CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM
5.1 Ảnh hưởng của khe hở chày cối đến quá trình biến dạng của phôi khi dập cắt
5.1.2 Nguyên công dập cắt chữ
a. Ảnh hưởng của khe hở đến lực tác động lên chày cắt chữ
Hình 5.11: Kết quả mô phỏng nguyên công cắt chữ với các khe hở a) 4%, b) 6%, c) 8%, d) 10%, e) 12% và e) 14%
Hình 5.12: Biều đồ ảnh hưởng của khe hở đến lực tác động lên chày với a), b) lần lượt là lực dập của cả quá trình và lực tác động lớn nhất.
Quá trình biến dạng phải thực hiện bởi một lực có giá trị lớn hơn giới hạn bền của vật liệu để có cắt tạo hình kim loại tấm. Vì lý do này, lực dập là yếu tố chính trong quá trình gia công kim loại tấm [38].
a)
f) c)
d) e)
b)
a) b)
79
Từ kết qua mô phỏng Hình 5.11 thu được số liệu tổng hợp Hình 5.12 thấy rằng quá trình dập cũng trãi qua 3 giai đoạn vật liệu từ trạng thái ban đầu chuyển sang biến dạng đàn hồi dưới tác dụng lực dập, tiếp theo từ biến dạng đàn hồi phôi chuyển qua trạng thái biến dạng dẻo. Khi lực vượt qua mức giới hạn bề của vật liệu, vật liệu chuyển sang trạng thái biến dạng cuối là phá hủy. Yếu tố lực dập của nguyên công dập cắt chữ này cũng có quy luật tương tự như ở nguyên công cắt hình, đều có xu hướng khi tăng khe hở lực tác động có xu hướng giảm dần (từ 11636.5 N đến 11006.7 N, lớn nhất ở 6%, nhỏ nhất ở 12%). Cụ thể, việc giảm khe dẫn đến ứng suất cắt cao hơn, dẫn đến biến dạng dẻo tăng lên và độ cứng biến dạng được tăng cường trong vật liệu kim loại tấm trong vùng này. Khi vật liệu bị biến dạng dẻo, cấu trúc bên trong của nó thay đổi, các tinh thể bị trượt lên nhau tạo ra các khuyết tật mạng. Các khuyết tật này cản trở sự chuyển động của nhau, khiến cho việc tiếp tục biến dạng dẻo trở nên khó khăn hơn kết quả là vật liệu trở nên cứng hơn đây là độ cứng biến dạng. Độ cứng biến dạng tăng lên sau đó tạo ra áp lực lớn hơn lên chày và cối từ vật liệu mép cắt. Do đó, lực ma sát cao hơn phát triển giữa mép cắt chày với loại tấm và mép cắt cối với kim loại tấm trong giai đoạn cắt. Do đó, việc giảm khe hở đòi hỏi lực cắt cao hơn để khắc phục các lực ma sát tăng lên này [42].
Hình 5.13: a) Hình sản phẩm dập thực nghiệm, b) Biểu đồ so sánh lực dập và mô phỏng Từ kết Hình 5.13 quả phân tích trên thấy rằng thay đổi khe hở thì việc ảnh hưởng lực cắt hình khi tăng khe hở chày cối lực cắt có xu hướng giảm nhưng không nhiều các trường hợp lực đều gần bằng nhau.
80
b. Ảnh hưởng của khe hở chày cối đến biến dạng (strain) và ứng suất (stress) tác dụng lên phôi cắt chữ
Hình 5.14: Ứng suất (Stress) của phôi trong mô phỏng nguyên công cắt chữ
Hình 5.15: Biến dạng (Strain) của phôi trong mô phỏng nguyên công cắt chữ 4%
10%
6%
12%
8%
14%
4%
10%
6%
12%
8%
14%
81
Hình 5.16: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của khe hở đến giá trị của Strain max và Stress max tác động lên phôi của nguyên công cắt chữ
Trong quá trình dập chất lượng sản phẩm chịu ảnh hưởng bởi quá trình biến dạng, quá trình biến dạng của phôi do lực tác dụng và khe hở giữa chày và cối. Trong nghiên cứu này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở giữa chày và cối tác động lên phôi trong quá trình biến dạng. Khe hở được khảo sát từ 4-14% cho vật liệu C36500
