slot

Thứ 310232018

Last update09:23:41 PM

Font Size

Profile

Menu Style

Cpanel
Back Bạn đang ở trang: Home CÔNG NGHỆ DẬP TẤM CÔNG NGHỆ DẬP TẤM CÔNG NGHỆ DẬP VUỐT CÔNG NGHỆ Một số lý thuyết tính toán thiết kế biến dạng kim loại tấm

Một số lý thuyết tính toán thiết kế biến dạng kim loại tấm

   Với những thành tựu và sự phát triển trong nghiên cứu các quá trình tạo hình kim lọai nói chung và cho kim loại tấm nói riêng hiện nay trên thế giới, được áp dụng trong việc tạo ra các sản phẩm không những có hình dạng phức tạp, mà còn có độ chính xác với chất lượng cao,
 
đáp ứng được nhu cầu lớn cho lĩnh vực kĩ thuật - sản xuất khác nhau và cho đời sống xã hội. Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu kim loại tấm rất đa dạng và ứng dụng rộng rãi nhiều trong thực tế như các đồ gia dụng, nắp vỏ bảo vệ các thiết bị điện - điện tử, tạo khung, ống, bồn chứa…, đặc
biệt chúng được ứng dụng và nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực hang không -  vũ trụ
và phương tiện giao thông trong đó với ứng dụng chủ yếu là các nắp, vỏ, khung của thiết bị làm việc với vận tốc cao và áp lực va chạm lớn.
Ngành kĩ thuật ôtô là một trong những ngành sản xuất có sự quan tâm nnghiên cứu
và ứng dụng các sản phẩm tạo hình từ kim loại tấm rất lớ

Chương I: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về quá trình tạo hình thép tấm:


Với những thành tựu và sự phát triển trong nghiên cứu các quá trình tạo hình kim lọai nói chung và cho kim loại tấm nói riêng hiện nay trên thế giới, được áp dụng trong việc tạo ra các sản phẩm không những có hình dạng phức tạp, mà còn có độ chính xác với chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu lớn cho lĩnh vực kĩ thuật - sản xuất khác nhau và cho đời sống xã hội. Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu kim loại tấm rất đa dạng và ứng dụng rộng rãi nhiều trong thực tế như các đồ gia dụng, nắp vỏ bảo vệ các thiết bị điện - điện tử, tạo khung, ống, bồn chứa…, đặc
biệt chúng được ứng dụng và nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực hang không - vũ trụ
và phương tiện giao thông trong đó với ứng dụng chủ yếu là các nắp, vỏ, khung của thiết bị làm việc với vận tốc cao và áp lực va chạm lớn.
Ngành kĩ thuật ôtô là một trong những ngành sản xuất có sự quan tâm nnghiên cứu
và ứng dụng các sản phẩm tạo hình từ kim loại tấm rất lớn. Bên cạnh các vật liệu


tấm hợp kim như hợp kim ngôm, hợp kim titan…và các loại vật liệu tấm composite thì vật liệu thép tấm vẫn chiếm vai trò quan trọng và có ý nghĩa lớn trong việc tạo hình các sản phẩm , chi tiết được ứng dụng trong ôtô. Hiện nay, ngoài các viện, các trường đại học, các tập đoàn sản xuất thép thì ở các tập đoàn sản xuất ôtô trên thế giới đều có trung tâm nghiên cứu về vật liệu thép tấm nhằm đưa ra các vật liệu thép mới với các tính chất cơ lí và khả năng ứng dụng cao, trong đó chủ yếu là các chủng loại thép có độ bền cao vì một số đặc điểm sau:
- Có cơ tính về độ bền, độ cứng và khả năng chịu va đập cao.
- Với cùng kích thước, trọng lượng thép tấm độ bền cao nhẹ hơn so với thép tấm thông thường.
- Mang tính kinh tế cao, tiết kiệm chi phí vật liệu và chi phí sản xuất.
Bảng 1.1. Thống kê một số vật liệu thay thế mới cho việc giảm khối lượng chi tiết và tiết kiệm chi phí sản xuất của Viện Năng lượng Mỹ: ( AHSS Report Final 2007) [30]


Vật liệu khối lượng
nhẹ Vật liệu được thay
thế Độ giảm
khối lượng
(%) Mức tiết kiệm
(vật liệu+sản xuất) Thép độ bền cao Thép cacbon thấp 10 - 25 1 Hợp kim nhôm Thép, gang 40 - 60 1.3 – 2 Magiê Thép hoặc gan 60 – 75 1.5 – 2.5 Magiê Nhôm 25 – 35 1.0 – 1.5 Composite thuỷ tinh Thép 25 – 35 1.0 – 1.5 Composite cacbon Thép 50 – 60 2.0 – 10+ Composite nhôm Thép hoặc gang 50 – 65 1.5 – 3+ Titan Thép hợp kim nhôm 40 – 55 1.5 – 10+ Thép không gỉ Thép cacbon 20 - 45 1.2 – 1.7 Hình 1.1. Một số bộ phận trên than xe ôtô sử dụng thép tấm được tạo hình.
Bảng 1.2. Một số loại thép được nghiên cứu và sử dụng trong kĩ thuật sản xuất ôtô:


Loại thép Giới hạn
chảy
(Mpa) Giới hạn
kéo
(Mpa) Tổng độ giãn
dài (%) Giá trị số
mũ hoá bền n Thép mềm
170/300 170Min 300Min 38-43 0.23 BH 260/370 260Min 370Min 29-34 0.13 IF 300/420 300Min 420Min 29-36 0.20 HSLA 350/450 350Min 450Min 23-27 0.17 DP 350/600 350Min 600Min 24-30 0.17 TRIP 400/600 400Min 600Min 28-34 0.23 DP 500/800 500Min 800Min 14-20 0.14 CP 700/800 700Min 800Min 10-15 0.13 MS 1150/1400 1150Min 1400Min 4,0-5,0 N.A.
Vấn đề đặt ra khi nghiên cứu về các loại thép tấm độ bền ca là khả năng tạo hình của chúng, khi nâng cao cơ tính cho vật liệu thép về độ bền, dộ cứng thì đồng thời cũng sẽ làm giảm đi độ dẻo của vật liệu thép tấm, do đó biến dạng dẻo của quá trình tạo hình trở nên khó khăn và phức tạp hơn, từ đó cũng đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết cả trước, trong và sau khi quá trình tạo hình cho sản phẩm tấm, trong khi các yêu cầu về thiết kế kỹ thuật và hình dáng cho chi tiết sản phẩm đặt ra càng cao. Một trong những vấn đề quan trọng đã và đang được sự quan tâm nhiều đối quá trình tạo hình cho thép tấm độ bền cao là sự
xuất hiện hiện tượng đàn hồi – springback – sau quá trình tạo hình và đây cũng là nội dung chính được nghiên cứu trong đề tài.
Ở nước ta hiện nay, ngoài các cơ sở sản xuất sản phầm từ thép tấm chủ yếu do các sản phẩm gia dụng thì với sự đầu tư ngày càng nhiều của các công ty trong và ngoài nước cho các ngành sản xuất - kỹ thuật công nghệ cao, chi tiết sản phẩm tạo hình từ thép tấm càng lúc được quan tâm và phát triển nhiều hơn,
nhất là các sản phẩm phục vụ cho các ngành sản xuất điện tử, máy tính(nắp, vỏ, thùng máy…), và ngành sản xuất ôtô. Đối với các sản phẩm được tạo hình từ
thép tấm, vật liệu thường sử dụng phổ biến là thép cacbon thường (CT3, SS400…) và thép không gỉ. Các sản phẩm tấm từ thép cacbon thông thường thường được sử dụng tạo các sản phẩm gia dụng, tấm lợp, ống công nghiệp, khung kết cấu tự tạo…, với tính chất vật liệu có độ cứng không cao, độ dẻo dai lớn nên chúng chủ yếu được tạo hình từ các phương pháp uốn, dập, cán. Còn các sản phẩm từ tấm thép không gỉ ngoài các sản phẩm gia dụng, có thể thấy nhiều trong các thiết bị ngành y tế, thiết bị chế biến thực phẩm…, với các đặc
tính có tính chất cơ học về độ bền, độ cứng cao, chịu được nhiệt độ cao, cũng


như các điều kiện môi trường ẩm ướt, nhưng do trong lượng lớn, giá thành vật liệu và khó gia công do đó giá thành sản phẩm lớn. Đối với các lạoi thép tấm
độ bền cao trên thị trường hiện nay chỉ có chủ yếu là các loại tấm với độ dày từ
8 ~ 30 mm, nhưng cũng không phổ biến do nhu cầu sử dụng không nhiều, còn các loại thép tấm với độ dày <5mm thì rất ít gặp, nhưng đây là loại vật liệu
được sử dụng nhiều trong cơ sở sản xuất ống, bồn chịu áp lực cao, trong các
công ty chế tạo ôtô và một số sản phẩm chi tiết điện - điện tử.
Nghiên cứu về vấn đề tạo hình chính xác đối với các sản phẩm thép tấm là một trong những vấn đề đang được quan tâm ở nước ta, do nhu cầu về sản phẩm tấm chính xác đang ngày càng cao cho các ngành sản xuất, chết tạo kỹ thuật cao, đặc biệt trong ngành chề tạo ôtô. Nghiên cứu về hiện tượng đàn hồi sau
quá trình tạo hình – springback của sản phẩm thép tấm nói chung, cũng như đối với thép tấm độ bền cao là một trong những nghiên cứu nhằm tìm hiểu và nâng cao độ chính xác và chất lượng cho quá trình tạo hình.
1.2. Vấn đề đàn hồi sau quá trình tạo hình (springback) và mục tiêu nghiên cứu trong đề tài:
1.2.1. Vấn đề đàn hồi sau quá trình tạo hình:
• Khái niệm về hiện tụơng đàn hồi sau quá trình tạo hình :
Là hiện tượng trong đó vật liệu của sản phẩm được tạo hình có xu hướng
trở lại hình dạng ban đầu sau khi không còn tác động của các lực tạo hình.
• Những ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi đối với sản phẩm sau khi tạo
hình:
Gây ra các sai lệch về hình dáng hình học so với thiết kế ban đầu, chủ yếu là các sai lệch như:
- Làm thay đổi góc uốn, cũng như bán kính uốn của chi tiết sản phẩm.
- Làm cong các thành bên đối các chi tiết có tiết diện ngang dạng rãnh.
- Gây ra hiện tượng vênh, xoắn, đạc biệt đối với các chi tiết có độ dài lớn.
Làm giảm chất lượng của sản phẩm sau khi tạo hình, do sự tạo thành các khuyết tật như các vết nhăn, nứt, đứt, gãy trong cấu trúc vật liệu.
Hình 1.2. Một số khuyết tật trong tạo hình tấ do hiện tượng đàn hồi.
• Các ýêu tố ảnh hưởng đến hiện tượng đàn hồi:
+ Tính chất cơ học của vật liệu được tạo hình như mođun đàn hồi, giới hạn
chảy, tính đẳng hướng, độ giãn dài.
+ Các thông số hình học như độ dày của tấm, bán kính uốn và góc uốn.
+ Các lực tác động, cường độ ứng xuất trong quá trình tạo hình.
Ngoài ra còn có sự ảnh hưởng của một số yếu tố như nhiệt độ, áp suất,… vá các điều kiện, qui trình kỹ thuật tạo hình khác nhau.
• Tỉ số đàn hồi:


Xét một quá trình tạo hình uốn một tấm kim loại như hình 1.3. Với t là độ dày của tấm.
R, α là bán kính và góc uốn mong muốn (của khuôn)
R’, α’ là bán kính và góc uốn sau khi xảy ra hiện tượng đàn hồi.
Tỉ số đàn hồi K là tỉ số giữa bán kính uốn mong muốn (của khuôn) chia cho bán kính uốn cuối cùng đạt được của chi tiết sau quá trình tạo hình.
Hình 1.3. Minh hoạ hiện tượng đàn hồi sau quá trình uốn tấm. (a) Biên dạng mong muốn.
(b) Biên dạng khi bị đàn hồi ngược.


K = R R'


(1.1)

Công thức (2.1) có thể tính tương đương theo Hosford và Caddels:

 Rσ 

 Rσ 

K ≈ 1 + 4. 0 

− 3 0 

(1.2)

 E' t 

 E ' t 

Trong đó, là ứng suất uốn lớn nhất để đạt giá bán kính uốn mong muốn. E’ là mô đun đàn hồi trong trường hợp uốn được xác định;

E ' =

E
(1 − v 2 )


(1.3)


E- mô đun đàn hồi của vật liệu v- hệ số Poison của vật liệu.
Trong trường hợp độ dài cung uốn cuối cùng không thay đổi nhiều so với độ dài cung uốn mong muốn, tỉ số đàn hồi có thể được xác định:


K = α '
α


(1.4)

1.2.2. Một số báo cáo nghiên cứu về hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình
kim lạoi tấm:
1.2.2.1. Nghiên cứu của Mike Gedeon thuộn Trung tâm Kỹ thuật Vật liệu về
hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình kim loại tấm. [18]
Khi tạo hình cho một sản phẩm, mong muốn của các nhà sản xuất là sản phẩm sẽ
có hình dạng hình học như thiết kế. Nhưng đối với hầu hết các vật luệu, trong quá trình tạo hình sản phẩm, khi không còn tác dụng của các lực tạo hình, chi tiết được tạo hình không có được hình dáng như mong muốn do hiện tượng đàn hồi xảy ra.


