Tính toán, thiết kế khuôn đột lỗ để chế tạo chi tiết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Đạt Khóa: 50 Ngành học: Cơ học vật liệu & Cán kim loại Đầu đề thiết kế tốt nghiệp Thiết kế xưởng cán thép hình suất 30 vạn năm chuyên sản xuất loại thép xây dựng Chuyên đề: Tìm hiểu cơng nghệ cán Nêm- Ngang Số liệu ban đầu o Mác thép CT3, CT5 o Mặt xưởng nhà máy cán thép Việt Ý, Hòa Phát… o Các tài liệu thu thập trình thực tập nhà máy học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nội dung thuyết minh tính tốn o Tổng quan cơng nghệ thiết bị …… o Tính tốn cơng nghệ cho sản phẩm thép D16 o Lựa chọn thiết bị o Tính lực cán mô men cán, công suất động o Nghiệm bền thiết bị Các vẽ A0 Biểu đồ chu kỳ cán Bản vẽ hệ thống lỗ hình Bản vẽ phối trục Bản vẽ mặt thiết bị Bảng thông số công nghệ thông số lượng Bản vẽ mặt cắt xưởng cán Bản vẽ giá cán thơ Các sơ đồ vẽ có liên quan phần chuyên đề Cán hướng dẫn : Đặng Thị Hồng Huế Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : ngày tháng năm 2010 Ngày hồn thành nhiệm vụ: Trưởng Bộ mơn CHVL Cán kim loại PGS Đào Minh Ngừng Chủ tịch hội đồng ngày tháng năm 2010 Hà Nội, ngày 05 tháng 02 năm 2010 Cán hướng dẫn ThS Đặng Thị Hồng Huế Sinh viên hoàn thành Ngày …… tháng ……… năm 2010 LỜI NÓI ĐẦU Thép cán loại vật liệu chủ yếu ngành cơng nghiệp, có vai trị định tới nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố quốc gia Vì sản phẩm ngành cán thép ứng dụng hầu hết ngành công nghiệp mặt hàng dân dụng như: Công nghiệp chế tạo máy, ôtô, ngành đường sắt, xây dựng, kiến trúc Mặt khác, sản lượng thép chia cho bình quân đầu người tiêu quan trọng để đánh giá mức độ cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Chính mà từ hồ bình lập lại, Đảng Chính phủ có chủ trương, sách đẩy nhanh q trình phát triển ngành thép nói chung ngành cán nói riêng Trong phương pháp gia công kim loại áp lực, phương pháp cán phương pháp gia công kim loại thơng dụng có truyền thống lâu đời có nhiều ưu điểm mà có phương pháp có Gần 3/4 thép luyện gia cơng phương pháp cán, sản phẩm thép cán với nhiều chủng loại khác hình dáng, kích thước chất lượng để đáp ứng nhu cầu ngành cơng nhiệp khác Ngồi tra cịn phương pháp gia cơng kim loại khơng tạo phoi, quy trình cơng nghệ có khả tự động hố cao, tạo sản phẩm với suất chất lượng cao Do tính ưu việt phổ biến nên công nghệ cán thép hầu phát triển giới quan tâm đầu tư xây dựng Một số nước có sản xuất thép nói chung thép cán nói riêng có trình độ phát triển cao như: Mỹ, Nga, Đức, Italia, Pháp, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc Ở nước ta, năm qua ngành cán thép có nhiều cố gắng khai thác, cải tạo mở rộng sở sản xuất cũ liên doanh với nước làm lực sản xuất sản lượng sản xuất hàng năm tăng với tốc độ nhanh, nhiên so với mức phát triển thấp Phát triển ngành cán thép để nâng cao khả cạnh tranh với khu vực giới yêu cầu khách quan, cấp bách có ý nghĩa chiến lược nước ta nói riêng quốc gia có mong muốn phát triển nói chung Các nhà máy thép nước ta đáp ứng nhu cầu thị trường loại sản phẩm thép hình thơng dụng dùng xây dựng, dân dụng Tuy nhiên, thị trường sản phẩm thép hình có tiết diện phức tạp sản phẩm thép đặc biệt nước ta bị bỏ ngỏ Vì vậy, bên cạnh việc phát triển sản xuất loại thép hình đơn giản nay, cần phải quan tâm đến phát triển sản xuất loại thép hình có tiết diện phức tạp, thép chất lượng cao, thép đặc biệt, phục vụ cho nhu cầu thị trường ngành công nghiệp ngày đa dạng chủng loại với hàm lượng chất xám sản