Nghiên Cứu Khoa Học: Ảnh Hưởng Của Gia Nhiệt Khi Uốn Thép Tấm A36 Dày 6mm Trong Đóng Tàu

Nghiên cứu ảnh hưởng của gia nhiệt khi uốn thép tấm A36 dày 6mm trong đóng tàu, đề tài khoa học cấp trường mang tính ứng dụng cao.

• Tác giả: Ths. Vương Gia Hải
• Trường học: Trường Đại Học Hải Phòng
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Gia Nhiệt Khi Uốn Thép Tấm A36 Dày 6mm Trong Đóng Tàu
• Loại tài liệu: Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 3. DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 4. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 5. MỞ ĐẦU
• 6. XÁC ĐỊNH CƠ TÍNH CỦA THÉP TẤM A36 THÔNG QUA THỬ KÉO CÓ GIA NHIỆT
• 6.1. Mục đích của việc thử kéo có gia nhiệt thép tấm A36
• 6.2. Trang thiết bị dùng trong thực nghiệm thử kéo
• 6.2.1. Máy kéo nén
• 6.2.2. Máy uốn thủy lực
• 6.2.3. Thiết bị gia nhiệt
• 6.2.4. Dụng cụ đo
• 6.2.5. Thiết bị đo nhiệt
• 6.3. Mẫu thử kéo
• 6.3.1. Vật liệu
• 6.3.2. Gia công mẫu thử kéo
• 6.4. Các điều kiện nhiệt độ thử kéo
• 6.5. Tiến trình thực nghiệm thử kéo có gia nhiệt
• 6.5.1. Xây dựng hệ thống thử kéo có gia nhiệt
• 6.5.2. Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian gia nhiệt
• 6.5.2.1. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ
• 6.5.2.2. Cách bố trí cuộn dây cảm ứng và trường điện từ
• 6.5.2.3. Sự thay đổi lượng nhiệt hấp thụ của phôi khi nhiệt độ thay đổi
• 6.5.2.4. Điện trở suất của các kim loại khác nhau
• 6.5.2.5. Nhiệt độ Curie của các loại thép Cacbon
• 6.5.2.6. Thiết bị gia nhiệt
• 6.5.2.7. Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian gia nhiệt
• 7. MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH UỐN CÓ GIA NHIỆT TẤM THÉP A36
• 7.1. Giới thiệu về phần mềm Ansys
• 7.2. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 7.3. Tiến trình mô phỏng số và kết quả
• 7.3.1. Ở nhiệt độ phòng
• 8. THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT TÍNH XÁC THỰC CỦA MÔ HÌNH UỐN CÓ GIA NHIỆT THÉP TẤM A36
• 8.1. Xây dựng hệ thống và thực nghiệm uốn
• 8.2. Thực nghiệm uốn ở nhiệt độ phòng
• 8.3. Thực nghiệm uốn ở 6000C
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Gia nhiệt và uốn thép tấm A36

Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của gia nhiệt khi uốn thép tấm A36 dày 6mm trong đóng tàu. Gia nhiệt được thực hiện bằng phương pháp cảm ứng từ, giúp tăng khả năng biến dạng của thép. Quá trình gia nhiệt được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo nhiệt độ phù hợp, từ đó cải thiện hiệu quả uốn. Thép tấm A36 là vật liệu phổ biến trong công nghệ đóng tàu nhờ độ bền và khả năng chịu lực tốt.

1.1. Phương pháp gia nhiệt

Gia nhiệt bằng cảm ứng từ là phương pháp hiệu quả, sạch và tiết kiệm chi phí. Dòng điện xoay chiều tạo ra từ trường, làm nóng thép từ bên trong. Nhiệt độ Curie của thép A36 được xác định để đảm bảo quá trình gia nhiệt không làm mất từ tính của vật liệu. Phương pháp này giúp giảm lực uốn và tăng chất lượng bề mặt chi tiết.

1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ càng cao, ứng suất của thép càng giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình uốn. Thí nghiệm được thực hiện ở các mức nhiệt độ khác nhau, từ nhiệt độ phòng đến 600°C. Kết quả cho thấy thép tấm A36 dễ biến dạng hơn khi được gia nhiệt, đặc biệt ở nhiệt độ cao.

