Tải bản đầy đủ (.pdf) (109 trang)

Nghiên cứu công nghệ chồn ống để chế tạo chi tiết phục vụ công nghiệp quốc phòng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.47 MB, 109 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRỊNH MINH TÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHỒN ỐNG ĐỂ CHẾ TẠO CHI
TIẾT PHỤC VỤ CÔNG NGHIỆP QUỐC PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRỊNH MINH TÂN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHỒN ỐNG ĐỂ CHẾ TẠO
CHI TIẾT PHỤC VỤ CÔNG NGHIỆP QUỐC PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS. NGUYỄN ĐẮC TRUNG

HÀ NỘI - 2015



LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân thực hiện
dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Đắc Trung. Trừ những phần tham
khảo đã được ghi rõ trong luận văn, những kết quả, số liệu nêu trong luận văn
là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Ngƣời cam đoan

Trịnh Minh Tân

1


LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại Bộ môn Gia công Áp lực – Viện Cơ
khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, với sự chỉ dẫn tận tình của các Thầy, Cô
giáo, sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè và sự nỗ lực cố gắng của bản thân, tôi đã
hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Cao học và đạt những kết quả như 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, Khoa 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.
Tôi 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.
Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Cha, Mẹ, gia đình và
các bạn bè thân thiết đã giúp đỡ, động viên, tôi trong học tập cũng như trong trong
cuộc sống. Nhờ có sự ủng hộ này tôi đã đạt được kết quả tốt đẹp như ngày hôm nay.

Xin kính tặng luận văn cho Cha, Mẹ và gia đình tôi.

Tác giả
Trịnh Minh Tân

2


MỤC LỤC
Trang bìa phụ
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục.......................................................................................................................3
Danh mục các kí hiệu và chữ viết tắt..........................................................................6
Danh mục bảng, hình vẽ và đồ thị .............................................................................6
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................7
Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CHỒN
1.1. Sơ lược về công nghệ chồn.......................................................................9
1.1.1. Định nghĩa ..................................................................................9
1.1.2. Biến dạng không đồng đều khi chồn...........................................9
1.1.3. Công biến dạng khi chồn..........................................................13
1.1.4. Mô hình chồn trụ đặc................................................................15
1.2. Ma sát trong quá trình chồn.......................... ..........................................16
1.2.1. Định nghĩa về ma sát.................................................................16
1.2.2. Thí nghiệm chồn bạc.................................................................17
1.2.3. Nghiên cứu về chồn phôi hình trụ.............................................20
1.3. Một số khái quát chung về chồn ống............ ..........................................25
1.3.1. Đặc điểm chung........................................................................25
1.3.2. Khuyết tật trong quá trình chồn ống.........................................26
1.3.3. Ví dụ về chồn ống.....................................................................27

1.3.4. Xác định lực cho bài toán chồn ống..........................................29
Chƣơng 2: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHỒN ỐNG
2.1. Chồn ống.................................................................................................33
2.2. Sự phát triển công nghệ chồn ống...........................................................34
2.3. Đặc điểm chung......................................................................................34
2.4. Những lưu ý về thiết kế công nghệ chồn ống cơ bản..............................35
2.5. Các giới hạn quá trình công nghệ...........................................................39

