Nhƣ đã giới thiệu tại chƣơng 2, khớp nối chữ thập là 1 bộ phận quan trọng trong truyền động của trục. Hiện nay có khá nhiều phƣơng pháp chế tạo khớp nối chữ thập, đa phần là sử dụng phƣơng pháp dập. Ép chảy ngang cũng là 1 phƣơng pháp đƣợc sử dụng để chế tạo khớp nối chữ thập. Sau khi sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết chƣơng 1, chƣơng 2 kết hợp với mô phỏng số chƣơng 3 để nghiên cứu cơ chế cũng nhƣ các yếu tố ảnh hƣởng tới công nghệ ép chảy ngang, nhóm nghiên cứu bắt đầu tiến hành thực nghiệm chế tạo và đạt đƣợc những kết quả khả quan. Sau đây là các quá trình chuẩn bị và thực nghiệm chế tạo sản phẩm khớp nối chữ thập.
4.2. Thực nghiệm chế tạo
4.2.1. Chuẩn bị mẫu
Hình 4.1. Mẫu chì dùng trong thí nghiệm
Mẫu chì đƣợc sử dụng là chì nguyên chất 99,99% , có kích thƣớc D = 14,7 mm; H = 45mm. Mẫu chì đƣợc cắt từ phôi Chì nhờ máy cắt dây, do đó giữ nguyên đƣợc tính chất của phôi Chì ban đầu. Phôi đƣợc đánh bóng bằng giấy ráp, lau sạch và bôi trơn trƣớc khi ép.
64
4.2.2. Chuẩn bị khuôn ép
Khuôn trên và khuôn dƣới đƣợc chế tạo theo kích thƣớc đã đƣợc tính toán mô phỏng và xây dựng trên phần mềm SolidWorks.
(a) (b)
nh 4 2 Khu n dưới (a) và khuôn trên (b) dùng trong thí nghiệm
Khuôn ép làm bằng thép SKD – 61 có kết cấu nhƣ hình 4.2, đảm bảo đƣợc yêu cầu làm việc.
Sử dụng giấy ráp để vệ sinh lòng khuôn, cũng nhƣ bề mặt của khuôn, sau đó bôi trơn ghép 2 nửa khuôn (hình 4.3 )
Chày ép đƣợc làm bằng thép SKD – 11, độ nhám bề mặt đạt ▼8. Chày ép có kích thƣớc nhƣ hình 3.7. Khi thí nghiệm đƣợc lau sạch nhƣng không bôi trơn để hạn chế việc phôi chảy ngƣợc lên phía trên.
65
nh 4 3 Khu n trên và khu n dưới sau khi lắp ghép dùng trong thí nghiệm
Hình 4.3 là hình ảnh sau khi 2 khuôn đƣợc lắp ghép nhờ 4 bulong. Các bulong này ngoài nhiệm vụ ghép 2 khuôn với nhau, còn có nhiệm vụ chống lại lực tách khuôn.
4.2.3. Máy ép
Hình 4.4. Máy ép dùng trong thí nghiệm
Máy ép đƣợc sử dụng trong thí nghiệm là máy MTS 809.10 A/T. Máy sử dụng thuỷ lực với lực ép lớn nhất là 10 tấn.
66
4.3. Kết quả thực nghiệm
4.3.1. Hình ảnh sản phẩm thực nghiệm
Hình 4.5. Kết quả thực nghiệm
Có thể nhận thấy là sản phẩm đã đạt đƣợc yêu cầu về hình dạng, mẫu đã đƣợc ép hết hành trình, 4 nhánh chữ thập đã đƣợc điền đầy. Dƣới đây là hình ảnh ép của 3 lần khác nhau. Thí nghiệm lần 1 (a) Các nhánh chữ thập đều đƣợc điền đầy
67 Thí nghiệm lần 2
(b)
Thí nghiệm lần 3
(c)
68 So sánh
Hình 4.7. Hình ảnh 3 sản phẩm sau ép
Trong cả 3 lần ép, nhận thấy cả 3 mẫu đều cho kết quả tƣơng đƣơng nhau, tức là nhận đƣợc hình dạng sản phẩm nhƣ mong muốn.
4.3.2. So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng
4.3.2.1. Hình dạng sản phẩm
(a) (b)
69
Hình dạng sản phẩm khi mô phỏng và thực nghiệm đảm bảo đƣợc kích thƣớc tƣơng đƣơng nhau. Các nhánh đã đƣợc điền đầy kim loại.