phẩm ngày cao Trên nhu cầu thị trường thép cán Việt Nam dựa xu hướng phát triển đất nước, có chủ trương định hướng Đảng qua kỳ đại hội gần đây, điều sống nhà máy cán thép đủ khả cạnh tranh, đủ trình độ hội nhập với nước khu vực giới sau Việt Nam bãi bỏ biện pháp hạn chế số lượng phi thuế quan vào khoảng năm 2006 Sau thực tập công ty sản xuất thép Hịa Phát tơi mơn Cơ học vật liệu & Cán Kim loại giao cho nhiệm vụ tốt nghiệp với đề tài : "Thiết kế xưởng cán thép hình liên tục với sản phẩm thép xây dựng với suất 30 vạn tấn/năm với phần chun đề: Tìm hiểu công nghệ cán nêm ngang Mặc dù chủng loại có nhiều nhà máy nước ta sản xuất, nhà máy có trình độ công nghệ tiên tiến để sản xuất chủng loại đạt tiêu chất lượng tính tốt nói Đây đề tài mang tính thực tiễn cao nhằm đáp ứng cho phát triển ngành thép đất nước tương lai Trong thời gian làm đồ án hướng dẫn, bảo tận tình giáo ThS Đặng Thị Hồng Huế thầy giáo PGS.TS.Hà Tiến Hoàng nỗ lực thân tơi hồn thành nhiệm vụ thiết kế Nhưng thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án không tránh khỏi sai sót Rất mong đóng góp ý kiến giúp đỡ thầy giáo bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Văn Đạt Chương Tổng quan ngành cán thép Tình hình sản xuất thép cán giới khu vực: Sau năm 1990, Liên Xô nước Đông Âu - XHCN sụp đổ, tình hình sản xuất tiêu thụ thép giới bị chững lại Tuy nhiên, loạt nhà máy thép xây dựng Trung Quốc, Hàn Quốc nước phát triển bắt đầu hoạt động giai đoạn làm cho sản lượng thép nói chung khơng giảm mà có nhu cầu tăng đồng thời với việc hạ giá thành sản phẩm áp dụng tiến kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất Theo tập đoàn nghiên cứu sắt thép giới, sản lượng thép giới năm 2007 đạt 1,34 tỷ tấn, tăng 1,25 tỷ so với năm 2006 Trong Trung Quốc nước sản xuất nhiều với 489 triệu tấn, tăng 15,7% so với năm 2006 Tổng sản lượng tiêu thụ thép giới năm 2007 đạt 1,22 tỷ tấn.Châu Á nước dẫn đầu tăng trưởng, tiêu thụ 2/3 sản lượng thép giới năm từ 2006.Tiêu thụ dự kiến tăng mạnh nước khác tỷ lệ tăng nhỏ quốc gia cơng nghiệp hố.Tại nước liên minh Châu Âu sản lượng thép tăng 4% năm 2007 nhu cầu thép Đức tăng Theo số liệu hiệp hội sắt thép Trung Quốc viện sắt thép quốc tế, sản lượng thép toàn cầu 66 nước giới tháng năm 2008 tăng 4,9% so với kỳ năm 2007 lên 113 triệu Trong số trên, Trung Quốc chiếm 40,9 triệu tấn, tăng 7% so với kỳ năm 2007; Nhật Bản chiếm 10,3 triệu tấn, tăng 1,8%; ấn Độ chiếm 4,8 triệu tăng 8,8%.Trong tháng 1/2008, tổng sản lượng thép 27 nước thuộc liên minh Châu Âu đạt 17,9 triệu giảm 0,4%; sản lượng thép Thổ Nhĩ Kỳ đạt 2,2 triệu tấn, tăng 8,6%; lượng thép Nga đạt 6,5 triệu tấn, tăng 3,4%.Cũng tháng trên,khu vực Bắc Mỹ sản xuất 11,6 triệu thép, riêng Mỹ sản xuất 8,4 triệu thép, tăng 11,4%, sản lượng thép Braxin đạt triệu tấn, tăng 13,6% Riêng khu vực Đông Nam Á ngành thép nước có tăng trưởng phần lớn phát triển không cân đối, sản phẩm phôi thép không đủ cho nhà máy cán thép, lượng phôi nhập hàng năm lớn Lượng thép phế nhập lớn chưa nước có khu liên hợp luyện kim, dùng quặng sắt nấu luyện lò cao – lị thổi oxy Chỉ có Việt Nam có lị cao Thái Ngun quy mơ nhỏ, Idonêsia Malaysia có lị hồn ngun quặng sản xuất HBI dùng lị điện thay phần nguyên liệu thép phế Các nhà phân tích thuộc cơng ty MEPs International cho biết tiêu thụ thép giới dự kiến vượt 1,45 tỷ vào năm 2011, tăng khoảng 28% so với năm 2006.Như tăng 320 triệu so với năm 2006 88% (680 triệu tấn) 10 năm kể từ năm 2001 Công nghệ thiết bị cán thép đa dạng