Đang tải... (xem toàn văn)
Các phương pháp gia công biến dạng trong kỹ thuật
Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Chơng Khái niệm chung 1.1 Thực chất đặc điểm 1.1.1 Thực chất Gia công biến dạng phơng pháp để chế tạo chi tiết máy sản phẩm kim loại thay cho phơng pháp đúc gia công cắt gọt Gia công biến dạng thực cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại trạng thái nóng nguội làm cho kim loại đạt đến giới hạn đàn hồi, kết làm thay đổi hình dạng vật thể kim loại mà không phá huỷ tính liên tục độ bền chúng 1.1.2 Đặc điểm Kim loại gia công thể rắn, sau gia công thay đổi hình dáng, kích thớc mà thay đổi cơ, lý, hoá tính kim loại nh kim loại mịn chặt hơn, hạt đồng đều, khử khuyết tật (rỗ khí, rỗ co v.v ) đúc gây nên, nâng cao tính tuổi bền chi tiết v.v GCBD trình sản xuất cao, cho phép ta nhận chi tiết có kích thớc xác, mặt chi tiết tốt, lợng phế liệu thấp chúng có tính học cao so với vật đúc Gia công biến dạng cho suất cao có khả khí hoá tự động hoá cao 1.1.3 Các phơng pháp gia công biến dạng Các phơng pháp GCBD : Cán, kéo sợi, ép kim loại, rèn tự do, rèn khuôn, rập Sản phẩm GCBD đợc dùng nhiều xởng khí; chế tạo sửa chữa chi tiết máy; ngành xây dựng, kiến trúc, cầu đờng, đồ dùng hàng ngày Tính khối lợng chi tiết rèn, dập ngành chế tạo máy bay chiếm đến 90%, ngành ôtô chiếm 80%, ngành máy nớc chiếm 60% 1.2 Biến dạng dẻo kim loại P 1.2.1 Biến dạng dẻo kim loại a/ Khái niệm biến dạng kim loại b c Dới tác dơng cđa ngo¹i lùc kim lo¹i sÏ P biÕn d¹ng theo giai đoạn nối tiếp nhau: Biến dạng đàn hồi: biến dạng sau lực tác dụng, vật trở hình dáng ban đầu Quan hệ ứng suất biến dạng o tuyến tính tuân theo định luật Hooke Trên đồ L H.1.1 Đồ thị quan hệ lực biến dạng thị đoạn OP Biến dạng dẻo biến dạng sau lực tác dụng không bị đi, tơng ứng với giai đoạn chảy kim loại Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Chơng Nung nóng kim loại 2.1 Mục ®Ých nung nãng Nung nãng kim lo¹i tr−íc GCBD nhằm nâng cao tính dẻo giảm khả chống biến dạng chúng, tạo điều kiện thuận tiện cho trình biến dạng Nung nóng kim loại khâu quan trọng ảnh hởng đến tính kinh tế kỹ thuật sản xuất Chọn chế độ nung hợp lý làm tăng cao chất lợng sản phẩm, giảm hao phí kim loại, giảm sức lao động, giảm hao mòn thiết bị giảm giá thành sản phẩm, nâng cao suất lao động 2.2 số vấn đề xảy nung 2.2.1 Nứt nẻ Hiện tợng nứt nẻ xuất bên bên kim loại Nguyên nhân: Do ứng suất nhiệt sinh nung không đều, tốc độ nung không hợp lý v.v øng st nhiƯt nµy cïng víi øng st d− sẵn có phôi (cán, đúc) vợt qua giới hạn bền kim loại gây nứt nẻ (Đối với thép thờng xảy nứt nẻ t0 < 8000C) 2.2.2 Hiện tợng ôxyhoá Kim loại nung lò, tiếp xúc với không khí, khí lò nên bề mặt dễ bị ôxyhoá tạo nên lớp vảy sắt Sự mát kim loại đến ữ 6%, làm hao mòn thiết bị, giảm chất lợng chi tiết v.v Quá trình ôxy hoá xảy khuyết tán nguyên tử ôxy vào lớp kim loại khuyết tán nguyên tử kim loại qua lớp ôxyt mặt vật nung để tạo thành lớp vảy sắt: FeO-Fe3O4-Fe2O3 Nhiệt độ nung 5700c lớp vảy sắt tăng mạnh 10000c lớp vảy sắt dày đặc phủ kín mặt vật nung, nhiệt độ tiếp tục tăng lớp ôxyt bị cháy, đồng thời tạo nên lớp ôxyt Ôxyt hoá ôxy đa vào, khí CO2, H2O tách 2.2.3 Hiện tợng cácbon Hiện tợng cácbon mặt vật nung làm thay đổi tính chi tiết, có tạo nên cong vênh, nứt nẻ Khí làm C O2, CO2, H2O, H2 Chóng t¸c dơng víi c¸cbÝt s¾t Fe3C cđa thÐp: 2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2 Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4 Tác dụng mạnh H2O đến CO2, O2, H2 Quá trình C ngợc với trình ôxy hoá xảy bề mặt kim loại lúc với ôxy hoá Tốc độ hai trình khác Bắt đầu nung tốc độ C nhanh sau giảm dần, tốc độ ôxy hoá ngợc lại Khi tốc độ ôxy hoá lớn tốc độ C lớp C giảm Trờng đại họcBách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Hợp lý cần tạo nên lớp ôxyhoá mạnh lợng cácbon Lớp cácbon bắt đầu phát triển t0= 600ữ8000C tăng nhiệt độ tăng Lợng C tăng thời gian tăng nhng tốc độ C giảm Để giảm C dùng chất sơn phủ lên bề mặt vật nung Hiện hay dùng chất sơn sau hoà với nớc với cồn êtyl: 60%SiO2+ 15%Al2O3+ 11,2%CaO + 4,4%MgO +5%(K2O+N2O) + 0,8%Fe2O3 2.2.4 Hiện tợng nhiệt Nếu nhiệt độ nung cao hạt ôstenit lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm nhiều, tạo nên nứt nẻ gia công giảm tính dẻo chi tiết sau Đối với thép cacbon nhiệt độ nhiệt dới đờng đặc khoảng 1500 trở lên (t0qn> tođặc- 1500C) Nếu thời gian giữ nhiệt độ nhiệt lâu hạt ôstenit lớn kim loại dẻo Hiện tợng đợc khắc phục phơng pháp ủ Ví dụ: Thép cácbon ủ 750 ữ 9000C, nhng với thép hợp kim khó khăn 2.2.5 Hiện tợng cháy Khi kim loại nung nhiệt độ nhiệt (gần đờng đặc) vật nung bị phá huỷ tinh giới hạt vùng tinh giới bị ôxy hoá mÃnh liệt Kết làm tính liên tục kim loại, dẩn đến phá huỷ hoàn toàn độ bền độ dẻo kim loại Khi cháy kim loại phát