II. Kỹ thuật uốn thép tấm

Kỹ thuật uốn thép được áp dụng trong nghiên cứu bao gồm sử dụng máy uốn thủy lực và thiết bị gia nhiệt. Thép tấm A36 dày 6mm được uốn ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau để đánh giá hiệu quả của gia nhiệt. Quá trình uốn được mô phỏng bằng phần mềm Ansys để dự đoán kết quả và tối ưu hóa thông số kỹ thuật.

2.1. Máy uốn thủy lực

Máy uốn thủy lực YE-3000C được sử dụng trong thí nghiệm với khả năng tải tối đa 3000KN. Thiết bị này đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình uốn, đặc biệt khi kết hợp với gia nhiệt. Kết quả thí nghiệm cho thấy lực uốn giảm đáng kể khi thép được gia nhiệt, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ dụng cụ.

2.2. Mô phỏng số

Phần mềm Ansys được sử dụng để mô phỏng quá trình uốn có gia nhiệt. Mô hình số giúp dự đoán ứng suất và biến dạng của thép tấm A36 ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả mô phỏng được so sánh với thực nghiệm để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.

III. Ứng dụng trong đóng tàu

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ đóng tàu, đặc biệt khi gia công thép tấm A36 dày 6mm. Gia nhiệt giúp giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trực tiếp trong các nhà máy đóng tàu, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.1. Cải thiện chất lượng

Gia nhiệt trước khi uốn giúp giảm ứng suất dư và biến dạng ngược, cải thiện độ chính xác của chi tiết. Điều này đặc biệt quan trọng trong đóng tàu, nơi yêu cầu độ chính xác cao để đảm bảo an toàn và hiệu suất của tàu.

3.2. Giảm chi phí

Phương pháp gia nhiệt giúp giảm lực uốn, từ đó tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ của máy móc. Điều này góp phần giảm chi phí sản xuất, tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp đóng tàu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp đóng tàu, thép tấm A36 dày 6mm được sử dụng rộng rãi làm vật liệu kết cấu nhờ tính cơ học ổn định và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, quá trình uốn thép tấm dày gặp nhiều khó khăn do lực uốn lớn và nguy cơ nứt gãy vật liệu. Theo ước tính, việc gia nhiệt trước khi uốn có thể làm giảm đáng kể lực uốn và tăng khả năng biến dạng dẻo của thép, từ đó nâng cao hiệu quả gia công và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này nhằm xác định ảnh hưởng của gia nhiệt khi uốn thép tấm A36 dày 6mm dùng trong đóng tàu, tập trung vào việc khảo sát cơ tính của vật liệu qua thử kéo có gia nhiệt và mô phỏng số quá trình uốn bằng phần mềm ANSYS. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại thành phố Hải Phòng trong năm 2018, với các điều kiện nhiệt độ thử kéo từ nhiệt độ phòng đến 600°C. Mục tiêu cụ thể là xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ, thời gian gia nhiệt và các chỉ tiêu cơ tính như ứng suất chảy, giới hạn bền kéo, biến dạng, từ đó đề xuất quy trình uốn có gia nhiệt tối ưu cho thép tấm A36. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng kết cấu thép trong ngành đóng tàu, đồng thời cung cấp dữ liệu tham khảo cho các doanh nghiệp và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết cơ bản về cơ tính vật liệu và quá trình gia công nóng:

• Lý thuyết ứng suất - biến dạng: Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu thay đổi theo nhiệt độ, trong đó ứng suất chảy giảm khi nhiệt độ tăng, làm tăng khả năng biến dạng dẻo.
• Mô hình gia nhiệt cảm ứng từ: Gia nhiệt bằng cảm ứng từ tạo ra dòng điện xoáy trong phôi thép, sinh nhiệt nhanh và đều, giúp nâng nhiệt độ vật liệu lên mức cần thiết trong thời gian ngắn mà không gây oxy hóa hay biến dạng bề mặt.
• Mô hình mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA): Sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng quá trình uốn thép tấm A36, dựa trên các hàm quan hệ vật liệu như ứng suất chảy - nhiệt độ, module đàn hồi - nhiệt độ, và các điều kiện biên nhiệt, cơ học.

Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất chảy, giới hạn bền kéo, biến dạng dẻo, nhiệt độ Curie, và lực uốn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp thực nghiệm và mô phỏng số:

• Nguồn dữ liệu: Mẫu thử kéo thép tấm A36 dày 6mm được cắt bằng máy CNC Plasma, gia công cơ để loại bỏ biến dạng nhiệt bề mặt. Thử kéo được thực hiện ở 5 mức nhiệt độ: nhiệt độ phòng, 100°C, 300°C, 500°C, 600°C. Mỗi điều kiện nhiệt độ thử kéo 3 mẫu để đảm bảo tính lặp lại.
• Thiết bị: Máy kéo nén Hung Ta H-200kN, máy uốn thủy lực YE-3000C, thiết bị gia nhiệt cảm ứng từ công suất 2kW, tần số 84kHz, thiết bị đo nhiệt độ tiếp xúc với độ chính xác ±2°C.
• Phương pháp phân tích: Đo lực kéo, ứng suất, biến dạng trong quá trình thử kéo; xác định mối quan hệ nhiệt độ - thời gian gia nhiệt; mô phỏng số quá trình uốn bằng ANSYS với mô hình vật liệu dựa trên dữ liệu thực nghiệm; so sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm.
• Timeline nghiên cứu: Thực nghiệm gia nhiệt và thử kéo trong vòng 3 tháng, mô phỏng số và phân tích kết quả trong 2 tháng tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cơ tính thép A36: Kết quả thử kéo cho thấy khi nhiệt độ gia nhiệt tăng từ nhiệt độ phòng đến 600°C, giới hạn bền kéo giảm từ khoảng 450 N/mm² xuống còn khoảng 100 N/mm², giảm khoảng 350 N/mm² (tương đương 78%). Ứng suất chảy cũng giảm tương ứng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình uốn.

2. Mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ gia nhiệt: Thực nghiệm xác định rằng để đạt nhiệt độ 600°C, thời gian gia nhiệt trung bình là khoảng 210 giây với sai số tối đa 13 giây giữa các mẫu. Điều này giúp kiểm soát chính xác quá trình gia nhiệt trong thực tế.

3. Ảnh hưởng của gia công cơ trước thử kéo: Mẫu thử kéo không gia công cơ có độ bền cao hơn mẫu có gia công cơ do lớp biến cứng bề mặt từ quá trình cắt Plasma. Điều này cho thấy việc gia công cơ là cần thiết để loại bỏ ảnh hưởng biến dạng nhiệt không mong muốn.

4. Kết quả mô phỏng số quá trình uốn: Mô phỏng bằng ANSYS cho thấy lực uốn giảm đáng kể khi gia nhiệt lên 600°C, đồng thời biến dạng và ứng suất phân bố đều hơn trên tấm thép. Kết quả mô phỏng tương đồng với thực nghiệm, sai số dưới 5%, chứng tỏ tính chính xác của mô hình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm cơ tính khi gia nhiệt là do sự giảm module đàn hồi và ứng suất chảy của thép A36 theo nhiệt độ, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về gia công nóng thép kết cấu. Việc gia nhiệt bằng cảm ứng từ giúp tăng nhiệt độ nhanh, đồng đều, giảm lực uốn và nguy cơ nứt gãy trong quá trình uốn tấm dày. So sánh với các nghiên cứu về thép không gỉ và hợp kim nhôm trong ngành ô tô và hàng không, kết quả này khẳng định tính ứng dụng rộng rãi của gia nhiệt trong gia công kim loại dày. Biểu đồ ứng suất - biến dạng ở các nhiệt độ khác nhau minh họa rõ ràng xu hướng giảm cơ tính và tăng biến dạng dẻo, hỗ trợ trực quan cho các đề xuất công nghệ. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp doanh nghiệp đóng tàu tối ưu hóa quy trình uốn thép tấm, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng gia nhiệt cảm ứng từ trong quy trình uốn thép tấm A36: Khuyến nghị sử dụng thiết bị gia nhiệt cảm ứng từ để nâng nhiệt độ tấm thép lên khoảng 600°C trước khi uốn, nhằm giảm lực uốn và tăng độ bền sản phẩm. Thời gian gia nhiệt khoảng 210 giây, phù hợp với dây chuyền sản xuất hiện tại.

2. Chuẩn hóa quy trình gia công cơ trước thử kéo và uốn: Đề xuất loại bỏ lớp biến cứng bề mặt do cắt Plasma bằng gia công cơ chính xác để đảm bảo tính đồng nhất cơ tính của vật liệu, tránh sai lệch trong quá trình gia công.

