Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo sáu tháng đầu năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi Các k t qu và s li uứ ủ ế ả ố ệ công b trong lu n án trung th c và ch a t ng đ c cô[.]
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan là công trình nghiên c ứu c ủa riêng Các k ết qu ả và s ố li ệu công bố luận án trung thực và chưa từng được công bố công trình khác Hà Nội, Ngày 10 tháng năm 2013 Người hướng dẫn khoa học Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS Đào Minh Ngừng GS.TS Nguyễn Trọng Giảng Đặng Thị Hồng Huế LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Cơ học vật li ệu Cán kim loại - Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu -Trường Đại học Bách khoa Hà N ội, Vi ện V ật lý Kỹ thuật thuộc Viện Hàn lâm khoa học quốc gia Belarus đã giúp thực hiện luận án này Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Minh Ng ừng, GS.TS Nguy ễn Tr ọng Gi ảng đã tận tình hướng dẫn về chuyên môn để có thể thực hiện và hoàn thành luận án Tôi xin tỏ lòng bi ết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các th ầy h ội đ ồng chấm luận án đã dành thời gian đọc và góp những ý kiến quý báu để hoàn thi ện b ản luận án của mình, cũng giúp định hướng nghiên cứu tương lai Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, b ạn bè, đ ồng nghi ệp nh ững người đã giúp đỡ, động viên, khuyến khích thực hiện công trình này Hà Nội, Ngày 10 tháng năm 2013 Nghiên cứu sinh Đặng Thị Hồng Huế MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu quá trình cán nêm ngang .4 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý 1.1.2 Các thông số bản của quá trình 1.1.3 Điều kiện quay phôi công nghệ cán nêm ngang 1.1.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng .7 1.1.5 Các thông số động lực học .8 1.2 Sản phẩm cán, phế phẩm và đặc điểm khuyết tật 1.2.1 Yêu cầu về chất lượng sản phẩm 1.2.2 Khuyết tật hình học 1.2.3 Khuyết tật rỗng tâm .12 1.3 Kết luận 19 CHƯƠNG MÔ HÌNH HÀNH VI CƠ HỌC VẬT LIỆU 20 2.1 Phá hủy dẻo vật liệu kim loại 20 2.1.1 Sự hình thành xuất lỗ xốp, vết nứt tế vi 21 2.1.2 Sự phát triển lỗ xốp tế vi 22 2.1.3 Sự hợp lỗ xốp tế vi 23 2.2 Mơ hình phá hủy vật liệu .23 2.2.1 Mơ hình phá hủy sở học môi trường liên tục .25 2.2.2 Mơ hình phá hủy sở quan sát tượng 26 2.3 Mô hình thuộc tính vật liệu 29 2.4 Phân tích và lựa chọn mô hình 31 2.5 Kết luận 32 CHƯƠNG 3: NHẬN DẠNG MÔ HÌNH JOHNSON-COOK 33 3.1 Phương pháp nhận dạng mô hình Johnson – Cook 33 3.1.1 Phương pháp nhận dạng mô hình thuộc tính .33 3.1.2 Phương pháp nhận dạng mô hình phá hủy Johnson - Cook 35 3.2 Thí nghiệm nhận dạng 37 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 41 3.2.2 Mẫu thí nghiệm 42 3.2.3 Thiết bị thí nghiệm 46 3.3 Kết quả thí nghiệm 47 3.3.1 Kết quả thí nghiệm