Như chúng ta đã biết ở trong chương 1, công nghệ dập khối được phân loại thành hai dạng: Dập khối trong lòng khuôn kín và dập khối trong lòng khuôn hở. Một trong những yếu tố chúng ta quan tâm nhất trong công nghệ này là sự hình thành khuyết tật của chi tiết sau khi gia công. Tuy nhiên việc xác định những khuyết tật đó thì không hề đơn giản bởi lẽ những khuyết tật đó được hình thành bên trong lòng vật thể. Ví dụ như khuyết tật “Gấp”. Chúng ta muốn xác định được những khyết tật đó chúng ta phải dùng biện pháp siêu âm để kiểm tra. Nếu sản phẩm nào chúng ta cũng phải làm như vậy thì sẽ rất tốn kém và lãng phí. Để khắc phục hiện tượng đó chúng ta có thể tối ưu hóa các yếu tố đầu vào như: hình dáng vật thể, thông số của khuôn, nhiệt độ dập... thông qua quá trình mô phỏng số mô phỏng số.
Trước hết chúng ta sẽ đi tìm hiểu về các dạng khuyết tật có thể xảy ra trong công nghệ này. Dưới đây (hình )là chi tiết bánh răng, sản phẩm này được tạo ra bởi hai quá trình công nghệ khác nhau: Một chi tiết được tạo ra bằng phương pháp dập khối và chi tiết còn lại được tạo ra bằng phương pháp cắt gọt.
Hình 2.12 Chi tiết bánh răng sau khi cắt
Để kiểm tra chất lượng sản phẩm được tạo bởi hai phương pháp đó ta tiến hành cắt dọc theo trục của chi tiết như hình vẽ trên ta thấy: với chi tiết được dập, trong quá trình dập do kim loại biến dạng khác nhau và dòng chảy kim loại không đều nên tạo thành xoáy kim loại trong lòng chi tiết bánh răng. Như vậy dập bánh răng trong khuôn
36
hở xảy ra hiện tượng mất ổn định còn khi cắt gọt thì bánh răng không xảy ra hiện tượng đó. Tuy nhiên cái khuyết tật đó không chỉ riêng chi tiết bánh răng mắc phải khi dập mà ta còn thấy trong rất nhiều chi tiết khác cũng bị khi được gia công bằng phương pháp này. Điều đó chúng ta thấy rất rõ qua các trường hợp sau đây:
Thứ nhất Nguyên công dập khối trong khuôn hở có vành biên chi tiết có dạng hốc lõm. Khi kim loại bị ép xuống do đường kính của chày lớn và chi tiết lại có thành mỏng nên kim loại bị ép theo các hướng khác nhau tạo thành sóng kim loại. Phần kim loại đặc do không bị nén nên biến dạng ít còn phần rỗng bị biến dạng nhiều khi chảy dồn lên phần kim loại còn lại tạo nên khuyết tật “gấp”. Khuyết tật đó được đánh dấu bằng mầu đỏ trêm hình mô phỏng dưới đây.
Hình 2.13 Hình ảnh mô phỏng quá trình dập chi tiết hốc lõm
Thứ hai nguyên công dập khối trong khuôn hở có vành biên với phôi ban đầu dạng hình trụđược dập để tạo thành chi tiết có hốc lõm, thành mỏng. Qua quá trình mô phỏng chúng ta thấy rằng kim loại bị biến dạng rất nhiều tuy nhiên có những vùng kim
37
loại lại ít bị biến dạng. Trong giai đoạn cuối của quá trình biến dạng phần kim loại bị biến dạng nhiều chảy đè lên phần kim loại biến dạng ít do phôi mất ổn định nên tạo ra khuyết tật “gấp” nhưở trường hợp trên.
Hình 2.14 Hình ảnh mô phỏng quá trình quá trình dập trong khuôn hở
Thứ ba là nguyên công dập khối trong khuôn hở có vành biên, chi tiết là khớp nối. Ta thấy sau khi dập xong chi tiết có các khuyết tật “gấp” là do: tỉ số giữa chiều cao phôi và đường kính phôi lớn nên khi ép xuống phôi bị cong do mất ổn định, bên cạnh đó do chi tiết chỉ biến dạng một phần do phần dưới cố định và hơn thế nữa chi tiết lại có thành mỏng nên sản phẩm được tạo ra có khuyết tật “gấp”
38
Hình 2.15 Hình ảnh mô phỏng nguyên công dập khối trong khuôn hở
Cuối cùng là nguyên công dập khối trong khuôn hở có vành biên với chi tiết dạng hình trụ. Thông qua quá trình mô phỏng ta thấy khi chày ép đi xuống kim loại bị ép chảy ngược. Tuy nhiên do chi tiết có thành mỏng và do khuôn không có độ nghiêng nên trên phần vành biên chi tiết bị gấp nếp. Khuyết tật đó được đánh dấu bằng màu đỏ trên hình vẽ
39
Hình 2.16 Hình ảnh mô phỏng dập chi tiết dạng hình trụ
Qua nghiên cứu, mô phỏng và từ bốn trường hợp trên ta thấy một trong những dạng khuyết tật phổ biến và nguy hiểm nhất trong công nghệ dập khối là khuyết tật “Gấp”. Để khắc phục người ta làm khuôn dập có các góc nghiêng thành lòng khuôn, đối với những chi tiết có hình dáng phức tạp ta lấy phôi lớn hơn vật dập một chút khi có lượng dư sẽ chảy tràn ra khe hở giữa chày và cối. Bán kính góc lượn r có ảnh hưởng
40
lớn tới trị số lực. Thực nghiệm đã chứng minh nếu giảm r thì lực biến dạng cần thiết tăng mạnh để đảm bảo điển đầy vào các góc. Lực dập trong khuôn kín còn phụ thuộc vào mức độ phức tạp của hình dạng vật dập, phụ thuộc vào đặc tính điền đầy lòng khuôn (chồn hay ép chảy). Lực dập bắt đầu tăng đột ngột trong trường hợp tiếp tục tác dụng ngoại lực sau khi điền đầy lòng khuôn, bởi lúc này kim loại chỉ có thể chảy vào các khe hẹp giữa hai nửa khuôn.
Từđó, có thể tối ưu các thông sốđầu vào sao cho vật liệu dễ biến dạng, dễđiền đầy lòng khuôn nhất, lực biến dạng nhỏ nhất, đồng thời đánh giá được tải trọng khi dập tác động vào khuôn gây hỏng, mòn khuôn. Dựa vào kết quả phân tích nhờ mô phỏng số ta cũng có thể thay đổi qui trình công nghệ sao cho hợp lý nhất và ví dụ dưới đây (hình) minh chứng cho điều đó.
41