3. Ứng dụng mô phỏng số ANSYS trong thiết kế và tối ưu công nghệ uốn: Khuyến khích các doanh nghiệp và phòng thí nghiệm sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng quá trình uốn, từ đó điều chỉnh thông số kỹ thuật phù hợp, giảm chi phí thử nghiệm thực tế.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức kỹ thuật về gia nhiệt trong gia công thép tấm dày: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ sư và công nhân về nguyên lý, kỹ thuật gia nhiệt cảm ứng và quy trình uốn có gia nhiệt để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 6-12 tháng, với sự phối hợp giữa các đơn vị nghiên cứu, doanh nghiệp đóng tàu và cơ sở đào tạo kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp đóng tàu và chế tạo kết cấu thép: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu và quy trình gia nhiệt uốn thép tấm A36 giúp nâng cao năng suất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm.

2. Sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật cơ khí, vật liệu: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp thử kéo có gia nhiệt, mô phỏng phần tử hữu hạn và ứng dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng.

3. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực gia công kim loại và công nghệ vật liệu: Cung cấp cơ sở lý thuyết, số liệu thực nghiệm và mô hình mô phỏng để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về gia công nóng vật liệu dày.

4. Nhà cung cấp thiết bị gia nhiệt và máy móc công nghiệp: Thông tin về thiết bị gia nhiệt cảm ứng từ và các thông số kỹ thuật giúp cải tiến sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thực tế của ngành công nghiệp đóng tàu.

Câu hỏi thường gặp

1. Gia nhiệt có ảnh hưởng như thế nào đến cơ tính của thép tấm A36?
   Gia nhiệt làm giảm ứng suất chảy và giới hạn bền kéo của thép A36, tăng khả năng biến dạng dẻo, giúp giảm lực uốn và nguy cơ nứt gãy trong quá trình gia công.

2. Tại sao sử dụng gia nhiệt cảm ứng từ thay vì các phương pháp gia nhiệt khác?
   Gia nhiệt cảm ứng từ có ưu điểm làm nóng nhanh, đều, sạch, tiết kiệm năng lượng và không gây oxy hóa bề mặt, phù hợp với vật liệu thép tấm dày trong sản xuất công nghiệp.

3. Làm thế nào để kiểm soát nhiệt độ gia nhiệt chính xác trong thực tế?
   Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ gia nhiệt, từ đó thiết lập quy trình gia nhiệt chuẩn với thời gian khoảng 210 giây để đạt 600°C, đảm bảo tính đồng nhất.

4. Mô phỏng số có thể thay thế hoàn toàn thử nghiệm thực tế không?
   Mô phỏng số giúp giảm số lượng thử nghiệm thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí, nhưng vẫn cần thử nghiệm để xác nhận và hiệu chỉnh mô hình, đảm bảo độ chính xác.

5. Quy trình gia công cơ có ảnh hưởng thế nào đến kết quả thử kéo?
   Gia công cơ loại bỏ lớp biến cứng do cắt Plasma, giúp mẫu thử có cơ tính đồng nhất và chính xác hơn, tránh sai lệch kết quả thử kéo do biến dạng bề mặt.

Kết luận

• Gia nhiệt khi uốn thép tấm A36 dày 6mm làm giảm đáng kể lực uốn và tăng khả năng biến dạng dẻo của vật liệu.
• Thử kéo ở 5 mức nhiệt độ cho thấy giới hạn bền kéo giảm khoảng 78% khi gia nhiệt lên 600°C.
• Mô phỏng số bằng ANSYS cho kết quả tương đồng với thực nghiệm, sai số dưới 5%, chứng tỏ tính chính xác của mô hình.
• Gia nhiệt cảm ứng từ là phương pháp hiệu quả, nhanh chóng và sạch cho gia công thép tấm dày trong ngành đóng tàu.
• Đề xuất áp dụng quy trình gia nhiệt và mô phỏng số trong sản xuất để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ mở rộng mô phỏng và thực nghiệm với các điều kiện uốn phức tạp hơn, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố khác như tốc độ uốn và góc uốn. Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả này để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu cho nghiên cứu thép kết cấu A36 khi uốn có hỗ trợ gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ. Đây là một nhiệm vụ quan trọng và cấp bách, có tính thời sự cao. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để xác định các mục tiêu đề ra của đề tài. 13 Sau khi hoàn thành, đề tài có thể làm học liệu cho sinh viên ngành kỹ thuật và là tài liệu tham khảo cho các doanh nghiệp có gia công thép tấm A36 dầy 6mm dùng trong chế tạo kết cấu thép và đóng tầu.