sáng có nhiều tia lửa bắn Sau bị cháy kim loại bị vứt chặt khúc ®Ĩ nÊu l¹i 2.3 ChÕ ®é nung kim lo¹i 2.3.1 Chọn khoảng nhiệt độ nung Yêu cầu: ã Đảm bảo kim loại dẻo Kim loại biến dạng tốt hao phí ã Chất lợng vật nung phải đợc bảo đạm Đối với thép cácbon dựa giản ®å Fe-C ®Ĩ chän kho¶ng nhiƯt ®é GCBD t0C t0C tmax 00c 1350 tmax 1100 tmin v.qu¸ nhiƯt vïng gcal 800 tmin %c vïng ch¸y vïng biÕn cøng %c O O H.2.10,8 a)đồ chọn khoảng nhiệt độ gia cô0,8 thép bon Giản 1,7 ng 2,1 a) Giản ®å lý thuyÕt b) Gi¶n ®å thùc tÕ b) 1,1 % c bon 0,8 H.2.2.Phạm vi nhiệt độ gia công ¸p Trong thùc tÕ cã thĨ chän nhiƯt ®é nung gia công áp lực theo phạm vi nhiệt độ nh hình Trờng đại họcBách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Trong sản xuất để xác định khoảng nhiệt độ kim loại hợp kim thờng dùng bảng Đối với công nhân điều kiện thiếu dụng cụ đo xác định nhiệt độ theo màu sắc nung Ví dụ: thép nung màu sáng dần từ màu đỏ xẫm (5000c) đến sáng trắng (12500c) 2.3.2 Thời gian nung Chế độ nung hợp lý cần đảm bảo nung kim loại đến nhiệt độ cần thiết thời gian cho phép nhỏ Nhiệt độ phải phân bố toàn tiết diện phôi Quá trình nung có hình thức: Đối lu (khi t0< 6000c đối lu chủ yếu), xạ (khi t0 > 6000c xạ chủ yếu), truyền nhiệt (cả trình nung) Thời gian nung từ nhiệt độ bình thờng đến nhiệt độ ban đầu gia công chia thành giai đoạn: Giai đoạn nhiệt độ thấp: Thời gian nung giai đoạn cần dài, tốc độ nung chậm, không kim loại dể nứt nẻ biến dạng Tốc độ nung gọi là: tốc độ nung cho phép tính theo công thøc: 5,6λ σ (oc/giê) K= βΕ r K - Tốc độ nung - Giới hạn bền - Hệ số dẫn nhiệt E - Modul đàn hồi - Hệ số nở dài r - Bán kính phôi hình trụ K chủ yếu phụ thuộc vào thông số không đáng kể Giai đoạn nhiệt độ cao: (850oc đến nhiệt độ bắt đầu gia công) Khi nhiệt độ vậ nung 850oc tính dẻo tăng, tốc độ oxy hoá mạnh Tốc độ nung giai đoạn không phụ thuộc nhiều vào hệ số dẫn nhiệt nữa, tăng nhanh tốc độ nung nhằm tăng suất nung, giảm lợng oxy hoá cháy cácbon, hạn chế lớn lên hạt kim loại, giảm hao phí nhiên liệu.vv Tốc độ nung giai đoạn gọi tốc độ nung kỹ thuật, phụ thuộc vào cách xếp phôi, độ dài phôi v.v 2.4 Thiết bị nung kim loại Để nung kim loại gia công áp lực ngời ta sử dụng nhiều loại lò nung khác Chúng đợc phân loại theo nguồn cấp nhiệt (nhiên liệu điện năng), tính chất hoạt động (chu kỳ liên tục) kết cấu lò (lò buồng, lò giếng ) 2.4.1 Lò rèn thủ công Lò rèn thủ công có kết cấu đơn giản nhng nung nóng không đều, cháy hao lớn, khó khống chế nhiệt độ, suất hiệu suất nhiệt thấp, chủ yếu dùng phân xởng nhỏ Không khí thổi theo cửa gió theo ống dẫn qua ghi lò để đốt cháy nhiên liệu (than) buồng lò (đợc cờng lực nhờ vỏ lò thép 2), bụi khói theo nón qua ống khói Lò đơn giản, rẻ tiền nhng không khống chế đợc nhiệt độ, suất nung thấp, hao tốn kim loại nhiều, nhiệt độ vật nung không v.v dùng phân xởng sửa chữa để nung vật nhỏ 2.4.2 Lò buồng (lò phản xạ) 10 Trờng đại họcBách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Là lò có nhiệt độ khoảng không gian công tác lò đồng Lò buồng buồng kín, khống chế đợc nhiệt độ nung, xếp nhiều phôi, hao phí kim loại ít, phôi không trực tiếp tiếp xúc với nhiên liệu Lò buồng thuộc loại lò hoạt động chu kỳ, dùng nhiên liệu (than đá, khí đốt, dầu) điện trở Trên hình sau trình bày sơ đồ lò buồng dùng nhiên liệu rắn Kim loại chất vào lò lấy cửa công tác Nhiên liệu rắn đặt ghi lò sau đốt nhiệt lợng nung nóng buồng đốt vật nung Khí cháy theo kênh khói thoát qua cống khói 10 Sự điều chỉnh nhiệt độ cách điều chỉnh lợng nhiên liệu lợng gió Ưu điểm lò buồng: nhiệt độ nung đồng đều, kim loại không tiếp xúc trực tiếp với lửa nên cháy hao giảm, thao tác vận hành dễ Nhợc điểm chủ yếu lò 10 lµm viƯc theo chu kú, tỉn thÊt nhiƯt tÝch nhiƯt cao Lß bng H.2.4 Lß bng dïng nhiên liệu rắn 1- cửa lấy xĩ; 2- ghi lò; 3- cửa vào than; 4- than; thích hợp với phân xởng sản 5- tờng ngăn; 6- sàn lò; 7- cửa công tác; 8- phôi lợng tơng đối lớn nung; 9- bé thu håi nhiÖt; 10- cèng khãi 2.4.3 Lò nung liên tục Đó loại lò mà nhiệt độ không gian làm việc tăng dần từ cửa chất phôi đến cửa lấy phôi Lò thờng dùng nung thép hợp kim, nung thép cán Nhiên liệu thờng dùng khí đốt Lò gồm hai buồng chính: Buồng nung sơ buồng nung đến nhiệt độ cần thiết Kiểm tra điều chỉnh nhiệt độ thực buồng Phôi di chuyển băng truyền khí phẳng, nghiêng quay đáy lò Phôi đợc chuyển vào buồng nung sơ (300ữ700oc) sau chuyển qua buồng nung Trờng đại họcBách khoa 11 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng (1250ữ1400oc) qua buồng giữ nhiệt lấy theo cửa lò Trên hình sau trình bày sơ đồ nguyên lý lò nung liên tục ba vùng 10 H.2.5 Lò buồng liên tục 1-Cơ cấu đẩy phôi, 2-Cửa nạp phôi, 3-Vùng đồng nhiệt, 4- Vùng nung 5-Vật nung, 6-Vùng nung,7- Mỏ phun, 8-Cửa ra, 9-Thanh đỡ,10-ống khói Phôi nung đợc cấp vào qua