Học viện kỹ thuật Quân ====================== Đinh bá Trụ Cơ sở Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại
Hà Nội 2-2000 Lời nói đầu Gia công kim loại áp lực ngành sản xuất khí Công nghệ gia công kim loại áp lực cho phép tạo sản phẩm có hình dáng kích thức phức tạp, cho tổ chức kim loại để có chất lợng tính tốt cho suất cao, giá thành hạ Công nghệ gia công áp lực đại đợc chuyển giao vào Việt Nam, nh công nghệ sản xuất khung vỏ ôtô xe máy, công nghệ sản xuất chi tiết phụ tùng phục vụ nội địa hóa sản phẩm khí Các công nghệ gia công kim loại áp lực đợc xây dựng sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, khoa học nghiên cứu sở biến dạng vi mô thuộc tính biến dạng vật liệu, nghiên cứu tính toán trờng ứng suất biến dạng dới tác dụng ngoại lực nhằm khai thác hết tiềm biến dạng dẻo vật liệu, tối u công nghệ, để xác định đợc quy trình công nghệ biến dạng dẻo hợp lý Cuốn sách Cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo kim loại đợc biên soạn với nội dung sau: Các chơng 1, 2, giới thiệu lý thuyêt biến dạng dẻo vật lý, nghiên cứu quy luật biến dạng vật liệu từ cấu trúc chất vật liệu Các chơng 4, 5, giới thiệu lý thuyết biến dạng, ứng suất, điều kiện dẻo nhằm mục tiêu tính toán toán dẻo Chơng giới thiệu tổng hợp thuộc tính dẻo trở lực biến dạng vật liệu, tạo điều kiện khai thác hết tính dẻo chúng Cuối sách có câu hỏi dùng để ôn tập Sách đợc biên soạn theo chơng trình giảng dạy Đại học chuyên ngành công nghệ gia công áp lực chuyên ngành chế tạo Vũ khí - Đạn Học viện Kỹ thuật quân Sách dùng làm sách giáo khoa cho sinh viên làm sách tham khảo cho kỹ s chuyên ngành Rất mong có đóng góp ý kiến bạn đọc Xin chân thành cảm ơn Tác giả Mục lục Trang Mục lục Lời nói đầu Mở đầu Khái quát gia công áp lực 1.1 Vai trò phát triển chuyên ngành GCAL 1.2 Đối tợng nghiên cứu môn học lý thuyết biến dạng dẻo gia công áp lực kim loại 1.3 ứng dụng kỹ thuật biến dạng tạo hình sản xuất quốc phòng Chơng Cơ chế biến dạng dẻo Quá trình Vật lý- Hoá học Biến dạng dẻo 2.1 Khái niệm biến dạng dẻo 2.2 Cơ chế biến dạng dẻo : Trợt chuyển động lệch 2.3 Biến dạng dẻo đơn tinh thể đa tinh thể 2.4 Hoá bền biến dạng dẻo nguội Đờng cong biến dạng 2.5 Biến dạng dẻo nhiệt độ cao- Hồi phục kết tinh lạiphân loại 2.6 Chuyển biến pha biến dạng dẻo 2.7 Hiệu ứng nhiệt biến dạng dẻo 2.8 Biến dạng dẻo có pha lỏng BDD kim loại lỏng 2.9 ảnh hởng điều kiện biến dạng dẻo đến thay đổi tính chất kim loại 2.10 Các tợng:Từ biến-mỏi kim loại Chơng Ma sát tiếp xúc gia công áp lực Sự phân bố không ứng suất biến dạng 3.1 Khái niệm ma sát vai trò ma sát gia công áp lực 3.2 Cơ chế sinh ma sát khô 3.3 Bôi trơn ảnh hởng chúng đến lực ma sát 3.4 Các định luật ma sát ứng dụng 3.5 Các yếu tố ảnh hởng đến ma sát hệ số ma sát Cách xác định hệ số ma sát 3.6 Sự phân bố không ứng suất biến dạng 3.7 ảnh hởng phần vùng biến dạng đến trạng thái ứng suất biến dạng 3.8 Định luật trở lực nhỏ 3.9 Các tợng sinh biến dạng không 3.10 ứng suất d Chơng IV Trạng thái ứng suất 4.1 Khái niệm chung 4.2 Trạng thái ứng suất điểm 4.3 ứng suất pháp 4.4 Tenxơ ứng suất 4.5 ơlíp cầu ứng suÊt 4.6 øng suÊt tiÕp chÝnh 4.7 øng suÊt mặt 4.8 Vòng Mo ứng suất 4.9 Phơng trình vi phân cân tĩnh lực trạng thái ứng suất khối 4.10 Trạng thái ứng suất đối xứng trục trạng thái phẳng Chơng V Biến dạng tốc độ biến dạng 5.1 Khái niệm biến dạng dẻo nhỏ tốc độ biến dạng 5.2 Thành phần chuyển vị biến dạng phân tố 5.3 Tính liên tục biến dạng 5.4 Tốc độ chuyển vị tốc độ biến dạng 5.5 Biến dạng đồng không đồng Chơng VI Điều kiện dẻo phân tích trình biến dạng dẻo 6.1 Điều kiện chảy dẻo Treska-Saint-Vnant 6.2 Điều kiện dẻo lợng von Misses 6.3 ý nghĩa vật lý hình học điều kiện dẻo 6.4 Điều kiện dẻo trạng thái ứng suất phẳng đối xứng trục 6.5 ảnh hởng giá trị ứng suất trung gian 6.6 Quan hệ ứng suất biến dạng biến dạng 6.7 Phân tích sơ đồ học ứng suất biến dạng Chơng VII Trở lực biến dạng Tính dẻo cđa vËt liƯu kim lo¹i 7.1 Mét sè thc tÝnh biến dạng vật liệu 7.2 Khái niệm trở lực biến dạng tính dẻo vật liệu 7.3 ảnh hởng thành phần hoá học đến trở lực biến dạng tính dẻo kim loại 7.4 ảnh hởng tổ chức kim loại 7.5 ảnh hởng nhiệt độ đến tính dẻo trở lực biến dạng 7.6 ảnh hởng tốc độ biến dạng đến tính dẻo trở lực biến dạng 7.7 ảnh hởng trạng thái ứng suất đến trở lực biến dạng 7.8 Trạng thái siêu dẻo vật liệu Câu hỏi ôn tập Tài liệu tham khảo Mở đầu Khái quát gia công áp lực kim loại I vai trò phát triển chuyên ngành GCAL Công nghệ GCAL có từ lâu đời, nhng mi đến vài kỷ đợc phát triển, nhờ có phát triển lý thuyết biến dạng dẻo lý thuyết gia công áp lực Lý thuyết biến dạng dẻo gia công áp lực kim loại dựa sở học môi trờng liên tục, học vật rắn biến dạng, lý thuyết dẻo, kim loại học vật lý, đại số tuyến tính Ngày nay, có cách mạng biến dạng tạo hình Các thành tựu lớn học vật rắn biến dạng, toán học, kỹ thuật mô đ tạo cho lý thuyết công nghệ GCAL sức mạnh Ta xác định đợc công nghệ biến dạng tối u, sử dụng hết khả biến dạng vật liệu, tận dụng nguồn lợng nhờ sử dụng kỹ thuật mô đ đa ngành GCAL giải công nghệ tạo hình không cần chế thử, giai đoạn tốn phí tiền để chế tạo khuôn thử nghiệm chi phí nguyên vật liệu thử nghiệm Phơng pháp Công nghệ Gia công kim loại áp lực, hay Công nghệ Biến dạng tạo hình phơng pháp công nghệ, vừa công nghệ chuẩn bị tạo phôi cho công nghệ khí vừa công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng, cho phép tạo hình dáng, kích thớc sản phẩm mà cho sản phẩm kim loại chất lợng cao tính chất - lý - hoá, tiết kiệm nguyên vật liệu, cho suất lao động cao, từ hạ giá thành sản phẩm Là dạng công nghệ lúc biến đổi Hình dáng Kích thớc Tổ chức kim loại, nên chúng đợc ứng dụng yêu cầu chất lợng sản phẩm cao Trong điều kiện biến dạng xử lý nhiệt định, tổ chức kim loại thay đổi: phá bỏ tổ chức đúc, tạo tổ chức thớ, làm nhỏ hạt tinh thể, tạo têctua, phá vỡ làm phân tán hạt tạp chất nhờ làm tăng tính bền, độ dai va đập, khả chịu mỏi, chịu va đập, tăng tuổi thọ sản phẩm Sản phẩm Công nghệ áp lực đa dạng, gia công nhiều loại vật liệu Có thể tạo trạng thái siêu dẻo, gia công với biến dạng lớn gia công vật liệu khó biến dạng Công nghệ gia công kim loại áp lực thớc đo trình độ phát triển công nghiệp quốc gia Các công nghệ gia công áp lực kinh điển, nh Cán- Kéo-ép-Rèn-Dập, chiếm 80% tổng sản lợng sản phẩm kim loại hợp kim, tiếp tục hoàn thiện công nghệ, bảo đảm suất chất lợng sản phẩm Ngành gia công áp lực mở số hớng nghiên cứu phơng pháp công nghệ mới: Phát triển lý thuyết biến dạng dẻo, ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào giải toán lý thuyết gia công áp lực Đa phơng pháp toán mới, quan đa phơng pháp số (nh phơng pháp phần tử hữu hạn, phơng pháp biến phân, phơng pháp phần tử biên) kết hợp sử dụng máy tính điện tử vào việc giải toán biến dạng dẻo Từ mô trạng thái ứng suất biến dạng, mô trình chảy dẻo vật liệu, quan sát đợc chiều sâu bên trình biến dạng mà điều khiển chúng Đa tính toán tối u giải toán công nghệ tạo hình