Nghiên cứu cơ chế phá hủy phôi trong quá trình cán nêm ngang

i



LI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây l công trnh nghiên cu ca riêng tôi. Cc kt qu v s liu
công b trong lun n trung thc v chưa tng đưc công b trong công trnh khc.

H Ni, ngy 10 thng 5 năm 2014
TM. Tập thể hướng dẫn



PGS.TS Đào Minh Ngừng
Nghiên cứu sinh



Đặng Thị Hồng Huế




ii



LI CM ƠN

Tôi xin chân thnh cm ơn B môn Cơ học vật liệu v Cn kim loại - Viện Khoa học

v Kỹ thuật vật liệu -Trưng Đại học Bch khoa H Ni, Viện Vật l Kỹ thuật thuc Viện
Hn lâm khoa học quc gia Belarus đ gip tôi thc hiện luận n ny.
Tôi xin chân thnh cm ơn PGS.TS Đo Minh Ngng, GS.TS. Nguyn Trọng Ging
đ tận tnh hưng dn tôi v chuyên môn đ tôi c th thc hiện v hon thnh luận n.
Tôi xin t lng bit ơn sâu sc đn cc thy phn biện, cc thy trong hi đng chm
luận n đ dnh thi gian đọc v gp nhng  kin qu bu đ tôi hon thiện bn luận n
ca mnh, cng như gip tôi đnh hưng nghiên cu trong tương lai.
Tôi xin gi li cm ơn chân thnh ti ton th gia đnh, bạn b, đng nghiệp nhng
ngưi đ gip đỡ, đng viên, khuyn khch tôi thc hiện công trnh ny.

H Ni, ngy 10 thng 5 năm 2014
Nghiên cứu sinh



Đặng Thị Hồng Huế

iii



MỤC LỤC
LI CAM ĐOAN i
LI CM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii
M ĐU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1. Gii thiu qu trnh cn nêm ngang 5
1.1.1. Sơ đ nguyên l 5
1.1.2. Cc thông s cơ bn ca qu trnh 6
1.1.3. Điu kin quay phôi 7
1.1.4. Trng thi ng sut v bin dng 9
1.1.5. Cc thông s đng lc hc 10
1.2. Sn phm cn, ph phm v đc đim khuyt tt 10
1.2.1. Yêu cu v cht lưng sn phm 10
1.2.2. Khuyt tt hnh dng 11
1.2.3. Khuyt tt b mt 14
1.2.4. Khuyt tt rỗng tâm 14
1.3. Kt lun 22
CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH THUỘC TÍNH VÀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU 23
2.1. Ph hy dẻo vt liu kim loi 23
2.1.1. S hnh thnh v xut hin lỗ xp, vt nt t vi 24
2.1.2. S pht trin ca lỗ xp t vi 25
2.1.3. S hp nht ca lỗ xp t vi 26
2.2. Mô hnh ph hy vt liu 26
2.2.1. Mô hnh ph hy trên cơ sở cơ hc môi trường liên tục 28
2.2.2. Mô hnh ph hy trên cơ sở quan st hin tưng 29
2.3. Mô hnh thuc tnh vt liu 32
2.4. Phân tch v la chn mô hnh 35
2.5. Kt lun 36
CHƯƠNG 3 NHẬN DNG MÔ HÌNH JOHNSON-COOK 37
3.1. Phương php nhn dng mô hnh Johnson – Cook 37
3.1.1. Phương php nhn dng mô hnh thuc tnh 37
3.1.2. Phương php nhn dng mô hnh ph hy Johnson - Cook 39
3.2. Th nghim nhn dng 42
iv

3.2.1. Vt liu th nghim 46
3.2.2. Mu th nghim 47
3.2.3. Thit b th nghim 52
3.3. Kt qu th nghim 52
3.3.1. Kt qu th nghim nhn dng mô hnh thuc tnh Johnson- Cook 53
3.3.2. Nhn dng mô hnh ph hy Johnson – Cook 61
CHƯƠNG 4 MÔ PHNG S QUÁ TRÌNH CÁN NÊM NGANG 72
4.1. Phn mm mô phỏng qu trnh to hnh v ph hy vt liu 72
4.2. Mô phỏng qu trnh cn nêm ngang - mô hnh 2D 73
4.2.1. Điu kin mô phỏng 74
4.2.2. Kt qu mô phỏng 74
4.2.3. Phân tch trng thi ng sut-bin dng ti vùng tâm phôi 74
4.3. Xây dng mô hnh hc cho bi ton cn ren 3D 82
4.3.1. Thit lp mô hnh đi vi nêm cn 83
4.3.2. Thit lp mô hnh đi vi phôi cn 84
4.3.3. Mô hnh lắp ghép giữa phôi v khuôn 85
4.4. Kt qu v phân tch 86
4.4.1. Hnh dng hnh hc ca chi tit ren 86
4.4.2. Mt cắt ngang, mt cắt dc chi tit vt ren côn sau mô phỏng 87
4.4.3 Trng thi ng sut 88
4.4.4. Trng thi bin dng 91
4.4.5. S phân b nhit đ trên phôi 93
4.4.6. Bin ph hy vô hưng 95
4.4.7. Ti trng 95
4.5. Kt lun 96
CHƯƠNG 5 THC NGHIỆM QUÁ TRÌNH CÁN NÊM NGANG 97
5.1. My cn nêm ngang 97
5.2. Nêm cn ren 99

5.3. Công ngh cn ren bằng my cn nêm ngang 101
5.3.1. Dp đu m chi tit 101
5.3.2 Cn chi tit vt ren côn 101
5.4. Kim tra ph hy chi tit 103
5.5. So snh kt qu mô phỏng v thc nghim 103
5.6. Kt lun 105
KẾT LUN 106
TÀI LIỆU THAM KHO 108

v



DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. K hiu
Din gii
Đơn vị

, , : Góc to hnh (góc nêm), góc p lc, góc nâng đ
L
1,
L
2
, L
3
, L
4
: Chiu di cc vùng: cắt, dn, to hnh v đnh kch thưc mm
D

0
, d: Đường knh phôi trưc v sau khi to hnh
mm
r: Lưng ép tuyt đi
mm
: H s bin dng

X: Hnh trnh ca nêm cn
mm
R
t
: Bn knh phôi cn ti thời đim bt kỳ
mm
S
0
, S: Din tch mt cắt ngang phôi cn trưc v sau khi to hnh
mm
2

E: Mô đun đn hi ca vt liu
N/mm
2
F
ms
: Lc ma st giữa phôi v khuôn nêm
N
v: Tc đ cn
mm/s
W: Năng lưng bin dng
J/m

3

A, B, C, n, m : Cc h s ca mô hnh thuc tnh Johnson- Cook
T
melt
, T
room
: Nhit đ nóng chy ca kim loi, nhit đ môi trường
đ C
: Mc đ bin dng tương đương, ng sut tương đương
, 

: Tc đ bin dng v tc đ bin dng tham chiu


: Bin dng tương đương ti thời đim ph hy vt liu

1/s







, 






Cc thnh phn ca ten xơ ng sut
MPa






: Cc thnh phn ng sut php chnh
MPa












Cc thnh phn ca ten xơ bin dng








Cc thnh phn bin dng chnh








: Chỉ s trng thi ng sut


H
, 

: ng sut thy tnh, ng sut Von - Mises
MPa
D
1
, D
2
, D
3
, D
4
, D
5
: Cc h s ca mô hnh ph hy Johnson - Cook

ε
r
, ε
a
,ε
t
: Bin dng theo hưng knh, hưng trục, hưng đng

R, a: Bn knh, bn knh nhỏ nht ca mu th ph hy
mm
M
z
: Mômen xoắn
L: Chiu di tng ca mu th kéo
N.mm
mm
vi



l
c
: Chiu di phn lm vic ca mu th kéo
l
0
: Chiu di tnh ton ban đu ca mu th kéo
l
1
: Chiu di tnh ton sau khi mu đt ca mu th kéo
d

