Máy ép dùng trong thí nghim .... ỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP CHẢY NGANG T1.1.. LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY2.1.. PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
T ng quan v công ngh ép ch y
Phân lo i quá trình ép ch y
Có nhi phân lo i công ngh ép ch y: theo s n ph ng ép, theo nhi làm vi c, theo thi t b
1.1.2.1 Phân long tác d ng
ng c a tác d i ta phân ép ch y thành nhi u lo i: ép ch y
c, ép ch y thu n, ép ch y nghiêng và ép ch y h n h p Cách phân lo i này ch y vào chi u ch i c a kim lo i so v i chi u chuy ng ca chày ho c chi u l c tác d ng
N u chi u ch y kim lo i trùng v i chi u l c tác d ng thì g i là ép ch y thu n
N u chi u ch y c a kim lo c v i chi u c a l c tác d ng (chi u chuy ng ca chiu ch y) thì g i là ép ch c
M i công ngh m c a nó, và s n ph m t các công ngh u
N u chi u ch y c a kim lo i làm v i chi u l c tác d ng m thì g i là ép ch y nghiêng Trong th c t ng gng h p ép ch y v i nhi u chi u ch y c a kim lo i khác nhau, có dòng ch y trùng v i chi u c a l c tác dc chi u và có khi có c dòng ch y không song song v i chi u ca lc tác dng - ng h p này g i là ép ch y h n h p
1.1.2.2 Phân loi theo nhit làm vic.
vào nhi làm vii ta chia làm hai lo i: ép ch y nóng và ép chy ngu i a) Ép chy ngu i. Ép ch y ngu c th c hi n trong nhi phòng ho m t chút Quá trình này có th c áp d ng cho h u ht các v t li thi t k các công c thi t y u mà có th ch c ng su t trong quá trình ép
Các v t li u có th ép ngu i là chì, h ng, titan, thi c, molipden,
n ph m c a quá trình ép nguôi là ng tr , bình nhôm, ông cu
Tính chc c a v t li u t i x y ra hing kt tinh li.
Chng b m t s n ph m t t b) Ép chy nóng Ép chc th c hi n nhi khá cao t 50-75 % nhi nóng ch y ca vt li u L c ép trong quá trình này khong 35-700 MPa
Quá trình ép ph bi n nh c nung nóng cho vào bu ép phôi ch y qua l hình c t o chi tit có hình d thoát trên khuôn
Do nhi cao và áp l c trong quá trình làm vi c ng t i tu i th c a
n khác Chính vì v y ch t là r t c n thit Dc s d ng nhi th i v i nhi
i ta ng s d ng b t th y tinh
Trong quá trình ép theo thi t b thì thi t b ép g m có: Máy ép, chày và d ng c ép
Và trong th c t h u h u th c hi n v i máy ép th y l c, chính vì th c phân lo i d a l : Ép chy ngang và ép ch y d c.
Ép chc th c hi n ép cho các chi ti t l n d ng kh i Và quá trình ép là quá trình tác d ng l kim lo i ch ng ch y c a kim lo i vuông góc l c tác d ng
Lc ép khong 15-50MN ho c có th lên t i 140MN d ng cho ép thanh và ép hình
m c a quá trình này là bi n d u do chênh l ch nhi t
Ép chy d c s d ng trong quá trình s n xu t ng nóng
c s d s n xu t các s n ph m ng thành m ng
+ Bi n d ng nh t do s u nhi c a phôi thép trong máy ép + Chng b m t tt
+ Chi u dài cho không gian ép là l n
+ Yêu c u cao v m b o nhi trong quá trình ép
S n ph m c a ép ch c bi t so v i các s n ph m c công ngh khác Vì trong ép ch y bao gi kim lo i ch y qua c a khuôn (l thoát hình) cho nên bao gi i có m t b ph n (ho c toàn b ) chi ti t có tit di vào s n ph m ép ch i ta chia ép ch y ra làm hai lo i: ép ch y hoàn toàn và ép ch y c c b S n ph m c a ép ch y hoàn toàn là các chi ti t có ti t di n gin phnh hình S n ph m c a ép ch y c c b bao gi m hai ph n: Ph n thân có hình dáng tùy ý và ph n chân có ti t dii.
Hình 1.3 Sn ph m ép ch y hoàn toàn (trái) và ép ch y c c b (ph i)
i ta còn có th phân lo i theo hình d ng s n ph m, ch ng h n ép chy hình ng, ép ch y thành m ng, ép ch
Chi ti t hình c ch t o v i thi t b ép l n, có chi u dài chày, khuôn phù h p chi u dài ng Khe h gi dày c a thành ng Sau ép chi ta s c t ng thành t t o ra s n ph m cui cùng
c m t s n ph m không ph i ch ép m t l n là ra mà có th ph i ép r t nhi u l n
Các s n ph m bc yêu c u làm vi c Cách phân lo mang tính chi Tu theo yêu c u c a s n phch ý ca nhà sn xu t mà l a chn các công ngh phù h p
Hình 1.4 Mt s hình nh v ép ch y hình ng Ép ch y thành m ch t o các chi ti t r ng, ng n, m
ng th c ph m, hóa ch này yêu c u v t li u m m
ng, chì, thi c và t ép ch y cao
Hình 1.5 Mt s hình nh v ép ch y thành m ng
Nguyên lý làm vi c c a quá trình ép ch y
Hình 1.6 Nguyên lý làm vic ca quá trình ép ch y
Nguyên lý làm vi c c a quá trình n Hình mô t nguyên lý làm vi c c y kim lo i vào khuôn và l nh hình, kim lo i s chy qua l theo nguyên lý tr l c bi n d ng nh nh t Tùy theo t ng d ng l hình mà ta thu c sn ph m riêng bi t.
D ng c gây bi n d ng chính trong quá trình ép ch y là chày và c i.
Lòng khuôn là ph n không gian gi i h n b i các b m t trong c a c i và m t chày Trong quá trình bi n d ng chày ch y vào trong lòng c i làm gi m d n th tích trong lòng khuôn
Nc chia lòng khuôn thành hai phn:
khi nó không chuy ng
i v i thành lòng khuôn Khi l thoát kim lo t trong ph n th ng c a lòng khuôn thì g i là ép ch y thu c li, khi ph n ch ng c a lòng khuôn có l thoát thì g i là ép ch c N u c hai ph u có l thoát thì g i là ép chy h n h p
S n ph m ép ch chính xác cao, h s s d ng v t li a ép chy còn cho phép t o ra các s n ph m có hình d ng ph c t khác không th t c.
1.2 Giới thiệu về phương pháp ép chảy ngang Ép ch y ngang là m c s d ng ph bi n trên th gi i Ép ch c th c hi n ép cho các chi ti t l n d ng kh i Và quá trình ép là quá trình tác d ng l kim lo i ch y vào khuôn ng ch y c a kim lo i vuông góc l c tác d ng
1.2.1 m c y ngang Ép ch y Ngoài ra
- Lc ép khong 15-50MN ho c có th lên t 140MN i
- c s d ng cho ép thanh và ép hình
- m c a quá trình này là bi n d u do chênh l ch nhi giu ca phôi. Ép chc s d ng ph bi n trên th gi s n xu t các chi ti t chuyên d ng V m c a mình, ép ch y ngang s v n chi trong s n xu t
Gi i thi u v y ngang
Nguyên lý làm vi c c a quá trình ép ch y ngang
Hình 1.7 Nguyên lý làm vic ca ép ch y ngang
Quá trình ép chy ngang xn:
n th nh t x y ra t n khi phôi b phình ra ch m vào thành
n này mang tính ch t c a nguyên công ch n nhi
n th hai n b u t khi ch phình tr ng c a phôi ch m vào
n ba b u t n khi kim loc ép chy ra l thoát ra ngoài kh ng c n thi t và k t thúc quá trìnhép ch y.
y rn k trên có th x y ra và k t thúc s m ho c mu n d ng, tùy thu i là
n sau có th b t thúc, th m chí có khi c ng th i x y ra, ho c quá trình bi n d ng có th k t thúc ngay
Trong m t s ng h n hai kéo dài quá m c, không th k t thúc
c, vì tr l c bi n d ng t i l thoát kim lo i nh các ngõ nghách khác c a
y Mu n kh c ph c hi ng này ta có th
l c bi n d ng t i l thoát kim lo i
S n ph m c y ngang
S n ph m c ép ch y ngang r ng V i nh m ca
p ôtô, xe máy, máy công c Hình 1.8 là hình
nh các s n ph m th c t c y ngang Có th th y là các s n phc truyng, kh p n
Các s n ph c s d ng ngay mà không c n gia công ti p theo
Hình 1.8 S n ph m ép ch y ngang
các sn ph m ép ch c và hình d chi tit cn dùng, không c n ph công khác.