phong phú Phần lớn nhà máy đại giới tự động hoá mức đọ cao, cho sản lượng chất lượng tốt Về công nghệ cán thép dây ngày chủ yếu tập trung vào vấn đề tăng tốc đọ cán sử dụng giàn cán trục công - xôn máy cán bố trí trục nghiêng 45o so với phương ngang Block cán dây, bên cạnh la hỗ trợ đắc lực thiết bị phụ như: thiết bị thay trục cán nhanh, áp dụng diều khiển nhiệt tự động, điều khiển toàn dải cán q trình cán làm nguội Về cơng nghệ cán hình lớn vừa năm gần áp dụng công nghệ đúc phôi gần giống với hình dạng sản phẩm Nhờ cơng nghệ mà người ta tạo tạo dây chuyền cán ray, dầm rút gọn với dây chuyền cán truyền thống mà đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu kinh tế cao Về công nghệ cán dày, nhà máy cán tự động hoá 100% sản xuất đồng thời nhiều kích thước chiều dài, chiều rộng lẫn chiều dày theo chương trình định sẵn qua máy tính Điều cho phép đáp ứng cách linh hoạt đơn hàng đa kích thước khách hàng Tình hình cung cấp thép Việt Nam: Cùng với phát triển kinh tế Việt Nam thời kỳ đổi mới, ngành thép Việt Nam có thay đổi đáng kể không ngừng vươn lên mặt chất lượng để đáp ứng nhu cầu ngày tăng kinh tế quốc dân Khởi điểm từ sở sản xuất thép Thái Nguyên (1960) công ty thép Miền Nam (1975) đến năm 70 công suất nước đạt khoảng 230.000 tấn/năm Ngành thép Việt Nam vào giai đoạn thực sự phát triển mạnh mẽ vào đầu năm 90 đến nay, sách đổi nhà nước phát huy hiệu Cùng với bước tiến mạnh mẽ kinh tế nhu cầu thép phục vụ phát triển đất nước không ngừng tăng lên Đáp ứng đòi hỏi kinh tế, tổng công ty thép Việt Nam áp dung nhiều biện pháp, không ngừng mở rộng phát triển sản xuất chất lượng sản lượng Hàng trăm tỷ đồng Tổng công ty thép Việt Nam đầu tư giai đoạn này, đưa khả sản xuất thép xây dựng đáp ứng đủ nhu cầu nước mà cịn xuất sang nước khu vực Bên cạnh đó, để hổ trợ cho phát triển ngành thép nhà nước có sách bảo hộ thị trường thép nước để tránh khỏi cạnh tranh hàng nhập khẩu, cộng với sách kiểm sốt giá phần (khống chế mức giá sàn) giúp nhà máy xây dựng khung giá hợp lý cho hoạt động sản xuất kinh doanh Những dấu hiệu mang tính thích cực nhà đầu tư nước ngồi tham gia tích cực vào thị trường thép xây dựng Việt Nam Tổng doanh thu VNSTeel năm 2007 đạt 37390 tỷ đồng, tăng 54% so với năm 2006, tổng sản lượng thép cán đạt 2,2 triệu (tăng 14,3%), tổng sản lượng phôi thép đạt 781.984 (tăng 10%) tổng sản phẩm sau cán (ống thép, tôn mạ, lưới thép, hàng gia công…) đạt 273.000 (tăng 16,2%) so với năm 2006 Bên cạnh đó, đẩy mạnh đầu tư dự án nhà máy thép liên hợp Hà Tĩnh, nhà máy thép cán nguội phía bắc, dự án cảng Phú Mỹ, dự án cảng Thị Vải, dự án cảng Bến Bình, nhà máy thép cán nóng Phú Mỹ… để chuẩn bị cho chiến lược phát triển dài hạn Bên cạnh dự án loạt công ty vào sản xuất như:  Nhà máy luyện cán thép Gia Sàng thuộc Công ty gang thép Thái Nguyên Năm 1975 nhà máy bắt đầu vào hoạt động với công suất thiết kế ban đầu là: - Thép thỏi: 65.000 ( tấn/năm ) - Thép cán: 50.000 ( tấn/năm ) - Thép kéo dây: 50.000 ( tấn/năm ) Sau năm ( năm 1978 ) nhà máy vượt công suất thép cán theo thiết kế đạt sản lượng 50.485 ( ) Những năm nhà máy sản xuất với phương thức đa dạng hoá sản phẩm từ thép tròn 8 dạng cuộn, thép tròn trơn dạng từ 9  40, thép vằn 10  30, thép dẹt 205 ( mm ),thép vng 2020  6060 ( mm ), thép góc 2525  5050 ( mm ) Năm 1994 nhà máy đầu tư cải tạo mặt với thiết bị bổ sung mua từ Trung Quốc nên công suất nâng lên 100.000 ( tấn/năm ) Năm 1996 để mở rộng nhà máy đầu tư bổ sung thêm tổ máy cán dây 8, 10 nối tiếp