1
: Đường knh nhỏ nht ca mu th kéo sau khi đt
mm
mm
mm
mm
2. Chữ viết tắt
CNN: Cn nêm ngang
CNCNN: Công ngh cn nêm ngang
QTCNN: Qu trnh cn nêm ngang
MHTT: Mô hnh thuc tnh
MHPH: Mô hnh ph hy
MHH: Mô hnh hóa
MPS: Mô phỏng s
ƯS: ng sut
BD: Bin dng
PH: Ph hy
KT: Khuyt tt
KTBM: Khuyt tt b mt
KTHD: Khuyt tt hnh dng
KTRT: Khuyt tt rỗng tâm
JC: Johnson – Cook
MHJC: Mô hnh Johnson – Cook
pt: Phương trnh
vii



DANH MỤC CÁC BNG

Bng 2.1. Cc bin trong mô hnh ph hy vt liu 26
Bng 3.1. Gi tr h s C phụ thuc vo tc đ bin dng 39
Bng 3.2. Gi tr h s D
4
phụ thuc vo tc đ bin dng 41
Bng 3.3. Thnh phn hóa hc ca thép C45 47
Bng 3.4. Mu th nghim R ở nhit đ môi trường 50
Bng 3.5. Bng k hiu th nghim nhn dng MHTT J-C 52
Bng 3.6. Bng k hiu th nghim nhn dng MHPH J-C 52
Bng 3.7. Kt qu th nghim v nhn dng ti nhit đ 900
0
C. 57
Bng 3.8. Kt qu th nghim v nhân dng ti nhit đ 1000
0
C 58
Bng 3.9. Kt qu th nghim v nhn dng ti nhit đ 1100
0
C 59
Bng 3.10. Bng gi tr ca h C 60
Bng 3.11. Cc thông s tnh gi tr h s m 60
Bng 3.12. Cc h s ca mô hnh thuc tnh Johnson – Cook 61
Bng 3.13. Kt qu th nghim ph hy 62
Bng 3.14. Bin dng ca cc mu xoắn ti thời đim ph hy 64
Bng 3.15. Gi tr ca h s D
4
64
Bng 3.16. Bng gi tr xc đnh cc h s cu D
5
64
Bng 3.17. Cc h s ca mô hnh ph hy Johnson – Cook 65

Bng 4.1. Cc thông s hnh hc ca nêm 83
Bng 4.2. Tnh cht cơ nhit ca vt liu ch to nêm cn 83
Bng 4.3. Điu kin mô phỏng 84
Bng 4.4. H s nhit ca thép C45 ở nhit đ 1150
0
C 85

viii



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hnh 1.1. Sơ đ nguyên l công ngh cn nêm ngang: 5
Hnh 1.2. Qu trnh cn nêm ngang chi tit trục bc 7
Hnh 1.3. Sơ đ lc tc dụng giữa kim loi v khuôn khi phôi ăn vo trục cn 8
Hnh 1.4. Mt s sn phm ca công ngh cn nêm ngang 10
Hnh 1.5. Khuyt tt hnh dng sn phm 11
Hnh 1.6. Khuyt tt b mt sn phm cn nêm ngang 12
Hnh 1.7. Sn phm trục bc 12
Hnh 1.8. Khuyt tt thắt ca phôi cn nêm ngang 13
Hnh 1.9. Khuyt tt hnh dng phôi cn nêm ngang 14
Hnh 1.10. Khuyt tt đnh hưng dc tâm phôi cn [34] 17
Hnh 1.11. S hp nht cc lỗ trng trong qu trnh ph hy [48] 17
Hnh 1.12. Khuyt tt trong tâm phôi cn. 18
Hnh 1.13. Ph hy phôi trong qu trnh cn nêm ngang 18
Hnh 1.14. S hp nht cc lỗ trng do ng sut chnh [48] 19
Hnh 2.1. Qu trnh ph hy vt liu 24
Hnh 2.2. Sơ đ s hnh thnh vt nt do lch tương tc vi nhau 25
Hnh 2.3. Phân t th tch cha khuyt tt. 26
Hnh 2.4. Đường cong ng sut bin dng ca thép C45 27

Hnh 2.5. S phụ thuc ca 

vo chỉ s trng thi ng sut. 31
Hnh 2.6. Đường cong ng sut bin dng ca thép C45 32
Hnh 3.1. Mu to R v bin dng theo cc chiu 45
Hnh 3.2. Biên dng hnh hc ca mu th kéo 45
Hnh 3.3. S phân b nhit đ ca mu th kéo theo tiêu chun ở 1200
0
C 45
Hnh 3.4. Mu th nghim kéo ở nhit đ cao 51
Hnh 3.5. Phân b nhit đ ca mu kéo tiêu chun ở 1200
0
C 48
Hnh 3.6. Ch đ nung mu khi thc hin th nghim ở nhit đ 1200
0
C 49
Hnh 3.7. Đ th phân b nhit đ trong ½ vùng lm vic ca cc mu kéo 49
Hnh 3.8. Kch thưc v hnh dng mu xoắn 51
Hnh 3.9. Đ th phân b nhit đ trong ½ vùng lm vic ca cc mu xoắn 49
Hnh 3.10. My th kéo nén (MTS) 52
Hnh 3.11. Mu sau th nghim kéo ở nhit đ thường 53
Hnh 3.12. Mu sau th nghim ở nhit đ cao 53
Hnh 3.13. Đ th ng sut – bin dng khi thay đi tc đ bin dng 54
Hnh 3.14. Đ th ng sut – bin dng khi thay đi nhit đ 55
Hnh 3.15. Đ th ng sut – bin dng mu kéo ngui 56

ix

Hnh 3.16. Đ th xc đnh gi tr h s B v n 56
Hnh 3.17. Đ th ng sut v bin dng ti cc nhit đ khc nhau 60
Hnh 3.18. Đ th xc đnh nh hưởng ca nhit đ 61
Hnh 3.19. Đ th lc – chuyn v ca cc mu to R 61
Hnh 3.21. Đ th quan h bin dng tương đương- chỉ s trng thi ng sut……………60
Hnh 3.20. Đ th ng sut tip – bin dng trưt 63
Hnh 3.21. Đ th xc đnh h s D5 65
Hnh 3.22. Điu kin biên v kt qu mô phỏng th nghim kéo 65
Hnh 3.23. Đường cong thc nghim - nhn dng 66
Hnh 3.24. Đường cong thc nghim - mô phỏng 67
Hnh 3.25. Lưi phn t v điu kin biên R 68
Hnh 3.26. Bin dng ca cc mu R 68
Hnh 3.27. Chỉ su th kéo trưc thời đim đt 0.1s 69
Hnh 3.28. Chỉ s trng thi ng sut trong tâm mu 69
Hnh 3.29. Thông s ph hy Johnson – Cook 69
Hnh 3.30. Phn t kim loi b xóa khỏi lưi 70
Hnh 3.31. Đ th 



mô phỏng – thc nghim………………………………………69
Hnh 4.1. Đường cong ng sut – Bin dng ca vt liu kim loi [63] 73
Hnh 4.2. Mô hnh hnh hc v mô hnh phn t hữu hn ca phôi cn 74
Hnh 4.3. Bin dng tương đương theo thời gian 75
Hnh 4.4. Trng thi ng sut 75
Hnh 4.5. Bin ph hy vô hưng D 76
Hnh 4.6. Hin tưng ph hy tâm phôi 76
Hnh 4.7. Trng thi ng sut 77
Hnh 4.8. Qu trnh ph hy tâm phôi 77
Hnh 4.9. Cc thnh phn ng sut ca phân t kim loi trong tâm phôi 78