Qua kết quả mô phỏng ở Hình 5.14 và Hình 5.15 và biểu đồ Hình 5.16 thấy rằng khe hở có ảnh hưởng đến biến dạng, ứng suất tác dụng lên phôi trong quá trình dập. Số liệu biểu đồ thể hiện ứng với việc tăng khe hở thì ứng suất và biến dạng có xu hướng giảm sau đó tăng lên lại, ở khe hở khác nhau biến dạng, ứng suất khác nhau. Ứng suất từ 2530 MPa ở trường hợp 4% sau đó giảm xuống 1240 MPa ở 8% khe hở rồi lại tăng lên 2330 MPa ở 10% khe hở, sau đó giảm về 1270 MPa ở 14%. Về biến dạng nhận thấy cũng có quy luật chung tương tự ứng suất, cũng đều giảm dần rồi tăng lên theo chiều tăng khe hở chày cối, ở 4% biến dạng mô phỏng thu được là 24.2 mm/mm sau đó giảm còn 11.8 mm/mm ở 10% và sau cuối cùng tăng lên 14.4 mm/mm ở 14%. Do ở những khe hở nhỏ thì chu vi của chày nhỏ dẫn đến diện tích tiếp xúc của chày cối và phôi nhỏ mà ứng suất lại được tính theo công thức 𝜎 = F
A [11], trong đó F: tải trọng, A: diện tích bề mặt tiếp xúc. Từ công thức cho ra ứng suất tỉ lệ nghịch với diện tích tiếp xúc, diện tích càng nhỏ thì ứng suất càng sinh ra lớn hơn. Cũng cùng vấn đề nêu trên ở công trình [46] cũng đã kết luận tương tự nhưng ở chiều hướng ngược lại là biến dạng giảm khi độ hở chày cối tăng lên. Qua số liệu mô phỏng thu được nhận thấy ứng suất và biến dạng tác dụng lên phôi đều có quy luật tương đối giống nhau chúng đều cao ở những khe hở nhỏ, giảm dần khi tăng khe hở chày cối. Ngoài ra ứng suất, biến dạng tác dụng lên phôi trong quá
82
trình cắt đứt cũng ảnh hưởng đến quá trình giãn vật liệu càng cao dẫn đến độ dài bavia càng lớn ảnh hưởng đến độ hoàn thiện, tính thẩm mĩ, chất lượng của sản phẩm.
c. Ảnh hưởng của khe hở đến độ cao bavia của nguyên công cắt hình
Hình 5.17: Hình ảnh bavia mô phỏng và thực nghiệm của nguyên công chữ với a), b), c) lần lượt ở 6, 8, 10% khe hở chày cối
Hình 5.18: Chiều cao bavia mô phỏng, thực nghiệm của nguyên công cắt chữ
83
Chiều cao bavia là một trong những thông số để đánh giá chất lượng sản phẩm [47].
Trong nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của khe hở chày cối đến chiều cao bavia. Khe hở được chọn từ 4-14% bề dày vật liệu. Kết quả mô phỏng ở Hình 5.17 và biểu đồ Hình 5.18 cho thấy khe hở càng lớn chiều cao ba via càng tăng (0.162 – 0.863mm). Kết quả trên là vì khi tăng khe hở thì giữa chày và cối có khoảng hở lớn tạo ra moment uốn làm kéo vật liệu. Quan sát kết quả thực nghiệm Hình 5.17b ta cũng nhận thấy chiều dài bavia cao hơn ở các khe hở lớn điều này phản ảnh đúng quy luật mô phỏng đã đưa ra lúc đầu, khi tăng phần trăm khe hở chiều cao bavia sản phẩm có xu hướng tăng theo chiều tăng ấy. Khi khe hở cắt nhỏ, vùng biến dạng cắt bị thu hẹp dẫn đến với cùng một biến dạng dẻo sẽ tập trung vào một vùng diện tích nhỏ hơn do đó mật độ lệnh mạng trong vùng cắt cũng tăng lên đáng kể. Độ lệch mạng là những khuyết tật trong cấu trúc tinh thể của vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong quá trình biến dạng dẻo, khi độ lệch mạng tăng cao chúng bắt đầu cản trở nhau gây khó khăn cho các chuyển động lệch mạng khác hiện tượng này gọi là độ cứng hóa biến dạng. Độ cứng hóa biến dạng của vật liệu tăng cao khiến vật liệu trong vùng cắt trở nên giòn hơn tạo nên hiện tượng gãy giòn thay vì gãy dẻo, gãy giòn thường tạo ra bề mặt gãy gồ ghề và bavia cao hơn. Ngoài ra chiều cao bavia ảnh hưởng đến thẩm mỹ và độ hoàn thiện của sản phẩm, chất lượng sản phẩm tỉ lệ nghịch với chiều cao bavia. Ngoài ra bavia còn thể hiện khả năng tiếp xúc của khuôn với phôi [15]. So sánh với các công trình khác việc tăng khe hở làm cho chiều cao bavia tăng lên [38], [48].
Kết luận: Qua kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trên nhận thấy khe hở tối ưu cho nguyên công này là 10%.
84
5.2 Ảnh hưởng của bán kính góc lượn đến quá trình biến dạng của phôi khi dập vuốt.