Máy ép ch y
Máy ép ch y ch y u s d ng thu l c có i u khi n h ành tr ình, l c ép tu theo
c s n ph m, ép nóng hay ép ngu i mà l c ép c a máy t vài t n hang
nh máy ép chc s d ng trên th gi i
Quy trình công ngh truy
Công ngh d p kh i Vic ng d ng t r t lâu, song cho t i nay, h d p kh i m i d ng l ch i qui trình công ngh n
D p kh i ch y c th c hi n tr t kiti ng bi n d o c a v t li c l a chn sao cho phù h p nh t v i s n ph m d c nung t i nhi t o hình c n thi t (ví d t 1100 o n 1200 o i v i thép), tin phôi s c t o hình qua nhin, ép t , vu t, u n, ép ch y, d p thô, d p tinh,
t l , c t b i cùng ta s c s n ph m d p Các s n ph ng ch chính xác nh c khi s d ng còn qua các nguyên
t luyng h p sau khi d p sau ch c n hoàn thi n s n ph m.
t p trong khuôn kín, ép ch y r t ít
c s d c bi t là trong tr ng thái n a nóng hay tr ng thái ngu i thì h
c nghiên cng d ng V t li y u là thép Trong công ngh gia công áp l c thì t o hình kh i ch chim t ng btr ng mt na to hình tm.
Hin nay, nhu c u s n xu t các chi ti t máy b ng công ngh d p kh i ph c v cho các ngành công nghi p ô tô, tàu th y, ch t o
c n thi t ph i có nh ng công ngh phù h p cho phép nâng cao chng s n ph m, gi m thi u nh p kh c quan tâm (nhi v i ngành ch t o ô tô, h t trong b truy u phi nhp ngo i )
ch t o các chi ti t d ng kh i (ví d tr c truy p n i, tay biên, tr c khu n nay trên th gi ng s d ng công ngh d p kh
Hình 1.11 Quy trình công ngh d p kh i
V i công ngh d p kh c nhi u tiêu chí c a nhà k thu s n xu t hàng lo chính xác c n thi t, ti t ki m nguyên v t li
a là các chi ti c t ch c t c kh
i u ki n t i tr ng kh c nghi t
ng ph i có các nguyên công chu n b , các thi t b ngo i vi ph c v quá trình s n xu t t ng, c n có các nguyên công x lý v t d p sau khi d p kh i, b i s n ph m ch chính xác nhnh Trong
Vì vy, quá trình s n xu t không kinh t
Trong nghiên ct hi n r t nhi u lo i hình công ngh khác nhau cho phép ch t o các s n ph m chính xác, chy, d p kh i trong khuôn kín, d p th t, d p t i v i b t k chi ti áp d ng lo i hình công ngh công ngh , các thông s công ngh , mà m i lo i s n ph m l i c n có công ngh phù h p B n thân m i công ngh n ph i nghiên c nh các thông s
ng m t cách chính xác sao cho quá trình công ngh t t.
Quy trình công ngh
i v i các chi ti t d ng kh p n i, yêu c u v c bi t là t i các v trí giao nhau gia các tit ding th kim lo i liên t c, t ch c t vi c a chi ti n thic nh ng yêu c u nh nâng cao tui th c a chi ti t Ép ch c áp d ng trong th c ti n s n xu t Tuy nhiên, còn có r t nhi u v n ph i gi i quy t ti nhi c chng s n ph m t t nh h t mng thng t o hình nh và nh nh t, m bi n d ng c n thi t ph i t ng
quá trình công ngh ng n nh t, k t c u khuôn m u, t bi n d ng, thi t b ép phù h
Hình 1.12 Các s n ph m ép chy ngang
Nhận dng thuộc tnh vật liệu
n u xu t phát theo nhánh (b) là theo qui trình
Không còn phù h p v i xu h ng phát tri n công ngh
Các b c ti p c n t lý thuy t n mô ph ng không t n kém mà hi u qu mang l i r t cao H n ch c t khi vào th c nghi m Giúp ti t ki m th i gian và ti n b c.
Khi th c hi n mô ph ng s , toàn b các khâu c a quá trình s n xu t th t thi t k , hi u ch c th c hi n trên máy tính Xu t phát t ng hay s n ph m m u, mô hình c a s n ph m s c dng trên máy tính, m i hi u ch nh công ngh c th c hi n tr c ti p thông qua giao di i-máy t ng hi u ch nh h p lý nh m t Hình 1.13 là qui trình t công ngh nh mô ph ng s
Do t t c các thao tác hi u ch nh nh m t c th c hi n
t k t qu mong mu thc hi n m t quá trình công ngh c th i tn nhi u th c ch th và hi u ch u su t tính toán, thi t k , ch t
ng s n ph m và kh nh tranh
Ngoài hi u qu v kinh t và th i gian, mô ph ng s quá trình bi n d ng còn giúp tr l nhi u câu h i mà b ng th c nghi m trong th c t khó th i c
Có th bi ng phân b ng su t và bi n d ng trong quá trình t o hình, các d ng h ng hóc có th x y ra t ng quynh công ngh h p lý nh m t ó là lý do vì sao ngày nay mô ph ng s ngày càng
c s d ng r ng rãi trong m c công nghi p
1.3 Các công trình đã nghiên cứu v ép ch y ngang trên th gi i ề ả ế ớ Ép ch y ngang là công ngh c ng d ng r ng rãi trên th gi i các
i hu các công b nghiên c u v công ngh này Ép ch y ngang không ph i là công ngh m i, vì v y các công trình nghiên c u v t nhi u
T Altinbalik, (2006) [1] nghiên c u ép ch y ngang ng tr t o vành V t li u ép là thép AISI 1006, vng h p ép t o vành khác nhau thì tác gi c
ng cong l c gi a mô ph ng và th c nghi m M c dù v y thí nghi m l
n ng c a v n t c ép và nhi n l c trong qúa trình ép
H Jafarzadeh et al, (2012) [2] trong nghiên c u ép ch y ngang các chi ti t bánh
ng cong l c gi a mô ph ng và th c nghi m V i v t li u ép là chì nguyên ch t ng kính phôi là 20 mm, chi u cao phôi là 55mm, h s ma sát 0.04 Thí nghi m này xét chì có thu o
M Zadshakoyan, (2009) [3] nghiên c u ép ch y ngang trên v t li u thép AISI 1006, tuy nhiên tác gi n ng c y u t nhia n quá trình ép
Sanjeeb Kumar Tirkey, (2007) [4 ] u ch t o các tr b ng công ngh ép ch y ngang Tuy nhiên thí nghi m dùng chì làm thí nghi m và các thí nghit lio Các thí nghim n
Hai tác gi H Jafarzadeh và Sanjeeb Kumar Tirkey là hai tác gi có nhi u nghiên c u v ép ch y ngang mà k t h c c mô ph ng và th c nghi m Tuy nhiên các nghiên c u c a tác gi các tác gi khác m i ch d ng l i nghiên c u v kim lo i có thu n ng ca truy n nhi n l c ép trong quá trình gia công
Thi gian gu v lý thuy t và th c nghi m quá trình ép ch y nói chung và quá trình ép ch y ngang v n ti p t c nghiên c u, [6-16]
Chng 1 cung c p c s lý thuy t c b n v công ngh ép chy ngang Nghiên c u t ng quan cho th y, công ngh ép chy ngang c ng d ng r ng r vào trong c t s n t Các công trình nghiên c u, các báo cáo khoa h ãi th su c v công ngh i nhi m b c m i quan h gi a mô ph ng và th c nghi m l bên trên, quá trình k t h p mô ph ng và th c nghi m v c công nh n là mang l i hi u qu r t l n, giúp gi chi phí s n xu t Chính vì v y v i b t k công ngh nào,
c m i quan h gi a mô ph ng và th c t
N i dung c a lu ng k t h p gi a mô ph ng và th c t Tác gi t h p gi a mô ph ng và th c nghi t cách khách quan v ng c a các y u t công ngh n quá trình ép
CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ
TRÌNH ÉP CHẢY 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình t o hình
2.1.1 Ma sát trong quá trình ép ch y
Bi t r ng khi kim lo i b bi n d ng trong lòng khuôn thì chi u c a l c ma sát b bi n d ng theo chi u d ch chuy n c a kim lo i Ta s so sánh ma sát trong hai quá trình c và ép xuôi a) b)
ép ch y xuôi (a) và ép ch c (b) v i h th ng l c tác d ng lên phôi Trong hình trên, ta th tác d ng l c c a hai quá trình khác nhau Các thành ph n l c pháp tuy n 1,2,3,4 và l c ma sát 5 u có Nh ng l c ma sát 6,7 ch thy quá trình ép ch y xuôi, ép ch c không có s d ch chuyi gi a kim lo i và thành lòng khuôn nên không có các thành ph n l c ma sát 6,7 Do c hi n ép ch c s gi m b t bi n d i ép ch y xuôi
Ma sát ng r t nhi c c a vùng bi n d ng chính (vùng t p trung nhi u ng su t nh t), t t và cht
H s ép ch y là h s gi a ti t di n m t c u và ti t di n m t c t sau khi ép chy c a phôi i ép nóng thép
2.1.3 ng c a nhi n quá trình ép ch y
thì ng su t ch y d o c a v t li u gi m và kh n tr bi n d n m.
