Nghiên cứu ảnh hưởng của đàn hồi ngược đối tới độ chính xác hình học của sản phẩm dập tấm

Trong gia công kim loại bằng áp lực thì dập tấm là một ph-ơng pháp cơ bản mà sự tạo hình đ-ợc thực hiện nhờ tác động của các kết cấu khuôn gây nên biến dạng dẻo trong tấm kim loại.. Tuy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác

HỌC VIÊN CAO HỌC

Đinh Văn Hiển

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS TS Nguyễn Đắc Trung đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong việc thực hiện luận văn này

Xin chân thành cám ơn các thầy giáo phản biện đã đọc luận văn và đóng góp cho tôi những ý kiến quý báu và bổ ích để tôi hoàn thiện luận văn Tốt nghiệp của mình

Tác giả

Đinh Văn Hiển

Ch-ơng 1 – Các vấn đề cần nghiên cứu trong công nghệ dập tấm 6

1.2 Cỏc sản phẩm, loại hỡnh cụng nghệ đặc trưng 6

2.1.3 Ảnh hưởng của đàn hồi lại đến cụng nghệ tạo hỡnh 16

Ch-ơng 3 – Các ph-ơng pháp giảm ảnh h-ởng của đàn hồi ng-ợc

3.3.4 Uốn đi uốn lại nhiều lần, dập vuốt ng-ợc 67

Ch-ơng 3 – Phân tích đàn hồi ng-ợc bằng mô phỏng số 69 4.1 Mô hình vật liệu ứng dụng trong mô phỏng số 69

4.1.4 Mô hình vật liệu đàn - dẻo dị h-ớng ngang 76

LỜI NểI ĐẦU

Như chỳng ta đó biết, phần lớn cỏc sản phẩm trong ngành cụng nghiệp hiện nay đều được làm từ vật liệu kim loại và chỳng được sản xuất ra bằng 2 phương phỏp chớnh đú là gia công cắt gọt (gia công có phoi) và gia công bằng áp lực (gia công không phoi) Trong gia công kim loại bằng áp lực thì dập tấm là một ph-ơng pháp cơ bản mà sự tạo hình đ-ợc thực hiện nhờ tác động của các kết cấu khuôn gây nên biến dạng dẻo trong tấm kim loại Dập tấm cho phép tạo ra các chi tiết có hình dáng đa dạng và năng suất cao, nó đ-ợc thể hiện cụ thể về tỉ trọng của sản phẩm dập tấm trong các nghành nh- sau:

Trong chế tạo máy và thiết bị điện chiếm (60 - 70)%

Trong chế tạo thiết bị đo chiếm (70 - 75)%

Trong sản xuất hàng tiêu dùng chiếm (95 - 98)%

Trong sản suất ôtô máy kéo chiếm (65 - 75)% các chi tiết của ôtô và (35 - 40)% chi tiết của máy kéo

Tuy nhiên chất l-ợng sản phẩm đ-ợc làm ra từ công nghệ này lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau trong đó hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc cũng ảnh h-ởng nhiều, nhất là với những sản phẩm đ-ợc tạo ra bởi công nghệ uốn và dập vuốt

Trờn cơ sở đú, tụi đó quyết định thực hiện đề tài: “ Nghiờn cứu ảnh hưởng của đàn hồi ngược đối tới độ chớnh xỏc hỡnh học của sản phẩm dập tấm” Cụ thể, tỡm hiểu bản chất của hiện tượng đàn hồi lại, cỏc thụng số ảnh hưởng tới đàn hồi lại Tiếp đú đề xuất cỏc biện phỏp kiểm soỏt hiện tượng đàn hồi ngược và phõn tớch cỏc kết quả mụ phỏng hiện tượng đú Khi xỏc định được cỏc thụng số đỏnh giỏ mức độ đàn hồi ngược của sản phẩm sau khi dập bằng việc phõn tớch cỏc kết quả phần mụ phỏng, chỳng ta sẽ đưa ra được những phương ỏn tối ưu, cỏc thụng số cụng nghệ phự hợp với quỏ trỡnh dập tạo hỡnh để hạn chế sai lệch hỡnh học của sản phẩm dập tấm, nõng cao chất lượng sản phẩm

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TRONG CÔNG NGHỆ DẬP TẤM 1.1 Giới thiệu chung ngành gia công áp lực

Công nghệ Gia công áp lực là phương pháp gia công tạo hình vật liệu dựa trên sự biến dạng dẻo Vật liệu kim loại luôn thay đổi hình dạng trong suốt quá trình gia công để đạt được hình dáng, kích thước cuối cùng theo mong muốn, trong đó không có sự phá hủy liên kết trong vật liệu và bảo toàn thể tích của mình

Gia công áp lực chiếm một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như chế tạo ôtô, xe máy, máy công cụ, sản phẩm phục vụ đời sống

Công nghệ gia công áp lực được chi thành nhiều phương pháp công nghệ như dập tấm, dập khối, dập thủy tĩnh, dập thủy cơ Trong đó 2 phương pháp sử dụng khá phổ biến trong sản xuất đó là dập tấm và dập khối

1.2 Các sản phẩm, loại hình công nghệ đặc trưng

Có nhiều phương pháp trong sản xuất để chế tạo một chi tiết máy, một sản phẩm cơ khí như đúc, hàn, gia công áp lực, gia công cắt gọt…

