CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM
5.3 Ảnh hưởng của vật liệu đến quá trình biến dạng của phôi
5.3.2 Ảnh hưởng của vật liệu đến chiều cao bavia
Bavia (Burr): Phần vật liệu thừa, thường có hình dạng mỏng và sắc, được hình thành do quá trình gia công vật liệu, chẳng hạn như cắt, đột dập. Khi đột dập kim loại, luôn có một lượng bavia hình thành do vật liệu bị đẩy ra khỏi khuôn. Kích thước của Bavia phụ thuộc vào loại vật liệu và khe hở giữa chày và cối. Bavia sẽ lớn hơn khi chày và cối bị mòn. Cụ thể ở yếu tố vật liệu, vật liệu mềm, dễ chảy sẽ tạo ra bavia cao hơn vật liệu cứng do chúng bị đẩy ra khỏi khe hở nhiều hơn [20], [43]
Yếu tố độ bền vật liệu là một yếu tố góp phần tạo nên chiều cao bavia cho chi tiết đột bao hình. Bavia xuất hiện trên sản phẩm theo hướng ngược với dòng vật liệu trong quá trình đột dập kim loại tấm. Lượng bavia ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm [38], [54].
Ba via thường là sự hình thành không mong muốn của vật liệu vượt ra ngoài các cạnh của sản phẩm hoặc phôi, thường là do biến dạng dẻo trong quá trình gia công và/hoặc tạo hình kim loại [20]. Để làm rõ vấn đề chưa rõ ở bài nghiên cứu trước, vật liệu ảnh hưởng như thế nào
94
đến sản phẩm dập bao hình. Trong nghiên cứu này sẽ tiến hành dập bao hình với cùng một khe hở giữa chày và cối (bằng 8% bề dày vật liệu) trên các kim loại tấm khác nhau (SUS 304, SUS 430, C36500, CT38, A1050).
a) Mô phỏng b) Thực nghiệm Hình 5.30: Hình ảnh bavia mô phỏng bằng phần mềm Deform 3D
95
Hình 5.31: Đồ thị ảnh hưởng của vật liệu đến chiều cao bavia
Quan sát hình ảnh bavia được mô phỏng Hình 5.30 và biểu đồ thị ảnh hưởng của vật liệu đến chiều cao bavia Hình 5.31, thấy được chiều cao bavia sau dập cắt khác nhau rõ rệt giữa 5 loại vật liệu. A1050 có chiều cao bavia thấp nhất (0.131 mm), tiếp đến là Thép carbon CT38 (0.163 mm) và C36500 (0.213 mm), trong khi SUS 430 (0.247 mm) và SUS 304 (0.274 mm) có chiều cao bavia cao nhất. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với cơ tính của từng loại vật liệu Bảng 5.2
Nhìn chung, vật liệu có giới hạn bền kéo thấp và độ dẻo cao thường tạo ra bavia thấp hơn, trong khi vật liệu có giới hạn bền kéo và độ cứng cao thường tạo ra bavia cao hơn. Cụ thể, A1050 có giới hạn bền kéo và độ giãn dài thấp nhất (95 MPa và 15%), giúp nó có vùng biến dạng dẻo nhỏ (Hình 5.32), dễ dàng biến dạng, do đó ít tạo bavia. Ngược lại, SUS 304 và SUS 430 sở hữu giới hạn bền kéo và độ cứng cao (lần lượt là 515 MPa và 450 MPa), có khả năng chống lại sự đứt gãy tốt hơn, vùng vật liệu xung quanh lưỡi cắt sẽ bị kéo giãn đáng kể Hình 5.33, cho phép biến dạng dẻo diễn ra nhiều hơn và dễ tạo bavia nhất. Đồng thau và thép carbon CT38 nằm ở nhóm trung gian với giới hạn bền kéo và độ cứng cao hơn nhôm nhưng thấp hơn Sus (372 MPa cho C36500 và 365 MPa cho CT38).
96
Hình 5.32: Hình chụp mặt cắt sản phẩm với a) A1050, b) SUS 304, c) SUS 430, d) C36500, e) CT38
Khi cắt hoặc đột kim loại, ứng suất cắt tác động lên phôi và làm tách rời vật liệu. Khả năng chống lại sự tách rời này phụ thuộc vào độ bền kéo của vật liệu. Vật liệu có độ bền kéo cao có thể chịu được ứng suất cắt lớn hơn trước khi bị đứt gãy.
Hình 5.33: Các vùng biến dạng của quá trình dập cắt
Trong quá trình cắt, vùng vật liệu xung quanh lưỡi cắt không bị đứt gãy ngay lập tức mà trải qua biến dạng dẻo, tức là bị kéo giãn ra. Nếu vật liệu có độ bền kéo cao, nó có thể chịu đựng mức độ biến dạng dẻo lớn hơn trước khi đứt gãy. Khi lưỡi cắt đi qua, vùng vật liệu bị kéo giãn này sẽ hình thành nên ba via Hình 5.32 và Hình 5.33. Vì vậy, vật liệu có độ bền kéo
97
càng cao, vùng biến dạng dẻo càng lớn, dẫn đến bavia càng cao. Điều này cũng đã được kiểm nghiệm ở nghiên cứu [20]. Nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng của kích thước khe hở đột dập đến chiều cao bavia được tạo ra trên các tấm thép mềm, đồng thau và nhôm. Các nhà nghiên cứu đã chế tạo đột dập với nhiều kích thước khe hở khác nhau để tạo ra các mẫu đột dập từ ba loại vật liệu. Sau đó, họ đo chiều cao ba via bằng kính hiển vi và phân tích kết quả.
Kết quả cho thấy đồng thau tạo ra ba via nhỏ nhất, tiếp theo là nhôm và thép mềm. Nghiên cứu kết luận rằng kích thước khe hở đột dập có ảnh hưởng đáng kể đến chiều cao ba via, và vật liệu có độ bền kéo càng cao thì chiều cao ba via càng lớn. Nghiên cứu cung cấp thông tin hữu ích cho các kỹ sư và nhà sản xuất trong việc lựa chọn khe hở đột dập phù hợp để giảm thiểu sự phát triển bavia và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Ngoài cơ tính vật liệu, cần lưu ý rằng các yếu tố khác như độ chính xác gia công khuôn dập, điều kiện môi trường... cũng ảnh hưởng đến quá trình hình thành bavia.