Các phương pháp gia công biến dạng

các phương pháp gia công biến dạng có vai trò quan trọng trong tạo hình sản phẩm .có đầy đủ các phương pháp cơ bản hiện nay thường dùng

GIA CÔNG BIẾN DẠNG

Deformation Processing

Gia công biến dạng kim loại thực chất là lợi dụng tính dẻo để làm thay đổi hình dạng của sản phẩm nhờ lực tác dụng thông qua dụng cụ và khuôn Ngoại lực là yếu

tố cơ bản trong gia công áp lực, nó góp phần tạo ra hình dáng của vật thể và qua đó mà vật thể có cơ tính cao hơn, làm giảm lượng tiêu hao nguyên liệu

K Y

n f

+ ε

=

không đổi của ứng

suát cần thiết để duy trì

biến dạng vật liệu Flow

n f

+

=

1 ε

σ

Yf

YfY

Những định luật cần quan tâm khi gia công kim loại bằng áp lực

• Trạng thái ứng suất và tính dẻo

Ứng suất nén càng lớn, ứng suất kéo càng

nhỏ thì vật liệu càng dẻo Trong các phương pháp rèn, cán, ép, dập thể tích trạng thái ứng suất nén σ 1, đều do dụng cụ tác động lên

kim loại và có giá trị lớn nhất, các ứng suất σ 2

và σ 3 do lực ma sát lên thành khuôn tạo nên.

• - Đồng thời với biến dạng dẻo luôn luôn có

sự tồn tại của biến dạng đàn hồi Bởi vậy, khi thiết kế khuôn cần chú ý lượng biến dạng

đàn hồi sau khi khử tác dụng lực lên kim

loại Tức là lượng biến dạng đàn hồi sẽ làm cho kích thước chi tiết lớn hơn so với thiết

kế, bởi vậy khuôn cần phải có lượng dư để

bù lại phần biến dạng này.

• - Sau biến dạng dẻo bao giờ cũng tồn tại

ứng suất dư do biến dạng không đều, do

phân bố nhiệt độ không đều, do thành phần

tổ chức kim loại không đều Sau một thời

• - Định luật thể tích không đổi : thể tích sau

khi biến dạng bằng thể tích trước khi biến

dạng

• - Định luật trở lực bé nhất: khi biến dạng,

chất điểm trong vật thể di chuyển theo hướng nào có trở lực bé nhất, theo hướng pháp tuyến ngắn nhất so với đường bao.

• - - Biến dạng nhanh, tốc độ biến dạng lớn sẽ

có tác dụng nung nóng vật (nhiệt độ lúc biến dạng lớn hơn nhiệt độ ban đầu) Còn biến

dạng nhỏ, tốc độ biến dạng chậm thì nhiệt chỉ truyền vào dụng cụ.

• - Năng lượng do lực tác dụng lên kim loại

chia làm 3 phần : biến dạng dẻo sinh toả nhiệt 70-90% , biến dạng đàn hồi 10%, còn lại tạo ứng suất dư Biến dạng dẻo làm vật thể nóng lên (hiệu ứng nhiệt) Điều này giải thích tại sao chỉ qua 1 lần nung mà có thể kéo thỏi kim loại thành dây từ một phôi có kích thước khá lớn.

Cán kim loại

• Cán là một quá trình biến dạng cục bộ mà chiều

dày vật cán giảm đi, chiều dài tăng lên nhưng chiều rộng không đổi Vật cán chịu lực ép và tiến lên phía trước do trục cán quay và ma sát giữa trục và vật cán

Process

(tan α )2= µ2= ∆ h/R

∆ hmax= µ2R

Nếu ma sát bằng 0, lượng giảm chiều dày cũng

sẽ bằng 0 và không thể cán được

f o

h h

n f

+

=

1

=

!4

!21cos

4

αα

h R L

Mô men quay đối với trục cán: :

T = 0,5 FL

Công suất của mỗi trục là tích của mô men và tốc độ Tốc độ góc là 2 π N, where N = tốc độ quay v/ph Như vậy, công suât mỗi trục là 2 π NT Giả thiết mỗi máy có

2 trục, công suất của máy cán là:

P = 2 π NLF

Phương pháp cán

• - CÁN HÌNH (shape rolling) : dùng để cán chi tiết chữ I , dạng máng , ray , hộp Công nghệ cán loại này phải qua nhiều bước,

dùng nhiều bộ đôi trục cán thiết kế

Máy chế tạo ren khuôn nằm ngang, nếu tạo ren

có đường kính ∅ nhỏ có thể đạt năng xuất 8 chi tiết /s, với đường kính trên 25 mm chỉ đạt

1 chi tiết /s.Với khuôn quay có thể đạt năng suất 80 chi tiết /s.

