Trong quá trình uốn, các lớp kim loại phía trong góc uốn bị nén và co lại ở hướng dọc và bị kéo ở hướng ngang. Các lớp kim loại phía ngoài thì ngược lại, chịu kéo và dãn dài ở hướng dọc và bị nén ở hướng ngang. Giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp trung hoà, độ dài của lớp trung hoà bằng độ dài của phôi. Như vậy, có thể thấy lớp trung hoà không phải là một lớp mang tính chất vật lý nào đó, có thể thấy được mà nó là một mặt cong quy ước chạy qua các lớp phôi khác nhau. Khi uốn những phôi có dải hẹp, thường xảy ra sai lệch rất lớn của tiết diện ngang, kèm theo sự giảm chiều dày của vật liệu ở chỗ uốn, sự dịch chuyển của lớp trung hoà về phía thớ bị nén và sự thay đổi hình dạng chữ nhật của tiết diện ngang thành dạng hình thang. Khi uốn những dải rộng hoặc tấm cũng xảy ra sự biến mỏng của vật liệu nhưng hầu như không có sự sai lệch của tiết diện ngang, bởi vì vật liệu có chiều rộng lớn sẽ cản trở sự biến dạng theo phương ngang. Khi uốn phôi có tiết diện khác (hình tròn, đa giác) đặc tính biến dạng của tiết diện ngang sẽ khác, mức độ biến mỏng cũng khác và do đó vị trí của lớp trung hoà cũng sẽ khác. Qua khảo sát cho thấy, khi uốn một thanh tròn đường kính (d) xung quanh khuôn (chày) có bán kính r > 1,5.d, thì tiết diện ngang thường không thay đổi và vẫn giữ nguyên là tròn. Bởi vì các vật liệu đều có mô đun đàn hồi, nên khi biến dạng dẻo vật sẽ phục hồi lại một phần khi thôi tác dụng lực. Trong uốn, phục hồi này còn được gọi là đàn hồi ngược. Như trong hình 4, góc uốn cuối cùng và bán kính uốn cuối cùng sẽ lớn hơn góc và bán kính uốn ban đầu (đàn hồi ngược không chỉ xảy ra trong vật liệu tấm, mà còn xảy ra trong thanh, dây, …) Để đánh giá trị số biến dạng đàn hồi ngược có thể thực hiền bằng hai phương pháp: phương pháp tính toán giải thích trị số của biến dạng đàn hồi và phương pháp thực nghiệm. Lưu ý, khi uốn tự do thì trị số đàn hồi sẽ phụ thuộc vào tính chất đàn hồi của vật liệu, mức độ biến dạng uốn, góc uốn và hình dạng uốn,… Đàn hồi ngược có thể được tính gần đúng theo bán kính Ri và Rf như công thức bên dưới: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: Bước 1: Nhận mẫu thép tấm (thép lá) với các bề dày khác nhau. Mài sơ để loại bỏ các vết ghỉ sét. Bước 2: Đo và ghi nhận bề dày của mẫu uốn. Đo xác nhận chiều dày mẫu ở 5 vị trí là hai đầu mẫu và 3 điểm cách đều nhau ở giữa hai đầu mẫu, sau đó lấy giá trị trung bình => bề dày thanh. Thực hiện lần lượt cho tất cả các mẫu và đánh sốmẫu. Bước 3: Tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn (R) là 80mm, góc uốn là 90o . Giữ lực tại vị trí uốn là 5s mới thôi tác dụng lực và lấy mẫu uốn ra. Lưu ý: trong quá trình uốn lực tác dụng phải liên tục và ổn định, đánh dấu các vị trí tiếp tuyết giữa khuôn uốn và mẫu để tiến hành đo thuận tiện. Thực hiện uốn với các mẫu khác nhau. Bước 4: Tiến hành đo góc uốn và bán kính uốn sau khi uốn. Đo tối thiểu 3 lần, ghi nhận giá trị, lấy giá trị trung bình. Bước 5: Từ các số liệu thu được, thay vào công thức để tính hệ số Y/E của vật liệu. Hệ số này không phụ thuộc vào chiều dày vật liệu. Từ đó suy ra được hệ số Y/E của mẫu thép. Bước 6: Từ hệ số Y/E thu được. Tính toán các góc uốn theo đề bài. Bước 7: Tiến hành uốn với các góc uốn tính toán được. Bước 8: Tiến hành đo lại các góc uốn mới và so sánh với giá trị tính toán. Bước 9: Dọn dẹp vệ sinh. Viết báo cáo.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN THIẾT BỊ VÀ CNVL CƠ KHÍ