Hnh 4.10. S phân b ng sut kéo trong tâm phôi 78
Hnh 4.11. S phân b chỉ s trng thi ng sut 79
Hnh 4.12. S phân b bin dng theo hưng knh 79
Hnh 4.13. S phân b bin dng theo hưng ngang 79
Hnh 4.14. S phân b bin dng tương đương 80
Hnh 4.15. Bin dng tương đương theo hưng chu vi 80
Hnh 4.16. Chuyn v ca cc phn t kim loi 81
Hnh 4.17. Bin ph hy vô hưng Johnson – Cook 81
Hnh 4.18. Kch thưc phôi v chi tit vt ren côn 82
Hnh 4.19. Nêm trên v nêm dưi 82
Hnh 4.20. Bn v lắp nêm cn v phôi 83

x



Hnh 4.21. Mô hnh phn t hữu hn ca phôi 84
Hnh 4.22. Mô hnh lắp ghép phn t hữu hn ca khuôn v phôi 85
Hnh 4.23. Tip xúc mt ti mt giữa phôi v khuôn 86
Hnh 4.24. Qu trnh cn chi tit ren tu đin 87
Hnh 4.25. Chi tit vt ren côn khi kt thúc qu trnh cn 87
Hnh 4.26. Mt cắt dc v mt cắt ngang chi tit vt ren côn 88
Hnh 4.27. Cc thnh phn ng sut ca mt phn t trong tâm phôi cn 89
Hnh 4.28. ng sut chnh trong tâm phôi 90
Hnh 4.29. Chỉ s trng thi ng sut trong tâm chi tit vt ren côn 91
Hnh 4.30. Bin dng theo cc phương ca chi tit ren tu đin 91
Hnh 4.31. S hnh thnh v pht trin khuyt tt trong tâm phôi cn 92
Hnh 4.32. Hin tưng lm đu chi tit ren 93
Hnh 4.33. Nhit đ phân b trong tâm phôi 93
Hnh 4.34. Phân b nhit đ trên cc đim trên phôi 94

Hnh 4.35. Bin ph hy vô hưng Johnson – Cook 95
Hnh 4.36. Lc tc dụng trên cc phương 95
Hnh 5.1. My cn nêm ngang 97
Hnh 5.2. Cơ cu điu chỉnh v nâng đỡ nêm cn 98
Hnh 5.3. Cơ cu nâng trưt nêm trên 98
Hnh 5.4. B phn g lắp v cha nêm lm vic 98
Hnh 5.5. Nêm trên v nêm dưi 99
Hnh 5.6. V tr đt c vt ca nêm trên v dưi 99
Hnh 5.7. Ren âm trên b mt khuôn cn 100
Hnh 5.8. Thit b đo p sut trên my cn nêm ngang 100
Hnh 5.9. Dp đu m v chi tit vt ren côn 101
Hnh 5.10. Sn phm vt ren côn sau dp đ m 101
Hnh 5.11. Sn phmt vt ren côn sau cn nêm ngang 102
Hnh 5.12. Vt ren côn thit k v vt ren côn thc 102
Hnh 5.13. Chi tit vt ren côn vi ph hy trong tâm 103
Hnh 5.14. Chi tit vt ren côn vi ph hy b mt 103
Hnh 5.15. Kt qu mô phỏng v thc nghim vi sai hỏng b mt 104
Hnh 5.16. Kt qu mô phỏng v thc nghim vi sai hỏng tâm phôi 104
Hnh 5.17. Hin tưng lm đu chi tiêt vt ren côn sau cn nêm ngang 104
Hnh 5.18. Hin tưng lm đu chi tiêt vt ren côn mô phỏng 104
Hnh 5.19. Kt qu mô phỏng v thc nghim chi tit không ph hy 105
1



M ĐU
1. Lý do chọn đề tài
Công ngh cn nêm ngang (CNCNN) đưc pht trin đ ch to phôi v cc chi tit cơ kh
có dng trục tròn xoay. Đây l phương php tiên tin cho năng sut cao, tit kim vt liu, dễ t
đng hóa v thân thin vi môi trường. Sn phm ca công ngh cn nêm ngang đưc s dụng

rng rãi trong nhiu ngnh, t ô tô, xe my… đn hng không, v trụ. V vy, loi hnh công
ngh ny có ng dụng thc t cao. Tuy nhiên, hn ch ca CNCNN l khuyt tt cơ hc hnh
thnh trong qu trnh cn vi ba dng: khuyt tt b mt (KTBM), khuyt tt hnh dng (KTHD)
v khuyt tt rỗng tâm (KTRT). C ba dng khuyt tt hnh thnh trong qu trnh cn. Chúng
đưc gi chung l khuyt tt cơ hc ca sn phm cn nêm ngang.
Đ đm bo yêu cu v cht lưng sn phm sau cn, cc chi tit đưc kim tra, đnh gi
mc đ khuyt tt v loi bỏ nu không đt yêu cu. Vi cc sn phm cha KTBM v KTHD
có kh năng pht hin v loi bỏ ngay sau qu trnh cn bằng quan st trc quan hoc cc thit
b đơn gin. Còn KTRT sn phm đòi hỏi cc nh nghiên cu, sn xut phi s dụng cc phương
php v thit b hin đi hơn như: knh hin vi đin t, siêu âm vt liu, cắt chi tit sau ch to
thnh cc phn khc nhau mi có th pht hin khuyt tt bên trong sn phm. Trên cơ sở đó,
cc chi tit không đt yêu cu v cht lưng b loi bỏ trưc khi đưa vo s dụng.
Trong ba dng khuyt tt k trên, khuyt tt rỗng tâm có nguy cơ tim tng v nguy him
nht vi qu trnh gia công v s dụng tip theo ca chi tit. V vy, nghiên cu nguyên nhân v
cơ ch hnh thnh dng khuyt tt ny có  ngha thit thc, nhằm nâng cao cht lưng, loi bỏ
cc sai hỏng sn phm cn nêm ngang v mở ra kh năng ng dụng CNCNN vo sn xut công
nghip ti Vit Nam.
Trong qu trnh cn nêm ngang (QTCNN), s bin dng ca phôi rt phc tp. Phôi chu
tc đng ca ng sut nén theo phương z, ng sut kéo theo phương x v y. Trng thi ng sut
trong phôi thay đi gây nên trng thi bin dng khc nhau giữa cc v tr trên phôi. Nu bin
dng ca vt liu phôi không th tnh ton, kim sot đưc th ph hy cơ hc sn phm cn xy
ra vi xc sut rt ln. V vy, nghiên cu trng thi ng sut - bin dng trong QTCNN đòi hỏi
mt phương php nghiên cu đc bit. Phương php có th mô t đưc trng thi ny khi cc
bin s (ng sut, bin dng, tc đ bin dng, nhit đ, ma st, cc thông s hnh hc ca khuôn
cn…) tc đng đng thời vo qu trnh to hnh thay đi theo thời gian. Phương php gii quyt
đưc yêu cu đó l s kt hp giữa: Mô hnh hóa (MMH) - Mô phỏng (MPS) -Thc nghim.
MHH cho phép nghiên cu cc hin tưng vt l bằng mt phương trnh ton hc tng qut
cc bin s tc đng vo qu trnh. Khi gi tr ca cc bin s ny thay đi, mô hnh mô t đy
đ ng x ca vt liu. Nhờ vy, vic phân tch trng thi ng sut-bin dng cng như quan h
giữa chúng trong QTCNN đơn gin hơn rt nhiu. Cc mô hnh đưc thit lp bằng cc phương

trnh ton hc trong cc phn mm MPS - mt công cụ mnh cho phép nghiên cu mi qu trnh
sn xut thc. S dụng cc phn mm mô phỏng s trong nghiên cu tit kim thời gian, chi ph
nguyên vt liu, trnh ri ro, nguy him cho con người, đng thời gim tc đng xu ti môi
2



