Chuyên đề thực tập nghiên cứu cơ chế phá hủy của phôi cán trong quá trình cán nêm ngang

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan là công trình nghiên cứu của riêng Các kết quả và số liệu 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 ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Cơ học vật liệu Cán kim loại - Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu -Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Vật 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 Ngừng, GS.TS Nguyễn Trọng Giảng đã tận tình hướng dẫn về chuyên môn để có thể thực hiện và hoàn thành luận án Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy hội đồng chấm luận án đã dành thời gian đọc và góp những ý kiến quý báu để hoàn thiện bản 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, bạn bè, đồng nghiệp những 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 ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế 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 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 .6 1.1.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng .7 1.1.5 Các thông số động lực học 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 MƠ 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 Ch 2.1.3 Sự hợp lỗ xốp tế vi 22 uy 2.2 Mơ hình phá hủy vật liệu .23 2.2.1 Mơ hình phá hủy sở học môi trường liên tục .25 ên 2.2.2 Mơ hình phá hủy sở quan sát tượng 26 đề 2.3 Mô hình thuộc tính vật liệu 28 2.4 Phân tích và lựa chọn mô hình 31 t tố 2.5 Kết luận 32 CHƯƠNG 3: NHẬN DẠNG MÔ HÌNH JOHNSON-COOK 33 ng 3.1 Phương pháp nhận dạng mô hình Johnson – Cook .33 hi 3.1.1 Phương pháp nhận dạng mô hình thuộc tính 33 ệp 3.1.2 Phương pháp nhận dạng mô hình phá hủy Johnson - Cook 35 3.2 Thí nghiệm nhận dạng 37 nh Ki tế 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 41 3.2.2 Mẫu thí nghiệm 42 3.2.3 Thiết bị thí nghiệm 45 3.3 Kết quả thí nghiệm 46 3.3.1 Kết quả thí nghiệm nhận dạng mô hình thuộc tính Johnson- Cook 46 3.3.2 Nhận dạng mô hình phá hủy Johnson – Cook 52 3.4 Kết luận 55 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH CÁN NÊM NGANG .56 4.1 Phần mềm mơ q trình tạo hình phá hủy vật liệu .56 4.2 Mơ q trình cán nêm ngang -mơ hình 2D 57 4.2.1 Điều kiện mô 58 4.2.2 Kết mô 58 4.2.3 Ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến hình thành khuyết tật sản phẩm cán 63 4.3 Xây dựng mô hình hình học cho bài toán cán ren 3D 65 4.3.1 Thiết lập mơ hình khn nêm 66 4.3.2 Thiết lập mơ hình phơi cán 67 4.3.3 Mơ hình lắp ghép phôi khuôn 68 4.4 Kết phân tích 69 4.4.1 Hình dạng hình học của chi tiết ren 69 4.4.2 Mặt cắt ngang, mặt cắt dọc chi tiết vít ren sau mơ .70 4.4.3 Trạng thái ứng suất 70 4.4.4 Trạng thái biến dạng .74 4.4.5 Sự phân bố nhiệt độ phôi sau quá trình cán 76 Ch 4.4.6 Biến phá hủy vô hướng 78 uy 4.4.7 Tải trọng 78 4.5 Kết luận 79 ên CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 80 đề 5.1 Máy cán nêm ngang 80 5.2 Khuôn cán ren 82 t tố 5.3 Công nghệ cán ren máy cán nêm ngang .84 5.3.1 Dập đầu mũ chi tiết 84 ng 5.3.2 Cán chi tiết vít ren tàu điện 84 hi 5.4 Kiểm tra phá hủy chi tiết .86 ệp 5.5 So sánh kết mô thực nghiệm 86 5.6 Kết luận 87 nh Ki tế KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 NHỮNG CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ .92 ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế 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 … 41 