-oOo -
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT CHẾ TẠO 1
NHÓM HỌC LÝ THUYẾT : Chiều thứ 3, tiết 7-9 NGÀY THỰC HÀNH : Chiều thứ 6, tiết 8-12
TP HỒ CHÍ MINH, ngày 20 tháng 11 năm 2019
Trang 2BÀI 2: XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐÀN HỒI NGƯỢC TRONG BIẾN
DẠNG UỐN
1 MỤC ĐÍCH:
- Làm quen với các loại uốn kim loại tấm
- Xác định góc uốn, độ bù trừ góc uốn
- Biết các thiết bị uốn,…
- Cách thí nghiệm, thu thập số liệu và tính toán bài toán thực tế
- …
2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Uốn là quá trình gia công kim loại bằng biến dạng dẻo để tạo thành chi tiết
có góc xác định, tạo hình chi tiết, … (V, U L, …)
Hình 2.1 Các phương pháp uốn thông dụng
Trong quá trình uốn, các lớp kim loại phía trong góc uốn bị nén và co lại ở hướng dọc và bị kéo ở hướng ngang Các lớp kim loại phía ngoài thì ngược lại, chịu kéo và dãn dài ở hướng dọc và bị nén ở hướng ngang Giữa các lớp co ngắn
và dãn dài là lớp trung hoà, độ dài của lớp trung hoà bằng độ dài của phôi
Trang 3Hình 2.2 Các lớp biến dạng trong uốn
Như vậy, có thể thấy lớp trung hoà không phải là một lớp mang tính chất vật
lý nào đó, có thể thấy được mà nó là một mặt cong quy ước chạy qua các lớp phôi khác nhau
Khi uốn những phôi có dải hẹp, thường xảy ra sai lệch rất lớn của tiết diện ngang, kèm theo sự giảm chiều dày của vật liệu ở chỗ uốn, sự dịch chuyển của lớp trung hoà về phía thớ bị nén và sự thay đổi hình dạng chữ nhật của tiết diện ngang thành dạng hình thang
Khi uốn những dải rộng hoặc tấm cũng xảy ra sự biến mỏng của vật liệu nhưng hầu như không có sự sai lệch của tiết diện ngang, bởi vì vật liệu có chiều rộng lớn sẽ cản trở sự biến dạng theo phương ngang
Khi uốn phôi có tiết diện khác (hình tròn, đa giác) đặc tính biến dạng của tiết diện ngang sẽ khác, mức độ biến mỏng cũng khác và do đó vị trí của lớp trung hoà cũng sẽ khác
Qua khảo sát cho thấy, khi uốn một thanh tròn đường kính (d) xung quanh khuôn (chày) có bán kính r > 1,5.d, thì tiết diện ngang thường không thay đổi và vẫn giữ nguyên là tròn
Hình 2.3 Biến dạng khi có và bỏ lực tác dụng
Trang 4Bởi vì các vật liệu đều có mô đun đàn hồi, nên khi biến dạng dẻo vật sẽ phục hồi lại một phần khi thôi tác dụng lực Trong uốn, phục hồi này còn được gọi là đàn hồi ngược Như trong hình 4, góc uốn cuối cùng và bán kính uốn cuối cùng
sẽ lớn hơn góc và bán kính uốn ban đầu (đàn hồi ngược không chỉ xảy ra trong vật liệu tấm, mà còn xảy ra trong thanh, dây, …)
Hình 2.4 Đàn hồi ngược trong uốn
Để đánh giá trị số biến dạng đàn hồi ngược có thể thực hiền bằng hai phương pháp: phương pháp tính toán giải thích trị số của biến dạng đàn hồi và phương pháp thực nghiệm Lưu ý, khi uốn tự do thì trị số đàn hồi sẽ phụ thuộc vào tính chất đàn hồi của vật liệu, mức độ biến dạng uốn, góc uốn và hình dạng uốn,… Đàn hồi ngược có thể được tính gần đúng theo bán kính Ri và Rf như công thức bên dưới:
Từ công thức, ta thấy rằng đàn hồi ngược tăng khi tỉ lệ R/T và giới hạn chảy (Y) của vật liệu tăng và khi mô đun (E) đàn hồi giảm
Các lỗi thường thầy trong uốn như móp, co rút, nhăn, xoắn,…
Hình 2.5 Các loại lỗi phổ biến trong uốn 3
Trang 53 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