trường. Kt qu nghiên cu hon ton chnh xc khi đưc kim chng bằng thc nghim. V vy,
vic kt hp cc phương php nghiên trên cu mang li hiu qu kinh t xã hi v kt qu nghiên
cu có đ chnh xc cao v đ tin cy cao.
Lun n "Nghiên cu cơ ch ph hy phôi trong qu trnh cn nêm ngang" có tnh thời
s, tnh cp thit đi vi vic ng dụng phương php sn xut tiên tin cho năng sut cao, an ton
vi môi trường vo sn xut công nghip ti Vit Nam.
2. Mc đch nghiên cu
Nghiên cu nguyên nhân, cơ ch ph hy phôi nhằm khắc phục v loi bỏ khuyt tt cơ
hc sn phm hnh thnh trong qu trnh cn nêm ngang, nâng cao cht lưng sn phm v kh
năng ng dụng ca công ngh cn nêm ngang.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cu
Chi tit cơ kh có dng trục tròn xoay.
4. Phương php nghiên cu
Nghiên cu l thuyt công ngh cn nêm ngang, l thuyt mô hnh hóa ng x cơ-nhit
ca vt liu, l thuyt ph hy dẻo vt liu kim loi, l thuyt đ bn, l thuyt bin dng dẻo.
Trên cơ sở đó, la chn phương php nghiên cu kt hp giữa: l thuyt- mô phỏng s - thc
nghim.
5. Ý ngha khoa học và ý ngha thc tin ca lun n
H thng hóa cơ sở l thuyt v ph hy cơ hc vt liu, khẳng đnh nguyên nhân
v cơ ch ph hy phôi. T đó ti ưu min thông s công ngh đ sn phm cn không
cha khuyt tt. Trên cơ sở kt qu nghiên cu, cc nh sn xut la chn ch đ công
ngh phù hp đ khắc phục v loi bỏ khuyt tt hnh thnh trong qu trnh cn, t đó
nâng cao cht lưng sn phm v hiu qu kinh t. Lun n l ti liu tham kho trong

ging dy Đi hc v Sau đi hc chuyên ngnh kỹ thut vt liu.
6. Những kết quả đạt được và những đóng góp mới ca lun n
Lun n đã phân tch cc mô hnh vt liu v la mô hnh chy dẻo, mô hnh ph hy dẻo
Johnson - Cook. Xây dng phương php xc đnh cc h s ca mô hnh (nhn dng mô hnh)
bao gm phương php thc nghim v tnh ton x l kt qu th nghim. Kt qu nhn dng 5
h s ca mô hnh thuc tnh: A = 510, B = 722, n = 0,36, C = 0,097, m = 0,432 v 5 h s ca
mô hnh ph hy D
1
= 0,009, D
2
= 1,48, D
3
= -2,66, D
4
= 0,164, D
5
= 0,623 cho vt liu thép
C45. Lun n đã mô hnh hóa v mô phỏng qu trnh th nghim đ so snh đường cong ng sut
bin dng thc nghim vi đ th nhn đưc t mô hnh hóa v mô phỏng s cho thy s tương
hp cao.
Mô phỏng s qu trnh cn nêm ngang đã đưc thc hin, phân tch kt qu mô phỏng s
xc đnh cc thông s ti ưu cho qu trnh công ngh. Da trên kt qu đã phân tch, min thông
s công ngh ti ưu đ chi tit an ton đưc gii hn: h s ma st t 0,48 đn 0,56, tc đ cn
3



t 150 đn 270 mm/s, nhit đ cn trong khong 1030
0
C đn 1150

0
C; khuyt tt ở tâm phôi
trong qu trnh cn nêm ngang có cùng bn cht như cc qu trnh rèn ép trục tròn; Cc thông s
p dụng cho QTCNN cho thy có th la chn ch đ v điu kin bin dng kh thi cho phép
loi tr cc nguyên nhân gây khuyt tt rỗng tâm.
Mc đ bin dng, bin ph hy vô hưng, chỉ s trng thi ng sut…những yu t tc
đng trc tip đn cơ ch ph hy phôi cn trong qu trnh to hnh đã đưc phân tch, đnh gi.
Cơ ch ph hy phôi l qu trnh gm nhiu giai đon t pht sinh khuyt tt, v tr khuyt, xut
hin v st nhp cc lỗ hng v kt qu cui cùng to lên đ xp nht đnh đ to mm dn đn
cc vt nt trong gii hn đa kch thưc vi mô v v mô phụ thuc vo mc đ bin dng. Chỉ s
trng thi ng sut ti vùng tâm ln lm tăng tc đ qu trnh to đ xp. V vy, ti ưu cc thông
s công ngh lm thay đi chỉ s trng thi ng sut theo hưng có gi tr âm nhằm hn ch s
pht trin ca khuyt tt trong tâm phôi.
Chi tit vt ren côn đã đưc ch to bằng công ngh cn nêm ngang vi cc thông s công
ngh tương t như qu trnh mô phỏng s. Sau QTCNN, chi tit vt ren côn đm bo yêu cu v
hnh dng. Chi tit ny đưc cắt theo mt cắt dc v mt cắt ngang đ kim tra cht lưng sn
phm. Kt qu, cc chi tit ch to vi thông s công ngh trong min không an ton, tâm phôi
b ph hy, cc khuyt tt trong tâm đnh hưng dc trục phôi. Ngưc li, cc chi tit đưc ch
to trong min thông s an ton chi tit không ph hy.
Kt qu nghiên cu cho thy, cc h s ca mô hnh đưc nhn dng hon ton chnh xc,
vic la chn mô hnh thuc tnh v mô hnh ph hy vt liu Johnson – Cook đ nghiên cu ph
hy phôi trong qu trnh cn nêm ngang mang li hiu qu cao.

Những đóng góp mới ca luận n:
Nghiên cu v nguyên nhân v cơ ch ph hy phôi trong qu trnh cn nêm ngang l mt
vn đ cp thit, ln đu tiên đưc thc hin ti Vit Nam. Kt qu nghiên cu đã h thng hóa
cơ sở l thuyt, thc nghim v mô phỏng s qu trnh cn nêm ngang.
Cc h s tnh đn nh hưởng ca tc đ bin dng (C, D
4
) ca mô hnh Johnson - Cook đã đưc

nhn dng bằng phương php lp tỉ l. nh hưởng ca vt thắt đn trng thi ng sut v bin
dng tương tương ti thời đim ph hy theo mô hnh Brigdman đã đưc p dụng đ xc đnh
cc h s D
1
, D
2
, D
3
ca mô hnh ph phy Johnson – Cook.
Da trên kt qu mô phỏng s, min thông s công ngh ti ưu đ sn phm cn không
cha khuyt tt: h s ma st t 0,48  0,56, tc đ cn t 150  270 mm/s, nhit đ cn t
1030
0
C  1150
0
C. Đây l cơ sở đ cc nh sn xut la chn thông s công ngh trong qu trnh
ch to cc chi tit bằng công ngh cn nêm ngang.
Lun n cho thy cơ ch ph hy phôi trong qu trnh cn nêm ngang l: s bin dng
không đng đu giữa cc lp kim loi; s chênh lch nhit đ giữa cc vùng kim loi trên phôi
to nên s khc nhau v tnh cht cơ hc giữa cc vùng lm xut hin cc ng sut dư bên trong
4



vt liu; chỉ s trng thi ng sut dương ln tp trung ti vùng tâm l nguyên nhân gây nên hin
tưng rỗng tâm sn phm.

Cc ni dung trong lun n
Lun n gm năm chương:
Chương 1: Gii thiu công ngh cn nêm ngang, cc dng khuyt tt cơ hc ca công ngh

ny. Những công trnh nghiên cu v ph hy phôi trong qu trnh cn nêm ngang đã đưc đưc
công b trong nưc v trên th gii. Những vn đ tn ti trong cc công trnh trên. Trên cơ sở
đó, lun n tp trung nghiên cu v khuyt tt rỗng tâm sn phm do nh hưởng ca cc thông
s công ngh v cc thông s vt liu.
Chương 2: Trnh by cơ sở l thuyt v cơ hc ph hy vt liu, l thuyt bin dng dẻo
vt liu kim loi, trong đó cc mô hnh thuc tnh v mô hnh ph hy vt liu trên cơ sở cơ hc
môi trường liên tục v mô hnh hóa cc hin tưng. Qua phân tch, mô hnh thuc tnh v mô
hnh ph hy Johnson – Cook đã đưc la chn nghiên cu, p dụng d bo ph hy phôi trong
qu trnh cn nêm ngang.
Chương 3: Nhn dng mô hnh thuc tnh v mô hnh ph hy vt liu Johnson – Cook.
Kt qu nhn dng đưc kim chng bằng mô phỏng s.
Chương 4: S dụng kt qu nhn dng mô hnh ở chương 3 đ mô phỏng bi ton cn nêm
ngang chi tit trục tròn xoay, chi tit vt ren côn bằng phn mm ABAQUS. Trên cơ sở kt qu
mô phỏng s, quan h giữa cc thông s tc đng đn qu trnh ph hy tâm phôi đã đưc phân
tch, đnh gi. Xc đnh nguyên nhân v cơ ch ph hy phôi trong qu trnh cn.
Chương 5: Trên sở kt qu mô phỏng, gi tr ca cc thông s công ngh đã s dụng trong
mô phỏng đưc dùng đ ch to chi tit vt ren côn bằng công ngh cn nêm ngang. Sn phm
cn đã đưc kim tra cht lưng v hnh dng bên ngoi v khuyt tt bên trong vt liu. So snh
kt qu thc nghim đi vi mt s chi tit có v không có ph hy cho phép xc đnh đ tin cy
ca min thông s đã tm ra trong mô phỏng. V khẳng đnh đ chnh xc ca mô hnh vt liu
đã la chn trong nghiên cu.
5



