Chương Nguyên lý Gia công kim loại áp lực Chương I Nguyên lý GCKL áp lực - Khái niệm biến dạng dẻo kim loại I - Lực gia công kim loại áp lực Ngoại lực: Gồm thành phần sau đây: 1.1 Lực tác dụng Là lực sinh tác dụng thiết bị (thông qua đầu búa , khuôn rèn ) làm cho kim loại biến dạng Khi xem xét tác dụng lực tác dụng người ta quan tâm không phương, chiều, cường độ lực tác dụng mà phải ý đến điểm đặt lực tác dụng, cường độ phư ơng chiều, điểm tác dụng lực khác tạo trình biến dạng khác vật biến dạng Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 1.2 Phản lực Phản lực thường sinh phận cố định thiết bị thẳng góc với mặt tựa có chiều ngược với lực tác dụng Khi tính phản lực cần ý đến lực ma sát sinh dụng cụ gia công kim loại biến dạng, chiều lực ma sát ngược với hư ớng di động kim loại, cản trở trình biến dạng có ảnh hưởng lớn đến trình biến dạng Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 1.2 Phản lực Phản lực thường sinh phận cố định thiết bị thẳng góc với mặt tựa có chiều ngược với lực tác dụng Khi tính phản lực cần ý đến lực ma sát sinh dụng cụ gia công kim loại biến dạng, chiều lực ma sát ngược với hư ớng di động kim loại, cản trở trình biến dạng có ảnh hưởng lớn đến trình biến dạng Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 1.3 Lực quán tính Khi biến dạng phần tử vật thể biến dạng không nên tốc độ chuyển động chúng không sinh lực quán tính Vì việc xác định lực quán tính công việc phức tạp chưa nghiên cứu đầy đủ trường hợp cụ thể nên tính toán cần đưa vào hệ số điều chỉnh thực nghiệm để xét đến ảnh hưởng lực Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Nội lực Nội lực lực sinh bên vật thể gia công tồn vật thể sau gia công, nội lực tạo vật thể ứng suất bên Nếu ứng suất vư ợt giới hạn bền vật liệu gây nên nứt nẻ Nếu ứng suất tồn vật thể sau gia công dạng ứng suất dư ứng suất kim loại (bao gồm ứng suất sinh tác dụng ngoại lực vật thể làm việc ứng suất dư) chóng đạt đến giới hạn bền Chương I Nguyên lý GCKL áp lực II - Biến dạng dẻo kim loại - Đặc tính vật lý biến dạng dẻo Khi chịu tác dụng ngoại lực, kim loại biến dạng theo giai đoạn: biến dạng đàn hồi (khi tác dụng lực, kim loại trở vị trí ban đầu), biến dạng dẻo (khi tác dụng lực, biến dạng tồn tại, vật thể có hình dáng khác hình dáng ban đầu) Biến dạng dẻo xảy ứng suất sinh ngoại lực vượt giới hạn đàn hồi Giai đoạn cuối biến dạng phá huỷ kim loại, ngoại lực vượt giới hạn bền Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 1.1 Biến dạng dẻo đơn tinh thể 1.1.1 Sự trượt Khi tác dụng lực vào kim loại, đơn tinh thể xuất dạng ứng suất: ứng suất pháp ứng suất tiếp Dưới tác dụng ứng suất tiếp phận đơn tinh có di trượt tương đối so với phận lại theo bề mặt tinh thể định hướng định với khoảng cách bội số nguyên thông số mạng ứng suất tiếp để đạt tới trượt gọi ứng suất tiếp tới hạn th , mặt tinh thể theo xảy trượt gọi mặt trượt Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 10 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực - áp lực đơn vị công biến dạng I - áp lực đơn vị - áp lực đơn vị Khi tính toán chọn thiết bị gia công áp lực cần phải xác định lực cần thiết để gây biến dạng Muốn xác định lực biến dạng cần phải phân tích nắm phân bố lực bề mặt tiếp xúc dụng cụ gia công vật biến dạng, hình dáng kích thước bề mặt tiếp xúc 58 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Nếu ký hiệu P ngoại lực tác dụng lên vật thể để gây biến dạng, F diện tích áp lực, diện tích hình chiếu bề mặt áp lực ABC lên mặt phẳng vuông góc với phương tác dụng ngoại lực (mặt phẳng áp lực AOC) K áp lực đơn vị trung bình, hay nói gọn áp lực đơn vị, quan hệ chúng biểu diễn biểu thức sau: K = P/F Như phương pháp xác định áp lực đơn vị K trình biến dạng cụ thể biết diện tích áp lực F xác định lực P cần thiết để thực trình biến dạng 59 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực - áp lực đơn vị số trình gia công (biến dạng) cụ thể áp lực đơn vị chồn Giả sử chồn phôi hình trụ đường kính d, chiều cao h, hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc vật biến dạng dụng cụ f Tách từ phôi biến dạng phân tố vô bé để khảo sát Phân tố giới hạn hai mặt phẳng hướng tâm giao góc hai mặt cung đồng tâm phân tố nằm trạng thái cân nên tổng hình chiếu tất lực tác dụng lên phân tố trục X X 0, nghĩa là: 2.x..h (2 + d2).