cửa (2), nhờ cấu đẩy (1) dịch chuyển dần phía cửa (8) Các mỏ đốt (7) đốt cháy nhiên liệu tạo thành khí lò chuyển động ngợc chiều chuyển động phôi nung Trong vùng nung (6) phôi đợc nung nóng chậm, vùng (4) phôi đợc nung nóng nhanh, vùng (3) vùng đồng nhiệt Ưu điểm lò nung liên tục suất cao, hoạt động liên tục phù hợp với dây chuyền sản xuất liên tục Lò nung liên tục đợc sử dụng chủ yếu xởng sản lợng lớn, nhà máy cán 2.4.4 Lò dùng lợng điện Thờng dùng để nung vật nhỏ, vật quan trọng kim loại màu Lò ®iƯn cã −u ®iĨm lµ khèng chÕ nhiƯt ®é nung xác (sai số: 5oc), chất lợng vật nung cao, Ýt hao tèn kim lo¹i, thêi gian nung nhanh, nh−ng đắt tiền thiết bị phức tạp tốn lợng điện Vì nên dùng vật nung yêu cầu kỹ thuật cao, kim loại quý Lò điện trở: Là loại lò thông dụng Có thể thay dây điện trở cực than Trờng đại họcBách khoa H.2.6 Lò điện trở 1234567- Đầu nối điện dây điện trở nhiệt kế nắp đậy phôi nung ghi lò cửa lò 12 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Lò cảm ứng: Dùng sản xuất hàng loạt lớn Chất lợng vật nung tốt nhất, dể khí hoá tự động hoá Cho dòng điện cao tần (đợc tạo nên máy phát cao tần) vật nung phát sinh dòng điện cảm ứng hiệu ứng mặt nên dòng điện cảm ứng chủ yếu phân bố mặt làm vật nóng lên Chiều dày đợc nung nóng chi tiết đợc tính: = 5030 (mm) àf Trong đó: - bề dày chi tiết đợc nung; - điện trở riêng vật nung (ôm.mm) à- hệ số từ thẩm tơng đối; f- tần số dòng điện (Hz) Nung trực tiếp: Cho dòng điện cờng độ lớn trực tiếp chạy qua vật nung Chủ yếu dùng nung vật để uốn lò xo 2.5 Sự làm nguội sau gia công biến dạng Sau GCBD vật nguội dần có thay đổi thể tích, thay đổi thành phần cấu trúc, thay đổi độ hạt v.v Mặt khác lớp kim loại nguội nhanh bên nên giảm thể tích nhanh hơn, lớp bị kéo lớp bị nén, gây nên ứng suất lớn dẩn đến nứt nẻ bên bề mặt vật gia công, gây nên biến dạng làm cho kích thớc hình dáng vật thay đổi Có phơng pháp làm nguội: 2.5.1 Làm nguội tự nhiên: Khi làm nguội không khí tĩnh, chổ đặt vật phải khô ráo, gió thổi Tốc độ nguội tơng đối nhanh nên thờng dùng thép c bon hợp kim thấp có hình dáng đơn giản 2.5.2 Làm nguội hòm chứa vôi, cát, xĩ, than vụnv.vv : Tốc độ làm nguội không cao, nhiệt độ vật trớc đa vào hòm khoảng 500ữ750oc Dùng để nung loại thép cácbon hợp kim thấp có hình dáng phức tạp 2.5.3 Làm nguội lò: Nhiệt độ lò đợc khống chế theo giai đoạn VÝ dơ: Tõ 900 ®Õn 800oc cho ngi nhanh (25oc/giê) để tránh phát triển hạt, sau cho nguội chậm (15oc/giờ) đến nhiệt độ 100oc cho nguội không khí Chủ yếu dùng thép công cụ, thép hợp kim cao thép đặc biệt có hình dáng phức tạp Nhiệt độ vật trớc bỏ vào lò để làm nguội tối thiệu 500ữ700oc Trờng đại họcBách khoa 13 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Chơng Các phơng pháp gia công biến dạng 3.1 Cán kim loại 3.1.1.Thực chất trình cán Quá trình cán cho kim loại biến dạng hai trục cán quay ngợc chiều có khe hở nhỏ chiều cao phôi, kết làm cho chiều cao phôi giảm, chiều dài chiều rộng tăng Hình dạng khe hở hai trục cán định hình dáng sản phẩm Quá trình phôi chuyển động qua khe hở trục cán nhờ ma sát hai trục cán với phôi Cán thay đổi hình dáng kích thớc phôi mà nâng cao chất lợng sản phẩm Máy cán có hai trục cán đặt song song với quay ngợc chiều Phôi có chiều dày lớn khe hở hai trục cán, dới tác dụng lực ma sát, kim loại bị kéo vào hai trục cán, biến dạng tạo sản phẩm Khi cán chiều dày phôi giảm, chiều dài, chiều rộng tăng D R A N T T h0 P A A βC I B l B B A A A h1 B H.3.1 Sơ đồ cán kim loại Khi cán dùng thông số sau để biểu thị: ã Tỷ số chiều dài (hoặc tỷ số tiết diện) phôi trớc sau cán gäi lµ hƯ sè kÐo dµi: µ = l1 F0 = l2 F1 (mm) ã Lợng ép tuyệt đối: h = (ho - h1) ã Quan hệ lợng ép góc ăn: h = D(1 - cos ) (mm) ã Sự thay đổi chiều dài trớc sau cán gọi lợng giÃn dài: l = l1 - lo ã Sự thay đổi chiều rộng trớc sau cán gọi lợng giÃn rộng: b = b1 - bo Trờng đại học bách khoa 14 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Cán tiến hành trạng thái nóng trạng thái nguội Cán nóng có u điểm: tính dẻo kim loại cao nên dể biến dạng, suất cao, nhng chất lợng bề mặt có tồn vảy sắt mặt phôi nung Vì cán nóng dùng cán phôi, cán thô, cán dày, cán thép hợp kim Cán nguội ngợc lại chất lợng bề mặt tốt song khó biến dạng nên dùng cán tinh, cán mỏng, dải kim loại mềm Điều kiện để kim loại cán đợc gọi điều kiện cán vào Khi kim loại tiếp xúc với trục cán chúng chịu hai lực: phản lực N lực ma sát T, hệ số ma sát trục cán phôi f thì: T = N f f = tg Vì góc ma sát, nên: T/N = tg = f Lực N T chia thành thành phần: nằm ngang thẳng đứng: Nx = Nsin Tx = T.cosα = N.f.cosα Ny = P.cosα Ty = T.sinα Thµnh phần lực thẳng đứng có tác dụng làm kim loại biến dạng, thành phần nằm ngang có tác dụng kéo vật cán vào đẩy Để cán đợc, phải thoả mÃn điều kiện: T x > Nx f.N.cosα > N.sinα ; tgβ > tgα hc