Các phương pháp gia công biến dạng

MSE 441

GIA CÔNG BIẾN DẠNG
Deformation Processing

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Overview
• Introduction
• Rolling
• Extrusion
• Drawing

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Introduction
Gia công biến dạng kim loại thực chất là lợi dụng tính
dẻo để làm thay đổi hình dạng của sản phẩm nhờ lực
tác dụng thông qua dụng cụ và khuôn. Ngoại lực là yếu
tố cơ bản trong gia công áp lực, nó góp phần tạo ra hình
dáng của vật thể và qua đó mà vật thể có cơ tính cao
hơn, làm giảm lượng tiêu hao nguyên liệu

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

• True strain:

ε=

L

dL
L
=
ln
∫L L
L0
0

• In the plastic region:

σ = K .ε n

Where:
K- hardening coefficient;
n- strain hardening exponent

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Diagram of a Stress-strain curve, showing the relationship between stress
(force applied) and strain (deformation) of a ductile metal

.

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Nhiệt độ biến dạng
Nhiệt độ kết tinh lại =0,5Tnc (K)
Biến dạng nguội: T < 0,4Tnc: σ = K ε n
Biến dạng nóng: T > 0,6Tnc:

K.ε
Yf =
1+ n
n

K = the strength coefficient, MPa; n = the strain hardening exponent

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

• Trạng thái ứng suất:
σ1

σ1

σ2
σ3

σ2
σ3

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

• Ứng suất chảy: Giá trị
không đổi của ứng

suát cần thiết để duy trì
biến dạng vật liệu. Flow
stress:
Yf = K.ε n
• Ứng suất chảy trung
bình:

σ
Yf
Yf
Y

K .ε n
Yf =
1+ n
Shear rate

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Những định luật cần quan tâm
khi gia công kim loại bằng áp lực
• Trạng thái ứng suất và tính dẻo
Ứng suất nén càng lớn, ứng suất kéo càng
nhỏ thì vật liệu càng dẻo. Trong các phương
pháp rèn, cán, ép, dập thể tích trạng thái ứng
suất nén σ1, đều do dụng cụ tác động lên
kim loại và có giá trị lớn nhất, các ứng suất σ2

và σ3 do lực ma sát lên thành khuôn tạo nên.

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

• - Đồng thời với biến dạng dẻo luôn luôn có

sự tồn tại của biến dạng đàn hồi. Bởi vậy, khi
thiết kế khuôn cần chú ý lượng biến dạng
đàn hồi sau khi khử tác dụng lực lên kim
loại. Tức là lượng biến dạng đàn hồi sẽ làm
cho kích thước chi tiết lớn hơn so với thiết
kế, bởi vậy khuôn cần phải có lượng dư để
bù lại phần biến dạng này.
• - Sau biến dạng dẻo bao giờ cũng tồn tại
ứng suất dư do biến dạng không đều, do
phân bố nhiệt độ không đều, do thành phần
tổ chức kim loại không đều. Sau một thời
gian dài ngắn khác nhau phụ thuôc vào mức
độ biến dạng sẽ có sự phân bố lại ứng suất
làm vật tự biến dạng (cong vênh).
HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

• - Định luật thể tích không đổi : thể tích sau
khi biến dạng bằng thể tích trước khi biến

dạng.
• - Định luật trở lực bé nhất: khi biến dạng,
chất điểm trong vật thể di chuyển theo hướng
nào có trở lực bé nhất, theo hướng pháp tuyến
ngắn nhất so với đường bao.
• - - Biến dạng nhanh, tốc độ biến dạng lớn sẽ
có tác dụng nung nóng vật (nhiệt độ lúc biến
dạng lớn hơn nhiệt độ ban đầu). Còn biến
dạng nhỏ, tốc độ biến dạng chậm thì nhiệt chỉ
truyền vào dụng cụ.
HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

• - Năng lượng do lực tác dụng lên kim loại
chia làm 3 phần : biến dạng dẻo sinh toả
nhiệt 70-90% , biến dạng đàn hồi 10%, còn
lại tạo ứng suất dư. Biến dạng dẻo làm vật
thể nóng lên (hiệu ứng nhiệt). Điều này giải
thích tại sao chỉ qua 1 lần nung mà có thể
kéo thỏi kim loại thành dây từ một phôi có
kích thước khá lớn.

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Cán kim loại

•Quá trình
• Sản phẩm
• Phân tích quá trình
• Khuyết tật

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Cán kim loại
• Cán là một quá trình biến dạng cục bộ mà chiều
dày vật cán giảm đi, chiều dài tăng lên nhưng
chiều rộng không đổi. Vật cán chịu lực ép và tiến
lên phía trước do trục cán quay và ma sát giữa
trục và vật cán.

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Process

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Điều kiện cán
Xét quá trình cán đang làm việc, lực kéo T và trục cán tác
dụng lên vật cán áp lực N. Giữa trục cán và vật cán sẽ
xuất hiện một lực ma sát F. Theo định luật ma sát: F = f.
N với f là hệ số ma sát giữa trục cán và vật cán.
Lực ma sát: Fms = f..N =
lực kéo T:
F2 > F1
T.cosα > N.sinα
T/N > tg α
tgβ > tg α (f = tgβ called
hệ số ma sát)
⇒ β>α
β: góc ma sát
α: góc ăn

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

(tanα)2= µ2=∆h/R
∆hmax= µ2R
Nếu ma sát bằng 0, lượng giảm chiều dày cũng
sẽ bằng 0 và không thể cán được.

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY


MSE 441

Biến dạng thực của quá trình:

ho
ε = ln
hf
Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong biến dạng dẻo:
n
K
.
ε

Y f* =
1+ n

Lực cán F có thể thể hiện bằng công thức:
L

F = w∫ p.dL
0

where F= lực cán, N; w = chiều rộng chi tiết cán, mm; p = áp lực trục cán,
Mpa; L= chiều dài vùng tiếp xúc của trục và vật cán, mm.
HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY