Quỏ trỡnh tụi: Chi tiết đầu ộp được giữ trong lũ ở trờn nhiệt độ tụi tới hạn AC1 khoảng 30ữ50°C, để làm xuất hiện trạng thỏi khụng hoàn toàn của ụstenit, giữ nhiệt rồi làm nguội với tốc độ nguội thớch hợp để làm nú biến thành tổ chức khụng ổn định mactenxit + xờmentit II + ụstenit dư với độ cứng cao, tớnh chống mài mũn tốt. Độ cứng của bề mặt chi tiết đầu ộp đạt được là HRC60-64.
Nhiệt độ tụi: T°tụi = AC1 + (30-50°C) = 760 -780°C.
Thời gian giữ nhiệt: Thời gian giữ nhiệt ảnh hưởng đến kớch thước hạt austenit, khi thời gian giữ nhiệt càng dài thỡ hạt austenit càng thụ, do đú độ dẻo dai của kim loại càng thấp. Thực nghiệm cho thấy, thời gian giữ nhiệt thường lấy bằng 25% thời gian nung. Vậy ta lấy thời gian giữ nhiệt chi tiết đầu ộp là 6phỳt.
Tốc độ tụi tới hạn VTh: là một trong những yếu tố gõy ảnh hưởng quyết định tới kết quả tụi. Tốc độ tụi tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để austenit chuyển thành mactenxit. Cú thể tớnh gần đỳng theo cụng thức: ( 0) 1 0 , / m th m A T V C s τ − = (3.2) Trong đú:
A1: nhiệt độ tới hạn dưới của thộp,
A1 và Tm0 tương đối ổn định, cũn τmthay đổi mạnh ảnh hưởng đến tốc độ tụi tới hạn. Trong cỏc yếu tố ảnh hưởng đến VTh như: thành phần hợp kim, sự đồng nhất và kớch thước hạt của austenit, cỏc phần tử rắn chưa tan vào austenit thỡ ảnh hưởng của nguyờn tố hợp kim là quan trọng nhất.
Thộp cú 2-3% hợp kim thỡ VTh ~ 100°C/s, Thộp cú 5-7% hợp kim thỡ VTh ~ 25°C/s,
Vậy với thộp ШX15 cú 2-3% hợp kim thỡ VTh = 100°C/s.
Mụi trường làm nguội: Sau khi nung và giữ nhiệt, chi tiết được làm nguội với tốc độ đủ lớn, để khụng cú sự phõn hoỏ khuếch tỏn của austenit thành peclit, tức là khi làm nguội, chi tiết đầu ộp nhận được tổ chức mactenxit với lượng austenit dư ớt nhất. Ở nhiệt độ trờn 6500C tốc độ chuyển biến của austenit rất nhỏ, nờn cú thể làm nguội chậm, nhưng thời gian khụng được quỏ lõu. Trong khoảng nhiệt độ từ 450 ữ 6500C austenit kộm ổn định nhất, cần được làm nguội nhanh nhất để trỏnh sự phõn hoỏ austenit. Dưới 4000C austenit tương đối ổn định và sắp đến vựng chuyển biến
Bảng 3.3. Một số mụi trường tụi.
TT
Mụi trường làm nguội
Tốc độ làm nguội 0C/s 500°Cữ600°C 200°Cữ300°C 1 H2O + 10% NaOH, 20°C 1200 300 2 H2O + 10% NaCl, 20°C 1100 300 3 H2O + 10% Na2CO3, 20°C 800 270 4 H2O ở nhiệt độ 18°C 600 220 5 H2O ở nhiệt độ 30°C 500 180 6 H2O ở nhiệt độ 50°C 100 150 7 H2O ở nhiệt độ 74°C 60 130 8 H2O xà phũng 30 2 9 Dầu thực vật 200 35 10 Dầu hoả 170 50 11 Dầu khoỏng 110 25
mactenxit nờn cần làm nguội chậm, để trỏnh gõy ra ứng suất dư lớn. Trờn thực tế khụng cú mụi trường làm nguội nào thoả món được cỏc yờu cầu này, thụng thường người ta hay sử dụng một số loại mụi trường như nước, dầu, dung dịch muối. Đõy là một số loại mụi trường làm nguội đơn giản, hiệu quả, giỏ thành rẻ và được dựng rất phổ biến trong thực tế sản xuất.Vậy với tốc độ tụi tới hạn của chi tiết đầu ộp là 1000C/s ta chọn mụi trường làm nguội là dầu khoỏng.
