( ) ( ) α [ ( α ϕ ) ( α ϕ ) ] α
3.2.2.Mô hình hoá và mô phỏng quá trình cán trục trụ tròn trơn
Để xem xét ảnh hưởng của lực kéo dọc trục nhưđã nói ở trên ta mô phỏng quá trình cán trục trụ dài, cụ thể tỷ số chiều dài và đường kính (L/D) lớn hơn 3. Tại tiết diện ở
giưã phôi quá trình biến dạng là phẳng và ứng suất dọc trục sẽ bằng trung bình cộng của ứng suất ép thẳng đứng và ứng suất theo phương nằm ngang do ảnh hưởng của vùng ngoài. Từ tâm phôi đến tiết diện đầu phôi theo chiều dài ảnh hưởng của ứng suất dọc trục này sẽ giảm dần.
Hình 3.3 mô phỏng quá trình cán trục hình trụ giữa hai tấm phẳng làm cho
đường kính trụ thay đổi từ đường kính ban đầu D đến đường kính d. Với tỷ số
L/D>3 thì ảnh hưởng của ứng suất ma sát lên bề mặt giữa kim loại và khuôn là rất lớn nên khả năng kim loại chảy dọc trục là bị cản trở khó khăn nên thành phần chảy
hướng tang( chảy ngang) lớn và điều này tăng cường khả năng phá huỷ vùng tâm trong phôi.
Vật liệu được áp dụng trong tính toán mô phỏng là thép AISI-1045. Nhiệt độ
cán từ 889oC. Trong trường hợp ép kích thước của khuôn W x H x L = 900 x 300 x 30 mm. kích thước phôi tròn Φ50 x L150mm; tốc độ cán là 1mm/s; quy luật ma sát Culông và hệ số ma sát là 0,3; hành trình của khuôn là 20mm; giá trị của biến dạng phá huỷ là 0,4.
Quan hệ giữa cường độ ứng suất chảy với cường độ biến dạng, tốc độ biến dạng, nhiệt độ được sử dụng theo số liệu của phần mềm Dform; số lượng phần tử được chia là 28000, số bước tính toán là 1000; 1 khuôn trên chuyển động, các dữ
liệu được ghi lại sau 10 bước tính và các bước cách nhau 0,1s; thể tích vật liệu 352740 mm3; hệ số ma sát 0,7.
Hình 3.3. Mô phỏng quá trình cán trục trụ tròn trơn.
Hình vẽ 3.4 thể hiện đồ thị lực tác dụng và sơ đồ phá huỷ trục trụ tròn trơn, biểu đồ này cho thấy, với chiều dài phôi lớn, lượng kim loại chảy ngang nhiều nhưng phôi vẫn được nhỏ lại , dài ra làm cho diện tích tiếp xúc giữa kim loại và
khuôn nhỏ đi. Điều đó được minh chứng bằng sự giảm dần của lực ép theo hướng trục OZ. Cũng như ở trường hợp ép giữa hai khuôn phẳng, trong trường hợp cán giữa hai khuôn phẳng khả năng phá huỷ ở tâm phôi cũng rất cao. Điều đó chứng tỏ
cơ chế phá huỷ và sơđồ biến dạng của hai trường hợp là giống nhau và có thể dùng trường hợp ép làm đối tượng nghiên cứu thay thế với giả thuyết góc quay α sau mỗi lần ép giảm nhỏ vô cùng và thông số công nghệđược thay thế bằng các bán chu kỳ
quay của phôi.
Sự khác biệt giữa hai quá trình trên là quá trình chất tải và dỡ tải tải luân phiên trong trường hợp ép còn với trường hợp cán thì không có quá trình dỡ tải
Hình 3.4. Đồ thị lực tác dụng và sơđồ phá huỷ
Cả hai trường hợp rèn ép và cán trục trụ tròn trơn thì khả năng phá huỷở tâm theo tiết diện và ở giữa theo chiều dài của phôi là lớn nhất điều đó được thể hiện trên hình 3.5. Hai đầu mút của phôi trên hình 3.5 có bề mặt lõm điều đó chứng tỏ ứng suất ở tâm trục sẽ có giá trị dương( kéo), ứng suất này tăng dần từ mặt mút đầu phôi vào giữa phôi.