Bảng 3.2 Mẫu thí nghiệm nhiệt độ mơi trường 42 Bảng 3.3 Bảng kí hiệu thí nghiệm nhận dạng mơ hình thuộc tính .45 Bảng 3.4 Bảng kí hiệu thí nghiệm nhận dạng mơ hình thuộc tính .45 Bảng 3.5 Kết thí nghiệm nhận dạng nhiệt độ 9000C 48 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm nhân dạng nhiệt độ 10000C 49 Bảng 3.7 Kết thí nghiệm nhận dạng nhiệt độ 11000C 50 Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm kéo ở nhiệt độ cao 51 Bảng 3.9 Các hệ số của mô hình thuộc tính Johnson – Cook .52 Bảng 3.10 Biến dạng phá hủy và tỉ số ứng suất ba chiều 53 Bảng 3.11 Bảng giá trị xác định hệ số cuả D5 .54 Bảng 4.1 Các thông số hình học khn nêm 66 Bảng 4.2 Tính chất nhiệt vật liệu làm khuôn 66 Bảng 4.3 Điều kiện mô .67 Bảng 4.4 Hệ số nhiệt thép C45 nhiệt độ 11500C 68 ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ cán nêm ngang: 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 Hình 1.5 Khuyết tật hình dạng sản phẩm cán nêm ngang 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 Khuyết tật định hướng dọc theo tâm phôi cán 14 Hình 1.11 Sự hợp nhất lỗ trống quá trình phá hủy [2] .15 Hình 1.12 Khuyết tật tâm phơi 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 thuộc của biến dạng tại thời điểm phá hủy vào ứng suất ba chiều .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 Ch Hình 3.2 Biên dạng hình học mẫu thử kéo 40 uy Hình 3.3 Mẫu thí nghiệm kéo R 42 ên Hình 3.4 Mẫu thí nghiệm kéo nhiệt độ cao 43 Hình 3.5 Phân bố nhiệt độ mẫu kéo tiêu chuẩn 12000C 43 đề Hình 3.6 Chế độ nung mẫu thực thí nghiệm nhiệt độ 12000C 43 t tố Hình 3.7 Đồ thị phân bố nhiệt độ ½ vùng làm việc mẫu kéo .44 ng Hình 3.8 Kích thước và hình dạng mẫu xoắn 44 hi Hình 3.9 Đồ thị phân bố nhiệt độ ½ vùng làm việc mẫu xoắn 44 ệp Hình 3.10 Máy thử kéo nén 45 nh Ki Hình 3.11Mẫu sau thí nghiệm 46 tế Hình 3.12 Đồ thị ứng suất – biến dạng thay đổi tốc độ biến dạng .46 Hình 3.13 Đồ thị ứng suất – biến dạng thay đổi nhiệt độ 46 Hình 3.14 Đờ thị lực –chủn vị và ứng śt – biến dạng mẫu kéo nguội 47 Hình 3.15 Đờ thị xác định giá trị hệ số B và n 47 Hình 16 Đồ thị ứng suất và biến dạng tại các nhiệt độ khác 51 Hình 3.17 Đờ thị xác định ảnh hưởng của nhiệt độ 52 Hình 3.18 Đường cong thực nghiệm đường cong nhận dạng 52 Hình 3.19 Đường cong thực nghiệm đường cong nhận dạng 52 Hình 3.20 Đờ thị lực – chủn vị của các mẫu tạo R 53 Hình 3.21 Đờ thị quan hệ biến dạng phá hủy và tỉ ứng suất ba chiều 53 Hình 3.22 Đồ thị xác định hệ số D5 54 Hình 4.1 Đường cong ứng suất – Biến dạng của vật liệu kim loại [42] 57 Hình 4.2 Mơ hình hình học và mơ hình phần tử hữu hạn phôi cán 58 Hình 4.3 Q trình phá hủy tâm phơi 58 Hình 4.4 Các thành phần ứng suất phần tử kim loại tâm phơi theo thời gian .59 Hình 4.5 Sự phân bố ứng suất kéo tâm đĩa trịn .59 Hình 4.6 Sự phân bố biến dạng theo hướng ngang 59 Hình 4.7 Sự phân bố biến dạng theo hướng kính 60 Hình 4.8 Sự phân bố biến dạng theo hướng ngang 60 Hình 4.9 Biến dạng tương đương của phôi cán theo hướng chu vi 61 Hình 4.10 Chuyển vị của các phần tử kim loại 62 Ch Hình 4.11 Chỉ tiêu phá hủy Johnson - Cook 62 uy Hình 4.12 Biến dạng lớn thời phá hủy theo thời gian 63 ên Hình 4.13 Trạng thái ứng suất 63 Hình 4.14 Biến phá hủy vô hướng D 64 đề Hình 4.15 Hiện tượng phá hủy tâm phôi 64 Hình 4.16 Trạng thái ứng suất 64 t tố Hình 4.17 Kích thước phôi và chi tiết ren tàu điện 65 Hình 4.18 Khuôn và khuôn dưới 66 ng Hình 4.19 Bản vẽ lắp khuôn và phôi cán nêm ngang 66 