3.3. Một số giải phỏp hỗ trợ tớnh ổn định khả năng làm việc đầu ộp.
+ Lắp điều hoà nhiệt độ trong phũng làm việc của mỏy ộp nhằm đảm bảo nhiệt độ ở 27°C. Khụng bố trớ cỏc thiết bị sinh nhiệt gần nơi làm việc của đầu ộp.
+ Bố trớ cỏc phương tiện hoặc thiết bị lọc khụng khớ và dầu bụi trơn cũng như cỏc thiết bị làm kớn. Hạn chế tối thiểu mụi trường dễ sinh ra cỏc chất ăn mũn hoỏ học.
+ Sấy khụ nước trong hỗn hợp đỏ mài và chất dớnh kết trước khi ộp, nhằm hạn chế tối thiểu mụi trường ụ xy hoỏ và điện hoỏ.
3.4. Ứng dụng phương phỏp phần tử hữu hạn để kiểm tra bền và biến dạng của đầu ộp.
3.4.1. Giới thiệu phương phỏp phần tử hữu hạn. a. Nột chớnh của phương phỏp PTHH.
Phương phỏp PTHH bao gồm hai phương phỏp chớnh: phương phỏp chuyển vị và phương phỏp lực. Do phương phỏp lực khú tự động trờn mỏy tớnh điện tử nờn để giải bài toỏn tổng quỏt, thường dựng phương phỏp chuyển vị. Cỏc bước cơ bản của phương phỏp chuyển vị.
- Một vật thể cú thể được chia nhỏ thành n phần tử con hữu han gọi tắt là PTHH,
- Cỏc phần tử được liờn kết với nhau qua cỏc nỳt,
- Đối với mỗi phần tử sẽ được xõy dựng một hàm chuyển vị thay thế cho phần tử, hàm này được biểu diễn thụng qua cỏc điểm nỳt tương thớch với cỏc phần tử lõn cận.
- Giải hệ phương trỡnh ta được chuyển vị của cỏc nỳt,
- Với cỏc chuyển vị nỳt, ta sẽ tớnh được biến dạng và ứng suất tại cỏc nỳt, từ đú tỡm được biến dạng và ứng suất của từng điểm bất kỳ trong vật thể.
b. Giới thiệu phần mềm Cosmos.
- Tờn phần mềm: Cosmos Design Star, - Phiờn bản: 4.0,
- Mụ tả: Phần mềm tớnh phần tử hữu hạn, viết tắt FEM(Finite Elemen Method), - Chức năng: giải được cỏc bài toỏn sau:
+ Bài toỏn cơ học: Bài toỏn tĩnh học và bài toỏn động học, + Bài toỏn trường nhiệt độ, truyền nhiệt,
+ Bài toỏn cơ học chất lưu,
- Ứng dụng: Nghiờn cứu tỡnh trạng chịu lực của hệ vật trong cỏc lĩnh vực như + Kết cấu thộp,
+ Nền múng cụng trỡnh, + Kết cấu mỏy cụng tỏc,
+ Truyền nhiệt, trường nhiệt độ, + Cơ học chất lưu.
3.4.2. Ứng dụng phần mềm Cosmos kiểm tra bền và biến dạng của đầu ộp.
Nhập mụ hỡnh đồ hoạ CAD vào trong mụi trường Cosmos: Cú thể nhập trực tiếp vào mụi trường Cosmos(đồ hoạ chi tiết trong mụi trường Cosmos) hoặc thiết lập mụ hỡnh đồ hoạ trong cỏc phần mềm hỗ trợ như: CAD, MasterCAM, Inventor, Solid Work, sau đú chuyển vào mụi trường Cosmos (iges).