β > Nghĩa hệ số ma sát f phải lớn tg góc ăn Hoặc góc ma sát lớn góc ăn Khi vật cán đà vào trục cán góc ăn nhỏ dần đến vật cán đà hoàn toàn vào trục cán góc ăn 1/2 Hiện tợng gọi ma sát thừa Để đảm bảo điều kiện cán vào cần tăng hệ số ma sát bề mặt trục cán 3.1.2 Sản phẩm cán Sản phẩm cán đợc sử dụng rộng rÃi tất ngành kinh tế quốc dân nh: ngành chế tạo máy, cầu đờng, công nghiệp ôtô, máy điện, xây dựng, quốc phòng bao gồm kim loại đen kim loại màu Sản phẩm cán phân loại theo thành phần hoá học, theo công dụng sản phẩm, theo vật liệu Tuy nhiên, chủ yếu ngời ta phân loại dựa vào hình dáng, tiết diện ngang sản phẩm chúng đợc chia thành loại sau: a Thép hình Là loại thép đa hình đợc sử dụng nhiều ngành Chế tạo máy, xây dựng, cầu đờng đợc phân thành nhóm: - Thép hình có tiết diện đơn giản Bao gồm thép có tiết diện tròn, vuông, chữ nhật, dẹt, lục lăng, tam giác, góc H.3.2 ữ 200 mm, có đến 350 Thép tròn có đờng kính =Các loại thép hình đơn giản mm Trờng đại học bách khoa 15 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Thép dây có đờng kính = ữ mm đợc gọi dây thép, sản phẩm đợc cuộn thành cuộn Thép vuông có cạnh a = ữ 250 mm Thép dẹt có cạnh cđa tiÕt diƯn: h x b = (4 ÷ 60) x (12 ữ 200) mm2 Thép tam giác có loại: cạnh không đều: - Loại cạnh ®Ịu: (20 x20 x 20) ÷ (200 x 200 x 200) - Loại cạnh không đều: (30 x 20 x 20) x (200 x 150 x 150) - ThÐp h×nh có tiết diện phức tạp: Đó loại thép có hình chữ I, U, T, thép đờng ray, thép hình đặc biệt H.3.3 Các loại thép hình phức tạp b Thép Đợc ứng dụng nhiều ngành chế tạo tàu thuỷ, ô tô, máy kéo, chế tạo máy bay, ngày dân dụng Chúng đợc chia thành nhóm: - Thép dày: S = ữ 60 mm; B = 600 ÷ 5.000 mm; L = 4000 ÷ 12.000 mm - ThÐp tÊm máng: S = 0,2 ÷ mm; B = 600 ÷ 2.200 mm - ThÐp tÊm rÊt máng (thÐp l¸ cuén): S = 0,001 ÷ 0,2 mm; B = 200 ÷ 1.500 mm; L = 4000 ữ 60.000 mm c Thép ống Đợc sử dụng nhiều ngàng công nghiệp dầu khí, thuỷ lợi, xây dựng Chúng đợc chia thành nhóm: - ống không hàn: loại ống đợc cán từ phôi thỏi ban đầu có đờng kính = 200 ữ 350 mm; chiều dài L = 2.000 ữ 4.000 mm - ống cán có hàn: đợc chế tạo cách thành ống sau cán để hàn giáp mối với Loại đờng kính đạt đến 4.000 ữ 8.000 mm; chiều dày đạt đến 14 mm d Thép có hình dáng đặc biệt Thép có hình dáng đặc biệt đợc cán theo phơng pháp đặc biệt: cán bi, cán bánh xe lửa, cán vỏ ô tô loại có tiết diện thay đổi theo chu kỳ Trờng đại học bách khoa 16 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng phôi mỏng xảy tợng nhăn xếp thành sản phẩm nên dùng thêm vành ép - Lực dËp vuèt: Lùc dËp vuèt bao gåm nhiÒu lùc: lùc để biến dạng kim loại, lực vành ép, lực để thắng lực ma sát gữa vật liệu chày, cèi Trong thùc tÕ cã thÓ tÝnh: - Lùc dập gần R: R = P + Q (P- lực biến dạng; Q - lực ép phôi) - Lực biến dạng chi tiết hình trụ: P = k1..d1.S.b (N) k1 - hệ số điều chỉnh lần đập giÃn đầu, phô thuéc m1: m1 k1 0,55 1,00 0,57 0,93 0,60 0,80 0,62 0,79 0,65 0,72 0,67 0,66 0,70 0,60 0,72 0,55 0,75 0,50 0,77 0,45 0,80 0,40 Các nguyên công tiÕp theo k1 phô thuéc mtb: mi ki 0,70 1,00 0,72 0,95 0,75 0,90 0,77 0,85 0,80 0,80 0,85 0,70 0,90 0,60 0,95 0,50 - TrÞ sè lùc Ðp cđa vành đợc tính: Q = F.q (N) F - diện tÝch vµnh Ðp tiÕp xóc víi chi tiÕt (mm2) q - áp suất ép phụ thuộc vào vật liệu (N/mm2) Vật liệu Thép s0,5 Đồng thau áp suất Ðp q, N/mm2 2,5 - 3,0 2,0 - 2,5 1,5 - 2,0 Vật liệu Đồng đỏ Nhôm Đuara mềm áp suÊt Ðp q, N/mm2 1,2 - 1,8 0,8 - 1,2 1,5 - 2,0 - Khi dËp gi·n nh÷ng chi tiÕt hình hộp đáy chữ nhật: P = (2.ry.C1 + LB.C2)S.b ry - bán kính lợn cạnh thành hộp (mm); C2 = 0,2ữ0,3 LB- chiều dài chu vi tiết diện hộp; C1 = 0,2ữ0,5 (dập sâu C1 lấy lớn) - Tốc độ dập tới hạn: Vmax = 3,33(1 + m1) D f d1 (mm/s) Đối với máy lớn: Vmax = 150ữ270 (mm/s); Với máy nhỏ: Vmax = 280ữ350 (mm/s) - Số hành trình kép lớn nhất: n max = 30.Vmax (vòng/ph) H H- hành trình máy (mm) h- chiỊu s©u chi tiÕt dËp vt, H = (1,75ữ2,5)h Trong tính toán thờng lấy H = 2h từ ®ã suy ra: n max = 30.Vmax 15.Vmax (vßng/phót) = h 2h Trờng đại học Bách khoa 57 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng - Công cần thiÕt ®Ĩ dËp vt: A=k R h (N.m) 1000 k - hƯ sè phơ thc vµo m m k 0,55 0,80 0,60 0,77 0,70 0,70 0,75 0,67 0,80 0,64 R- Lùc dËp vt (N) h- chiỊu s©u chi tiÕt dËp vuèt A n max 6.7510 a N N = max η N max = - C«ng suÊt cần thiết để dập vuốt: - Công suất máy: (m· lùc) (m· lùc) η - hƯ sè h÷u Ých máy lấy 0,5ữ0,7; ao = 1,1 ữ1,4 - hệ số trọng không - Công suất động điện: Nđc = N (kw) dc 1,36 đc- hiệu suất động - Khuôn dập vuốt: Bán kính lợn chày cối: Để giảm ứng suất tập trung cạnh chày cối dễ gây nên rách đứt phôi, cạnh chày cối phải làm bán kính góc lợn Bán kính lợn cạnh cối lớn biến dạng dễ, nhng lớn dể tạo thành nếp nhăn thành mép sản phẩm Bán kính lợn nhỏ phôi hay bị rách trình dập Bởi bán kính lợn cối