3


2.6. Các quy trình thiết kế tiến trình công nghệ.............................................40
2.6.1.Quy trình I..................................................................................40
2.6.2. Quy trình II...............................................................................44
2.7. Thiết kế khuôn cho quá trình chồn ống...................................................47
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THỰC NGHIỆM CHỒN BẠC NỐI
3.1. Sản phẩm, công nghệ đang áp dụng tại cơ sở sản xuất…………...........51
3.2. Nghiên cứu công nghệ chồn nguội ống Bạc nối.....................................52
3.2.1. Xây dựng bản vẽ vật dập...........................................................52
3.2.2. Sơ đồ ép chảy và chồn ống.......................................................53
3.2.3. Mô tả hướng dòng chảy kim loại..............................................55
3.3. Phân tích các vùng biến dạng trong quá trình chồn Bạc nối...................56
3.3.1. Sơ đồ.........................................................................................56
3.3.2. Phân tích, tính toán công nghệ..................................................57
3.4. Mô phỏng số chồn Bạc nối.....................................................................58
3.4.1. Mô hình lưới phần tử của phôi và sản phẩm.............................58
3.4.2. Mô phỏng số quá trình biến dạng.............................................59
3.5. Phân tích kết cấu các chi tiết làm việc của dụng cụ chồn Bạc nối..........62
3.6. Kết quả thực nghiệm...............................................................................62
3.6.1. Một số hình ảnh quá trình thực nghiệm....................................62

3.6.2. Hình ảnh soi tổ chức kim tương sau biến dạng.........................65
3.7. Kết luận...................................................................................................66
Chƣơng4:NGHIÊNCỨU,TÍNHTOÁNVÀTHỰCNGHIỆMCHỒN ỐNGCHỨATHUỐCNỔ
4.1. Bản vẽ sản phẩm, công nghệ đang áp dụng............................................68
4.1.1. Bản vẽ thiết kế sản phẩm Ống chứa thuốc nổ...........................68
4.1.2. Phân tích bản vẽ thiết kế...........................................................69
4.1.3. Công nghệ đang áp dụng...........................................................69
4.1.4. Nhận xét chung.........................................................................69

4


4.2. Đề xuất công nghệ mới để chế tạo Ống chứa thuốc nổ..........................70
4.2.1. Nghiên cứu công nghệ chồn ống...............................................70
4.2.2. Sơ đồ chồn Ống chứa thuốc nổ.................................................75
4.3. Tính toán công nghệ chồn Ống chứa thuốc nổ................... ...................76
4.3.1. Phân tích các vùng biến dạng, không biến dạng.......................77
4.3.2. Tính toán công nghệ..................................................................77
4.4. Mô phỏng số chồn Ống chứa thuốc nổ...................................................78
4.4.1. Mô hình lưới phần tử của phôi và sản phẩm.............................78
4.4.2. Mô phỏng số quá trình biến dạng.............................................78
4.5. Phát triển bài toán...................................................................................82
4.5.1. Bài toán chồn để tăng dần chiều cao.........................................82
4.5.2. Bài toán chồn để tăng dần chiều dày........................................83
4.6. Thiết kế dụng cụ chồn sản phẩm Ống chứa thuốc nổ.............................86
4.6.1. Nguyên lý làm việc của dụng cụ...............................................87
4.6.2. Phân tích các bước làm việc của dụng cụ chồn........................93
4.6.3. Phân tích, hiệu chỉnh các chi tiết tạo hình................................95
4.7. Tiến trình công nghệ chế tạo, so sánh các phương án………………....97
4.7.1. Tiến trình công nghệ chế tạo đang áp dụng…………………..97

4.7.2. Tiến trình công nghệ chế tạo theo đề xuất……………….......99
4.7.3. So sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án.........101
4.8. Kết quả thực nghiệm.............................................................................102
4.8.1. Một số hình ảnh quá trình thực nghiệm..................................102
4.8.2. Hình ảnh soi tổ chức kim tương sau biến dạng.......................104
4.9. Kết luận.................................................................................................105
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................107

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
*
d0
h0
hi
H0
H0/D0
(D0/H0)
F
P, Pi (i =1, 2)
K
n
p, q
kf
l0
l
V


*
α
εz
εθ



1, 2, 3


max


1, 2, 3
ζr
ζz
ζθ



ηk



Ý nghĩa
Thuật ngữ
Đường kính ban đầu của mẫu hình trụ
Chiều cao ban đầu của lưới ô vuông
Chiều cao hiện tại của lưới ô vuông