4.3.2.2. Lực ép
So sánh đƣờng cong lực giữa mô phỏng và thực nghiệm sẽ cho biết quá trình thực nghiệm và mô phỏng đã chuẩn xác hay chƣa? Và từ đó sẽ phải điều chỉnh các thông số để đạt đƣợc kết quả nhƣ mong đợi. Hình 4.9 là đƣờng cong lực và thời gian ép nhận đƣợc giữa mô phỏng và thực nghiệm trong trƣờng hợp: vận tốc ép v = 0.23mm s, góc lƣợn khuôn R=5mm, có sử dụng dầu bôi trơn.
nh 4 9 So sánh đường cong lực mô phỏng và thực nghiệm
Trong giai đoạn bắt đầu tạo nhánh, đƣờng cong thực nghiệm dốc hơn, điều này
là do ma sát trong điều kiện thực tế khác so với trong điều kiện mô phỏng. Tuy nhiên khi vật liệu đã vào vùng chảy ổn định thì 2 đƣờng cong đã có xu hƣớng hội tụ. Và giá trị lực lớn nhất trong 2 trƣờng hợp không khác xa nhau nhiều.
- Lực lớn nhất trong mô phỏng là : 17 (kN)
70
4.3.2.3. Dòng chảy vật liệu
Khớp nối chữ thập đƣợc chế tạo bằng quá trình ép chảy. Với vận tốc thấp, dòng chảy vật liệu ổn định hơn và có xu hƣớng đều hơn.
Hình 4.10. Mặt cắt dọ ph i trước khi ép được vẽ lưới
Bằng cách vẽ các ô lên mặt cắt dọc phôi (nhƣ hình 4.10 đã cho phép quan sát một cách trực quan về dòng chảy của vật liệu khi ép chảy khớp nối chữ thập.
71
(a)
(b)
Hình 4.11. Dòng chảy của vật liệu s u khi p 1 3 hành tr nh thự nghiệm b m phỏng
Vùng kim loại biến dạng mạnh nhất
72
(a)
(b)
Hình 4.12. Dòng chảy của vật liệu sau khi ép 2/3 hành trình thự nghiệm b m phỏng
Hình 4.11 và 4.12 đã cho biết dòng chảy của vật liệu trong quá trình ép chảy. Đầu tiên, khi phôi trong giai đoạn chồn thì sự xô lệch lƣới là ít. Tuy nhiên khi phôi vào giai đoạn tạo nhánh thì biến dạng mãnh liệt hơn, sự xô lệch, chèn ép lƣới diễn ra mạnh hơn nhiều. Nhận thấy trong tâm sản phẩm thì dòng chảy vật liệu mạnh nhất.
73
Để quan sát cụ thể hơn nữa, hình 4.13 sẽ cho biết hƣớng của vận tốc dòng chảy kim loại.
(20%) (30%) (50%) (90%) nh 4 13 ướng của vận tốc dòng chảy vật liệu trong quá tr nh p theo lượng ép
Trong giai đoạn đầu, với lƣợng ép nhỏ 20% , phôi đang trong giai đoạn chồn, lúc này hƣớng của vận tốc dòng chảy đang đƣợc định hình và vẫn còn khu vực chƣa ổn định. Sau đó, cùng với lƣợng ép tăng dần (30% -> 50% , hƣớng của dòng chảy đã dần dần ổn định hơn, và phôi đƣợc ép theo đúng hình dạng khuôn. Khi lƣợng ép đã gần đạt yêu cầu, các nhánh đang đƣợc điền đầy kim loại thì xuất hiện sự chảy ngƣợc lại của kim loại tại bề mặt tiếp xúc của chày và phôi. Nếu không xử lý vị trí này tốt thì rất dễ tạo bavia sau khi kết thúc quá trình ép.
Khu vực vận tốc dòng chảy chƣa ổn định
74
4.4. Kết luận
Từ các kết quả trên có thể thấy kết quả giữa thực nghiệm và mô phỏng không khác xa nhau nhiều. Nhƣ vậy thông số mô phỏng đƣa vào thực nghiệm trong bài toán ép chảy ngang khớp nối chữ thập là hợp lý.
Dựa vào cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu ở chƣơng 1 và chƣơng 2, cũng nhƣ kết hợp với mô phỏng số trong chƣơng 3. Nghiên cứu đã ứng dụng chế tạo thành công khớp nối chữ thập bằng phƣơng pháp ép chảy ngang. Tuy mới dừng lại tại phạm vi phòng thí nghiệm nhƣng các nghiên cứu cũng đã cung cấp những tƣ liệu quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo về ép chảy ngang.