XÁC ĐỊNH CƠ TÍNH CỦA THÉP TẤM A36 THÔNG QUA THỬ KÉO CÓ GIA NHIỆT 1.1 Mục đích của việc thử kéo có gia nhiệt thép tấm A36 Xác định các giá trị ứng suất, biến dạng, mối quan hệ giữa: lực - ứng suất - nhiệt độ - thời gian của mẫu thử kéo thép tấm A36 chiều dầy S = 6.3 mm ở 05 điều kiện nhiệt độ khác nhau. Từ đó đưa ra sự so sánh về cơ tính của vật liệu ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Làm cơ sở dữ liệu để tiến hành mô phỏng số quá trình uốn bằng phần mềm Ansys.2 Trang thiết bị dùng trong thực nghiệm thử kéo 1.1 Máy kéo nén Hình 1. 1 Máy kéo nén Hung Ta H-200kN - Thông số kỹ thuật của máy: kéo nén Hung Ta H-200kN, xuất xứ: Trung Quốc + Khả năng tải lớn nhất : 200 kN + Thử kéo: Khoảng cách giữa hai bàn kẹp lớn nhất: 700 mm; Đường kính kẹp: (8-40) mm; Tấm kẹp lớn nhất dầy x rộng: 35x50 mm.

+ Thử nén: Khoảng cách lớn nhất: 700 mm; Kích thước đĩa nén: 120 mm. + Uốn ngang: Kích thước lớn nhất: 500 mm; Đường kính uốn x chiều rộng: 30x120 mm; Đỉnh của chày uốn x rộng: 15x120 mm. + Tốc độ tối đa của bàn máy: 66 mm/phút. + Hành trình của Pittong: 250 mm.

15 + Tốc độ tối đa của dầm thanh ngang bên dưới: ≥300 mm/ phút. + Kích thước bàn máy làm việc: 450x580 mm. + Nguồn điện: 3/220V/60Hz hoặc 3/380-415V/50Hz. + Công suất tiêu thụ: 3kW.

+ Kích thước khung máy: 900x600x2000 mm + Kích thước hộp điều khiển: 1200x650x1280 mm. + Trọng lượng máy: 1300 tấn.2 Máy uốn thủy lực Hình 1. 2 Máy thử uốn thủy lực YE-3000C - Thông số kỹ thuật của máy thử uốn thủy lực YE-3000C: + Xuất xứ: CHENXIN - Trung Quốc + Tải tối đa: 3000KN. + Dải đo lực: 0-3000KN.

+ Khoảng thử nghiệm: 280 x 280 x 80 ~ 450 mm. + Hành trình tối đa của piston: 50mm; + Độ chính xác: ≤±1%. + Công suất động cơ: 0. + Kích thước máy: 960 x 560 x 1570mm.

+ Trọng lượng: 1000kg.3 Thiết bị gia nhiệt Cuộn dây cảm ứng Nguồn Hình 1. 3 Thiết bị gia nhiệt - Thiết bị gia nhiệt có thể nung thép A36 dầy 6 mm lên đến 6000C. + Thông số kỹ thuật: + Công suất tối đa: 2. + Tần suất dao dộng: 50Hz (đầu vào); 84 kHz (đầu ra).

+ Dòng điện: I = 12A (đầu vào); 20A (đầu ra) + Điện áp vào: 220(v)/ 50- 60HZ + Hiệu suất tải liên tục: 80% + Trọng lượng khoảng: 20KG 1.4 Dụng cụ đo - Dụng cụ đo kích thước: Gồm thước lá, thước kẹp, thước mét. 4 Dụng cụ đo kích thước. + Thước kẹp: Dải đo từ 0 – 200 mm, độ chính xác: 0. + Thước là: Dải đo từ 0 – 300 mm, độ chính xác: 0.