Để chế tạo một chi tiết như bánh răng, trục khuỷu người ta có thể sự dụng những phương pháp đúc, hàn, cắt gọt rồi nhiệt luyện Mặc dù năng suất không cao,

cơ tính của sản phẩm chưa đạt được mức tối ưu do cấu trúc vật liệu chưa phù hợp, nhưng cũng có thể được xem là giải pháp khi thị trường nhỏ lẻ Nhưng khi thị trường pháp triển, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao thì buộc các chi tiết máy chịu tài trọng làm việc khắc nghiệt bắt buộc phải qua công nghệ GCAL để nâng cao cơ tính

Khi chế tạo một chi tiết như vỏ xe ô tô, vỏ két chứa, vỏ máy thì không thể chế tạo bằng phương pháp nào khác ngoài công nghệ GCAL

Công nghệ GCAL được chia thành 2 loại hình công nghệ chính đó là dập tấm

và dập khối Các dạng sản phẩm này điển hình của dập tấm và dập khối được trình

Hình 1.1 Các sản phẩm dập khối điển hình

Hình 1.2 Sản phẩm dập tấm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng

Công nghệ dập tấm và dập khối để tạo hình các chi tiết có sử dụng khuôn dập và thực hiện trên các thiết bị như máy búa, máy ép cơ khí, máy ép thủy lực, máy ép vít

ma sát…

Công nghệ GCAL còn được biết đến với nhưng loại hình sản phẩm đặc biệt đó

là các sản phẩm dạng rỗng Các chi tiết này không chỉ được thực hiện trên các khuôn đặc biệt, mà còn cần phải có những thiết bị chuyên dùng, thiết bị được điều

khiển theo chương trỡnh nhằm tạo điều kiện cho quỏ trỡnh tạo hỡnh được chớnh xỏc hơn

Hỡnh 1.3 trỡnh bày cỏc dạng sản phẩm rỗng được tạo hỡnh bằng cụng nghệ dập thủy tĩnh (dập trong mụi trường chất lỏng cú ỏp suất cao)

- Năng suất lao động cao, dẫn đến giá thành sản phẩm giảm

- Hệ số sử dụng vật liệu cao, tiết kiệm vật t-

- Có thể sử dụng công nhân bậc thợ thấp

- Có khả năng tạo đ-ợc các chi tiết có độ bền, độ cứng vững cao

- Đảm bảo đ-ợc tính lắp ghép cho các chi tiết dập do độ chính xác của vật dập cao

Hình 1.4 Hình ảnh sản phẩm dập tấm nh- vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng

Khi chiều dày của phôi nhỏ (th-ờng s  4 mm), dập tấm th-ờng đ-ợc thực hiện với phôi ở trạng thái nguội hay còn gọi là dập nguội hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn Một chi tiết sản xuất bằng công nghệ dập tấm có thể thực hiện qua rất nhiều nguyên công công nghệ nh-: cắt hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt tríchv.v Một trong những nguyên công quan trọng nhất để tạo hình sản phẩm trong công nghệ dập tấm đó là dập vuốt

1.3.1 Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dập tấm

Trong công nghệ dập tấm khi khuyết tật xuất hiện sẽ ảnh h-ởng đến chất l-ợng sản phẩm dập tấm gây ra sai hỏng, phế phẩm cho sản phẩm dập tấm Những khuyết tật chủ yếu:

- Sản phẩm không đạt đ-ợc kích th-ớc chính xác do đàn hồi lại

- Sản phẩm bị rách

- Sản phẩm dập bị nhăn trên vành

- Bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc

- Chiều cao sản phẩm không đồng đều

Các dạng hỏng hóc của sản phẩm này có liên quan trực tiếp tới việc thiết kế qui trình công nghệ, khuôn, chế tạo khuôn, các thông số công nghệ và tính dị h-ớng của vật liệu

a) Sản phẩm không đạt kích th-ớc chính xác do đàn hồi lại:

Một trong những hiện t-ợng th-ờng xuyên xảy ra đối với các quá trình uốn tấm, dập các chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt là tấm mỏng, đó là đàn hồi lại Hiện t-ợng này có nghĩa là sau khi biến dạng, phôi bị đàn hồi lại và làm cho các góc

bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban đầu

Hình 1.5 Sản phẩm bị đàn hồi lại

b) Sản phẩm bị rách

Hiện t-ợng rách phôi xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân mà trong đó chủ yếu là do: mức độ biến dạng v-ợt quá mức độ biến dạng tới hạn, lực chặn phôi quá lớn, góc l-ợn cối nhỏ

Sản phẩm cần đạt đ-ợc

khi uốn

Sản phẩm thực tế khi uốn

Để hạn chế mức độ biến dạng quá lớn, có thể chọn hệ số dập vuốt phù hợp hay chia thành các nhiều nguyên công trung gian Góc l-ợn của cối cũng hoàn toàn

có thể điều chỉnh đ-ợc, thay đổi góc l-ợn phù hợp hơn Nh-ng lực chặn phôi là một thông số công nghệ rất quan trọng bởi nếu điều chỉnh lực chặn phôi không đủ thì phôi lại có hiện t-ợng nhăn trên phần vành Đối với việc dập vuốt các chi tiết có hình dạng phức tạp, nếu không điều khiển lực chặn hợp lý thì sẽ không thể tìm ra một giá trị lực chặn nào thích hợp vì trên sản phẩm đồng thời xuất hiện cả nhăn lẫn rách Trong những tr-ờng hợp nh- vậy buộc phải có những ph-ơng pháp đặc biệt nh- chặn theo vị trí và lực chặn thay đổi

c) Bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc

Hiện t-ợng bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc, không nhẵn là do ma sát giữa bề mặt phôi và phần vằnh chặn, góc l-ợn cối quá lớn, cũng có thể do lực chặn phôi trên phần vành lớn Hiện t-ợng này không những làm giảm chất l-ợng của sản phẩm dập

mà còn gây ra phế phẩm nếu ta dập nh-ng vật liệu tấm có lớp sơn, mạ bảo vệ trên bề mặt, bởi các lớp phủ trên bề mặt sẽ bị cào x-ớc và phá huỷ Để giảm hiện t-ợng này

ta có thể giảm ma sát bằng cách bôi trơn hoặc có thể tạo ra lực chặn phôi hợp lý

d) Chiều cao sản phẩm không đều

Hiện t-ợng chiều cao của sản phẩm dập vuốt không đồng đều rất hay xảy ra

do vật liệu tấm không đồng nhất và đẳng h-ớng Tính dị h-ớng ban đầu của các tấm cán nguội (từ đó cắt thành các tấm phôi) sẽ tạo thành các thớ Trong quá trình biến dạng, các hạt kim loại và tạp chất phi kim loại có dạng bị kéo dài, do đó tạo thành cấu trúc dạng chuỗi đ-ợc xác định tr-ớc bởi tính dị h-ớng của kim loại

Hình 1.7 Sản phẩm có chiều cao không đồng đều

Tính dị h-ớng của tấm cán sẽ làm cho biến dạng theo các h-ớng khác nhau là không giống nhau, có thể làm cho phôi theo h-ớng này dễ dàng bị kéo dài ra, còn theo h-ớng khác lại rất khó biến dạng

Để giảm sự ảnh h-ởng của tính dị h-ớng kim loại đến sự không đều chiều cao chi tiết khi dập vuốt, ngoài việc sử dụng phôi có hình dạng phức tạp (bởi phải tính đến mức độ biến dạng theo các ph-ơng khác nhau), ng-ời ta còn sử dụng cối với mép l-ợn có độ cong thay đổi (dọc theo đ-ờng bao của lỗ cối) hoặc nung nóng không đều phần vành phôi, hoặc thay đổi áp lực chặn theo đ-ờng bao của cối

1.3.2 Những vấn đề cần nghiờn cứu khi thiết kế cụng nghệ dập tấm

Sau khi khái quát về sản phẩm dập tấm, các b-ớc khi tiến hành thiết kế công nghệ và các dạng sai hỏng của sản phẩm khi dập tạo hình, các vấn đề có liên quan

đến thiết kế đó là ng-ời thiết kế công nghệ phải nắm đ-ợc các yếu tố:

- Vật liệu phôi tấm: các thông số vật liệu, đ-ờng cong chảy, vật liệu có khuyết tật, không đồng nhất, tính dị h-ớng của vật liệu tấm, chiều dày vật liệu, biên dạng phôi, trạng thái bề mặt phôi

- Hình dạng, kết cấu, kích th-ớc hình học của khuôn mẫu

Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn này tác giả sẽ tập trung khảo sát ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi ngược tới độ chính xác hình học của sản phẩm dập tấm trong quá trình uốn và dập vuốt, sau đó phân tích mô phỏng quá trình đàn hồi ngược tạo điều kiện cho việc tính toán thiết kế khuôn chính xác, phù hợp với từng loại vật liệu để chế tạo sản phẩm, hạn chế những sai lệch về hình học cho sản phẩm

CHƯƠNG 2 NGHIấN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG ĐÀN HỒI NGƯỢC ĐỐI

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 2.1 Hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc đối

2.1.1 Quan sỏt trực quan

Giả sử chi tiết cần uốn dạng V là chi tiết 1 cú gúc uốn là 900

Trong quỏ trỡnh uốn phụi luụn tiếp xỳc với biờn dạng khuụn uốn.Nhưng sau khi ngừng tỏc dụng lực uốn thỡ sản phẩm thu được là chi tiết 2 cú gúc uốn lớn hơn gúc uốn của nhi tiết yờu cầu (chi tiết 1) như hỡnh 2.1 Hiện tượng tấm kim loại sau uốn cú kớch thước gúc lớn hơn kớch thước khuụn uốn là hiện tượng đàn hồi ngược đối

Hình 2.1 Quan sát trực quan hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc đối

2.1.2 Nguyờn nhõn

Trong tất cả cỏc phương phỏp gia cụng ỏp lực thỡ quỏ trỡnh biến dạng được thực hiện trong vựng đàn hồi – dẻo Kốm theo biến dạng dẻo bao giờ cũng cú biến dạng đàn hồi Sau khi gỡ bỏ lực tỏc dụng sản phẩm cú xu hướng trở về trạng thỏi trước khi cú lực tỏc dụng

1

2

Hình 2.2 Sơ đồ hiện t-ợng đàn hồi lại khi uốn chi tiết dạng U và V

Sở dĩ cú biến dạng đàn hồi là do tồn tại cỏc vựng kim loại sau quỏ trỡnh biến dạng chưa đạt tới biến dạng dẻo mà vẫn ở vựng biến dạng đàn hồi Khi cú tải (ngoại lực) tỏc dụng lờn phụi, cỏc lớp kim loại nằm ở vựng kộo cú biến dạng đàn hồi nờn bị

co ngắn lại, cũn cỏc lớp kim loại ở vựng nộn thỡ bị gión ra Sau khi gỡ bỏ lực tỏc dụng cú xu hướng trở về trạng thỏi trước khi cú lực tỏc dụng tức biến dạng đàn hồi Biến dạng đàn hồi khỏc nhau tại vựng kộo và vựng nộn gõy ra sự quay tiết diện ngang của phụi và tạo ra gúc đàn hồi làm cho hỡnh dạng và kớch thước sản phẩm bị thay đổi

