Đề tài Công nghệ tạo hình miết (Spinning)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Học phần
: Cơng nghệ tạo hình vật liệu
Mã học phần : MSE3091
Mã lớp
: 133528
1


Đề tài: Cơng nghệ tạo hình miết
(Spinning)
Nhóm 5:

Trần Anh Đức - 20196061
Hoàng Thị Kim Oanh - 20196179
Nguyễn Thị Thùy Dương - 20196077
Nguyễn Thị Hà Phương - 20196184
Phạm Việt Hùng - 20196107
Nguyễn Nhật Tân - 20196208

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. GVCC Lê Thái Hùng


Nội dung
Phần 1

Khái niệm - Phân loại - Sản phẩm

Phần 2

Nguyên lý hoạt động & Sơ đồ khối công nghệ

Phần 3

Các thơng số cơng nghệ chính

Phần 4

Thiết bị sử dụng để gia công

Phần 5

Ưu nhược điểm và đánh giá chung
3


Phần 1
Khái niệm – Phân loại – Sản Phẩm

4


Khái niệm
Miết là một phương pháp gia công kim loại bằng áp lực. Phơi miết có thể là phơi
phẳng hoặc phơi rỗng chuyển động quay trong suốt q trình miết, lực tác dụng lên phôi
làm phôi biến dạng cục bộ liên tiếp tại các điểm tiếp xúc từ đó tạo ra các chi tiết rỗng.

5

Phân loại
Theo hình dạng sản phẩm
+ Sản phẩm trịn xoay (cơn, trụ, cầu)
+ Sản phẩm dạng xốy ốc
+ Sản phẩm có biên dạng phức tạp
+ Sản phẩm có kích thước đặc biệt

Theo đặc điểm phôi
+ Miết phôi phẳng
+ Miết phôi ống

Theo dạng gia công & yêu cầu sản phẩm
+ Miết tạo hình sản phẩm
+ Miết nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm
+ Miết biến mỏng
+ Miết không biến mỏng
6


Phân loại
Theo chiều chuyển động của dụng cụ

a. Miết thuận

b. Miết nghịch
7


Sản phẩm

Sản phẩm miết dạng cầu

Sản phẩm miết dạng côn

8


Sản phẩm

Sản phẩm miết dạng trụ

Sản phẩm miết phôi ống, răng ren

9


Sản phẩm

Sản phẩm miết có
biên dạng phức tạp

Sản phẩm miết có kích thước lớn

10


PHẦN 2
Nguyên lý hoạt động &
Sơ đồ khối công nghệ

11


Nguyên lý hoạt động

12


Nguyên lý hoạt động
1 – Phôi được kẹp chặt vào máy nhờ cơ cấu cặp và cùng được quay quanh
trục với số vòng quay là: n
2 – Cụm con lăn miết quay với vận tốc n2 nhờ ma sát khi tiếp xúc với phôi
đồng thời thực hiện chuyển động tạo hình chi tiết

13


Q trình biến dạng
• Miết là một q trình biến dạng ở trạng thái động (Vì ngồi chuyển
động của dụng cụ biến dạng là con lăn miết thì trong quá trình biến
dạng phơi cũng chuyển động)

=> Điều này làm cho q trình miết có những đặc điểm khác biệt so
với các quá trình tạo hình khác vì quá trình miết thực chất là quá trình
biến dạng dẻo cục bộ tại một điểm trên phôi quay.

14

Q trình biến dạng
• Q trình biến dạng chỉ thực sự bắt đầu khi con lăn miết chạm vào phôi.
Dưới tác động của lực công tác do con lăn miết thì trên phơi xoay xảy ra q
trình biến dạng tại một điểm tức thời trên phôi xoay. Cụ thể như sau:
1. Khi vừa bắt đầu chạm vào phôi, con lăn miết sẽ tác dụng và làm
cho phôi bị lõm cục bộ tại điểm tiếp xúc
2. Trong khi đó, phơi vẫn quay quanh trục của nó với tốc độ cao (n)
=> Nhờ vậy, kết hợp chuyển động của phôi và chuyển động của con lăn
theo phương dọc trục mà vết lõm được lan tỏa đều trên bề mặt phôi (Sự
lan tỏa này có thể được hình như như sự lan tỏa của sóng trên mặt nước
phẳng. Hình 2.1)
15


Q trình biến dạng
• Biến dạng lõm trên phơi tạo ra vết lõm có biên dạng
phức tạp do sự biến dạng khơng đồng đều của kim
loại tại các vị trí tiếp xúc. Sự phân bố biến dạng trên
vết tiếp xúc phụ thuộc vào các yếu tố như:
 Nhiệt độ trong q trình miết
 Tốc độ quay của phơi
 Bước tiến của con lăn miết

Hình 2.1 – Sự phát triển vết lõm trên phôi

 Số bước miết trong một nguyên công
 Lực miết
 Chiều sâu vết miết
 Chiều dài phôi miết
16