+ Thức cuộn: Dải đo từ 0 – 5000 mm,. - Dụng cụ đo nhiệt độ: 17 Thiết bị Thiết bị đo gián đo tiếp tiếp xúc Hình 1. 5 Thiết bị đo nhiệt Thông số kỹ thuật Khoảng đo -500C ~ 380°C Độ phân giải 0.1°C (từ -500C ~200°C) 1°C (từ 2010C ~ 380°C) Độ chính xác ±2 °C Thời gian phản hồi 0.5 giây Khoảng nhiệt độ môi trường 0 ~ 50°C Nguồn Pin 9V Kích thước 230 x 56 x 100mm Khối lượng 290g Tỉ lệ khoảng cách đo (khoảng cách/kích 12 : 1 thước điểm quan sát) Mức phát xạ hồng ngoại( điều chỉnh được) 0.1 ~ 1 Tia Laser chỉ điểm Điểm chiếu tia laser nhìn thấy được Loại Laser II (đầu ra <1mV, bước sóng từ 630 ~ 670nm) Đèn nền LCD có 18 1. Mẫu thử kéo 1.1 Vật liệu [5], [6] Vật liệu là thép kết cấu A36 tương đương với mác thép SS400 theo tiêu chuẩn JIS G3101 có thành phần kim loại và cơ tính như bảng 1 bên dưới: Bảng 1.

Các thành phần kim loại và cơ tính của thép A36 Giới hạn Giới hạn Độ C Si Mn Cr Ni P S chảy bền kéo giãn (N/mm2) (N/mm2) dài (%) 0.1 Gia công mẫu thử kéo Hình 1. 6 Mẫu thử kéo - Mẫu thử kéo được cắt từ phôi tấm dầy S = 6 mm bằng máy cắt CNC Plasma sau đó được gia công cơ loại bỏ phần biến dạng do nhiệt cắt gây ra. 7 Cắt mẫu thử kéo bằng máy cắt CNC Plasma Hình 1. 8 Mẫu thử kéo cắt CNC Plasma 20 Hình 1.

9 Gia công cơ mẫu thử kéo 1. Các điều kiện nhiệt độ thử kéo Trong chuyên đề, tác giảthực hiện thử kéo ở 05 điều kiện nhiệt độ khác nhau: - Thử kéo ở điều kiện nhiệt độ phòng.5 Tiến trình thực nghiệm thử kéo có gia nhiệt 1.1 Xây dựng hệ thống thử kéo có gia nhiệt Hệ thống thử kéo có gia nhiệt (hình 1.11) bao gồm: 01 máy kéo nén, 01 thiết bị nung cao tần, các thiết bị đo kích thước và nhiệt độ. Do không gian thực hiện thử kéo khá nhỏ, nên việc xác định được nhiệt độ trong quá trình kéo bằng dụng cụ đo nhiệt hiện có không làm được. Do đó cần thực hiện thực nghiệm quá trình đo nhiệt độ trước bên ngoài.

Ngoài ra, khi thử kéo có gia nhiệt tác giảchỉ đo được chuyển vị của hai đầu kẹp của máy. 10 Hệ thống thử kéo có gia nhiệt Thiết bị gia nhiệt cao tần Hình 1. 11 Gá đặt thiết gia nhiệt cho thử kéo 1.2 Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian gia nhiệt a. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ 22 Gia công gia nhiệt ngày càng được biết đến và sử dụng rộng rãi như là một phương pháp gia công thay thế, cải thiện tính năng gia công của những chi tiết được làm từ thép tấm dầy.

Các nghiên cứu đã đưa ra nhận xét: các kim loại có xu hướng dễ biến dạng hơn khi gia nhiệt, do đó nâng cao được tính năng uốn của chúng [2]. Gia công nóng đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm kỹ thuật và được giới thiệu đầu tiên vào cuối thế kỷ 20. Một số tác dụng vượt trội của gia công nóng: • Tăng tuổi thọ dụng cụ cắt • Giảm lực cắt • Giảm tiêu thụ điện năng • Giảm sự mài mòn dụng cụ cắt • Tăng tốc độ cắt dẫn đến tăng năng suất gia công • Giảm độ cứng kéo và ứng suất dòng chảycủa phôi5 • Tăng chất lượng bề mặt chi tiết gia công so với phương pháp gia công thông thường • Đối với gia công vật liệu gốm sứ giòn thì gia công nóng là phương pháp dễ dàng và hiệu quả nhất. - Gia nhiệt bằng cảm ứng từ: là một phương pháp gia nhiệt rất hiệu quả, sạch, chi phí thấp và là sự lựa chọn tốt trong trường hợp phay đứng đối với những kim loại và hợp kim khó cắt gọt.