Chiều cao ban đầu của mẫu hình trụ

Đơn vị đo

Tỷ lệ co
Diện tích tiết diện ngang
Lực tác dụng lên mẫu
Hệ số độ bền
Số mũ hóa bền
áp lực đơn vị, áp lực riêng
Ứng suất chảy trung bình
Chiều dài của phôi ban đầu
Chiều dài của phôi sau ép
Thể tích biến dạng
Bán kính tức thời
Chữ cái Hy Lạp

N/mm2
mm
mm
mm3

Tỷ số biến dạng (độ dốc của đường biến dạng)
Biến dạng dọc trục
Biến dạng vòng
Biến dạng hiệu dụng

Biến dạng chính
Tốc độ biến dạng
Mức độ biến dạng chính

Mức độ biến dạng chính lớn nhất
Hệ số nhân dẻo
Hệ số ma sát
Ứng suất chính
Ứng suất hướng kính
Ứng suất dọc trục
Ứng suất vòng
Ứng suất hiệu dụng
Ứng suất tiếp

Ma sát Tresca
Hệ số poisson

6

N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2


LỜI MỞ ĐẦU
Tại các cơ sở sản xuất quốc phòng, việc áp dụng công nghệ gia công áp lực
vào chế tạo các sản phẩm còn rất khiêm tốn với tỷ trọng rất thấp mặc dù số lượng
các sản phẩm cần và phải qua công nghệ gia công áp lực mới giải quyết được bài
toán nâng cao cơ tính, giảm giá thành sản phẩm. Tại đó, họ mới chỉ chú ý đến công
nghệ gia công cắt gọt mang tính cổ điển như tiện, phay, bào,... để gia công, chế tạo
sản phẩm.

Công nghệ chồn ống nói chung và công nghệ chồn ống nguội nói riêng là vấn
đề khá mới mẻ đối với các trung tâm nghiên cứu, cơ sở sản xuất tại Việt Nam. Tại
các cơ sở giảng dạy, nghiên cứu, sinh viên được trang bị kiến thức một cách lướt
qua với một vài ví dụ và thời gian dành cho nghiên cứu, trao đổi rất ít; tại các diễn
đàn hoặc một số công trình nghiên cứu sâu hơn thì đã tiếp cận theo hướng hệ thống
hóa thành hệ thống căn cứ lý luận mà chưa hoặc thiếu tính thực nghiệm để kiểm
chứng. Các cơ sở sản xuất, chế tạo thì thiếu cả kỹ sư chuyên ngành gia công áp lực,
nếu có, thì mảng công nghệ chồn ống chưa được chú ý nhiều dẫn đến việc chủ động
nghiên cứu, triển khai áp dụng còn chưa có hoặc không dám thay đổi công nghệ cũ
vốn dĩ mắc nhiều nhược điểm.
Chính vì vậy, công nghệ chồn ống càng là một vấn đề hoàn toàn mới và xa lạ
đối với thực tế sản xuất mặc dù các chi tiết này hoàn toàn có thể hoặc chắc chắn
rằng áp dụng công nghệ gia công áp lực vào tiến trình công nghệ chế tạo chi tiết là
hoàn toàn khả thi.
Xuất phát từ thực tế sản xuất tại cơ sở quốc phòng đòi hỏi cần phải áp dụng
công nghệ mới vào sản xuất để nâng cao cơ tính, tăng hiệu suất sử dụng vật liệu,
giám giá thành sản phẩm, qua nghiên cứu bản vẽ sản phẩm, nhận thấy rằng, hoàn
toàn có thể áp dụng công nghệ chồn ống vào chế tạo sản phẩm Ống chứa thuốc nổ Đạn xuyên lõm chống tăng.
Mục đích nghiên cứu công nghệ chồn ống là tìm mối liên hệ giữa các thông số
kích thước hình học, làm chủ quá trình công nghệ và đảm bảo chắc chắn rằng sau