Nhi làm vi c ph nh m b o cho kim lo d o thích h p
Nhi làm vi c ph i th nóng ch y và gi i h n giòn nóng c a vt liu
Nhi ng c ; hóa m m chày, khuôn Khó u ch p
Nhi làm vi c trong ép ch ng su t nén l gi m thit v phôi
Nhi c a phôi ph thu c vào:
Nhit phát sinh do bi n d ng d o
Nhit phát sinh do ma sát gi a phôi và khuôn
Kh n nhing bên ngoài c a phôi và khuôn
Nhi làm vi c trong ép ch ng su t nén l gi m thit v phôi
N u ta b qua gradient nhi , nhi t c th i trung bình c a v t li u bi n d ng t i thm nh theo công th c:
: nhi c a khuôn : h s truy n nhi t gi a khuôn và v t li u : chiu dày v t li u gi a khuôn, chày
N u nhi n d ng và ma sát, thì nhi trung bình c a v t li u t i thm là:
: nhit phát sinh do bi n d ng
Nt ép chy , thì h s ép chy và lc ép
N bi n d phân tán nhi t gi c l i, t bi n dng gi m, nhi s phân b u trong phôi và cho phép h s ép ch y l
m c a quá trình ép ch y là t c dòng ch y v t li ng tích c c Chính s nh c a dòng ch Trong quá trình ép ch y, các thông s công ngh u n vi c hình thành dòng chy nh này Hình 2.2 là hình nh tr c quan v dòng ch y v t li u trong quá trình ép
Hình 2.2 Dòng ch y vt liu trong quá trình ép
Có th nh n th n d ng c a khuôn là lúc này dòng kim lo i b bi n d ng mãnh li t nh t N ép quá l n s r t d gây khuy t t y các y u t công ngh u v i nhau Vi c quan tr ng nh c m i quan h c a các thông s này
2.2 Các d ng khuy ết tật trong quá trình ép ch y ả
Sau gia công, kim lo i có b m t g gh , xu t hi n các v t n c gi là v t n t nhánh cây Nguyên nhân c a hi ng này là do phát sinh ng su t kéo theo chiu d c khi phôi b ép qua khuôn.
ng h p ph bi n nh t là t chày quá cao so vu ki n nhi cho
nhi th i áp lt ng t là nguyên nhân gây ra phá v b m t, có th n
Nt b m t s làm cho b m t c a chi ti m bu ki n làm vi c Nguy hi c s r t d phát sinh các khuy t t t l n
Gây h ng hóc, tai n n s n xu t
Nhi cao phát sinh do kim lo i b u nóng ch y, gây ra phá v
Hình 2.3 Sc nhit ép ch y nhôm
ng s n ph m khi ép nóng, tuy l c ép nóng có giu phu ch nh t t nhi ép.
Nt tâm ho c ngoài b m t s n ph m (center burst or chevron cracking) có th x y ra u ki n h s ép ch y th u ki n ma sát th p vùng bi n d ng trong khuôn ép chy
N u ma sát gi a phôi và công c l n, s n ph m hoàn thi n Ma sát nh s gây ra nt tâm
Hình 2.5 Hing l n h i v tính ch t v t liu
ng h p ép ch y v i bi n d u, bi n d ng nhi u
ng (c u có bi n d ng theo c chi u ngang và chiu d c), d i cu trúc và tính ch t.
Do nhi làm vi c quá cao, gây ra hi ng l n h t, có th nhìn th y nh ng vùng ht ln quá m c hình bên
Quá trình nghiên c u lý thuy t ng c a các thông s công ngh n quá trình gia công là h t s c c n thi t Các lý thuy p m t cách nhìn tr c quan, giúp các nhà nghiên c u thu h c các thông s c n nghiên c t giúp quá trình nghiên cu d
C trong lu th i quá trình ép ch y ngang, có r t nhi u các thông s n quá trình ép Tuy nhiên ch có m t vài thông s có nh
ng quy n tính hi u qu c a công ngh k n nh
ng c a y u t sát, v ma n t c ép, hình d ng khuôn ép, ch nhi t trong quá trình ép Các y u t này l i có m i quan h qua l i v i nhau Vi i y u t
u có ng nhn các y u t còn l i Các y u t ng này
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY NGANG KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG PHẦN MỀM
3.1 Gi i thiớ ệu vềphần m m Deform3D ề
Deform là m t nhóm ph n m m mô ph ng s n t h u hc s d ng r ng rãi trong các quá trình mô ph ng s các quá trình t o hình kim lo i và h o hình Nhóm các ph n m c xây d ng b i t Technologies Corporation), [17]
Mô ph ng s giúp làm gi m th i gian thi t k , t ng
ng th i làm gi m chi phí cho s l n s n xu t th n xu t hàng lo t s n ph m Bên c a ch n tìm ki m hình d ng t t trong quá trình gia thi t k khuôn gia công kim lo i chính xác và d
n m c s d ng r ng rãi t i các công ty l n, các trung tâm nghiên c v i m u n chng s n ph m cc ng d ng nhi u nh t trong các ngành gia công bi n d ng d o kim lo i b ng áp l p hàng không, ô tô d u khí và các ngành công nghin gia công bi n d ng d o kim lo i v i m t o hình chính xác và nâng cao ch ng s n ph m qua vi c phân tích k t c u khuôn t o hình, ng c a các thông s c a khuôn và phân tích các bi n s trong quá trình gia công t , ng su t, m bi n d ng, t bi n d ng, phá hu m rút ra các giá tr t c a khuôn to
Các y u t n quá trình t o hình
Ma sát trong quá trình ép ch y
Bi t r ng khi kim lo i b bi n d ng trong lòng khuôn thì chi u c a l c ma sát b bi n d ng theo chi u d ch chuy n c a kim lo i Ta s so sánh ma sát trong hai quá trình c và ép xuôi a) b)
ép ch y xuôi (a) và ép ch c (b) v i h th ng l c tác d ng lên phôi Trong hình trên, ta th tác d ng l c c a hai quá trình khác nhau Các thành ph n l c pháp tuy n 1,2,3,4 và l c ma sát 5 u có Nh ng l c ma sát 6,7 ch thy quá trình ép ch y xuôi, ép ch c không có s d ch chuyi gi a kim lo i và thành lòng khuôn nên không có các thành ph n l c ma sát 6,7 Do c hi n ép ch c s gi m b t bi n d i ép ch y xuôi
Ma sát ng r t nhi c c a vùng bi n d ng chính (vùng t p trung nhi u ng su t nh t), t t và cht
H s ép ch y
H s ép ch y là h s gi a ti t di n m t c u và ti t di n m t c t sau khi ép chy c a phôi i ép nóng thép
2.1.3 ng c a nhi n quá trình ép ch y
thì ng su t ch y d o c a v t li u gi m và kh n tr bi n d n m.
