CHƯƠNG 1 Qua phần tổng quan về công nghệ dập tạo hình ta rút ra được một số vấn đề như sau: Gia công kim loại bằng áp lực là một phương pháp công nghệ chính trong sản xuất cơ khí. Công nghệ gia công áp lực tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau có hình dáng và kích thước phức tạp đồng thời đảm bảo chất lượng về cơ tính tốt, năng suất cao, giá thành hạ. Do vậy, gia công áp lực có một vị trí rất lớn trong công nghiệp. Tuy nhiên ở Việt Nam cho tới nay, trong lĩnh vực công nghiệp phụ trợ việc thiết kế công nghệ dập tạo hình vẫn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và việc tính toán vẫn chưa được nghiên cứu tổng quát, chưa có nhiều ứng dụng.
các linh kiện,phụ tùng ô tô,xe máy đang phải nhập nhiều từ nước ngoài. Vấn đề này là rất cấp bách, cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong giai đoạn hiện nay. Hơn nữa điều này sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về công nghệ này và giải quyết được một số yếu tố kỹ thuật công nghệ. Và góp phần nâng cao sản xuất nội địa,đẩy mạnh nền kinh tế trong nước.
SVTH:Nguyễn Huy Toàn 11 GVHD:PGS.TS Nguyễn Đắc Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ KÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ DẬP TẠO HÌNH KIM LOẠI TẤM 2. Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại Tính biến dạng của kim loại. Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ có ba giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến dạng phá huỷ. Đồ thị quan hệ giữa lực và biến dạng Biến dạng đàn hồi (oa): dưới tác dụng của ngoại lực, kim loại bị biến dạng, nếu thôi lực tác dụng thì biến dạng sẽ mất đi và kim loại lại về trạng thái ban đầu.
Đó là biến dạng mà ứng suất sinh ra trong kim loai không vượt quá giới hạn đàn hồi. Biến dạng dẻo (bc): Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi.biến dạng dẻo là dạng biến dạng vĩnh cửu, nó làm thay đổi hình dáng của kim loại sau khi thôi tác dụng. Biến dạng phá huỷ(cd):Nếu lực tác dụng vượt quá giới hạn đàn hồi ban đầu của kim loại thì đến lúc đó lực không cần tăng nữa, biến dạng vẫn tiếp tục và dẫn đến phá huỷ kim loại. Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của của ngoại lực mà không phá bị phá huỷ.
Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại khi tăng nhiệt, tính dẻo tăng. SVTH:Nguyễn Huy Toàn 12 GVHD:PGS.TS Nguyễn Đắc Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC Quá trình biến dạng dẻo kim loại chịu ảnh hưởng của các nhân tố như: nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều, ma sát ngoài, vv. nên làm cho bên trong kim loại sinh ra ứng suất dư, ngay cả sau khi thôi tác dụng ứng suất dư vẫn còn tồn tại. Những nhân tố ảnh hưởng tới qúa trình biến dạng dẻo Ảnh hưởng của nhiệt độ Tính dẻo của kim loại phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, hầu hết các kim loại khi tăng nhiệt độ thì tính dẻo tăng.
Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt của các nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả năng khuếch tán của các nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng đều hơn. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính a) b) c) Hình 2. Các trạng thái ứng suất a) Ứng suất đường; b) Ứng suất mặt;. c) Ứng suất khối.
Trạng thái ứng suất chính cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính dẻo của kim loại. Qua thực nghiệm người ta thấy rằng kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao hơn khi chịu ứng suất nén mặt, nén đường hoặc chịu ứng suất kéo. Ứng suất chính là ứng suất pháp tuyến sinh ra bên trong vật thể khi có ngoại lực tác dụng. Trong gia công áp lực thường gặp trạng thái ứng suất khối.
Trạng thái ứng suất khối : max min max 2 SVTH:Nguyễn Huy Toàn 13 GVHD:PGS.TS Nguyễn Đắc Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC Trạng thái ứng suất mặt : max 1 2 2 Trạng thái ứng suất đường : max 2 Nếu 1 2 3 thì = 0 nghĩa là không gây ra biến dạng. Điều kiện để kim loại biến dạng dẻo bị phá huỷ: max giới hạn Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất đường thì điều kiện biến dạng dẻo là: Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất mặt thì điều kiện biến dạng dẻo là: Khi kim loại chịu trạng thái ứng suất khối thì điều kiện biến dạng dẻo là: ; Ảnh hưởng của ứng suất dư: Sự tồn tại của ứng suất dư bên trong kim loại sẽ làm cho tính dẻo của kim loại giảm. Nếu ứng suất dư lớn có thể làm cho vật biến dạng hoặc phá huỷ. Ảnh hưởng của ma sát ngoài: Ma sát ngoài làm thay đổi hình thức tác dụng lực, do đó làm thay đổi trạng thái ứng suất chính của vật thể.
Ngoài ra ma sát ngoài còn cản trở biến dạng tự do của vật thể, làm cho vật thể biến dạng không đồng đều, tăng lực và công biến dạng, cản trở sự biến dạng hay cắt đứt của kim loại dưới tác dụng của lực cắt thép Ảnh hưởng của thành phần hoá học và tổ chức kim loại : Các kim loại khác nhau có kiểu mạng tinh thể khác nhau, lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau, do đó tính dẻo của chúng cũng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo hơn sắt. Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, một số nguyên tố tạo các hạt cứng trong tổ chức, cản trở sự biến dạng do đó tính dẻo giảm. Thông thường kim loại sạch và hợp kim có cấu trúc một pha dẻo hơn hợp kim có cấu trúc nhiều pha. Các tạp chất thường tập trung ở biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng cũng làm giảm tính dẻo của kim loại.
Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng: SVTH:Nguyễn Huy Toàn 14 GVHD:PGS.TS Nguyễn Đắc Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC Tăng tốc độ biến dạng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại. Ngoài ra, tốc độ biến dạng tăng còn làm sinh nhiệt nhiều, hiệu ứng nhiệt còn làm kim loại đạt đến nhiệt độ mà tại đó tính dẻo thấp hoặc do hiệu ứng nhiệt mà nhiệt độ của kim loại tăng dần lên làm cho kim loại chuyển từ vùng giòn sang vùng dẻo, điều này cũng ảnh hưởng đến tốc độ tác dụng lực để cắt thép, đó là chu kỳ cắt hay cũng chính là năng suất cắt thép. Vậy để cắt được thép tấm thì lực cần thiết tác dụng phải tạo ra trong kim loại ứng suất lực lớn, đồng thời tốc độ biến dạng phải đạt một trị số nhất định để kim loại dễ dàng bị đứt rời ra khỏi tấm cắt. Công nghệ dập vuốt thông thường 2.
Nguyên công dập vuốt 2.1 Khái niệm phương pháp dập vuốt Dập vuốt là một nguyên công nhằm biến đổi phôi phẳng hoặc phôi rỗng để tạo ra các chi tiết rỗng có hình dạng và kích thước cần thiết. Các chi tiết được dập vuốt thường có hình dạng rất khác nhau và được chia thành các nhóm như sau : Nhóm chi tiết có hình dạng tròn xoay (đối xứng trục), ví dụ như đáy của nồi hơi, các chi tiết hình trụ, các loại bát đĩa kim loại, chi tiết của đèn pha, vỏ đèn, chụp đèn … Nhóm các chi tiết có dạng hình hộp như các thùng nhiên liệu của động cơ, vỏ hộp, vỏ bọc các thiết bị điện tử … Nhóm các chi tiết dạng phức tạp như các chi tiết vỏ ô tô, chi tiết của máy kéo,máy bay .3 Các chi tiết hình hộp SVTH:Nguyễn Huy Toàn 15 GVHD:PGS.TS Nguyễn Đắc Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC Hình 2.4 Khuôn dập chi tiết vỏ xe ô tô du lịch Tùy theo chiều cao của chi tiết, người ta có thể dập một hay nhiều nguyên công để tạo ra chi tiết. ở nguyên công đầu, phôi phẳng có đường kính D được dập vuốt để tạo ra thành phôi rỗng có đường kính d1 và chiều cao h1. ở các nguyên công sau, phôi rỗng được tiếp tục dập vuốt để nhằm mục đích tăng chiều cao và giảm đường kính (hoăc giảm tiết diện ngang) của phôi.5 Các công đoạn tạo ra chi tiết Các chi tiết thường được dập vuốt với phôi ở trạng thái nguội mà không cần phải nung phôi.
Trừ khi dập vuốt các chi tiết từ các tấm kim loại dày (S > 20 mm) thì người ta có thể nung phôi để giảm trở lực biến dạng. khi dập vuốt các chi tiết từ phôi SVTH:Nguyễn Huy Toàn 16 GVHD:PGS.TS Nguyễn Đắc Trung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC tấm bằng hợp kim nhôm, để nâng cao mức độ biến dạng sau mỗi nguyên công, người ta có thể nung nóng cục bộ vùng biến dạng dẻo. Để chế tạo các chi tiết dập vuốt, người ta sử dụng các kim loại tấm có tính dẻo cao như thép cacbon thấp chất lượng và thép kết cấu hợp kim thấp, nhôm , hợp kim nhôm , và các kim loại khác … Dập vuốt được tiến hành trong các khuôn chuyên dùng bao gồm các bộ phận làm việc như : cối có mép làm việc được lượn tròn, chày dập vuốt và tấm chặn vật liệu. Khi dập các chi tiết có chiều dày tương đối S/D lớn thì khuôn dập vuốt không thể không dùng tấm chặn.
Giữa chày và cối có một khe hở Z, trị số khe hở Z tùy thuộc vào phương pháp dập (có biến mỏng thành hoặc không biến mỏng thành); chiều dày vật liệu phôi S và thứ tự nguyên công. Khi dập vuốt ngoại lực được truyền qua chày, tác dụng vào phần đáy của chi tiết dập vuốt còn phần vành của phôi được tự do và không chịu tác dụng của ngoại lực. Trong quá trình dập vuốt không biến mỏng , phần mép vành của phôi có thể không kéo hết vào trong cối đồng thời sẽ xuất hiện các ứng suất kéo và ứng suất nén . Thành phần ứng suất nén sẽ tác động theo hướng tiếp tuyến (hướng vòng) vì vậy với một tỷ số giữa đường kính chi tiết dập vuốt và đường kính phôi nhất định có thể gây ra hiện tượng nhăn ở vành.
Điều đó sẽ dẫn đến việc kéo các sóng nhăn này vào trong khe hở giữa chày và cối với ứng suất kéo rất lớn gây phế phẩm hàng loạt do đứt đáy hay bị rách.