nhận dạng mô hình thuộc tính Johnson- Cook 47 3.3.2 Nhận dạng mô hình phá hủy Johnson – Cook 53 3.4 Kết luận 61 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH CÁN NÊM NGANG .62 4.1 Phần mềm mơ q trình tạo hình phá hủy vật liệu 62 4.2 Mơ q trình cán nêm ngang -mơ hình 2D 63 4.2.1 Điều kiện mô 63 4.2.2 Kết mô 64 4.2.3 Ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến hình thành khuyết tật sản phẩm cán .Error! Bookmark not defined 4.3 Xây dựng mô hình hình học cho bài toán cán ren 3D 71 4.3.1 Thiết lập mơ hình khn nêm 72 4.3.2 Thiết lập mơ hình phơi cán 73 4.3.3 Mơ hình lắp ghép phôi khuôn 74 4.4 Kết phân tích 75 4.4.1 Hình dạng hình học của chi tiết ren 75 4.4.2 Mặt cắt ngang, mặt cắt dọc chi tiết vít ren sau mơ 76 4.4.3 Trạng thái ứng suất 76 4.4.4 Trạng thái biến dạng .79 4.4.5 Sự phân bố nhiệt độ phôi sau quá trình cán 81 4.4.6 Biến phá hủy vô hướng 82 4.4.7 Tải trọng 82 4.5 Kết luận 83 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .84 5.1 Máy cán nêm ngang 84 5.2 Khuôn cán ren 86 5.3 Công nghệ cán ren máy cán nêm ngang .88 5.3.1 Dập đầu mũ chi tiết 88 5.3.2 Cán chi tiết vít ren tàu điện 88 5.4 Kiểm tra phá hủy chi tiết .89 5.5 So sánh kết mô thực nghiệm 90 5.6 Kết luận 92 KẾT LUẬN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 NHỮNG CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ .98 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các biến mơ hình phá hủy vật liệu 23 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của thép C45 … 42 Bảng 3.2 Mẫu thí nghiệm nhiệt độ môi trường 43 Bảng 3.3 Bảng kí hiệu thí nghiệm nhận dạng mơ hình thuộc tính .46 Bảng 3.4 Bảng kí hiệu thí nghiệm nhận dạng mơ hình thuộc tính .46 Bảng 3.5 Kết thí nghiệm nhận dạng nhiệt độ 9000C .49 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm nhân dạng nhiệt độ 10000C 50 Bảng 3.7 Kết thí nghiệm nhận dạng nhiệt độ 11000C 51 Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm kéo ở nhiệt độ cao 52 Bảng 3.9 Các hệ số của mô hình thuộc tính Johnson – Cook 53 Bảng 3.10 Biến dạng phá hủy và tỉ số ứng suất ba chiều 54 Bảng 3.11 Bảng giá trị xác định hệ số cuả D5 56 Bảng 4.1 Các thơng số hình học khn nêm 72 Bảng 4.2 Tính chất nhiệt vật liệu làm khuôn 73 Bảng 4.3 Điều kiện mô 73 Bảng 4.4 Hệ số nhiệt thép C45 nhiệt độ 11500C 74 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ cán nêm ngang: .4 Hình 1.2 Các hình chiếu khuôn và hình dạng phôi Hình 1.3 Sơ đờ lực tác dụng giữa kim loại và khuôn phôi ăn vào trục cán Hình 1.4 Các sản phẩm nhận công nghệ cán nêm ngang .9 Hình 1.5 Khuyết tật hình dạng sản phẩm cán nêm ngang 10 Hình 1.6 Khuyết tật bề mặt sản phẩm cán nêm ngang 10 Hình 1.7 Sản phẩm trục bậc 10 Hình 1.8 Khuyết tật thắt phơi cán nêm ngang 11 Hình 1.9 Khuyết tật hình dạng phơi cán nêm ngang 