(x + dx)..h + 23 sin.h.dx 21f.x..dx = 60 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Với ý sau đây: Vì nhỏ nên sin /2 /2 Vì biến dạng đối xứng nên = Sau biến đổi biểu thức biểu diễn phương trình cân ta phương trình cân có dạng rút gọn: dx d = f h 61 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Để xác định áp lực đơn vị K, ta thực sau: Lực tác dụng hình vành khăn phân tố tách theo hướng chồn (hướng Z) là: dP = 1.2.x.dx Lực tác dụng toàn bề mặt tiếp xúc phôi dụng cụ theo hướng chồn Z (lực chồn) là: d P = dP = 2xdx K= P 4P = F d áp lực đơn vị trung bình: Giải tích phân thay giá trị vào ta nhận biểu thức tính áp lực đơn vị K: h hd K = ch èd e h h f d d h Khi dùng công thức tính áp lực đơn vị K fd đơn giản sau: K = + ch 3h 62 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực áp lực đơn vị vuốt Sơ đồ trình vuốt phôi giới thiệu hình vẽ, với ký hiệu hình vẽ hiểu là: bo , ho kích thước ban đầu phôi b, h kích thước chi tiết sau vuốt L, B kích thước đe S bước vuốt b0 b h s BxL h0 63 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Bằng phương pháp tương tự nghiên cứu trình chồn phôi tìm biểu thức tính áp lực đơn vị vuốt 3b S fS K = ch + 6b h Khi S = b thì: f S K = ch + h Khi vuốt đe có rãnh tròn đường kính d, chiều dài lo áp lực đơn vị tính sau: f lo K = ch + d 64 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 2.3 áp lực đơn vị đột 2.3.1 Khi đột hở d - đường kính mũi đột D - đường kính vật gia công h bề dày lại không đột 65 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 2.3.2 Khi đột kín f d D K = ch + + ln d h Khi d , áp lực đơn vị tính theo công thức sau: h D d D K = ch + + ln d D d Khi d , áp lực đơn vị tính theo công thức sau: h D d D d K = ch + + + ln d D h d 66 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực II - Công biến dạng Khi biến dạng vật thể đòi hỏi phải tiêu tốn lượng cần thiết Nếu biết áp lực đơn vị thay đổi kích thước xẩy biến dạng tính công biến dạng Tính kéo công biến dạng tác dụng lực Khảo sát vật thể có dạng hình hộp chữ nhật với kích thước ban đầu a0, b0, c0 Trên tiết diện diện tích fo = b0.c0 có tác dụng lực P hướng theo trục phôi Do tác dụng lực kéo P, vật thể biến dạng bị kéo dài đạt tới kích thước a, b, c.Công biến dạng tính sau: Khi vật thể bị biến dạng với lượng vô bé da dA = P.da = K.f.da 67 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Theo định luật thể tích không đổi af = a0f0 = V = const Vi phân hai vế phương trình có; da.f + df.a = ; da df da df + =0 = a f af f ` Có thể viết lại công thức tính công sau: dA = K ( af ) Hoặc df = KV f da dA = KV a 68 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Khi làm vật thể biến dạng từ kích thước a0 đến kích thước a1 (hay từ diện tích tiết diện ngang fo = bo.co đến diện tích tiết diện ngang f1 = b1.c1) công biến dạng toàn tính theo công thức sau: f A = a da a da f df df V K = V K = V K = V K a giả a a ápf lực đơn f vị fK trình a thiết f Nếu biến dạng không thay đổi công A biểu diễn theo biểu thức sau: A = V.K.ln a = V.K.ln f 1 1 0 0 a0 f1 69 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Tính công biến dạng tác dụng lực nén (chồn) Khi chồn vật thể có dạng hình trụ với chiều cao h lư ợng biến dạng cần thiết là: P = K.F đây: K áp lực đơn vị trung bình F DiệnVtích tiết diện chịu áp lực: F =h V thể tích vật biến dạng 70 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực Nếu vật bị chồn để hạ chiều cao đoạn h công biến dạng cần thiết là: A = Px.(- h) = - K V h h dh h dA = - K.V Lấy tích phân ta được: A = K.V (ln H0 ln H1) đây: H0 , H1 - độ cao ban đầu chiều cao sau biến dạng vật Bằng phương pháp tương tự, tính công biến dạng trình gia công áp lực khác 71 Chương I Nguyên lý GCKL áp lực 72