Chương 2: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BIẾN DẠNG VÀ KỸ THUẬT CUỐN THÉP TẤM
2.2 Kĩ thuật cuốn thép tấm
2.2.1 Khái niệm cuốn.
Cuốn là phương pháp gia công kim loại bằng áp lực nhằm tạo cho phôi hoặc một phần của phôi có dạng cong hay gấp khúc, phôi có thể là tấm, dải, thanh định hình và được uốn ở trạng thái nguội hoặc nóng. Trong quá trình uốn phôi bị biến dạng dẻo từng phàn để tạo thành hình dáng cần thiết.
Cuốn thép tấm được thực hiện do biến dạng đàn hồi xảy ra khác nhau ở hai mặt của phôi uốn.
2.2.2. Quá trình cuốn.
Quá trình cuốn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dạng dẻo. Cuốn làm thay đổi hướng thớ kim loại, làm cong phôi và thu nhỏ dần kích thước.
Trong quá trình cuốn, kim loại phía trong phía góc cuốn bị nén lại và co ngắn ở hướng dọc, đồng thời bị kéo ở hướng ngang. Còn phần kim loại phía ngoài góc cuốn bị giãn ra bởi lực kéo. giữa các lớp co ngắn và dãn dài là lớp kim loại không bị ảnh hưởng bởi lực kéo và nén khi cuốn và tại đây vẫn giữ được trạng thái ban đầu của kim loại và đây gọi là lớp trung hòa. Sử dụng lớp trung hòa này để tính toán sức bền của vật liệu khi uốn.
Khi cuốn những dải hẹp xảy ra hiện tượng giả chiều dày chỗ uốn sai lệch hình dạng về tiết diện ngang, lớp trung hòa bị lệch vể phía bán kính nhỏ.
Khi cuốn những dải rộng cũng xảy ra hiện tượng biến dạng mỏng vật liệu nhưng không có sai lệch tiết diện ngang, vì trở kháng của vật liệu có cùng chiều rộng lớn sẽ chống lại sự biến dạng theo hướng ngang.
DUT.LRCC
L
R
Khi cuốn phôi với bán kính có khối lượng nhỏ thì mức độ biến dạng dẻo lớn và ngược lại
Hình 2.4 Biến dạng của phôi thép trước và sau khi cuốn 2.2.3 Tính toán phôi cuốn.
a. Xác định vị trí lớp trung hòa.
Vị trí của lớp trung hòa được xác định bởi bán kính lớp trung hòa ρ. Trong quá trình uốn bề mặt lớp kim loại phía trong và phía ngoài của phôi bị biến dạng nén và kéo và ở giữa các lớp này là lớp trung hòa hầu như không bị biến dạng và để tính toán phôi ta tiến hành xác định vị trí lớp trung hòa và tính toán phôi tại đây.
Bán kính lớp trung hòa có thể được xác định theo công thức:
+
= 2 2
S r
B Btb
( mm )
Trong đó: Btb_chiều rộng trung bình của lớp tiết diện uốn.
2 B2
Btb = B+
B_chiều rộng của phôi ban đầu. ( mm ) S_chiều dày vật liệu. ( mm ) r_ bán kính uốn phía trong. ( mm ) ξ_hệ số biến mỏng.
Tỷ số B Btb
gọi là hệ số biến rộng.
DUT.LRCC
S S1
= S1_chiều dày vật liệu sau khi cuốn.
Trong thực tế bán kính lớp trung hòa có htể xác định theo công thức gần đúng.
ρ = r + x.S Trong đó:
r_bán kính cuốn phía trong.
x_hệ số xác định khoảng cách lớp trung hòa đến bán kính cuốn phía trong b.Tính chiều dài phôi.
Hình 2.5 Chiều dài phôi được tính theo công thức:
L=l +l + (r+xs)
2 180
1
.
Trong đó: r_bán kính uốn. ( mm ) c. Bán kính cuốn nhỏ nhất và lớn nhất.
Khi uốn, nếu bán kính cuốn phía trong quá nhỏ sẽ làm đứt vật liệu ở tiết diện cuốn.
Nếu bán kính cuốn quá lớn sẽ không xảy ra hiện tượng biến dạng dẻo và phôi sẽ không giữ được trạng thái sau khi cuốn.
❖ Bán kính cuốn lớn nhất được xác định theo công thức:
rngoài = rtrong - S
Trong đó: E = 2,15.105 ( Nmm2 ) môđun đàn hồi của vật liệu S_chiều dày vật uốn. ( mm )
σ_ giới hạn chảy của vật liệu. ( N/mm2 )
❖ Bán kính cuốn nhỏ nhất được xác định theo công thức:
1 2 1
min
r S
−
=
δ_độ giãn dài tương đối của vật liệu. ( % ) p
r
l1
l2
S
DUT.LRCC
Theo thực nghiệm ta có:
rmin = K.S
Với: K_hệ số phụ thuộc góc nhấn α.
d. Công thức tính lực cuốn.
Lựcc cuốn bao gồm cuốn tự do liên tục và lực làm cho phôi chuyển động quanh trục.
F F1 F2 +
= Trong đó: F1
_lực biến dạng dẻo kim loại.
F1
_lực làm cho phôi quay quanh trục.
Lực cuốn làm biến dạng dẻo kim loại.
𝐹3 =𝐵.𝑆2.𝜎𝑏.𝑛
𝑙 = 𝑘1. 𝐵. 𝑆. 𝜎𝑏
Ở đây:
l k1 = nS
e.Tính đàn hồi khi cuốn.
Trong quá trình cuốn không phải toàn bộ kim loại phần cung cuốn đều chịu biến dạng dẻo mà có một phần còn lại ở biến dạng đàn hồi. Vì vậy khi không còn lực tác dụng của các trục cuốn thì vật cuốn hoàn toàn như hình dáng kích thước như đã lựa chọn ban đầu đó là hiện tượng đàn hồi sau khi cuốn.
Hình 2.6
Tính toán đàn hồi được biểu hiện khi cuốn với bán kính nhỏ ( r < 10s ) bằng góc đàn hồi β. Còn khi uốn với bán kính lớn ( r >10s ) thì cần phải tính đến cả sự thay đổi bán kính cong của vật cuốn.
r
+
Khi cuốn
Sau khi cuốn
DUT.LRCC
Góc đàn hồi được xác lập bởi hiệu số giữa góc của vật cuốn sau khi dập và góc cuốn theo tính toán.
β = α0 – α.
Thông thường β bằng khoảng 100.
Mức độ đàn hồi khi uốn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, góc cuốn, tỷ số giữa bán kính cuốn với chiều dày vật liệu, hình dáng kết cấu cuốn.
DUT.LRCC