sau dây chuyền cán  Nhà máy cán thép Lưu Xá Với phân xưởng cán 650 vào hoạt động năm 1978 với thiết kế máy sản xuất loại thép hình: U, I, góc, ray cỡ trung bình, loại phơi vng, phơi trịn từ 50  100, thép dẹt 50200 Năm 1995 nhu cầu thị trường nhà máy cải tạo mở rộng mặt bằng, sản xuất loại thép 14  40 có suất thiết kế đạt 120.000  160.000 ( tấn/năm ) với phân xưởng cán 250 chủ yếu sản xuất loại thép dây 6, 8, 10 với công suất 20.000 ( tấn/năm ) Công ty Gang thép Thái Nguyên tự chế tạo lắp đặt  Các nhà máy cán thép liên doanh tư nhân như: Cơng ty thép Nam Đơ (hải Phịng) công suất 120.000 tấn/năm nâng cấp dây chuyền năm 2003, cơng ty CPTM thép Hải phịng HPS với công suất thép 170.000 tấn/năm (đang chuẩn bị lắp thêm dây chuyền thép dây), công ty Việt Anh (Bình Dương) cơng suất 200.000 tấn/năm, cơng ty thép Hồ Phát (Hưng Yên) công suất 250.000 tấn/năm, công ty thép úc SSE STEEL(Hải phịng) cơng suất 200.000 tấn/năm, cơng ty TNHH thép Việt - Nga với công suất 125000 tấn/năm chưa kể đến loạt sở sản xuất nhỏ tư nhân thấy lực sản xuất thép nước ta thời gian lớn Đặc biệt sau năm xây dựng lắp đặt, ngày 20/12/2007 Công ty cổ phần Thép Cửu Long Vinashin vận hành chạy thử dây chuyền sản xuất cán nóng thép Việt Nam Sự kiện mang ý nghĩa quan trọng: mẻ thép người Việt Nam chế tạo lò đánh dấu bước chuyển biến tốt cho ngành công nghiệp tàu thuỷ từ chỗ phải nhập 100% thép nước tạo điều kiện nội địa hoá dần khâu vật liệu quan trọng Quan điểm, mục tiêu chiến lược phát triển ngành thép đến năm 2025 Hiện nay, ngành thép ta đứng trước khó khăn lớn, để giải khơng phải sớm chiều mà phải trình tương đối lâu dài có chiến lực kế hoạch cụ thể Việc hội nhập kinh tế Việt Nam với khu vực cà giới xu đảo ngược Việt Nam tham gia vào WTO, đơng nghĩa với việc xố bỏ bảo hộ Nhà nước với đơn vị sản xuất kinh doanh, buộc nhà doanh nghiệp thực tham gia vào cạnh tranh khắc nghiệt thị trường khu vực Qua cạnh tranh này, có sở vượt qua khó khăn, đủ sức để cạnh tranh phát triển lên, ngược lại số doanh nghiệp không đủ sức để vượt qua bị phá sản Việc hội nhập kinh tế Việt Nam khu vực giới hội lớn cho đồng thời khó khăn lớn cho phải cạnh tranh với nước có ngành sản xuất thép lâu đời Nhìn chung ngành sản xuất thép Việt Nam điểm xuất phát thấp nhiều nước khu vực khoảng 10 năm Các nhà máy khu vực khấu hao tài sản cố định Do giá thành họ chắn thấp 3.1.Quan điểm: Quan điểm phát triển ngành thép bước đáp ứng nhu cầu thông thường thép xây dựng Việt Nam để khơng bị phụ thuộc hồn toàn vào nước ngoài.Dự báo nhu cầu sản phẩm thép giai đoạn sau: I- Tăng trưởng GDP (%); II- Tăng trưởng công nghiệp (%); III- Tăng trưởng sx thép (%); IV- Tăng tiêu thụ thép (%); V- Bình quân đầu người (kg/người.năm) Giai đoạn I II III IV V 1996-2000 6,94 13,57 27 37 2001-2005 7,5 14,08 14 10-11 78 2006-2010 7,5 10,38 10 10,6 123 2011-2015 7,0 8-9 9-9,5 9-9,5 170 2016-2020 6,5 7-8 8-8,5 8-8,5 240 Trong giai đoạn đầu phát triển khâu hạ nguồn trước sản xuất thép cán tròn xây dựng, thép cán nóng, cán nguội từ thép phôi, thép nhập phần thép phế liệu Trong trình phát triển tiếp tục đầu tư chiều sâu sở có, nghiên cứu phát triển khâu thượng nguồn có sử dụng quặng sắt nước phần quặng sắt nhập phù hợp với trình độ cơng nghệ thục Dưới quan điểm cụ thể: 3.1.1 Thép vật tư chiến lược thiếu ngành cơng nghiệp, xây dựng quốc phịng, có vai trị quan trọng nghiệp cơng nghiệp hố, đại hoá đất nước Ngành thép cần xác định ngành công nghiệp ưu tiên phát triển.  