hi Hình 4.20 Phôi và chia lưới phôi .67 ệp Hình 4.21 Mô hình phần tử hữu hạn 68 Hình 4.22 Tiếp xúc mặt tới mặt phôi khuôn 69 nh Ki tế Hình 4.23 Quá trình cán chi tiết ren tàu điện 69 Hình 4.24 Chi tiết ren và khn dưới trước kết thúc quá trình cán 70 Hình 4.25 Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang chi tiết ren tàu điện 70 Hình 4.26 Ứng suất theo các phương 71 Hình 4.27 Các thành phần ứng suất của một phần tử tâm phôi cán .71 Hình 4.28 Ứng suất tương đương Von Mises 72 Hình 4.29 Ứng suất chính lớn nhất tâm phôi cán 73 Hình 30 Đồ thị số ứng suất ba chiều từ điểm A đến B 74 Hình 4.31 Tỉ sớ ứng śt ba chiều theo đường dẫn qua tâm phôi .74 Hình 4.32 Biến dạng theo các phương của chi tiết ren tàu điện 75 Hình 4.33 Sự hình thành và phát triển khuyết tật tâm phơi cán 75 Hình 4.34 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren .76 Hình 4.35 Đồ thị ứng suất và biến dạng của phần tử ở tâm phơi phá hủy 0,1s 76 Hình 4.36 Nhiệt độ phân bố tâm phôi cán dọc theo đường AB 77 Hình 4.37 Phân bố nhiệt độ theo đường dẫn qua mặt cắt ngang của phơi CD 77 Hình 4.38 Biến phá hủy vô hướng Johnson – Cook mặt cắt ngang phơi cán 78 Hình 4.39 Biến phá hủy vô hướng Johnson – Coo k mặt cắt dọc phơi cán .78 Hình 4.40 Lực tác dụng các phương 79 Hình 5.1 Máy cán nêm ngang 80 Hình 5.2 Cơ cấu điều chỉnh nâng đỡ khuôn 81 Hình 5.3 Cơ cấu nâng trượt khn 81 Hình 5.4 Bộ phận gá lắp chứa khn làm việc .81 Hình 5.5 Khn và khn dưới 82 Hình 5.6 Vị trí đặt ốc vít khn 82 Ch Hình 5.7 Ren âm bề mặt khn cán 83 uy Hình 5.8 Thiết bị đo áp suất máy cán nêm ngang .83 Hình 5.9 Khn dập đầu mũ và chi tiết vít ren sau dập đầu mũ 84 ên Hình 5.10 Phơi sau dập đầu mũ 84 đề Hình 5.11 Sản phẩm ren sau cán 85 Hình 5.12 Chi tiết vít ren sau cán .85 t tố Hình 5.13 Chi tiết thiết kế và chi tiết thực 86 Hình 5.14 Chi tiết ren với phá hủy tâm 86 ng Hình 5.15 Chi tiết ren với phá hủy bề mặt .86 hi Hình 5.16 Kết mơ thực nghiệm với sai hỏng bề mặt ren 87 ệp Hình 5.17 Kết mơ thực nghiệm với sai hỏng tâm ren .87 Hình 5.18 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren thu từ thực nghiệm .87 nh Ki Hình 5.19 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren thu từ mô 87 tế ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế CHƯƠNG THỰC NGHIỆM Để đánh giá độ chính xác của mô hình cũng độ chính xác của kết quả nhận dạng, các thí nghiệm kiểm chứng sẽ được thực hiện chương Ở đây, chi tiết vít ren tầu điện được sản xuất bằng công nghệ cán nêm ngang 5.1 Máy cán nêm ngang Các chi tiết vít ren tàu điện được chế tạo máy cán nêm ngang nhập từ Belarus theo đề tài hợp tác quốc tế theo nghị định thư giữa hai nước Việt Nam - Belarus số 6/2009 Hình 5.1 Máy cán nêm ngang Tính kỹ thuật của máy cán nêm ngang - Tải trọng 100 KN - Hành trình 1400 mm - Năng suất 600 sản phẩm/giờ - Đường kính phôi ban đầu 14-25 mm - Chiều dài phôi cán 150 mm Ch - Công suất động 60 Kw - Nhiệt độ cán (900 – 1200)0C uy - Kích thước bàn giữ khuôn 7500x4500x2200 mm ên - Tuổi thọ của khuôn cán 50.000 sản phẩm - Vận tốc của khuôn trên: 150 mm/s, 300 mm/s, 500 mm/s đề - Khối lượng của máy tấn t tố Cấu tạo máy cán nêm ngang gồm khu vực chính: khu vực điều khiển tự động, khu vực khuôn cán, khu vực bệ máy (chứa hệ thống thủy lực) Mỗi khu vực thực hiện một chức ng nhiệm vụ riêng Khuôn cán có vai trò chính việc tạo hình các chi tiết, có thế thay đổi hình dạng, kích thước chi tiết nhờ vào việc thiết kế lại khuôn mẫu và đồ gá Đối