12 Hình 1.10 Khút tật định hướng dọc theo tâm phơi cán 14 Hình 1.11 Sự hợp nhất lỗ trống quá trình phá hủy [2] 15 Hình 1.12 Khuyết tật tâm phôi cán 15 Hình 1.13 Phá hủy phôi quá trình cán nêm ngang 16 Hình 1.14 Sự hợp lỗ trống ứng suất [2] .17 Hình 2.1 Quá trình phá hủy vật liệu 21 Hình 2.2 Sơ đồ hình thành vết nứt lệch tương tác với 22 Hình 2.3 Phân tố thể tích chứa khuyết tật 23 Hình 2.4 Đường cong ứng suất biến dạng của thép C45 .24 Hình 2.5 Sự phụ tḥc của biến dạng tại thời điểm phá hủy vào ứng suất ba chi ều .28 Hình 2.6 Đường cong ứng suất biến dạng của thép C45 29 Hình 3.1 Mẫu tạo R và biến dạng theo các chiều 40 Hình 3.2 Biên dạng hình học mẫu thử kéo 40 Hình 3.3 Mẫu thí nghiệm kéo R 43 Hình 3.4 Mẫu thí nghiệm kéo nhiệt độ cao 43 Hình 3.5 Phân bố nhiệt độ mẫu kéo tiêu chuẩn 12000C 44 Hình 3.6 Chế độ nung mẫu thực thí nghiệm nhiệt độ 12000C .44 Hình 3.7 Đồ thị phân bố nhiệt độ ½ vùng làm việc mẫu kéo 44 Hình 3.8 Kích thước và hình dạng mẫu xoắn 45 Hình 3.9 Đồ thị phân bố nhiệt độ ½ vùng làm việc mẫu xoắn .45 Hình 3.10 Máy thử kéo nén 46 Hình 3.11Mẫu sau thí nghiệm 47 Hình 3.12 Đồ thị ứng suất – biến dạng thay đổi tốc độ biến dạng 47 Hình 3.13 Đồ thị ứng suất – biến dạng thay đổi nhiệt độ 47 Hình 3.14 Đồ thị lực –chuyển vị và ứng suất – biến dạng mẫu kéo ngu ội .48 Hình 3.15 Đờ thị xác định giá trị hệ sớ B và n 48 Hình 16 Đờ thị ứng suất và biến dạng tại các nhiệt độ khác 52 Hình 3.17 Đờ thị xác định ảnh hưởng của nhiệt độ 53 Hình 3.18 Đường cong thực nghiệm đường cong nhận dạng .57 Hình 3.19 Đường cong thực nghiệm đường cong nhận dạng .57 Hình 3.20 Đờ thị lực – chuyển vị của các mẫu tạo R 53 Hình 3.21 Đồ thị quan hệ biến dạng phá hủy và tỉ ứng suất ba chiều 54 Hình 3.22 Đồ thị xác định hệ số D5 56 Hình 4.1 Đường cong ứng suất – Biến dạng của vật liệu kim loại [42] 63 Hình 4.2 Mơ hình hình học và mơ hình phần tử hữu hạn phôi cán 64 Hình 4.3 Q trình phá hủy tâm phơi 67 Hình 4.4 Các thành phần ứng suất phần tử kim loại tâm phôi theo th ời gian .67 Hình 4.5 Sự phân bố ứng suất kéo tâm đĩa tròn 67 Hình 4.6 Sự phân bố biến dạng theo hướng ngang 68 Hình 4.7 Sự phân bố biến dạng theo hướng kính 68 Hình 4.8 Sự phân bố biến dạng theo hướng ngang 69 Hình 4.9 Biến dạng tương đương của phôi cán theo hướng chu vi .69 Hình 4.10 Chuyển vị của các phần tử kim loại 70 Hình 4.11 Chỉ tiêu phá hủy Johnson - Cook 71 Hình 4.12 Biến dạng lớn thời phá hủy theo thời gian .64 Hình 4.13 Trạng thái ứng suất 65 Hình 4.14 Biến phá hủy vô hướng D 65 Hình 4.15 Hiện tượng phá hủy tâm phôi 66 Hình 4.16 Trạng thái ứng suất 66 Hình 4.17 Kích thước phơi và chi tiết ren tàu điện 71 Hình 4.18 Khn và khn dưới 72 Hình 4.19 Bản vẽ lắp khn và phơi cán nêm ngang 72 Hình 4.20 Phơi và chia lưới phơi .73 Hình 4.21 Mơ hình phần tử hữu hạn 74 Hình 4.22 