khuôn, bảo đảm tận dụng hết tính thiết bị Nhờ phơng pháp số ứng dụng biến dạng tạo hình đ giải toán biến dạng lớn, đa nhiều yếu tố thực vào trình giải toán biến dạng Xây dựng nhiều mô hình thuộc tính vật liệu vật liệu độ bền cao, vật liệu composit, thích ứng vật liệu đợc đa vào sử dụng Kết hợp yếu tố biến dạng tác động biến đổi tổ chức bên vật liệu với xử lý nhiệt để tạo vật liệu có tổ chức kim tơng có độ bền cao, công nghệ đ thành công nghệ sản xuất hàng loạt lín, nhê ®ã tiÕt kiƯm rÊt nhiỊu vËt liƯu, nhÊt vật liệu xây dựng Cũng hớng công nghệ tác động nhiệt đ tạo hiệu ứng siêu dẻo tếctua, làm vật liệu có tính dẻo đặc biệt, dùng biến dạng tạo hình chi tiết có nhiều thành vách mỏng, hình dáng phức tạp ứng dụng CAD/CAM/CIM khâu sản xuất ứng dụng công nghệ thông tin tiến hành Thiết kế công nghệ, thiết bị, khuôn, nhờ trợ giúp phần mềm khí chế tạo máy phần mềm chuyên dùng thiết kế biến dạng tạo hình đ thiết kế nhanh chóng khuôn dập phức tạp, nhanh chóng thay đổi kết cấu, mẫu m, suất tăng hàng trăm 10 lần Trớc đây, sản phẩm phải qua khâu sản xuất thử, phải thiết kế chế tạo khuôn, gia công thử, sau dập thử kiểm tra cần chỉnh sửa khuôn chế tạo lại khuôn ứng dụng phần mềm thiết kế kỹ thuật mô phỏng, có khả kiểm tra đánh giá độ xác hình dáng kích thớc, độ bền, độ tin cậy công nghệ khuôn, thay cho việc sản xuất thử tốn Hiện nay, nhiều máy điều khiển theo chơng trình số CNC đợc sử dụng để gia công khuôn mẫu dùng GCAL, nhờ thiết bị này, công việc gia công bề mặt phức tạp đợc xử lý nhanh chóng, xác Đ có chơng trình liên kết sau thiết kế xong khuôn, m hoá, chuyển sang điều khiển máy CNC gia công, không cần giai đoạn lập trình riêng Vì vậy, đ liên kết khâu thiết kế chế tạo khuôn làm Mặt khác, đ ứng dụng hệ thống điều khiển tự động, mạch công suất cao, tạo khối mạch điều khiển máy GCAL, đồng thời đ có nhiều dây chuyền sản xuất tự động với điều khiển trung tâm máy tính Tạo phơng pháp gia công đặc biệt: phơng pháp công nghệ đ biết nh gia công lợng cao, gia công vật liệu bột, bimêtan, ngày phát triển công nghệ sản xuất chi tiÕt tõ Ðp vËt liƯu h¹t, ta cã thĨ nhận đợc sản phẩm với thành phần bất kỳ, phân bố thành phần vùng khác nhautuìy theo điều kiện chịu tải cua sản phẩm, vật liệu composit Một phơng pháp gia công vật liệu khó biến dạng, cấu tạo thành phần (cấu tử đặc biệt) công nghệ ép bán lỏng Công nghệ cần nung nóng chảy vật liệu nền, thành phần tăng bền, gia cố thành phần có thuộc tính đặc biệt khác trạng thái hạt rắn, sau đổ vào khuôn đa vào ép Từ ta đợc vật liệu có tính đặc biệt theo yêu cầu Từ vấn đề nêu trên, khoa học kỹ thuật GCAL giới đ có nhiều biến đổi, nhiều phơng pháp tính toán mới, công nghệ đại xuất hiện, đ giải nhiệm vụ sản xuất cách nhanh chóng hiệu kinh tế cao Mặt khác, đòi hỏi ngời có trình độ khoa học kỹ thuật cao, có hiểu biết sâu rộng kiến thức kiến thức chuyên ngành, có trình độ tin häc tèt 11 ... triển lý thuyết biến dạng dẻo lý thuyết gia công áp lực Lý thuyết biến dạng dẻo gia công áp lực kim loại dựa sở học môi trờng liên tục, học vật rắn biến dạng, lý thuyết dẻo, kim loại học vật lý, ... lạiphân loại 2.6 Chuyển biến pha biến dạng dẻo 2.7 Hiệu ứng nhiệt biến dạng dẻo 2.8 Biến dạng dẻo có pha lỏng BDD kim loại lỏng 2.9 ảnh hởng điều kiện biến dạng dẻo đến thay đổi tính chất kim loại. .. Khái niệm biến dạng dẻo 2.2 Cơ chế biến dạng dẻo : Trợt chuyển động lệch 2.3 Biến dạng dẻo đơn tinh thể đa tinh thể 2.4 Hoá bền biến dạng dẻo nguội Đờng cong biến dạng 2.5 Biến dạng dẻo nhiệt