Theo hình vẽ minh hoạ cho thí nghiệm được đề cập trong nghiên cứu, góc uốn mong muốn của sản phẩm sẽ là góc uốn tương ứng với bán kính uốn theo thiết kế khuôn .Nhưng khi được tháo ra khỏi khuôn, do ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi, góc uốn mở rộng và bánn kính uốn tăng lên thành . Do đó, có thể xác định tỉ số đàn hồi là tỉ số của góc uốn cuối cùng sau khi đàn hồi với góc uốn mong muốn của dụng cụ.
Tỉ số đàn hồi = rF
rs
Hình 1.4.Minh họa hiện tượng đàn hồi ngược và biểu đồ Biến Dạng - Ứng Suất
Để hiểu thêm về hiện tượng đàn hồi,[18]cũng đề cập tới đường cong ứng suất của vật liệu trong quá trình tạo hình. Qua đó, vật liệu có độ cúng cao sẽ cho tỉ
số đàn hồi – biến dạng dẻo cao hơn sẽ thể hiện hiện tượng đàn hồi lớn hơn so với vật liệu có độ cứng thấp. Theo biểu đồ minh họa,đường cong ứng suất không tải sẽ thay đổi theo hướng ít xuất hiện đàn hồi hơn nêu có độ dốc cao. Hơn nữa, tỉ số
giữa bán kính uốn và độ dày vật liệu R/t trong quá trình uốn lớn liên tục sẽ tập trung ứng suất nhiều hơn quá trình uốn từ từ, kết quả theo đường cong biến dạng dẻo trên biểu đồ. Do đó, tỉ số R/t nhỏ thì hiện tượng đàn hồi cũng ít xuất hiện.
Nghin cứu cũng đề cập một số phương pháp liên quan đến việc giảm hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình. Trước hết là xác định theo thực nghiệm, quá trình tạo hình uốn phải được thực hiện một cách chặc chẽ, lam thế nào để vật liệu ít xuất hiện đàn hồi với góc uốn mong muốn. Một hướng giải quyết theo tính cơ học, là tạo ra một ứng suất bên ngoài lớn hơn nhăm kiểm soát, cân băng với
ứng suất được tạo ra trong quá trình uốn. Tuy nhiên,trong mốt số trường hợp, cách
này thường tạo ra sự nứt, gẫy của vật liệu trong quá trình tạo hình.
Theo nghiên cứu, có bốn yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng đàn trong quá trình tạo hình, và có thể sử dụng các yếu tố này để kiểm soát hiện tượng đàn hồi.
+ Vật liệu với mô dun đàn hồi cao có thể làm giảm hiện tượng đàn hồi.
+ Tăng các lực tạo hình tiếp xúc.
+ Vật liệu có độ uốn thấp có thể được sử dụng, nhưng độ bền vững của chi tiết sản phẩm không cao, do đó chì xem xét giới hạn trong một số bán kính uốn cần
thiết.
+ Độ dày của chi tiết được tạo hình. Nhưng điều cần thiế là xác định chi tiết sử dụng nhằm vào mục đích gì, nếu yêu cấu cho chi tiết sản phẩm chỉ cần mỏng, nhưng sử dụng chiều dày lớn là không phù hợp và trong nhiều trường hợp phải xem xét lại góc uốn tạo hình chi tiết.
1.2.2.2 Nghiên cứu về “bù đàn hồi trong vật liệu tạo hình tấm tiên tiến” của Dr. Chung-Yeh Sa và Dr. Edmund Chu thuộc trung tâm Tạo Hình Và Ứng Dụng CAE.[19]


Nghiên cứu đề cập về vật liệu nhẹ trong kỹ thuật giao thông với một số vấn đề liên quan đến hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình, chứng minh được một số vấn đề mang tính khả thi:
• Sử dụng một dụng cụ giao diện đồ họa để có thể diều chỉnh cục bộ hoặc
tổng thể mặt lưới của khuông trong việc dự đoán các kết quả đàn hồi.
• Các kết quả mô hình mô phỏng số biể diễn độ lệch được giảm thiểu nhỏ
nhất bằng cách sử dụng phương pháp bù đàn hồi mới.
Mô hình mô phỏng của nghiên cứu được thực hiện với ba loại vật liệu khác nhau:
+ GM : ký hiệu cho mô hình bù đàn hồi đối với một thanh lan can thép (hình
1.5)
+ Ford : ký hiệu cho mô hình bù đàn hồi đối với một tấm nhôm (hình1.6a)
+ DCX/DCAG : ký hiệu cho mô hình bù đàn hồi đối với một dầm thép chịu lữc cao. (hình 1.6b)
Tất cả các mô hình, dự đoán dàn hồi ở các vị trí đo tới hạn trong các khuôn mô phỏng được tính toán bù lãi ở trong sai số chỉ định ± 2mm. Phần mềm FEM được
sử dụng là DYNAFORM.
Kết quả thực hiện được báo cáo :
+ Đối với GM: Các mô phỏng số được lặp lại nhiều lần thử cho vật liệu dày
1.8mm và đạt được kết quả tương ứng với quá trình thực hiện mẫu thử thực tế, độ
bù đàn hồi đáp ứng thành công trong giới hạn ± 0.5mm.
+Đối với Ford : vật liệu được sử dụng có độ dày 0.9mm, voi71i dự định chủ yếu là
đánh giá sự khác nhau của đàn hồi tại 10 vị trí khác nhau trên bề mặt khuôn.
+Đối với DCX/DCAG: vật liệu được sử dụng là hợp kim thép kẽm có độ dày
1.4mm.
- Sử dụng mô phỏng FEM chỉ ra được các vị trí tạo nếp nhăn và gợn sóng
đáng kể này xảy ra ở một vài vị trí.
- Quá trình mô phỏng có thể kiểm soát và bù lại ở trên 90% vị trí bề mặt khuôn với độ lệch ± 0.5mm.
- Qua quá trình mô phỏng phát hiện ra, các độ lệch do đàn hồi ngược cục bộ
lớn hơn 0.5mm là nguyên nhân gây ra các vết nhăn trong thời gian tạo hình dập.
- Từ đó có thể sử dụng các biện pháp để giảm đến mức thấp nhất các vết nhăn trong khuôn dạp cho các quá trình tạo hình lặp lại tiết theo.


Các kết luận của nghiên cứu:
- Giảm thời gian và chi phí cho dụng cụ so với các phương pháp truyền thống
- Thúc đẩy việc ứng dụng các hợp kim tiên tiến nhằm làm giảm trọng lượng sản phẩm như thép chịu lực cao, hợp kim nhôm, nghiên cứu còn sẽ được
phát triển đối với việc tạo hình tấm cho hợp kim magiê và hợp kim titan.
- Đẩy mạnh việc phát triển và đưa ra các sáng kiến trong sản xuất các sản phẩm mới.
Các kế hoạch phát triển trong tương lai:
- Với mục đích ứng dụng các kỹ thuật khả thi, báo các nhấn mạnh sự quan trọng của việc phát triển các phần mềm trong mô phỏng và tính toán.
- Phát triển và ước lượng các kế hoạch phân tích bù đàn hồi trên toàn bộ các phần khác nhau của chi tiết.
- Xác định được vị trí các vết nhăn, có kế hoạch giảm bớt hoặc loại bỏ chúng trước khi thực hiện quá trình tạo hình.
- Sử dụng các phần mềm và phương pháp mới trong việc tạo lại khuôn cho các thử nghiệm bù đàn hồi.
1.2.2.3 Nghiên cứu về: “phân tích sự biến dạng của hiện tượng đàn hồi khi uốn dạng L cho kim loại tấm” của Fuh-Kuo Chen và Shen-Fu Ko thuộc khoa cơ khí trường đại học Quốc Gia Đài Bắc – Đài Loan.[20]
Mục đích của nghiên cứu: trình bày về cơ học biến dạng của hiện
tượng đàn hồi khi uốn dạng L cho kim loại tấm qua một kiểm tra thí nghiệm và nêu lên phương pháp mới có thể giảm một cách có hiệu quả hiện tượng đàn hồi khi uốn dạng L cho kim loại tấm.
Phương pháp nghiên cứu : Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn, kết hợp với thực nghiệm để thực hiện phân tích cơ học biến dạng và những ảnh hưởng của các thông số của quá trình trong sự hình thành đàn hồi.
Quá trình thực hiện: Sức căng phân bố dọc trục thu được trong quá trình uốn bởi các mô phỏng phần tử hữu hạn được chia thành ba vùng
: vùng uốn phía dưới chày đến (vùng I), vùng uốn dưới kế tiếp vùng uốn ( vùng II), và vùng sức căng tự do (vùng III). Sức căng trong vùng I là khá dồng dều và do vậy ở dây chịu ảnh hưởng ít chịu ảnh hương của hiện tượng đàn hồi. Trong khi đó sự phân bố sức căng trong vùng II cho kết quả của hiện tượng đàn hồi dương, ngược với
sự phân bố sức căng trong vùng II tạo ra đàn hồi âm. Tổng đàn hồi do
đó phụ thuộc vào tác động kết hợp của các kết quả được tạo ra ở vùng III và vùng III. Phương pháp uốn ngược lại có thể giảm một cách hiệu quả hiện tương đàn hồi, và đó cũng là mục đích báo cáo. Phương


pháp phân tích phần tử hữu hạn được thực hiện nhằm hỗ trợ cho việc xác định các thực nghiệm cụ thể.
Giới hạn nghiên cứu : Mặc dù phương pháp uốn ngược có khả năng giảm dàn hồi ngược một cách hiệu quả, nhưng nó cũng là nguyên
nhân gây ra sự không đồng đều trên bề mặt chi tiết tấm ở khu vực chày đến. Do đó, việc sử dụng phương pháp uốn ngược cần phải sử dụng cẩn thận nếu có yêu cầu về chất lượng cao cho bề mặt sản phẩm tấm.


Hình 1.7. Mô hình uốn tấm dạng L và sự phân bố căng trong tấm uốn trước khi rới khỏi dụng cụ tạo hình.

Hình 1.8. Phân bố sức căng trong vùng II và phân bố sức căng trong vùng III với các bán kính uốn khác nhau.
1.2.2.4. Nghiên cứu về “Quá trình tạo hình bằng phương pháp cán đối với các vật liệu có cường độ cao” của Baicheng Wen, thuộc trung tâm nghiên cứu
Roll-Kraft Ohio. [21]
Mục đích của nghiên cứu [21]: Các vật liệu thép có độ bền cao đươc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp hiện nay, nhất là trong kĩ thuật giao thông. Các chi tiết làm từ vật liệu có độ bền cao


có các đặc tính về độ bền, độ cứng cao và trong lương nhẹ hơn so với các vật liệu thép cacbon tiêu chuẩn, nhưng tính chất tạo hình của chúng lại kém hơn do độ cứng cao, và tính kéo giãn ít, đây là một thách thức khi thực hiện các thép, thiết kế dụng cụ cán. Hơn nữa, việc giảm dộ dày của chi tiết tạo hình giúp cho việc tiết kiệm vật liệu rấ nhiều. Trong tạo hình cán, điều cần thiết phải xác định khả năng công nghệ cảu vật liệu tạo hình độ bền cao, nhằm có sự lựa chọn thích hợp, chú ý dến tác động về các tính chất cơ tính để hiểu rõ hơn sự biến dạng trong quá trình tạo hình, qua đó
có thể giúp cho việc thiết kế dụng cụ cán phù hợp.
Nội dung của nghiên cứu [21]:
+ Đề cập tới biến dạng vật liệu trong quá trình uốn. Trong quá trình biến dạng,
ứng suất căng ở bên trong và bên ngoài vật liệu khi vượt qua giai đoạn biến dạng dẻo để biến dạng hòan toàn, tạo hình cho vật liệu. Tuy nhiên, ứng suất căng trong vùng ứng suất vẫn còn giữ lại một phần, nên khi tháo khuôn, vật liệu có khuynh hướng phục hồi trở lại ngược kại với hình dáng được tạo ra, đây là hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình. Hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình. Hiện tượng này bị ảnh hưởng bởi các tính chất cơ học của vật liệu, trong đó có độ cứng, tiêu chuẩn thép, và ảnh hưởng bởi các tính chất cơ học của vật liệu, trong đó có độ cứng, tiêu chuẩn thép, và cường độ uốn. Các loại thép có độ bền uốn cao sẽ có sự biến dạng dàn hồi nhiều hơn so với các loại thép có độ bền uốn thấp, do đó hiện tượng đàn hồi trong các loại thép có độ bền uốn cao cũng sẽ nhiều hơn.
- Ước lượng góc dàn hồi: hình 1.9. là biểu đồ mô tả mối liên hệ giữa góc đàn hồi với cường độ uốn khi thực hiện tạo hình uốn tấm góc 900 . Các góc đàn hồi dược tính toán là các điểm trên ba đường cong giá trị R/t (tỉ số giữa bán kính uốn R với chiều dày tấm t) trên dãy cường độ uốn (20 đến 220 ksi). Từ các điểm tính toán biểu đồ có thể thấy góc đàn hồi tăng khi cường dộ ứng suất tăng.


- Hình 1.10a. là biểu đồ mô tả mối liên hệ giữa góc đàn hồi với tỉ số R/t. Trên hai đường cong thể hiện hai giá trị cường độ lực. Khi tỉ số R/t giảm thì góc đàn hồi tăng.
Bán kính tối thiể : khi tạo hình một vật liệu với một độ dày cho trước, khi đó sức
căng tăng thì bán kính tạo hình giảm, và khi đến một mức độ nào đó , vật liệu có thể bị nứt. Bán kính R khi bắt dầu xuất hiện vết nứt được gọi là bán kính tối thiểu.
Độ giãn tương đối :

ε = ∆l =
l

1
 2R 

 i + 1
 t 

khi vết nứt xuất hiện, độ giãn dài tương đối tiến tới độ giãn tới hạn của vật liệu ε u :

ε = 1
 2Ri

 t

+ 1

≤ ε u

t  1 

⇒ Ri ≥


2  ε u

− 1

Từ biểu đồ hình 1.10b.Các bán kính uốn tối thiểu được ước lượng theo độ giãndài tới hạn của vật liệu từ 10% đến 50%, có thể thấy, ở giá trị độ dài tới hạn 20% sẽ cho giá trị bán kính tối thiểu là 2t.

Hình 1.10. a). Mối liên hệ giữa góc đàn hồi và tỉ số R/t.
b). Mối liên hệ giữa bán kính uốn tối thiểu và độ giãn dài tới hạn.
1.2.2.5 Ngiên cứu về : “các đặc tính tạo hình của thép độ bền cao tiên tiến”
của khoa Năng Lượng thuộc Học viện nghiên cứu Sắt và Thép Mỹ.[22]
Nội dung của báo cáo nhằm so sanh khả năng cơ tính, tính tạo hình của các loại thép khác nhau trong đó chủ yếu là các loại thép có độ bền cao
HSS (High-strength Steel),và thép độ bền cao tiên tiến AHSS (Advanced High-


strength Steel) các loại thép này được nghiên cứu, sử dụng nhiều trong sản xuất các chi tiết sản phẩm tấm của ngành kĩ thuật giao thông. Các vấn đề đề cập trong báo cáo này bao gồm:
1) Kiểm tra cơ tinh bên trong của vật liệu, phân loại các đặc tính, so sánh
các dãy vật liệu thép:
- Kiểm tra sức căng của vật liệu theo tiêu chuẩn.
- Kiểm tra tỉ số căng trung bình.
2) Kiểm tra các giới hạn tạo hình, giới hạn trượt.
- Xác định các đường cong tạo hình.
- Xác định các giới hạn kéo.
- Xác định các giới hạn uốn.
3) Mô phỏng các khả năng tạo hình chi tiết sản phẩm.
- Khả năng kéo căng tạo hình, chống lại các vết lõm.
- Khả năng dập sâu.
- Hiện tượng đàn hồi và uốn cong các cạnh mép sau khi chi tíêt sản phẩm không còn chịu tác dụng của lực tạo hình từ khuôn. Đây là hiện tượng tất quan trọng khi tạo hình các tấm bằng vật liệu AHSS cho kỹ thuật giao thông. Theo
thông thường, các quá trình được tiến hành theo kinh nghiệm, có các bước trung gian và quá trình hiệu chỉnh khuôn, hiệu chỉnh quá trình qua nhiều lần nhằm điều khiển hiện tượng đàn hồi để đạt được giá trị như mong muốn. Trong thực nghiệm của báo cáo này, đã sử dụng một khuôn với kết cấu có thể thay
đổi được bán kính dụng cụ tạo hình, quá trình thực hiện ở nhiều đều kiện khác nhau. Qua đó báo cáo kết luận, các yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất đến hiện tượng đàn hồi và uốn cong mép sản phẩm sau khi tạo hình là bán kính cong của
dụng cụ tạo hình và chiều sâu dập.
1.2.2.6. Nghiên cứu về “Các mô hình ảnh hưởng đến sự dự đoán hiện tượng đàn hồi trong tạo hình gấp mép” trong hội thảo của ASME [23]. Với sự tập trung nghiên cứu về quá trình tạo hình các mép thẳng, và phương pháp chính để dự đoán dựa trên sự phân tích các mô hình thực nghiệm, mô phỏng số sử dụng phương pháp sao chép phần tử sử dụng dạng lưới tự do (Method Meshfree), trong đó việc phân tích số thể hiện các dự đóan từ các mô
hình lưới 3D theo các dữ liệu phần tử rắn FEM 2D. Qua đó, cũng cho thấy rằng vật liệu được mô tả ở đây với các đặc tính theo qui tắc hoá bền động học cung cấp các dữ liệu dự đoán về tái đàn hồi tốt hơn so với theo qui tắc hoá bền đẳng hướng.

Hình 1.11. Các biên dạng chủ yếu trong gập mép cho tấm.