với hệ hi thống điều khiển, hoạt động theo hai chế độ bằng tay và tự động Khu vực bệ máy là nơi chứa ệp dầu và hệ thống thủy lực cung cấp lượng hoạt động cho toàn bộ hệ thớng nh Ki tế Hình 5.2 Cơ cấu điều chỉnh nâng đỡ khuôn Vùng làm việc nơi chứa bàn khuôn phận điều chỉnh khuôn Bộ phận này giúp khn di chuyển lên, xuống, sang phải sang trái Bàn khuôn gắn cố định lên bệ máy Bàn khuôn gắn cố định lên cấu xi lanh thủy lực Trong trình làm việc, phận bơm hút dầu làm bàn khuôn dịch chuyển tịnh tiến vào trượt má đồng Hai bàn khuôn chỉnh cách một khoảng kích thước sản phẩm Việc tháo lắp khuôn cán tương đối phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao Vì vậy cấu điều chỉnh và nâng đỡ khuôn đã được thiết kế (hình 5.3) Hình 5.3 Cơ cấu nâng trượt khn ên uy Ch đề t tố ng Hình 5.4 Bộ phận gá lắp chứa khuôn làm việc hi Bệ máy làm giá đỡ cho chi tiết khác gắn lên, ngồi cịn có chức ệp khoang chứa dầu bôi trơn dầu dùng cho xilanh thủy lực Bệ máy có kích thước độ cứng vững đảm bảo làm việc máy giảm rung động đến mức tới thiểu Trên bệ nh Ki tế máy có gắn phận thủy lực để điều khiển việc dịch chuyển vào bàn khuôn Hộp điều khiển nơi giải vấn đề đóng mở máy thiết lập chức để máy hoạt động theo yêu cầu đặt Nó điều khiển việc bơm hút dầu hay chế độ tốc độ động Chức tự động hoạt động theo chu kì hay điều khiển bàn khuôn tay thiết lập 5.2 Khuôn cán ren Khuôn cán cấu tạo từ hai phần: phần dụng cụ tạo hình và phần đế khuôn Dụng cụ tạo hình được chia làm hai nửa, với một nửa là vùng định kích thước, nửa còn lại là vùng cắt, vùng dẫn và vùng tạo hình Cả hai nửa ấy được định vị cố định bề mặt của đế khuôn (hình 5.5) Trên bề mặt khuôn đã tạo sẵn ren âm để tạo ren chi tiết chủn đợng Hình 5.5 Khn và khuôn dưới Đây là dạng khuôn lắp ghép từ nhiều chi tiết nên phần đế khuôn có nhiều lỗ để bắt bu lông (hình 5.6), khoảng cách và kích thước chi tiết của các lỗ này được trình bày cụ thể bảng phụ lục khuôn Các bước thiết kế khuôn cán đã được trình bày chương ên uy Ch đề Hình 5.6 Vị trí đặt ốc vít khn Vật liệu chế tạo khuôn: Do điều kiện làm việc của khuôn là cán các chi tiết ren, t tố chi tiết tròn xoay ở nhiệt độ cao, tốc độ chuyển động lớn, ma sát tiếp xúc giữa phôi và khuôn cao nên đòi hỏi vật liệu chế tạo có độ bền cao, chịu mài mòn tốt Các khuôn ng chế tạo từ thép không gỉ có các đặc trưng về tính chuyên để chế tạo khuôn tạo hi hình ở nhiệt độ cao mà các loại vật liệu khác không thể có được như: độ cứng và độ ệp bền cao, độ bền nóng cao, khả chống mài mòn tốt, phản ứng từ kém so với các loại thép khác Hơn nữa là loại thép không bị oxi hóa nên bề mặt sáng bóng nh Ki tế giúp cho sản phẩm ren không bị bám gỉ sắt ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (hình 5.7) Hình 5.7 Ren âm bề mặt khuôn cán Hai khuôn được lắp bề mặt máy cán, khuôn dưới cố định, khuôn chuyển động Có thể điều khiển khuôn chuyển động một chiều hay hai chiều Thiết bị đo áp lực Thiết bị đo áp lực được kết nối với xi lanh thủy lực, sử dụng thiết bị này để đo áp lực tiếp tuyến tác dụng lên phôi cán Thiết bị đọc được ghi lại bằng cách sử dụng camera với tốc độc độ cao, áp suất được đọc qua hệ thống video Lực được tính là một hàm của thời gian thông qua áp suất đo được từ xi lanh thủy lực (Hình 5.8) ên uy Ch đề Hình 5.8 Thiết bị đo áp suất máy cán nêm ngang t tố Hạn chế của máy cán nêm ngang - Thiếu thiết bị đo lực cán hi Lị nung kim loại ng - Khơng xác định được trạng thái ứng suất và biến dạng Quá