CHƯƠNG 1 TNG QUAN
1.1. Giới thiu qu trnh cn nêm ngang
Cn nêm ngang l mt loi hnh công ngh gia công kim loi bằng p lc đưc s dụng đ
sn xut phôi đnh hnh, phôi trung gian cho cc qu trnh gia công tip theo như rèn, dp khi.
Trong nhiu trường hp, công ngh ny có th sn xut trc tip ra cc chi tit dng tròn xoay

vi cht lưng tt, h s s dụng kim loi cao, đp ng đưc yêu cu v cơ, l tnh trong điu
kin lm vic nng.
1.1.1. Sơ đ nguyên lý
V cơ bn, công ngh cn nêm ngang đưc xây dng như mt trường hp đc bit ca
công ngh cn ngang, khi coi bn knh trục cn rt ln (). Trục cn đưc thay th bằng hai bn
nêm phẳng (trên b mt bn khuôn có phn hnh nêm nhằm gia công đnh hnh chi tit).

Hnh 1.1. Sơ đ nguyên l công nghệ cn nêm ngang
1- Bn nêm trên; 2-Phôi; 3- Bn nêm dưi.
Hnh 1.1 mô t sơ đ cn nêm ngang s dụng nêm cn c đnh pha dưi v nêm cn dn
đng pha trên. Phôi đưc đt ti phn đu vo ca nêm cn dưi. Nêm trên chuyn đng tnh
tin song song vi nêm cn dưi, nhn nêm trên vo phôi, khi bn nêm trên chuyn đng, nhờ
có ma st nên phôi chuyn đng theo. Trong qu trnh cùng chuyn đng, phôi chu tc đng ca
lc cn P
x
do tip xúc vi dụng cụ nêm phẳng, lc ny gây nên chuyn đng quay ca phôi, lc
P
z
to bin dng hưng tâm phôi, P
y
to bin dng dc trục. C hai nêm cn có mt cnh nghiêng
M, mt nghiêng ny đy kim loi chuyn dch mt phn theo chiu dc ca phôi to nên kch
thưc chiu di cui cùng sn phm. Phn kim loi còn li đưc đnh hnh bằng b mt K ca
nêm cn. Trong qu trnh cn, vùng bin dng dẻo liên tục dch chuyn theo nêm cn t giữa
phôi ra hai pha, hnh thnh cc biên dng theo yêu cu thit k. Ti vùng đnh kch thưc ca
sn phm, cc dao cắt H đt ở hai bên ca nêm cn có nhim vụ cắt bỏ phn tha khi chi tit đã
1

2
3

6



hon chỉnh. Kt thúc qu trnh, sn phm đưc đy ra khỏi nêm cn, nêm trên trở v v tr ban
đu.
1.1.2. Cc thông số cơ bản ca qu trnh
Chiu di ca nêm cn đưc chia lm 4 vùng:
Vùng ct đưc b tr ở pha đu nêm cn, vùng ny có nhim vụ đm bo điu kin ăn phôi
t thời đim phôi bắt đu tip xúc vi nêm cn cho ti khi phôi đt đưc lưng ép r. Phôi chuyn
đng theo mt chiu, đm bo điu kin quay phôi n đnh khi chuyn đng vo cc vùng tip
theo.Vùng ny có chiu di L
1
, phụ thuc vo đường knh ca phôi (hnh1.2);
Vùng dn có chiu di L
2
, chiu di nhỏ nht ca vùng ny bằng chu vi ca phôi, trong vùng
ny phôi đưc to lưng ép nhỏ ban đu;
Vùng tạo hnh có chiu di L
3
, phôi b bin dng ch yu trong vùng ny to nên hnh dng
ca sn phm, kch thưc ca vùng ny phụ thuc vo hnh dng ca nêm đnh hnh;
Vùng đnh kch thưc, trong vùng ny phôi cn n đnh trng thi bin dng, chiu di vùng
đưc k hiu L
4
, ti vùng ny đưc b tr dao cắt đ bỏ đi phn tha ca chi tit.
Hnh chiu bằng ca nêm cn dùng đ ch to chi tit trục bc, mt chi tit tiêu biu ca công ngh
cn nêm ngang đưc th hin trong hnh 1.2, trong đó cc k hiu:
L - tng chiu di ca nêm cn
d - đường knh phôi sau to hnh; D

0
-đường knh phôi trưc khi to hnh
 - h s bin dng:   







r – lưng ép tuyt đi: r = D
0
- d.
Cc thông s chnh ca nêm cn đưc đnh ngha như sau:
o β- gc nêm hay gc tạo hnh, xc đnh tc đ dch chuyn ca vùng bin dng dc theo
trục ca phôi;
o α - gc nghiêng thnh bên hay gc p, xc đnh kch thưc b mt tip xúc giữa phôi v
khuôn cn cng như kch thưc ca vùng bin dng;
o - gc nâng đưc thit k đ duy tr điu kin ăn phôi ti vùng đu vo ca nêm. Trong
phm vi ton nêm, góc nâng  có th đưc thit k đ tăng dn lưng ép theo hnh trnh
ca nêm cn. Tương quan giữa góc nâng  vi cc góc ,  đưc xc đnh theo biu thc:

(1.1)
7




Hnh 1.2. Qu trnh cn nêm ngang chi tit trục bậc
a) Mô hnh qu trnh b) Bnh chiu bằng ca bn nêm phẳng c) Chi tit trục bậc

Mc đ bin dng có th xc đnh bởi công thc:
ε = D
0
/d
(1.2)
My cn nêm ngang vi bn nêm phẳng có nhiu ưu đim so vi my cn ngang trục tròn
như: dễ ch to, đ chnh xc cao v gi thnh thp. Khi ch to nêm cn chỉ s dụng thit b
phay v thit b mi đơn gin [37]. Phôi cn chuyn đng n đnh trên bn nêm phẳng. Sn phm
nhn đưc t vic s dụng loi nêm cn có đ chnh xc cao (

0,01…

0,5 mm). Dụng cụ
nêm phẳng có đ cng v tui th cao, (500.000 sn phm mi phi thay th), có th ch to t
cc tm ghép vi cc loi thép khc nhau. Vn đu tư thp, gi thnh h, điu khin v điu chỉnh
đơn gin, dụng cụ thay th v chuyn đi nhanh đi vi cc chi tit mi, qu trnh t đng ho
hon ton. Trong khi đó, qu trnh cn giữa hai trục tròn phi có cc dn hưng lắp ghép phc
tp. Trong trường hp cn giữa hai trục tròn, th t vùng trễ v vùng vưt ngưc li so vi qu
trnh cn dc. Chnh v vy, ng sut b mt l ng sut kéo nên trên thc t cc khuyt tt b
mt hnh thnh trong qu trnh cn. Cn trên bn nêm phẳng khắc phục đưc nhưc đim trên
nên có th nói đây l trường hp ti ưu nht ca CNCNN.
1.1.3. Điều kin quay phôi
Điu kin quay phôi trong qu trnh cn đng thời l điu kin ăn phôi vo khuôn cn. Đ
phôi có th quay v bin dng trong qu trnh cn, điu kin ma st phi đưc xc đnh. Xét mô
hnh hai chiu đơn gin ca qu trnh cn ngang như hnh 1.3. Khuôn trên v khuôn dưi chuyn
đng theo hưng vuông góc vi trục ca phôi, khuôn cn bắt đu tip xúc vi phôi ti đim tip
tuyn. Nu phôi không quay ti đim tip xúc ny, dụng cụ s giữ phôi cho ti khi tip xúc vi
vùng tip theo v trở thnh mt đường tip xúc. Đây l điu kin gii hn v s quay phôi. Căn
c sơ đ tc dụng ca lc trên b mt tip xúc giữa kim loi v khuôn ti thời đim ban đu (hnh
1.3), lc tng hp đưc phân tch thnh hai thnh phn lc php tuyn N v lc ma st F. Áp

sut dc theo chiu di vùng tip xúc có th thay đi, gi thit rằng lc tng hp đi qua tâm phôi.
L1
L2
L3
L4
b)
a)
c)
D
0
8



Điu kin quay ca phôi trong qu trnh cn nêm ngang đưc chng minh như sau (cc công thc
t (1.3) đn (1.9) tham kho ti liu [68]):
Lc ma st F vuông góc v tỉ l vi lc N theo công thc:
F = μ.N,
(1.3)
trong đó, μ h s ma st giữa phôi v khuôn. Đ phôi quay, điu kin mô men ma st M
F
phi ln
hơn hoc cân bằng vi mô men M
N
ca lc php tuyn, ngha l:
M
F
≥ M
N
hoc F.a ≥ N.b

(1.4)

Hnh 1.3. Sơ đ lc tc dụng gia kim loại v khuôn khi phôi ăn vo trục cn
trong đó a -khong cch giữa hai lc ma st F; b -khong cch giữa hai lc php tuyn N. T đó
ta có bt đẳng thc μ ≥ b/a, khi b = r/2 sin v a = 2b/ tan, hay μ ≥ tan /2 vi r l s gim
bn knh ca phôi,  l góc nâng ca phôi.
T tương quan hnh hc trên hnh 1.3 v gi thit chiu di AD = r
0
, ta có
sin = r/2b = b/r
0
,
(1.5)
vi r
0
l bn knh ban đu ca phôi, t đó ta có điu kin quay phôi như sau







 




hoc










(1.6)
Bt đẳng thc trên gii hn điu kin quay phôi. Nu 





đưc đnh ngha như l
s gim bn knh gii hn:









  


(1.7)

Trên thc t h s bin dng đưc s dụng như mt thông s quan trng trong vic thit
k khuôn cn nêm ngang, h s ny đưc đnh ngha như sau:
 = (S
0
– S)/S
0
= 1- (r/r
0
)
2

(1.8)
H s bin dng liên h vi h s ma st như




=









(1.9)
trong đó: S
0

, r
0
- din tch thit din ngang v bn knh ban đu ca phôi cn
9



S, r - din tch thit din ngang v bn knh sn phm cn
Phương trnh (1.9) l điu kin ăn phôi vo khuôn cn, cho thy lưng ép ca phôi b
gii hn bởi h s ma st. Trong trường hp ngưc li, hin tưng phôi không ăn vo trục hoc
qu trnh trưt cục b hay trưt ton phn xy ra trong sut hnh trnh chuyn đng ca nêm cn
trên.
1.1.4. Trạng thi ng sut và biến dạng
Nhiu nghiên cu [2, 60, 61, 72] cho thy, bn cht ca qu trnh cn ngang (cn vi hai
trục tròn), cn nêm ngang (cn vi hai bn nêm phẳng) cng như qu trnh ép cc thanh hnh tròn
giữa hai tm phẳng có bn cht như nhau. V vy, đ xem xét bin dng người ta đã thay th qu
trnh cn nêm ngang bằng qu trnh ép phôi hnh trụ. Trong qu trnh cn nói chung v qu trnh
cn nêm ngang nói riêng, đi vi cc chi tit đi xng, trng thi bin dng phẳng s xut hin
ti tit din giữa ca phôi. Căn c vo s liên h giữa ng sut v bin dng, vi gi thit trục
tung v trục honh ca h ta đ l cc trục chnh th ng sut ti tit din ở giữa phôi theo
phương dc trục bằng trung bnh cng ca hai ng sut còn li. Trng thi ng sut v bin dng
trong phôi phụ thuc vo cc điu kin cn v bn cht vt liu, có vai trò quyt đnh cht lưng
sn phm cn nêm ngang cng như tui th ca nêm, gi tr ca thông s ny cho phép tnh lc
v mô men trong QTCNN.
Thông s hnh hc nh hưởng đn trng thi ng sut-bin dng ca kim loi trong QTCNN
l tỉ s m giữa chiu rng vùng bin dng b v chiu cao phôi h.
m = b/h
(1.10)
Qu trnh cn ngang v CNN vi lưng ép nhỏ so vi kch thưc tit din ca phôi nên nh
hưởng ca vùng cng bên ngoi rt ln. Đi vi những trường hp như vy, bi ton tm trng

thi ng sut v bin dng đưc gii bằng phương php đường trưt. Nghiên cu trong trường
hp bin dng phẳng lm cho bi ton đơn gin hơn khi gii bằng phương php đường trưt. H
s trng thi ng sut, trong trường hp ny tnh đn nh hưởng vùng ngoi ti ng sut php b
mt phôi đưc biu th bằng tỷ s:
n

= p/2k
(1.11)
trong đó: n

- h s trng thi ng sut;
p - ng sut trung bnh trên b mt tip xúc;
k - hằng s dẻo ca kim loi hoc trở lc trưt.
Khi ép ngang phôi tròn đc ở trng thi dẻo bằng cc tm song song, cn phân bit hai
trường hp. Trường hp th nht, khi gi tr m không ln, vùng bin dng dẻo (vùng dẻo) không
thm thu đn tâm phôi. Trường hp th hai, khi gi tr m ln, vùng dẻo thm thu ti tâm phôi
v lan khắp chiu dy h.
10



1.1.5. Cc thông số đng lc học
Lc tng hp trong qu trnh cn đưc phân tch thnh ba thnh phn theo ba trục ta đ x,
y, z, trong đó P
X
-lc đy; P
Y
-lc dc trục; P
Z
-lc ép. Áp lc bin dng ton phn tương đương

vi lc tng hp ca cc lc P
X
, P
Y
, P
Z
.
 Lc đy phôi chuyn đng trong qu trnh cn xc đnh theo công thc sau:










 





(1.12)
trong đó: μ h s ma st giữa phôi v khuôn nêm.
 Lc đy P
X
l thnh phn dn đng ca khuôn theo phương nằm ngang
 Р

Y
l thnh phn lc dc trục tc dụng giữa khuôn v phôi, thông thường đưc trit tiêu
bởi cc phn khc nhau ca khuôn v ca phôi. Tùy thuc vo kt cu ca khuôn, lc ny
có th kéo hoc nén. Trong trường hp lc ny qu ln gây nên ng sut kéo trong tâm
phôi cn.
 Lc ép Р
Z
l thnh phn thẳng đng ca lc tng hp có gi tr bằng lc ép phôi theo hưng
qua tâm đm bo phôi bin dng t kch thưc D
0
xung d.
1.2. Sản phm cn, phế phm và đc đim khuyết tt
Ngy nay, CNCNN đưc s dụng rng rãi đ sn xut cc sn phm tròn xoay, cc chi tit có
hnh dng phc tp như mt tròn, mt côn cu vi cc rãnh v profile khc nhau (hnh 1.4). Mt s
sn phm đc trưng ca công ngh ny như trục răng cho cc loi hp s, mi khoan, bulông,
cht, vt ren tu đin, đu đn, trục xe đp Vt liu s dụng đ ch to cc chi tit bằng CNCNN
ny rt đa dng như: thép cc bon, hp kim trên nn đng, titan, niken v cc hp kim nn zircon.