7


khi chồn sản phẩm không gặp bất cứ khuyết tật công nghệ nào, đặc biệt là khuyết
tất gấp.
Luận văn được trình bày trong 4 chương:
Chương 1: Khái quát chung về côn nghệ chồn
Chương 2: Thiết kế công nghệ chồn ống
Chương 3: Nghiên cứu, tính toán và thực nghiệm chồn Bạc nối

Chương 4: Nghiên cứu, tính toán và thực nghiệm chồn Ống chứa thuốc nổ Đạn xuyên lõm chống tăng
Kết luận về triển vọng lớn lao khi áp dụng công nghệ chồn ống nguội vào sản
xuất loạt lớn sản phẩm Ống chứa thuốc nổ - Đạn xuyên lõm chống tăng tại cơ sở
sản xuất quốc phòng./.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 9 năm 2015
Tác giả

8


CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CHỒN
1.1. Sơ lƣợc về công nghệ chồn
1.1.1. Định nghĩa

Chồn là một nguyên công công nghệ nhằm giảm chiều cao, tăng diện tích tiết
diện ngang đồng thời nâng cao cơ tính của sản phẩm. Phôi chồn có thể ở dạng dải,
tiết diện tròn hay các tiết diện vuông, chữ nhật hoặc ống.
Chồn là một quá trình nén (Hình 1.1). Biến dạng theo phương lực tác dụng là
âm (nén), hai phương còn lại là dương (kéo). Chồn có thể được thực hiện ở trạng
thái tự do, có ma sát, không có ma sát hoặc chồn cưỡng bức trong khuôn kín.

a. Sơ đồ lực tác dụng

b. Sơ đồ trạng thái ứng suất
Hình 1.1: Sơ đồ bài toán chồn

c. Sơ đồ trạng thái biến dạng


Khi chồn có thể xảy ra hai trường hợp:
- Lượng biến dạng kéo bằng nhau và bằng một nửa lượng biến dạng nén theo
phương của lực tác dụng. Trường hợp này được gọi là nén đơn giản.
- Nếu một trong hai lượng biến dạng kéo bằng không, ta có biến dạng phẳng.
1.1.2. Biến dạng không đồng đều khi chồn
- Ứng suất tiếp có giá trị cực đại tại bề mặt tiếp xúc và có trị số nhỏ nhất (=0)
tại mặt trung tâm. Vì vậy, biến dạng tại mặt đầu nhỏ hơn tại những mặt ở xa mặt
đầu.
- Đối với những phôi hình trụ, nếu như ma sát đồng đều thì vẫn giữ nguyên tiết
diện tròn nhưng các đường kinh tuyến có dạng phình trống. Mức độ và kiểu dạng

9


phình trống phụ thuộc vào hệ số ma sát, ma sát càng lớn thì trượt bị kìm hãm càng
mạnh ở mặt đầu.
- Nếu chiều cao tương đối của phôi

d0
> 1 thì tạo phình trống ở giữa, nếu như
h0

d0
càng tăng thì độ phình trống càng giảm. Riedel đã chứng minh khi chồn
h0

tỉ số

phôi có tỉ số


d0
= 0,35 với mức độ biến dạng nhỏ thì sẽ tạo phình trống ở hai đầu,
h0

giữa là trụ (Hình 1.2a).

Hình 1.2: Biến dạng không đồng đều khi chồn
Nếu tiếp tục chồn thì phôi sẽ có dạng (b) và (c) khi chồn đến 40  50%. Còn tỷ
số

d
tăng nhưng nhỏ hơn 0,5 thì nhận được phình trống kép (d). Nếu tiếp tục chồn
h

thì cũng quá độ sang dạng một tang trống phình ở giữa. Ochrimenko đã chứng minh
rằng nếu mức độ biến dạng tăng thì độ phình trống cũng tăng và đạt tới giá trị cực
đại sau đó giảm dần. Vì vậy tỷ số