3.1.2 Trên sở phát huy có hiệu nguồn tài ngun khống sản sẳn có nước, kết hợp với nhập phần quặng phôi nước ngồi, xây dựng khu liên hợp luyện kim cơng suất 4-5 triệu tấn thép /năm để bước đáp ứng nhu cầu thép nước chủng loại chất lượng Trong giai đoạn đầu tập trung phát triển khâu hạ nguồn cán thép xây dựng, thép cán nóng, cán nguội, sau cần nghiên cứu phát triển khâu sản xuất thượng nguồn để sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên nước 3.1.3 Kết hợp chặt chẽ phát huy nội lực tranh thủ tận dụng có hiệu nguồn vốn từ nước ngồi (trước hết thiết bị cơng nghệ) Kết hợp hài hoà yêu cầu giữ vứng độc lập tự chủ kinh tế với xu hội nhập, tồn cầu hố; tự chủ khơng bỏ qua hội hợp tác phân công lao động quốc tế để đẩy nhanh tốc độ phát triển ngành thép Đa dạng hoá vốn đầu tư cho ngành thép Vốn đầu tư nhà nước chủ yếu dành cho phát triển nguồn quặng nước cơng trình sản xuất thép tấm, thép lá; 3.1.4 Về công nghệ: Trong giai đoạn đến 2020 sử dụng công nghệ truyền thống sản xuất lò cao luyện thép Đồng thời tích cực nghiên cứu áp dụng cơng nghệ mới, tiên tiến, phát triển ngành thép Đối với khu liên hợp luyện kim khép kín có vốn đầu tư lớn thời gian xây dựng kéo dài, triển khai trước khâu sản xuất cán kéo Sau phát triển tiếp khâu sản xuất phôi cán từ quặng 3.1.5 Nhà nước có sách hỗ trợ tích cực cho ngành thép khn khổ cho phép cam kết thương mại hội nhập quốc tế 3.1.6 Tham gia AFTA đồng nghĩa với việc xoá bỏ hàng rào thuế quan, ngành thép phải củng cố mở rộng từ khâu sản xuất đến lưu thông phân phối với ngành kinh tế khác để mở rộng thị trường cạnh tranh thị trường nước giới 3.1.7 Đi đôi với việc đầu tư xây dựng nhà máy đại, phải coi trọng đầu tư chiều sâu, đổi thiết bị cơng nghệ, đại hố sở có lên ngang tiên tiến nước khu vực 3.1.8 Quan tâm công tác đào tạo nhân lực phát triển khoa học công nghệ phục vụ phát triển ngành Mục tiêu phát triển ngành thép đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020: Mục tiêu tổng quát: Phát triển ngành thép Việt Nam nhanh chóng trở thành ngành phát triển hồn chỉnh theo cơng nghệ truyền thống, sử dụng tối đa nguồn quặng sẳn có nước, sở xây dựng khu liên hợp luyện kim công suất 4-5 triệu thép /năm, sử dụng tối đa có hiệu nguồn nguyên liệu khống nước, áp dụng cơng nghệ đại sử dụng giới, cố gắng thoả mãn tối đa nhu cầu nước thép cán (cả số lượng, chủng loại, quy cách chất lượng sản phẩm) Từ thay nhập tiến tới xuất sản phẩm thép Phấn đấu đến 2020 có ngành thép phát triển bền vững với tốc độ tăng trưởng cao, bảo đảm tốt chất lượng, đầy đủ số lượng chủng loại sản phẩm thép, đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đất nước Như nhu cầu thép vào năm 2005 6.480 ngàn tấn; năm 2010 10 triệu tấn; năm 2015 16 triệu năm 2020 20 triệu Trong sản xuất nước theo mốc năm tương ứng đạt 51%; 61%; 62% 70% vào năm 2020 Hình 6.9: 2.1.6 Những ảnh hưởng hình dạng cơng cụ Hình dạng phơi, góc tạo hình , góc áp lực β vùng biến dạng chung ΔA kích thước quan trọng q trình cán nêm ngang Những kích thước khơng đinh mức độ biến dạng dẻo phơi cán mà cịn đóng vai trị định nơi xảy khuyết tật bên 2.1.6.1 Ảnh hưởng góc ăn (góc tạo hình) Góc ăn điều khỉên kích thước vùng phôi công cụ vùng cắt vùng biến dạng (vùng dẫn) Trong vùng này, góc tạo hình nhỏ làm tăng vùng tương tác vùng biến dạng dẻo Trong vùng kéo giãn vùng tinh chỉnh kích thước, góc tạo hình thành lập nên hình dạng hình học vai trục Để thiết lập lên ảnh hưởng góc tạo hình đến hình thành khuyết tật bên , ta xây dựng hình 6.10 dựa kết thu từ thí nghiệm