Nghiên cứu ảnh hưởng của đàn hồi ngược đối tới độ chính xác hình học của sản phẩm dập tấm

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các công
trình khác.

HỌC VIÊN CAO HỌC

Đinh Văn Hiển

1


LỜI CẢM ƠN
Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của thầy, cô giáo
trong Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công áp lực cùng sự hướng dẫn khoa học tận tình của PGS.
TS. Nguyễn Đắc Trung tôi đã hoàn thành khóa học, luận văn Tốt nghiệp Cao học và đạt
những kết quả mong muốn.
Nhân dịp hoàn thành luận văn Cao học, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất cả
các thầy, cô giáo trong Bộ môn, Viện Cơ khí và Trường đã tận tình giúp đỡ, động viên, tạo
điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khoá học của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Đắc Trung đã nhiệt tình
hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong việc thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cám ơn các thầy giáo phản biện đã đọc luận văn và đóng góp cho
tôi những ý kiến quý báu và bổ ích để tôi hoàn thiện luận văn Tốt nghiệp của mình.

Tác giả

Đinh Văn Hiển

2

Mục Lục
Trang
Lời cam đoan

2

Lời cảm ơn

3

Mục lục

4

Lời nói đầu

5

Ch-ơng 1 Các vấn đề cần nghiên cứu trong công nghệ dập tấm

6

1.1 Gii thiu chung ngnh gia cụng ỏp lc

6

1.2 Cỏc sn phm, loi hỡnh cụng ngh c trng

6

1.3 Cỏc vn cụng ngh ca dp tm

8

1.3.1 Cỏc yu t nh hng n cht lng sn phm dp tm

9

1.3.2 Nhng vn cn nghiờn cu khi thit k cụng ngh dp tm

12

Ch-ơng 2 Nghiên cứu về hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc đối và các
yếu tố ảnh h-ởng
2.1 Hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc đối

14
14

2.1.1 Quan sỏt trc quan

14

2.1.2 Nguyờn nhõn

14

2.1.3. nh hng ca n hi li n cụng ngh to hỡnh

16

2.2 Thông số đánh giá mức độ đàn hồi lại

33

2.2.1 Ch s bin dng n hi kR

33

2.2.2 Gúc n hi

34

2.3 Cỏc thụng s nh hng n n hi ngc

35

2.3.1 Vật liệu

35

2.3.2 Loại hình công nghệ

42

2.3.3 Dụng cụ tạo hình

47

2.3.4 Thông số công nghệ

49

2.3.5 Chế độ nhiệt luyện

56

3


Ch-ơng 3 Các ph-ơng pháp giảm ảnh h-ởng của đàn hồi ng-ợc
đối

63

3.1 Vật liệu

63

3.2 Kết cấu chi tiết

63

3.3 Công nghệ

64

3.3.1 Khuôn

64

3.3.2 Khe hở giữa chày và cối

66

3.3.3 Chế độ công nghệ có gân vuốt

66

3.3.4 Uốn đi uốn lại nhiều lần, dập vuốt ng-ợc

67

3.3.5 Gia công ở nhiệt độ cao

68

3.3.6 Tính toán góc tạo hình

68

Ch-ơng 3 Phân tích đàn hồi ng-ợc bằng mô phỏng số

69

4.1 Mô hình vật liệu ứng dụng trong mô phỏng số

69

4.1.1 Mô hình vật liệu đẳng h-ớng

69

4.1.2 Mô hình vật liệu đàn hồi dị h-ớng

71

4.1.3. Mô hình vật liệu dẻo dị h-ớng

72

4.1.4 Mô hình vật liệu đàn - dẻo dị h-ớng ngang

76

4.1.5 Mt s vt liu ph bin trong dp tm

78

4.2 Phân tích đàn hồi lại dựa trên mô phỏng số

79

4.2.1 Mô phỏng quá trình uốn chi tiết dạng V

79

4.2.2 Mô phỏng quá trình dập vuốt

84

Kết luận

96

Tài liệu tham khảo

97

4


LI NểI U
Nh chỳng ta ó bit, phn ln cỏc sn phm trong ngnh cụng nghip
hin nay u c lm t vt liu kim loi v chỳng c sn xut ra bng 2
phng phỏp chớnh ú là gia công cắt gọt (gia công có phoi) và gia công bằng áp
lực (gia công không phoi). Trong gia công kim loại bằng áp lực thì dập tấm là một
ph-ơng pháp cơ bản mà sự tạo hình đ-ợc thực hiện nhờ tác động của các kết cấu
khuôn gây nên biến dạng dẻo trong tấm kim loại. Dập tấm cho phép tạo ra các chi
tiết có hình dáng đa dạng và năng suất cao, nó đ-ợc thể hiện cụ thể về tỉ trọng của
sản phẩm dập tấm trong các nghành nh- sau:
Trong chế tạo máy và thiết bị điện chiếm (60 - 70)%
Trong chế tạo thiết bị đo chiếm

(70 - 75)%

Trong sản xuất hàng tiêu dùng chiếm

(95 - 98)%

Trong sản suất ôtô máy kéo chiếm (65 - 75)% các chi tiết của ôtô và (35 40)% chi tiết của máy kéo.
Tuy nhiên chất l-ợng sản phẩm đ-ợc làm ra từ công nghệ này lại phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố khác nhau trong đó hiện t-ợng đàn hồi ng-ợc cũng ảnh h-ởng
nhiều, nhất là với những sản phẩm đ-ợc tạo ra bởi công nghệ uốn và dập vuốt
Trờn c s ú, tụi ó quyt nh thc hin ti: Nghiờn cu nh hng
ca n hi ngc i ti chớnh xỏc hỡnh hc ca sn phm dp tm. C th,
tỡm hiu bn cht ca hin tng n hi li, cỏc thụng s nh hng ti n hi li.
Tip ú xut cỏc bin phỏp kim soỏt hin tng n hi ngc v phõn tớch cỏc
kt qu mụ phng hin tng ú. Khi xỏc nh c cỏc thụng s ỏnh giỏ mc
n hi ngc ca sn phm sau khi dp bng vic phõn tớch cỏc kt qu phn mụ
phng, chỳng ta s a ra c nhng phng ỏn ti u, cỏc thụng s cụng ngh
phự hp vi quỏ trỡnh dp to hỡnh hn ch sai lch hỡnh hc ca sn phm dp
tm, nõng cao cht lng sn phm.

5


CHƯƠNG 1
CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TRONG CÔNG NGHỆ DẬP TẤM
1.1 Giới thiệu chung ngành gia công áp lực
Công nghệ Gia công áp lực là phương pháp gia công tạo hình vật liệu dựa
trên sự biến dạng dẻo. Vật liệu kim loại luôn thay đổi hình dạng trong suốt quá trình
gia công để đạt được hình dáng, kích thước cuối cùng theo mong muốn, trong đó
không có sự phá hủy liên kết trong vật liệu và bảo toàn thể tích của mình.
Gia công áp lực chiếm một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo và
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như chế tạo ôtô, xe máy, máy công cụ, sản
phẩm phục vụ đời sống....
Công nghệ gia công áp lực được chi thành nhiều phương pháp công nghệ
như dập tấm, dập khối, dập thủy tĩnh, dập thủy cơ. Trong đó 2 phương pháp sử

dụng khá phổ biến trong sản xuất đó là dập tấm và dập khối.
1.2 Các sản phẩm, loại hình công nghệ đặc trưng
Có nhiều phương pháp trong sản xuất để chế tạo một chi tiết máy, một sản
phẩm cơ khí như đúc, hàn, gia công áp lực, gia công cắt gọt…
Để chế tạo một chi tiết như bánh răng, trục khuỷu người ta có thể sự dụng
những phương pháp đúc, hàn, cắt gọt rồi nhiệt luyện. Mặc dù năng suất không cao,
cơ tính của sản phẩm chưa đạt được mức tối ưu do cấu trúc vật liệu chưa phù hợp,
nhưng cũng có thể được xem là giải pháp khi thị trường nhỏ lẻ. Nhưng khi thị
trường pháp triển, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao thì buộc các chi
tiết máy chịu tài trọng làm việc khắc nghiệt bắt buộc phải qua công nghệ GCAL để
nâng cao cơ tính.
Khi chế tạo một chi tiết như vỏ xe ô tô, vỏ két chứa, vỏ máy thì không thể
chế tạo bằng phương pháp nào khác ngoài công nghệ GCAL.
Công nghệ GCAL được chia thành 2 loại hình công nghệ chính đó là dập tấm
và dập khối. Các dạng sản phẩm này điển hình của dập tấm và dập khối được trình
bày trên hình 1.1 và 1.2.

6


Hình 1.1. Các sản phẩm dập khối điển hình

Hình 1.2. Sản phẩm dập tấm như vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng

Công nghệ dập tấm và dập khối để tạo hình các chi tiết có sử dụng khuôn dập và
thực hiện trên các thiết bị như máy búa, máy ép cơ khí, máy ép thủy lực, máy ép vít
ma sát…
Công nghệ GCAL còn được biết đến với nhưng loại hình sản phẩm đặc biệt đó
là các sản phẩm dạng rỗng. Các chi tiết này không chỉ được thực hiện trên các
khuôn đặc biệt, mà còn cần phải có những thiết bị chuyên dùng, thiết bị được điều

7


khin theo chng trỡnh nhm to iu kin cho quỏ trỡnh to hỡnh c chớnh xỏc
hn.
Hỡnh 1.3 trỡnh by cỏc dng sn phm rng c to hỡnh bng cụng ngh dp
thy tnh (dp trong mụi trng cht lng cú ỏp sut cao)