Biến dạng đàn hồi này sẽ gõy ra sự thay đổi hỡnh dạng và kớch thước chi tiết dập tấm so với hỡnh dạng và kớch thước của khuụn tạo hỡnh sản phẩm dập tấm Núi chung, biến dạng đàn hồi so với biến dạng dẻo thực hiện trong cỏc phương phỏp gia cụng ỏp lực là khụng đỏng kể, cú thể bỏ qua, song một số trường hợp nhất thiết phải

để ý đến ảnh hưởng của nú (vớ dụ biến dạng đàn hồi khi uốn)

2.1.3 Ảnh hưởng của đàn hồi lại đến công nghệ tạo hình

Tùy theo loại hình công nghệ mà mức độ đàn hồi lại ảnh hưởng khác nhau:

2.1.3.1 Công nghệ uốn

a) §Æc ®iÓm cña nguyªn c«ng uèn

Uốn là một nguyên công nhằm biến đổi các phôi có trục thẳng thành các chi tiết có trục cong

Nguyên công uốn được thực hiện trên các máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ lực, máy uốn tấm nhiều trục (máy lốc tấm), máy uốn prôfin chuyên dùng để uốn có kéo và các máy uốn tự động vạn năng

Uốn bằng khuôn trên các máy ép trục khuỷu được sử dụng nhiều nhất trong chế tạo máy Quá trình uốn trên khuôn do tác dụng đồng thời của cả chày và cối với các điểm đặt lực P và Q ở một khoảng nhất định (hình 2.3)

Hình 2.3 Sơ đồ tác dụng lực khi uốn

Lực P và Q sẽ tạo ra mômen uốn làm thay đổi hình dạng của phôi Trong quá trình uốn độ cong của phần phôi bị biến dạng sẽ tăng lên và tại vùng biến dạng xảy

ra quá trình biến dạng khác nhau ở hai phía của phôi; các lớp kim loại ở phía mặt ngoài góc uốn thì bị kéo còn các lớp bên trong thì bị nén Khi giảm bán kính uốn, biến dạng dẻo sẽ bao trùm toàn bộ chiều dày phôi Hình dạng của vùng biến dạng dẻo và độ dài của nó khi góc uốn  = 900 gần bằng 1/4 tay đòn uốn l được chỉ ra

Sau khi uốn hỡnh dạng và kớch thước tiết diện ngang của phụi tại vựng uốn bị thay đổi Sự thay đổi tiết diện ngang của phụi sẽ càng lớn khi bỏn kớnh uốn r càng nhỏ

Sự thay đổi tiết diện ngang tại vựng uốn là do biến dạng dẻo theo bỏn kớnh chày với điều kiện thể tớch khụng đổi đó kộo theo biến dạng dẻo ngược dấu theo một hoặc hai hướng tương ứng vuụng gúc: hướng kớnh và hướng trục

b) Trạng thái ứng suất và biến dạng

Sự thay đổi tiết diện ngang tại vùng uốn là do biến dạng dẻo theo bán kính chày với điều kiện thể tích không đổi đã kéo theo biến dạng dẻo ng-ợc dấu theo một hoặc hai h-ớng t-ơng ứng vuông góc: h-ớng kính và h-ớng trục

Hình 2.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn phôi dải hẹp (a) và dải rộng (b)

Khi uốn các phôi dải hẹp (dạng gân) có tiết diện ngang hình chữ nhật thì sau khi uốn tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn sẽ bị biến dạng và trở thành hình thang (hình 2.4 a) Khi đó chiều dày của phôi tại vùng uốn giảm đi S < S 0 và khi mức độ biến dạng lớn (bán kính uốn nhỏ) tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn có

Khi uốn phôi dải rộng (khác với uốn phôi dải hẹp) biến dạng theo ph-ơng ngang hầu nh- không đáng kể do trở lực biến dạng theo ph-ơng ngang rất lớn Vì vậy khi uốn phôi dải rộng trạng thái ứng suất là khối còn trạng thái biến dạng là phẳng Khi uốn phôi dải rộng có thêm thành phần ứng suất a là do trở lực liên kết của các phần tử kim loại Trong vùng kéo, ứng suất chiều trục a là ứng suất kéo, còn ở vùng nén a là ứng suất nén Bề mặt phân chia giữa vùng kéo và vùng nén gọi

là mặt trung hòa ứng suất

Khi uốn phôi dải hẹp, ứng suất chiều trục rất nhỏ so với ứng suất chảy nên có thể bỏ qua (a  0) Vì vậy uốn phôi dải hẹp, trạng thái ứng suất có thể coi là trạng thái ứng suất phẳng

- Giá trị và sự phân bố ứng suất trong vùng biến dạng dẻo tùy thuộc vào bán kính cong của phôi uốn

- ở giai đoạn đầu bán kính cong của phôi lớn, phôi chỉ bị biến dạng đàn hồi và giai đoạn này gọi là uốn đàn hồi