d
h

ban đầu càng lớn thì độ phình trống càng

giảm.
Ví dụ: khi
khi

d
= 0,5 đạt max khi  = 0,55
h


d
=4
h

đạt max khi  = 0,25

10


Hình 1.3: Độ phình tang trống phụ thuộc vào tỉ số d/h
Tóm lại, trong mọi trường hợp nếu ma sát tăng thì độ phình trống càng lớn.
Trường hợp biến dạng va đập phôi hình trụ tạo trống uốn khi

h
2
d

Hình 1.4: Sự mất ổn định của phôi khi h/d > 2
Sự biến dạng ở đường biên ngoài của phôi chồn là do sự biến dạng không đều
ở các vùng bên trong gây nên. Phân chia biến dạng bên trong một phôi chồn có thể
chia làm 3 vùng:
- Vùng I: Vùng tiếp xúc với dụng cụ biến dạng có ảnh hưởng trực tiếp của ma
sát, gọi là vùng khó biến dạng hay còn gọi là vùng hãm.

11


- Vùng II: Vùng biến dạng mạnh, không những theo chiều dọc trục mà còn
theo chiều hướng kính.

- Vùng III: Biến dạng với mức độ trung gian giữa hai vùng trên. Nếu như mức
độ biến dạng tăng thì vùng III có xu hướng giảm đi, hoặc tỷ số d/h lớn thì vùng III
cũng giảm, vùng I và vùng II sẽ thâm nhập vào nhau. Khi đó trong các vùng I và II
biểu hiện rõ rệt trạng thái ứng suất khối và độ đồng đều biến dạng tăng lên, độ
phình trống giảm đi.

Hình 1.5: Các vùng biến dạng khác nhau khi chồn
Sự tồn tại của các vùng nói trên đã được minh chứng bằng nhiều thí nghiệm
khác nhau, ví dụ, thí nghiệm đo độ cứng trên mẫu nhôm chồn nguội (mặt cắt chứa
trục); đo độ hạt của mẫu thép chồn nguội sau khi ủ kết tinh lại để quan sát sự không
đồng đều biến dạng theo chiều cao. Để quan sát vùng trượt và vùng dính có thể
thông qua thí nghiệm chồn mẫu có tỷ số

d
 4 , mặt đầu của phôi có vạch sẵn các
h

vòng tròn đồng tâm cách đều nhau. Ở vùng ngoài, khoảng cách giữa các vòng tăng
lên, càng vào trong thì sự trượt càng bị kìm hãm nên khoảng cách giữa các vòng
tròn càng ít thay đổi. Tại vùng tâm phôi có bán kính khoảng bằng chiều cao tức thời
của phôi, khoảng cách giữa các vòng tròn hầu như không thay đổi, ta gọi đó là vùng
dính. Tại vùng trượt, ứng suất tiếp trên bề mặt tiếp xúc tỷ lệ với ứng suất pháp (k =
z). Còn tại vùng hãm, thì ứng suất tiếp đạt giá trị lớn nhất ( k  k ).

12


Khi chồn phôi có tỷ số

d

 1 thì vùng trượt hầu như không tồn tại. Trong
h

trường hợp này, đường kính của bề mặt tiếp xúc tăng lên chủ yếu là do một phần
của mặt bên (mặt trụ) bị kéo vào bề mặt tác dụng của đe.
Ứng suất phụ:
Sự không đồng đều biến dạng khi chồn sẽ gây ra
ứng suất phụ làm sai lệch trạng thái ứng suất cơ bản
đến mức độ ở vài vùng xuất hiện ứng suất kéo. Sự
phát triển dạng phình trống cũng tạo điều kiện gây ra
ứng suất kéo.
Ta có thể chia phôi dạng hình trống thành 2 phần:
phần hình trụ (1) ở bên trong và phần vành khuyên (2)
ở bên ngoài. Trong quá trình chồn, phần hình trụ ở bên
trong có xu hướng trở thành hình trống vì thế gây ra