Hỡnh 1.3. Sn phm rng
1.3 Cỏc vn cụng ngh ca dp tm
Dập tấm nói riêng hay gia công kim loại bằng áp lực nói chung là ph-ơng
pháp gia công phổ biến nhất trong nghành công nghệ chế tạo máy hiện nay. Có đ-ợc
điều này là hoàn toàn nhờ vào những -u điểm nổi trội mà các ph-ơng pháp gia công
khác không làm đ-ợc nh-:
- Năng suất lao động cao, dẫn đến giá thành sản phẩm giảm.
- Hệ số sử dụng vật liệu cao, tiết kiệm vật t-.
- Có thể sử dụng công nhân bậc thợ thấp
- Có khả năng tạo đ-ợc các chi tiết có độ bền, độ cứng vững cao.
- Đảm bảo đ-ợc tính lắp ghép cho các chi tiết dập do độ chính xác của vật
dập cao.
- Dễ có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá.

8


Hình 1.4 Hình ảnh sản phẩm dập tấm nh- vỏ ô tô, các sản phẩm gia dụng
Khi chiều dày của phôi nhỏ (th-ờng s 4 mm), dập tấm th-ờng đ-ợc thực
hiện với phôi ở trạng thái nguội hay còn gọi là dập nguội hoặc có thể phải dập với
phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn. Một chi tiết sản xuất bằng

công nghệ dập tấm có thể thực hiện qua rất nhiều nguyên công công nghệ nh-: cắt
hình, đột lỗ, dập vuốt, uốn, lên vành, tóp miệng, cắt tríchv.v... Một trong những
nguyên công quan trọng nhất để tạo hình sản phẩm trong công nghệ dập tấm đó là
dập vuốt.
1.3.1 Cỏc yu t nh hng n cht lng sn phm dp tm
Trong công nghệ dập tấm khi khuyết tật xuất hiện sẽ ảnh h-ởng đến chất
l-ợng sản phẩm dập tấm gây ra sai hỏng, phế phẩm cho sản phẩm dập tấm. Những
khuyết tật chủ yếu:
-

Sản phẩm không đạt đ-ợc kích th-ớc chính xác do đàn hồi lại

-

Sản phẩm bị rách

-

Sản phẩm dập bị nhăn trên vành

-

Bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc

-

Chiều cao sản phẩm không đồng đều

Các dạng hỏng hóc của sản phẩm này có liên quan trực tiếp tới việc thiết kế
qui trình công nghệ, khuôn, chế tạo khuôn, các thông số công nghệ và tính dị h-ớng

của vật liệu.

9


a) Sản phẩm không đạt kích th-ớc chính xác do đàn hồi lại:
Một trong những hiện t-ợng th-ờng xuyên xảy ra đối với các quá trình uốn
tấm, dập các chi tiết có bán kính cong lớn, đặc biệt là tấm mỏng, đó là đàn hồi lại.
Hiện t-ợng này có nghĩa là sau khi biến dạng, phôi bị đàn hồi lại và làm cho các góc
bị sai lệch (lớn hơn) so với góc sản phẩm tính toán ban đầu.

Sản phẩm cần đạt đ-ợc
khi uốn

Sản phẩm thực tế khi uốn

Hình 1.5 Sản phẩm bị đàn hồi lại
b) Sản phẩm bị rách
Hiện t-ợng rách phôi xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân mà trong đó chủ
yếu là do: mức độ biến dạng v-ợt quá mức độ biến dạng tới hạn, lực chặn phôi quá
lớn, góc l-ợn cối nhỏ...

Hình 1.6 Chi tiết bị đứt rách và nhăn khi dập vuốt

10


Để hạn chế mức độ biến dạng quá lớn, có thể chọn hệ số dập vuốt phù hợp
hay chia thành các nhiều nguyên công trung gian. Góc l-ợn của cối cũng hoàn toàn
có thể điều chỉnh đ-ợc, thay đổi góc l-ợn phù hợp hơn. Nh-ng lực chặn phôi là một

thông số công nghệ rất quan trọng bởi nếu điều chỉnh lực chặn phôi không đủ thì
phôi lại có hiện t-ợng nhăn trên phần vành. Đối với việc dập vuốt các chi tiết có
hình dạng phức tạp, nếu không điều khiển lực chặn hợp lý thì sẽ không thể tìm ra
một giá trị lực chặn nào thích hợp vì trên sản phẩm đồng thời xuất hiện cả nhăn lẫn
rách. Trong những tr-ờng hợp nh- vậy buộc phải có những ph-ơng pháp đặc biệt
nh- chặn theo vị trí và lực chặn thay đổi.
c) Bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc
Hiện t-ợng bề mặt sản phẩm bị cào x-ớc, không nhẵn là do ma sát giữa bề
mặt phôi và phần vằnh chặn, góc l-ợn cối quá lớn, cũng có thể do lực chặn phôi trên
phần vành lớn. Hiện t-ợng này không những làm giảm chất l-ợng của sản phẩm dập
mà còn gây ra phế phẩm nếu ta dập nh-ng vật liệu tấm có lớp sơn, mạ bảo vệ trên bề
mặt, bởi các lớp phủ trên bề mặt sẽ bị cào x-ớc và phá huỷ. Để giảm hiện t-ợng này
ta có thể giảm ma sát bằng cách bôi trơn hoặc có thể tạo ra lực chặn phôi hợp lý.
d) Chiều cao sản phẩm không đều
Hiện t-ợng chiều cao của sản phẩm dập vuốt không đồng đều rất hay xảy ra
do vật liệu tấm không đồng nhất và đẳng h-ớng. Tính dị h-ớng ban đầu của các tấm
cán nguội (từ đó cắt thành các tấm phôi) sẽ tạo thành các thớ. Trong quá trình biến
dạng, các hạt kim loại và tạp chất phi kim loại có dạng bị kéo dài, do đó tạo thành
cấu trúc dạng chuỗi đ-ợc xác định tr-ớc bởi tính dị h-ớng của kim loại.

