối mặt chày Trong trình biến dạng chày chạy đến đầu vào lịng cối làm giảm dần thể tích lịng khuôn -Sơ đồ lực tác dụng lên ép chảy xuôi ép chảy ngược khác nhau.Có khác lực ma sát phơi mặt lịng -Trong giai đoạn đầu lực ép bắt đầu tăng phôi bị biến dạng điền đầy lòng cối chứa.Khi vật liệu bắt đầu chảy qua lỗ lực biến dạng đạt giá trị lớn Giai đoạn coi ổn định , giai đoạn lực ép cần đủ để biến dạng vật liệu khắc phục ảnh hưởng ma sát.Khi vật liệu cối biến dạng gần hết lực ép bắt đầu tăng mạnh để đẩy kim loại lại qua lỗ thoát -Các yếu tố ảnh hưởng đến trình : + Nhiệt độ : nhiệt độ tăng trình biến dạng xảy nhanh +Góc nghiêng cối : cần thiết kế góc lượn độ nghiêng phù hợp để không gây cản trở việc chảy dẻo kim loại lên góc lịng khn Nếu kim loại lỏng chảy khơng tạo nếp gấp ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Lực ép Mức độ biến dạng Tốc độ biến dạng Ma sát vật liệu dụng cụ : trình ép ma sát tăng lên tính dẻo khơng đồng trình biến dạng dẻo kim loại xảy không đồng nhất.Lớp kim loại gần tâm trục chảy mạnh lớp ngoài.Biến dạng điều kiện gây nên khác biệt vầ độ hạt tồn ứng suất dư lớn Vì trình ép chảy cần sử dụng chất bơi trơn IV.Giới thiệu phần mềm DEFORM Deform hệ thống tính tốn mơ q trình dựa phương pháp phần tử hữu hạn nhằm phân tích q trình gia cơng xử lí nhiệt tạo hình vật liệu.Bằng việc mơ q trình sản xuất máy tính công cụ cho phép người thiết kế : Không cần mặt nhà xưởng để kiểm nghiệm mà dễ dàng thiết kế lại khn chế tạo Cải thiện việc thiết kế dụng cụ khuôn mẫu nhằm hạ giá thành sản phẩm , tiết kiệm vật liệu Rút ngắn thời gian tung sản phẩm thị trường Các bước cho tốn mơ phỏng: 1.Mơ hình hình học vật liệu 2.Chia lưới cho đối tượng : khuôn, phôi, chày… 3.Đặt điều kiện biên: nhiệt độ, tốc độ , ma sát… 4.Chạy toán Kết xuất liệu V.THỰC HIỆN BÀI TOÁN MƠ PHỎNG ÉP CHẢY 1.Mơ hình hình học a.Mơ hình ép chảy thuận 10 b.Mơ hình ép chảy nghịch 2.Mơ hình vật liệu lựa chọn 11 Đối với ép chảy thuận: Vật liệu sử dụng : hợp kim Al_20%Si Đối với vật liệu lực ép không lớn để tránh khuyết tật cho bề mặt sản phẩm tạp chất bề mặt phôi bị ép nên thường chọn góc mở lỗ khn khoảng 120° Mơ hình vật liệu:dẻo nhớt hóa bền động Đối với ép chảy nghịch Vật liệu sử dụng : thép 0.03%C Mơ hình vật liệu :dẻo nhớt hóa bền động 3.Điều kiện biên -Nhiệt độ ép chảy nghịch : 900°C -Nhiệt độ ép chảy thuận 3000C -Tốc độ chuyển động chày ép thuận 2mm/s -Tốc độ chuyển động chày ép ngược 5mm/s -Hệ số ma sát: +Ép thuận: 0.4 +Ép nghịch: 0.3 -Tồn hai mặt tiếp xúc: + Giữa chày với phôi + Giữa khuôn ép phôi -Chia lưới cho phôi 50000 60000 phần tử 12 4.Kết mô a.Ép chảy thuận Sản phẩm đặc Phân bố ứng suất : Kim loại vùng thoát nằm trạng thái ứng suất đàn hồi đạt cực đại 13 Phân bố biến dạng : Phân bố dòng chảy 14 Phân bố ứng suất lớn nhất: Tác động tải trọng: 15 b.Ép chảy nghịch Sản phẩm ống rỗng Phân bố ứng suất : Ở vùng ma sát phôi bề mặt chày lớn nhiệt truyền nên vùng kim loại nằm sát bề mặt chày ép có ứng suất lớn Phân bố biến dạng: 16 Phân bố dòng chảy : 17 18 Phân bố ứng suất chình lớn : Tác động tải trọng: 19 Kết luận: Thông qua đánh giá kết mơ thay dổi thơng số đầu vào để xác định phương án công nghệ tối ưu Khi phân tích hồn tàn dựa vào phân bố ứng suất , biến dạng dòng chảy kim loại để tránh vùng tập trung ứng suất , vùng vật liệu khó biến dạng làm cho chất ượng sản phẩm không cao.Trường hợp thay đổi kích thước hình học dụng cụ gia công điều kiện biến dạng cho phù hợp 20 ... ô tô, công nghiệp dân dụng trang trí nội thất II Phân loại - Theo cơng nghệ chia thành : ép chảy thuận, ép chảy nghịch, ép chảy ngang , ép chảy hỗn hợp…Cách phân loại chủ yếu vào chiều chảy tương... liệu V.THỰC HIỆN BÀI TỐN MƠ PHỎNG ÉP CHẢY 1.Mơ hình hình học a.Mơ hình ép chảy thuận 10 b.Mơ hình ép chảy nghịch 2.Mơ hình vật liệu lựa chọn 11 Đối với ép chảy thuận: Vật liệu sử dụng : hợp kim... lực ép -Hình dạng lỗ định tiết diện ngang sản phẩm - Ép chảy áp dụng sản xuất bán thành phầm dạng thanh, ống , chi tiết trụ, côn, bậc hay profil định hình dùng lĩnh vực hàng không, xây dựng,công