1.5.1 Kích thước sản phẩm:
Công nghệ miết có thể được áp dụng để chế tạo các sản phẩm cỡ lớn (đường kính tới 6m, chiều dày sản phẩm 40mm). Khi miết kim loại bị biến cứng mãnh liệt hơn khi dập vuốt nên chi tiết được miết qua một số nguyên công cần được ủ trung gian.
1.5.2 Một số thông số công nghệ miết:
Tốc độ miết phù hợp với loại vật liệu, sản phẩm:
Vật liệu Tốc độ (vòng/phút)
Thép mềm 400 – 600
Nhôm 800 – 1200
Đuyra 500 – 900
Đồng 600 – 800
Đồng thau 800 – 1100
28
Khi miết mỏng, trị số mực biến dạng cho phép đối với thép cacbon thấp và thép không
gỉ 75%, khi chế tạo các chi tiết bán cầu thì không vượt quá 50%.
Giới hạn đường kính tương đối của sản phẩm miết:
dmin/D = 0.2/0.3
Trong đó
+ dmin là đường kính sản phẩm
+ D là đường kính phôi
Đối với các sản phẩm dạng trụ, kích thước tương đối có thể dmin/D = (0.6/0.8) hoặc chiều dày tương đối: 0.5 < S/D100 < 2.5
1.5.3 Yêu cầu vật liệu gia công bằng miết:
Miết là phương pháp gia công dựa trên khả năng biến dạng dẻo của kim loại, vì vậy cần có một số yêu cầu riêng đối với phôi và vật liệu gia công. Độ ổn định và chất lượng sản phẩm trong quá trình tạo hình phụ thuộc vào chất lượng của phôi. Sự tồn tại các gỉ sét, các vết xước trên bề mặt phôi làm giảm khả năng biến dạng của phôi và dẫn tới các khuyết tật.
Các phôi tròn cần loại bỏ các vết nứt, ba via và các vết xước, độ đảo của phôi khi quay
so với trục miết không được lớn hơn 0.3/0.5mm. Trong trường hợp độ đảo vượt quá giới hạn quy định thì cần phải khử trược khi miết.
Vật liệu của phôi đã miết cần phải thỏa mãn không chỉ mục đích, điều kiện làm việc của chi tiết được chế tạo mà cần phải thỏa mãn các yêu cầu công nghệ cho tính chất, khả năng biến dạng của chúng.
Sự thích hợp của vật liệu để miết ép được quy định trước hết bởi cơ tính của nó: giới hạn chảy và giới hạn bền. Tính dẻo gồm độ giãn dày tương đối và độ thắt tỉ đối. Với vật liệu có độ giãn tương đối lớn thì khả năng gia công bằng miết ép lớn hơn, ngược lại với việc tăng độ cứng thì quá trình miết ép gặp khó khăn hơn. Đối với thép tấm được sử dụng để miết sâu cần có tỉ lệ giữa giới hạn chảy và độ bền là 0.65. Ngoài ra tính nhạy của thép đối vớ sự hóa già có ảnh hưởng xấu đến miết.
Theo một bài báo khoa học về việc Nghiên cứu tính không chính xác hình học trên hai bên dốc của hình chóp SPIF bằng mô phỏng phần tử hữu hạn đề cập như sau:
29
Tóm tắt
Hình thành một điểm duy nhất (SPIF) là một quá trình sản xuất gần đây có thể mang lại hình dạng đối xứng hoặc không đối xứng cho một tấm kim loại không bị biến dạng bằng cách sử dụng một công cụ nhỏ tương đối. Trong bài viết này, một hình chóp SPIF hai độ dốc với hai độ sâu khác nhau, chịu các sai lệch hình học lớn khi so sánh hình dạng
dự định và cuối cùng, được nghiên cứu. Mục tiêu bài viết là phát hiện xem các phân kỳ này có phải do biến dạng dẻo mới trong khi hình thành hình chóp góc thứ hai bằng cách
sử dụng mô phỏng các phần tử hữu hạn. Để xác nhận kết quả bằng số, cả hình dạng và lực được so sánh với các phép đo thực nghiệm. Sau đó, một phân tích về trạng thái vật liệu được thực hiện bằng cách sử dụng biến dạng dẻo tương đương, ứng suất von Mises hiệu quả và phân phối ứng suất mang lại thông qua một vết cắt trên lưới. Người ta nhận thấy rằng có sự biến dạng dẻo ở trung tâm của hình chóp, cách xa khu vực công cụ. Ngoài ra, giá trị cao của ứng suất năng suất trong các phần khác của bảng. Vì một hành
vi uốn mạnh cộng với độ căng của màng được tìm thấy trong một số phần tử tấm, các ứng suất đàn hồi này là do tác động uốn của dụng cụ. Người ta kết luận rằng độ lệch hình dạng chính đến từ các biến dạng đàn hồi do uốn đàn hồi cấu trúc, cộng với sự đóng góp nhỏ của đàn hồi cục bộ, vì không có biến dạng dẻo được quan sát trong vùng thay đổi góc. Những phát triển trong tương lai trong thiết kế đường chạy dao cuối cùng nên xem xét các biến dạng đàn hồi này để đạt được hình dạng dự định.