Gỏn (khai bỏo)vật liệu từng bộ phận cấu thành chi tiết: Khai bỏo cỏc thuộc tớnh của vật liệu ШX15 cỏc thụng số chớnh gồm:
Mụ đun đàn hồi khớ kộo (nộn): E= 21.103kN/cm2, Mụ đun đàn hồi khớ cắt: G= 8.103kN/cm2, Giới hạn bền kộo: [ ] 2 72 / , b K kG mm σ = Hệ số gión nở nhiệt: 20-300, : λ = 14, Tỷ khối: γ =7, 7 /g cm3,
Hệ số Poỏt xụng: à =0,3,
Giới hạn bền cắt: [ ]τc =43, 2kG mm/ 2
Mụ tả liờn kết (khống chế bậc tự do của vật thể theo sơ đồ làm việc): mụ tả liờn kết chi tiết với đầu mỏy ộp, chọn bề mặt khống chế cỏc chuyển vị: mặt đầu φ80 và mặt trụ φ80.
Đặt tải lờn từng bộ phận của mụ hỡnh: Chọn lực phõn bố đều, phương của lực
vuụng gúc với bề mặt làm việc của đầu ộp, độ lớn của lực phõn bố 80 kG/ cm2, Chạy chương trỡnh tạo phần tử tự động sinh lưới cú chủ động điều chỉnh chất
lượng mắt lưới(kớch thước mắt lưới), chương trỡnh tự động tớnh toỏn và cho ra cỏc kết quả: Chuyển vị cỏc phần tử,
Ứng suất tại điểm nỳt,
Kiểm tra điều kiện bền (hệ số an toàn), Ứng suất điểm nỳt,
Hỡnh dạng biến dạng của chi tiết,
3.4.3. Một số kết luận và đề xuất nghiờn cứu chế tạo loại đầu ộp cỡ lớn:
a. Một số kết luận:
- Ứng dụng phần mềm Cosmos, cho phộp kiểm tra bền và biến dạng của cỏc phần tử trờn đầu ộp một cỏch nhanh chúng và cho phộp xỏc định ứng suất trờn cỏc nỳt. Đặc biệt là cho phộp kiểm tra bền và biến dạng ngay trong thiết kế để chọn giải phỏp thiết kế phự hợp.
- Nhờ ứng dụng phần mềm Cosmos cho phộp dễ dàng xỏc định được vựng cú ứng xuất nguy hiểm, vựng cú biến dạng lớn, để từ đú cú biện phỏp thiết kế chế tạo phự hợp đảm bảo độ bền, độ cứng, độ bền mũn cho chi tiết và kinh tế.
- Ứng dụng phần mềm Cosmos cho phộp xỏc định dược tỡnh trạng làm việc của đầu ộp ở cỏc trạng thỏi tải trọng, từ đú cú thể phõn tớch được cú chế mũn đầu ộp ở cỏc chế độ tải trong khỏc nhau, ở từng vị trớ khỏc nhau trờn bề mặt làm việc của đầu ộp.
- Trong ứng dụng phần mềm này, để kiểm tra bền và biến dạng của đầu ộp, ta đó giả thiết tải trọng phõn bố đều trờn bề mặt đầu ộp và cú phương vuụng gúc với bề
mặt làm việc của đầu ộp. Thực tế sự phõn bố tải trọng trờn bề mặt làm việc của đầu ộp là phức tạp, chỳng cú thể tuõn theo một quy luật nào đú, nếu tỡm ra được quy luật phõn bố tải trọng thỡ việc dụng phần mềm vào việc kiển tra bền và biến dạng sẽ đem lại kết quả chớnh xỏc hơn.
b. Đề xuất chế tạo loại đầu ộp cỡ lớn:
Về mặt kết cấu: Như ta đó biết đầu ộp đỏ mài ba via cú kết cấu, một đầu lắp với đầu mỏy ộp và đầu cũn lại để ộp đỏ. Đối với đầu ộp cỡ lớn, về mặt kết cấu sẽ cú những điểm giống đầu ộp cỡ nhỏ đú là kết cấu phần đầu lắp với mỏy ộp, đầu cũn lại, tuỳ theo đường kớnh đỏ cần ộp mà sẽ cú kớch thước lớn nhỏ khỏc nhau. Ở phần ứng dụng phần mềm Cosmos, để kiểm tra bền và biến dạng cho đầu ộp cỡ nhỏ (đường kớnh đầu ộp 100 mm) đó kiểm tra được hệ số an toàn là 11, như vậy nếu vẫn giữ nguyờn chiều dày tấm ộp và tăng đường kớnh đầu ộp(đường kớnh đầu ộp cỡ lớn 180) thỡ độ bền và độ cứng của đầu ộp vẫn đảm bảo.
