CƠ SỞ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KIM LOẠI đề TÀI BIẾN DẠNG KHỐI II

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH NHĨM 12 Mơn: CƠ SỞ BIẾN DẠNG TẠO HÌNH KIM LOẠI ĐỀ TÀI: BIẾN DẠNG KHỐI II Học viên thực hiện: Ngành đào tạo: NGUYỄN VĂN TÚ 1970526 NGUYỄN ĐAN THIỆN 1970401 KỸ THUẬT CƠ KHÍ Giáo viên hướng dẫn: TS LƯU PHƯƠNG MINH TP HCM, THÁNG NĂM 2020 MỤC LỤC I QUY TRÌNH ÉP: Khái niệm: 2 Thơng số tính tốn: a Dịng chảy kim loại thơng số lực: b Các thông số khuôn: .7 Sơ đồ ứng suất sơ đồ biến dạng: Các quy trình ép khác: Khuyết tật tổ chức kim loại sau Ép: 11 a Khuyết tật: 11 b Tổ chức kim loại sau ép: 12 II QUY TRÌNH KÉO: 13 Tổng quan trình kéo 13 a Giới thiệu: 13 b Quá trình kéo trịn, sợi: 14 c Quá trình kéo ống 15 Phân tích q trình kéo trịn, sợi 17 a Q trình kéo trịn, sợi khơng xét ma sát: 17 b Quá trình kéo trịn, sợi có tính đến ma sát 18 Phân tích trình kéo ống 21 a Kéo ống không sử dụng trục gá 21 b Kéo ống có sử dụng trục gá cố định 21 c Kéo ống sử dụng trục gá không cố định 24 Phân tích sản phẩm sau q trình kéo (ứng suất dư thanh, dây ống) .25 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình I-1 Ép trực tiếp [1] Hình I-2 Ép gián tiếp [1] Hình I-3 Lực ma sát ép trực tiếp Hình I-4 Dòng chảy kim loại lớp oxit hai bề mặt tiếp xúc [1] Hình I-5 Biểu đồ thể phụ thuộc áp suất vào dịng chảy [2] Hình I-6 Góc chết khn [3] Hình I-7 Dịng chảy kim loại phụ thuộc vào góc khn [3] .7 Hình I-8 Biểu đồ thể hiên lực khối đẩy phụ thuộc vào góc khn [1] .8 Hình I-9 Sơ đồ ứng suất sơ đồ biến dạng khuôn [4] .9 Hình I-10 Ép tác động [5] Hình I-11 Ép thủy tĩnh [5] 10 Hình I-12 Khuyết tật nứt [1] 11 Hình I-13 Khuyết tật ống [1] 11 Hình I-14 Khuyết tật nứt bề mặt [1] 12 Hình I-15 Tổ chức kim loại trình ép [1] 12 Hình II-1 Sơ đồ trình kéo [5] 13 Hình II-2 Bản vẽ sơ đồ bàn vẽ [2] .14 Hình II-3 Sơ đồ thiết bị kéo dây [2] 15 Hình II-4 Mặt cách ngang lịng khuôn [2] .15 Hình II-5 Phương pháp kéo ống [2] 17 Hình II-6 Ứng suất q trình kéo khơng tính đến ma sát [2] 18 Hình II-7 Ứng suất phần tử dây [2] 20 Hình II-8 Ứng suất tác dụng lên phần tử ống kéo thiết bị trục gá cố định [2] 23 Hình II-9 Biểu đồ kéo ống giảm tối đa lý thuyết [2] .25 Hình II-10 Biểu đồ ứng suất dư dọc dây đồng thau kéo nguội [2] 27 GIỚI THIỆU Ép kéo có nhiều ứng dụng sản xuất hàng loạt đơn từ nhiều loại kim loại hợp kim Trong q trình ép, phơi hình trụ thường ép qua khuôn theo cách tương tự ép kem đánh từ ống Có thể tạo nhiều loại mặt cắt ngang đặc rỗng cách ép, sản phẩm bán thành phẩm Đặc điểm ép biến dạng lớn xảy mà khơng bị đứt gãy, vật liệu chịu ứng suất nén ba trục cao Vì hình dạng khn dập khơng thay đổi suốt trình nên sản phẩm ép thường có mặt cắt ngang khơng đổi Các sản phẩm điển hình tạo cách ép lan can cho cửa trượt, khung cửa sổ, ống, khung thang nhơm hình dạng kết cấu kiến trúc Sản phẩm ép cắt thành độ dài mong muốn, sau trở thành phận rời rạc, chẳng hạn giá đỡ, bánh móc áo Các kim loại thường ép nhơm, đồng, thép, magiê chì; kim loại hợp kim khác ép, với nhiều mức độ khó khăn khác Quy trình tiết kiệm cho hoạt động sản xuất lớn ngắn Chi phí dụng cụ thường thấp, đặc biệt để sản xuất mặt cắt đơn giản, chắn Tùy thuộc vào độ dẻo yêu cầu vật liệu, q trình thực phịng nhiệt độ cao Ép nhiệt độ phòng thường kết hợp với hoạt động rèn, trường hợp này, thường gọi ép nguội, với nhiều ứng dụng, chẳng hạn dây buộc phận cho ô tô, xe đạp, xe máy, máy móc hạng nặng thiết bị vận tải Trong vẽ, phát triển từ năm 1000 đến năm 1500, mặt cắt ngang thanh, dây ống rắn bị giảm thay đổi hình dạng cách kéo qua khuôn Các kéo sử dụng cho trục, trục piston nhỏ, làm nguyên liệu cho chốt đinh tán, bu lơng ốc vít Ngồi trịn, vẽ cấu hình khác Trong công nghiệp, dây thường định nghĩa kéo qua khn lần, đường kính đủ nhỏ để cuộn (sự phân biệt dây với coi có tiết diện lớn dây) Kéo dây liên quan đến đường kính nhỏ nhiều so với kéo thanh, với kích thước xuống đến 0,01 mm cho dây điện từ chí nhỏ để sử dụng cầu chì dịng điện thấp I QUY TRÌNH ÉP: Khái niệm: Ép trình tạo hình hàng loạt kim loại gia cơng bỏ vào buồng ép đe ép nén chảy qua khuôn để tạo chi tiết có mặt cắt ngang khn Có hai loại ép thuận ép nghịch - Ép thuận: Được sử dùng phôi nhiệt độ cao (ép nóng), nhiệt độ phơi t oph  0, 5t kto Bộ phận tạo hình gắn vào cuối buồng chứa Khi nén kim loại chảy hướng chuyển động khối đẩy + Ưu điểm: Sản phẩm tạo hình đa dạng + Nhược điểm: Ma sát đáng kể phôi bề mặt buồng chứa Bề mặt cịn bị lớp oxi hóa, dung sai khơng tốt trình kết tinh lại Hình I-1 Ép trực tiếp [ CITATION RGa \l 1033 ] - Ép nghịch: Được sử dụng phơi nhiệt độ phịng (ép nguội) Bộ phận tạo hình gắn vào khối đẩy, nén kim loại chảy qua lỗ khuôn ngược hướng với chuyển động khối đẩy Hình I-2 Ép gián tiếp [ CITATION RGa \l 1033 ] + Ưu điểm: Do khơng có chuyển động tương đối phơi bề mặt buồng chứa dẫn đến khơng có lực ma sát hai bề mặt, không xảy trình kết tinh lại bề mặt tính, dung sai tốt so với ép trực tiếp + Nhược điểm: Trở suất biến dạng lớn, cần tác động lực lớn độ cứng khối đẩy thấp khó hỗ trợ sản phẩn ép lối ra, thường dùng phương pháp thủ cơng để lấy sản phẩm Thơng số tính tốn: a Dịng chảy kim loại thơng số lực: - Trong trình ép trực tiếp, lượng ma sát đáng kể tồn bề mặt phôi thành thùng chứa, phơi buộc phải trượt phía lỗ khuôn Do diện ma sát, cần phải tăng đáng kể lực tác động vào khối đẩy Hình I-3 Lực ma sát ép trực tiếp - Trong q trình ép trực tiếp (ép nóng), vấn đề ma sát tăng lên diện lớp oxit bề mặt phơi Lớp oxit gây khuyết tật sản phẩm ép Để giải vấn đề này, đường kính khối nén phải nhỏ chút so với đường kính phơi, để lớp phơi mỏng có chứa lớp oxit để lại thùng chứa lấy sau q trình để sản phẩm cuối khơng có oxit Hình I-4 Dịng chảy kim loại lớp oxit hai bề mặt tiếp xúc [ CITATION RGa \l 1033 ] Lưu ý sau: Muốn tính áp suất cần thiết để ép trước tiên ta phải tính áp suất biến dạng lí tưởng khơng có ma sát áp suất bổ sung khắc phục ma sát Sau cộng hai áp suất lại ta áp suất tổng cần thiết  Áp suất biến dạng lý tưởng: - Giả sử diện tích mặt cắt ngang phôi ban đầu A0 , phôi sau ép A f , ta có tỉ lệ ép là: re  - A0 Af Biến dạng thực trình ép biến dạng lý tưởng (khơng có ma sát A    ln(re )  ln   A   f biến dạng dư) đưa ra: - Dưới biến dạng lý tưởng, áp lực ram cần thiết để ép phôi qua lỗ khuôn đưa A  K n p  Y f ln(re )  Y f ln   Y  A  f  f  , đó:  n ứng suất dịng chảy trung bình ra: vật liệu Áp suất thực tế để ép lớn trường hợp lý tưởng, ma sát phôi khuôn phôi thành thùng chứa - Có nhiều phương trình khác sử dụng để đánh giá biến dạng thực thực tế áp suất ram liên quan trình ép Mối quan hệ sau Johnson đề xuất quan tâm  x  a  b ln re  a  b  plt  Y f  x : Trong a b số thực nghiệm cho góc cắt cho trước Giá trị điển hình là: a = 0,8, b = 1,2 - 1,5  Áp suất khắc phục ma sát: - Ma sát trượt: Ma sát Coulomb hai bề mặt tỉ lệ thuận với ứng suất buồng chứa Hằng số tỉ lệ gọi hệ số ma sát  Điều kiện tồn dụng cụ tạo hình bơi trơn tốt q trình tạo hình thực nhiệt độ phịng   p - Ma sát dính: Trong điều kiện này, lớp vật liệu tiếp xúc với bề mặt khuôn dính vào khn tượng chảy nhựa xảy lớp bề mặt Trong trường hợp này, ứng suất ma sát (  ) với cường độ chảy cắt (K), giả sử hệ số ma sát m = Tình trạng tồn q trình rèn nóng, khơng sử dụng chất bôi trơn, điều kiện ma sát cao Chủ yếu phần bề mặt tiếp xúc bị trượt phần khác tình trạng dính   mK - Trong q trình ép trực tiếp, giả sử có ma sát bề mặt phân cách, tìm thấy áp suất ép thực tế sau: Lực ma sát phôi với thùng chứa = Lực khối đẩy bổ sung để khắc phục điều p  D2   pe D0 L  f , Trong p f áp suất bổ sung cần thiết để thắng ma sát, pe áp lực lên thành thùng chứa - Trong công thức giả sử điều kiện ma sát trượt Nếu giả sử có ma sát dính mặt phân cách, viết: p  D2 Km D0 L  f , K cường độ chảy cắt m=1 hệ số ma sát 2L KL Y pf  p f  Yf K f D0 , giả sử D0 , Đây áp ta có, - Rút từ công thức suất bổ sung cần thiết để vượt qua ma sát trình ép  Áp suất cần thiết để ép: - Bây áp suất ram thực tế cần thiết để ép trực tiếp đưa cách cộng áp suất biến dạng lí tưởng áp suất để thắng lực ma sát, sau: pct  plt  p f  Y  x  Y f 2L  Yf D0  2L  x   D0   Trong đó: L chiều dài phơi cịn lại cần ép, D0 đường kính ban đầu phơi Ta thấy áp suất bị giảm chiều dài phôi bị giảm trình ép - Sự thay đổi áp suất buồng chứa với hành trình cho ép thuận nghịch thể biểu đồ bên Hình I-5 Biểu đồ thể phụ thuộc áp suất vào dòng chảy [ CITATION Ami1 \l 1033 ] - Hình dạng áp suất ban đầu hình thành phụ thuộc vào góc chết Góc chết cao khiến đường áp suất dốc - Để đạt dung sai kích thước - Để cải thiện độ hồn thiện bề mặt - Để cải thiện đặc tính học nhờ biến cứng, kéo thường làm tăng độ bền độ cứng vật liệu Dựa đặc điểm sản phẩm trình kéo, ta chia trình kéo thành trình kéo trịn, sợi q trình kéo ống b Q trình kéo tròn, sợi: Về nguyên lý, việc kéo tròn, sợi ống giống nhau, thiết bị sử dụng khác sản phẩm có kích thước khác Thanh trịn ống, khơng thể cuộn lại được, sản xuất mơ hình xe kéo (Hình 2) Phơi có đầu làm nhỏ đưa qua lịng khn kẹp vào hàm đầu xe kéo Đầu xe kéo di chuyển truyền động xích cấu thủy lực (các bàn kéo với lực kéo 300.000 lb chiều dài 100 ft, tốc độ kéo thay đổi từ khoảng 30 đến 300 ft / phút) Hình II-17 Bản vẽ sơ đồ bàn vẽ [ CITATION Ami1 \l 1033 ] Phôi sử dụng q trình kéo sợi phơi thép cán nóng Đầu tiên sợi làm bề mặt tránh dẫn đến khuyết tật bề mặt mài mòn lịng khn Bước phủ vơi mạ lớp đồng thiếc mỏng Vơi đóng vai trị chất hấp thụ vận chuyển chất bôi trơn q trình kéo khơ, dùng để trung hịa axit cịn sót lại từ q trình tẩy rửa Trong kéo khơ (dry drawing), chất bơi trơn mỡ bột xà phịng, kéo ướt (wet drawing) tồn khn ngâm dung dịch bơi trơn dung dịch xà phịng kiềm Lớp mạ đồng thiếc mạ điện sử dụng kéo dây thép ướt Khơng có lớp phủ thường sử dụng để kéo dây đồng Sau chuẩn bị bề mặt dây, làm nhọn, qua khuôn gắn chặt vào khối kéo (Hình 3) Hình II-18 Sơ đồ thiết bị kéo dây [ CITATION Ami1 \l 1033 ] Đối với dây thơ có đường kính cuối lớn ¼ in, kéo qua lịng khn cuộn thành cuộn hay gọi bull block Đối với sợi mịn có đường kính nhỏ, q trình kéo diễn qua nhiều lịng khn với tiết diện giảm dần đến kích thước cuối Mức giảm lịng khn từ 15 đến 25%, dây thơ, mức giảm lần qua 20 đến 50% Dây kim loại dây thép cacbon thấp sản xuất số nhiệt độ khác nhau, từ mềm đến cứng hoàn toàn Tùy thuộc vào kim loại chất khử có liên quan, cần phải nung trung gian Mặt cắt ngang lịng khn khn dạng hình nón điển hình thể Hình Lịng khn chia làm phần: phần đầu vào - Entry zone (bell), phần biến dạng hình nón - Conical drawing zone (approach angle), phần biến dạng hình trụ- Bearing zone phần đầu - Exit zone (back relif) Phần đầu vào làm đủ lớn để có đủ chỗ cho chất bơi trơn bám vào khn Phần biến dạng hình nón phần phơi bắt đầu biến dạng dẻo Phần biến dạng hình trụ dùng để dẫn hướng sợi khỏi khn, đồng thời nơi hoàn thiện bề mặt sản phẩm đầu Một đặc điểm quan trọng lịng khn kéo góc nửa khuôn, ký hiệu α Hầu hết khuôn kéo làm từ cacbua vonfram có tuổi thọ tốt Hình II-19 Mặt cách ngang lịng khn [ CITATION Ami1 \l 1033 ] c Quá trình kéo ống Hình trụ rỗng, ống, tạo trình tạo hình nóng ép nóng cán nóng, thường gia công nguội lại cách phương pháp kéo Kéo nguội sử dụng để đạt dung sai kích thước, tạo bề mặt hồn thiện tốt hơn, tăng tính chất học vật liệu ống, sản xuất ống có thành mỏng đường kính nhỏ so với phương pháp tạo hình nóng sản xuất ống có hình dạng đặc biết khác Q trình kéo ống giống kéo trịn sợi Lịng khn sử dụng kéo ống tương tự lịng khn kéo trịn, sợi Tuy nhiên, điểm khác biệt kéo ống cần phải kiểm sốt đường kính bên ống Để thực điều này, người ta cần phải thêm vào trục gá lõi vào bên ống Có hai dạng khuôn kéo ống: khuôn kéo với trục gá cố định khuôn kéo với trục gá không cố định Trong khn kéo với trục gá cố định, trục gá có tiết diện hình trụ hình (Hình a, b) Việc kéo ống thực với trục gá chuyển động, cách kéo dài qua khn với ống (Hình 5c) cách đẩy trục gá qua khuôn lực đẩy, hay gợi phương pháp dập sâu (Hình 5d ) Trong trình sản xuất ống với kích thước nhỏ dỡ trục gá nhỏ khơng đủ độ bền, đó, q trình kéo uống thường bị giới hạn Một phương pháp sản xuất ống khác kéo ống không sử dụng trục gá để đỡ bề mặt bên ống kéo qua khn Vì bên ống khơng định hình trình kéo ống, độ dày thành ống tăng giảm, tùy thuộc vào điều kiện đặt trình Trên sở thương mại, việc kéo ống không sử dụng trục gá sử dụng để sản xuất ống nhỏ Tuy nhiên, đại diện cho vấn đề quan trọng lý thuyết tạo hình dẻo xảy bước việc kéo ống với trục gá Để kích thước ống kiểm sốt kích thước trục gá, cần phải giảm đường kính bên ống đến giá trị nhỏ chút so với đường kính trục q trình kéo ống khơng sử dụng trục gá giai đoạn đầu qua khn Hình II-20 Phương pháp kéo ống [ CITATION Ami1 \l 1033 ] (a) Trục hình trụ đứng n; (6) hình nón (cơn) trục gá cố định; (c) chuyển động; (d) dập sâu Phân tích q trình kéo trịn, sợi a Q trình kéo trịn, sợi khơng xét ma sát: Ở trạng thái lý tưởng, ta bỏ qua ảnh hưởng ma sát biến dạng dư Giả định dịng kim loại khn kéo có dạng hình nón biểu diễn dịng hướng tâm mơ tả Hình Trong đó, ứng suất ứng suất kéo dọc trục σ r ứng suất nén tiếp tuyến (áp suất khuôn) σ θ Cân ứng suất: σ r−σ θ=σ (1) Phương trình vi phân: d σr σ0 + =0 dr r (2) r khoảng cách xuyên tâm hạt từ bề mặt cầu Giải phương trình (2): σ r=C−σ ln r (3) σ θ =C−σ (1+ ln r 2) (4) Hằng số tích phân C đánh giá điều kiện biên mà lối vào khuôn, r = r o, ứng suất dọc σ r không 0=C−σ ln r 20 C=σ lnr 20 Hình II-21 Ứng suất q trình kéo khơng tính đến ma sát [ CITATION Ami1 \l 1033 ] Các phương trình cho ứng suất trở thành σ r=σ ln r 20 r2 r 20 σ θ =σ (ln −1) r (5) (6) Biểu diễn theo đường kính dây D, (ro / r = Do / D) σ r=σ ln D 20 D2 D 20 σ θ =σ (ln −1) D (7) (8) Giá trị lớn ứng suất dọc xuất lối lịng khn Khi phương trình (7) r = rf với ứng suất kéo D 20 σ r=σ ln Df Ứng suất q trình kéo khơng vượt q ứng suất chảy D20 σ r=σ ln =σ Df (9) Sự giảm diện tích, q, tạo kéo dây qua khuôn q=1− D 2f D 20 (10) Giải phương trình (9) D 2f = =0.37 D 20 e (11) e = 2,718 số lơgarit tự nhiên, thay vào phương trình (10) q max =1− =0.63 e (12) Do đó, mức giảm tối đa diện tích tạo kéo trịn dây qua khn 63%, với giả định kim loại hoạt động vật liệu dẻo lý tưởng q trình kéo khơng tính đến ảnh hưởng ma sát b Q trình kéo trịn, sợi có tính đến ma sát Ma sát xảy khuôn bôi trơn tốt nhất, phải xem xét phân tích lực cần thiết q trình kéo trịn, sợi Lực ma sát điểm khuôn giả định tỷ lệ với áp suất pháp tuyến điểm (định luật ma sát Coulomb) tác dụng theo hướng chống lại chuyển động tương đối khuôn dây Hình II-22 Ứng suất phần tử dây [ CITATION Ami1 \l 1033 ] Sachs thực phân tích xem xét ảnh hưởng ma sát lên ứng suất trình kéo tròn, sợi Hệ số ma sát f giả định khơng đổi tồn bề mặt kim loại Hình minh họa trạng thái ứng suất tác dụng lên phần tử dây vng góc với trục dây Sự cân lực tác dụng dọc theo trục dây tạo nên ứng suất kéo dọc trục, thành phần dọc áp suất p khuôn dây, thành phần dọc tổng lực ma sát mặt phân cách Sự cân lực dẫn đến phương trình vi phân sau ứng suất dọc trục hàm đường kính dây D d σx dD = σ x B−σ (1+B) D (13) B = f/(tanα) Khi tích phân phương trình này, có xét đến phản lực kéo lùi σ xb Giải phương trình (13) với điều kiện biên D = Do, σ x = σ xb cho ta biểu thức sau cho ứng suất dọc trục σ x p: σ x 1+B D2 = 1− σ0 B D0 B σ D2 + xb σ D20 B [ ( )] ( ) [ ( )] ( ) p D2 = 1+(1+ B) σ0 B D0 B − σ xb D2 σ D20 (14) B (15) Ứng suất kéo σ xf ứng suất dọc trục lối khn D = Df D 2f 1+ B σ xf =σ 1− B D0 B D 2f D 20 B [ ( )] ( ) + σ xb (16) Khi khơng có phản lực kéo lùi, biểu thức (21-16) giảm xuống σ xf =σ 1+ B D2 1− B D0 B [ ( )] (17) Từ cơng thức (16) ta thấy ứng suất kéo tăng lên tăng lực kéo lượng nhỏ giá trị phản lực kéo ngược Mức giảm giá trị số B lớn ảnh hưởng lực cản lên ứng suất kéo nhỏ Vì mức giảm định, diện lực kéo ngược làm tăng ứng suất kéo, điều kiện giới hạn mức giảm tối đa, σ xf = σ 0, đạt sớm có lực kéo lùi Do đó, mức giảm tối đa giảm tăng phản lực kéo trở lại Tuy nhiên, phản lực kéo ngược lại có ưu điểm giảm áp suất khn, tuổi thọ khn tăng lên mặt vật chất Để tính đến độ cứng biến dạng phương trình Sachs, nên sử dụng giá trị trung bình ứng suất chảy trước sau qua khuôn Davis Dokos phát triển phương pháp xử lý phân tích kéo sợi dẫn đến tượng biến cứng cách biểu diễn đường cong ứng suất-biến dạng dạng hàm công suất Phân tích Sachs kéo sợi khơng tính đến phần dư thừa biến dạng cắt Biến dạng cắt khơng lớn góc khn nhỏ biến dạng lớn với góc khn lớn Các yếu tố liên quan với tham số A ∆=sinα D0 + D1 D0−D1 (18) Đối với giá trị A nhỏ khoảng 0,9, công việc dư thừa khơng đáng kể phương trình Sachs mơ tả đầy đủ ứng suất kéo Nó xác định phương trình Sachs đồng ý phạm vi ±10% kết thực nghiệm cho tất lần giảm α nhỏ khoảng 6° lên đến 20°, phương trình có giá trị khoảng + 10% mức giảm lớn khoảng 25% Whitton phát triển hiệu chỉnh theo kinh nghiệm cho cơng việc dư thừa cho phép dự đốn ứng suất kéo góc nửa khn từ đến 25 ° để giảm từ 10 đến 50% σ xf =σ 1+ B D2 1− B D0 B [ ( )] + α (1−q) π Df σ q ( ) (19) α = góc bán kính; q = giảm diện tích Cho đến khơng có phân tích lý thuyết dựa lý thuyết trường trượt áp dụng trực tiếp cho việc kéo dây Các giải pháp thu cho phép kéo dây tương tự (biến dạng phẳng) hai chiều, bao gồm kéo dải hình chữ nhật qua khn hình Các tính tốn ảnh hưởng góc chết, lượng giảm ma sát thực cho vật liệu lý tưởng chất dẻo tuân theo tiêu chí lượng biến dạng suất Phân tích q trình kéo ống a Kéo ống khơng sử dụng trục gá Các ứng suất liên quan đến việc kéo ống không sử dụng trục gá Sachs Baldwin phân tích giả thiết độ dày thành ống khơng đổi Phương trình ứng suất kéo lối khn tương tự với phương trình mơ tả ứng suất kéo kéo sợi Diện tích mặt cắt ngang ống tính theo đường kính r chiều dày thành h A ≈ πrh, ứng suất kéo tính: σ xf =σ 0' ' A 1+B 1− f B Ab B Af Ab B [ ( )] ( ) +σ xb (20) σ 0' ' = l.lσ B = f/(tan a) Các thử nghiệm xác nhận dự đoán phương trình (20) rằng, điều kiện giảm, góc khn ma sát nhau, ứng suất kéo kéo ống không sử dụng trục gá cao ứng suất kéo kéo dây khoảng 10% Baldwin Howald thực phép đo thực nghiệm thay đổi độ dày thành kéo ống không sử dụng trục gá Những thay đổi độ dày thành ống q trình kéo ống khơng sử dụng trục gá phụ thuộc vào mức độ biến dạng cứng kim loại, độ giảm lần qua tỷ lệ thành độ dày đến đường kính ngồi ống Đối với việc giảm đường kính ngồi lên đến 40%, mối quan hệ tuyến tính thu tỷ lệ độ dày thành giảm đường kính ngồi b Kéo ống có sử dụng trục gá cố định Trạng thái ứng suất phần tử ống kéo trục gá đứng yên thể Hình Ứng suất kéo trục ứng suất Cùng áp suất khuôn p cho tác động lên mặt phân cách khuôn ống mặt phân cách ống trục gá điểm dọc theo trục khuôn Trong phân tích ứng suất, điều khoản đưa cho kiện hệ số ma sát khác tồn hai mặt phân cách nửa góc nửa khn α nửa góc trục gá, khơng thiết phải Có thể giả định điều kiện biến dạng phẳng tồn việc vẽ ống biến dạng theo hướng chu vi không đáng kể so với biến dạng dọc hướng tâm Do đó, tiêu chí biến dạng-năng lượng cho suất viết σ x + p= σ0 =σ '0 √3 Hình II-23 Ứng suất tác dụng lên phần tử ống kéo thiết bị trục gá cố định[ CITATION Ami1 \l 1033 ] Sự cân lực tác dụng dọc theo trục ống tạo nên ứng suất dọc trục, thành phần dọc áp suất pháp tuyến lên khuôn trục gá, thành phần dọc lực ma sát khuôn ống ống trục gá Sự cân lực dẫn đến phương trình vi phân sau cho ứng suất dọc trục hàm độ dày thành ống, h: dσx dh σ x B −σ (1+ B ) h (21) f 1+ f tanα−tanβ (22) ' Trong đó: ' B= ' ' = f1 = hệ số ma sát dọc theo mặt phân cách ống khuôn f2 = Hệ số ma sát dọc theo giao diện trục ống-trục α = góc nửa đỉnh khn β = góc nửa đỉnh trục gá Giải phương trình (21) dẫn đến phương trình ứng suất kéo phần khn sau đây, h = hf h 1+ B ' σ xf =σ ' 1− f B' h0 B' [ ( )] (23) Các giá trị khác số B 'phải sử dụng phương trình (23) cho tình vật lý khác Thơng thường, hệ số ma sát dọc theo giao diện ống trục ống giả định cho f1 = f2 = f B' = 2f tanα−tanβ cho trục gá hình Nếu trục gá có dạng hình trụ β = B' = 2f tanα cho trục gá hình trụ Kéo dải rộng qua khn hình nêm gọi kéo dải Đối với kéo dải, β = α , f1 = f2 = f B' = f =B để kéo dải tanα Hằng số B' dương kéo dải kéo ống với trục gá đứng yên Ứng suất dọc trục lớn xuất lối khn Ở lối ra, kim loại khơng cịn trạng thái biến dạng phẳng tự chịu biến dạng theo chu vi Do đó, ứng suất giới hạn lối ứng suất chảy đơn trục o-q Phương trình (23) sau viết σ xf h σ xf 1+ B ' =√ =0.866= 1− f ' σ0 B' h0 σ0 B' [ ( )] Bằng cách xếp lại, mức giảm tối đa cho lần vượt qua biểu thị sau h 1+ 0.133 B' q max =1− f =1− h0 1+ B' ( 1/ B ' ) Phương trình cho thấy mức giảm tối đa lần qua giảm B 'tăng Mức giảm cao khoảng 58% thu hình vẽ khơng ma sát, B' = Hình cho thấy mức giảm lý thuyết tối đa kéo theo số B' Một đường cong để vẽ ống với trục gá chuyển động đưa hình Hình II-24 Biểu đồ kéo ống giảm tối đa lý thuyết [ CITATION Ami1 \l 1033 ] Cần nhận đường cong dựa phương trình lý thuyết cho kim loại dẻo lý tưởng với ứng suất chảy không đổi Độ cứng căng cho phép độ bền kéo cao chút c Kéo ống sử dụng trục gá khơng cố định Trong kéo ống có trục gá chuyển động, sử dụng đấm (hình 21-6c d), lực kéo truyền tới kim loại phần lực kéo phần thoát phần lực ma sát tác động dọc giao diện ống-trục gá Lực ma sát hoạt động tạo hình ln có xu hướng chống lại chuyển động tương đối kim loại dụng cụ tạo hình Khi kéo trục gá chuyển động, lực ma sát mặt phân cách ống khuôn tác động lên lối vào khuôn, trường hợp kéo dây kéo ống trục gá đứng yên Tuy nhiên, trường hợp kéo ống có trục gá chuyển động, trục gá chuyển động với vận tốc vận tốc ống phía khuôn cao vận tốc kim loại giới hạn khn trục gá Do đó, có chuyển động tương đối kim loại khn trục gá phía đầu vào khn, kết lực ma sát hướng phía lối khn Do đó, hướng lực ma sát / 2P Hình 21-7 phải đảo ngược để kéo với trục gá chuyển động, số B 'phải viết lại sau: ' B= f 1−f tanα−tanβ cho trục gá chuyển động Có thể nhận giá trị âm dương B ', tùy thuộc vào độ lớn tương đối / i f ^ Phương trình (21-23) lần biểu thị ứng suất kéo lối khuôn giá trị thích hợp B 'được sử dụng Kiểm tra phương trình B 'nhỏ - ứng suất dọc trục bị nén; tức kim loại ép ép lực ma sát phát triển trục gá bề mặt bên ống Tình trạng thể khơng ổn định dẫn đến hư hỏng ống vỡ dụng cụ Đối với trường hợp cụ thể kéo ống với trục gá hình trụ chuyển động (/ = 0) / i - f2 = f ứng suất kéo đơn vị trung bình viết sau: σ z= h h P ' =σ ( 1+B ) ln +σ xb 1−B ln −1 π Df h f hf hf [ ( )] axb lực kéo ngược tạo từ phản ứng đàn hồi lối vào khuôn B = f / (tanα ) Phép đo thực nghiệm ^ lực liên quan đến hình kéo ống cung cấp phù hợp tốt với phương trình Việc xác định mức giảm tối đa theo lý thuyết đường chuyền kéo với trục gá chuyển động phụ thuộc vào tiêu chí khác với tiêu chí tình với trục gá đứng yên Vì trục tiếp xúc với kim loại sau khỏi khn, kim loại khơng thể chịu biến dạng theo chu vi Do đó, tồn điều kiện biến dạng phẳng, giới hạn hình thành đưa điều kiện axf - o-o Phương trình (21-23) sau trở thành σ xf =σ '0 =σ '0 h 1+ B ' 1− f B' h0 B' [ ( )] xếp lại biểu thức để thu mức giảm tối đa q max =1− hf =1− h0 1+ B ' ( 1/B' ) Mức giảm tối đa khoảng 63% đạt B '= Điều tương ứng với trường hợp f = f2 tình khơng ma sát f1 = f2 = Có thể có giá trị giảm cao với giá trị âm B', điều có ý nghĩa thực tế Phân tích sản phẩm sau q trình kéo (ứng suất dư thanh, dây ống) Hai loại ứng suất dư khác tìm thấy dây kéo nguội, tùy thuộc vào lượng giảm Đối với giảm lần truyền nhỏ khoảng 1%, ứng suất dư dọc chịu nén bề mặt kéo trục, ứng suất hướng tâm chịu kéo trục giảm xuống bề mặt tự do, ứng suất dư theo chu vi xu hướng với ứng suất dư dọc Đối với mức giảm lớn có ý nghĩa thương mại, phân bố ứng suất dư hoàn toàn đảo ngược so với dạng ứng suất Trong trường hợp này, ứng suất dọc chịu kéo bề mặt chịu nén trục thanh, ứng suất hướng tâm chịu nén trục, ứng suất theo chu vi giống ứng suất dọc Dạng ứng suất dư đặc trưng hoạt động tạo hình biến dạng cục lớp bề mặt Ảnh hưởng góc khuôn lượng giảm lần vượt qua ứng suất dư dọc dây đồng thau kéo nguội nghiên cứu Linicus Sachs Hình cho thấy mức giảm định, ứng suất dư dọc tăng theo góc nửa khn Giá trị tối đa ứng suất dư thu giảm vùng từ 15 đến 35 phần trăm Đối với ống sản xuất phương pháp kéo ống không sử dụng trục gá, điều kiện biến dạng tương đối đồng toàn thành ống, ứng suất dư dọc tác dụng kéo mặt nén mặt ống Các ứng suất dư theo hướng chu vi tn theo mơ hình, ứng suất theo hướng xuyên tâm không đáng kể Các phép đo gần ứng suất chu vi bề mặt ngồi kéo ống khơng sử dụng trục gá ứng suất tăng tăng đường kính giảm với tốc độ ứng suất chảy tăng lên gia công nguội Không có điều tra chi tiết dạng ứng suất dư ống kéo, từ liệu sẵn có, phân bố ứng suất gần giống kéo ống không sử dụng trục gá Hình II-25 Biểu đồ ứng suất dư dọc dây đồng thau kéo nguội [ CITATION Ami1 \l 1033 ] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R G Narayanan, "Metal forming processes," p link: http://www.iitg.ac.in/engfac/ganu/public_html/Metal%20forming%20processes_full.pdf [2] Zhuoran Zeng, Nicole Stanford, Christopher Huw John Davies, Jian-Feng Nie & Nick Birbilis, "Magnesium extrusion alloys: a review of developments and prospects," p link: https://www.researchgate.net/publication/322528023_) [3] S T Button C Caminaga and F C Gentile, "Numerical and Experimental Analysis of Tube Drawing with Fixed Plug," p link: https://www.scielo.br/pdf/jbsmse/v27n4/26958.pdf [4] "Hyperion Wire Drawing Guide- Hyperion Material & technologies," pp (link: https://www.hyperionmt.com/globalassets/productpdfs/wiredrawing/Hyperion_Wire_Drawing_Guide) [5] S K S R Schmid, Manufacturing Engineering and Technology [6] P N T Tiến, Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại [7] A Bhaduri, Mechanical Properties and Working of Metals and Alloys ... Tổ chức kim loại trình ép [1] 12 Hình II- 1 Sơ đồ trình kéo [5] 13 Hình II- 2 Bản vẽ sơ đồ bàn vẽ [2] .14 Hình II- 3 Sơ đồ thiết bị kéo dây [2] 15 Hình II- 4 Mặt... .15 Hình II- 5 Phương pháp kéo ống [2] 17 Hình II- 6 Ứng suất q trình kéo khơng tính đến ma sát [2] 18 Hình II- 7 Ứng suất phần tử dây [2] 20 Hình II- 8 Ứng suất tác... muốn, sau trở thành phận rời rạc, chẳng hạn giá đỡ, bánh móc áo Các kim loại thường ép nhôm, đồng, thép, magiê chì; kim loại hợp kim khác ép, với nhiều mức độ khó khăn khác Quy trình tiết kiệm cho