Nghiên cứu cơ chế phá hủy của phôi cán trong quá trình cán nêm ngan.docx

Báo cáo sáu tháng đầu năm 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi Các k t qu và s li uứ ủ ế ả ố ệ công b trong lu n án trung th c và ch a t ng đ c cô[.]

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi Các k t qu và s li uứ ủ ế ả ố ệcông b trong lu n án trung th c và ch a t ng đố ậ ự ư ừ ược công b trong công trình khác.ố

Hà N i, Ngày 10 tháng 8 năm 2013 ộ

Ng ườ ướ i h ng d n khoa h c ẫ ọ

PGS.TS Đào Minh Ng ng ừ

Ng ườ ướ i h ng d n khoa h c ẫ ọ

GS.TS Nguy n Tr ng Gi ng ễ ọ ả

Nghiên c u sinh ứ

Đ ng Th H ng Hu ặ ị ồ ế

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành c m n B môn C h c v t li u và Cán kim lo i - Vi n Khoa h c ả ơ ộ ơ ọ ậ ệ ạ ệ ọ và Kỹ thu t v t li u -Tr ậ ậ ệ ườ ng Đ i h c Bách khoa Hà N i, Vi n V t lý Kỹ thu t thu c Vi n ạ ọ ộ ệ ậ ậ ộ ệ Hàn lâm khoa h c qu c gia Belarus đã giúp tôi th c hi n lu n án này ọ ố ự ệ ậ

Tôi xin chân thành c m n PGS.TS Đào Minh Ng ng, GS.TS Nguy n Tr ng Gi ng đã ả ơ ừ ễ ọ ả

t n tình h ậ ướ ng d n tôi v chuyên môn đ tôi có th th c hi n và hoàn thành lu n án ẫ ề ể ể ự ệ ậ

Tôi xin t lòng bi t n sâu s c đ n các th y ph n bi n, các th y trong h i đ ng ỏ ế ơ ắ ế ầ ả ệ ầ ộ ồ

ch m lu n án đã dành th i gian đ c và góp nh ng ý ki n quý báu đ tôi hoàn thi n b n ấ ậ ờ ọ ữ ế ể ệ ả

lu n án c a mình, cũng nh giúp tôi đ nh h ậ ủ ư ị ướ ng nghiên c u trong t ứ ươ ng lai.

Tôi xin g i l i c m n chân thành t i toàn th gia đình, b n bè, đ ng nghi p nh ng ử ờ ả ơ ớ ể ạ ồ ệ ữ

ng ườ i đã giúp đ , đ ng viên, khuy n khích tôi th c hi n công trình này ỡ ộ ế ự ệ

Hà N i, Ngày 10 tháng 8 năm 2013 ộ

Nghiên c u sinhứ

Đ ng Th H ng Hu ặ ị ồ ế

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thi u quá trình cán nêm ngangệ 4