Nhi làm vi c ph nh m b o cho kim lo d o thích h p
Nhi làm vi c ph i th nóng ch y và gi i h n giòn nóng c a vt liu
Nhi ng c ; hóa m m chày, khuôn Khó u ch p
Nhi làm vi c trong ép ch ng su t nén l gi m thit v phôi
Nhi c a phôi ph thu c vào:
Nhit phát sinh do bi n d ng d o
Nhit phát sinh do ma sát gi a phôi và khuôn
Kh n nhing bên ngoài c a phôi và khuôn
Nhi làm vi c trong ép ch ng su t nén l gi m thit v phôi
N u ta b qua gradient nhi , nhi t c th i trung bình c a v t li u bi n d ng t i thm nh theo công th c:
: nhi c a khuôn : h s truy n nhi t gi a khuôn và v t li u : chiu dày v t li u gi a khuôn, chày
N u nhi n d ng và ma sát, thì nhi trung bình c a v t li u t i thm là:
: nhit phát sinh do bi n d ng
Nt ép chy , thì h s ép chy và lc ép
N bi n d phân tán nhi t gi c l i, t bi n dng gi m, nhi s phân b u trong phôi và cho phép h s ép ch y l
m c a quá trình ép ch y là t c dòng ch y v t li ng tích c c Chính s nh c a dòng ch Trong quá trình ép ch y, các thông s công ngh u n vi c hình thành dòng chy nh này Hình 2.2 là hình nh tr c quan v dòng ch y v t li u trong quá trình ép
Hình 2.2 Dòng ch y vt liu trong quá trình ép
Các d ng khuy t t t trong quá trình ép ch y
Phá v b m t
Sau gia công, kim lo i có b m t g gh , xu t hi n các v t n c gi là v t n t nhánh cây Nguyên nhân c a hi ng này là do phát sinh ng su t kéo theo chiu d c khi phôi b ép qua khuôn.
ng h p ph bi n nh t là t chày quá cao so vu ki n nhi cho
nhi th i áp lt ng t là nguyên nhân gây ra phá v b m t, có th n
Nt b m t s làm cho b m t c a chi ti m bu ki n làm vi c Nguy hi c s r t d phát sinh các khuy t t t l n
Gây h ng hóc, tai n n s n xu t
S c nhi t
Nhi cao phát sinh do kim lo i b u nóng ch y, gây ra phá v
Hình 2.3 Sc nhit ép ch y nhôm
ng s n ph m khi ép nóng, tuy l c ép nóng có giu phu ch nh t t nhi ép.
N t tâm ho c ngoài b m t
Nt tâm ho c ngoài b m t s n ph m (center burst or chevron cracking) có th x y ra u ki n h s ép ch y th u ki n ma sát th p vùng bi n d ng trong khuôn ép chy
N u ma sát gi a phôi và công c l n, s n ph m hoàn thi n Ma sát nh s gây ra nt tâm
Hình 2.5 Hing l n h i v tính ch t v t liu
ng h p ép ch y v i bi n d u, bi n d ng nhi u
ng (c u có bi n d ng theo c chi u ngang và chiu d c), d i cu trúc và tính ch t.
Do nhi làm vi c quá cao, gây ra hi ng l n h t, có th nhìn th y nh ng vùng ht ln quá m c hình bên
Quá trình nghiên c u lý thuy t ng c a các thông s công ngh n quá trình gia công là h t s c c n thi t Các lý thuy p m t cách nhìn tr c quan, giúp các nhà nghiên c u thu h c các thông s c n nghiên c t giúp quá trình nghiên cu d
C trong lu th i quá trình ép ch y ngang, có r t nhi u các thông s n quá trình ép Tuy nhiên ch có m t vài thông s có nh
ng quy n tính hi u qu c a công ngh k n nh
ng c a y u t sát, v ma n t c ép, hình d ng khuôn ép, ch nhi t trong quá trình ép Các y u t này l i có m i quan h qua l i v i nhau Vi i y u t
u có ng nhn các y u t còn l i Các y u t ng này
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP CHẢY NGANG KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG PHẦN MỀM
3.1 Gi i thiớ ệu vềphần m m Deform3D ề
Deform là m t nhóm ph n m m mô ph ng s n t h u hc s d ng r ng rãi trong các quá trình mô ph ng s các quá trình t o hình kim lo i và h o hình Nhóm các ph n m c xây d ng b i t Technologies Corporation), [17]
Mô ph ng s giúp làm gi m th i gian thi t k , t ng
ng th i làm gi m chi phí cho s l n s n xu t th n xu t hàng lo t s n ph m Bên c a ch n tìm ki m hình d ng t t trong quá trình gia thi t k khuôn gia công kim lo i chính xác và d
n m c s d ng r ng rãi t i các công ty l n, các trung tâm nghiên c v i m u n chng s n ph m cc ng d ng nhi u nh t trong các ngành gia công bi n d ng d o kim lo i b ng áp l p hàng không, ô tô d u khí và các ngành công nghin gia công bi n d ng d o kim lo i v i m t o hình chính xác và nâng cao ch ng s n ph m qua vi c phân tích k t c u khuôn t o hình, ng c a các thông s c a khuôn và phân tích các bi n s trong quá trình gia công t , ng su t, m bi n d ng, t bi n d ng, phá hu m rút ra các giá tr t c a khuôn to
Nhóm s n ph m Deform bao g m các mô hình mô ph ng 3 chi 3D, Deform F3, phân tích ng su t khuôn 3D, cán vòng, phân tích hình d ng công c , mô ph n mô ph hình 2 chi u s d ng khi các bài toán không nh t thi t ph i mô ph ng trên không gian 3 chi n d ng ph i x ng tròn xoay Vào nh n
c s d mô ph ng quá trình rèn nóng các lo i s n ph m rèn có hình di xc khu u, tay biên, pistông, thanh truy n , vi c mô ph c ph c hi ng phá hu khuôn và d ng c gia công khác
Hình 3.1 Sn phm khp n i ch th p th c t
Khp n i tr c là m t b ph n i và truy n momen xo n gi a hai thành ph n chuy ng là n i gi a 2 tr c Có r t nhi u ng d ng c a kh p n i, ví d d y nh t là trong ô tô chúng ta có kh p n th p n i ch p, n i truy n t th i c u tr c phía sau Ngoài ra, kh p n i còn có tác du ch nh t a quá t ,
Khp ch th c s d ng vì nó có c u t n và ch chính xác Nó có hai n ng, m t n c hàn v i tr ng khác g n lin v i bích n i ho c kh t, còn tr c ch thp (tr c bi ch thc g n l p vào gi chúng qua các vòng bi Tr c ch a thc làm t loc bit và có bn c trc bin c ng bè m b n cao và ch ng mài mòn
S i v n t c góc c a kh p n i ch p b i b b i hai kh p các th lo
t t u tr c ch ng (bên h p s u tr c b ng (bên b vi sai n a tr c ch ng và tr c b t song song v n s thay
i vè t quay và momen xo n Tuy nhiên, có s khác nhau vè kh
c trong m t xe t i dùng tr a kh p V i k thu t b trí l
u di n c th thì hình trên ta th y, lúc kh p n nh t tng tp n i th hai t ng t i thi u
u này giúp duy trì m t t ánh xe dng m t v n t c
i c a tr c khu u Vi c duy trì này v n b m t t ngay c khi t c a trc truy n n m gi a hai kh p n i liên t c
Khp nu n i và truy c s d truy n mômen gi a các c m không c nh trên cùng m ng tr c và các c m này có th b
i v i trong qua trình làm vi c Ví d trong h th ng truy n l c c a ôtô các kh p n n i gi a các tr t t i h p s v i c u ch ng ho n i gi a c u ch ng v i bánh xe h thc l p
Hình 3.2 Khp n i ch th p trong tr c các-
m trên nên truy ng các kh p n i không nh ng ph i b m
ng h c gi u vào và u ra mà còn ph i có kh ch chuy n d c tr
truy n mômen v i kho ng cách l n, các kh p n i còn có th liên kt vi các kh p n i khác
Do khp nng v i công su i l n, ch u momen xo n nên có nh ng yêu c u sau:
- D b o trì và ch ng mài mòn
Trên c s n ph m ch mô ph ng quá trình ép ch y ngang S n ph c thit k trên ph n m m Solidworks.