Khi gia nhiệt bằng cảm ứng từ, thời gian gia nhiệt ngắn thực tế dẫn đến hiện tượng không gỉ vật liệu và vì thế sản phẩm không cần xử lý sau khi uốn. Nguyên lý gia nhiệt bằng cảm ứng từ: Nguồn nhiệt cảm ứng được tạo ra bởi sự biến đổi của dòng điện cảm ứng bên trong phôi. Sự biến đổi được bắt đầu ở cuộn dây làm việc quấn quanh hoặc ở một phía của phôi.Dòng điện xoay chiều AC được đưa vào cuộn dây và tạo ra dòng điện cảm ứng bên trong phôi. Dòng điện cảm ứng trong phôi sinh nhiệt làm nhiệt độ phôi tăng lên.

Giá trị dòng điện sử dụng được xác định bởi từ thông (từ trường được tạo ra bởi dòng điện trong cuộn dây) phụ thuộc vào độ thẩm từ (tính dẫn điện của đường lực từ) và điện trở suất (điện trở riêng dòng điện) của phôi. Cả độ dẫn từ, điện trở suất là các hàm số của thành phần vật liệu và nhiệt độ. Độ sâu thâm nhập của quá trình gia nhiệt cảm ứng từ được xác định bởi công thức: Trong đó: δ – chiều sâu thâm nhập của trường điện từ ρ - điện trở suất của dòng điện µ - độ thẩm từ của môi trường phụ thuộc bản chất kim loại f – tần số dòng điện 23 Hình 1. 12 Cách bố trí cuộn dây cảm ứng và trường điện từ Hình 1.12 cho thấy một cuộn dây cảm ứng với trường điện từ và dòng điện cảm ứng được tạo ra bởi một số cuộn dây.

Dòng điện cảm ứng đôi khi được gọi là dòng xoáy với cường độ dòng điện cao nhất tại khu vực trường điện từ mạnh. Cần kiểm soát quá trình gia nhiệt cảm ứng làm nóng phôi từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ cao khi gia công. Tốc độ và hiệu quả quá trình gia nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật lý của phôi: nhiệt dung riêng, độ thẩm từ, điện trở suất của thành phần kim loại thay đổi theo nhiệt độ. Hình 13 cho thấy khả năng hấp thụ nhiệt của kim loại theo sự thay đổi nhiệt độ với những kim loại khác nhau [7] 24 Hình 1.

13 Sự thay đổi lượng nhiệt hấp thụ của phôi khi nhiệt độ thay đổi Thép có khả năng hấp thụ nhiệt tốt hơn khi nhiệt độ tăng. Điều này có nghĩa là năng lượng cần làm nóng thép khi trời nóng nhiều hơn khi trời lạnh. Bảng 1 cho thấy sự thay đổi điện trở suất tại nhiệt độ phòng giữa đồng và thép, thép có điện trở suất cao hơn khoảng 10 lần so với điện trở suất của đồng. Tại 7600C (14000F) điện trở suất của thép tăng gấp 10 lần khi ở nhiệt độ phòng.Như vậy độ thẩm từ của thép cao tại nhiệt độ phòng, nhưng khi nhiệt độ tăng trên 7600C (14000F) (nhiệt độ Curie) thì thép trở thành không có từ tính 25 Bảng 2.

Điện trở suất của các kim loại khác nhau Hình 1. 14 Nhiệt độ Curie của các loại thép Cacbon Hình 1.14 cho thấy, đường ABCD chỉ ra các nhiệt độ Curie của các loại thép Cacbon khác nhau phụ thuộc vào phần trăm khối lượng Cacbon của vật liệu. Thiết bị nung cao tần 26 Trong nghiên cứu, tác giảsử dụng thiết bị nung cao tần có thể gia nhiệt cho thép A36 dầy 6mm lên đến 6500C. Cuộn dây cảm ứng Nguồn Hình 1.

15 Thiết bị gia nhiệt Thông số kỹ thuật: Công suất tối đa: 2. Tần suất dao dộng: 50Hz (đầu vào); 84 kHz (đầu ra).