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý 4

1.1.2 Các thông số cơ bản của qua ́trình 5

1.1.3 Điều kiện quay phôi trong công ngh ệ cán nêm ngang 6

1.1.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng 7

1.1.5 Các thông số đ ng lực họcộ 8

1.2 Sản phẩm cán, phế phẩm và đ c điểm khuyết t tặ ậ 8

1.2.1 Yêu cầu về chất lượng sản phẩm 9

1.2.2 Khuyết t t hình họcậ 9

1.2.3 Khuyết t t rỗng tâmậ 12

1.3 Kết lu nậ 19

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HÀNH VI CƠ HỌC VẬT LIỆU 20

2.1 Phá hủy dẻo vật liệu kim loại 20

2.1.1 Sự hình thành và xuất hiện lỗ xốp, vết nứt tế vi 21

2.1.2 Sự phát triển của lỗ xốp tế vi 22

2.1.3 Sự hợp nhất của lỗ xốp tế vi 23

2.2 Mô hình phá hủy vật liệu 23

2.2.1 Mô hình phá hủy trên cơ sở cơ học môi trường liên tục 25

2.2.2 Mô hình phá hủy trên cơ sở quan sát hiện tượng 26

2.3 Mô hình thu c tính v t li uộ ậ ệ 29

2.4 Phân tích và lựa chọn mô hình 31

2.5 Kết lu nậ 32

CHƯƠNG 3: NH N DẠNG MÔ HÌNH JOHNSON-COOK Ậ 33

3.1 Phương pháp nh n dạng mô hình Johnson – Cookậ 33

3.1.1 Phương pháp nh n dạng mô hình thu c tínhậ ộ 33

3.1.2 Phương pháp nh n dạng mô hình phá hủy Johnson - Cookậ 35

3.2 Thí nghi m nhận dạngệ 37

3.2.1 V t li u thí nghi mậ ệ ệ 41

3.2.2 Mẫu thí nghi mệ 42

3.2.3 Thiết bị thí nghi mệ 46

3.3 Kết quả thí nghi mệ 47

3.3.1 Kết quả thí nghi m và nh n dạng mô hình thu c tính Johnson- Cookệ ậ ộ 47

3.3.2 Nh n dạng mô hình phá hủy Johnson – Cookậ 53

3.4 Kết lu nậ 61

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH CÁN NÊM NGANG 62

4.1 Phần mềm mô phỏng quá trình tạo hình và phá hủy v t li uậ ệ 62

4.2 Mô phỏng quá trình cán nêm ngang -mô hình 2D 63

4.2.1 Điều kiện mô phỏng 63

4.2.2 Kết quả mô phỏng 64

4.2.3 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sự hình thành khuyết tật sản phẩm cán Error! Bookmark not defined. 4.3 Xây dựng mô hình hình học cho bài toán cán ren 3D 71

4.3.1 Thiết lập mô hình đối với khuôn nêm 72

4.3.2 Thiết lập mô hình đối với phôi cán 73

4.3.3 Mô hình lắp ghép giữa phôi và khuôn 74

4.4 Kết quả và phân tích 75

4.4.1 Hình dạng hình học của chi tiết ren 75

4.4.2 M t cắt ngang, m t cắt dọc chi tiết vít ren sau mô phỏngặ ặ 76

4.4.3 Trạng thái ứng suất 76

4.4.4 Trạng thái biến dạng 79

4.4.5 Sự phân bố nhi t đ trên phôi sau quá trình cánệ ộ 81

4.4.6 Biến phá hủy vô hướng 82

4.4.7 Tải trọng 82

4.5 Kết luận 83

CHƯƠNG 5 THỰC NGHI M Ệ 84

5.1 Máy cán nêm ngang 84

5.2 Khuôn cán ren 86

5.3 Công nghệ cán ren bằng máy cán nêm ngang 88

5.3.1 D p đầu mũ chi tiếtậ 88

5.3.2 Cán chi tiết vít ren tàu đi nệ 88

5.4 Kiểm tra phá hủy chi tiết 89

5.5 So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm 90

5.6 Kết lu nậ 92

KẾT LU N Ậ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 98

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 2.1 ả Các bi n trong mô hình phá h y v t li u ế ủ ậ ệ 23

B ng 3.1 ả Thành ph n hóa h c c a thép C45 ầ ọ ủ … 42

B ng 3.2 M u thí nghi m nhi t đ môi tr ả ẫ ệ ở ệ ộ ườ 43 ng Bảng 3.3 Bảng kí hiệu thí nghiệm nhận dạng mô hình thuộc tính 46

Bảng 3.4 Bảng kí hiệu thí nghiệm nhận dạng mô hình thuộc tính 46

B ng 3.5 ả K t qu thí nghi m và nh n d ng t i nhi t đ 900 ế ả ệ ậ ạ ạ ệ ộ 0 C 49

B ng 3.6 K t qu thí nghi m và nhân d ng t i nhi t đ 1000 ả ế ả ệ ạ ạ ệ ộ 0 C 50

B ng 3.7 ả K t qu thí nghi m và nh n d ng t i nhi t đ 1100 ế ả ệ ậ ạ ạ ệ ộ 0 C 51