Phôi s d ng trong bài toán mô ph ng là phôi d ng tr c tính toán du ki n th i và có kích c nh h 3.4 ình
3.2.2.3 Mô hình khuôn và chày
Khuôn ép chy là ph n t o hình s n ph c tính toán d a trên nguyên lý ca quá trình ép ch c s n ph m thi t k c c a
c và mô hình 3D c a khuôn trên
Khuôn ép chc làm t các mác thép h ng dùng làm khuôn ép chm bu ki n cho khuôn ép làm vic vi thi gian dài và chng c a nhi
B ng 3.1 Thành ph n hoá h c ca thép SKD 61
TP HH C Si Mn Cr Mo V P S
Chày ép là 1 b ph n quan tr c c a chày
c tính toán du ki n v c s n ph c phôi,
phù h p v i bài toán mô ph ng
Hình 3.7 c và mô hình 3D c a chày ép
c làm t thép h b n cao, ch u ma sát, ch u mài mòn và ch u nhi t, có tu i th cao Vt liu làm chày là thép SKD 11
B ng 3.2 Thành ph n hoá h c c a thép SKD 11
TP HH C Si Mn Cr Mo V W P S
3.2.2.4 Mô hình mô ph ng
Theo nguyên lý làm vi c và lý thuy t ép ch u trên, khuôn và
Hình 3.8 Mô hình 3D và mô hình mô ph ng
B qua bài toán truy n nhi t, ch n bài toán bi n d ng c a phôi nên ch
i cho phôi Bài toán có di x ng tr c nên trong các mô ph i
s d ng mô ph ng v u V i c c a phôi trên,
c chia 20000 ph n t (1/4 phôi) L a ch n ki u ph n t t di n
3.2.3 V t li u s d ng mô ph ng
Hình 3.9 V trí c a Pb trong h th ng tu n hoàn hóa h c
Chì là m t nguyên t hóa h c trong b ng tu n hoàn hóa h c vi t t t là Pb (Latin: Plumbum) và có s nguyên t i phát hi n và s d kho
Chì là lo i kim lo i có màu sáng xanh, ki u m ng l n tâm Chì thuc nhóm kim lo i màu n ng, kh ng nguyên t 207,19; kh ng riêng 11,34g/cm3 Nhi chy th p (327,4 0 C) trong khi nhi sôi là 1740 0 C. Chì chi m v trí quan tr ng trong công nghi c tính quan trong c a chì là: r t m m, d b n hóa hng axít t t do t c màng b o v v ng ch c Chì có kh o h p kim v i nhi u kim lo i màu khác
Hình 3.10 Kim lo i chì nguyên ch t
3.2.4 Nh n d ng mô hình ng x c a v t li u b
S d ng thí nghi m th v t liu Chì nh n d ng mô hình V i gi thi t là v t li o nh t hóa b n
M u th M u nén th c th Hình 3.13 là nguyên lý th
- Thí nghim th c thc hin trên máy ki MTS 809
- V t li u s d mô ph ng là Chì nguyên ch t (99.9%)
i E(GPa), h s poát xông = 0.44, khng riêng, 340 g/cm 3 S d ng thí nghi m th nh n d ng mô hình M u th
- Vi gi thit vt liu có thu c tính d o nh t ng cong ng su t, bin d ng ca Chì tuân theo quy lu t mô
- nh n d ng các h s trong mô hình v t li u trên, thí nghi c ti n hành t i ba t n d ng khác nhau là: bi
T k t qu thí nghi m, qua x lý s li ng cong quan h gi a
Hình 3.14 ng cong ng su t-bi n d ng c a Chì
H s và C n o và h s nh t i t bi n d ng tham chi c ch n là = 1s -1 Hai h s này nh n
c b ng cách tuy ng cong ng su t -bi n d ng trong mi n bi n d ng d o c a v t li u
H s m c nh n d ng d a vào t s quan h gi a ng t và tsu bin d ng t i m t m bi nh, =0.5 Nghiên c u này b qua nh
Hình 3.15 Quan h gi a ng su t và t bin d ng t
Sau khi t s c a mô hình c cho b i b ng sau:
Và m i quan h gi a ng su t và bi n d ng là:
mô hình s c s d ng trong mô ph ng bài toán ép ch y ngang kh p n i ch p b ng ph n m m Deform3D th
u ki n dùng trong mô ph c cho bi bng 3.3
B ng 3.3 u ki n biên Điều ki n biên ệ Thông số Giá trị
- Khuôn c nh và c ng tuy i
Chày ép - V n t c chày ép, (mm/s) v
- Hành trình chày ép (mm)
3.2.5 K t qu hình d ng sau khi mô ph ng
nh k t qu sau khi mô ph ng S n ph m nh c có hình d ng gi ng v i sn phc thit k
Hình 3.16 Hình nh s n ph m hoàn ch nh sau mô ph ng
3.2.5.1 ng c a các thông s công ngh n l c ép
t c các công ngh t c ép là
1 trong nh ng thông s công ngh chính T l c ta s tính toán, thi t k và nghi m b n các chi ti t cho máy máy ép, ch n công su c u này s xem xét ng c a các thông s s ma sát, v n t c ép, góc
n trong khuôn, truy n nhi l n c a l c trong quá trình ép
Ma sát là m t y u t quan tr ng mà trong b t k m
u ph n ng c i v i t ng công ngh là khác nhau
t qu nghiên c u ng c a h s ma sát trong ép ch y ngang
Lc tính theo công th c Culong fp, f là h s ma sát, p áp l c ép Khi kim loi bin d ng d o trong khuôn ép ch u ng c a nguyên lý tr lc nh nh t Theo nguyên lý này, khi tr l c n tr bi n d ng ca phôi.
T nh n th th f =0.04 0.12 thì l u này phù h p v i lý thuy t v gia công kim lo i bng áp l c Tuy nhiên trong vùng
V n t quan tr ng n quá trình tính toán C th n u v n t c ép l n s làm cho t bi n d ng l n do v t li u d o nh t Trong nghiên c u này kh o sát v n t c ép t i các giá tr là 0.23 mm/s, 0.5 mm/s, 1 mm/s
K t qu mô ph ng nh c phù h p v i nh ng nh u, khi mà v n t u c gi n t c ép thì th i gian ti p xúc gi bi n d ng
n là 1 thông s công ngh ng tr c ti n l c ép Trong mô ph ng này kh o sát t i 3 giá tr n l t là : R=1; R=3; R=5.
Nhn th y r n thì lng gi m c bit trong vùng có kim loi ch y qua ph n c gii thích là
Trong quá trình ép ch y có s i nhi là do 1 s nguyên nhân sau:
- Truy n nhi t gia phôi và khuôn
- Nhit t sinh ra trong quá trình bi n d ng d ng
l ch chuyng (bi n d ng d o) b ng 10% t ng cung c p,
ng còn l i là sinh nhi t )
Mà v t li u có thu c tính d o nh t , chính vì v y khi nhi
Hình 3.20 ng c a truy n nhi n lc ép
khi có truy n nhi t thì l c ép gith c gi i thích là nhi t sinh ra trong quá trình bi n d ng s l t mn nhi t + b c x ), nhi trong lúc ép s l c khi ép, kim lo i s d chy do
3.2.6 T n k t qu mô ph ng v hình d ng c a s n ph m
Hình 3.21 Kt qu mô ph ng hình d ng s n ph i các thông s
Nhn th y hình (a) là có ch ng b m t và hình d ng t t nh t Qua nghiên c u ng c a các thông s c các thông s t
Và t nh ng nghiên c u sau v ng su t và bi n d ng trong quá trình ép ch y thì s dùng b thông s mô ph ng
3.2.7 Phân tích ng su t-bi n d ng v i b thông s h p lý
ng su t là thông s ng trong công ngh ép Trên nh ng vùng bi n d ng có tr kháng bi n dng l n s ng ng su t l n Phân b ng ng su t trên thân vc th hi n trên hình 3.22
Hình 3.22 ng su t theo chi u d c s n ph m (a) - ng su t theo chi u ngang s n ph m (b)
ng ng su t phân b t p trung trên b m t ti ng t p trung v tâm c a s n ph phân b ) Giá tr l n nh t cth a ng su t l n nh t kho ng 52.4 Mpa trên b m t tip xúc v i khuôn
V trí 1: V y kim lo i và v trí 2: v n c a khuôn : xu t hi n ng su t c c b ng su t c c b xu t hi n t n cht
ng s n ph m sau khi ép
So sánh phân b ng su t trong quá trình ép ch y
Hình 3.23 Phân b ng su ng ép
c dùng mô ph ng có chi u dài là 45 (mm), yêu c u ép phôi 30 (mm)
V y g ng vc 30 (mm) là 100% Kh o sát phân b
ng su t t ng ép là : 30%, 50%, 90%
Trong quá trình ép, bic phân b ng su nào là h t s c quan trt :
S : Din tích ti p xúc (mm 2 )
Vì vy phân b ng su n phân b l c trong trên hình 3.23u, vng ép nh (30%), phân b ng su t tp trung ch y u t n tin phân b
ng sun c v ph l n Vn cung ép
y kim lon ra, có th th y ng su
n gi i h n l n nh t, mi n phân b n h t s n ph m, t p trung ch y u t i tâm và b m t tip xúc giy, càng v sau, l lên
Trong bài toán bi n d ng d o, thông s quan tr ng c n phân tích là bi n d ng ca vt liu
Quá trình bin d ng là ho ng t o hình d c mong mung thn các khuy t t t bên trong v t liu
Trên hình 3.24 hi n phân b bi n d ng d c và ngang theo chi u tr c c a vth t ép sau ép
Hình 3.24 Phân b bi n d ng trên m t c t ngang tr c (a)- Phân b bi n d ng trên mt ct dc tr c (b)
Bin d ng nhi u nh t t p trung tâm v t ép, ngoài ra còn xu t hin c c b t i
p xúc giu này s n thc nghim
So sánh phân b n d ng trong quá trình ép chbi y
Hình 3.25 Phân b bi n d ng ép
Có th y r t rõ ràng quá trình phân b mth n d ng trong quá trình ép bi
u tiên vng ép nh (30%), m c bi n d ng ít, ph xu t hi n bi n d ng mà t p trung ch y u t i tâm (v lên (50%) thì m n dbi n t p trung tng phân b ra nhánh Và v ng ép gn yêu c u (90%) thì phân b m bi n d g n h t s n ph m, lúc này t y
n ra và m bi n d t cao nhn cu i có vai trò l n chng b m t s n phng ép 90% thì t i b m t ti p xúc gi a phôi và khuôn có m c bi n d ng cao Vì v n này phi
c quan tâm và theo dõi.