Hình 1.6: Ứng suất phụ

ứng suất nén hướng kính đối với vành ngoài và vành
ngoài được xem như trường hợp ống chịu áp lực bên
trong. Trong quá trình chồn, ứng suất kéo có thể đạt
tới trị số đáng kể và vì thế gây nên những vết nứt dọc
trên bề mặt phôi.
1.1.3. Công biến dạng khi chồn
Tại một thời điểm nào đó của quá trình biến
dạng, dưới tác dụng của ngoại lực P chiều cao của
phôi giảm đi một lượng là dh. Vậy công biến dạng
khi chồn có thể viết dưới dạng:
dA = Pdh


(1.1)

Công biến dạng toàn phần khi chồn:
h

A=

 Pdh

(1.2)

h0

Hình 1.7: Sơ đồ tính công

13


Vì không kể đến dấu nên ta có thể viết lại tích

biến dạng khi chồn

phân trên như sau:
h0

A =  Pdh

(1.3)

h


Trong đó, P = q.F , q là áp lực riêng; F là diện tích tiết diện ngang
Chú ý: q và F đều thay đổi trong quá trình biến dạng, nếu không xuất hiện dạng
phình trống thì F =

V
, do đó ta có:
h
h0

A   q.Fdh

(1.4)

h

Vì áp lực riêng phụ thuộc vào h nên khi tính toán ta lấy giá trị trung bình của q
giữa h0 và h.
h0

A  V  q.
h

h

0
h
dh
dh
 q tb .V. 

 q tb .V.ln 0
h
h
h
h

(1.5)

Đặt V. ln

h0
 V* là trị số tuyệt đối thể tích chuyển chỗ.
h

Vậy:

A  q tb .V *

(1.6)

Công biến dạng khi chồn bằng tích của áp lực riêng trung bình với thể tích
chuyển chỗ.
* Trường hợp lý tưởng khi  = 0 và không có hoá bền thì q tb  k f nên:
A = kf.V*

(1.7)

* Xét trường hợp chồn phôi hình lăng trụ đều (hình trụ) khi k = const.
  d
q  k f 1  . 

 3 h

(bỏ qua ảnh hưởng của sự giảm k)

Nhận được:
ho

  d  dh
A  k f .V.  1  . 
3 h h
h
d 2
4V  0 , 5
h d 
h , do đó:
mà V =
4


14

(1.8)


h0


 4V 2 1, 5 
A  k f .V ln h 
. h 

3  3

h
Để ý rằng

(1.9)

d
4V 1,5

h , do đó:
h


 h
2 d d 
A  k f .V.ln 0  (  0 )
9 h h0 
 h
Công biến dạng
không có ma sát

(1.10)

Công ma sát

* Xét trường hợp chồn phôi dải hình chữ nhật ta cũng thu được biểu thức
tương tự:
 h   a a 
A  k*f .V. ln 0    0  

 h 4  h h 0  

* Trong trường hợp biến dạng nhỏ ln

(1.11)

h0
    , áp lực riêng q coi như
h

không đổi, vì thế ta có: A = V. q. 
1.1.4. Mô hình chồn trụ đặc

Khuôn chồn
Lực ma sát
Chi tiết

Tang trống

Khuôn chồn

Hình 1.8: Sơ đồ chồn trụ đặc

15


Tốc độ chày chồn

Hình 1.9: Sơ đồ chồn trụ và mô tả sự chuyển dịch của hạt kim loại
Tổ chức tế vi, hƣớng thớ của mẫu sau chồn


Hình 1.10: Tổ chức hướng thớ đạt được sau khi chồn mẫu
1.2. Ma sát trong quá trình chồn
1.2.1. Định nghĩa về ma sát
Ma sát có thể được hiểu một cách đơn giản như là “trở lực bề mặt đối với các
chuyển động trượt hoặc lăn”, trong khi đó các hoạt động tạo hình kim loại trong
thuật ngữ này sẽ được hiểu là “trở lực bề mặt khuôn phôi đối với dòng chảy kim
loại”.