Gấp mép là một trong những qui trình phổ biến nhất trong tạo hình kim loại tấm, gấp mép và việc tạo hình các cạnh, góc của tấm nhằm tăng cứng hoặc điể nối các mặt lại với nhau trong các chi tiết lắp ghép. Thông thường, gấp mép là quá trình được thực hiện sau một qui trình tạo hình tấm nào đó như dập, vuốt…, và thường có ba biên dạng chính là dạng thẳng, dạng lõm, dạng lồi. Vấn đề chính là việc dự đóan góc đàn hồi sau khi gấp mép từ đó có thể thiết kế khuôn nhằm bù đàn hồi. Các phương pháp phân tích của nghiên cứu bao gồm:
• Phân tích trên mẫu vật liệu nhôm hợp kim AA5182-O dày 1mm được gấp
mép, trong thí nghiệm, các bán kính của chày và kích thước khe hở được
đặt nhỏ hơn so với chiều dày của tấm. Vấn đề đặt ra trong thí nghiệm này là xem xét và điều chỉnh sự sai lệch của các khe hở tiếp xúc được đo bởi máy đo khe hở và điều chỉnh tới khi đạt độ chính xác là 0.0245mm. Góc lệch do hiện tượng đàn hồi sau quá trình gấp mép được thực hiện trên máy đo CMM (Coordinate Measurement Machine).
• Mô phóng số sử dụng FFM: mô phỏng quá trình gấp mép thẳng sử dụng
phần mềm Abaqus với quá trình mô phỏng được xem như là biến dạng
phẳng, do đó, các phần tử rắn biến dạng phẳng 8 nút (loại CPE8R) và các phần tử vỏ 4 nút (SR4) được chọn. Trong mô phỏng cũng sử dụng cho đối với vật liệu AA5182-O với sự biến dạng theo tiêu chuẩn dẻo von Mises,
và được thực hiện theo cả hai qui tắc hoá bền đẳng hướng và hoá bền động học.
• Phương pháp sao chép phần tử là một phần của phương pháp tạo lưới tự
do, các mô phỏng va chạm và tiếp xúc giữa các đối tượng với nhau trong
phương pháp này là vấn đề cần giải quyết, đây là phần quan trọng trong việc mô phỏng thành công quá trình gấp mép.
Các kết luận của báo cáo nghiên cứu [23]:
1. Góc tái đàn hồi tăng khi khe hở của khuôn tăng.
2. FEM với các phần tử rắn 2D và phương pháp lưới tự do với kết quả
dự đoán hiện tượng đàn hồi tốt hơn so với việc sử dụng các phần tử
vỏ.
3. Việc dự đoán hiện tượng đàn hồi của vật liệu theo qui tắc hoá bền
động học tốt hơn so với theo qui tắc hoá bền đẳng hướng.
4. Từ mô hình phân tích tức thời trên cơ sở theo qui tắc hoá bền đẳng hướng, việc hiệu chỉnh thích hợp có thể được thực hiện bằng cách tác động tới momen uốn.
1.2.2.7. Nghiên cứu “Mô hình springback của vật liệu đa lớp kim loại – polymer – kim loại” của Li Liu và Jyhwen Wang thuộc khoa Cơ khí trường Đại học Texas A&M. [25]

Vật liệu kim loại – polymer – kim loại là loại vật liệu kỹ thuật có cấu trúc bao gồm hai lớp kim loại bên ngoài và một lớp polymer ở giữa, với các tính chất cách âm rất tốt, vật liệu này thường ứng dụng ở những nơi cần giảm độ ồn như dùng trong máy giặt, máy cắt cỏ, phòng cắt âm. Đối với các chi tiết được tạo hình từ vật liệu đa lớp hiện tượng đàn hồi xuất hiện sau quá trình tạo hình thể hiện qua độ cong của thành bên lớn hơn so với các chi tiết được tạo hình từ vật liệu thép tấm một lớp. Nghiên cứu [25] trình bày phương pháp dự đoán sự xuất hiện của tái đàn hồi và độ cong thành bên của các lớp vật liệu từ đó có biện
pháp hiệu chỉnh khuôn uốn. Nghiên cứu dựa trên việc tính toán ýêu tố đàn hồi K từ các kết hợp các mô hình của dầm thẳng và dầm cong. Việc tính toán này có các dự đoán phù hợp với kết quả được thực nghiệm, qua đó có thể tối thiểu
hoá sự xuất hiện tái đàn hồi và độ cong thành bên của chi tiết.
Quá trình tạo hình cho vật liệu tấm đa lớp giống như quá trình tạo hình cảu thép tấm một lớp thông thường, cũng từ một dạng tấm phẳng, trong đó hai vấn đề chính được quan tâm khi tạo hình đó chính là sự tách lớp và sự tái đàn hồi của các lớp vật liệu. Cả hai vấn đề trên xảy ra chủ yếu từ sự dịch chuyển lớn do trượt của lớp polymer trong thời gian biến dạng. Trong hầu hết các trường
hợp, sự tách lớp thường xảy ra ở các mép ngắn của chi tiết và nhìn chung thường được giải quýêt bằng cách thay đổi thiết kế. Còn đối với vấn đề hiện tượng đàn hồi sau khi tạo hình lại thường theo các qui tắc khác nhau đòi hỏi có sự quan tâm nghiên cứu.. Hình dáng đo được tính toán từ các yếu tố kết hợp
của tái đàn hồi ở các bán kính khuôn và độ cong thành bên do trượt của các lớp bên trong. Các mô hình phân tích dựa trên các độ lệch của dầm thẳng và dầm cong Euler – Bernoulli với các giả định trong điều kiện ứng suất phẳng và mô
hình vật liệu là đàn hồi - dẻo hoàn toàn. Hai mô hình này được kết hợp để dự đoán hình dáng sau cùng của chi tiết sau khi tháo tải. Các kết quả lý thuyết được so sánh với các kết quả thực nghiệm. Đối với tổng chiều dày của vật liệu đa lớp, sự tái phân bố chiều dày các lớp bên trong và bên ngoài có các kết quả về hình dáng khác nhau.


Hình 1.12. a) Hiện tượng đàn hồi trong uốn tấm một lớp.
b) Hiện tượng đàn hồi uốn cong thành bên trong uốn tấm nhiều lớp.


Hình 1.13. a) Ảnh hưởng của lớp Polymer giữa hai lớp trong quá trình uốn tấm. b) Mô hình dầm bị cong của lớp bên trong trong quá trình uốn tấm.


• Mô hình springback với các bán kính uốn:
Tỉ số tái đàn hồi:


k α f

(2Ri / t ) + 1


(1.5)

s =
i

= (2R

/ t )+ 1

Với αi ,α f là góc uốn của khuôn và góc uốn sau khi tạo hình.
Ri , R f là bán kính uốn của khuôn và sau khi tạo hình. t là chiều dày lớp kim loại.
Khi Ks= 1: không có hiện tượng đàn hồi; Ks = 0 : đàn hồi hoàn toàn.
Giả định góc uốn của lớp vật liệu như góc uốn của một dầm bị uốn cong, ta có :


φ = L R f


(1.6)

Trong đó, L là chiều dài cung của dầm bị uốn cong.


Với sự có mặt của lớp Polymer, sẽ tạo ra ứng suất trượt giữa nó với các lớp kim loại. Ứng suất trượt dọc theo mô hình dầm thẳng được cân bằng bởi moment uốn M và lực dọc trục F ở cuối của dầm. Bên trong dầm xuất hiện các moment và lực dọc trục ngược lại. Mặc dầu cũng có sự trượt dọc theo dầm cong, hiện tượng đàn hồi bị gây ra bởi lực F và moment uốn M cũng lớn hơn nhiều so với hiện tượng đàn hồi gây ra bới biến dạng trượt dọc theo dầm cong. Theo phương pháp đưa ra trong nghiên cứu, mặt cắt cong được mô hình bởi hai dầm cóng mỏng, trong đó mô hình của lớp bên trong được thể hiện trong Hình
1.13 với vị trí được xác định bởi các góc θ, các lực và moment uốn là: P(θ) = Fcosθ; (1.7a)
V(θ) = Fsinθ; (1.7b) M(θ) = M +FRC(1-cosθ); (1.3c)
Với Rc = (Rin + Ro)/2 là bán kính đường tâm; Rin, Ro lần lượt là các bán kính lớp trong và lớp ngoài.
Tỉ số đàn hồi của lớp trong và lớp ngoài lần lược được xác định là :

K = ∆φ1
1 M


; k2

= ∆φ2
M


(1.8)

Mô hình của độ cong thành bên:


Mỗi lớp vật liệu trong ngiên cứu được giả định theo mô hình dầm côngxôn như hình 8 với lực dọc trục F và momen M. Ở vị trí của các dầm thẳng và dầm bị uốn cong ta có :


Lo1 = Ln1 + (Ro1 − Rn1 )(φ1 − Mk1 )
Li 2 = Ln 2 + (Ro 2 − Rin 2 )(φ2 − M k 2 )

(1.9 a)
(1.9 b)

Lo1, Ro1 : độ dài cung và bán kính của lớp bề mặt ngoài của dầm bên trong; Li2, Rin2 : độ dài cung và bán kính của lớp bề mặt trong của dầm bên ngoài; Ln1, Ln2 : độ dài các cung tương ứng của các dầm ở giữa bị cong bên trong
và bên ngoài.
Độ cong sai lệch thành bên của dầm thẳng do trượt có thể được xác định theo lý thuyết Euler-Bernoulli :

2ML2
w = s
3EI


(1.10)


Góc lệch cuối cùng do đàn hồi:

αcf

= α f

− w / Ls

(1.11)

Giá trị này gần đúng với giá trị đo thực tế trong trường hợp R và w nhỏ hơn nhiều so với Ls.
Các kết luận của nghiên cứu [28]:
Các dự đoán về hiện tượng đàn hồi sau quá trình uốn của nghiên cứu với các mô hình dầm uốn được thực nghiệm qua các phương trình thực nghiệm:
- Góc đàn hồi của các lớp kim loại bên trong và bên ngoài khi không bị tác
động của lớp Polymer bên trong có thể được tính bằng công thức (1.6)
- Góc đàn hồi cuả các góc kim loại bên trong và bên ngoài khi bị tác động của lớp Polymer ở giữa có thể được tính từ công thức (1.8), khi đó moment uốn M là biến độc lập.
- Có thể tính moment uốn đối với độ cong thành bên của chi tiết theo phương
trình(1.10) và (1.11)
- Đối với trường hợp bán kính nhỏ tỉ số chiều dày, trên bán kính lớn, trong các mô hình có chiều dày dầm mỏng, việc dự đoán tái đàn hồi không được


chính xác. Tương tự như việc uốn tấm một lớp,việc uốn tấm lớn với bán kính uốn lớn có thể hiệu chỉnh được các yếu tố đàn hồi dễ dàng hơn
1.2.2.8. nghiên cứu về “ Kỹ thuật mới trong việc dự đoán springback bằng việc kết hợp tính toán FEM và mạng thần kinh nhân tạo” của PhD.eng.M. Banu- PhD.eng.S.Bouvier-PhD.eng.V.Paunoiu-PhD.eng.AL.Epureanu- PhD.eng.V.Marinescu.[28]


Mục đích của nghiên cứu :từ các kết quả từ sử dụng FED về sự ảnh hưởng của các thông số hình học và thông số quá trình qua các mô phỏng số, nghiên cứu đã kết hợp với việc sử dụng lý thuyết về mạng thần kinh nhân tạo trong việc ước lượng các kích thước của khuôn và tối ưu hóa hình dáng của chi tiết .
Nội dung của nghiên cứu :
- Mô phỏng quá trình thực nghiệm dập thép tấm với với vật liệu thép độ bên cao
HS590 được chọn từ category trong ngành chế tạo ôtô
- Xác định các mô hình hệ số vật liệu sử dụng công thức:


σe = Y0 + R + f .S
Với Y0 là giới hạn chảy; R là biến bên trong của vật liệu mô tả thông số sắp xếp dịch chyển; S là biến bên trong của vật liệu mô tả thông số ngược hướng dịch chuyển;f là thông số có giá trị trong khoảng 0 đến 1.
- Mô phỏng số hiện tượng đàn hồi sử dụng phần mềm ITAS3D.
- Mô hình mạng thần kinh nhân tao5trong việc dự đoán springback: xét các ứng suất ngược trong tấm mỏng như biến số đối với mạng thần kinh. Các giá trị đàn hồi
được tính toán trong các trường hợp uốn , và có thể tìm được giá trị của biến này đối với trường hợp không dùng mô phỏng số. Mô hình mạng thần kinh có thể được xây dựng từ mô hình toán tương ứng, thiết lập các mối liên hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra được sử dụng trong việc dự đoán các kết quả đàn hồi.
Bằng việc kiểm soát cài đặt mạng thần kinh với quá trình biến dạng tấm mỏng có thể cải thiện các trạng thái ứng suất kéo bên trong các vùng biến dạng
qua việc chọn lựa hình dáng hình học tối ưu, do đó có thể tránh các ứng suất dư
không mong muốn và xác định được phần lớn các ứng suất ngược.
Mặt khác với việc ước lượng các ứng suất ngược trong mạng thần kinh có thể loại bỏ các sai lệch xảy ra , tiến dần tới các giá trị biến dạng thực tế.
Các giá trị từ ứng suất ngược có thể được xác định từ một vật liệu hoặc từ một số điều kiện hình ảnh thu được bằng việc kiểm soát xử lý thần kinh với các giá trị được xác định bởi thực nghiệm và mô phỏng số.


Hình 1.14. So sánh các kết quả mô phỏng số hóa và các kết quả thực nhiệm theo mô hình hóa bền động học.
Các kết luận của nghiên cứu:
- Các vật liệu mới được đặc trưng bởi các thong số bên trong thể một cách chính xác các tiến triển của cấu trúc tế vi của chúng trong quá trình biến
dạng.
- Hiện tượng đàn hồi thường được xem là một quy tắc chính trong các lý thuyết biến dạng lớn, nó giải thích sự thay đổi nhanh chóng của ứng suất chảy theo sự thay đổi của các đường biến dạng.

Thực nghiệm+mô phỏng


-các đặc tính của vật liệu
-kích thước của tấm.
-các bán kính uốn.
-Lực kẹp

σ Ứng suất
ε tương đương

-Ứng suất ngược
-Ứng suất tương
đương


MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO

Hình 1.15. thuật toán của việc dự tái đàn hồi sử dụng mạng thần kinh nhân tạo

- Qua việc giới thiệu về thuật toán tế bào phần tử, các lực không cân bằng và mô hình Teodosiu-Hu cơ bản, hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình kim loại tấm mỏng được dự đoán với độ chính xác lên tới 95%. Với các vật liệu có các đặc tính xác định chính xác thì việc dự đoán về hình dáng sau quá trình tạo hình sẽ càng cao hơn


- Mạng thần kinh nhân tạo là một phương pháp hữu dụng nhằm dự đoán các giá trị tái đàn hồi khi nghiên cứu thực nghiệm và nó cho kết quả gần đúng với quá trình mô phỏng
- Nghiên cứu sử dụng kết hợp mô phỏng phần tử hữu hạn và mạng thần kinh
nhân tạo đối với trường hợp uốn đơn giản nhằm đưa ra các dữ liệu cho việc dự đoán hiện tượng đàn hồi, với mô hình động học cơ bản có thể được phát triển thêm


1.2.2.9. Các kết luận chính về hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình được đề cập trong các báo cáo nghiên cứu:
- Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến sự xuất hiện các hiện tượng đàn hồi sau quá
trình tạo hình như độ bền, tính chảy dẻo,độ giản dài, mod9un đàn hồi của vật liệu tấm; các thông số hình học như bán kính uốn, độ dày tấm, hình dáng hình học của tấm và khuôn; lực tạo hình, khe hở trong khuôn trong các nghiên cứu[18],[19],[20],[21],[25]
- nghiên cứu được thực hiện trên các loại vật liệu kim loại tấm khác nhau chủ yếu là các loại thép độ bền cao và các loại hợp kim nhôm được sử dụng để tạo hình các chi tiết trong kĩ thuật sản xuất ôtô
- Quá trình nghiên cứu được thực hiện trên một số quá trình tạo hình kim loại tấm phổ
biến như uốn, dập,gấp mép trên một số vật liệu như thép độ bền cao, hợp kim nhôm
- kết hợp với các mô hình thực nghiệm, sử dụng một số phần mềm FEM trong việc phân tích và mô phỏng hiện tượng đàn hồi trong các nghiên cứu[19],[20],[21],[22],[23].
- Nêu ra một số phương pháp nhằm hạn chế và kiểm soát sự xuất hiện của hiện tương tái đàn hồi từ các thông số vật liệu , độ dày tấm,bán kính uốn,lực tạo hình…từ đó các
nghiên cứu cũng đề ra các biện pháp bù đàn hồi cho quá trình tạo hình như tạo uốn ngược,thiết kế phù hợp hình dáng hình học của chi tiết và khuôn nhằm tránh sự xuất hiện nhiều và tập trung của ứng suất dư trong các nghiên cứu[19],[20],[21],[22],[25],[28].