Trong hình 6.10(a) cho thấy kích thước lỗ hổng giảm xuống cách đơn điệu với tăng lên góc tạo hình Hình 6.10: ảnh hưởng góc tạo hình đến hình thành khuyết tật bên Khi góc tạo hình đạt = 300 khơng có lỗ hổng bên tìm thấy ΔA =55% Tuy nhiên với = 200 hình thành lỗ hổng bên bắt đầu hình thành ΔA vào khoảng 30 % Hiện tượng rõ ràng = 150 nơi mà kích thước lỗ hổng tăng nhanh từ 31mm2 đến 119 mm2 vùng biến dạng rộng Vì vậy, góc tạo hình nhỏ làm tăng lên hình thành mở rộng kích thước lỗ hổng bên Trong tài liệu này, Mise giải thích góc tạo hình nhỏ làm tăng hoạt động xuyên cắt công cụ vùng cắt gây tập trung ứng suất làm xuất lỗ hổng tế vi giai đoạn ban đầu trình cán nêm ngang Hình 6.10 cho biết góc áp lực tăng lên độ, ta thấy có thay đổi kích thước lỗ hổng.Về bản, kích thước chúng rộng Điều giải thích thực tế góc áp lực tăng lên, phơi cán bị tăng thêm biến dạng dẻo Như thảo luận trước đây, lượng lớn biến dạng theo hướng trục thúc đẩy hình thành lỗ trống cách mở rộng vật liệu làm khuôn theo hướng ứng suất 2.1.6.2 Ảnh hưởng góc áp lực Góc áp lực β kích thước quan trọng khác cán nêm ngang Nó định số lượng biến dạng thơng qua phơi cán Góc áp lực lớn dẫn đến giãn dài phôi cán Để nghiên cứu sâu ảnh hưởng góc áp lực đến hình thành lỗ hổng bên trong, ta xây dựng hình 6.11 dựa kết thí nghiệm thu điều kiện =15 =20 Hình 6.11: Ảnh hưởng góc áp lực tới hình thành lỗ hổng bên Trong hình này, lỗ hổng bên tăng lên góc áp lực tăng Phát trùng hợp với kết Danno Tanaka Với góc β lớn, giãn rộng nhanh theo hướng trục Điều thúc đẩy hình thành lỗ hổng bên vùng cắt vùng dẫn Kiểm tra hình vẽ, ta thấy góc β = 50 lỗ hổng bên tăng lên khoảng 110% Khi góc tạo hình tăng lên đến giá trị 200 (Hình 6.11(b)), kích thước lỗ hổng sụt xuống Điều giải thích ứng suất cắt trung tâm đối xứng phơi giảm xuống góc tạo hình tăng lên 2.1.6.3 Ảnh hưởng vùng biến dạng Cán nêm ngang q trình bảo tồn thể tích Hình 6.11 rằng, kích thước lỗ hổng bên tăng lên với tăng lên vùng biến dạng Khi xét đến vùng biến dạng phôi cán, nhiều nghiên cứu cho thấy có giá trị tới hạn vùng biến dạng làm cho khuyết tật bên phát triển Điều thể ứng suất biến dạng bên tâm đối xứng của phôi tăng lên với tăng lên lượng biến dạng ΔA Lúc lực kéo căng phôi cán lớn ΔA tăng lên Lực kéo lớn biết nhân tố phát sinh lỗ hổng bên Trong cộng hợp đó, vùng biến dạng lớn cộng với tăng ứng suất mỏi cách dội hình thành lỗ hổng 2.1.7.Hệ số biến dạng Sự biến dạng hình thành lỗ hổng bên phơi cán q trình phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: ứng suất bên trong, giãn rộng chảy tròn Mặc dù vậy, dự đốn hình thành lỗ hổng bên phôi cán sở biến dạng tồn phần Với mục đích này, định nghĩa hệ số biến dạng là: Trong d A kích thước vùng mắt cắt trước biến dạng; A ’ chiều dài mặt cắt sau biến dạng; d’, L’1, L2’, L’ hình 2(b) Chú ý : ΔA = (A-A’)/ A = 1- (d’/d)2 Cơng thức tính hệ số biến dạng chứng minh ảnh hưởng góc tạo hình , góc áp lực vùng biến dạng ΔA đến biến dạng phôi cán Hai yếu tố sau công thức tỉ lệ lượng biến dạng thể tích lượng khơng phải biến dạng thể tích (L ’-L’1)A thành phẩm ( sản phẩm cuối ) Mối quan hệ hệ số biến dạng góc tạo hình góc áp lực nêu hình 6.12(a) (b) Hình 6.12: Mối quan hệ hệ số biến dạng góc tạo hình góc áp lực Kiểm tra hình 6.12(a), thấy góc tạo hình tăng lên hệ số biến dạng giảm xuống Ví dụ vùng biến dạng cỡ 35% , hệ số biến dạng 0.78 góc tạo hình 15 0.28 góc tạo hình 30 Đây điều ta quan tâm, biết liên hệ khối lượng vùng biến dạng dẻo phôi cán giảm góc