- Nếu chúng ta tiếp tục uốn, bán kính uốn giảm dần, các lớp kim loại ở xa tâm phôi bắt đầu bị biến dạng dẻo Khi đó ứng suất tiếp tuyến  trong các lớp này đạt

đến giá trị ứng suất chảy Giai đoạn này đ-ợc gọi là giai đoạn uốn đàn hồi dẻo Biểu

đồ phân bố ứng suất  đ-ợc biểu diễn nh- trên hình 3.5 a

- Nếu tiếp tục giảm bán kính uốn thì vùng biến dạng dẻo sẽ tăng lên còn vùng biến dạng đàn hồi giảm đi và khi tỷ số r/S  5 thì hầu nh- toàn bộ tiết diện ngang của phôi ở trạng thái dẻo, bắt đầu giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn ở giai đoạn này xảy

ra sự dịch chuyển rõ rệt của lớp bề mặt trung hòa ứng suất về phía các thớ bị nén của phôi, sự dịch chuyển này sẽ tăng lên khi bán kính uốn giảm Biểu đồ phân bố ứng suất ,  và a theo chiều dày của phôi ở giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn đ-ợc chỉ ra trên hình 2.5 b

Hình 2.5 Biểu đồ phân bố ứng suất theo chiều dày của phôi ở các giai đoạn

a - Uốn đàn hồi dẻo b - Uốn dẻo hoàn toàn

c) Lực uốn chi tiết 1 góc và 2 góc

Hình 3.6 Sơ đồ uốn chi tiết 2 góc (a) và uốn một góc (b)

Lực biến dạng khi uốn 1 góc:

Lực biến dạng ở giai đoạn đầu của quá trình uốn có thể xác định một cách gần

đúng bằng ph-ơng pháp cân bằng tĩnh Vì ở giai đoạn này khoảng cách giữa các gối tựa của phôi uốn lớn (L > 5S) nên ảnh h-ởng của ứng suất tiếp là không đáng kể Nếu gọi phản lực ở các gối tựa là Q (hình 3.3) và coi lực ma sát T suất hiện là

do sự quay của phôi uốn đối với điểm tựa và tỷ lệ với phản lực gối tựa: T = .Q thì khi chiếu tất cả các lực lên ph-ơng tác dụng của lực uốn PU chúng ta có ph-ơng trình sau:

Q

P u (2.1) trong đó:  2 là góc giữa tiếp tuyến tại điểm tựa và ph-ơng tác dụng của lực uốn Pu(hình 3.3)

Phản lực gối tựa Q đ-ợc xác định từ điều kiện cân bằng mômen tạo ra bởi phản

lực Q với cánh tay đòn l và mômen giới hạn khi uốn dẻo không tính đến hoá bền:

S

l

S b

4

. 2

 (2.2)

Độ dài của cánh tay đòn l bằng khoảng cách giữa ph-ơng tác dụng của lực Q

và pháp tuyến qua tâm bán kính l-ợn của chày, nó đ-ợc xác định từ quan hệ hình học (hình 3.3):

2 sin

1 2 cos ) (

Trong đó: L là khoảng cách giữa các tâm bán kính l-ợn của mép cối

Nếu gọi r1  rch  S 2 và r2  rc  S 2 thay vào (2.3) ta có:

2 sin

1 2 cos ) (

2 sin ).

2

cos 2

.(sin

.

2 1

S b

1 2



 (2.5)

Nh- vậy theo công thức trên ng-ời ta thấy rằng khi khoảng cách t-ơng đối giữa các gối tựa (L/r) càng lớn thì lực uốn đạt giá trị cực đại với góc uốn  càng lớn

và sau đó hầu nh- không đổi

Nh- vậy lực nắn phụ thuộc vào lực uốn ở giai đoạn uốn tự do:

Pnắn kPu (2.6)

Trong đó: k - hệ số (số lần lực nắn lớn hơn lực uốn)

Khi đó quá trình nắn chỉ đ-ợc thực hiện ở phần phôi đã bị biến dạng dẻo (hình 2.7) và lực nắn sẽ giảm Khuôn để uốn một góc có đặc điểm là chày th-ờng đ-ợc làm bậc còn cối đ-ợc phay một rãnh ở đỉnh góc, khi đó quá trình nắn chỉ đ-ợc thực hiện ở phần phôi đã bị biến dạng dẻo và lực nắn sẽ giảm

Khi khoảng cách giữa các gối tựa nhỏ, ở giai đoạn đầu của quá trình uốn có thể xuất hiện các vết lõm trên bề mặt của phôi tiếp xúc với cối Điều đó là do khi giảm khoảng cách L của cối làm cho phản lực Q ở gối tựa tăng lên Chúng ta có thể nhận thấy điều này khi phân tích công thức nhận đ-ợc từ điều kiện cân bằng mô men nội lực và ngoại lực với việc sử dụng các công thức (2.2) và (2.3a)

] cos ).

r r (

L [

sin S b

2 2

2

2

2 1

Do đó khoảng cách L của rãnh cối cần phải lớn hơn trị số tính toán gần đúng theo công thức của V.S Smirnop đối với phôi dải có tiết diện ngang hình chữ nhật và chiều rộng b = 1 đơn vị:

2 cos ) (

2

10

2 sin

2 1

S E L

c S

Lực biến dạng khi uốn hai góc

Để nhận đ-ợc các chi tiết có dạng chữ U hoặc

t-ơng tự sau một nguyên công với các tiết diện

ngang khác nhau thì phôi th-ờng đ-ợc uốn đồng

thời 2 góc uốn

Đặc điểm của quá trình uốn hai góc là giữa các

mặt bên thẳng đứng của chày và cối có khe hở Z =

(1,1  1,3)S khe hở này không thay đổi trong suốt

quá trình uốn, còn phần phôi nằm d-ới bề mặt nằm

Hình 2.7 Đặc điểm kết cấu của khuôn uốn một góc

Hình 2.8 Sơ đồ uốn hai góc

ngang của chày thì không tiếp xúc với chày mà bị lồi ra (hình 2.8) Ngoài ra khi uốn hai góc ngoại lực tác dụng lên phôi tại hai điểm tiếp xúc giữa phôi và chày, khi đó cánh tay đòn uốn nhỏ hơn so với khi uốn một góc

Do vậy khi xác định lực uốn hai góc chúng ta cần phải tính đến những đặc

điểm này Khi tâm bán kính l-ợn của mép làm việc của chày và cối cùng nằm trên mặt phẳng ngang chúng ta xác định đ-ợc cánh tay đòn uốn (hình 2.8, tam giác abc):

2 sin )

2 sin ) (

2

cos 2

sin 2

S u

r z r

S b P







 (2.10)

Lực uốn thay đổi theo hành trình của chày, nó phụ thuộc vào góc /2 Khi bắt

đầu quá trình uốn /2 = /2 và lực uốn sẽ là:

) (

2

. 2

ch c

S u

r z r

S b P

S u

r z r

S b P

Pcn = (1,25  1,60)Pu (2.11) Khi cần uốn các chi tiết có độ chính xác cao phần chiều dày phôi ở đáy nằm ngang thì cần phải tính đến quá trình nắn sau khi uốn Lực nắn khi đó sẽ đ-ợc tính nh- sau:

Pnắn q Fch (2.12) Trong đó: - q: áp lực đơn vị;

- Fch: diện tích tiếp xúc giữa phôi và tấm chặn

d) Biến dạng đàn hồi khi uốn

Trong quỏ trỡnh uốn kim loại khụng phải biến dạng dẻo hoàn toàn, nờn sau khi uốn vẫn cũn tồn tại ứng suất hồi phục gọi là ứng suất dư.chớnh ứng suất này gõy

ra hiện tượng đàn hồi

Hình 2.9 ứng suất trong suốt quá trình uốn

Biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết một góc:

Quá trình uốn dẻo cũng giống nh- những dạng khác của quá trình biến dạng dẻo là bao gồm cả biến dạng đàn hồi và biến dạng đàn hồi này sẽ gây ra sự thay đổi hình dạng và kích th-ớc của chi tiết sau khi uốn so với hình dạng và kích th-ớc của khuôn nh-: bán kính uốn và góc uốn (hình 3.10)

Hình 2.10 Sự biến dạng đàn hồi khi uốn

Sở dĩ có sự đàn hồi nh- vậy là do khi có tải (ngoại lực) tác dụng lên phôi, các lớp kim loại nằm ở vùng kéo có biến dạng đàn hồi nên bị co ngắn lại, còn các lớp kim loại ở vùng nén thì bị giãn ra Biến dạng đàn hồi khác nhau tại vùng kéo và vùng nén gây ra sự quay tiết diện ngang của phôi và tạo ra góc đàn hồi Δ làm cho

bán kính cong và góc uốn bị thay đổi

Biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết hai góc (dạng chữ U):

Hình 2.11 Sơ đồ uốn chi tiết hai góc và quá trình đàn hồi lại

Khi uốn hai góc tự do, nghĩa là uốn với cối có lỗ thông và không có tấm

chặn-đẩy, khi đó phôi sẽ bị uốn cho đến khi 2 đầu của nó chạm vào mặt bên của chày Khi đó góc uốn sẽ nhỏ hơn /2 một l-ợng  còn bán kính uốn rch/t có thể sẽ lớn hơn bán kính l-ợn của chày rch (hình 3.12a) Đồng thời với quá trình uốn ở hai góc

sẽ có quá trình uốn cong phần giữa của phôi (phần nằm d-ời bề mặt của chày) Nếu khe hở giữa chày và cối càng lớn thì góc  càng lớn và phần lồi ở giữa phôi cũng

càng lớn Khi bỏ tải trọng tất cả các phần tử của chi tiết, các phần phôi ở giữa, các cánh uốn và các phần tử ở góc đều bị biến dạng đàn hồi

Khi uốn hai góc có chặn phôi ở mặt đầu của chày (hình 3.12b) phần giữa của phôi không bị biến dạng, khi đó góc đàn hồi có thể coi nh- bằng tổng các góc đàn hồi của phần I (phần xung quang mép l-ợn của chày) và phần II nằm trong khe hở giữa chày và cối

Hình 2.12 Sơ đồ uốn hai góc

a Không có chặn phôi; b Có chặn phôi; c Có chặn phôi ở giai đoạn cuối

Sự biến dạng của phần I sẽ kết thúc tại thời điểm khi tâm bán kính l-ợn của chày và cối (rch và rc ) ở cùng một mức nằm ngang (nh- trên hình vẽ 2.12b)

Nếu biết đ-ợc giá trị của góc đàn hồi   , cũng giống nh- khi uốn một góc chúng ta có thể điều chỉnh (bù trừ) kích th-ớc góc của khuônViệc uốn đồng thời 2 góc chi tiết dạng chữ U nêu trên th-ờng đ-ợc sử dụng khi khoảng cách giữa các cánh uốn nhỏ hơn tổng chiều dài của chúng: l < l1 + l2