Bên cạnh đó có thể thấy được một số hạn chế trong các nghiên cứu đã đề cập như:
- Chưa thể hiện rõ rang mối liên hệ giữa cơ học vật liệu và các thông số quá trình
ảnh hưởngđến sự hình thành đàn hồi
- Quá trình thực hiện các nghiên cứu trên hầu hết cho các vất liệu thép đô bèn cao và hợp kim nhôm trong ngành chế tạo o6to, chưa nghiên cứu nhiều trên các kim loại thông dụng khác như hợp kim titan, thép hợp kim,vật liệu kim loại tổng hợp…..
- Chưa thể hiện rõ mối liên hệ giữa các sai lệch về hình dáng hình học và chất lượng chi tiết bị gây ra do sự xuất hiện đàn hồi


- Sự kết hợp với tính toán, thực nghiệm tạo hình và mô phỏng chi tiết trên các phần mềm FEM chưa có sự so sánh cụ thể
1.2.3. Mục tiêu nghiên cứu trong đề tài:
Đã có nhiều nghiên cứu nhằm tăng độ chính xác và chất lượng của sản phẩm trong quá trình tạo hình như tối ưu hóa các qui trình công nghệ tạo hình; nghiên cứu về dụng
cụ trong thiết bị tạo hình như trục cán khuôn dập….;nghiên cứu các phương pháp tạo
hình mới,sử dụng sự trợ giúp của máy tính trong tính toán, thiết kế và mô phỏng…. đã mang lại những bước tiến quan trọng trong kĩ thuật tạo hình kim loại, nhưng qua đó nhiều vấn đề cũng được đặt ra để giải quyết nhằm dần đạt được sự tối ưu trong quá trình tạo hình. Vấn đề về nghiên cứu về hiện tượng đàn hồi nhằm đạt được sự chính xác của sản phẩm trong quá trình tạo hình cho sản phẩm thép tấm là một trong những
vấn đề được quan tâm hiện nay. Một số báo cáo trong các hội thảo trên thế giới đã đề cập đến vấn đề này, nhưng nó vẫn là vấn đề đang cần được những nghiên cứu và tìm hiểu, nhằm hiểu rõ hơn và đưa ra các hướng giải quyết thích hợp
Với ý nghỉa nghiên cứu về độ chính xác trong quá trình tạo hình sản phẩm, đề tài tìm hiểu về hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình đối với chi tiết thép tấm. hiện tượng đàn hồi có ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác về hình dáng hình học, cũng
như chất lượng của sản phẩm sau khi được tạo hình.
Vấn đề đặt ra cho đề tài:
Trong quá trình tạo hình cho kim loại tấm, nhiều yếu tố được xem xét với ảnh hưởng khác nhau như yếu tố qui trình công nghệ, dụng cụ tạo hình, vật liệu làm khuôn, vật liệu của sản phẩm thiết kế dáng hình học cho sản phẩm, thiết kế khuôn…. Nhằm
tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao về hình dáng, đạt được các yêu cầu về chất lượng. Vấn đề nghiên cứu về hiện tượng đàn hồi trong quá trình tạo hình thép tấm cũng
là một trong những vấn đề về tạo hình chính xác cho chi tiết sản phẩm. tìm hiểu về hiện tượng về đàn hồi, mô phỏng và dự đoán nó là vấn đề đặt ra cho đề tài, từ đó có sự phân tích, kết luận, đưa ra xu hướng nghiên cứu về một trong những vấn đề trong tạo hình kim loại tấm chính xác.
Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phân tích tìm hiểu vấn đề về hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình sản phẩm kim loại tấm
Tìm hiểu về các vấn đề về cơ học vật liệu tấm và quá trình tạo hình kim loại tấm
nhằm đưa ra các thông số và các tác động, ảnh hưởng của chúng đến sự hình thành sản phẩm, cũng như các nguyên nhân gây ra hiện tượng đàn hồi, từ đó có thể xác định, đưa các dự đoán về sự hình thành hiện tượng đàn hồi, đề từ dó có các biện pháp hạn chế và điều khiển chúng
Phân tích hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình cho chi tiết thực nghiệm dạng U bằng vật liệu thép ta6m1SPCC-1; sử dụng phần mềm EFM( eta/


Dynaform) trong việc phân tích, mô phỏng và dự đoán hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình đối với mô hình chi tiết thực nghiệm.
1.3. Kết Luận:
• Sản phẩm được tạo hình từ thép tấm đóng vai trò quan trọng, có ý nghĩa to lớn
trong cuộc sống và trong các ngành kĩ thuật sản xuất
• Vấn đề tạo hình chính xác và yêu cầu về chất lượng đối với sản phẩm thép tấm
đặt ra ngày càng cao trong nhiều ngành sản xuất kĩ thuật, đặc biệt trong ngành
sản xuất o6to với việc nghiên cứu và ứng dụng tạo hình chính xác đối với các chủng loại thép tấm tiên tiến độ bền cao nhằm giảm trọng lượng tiết kiệm chi phí
• Phân tích một số nghiên cứu được báo cáo gần đây về springback, qua đó nhằm
thấy được ý nghĩ và sự quan trọng của chúng trong quá trình tạo hình chính xác
cho chi tiết từ vật liệu kim loại tấm và đặt vấn đề cho đề tài
Đặt vần đề cho đề tài về một trong những xu hướng tạo hình chính xác cho sản phẩm thép tấm là nghiên cứu về vấn đề hiện tượng đàn hồi sau quá trình tạo hình. Từ khái niệm về vấn đề này trong các chương kế tiếp, đề tài sẽ đi vào tìm hiểu về các tính chất cơ học của vật liệu tấm, quá trình tạo hình thép tấm, nhằm
tìm hiểu về các tác động của các thông số về tính chất và quá trình, cũng như
các yếu tố khác nhau dẫn đến sự hình thành đàn hồi sau khi tháo tải, từ đó có thể đưa ra các dự đoán, biện pháp phòng và hạn chế chúng. Giới thiệu và sử dụng phần mềm FEM trong việc mô phỏng quá trình tạo hình tấm, kết hợp với các thông số phân tích nhằm đưa ra các dự đoán và biện pháp hạn chế vấn đề này một cách chính xác hơn.

CHƯƠNG 2: TÍNH DỊ HƯỚNG CỦA THÉP TẤM
Đa phần vật liệu tấm sử dụng trong công nghệ dập tạo hình đều được sản
xuất theo phương pháp cán nguội nên chúng mang tính dị hướng. Tính chất này ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm dập. Nghiên cứu dưới đây đề xuất mô hình có xét tới tính dị hướng vật liệu và các kết quả ứng dụng mô hình này để nghiên cứu ảnh hưởng của tính dị hướng tới quá trình biến dạng của vật liệu cũng như chất lượng của sản phẩm.
1.2.1.Đặt vấn đề
Nếu các tính chất cơ lý của vật liệu theo 3 phương tọa độ đều như nhau thì
vật liệu mang tính đẳng hướng. Trong thực tế, hầu hết vật liệu tấm dùng trong sản xuất công nghiệp lại mang tính dị hướng do được sản xuất bằng phương pháp cán nguội. Các tính chất cơ lý của vật liệu theo phương cán, phương ngang vuông góc với hướng cán và theo phương chiều dày không giống nhau. Điều này dẫn đến vật liệu biến dạng không đồng đều và làm giảm chất lượng của sản phẩm khi dập vuốt [1,4]. Nếu sử dụng mô hình vật liệu với thuộc tính đẳng hướng để tính toán lý


thuyết, sau đó áp dụng trên thực tế lại là vật liệu công nghiệp mang tính dị hướng sẽ làm cho kết quả giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm sai khác nhau nhiều. Do đó, để có được kết quả tính toán chính xác, phù hợp với vật liệu trên thực tế,
cần phải đưa ra mô hình vật liệu mô tả xác thực nhất tính dị hướng của vật liệu khi
dập tạo hình và khảo sát độ tin cậy của mô hình này so với thực tế.
1.2.2.Xây dựng mô hình mô tả tính dị hướng của vật liệu tấm ..................
- Mô hình biểu diễn đường cong chảy tuân theo định luật von Miese đối với vật liệu tấm đồng nhất, đẳng hướng khi dập vuốt thường có dạng như sau [2]:

σ − σ y 0 = K (ε0 + ε
- Trong đó:

p )n


(1)

σ - Ứng suất tương đương,
σ y 0 - Ứng suất chảy
K- Thông số phụ thuộc vào vật liệu
ε0 - Mức độ biến dạng tại thời điểm vật liệu chuyển từ trạng thái
đàn hồi sang trạng thái dẻo
ε p - Mức độ biến dạng dẻo
n – hệ số biến cứng phụ thuộc vào vật liệu.
- Mô hình trên đã được Swift, Krupkowsky và nhiều nhà kỹ thuật áp dụng để nghiên cứu lý thuyết sự biến dạng của phôi tấm khi dập vuốt [2,3]. Tuy nhiên, mô hình này không sử dụng được cho vật liệu tấm cán nguội, bởi nó không thể hiện được ảnh hưởng của tính dị hướng tới quá trình biến dạng, cũng như không sát thực với quá trình và sản phẩm dập thực tế. Sử dụng mô hình (1) này sẽ không khảo sát được sự biến dạng không đồng đều của vật liệu gây ra hiện tượng lượn
sóng, nhăn ở phần vành sản phẩm. Đây là một trong những dạng sai hỏng phổ biến nhất của sản phẩm dập.

Hình 1. Các hệ tọa độ khảo sát trên phôi tấm cán


- Đối với các phôi tấm cán dùng trong dập tạo hình, do vật liệu có tổ chức thớ, khả năng chịu tải và biến dạng theo các phương là khác nhau nên khi xác định biểu thức của định luật dẻo cần quan tâm sự ảnh hưởng của hướng cán 1 tới mức độ biến dạng theo phương dập x. Hình 1 biểu diễn các hệ tọa độ khảo sát, trong đó
1, 2, 3 – hệ tọa độ gốc, x, y, z – hệ tọa độ địa phương, α – góc nghiêng giữa phương cán 1 và phương dập x. Như vậy, ứng suất theo phương dập x được xác định như sau:


σα = σ

( F + H ) sin 4 α + (G + H ) cos4 α + 2 ( N − H ) sin 2 α cos2 α
2

(2)

- Trong đó: F,H,G,N là các hệ số được xác định dựa trên các trị số dị hướng

của tấm cán theo các hướng

00 , 450 , 900

lần lượt là

L , L

, L và được gọi là các


thông số Lankford.
F =

2L0

0 45 90

L90 (1 + L0 )
G = 2
1 + L0
H = 2L0
1 + L0


(3)

N = ( 2L45 + 1) ( L0 + L90 )
L0 (1 + L0 )
- Các thông số dị hướng Lankford


L0 ,


L45 và


L90


được xác định bằng thí

nghiệm kéo mẫu với các mức độ biến dạng dẻo khác nhau từ 10% đến 17%.


- Từ (2) ta xác định được ứng suất tương đương σ


. Thay σ


vào (1) ta

được mô hình vật liệu dị hướng đặc trưng bởi các thông số Lankford.
- Trong trường hợp dị hướng trực giao, các thành phần ứng suất và hệ số
Lankford
không phụ thuộc vào phướng kéo trong mặt phẳng tấm. Khi đó, các giá trị 0 L , 45
L , 90 L
được thay thế bằng trị số Lankford trung bình:

L = L0

2L45

L90


(4)

− + +
4

Hình 2. Bề mặt dẻo đẳng hướng và dị
hướng

- Bề mặt dẻo trong trường hợp vật liệu đẳng hướng và dị hướng được biểu diễn trên hình 2. Sự khác biệt thể hiện khá rõ trong trường hợp phân tố biến dạng có trạng thái ứng suất 2 kéo hoặc 2 nén so với trạng thái ứng suất 1 kéo và 1 nén. Có nghĩa là khả năng biến dạng của vật liệu theo hướng cán và hướng vuông góc với hướng cán là hoàn toàn khác nhau.

- Trong trường hợp α = 900
tương tự như vật liệu đẳng hướng.


, ta có σ

= σ , vật liệu tấm lúc này có tính chất

- Trong các trường hợp đặc biệt như mô hình vật liệu dị hướng dùng cho bài toán dập tấm có trạng thái ứng suất phẳng, ta sẽ có định luật chảy được thể hiện dưới dạng:

Fσ 2 + Gσ 2

+ H (σ − σ )2

+ 2 Nσ 2 = 1

(5)

liệu.

Bảng 1 thống kê các trị số Lankford trung bình phụ thuộc vào vật

Vật liệu
L
− Hợp kim kẽm 0.4-0.6 Thép tấm cán nóng 0.8-1.0 Thép tấm cán nguội 1.1-1.6 Thép các bon thấp có độ 0.9-1.2

bền cao Thép hợp kim 0.9-1.2 Hợp kim nhôm 0.6-0.8 Nhôm tấm cán nguội 1.4-1.8 Hợp kim đồng 0.6-0.9 Hợp kim Titan 3.0-5.0
- Qua bảng 1 cho thấy giá trị của thông số dị hướng của vật liệu thép tấm cán nguội khá lớn. Điều này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng biến dạng của vật liệu cũng như đến chất lượng của sản phẩm dập vuốt
1.2.3.Ứng dụng mô hình vật liệu dị hướng trong bài toán dập vuốt ..........
- Để nghiên cứu ảnh hưởng của tính dị hướng vật liệu tới chất lượng của sản phẩm cũng như khả năng biến dạng của vật liệu, trong mục này sẽ khảo sát bài
toán dập vuốt chi tiết cốc trụ có đường kính D = 30 mm, chiều cao H = 30 mm từ
phôi ban đầu có đường kính D 0 = 60 mm, vật liệu thép tấm có ký hiệu BH210 với chiều dày 1.0 mm. Đường cong chảy của vật liệu được thể hiện trên hình 3. Mô hình hình học của bài toán dùng để mô phỏng số quá trình dập tạo hình được thể hiện trên hình 4 bao gồm chày, cối, chặn và phôi tấm.

Hình 3. Đường cong chảy của vật liệu


BH210


Hình 4. Mô hình bài toán dập vuốt chi tiết cốc trụ


- Trong trường hợp vật liệu đẳng hướng tuân theo định luật chảy của VonMiese như (1), ta sẽ được kết quả sản phẩm như trên hình 5. Qua hình ảnh sản phẩm thu được từ mô phỏng số quá trình dập tạo hình cho thấy lưới biến dạng của phôi tấm rất đồng đều, sản phẩm không có hiện tượng nhăn hay bị lượn sóng trên phần vành. Mức độ biến mỏng lớn nhất ở vùng góc lượn tiếp xúc với chày là 8 % và mức độ biến dày trên phần thành là 15 %.