Hình 3.26 Phân b phá hy theo chiu ngang s n ph m
phá h y t p trung trên b m t s n ph m Ch ti p xúc c a phôi và khuôn (v c bit là v y (v i chú ý vì d x y ra v t nt, gây h ng s n ph m
Hình 3.27 Phân b t i tr ng trên khuôn
Hình 3.27 bi u di n m i quan h gi a t i tr ng c a khuôn ép trên theo th i gian trong quá trình ép Có th nh n th y rõ ràng r ng, l n theo thi gian ép i vi c khi phôi ép càng xu ng sâu vào khuôn ép thì l c ép
y nh trong lòng khuôn ép thì l c ép không thay
i nhi u và khi phôi ch m vào thành ngoài cùng các nhánh thì t i tr t ng t Vì lúc này xu t hi n ph n l c c a khuôn T i tr ng l n nh ng lên khuụn (tớnh cho ẳ khuụn) là 4.25 kN
V i m c tiêu là nghiên c u ng c a các y u t công ngh n quá trình ép, các kt qu c yêu ct ra.
Các y u t ma sát, v n t n khuôn, ng c a truy n nhi t c c nghiên c u thông qua quá trình mô ph ng Các k t qu
ng v i các lý thuy t qu mà các tác gi
xem xét ng c a các thông s công ngh
ng nghcô c n thi t và thi t k b khuôn ép tin hành th c nghi m trình bày các k t qu thc nghi m và so sánh v ki t qu mô ph ng
CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ÉP CHẢY NGANG
i thi u t p n i ch p là 1 b ph n quan tr ng trong th truy ng c a tr c Hi n nay có khá nhi t o kh p n i ch thn là s d p Ép ch
Mô ph ng s
V t li u s d ng mô ph ng
Hình 3.9 V trí c a Pb trong h th ng tu n hoàn hóa h c
Chì là m t nguyên t hóa h c trong b ng tu n hoàn hóa h c vi t t t là Pb (Latin: Plumbum) và có s nguyên t i phát hi n và s d kho
Chì là lo i kim lo i có màu sáng xanh, ki u m ng l n tâm Chì thuc nhóm kim lo i màu n ng, kh ng nguyên t 207,19; kh ng riêng 11,34g/cm3 Nhi chy th p (327,4 0 C) trong khi nhi sôi là 1740 0 C. Chì chi m v trí quan tr ng trong công nghi c tính quan trong c a chì là: r t m m, d b n hóa hng axít t t do t c màng b o v v ng ch c Chì có kh o h p kim v i nhi u kim lo i màu khác
Hình 3.10 Kim lo i chì nguyên ch t
Nh n d ng mô hình ng x c a v t li u b
S d ng thí nghi m th v t liu Chì nh n d ng mô hình V i gi thi t là v t li o nh t hóa b n
M u th M u nén th c th Hình 3.13 là nguyên lý th
- Thí nghim th c thc hin trên máy ki MTS 809
- V t li u s d mô ph ng là Chì nguyên ch t (99.9%)
i E(GPa), h s poát xông = 0.44, khng riêng, 340 g/cm 3 S d ng thí nghi m th nh n d ng mô hình M u th
- Vi gi thit vt liu có thu c tính d o nh t ng cong ng su t, bin d ng ca Chì tuân theo quy lu t mô
- nh n d ng các h s trong mô hình v t li u trên, thí nghi c ti n hành t i ba t n d ng khác nhau là: bi
T k t qu thí nghi m, qua x lý s li ng cong quan h gi a
Hình 3.14 ng cong ng su t-bi n d ng c a Chì
H s và C n o và h s nh t i t bi n d ng tham chi c ch n là = 1s -1 Hai h s này nh n
c b ng cách tuy ng cong ng su t -bi n d ng trong mi n bi n d ng d o c a v t li u
H s m c nh n d ng d a vào t s quan h gi a ng t và tsu bin d ng t i m t m bi nh, =0.5 Nghiên c u này b qua nh
Hình 3.15 Quan h gi a ng su t và t bin d ng t
Sau khi t s c a mô hình c cho b i b ng sau:
Và m i quan h gi a ng su t và bi n d ng là:
mô hình s c s d ng trong mô ph ng bài toán ép ch y ngang kh p n i ch p b ng ph n m m Deform3D th
u ki n dùng trong mô ph c cho bi bng 3.3
B ng 3.3 u ki n biên Điều ki n biên ệ Thông số Giá trị
- Khuôn c nh và c ng tuy i
Chày ép - V n t c chày ép, (mm/s) v
- Hành trình chày ép (mm)
K t qu hình d ng sau khi mô ph ng
nh k t qu sau khi mô ph ng S n ph m nh c có hình d ng gi ng v i sn phc thit k
Hình 3.16 Hình nh s n ph m hoàn ch nh sau mô ph ng
3.2.5.1 ng c a các thông s công ngh n l c ép
t c các công ngh t c ép là
1 trong nh ng thông s công ngh chính T l c ta s tính toán, thi t k và nghi m b n các chi ti t cho máy máy ép, ch n công su c u này s xem xét ng c a các thông s s ma sát, v n t c ép, góc
n trong khuôn, truy n nhi l n c a l c trong quá trình ép
Ma sát là m t y u t quan tr ng mà trong b t k m
u ph n ng c i v i t ng công ngh là khác nhau
t qu nghiên c u ng c a h s ma sát trong ép ch y ngang
Lc tính theo công th c Culong fp, f là h s ma sát, p áp l c ép Khi kim loi bin d ng d o trong khuôn ép ch u ng c a nguyên lý tr lc nh nh t Theo nguyên lý này, khi tr l c n tr bi n d ng ca phôi.
T nh n th th f =0.04 0.12 thì l u này phù h p v i lý thuy t v gia công kim lo i bng áp l c Tuy nhiên trong vùng
V n t quan tr ng n quá trình tính toán C th n u v n t c ép l n s làm cho t bi n d ng l n do v t li u d o nh t Trong nghiên c u này kh o sát v n t c ép t i các giá tr là 0.23 mm/s, 0.5 mm/s, 1 mm/s
K t qu mô ph ng nh c phù h p v i nh ng nh u, khi mà v n t u c gi n t c ép thì th i gian ti p xúc gi bi n d ng
n là 1 thông s công ngh ng tr c ti n l c ép Trong mô ph ng này kh o sát t i 3 giá tr n l t là : R=1; R=3; R=5.