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm kéo ở nhiệt độ cao 52

Bảng 3.9 Các h s c a mô hình thu c tính Johnson – Cook ệ ố ủ ộ 53

Bảng 3.10 Biến dạng phá hủy và tỉ số ứng suất ba chiều 54

Bảng 3.11 B ng giá tr xác đ nh các h s cu D ả ị ị ệ ố ả 5 56

B ng 4.1 ả Các thông s hình h c c a khuôn nêm ố ọ ủ 72 B ng 4.2 ả Tính ch t c nhi t c a v t li u làm khuôn ấ ơ ệ ủ ậ ệ 73

B ng 4.3 ả Đi u ki n mô ph ng ề ệ ỏ 73

B ng ả 4.4 Hệ số nhi t ệ c a ủ thép C45 ở nhi t ệ độ 1150 0 C 74

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 S đ ơ ồ nguyên ly ́công ngh ệ cán nêm ngang: 4

Hình 1.2 Các hình chiếu khuôn va ̀hình dạng phôi 5

Hình 1.3 S đ l c tác d ng gi a kim lo i và khuôn khi phôi ăn vào tr c cán ơ ồ ự ụ ữ ạ ụ 6

Hình 1.4 Các s n ph m nh n đ ả ẩ ậ ượ c b ng công ngh cán nêm ngang ằ ệ 9

Hình 1.5 Khuy t t t hình d ng s n ph m cán nêm ngang ế ậ ạ ả ẩ 10

Hình 1.6 Khuy t t t b m t s n ph m cán nêm ngang ế ậ ề ặ ả ẩ 10

Hình 1.7 S n ph m tr c b c ả ẩ ụ ậ 10

Hình 1.8 Khuy t t t th t c a phôi cán nêm ngang ế ậ ắ ủ 11

Hình 1.9 Khuy t t t hình d ng phôi cán nêm ngang ế ậ ạ 12

Hình 1.10 Khuy t t t đ nh h ế ậ ị ướ ng d c theo tâm phôi cán ọ 14

Hình 1.11 S h p nh t các l tr ng trong quá trình phá h y [2] ự ợ ấ ỗ ố ủ 15

Hình 1.12 Khuy t t t trong tâm phôi cán ế ậ 15

Hình 1.13 Phá h y phôi trong quá trình cán nêm ngang ủ 16

Hình 1.14 S h p nh t các l tr ng do ng su t chính [2] ự ợ ấ ỗ ố ứ ấ 17

Hình 2.1 Quá trình phá h y v t li u ủ ậ ệ 21 Hình 2.2 S đ s hình thành v t n t do l ch t ơ ồ ự ế ứ ệ ươ ng tác v i nhau ớ 22

Hình 2.3 Phân t th tích ch a khuy t t t ố ể ứ ế ậ 23

Hình 2.4 Đ ườ ng cong ng su t bi n d ng c a thép C45 ứ ấ ế ạ ủ 24

Hình 2.5 S ph thu c c a bi n d ng t i th i đi m phá h y vào ng su t ba chi u ự ụ ộ ủ ế ạ ạ ờ ể ủ ứ ấ ề 28

Hình 2.6 Đ ườ ng cong ng su t bi n d ng c a thép C45 ứ ấ ế ạ ủ 29

Hình 3.1 M u t o R và bi n d ng theo các chi u ẫ ạ ế ạ ề 40 Hình 3.2 Biên d ng hình h c c a m u th kéo ạ ọ ủ ẫ ử 40