2.1.3.2 Cụng nghệ dập vuốt

a) Đặc điểm của nguyên công dập vuốt

Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo

ra các chi tiết rỗng có hình dạng và kích th-ớc cần thiết Các chi tiết đ-ợc dập vuốt th-ờng có hình dạng rất khác nhau nh- hình dạng tròn xoay, hình dạng hình hộp

Hình 2.13 Quá trình dập vuốt chi tiết

Tuỳ theo chiều cao t-ơng đối của chi tiết, ng-ời ta có thể dập một hay nhiều nguyên công để tạo ra chi tiết ở nguyên công đầu, phôi phẳng có đ-ờng kính D0

đ-ợc dập vuốt để tạo thành phôi rỗng (hình 2.14a) có đ-ờng kính d1 và chiều cao h1

ở các nguyên công sau phôi rỗng đựơc tiếp tục dập vuốt để nhằm mục đích tăng chiều cao và giảm đ-ờng kính (hoặc giảm tiết diện ngang) của phôi (hình 2.14b)

Hình 2.14 Các b-ớc dập vuốt a.Nguyên công đầu, b.Nguyên công tiếp theo

Để chế tạo các chi tiết dập vuốt, ng-ời ta sử dụng các tấm kim loại có tính dẻo cao nh- thép các bon thấp chất l-ợng và thép kết cấu hợp kim thấp, nhôm và hợp kim nhôm, đồng, đồng thau và các kim loại khác

Dập vuốt đ-ợc tiến hành trong các khuôn chuyên dùng bao gồm các bộ phận làm việc nh-: cối 1 có mép làm việc đ-ợc l-ợn tròn, chày dập vuốt 2 và tấm chặn vật

liệu 3 (hình 2.15b) Khi dập vuốt các chi tiết có chiều dày t-ơng đối của phôi S/D lớn thì có thể không cần chặn vật liệu (hình 2.15a)

Hình 2.15 Sơ đồ khuôn để dập vuốt lần đầu

a Không có chặn phôi, b Có chặn phôi

1-cối ; 2-chày ; 3-chặn

Ng-ời ta th-ờng sử dụng hai ph-ơng pháp dập vuốt sau:

1 Dập vuốt không chủ định làm giảm chiều dày vật liệu đ-ợc gọi là dập vuốt không biến mỏng (hay gọi tắt là dập vuốt)

2 Dập vuốt có chủ định làm giảm chiều dày của phôi ( chủ yếu là chiều dầy thành chi tiết ) đ-ợc gọi là dập vuốt có biến mỏng vật liệu (hay dập vuốt có biến mỏng)

Đa số các tr-ờng hợp dập vuốt có biến mỏng đ-ợc thực hiện với phôi đã đ-ợc dập vuốt lần đầu không biến mỏng (từ phôi phẳng)

Hình 2.16 Sự hình thành các “ tai “ khi dập vuốt

Trị số l-ợng d- chiều cao để cắt mép H tuỳ thuộc vào tỷ số giữa đ-ờng kính

và chiều cao của chi tiết, chiều dày S của phôi Qua kinh nghiệm thực tế thì

H(5 20)% so với chiều cao chi tiết Nếu chiều cao t-ơng đối h/d và chiều dày S của phôi càng lớn thì l-ợng d- để cắt mép càng lớn

Hình 2.17 Các ph-ơng pháp cắt mép

a, b: cắt vành sau đó dập vuốt tiếp, c: cắt mép bằng khuôn

Việc cắt mép đ-ợc thực hiện bởi chày bậc bao gồm phần làm việc và phần định

vị Phần định vị có đ-ờng kính nhỏ hơn (0,2  0,3)mm so với đ-ờng kính chi tiết Nếu chúng ta biết đ-ợc mức độ dập vuốt cho phép ở các nguyên công bằng ph-ơng pháp tính toán hoặc theo số liệu thực nghiệm thì chúng ta có thể dễ dàng xác định đ-ợc đ-ờng kính của bán thành phẩm ở các nguyên công:

1

0 1

K

D

d  ,

2 1 0 2

1 2

.K

K

D K

K

d

d  =

3 2 1

0

K K K

D

n

n n

Hình 2.18 Sơ đồ xác định số nguyên công dập vuốt

Nếu chúng ta coi rằng khi dập vuốt không qua ủ trung gian, mức độ dập vuốt

ở các nguyên công sau thay đổi không đáng kể, nghĩa là:

D

(2.18) trong đó: n là số nguyên công dập vuốt

K là mức độ dập vuốt trung bình ở các nguyên công sau:

K =

1

3 2

0

n

K K

lg lg

n n

d

d D H

4

2 2

P=k.3,14.D.s.b (2.22)

d) Lực chặn

Mục đích của lực chặn để hạn chế ứng suất tiếp tuyến trên phần vành phôi gây ra hiện t-ợng nhăn phôi Nếu lực chặn phôi quá lớn sẽ dẫn đến kim loại trên vành không chảy vào đ-ợc lòng cối và bị đứt ngay tại mép của góc l-ợn cối Nh-ng nếu lực chặn quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện t-ợng nhăn trên vành