trình cán chi tiết vít ren thực hiện ở trạng thái nóng, vì vậy việc nung phôi được ệp thực hiện đến nhiệt độ yêu cầu Lò nung phôi cho phép thực hiện chế độ nung theo yêu cầu nh Ki của người lập trình với nhiệt độ chính xác đến  50C tế 5.3 Công nghệ cán ren máy cán nêm ngang 5.3.1 Dập đầu mũ chi tiết Công việc đầu tiên trước sản xuất chi tiết vít ren là dập đầu mũ chi tiết, phôi trụ tròn được nung nóng đến 1150 0C, giữ nhiệt phút sau đó được đưa máy búa thủy lực, áp lực 100 tấn để tạo đầu mũ cho chi tiết ren Hình 5.9 Khn dập đầu mũ và chi tiết vít ren sau dập đầu mũ Ch Hình 5.10 Phôi sau dập đầu mũ 5.3.2 Cán chi tiết vít ren tàu điện uy Phơi được đưa lò và di chuyển đến máy cán nêm ngang bằng kìm cán dài, ên tiếp đó phôi được đặt lên vị trí ban đầu và chỉnh cho phôi vào đúng vị trí đã được thiết kế bề mặt khuôn dưới Sau đó bấm máy, khuôn chuyển động tiếp đề xúc với phôi Khi khuôn bắt đầu chuyển động, ma sát nên phôi chuyển động theo t tố suốt chiều dài của khuôn Từ vùng cắt đến vùng dẫn, tiếp đến vùng tạo hình, cuối cùng là vùng định kích thước Sau khỏi vùng cuối cùng, phôi rơi xuống rãnh hi ng chứa sản phẩm kết thúc quá trình cán (hình 5.11) ệp nh Ki tế Hình 5.11 Sản phẩm ren sau cán Như đã trình bày phần giới thiệu về máy cán nêm ngang, máy cán có ba chế độ vận tốc dịch chuyển của khuôn khác Tiến hành cán các chi tiết vít ren với các chế độ vận tốc và nhiệt độ nung phôi khác Thu được các phôi có hình dạng và kích thước hoàn toàn tương tự (hình 5.12), mỡi ren đều có: Hình 5.12 Chi tiết vít ren sau cán - Số đỉnh ren vít: - Khoảng cách đỉnh: 13,1 mm - Chiều dài ren vít: 104,8 mm Ch Xoắn theo hướng phải - Đường kính đỉnh răng: 240 mm, đường kính chân răng: 160 mm - Vít ren có bề mặt với độ nhẵn cao Ra = 1,5 – 2,5 µm ên uy - đề t tố hi ng ệp nh Ki tế Hình 5.13 Chi tiết thiết kế và chi tiết thực 5.4 Kiểm tra phá hủy chi tiết Các sản phẩm cán được đánh số theo điều kiện công nghệ chế tạo Sản phẩm T10 với chế độ công nghệ nhiệt độ cán 1150 0C, tốc độ chuyển động của khuôn là 300 mm/s đã được kiểm tra phá hủy Sử dụng máy cắt dây cắt phôi theo chiều dọc với mặt cắt qua tâm phôi Kết quả, tâm có hiện tượng phá hủy dọc trục (hình 5.14 5.17) Hình 5.14 Chi tiết ren với phá hủy tâm ên uy Ch Hình 5.15 Chi tiết ren với phá hủy bề mặt đề 5.5 So sánh kết mô thực nghiệm Mơ số q trình cán ren với nhiều trường hợp khác điều kiện công t tố nghệ, kết chất lượng chi tiết hình dạng tính khác Nếu hệ số ma sát nhỏ, phôi trượt bề mặt khuôn khó biến dạng gây nên sai hỏng hình dạng ng khuyết tật bề mặt sản phẩm ren (hình 5.16) hi ệp nh Ki tế Hình 5.16 Kết mô thực nghiệm với sai hỏng bề mặt ren Hình 5.17 Kết mơ thực nghiệm với sai hỏng tâm ren Do biến dạng không lớp vật liệu phôi, nên hình thành nên khuyết tật hình dạng Đối với hai trường hợp thực nghiệm mô số, chi tiết vít ren cố định đường ray tàu điện có tượng lõm đầu chi tiết (hình 5.18 hình 5.19) Hình 5.18 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren thu từ thực nghiệm ên uy Ch Hình 5.19 Hiện tượng lõm đầu chi tiết ren thu từ mô đề 5.6 Kết luận t tố Thực nghiệm chế tạo chi tiết vít ren tàu điện sản xuất công nghệ cán nêm ngang với điều kiện nhiệt độ 1150 0C, tốc độ chuyển động khuôn 300 mm/s Kết quả, vít ren hoàn toàn chính xác về hình dạng hình học, độ bền của các chân ren đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên, tiến hành cắt chi tiết theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang qua tâm, tâm sản phẩm vít ren đã bị phá hủy Vết nứt hình thành định hướng dọc theo đường tâm phơi Điều này khẳng định độ xác kết quả nhận dạng, kết mô đồng với kết thực nghiệm hi ng ệp nh Ki tế KẾT LUẬN I Kết luận Nghiên cứu chế phá hủy học phôi trình cán nêm ngang nghiên cứu mới, lần nghiên cứu Việt Nam Mô hình Johnson - Cook đã được lựa chọn nghiên cứu nhận dạng bằng phương pháp Kết quả thu được 10 hệ số của mô hình sử dụng nhiệt độ bất kỳ, với phương trình hệ số sau: Kết nhận dạng đã được kiểm chứng bằng mô phỏng số Sự sai số kết mô thực nghiệm nhận dạng nằm giới hạn cho phép Kết nhận dạng sử dụng mơ tốn biến dạng lớn, nhiệt độ cao Kết nhận dạng sử dụng để mơ q trình cán nêm ngang chi tiết dạng trục tròn xoay chi tiết vít ren tàu điện ngầm phần mềm ABAQUS Dựa kết quả mô phỏng, miền thông số công nghệ tối để chi tiết không bị phá hủy giới hạn: hệ số ma sát, tốc độ cán, nhiệt độ cán Trên sở miền giá trị này, mơ 3D chi tiết vít ren tàu điện giá trị thông số cơng nghệ mà chi tiết khơng bị phá hủy Tiếp đó, chi tiết mơ giá trị mà phơi bị phá hủy Trên sở kết mô phỏng, quan hệ ứng suất-biến dạng, biến phá hủy vô hướng, số trạng thái ứng suất…những yếu tố tác động trực tiếp đến chế phá hủy phôi cán q trình tạo hình phân tích Bên cạnh nguyên nhân gây nên phá hủy vật liệu cơng bố cơng trình nghiên cứu trước ứng suất kéo lớn tập trung tâm phôi, phá hủy mỏi chu kỳ ứng suất kéo- nén tác động phôi quay,…Trong nghiên cứu này, chế phá hủy phơi q trình cán chứng minh biến dạng không đồng Ch lớp kim loại, chênh lệch nhiệt độ lớn vùng kim loại phôi tạo nên uy khác tính chất học vùng vật liệu làm xuất ứng suất ên dư Đây mầm mống gây phá hủy vật liệu Bên cạnh số trạng thái ứng suất lớn tập trung tâm làm nguyên nhân gây nên tượng rỗng đề tâm sản phẩm Kết mô sở lựa chọn chế độ thực nghiệm Dựa kết mô t tố phỏng, tiến hành thực nghiệm cán chi tiết vít ren cố định đường ray tàu điện bằng ng công nghệ cán nêm ngang Sau cán thành phẩm, chi tiết ren thu đảm bảo hình dạng Để kiểm chứng chất lượng chi tiết này, tiến hành sản phẩm hi cắt theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang chi tiết ren Kết quả, chi tiết chế tạo ệp với thông số công nghệ miền khơng an tồn, tâm phơi bị phá hủy, khuyết tật định hướng dọc theo chiều trục phôi nh Ki tế Nghiên cứu cho thấy, kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết mô số ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Trọng Giảng (2004), Thuộc tính học vật rắn, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật [2] Đào Minh Ngừng, Nguyễn Trọng Giảng (2006), Lý thuyết cán, Nhà xuất bản giáo dục [3] Nguyễn Tất Tiến (2004), Lý thuyết biến dạng dẻo, Nhà xuất bản giáo dục [4] Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Như Huynh, Nguyễn Trung Kiên (2011), Mô phỏng số quá tình biến dạng, Nhà xuất bản Bách khoa, Hà Nội [5] Lê Công Dưỡng (1996), Vật liệu học, Nhà xuất bản khoa học và Kỹ thuật [6] Đỗ Minh Nghiệp, Trần Quốc Thắng (2011), Độ dẻo và độ bền kim loại Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật [7] Nguyễn Trọng Hữu (2008), Hướng dẫn sử dụng solidworks, Nhà xuất bản giao thông vận tải [8] Phạm Văn Cường (2004), Mô hình hố ứng xử vật liệu bột kim loại biến dạng trạng thái nguội, Luận án tiến sĩ [9] TCVN 197-85, TCVN 5886:2006, Kim loại, Phương pháp thử kéo [10] TCVN 1827:2006, Vật liệu kim loại, Thử xoắn đơn Tiếng Anh [11] Appllied Mechanics - Trans of the ASME (1998), pp 59–64 [12] Atkins A G (1985), Elastic and Plastic Fracture, Wiley, New York [13] Bridgman P.W (1964), Studies in large plastic Row and fracture, Cambridge, MA, [14] Ch Harvard University Press, pp 719-743 Bao Y, Wierzbicki T (2005), On the cut-off value of negative triaxiality for uy fracture, Journal of Engineering Fracture Mechanics 72, pp 1049-1069 Çakırcalı, Metin; Klỗaslan, Cenk; Gỹden, Mustafa; Kranl, Engin; Shchukin, ờn [15] Valery, Petronko, Vladimir (2013), Cross wedge rolling of a Ti6Al4V (ELI) alloy: đề the experimental studies and the finite element simulation of the deformation t tố and failure International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Apr 2013, Vol 65 Issue 9-12, pp 1273 Danno A, Awano T (1976), Effect of rolling conditions on formation of central ng [16] cavity in 2-roll cross rolling, Journal of JSTP, 17, pp186-181 hi [17] Dong Y, Lovell M.R, Tagavi K.A (1998), Interface slip analysis in cross wedge ệp rolling: development of experimental and numerical models Journal of Material nh Ki Processing Technology, pp 80-81, 273-278 tế [18] Dong Y, Lovell MR (1998), Tagavi KA, Interface slip analysis in cross wedge rolling development of experimental and numerical models, Journal of Material Processing Technology pp 273-281 [19] Engin K ranl (2007), determination of material constitutive equation of Ti6Al4V alloy for cross wedge rolling [20] Fu X.P, Dean T.A (1993), Past developments, current applications and trends in the cross wedge rolling process, International Journal of Machine Tools Manufacturing, 33, pp 367- 400 [21] Guzavichus L.V, Dubeni A.S, Krasnevskij S.M et al (1976), Cylindrical pattern to de"ne plastic features of material in rolling process, Soviet Patent A.S, 538272 [22] Hayama H (1979), Optimum working conditions in the cross rolling of stepped shaft, Journal Mechanical Work and Technology 17, pp 31- 46 [23] Hu Z.H, Xu X.H, Sha D.Y (1985), Skew rolling and cross wedge rolling principles, processes and machines, Beijing, China, Metall Ind Press [24] Jain A.I, Kobayashi S (1970), Deformation and fracture of an aluminium alloy in plane strain side pressing, Proceedings of the 11th MTDR Conference Birmingham, UK, pp 1137-1154 [25] Johnson G.R and Cook W.H (1985), Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures Engineering Fracture Mechanics, 21, pp 31–48 [26] Johnson W, Kudo H (1967), The mechanics of metal extrusion Manchester, Manchester University Press [27] Jutras M (2008), Improvement of the characterisation method of the JohnsonCook model Model, Faculte des sciences et de genie university Laval Quebec [28] Liang Xue (2011), Ductile Fracture Modeling - Theory, Experimental McClintock F A (1968), A Criterion for Ductile Fracture by the Void Growth uy [29] Ch Investigation and Numerical Verification, Doctor thesis Trans ASME, J Appl Mech 17 pp 363-368 ên [30] Menson S, Temperature stress and low circurlar fatigue, Mashinostroenie, [31] đề Moscow, 1974 Mine, T.Okamoto and A.Funashi (1957), Metal flow in obique rolling Simitoto t tố Metal 9, Vol 7, 1957, pp 21-27 Oyane M (1972), Criteria For Ductile Fracture Strain, Bull, JSME 15, pp 1507 [33] Pater Z (2006), Cross wedge –rolling by mean of on flat wedge and two shape ng [32] Qiang Li, Michael R Lovell, William Slaughter, Kaveh Tagavi ( 2004), The ệp [34] hi rolls, Journal of Material Processing Technology Vol 177, pp 550-554 establishment of a failure