Tiếp xúc mặt tới mặt phơi khuôn .75 Hình 4.23 Quá trình cán chi tiết ren tàu điện 75 Hình 4.24 Chi tiết ren và khn dưới trước kết thúc quá trình cán 76 Hình 4.25 Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang chi tiết ren tàu điện 76 Hình 4.26 Ứng suất theo các phương Error! Bookmark not defined Hình 4.27 Các thành phần ứng suất của một phần tử tâm phôi cán 77 Hình 4.28 Ứng suất tương đương Von Mises Error! Bookmark not defined Hình 4.29 Ứng śt chính lớn nhất tâm phơi cán 78 Hình 30 Đồ thị số ứng suất ba chiều từ điểm A đến B 79 Hình 4.31 Tỉ sớ ứng śt ba chiều theo đường dẫn qua tâm phôi Error! Bookmark not defined Hình 4.32 Biến dạng theo các phương của chi tiết ren tàu điện 79 Hình 4.33 Sự hình thành và phát triển khuyết tật tâm phơi cán 80 Hình 4.34 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren 80 Hình 4.35 Đồ thị ứng suất và biến dạng của phần tử ở tâm phôi phá hủy 0,1s Error! Bookmark not defined Hình 4.36 Nhiệt đợ phân bớ tâm phơi cán dọc theo đường AB 81 Hình 4.37 Phân bớ nhiệt đợ theo đường dẫn qua mặt cắt ngang của phơi CD 82 Hình 4.38 Biến phá hủy vô hướng Johnson – Cook mặt cắt ngang phôi cán Error! Bookmark not defined Hình 4.39 Biến phá hủy vơ hướng Johnson – Coo k mặt cắt dọc phôi cán .82 Hình 4.40 Lực tác dụng các phương 83 Hình 5.1 Máy cán nêm ngang 84 Hình 5.2 Cơ cấu điều chỉnh nâng đỡ khuôn 85 Hình 5.3 Cơ cấu nâng trượt khuôn 85 Hình 5.4 Bộ phận gá lắp chứa khuôn làm việc 85 Hình 5.5 Khn và khuôn dưới 86 Hình 5.6 Vị trí đặt ốc vít khn .86 Hình 5.7 Ren âm bề mặt khuôn cán 87 Hình 5.8 Thiết bị đo áp suất máy cán nêm ngang 87 Hình 5.9 Khn dập đầu mũ và chi tiết vít ren sau dập đầu mũ 88 Hình 5.10 Phơi sau dập đầu mũ Error! Bookmark not defined Hình 5.11 Sản phẩm ren sau cán .88 Hình 5.12 Chi tiết vít ren sau cán .89 Hình 5.13 Chi tiết thiết kế và chi tiết thực 89 Hình 5.14 Chi tiết ren với phá hủy tâm 90 Hình 5.15 Chi tiết ren với phá hủy bề mặt .90 Hình 5.16 Kết mơ thực nghiệm với sai hỏng bề mặt ren .90 Hình 5.17 Kết mơ thực nghiệm với sai hỏng tâm ren .90 Hình 5.18 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren thu từ thực nghiệm 91 Hình 5.19 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren thu từ mô .91 ... để xem xét biến dạng người ta đã thay thế quá trình cán bằng quá trình ép trụ Trong quá trình cán nói chung và quá trình cán nêm ngang nói riêng, đ ối v ới các chi ti... hiểm điều kiện thực, đ ồng th ời gi ảm tác động xấu tới môi trường "Nghiên cứu chế phá h ủy của phôi cán quá trình cán nêm ngang " có ý nghĩa thiết thực việc hạn chế khuyết tật hình thành... phương pháp nghiên cứu lý thuyết-mô hình hóa, mơ số thực nghiệm Kết nghiên cứu triển vọng ứng dụng cao sản xuất công nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế phá hủy của phôi trình