Hình 1.7 Sản phẩm có chiều cao không đồng đều

11


Tính dị h-ớng của tấm cán sẽ làm cho biến dạng theo các h-ớng khác nhau là
không giống nhau, có thể làm cho phôi theo h-ớng này dễ dàng bị kéo dài ra, còn
theo h-ớng khác lại rất khó biến dạng.
Để giảm sự ảnh h-ởng của tính dị h-ớng kim loại đến sự không đều chiều
cao chi tiết khi dập vuốt, ngoài việc sử dụng phôi có hình dạng phức tạp (bởi phải

tính đến mức độ biến dạng theo các ph-ơng khác nhau), ng-ời ta còn sử dụng cối
với mép l-ợn có độ cong thay đổi (dọc theo đ-ờng bao của lỗ cối) hoặc nung nóng
không đều phần vành phôi, hoặc thay đổi áp lực chặn theo đ-ờng bao của cối ...
1.3.2 Nhng vn cn nghiờn cu khi thit k cụng ngh dp tm
Sau khi khái quát về sản phẩm dập tấm, các b-ớc khi tiến hành thiết kế công
nghệ và các dạng sai hỏng của sản phẩm khi dập tạo hình, các vấn đề có liên quan
đến thiết kế đó là ng-ời thiết kế công nghệ phải nắm đ-ợc các yếu tố:
- Công nghệ tạo hình
- Thiết kế và chế tạo khuôn
- Thiết bị thực hiện công nghệ
- Vật liệu
Trong vấn đề công nghệ tạo hình thì quan trọng nhất đó là làm sao nhà kỹ
thuật phải thiết kế nhanh, chính xác, tối -u, các thông số công nghệ hợp lý nhất để
đảm bảo chất l-ợng sản phẩm cao, giá thành hạ và tiết kiệm nguyên vật liệu, năng
l-ợng.
Hiện nay, chủ yếu để thiết kế công nghệ, các nhà kỹ thuật th-ờng sử dụng
công cụ mô phỏng số với sự trợ giúp của các phần mềm công nghiệp. Để thực hiện
mô phỏng số cần thiết phải thiết lập đ-ợc mô hình mô tả quá trình biến dạng của vật
liệu. Mô hình này bao gồm tất cả các yếu tố có liên quan đó là:
- Vật liệu phôi tấm: các thông số vật liệu, đ-ờng cong chảy, vật liệu có
khuyết tật, không đồng nhất, tính dị h-ớng của vật liệu tấm, chiều dày vật liệu, biên
dạng phôi, trạng thái bề mặt phôi.
- Hình dạng, kết cấu, kích th-ớc hình học của khuôn mẫu.
- Thông số công nghệ: mức độ biến dạng, tốc độ biến dạng, lực dập vuốt, lực
chặn, ma sát giữa dụng cụ gia công và vật liệu, trạng thái bề mặt dụng cụ gia công.

12


Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn này tác giả sẽ tập trung khảo sát

ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi ngược tới độ chính xác hình học của sản phẩm
dập tấm trong quá trình uốn và dập vuốt, sau đó phân tích mô phỏng quá trình đàn
hồi ngược tạo điều kiện cho việc tính toán thiết kế khuôn chính xác, phù hợp với
từng loại vật liệu để chế tạo sản phẩm, hạn chế những sai lệch về hình học cho sản
phẩm.

13


CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG ĐÀN HỒI NGƯỢC ĐỐI
VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
2.1 HiÖn t-îng ®µn håi ng-îc ®èi
2.1.1 Quan sát trực quan
Giả sử chi tiết cần uốn dạng V là chi tiết 1 có góc uốn là 900. Trong quá trình
uốn phôi luôn tiếp xúc với biên dạng khuôn uốn.Nhưng sau khi ngừng tác dụng lực
uốn thì sản phẩm thu được là chi tiết 2 có góc uốn lớn hơn góc uốn của nhi tiết yêu
cầu (chi tiết 1) như hình 2.1. Hiện tượng tấm kim loại sau uốn có kích thước góc lớn
hơn kích thước khuôn uốn là hiện tượng đàn hồi ngược đối.