Nhn th y r n thì lng gi m c bit trong vùng có kim loi ch y qua ph n c gii thích là
Trong quá trình ép ch y có s i nhi là do 1 s nguyên nhân sau:
- Truy n nhi t gia phôi và khuôn
- Nhit t sinh ra trong quá trình bi n d ng d ng
l ch chuyng (bi n d ng d o) b ng 10% t ng cung c p,
ng còn l i là sinh nhi t )
Mà v t li u có thu c tính d o nh t , chính vì v y khi nhi
Hình 3.20 ng c a truy n nhi n lc ép
khi có truy n nhi t thì l c ép gith c gi i thích là nhi t sinh ra trong quá trình bi n d ng s l t mn nhi t + b c x ), nhi trong lúc ép s l c khi ép, kim lo i s d chy do
T n k t qu mô ph ng v hình d ng
Hình 3.21 Kt qu mô ph ng hình d ng s n ph i các thông s
Nhn th y hình (a) là có ch ng b m t và hình d ng t t nh t Qua nghiên c u ng c a các thông s c các thông s t
Và t nh ng nghiên c u sau v ng su t và bi n d ng trong quá trình ép ch y thì s dùng b thông s mô ph ng
Phân tích ng su t-bi n d ng v i b thông s h p lý
ng su t là thông s ng trong công ngh ép Trên nh ng vùng bi n d ng có tr kháng bi n dng l n s ng ng su t l n Phân b ng ng su t trên thân vc th hi n trên hình 3.22
Hình 3.22 ng su t theo chi u d c s n ph m (a) - ng su t theo chi u ngang s n ph m (b)
ng ng su t phân b t p trung trên b m t ti ng t p trung v tâm c a s n ph phân b ) Giá tr l n nh t cth a ng su t l n nh t kho ng 52.4 Mpa trên b m t tip xúc v i khuôn
V trí 1: V y kim lo i và v trí 2: v n c a khuôn : xu t hi n ng su t c c b ng su t c c b xu t hi n t n cht
ng s n ph m sau khi ép
So sánh phân b ng su t trong quá trình ép ch y
Hình 3.23 Phân b ng su ng ép
c dùng mô ph ng có chi u dài là 45 (mm), yêu c u ép phôi 30 (mm)
V y g ng vc 30 (mm) là 100% Kh o sát phân b
ng su t t ng ép là : 30%, 50%, 90%
Trong quá trình ép, bic phân b ng su nào là h t s c quan trt :
S : Din tích ti p xúc (mm 2 )
Vì vy phân b ng su n phân b l c trong trên hình 3.23u, vng ép nh (30%), phân b ng su t tp trung ch y u t n tin phân b
ng sun c v ph l n Vn cung ép
y kim lon ra, có th th y ng su
n gi i h n l n nh t, mi n phân b n h t s n ph m, t p trung ch y u t i tâm và b m t tip xúc giy, càng v sau, l lên
Trong bài toán bi n d ng d o, thông s quan tr ng c n phân tích là bi n d ng ca vt liu
Quá trình bin d ng là ho ng t o hình d c mong mung thn các khuy t t t bên trong v t liu
Trên hình 3.24 hi n phân b bi n d ng d c và ngang theo chi u tr c c a vth t ép sau ép
Hình 3.24 Phân b bi n d ng trên m t c t ngang tr c (a)- Phân b bi n d ng trên mt ct dc tr c (b)
Bin d ng nhi u nh t t p trung tâm v t ép, ngoài ra còn xu t hin c c b t i
p xúc giu này s n thc nghim
So sánh phân b n d ng trong quá trình ép chbi y
Hình 3.25 Phân b bi n d ng ép
Có th y r t rõ ràng quá trình phân b mth n d ng trong quá trình ép bi
u tiên vng ép nh (30%), m c bi n d ng ít, ph xu t hi n bi n d ng mà t p trung ch y u t i tâm (v lên (50%) thì m n dbi n t p trung tng phân b ra nhánh Và v ng ép gn yêu c u (90%) thì phân b m bi n d g n h t s n ph m, lúc này t y
n ra và m bi n d t cao nhn cu i có vai trò l n chng b m t s n phng ép 90% thì t i b m t ti p xúc gi a phôi và khuôn có m c bi n d ng cao Vì v n này phi
c quan tâm và theo dõi.
Hình 3.26 Phân b phá hy theo chiu ngang s n ph m
phá h y t p trung trên b m t s n ph m Ch ti p xúc c a phôi và khuôn (v c bit là v y (v i chú ý vì d x y ra v t nt, gây h ng s n ph m
Hình 3.27 Phân b t i tr ng trên khuôn
Hình 3.27 bi u di n m i quan h gi a t i tr ng c a khuôn ép trên theo th i gian trong quá trình ép Có th nh n th y rõ ràng r ng, l n theo thi gian ép i vi c khi phôi ép càng xu ng sâu vào khuôn ép thì l c ép
y nh trong lòng khuôn ép thì l c ép không thay
i nhi u và khi phôi ch m vào thành ngoài cùng các nhánh thì t i tr t ng t Vì lúc này xu t hi n ph n l c c a khuôn T i tr ng l n nh ng lên khuụn (tớnh cho ẳ khuụn) là 4.25 kN
V i m c tiêu là nghiên c u ng c a các y u t công ngh n quá trình ép, các kt qu c yêu ct ra.
Các y u t ma sát, v n t n khuôn, ng c a truy n nhi t c c nghiên c u thông qua quá trình mô ph ng Các k t qu
ng v i các lý thuy t qu mà các tác gi
xem xét ng c a các thông s công ngh
ng nghcô c n thi t và thi t k b khuôn ép tin hành th c nghi m trình bày các k t qu thc nghi m và so sánh v ki t qu mô ph ng
CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ÉP CHẢY NGANG
i thi u t p n i ch p là 1 b ph n quan tr ng trong th truy ng c a tr c Hi n nay có khá nhi t o kh p n i ch thn là s d p Ép ch
c s d ch t o kh p n i ch th p Sau khi s d nghiên c u lý thuy t h p v i mô ph ng s nghiên c u t ng t i công ngh ép ch y ngang, nhóm nghiên c u b u n hành th c nghi m ch tti c nh ng k t qu kh n b và th c nghi m ch t o s n ph m kh p ni ch p th
Hình 4.1 Mu chì dùng trong thí nghi m
Mc s d ng là chì nguyên chc D = 14,7 mm; H = 45mm Mc ct t phôi Chì nh máy c nguyên
c tính ch t c a phôi C óng b ng gi y ráp, lau s ch
c ch t c tính toán mô ph ng và xây d ng trên ph n m m SolidWorks.
i (a) và khuôn trên (b) dùng trong thí nghi m
Khuôn ép làm b ng thép SKD 61 có k t c m bc yêu c u làm vi c.
ghép 2 n a khuôn (hình 4.3 ) c làm b ng thép SKD nhám b m
m c lau s h n ch vi c phôi ch c lên phía trên.
i sau khi l p ghép dùng trong thí nghi m
Hình 4.3 là hình c l p ghép nh 4 bulong Các bulong này ngoài nhi m v ghép 2 khuôn v i nhau, còn có nhi m v chng l i l c tách khuôn
Hình 4.4 Máy ép dùng trong thí nghim
c s d ng trong thí nghi m là máy MTS 809.10 A/T Máy s d ng thu l c vi lc ép l n nh t là 10 t n.
4.3.1 Hình nh s n ph m th c nghi m
Có th nh n th y là s n ph c yêu c u v hình d ng, m
c ép h t hành trình, 4 nhánh ch th nh ép ca 3 ln khác nhau
Hình 4.7 Hình nh 3 s n ph m sau ép
Trong c 3 l n ép, nh n th y c 3 m u cho k t qu nhau, tc là nhc hình d ng s n ph n.
4.3.2 So sánh k t qu th c nghi m v i mô ph ng
Hình 4.8 Kt qu mô ph ng (a) và th c nghi m (b)
Hình d ng s n ph m khi mô ph ng và th c nghi m bc
ng cong l c gi a mô ph ng và th c nghi m s cho bi t quá trình thc nghi m và mô ph phu ch nh các thông s c k t qu i ng cong l c và th i gian ép nhc gi a mô ph ng và th c nghi ng h p: v n t c ép vn khuôn R=5mm, có s d ng d
ng cong l c mô ph ng và th c nghi m
n b u t ng cong th c nghi m d u này
u ki n th c t khác so v u ki n mô ph ng Tuy nhiên khi v t li u vùng chy ng hi t Và giá tr l c ln nhng h p không khác xa nhau nhi u
- L c l n nh t trong mô ph ng là : 17 (kN)
- Lc ln nh t trong th c nghim là : 15.5 (kN) ( sai l ch 8,9%)
Khp ni ch thc ch t o b ng quá trình ép ch y V i v n tc th p, dòng chy v t li u ng
B ng cách v các ô lên m t c t d c phôi ( mt cách trc quan v dòng ch y c a vt liu khi ép ch y kh p n i ch p th
Vùng kim loi bi n d ng m nh nh t
Hình 4.12 Dòng chy c a v t li u sau khi ép 2/3 hành trình
t dòng ch y c a v t li u trong quá trình ép ch y
n ch n thì s xô l i là ít Tuy nhiên khi phôi
n t o nhánh thì bi n d ng mãnh li xô li di n ra m u Nh n th y trong tâm s n ph m thì dòng ch y v t li u m nh nh t.
quan sát c th a, hình 4.13 s cho bi ng c a v n t c dòng ch y kim lo i.