phải chọn giới hạn cho phép phụ thuộc vào chiều dày vật liệu, loại vật liệu mức độ thu nhỏ đờng kính qua bớc Trị số bán kính lợn cối xác định theo bảng (trong sổ tay dập nguội) tính theo công thức sau: Rc = 0,8 ( D d ) S D- đờng kính phôi đờng kính bớc trớc d- đờng kính bớc sau; S - chiều dày phôi (mm) Bán kính lợn cạnh chày tất cà nguyên công trừ nguyên công cuối cùng, nên lấy Rch= Rc bé chút Bán kính lợn cạnh chày nguyên công cuối lấy bán kính lợn sản phẩm nhng không nên nhỏ (2ữ3)S S mm nhỏ (1,5ữ2)S đối víi S > mm Khi tinh chØnh cã thĨ giảm bán kính chày, cối 2ữ5 lần nhng không nhỏ 0,5S Chiều cao phần làm việc: h = (0,3ữ2)Dc 0,32 Z Trờng đại học Bách khoa Rch Hc h Rc 58 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Khe hở chày cối: Z để chứa chiều dày thành phẩm đợc xác định: - Khi dập vuốt chi tiết tròn xoay: Zmin= (1,0ữ1,3)S - Khi dập vuốt chi tiết hình hộp hình phức tạp: + phần góc lợn: Zmin= (1,0ữ1,3)S + phần thẳng: Zmin= S; (S - chiều dày phôi, mm) Khi thiết kế chế tạo khuôn cần ý: - Bớc dập vuốt đầu cần phải có chặn phôi để tránh nếp nhăn - Để phôi đợc cấp tốt, cần phải có chốt xoay - Để đảm bảo trùng khít chày cối, ta lắp hay trơ dÉn h−íng - Chµy, cèi vµ tÊm ép đợc chế tạo thép CD100A đạt độ cứng 58ữ60HRC mạ crôm dày 0,015 - 0,02 mm, ®¸nh bãng ®Õn Ra = 0,63 - 0,32 DËp vuèt làm mỏng thành Đợc thực độ hở chày khuôn nhỏ chiều dày phôi Đờng kính giảm ít, chiều sâu tăng nhiều giảm chiều dày thành phôi Để rút ngắn số lần dập giÃn, số lần dập đầu không làm mỏng thành, sau dập giÃn làm mỏng thành Đặc điểm: - Không cần vành ép để chống nhăn - Không cần thiết bị dẩn hớng - Chỉ cần dập máy tác dụng đơn - Khi dập nhiều lần phải qua ủ trung gian - Sự giảm chiều dày cho phép giới hạn: S0 S 100% = (40 ữ 60)% S0 Chµy S0 S P rch Cèi S0 z =( 0,3-0,8)S H.3.45 Sơ đồ dập vuốt không làm mỏng thành Uốn vành Là phơng pháp chế tạo chi tiết có gờ, đờng kính D chiều cao H, đáy chi tiết rỗng Phôi uốn vành phải đột lỗ với d trớc, sau dùng chày khuôn để tạo vành - Quá trình công nghệ uốn vành Những kích thớc hình học uốn vành đợc xác định xuất phát từ cân hể tích phôi chi tiết d ã Đờng kính lỗ dập lần đợc tính gần đúng: S H d = D - 2(H - 0,43R - 0,72S) R D • ChiỊu cao vành dập lần: D1 Trờng đại học Bách khoa 59 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng H= Dd + 0,43R + 0,72 S ã ã ã ã Bán kính lợn chày khuôn R = (5ữ10)S Khe hở chày cối Z = (8ữ10)S Lỗ bé dùng chày đầu hình cầu hình chóp Để không xảy nứt mép vùng lỗ đột phải có hệ số uốn vành hợp lý: Ku = d/D = 0,62ữ0,78 ã Chiều cao uốn vành tới hạn uốn lần: H max = D − Ku + 0,43R (mm) d Z H.3.46 Quá trình uốn vành D - đờng kính chi tiết tính theo đờng trung hoà (mm) R - bán kính vành uốn (mm); Ku - hệ số uốn vành, Ku = 0,62ữ0,72 Nếu chiều cao chi tiết uốn lần (H>Hmax) trình uốn vành qua số nguyên công: R H h d a/ b/ H.3.47 Các bớc uốn vành H > Hmax ã Chiều cao phần vuốt đợc tính: h = D c/ d D − Ku + 0,57 R (mm) ã Đờng kính lỗ đột: d = D + 1,14R - 2h (mm) R - bán kính lợn đáy trụ; - Các phơng pháp uốn vành Uốn vành không biến mỏng thành: trinh uốn vành chi tiết bị biến mỏng thành, nhng biến mỏng nên coi nh không biến mỏng thành: S1 = S d D S1- Chiều dày phôi ë thµnh sau n vµnh (mm) S - ChiỊu dày phôi thành trớc uốn vành (mm); d - Đờng kính lỗ đột (mm) D - đờng kính trung bình thành sau uốn vành (mm) Đờng kính lỗ d tính theo công thức: S⎞ ⎡ ⎛ ⎤ d = D1 − ⎢π ⎜ R + ⎟ + 2h ⎥ (mm) 2⎠ ⎣ Trờng đại học Bách khoa 60 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Uốn vành thực với lỗ hình chữ nhật ôvan Lúc hình dạng lỗ chiều cao lỗ sau nguyên công thờng đợc xác định thực nghiệm - Hệ số uốn vành trung bình Ktb lỗ uốn vành hình chữ nhật: Ktb= (0,9ữ0,95) Ku - Chiều cao lớn vành uốn hình chữ nhật: H = Rc-R0 +0,43R +0,72S H R - Lùc uốn vành hình chữ nhật: R S P = S σ c ⎢6,28 Rc ⎜ − ⎟ + (a + b − 0,9 Rc ) ⎥ (N) Rc ⎠ R + S⎦ ⎝ ⎣ Rc a, b - Kích thớc lỗ theo trục đối xứng (mm) Rc- bán kính lợn thành (mm); R - bán kính lợn chày (mm) c- giới hạn chảy vật liệu (N/mm2) - Các dạng chày dùng uốn vành không biến mỏng: R0 Uốn vành cã biÕn máng: lµ b−íc tiÕp theo cđa n vµnh không biến mỏng thành Các bớc tiến hành chày nhiều bậc - Mức độ biến mỏng cho phép sau nguyên công: - Chiều cao vành uốn đợc tính: S = 2,2 ữ 2,5 S1 1⎛ S ⎞ H m = H + ⎜ − 1⎟ ( H − hx ) 2⎝Z H - chiều cao vành uốn không biến mỏng (mm) Z - khe hở chày cối (mm) hx = - Z − S1 H - phÇn chiều cao vành uốn không bị biến mỏng (mm) S S1 Lực để uốn vành có biến mỏng: S2 P = 3,45 σ c ( D − d ) (N) S1 Tóp miệng P d P Là nguyên công làm cho miệng phôi rỗng (thờng hình trụ) thu nhỏ lại Phần tóp nhỏ lại hình côn, côn trụ, nửa hình cầu v.v 61 Trờng đại học Bách khoa d0 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Khuôn dới làm nhiệm vụ định vị chi tiết, khuôn có lỗ hình côn đờng kính giảm dần, phần cuối khuôn hình trụ Để tránh xảy tợng xếp miệng tóp thì: K= d0 = 1,2 ữ 1,3 d Khi cần tóp đến chi tiết có đờng kính nhỏ giới hạn cho phép phải qua số lần tóp GiÃn rộng Là nguyên công kéo vật liệu phôi ống từ theo hớng đờng kính, đồng thời làm thay đổi chiều dày phôi Mức độ giÃn rộng biểu thị hƯ sè gi·n réng: m= d ct = 11 ÷ 1,25 , d0 Trong ®ã d1-®−êng kÝnh lín nhÊt sau bị giÃn phồng, d0- đờng kính phôi Tạo hình phơng pháp giÃn rộng đợc thực máy Ðp thủ lùc, m¸y Ðp trơc khủu mét t¸c dơng tác dụng cấu chuyên dùng mà không cần máy ép Khi dập, thờng dùng khuôn mà chày ghép nhiều mảnh lỏi côn, chày cao su chất lỏng Ví dụ: khuôn gồm có chày gắp nhiều mảnh 4, mảnh đợc ôm lò xo kín Cối đóng vai trò ép lắp lên đế khuôn Phôi úp lên nắp chày cữ Khi đầu trợt máy xuống, cối đè nắp chày chày ghép, mảnh ghép chày trợt theo lõi côn 7, làm giÃn rộng phôi tạo thành vành ngấn H.3.49 Khuôn dập giÃn chày ghép cữ; vành đẩy; lò xo vòng; chày ghép; cối; nắp chày; lõi côn; tỳ đẩy H.3.50 Khuôn dập giÃn a/ chµy b»ng cao su; b/ chµy b»ng chÊt láng Khi đầu trợt lên, đỡ đợc tỳ đẩy đẩy lên, chày ghép lại trợt theo lõi côn thu nhỏ lại nhờ có lò xo vòng Sản phẩm đợc lấy Chày thờng ghép từ đến 12 mảnh Trờng đại học Bách khoa 62 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Ngời ta dập với chày cao su (H.3.50a) chày chất lỏng (H.3.50b) Lực để dập giÃn ứng dụng khuôn ghép nhiều mảnh tính theo công thøc: P = 2k.π.L.S.σb (N) Lùc dËp gi·n b»ng chµy cao su: P = 50π.σb.S.D (N) ®ã k - hệ số tính đến ảnh hởng góc côn hệ số ma sát: sin + cos k= sin α − µ sin α − µ cosα α - gãc phÝa chµy ghÐp; µ - hƯ số ma sát chày lõi côn L - chiều dài phần phôi giÃn rộng (mm); S - chiều dày thành phôi, mm Dp- đờng kính phôi (mm); Lực chọn lần lớn so với tính toán Viền mép Để tăng thêm độ cứng vững chi tiết rỗng dập vuốt từ kim loại mỏng, ng−êi ta viÒn mÐp chi tiÕt sau dËp Cã thể viền ép lăn máy tiện, viền mép máy chuyên dùng khuôn dập máy ép Viền ép máy tiện đợc thực nh sau: Trục quay nhờ môtơ điện, trục tựa quay chuyển động qua lại dọc theo trục Con lăn tiến vào cuộn mép phôi theo bán kính cong Con lăn quay quanh trục đồ gá bàn dao máy tiện, bán kính uốn lăn r 3S b/ H.3.51a Gá viền mép lăn m¸y tiƯn trơc chÝnh; trơc tùa; lăn; trục gá lắp bàn dao máy tiện H.3.51b Sơ đồ khuôn viền mép Con lăn đợc chế tạo từ thép CD80 - CD100 từ thép hợp kim dụng cụ, đạt 58 - 62 HRC Tèc ®é quay trơc chÝnh: n = 400 - 600 v/ph Trờng đại học Bách khoa 63 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Hình (a) giới thiệu khuôn viền mép phôi rỗng, viền theo miệng chi tiết, hình (b) khuôn cuộn mép phía ghép liền với nắp Ghép mối Lắp ghép chi tiết từ vật liệu phơng pháp dập với phối hợp nguyên công uốn, tóp, nong, giÃn rộng vv để chi tiết nối lại với thành sản phẩm hay cụm chi tiết gọi ghép mối Ghép mối phần lớn dùng cho mối ghép không tháo rời đơn giản Hình sau trình bày số phơng pháp ghép mối: H.3.52 Các phơng pháp ghép mối a/ Ghép chốt rỗng; b/ ghép uèn vÊu; c/ GhÐp uèn vµnh H.3.53 GhÐp mèi b»ng lăn ống Miết Miết phơng pháp chế tạo chi tiết tròn xoay mỏng Đặc biệt miết đợc dùng để chế tạo chi tiết có đờng kính miệng thu nhỏ vào thân phình nh bi đông, lọ hoa sau nguyên công dập vuốt Công nghệ miết đợc ứng dụng chi tiết thép mềm hay kim loại màu Miết không biến mỏng thành thép chiều dày không 1,5mm, kim loại màu không 2mm, miết mỏng thành ứng dụng với vật liệu có chiều dày lớn (20mm) Khuôn Phôi Tựa Cần ép H.3.52 Sơ đồ miết Số vòng quay trục phơ thc vµo vËt liƯu: thÐp mỊm 400 - 600 v/ph; nhôm 800 - 1200 v/ph; đuara 500 - 900 v/ph; đồng đỏ 600 - 800 v/ph Trờng đại học Bách khoa 64 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Miết chi tiết hình côn tỷ số miết lấy: hình côn); miết chi tiết hình trụ: d = 0,2 ữ 0,3 (dmin- đờng kính nhá nhÊt D d = 0,6 ÷ 0,8 D Với chi tiết miết lần phải miết số nguyên công nối tiếp lõi khác nhng đờng kính chỗ nhỏ phải H.3.53 Một số phơng pháp vuốt chi tiết Trờng đại học Bách khoa 65 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Biến dạng dẻo xảy ứng suất lực tác dụng lớn giới hạn đàn hồi Đó đoạn Pb Biến dạng phá huỷ: Khi ứng suất lực tác dụng lớn độ bền kim loại kim loại bị phá huỷ (điểm c) b/ Biến dạng dẻo đơn tinh thể Nh đà biết, dới tác dụng ngoại lực, kim loại biến dạng theo giai đoạn: biến dạng đần hồi, biến dạng dẻo biến dạng phá huỷ Tuỳ theo cấu trúc tinh thể loại, giai đoạn xảy với mức độ khác Dới khảo sát chế biến dạng đơn tinh thể kim loại, sở nghiên cứu biến dạng dẻo kim loại hợp kim Trong đơn tinh thể kim loại, nguyên tử xếp theo trật tự xác định, nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân (a) Biến dạng đàn hồi: dới tác dụng ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh kim loại cha vợt giới hạn đàn