1
2

H×nh 2.1 Quan s¸t trùc quan hiÖn t-îng ®µn håi ng-îc ®èi

2.1.2 Nguyên nhân
Trong tất cả các phương pháp gia công áp lực thì quá trình biến dạng được
thực hiện trong vùng đàn hồi – dẻo. Kèm theo biến dạng dẻo bao giờ cũng có biến
dạng đàn hồi. Sau khi gỡ bỏ lực tác dụng sản phẩm có xu hướng trở về trạng thái
trước khi có lực tác dụng.

14


H×nh 2.2 S¬ ®å hiÖn t-îng ®µn håi l¹i khi uèn chi tiÕt d¹ng U vµ V
Sở dĩ có biến dạng đàn hồi là do tồn tại các vùng kim loại sau quá trình biến
dạng chưa đạt tới biến dạng dẻo mà vẫn ở vùng biến dạng đàn hồi. Khi có tải (ngoại
lực) tác dụng lên phôi, các lớp kim loại nằm ở vùng kéo có biến dạng đàn hồi nên bị
co ngắn lại, còn các lớp kim loại ở vùng nén thì bị giãn ra. Sau khi gỡ bỏ lực tác
dụng có xu hướng trở về trạng thái trước khi có lực tác dụng tức biến dạng đàn hồi.
Biến dạng đàn hồi khác nhau tại vùng kéo và vùng nén gây ra sự quay tiết diện
ngang của phôi và tạo ra góc đàn hồi làm cho hình dạng và kích thước sản phẩm bị
thay đổi.
Biến dạng đàn hồi này sẽ gây ra sự thay đổi hình dạng và kích thước chi tiết
dập tấm so với hình dạng và kích thước của khuôn tạo hình sản phẩm dập tấm. Nói
chung, biến dạng đàn hồi so với biến dạng dẻo thực hiện trong các phương pháp gia
công áp lực là không đáng kể, có thể bỏ qua, song một số trường hợp nhất thiết phải
để ý đến ảnh hưởng của nó (ví dụ biến dạng đàn hồi khi uốn).

15


2.1.3. Ảnh hưởng của đàn hồi lại đến công nghệ tạo hình
Tùy theo loại hình công nghệ mà mức độ đàn hồi lại ảnh hưởng khác nhau:
2.1.3.1. Công nghệ uốn
a) §Æc ®iÓm cña nguyªn c«ng uèn
Uốn là một nguyên công nhằm biến đổi các phôi có trục thẳng thành các chi
tiết có trục cong.
Nguyên công uốn được thực hiện trên các máy ép trục khuỷu, máy ép thuỷ
lực, máy uốn tấm nhiều trục (máy lốc tấm), máy uốn prôfin chuyên dùng để uốn có

kéo và các máy uốn tự động vạn năng.
Uốn bằng khuôn trên các máy ép trục khuỷu được sử dụng nhiều nhất trong
chế tạo máy. Quá trình uốn trên khuôn do tác dụng đồng thời của cả chày và cối với
các điểm đặt lực P và Q ở một khoảng nhất định (hình 2.3).

Hình 2.3 Sơ đồ tác dụng lực khi uốn
Lực P và Q sẽ tạo ra mômen uốn làm thay đổi hình dạng của phôi. Trong quá
trình uốn độ cong của phần phôi bị biến dạng sẽ tăng lên và tại vùng biến dạng xảy
ra quá trình biến dạng khác nhau ở hai phía của phôi; các lớp kim loại ở phía mặt
ngoài góc uốn thì bị kéo còn các lớp bên trong thì bị nén. Khi giảm bán kính uốn,
biến dạng dẻo sẽ bao trùm toàn bộ chiều dày phôi. Hình dạng của vùng biến dạng
dẻo và độ dài của nó khi góc uốn  = 900 gần bằng 1/4 tay đòn uốn l được chỉ ra
như trên hình 2.3.

16


Sau khi un hỡnh dng v kớch thc tit din ngang ca phụi ti vựng un b
thay i. S thay i tit din ngang ca phụi s cng ln khi bỏn kớnh un r cng
nh.
S thay i tit din ngang ti vựng un l do bin dng do theo bỏn kớnh
chy vi iu kin th tớch khụng i ó kộo theo bin dng do ngc du theo
mt hoc hai hng tng ng vuụng gúc: hng kớnh v hng trc.
b) Trạng thái ứng suất và biến dạng
Sự thay đổi tiết diện ngang tại vùng uốn là do biến dạng dẻo theo bán kính
chày với điều kiện thể tích không đổi đã kéo theo biến dạng dẻo ng-ợc dấu theo một
hoặc hai h-ớng t-ơng ứng vuông góc: h-ớng kính và h-ớng trục.