Hình 5. Mô hình phôi tấm và sản phẩm trong trường hợp vật liệu đẳng hướng
- Để xét ảnh hướng của tính dị hướng, ta tiến hành mô phỏng quá trình dập tạo hình vẫn với vật liệu thép tấm ký hiệu BH210, nhưng là sản phẩm cán nguội,

có các thông số dị hướng

L0 =1.48,

L45 =1.06,

L90 =1.75 và L =1.3375. Sau khi tính

toán mô phỏng, ta được kết quả sản phẩm sau khi dập vuốt thay đổi so với trường hợp phôi tấm có tính đẳng hướng như trên hình 6,7 và 8. Do vật liệu mang tính dị hướng nên lưới biến dạng trên của phôi không đồng đều theo các phương dẫn tới sản phẩm sau khi dập vuốt bị nhăn và lượn sóng trên phần mép cốc trụ (hình 6). Mức độ nhăn và lượn sóng trên thành sản phẩm tăng tỷ lệ với độ lớn của thông số

dị hướng L

. Điều này ảnh hưởng lớn đến chất lượng cũng như độ chính xác kích

thước hình học của sản phẩm. Do bị nhăn sóng trên mép nên ta phải có thêm nguyên công cắt mép, như vậy chiều cao của sản phẩm thực tế sẽ bị giảm đi. Nếu muốn đảm bảo chiều cao sản phẩm sau khi cắt mép đủ 30 mm thì phải tăng đường kính ban đầu của phôi. Như vậy, vừa gây lãng phí phôi, vừa làm tăng mức độ biến dạng gây nên nguy cơ rách, phá hủy sản phẩm lớn hơn.

Hình 6. Sản phẩm trong trường hợp vật liệu dị hướng

Hình 7. Chất lượng của sản phẩm dựa trên phân tích đường cong biến dạng tới hạn


- Qua phân tích kết quả trên hình 7 cho thấy, do tính dị hướng của phôi tấm nên trên phần mép cốc trụ không chỉ xuất hiện lượn sóng mà còn bị nhăn theo từng vùng. Điều này phù hợp với biểu đồ phân bố chiều dày trên hình 8 với mức độ biến mỏng lên tới 14 % và mức độ tăng dày 68 %. Các giá trị này lớn hơn
nhiều so với trường hợp dập phôi tấm đẳng hướng. Như vậy, do tính dị hướng của phôi đã làm cho 15 % chiều cao của sản phẩm tính từ mép cốc trụ xuống sẽ bị phế phẩm và phải cắt bỏ đi.

Hình 8. Phân bố chiều dày trên sản phẩm

Hình 9. Sản phẩm dập thử trong trường hợp phôi tấm dị hướng và đẳng hướng


- Để khẳng định tính đúng đắn khi áp dụng mô hình vật liệu dị hướng, ta tiến hành so sánh kết quả mô phỏng số với sản phẩm dập thử trong trường hợp vật liệu dị hướng và đẳng hướng (hình 9). Qua so sánh kết quả thu được giữa các hình
5,6,7 và 9 cho thấy mô hình vật liệu dị hướng được trình bày trong mục II hoàn toàn phù hợp với thực tế và có khả năng ứng dụng cao trong tính toán, phân tích quá trình dập tạo hình có quan tâm tới ảnh hưởng của tính dị hướng phôi.
1.2.4.Kết luận ...................................................................................................


Việc đưa các thông số dị hướng


L0 , L45 ,


L90 và L


vào điều kiện dẻo của vật

liệu đã nâng cao độ chính xác kết quả tính toán mô phỏng số quá trình dập tạo hình. Điều này cho phép người kỹ sư đánh giá đúng khả năng biến dạng cũng như chất lượng của sản phẩm dập và có những phương án tối ưu các thông số công nghệ sao cho đạt được chất lượng sản phẩm một cách cao nhất.
1.2.5.
CHƯƠNG 3: CÁC NGUYÊN CÔNG DẬP TẤM

cong

1.3.1 Nguyên công cắt. ....................................................................................
1.3.1.1 Kích thước làm việc của chày và cối ..............................................
1.3.1.2 Lực cắt và công biến dạng .............................................................. a.Lực cắt hình và đột lỗ .................................................................................... b.Lực đẩy-gỡ sản phẩm và phế liệu .................................................................. c.Công biến dạng ..............................................................................................
1.3.1.3 Các phương pháp giảm lực biến dạng.............................................
1.3.1.4 Hình dạng kết cấu của chày và cối.................................................. a.Hình dạng kết cấu của cối .............................................................................. b.Hình dạng kết cấu của chày ...........................................................................
1.3.1.5 a
1.3.2 Nguyên công uốn ....................................................................................
1.3.2.1 Sự phân bố ứng suất và biến dạng theo chiều dài của phôi uốn
Uốn là một nguyên công nhằm biến đổi các phôi có trục thẳng thành các chi tiết có trục

Nguyên công uốn được thực hiện trên các máy ép trục khủyu,máy ép thủy 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 khủyu được sử dụng nhiều nhất trong chế tạo máy.Quá trình uốn trên khuôn do tác dụng đồng thờ icủa cả chày và cối với các điểm đặt lực P và Q ở một khỏang nhất định (hình 3.1)


Hình Sơ đồ tác dụng của 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 lọai 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 tòan bộ chiều dày phôi.Hình dạng của vùng biến dạng dẻo và độ dài của nó khi góc uốn α=900 gần bằng ¼ tay đòn uốn l được chỉ ra như trên hình 3.1
Sau khi uốn hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn bị thay đổi.Sự
thay đổi tiết diện ngang của phôi sẽ càng lớn khi bán kính uốn r càng nhỏ
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 ngược dấu theo một hoặc hai hướng tương ứng vuông góc :hướng kính và hướng trục
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 3.2a).Khi đó chiều dày của phôi tại vùng uốn giảm đi S<So 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 dảy rộng (b>>3S) hoặc có dạng tấm thì tiết diện ngang của phôi hầu như
không thay đổi mà chỉ bị giảm chiều dày đi một chút (hình 3.2b)


Trạng thái ứng suất tại vùng uốn đặc trưng bởi ứng suất pháp σθ theo hướng tiếp tuyến và σρ theo hướng kính.Ứng suất σρ là do các thớ dọc của phôi ép lên nhau.Ngòai ra khi uốn các phôi rộng còn có thành phần ứng suất σz theo hướng trục.Sự xuất hiện thành phần ứng suất này là do biến dạng đàn hồi của các phần tử của phôi (theo chiều rộng) nằm cách mép của phôi một khoảng nào đó (hình 3.2b)
Khi uốn phôi dảy rộng (khác với uốn phôi dảy hẹp) biến dạng theo phương ngang hầu như không đáng kể do trở lực biến dạng theo phương ngang rất lớn.Vì vậy khi uốn phôi dảy rộng trạng thái ứng suất là khối còn trạng thái biến dạng là phẳng.Khi uốn phôi dảy rộng có
thêm thành phần ứng suất σz là do trở lực liên kết của các phần tử kim lọai.Trong vùng kéo,ứng suất chiều trục σz là ứng suất kéo,còn ở vùng nén σz là ứng suất nén.Bề mặt phân chia giữa vùng kéo và vùng nén gọi là mặt trung hòa ứng suất
Khi uốn phôi dảy hẹp,ứng suất chiều trục rất nhỏ so với ứng suất chảy nên có thể bỏ qua
(σz ≈ 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 đẩu bán kính cong của phôi lớn,phôi chỉ bị biến dạng đàn hồi và giai đọan này gọi là uốn đàn hồi.Quá trình uốn đàn hồi đã được nghiên cứu khá tỉ mỉ và đầy đủ trong các giáo trình Sức bền vật liệu

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 σθ trong các lớp này đạt đến giá trị ứng suất chảy.Giai đoạn này được gọi là giai đoạn uốn đàn hồi dẻo.Biểu đồ phân bố ứng suất σθ được biểu diễn trên hình 3.3a
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 như tòan bộ tiết diện ngang của phôi ở trạng thái dẻo bắt đầu giai đọan uốn dẻo hòan tòan.Ở giai đọan này xảy ra sự dịch chuyển rỏ 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 σθ ,σρ và σz theo chiều dày của phôi ở giai đọan uốn dẻo hòan tòan được chỉ ra trên hình 3.3b.
Ở giai đọan uốn dẻo hòan tòan do có sự dịch chuyển của lớp trung hòa ứng suất,nên ở vùng biến dạng sẻ tồn tại một vùng biến dạng không đơn điệu.Nghĩa là có những lớp kim lọai ở thời điểm ttrước đó thu6ọc vùng nén,nhưng sau đó lại chịu kéo.Giữa các lớp này sẽ tồn tại một lớp mà biến dạng nén trước đó sẽ bằng biến dạng kéo tại thời điểm dang xét và bề mặt trùng với lớp này được gọi là mặt trung hòa biến dạng(hay lớp trung hòa biến dạng).Đặc điểm của lớp

trung hòa biến dạng là có đô dài bằng độ dài của phôi ban đầu,vì vậy nó là cơ sở tốt nhất để xác
định độ dài của phôi khi uốn.
Bán kính cong của lớp trung hòa được xác định tùy thuộc vào mức độ biến dạng và lọai vật liệu khi uốn.Những đặc trưng về năng lượng khi uốn (mômen uốn,lực biến dạng) cũng như biến dạng đàn hồi của phôi (xuất hiện sau khi bỏ tải trọng) được xác định một cách gần đúng với một giai đọan nhất định của quá trình uốn có liên quan đến mức độ thay đổi bán kính uốn:trạng thái ứng suất biến dạng của ổ biến dạng,trị số ứng suất và bán kính cong của mặt trung hòa
1.3.2.2 Kích thước của phôi uốn .................................................................
Độ dài của phôi khi uốn tại một góc uốn được xác định trên cơ sở cân bằng với độ dài của lớp trung hòa biến dạng.Do vậy đối với một chi tiết uốn,độ dài của phôi sẽ bao gồm:tổng độ dài của các phần cạnh thẳng và tổng độ dài của các phần cung cong là các bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng tại các góc uốn.


n+1
Lphôi=Lthẳng + Lcong = ∑ li

n
+ i ρ
180

bdi


(3-1)

i =l i =l


Trong đó:

li -độ dài của các phần cạnh thẳng n-số góc uốn
αi -trị số các góc uốn
ρbdi -bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng tại các góc uốn


Như vậy muốn xác định được độ dài của phôi cần phải xác định được vị trí của lớp trung hòa biến dạng,bán kính cong và độ dài của lớp trung hòa biến dạng tại một góc uốn.
Ở giai đọan uốn đàn hồi dẻo và ngay cả khi uốn dẻo thuần túy phẳng với bán kính uốn tương đối lớn thì lớp trung hòa biến dạng sẽ đi qua trọng tâm tiết diện ngang của phôi.Nếu tiết diện ngang của phôi là hình chữ nhật với chiều dày S thì:

Ρbd=r+S/2

Trong đó:r là bán kính uốn

Ở giai đọan uốn dẻo hòan tòan,trạng thái biến dạng khối với bán kính uốn nhỏ,do có sự dịch chuyển lớp trung hòa ứng suất về phía tâm uốn nên lớp trung hòa biến dạng sẽ dịch chuyển về các thớ nén mà không đi qua trọng tâm tiết diện ngang của phôi.Sự dịch chuyển này sẽ càng nhiều khi bán kính uốn càng nhỏ
Bán kính cong của lớp trung hòa ứng suất có thể được xác định từ điều kiện cân bằng với bán kính cong lớn nhất của lớp kim lọai chịu nén:

Ρưs=

R.r = (r + S ).r

(3-2)


Trong đó:

ρưs –bán kính cong của lớp trung hòa ứng suất


R,r-bán kính ngòai và bán kính trong của phôi tại góc uốn

Khi uốn phôi ở trạng thái nguội sẽ có sự hóa bền nhưng điều đó không ảnh hưởng đến trị
số của ρưs
Công thức (3-2) có thể sử dụng để xác định bán kính cong của lớp trung hòa biến
dạng.Theo công thức (3-2) nếu r=S thì ρưs =1,4.S còn khi r=5S thì ρưs=5,5S.Như vậy khi r=S lớp trung hòa ứng suất dịch chuyển so với mặt trung bình một khỏang 0,1S.Còn khi r=5S thì lớp trung hòa ứng suất trùng với bề mặt trung bình của phôi.
Bán kính cong của mặt trung hòa biến dạng có thể được xác định bởi một hệ số x,giá trị của nó phụ thuộc vào bán kính cong tương đối r/S,khi r/S càng lớn thì trị số x càng lớn.Với r/S=0,1 thì x=0,3 còn với r/S=5 thì x=0,5.Như vậy ứng với mỗi giá trị của x ta có thể xác định được bán kính cong của lớp trung hòa biến dạng:

Ρbd=r+x.S ( 3-3)

Chúng ta có th63 thấy rằng: khi giảm các bán kính uốn r vị trí lớp trung hòa biến dạng sẽ
dịch chuyển về phía các thớ bị nén,lớp trung hòa biến dạng sẽ trùng với mặt trung bình khi r ≥
5S vì khi đó x=0,5.
Như vậy khi biết được vị trí lớp trung hòa biến dạng chúng ta có thể xác định được độ
dài của nó và do đó xác định được độ dài của phôi uốn(công thức (3-1).
Sự thay đổi kích thước và hình dạng của tiết diện ngang tại vùng uốn:
-Khi uốn phôi dải hẹp có tiết diện ngang ban đầu là hình chữ nhật với bán kính nhỏ (mức độ biến dạng lớn) tại vùng uốn tiết diện ngang của phôi bị thay đổi đáng kể,sau khi uốn tiết diện ngang của phôi trở thành hình thang và có độ cong ngang.Chiều rộng của phôi tại tiết diện bất kỳ ở bán kính ρ được xác định theo công thức:
* Tại vùng kéo:


b k  ρus

1
 2(2− ρ / R )

ρ =b  ρ 
 

*Tại vùng nén:


b n  ρus  2

3 −1
r / ρ

ρ =b  ρ 
 

Khi ρ=R thì b min =b

ρus / R


Khi ρ=r thì

bMax = b

ρus / r


Khi ρ=ρưs ta có: bρ = b


-Khi uốn phôi dải rộng tiết diện ngang của phôi tại vùng uốn thay đổi không đáng kể và chủ yếu chỉ bị giảm chiều dài S.Sự biến mỏng của chiều dài S tại vùng uốn có thể được
xác định gần đúng theo công thức:


S 3
∆S = S − Sbd = 4(2r − S )2


(3-6)


Theo công thức (3-6) người ta thấy rằng,sự biến mỏng rất rõ ràng khi bán kính uốn

nhỏ.Ví dụ khi r= 2S thì giá trị ∆S ≈ 1%

chiều dài phôi.

Chiêu dày của phôi sau khi uốn tại vùng biến dạng dẻo có thể được xác định trên cơ sở
các số liệu thực nghiệm:

Sb.mỏng=η .S (3-7) Trong đó:
η : hệ số giảm chiều dày
S: chiều dày ban đầu của phôi (trước khi uốn).

Khi uốn dải với góc uốn α=90 0 bằng thép 10 và 20 người ta thấy giá trị của hệ số η thay
đổi tùy theo bán kính uốn tương đốir/S:
-Khi r/S=0,1 thì η =0,82
-Khi r/S=4,0 thì η =0,99
Từ những số liệu đã đưa ra,người ta thấy rằng khi bán kính tương đối r/S > 4 thì sự giảm
chiều dày phôi hầu như không có,điều đó hòan tòan phù hợp với các số liệu tính tóan theo lý thuyết.

