Nguyên công uốn

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

============================

GVHD: PGS.TS .Phạm Văn Nghệ HVTH: Vũ Thanh Hải Trang 29

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 2.8).

Hình 2.8. 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 như trên hình 2.8.

Sau khi uốn hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn bị thay đổi. Sự thay đổi tiết diện ngang của phôi sẽ càng lớn khi bán kính uốn r càng nhỏ.

============================

GVHD: PGS.TS .Phạm Văn Nghệ HVTH: Vũ Thanh Hải Trang 30

Hình 2.9. Sơ đồ uốn phôi dải hẹp và dải rộng

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 ngược dấu theo một hoặc hai hướng tương ứng vuông góc: hướng kính và hướng trục.

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 2.9 a). Khi đó chiều dày của phôi tại vùng uốn giảm đi S < S0 và khi mức độ biến dạng lớn (bán kính uốn nhỏ) tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn có độ cong ngang.

Khi uốn phôi dải rộng (b >> 3S) hoặc có dạng tấm thì tiết diện ngang của phôi hầu như không thay đổi mà chỉ bị giảm chiều dày đi một chút (hình 2.9 b).

Trạng thái ứng suất tại vùng uốn đặc trưng bởi ứng suất pháp  theo hướng tiếp tuyến và  theo hướng kính. Ứng suất  là do các thớ dọc của phôi ép lên nhau. Ngoài ra khi uốn các phôi rộng còn có thành phần ứng suất  theo hướng trục. Sự xuất hiện thành phần ứng suất này là do biến dạng đàn hồi của các phần tử của phôi (theo chiều rộng) nằm cách mép của phôi một khoảng nào đó (hình 2.9b).

Khi uốn phôi dải rộng (khác với uốn phôi dải hẹp) biến dạng theo phương ngang hầu như không đáng kể do trở lực biến dạng theo phương 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.

============================

GVHD: PGS.TS .Phạm Văn Nghệ HVTH: Vũ Thanh Hải Trang 31

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. Quá trình uốn đàn hồi đã được nghiên cứu khá tỷ mỉ và đầy đủ trong các giáo trình Sức bền vật liệu.

Hình 2.10. 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 - Lớp trung hoà biến dạng

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 được gọi là giai đoạn uốn đàn hồi dẻo. Biểu đồ phân bố ứng suất  được biểu diễn trên hình 2.10a.

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 như 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 được chỉ ra trên hình 2.10b.

Ở giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn do có sự dịch chuyển của lớp trung hoà ứng suất, nên ở vùng biến dạng sẽ tồn tại một vùng biến dạng không đơn điệu. Nghĩa là có những lớp kim loại ở thời điểm trước đó thuộc vùng nén, nhưng sau đó lại chịu kéo. Giữa các lớp này sẽ tồn tại một lớp mà biến dạng nén trước đó sẽ bằng biến dạng kéo tại thời điểm đang xét và bề mặt trùng với lớp này được gọi là mặt trung hoà biến dạng (hay lớp trung hoà biến dạng). Đặc điểm của lớp trung hoà biến dạng là có độ dài bằng độ dài

============================

GVHD: PGS.TS .Phạm Văn Nghệ HVTH: Vũ Thanh Hải Trang 32

2.10c).

Hình 2.10c: Vị trí của lớp trung hoà biến dạng

Bán kính cong của lớp trung hoà được xác định tuỳ thuộc vào mức độ biến dạng và loại vật liệu khi uốn. Những đặc trưng về năng lượng khi uốn (mômen uốn, lực biến dạng) cũng như biến dạng đàn hồi của phôi (xuất hiện sau khi bỏ tải trọng) được xác định một cách gần đúng với một giai đoạn nhất định của quá trình uốn có liên quan đến mức độ thay đổi bán kính uốn: trạng thái ứng suất biến dạng của ổ biến dạng, trị số ứng suất và bán kính cong của mặt trung hoà.