- Qua kết quả kiểm tra ở trờn ta thấy, cỏc phần tử càng xa tõm, ứng suất càng nhỏ. Đề tiết kiệm vật liệu, khi chế tạo đầu ộp, mà vẫn đảm bảo điều kiện bền và điều kiện cứng, ta cú thể chế tạo đầu ộp kiểu nhiều tầng.
- Để kết quả kiểm tra bền và biến dạng được chớnh xỏc hơn cần phải nghiờn cứu được quy luật phõn bố tải trọng và phương của tải trọng trờn bề mặt đầu ộp.
Hỡnh 3.2. Nhập mụ hỡnh đồ hoạ chi tiết (*.iges) vào mụi trường Cosmos design.
Hỡnh 3.3b. Mụ tả chuyển vị bị khống chế
Hỡnh 3.4b. Đặt lực lần lượt vào từng bề mặt làm việc của chi tiết
Hỡnh 3.5a. Chạy chương trỡnh tạo phần tử tự động cú chủ động khống chế số phần tử (kớch thước mắt lưới)
Hỡnh 3.5b. Chạy chương trỡnh tạo phần tử tự động
Hỡnh 3.5c. Chuyển vị của cỏc phần tử
Hỡnh 3.7. Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tiếp lớn nhất
Hỡnh 3.9. Ứng suất tại điểm nỳt
Hỡnh 3.11. Trang thỏi biến dạng nguy hiểm
Hỡnh 3.13. Kiểm tra điều kiện bền theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất
Hỡnh 3.15. Kiểm tra điều kiện bền theo thuyết bền thế năng biến đổi hỡnh dỏng Hỡnh 3.6. Ứng suất tại cỏc nỳt: đơn vị kG(kgf)/cm2, tỷ lệ biến dạng 1: 2413,79. Trờn bề mặt làm việc của chi tiết, tuỳ theo từng vị trớ khỏc nhau cú ứng suất khỏc nhau, sẽ được hiển thị phổ mầu khỏc nhau. Nhỡn vào sự phổ mầu đú ta cú thể xỏc định được vựng cú ứng suất lớn và vựng cú ứng suất nhỏ. Bờn cạnh là thang phổ mầu, cũng cú cỏc mầu tương ứng với cỏc mầu xuất hiện trờn mặt chi tiết và bờn cạnh là giỏ trị ứng suất tương ứng với mầu. Vớ dụ: mầu đỏ trờn thang phổ mầu tương ứng với ứng xuất lớn nhất, biểu diễn: 3,175e+002 nghĩa là 3,175 x 102 = 317,5 kG/cm2 ; mầu xanh lục trờn thang phổ mầu tuơng ứng với ứng suất nhỏ nhất, biểu diễn: 1,299e+00 nghĩa là 1,299 x 100 = 1,299 kG/cm2
Hỡnh 3.7. Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tiếp lớn nhất: hệ số an toàn là 18, tỷ lệ biến dạng 1:0. Trờn bề mặt làm việc của chi tiết, tuỳ theo từng vị trớ khỏc nhau cú hệ số an toàn khỏc nhau, sẽ được hiển thị phổ mầu khỏc nhau. Nhỡn vào sự phổ mầu đú ta cú thể xỏc định được vựng cú hệ số an toàn nhỏ và vựng cú hệ số an
toàn lớn. Bờn cạnh là thang phổ mầu, cũng cú cỏc mầu tương ứng với cỏc mầu xuất hiện trờn mặt chi tiết và bờn cạnh là giỏ trị hệ số an toàn tương ứng với mầu. Vớ dụ: mầu đỏ trờn thang phổ mầu tương ứng với hệ số an toàn nhỏ nhất, biểu diễn: 1,772e+001 nghĩa là 1,772 x 101 = 17,71 =18; mầu xanh lục tuơng ứng với hệ số an toàn lớn nhất, biểu diễn: 1,000e+002 nghĩa là 1,000 x 102 = 100