Trong qúa trình cán trục trụ tròn trơn, hình ảnh chảy dẻo của kim loại phản ánh nhiều khía cạnh bản chất của quá trình, trong đó có quá trình chảy ngang và quá
trình chạy dọc. Quá trình chảy ngang không làm cho phôi nhỏđi, quá trình chảy dọc là qúa trình làm cho phôi giảm đường kính đạt được mục đích mong muốn, trên thực tế luôn tồn tại cả hai quá trình. Tuy nhiên, quá trình chảy ngang lớn nhất tại giữa phôi và giảm dần về phía hai đầu phôi, tương tự quá trình chảy dọc nhỏ nhất về
giữa phôi và lớn dần về phía hai đầu phôi. Trong tiết diện cắt ngang quá trình này cũng thay đổi theo đường kính. Đối với tiết diện cắt ngang ở giữa các lớp kim loại trên bề mặt chảy ngang nhiều và chảy dọc ít gây lên ứng suất kéo tại giữa tâm phôi, giá trị của ứng suất kéo được đề xuất như công thức ở chương 2 vì trạng thái biến dạng phẳng, ứng suất dọc trục tại đây bằng trung bình cộng của hai ứng suất còn lại.
Hình 3.6. Biểu đồ tốc độ chuyển vị của các lớp kim loại trên trục OZ
Hình 3.6 là biểu đồ tốc độ chuyển vị của các lớp kim loại trong tiết diện cắt ngang theo đường thẳng đứng. Độ lớn của tốc độ tổng hợp thay đổi tăng từ tâm ra ngoài chu vi. Các giá trị tốc độ theo hướng X và hướng Z cũng tăng từ tâm ra ngoài theo hướng ngược dấu. Còn tốc độ theo hướng Y gần như không đổi.
Hình 3.7 thể hiện biểu đồ phân bốứng suất chính nhỏ nhất trong mặt cắt ngang giữa phôi vì tại tiết diện này ta có trạng thái ứng suất phẳng, ứng suất dọc trục là trung gian nên ứng suất chính nhỏ nhất phải là ứng suất hướng theo trục X. Hình vẽ
cho thấy ứng suất là nén có giá trị tuyệt đối lớn nhất ở ngoài biên và nhỏ nhất ở
trong tâm. Kết hợp với ứng suất nén theo trục Z ta có thể kết luận trong quá trình cán nêm ngang trạng thái ứng suất là trạng thái nén thể tích điều này phù hợp với các kết luận trong các tài liệu rằng quá trình cán ngang là quá trình cán tối ưu khi
Hình 3.7. Biểu đồ phân bốứng suất chính nhỏ nhất theo phương thẳng đứng
Hình 3.8. Biểu đồ phân bốứng suất trung gian trên trục OZ
Hình 3.8 biểu thị biểu đồ phân bố ứng suất trung gian cũng thay đổi tương tự
gian ta cũng có thể tính giá trị của ứng suất chính lớn nhất và đặc tính biến đổi của nó cũng tương tự.
Hình 3.9. Biểu đồ phân bốứng suất chính lớn nhất trên trục OX (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Căn cứ vào hình 3.9 ta thấy ứng suất chính lớn nhất được tập trung ở vùng tâm phôi trên hướng trục OX ra phía ngoài ứng suất chính giảm nhanh và triệt tiêu, điều này được giải thích bởi lý do tồn tại vùng cứng ở hai bên. Nghĩa là vùng dẻo chỉ tồn tại ở phía tâm.
Mô hình cán trục hình trụ có kích thước L/D > 3 phản ánh quy luật phân bố ứng suất và biến dạng của trường hợp ứng suất phẳng, kết quả có thể so sánh với trường hợp ứng suất phẳng được mô tảở các mục sau.