Hình 2.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng khi uốn phôi dải hẹp (a) và dải rộng (b)
Khi uốn các phôi dải hẹp (dạng gân) có tiết diện ngang hình chữ nhật thì sau

khi uốn tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn sẽ bị biến dạng và trở thành hình
thang (hình 2.4 a). Khi đó chiều dày của phôi tại vùng uốn giảm đi S < S

0

và khi

mức độ biến dạng lớn (bán kính uốn nhỏ) tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn có
độ cong ngang.
Khi uốn phôi dải rộng (b >> 3S) hoặc có dạng tấm thì tiết diện ngang của phôi
hầu nh- không thay đổi mà chỉ bị giảm chiều dày đi một chút (hình 2.4 b).
Trạng thái ứng suất tại vùng uốn đặc tr-ng bởi ứng suất pháp theo h-ớng tiếp
tuyến và theo h-ớng kính. ứng suất là do các thớ dọc của phôi ép lên nhau.

17


Khi uốn phôi dải rộng (khác với uốn phôi dải hẹp) biến dạng theo ph-ơng
ngang hầu nh- không đáng kể do trở lực biến dạng theo ph-ơng ngang rất lớn. Vì
vậy khi uốn phôi dải rộng trạng thái ứng suất là khối còn trạng thái biến dạng là
phẳng. Khi uốn phôi dải rộng có thêm thành phần ứng suất a là do trở lực liên kết
của các phần tử kim loại. Trong vùng kéo, ứng suất chiều trục a là ứng suất kéo,
còn ở vùng nén a là ứng suất nén. Bề mặt phân chia giữa vùng kéo và vùng nén gọi
là mặt trung hòa ứng suất.
Khi uốn phôi dải hẹp, ứng suất chiều trục rất nhỏ so với ứng suất chảy nên có
thể bỏ qua (a 0). Vì vậy uốn phôi dải hẹp, trạng thái ứng suất có thể coi là trạng
thái ứng suất phẳng.
- Giá trị và sự phân bố ứng suất trong vùng biến dạng dẻo tùy thuộc vào bán
kính cong của phôi uốn.
- ở giai đoạn đầu bán kính cong của phôi lớn, phôi chỉ bị biến dạng đàn hồi và

giai đoạn này gọi là uốn đàn hồi.
- Nếu chúng ta tiếp tục uốn, bán kính uốn giảm dần, các lớp kim loại ở xa tâm
phôi bắt đầu bị biến dạng dẻo. Khi đó ứng suất tiếp tuyến trong các lớp này đạt
đến giá trị ứng suất chảy. Giai đoạn này đ-ợc gọi là giai đoạn uốn đàn hồi dẻo. Biểu
đồ phân bố ứng suất đ-ợc biểu diễn nh- trên hình 3.5 a.
- Nếu tiếp tục giảm bán kính uốn thì vùng biến dạng dẻo sẽ tăng lên còn vùng
biến dạng đàn hồi giảm đi và khi tỷ số r/S 5 thì hầu nh- toàn bộ tiết diện ngang
của phôi ở trạng thái dẻo, bắt đầu giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn. ở giai đoạn này xảy
ra sự dịch chuyển rõ rệt của lớp bề mặt trung hòa ứng suất về phía các thớ bị nén của
phôi, sự dịch chuyển này sẽ tăng lên khi bán kính uốn giảm. Biểu đồ phân bố ứng
suất , và a theo chiều dày của phôi ở giai đoạn uốn dẻo hoàn toàn đ-ợc chỉ ra
trên hình 2.5 b.

18


Hình 2.5 Biểu đồ phân bố ứng suất theo chiều dày của phôi ở các giai đoạn
a - Uốn đàn hồi dẻo. b - Uốn dẻo hoàn toàn.
c) Lực uốn chi tiết 1 góc và 2 góc

Hình 3.6 Sơ đồ uốn chi tiết 2 góc (a) và uốn một góc (b)
Lực biến dạng khi uốn 1 góc:
Lực biến dạng ở giai đoạn đầu của quá trình uốn có thể xác định một cách gần
đúng bằng ph-ơng pháp cân bằng tĩnh. Vì ở giai đoạn này khoảng cách giữa các gối
tựa của phôi uốn lớn (L > 5S) nên ảnh h-ởng của ứng suất tiếp là không đáng kể.
Nếu gọi phản lực ở các gối tựa là Q (hình 3.3) và coi lực ma sát T suất hiện là
do sự quay của phôi uốn đối với điểm tựa và tỷ lệ với phản lực gối tựa: T = .Q thì
khi chiếu tất cả các lực lên ph-ơng tác dụng của lực uốn PU chúng ta có ph-ơng
trình sau:

Pu 2.Q. sin . cos
2
2

trong đó:

(2.1)

2 là góc giữa tiếp tuyến tại điểm tựa và ph-ơng tác dụng của lực uốn Pu

(hình 3.3).

