Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo lựa chọn đánh giá về các loại toa xe giường ngủ đang vận hành trên đường sắt Việt Nam
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm - Trong nghành cơ khí: Thép tấm được sử dụng trong các thân máy của các máy cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc bằng kết cấu hàn, khung, sườn xe, máy, . Đường ống thủy điện. Vỏ máy ép bemco. Hình 1.3. Sản phẩm thép tấm trong cơ khí. - Trong nghành cơ khí ôtô: Việc sử dụng thép tấm không thể thiếu được. Nó được sử dung làm khung, sườn, gầm ôtô, lót sàn ôtô, che kín thùng xe, và các bộ phận che chắn khác. - Trong chế biến thực phẩm: Thép tấm được sử dung rộng rãi không kém, nó được dùng để chế tạo các thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói, . - Trong các nghành nghề khác: Thép tấm dùng để chế tạo ra các thùng đồ dùng dân dụng phục vụ đời sống hay trong nghành hàng không thép tấm được dùng để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa, . Với nhu cầu sử dụng thép tấm rộng lớn như vậy, cần thiết phải có những máy cắt thép tấm với năng suất cao, với độ chính xác cao, được điều khiển tự động hoặc bán tự động đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nền công nghiệp nói riêng cũng như nền kinh tế nói chung, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hóa đất nước. SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 6 Hình 1.4. Vỏ ôtô được làm từ thép tấm n Tt Nghip Thit K Mỏy Ct Thộp Tm CHNG 2: C S Lí THUYT V CT KIM LOI Ct kim loi l phng phỏp gia cụng bng ỏp lc bng cỏch dựng ngoi lc tỏc dng lờn kim loi trng thỏi núng hoc ngui, lm cho kim loi t quỏ gii hn n hi, kt qu lm thay i hỡnh dng ca vt th kim loi m khụng phỏ hu tớnh liờn tc v bn ca chỳng. Ct kim loi l chia phụi ra thnh tm, di, mnh .theo biờn dng ó c nh sn. Quỏ trỡnh ct xy ra t bin dng n hi khi cú lc tỏc dng, sau ú bin dng do cựng vi s tng lc tỏc dng v cỏc vt nt xut hin v gp nhau theo hng ct v tỏch ri tm phụi. 2.1. Lí THUYT BIN DNG DO KIM LOI Di tỏc dng ca ngoi lc, kim loi bin dng theo cỏc giai on sau: Bin dng n hi, bin ng do v phỏ hu. Tu theo cu trỳc tinh th ca mi kim loi, cỏc giai on trờn cú th xy ra cỏc mc khỏc nhau di tỏc dng ca ngoi lc v ti trng Biu bin dng khi thớ nghim kộo t kim loi nh sau: Hỡnh 2.1. Biu quan h gia lc kộo P v bin dng di tuyt i l. Khi ti trng tỏc dng nh hn P h thỡ bin dng tng theo ng bc nht, õy l giai on bin dng n hi: Bin dng s b mt i nu ta b ti trng tỏc dng. Khi ti trng tng t P h P thỡ bin dng tng vi tc nhanh, õy l giai on bin dng do, kim loi s b bin i hỡnh dng v kớch tht sau khi b ti trng tỏc dng lờn nú. Khi ti trng t n giỏ tr ln nht P thỡ trong kim loi bt u xut hin vt nt, ti ú ng sut tng nhanh v kớch tht vt nt tng lờn, cui cựng kim loi b phỏ hu. ú l giai on phỏ hu: Tinh th kim loi b t ri. 2.1.1. Bin dng n hi SVTH: Hong Vn Thựy Lp 03C1C Trang 7 ọỹ bióỳn daỷng õh õ P P P õh õ Taới Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Dưới tác dụng của ngoại lực hay cắt kim loại bằng áp lực, mạng tinh thể bị biến dạng. Khi lực tác dụng nhỏ, ứng suất sinh ra trong kim loại chưa vượt quá giới hạn đàn hồi, các nguyên tử kim loại dịch chuyển không quá một thông số mạng, nếu thôi tác dụng lực thì mạng tinh thể lại trở về trạng thái ban đầu . Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, ứng suất là phản lực tính trên một đơn vị diện tích. Ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là ứng suất pháp σ, gây biến dạng ε. Ứng suất tiếp τ sinh ra xê dịch góc γ. Ứng suất pháp 3 chiều (ứng suất khối) làm biến dạng thể tích v v ∆ . Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc do ứng suất tiếp sinh ra như sơ đồ sau : Hình 2.2. Biến dạng đàn hồi Đối với nhiều vật liệu, quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồi được mô tả bằng định luật Hooke : Phương trình cơ sở của lý thuyết đàn hồi: εσ .E = ( cho kéo và nén ) ( 2.1 ) γτ .G = ( cho xê dịch ) (2.2 ) Trong đó : E : modun đàn hồi của vật liệu G : modun đàn hồi trượt Và P = - k. v v ∆ (đối với ép 3 chiều ) ( 2.3 ) Với k = [ ] )21(3 µ − E ( 2.4 ) Với G = [ ] )21(2 µ + E ( 2.5 ) Vậy biến dạng đàn hồi của kim loại có nghĩa là các nguyên tử trong mạng tinh thể tác động qua lại với nhau bằng lực hút và lực đẩy. Nếu lực tác dụng chưa đủ để sinh ra ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì kim loại trở lại trạng thái cân bằng, hay ở giai đoạn này quá trình cắt kim loại chưa xảy ra. SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 8 σ σ τ τ σ 1 σ σ σ 3 σ 1 σ 2 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm 2.1.2. Biến dạng dẻo Khi ứng suất sinh ra trong kim loại vượt quá giới hạn đàn hồi thì kim loại bị biến dạng dẻo do trượt và song tinh. Hình 2.3. Sơ đồ biến dạng trong đơn tinh thể Theo hình thức trượt, một phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần còn lại theo một mặt phẳng nhất định, mặt phẳng này gọi là mặt trượt. Theo hình thức song tinh, một phần tinh thể vừa trượt, vừa quay đến một vị trí mới đối xứng với phần còn lại qua một mặt phẳng gọi là mặt song tinh. Các nguyên tử kim loại trên mỗi mặt di chuyển một khoảng tỷ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh . Các lý thuyết và thực nghiệm cho thấy trượt là hình thức chủ yếu gây ra biến dạng dẻo trong kim loại khi lực tác dụng lên nó sinh ra ứng suất lớn hơn giới hạn đàn hồi nhưng chưa vượt ứng suất phá huỷ hay ứng suất giới hạn bền của vật liệu. Các mặt trượt là các mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao nhất. Biến dạng dẽo do song tinh gây ra rất bé nhưng khi có song tinh, trượt xẩy ra thuận lợi hơn. Biến dạng dẽo của đa tinh thể: Kim loại và hợp kim là tập hợp của nhiều đơn tinh thể, cấu trúc của chúng được gọi là cấu trúc đa tinh thể. Ở đây biến dạng dẽo có hai dạng: biến dạng trong nội bộ hạt và biến dạng ở vùng biên giới hạt. Sự biến dạng trong nội bộ hạt do trượt và song tinh. Đầu tiên sự trượt xẩy ra ở các hạt có mặt trượt tạo với hướng của ứng suất chính một góc bằng hoặc xấp xỉ 45 0 , sau dó mới đến các mặt khác. Như vậy biến dạng dẽo trong kim loại đa tinh thể xẩy ra không đồng thời và không đều. Dưới tác dụng của ngoại lực, biên giới hạt của các tinh thể cũng bị biến dạng, khi đó các hạt trượt và quay tương đối nhau. Do sự trượt và quay của các hạt, trong các hạt lại xuất hiện các mặt trượt thuận lợi mới, giúp cho biến dạng trong kim loại tiếp tục phát triển. Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình cắt kim loại, giai đoạn này xảy ra trước quá trình kim loại bị phá huỷ (hay quá trình kim loại bị cắt đứt). SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 9 a b c d Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm Trong quá trình biến dạng dẻo kim loại, vì 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. 2.1.1.3. Phá hủy Quá trình biến dạng tăng dần với một mứt độ nào đó kim loại sẽ bị phá huỷ, đây là dạng hỏng nghiêm trọng và không thể phục hồi được. Cơ chế của quá trình phá huỷ: đầu tiên hình thành và phát triển các vết nứt từ kích thướt siêu vi mô đến vi mô, đến vĩ mô (bị phá huỷ). a. Phá huỷ trong điều kiện tải trọng tĩnh + Phá huỷ dẻo: Là phá huỷ có kèm theo sự biến dạng dẻo với mứt độ tương đối Phá huỷ dẻo xảy ra với tốc độ nhỏ và cần nhiều năng lượng nên ít nguy hiểm. Điều kiện cần thiết cho phá huỷ dẻo xảy ra là biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất kéo ba chiều trong vùng co thắt cục bộ . + Phá huỷ giòn: Hầu như không có biến dạng dẻo vĩ mô kèm theo, xảy ra tức thời nên khá nguy hiểm. Bề ngoài mặt khi phá huỷ thường vuông góc với ứng suất pháp lớn nhất nhưng bề mặt vi mô thì có thể là theo các mặt phẳng tinh thể xác định (mặt vỏ giòn) ở bên trong mỗi hạt. + Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phá huỷ là: nhiệt đô, tốc độ biến dạng và sự tập trung ứng suất. Ứng suất cần thiết để phát triển vết nứt: = C E s c . 