Thập kỷ vừa qua đã cho thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với các quy trình hình thành gia tăng (ISF). Từ những phát triển ban đầu ở Nhật Bản trong những năm 1990, mối quan tâm nghiên cứu đã chuyển sang châu Âu trùng khớp với sự đại chúng hóa các máy CNC và phát triển các sản phẩm phần mềm CAD/CAM. Một khía cạnh quan trọng trong các quy trình ISF là hình dạng cuối cùng chỉ được xác định bởi chuyển động của công cụ. Nhiều biến thể của quy trình ISF đã được khám phá, trong đó Hình thành tăng dần một điểm (SPIF) và Hình thành tăng dần hai điểm (TPIF) là hai biến thể phổ biến nhất. Một đánh giá về sự phát triển kỹ thuật của quá trình qua nhiều năm có thể được tìm thấy trong Emmens et al. (2010). Trọng tâm của bài viết là quá trình SPIF, trong đó một tấm kim loại được kẹp bị biến dạng bằng cách sử dụng một công cụ hình cầu tương đối nhỏ, đi theo một con đường phức tạp để có được hình dạng cần thiết.
30
Hình 1.20 Mô tả sơ đồ của SPIF (Henrard et al., 2010).
Hình 1.21 Đường chạy dao cho hình dạng hình nón (He et al ., 2005).
Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của quá trình SPIF đó là tính linh hoạt. Do thực tế là hình dạng chỉ được đưa ra bởi chuyển động của công cụ, không cần khuôn dập. Hơn nữa đường chạy dao có thể được kiểm soát dễ dàng bằng các sử dụng phần mềm CAD/CAM trong đó việc thay đổi hình dạng cuối cùng có thể được thực hiện nhanh chóng và không tốn kém. Bản chất “vô tri” này làm cho quy trình SPIF thích hợp cho tạo mẫu nhanh, các mảnh được cá nhân hóa cao và các cấu trúc giống như vỏ hàng loạt khác, có chi phí sản xuất thấp hơn các quy trình thông thường như vẽ sâu (Petek et al ., 2007). Một đánh giá toàn diện về các đặc điểm quá trình và các ứng dụng có thể được tìm thấy trong Jeswiet et al. (2005), từ sản xuất khuôn dập và phụ tùng ô tô đến các ứng dụng y tế (Ambrogio et al., 2005; Duflou et al., 2008b). Ngoài ra, quy trình SPIF đã cho thấy các giới hạn hình thành cao hơn so với các quy trình khác như dập (Emmens and van den Boogaard, 2009). Tuy nhiên quá trình SPIF vẫn có một số nhược điểm quan trọng. Độ chính xác hình học kém thể hiện một nhược điểm lớn của quá trình (Jeswiet
31
et al., 2005; Ambrogio et al., 2010), ngăn chặn sự chấn nhận công nghiệp lớn (Allwood
et al., 2005). Ngoài ra quá trình chậm, do giới hạn tốc độ cắt (feed) trong các máy CNC (Ambrogio et al., 2010), giữ cho quá trình SPIF thay thế cho sản xuất hàng loạt. Để cải thiện độ chính xác, nhiều kỹ thuật đã được đề xuất (Micari et al., 2007; Duflou et al., 2008a; Essa et al., 2010). Như được chỉ ra bởi Micari et al. (2007), cách tốt nhất để giảm
sự thiếu chính xác là sử dụng đường chạy dao khác với cấu hình CAD mục tiêu theo cách mà sau khi gỡ bỏ công cụ, lò xo đàn hồi và các biến dạng khác có thể đưa tấm tới trạng thái vật chất của tấm và máy móc biến dạng xảy ra trong công cụ.