Phân tích trường ứng suất
• Với sự phối hợp các chuyển động của phôi và dụng cụ biến dạng, trên vật liệu đã
tạo nên 3 vùng biến dạng A,B và C như sơ đồ (Hình 2.2) dưới đây:

Hình 2.2. Vùng biến dạng trên phơi miết

Hình 2.3. Các trạng thái ứng suất tại 3 điểm A,B,C trên phôi
17


Phân tích trường ứng suất
• Vùng A là vùng đã qua biến dạng. Tại vùng này kim loại xuất hiện ứng suất kéo dọc trục do sự
tương tác phần tử giữa các vùng, đồng thời chịu trạng thái biến dạng gồm biến dạng kéo dọc
trục và biến dạng nén theo phương vịng θ
• Vùng B là vùng biến dạng tức thời, tại đây phôi chịu ứng suất và biến dạng nén theo 2
phương: Phương hướng kính ρ và phương vịng θ, đồng thời chịu ứng suất kéo ở phương
dọc trục Z
• Vùng C là vùng chưa biến dạng. Tại đây kim loại xuất hiện ứng suất nén dọc trục Z, đồng thời
chịu cả biến dạng nén dọc trục Z và biến dạng kéo theo phương vịng θ
=> Để tìm được trường ứng suất của phơi trong q trình gia cơng miết ta sẽ sử dụng các
phương trình vi phân đạo hàm riêng gồm: Phuơng trình cân bằng, phương trình tương thích
biến dạng, phương trình dẻo, và áp dụng các điều kiện biên

18


Tính tốn trường ứng suất
• Trước khi đi vào tính toán ta đưa vào giả thiết như sau:

 Biến dạng có độ cong khơng đổi trên mặt cắt kinh tuyến của phơi (Do biến dạng có tính đối
xứng trục và chỉ có 1 mặt tiếp xúc với dụng cụ biến dạng là con lăn miết)
 Thể tích phơi khơng đổi trong suốt q trình biến dạng
• Vì biến dạng có tính đối xứng nên ta sẽ xét bài tốn trong trong tọa độ trụ. Tiến hành cắt ra
một phân tố trong vùng biến dạng phôi như sau:

19


Tính tốn trường ứng suất (Phương pháp chính xác)
• Để tìm được trường ứng suất chính xác ta sẽ dùng các phương trình sau:
1. Phương trình cân bằng

2.

Phương trình điều kiện dẻo Von Misses trong tọa độ trụ

3. Phương trình điều kiện thể tích khơng đổi
20


Tính tốn trường ứng suất (Phương pháp chính xác)
• Sử dụng các phương trình trên và kết hợp với các điều kiện biên của bài tốn ta sẽ
tìm ra được trường ứng suất theo phương pháp chính xác. Sau khi giải được trường
ứng suất của ngun cơng miết ta hồn tồn có thể tìm ra trường biến dạng dựa vào
quan hệ ứng suất – biến dạng phát biểu trong định luật Hooke và cả trường chuyển
vị dựa trên quan hệ biến dạng – chuyển vị trong tọa độ cực

Quan hệ ứng suất – biến dạng

Quan hệ chuyển vị - biến dạng

21


Tính tốn trường ứng suất (Phương pháp gần đúng)
• Để tính tốn trường ứng suất bằng phương pháp gần đúng ta sẽ sử dụng phương
pháp phần tử hữu hạn (FEM) với 2 loại phần tử có thể tùy chọn là:
 Phần tử tấm mỏng dạng tam giác theo lý thuyết tấm của Kirchhoff hoặc
 Phần tử dạng tứ giác bốn nút theo lý thuyết tấm của Mindlin

Phần tử tam giác

Phần tử tứ giác
22


Tính tốn trường ứng suất (Phương pháp gần đúng)
• Dựa trên sự trợ giúp tính tốn phần tử hữu hạn của phần mềm ABAQUS. Ta có kết quả mơ
phỏng như sau:

23


Hóa bền biến dạng gia cơng miết
• Trong q trình biến dạng, hiện tượng hóa bền sẽ xảy ta khi ứng suất trong phôi tăng và
kéo theo là công và lực biến dạng cũng tăng theo. Khi ứng suất vượt quá giới hạn bền
của vật liệu sẽ gây ra các hiện tượng phá hủy (nứt, nhăn, rách,..) nên để có thể gia cơng
hồn chỉnh sản phẩm thì ta phải có quá trình làm giảm ứng suất

Sản phẩm miết bị nhăn, rách

24


Hóa bền biến dạng gia cơng miết
• Để giảm ứng suất trong vật thể ta có thể sử dụng nguồn nhiệt (Miết nóng) theo 2
phương pháp như sau:
 Nung nóng độc lập với q trình biến dạng
 Nung nóng đồng thời trong q trình biến dạng
• Trong các ngun cơng miết người ta hay sử dụng phương pháp nung nóng cục bộ
vùng biến dạng. Để thực hiện phương pháp này ta có 2 lựa chọn như sau:
 Sử dụng khí gas (C2H2 + 02) với ngọn lửa khò
 Sử dụng thiết bị nung cảm ứng (nung cao tần).
25