Hình 3.3 M u thí nghi m kéo R ẫ ệ 43

Hình 3.4 M u thí nghi m kéo nhi t đ cao ẫ ệ ở ệ ộ 43

Hình 3.5 Phân b nhi t đ c a m u kéo tiêu chu n 12000C ố ệ ộ ủ ẫ ẩ ở 44

Hình 3.6 Ch đ nung m u khi th c hi n thí nghi m nhi t đ 12000C ế ộ ẫ ự ệ ệ ở ệ ộ 44

Hình 3.7 Đ th phân b nhi t đ trong ½ vùng làm vi c c a các m u kéo ồ ị ố ệ ộ ệ ủ ẫ 44

Hình 3.8 Kích th ướ c và hình d ng m u xo n ạ ẫ ắ 45

Hình 3.9 Đ th phân b nhi t đ trong ½ vùng làm vi c c a các m u xo n ồ ị ố ệ ộ ệ ủ ẫ ắ 45

Hình 3.10 Máy th kéo nén ử 46

Hình 3.11M u sau thí nghi m ẫ ệ 47

Hình 3.12 Đ th ng su t – bi n d ng khi thay đ i t c đ bi n d ng ồ ị ứ ấ ế ạ ổ ố ộ ế ạ 47

Hình 3.13 Đ th ng su t – bi n d ng khi thay đ i nhi t đ ồ ị ứ ấ ế ạ ổ ệ ộ 47

Hình 3.14 Đ th l c –chuy n v và ng su t – bi n d ng m u kéo ngu i ồ ị ự ể ị ứ ấ ế ạ ẫ ộ 48

Hình 3.15 Đ th xác đ nh giá tr h s B và n ồ ị ị ị ệ ố 48

Hình 3 16 Đ th ng su t và bi n d ng t i các nhi t đ khác nhau ồ ị ứ ấ ế ạ ạ ệ ộ 52

Hình 3.17 Đ th xác đ nh nh h ồ ị ị ả ưở ng c a nhi t đ ủ ệ ộ 53

Hình 3.18 Đ ườ ng cong th c nghi m và đ ự ệ ườ ng cong nh n d ng ậ ạ 57

Hình 3.19 Đ ườ ng cong th c nghi m và đ ự ệ ườ ng cong nh n d ng ậ ạ 57

Hình 3.20 Đ th l c – chuy n v c a các m u t o R ồ ị ự ể ị ủ ẫ ạ 53

Hình 3.21 Đ th quan h bi n d ng phá h y và t ng su t ba chi u ồ ị ệ ế ạ ủ ỉ ứ ấ ề 54

Hình 3.22 Đ th xác đ nh h s D5 ồ ị ị ệ ố 56

Hình 4.1 Đ ườ ng cong ng su t – Bi n d ng c a v t li u kim lo i [42] ứ ấ ế ạ ủ ậ ệ ạ 63 Hình 4.2 Mô hình hình h c và mô hình ph n t h u h n c a phôi cán ọ ầ ử ữ ạ ủ 64

Hình 4.3 Quá trình phá h y tâm phôi ủ 67

Hình 4.4 Các thành ph n ng su t c a ph n t kim lo i trong tâm phôi theo th i gian ầ ứ ấ ủ ầ ử ạ ờ 67

