3.2.7.1. Trường ứng suất
Ứng suất là thông số đặc trƣng cho quá trình năng lƣợng trong công nghệ ép. Trên những vùng biến dạng có trở kháng biến dạng lớn sẽ phát sinh trƣờng ứng suất lớn. Phân bố trƣờng ứng suất trên thân vật ép đƣợc thể hiện trên hình 3.22.
(a) (b)
Hình 3.22. Ứng suất theo chiều dọc sản phẩm (a) - Ứng suất theo chiều ngang sản phẩm (b)
Trƣờng ứng suất phân bố tập trung trên bề mặt tiếp xúc và có xu hƣớng tập trung về tâm của sản phẩm theo đồ thị phân bố). Giá trị lớn nhất của ứng suất lớn nhất đạt khoảng 52.4 Mpa trên bề mặt tiếp xúc với khuôn .
Vị trí 1: Vị trí điền đầy kim loại và vị trí 2: vị trí bán kính lƣợn của khuôn : xuất hiện ứng suất cục bộ. Ứng suất cục bộ xuất hiện tại đây sẽ ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm sau khi ép.
1
58
So sánh phân bố ứng suất trong quá trình ép chảy
(30%) (50%) (90%)
Hình 3.23. Phân bố ứng suất trong quá tr nh p theo lượng ép
Phôi đƣợc dùng mô phỏng có chiều dài là 45 (mm), yêu cầu ép phôi 30 (mm). Vậy gọi lƣợng ép tƣơng ứng với ép đƣợc 30 (mm) là 100%. Khảo sát phân bố ứng suất tại 3 lƣợng ép là : 30%, 50%, 90%.
Trong quá trình ép, biết đƣợc phân bố ứng suất nhƣ thế nào là hết sức quan trọng. Nhƣ ta đã biết :
σ = (N/mm2) Trong đó σ : Ứng suất (N/mm2)
F: Lực ép (N)
S : Diện tích tiếp xúc (mm2)
Vì vậy phân bố ứng suất cũng liên quan đến phân bố lực trong quá trình ép. Nhƣ trên hình 3.23, giai đoạn đầu, với lƣợng ép nhỏ (30%), phân bố ứng suất tập trung chủ yếu tại tâm. Giai đoạn tiếp theo, khi lƣợng ép tăng lên 50% , thì miền phân bố
59
ứng suất đã phát triển cả về phạm vi và độ lớn. Với giai đoạn cuối cùng lƣợng ép 90% , quá trình điền đầy kim loại vào nhanh đang diễn ra, có thể thấy ứng suất đã đạt đến giới hạn lớn nhất, miền phân bố đã gần hết sản phẩm, tập trung chủ yếu tại tâm và bề mặt tiếp xúc giữa phôi và khuôn. Nhƣ vậy, càng về sau, lực ép càng tăng lên.
3.2.7.2. Trường biến dạng
Trong bài toán biến dạng dẻo, thông số quan trọng cần phân tích là biến dạng của vật liệu.
Quá trình biến dạng là hoạt động tạo hình dạng, kích thƣớc mong muốn và đồng thời cũng là nguyên nhân chính hình thành và phát triển các khuyết tật bên trong vật liệu.
Trên hình 3.24 thể hiện phân bố biến dạng dọc và ngang theo chiều trục của vật ép sau ép.
(a) (b)
Hình 3.24. Phân bố biến dạng trên mặt cắt ngang trục (a)- Phân bố biến dạng trên mặt cắt dọc trục (b)
Biến dạng nhiều nhất tập trung ở tâm vật ép, ngoài ra còn xuất hiện cục bộ tại góc lƣợn, nơi tiếp xúc giữa phôi và khuôn. Điều này sẽ đƣợc làm rõ hơn trong phần thực nghiệm.
1
60
So sánh phân bố biến dạng trong quá trình ép chảy
(30%) (50%) (90%)
Hình 3.25. Phân bố biến dạng trong quá tr nh p theo lượng ép
Có thể thấy rất rõ ràng quá trình phân bố mức độ biến dạng trong quá trình ép ngang. Đầu tiên với lƣợng ép nhỏ (30%), mức độ biến dạng ít, phần đầu phôi chƣa xuất hiện biến dạng mà tập trung chủ yếu tại tâm (vị trí 1 . Sau đó với lƣợng ép tăng lên (50%) thì mức độ biến dạng cũng tăng lên, vẫn tập trung tại tâm và có xu hƣớng phân bố ra nhánh. Và với lƣợng ép gần đạt đến yêu cầu (90%) thì phân bố mức độ biến dạng đã phân bố gần hết sản phẩm, lúc này tại các nhánh, quá trình điền đầy đang diễn ra và mức độ biến dạng đạt cao nhất. Giai đoạn cuối có vai trò lớn đến chất lƣợng bề mặt sản phẩm sau ép. Nhƣ trên hình 3.24, với lƣợng ép 90% thì tại bề mặt tiếp xúc giữa phôi và khuôn có mức biến dạng cao. Vì vậy giai đoạn này phải đƣợc quan tâm và theo dõi.
Tập trung biến dạng
61
3.2.7.3. Phá hủy
Hình 3.26. Phân bố ường độ phá hủy theo chiều ngang sản phẩm
Cƣờng độ phá hủy tập trung trên bề mặt sản phẩm. Chỗ tiếp xúc của phôi và khuôn (vị trí 2 . Đặc biệt là vị trí nhánh điền đầy (vị trí 1 . Đây cũng là nơi phải chú ý vì dễ xảy ra vết nứt, gây hỏng sản phẩm.
3.2.7.4. Tải trọng
Hình 3.27. Phân bố tải trọng trên khuôn
1 2
62
Hình 3.27 biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng của khuôn ép trên theo thời gian trong quá trình ép. Có thể nhận thấy rõ ràng rằng, lực ép tăng dần theo thời gian ép đồng nghĩa với việc khi phôi ép càng xuống sâu vào khuôn ép thì lực ép càng tăng. Khi phôi ép đã chảy ổn định trong lòng khuôn ép thì lực ép không thay đổi nhiều và khi phôi chạm vào thành ngoài cùng các nhánh thì tải trọng tăng đột ngột. Vì lúc này xuất hiện phản lực của khuôn. Tải trọng lớn nhất tác động lên khuôn (tính cho ¼ khuôn) là 4.25 kN.
3.3. Kết luận
Với mục tiêu là nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình ép, các kết quả đã trình bày bên trên đã đạt đƣợc yêu cầu đặt ra.
Các yếu tố ma sát, vận tốc ép, bán kính góc lƣợn khuôn, ảnh hƣởng của truyền nhiệt của bài toán đã đƣợc nghiên cứu thông qua quá trình mô phỏng. Các kết quả đạt đƣợc tƣơng đồng với các lý thuyết đƣợc đƣa ra và các kết quả mà các tác giả khác đã công bố.
Trên cơ sở xem xét ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đã trình bày, chƣơng này đã đƣa ra các thông số công nghệ cần thiết và thiết kế bộ khuôn ép làm cơ sở để tiến hành thực nghiệm. Chƣơng 4 sẽ trình bày các kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả mô phỏng.
63
CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO KHỚP NỐI CHỮ THẬP BẰNG PHƢƠNG PHÁP ÉP CHẢY NGANG