Đặc điểm của phương pháp cán ren:

• Tiết kiệm kim loại, không mất mát kim loại qua

phoi,

• Bề mặt răng nhẵn hơn,

• Tăng bền hơn, thớ kim loại tốt hơn,

• Có ứng suất dư nén (-) ở bề mặt, chịu mỏi tốt

• Cần có chất bôi trơn.

CÁN VÀNH, ring rolling, thí dụ cán vành bánh

xe goòng Nguyên lý làm việc như sau:

• Khi làm việc, trục dẫn và trục theo xích lại

gần nhau, chiều dày vật cán sẽ bị dãn mỏng, làm đường kính lớn ra , vành mỏng hơn

chiều rộng của vành khống chế bởi 2 trục

cạnh Có thể cán nóng hoặc cán nguội

Dùng cách này để chế tạo vành lớn cho

rocket, tuabin, vành ổ bi, vành tăng cường cho ống, nồi áp lực

ÉP ĐÙN

• Là công đoạn tạo hình kim loại bằng cách ép

đùn kim loại đã nung nóng qua lỗ hình của khuôn ép thông qua chày ép hoặc piston ép Ngày nay có thể ép nóng hoặc ép nguội các kim loại và hợp kim khác nhau Ép hợp kim màu có thể dùng ép nóng hoặc ép nguội Với thép có thể ép chảy ở nhiệt độ rèn, thí dụ ép phôi bánh răng Tiết diện có chi tiết ép thể phức tạp tuỳ ý Thiết bị ép chảy rẻ hơn cán.

Giả thiết chi tiết ép đùn có thiết diện hình tròn Tỉ số ép được định nghĩa: :

where rx = tỉ số ép; A1 = Thiết diện ban đầu của thỏi ép, mm2, A2 = thiết diện cuối cùng thỏi ép, mm2.

Biến dạng thực trong ép đùn:r

2 1

A A

rx =

2 1 2

2 2 1 2

ln ln

D D D

D A

A

=

π π ε

The ratio applies for both direction and indirection

extrusion The value of rx can be used to determine true strain in extrusion, given that ideal deformation occurs

with no friction and no redundent work:

2 1 2

2 2 1 2

ln ln

D D D

D A

A

=

π π ε

Under the assumption of ideal deformation (no friction and

no redundent work), the pressure applied by the ram to compress the billet through the die opening depicted in

our figure can be computed as follows:

Áp suất ép tinhd theo:

n f

+

=

1

Trong thực tế, ép đùn có ma sát và có công dư

Công thức thực nghiệm có thể chấp nhận được:

εx = a + b.ln(rx)

where ε x = biến dạng khi ép; a và b các hàng

số thực nghiệm đối với mỗi góc chết đã cho

Thông thường: a = 0.8 và b = 1.2 - 1.5.

Áp lực piston để thực hiện ép đùn dán tiếp:

pin = Y*f. εx

Trong ép trực tiếp, tác dụng của ma sát giữa thành xilanh

và chi tiết khá lớn, lớn hơn trong trường hợp ép dán tiếp Biểu thức sau đây sẽ tách được lực ma sát đó:

L D p

D p

c f

1 2

1

4

π µ

Trong trường hợp xấu nhất, xảy ra dính ở thành xilanh,

lực ma sát phải bằng độ bền cắt của kim loại:

µ pcπ D1L = Ys π D1L

where Ys = độ bền cắt của kim loại , MPa; Nếu giả thiết

Ys= Yf/2, áp lực ép pf tính theo công thức:

1

* 2

D L Y

Y p

p in f f εx