1.3.2.3 Lực uốn và moment uốn
Mômen cần thiết để uốn phôi được xác định bằng tổng mômen sinh ra tại vùng kéo và vùng nén do các ứng suất tiếp σθ đối với tâm uốn (hình 3.4).

M=Mkéo + Mnén =b

R

ρus

σ k ρ.d ρ + b

ρus

r

(−σ n ) ρ.d ρ


Nếu giả thịết rằng ở giai đọan uốn dẻo hòan tòan với phôi dải rộng,ứng suất σθ tại vùng kéo và vùng nén không đổi trên tòan bộ chiều dài của nó và tương ứng bằng :

θ =β.σs

-σ n =β.σs


Còn mặt trung hòa ứng suất trùng với bề mặt trung bình của phôi và do đó:

Ρưs=r+0,5S=0,5(R+r)

Khi đó mômen uốn sẽ là:


R ρus

β .σ

.b.S 2

M= β .b


ρus

σ s ρ.d ρ + β b ∫
r

(−σ S

)ρ.d ρ = s = 1, 5.β .W .σ
4 S


Trong đó:
W-mômen chống uốn của tết diện ngang của phôi
β = 1 ÷1,15 hệ số thay đổi tính đến sự ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến
bước chuyển quy ước của kim lọai ở trạng thái dẻo,hệ số này đạt được trị số lớn nhất ở trạng
thái biến dạng phẳng (hệ số loga)

Ở giai đọan uốn dẻo hòan tòan với trạng thái biến dạng khối thì ứng suất σθ thay đổi trên chiều dày của phôi và bề mặt trung hòa ứng suất dịch chuyển về các thớ nén.Tuy nhiên,mômen vẫn không đổi và được xác định theo công thức (3-9).Do vậy,trạng thái ứng suất tại ổ biến dạng khi uốn cũng như vị trí của lớp trung hòa ứng suất không ảnh hưởng đến giá trị của mômen uốn.
Khi uốn dẻo hòan tòan với trạng thái biến dạng khối,xảy ra sự giảm chiều dày phôi tại vùng biến dạng,điều đó dẫn đến làm giảm trị số mômen uốn.Mức độ giảm sẽ càng nhiều khi bán kính uốn càng nhỏ.Nếu r=S thì mômen uốn sẽ giảm khỏang ≈10%
Ở giai đọan uốn đàn hồi-dẻo (hình 3.3a) khi vùng biến dạng đàn hồi đáng kể (có tính khả ước) so với vùng biến dạng dẻo thì mômen uốn được xác định bằng tổng mômen tác dụng tại vùng đàn hồi và vùng dẻo:

M=Mđ/hồi + Mdẻo=

b.y 2
6

β .σ s

+ b (S 2 − y 2 ) β .σ

b.S 2

  y  

= β .σ
12 s

3 −   
  S  

(3-10)


Trong đó:

y-chiều rộng vùng biến dạng đàn hồi.

Trong công thức trên,nếu y=S thì nó sẽ trở thành công thức để xác định mômen uốn đối với giai đọan uốn đàn hồi:


M= β .σ S

b.S 2
6


Nếu y=0 thì nó sẽ trở thành công thức để xác định mômen uốn khi uốn dẻo hòan toàn
(công thức (3-9).


Công thức để xác định mômen uốn khi uốn dẻo hòan tòan với trạng thái biến dạng khối,nếu tính đến sự hóa bền của vật liệu khi sử dụng đường gần đúng của đồ thị hóa bền ta có:


  −  

 R2 − r 2

R R2 − r 2 

R r
M=β.b σ s  2 


 +П 

ln −
4 r


(3-11)
8

   

Trong đó: П-môđun hóa bền

Nếu П=0 thì công thức (3-11) sẽ trở thành công thức (3-9) khi uốn vật liệu không hóa bền
a.Lực uốn khi uốn một góc
Vấn đề xác định lực uốn cần thiết để uốn chi tiết một góc uốn bằng khuôn là một vấn đề rất khó khăn,do đó chỉ có thể xác định một cách gần đúng.Sở dĩ như vậy là do lực uốn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:
• Hình dạng và kích thước tiết diện ngang của phôi
• Tính chất cơ học của vật liệu;khoảng cách giữa các gối tựa
• Bán kính cong của chày uốn và mép làm việc của cối
• Điều kiện ma sát tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ v…v
Ngoài ra lực uốn cần thiết để uốn phôi trong khuôn uốn một góc còn phụ thuộc vào mức
độ tiếp xúc giữa phôi uốn với chày và cối người ta chia quá trình uốn thành các giai đọan riêng biệt.Đầu tiên là giai đọan uốn tự do từ lúc bắt đầu uốn khi phôi tiếp xúc với dụng
cụ chỉ ở 3 điểm (hình 3.5a) cho đến khi sự tiếp xúc của phôi nằm trong khe hở hình chữ nhật giữa chày và cối (hình 3.5b).Ở giai đọan uốn tự do này bán kính cong của phôi uốn lớn hơn bán kính cong của chày.

a) b) c) d)
Sau đó tiếp tục giảm bán kính uốn ở vùng tâm phôi,các cánh uốn lùi sâu vào trong rãnh cối và xoay quanh gối tựa trong các bề mặt bên của chày (hình 3.5c).Điều này chỉ xảy ra khi bán kính cong của chày nhỏ hơn bán kính uốn tự do của phôi.Bán kính uốn tự do của


phôi phụ thuộc vào lọai vật liệu và khỏang cách giữa các gối tựa của góc uốn.Ví dụ khi
α=900 và L=10S,bán kính uốn tự do của phôi bằng thép cacbon thấp là r=1,6S
Khi chày tiếp tục đi xuống xảy ra quá trình uốn lại (nắn) các cánh của phôi cùng với việc giảm bán kính uốn ở vùng tâm phôi.Giai đọan này sẽ kết thúc khi phôi tiếp xúc hòan
tòan với chày và cối trên tất cả các phần của bề mặt tiếp xúc (hình 3.5d)
Do thực tế rất khó xác định được thời điểm tiếp xúc hòan tòan giữa phôi và dụng cụ nên quá trình uốn trong khuôn được kết thúc thường có một lực bổ sung nhằm để nắn và tinh chỉnh phần phôi đã được uốn.
Trong thực tế cần xác định lực uốn ở giai đọan đầu và giai đọan kết thúc quá trình uốn. Lực biến dạng ở giai đọan đầu của quá trình uốn có thể xác định một cách gần đúng bằng phương pháp cân bằng tĩnh.Vì ở giai đọan này khỏang cách giữa các gối tựa của phôi
uốn lớn (L>5S) nên ảnh hưởng của ứng suất tiếp là không đáng kể.Nếu gọi phản lực ở các gối tựa là Q (hình 3.1) và coi lực ma sát T xuất hiện là do sự quay của phôi uốn đối với điểm tựa và tỷ lệ với phản lực gối tựa:T=µ.Q thì khi chiếu tất cả các lực lên phương tác dụng của lực uốn PU chúng ta có phương trình sau:


Pu=2Q.  sin α + µ cos α 


(3-12)

 2 2 
 


Trong đó:

uốn Pu (hình 3.1).


α : là góc giữa tiếp tuyến tại điểm tựa và phương tác dụng của lực
2


Phản lực gối tựa Q được 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 hóa bền:


b.S 2
Q=
4l

σ S (3-13)


Độ dài của cánh tay đòn l bằng khỏang cách giữa phương tác dụng của lực Q và pháp tuyến qua tâm bán kính lượn của chày,nó được xác định từ quan hệ hình học (hình 3.1):


l =  L − (r

+ r + S ) cos α  1


(3-14)

2 ch c 2

sin α
2


Trong đó: L là khỏang cách giữa các tâm bán kính lượn của mép cối.

Nếu gọi r1=rch+S/2 và r2=rc+S/2 thay vào (3-14) ta có:


l =  L − (r + r ) cos α  1


(3-14a)

2 1 2

2 sin α
2

Từ các công thức (3-12) , (3-13) và (3-14a) chúng ta có lực uốn ở giai đọan đầu (giai
đọan uốn tự do) như sau:

σ b.S 2  sin α + µ cos α  .sin α
s  

Pu=  2 2  2
L − 2(r + r ) cos α
1 2 2


(3-15)


Từ công thức (3-15) chúng ta thấy rằng lực uốn thay đổi theo hành trình của chày.Khi hành trình của chày thay đổi góc α/2 cũng thay đổi và do đó thay đổi cả cánh tay đòn l. Nếu bỏ qua ảnh hưởng của lực ma sát ( µ=0 )thì có thể thấy rằng khi rch=rc=r thì lực uốn cực đại khi:


cos α =

1 (L −

L2 −16r 2 )


(3-16)

2 4r

Như vậy theo công thức trên người ta thấy rằng khi khoảng cách tương đối giữa các gối tựa ( L/r ) càng lón thì lực uốn đạt giá trị cực đại với góc uốn α càng lớn và sau đó hầu như không đổi.
Ví dụ:
Khi L/r =10 thì α/2=780
Khi L/r =100 thì α/2=890
Ở giai đọan kết thúc của quá trình uốn thường có quá trình nắn mà quá trình này cần có lực lớn hơn nhiều so với các giai đọan trước đó.Nhiều tài liệu đã đưa ra các công thức xác định lực khi uốn có nắn,tuy nhiên kết quả tính tóan theo công thức này đã dẫn đến những sai lệch lớn bởi vì chúng được đưa ra không dựa trên những tài liệu chuẩn thống nhất.
Theo những công thức này chỉ có thể xác định được giới hạn trên của lực nắn,còn về độ
chính xác tính tóan theo những công thức khác nhau là rất khó phân xử.
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.
Những thí nghiệm được thực hiện với những phôi thép có bán kính uốn tương đối khác nhau đã chỉ ra rằng:lực nắn trên các phần cánh uốn lớn hơn lực uốn ở giai đọan uốn tự do.
Chẳng hạn:-Khi r/S<1,lực nắn lớn hơn 50 ÷ 60 lần lực uốn;
-Khi r/S=5 ÷ 10,lưc nắn lớn hơn 30 ÷ 40 lần lực uốn.
Như vậy lực nắn phụ thuộc vào lực uốn ở giai đọan uốn tự do:

Pnắn=kPu (3-17) Trong đó: k-hệ số (số lần lực nắn lớn hơn lực uốn)

Khi tính gần đúng (thường lớn hơn so với thực tế) lực nắn được xác định bằng tích số giữa áp lực đơn vị q (được xác định bằng thực nghiệm) với diện tích hình chiếu của bề mặt tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ lên phương vuông góc với lực tác dụng ( phương chuyển động của chày):

Pnắ n≈ q.Fh.chiếu (3-18)


Trong đó: q-áp lực đơn vị tùy thuộc vào chiều dày của phôi,đối với thép 25 và 35 thì q=30 ÷ 100 MPa (nếu chiều dày phôi càng lớn thì q càng lớn);
Fh.chiếu-diện tích hình chiếu của bề mặt tiếp xúc giữa phôi uốn và dụng cụ lên phương vuông góc với hướng chuyển động của chày.

Khuôn để uốn một góc có đặc điểm là chày thường được làm bậc còn cối được phay một rãnh ở đỉnh góc.Độ dài phần tiếp xúc của chày thường lấy ≈ 1/3 chiều dài của cánh uốn và chiều rộng của rãnh cối:

b = 2 (r + S ) cos α
2

Khi đó quá trình nắn chỉ được thực hiện ở phần phôi đã bị biến dạng dẻo (hình 3.6) và lực nắn sẽ giảm.
Khi khỏang cách giữa các gôi tựa nhỏ,ở giai đọan 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 khỏang 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 được từ điều kiện cân bằng mômen nội lực và ngọai lực với việc sử dụng các công thức (3-13) và (3-14a).

σ bS 2 sin α
Q = S 2

α 

2 L − 2 (r1 + r2 ) cos
2
Do đó khỏang cách L của rãnh cối cần phải lớn hơn trị số tính tóan 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:


E.S 2 sin α
L ≥ 2 + 2 (r1 + r2 ) cos
10σ s rc 2

(3-20)


Trong đó: E-là môđun đàn hồi của vật liệu làm phôi uốn
b.Lực biến dạng khi uốn hay góc ......................................................................
1.3.2.4 Biến dạng đàn hồi khi uốn. Các phương pháp để giảm biến dạng đàn hối
1.3.2.5
a.Biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết một góc


Qúa trình uốn dẻo cũng giống như 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 thước của chi tiết sau khi uốn so với hình dạng và kích thước của khuôn như:bán kính uốn và
góc uốn (hình 3.8).Sở dĩ có sự đàn hồi như 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 Dα làm cho bán kính cong và góc uốn bị thay đổi.
Biến dạng đàn hồi cần phải được tính đến khi xác định kích thước làm việc của khuôn.Điều đó sẽ loại trừ được việc nắn lại bằng tay sau khi dập.Nếu biết được các sĩ số đàn hồi và đặc điểm của sự thay đổi bán kính uốn và góc uốn thì chúng ta có thể xác định được các kích thước làm việc của khuôn:

rch = rđ/hồ i- Dr = rchi tiết - Dr (3-25)
αc=αđ/hồi ± Dα =αchi tiết ± Dα (3-26)

E.A.Popov đã giải bài tóan đơn giản nhất để xác định biến dạng đàn hồi khi uốn dẻo thuần túy phôi dảy rộng bằng vật liệu đồng nhất không hóa bền với bán kính uốn đủ lớn (khi đó ảnh huởng của ứng suất nén hướng kính σρ có thể bỏ qua vì trị số của chúng tương đối nhỏ):


Dα = 3 σ s  rch +1α 0


(3-27)

E  S  u
 


Trong đó: αu-là góc uốn bằng (1800-α)

Khi giải bài tóan đã sử dụng giả thuyết mặt cắt ngang vẫn phẳng,lý thuyết phá hủy của A.A.Inlusin và định luật Húc (Hooke).Biến dạng đàn hồi của phần phôi không tiếp xúc với chày khi nắn đã không được tính đến.

Sự chấp nhận trong việc phân tích những giả thuyết làm giảm độ chính xác tính toán trong công thức (3-27),vì thế nó chỉ thích hợp để đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố đến biến dạng đàn hồi khi uốn.Ví dụ các kim loại màu (hợp kim nhôm) có giới hạn chảy gần với giới hạn
chảy của thép nhưng có môđun đàn hồi nhỏ (nhỏ hơn 2 ÷ 3 lần) so với thép,độ co giãn của thép
càng lớn biến dạng đàn hồi càng tăng cùng với việc tăng bán kính uốn tương đối r/S,góc uốn αu
= (1800-α) và σs (khi E=const).

Việc giải bài tóan để xác định biến dạng đàn hồi khi uốn bởi mômen uốn ở giai đọan uốn dẻo thuần túy phẳng có tính đến sự hóa bền của kim loại đã được E.N.Mosnhin thực hiện.Các công thức có dạng:


− rch

rch.t

r ch = =
S

+ m  στ  r

(3-28)

1 2 

E  ch.t

 

αu =αch.t - Dα =

αch.t
1 + 2m στ
E

rch.t


(3-29)


Trong đó:


rch


= rch
S

- bán kính uốn tương đối của chày


rch.t

= rch.t
S


- bán kính uốn tương đối của chi tiết

m=K + K0
2rch.t


- mômen uốn tương đối

S
K1 =
W


- hệ số prôfin tiết diện ngang của phôi


K0 = Π - hệ số hóa bền của kim loại
στ


Hệ số prôfin tiết diện ngang K1 đối với hình chữ nhật và hình vuông hoặc thép góc K1 =
+1,5.Đối với thép tròn K1 = +1,7.Đối với thép chữ U và thép chữ I thì K1 = +1,8.