19


Phản lực gối tựa Q đ-ợc xác định từ điều kiện cân bằng mômen tạo ra bởi phản
lực Q với cánh tay đòn l và mômen giới hạn khi uốn dẻo không tính đến hoá bền:

b.S 2
Q
S
4l

(2.2)

Độ dài của cánh tay đòn l bằng khoảng cách giữa ph-ơng tác dụng của lực Q
và pháp tuyến qua tâm bán kính l-ợn của chày, nó đ-ợc xác định từ quan hệ hình
học (hình 3.3):

1
L
l (rch rc S ) cos
2 sin
2
2

(2.3)

Trong đó: L là khoảng cách giữa các tâm bán kính l-ợn của mép cối.
Nếu gọi r1 rch S 2 và r2 rc S 2 thay vào (2.3) ta có:

1
L
l (r1 r2 ) cos
2 sin
2
2

(2.3a)

Từ các công thức (2.5), (2.6) và (2.7a) chúng ta có lực uốn ở giai đoạn đầu
(giai đoạn uốn tự do) nh- sau:

S .b.S 2 .(sin 2 cos 2 ). sin 2
Pu
L 2r1 r2 cos

(2.4)

2

Từ công thức (2.8) chúng ta thấy rằng lực uốn thay đổi theo hành trình của
chày. Khi hành trình của chày thay đổi góc /2 cũng thay đổi và do đó thay đổi cả
cánh tay đòn l.
Nếu bỏ qua ảnh h-ởng của lực ma sát ( = 0) thì có thể thấy rằng khi

rch rc r thì lực uốn cực đại khi:



1
cos
L L2 16r 2
2 4r

20



(2.5)


Nh- vậy theo công thức trên ng-ời ta thấy rằng khi khoảng cách t-ơng đối
giữa các gối tựa (L/r) càng lớn thì lực uốn đạt giá trị cực đại với góc uốn càng lớn
và sau đó hầu nh- không đổi.
Ví dụ: Khi L/r = 10 thì /2 = 780;
Khi L/r = 100 thì /2 = 890.
ở giai đoạn kết thúc của quá trình uốn th-ờng có quá trình nắn mà quá trình

này cần có lực lớn hơn nhiều so với các giai đoạn tr-ớc đó.
Những tài liệu để xác định lực nắn của B.V Rabinhin đã xác định rằng: lực nắn
phụ thuộc vào độ chính xác của góc uốn chi tiết sau khi uốn có nắn. Theo quan điểm
này lực nắn sẽ đạt đến giá trị tới hạn khi nếu tiếp tục tăng lực nắn thì độ chính xác
của góc uốn chi tiết không tăng lên nữa, tức là độ biến dạng đàn hồi của chi tiết
giảm đi.
Nh- vậy lực nắn phụ thuộc vào lực uốn ở giai đoạn uốn tự do:
Pnắn kPu

(2.6)

Trong đó: k - hệ số (số lần lực nắn lớn hơn lực uốn).
Khi đó quá trình nắn chỉ đ-ợc thực hiện ở phần phôi đã bị biến dạng dẻo (hình
2.7) và lực nắn sẽ giảm. Khuôn để uốn một góc có đặc điểm là chày th-ờng đ-ợc
làm bậc còn cối đ-ợc phay một rãnh ở đỉnh góc, khi đó quá trình nắn chỉ đ-ợc thực
hiện ở phần phôi đã bị biến dạng dẻo và lực nắn sẽ giảm
Khi khoảng cách giữa các gối tựa nhỏ, ở giai đoạn đầu của quá trình uốn có thể
xuất hiện các vết lõm trên bề mặt của phôi tiếp xúc với cối. Điều đó là do khi giảm
khoảng cách L của cối làm cho phản lực Q ở gối tựa tăng lên. Chúng ta có thể nhận
thấy điều này khi phân tích công thức nhận đ-ợc từ điều kiện cân bằng mô men nội
lực và ngoại lực với việc sử dụng các công thức (2.2) và (2.3a).

Q

s .b.S 2 .sin 2

2.[ L 2.( r1 r2 ).cos 2 ]

21

(2.7)


Hình 2.7 Đặc điểm kết cấu của khuôn uốn một góc
Do đó khoảng cách L của rãnh cối cần phải lớn hơn trị số tính toán gần đúng
theo công thức của V.S Smirnop đối với phôi dải có tiết diện ngang hình chữ nhật và
chiều rộng b = 1 đơn vị:

L

E.S 2 . sin
10. S .rc

2 2(r r ) cos
1
2

2

(2.8)

Trong đó: E là mô đun đàn hồi của vật liệu
làm phôi uốn.
Lực biến dạng khi uốn hai góc
Để nhận đ-ợc các chi tiết có dạng chữ U hoặc
t-ơng tự sau một nguyên công với các tiết diện
ngang khác nhau thì phôi th-ờng đ-ợc uốn đồng
thời 2 góc uốn.
Đặc điểm của quá trình uốn hai góc là giữa các
mặt bên thẳng đứng của chày và cối có khe hở Z =

