Thiết lập mụ hỡnh mụ tả tớnh dị hướng của vật liệu tấm dựa trờn mụ hỡnh 3 thụng số của Barlat

F chi tiết = phôi (2.1)

3.5.Thiết lập mụ hỡnh mụ tả tớnh dị hướng của vật liệu tấm dựa trờn mụ hỡnh 3 thụng số của Barlat

thụng số của Barlat

Trong thực tế, hầu hết vật liệu tấm dựng trong sản xuất cụng nghiệp được sản xuất bằng phương phỏp cỏn nguội nờn cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu theo phương cỏn, phương ngang vuụng gúc với hướng cỏn và theo phương chiều dày khụng giống nhau. Điều này cú nghĩa là vật liệu mang tớnh dị hướng. Khi dập tạo hỡnh, tớnh dị hướng là nguyờn nhõn dẫn đến vật liệu biến dạng khụng đồng đều và làm giảm chất lượng của sản phẩm. Nếu sử dụng mụ hỡnh vật liệu với thuộc tớnh đẳng hướng để tớnh toỏn lý thuyết, sau đú ỏp dụng trờn thực tế lại là vật liệu cụng nghiệp mang tớnh dị hướng sẽ làm cho kết quả giữa tớnh toỏn lý thuyết và thực nghiệm sai khỏc nhau nhiều. Do đú, để cú được kết quả tớnh toỏn chớnh xỏc, phự hợp với vật liệu trờn thực tế, cần phải đưa ra mụ hỡnh vật liệu mụ tả xỏc thực nhất thuộc tớnh của vật liệu khi dập tạo hỡnh và khảo sỏt độ tin cậy của mụ hỡnh này so với thực tế.

Để dễ dàng ứng dụng và triển khai mụ phỏng số và phự hợp với thực tế thộp tấm cỏn đang sử dụng cho dập vuốt, ta thiết lập mụ hỡnh vật liệu dị hướng 3 thụng số Landfort.

Mụ hỡnh biểu diễn đường cong chảy tuõn theo định luật Von Mise đối với vật liệu tấm đồng nhất, đẳng hướng khi dập vuốt thường cú dạng như sau:

 pn

y0 K 0

       (3.37)

Trong đú: - Ứng suất tương đương,y0- Ứng suất chảy, K- Thụng số phụ thuộc vào vật liệu, 0- Mức độ biến dạng tại thời điểm vật liệu chuyển từ trạng thỏi đàn hồi sang trạng thỏi dẻo, p

 - Mức độ biến dạng dẻo và n – hệ số biến cứng phụ thuộc vào vật liệu.

Mụ hỡnh trờn đó được Swift, Krupkowsky và nhiều nhà kỹ thuật ỏp dụng cho bài toỏn dập vuốt phụi tấm. Tuy nhiờn, mụ hỡnh này khụng sử dụng được cho vật liệu tấm cỏn nguội, bởi nú khụng thể hiện được ảnh hưởng của tớnh dị hướng tới quỏ trỡnh biến

dạng, cũng như khụng sỏt thực với quỏ trỡnh và sản phẩm dập thực tế. Sử dụng mụ hỡnh (3.2) này sẽ khụng khảo sỏt được sự biến dạng khụng đồng đều của vật liệu gõy ra hiện tượng lượn súng, nhăn ở phần vành sản phẩm. Đõy là một trong những dạng sai hỏng phổ biến nhất của sản phẩm dập.

Hỡnh 3.2. Cỏc hệ tọa độ khảo sỏt trờn phụi tấm cỏn

Trong đú: 1,2,3 - hệ tọa độ khảo sỏt trong quỏ trỡnh cỏn tạo ra sản phẩm tấm; x,y,z – hệ tọa độ khảo sỏt trong quỏ trỡnh dập tạo hỡnh. Phương của trục tọa độ 1 được coi là phương cỏn, phương của quỏ trỡnh dập là phương theo trục tọa độ x nghiờng so với phương cỏn một gúc α.

Đối với cỏc phụi tấm cỏn dựng trong dập tạo hỡnh, do vật liệu cú tổ chức thớ, khả năng chịu tải và biến dạng theo cỏc phương là khỏc nhau nờn khi xỏc định biểu thức của định luật dẻo cần quan tõm sự ảnh hưởng của hướng cỏn tới mức độ biến dạng theo phương dập. Nếu theo phương cỏn ứng suất tương đương tớnh được là  thỡ theo phương dập ta hoàn toàn cú thể tớnh được  như sau:

4 4 2 2

(F H) sin (G H)cos 2(N H) sin .cos 2



        

   (3.38)

Trong đú: F,H,G,N là cỏc hệ số được xỏc định dựa trờn cỏc thụng số dị hướng L0,

45

L ,L90 của tấm cỏn lần lượt theo cỏc hướng o o

0 , 45 , o

90 và được gọi là cỏc thụng số Lankford.

0 90 0 2L F L (1 L )   ; 0 2 G 1 L   ; 0 0 2L H 1 L   ; 45 0 90 0 0 (2L 1)(L L ) N L (1 L )     (3.39)

Cỏc thụng số dị hướng Lankford L0, L45 và L90 được xỏc định từ thực nghiệm. Từ (3.38) ta xỏc định được ứng suất tương đương. Thay  vào biểu thức điều kiện dẻo Von Mises (3.37) ta được mụ hỡnh vật liệu dị hướng đặc trưng bởi cỏc thụng số Lankford.