Hình 4.5 S phân b ng su t kéo trong tâm đĩa tròn ự ố ứ ấ 67

Hình 4.6 S phân b bi n d ng theo h ự ố ế ạ ướ ng ngang 68

Hình 4.7 S phân b bi n d ng theo h ự ố ế ạ ướ ng kính 68

Hình 4.8 S phân b bi n d ng theo h ự ố ế ạ ướ ng ngang 69

Hình 4.9 Bi n d ng t ế ạ ươ ng đ ươ ng c a phôi cán theo h ủ ướ ng chu vi 69

Hình 4.10 Chuy n v c a các ph n t kim lo i ể ị ủ ầ ử ạ 70

Hình 4.11 Ch tiêu phá h y Johnson - Cook ỉ ủ 71

Hình 4.12 Bi n d ng l n nh t t i th i phá h y theo th i gian ế ạ ớ ấ ạ ờ ủ ờ 64

Hình 4.13 Tr ng thái ng su t ạ ứ ấ 65

Hình 4.14 Bi n phá h y vô h ế ủ ướ ng D 65

Hình 4.15 Hi n t ệ ượ ng phá h y tâm phôi ủ 66

Hình 4.16 Tr ng thái ng su t ạ ứ ấ 66

Hình 4.17 Kích th ướ c phôi và chi ti t ren tàu đi n ế ệ 71

Hình 4.18 Khuôn trên và khuôn d ướ 72 i Hình 4.19 B n vẽ l p khuôn và phôi cán nêm ngang ả ắ 72

Hình 4.20 Phôi va ̀chia lưới phôi 73

Hình 4.21 Mô hình ph n t h u h n ầ ử ữ ạ 74

Hình 4.22 Ti p xúc m t t i m t gi a phôi và khuôn ế ặ ớ ặ ữ 75

Hình 4.23 Quá trình cán chi ti t ren tàu đi n ế ệ 75

Hình 4.24 Chi ti t ren và khuôn d ế ướ i tr ướ c khi k t thúc quá trình cán ế 76

Hình 4.25 M t c t d c và m t c t ngang chi ti t ren tàu đi n ặ ắ ọ ặ ắ ế ệ 76

Hình 4.26 ng su t theo các ph Ứ ấ ươ Error! Bookmark not defined. ng

Hình 4.27 Các thành ph n ng su t c a m t ph n t trong tâm phôi cán ầ ứ ấ ủ ộ ầ ử 77

Hình 4.28 ng su t t Ứ ấ ươ ng đ ươ ng Von Mises Error! Bookmark not defined. Hình 4.29 ng su t chính l n nh t trong tâm phôi cán Ứ ấ ớ ấ 78

Hình 4 30 Đồ thị số ứng suất ba chiều từ điểm A đến B 79

Hình 4.31 Tỉ số ứng suất ba chiều theo đường dẫn qua tâm phôi Error! Bookmark not defined. Hình 4.32 Bi n d ng theo các ph ế ạ ươ ng c a chi ti t ren tàu đi n ủ ế ệ 79

Hình 4.33 S hình thành và phát tri n khuy t t t trong tâm phôi cán ự ể ế ậ 80

Hình 4.34 Hi n t ệ ượ ng lõm đ u chi ti t ren ầ ế 80

Hình 4.35 Đ th ng su t và bi n d ng c a ph n t tâm phôi phá h y 0,1s ồ ị ứ ấ ế ạ ủ ầ ử ở ủ Error! Bookmark not defined. Hình 4.36 Nhi t đ phân b trong tâm phôi cán d c theo đ ệ ộ ố ọ ườ ng AB 81

Hình 4.37 Phân b nhi t đ theo đ ố ệ ộ ườ ng d n qua m t c t ngang c a phôi CD ẫ ặ ắ ủ 82

Hình 4.38 Bi n phá h y vô h ế ủ ướ ng Johnson – Cook trên m t c t ngang phôi cán ặ ắ Error! Bookmark not defined. Hình 4.39 Bi n phá h y vô h ế ủ ướ ng Johnson – Coo k trên m t c t d c phôi cán ặ ắ ọ 82

Hình 4.40 L c tác d ng trên các ph ự ụ ươ 83 ng Hình 5.1 Máy cán nêm ngang 84 Hình 5.2 C c u đi u ch nh và nâng đ khuôn ơ ấ ề ỉ ỡ 85

Hình 5.3 C c u nâng tr ơ ấ ượ t khuôn trên 85

Hình 5.4 B ph n gá l p và ch a khuôn làm vi c ộ ậ ắ ứ ệ 85

Hình 5.5 Khuôn trên và khuôn d ướ 86 i Hình 5.6 V trí đ t c vít c a khuôn trên và d ị ặ ố ủ ướ 86 i Hình 5.7 Ren âm trên b m t khuôn cán ề ặ 87