75
KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu đề tài đã nhận đƣợc các kết quả sau đây:
- Đƣa ra các thông số công nghệ hợp lý ảnh hƣởng tới quá trình ép chảy ngang là: hệ số ma sát f, vận tốc ép v, góc lƣợn R bằng phƣơng pháp mô phỏng. - Chế tạo đƣợc bộ khuôn và khớp nối chữ thập theo đúng kích thƣớc và hình
dạng mong muốn.
- Xu hƣớng dòng chảy vật liệu phù hợp với các kết quả đã đƣợc nghiên cứu trƣớc đó. Với các vận tốc ép khác nhau thì xu hƣớng này sẽ khác nhau. Tại vận tốc chậm thì dòng chảy sẽ đều và ổn định hơn. Điều này sẽ giúp cải thiện thêm cơ tính sản phẩm.
- Đƣờng cong lực, hình dạng sản phẩm giữa mô phỏng và thực nghiệm bƣớc đầu cho thấy sự tƣơng đồng, sai lệch nằm trong phạm vi cho phép.
- Đã xây dựng đƣợc quy trình công nghệ ép chảy ngang tiên tiến.
ướng nghiên cứu tiếp theo:
- Tiếp tục thực hiện công nghệ ép chảy ngang trên các vật liệu khác nhau. Ví dụ nhƣ: Nhôm, thép,...
- Chế tạo các khuôn khác nhau để ép các loại sản phẩm khác nhau.
76
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. T. Altinbalik and Y. Can, An experimental study of lateral extrusion of splines, J. Mat. Des., 27, 2006, 727 -734.
2. H. Jafarzadeh, G. Faraji and A. F. Dizaji (2012), Analysis of lateral extrusion
of gear-like form parts, Journal of Mechanical Science and Technology 26
(10) (2012) 3243~3252
3. M. Zadshakoyan and H. Jafarzadeh, Numerical study of the die geometry and
friction effect on the forming load and ma-terial flow in injection forging process, Journal of Applied Sciences, 9 (2009) 2174-2179.
4. Sanjeeb Kumar Tirkey, Three dimensional analysis of lateral extrusion of some complex forms, Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela MAY, 2007
5. Nguyễn Đắc Trung, Lê Thái Hùng, Nguyễn Nhƣ Huynh, Nguyễn Trung Kiên (2011), Mô phỏng số quá trình biến dạng, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội.
6. Y. Yang and K. J. Kim, Design of processes and products through simulation of three-dimensional extrusion, J Mater Process Technol 191
(2007)
7. A. Buschhausen, K. Weinmann, Y. J. Lee and T. Altan, Evaluating of lubrication and friction in cold forging using a double backward extrusion process, J Mater Process Tech-nol33 (1992) 95-108.
8. H. -J. Choi and Hwachoi, The forming characteristics of radial-backward extrusion, J. Mater. Process, 113 (2001) 141-147.
9. R. Ebrahimi, M. Reihanian and M. M. Moshksar, An analytical approach for
raial-forward extrusion process,Matre Des29 (2008) 1694-700.
10.A. Farhoumand and R. Ebrahimi, Analysis of forward-backward-radial extrusion process, Matre Des30 (2009) 2152-2157.
77
11.Y. S. Lee, S. K Hwang, Y. S. Chang and B. B. Hwang, The forming characteristics of radial-forward extrusion, J Mater Process Technol, 113
(2001) 136-140.
12.Y. Can, M. T. Altinbalik and H. E.Akata, A study of lateral extrusion of gear
like elements and splines, J Mater Process Technol166 (2005) 128-34.
13.Y. Can and C. Misirli, Analysis of spur gear forms with tapered tooth profile, Mater Des29 (2007) 829-38.
14.S. K. Hwang, D. H. Jang, B. D. Ko and B. B. Hwang, The forming characteristics of simultaneous radial- forward ex-trusion processes, Mater
Sci Forum4 (2005) 475 479:4171.
15.R. Balendra, Yi. Qin and R. Balendra, Computer-aided design of Nett- forming by injection forging of engineering components, J. Mater. Process.
(76) (1998) 62-68.
16.R. Balendra and Y. Qin, Identification and classification of flow–dependent defects in the injection forging of solid billets, J. Mater. Process. 106 (2000)
199-203.
17.DEFORM-3D software user Manual, Scientific Forming technologies Corporation, V5.0, Scientific Forming Tech-nologies Corporation,
Columbus, OH. 2005.