Bước 1: Nhận mẫu thép tấm (thép lá) với các bề dày khác nhau Mài sơ để loại bỏ các vết ghỉ sét
Bước 2: Đo và ghi nhận bề dày của mẫu uốn Đo xác nhận chiều dày mẫu
ở 5 vị trí là hai đầu mẫu và 3 điểm cách đều nhau ở giữa hai đầu mẫu, sau đó lấy giá trị trung bình => bề dày thanh Thực hiện lần lượt cho tất cả các mẫu và đánh số mẫu
Bước 3: Tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn (R) là 80mm, góc uốn là 90o Giữ lực tại vị trí uốn là 5s mới thôi tác dụng lực và lấy mẫu uốn
ra Lưu ý: trong quá trình uốn lực tác dụng phải liên tục và ổn định, đánh dấu các
vị trí tiếp tuyết giữa khuôn uốn và mẫu để tiến hành đo thuận tiện Thực hiện uốn với các mẫu khác nhau
Bước 4: Tiến hành đo góc uốn và bán kính uốn sau khi uốn Đo tối thiểu 3 lần, ghi nhận giá trị, lấy giá trị trung bình
Bước 5: Từ các số liệu thu được, thay vào công thức để tính hệ số Y/E của vật liệu Hệ số này không phụ thuộc vào chiều dày vật liệu Từ đó suy ra được hệ
số Y/E của mẫu thép
Bước 6: Từ hệ số Y/E thu được Tính toán các góc uốn theo đề bài
Bước 7: Tiến hành uốn với các góc uốn tính toán được
Bước 8: Tiến hành đo lại các góc uốn mới và so sánh với giá trị tính toán Bước 9: Dọn dẹp vệ sinh Viết báo cáo
4 XỬ LÝ SỐ LIỆU:
4.1 Hệ số Y/E của thanh mỏng:
a Chiều dày trung bình thanh mỏng:
Hình 4.1: Vị trí các lần đo chiều dày mẫu thanh mỏng
Trang 6Vị trí đo 1 2 3 4 5 Chiều dày Ti (mm) 2,06 2,1 2,12 2,06 2,06
Bảng 4.1: Chiều dày mẫu thanh mỏng tại 5 vị trí khác nhau Khi đó chiều dày trung bình của thanh mỏng là:
2,06 2,1 2,12 2,06 2,06 2,08
5
tb
T mm
b Bán kính uốn Rf và góc uốn f của thanh mỏng:
Sau khi tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn Ri = 80mm, góc uốn bằng 90o Tiếp đó, ta vẽ lại biên dạng của mẫu sau khi uốn lên giấy (thực hiện vẽ 3 lần) ta thu được số liệu từ 3 lần đo như sau:
Lần
đo
Bán kính uốn
Rfi , mm
Bán kính uốn trung bình Rfi, mm
Góc uốn fi, 1,3i ,
độ
1
Rf1’ 131
Rf1’’ 136
2
Rf2’ 131
Rf2’’ 137
3
Rf3’ 134
Rf3’’ 139 Bảng 4.2: Bán kính uốn Rf và góc uốn f của thanh mỏng
Trang 7Hình 4.2: Biên dạng của mẫu thanh mỏng sau khi uốn với gĩc 90o
Từ số liệu thu được ở bảng 4.2 ta tính được:
- Bán kính uốn trung bình: 133,5 134 136,5 134,67
3
f
R mm
- Gĩc uốn trung bình: 54 54 54 54
3
o f
(1) ta được:
3
3
Y hoặc Y hoặc Y
Trang 84.2 Hệ số Y/E của thanh dày:
a Chiều dày trung bình thanh dày:
Hình 4.3: Vị trí các lần đo chiều dày mẫu thanh dày
Chiều dày Ti (mm) 4,1 4,12 4,22 4,2 4,32
Bảng 4.3: Chiều dày mẫu thanh dày tại 5 vị trí khác nhau Khi đó chiều dày trung bình của thanh dày là:
4,1 4,12 4,22 4,2 4,32 4,192
5
tb
T mm
b Bán kính uốn Rf và góc uốn f của thanh dày:
Sau khi tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn Ri = 80mm, góc uốn bằng 90o Tiếp đó, ta vẽ lại biên dạng của mẫu sau khi uốn lên giấy (thực hiện vẽ 3 lần) ta thu được số liệu từ 3 lần đo như sau:
Lần
đo
Bán kính uốn
Rfi , mm
Bán kính uốn trung bình Rfi, mm
Góc uốn fi, 1,3i ,
độ
1
Rf1’ 106
Rf1’’ 104
2
Rf2’ 105
Rf2’’ 103
3
Rf3’ 104
Rf3’’ 106 Bảng 4.4: Bán kính uốn Rf và góc uốn f của thanh dày
Trang 9Hình 4.4: Biên dạng của mẫu thanh dày sau khi uốn với gĩc 90o
Từ số liệu thu được ở bảng 4.4 ta tính được:
- Bán kính uốn trung bình: 105 104 105 104,67
3
f
R mm,
- Gĩc uốn trung bình: 70 71 71 70,67
3
o f
trình (1) ta được:
3
3