Bất chấp những tiến bộ đạt được trong những năm qua, mô hình hóa quy trình thông qua Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Elements Method (FEM)) vẫn tiếp tục là một nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe. Do kích thước công cụ nhỏ và cơ chế biến dạng vẫn chưa rõ ràng, cần phải có lưới phần tử kích thước nhỏ trên tất cả các tấm để đạt được độ hội tụ
và độ chính xác. Sử dụng sơ đồ ngầm có thể có thời gian CPU cao so với sơ đồ rõ ràng (Bambach et al., 2005), do các điều kiện tiếp xúc xen kẽ liên tục. Nói chung đối với các
sơ đồ rõ ràng, nhờ các phương pháp số như chia tỉ lệ khối lượng và/hoặc chia tỷ lệ thời gian, có thể giảm đáng kể thời gian tính toán mà không làm giảm độ chính xác FE. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các giá trị tỷ lệ được tối ưu hóa không có nghĩa là tầm thường theo Henrard (2008). Mặt khác, mặc dù thời gian mô phỏng cao hơn, các sơ đồ ngầm không cần mở rộng và chúng ổn định vô điều kiện, kết quả của chúng không phụ thuộc vào kích thước mắt lưới (miễn là nó nhỏ hơn bán kính dao) và bước thời gian (tự động điều chỉnh để có được sự hội tụ cân bằng). Mô phỏng ngầm cho thấy kết quả tốt hơn một chút trong dự đoán hình học so với sơ đồ rõ ràng (Bambach, 2004).
Sự lựa chọn của yếu tố hữu hạn cũng rất quan trọng. Thông qua độ dày cắt (TTS) đã được chứng minh là một trong những đặc điểm nổi bật nhất của quy trình SPIF, góp phần vào sự sai lệch giữa luật hình sin và kết quả thí nghiệm (Jackson and Allwood, 2009; Bambach, 2010) và giải thích khả năng định dạng cao của quy trình (Eyckens et al., 2011), so với các quá trình kim loại tấm khác như dập và vẽ sâu (Filice et al., 2002). Một nghiên cứu toàn diện về hiện tượng này đòi hỏi phải sử dụng các yếu tố rắn, nhưng thời gian mô phỏng có thể cực kỳ cao ngay cả đối với hình học và đường chạy dao đơn giản (Eyckens et al., 2010). Để khắc phục vấn đề này, các kỹ thuật như làm lại thích ứng (Lequesne et al., 2008) và cách tiếp cận cấu trúc lại (Hadoush and van den Boogaard, 2009) đã được đề xuất cho mô phỏng ngầm. Một cách khác để giảm thời gian tính toán
32
là sử dụng các phần tử vỏ (Hirt et al., 2002; Bambach and Hirt, 2005), nhưng do những hạn chế của yếu tố (i.e. 2D constitutive law and Kirchhoff-Love assumption) một mô tả chính xác của các biến độ dày thông qua không thể đạt được. Tuy nhiên, đây không phải phạm vi của bài viết này để nghiên cứu TTS và giới hạn định dạng quy trình để có thể
sử dụng phần tử vỏ.
Kết luận:
Trong bài viết này, một hình chóp SPIF hai độ dốc với hai độ sâu khác nhau được mô phỏng bằng FEM. Để xác nhận mô hình, hình dạng của một vết cắt ngang và sự tiến hóa lực dọc trục trong quá trình được so sánh. Mô hình có thể mô tả chính xác hình dạng mặc dù bỏ qua độ dày cắt, nhưng dự đoán lực đòi hỏi mô hình tiếp xúc chính xác hơn. Việc sử dụng phần tử vỏ rắn có thể dẫn đến sự cải thiện trong cả hai dự đoán.