Hnh 1.4. Mt s sn phẩm ca công nghệ cn nêm ngang [7].
1.2.1. Yêu cu về cht lượng sản phm
Cc điu kin công ngh đã nêu trên có nh hưởng rt ln đn yêu cu cht lưng sn
phm cn v cơ, l tnh, hnh dng hnh hc theo yêu cu kỹ thut ca chi tit. S bin dng phc
tp ca phôi, s tn ti ma st giữa phôi v nêm cn có nh hưởng rt ln đn cht lưng sn
11



phm. Cc vn đ ny đã to ra mt thch thc không nhỏ khi nghiên cu v cht lưng sn
phm, chúng tn ti do bn cht ca qu trnh bin dng ln. Đó l s bin dng không n đnh
theo ba chiu ca dòng chy kim loi trong qu trnh cn. Trên thc t, chưa có mt mô hnh vt

l no có th mô t tng hp đưc cc vn đ quan trng thường gp phi khi nghiên cu v
khuyt tt sn phm trong QTCNN. Dong Y [23] tng kt ba vn đ l: 1-S trưt ban đu giữa
phôi v khuôn cn, s trưt ny ngăn cn s quay ca phôi gây nên những khuyt tt hnh dng
sn phm. 2- Ph hy trong tâm phôi cn theo hiu ng rỗng tâm - hiu ng ny đưc cho l do
s hnh thnh v pht trin ca lỗ trng v vt nt trong tâm phôi. 3- Khuyt tt b mt sn phm
cn. Mi nghiên cu đu tp trung vo gii quyt ba vn đ trên nhằm nâng cao cht lưng sn
phm ca CNCNN.
1.2.2. Khuyết tt hnh dạng
Mt trong những dng sai hỏng cơ bn thường gp ca công ngh cn nêm ngang l sai
hỏng hnh dng hnh hc ca chi tit so vi thit k ban đu. Khuyt tt dng ny gm cc hin
tưng méo mó, vn xoắn chi tit (hnh 1.5). Nguyên nhân dn đn sai hỏng ny l do phôi b nén
m không có bin dng đ ln quanh trục, do s trưt ca phôi trên b mt tip xúc vi nêm khi
lc ma st giữa phôi v nêm không đ ln đ phôi có th quay n đnh. Nu cp lc gây nên bin
dng phôi ln hơn cp lc tc đng t pha nêm cn do ma st th s quay ca phôi s không xy
ra, phôi s b trưt giữa hai b mt tip xúc vi nêm. S trưt ca phôi m không có bin dng
s hnh thnh nên khuyt tt hnh dng. Khuyt tt ny liên quan đn nêm cn vi cc thông s
hnh hc phc tp. V vy, khắc phục chúng bằng cch tnh ton thit k ti ưu kch thưc nêm.

Hnh 1.5. Khuyt tật hnh dạng sn phẩm
a) Khuyt tật hnh dạng b) Sn phẩm không khuyt tật
Ma st l mt yu t nh hưởng trc tip đn s hnh thnh khuyt tt dng ny. Vic xc
đnh ma st giữa nêm cn v phôi tương đi phc tp, bởi ma st l mt hm s ca cc thông s
hnh hc ca nêm, vt liu ch to nêm cn v vt liu phôi cng như điu kin to hnh. Ma st
nhỏ gây nên hin tưng trưt ca phôi trên b mt nêm. Cc nghiên cu v nh hưởng ca h s
ma st đn cht lưng sn phm đã đưc công b trong mt s công trnh [21, 22, 27]. S trưt
trơn trong vùng cắt v vùng dn l nguyên nhân gây ra khuyt tt hnh dng sn phm, kt lun
ny đưc Qiang Li [48] công b năm 2004.
a)
b)
12

1.2.3. Khuyết tt bề mt
Dng khuyt tt cơ hc th hai thường gp phi trong qu trnh cn nêm ngang l KTBM,
bao gm cc hin tưng rãnh xoắn, nt, ba via (hnh 1.6).

Hnh 1.6. Khuyt tật b mặt sn phẩm cn nêm ngang
1) Khuyt tật ba via; 2) Khuyt tật b mặt; 3)Rnh xon; 4)Tht; 5)Khuyt tật rỗng tâm
Mc đ bin dng l thông s quyt đnh đn s hnh thnh KTBM sn phm cn nêm
ngang. Cc yu t nh hưởng đn s bin dng ca phôi l cc thông s hnh hc ca nêm cn,
tc đ bin dng, nhit đ to hnh v h s ma st Trong đó, bin dng tương đương l thông
s nh hưởng ln nht đn s hnh thnh khuyt tt dng ny, nó đưc biu diễn theo công thc
(1.13) [48].  đó, phân s th nht biu th nh hưởng ca góc p lc , phân s th hai k đn
nh hưởng ca góc to hnh , phân s th ba đc trưng cho h s bin dng ca phôi cn. Bên
cnh đó, phân s th ba còn liên h vi bin dng th tch ca phôi cn (hnh 1.7).








 








 





 




(1.13)
Khi góc p lc tăng th h s bin dng tăng, điu ny có ngha l din tch tip xúc giữa
phôi v khuôn tăng nên kh năng bin dng ca phôi tăng. Khi góc to hnh ln, bin dng dc
trục ln. Nu phôi b bin dng qu ln, xc sut xy ra ph hy vt liu ln v hin tưng ph
hy phôi thường có đnh hưng dc trục.

Hnh 1.7. Sn phẩm trục bậc
V vy, xc đnh h s bin dng tng trong qu trnh cn nêm ngang nhằm mục đch nghiên
cu d bo ph hy phôi. Trên cơ sở thc hin th nghim vi cc thông h s bin dng tng
khc nhau, Qiang Li v cc cng s [48] đã đưa ra kt lun rằng: nu h s bin dng tng ln
hơn 0,6 khuyt tt hnh thnh trong tâm phôi v h s ny nhỏ hơn 0,6 sn phm an ton.
Rãnh xoắn: hnh thnh l do mt s nguyên nhân cơ bn sau: s pht trin ca cc vt nt
tn ti gn b mt phôi; s thay đi din tch tip xúc ca phôi vi cc vùng trên nêm cn; s
pht trin ca cc vt nt v lỗ trng tn ti trong phôi. Khi nghiên cu v dng khuyt tt ny,
13

Pater Z [47] thy rằng khuyt tt ny hnh thnh khi ma st giữa khuôn v phôi ln. Cùng quan
tâm đn vn đ đó, Thompson v Hawkyard [61] kt lun ma st tip xúc giữa phôi v khuôn to
nên khuyt tt trên b mt phôi. Nhưng tc gi ny li cho rằng cn s dụng ma st ln trong qu
trnh to cn nhằm hn ch khuyt tt b mt sn phm. Ông cng đưa ra phương php tăng ma
st tip xúc giữa phôi v nêm cn bằng cch to răng cưa lên b mt nêm cn. Phương php ny
đã đưc hu ht cc công trnh nghiên cu sau ny s dụng khi tin hnh thc nghim vi h s
ma st ln.
Nghiên cu v khuyt tt b mt, Hu v cc cng s [30] đã chỉ ra rằng: ng sut khc
nhau ti cc mt cắt ca phôi, s giãn nở nhit không đng đu trong cc vùng vt liu ca phôi
v ng sut kéo xut hin trong tâm phôi l những nguyên nhân gây ra loi khuyt tt rãnh xoắn.
Tc gi cho rằng, xut hin đng thời vi khuyt tt rãnh xoắn l khuyt tt thắt. S xut hin
ca cc rãnh xoắn song song lm mở rng cc vt nt tn ti trên b mt ca phôi, khuyt tt ny
tăng lên khi ma st ln [62].
Khuyt tật thắt: khuyt tt ny hnh thnh khi vt liu b bin dng ln, khi có s tn ti
ca lc đi xng trục. Nu lc ny vưt qu gii hn bn ca vt liu ch to phôi, khuyt tt
thắt bắt đu xut hin ở v tr phôi có đường knh nhỏ nht (hnh 1.8). Qiang Li [48] cho rằng:
khi h s bin dng ln ( > 0,7) hin tưng phôi b thắt bắt đu xut hin. Nghiên cu ca tc
gi khc kt lun: loi khuyt tt ny hnh thnh do s tnh ton cc thông s hnh hc ca nêm
cn chưa ti ưu (góc to hnh nhỏ, góc p lc ln v góc nâng ln) [45]. Schukin V.Y [52] khẳng
đnh lc dc trục l nguyên nhân gây ra ng sut kéo, nu ng sut ny vưt qu gii hn bn
ca vt liu th KT thắt xut hin ở v tr có đường knh nhỏ nht ca phôi cn.