Y hoặc Y hoặc Y
Từ (2),(3) ta chọn:
- Hệ số Y
E đối với thanh mỏng là:
3 3,6.10
Y E
- Hệ số Y
E đối với thanh dày là:
3 4,15.10
Y E
Trang 104.3 Tính toán góc cần uốn cho 1 mẫu thanh mỏng khác để sau khi uốn có được góc uốn mong muốn là 55o:
a Chiều dày trung bình thanh mỏng:
Hình 4.5: Vị trí các lần đo chiều dày mẫu thanh mỏng
Chiều dày Ti (mm) 2,1 2,06 2,1 2,06 2,08
Bảng 4.6: Chiều dày mẫu thanh dày tại 5 vị trí khác nhau Khi đó chiều dày trung bình của thanh mỏng là:
2,1 2,06 2,1 2,06 2,08 2,08
5
tb
T mm
b Tính toán góc cần uốn:
Với các thông số biết trước gồm:
+ Chiều dày trung bình của thanh mỏng: T tb 2,08mm
+ Hệ số Y
E đối với thanh mỏng là:
3 3,6.10
Y E
+ Bán kính uốn R i 80mm
Thay vào công thức (1) ta có tỷ số i
f
R
R là:
3
80.3,6.10 80.3,6.10
0,5952
i f i f
R R R R
Khi đó góc cần uốn là:
Trang 11i
R R
Sau khi tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn Ri = 80mm, góc cần uốn tính toán được bằng 92o Tiếp đó, ta vẽ lại biên dạng của mẫu sau khi uốn lên giấy (thực hiện vẽ 3 lần) ta thu được số liệu từ 3 lần đo như sau:
Lần
đo
Bán kính uốn
Rfi , mm
Bán kính uốn trung bình Rfi, mm
Góc uốn fi, 1,3i ,
độ
1
Rf1’ 136
Rf1’’ 139
2
Rf2’ 137
Rf2’’ 139
3
Rf3’ 138
Rf3’’ 140 Bảng 4.7: Bán kính uốn Rf và góc uốn f của thanh mỏng
Trang 12Hình 4.6: Biên dạng của mẫu thanh mỏng sau khi uốn với góc 92o
i
Từ số liệu thu được ở bảng 4.7 ta tính được:
- Bán kính uốn trung bình: 137,5 138 139 138,17
3
f
R mm,
- Góc uốn trung bình: 54 55 54 54,33
3
o f
Sai số giữa bán kính uốn thực tế so với tính toán:
80 138,17
0,5952 .100 2,8%
80 0,5952
f
R
Sai số giữa góc uốn thực tế so với góc uốn mong muốn 55o:
54,33 55
.100 1,22%
55
f
Trang 135 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN:
Sau khi tiến hành uốn mẫu trên thiết bị uốn với bán kính uốn Ri = 80mm, gĩc uốn bằng 90othì cả hai thanh mỏng và thanh dày đều cho ra kích thước khơng giống như kích thước lúc đầu cụ thể: bán kính uốn trung bình đối với thanh mỏng và dày lần lượt là: R f mỏng 134,67mm R, f dày 104,67mm, cịn gĩc uốn trung bình đối với thanh mỏng và dày lần lượt là 54 ,o 70,67o
f mỏng f dày
đĩ chứng tỏ là trong gia cơng uốn do vật liệu cĩ mơđun đàn hồi, nên khi biến dạng dẻo vật sẽ phục hồi lại một phần khi thơi tác dụng lực làm sản phẩm thu được khơng đạt được độ chính xác mong muốn
Mặt khác, ta cĩ: R f mỏng 134,67mm R f dày 104,67mm R i 80mm và
Nên độ đàn hồi ngược của thanh mỏng là lớn hơn so với thanh dày Vì thế mà trong quá trình uốn tấm, đặc biệt là tấm mỏng
do xảy ra hiện tượng trên mà kích thước gĩc sẽ lớn hơn rất nhiều so với kích thước chi tiết yêu cầu Để khắc phục hiện tượng trên, thì từ hệ số Y/E ta tính tốn chính xác gĩc uốn cần thiết, hạn chế sai số nhất cĩ thể để tạo hình cho vật liệu và thiết kế khuơn với gĩc uốn đã tính nếu lượng sản phẩm yêu cầu nhiều Kết quả thu được rất khả quan sau khi tính tốn gĩc uốn cần thiết là 92o được thử nghiệm trên thanh thép mỏng khác để sau khi uốn cĩ được gĩc uốn mong muốn là 55ota thấy sai lệch giữa gĩc uốn thực tế so với gĩc uốn mong muốn là khá nhỏ f 1,22%, do thao tác đo trong quá trình làm thí nghiệm, trong quá trình uốn lực tác dụng chưa liên tục và ổn định, sai lệch khi đánh dấu các vị trí tiếp tuyến giữa khuơn uốn và mẫu, kết quả đo được làm trịn nên kết quả đo cĩ sai số, tuy nhiên sai số cĩ thể chấp nhận được