ng c a v n t c dòng ch y v t li ng ép
ng c a v n t c dòng ch nh hình và v n còn khu v
g t yêu cy kim lo i thì xu t hi n s ch y
c l i c a kim lo i t i b m t ti p xúc c a chày và phôi N u không x lý v trí này t t thì r t d t o bavia sau khi k t thúc quá trình ép
T các k t qu trên có th y k t qu gi a th c nghi m và mô ph ng không th khác xa nhau nhi y thông s mô ph c nghi m trong bài toán ép chy ngang kh p n i ch p là h p lý th
D lý thuy t u h p v i mô ph ng s Nghiên c u ng d ng ch t o thành công kh p n i ch p b th y ngang Tuy m i d ng l i t i ph m vi phòng thí nghip nhu quan tr ng cho nhng nghiên c u ti p theo v ép chy ngang
Qua nghiên c tài c các k t qu
- công ngh h p lý ng t i quá trình ép ch y ngang là: h s ma sát , vf n t c ép vn bR ng
- Ch t c b khuôn và khp n i ch thc và hình d ng mong mu n
- Xng dòng ch y v t li u phù h p v i các k t qu c nghiên cu
i các v n t ng này s khác nhau T i v n t c ch m thì dòng ch y s u và u này s giúp c i thin
- ng cong l c, hình d ng s n ph m gi a mô ph ng và th c nghi m c
u cho th y s ng, sai lch n m trong ph m vi cho phép
- c quy trình công ngh ép ch y ngang
- Ti p t c th c hi n công ngh ép ch y ngang trên các v t li u khác nhau Ví d
- Ch t ép các lo i s n ph m khác nhau
1 T Altinbalik and Y Can, An experimental study of lateral extrusion of splines, J Mat Des., 27, 2006, 727 -734
2 H Jafarzadeh, G Faraji and A F Dizaji (2012), Analysis of lateral extrusion of gear-like form parts, Journal of Mechanical Science and Technology 26
3 M Zadshakoyan and H Jafarzadeh, Numerical study of the die geometry and friction effect on the forming load and ma-terial flow in injection forging process, Journal of Applied Sciences, 9 (2009) 2174-2179
4 Sanjeeb Kumar Tirkey, Three dimensional analysis of lateral extrusion of some complex forms, Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela MAY, 2007
5 Nguy c Trung, Lê Thái Hùng, Nguy n Trung Kiên (2011), Mô ph ng s quá trình bi n d ng , Nhà xu t b n Bách khoa Hà
6 Y Yang and K J Kim, Design of processes and products through simulation of three-dimensional extrusion, J Mater Process Technol 191
7 A Buschhausen, K Weinmann, Y J Lee and T Altan, Evaluating of lubrication and friction in cold forging using a double backward extrusion process, J Mater Process Tech-nol33 (1992) 95-108
8 H -J Choi and Hwachoi, The forming characteristics of radial-backward extrusion, J Mater Process, 113 (2001) 141-147
9 R Ebrahimi, M Reihanian and M M Moshksar, An analytical approach for raial-forward extrusion process,Matre Des29 (2008) 1694-700
10.A Farhoumand and R Ebrahimi, Analysis of forward-backward-radial extrusion process, Matre Des30 (2009) 2152-2157.
Th c nghi m ch t o
Chu n b m u
Hình 4.1 Mu chì dùng trong thí nghi m
Mc s d ng là chì nguyên chc D = 14,7 mm; H = 45mm Mc ct t phôi Chì nh máy c nguyên
c tính ch t c a phôi C óng b ng gi y ráp, lau s ch
Chu n b khuôn ép
c ch t c tính toán mô ph ng và xây d ng trên ph n m m SolidWorks.
i (a) và khuôn trên (b) dùng trong thí nghi m
Khuôn ép làm b ng thép SKD 61 có k t c m bc yêu c u làm vi c.
ghép 2 n a khuôn (hình 4.3 ) c làm b ng thép SKD nhám b m
m c lau s h n ch vi c phôi ch c lên phía trên.
i sau khi l p ghép dùng trong thí nghi m
Hình 4.3 là hình c l p ghép nh 4 bulong Các bulong này ngoài nhi m v ghép 2 khuôn v i nhau, còn có nhi m v chng l i l c tách khuôn.
Máy ép
Hình 4.4 Máy ép dùng trong thí nghim
c s d ng trong thí nghi m là máy MTS 809.10 A/T Máy s d ng thu l c vi lc ép l n nh t là 10 t n.
K t qu th c nghi m
Hình nh s n ph m th c nghi m
Có th nh n th y là s n ph c yêu c u v hình d ng, m
c ép h t hành trình, 4 nhánh ch th nh ép ca 3 ln khác nhau
Hình 4.7 Hình nh 3 s n ph m sau ép
Trong c 3 l n ép, nh n th y c 3 m u cho k t qu nhau, tc là nhc hình d ng s n ph n.
So sánh k t qu th c nghi m v i mô ph ng
Hình 4.8 Kt qu mô ph ng (a) và th c nghi m (b)
Hình d ng s n ph m khi mô ph ng và th c nghi m bc
ng cong l c gi a mô ph ng và th c nghi m s cho bi t quá trình thc nghi m và mô ph phu ch nh các thông s c k t qu i ng cong l c và th i gian ép nhc gi a mô ph ng và th c nghi ng h p: v n t c ép vn khuôn R=5mm, có s d ng d
ng cong l c mô ph ng và th c nghi m
n b u t ng cong th c nghi m d u này
u ki n th c t khác so v u ki n mô ph ng Tuy nhiên khi v t li u vùng chy ng hi t Và giá tr l c ln nhng h p không khác xa nhau nhi u
- L c l n nh t trong mô ph ng là : 17 (kN)
- Lc ln nh t trong th c nghim là : 15.5 (kN) ( sai l ch 8,9%)
Khp ni ch thc ch t o b ng quá trình ép ch y V i v n tc th p, dòng chy v t li u ng
B ng cách v các ô lên m t c t d c phôi ( mt cách trc quan v dòng ch y c a vt liu khi ép ch y kh p n i ch p th
Vùng kim loi bi n d ng m nh nh t
Hình 4.12 Dòng chy c a v t li u sau khi ép 2/3 hành trình
t dòng ch y c a v t li u trong quá trình ép ch y
n ch n thì s xô l i là ít Tuy nhiên khi phôi
n t o nhánh thì bi n d ng mãnh li xô li di n ra m u Nh n th y trong tâm s n ph m thì dòng ch y v t li u m nh nh t.
quan sát c th a, hình 4.13 s cho bi ng c a v n t c dòng ch y kim lo i.
ng c a v n t c dòng ch y v t li ng ép
ng c a v n t c dòng ch nh hình và v n còn khu v
g t yêu cy kim lo i thì xu t hi n s ch y
c l i c a kim lo i t i b m t ti p xúc c a chày và phôi N u không x lý v trí này t t thì r t d t o bavia sau khi k t thúc quá trình ép
T các k t qu trên có th y k t qu gi a th c nghi m và mô ph ng không th khác xa nhau nhi y thông s mô ph c nghi m trong bài toán ép chy ngang kh p n i ch p là h p lý th
D lý thuy t u h p v i mô ph ng s Nghiên c u ng d ng ch t o thành công kh p n i ch p b th y ngang Tuy m i d ng l i t i ph m vi phòng thí nghip nhu quan tr ng cho nhng nghiên c u ti p theo v ép chy ngang
Qua nghiên c tài c các k t qu
- công ngh h p lý ng t i quá trình ép ch y ngang là: h s ma sát , vf n t c ép vn bR ng
- Ch t c b khuôn và khp n i ch thc và hình d ng mong mu n
- Xng dòng ch y v t li u phù h p v i các k t qu c nghiên cu
i các v n t ng này s khác nhau T i v n t c ch m thì dòng ch y s u và u này s giúp c i thin
- ng cong l c, hình d ng s n ph m gi a mô ph ng và th c nghi m c
u cho th y s ng, sai lch n m trong ph m vi cho phép
- c quy trình công ngh ép ch y ngang
- Ti p t c th c hi n công ngh ép ch y ngang trên các v t li u khác nhau Ví d
- Ch t ép các lo i s n ph m khác nhau
1 T Altinbalik and Y Can, An experimental study of lateral extrusion of splines, J Mat Des., 27, 2006, 727 -734
2 H Jafarzadeh, G Faraji and A F Dizaji (2012), Analysis of lateral extrusion of gear-like form parts, Journal of Mechanical Science and Technology 26
3 M Zadshakoyan and H Jafarzadeh, Numerical study of the die geometry and friction effect on the forming load and ma-terial flow in injection forging process, Journal of Applied Sciences, 9 (2009) 2174-2179
4 Sanjeeb Kumar Tirkey, Three dimensional analysis of lateral extrusion of some complex forms, Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela MAY, 2007
5 Nguy c Trung, Lê Thái Hùng, Nguy n Trung Kiên (2011), Mô ph ng s quá trình bi n d ng , Nhà xu t b n Bách khoa Hà
6 Y Yang and K J Kim, Design of processes and products through simulation of three-dimensional extrusion, J Mater Process Technol 191
7 A Buschhausen, K Weinmann, Y J Lee and T Altan, Evaluating of lubrication and friction in cold forging using a double backward extrusion process, J Mater Process Tech-nol33 (1992) 95-108
8 H -J Choi and Hwachoi, The forming characteristics of radial-backward extrusion, J Mater Process, 113 (2001) 141-147
9 R Ebrahimi, M Reihanian and M M Moshksar, An analytical approach for raial-forward extrusion process,Matre Des29 (2008) 1694-700
10.A Farhoumand and R Ebrahimi, Analysis of forward-backward-radial extrusion process, Matre Des30 (2009) 2152-2157.