tạo hình lớn Hình 6.12(b), cho thấy hệ số biến dạng tăng lên với sư tăng lên góc áp lực β Góc áp lực lớn làm tăng lượng biến dạng dẻo theo hướng trục Một ý quan trọng xu hướng tìm thấy tương tự hình 6.11 Dựa kết thu từ thí nghiệm thực trước ta dự đốn xác hình thành lỗ hổng bên vật cán qua hệ số biến dạng Đó ta tiến hành thí nghiệm điều kiện cán với hệ số biến dạng lớn 0.6 khơng hình thành lỗ hổng nào, cán điều kiện hệ số nhỏ 0.6 khơng Ta ứng dụng phát cho việc thiết kế công cụ CWR để có hình dạng sản phẩm cuối mong muốn 2.1.8 Kết luận: (1) Các lỗ hổng lớn tìm thấy hồn thành q trình cán CWR phát triển nhờ hợp bắc cầu lỗ hổng nhỏ hình thành vùng cắt vùng kích thước (2) Khi kiểm tra dọc mặt cắt theo chiều ngang, lỗ hổng tìm thấy có dạng hình chữ thập nhân lên theo chiều ứng suất (3) Sự hình thành kích thước lỗ hổng tìm thấy tăng lên với tăng lên góc tạo hình, tăng lên góc áp lực tăng lên lượng ép (4) Ta dự đốn hình thành lỗ hổng qua hiểu biết hệ số biến dạng Để nghiên cứu vật liệu hệ hình thái học ban đầu tài liệu này, hệ số biến dạng tới hạn 0.6 2.2.Công cụ tối ưu cán nêm ngang: 2.2.1 Giới thiệu: Hiện việc nghiên cứu công cụ tối ưu CWR trở nên nhanh chóng dễ dàng nhiều phát triển mạnh mẽ cơng nghệ máy tính phương pháp tính tốn số học đại Điều cho phép ta giải vấn đề liên quan, phân tích nhân tố ảnh hưởng trình sản xuất cách thuận lợi giảm thiểu thí nghiệm tốn nặng nhọc, nhiều thời gian Sự tối ưu hình dạng cơng cụ vấn đề quan trọng đặc biệt liên quan đến tối ưu trình tạo hình kim loại Hình dạng cơng cụ tạo hình, yếu tố thiết yếu ảnh hưởng đến xảy suốt trình tạo hình chất lượng thành phẩm thu cuối q trình Có nhiều thảo luận xuất ứng dụng tối ưu hình dạng cơng cụ q trình tạo hình kim loại đặc trưng Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu liên quan đến q trình tạo hình chưa thơng dụng q trình cán nêm ngang (CWR) Những nghiên cứu cung cấp khả ứng dụng hiểu biết có nhân tố ảnh hưởng nguyên nhân hình thành nên khuyết tật CWR để thiết kế công cụ có dạng tối ưu Nhiệm vụ hồn thành sở phân tích lí thuyết kết hợp vấn đề tối ưu quy ước với việc mơ hình hóa q trình tạo hình Thí nghiệm CWR tiến hành với mẫu vật liệu cứng dẻo Sử dụng phương pháp mơ hình phân lớp vùng biến dạng để phân tích q trình biến dạng 2.2.2.Trạng thái phân tích ước lượng Q trình cán nêm ngang phương pháp tạo hình dẻo đại Trong trình tạo hình này, cơng cụ cán có dạng hình nêm lắp lên trục cán mặt lõm hay mặt lồi máy cán Chỉ dẫn hình 6.13 biểu đồ trình cán nêm ngang Hình 6.13: Biểu đồ q trình cán nêm ngang Kích thước q trình cán nêm ngang bao gồm: góc tạo hình α , góc dẫn β biến dạng tương đối δ, δ=d 0/d Giá trị biến dạng tương đối δ yếu tố ma sát bề mặt vật liệu công cụ biết đến thời điểm bắt đầu thiết kế q trình cán nêm ngang Sau đó, góc tạo hình α góc mở β lựa chọn để sử dụng làm sở cho việc lựa chọn kích thước công cụ Rất nhiều nghiên cứu tiến hành để tìm giá trị ảnh hưởng lớn góc góc α β Giá trị cực đại góc α làm giảm vết nứt xuất vùng trục đối xứng sản phẩm cán Giới hạn góc α có liên quan tới khả co thắt vùng lõi phôi cán cố xảy lớp bề mặt Theo nhà khoa hoc Koizumi, giá trị góc dẫn β khoảng o đến 12o Thơng thường giá trị thấp góc dẫn β liên quan đến chiều dài lớn công cụ tốc độ tạo hình cao làm tăng khả tạo thành vết nứt bên Mặt khác, giá trị lớn góc dẫn β khả tiềm ẩn cho kiểm soát mức độ trượt phôi cán công cụ Dựa nhiều nghiên cứu, ta phát có giá trị ban đầu biến dạng, sau vượt giá trị đó, vết nứt vùng trung tâm