(1,1 1,3)S khe hở này không thay đổi trong suốt
quá trình uốn, còn phần phôi nằm d-ới bề mặt nằm

22

Hình 2.8. Sơ đồ uốn hai góc


ngang của chày thì không tiếp xúc với chày mà bị lồi ra (hình 2.8). Ngoài ra khi uốn
hai góc ngoại lực tác dụng lên phôi tại hai điểm tiếp xúc giữa phôi và chày, khi đó
cánh tay đòn uốn nhỏ hơn so với khi uốn một góc.
Do vậy khi xác định lực uốn hai góc chúng ta cần phải tính đến những đặc
điểm này. Khi tâm bán kính l-ợn của mép làm việc của chày và cối cùng nằm trên
mặt phẳng ngang chúng ta xác định đ-ợc cánh tay đòn uốn (hình 2.8, tam giác abc):

l (rc z rch ) sin

2

(2.9)

Kết hợp giải các ph-ơng trình chúng ta có lực uốn hai góc khi uốn phôi dải tiết
diện ngang hình chữ nhật nh- sau:



b.S 2 sin 2 cos 2
Pu S
.
2 (rc z rch ) sin

2

(2.10)

Lực uốn thay đổi theo hành trình của chày, nó phụ thuộc vào góc /2. Khi bắt
đầu quá trình uốn /2 = /2 và lực uốn sẽ là:

Pu

S .b.S 2
2(rc z rch )

(2.10a)

Khi góc uốn /2 giảm, lực uốn sẽ tăng và khi /2 = 30; = 0,2 thì lực uốn sẽ
là:

4,8. S .b.S 2
Pu
rc z rch
Tuy nhiên khi /2 = 0, nghĩa là chi tiết có dạng chữ U, lực của máy ép chỉ cần
thắng lực ma sát sinh ra do sự tr-ợt của chi tiết trong rãnh cối. Nếu uốn hai góc
trong khuôn có chặn phôi ở phần giữa thì lực của máy ép cần phải thắng đ-ợc cả lực
chặn mà lực chặn phôi th-ờng bằng (25 60)% lực uốn. Do vậy lực công nghệ sẽ là:
Pcn = (1,25 1,60)Pu

(2.11)

Khi cần uốn các chi tiết có độ chính xác cao phần chiều dày phôi ở đáy nằm
ngang thì cần phải tính đến quá trình nắn sau khi uốn. Lực nắn khi đó sẽ đ-ợc tính

nh- sau:

23


Pnắn q.Fch

(2.12)

Trong đó: - q: áp lực đơn vị;
- Fch: diện tích tiếp xúc giữa phôi và tấm chặn.
d) Biến dạng đàn hồi khi uốn.
Trong quỏ trỡnh un kim loi khụng phi bin dng do hon ton, nờn sau
khi un vn cũn tn ti ng sut hi phc gi l ng sut d.chớnh ng sut ny gõy
ra hin tng n hi

Hình 2.9 ứng suất trong suốt quá trình uốn
Biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết một góc:
Quá trình uốn dẻo cũng giống nh- những dạng khác của quá trình biến dạng
dẻo là bao gồm cả biến dạng đàn hồi và biến dạng đàn hồi này sẽ gây ra sự thay đổi
hình dạng và kích th-ớc của chi tiết sau khi uốn so với hình dạng và kích th-ớc của
khuôn nh-: bán kính uốn và góc uốn (hình 3.10).

24


Hình 2.10 Sự biến dạng đàn hồi khi uốn
Sở dĩ có sự đàn hồi nh- vậy là do khi có tải (ngoại lực) tác dụng lên phôi, các
lớp kim loại nằm ở vùng kéo có biến dạng đàn hồi nên bị co ngắn lại, còn các lớp
kim loại ở vùng nén thì bị giãn ra. Biến dạng đàn hồi khác nhau tại vùng kéo và

vùng nén gây ra sự quay tiết diện ngang của phôi và tạo ra góc đàn hồi làm cho
bán kính cong và góc uốn bị thay đổi.
Biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết hai góc (dạng chữ U):

Hình 2.11 Sơ đồ uốn chi tiết hai góc và quá trình đàn hồi lại
Khi uốn hai góc tự do, nghĩa là uốn với cối có lỗ thông và không có tấm chặnđẩy, khi đó phôi sẽ bị uốn cho đến khi 2 đầu của nó chạm vào mặt bên của chày.
Khi đó góc uốn sẽ nhỏ hơn /2 một l-ợng còn bán kính uốn rch / t có thể sẽ lớn
hơn bán kính l-ợn của chày rch (hình 3.12a). Đồng thời với quá trình uốn ở hai góc
sẽ có quá trình uốn cong phần giữa của phôi (phần nằm d-ời bề mặt của chày). Nếu
khe hở giữa chày và cối càng lớn thì góc càng lớn và phần lồi ở giữa phôi cũng

25