2 π γ σ ( 2.6 ) Trong đó : E : mođun đàn hồi của vật liệu. s γ : Sức căng bề mặt. C : Kích thước đặc trưng của vết nứt ban đầu. b. Phá huỷ trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ (phá huỷ mỏi) Cơ chế của phá huỷ mỏi cũng xảy ra bằng cách tạo thành và phát triển vết nứt. Sự phá huỷ mỏi phụ thuộc vào yếu tố: ứng suất tác động, số chu kỳ tác động của tải trọng, yếu tố tập trung ứng suất. c. Phá huỷ ở nhiệt độ cao Sự tạo nên vết nứt có thể theo cơ chế sau: các hạt trượt lên nhau theo biên giới hạt, có tập trung ứng suất tạo nên vết nứt. Thực chất quá trình biến dạng dẻo của kim loại nó ảnh hưởng lớn đến lực cắt do vậy ta nguyên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến nó. SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 10 Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm 2.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI Tính dẻo của kim loại là khả năng biến dạng dẻo của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. Tính dẻo của kim loại phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố khác nhau: Thành phần và tổ chức của kim loại, nhiệt độ, trạng thái ứng suất chính, ứng suất dư, ma sát ngoài, lực quán tính, tốc độ biến dạng, . 2.2.1. 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. 2.2.2. 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. Một số kim loại và hợp kim ở nhiệt độ thường tồn tại ở pha kém dẻo, khi ở nhiệt độ cao chuyển biến thì hình thành pha có độ dẻo cao. 2.2.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính σ 2 σ 3 σ 1 σ 1 σ 1 σ 1 σ 1 σ 1 σ 3 σ 2 σ 2 σ 2 a) b) c) Hình 2.4. 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. SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang 11 n Tt Nghip Thit K Mỏy Ct Thộp Tm + Trng thỏi ng sut khi : max = 2 minmax + Trng thỏi ng sut mt : max = 2 21 + Trng thỏi ng sut ng : = 2 Nu 321 == thỡ =0 ngha l khụng gõy ra bin dng. - iu kin kim loi bin dng do b phỏ hu: max giồùi haỷn + Khi kim loi chu trng thỏi ng sut ng thỡ iu kin bin dng do l: = ch + Khi kim loi chu trng thỏi ng sut mt thỡ iu kin bin dng do l : 21 = ch , tổùc max = ch /2 + Khi kim loi chu trng thỏi ng sut khi thỡ iu kin bin dng do l: minmax = ch , max = ch /2 2.2.4. nh hng ca ng sut d S tn ti ca ng sut d bờn trong kim loi s lm cho tớnh do ca kim loi gim. Nu ng sut d ln cú th lm cho vt bin dng hoc phỏ hu. 2.2.5. nh hng ca ma sỏt ngoi Ma sỏt ngoi lm thay i hỡnh thc tỏc dng lc, do ú lm thay i trng thỏi ng sut chớnh ca vt th. Ngoi ra ma sỏt ngoi cũn cn tr bin dng t do ca vt th, lm cho vt th bin dng khụng ng u, tng lc v cụng bin dng, cn tr s bin dng hay ct t ca kim loi di tỏc dng ca lc ct thộp. 2.2.6. nh hng ca tc bin dng Tng tc bin dng s lm gim tớnh do ca kim loi. Ngoi ra, tc bin dng tng cũn lm sinh nhit nhiu, hiu ng nhit cũn lm kim loi t n nhit m ti ú tớnh do thp hoc do hiu ng nhit m nhit ca kim loi tng dn lờn lm cho kim loi chuyn t vựng giũn sang vựng do, iu ny cng nh hng n tc tỏc dng lc ct thộp, ú l chu k ct hay cng chớnh l nng sut ct thộp. Vy ct c thộp tm thỡ lc cn thit tỏc dng phi to ra trong kim loi ng sut lc ln, ng thi tc bin dng phi t mt tr s nht nh kim loi d dng b t ri ra khi tm ct. SVTH: Hong Vn Thựy Lp 03C1C Trang 12 . thành pha có độ dẻo cao. 2. 2.3. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất chính σ 2 σ 3 σ 1 σ 1 σ 1 σ 1 σ 1 σ 1 σ 3 σ 2 σ 2 σ 2 a) b) c) Hình 2. 4. Các trạng thái ứng. ( 2. 3 ) Với k = [ ] )21 (3 µ − E ( 2. 4 ) Với G = [ ] )21 (2 µ