16


Lực ép

Khuôn ép

Vật liệu

Khuôn dập

Độ nhám

Hình 1.11: Tương tác độ nhám bề mặt giữa dụng cụ và phôi
1.2.2. Thí nghiệm chồn bạc
Thí nghiệm chồn bạc là phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định
các điều kiện ma sát trong tạo hình kim loại lớn. Phương pháp này lần đầu tiên được
đề cập đến bởi Kunogi vào năm 1956 sau đó được phát triển bởi Male và Cockroft
trong giai đoạn 1964-1965. Họ đã đưa ra các đánh giá định lượng về ma sát và được
chấp nhận rộng rãi khắp thế giới. Thông số kiểm tra chính là việc tăng hoặc giảm
đường kính trong của một mẫu bạc thấp khi được nén giữa hai tấm phẳng, song

song. Phương pháp này cung cấp một kiến thức cụ thể về hệ số ma sát ở bề mặt
dụng cụ - phôi. Nếu ma sát thấp (bôi trơn tốt) đường kính trong sẽ tăng lên; nếu ma
sát cao (bôi trơn kém) đường kính trong sẽ giảm đi như được mô tả trong Hình 1.12,
Hình 1.13 là một ví dụ về đường kính trong giảm xuống.

17


Hình dạng ban đầu của bạc

Ma sát cao (bôi trơn kém)

Ma sát thấp (bôi trơn tốt)

Hình 1.12: Hai kết quả của thí nghiệm chồn bạc

Giảm độ cao
(%)

Giảm đường kính trong
(%)

Hình 1.13: Kết quả thí nghiệm chồn bạc

18


% Giảm về đường kính trong

Biến dạng theo độ cao %


Hình 1.14: Đường cong xác định đường kính trong thu được
từ thí nghiệm chồn bạc theo điều kiện hệ số ma sát μ
Đường cong xác định đường kính trong được lập ra cho các dạng hình học bạc.
Mỗi hình dạng bạc có các đường cong của riêng nó. Hình dạng bạc phổ biến nhất là
6:3:2, trong đó chữ số đầu tiên là đường kính ngoài, chữ số thứ hai là đường kính
trong và chữ số cuối cùng là chiều cao của bạc.
Kích thước thực tế của mẫu thường không tương thích trong các thử nghiệm
này. Như vậy, một khi biết được chiều cao và tỷ lệ phần trăm giảm của đường kính
trong, người ta có thể xác định được hệ số ma sát bằng cách sử dụng biểu đồ thích
hợp.

19


Các ưu điểm chính của thí nghiệm chồn bạc là nó không yêu cầu phải đo lực
nén và có liên quan đến biến dạng phạm vi rộng của vật liệu phôi, như thường xảy
ra trong thực tế.
1.2.3. Nghiên cứu về chồn phôi hình trụ
Trong phần này, nghiên cứu về chồn nguội phôi hình trụ sẽ được xem xét. Để
so sánh các kết quả phân tích phần tử hữu hạn (FEA) với các thí nghiệm, trong quá
trình chồn phôi hình trụ, việc phân bố áp suất gần như đồng nhất trên mặt tiếp xúc ở
toàn bộ quá trình.
Trong mô hình nghiên cứu này, cần phải xem xét kỹ các thay đổi của ma sát
trong quá trình chồn phôi hình trụ. Mô hình nghiên cứu này dựa trên các thử
nghiệm được thực hiện và căn cứ vào các giải pháp FEA. Trong thử nghiệm, sử
dụng phôi hình trụ được ép đùn từ loại nhôm AA-6082. Hình 1.15 cho biết phôi
được chồn và cấu hình khuôn ép.