Công thức (3-28) có thể biến đổi cho trường hợp uốn phôi bằng kim loại không hóa bền (
E, =0 và K0 =0 ) có tiết diện ngang hình chữ nhật (K1=1,5).


rch

= rch.t
1 + 3 στ
E

rch.t


(3-30)


Có thể sử dụng công thức (3-27) và (3-29) khi uốn bằng mômen với bán kính uốn tương
đối lớn ( r > 5S ÷ 10S) tức là khi đó ở giai đọan kết thúc quá trình uốn có quá trình nắn ( hình
3.5d)

Qúa trình uốn ở trong khuôn do tác dụng của các lực ngang tác dụng vào phôi ở giữa các gối tựa.Tuy nhiên tính quy luật khi uốn bằng mômen với mức độ gần đúng có thể sử dụng như

là khi uốn bằng các lực ngang ( điều đó đã được xác định bằng thực nghiệm ) trừ khi uốn với bán kính uốn nhỏ,giá trị của biến dạng đàn hồi tương ứng với giai đọan uốn dẻo thuần túy với trạng thái biến dạng khối.

Khi bán kính uốn tương đối nhỏ thì sau khi có sự tiếp xúc của phôi với mặt bên của chày (hình 3.5c) nếu chày tiếp tục đi xuống sẽ xảy ra đồng thời quá trình giảm bán kính uốn tại vùng tâm phôi và quá trình nắn phần cánh của nó.Sau khi bỏ ngoại lực,Do biến dạng đàn hồi ở vùng tâm phôi tiếp xúc với bán kính cong của chày làm cho góc uốn giữa các cánh uốn tăng
lên,nhưng do sự nắn thẳng của các cánh uốn làm cho g1c uốn giảm đi.Sự giảm góc uốn giữa các cánh là khi bỏ tải trọng tác dụng,các lớp bị kéo của cánh uốn bị co lại,còn các lớp bị nén lại giãn dài ra,do đó góc uốn ban đầu bị giảm đi.Dạng đàn hồi như vậy được gọi là đàn hồi “âm”

Những nghiên cứu lý thuyết khi uốn với bán kính lượn của chày nhỏ ở cuối quá trình uốn có quá trình nắn các cánh của phôi đã chỉ ra rằng:khi uốn góc đàn hồi được xác định bằng hiệu số giữa góc đàn hồi ở phần tâm phôi và góc đàn hồi của phần cánh của nó:


Dα = Dαg - Dαc


Cần phải xác định rằng sự đàn hồi âm sẽ tăng lên khi giảm bán kính uốn và tăng khỏang cách giữa các gối tựa của phôi.Từ những phân tích lý thuyết chúng ta có được công thức để xác định bán kính lượn của chày khi Dαg = Dαcánh nghĩa là Dα = 0,như sau:


Lστ − Π.S (π − α )sin S

rch

= 2 −

(3-31)

3στ

(π − α )sin α + 6σ
2 τ

cos α 2
2

B.V.Rabinhin đã nghiên cứu bằng thực nghiệm để xác định góc đàn hồi khi uốn một góc các kim loại đen với bán kính uốn nhỏ và chỉ ra rằng : lực uốn chỉ ảnh hưởng đến góc đàn hồi đến một thời điểm hòan tòan xác định,còn sau đó nếu tăng lực uốn,góc đàn hồi cũng không bị

ảnh hưởng.Những thí nghiệm dã xác nhận rằng:tùy thuộc vào bán kính uốn tương đối rch.t

,sự

đàn hồi có thể là dương nếu như sau khi bỏ tải trọng góc của chi tiết uốn tăng lên,khi đó:αuốn = αch.t - Dα và sự đàn hồi sẽ là âm nếu như sau khi bỏ tải trọng góc của chi tiết uốn giảm đi và khi đó αuốn = αch.t + Dα.Ngoài ra cũng phải xác định rằng sự đàn hồi cũng sẽ không có khi Dα = 0 và do đó αuốn =αch.t .Sự thay đổi của góc đàn hồi Dα phụ thuộc vào bán kính uốn tương đối của chày

rch

được biểu diễn trên đồ thị hình 3.9.Từ đồ thị quan hệ này ta có thể nhận thấy rằng khi bán

kính uốn tương đối rch

tăng và góc uốn của chi tiết αch/t giảm thì góc đàn hồi Dα tăng và đối với

mỗi giá trị góc của chi tiết có một giá trị bán kính uốn tương đối để Dα = 0 nghĩa là không có sự


đàn hồi.Giá trị của bán kính uốn tương đối này được gọi là giá trị bán kính uốn tương đối tối ưu.Qua đồ thị ta nhận thấy rằng các số liệu lý thuyết và các số liệu thực nghiệm tương đối trùng nhau.
b.Biến dạng đàn hồi khi uốn chi tiết hay góc.................................................... c.Các phương pháp giảm biến dạng đàn hối khi uốn........................................
1.3.2.6 a.......................................................................................................
1.3.3 Nguyên công dập vuốt
1.3.3.1 Các phương pháp dập vuốt
1.3.3.2 Dập vuốt không có chặn phôi
Dập khuôn không có chặn phôi được thực hiện trong khuôn không có tấm chặn trên máy ép tác dụng đơn .Ổ biến dạng nằm ở phần vành có dạng côn trong đó
có các thành phần ứng suất kéo hướng kính σ ρ và ứng suất tiếp tuyến . Khả
năng dập vuốt không có chặn được giới hạn bởi hai yếu tố, nếu chiều dày tương đối của phôi nhỏ xẽ tạo nếp nhăn phần vành côn do thành phần ứng suất
nén tiếp tuyến σθ hoặc chiều dày tương đối của phôi lớn gây biến dạng cục bộ
trên chiều dày thành sẽ làm cho ứng suất tại vùng chuyển tiếp giữa đáy và
thành của chi tiết vượt quá giới hạn cho phép gây da đứt đáy.
Theo số liệu của E.H.Monhin khả năng tạo nếp nhăn khi dập vuốt trong cối có bán kính lượn ở mép làm việc có thể được xác định bởi đường cong giới hạn. Những đường cong giới hạn này được xây dựng dựa vào cơ sở lý thuyết bền và

lý thuyết chảy dẻo với các bán kính lượn của cối khác nhau . rc

(đường cong 1

và đường cong 2) khi tăng giá trị bán kính lượn của cối , mức độ biến dạng giới

hạn (được đặc trưng bởi hệ số

KV ) cũng tăng lên , các số liệu đã được kiểm

nghiệm bằng thực nghiệm khi dập một số loại vật liệu khác nhau như thép 20,
12X18H9T (thép không gỉ) và các hợp kim nhôm.

- Đường cong 1và 2 theo số liệu của E.H.Mosnhin đối với cối có
rc = 8s
- Đường cong 3 theo số liệu của L.A.Sophman

rc = 6s và

(Các đường cong giới hạn để xác định vùng dập và khả năng tạo nếp nhăn khi dập vuốt không có chặn phôi)
phương pháp sử dụng các đường cong giới hạn được chỉ ra trên hình theo mũi tên
đường nét đứt
- Điều kiện để dập vuốt không có chặn phôi một cách gần đúng , có thể sử
dụng công
thức của L.A.Sophman

D0 đường kính của phôi

D0 − d

≤ (18 ÷ 22)S

d đường kính của chi tiết dập vuốt
S chiều dày vật liệu
ở thời điểm đầu của quá trình dập vuốt không có chặn phôi, theo hướng trục tâm của cối có sự uốn phần vành phôi đối với mép làm việc của cối với một góc γ sự
quay của phần vành xảy ra dưới tác dụng của momen uốn mà momen uốn xuất hiện là do sự dịch chuyển lực đặt vào phôi về các phía của chày và cối. vì vậy mà phần vành của cối có dạng côn kép.


Thường khi dập vuốt không có chặn trong các cối có miệng hình côn sẽ ít bị nhăn hơn so với khi dập vuốt các cối miệng hình trụ. Sự tạo các nếp nhăn trong cối có miệng hình côn tùy thuộc vào chiều rộng tương đối của vành bán kính lượn của
cối và góc nghiêng ϕ của nó. Góc nghiêng của miệng cối thường lấy giá trị
300 ÷ 400 khi chiều dày tương đối của phần thành trụ d/s >30 và góc nghiêng
ϕ = 150 ÷ 200 khi d/s<30

Đường kính miệng cối côn

Dc = 0.9D0

khi góc nghiêng ϕ = 150 và

DC = 0.9D0

thì

chiều cao của cối tương đối lớn

VD R0 / r = 2

thì chiều cao của cối bằng hai lần đường kính của chi tiết .Do vậy

người ta có thể giảm chiều cao của cối bằng cách sử dụng cối có độ côn kép, phần

phía trên của cối có ϕ1

= 12 ÷150

phần côn thứ hai có ϕ được xác định dựa vào giả

thiết Valiev thì quá trình dập vuốt vào trong lỗ cối hình trụ cần phải bắt đầu ngay sau khi giảm lực biến dạng ở trên bề mặt trên của cối, sự chia nhỏ giai đoạn dập vuốt thành các giai đoạn riêng đã cho phép tăng được mức độ biến dạng tổng cộng với sự biến dạng phụ hợp ở mỗi giai đoạn trong một quá trình .


Giai đoạn đầu khi dập vuốt cối có dạng hình côn kép không có chặn phôi


Từ điều kiện cân bằng diện tích bề mặt giữa phôi và chi tiết bán thành phẩm tịa thời điểm dập vuốt khỏa sát

πD0
4

π (D + D
= C
2

)l πD 2
+ C
4

trong đó DK

là đường kính danh giới giữa hai mặt côn (hay bán thành phẩm ,

DC là đường kính lỗ trụ

l = DK − DC
2 sin ϕ


(độ dài đường sinh )

D0

với hệ số

KV = và góc nghiêng ϕ
DC

DK = DC


(KV

2 − 1) sin ϕ + 1

Ứng suất kéo lớn nhất tại ổ biến dạng (khi lực dập vuốt đạt giá trị cực đại ) có tính đến lực ma sát tiếp xúc và ứng suất phụ do bị kéo và uốn phôi vào trong lỗ cối hình trụ , được xác định như công thức sau

σ ρMÃ

 D
S (tb ) 
D


− 1(1 + µctgϕ ) +

S 
r S (1 + µϕ)

 C 

2 c +

1.3.3.3 Dập vuốt có chặn phôi
Dập có chặn phôi được chia thành hai giai đoạn
- Giai đoạn đầu khi phôi được kéo vào trong cối cho đến khi góc ôm của phôi

xung quanh mép làm việc của chày và cối với góc α < π
2


, ở giai đoạn đầu của quá

trình vuốt có chặn phôi co sự giảm chiều dày phôi tại ổ biến dạng là hình vành

khăn co chiều rộng c-d. khi có bán kính phôi

R0 không giảm

Sơ đồ dập vuốt có chặn phôi


Nếu lực biến dạng và lực chặn phôi lớn thì sảy ra hiện tượng phá hủy thường bắt đầu ở vùng c-d là vùng nguy hiểm (có độ bền kém nhất) .Khi lực dập vuốt tăng lên thì ổ biến dạng dẻo cũng tăng lên và cũng lan ra các phần vành thậm trí trong trường hợp riêng ổ biến dạng dẻo có thể cả phẩn đáy của phôi. Sau khi toàn bộ phần vành bị biến dạng dẻo thì giai đoạn hai bắt đầu, nó được đặc trưng bởi góc
ôm và bán kính vành ( Rvvanh < R0 )
-Gai đoạn 2 là sau khi góc ôm α ≈ 900

Khi góc ôm α gần đến

900

thì tâm bán kính lượn của chày và cối

rchay và cối gần

như cùng nằm trong cùng một mức , tại thời điểm tiếp xúc bất kỳ của giai đoạn hai sau khi đã kéo phôi vào trong cối với chiều sâu nhất định , ở các mép cối có 3
phần của phôi với trạng thái ứng suất khác nhau (phần vành khăn, phần hình trụ, phần đaý)
+ Ở phần 1 được xác định bởi R và r , bằng thực nghiệm người ta xác định được ứng suất là phẳng bởi ứng suất nén σ z do áp lực của tấm chặn gây ra nhỏ so với ứng suất chảy σ s còn so với dập không có lực chặn thì hầu như không có
Một phân tố tách ra từ hai thành phần , ứng suất theo hương kính là ứng suất keo
σ ρ , còn theo hướng tiếp tuyến là ứng suất nén σθ
Theo điều kiện dẻo của Huber – Mises

+ Ở phần hình trụ 2

σ ρ + σθ

= βσ s

do áp lực của chày dịch chuyển cùng với phần đáy của phôi, có trạng thái ứng suất kéo nhưng mà ứng suất đơn σ ρ khi đó phải thỏa σ ρ < σ s . Nếu không thỏa nó dấn
đến biến mỏng cục bộ gây ra đứt đáy
+ Ở phần 3 là phần đáy cũng giống như phần trụ là co 2 thành phần nó cũng phải

thỏa điều kiện σ ρ < σ s ,σθ

< σ s sự phân bố ứng suất trên ổ biến dạng được xác định

dựa vào việc giải phương trình dẻo ở điều kiện nhất định

R  R 

σ ρ = βσ s ln ρ ,σθ

= −βσ s 1 − ln 
ρ

 
từ những phương trình trên khi ρ thay đổi thì ứng suất thay đổi , khi đó ranh giới
phần biến dạng dày và phần biến mỏng của vành có thể được xác định nếu sử
dụng trạng thái biến dạng phẳng

σ ρ + σθ
2

= σ n

Nếu có thể coi rằng khi dập vuốt σ n ≅ 0 khi đó điều kiện biến dạng phẳng có dang
R R

σ ρ + σθ = 0 ⇔

βσ s ln − βσ s (1 − ln ) = 0
ρ ρ


Sự phân bố ứng suất và biến dạng phần vành khi dập vuốt

Từ đó chúng ta có thể suy ra bán kính vòng tròn phân chia giữa vùng biến day và

vùng biến mỏng của phần vành bằng cách thay đổi giá trị

ρ = ρgh

thi được giá trị

ρgh = 0.606R

, chiều dày lớn nhất phần vành tại ổ biến dạng là

SK là mép ngoài của

nó ở trạng thái gần với ứng suất đơn (σ ρ

≈ 0,σθ

≈ 0 ) . với sự co ngắn tuyến tính ,

mức độ biến dạng theo hướng kính và hướng trục là bằng nhau
điều kiện để thể tích không đổi εθ + 2ε n = 0

ε ρ = ε n

khi đó

Nếu coi ε n

= ln SK và ε
S θ


= ln R R0


suy ra

R0
SK = S
R

khi toàn bộ phôi vào trong cối thì phần vành xẽ không có , tương ứng R=r
1
 R0 1+ R ∗ ∗

hoặc tính đến dị hướng của kim loại

SK = S  
 r 

trong đó

R là hệ số dị hướng

Nếu biến dạng không vượt quá mức thì chiều dày tại tiết diện nguy hiểm có thể
xác định một cách gần đúng như sau

S Smin = s
R 2τ c
 0 
 
 r 
công thức này có nhược điểm là không tính đến ảnh hưởng của cơ tính vật liệu phôi đến chiều dày nhỏ nhất của tiết diện nguy hiểm , trong khi thực tế có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính phân bố ứng suất khi dập vuốt : như hóa bền
của kim loại, lực ma sát tiếp xúc, sự uốn và nắn thẳng các phần tử của phôi khi bị
kéo vào bên trong cối, sự dị tính về kim loại .v.v…
từ đó người ta xác định được ứng suất kéo hướng kính lớn nhất tại ổ biến dạng ở
thời điểm bất kì khi vuốt kim loại đẳng hướng


 ψ 
 x   R  Q S

σ = σ  1 

1−ψ µ
  ln 0 − x  + +

(1 + 1.6µ )

(4.11)