Hnh 1.8. Khuyt tật tht ca phôi cn nêm ngang
a) Khuyt tật tht b) Sn phẩm không khuyt tật
Ba via: khuyt tt ny thường tn ti trên b mt ca cc sn phm cn nêm ngang khi s
dụng nêm cn vi cc cnh sắc nhn v góc to hnh nhỏ. Đi vi sn phm cn vi h s bin
dng ln, xc sut hnh thnh ba via trên sn phm cn rt ln [20].
Khuyt tật chùn: xy ra vi góc to hnh nhỏ vi nêm cn sắc nhn, trong qu chuyn
đng, phôi tip xúc vi nêm, vt liu có xu hưng b gp li [21]. Khi phôi bin dng đưc 70%,

a)
b)
14



hin tưng chùn đu xy ra (hnh 1.9). Ngoi ra, nguyên nhân ca khuyt tt chùn do s bin dng
mãnh lit dc trục ca phôi [32].

Hnh 1.9. Khuyt tật hnh dạng phôi cn nêm ngang
T những khuyt tt hnh dng thường gp ca sn phm cn nêm ngang đã phân tch cho
thy: nguyên nhân hnh thnh chúng ch yu liên quan đn cc thông s ca nêm cn như: góc
to hnh, góc p lc, góc nâng v h s bin dng. Đ khắc phục cc loi khuyt tt ny, phi ti
ưu nhim vụ thit k nêm cn v la chn h s ma st hp l cho tng sn phm cụ th. Qiang-
Li v cc cng s [48] đã nghiên cu v nh hưởng ca cc thông s hnh hc ca khuôn đn s
hnh thnh khuyt tt sn phm trong QTCNN. Tc gi cho rằng, khuyt tt hnh dng tn ti vi
nguyên nhân ch yu l do s trưt ca phôi trên b mt khuôn. Lc tip tuyn v php tuyn
trên b mt tip xúc giữa nêm cn v phôi to thnh cc cp lc trc đi. Nu mô men ca lc
tip tuyn trên phôi nhỏ hơn mô men ca lc php tuyn th bin dng không xy ra, phôi s
trưt trên b mt nêm cn. Như vy, p lc tc đng lên phôi m không to ra bin dng. S trưt
không mong mun xy ra trong giai đon đu ca qu trnh cn l nguyên nhân dn đn sai lch
hnh dng ca sn phm.
Nghiên cu v sai hỏng hnh dng đưc thc hin bằng vic kt hp nghiên cu thc
nghim vi mô phỏng s đ đnh gi s tc đng ca cc yu t trên đn sai hỏng sn phm. Mt
s nghiên cu [18, 23, 40, 46, 54, 67, 71] đã s dụng phương php ny đ nghiên cu nguyên
nhân v bin php php khắc phục khuyt tt hnh dng ca sn phm cn nêm ngang.
1.2.4. Khuyết tt rỗng tâm
Khuyt tt rỗng tâm hnh thnh trong QTCNN có nguyên nhân ch yu t s bin dng
phc tp ca phôi: bin dng kéo theo hưng trục, nén theo hưng knh v mở rng theo hưng
ngang (xét theo tng mt cắt ngang). Bên cnh đó, mc đ bin dng thay đi theo tng vùng

hnh hc ca khuôn nêm (vùng cắt, vng dn, vùng to hnh v vùng đnh kch thưc) cng l
nguyên nhân gây nên KT trong tâm phôi.  vùng cắt, phôi b bin dng ch yu theo hưng knh,
đn vùng dn bin dng dc trục bắt đu xy ra nhưng vi mt lưng nhỏ, tip đn vùng to hnh
bin dng ln xy ra theo tt c cc phương to nên hnh dng sn phm theo yêu cu thit k.
Trong vùng đnh kch thưc, phôi bin dng vi mt lưng rt nhỏ ch yu có tc dụng tinh chỉnh
15



hnh dng sn phm. S bin dng không đu ca phôi khi đi qua cc vùng ca nêm cn l nguyên
nhân gây nên vt nt v lỗ trng bên trong vt liu. Đây có th coi l qu trnh to mm lỗ xp
vi mô gây nên ph hy vt liu.
Năm 1885, Mannesmann [30] pht hin ra s hnh thnh cc lỗ trng v vt nt trong khi
rèn cc chi tit hnh trụ. T hin tưng đc đo ny, tc gi tin hnh nghiên cu bằng thc
nghim cn cc chi tit hnh trụ đ thit lp điu kin hnh thnh lỗ trng v vt nt trong phôi
khi cn ngang. Tc gi kt lun rằng qu trnh bin dng dẻo ca phôi rt phc tp do s kt hp
ca vic nén theo hưng knh, mở rng theo hưng trục v nén hưng ngang diễn ra đng thời
đ đt đưc hnh dng ca chi tit cui cùng. Gi tr đ ln ca cc thnh phn bin dng dẻo
theo cc hưng phụ thuc vo hnh dng ca nêm cn v h s bin dng ca cc chi tit gia
công. Sau th nghim, Mannesmann quan st bằng knh hin vi đin t, tc gi pht hin ra những
lỗ trng không liên tục xut hin trong t chc ca vt liu. Vi những mu th nghim có lỗ
trng tn ti th đ bn ca vt liu gim đi nhiu. Cc nghiên cu đưc tip tục những mu th
nghim có nhiu lỗ trng v vt nt hơn. Tc gi nhn thy khi mt đ lỗ trng v vt nt ln
đn mt gi tr no đó, vt liu coi như b ph hy v loi bỏ. Tc gi cho rằng, nu cc thông s
công ngh không đưc tnh ton ti ưu th những lỗ trng, vt nt s pht trin trong sut qu
trnh cn.
Cùng nghiên cu v vn đ ny, Hu ZH v cc cng s [30] cho rằng vt nt v lỗ trng
đnh hưng dc theo tâm phôi; Tselikov AI [60] đưa ra kt lun sau khi nghiên cu qu trnh cn
phôi hnh trụ rằng khuyt tt rỗng tâm hnh vnh khuyên đnh hưng theo hưng knh ca phôi;
Siminov [39] nghiên cu s hnh thnh khuyt tt khi cn những thanh thép hnh trụ li cho rằng

s hnh thnh khuyt tt cu trúc bên trong sn phm cn l do s kt hp giữa ng sut tip (ch
yu) v ng sut kéo (th yu) trên phôi, tc gi cho rằng khuyt tt trong tâm phôi pht trin
nhanh do ng sut nén v ng sut kéo, ng sut ny đưc sinh ra do ti trng chu kỳ sau khi
phôi quay.
Teterin PK, Liuzin JF [58] cho rằng bin dng dẻo mãnh lit xy ra trong tâm phôi dn đn
ph hy tâm phôi. Ngưc li, Tselikov [60] cho rằng ph hy tâm phôi l do s tch ly ng sut
kéo trong qu trnh bin dng ca phôi, tc gi tm ra ng sut kéo ở trong tâm phôi tăng lên cùng
vi s tăng s vòng quay ca phôi. Danno v Awano [20] tip tục nghiên cu sâu hơn v vn đ
ny, cc tc gi nghiên cu s tăng kch thưc lỗ trng trong tâm phôi do phôi quay v khẳng
đnh rằng lỗ trng ln lên l do ng sut kéo v bin dng trưt tp trung ti tâm phôi.
Mt s công b [26, 59] phân tch s hnh thnh lỗ trng v vt nt trong tâm phôi cn s
dụng l thuyt trường đường trưt. Tselikov [60] đ xut phương php gn đúng đ tnh ton gi
tr ng sut kéo ln nht ti tâm ca phôi bằng bin dng phẳng vi cc mt cắt ngang ca phôi.
Cc th nghim đưc thc hin trên my cn ngang hai trục. Thông s thu đưc quy đi tương
đương sang hai chiu vi tnh ton trên mt phẳng ng sut bin dng s dụng l thuyt trường
đường trưt. Vi phương php tip cn tương t, Hayama H [28] cng s dụng phương php ny