Hình 1.15: Phôi và cấu hình khuôn ép trong quá trình chồn phôi hình trụ

Trong quá trình chồn phôi hình trụ, do ma sát giữa các bề mặt khuôn phẳng và
thành phôi xảy ra trên bề mặt tự do của mẫu. Hình 1.16 cho thấy quá trình chồn một
phôi hình trụ có bán kính ban đầu R0 và chiều cao h0 đến chiều cao cuối cùng h1.
Nếu không có ma sát ở bề mặt sẽ không có các điểm bị phồng lên và biến dạng
xuyên tâm với bán kính Rw0 như trong hình 1.16a. Không thay đổi thể tích của vật
mẫu, mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao có thể được xác định chính xác.

20


a) Bề mặt tiếp xúc trong quá trình chồn mà không có ma sát

b) Bề mặt tiếp xúc trong quá trình chồn có ma sát
Hình 1.16: Bề mặt tiếp xúc khác nhau trong quá trình chồn một phôi hình trụ
Tuy nhiên, trong trường hợp chồn có ma sát, biến dạng bán kính qua chiều cao
của phôi là không đồng nhất và kích thước cuối cùng không thể tính toán chính xác
được. Hình 1.16b cho biết sự giãn nở bán kính của bán kính ban đầu và bán kính
tiếp xúc với phôi hình trụ.
a. Tỷ lệ diện tích ma sát
Rõ ràng rằng, ma sát gây ra sự di chuyển vật liệu từ bề mặt tự do của phôi và
vật liệu này sẽ tiếp xúc với các bề mặt khuôn phẳng. Diện tích bổ sung mới được

21


gọi là “diện tích tiếp xúc do di chuyển”. Ở đây, cần phải nhấn mạnh rằng tổng diện
tích tiếp xúc (cả diện tích do vật liệu di chuyển và diện tích tiếp xúc mở rộng ban
đầu) thu được trong trường hợp có ma sát luôn luôn nhỏ hơn diện tích bị biến dạng
mà không có ma sát. Để làm rõ ảnh hưởng của ma sát trong mở rộng diện tích tiếp
xúc, thuật ngữ Tỷ số diện tích ma sát sẽ được giới thiệu.

Trong Tỷ số diện tích ma sát, diện tích tiếp xúc do di chuyển không được tính
đến và được xác định thông qua phương trình sau đây:
Fr =

Aw0  A10
h .R 2
 1  1 102
Aw0
h0 .R0

Trong đó:
Awo: Diện tích tiếp xúc mở rộng cuối cùng bị biến dạng không có ma sát =
 .Rw2 0   .R02 .h0 / h1 .

A10: Diện tích tiếp xúc ban đầu mở rộng cuối cùng = π.R 02 .
R10: Bán kính cuối cùng diện tích tiếp xúc ban đầu được mở rộng.
R0: Bán kính ban đầu.
h: Chiều cao cuối cùng.
h0: Chiều cao ban đầu.
b. Mô hình hóa để nghiên cứu
Do bản chất đối xứng qua trục của bài toán, mô hình hóa của một phôi thực tế
được thể hiện đầy đủ trong hình 1.17. Bằng cách này, cả yếu tố số lượng và thời
gian giải pháp được giảm giảm bớt.

22


Chày ép 10 mm/s

Phôi


Cối ép (đứng yên)

Hình 1.17: Mô hình với 100 phần tử tứ giác đối xứng qua trục
Trong phân tích này, mô hình phôi được nén từ chiều cao 15mm xuống còn
5mm, giảm 67% chiều cao. Để xác định tỷ lệ diện tích ma sát, các giá trị R10 được
xác định bằng cách sử dụng biện pháp theo dõi hạt của phần mềm. Phương pháp
theo dõi hạt cho phép người sử dụng định vị được vị trí của các nút ngay cả khi tạo
dựng lại trong suốt quá trình phân tích. Dữ liệu theo dõi hạt được cung cấp như một
tập tin đầu ra riêng biệt. Giá trị R10 như trên Hình 1.16b được thực hiện cho mỗi 5
hoặc 10 bước trong quá trình chồn.

23


×