criterion in cross wedge rolling,The International nh Ki tế Journal of advanced manufacturing technology, vol 24, pp 180–189 [35] Rice J R, Tracey D M (19690), On the Ductile Enlargement of Voids in Triaxial Stress fields J Mech Phys Solids 17 (1969), pp 201 -211 [36] Shchukin V.Y, Kozhevnikova G.V (2006), Cross-wedge rolling resistance from slipping, Theory and practice of cross-wedge rolling, Proceedings of International Scientific-Technical Conference, Minsk, September 25-29 [37] Shukin V.Y (1980), Study method of deformation stress state based on demage of metal, Izv, ANBSSR, Ser, Fiz [38] Silvio Fanini (2007), Modellinng of the mannesmann effect in tube piercing, Master thesis [39] Smirnov V.S (1947), The deformation process in cross rolling, Stal 7(6), pp 351356 [40] Sugiyama H (1971), The central cavity of transversely hot rolled shafts, Dept of Process Development, Toyota Motor Co.Ltd., Toyota, Aichi, Japan [41] Saito Y, Higashino T (1977), Stress analysis in plane-strain rotary compression of cylindrical billet, Journal of JSTP,18(199), 120}7 [42] Tetein P.K, Liuzin J.F (1960), The mechanism of metal rupture in cross rolling, Stal 10, pp 930-933 [43] Tselikov A.I (1962), Calculation theory of force on rolling machines, Moscow, Metallurgizdat [44] Tselikov A.I, Lugovsko V.M, Tretiyakov E.M (1961), The theory of transverse cold rolling in three-roll mills, Russian Engineering Journal, 7, pp 49-54 [45] Tselikov AI, Lugovsko VM, Tretiyakov EM (1961), The theory of transverse cold rolling in three-roll mills, Russian Engineering Journal 1961;7:49}54 [46] Thompson G, Hawkyard J.B (1979), Crack formation in transverse rolling a Ch review, Proceedings of First International Conference on Rotary Metalworking uy Processes, Sponsored by IFS Ltd, London, pp 171-184 User’s manual in ABAQUS V6.10 [48] Wierzbicki T, Xue L (2005), On the effect of the third invariant of the stress ên [47] Lab, MIT Xiong Y (2006), Effect of warm Cross-wedge rolling on microstructure and t tố [49] đề deviator on ductile fracture, Technical Report 136, Impact and Crashworthiness mechanical property of high carbon steel rods, Mechanical Sciences Zhao (2005), Study of stress distribution of forming slandring of automobile hi [50] ng engineering, A, vol 431, pp 152-157 ệp semi-axes with multi wedge rolling by FEM simulation art, no 604247 in ICMIT 2005, control system and robotics, Pst and 2, vol 6042, pp 4247-4247 nh Ki tế ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế NHỮNG CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Quang Pham, Hue Dang Thi Hong, Ngung Dao Minh, Nghiep D Minh, Simulation of fracture mechanism during metal drawing by finite element method (fem), The 5th South East Asian Technical University Consortium Symposium, December 2010, Ha Noi, Viet Nam Hue Dang Thi Hong, Ngung Dao Minh, Giang Nguyen Trong, Identification of Johsoncook constitutive equation of AISI 1045 steel, 4th AUN/SEED-NET regional conference on materials, December 8-9, 2011, Hanoi Vietnam Hue Dang Thi Hong, Ngung Dao Minh, Giang Nguyen Trong, Identificaton of Johsoncook damage model, Tạp chí khoa học cơng nghệ, trang 85- 90, số 94/2013 Đặng Thị Hồng Huế, Đào Minh Ngừng, Nguyễn Trọng Giảng, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ cán đến hình thành khuyết tật sản phẩm q trình cán nêm ngang, Tạp chí kim loại, số 50 tháng 10 năm 2013 ên uy Ch đề t tố hi ng ệp nh Ki tế