hồi, nguyên tử kim loại dịch chuyển không thông số mạng (b), tác dụng lực, mạng tinh thể lại trở trạng thái ban đầu Biến dạng dẻo: ứng suất sinh kim loại vợt giới hạn đàn hồi, kim loại bị biến dạng dẻo trợt song tinh Theo hình thức trợt, phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần lại theo mặt phẳng định, mặt phẳng gọi mặt trợt (c) Trên mặt trợt, nguyên tử kim loại dịch chuyển tơng khoảng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển nguyên tử kim loại vị trí cân mới, sau tác dụng lực kim loại không trở trạng thái ban đầu b a c d H.1.2 Sơ đồ biến dạng đơn tinh thể Theo hình thức song tinh, phần tinh thể vừa trợt vừa quay đến vị trí đối xứng với phần lại qua mặt phẳng gọi mặt song tinh (d) Các nguyên tử kim loại mặt di chuyển khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy trợt hình thức chủ yếu gây biến dạng dẻo kim loại, mặt trợt mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao Biến dạng dẻo song tinh gây bÐ, nh−ng cã song tinh tr−ỵt sÏ xÈy thuận lợi c/ Biến dạng dẻo đa tinh thể Kim loại hợp kim tập hợp nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể), cấu trúc chúng đợc gọi cấu trúc đa tinh thể Trong đa tinh thể, biến dạng dẻo có hai dạng: biến dạng nội hạt biến dạng vùng tinh giíi h¹t Sù biÕn d¹ng néi bé h¹t trợt song tinh Đầu tiên trợt xẩy hạt có mặt trợt tạo với hớng cđa øng st chÝnh mét gãc b»ng hc xÊp xØ 45o, sau đến mặt khác Nh vậy, biến dạng dẻo kim loại đa tinh thể xảy không đồng thời không đồng Dới tác dụng ngoại lực, biên giới hạt tinh thể bị biến dạng, hạt trợt quay tơng Do trợt quay hạt, hạt lại xuất mặt trợt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng kim loại tiếp tục phát triển 1.2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến tính dẻo biến dạng kim loại Tính dẻo kim loại khả biến dạng dẻo kim loại dớc tác dụng ngoại lực mà không bị phá huỷ Tính dẻo kim loại phụ thuộc vào hàng loạt nhân tố khác nhau: thành phần tổ chức kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất d, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng a/ ảnh hởng thành phần tổ chức kim loại Các kim loại khác có kiểu mạng tinh thể, lực liên kết nguyên tử khác tính dẻo chúng khác nhau, chẳng hạn đồng, nhôm dẻo sắt Đối với hợp kim, kiểu mạng thờng phức tạp, xô lệch mạng lớn, số nguyên tố tạo hạt cứng tổ chức cản trở biến dạng tính dẻo giảm Thông thờng kim loại hợp kim có cấu trúc pha dẻo hợp kim có cấu trúc nhiều pha Các tạp chất thờng tập trung biên giới hạt, làm tăng xô lệch mạng làm giảm tính dẻo kim loại b/ ảnh hởng nhiệt độ Tính dẻo kim loại phụ thuộc lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại tăng nhiệt độ, tính dẻo tăng Khi tăng nhiệt độ, dao động nhiệt nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả khuếch tán nguyên tử tăng làm cho tổ chức đồng Một số kim loại hợp kim nhiệt độ thờng tồn pha dẻo, nhiệt độ cao chuyển biến thù hình thành pha có độ dẻo cao Khi ta nung thép từ 20ữ1000C độ dẻo tăng chậm nhng từ 100ữ4000C độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tăng (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000C), nhiệt độ độ dẻo tăng nhanh nhiệt độ rèn hàm lợng cácbon thép cao sức chống biến dạng Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng lớn c/ ảnh hởng ứng suất d Khi kim loại bị biến dạng nhiều, hạt tinh thể bị vỡ vụn, xô lệch mạng tăng, ứng suất d lớn làm cho tính dẻo kim loại giảm mạnh (hiện tợng biến cứng) Khi nhiệt độ kim loại đạt từ 0,25 - 0,30Tnc(nhiệt độ nóng chảy), ứng suất d xô lệch mạng giảm làm cho tính dẻo kim loại phục hồi trở lại (hiện tợng phục hồi) Nếu nhiệt độ nung đạt tới 0,4Tnc kim loại bắt đầu xuất trình kết tinh lại, tỉ chøc kim lo¹i sau kÕt tinh l¹i cã h¹t đồng lớn hơn, mạng tinh thể hoàn thiện nên độ dẻo tăng d/ ảnh hởng trạng thái ứng suất Trạng thái ứng suất ảnh hởng đáng kể đến tính dẻo kim loại Qua thực nghiệm ngời ta thấy kim loại chịu ứng suất nén khối có tính dẻo cao chịu ứng suất nén mặt, nén đờng chịu ứng suất kéo ứng suất d, ma sát làm thay đổi trạng thái ứng suất kim loại nên tính dẻo kim loại giảm đ/ ảnh hởng tốc độ biến dạng Sau rèn dập, hạt kim loại bị biến dạng chịu tác dụng phía nên chai cứng hơn, sức chống lại biến dạng kim loại lớn hơn, đồng thời nhiệt độ nguội dần kết tinh lại nh cũ Nếu tốc độ biến dạng nhanh tốc độ kết tinh lại hạt kim loại bị chai cha kịp trỡ lại trạng thái ban đầu mà lại tiếp tục biến dạng, ứng suất khối kim loại lớn, hạt kim loại bị dòn bị nứt Nếu lấy khối kim loại nh nung đến nhiệt độ định rèn máy búa máy ép, ta thấy tốc độ biến dạng máy búa lớn nhng độ biến dạng tổng cộng máy ép lớn 1.2.3 Trạng thái ứng suất phơng trình dẻo Giả sử vật hoàn toàn ứng suất tiếp vËt thĨ chÞu øng st chÝnh sau: σ1 σ1 σ1 σ2 σ2 σ3 - øng suÊt ®−êng: τmax= σ1/2; - øng st mỈt: τmax= (σ1 - σ2)/2; - øng suÊt khèi: τmax= (σmax - σmin)/2; NÕu σ1 = σ2 = = biến dạng, ứng suất để kim loại biến dạng dẻo giới hạn chảy ch Điều kiện biến dạng dẻo: ã Khi kim loại chịu ứng suất đờng: = ch tức max = Trờng đại học Bách khoa ch Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng ã Khi kim loại chịu ứng suất mặt: = ch ã Khi kim loại chịu ứng suất khèi: σ max − σ = σ ch Các phơng trình gọi phơng trình dẻo Biến dạng dẻo bắt đầu sau biến dạng đàn hồi Thế biến dạng đàn (1.1) hồi: A = A0 + Ah Trong A0 - ®Ĩ thay ®ỉi thĨ tÝch vËt thĨ Ah - thÕ để thay đổi hình dáng vật thể Trong trạng thái ứng suất khối, biến dạng đàn hồi theo định luật Hooke đợc xác định: + σ ε + σ 3ε A= 1 (1.2) Nh biến dạng tơng đối theo định luật Hooke: [ )] ( 1 σ + σ E ε = [σ − µ (σ + σ )] E ε = [σ − µ (σ + σ )] E ε1 = (1.3) Theo (1.2) toàn biến dạng đợc biểu diÓn: A= [ ] σ 12 + σ + σ 32 − µ (σ 1σ + σ 2σ + σ 3σ ) 2E (1.4) Lợng tăng tơng đối thể tích vật biến dạng đàn hồi tổng biến dạng hớng vuông góc: (1 2à ) ( + + σ ) ∆V (1.5) = ε1 + ε + ε = V E Trong ®ã µ - hƯ sè Pyacon tÝnh ®Õn vËt liƯu biến dạng; E - mô đun đàn hồi vật liệu Thế để làm thay đổi thể tích là: ∆V (σ + σ + σ ) (1 − µ ) (σ + σ + σ )2 = A0 = (1.6) V 6E Thế dùng để thay đổi hình dạng vật thể: (1 + ) (σ − σ )2 + (σ − σ )2 + (σ − σ )2 (1.7) Ah = A − A0 = 2 3 6E [ VËy đơn vị để biến hình biến dạng ®−êng sÏ lµ: (1 + µ ) 2σ Ah = ch 6E ] (1.8) Tõ (1.7) vµ (1.8) ta cã: (σ − σ )2 + (σ − σ )2 + (σ − σ )2 = ch = const (1.9) Đây gọi phơng trình dẻo Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng Khi cán kim loại dạng tấm, biến dạng ngang không đáng kÓ, theo (1.3) ta cã thÓ viÕt: (1.10) σ2 = à(1 + 3) Khi biến dạng dẻo (không tính đến đàn hồi) thể tích vật thể không đổi, vậy: ∆V = Tõ (1.6) ta cã: (1 − µ ) (σ + σ + σ ) = E Từ đó: 1-2à = µ = 0,5 Tõ (1.10) vµ (1.11) ta cã: σ2 = (1 + 3)/2 Vậy phơng trình dẻo viÕt: σ1 −σ = (1.11) (1.12) σ ch ≈ 1,15σ ch (1.13) Trong tr−ỵt tinh σ1 = - mặt nghiêng ứng suất pháp 0, øng suÊt tiÕp α = 450: σmax= (σ1 + σ3)/2 (1.14) σ (1.15) So s¸nh víi (1.13) σ3 = - σ1: σ max = ch = k ≈ 0,58σ ch VËy øng suÊt tiÕp lín nhÊt là: K = 0,58ch gọi số dẻo trạng thái ứng suất khối, phơng trình dẻo viÕt: σ1 - σ3 = 2K = const = 1,15σch (1.16) Phơng trình dẻo (1.16) quan trọng để giải toán GCBD Tính đến hớng ứng suất, phơng trình dẻo (1.16) đợc viết: (1) - (3) = 2K (1.17) 1.3 Một số định luật áp dụng gia công biến dạng 1.3.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn biến dạng dẻo Khi biến dạng dẻo kim loại xảy đồng thời đà có biến dạng đàn hồi tồn Quan hệ chúng qua định luật Hooke Khi biến dạng kích th−íc cđa kim lo¹i so víi kÝch th−íc sau tác dụng lực khác nhau, nên kích thớc chi tiết sau gia công xong khác với kích thớc lỗ hình khuôn (vì có đàn hồi) 1.3.2 Định luật ứng suất d Trong trình biến dạng dẻo kim lọai ảnh hởng nhân tố nh: nhiệt độ không đều, tổ chức kim loại không đều, lực biến dạng phân bố không đều, ma sát v.v làm cho kim loại sinh øng suÊt d− " Bªn bÊt cø kim loại biến dạng dẻo sinh ứng suất d cân với " Sau lực tác dụng, ứng suất d tồn Khi phân tích trạng thái ứng suất cần phải tính đến ứng suất d Trờng đại học Bách khoa Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng 1.3.3 Định luật thể tích không đổi " Thể tích cđa vËt thĨ tr−íc biÕn d¹ng b»ng thĨ tÝch sau biÕn d¹ng" H.B.L = h.b.l → ln H B L + ln + ln = → δ1+ δ2+ δ3 = h b l víi: δ1, δ2, - biến dạng thẳng ứng biến Từ công thức ta có kết luận: - Khi tồn ứng biến dấu ứng biến phải khác dấu với dấu ứng biến kia, trị số tổng cña øng biÕn chÝnh - Khi cã øng biÕn chÝnh b»ng 0, hai øng biÕn chÝnh cßn lại phải ngợc dấu giá trị tuyệt đối chóng b»ng vÝ dơ: Khi chån khèi kim loại độ cao giảm (1< 0) đó: δ2+ δ3 = δ1 → δ2 δ3 δ δ + = ; NÕu = 0,6 th× = 0,4 nghÜa lµ sau chån cã 60% chun theo δ1 δ1 δ1 δ1 chiỊu réng vµ 40% chun theo chiều dài 1.3.4 Định luật trở lực bé Trong trình biến dạng, chất điểm vật thể sÏ di chun theo h−íng nµo cã trë lùc bÐ Khi ma sát hớng mặt tiếp xúc chất điểm vËt thĨ biÕn d¹ng sÏ di chun theo h−íng có pháp tuyến nhỏ Khi lợng biến dạng lớn tiết diện chuyển dần sang hình tròn làm cho chu vi vật nhỏ Trờng đại học B¸ch khoa ... tạo phôi hì h 50 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng đ/ Chọn máy gia công Để chọn máy gia công, cần thiết phảI dựa vào công biến dạng để chọn lực ép danh nghĩa máy Các thông số cần... đại học bách khoa 25 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng 3.4 Rèn tự 3.4.1 Thực chất, đặc điểm dụng cụ rèn tự Rèn tự phơng pháp gia công áp lực mà kim loại biến dạng không bị khống chế... độ cứng HB = 293ữ321 3.6 công nghệ Dập Trờng đại học Bách khoa 44 Giáo trình: Các phơng pháp gia công biến dạng 3.6.1 Khái niệm chung a/ Thực chất Dập phơng pháp gia công áp lực tiên tiến để