Lực chặn phù hợp có thể đ-ợc tính theo ph-ơng pháp giải tích và kinh nghiệm đối với một chi tiết hình trụ nh- sau:

max 2 0 0 0

D

s 1

16 1 1 , 0

Khi dập vuốt chi tiết hình trụ từ phôi phẳng, lực chặn có thể xác định theo công

c 2

d) Biến dạng đàn hồi khi dập vuốt

Trong quỏ trỡnh dập vuốt cũng xảy ra hiện tượng đàn hồi lại và gõy nờn cỏc sai số về hỡnh dỏng, kớch thước của sản phẩm dập vuốt

Hiện tượng đàn hồi trong nguyờn cụng dập vuốt

+ Vựng I : gúc lượn của chày

+ Vựng II : vựng đường sinh

+ Vựng III : gúc lượn của cối

Hình 2.19 Các vùng biến dạng khi dập vuốt

Hình 2.20 Phân bố ứng suất khi dập vuốt

Vớ dụ về hiện tượng đàn hồi lại khi dập vuốt:

Hình 2.21 Kết quả đàn hồi lại khi dập vuốt

Hiện tượng biến dạng đàn hồi xuất hiện trong cỏc phương phỏp gia cụng ỏp lực khỏc như cắt, miết nhưng khụng đỏng kể so với biến dạng dẻo nờn cú thể bỏ qua

2.2 Thông số đánh giá mức độ đàn hồi lại

Với 1: Góc uốn yêu cầu  0

r : Bán kính trong của phôi  mm ,

S : chiều dày vật liệu

Chỉ số biến dạng đàn hồi kR cho các loại vật liệu khác nhau cho trong bảng 2.1

Stainless austenitic steels

High temperature ferritic steels

High temperature austenitic steels

0.97 0.97 0.97 0.96 0.92 0.97 0.955 0.96 0.98 0.90 0.935 0.65 0.85 Bảng 2.1 Chỉ số biến dạng đàn hồi k R cho các loại vật liệu khác nhau

2.3 Cỏc thụng số ảnh hưởng đến đàn hồi ngược

Hiện tượng đàn hồi lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố (hỡnh 2.23) như vật liệu, loại hỡnh cụng nghệ dập tấm, dụng cụ tạo hỡnh, tỉ lệ giữa bỏn kớnh khuụn với chiều dày tấm vật liệu

Hình 2.23 L-ợng đàn hồi lại và các yếu tố chính ảnh h-ởng đến đàn hồi lại

2.3.1 Vật liệu

2.3.1.1 Ảnh hưởng của cỏc loại vật liệu khỏc nhau

Với cỏc vật liệu khỏc nhau như nhụm, đồng, thộp thỡ lượng biến dạng đàn hồi khụng giống nhau như hỡnh 2.24 và hỡnh 2.25

Hình 2.24 Biến dạng đàn hồi của một số vật liệu

Hình 2.25 Mức độ đàn hồi lại của vật liệu DP 350/600 và HSLA 350/450

Hỡnh 2.26 biểu diễn chỉ số biến dạng đàn hồi khi cỏc loại vật liệu khỏc nhau cho thấy sự chờnh lệch về mức độ đàn hồi lại giữa cỏc loại vật liệu

Hỡnh 2.26 Chỉ số biến dạng đàn hồi với một số vật liệu khỏc nhau

2.3.1.2 Ảnh hưởng của chiều dày vật liệu khỏc nhau

Cựng một loại vật liệu chiều dày tấm kim loại dựng để uốn tăng thỡ hiện tượng đàn

2.27 Hiện tượng đàn hồi lại khi chiều dày tấm kim loại khác nhau

Thực hiện thí nghiệm quá trính uốn chi tiết dạng chữ U, đồng thời dùng phần mềm mô phỏng quá trình uốn như vậy Kết quả thu được như hình 2.28, đó là sự so sánh kết quả có được từ hai phương thức thực hiện như trên:

Hình 2.28 Ảnh hưởng của chiều dày tấm vật liệu tới hiện tượng đàn hồi lại

2.3.1.3 Ảnh hưởng của môđun đàn hồi của vật liệu

Khi giá trị của mô đun đàn hồi E giảm thì đàn hồi lại sẽ tăng vì nó làm tăng sức căng (hình 2.29)

Hình 2.29 Ảnh hưởng của mô đun đàn hồi tới lượng đàn hồi lại

Hình 2.30 Sơ đồ biến dạng đàn hồi khi uốn

Y là trục ứng suất đàn hồi của vật liệu, khi tiến hành thí nghiệm trong quá trình gây biến dạng và không gây biến dạng, ta có:

(2.27) Theo công thức (2.27) thì biến dạng đàn hồi tăng khi mức độ ứng suất và môđun

Giản đồ minh họa trong quá trình có tải và không có tải để biến dạng khi thí nghiệm biến dạng đàn hồi phụ thuộc vào ứng suất và môđun đàn hồi của 3 loại vật liệu như hình 2.31 và hình 2.32

Hình 2.31 Biến dạng đàn hồi khi có tải và không có tải tác dụng lên các tấm

vật liệu khác nhau

Hình 2.32 Mô đun đàn hồi ảnh hưởng đến lượng biến dạng đàn hồi

2.3.1.4 Ảnh hưởng của ứng suất chảy (giới hạn chảy)

Hình 2.33 chỉ ra rằng mức độ đàn hồi lại tăng khi ứng suất chảy của vật liệu  tăng

Hình 2.33 Ảnh hưởng của ứng suất chảy  tới lượng đàn hồi lại