Để đơn giản cho quỏ trỡnh tớnh toỏn đối với bài toỏn dập vuốt, cỏc giỏ trị L0,

45

L ,L90 được thay thế bằng trị số Lankford trung bỡnh:

0 45 90L 2L L L 2L L L 4    (3.40)

Bề mặt dẻo trong trường hợp vật liệu đẳng hướng và dị hướng được biểu diễn trờn hỡnh 3.3. Sự khỏc biệt thể hiện khỏ rừ trong trường hợp phõn tố biến dạng cú trạng thỏi ứng suất 2 kộo hoặc 2 nộn so với trạng thỏi ứng suất 1 kộo và 1 nộn. Cú nghĩa là khả năng biến dạng của vật liệu theo hướng cỏn và hướng vuụng gúc với hướng cỏn là hoàn toàn khỏc nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hỡnh 3.3. Bề mặt dẻo đẳng hướng và dị hướng

Trong trường hợp 0

90

  , ta cú    , vật liệu tấm lỳc này cú tớnh chất tương tự như vật liệu đẳng hướng.

Trong cỏc trường hợp đặc biệt như mụ hỡnh vật liệu dị hướng dựng cho bài toỏn trạng thỏi ứng suất phẳng, ta sẽ cú định luật chảy được thể hiện dưới dạng:

2 2 2 2

2 1 1 2 12

F G H(   ) 2N 1 (3.41)

Bảng 3.2 cho thấy giỏ trị của thụng số dị hướng của vật liệu thộp tấm cỏn nguội khỏ lớn. Điều này ảnh hưởng đỏng kể đến khả năng biến dạng của vật liệu cũng như đến chất lượng của sản phẩm dập vuốt.

Vật liệu L Hợp kim kẽm 0.4-0.6 Thộp tấm cỏn núng 0.8-1.0 Thộp tấm cỏn nguội 1.1-1.6 Thộp cỏc bon thấp cú độ bền cao 0.9-1.2 Thộp hợp kim 0.9-1.2 Hợp kim nhụm 0.6-0.8 Nhụm tấm cỏn nguội 1.4-1.8 Hợp kim đồng 0.6-0.9 Hợp kim Titan 3.0-5.0

Bảng 3.2. Trị số Lankford trung bỡnh phụ thuộc vào vật liệu.

3.6. Kết luận

Để mụ tả vật liệu tấm dị hướng, cú rất nhiều mụ hỡnh đề xuất khỏc nhau. Trong chương này mới chỉ đưa ra những mụ hỡnh vật liệu thường gặp như: vật liệu đẳng hướng, đàn hồi dị hướng, vật liệu đàn dẻo dị hướng, vật liệu dẻo dị hướng. Trong thực tế, vật liệu tấm biến dạng trong bài toỏn dập vuốt thường là biến dạng lớn, nờn ta cú thể sử dụng mụ hỡnh vật liệu dẻo dị hướng. Trong chương này cũng đó thiết lập mụ hỡnh vật liệu dẻo dị hướng của Barlat với việc đưa vào mụ hỡnh thụng số dị hướng Landfort. Việc

đưa cỏc thụng số dị hướng Landfort L0, L45, L90 và L vào điều kiện dẻo của vật liệu đó nõng cao độ chớnh xỏc kết quả tớnh toỏn mụ phỏng số quỏ trỡnh dập tạo hỡnh. Điều này cho phộp người kỹ sư đỏnh giỏ đỳng khả năng biến dạng cũng như chất lượng của sản phẩm dập và cú những phương ỏn tối ưu cỏc thụng số cụng nghệ sao cho đạt được chất lượng sản phẩm một cỏch cao nhất.

Chương V

Mô phỏng Số quá trình DậP tạo hình

Như đã trình bày trong chương I, việc thiết kế công nghệ và chế tạo các chi tiết bằng phương pháp dập tạo tấm có ứng dụng mô phỏng số quá trình tạo hình chi tiết trên máy tính với sự trợ giúp của các phần mềm thiết kế mô phỏng cho phép tiết kiệm thời gian, nguyên vật liệu cho sản xuất thử nghiệm, nâng cao chất lượng sản phẩm dập, nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm và có thể sử dụng các cụm chi tiết trong bộ khuôn vạn năng vv...

Vì vậy trong nội dung trình bày của chương này, ta sẽ nghiên cứu bài toán mô phỏng khi dập tạo hình chi tiết dạng cốc trụ. Thông qua mô phỏng số ta có thể xác định được phân bố các vùng biến dạng khác nhau trên sản phẩm, ứng suất, biến dạng cũng như chất lượng sản phẩm. Nếu cần thiết phải thay đổi kết cấu khuôn mẫu hay các thông số công nghệ cho phù hợp hơn ta sẽ thực hiện tối ưu luôn trên mô phỏng số.

Kết quả cuối cùng của mô phỏng số sẽ được sử dụng trong việc thiết kế và chế tạo bề mặt lòng khuôn với tiêu chí chất lượng sản phẩm tốt, không xảy ra khuyết tật trên sản phẩm như nhăn, rách hay có khả năng bị đàn hồi lại.

Để mô phỏng số, hiện tại có rất nhiều phần mềm công nghiệp cho phép thực hiện một cách dễ dàng. Trong phần nghiên cứu này, tác giả lựa chọn phần mềm Dynaform làm công cụ hỗ trợ tính toán mô phỏng.