sản phẩm co thắt vùng lõi xuất Trên sở thí nghiệm, Fu Dean kết luận để lỗ hổng co thắt lõi thì: tanβ ≤ 0.08 Mặt khác Kozumi tìm vết nứt bên có giá trị tỷ lệ a/m nhỏ 0.04 Tuy nhiên, giá trị tỷ số a/m lớn 0.08 gây kiểm soát trượt Nhờ vậy, ta thừa nhận phương trình: 0.04≤tanα tanβ ≤ 0.08 Năm 1979, phương pháp cho lựa chọn góc α, β biến dạng mặt cắt R p đề xuất Hayama để thu khuyết tật bên rèn tự Phương trình xác định quan hệ góc α β giá trị biến dạng tuỳ chọn đưa RPop=(0.15+0.0038α)β0.325 1.93β-0.925 ≥0.15+0.0038α≥Mα0.325 Trong : M = 0.35 - 0.4 số kích thước vật liệu ; góc α β tính độ Vẫn cịn ảnh hưởng phức tạp góc α, β mức độ biến dạng (đặc trưng biến dạng mặt cắt ngang Rp biến dạng tương đối δ ) suốt trình cán nêm ngang Những giá trị lựa chọn, tính tốn sở nhiều tiêu chuẩn tối ưu Phương trình sử dụng để tính tốn góc mở β định nghĩa Balin: Sinβ = 0.09μ/sinα Trong hệ số ma sát nằm khoảng từ 0.4 đến 0.5 Một vài công thức kinh nghiệm khác đưa Refs Ta lựa chọn góc cho nêm để sử dụng cán phôi làm từ cỡ thép kết cấu: β ≤ arctan((0.3+0.01d0)/d3) đó: 3o ≤ β ≤ 15o α = 80tanβ +15+d0/4 với 150 ≤α ≤ 450 2.2.3 u cầu tối ưu góc nêm Các kích thước hình học cơng cụ CWR bao gồm góc tạo hình α góc dẫn β bị ảnh hưởng yếu tố như: phát triển trượt, co thắt lõi vết nứt bên Do có giới hạn ban đầu dự báo phương pháp mơ hình chia lớp: (0.15+0.003α)β 0.325≥M Sự thay đổi giá trị góc tạo hình α, góc dẫn β hạn chế điều kiện ổn định giải cho giá trị biến dạng tương đối δ - vùng biến thay đổi mơ tả trình cán CWR (hình 3) sử dụng cho việc lựa chọn giải pháp riêng lẻ phương diện tiêu chuẩn chất lượng Hình 6.14: phân bố tiêu chuẩn chất lượng Từ hình 6.14 ta thấy : (i) Lực cán P định tiêu hao lượng trình biểu diễn phương trình: P= F x.v Trong đó: Fx thành phần tiếp tuyến lực cán , v vận tốc nêm (ii) Thành phần pháp tuyến lực cán F z, nhân tố cần thiết cho kích thước của hình dạng sử dụng cho việc lắp đặt trục cán Sự lựa chọn phương hướng thời gian phục vụ công cụ Hơn nữa, mối tương quan thành phần pháp tuyến lực cán thân giá chặt chẽ định mức độ xác q trình cán Giá trị thành phần pháp tuyến lực cán F z Fx tính tốn điều kiện mơ sử dụng mơ hình lớp (iii) Số lượng chu kì ứng suất N, phù hợp khả xảy vết nứt sản phẩm cán với điều kiện trình CWR tăng lên với tăng lên số chu kì biến dạng liên quan đến thay đổi kích thước từ d đến d Giá trị N tính tốn sử dụng cơng thức : N = (δ -1)/ ( 3Πδtanαtanβ) (iv) Chiều dài nêm L nhân tố cần thiết cho nhiều kích thước khác máy cán cho hiệu trình điều kiện nêm phẳng L =(0.5.(d0-d)+l)/ tanαtanβ Trong l chiều dài bước gia cơng hình thành Phương trình tính tốn hàm tiêu chuẩn chất lượng: Γ(P,Fz,N,L)= Các giải pháp không phù hợp với giá trị tối thiểu Γ (P,Fz,N,L) bị loại bỏ Sự tham gia tiêu chuẩn riêng rẽ số tiêu chuẩn tối ưu định hệ số giãn rộng Ta thấy ωi tăng Γ(P,Fz,N,L) tăng 2.2.4 Sự tối ưu kích thước bề mặt nêm: Những khả có sẵn q trình CWR tăng lên ta ứng dụng công cụ với bề mặt nêm có profile khơng phải thẳng Cơng thức mơ tả profile nêm điểm A B1: Trong a0,……….an hệ số đa thức chấp nhận giải biến trình tối ưu Sự thuận lợi đa thức giảm số lượng biến Điều làm giảm thời gian tính tốn Trong phân tích thơng thường, biến giới hạn khoảng ( vd a a1) Những giới hạn bổ sung mang lại từ nguyên nhân thực nghiệm áp đặt vào biến Ví dụ vài giải pháp tuân theo điều kiện xác định bên bị loại bỏ bắt đầu hình dạng nêm: (i) Các vết lõm mức (đường cong hình 6.18) g(y)>r0 (*) (ii) Lồi mức (đường cong hình 6.18) g(y)