ρ max

b 1 −ψ ψ   x


 πR0 Sσ b

S + 2r 

S - chiều dày phôi
ψ - độ co thắt tỷ đối khi kéo
Q - lực chặn phôi
µ - hệ số ma sát tiếp xúc
σ b -giới hạn bền của vật liệu phôi
rc -bán kính góc lượng của cối
x = R0 − R - sự dịch chuyển tương đối của mép vành trong quá trình dập vuốt
R0
1.3.3.4 Tính toán công nghệ
a.Kích thước và hình dạng của phôi
Đối với dập vuốt không biến mỏng


Sự phụ thuộc của hệ số điều chỉnh vào chiều dày tương đối của phôi


Fchi tiết=Fphôi
nếu như điều kiện này không được thỏa mãn thì người ta thêm vào một hệ số điều chỉnh là

fdc =

Fphoi
Fchitiet

1
=
0.95 + 0.8µ

S 2
rcoi


(4.19)

như vậy mức độ dập vuốt Kv=Dphôi/d có ảnh hưởng nhiều nhất đến hệ số điều

chỉnh

fdc

mức độ dập vuốt Kvcàng cao thì hệ số điều chỉnh càng nhỏ . Khi thay

đổi các thông số

KV , µ và

rcoi làm thay đổi cả ứng suất kéo hướng kính và ứng suất

nén tiếp tuyến do đó làm thay đổi kích thước của phần vành chi tiết dập vuốt tùy theo ứng suất pháp hay ứng suất tiếp , xét đến sự biến mỏng hay không .
Đối với chi tiết dạng tròn xoay và có chiều dày không đổi
2

F ct = 0.785 D phôi ⇒ D phoi = 1.13

F ct

(4.20)

diện tích F của chi tiết được xác định bởi tổng diện tích của tổng các phần tử hình học tạo thành chi tiết , khi tính toán phôi thì cần tính đến lượng dư cắt mép
+ Phươngpháp biểu đồ giải tích.
Định lý Gungiena-Papysa Diện tích của một vật thể tròn xoay được tạo ra bởi một
đừong cong phẳng bất kỳ khi quay quanh một trục cũng nằm trên mặt phẳng đó


F ct = 2lπx


Xác định độ dài đường cong và diện tích mặt tròn xoay phức tạp
Trong đó: x khoảng cách từ trọng tâm của đường cong đến trục quay
Để thuận lợi cho tính toán người ta vi phân đường cong thành những phần nhỏ và có thể xem là đường thẳng.
+Phương pháp biểu đồ thuần túy
Phưong pháp này cho phép ta xác định chi tiết ngay trên biểu đồ , đường cong
được với tỉ lệ thích hợp và chia thành các đỉa chỉ riêng biệt (cá đoạn thẳng và các cung tròn) qua trọng tâm của các phần tử song song với trục xoay .Xác định độ dài

của các phần tử

l1 ,

l2 …… ln

Từ nửa đường thẳng song song với trục quay các phàn tử

AX kẻ các tia 1,2,3….n đến đàu mút

l1 ,

l2 . …… ln

Tại thời điểm N bất kì trên đường thăng qua trọng tâm của phần tử thứ nhất ta kẻ

các tia 1,

2, song song với tia 1và 2 . Qua giao điểm của tia

2, với đường thẳng qua

trọng tâm của phần tử thứ hai ta kẻ tia 3, song song với tia 3 .Cứ như vậy cho đến

tia

n, song song với tia n. Các tia giới hạn 1, và

n, cắt nhau tại S khoảng cách từ

điểm S đến trục quay chính là khoảng cách từ trọng tâm của đường cong đến trục
quay RS

Phương pháp biểu đồ xác định đường kính phôi khi dập vuốt chi tiết tròn xoay


Như vậy theo định lý Gungiena-Papusa thì diện tích bề mặt của chi tiết sẽ là
Fct = L.2π .RS
Từ sự cần bằng diện tích bề mặt giữa phôi và chi tiết ta có
D2
F = π 0 = L.2π .R
phoi 4 S

với

D0 = 2R0 ⇒ R0

= 2RS .L

trên nửa đường thẳng

AX đặt tiếp một đoạn thẳng

BC = 2RS

nối tiếp với L. Vẽ nửa đường tròn đường kính AC và đoạn thẳng

BK= R0 chính là bán kính phôi để dập chi tiết tròn xoay được tao ra bởi đường cong quay quanh trục yy (k là giao điểm của đường vuông góc với AC tại B với nửa đường tròn đường kính AC nhưng ngày nay ta dùng các phần mềm toán học
b.Lực và công biến dạng, lực chặn phôi
+ . Lực biến dạng
Lực biến dạng ở ban đầu của quá trình tạo hình là một hàm số phụ thuộc vào góc ôm α

Sơ đồ tác dụng lực ở giai đoạn đầu của quá trình dập vuốt


Pα = 2π .S.ρ.σ ρMax .sin α
d

Trong đó

ρ = r − rch (1 − sin α ) , r =
2

Từ công thức trên thấy rằng khi α tiến tới 0 thì lực cũng tiến tới 0 ngay khi cả

α ρ max

có giá trị lớn .Điều đó là do hình chiếu của các lực thành phần gây ra bởi

ứng suất σ ρ max

lên trục của chày là rất nhỏ

Cùng với việc kéo phôi vào trong cối, góc α dần tiến tến giá trị thực tế nó vẫn không thay đổi và ảnh hướng đến lực

π . Sau khi đạt được
2

Khi thay đổi góc α tăng hình chiếu của vectơ σ ρ max lên trục của chày cũng tăng lên
và đạt giá trị cực đại khi góc α = π
2

Pmax

= 2π .r.S.σ ρ max

(4.24)

Trong trường hợp phải lựa chon thiết bị thông số lực, thì lực biến dạng được xác
định một cách đơn giản

P = π .d.σ b .S.(K −1)

(4.25)


Trong đó

K = D0
d


(k=1/m)

Ảnh hưởng củ sự hóa bền và lực ma sát trong công thức này với mức độ nhất định
D0  D0 

d − 1

> ln
 d

 và σ b > σ S


Theo Romanopski lực biến dạng được xác định bằng tích của σ b với diện tích tiết
diện ngang của chi tiết và hệ số điều chỉnh ξ ; giá trị của hệ số này phu thuộc vào
mức độ biến dạng , chiều dày của phôi và thứ tự nguyên côn của quá trình dập
vuốt
P = ξ.σ b .π .d.S
Trong đó ξ được xác định theo bảng trên cơ sở thực nghiệm , đối với nguyên công
dập vuốt đầu tiên ξ = 0.,28 ÷1,1 .Đối với nguyên công tiếp theo ξ = 0,15 ÷1,1 v…Gía
trị của hệ số ξ tăng lên khi mức độ biến dạng và chiều dày tương đối của phôi
tăng
+ Lực chặn phôi
Lực chặn phôi cần phải đảm bảo thỏa mãn hai điều kiện :
-Trị số của lực không quá lớn để chánh gây đứt đáy khi dập vuốt
- không quá nhỏ để chánh gây hiện tượng nhăn tại vùng biến dạng dẻo
Lực chặn phôi xác định một cách gần đúng
Q = q.FV

Trong đó q là áp lựcchặn riêng trung bình với phần vành chi tiết FV
chặn ở thời điểm dập vuốt

nằm dưới tấm

Khi dập vuốt chi tiết hình trụ từ phôi thẳng ta có thể xác định theo công thức

Q = 0.785.[D0 − (d + 2rc )

].q


(4.26)

Khi dập vuốt theo nguyên công trung gian lực chặn được xác định theo công thức

sau

q = (0,8 ÷ 4,5)MPa

Qn = 0.785.[d

2
n −1


− (dn + 2rc )

].q

(4.27)

n- là thứ tẹ nguyên công dập vuốt

dn và

dn −1 là đường kính thứ tự nguyên công trước và sau khi dập vuốt

Áp lực chặn riêng q phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ học của vật liệu , chiều dày của phôi và mức độ biến dạng
q = (0,8 ÷ 4,5)MPa


Tùy thuộc vào các yếu tố chiêù dày của phôi và mức độ dập vuốt

Dph
K =
d


càng

lớn thì áp lực chặn riêng của q càng lớn , nó được thể hiện qua đồ thị sau

Sự phụ thuộc của áp lực riêng vào chiều dày của phôi ứng với mức độ dập vuốt K

Có thể xác định lực chặn khi dập vuốt từ phôi phẳng một cách gần đúng bằng công thức thực nghiệm


Q = 0,1.1 −

18.K .S


.K 2 .P


(4.28)

 (K − 1).D0 

Khi mức độ biến dạng K tăng,lực tăng dập vuốt tăng thì lực chăn Q tăng lên khi chiều dày của phôi giảm (100S / D0 ) giảm thì lực chặn Q cũng tăng lên .Nếu
(D0 − d = 18S ) thì Q=0 không cần tấm chặn
Người ta đã chứng minh được rằng khi dập vuốt lực chặn có thể thay đổi trong

một khoảng nhất định từ Qmax đến

Qmin khoảng thay đổi này tùy thuộc vào sự biến

dạng của phôi . Nếu mức độ biến dạng càng lớn thì khoảng thay đổi lực chặn càng nhỏ .

Quan hệ giữa khoảng thay đổi lực chặn Qmax –Qmin và mức độ biến dạng

Chỉ khi dập vuốt với giới hạn cho phép thi lực chặn Q mới là một giá trị xác định . Do đó khi dập vuốt với mức độ biến dạng càng lớn , càng cần phải cẩn thận khi điều chỉnh khe hở giữa mặt cối và vành chặn của khuôn , trong quá trình dập vuốt lực chặn cần phải đảm bảo sao cho không bị nhăn và cùng với sự giảm dần chiều rộng của phần vành , no phụ thuộc vào mức độ biến dạng tổng cộng , chiều dày và đặc tính cơ học của vật liệun .
+ Công biến dạng
Công biến dạng A được xác định bằng công thức sau
H H

A = ∫ P.dh = 2π .r.S.∫σ ρ max .dh
0 0

(4.29)

khi không tính đến hóa bền : ψ
ứng suất keo hướng kính σ ρ max

= 0 và σ s = σ b

trong điều kiện biến dạng đã cho ,


σ ρ max

 R Q
= β .σ s .ln + µ

S 
+ (1 + 1,6µ)


(4.29a)

 r π .R.S.σ S

S + 2rc 

trong công thức này R thay đổi trong quá trình dập vuốt và được xác định từ điều kiện cân bằng diện tích bề mặt giữa phôi và chi tiết . Khi bán kính của chày và cối nhỏ so với đường kính của phôi thì.

R = R0 − 2rH

(4.30)

từ các công thức trên ta có thể xác định được công biến dạng khi dập không tính
đến sự hóa bền của vật liệu .

A = π .r 2 .(K − 1).S.σ


ln K −

K 2 −1
+

2µ.Q

S 
+ .(1 + 1,6µ)


(4.31)

S  4.K 2

π .r.S.(K + 1).σ S

S + 2.rc 


c.Mức độ biến dạng giới hạn
Căn cứ vào tỷ số giữa hiệu diện tích tiết diện của phôi và chi tiết với diện tích tiết diện ngang của phôi khi coi chiều dày của chi tiết không đổi (dập vuốt không có biến mỏng thành)

ψ = dn −1 − dn
dn −1

= 1 −

dn
dn −1


vì mức độ dập vuốt

K = dn −1 ⇒ ψ
dn

= K −1
K


(4.32)

trong đó dn

và dn −1 là đường kính của chi tiết và đường kính của phôi ở gnuyên

công thứ n-1.
Khi K càng lớn thì ψ v


càng lớn từ đo sẽ có một giá trị ψ vgh

thì cũng tồn tại một giá

trị

K gh , các chỉ số này chỉ xác định một cách gần đúng bằng lý thuyết , bơi vì việc

phân tích ứng suất mà điều kiện phá hủy dựa trên thực nghiệm . Một trong những kết quả xác định được khi dập vuốt giới hạn nguyên công đầu khi dập vuốt có
chặn trong cối của hình trụ có tính đến sự hóa bền của vật liệu , lực ma sát tiếp xúc và ứng suất uốn , từ điều kiện cân bằng σ ρ max với ứng suất chảy σ S

  1

S µ.Q

1−ψ

K gh = exp0,9. −
1 + 1,6µ S + 2r

−  
π .R.S.σ

(4.33)

 c b 

chúng ta thấy điều kiện σ ρ max

= σ b chỉ là gần đúng , bởi vì giá trị của σ ρ max là giá trị

thực còn σ b là một giá trị quy ước , ngoài ra thực nghiệm còn xác định được điều

kiện đứt đáy khi dập vuốt làσ ρ max

= (1,1 ÷1,2)σ b . Hệ số điều chỉnh là bù cho giả thiết

đã đưa ra, không làm mất đi quan hệ giữa
trị của nó .

K gh

và các yếu tố nhả hưởng đến các giá


Khi dập vuốt với chi tiết có chiều dày tương đối nhỏ

S .100 < 0,1 sự hình thành các
D

nếp nhăn độc đáo là tất cả các sóng đi qua phần vành tạo ra một số lượng lớn các
nếp nhăn nhỏ có chiều dài nhỏ theo hướng kính khi đó áp lực chặn riêng sẽ là
q = Q
π .(R2 − r 2 )


khi đó

σ ρ max

= β .σ

 R
s . ln r

+ µ.Q
π .(R + r).S.σ

+ S
S + 2r


.(1 + 1,6µ)


(4.34)

 s c 
nếu so sánh hai kết quả của hai công thức vừa có thìa áp lựcchặn riêng (và do đó cả lực ma sát )cũng được phân bố đều trên bề mặt của vành thì ứng suất tại thiết diện nguy hiểm sẽ lớn hơn so với khi áp lực chăn riêng (và cả lực ma sát) chỉ tác dụng ở phan mép của vành .

Nếu dùng đường cong hóa bền σ s

= C.ε n

(trong đó ε = ln R
r


là mức độ biến dạng

logarit ) kết quả là các đường cong với trục tọa độ K và W khi µ là hằng số còn n

biến thiên, từ đó ta có thể thấy rằng mức độ dập vuốt giới hạn

K gh

sẽ tăng lên khi q

và r giảm , hoặc khi σ b , S và n tăng (nghĩa là

K gh

tăng khi W giảm).


Sự phụ thuộc của mức độ dập vuốt giới hạn Kgh vào đại lượng W khi µ =const, khi
n=const


Nếu tính đến tính dị hướng của phôi và biến dạng giới hạn khi dập vuốt . tính khi

dị hướng thông thường

R∗ > 1 kim loại co khả năng biến mỏng do đó mức độ biến

dạng sau mối nguyên công có thể tăng lên , khi đó cần xác định tại các phần tai cánh hoa (chỗ bị lõm) .

R∗min nó suất phát

Mức độ dập vuốt tới hạn có tính đến sự dị hướng của kim loại có thể xác định
được nếu sử dụng điều kiện chảy của Mizic-khile .
Đối với kim loại đẳng hướng có trạng thái biến dạng phẳng điều kiện chảy có dạng

σ1 − σ 3 = β .σ s

trong đó β =

1 + R∗
1 + 2R∗


(4.35)

Từ đo có thể thấy khi

R∗ thay đổi từ 1 đến 2 làm cho hệ số β tăng lên 1,2 lần và

có ảnh hưởng đến trị số

K gh

Sự phụ thuộc của mức độ dập vuốt giới hạn Kgh vào hệ số dị hướng R


Mức độ dập vuốt nhận được bằng phương pháp tính toán là mức độ giới hạn . Để đảm bảo cho quá trình dập được ổn định , giá trị của mức độ dập vuốt cần phải

giảm đi

(10 ÷15)%

so với tính toán . Nghĩa là mức độ dập vuốt cho phép