Hỡnh 3.8. Kiểm tra điều kiện bền về ứng suất phỏp lớn nhất: hệ số an toàn là 17, tỷ lệ biến dạng 1:0. Trờn bề mặt làm việc của chi tiết, tuỳ theo từng vị trớ khỏc nhau cú hệ số an toàn khỏc nhau, sẽ được hiển thị phổ mầu khỏc nhau. Nhỡn vào sự phổ mầu đú ta cú thể xỏc định được vựng cú hệ số an toàn nhỏ và vựng cú hệ số an toàn lớn. Bờn cạnh là thang phổ mầu, cũng cú cỏc mầu tương ứng với cỏc mầu xuất hiện trờn mặt chi tiết và bờn cạnh là giỏ trị hệ số an toàn tương ứng với mầu. Vớ dụ: mầu đỏ trờn thang phổ mầu tương ứng với hệ số an toàn nhỏ nhất, biểu diễn: 1,676e+001 nghĩa là 1,772 x 101 = 16,76 =17; mầu xanh lục tuơng ứng với hệ số an toàn lớn nhất, biểu diễn: 1,000e+002 nghĩa là 1,000 x 102 = 100
Hỡnh 3.10. Chuyển vị cỏc phần tử: đơn vị cm, tỷ lệ biến dạng 1: 1641,87. Trờn bề mặt làm việc của chi tiết, tuỳ theo từng vị trớ khỏc nhau cú chuyển vị khỏc nhau, sẽ được hiển thị phổ mầu khỏc nhau. Nhỡn vào sự phổ mầu đú ta cú thể xỏc định được vựng cú ứng chuyển vị lớn và vựng cú chuyển nhỏ. Bờn cạnh là thang phổ mầu, cũng cú cỏc mầu tương ứng với cỏc mầu xuất hiện trờn mặt chi tiết và bờn cạnh là giỏ trị chuyển vị tương ứng với mầu. Vớ dụ: mầu đỏ trờn thang phổ mầu tương ứng với chuyển vị lớn nhất, biểu diễn: 1,663e-002 nghĩa là 1,663 x 10-2 = 0,01663 cm = 0,1663 mm ; mầu xanh lục trờn thang phổ mầu tuơng ứng với chuyển vị nhỏ nhất, biểu diễn: 1,000e-031 nghĩa là 1,000 x 10-31 cm.(chuyển vị rất nhỏ)
Hỡnh 3.12. Hỡnh dạng biến dạng: tỷ lệ biến dạng 1: 1641,87. Hỡnh dạng biến dạng bề mặt làm việc của chi tiết được phúng đại lờn 1641,67 lần. Ta thấy càng ra mộp của chi tiột mức độ biến dạng càng lớn.
Hỡnh 3.13. Kiểm tra điều kiện bền theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất: hệ số an toàn là 13, tỷ lệ biến dạng 1:0. Mầu đỏ trờn thang phổ mầu tương ứng với hệ số an toàn nhỏ nhất, biểu diễn: 1,319e+001 nghĩa là 1,319 x 101 = 13,19 =13; mầu
xanh lục tuơng ứng với hệ số an toàn lớn nhất, biểu diễn: 1,000e+002 nghĩa là 1,000 x 102 =100.
Hỡnh 3.15. Kiểm tra điều kiện bền theo thuyết bền thế năng biến đổi hỡnh dỏng: hệ số an toàn là 11, tỷ lệ biến dạng 1:0. Mầu đỏ trờn thang phổ mầu tương ứng với hệ số an toàn nhỏ nhất, biểu diễn: 1,143e+001 nghĩa là 1,143 x 101 = 11,43 =11; mầu xanh lục tuơng ứng với hệ số an toàn lớn nhất, biểu diễn: 1,000e+002 nghĩa là 1,000 x 102 = 100.
Chương 4
LẬP QUY TRèNH CễNG NGHỆ GIA CễNG CHI TIẾT ĐẦU ẫP