Hình 5.8 Thi t b đo áp su t trên máy cán nêm ngang ế ị ấ 87

Hình 5.9 Khuôn d p đ u mũ và chi ti t vít ren sau khi d p đ u mũ ậ ầ ế ậ ầ 88

Hình 5.10 Phôi sau khi d p đ u mũ ậ ầ Error! Bookmark not defined. Hình 5.11 S n ph m ren sau cán ả ẩ 88

Hình 5.12 Chi ti t vít ren sau cán ế 89

Hình 5.13 Chi ti t thi t k và chi ti t th c ế ế ế ế ự 89

Hình 5.14 Chi ti t ren v i phá h y trong tâm ế ớ ủ 90

Hình 5.15 Chi ti t ren v i phá h y b m t ế ớ ủ ề ặ 90

Hình 5.16 K t qu mô ph ng và th c nghi m v i sai h ng b m t ren ế ả ỏ ự ệ ớ ỏ ề ặ 90

Hình 5.17 K t qu mô ph ng và th c nghi m v i sai h ng tâm ren ế ả ỏ ự ệ ớ ỏ 90

Hình 5.18 Hi n t ệ ượ ng lõm đ u chi ti t ren thu đ ầ ế ượ ừ ự c t th c nghi m ệ 91

Hình 5.19 Hi n t ệ ượ ng lõm đ u chi ti t ren thu đ ầ ế ượ ừ c t mô ph ng ỏ 91

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công ngh t o hình v t li u ngày càng phát tri n m nh mẽ v i s ra đ i c a nhi uệ ạ ậ ệ ể ạ ớ ự ờ ủ ề

phương pháp t o hình tiên ti n Các phạ ế ương pháp t o hình m i d n thay th các phạ ớ ầ ế ươngpháp truy n th ng trong s n xu t công nghi p M t trong nh ng phề ố ả ấ ệ ộ ữ ương pháp y làấ

phương pháp cán nêm ngang Công ngh này đệ ược s d ng đ s n xu t các chi ti t trònử ụ ể ả ấ ếxoay, tr c b c, các chi ti t trung gian cung c p cho công nghi p hàng không, vũ tr , ô tô vàụ ậ ế ấ ệ ụhóa ch t… u đi m c a công ngh cán nêm ngang là ti t ki m nguyên v t li u, cho năngấ Ư ể ủ ệ ế ệ ậ ệ

su t cao, d t đ ng hóa và thân thi n v i môi trấ ễ ự ộ ệ ớ ường Tuy nhiên, h n ch c a công nghạ ế ủ ệnày là khuy t t t c h c hình thành trong quá trình cán nh : khuy t t t b m t, khuy tế ậ ơ ọ ư ế ậ ề ặ ế

t t hình d ng và khuy t là khuy t t t r ng tâm s n ph m ậ ạ ế ế ậ ỗ ả ẩ

Đ i v i khuy t t t b m t và khuy t t t hình d ng là lo i khuy t t t có kh năngố ớ ế ậ ề ặ ế ậ ạ ạ ế ậ ảphát hi n và lo i b ngay trong quá trình gia công V i khuy t t t trong tâm s n ph m, đòiệ ạ ỏ ớ ế ậ ả ẩ

h i ph i s d ng các phỏ ả ử ụ ương pháp đ c bi t nh kính hi n vi, siêu âm khuy t t t… Đây làặ ệ ư ể ế ậ

d ng khuy t t t huy hi m, có nguy c ti m tàng và là nguyên nhân phá h y các chi ti tạ ế ậ ể ơ ề ủ ếtrong quá trình ch u t i, làm gi m tu i th c a các chi ti t máy và gây m t an toàn cho hị ả ả ổ ọ ủ ế ấ ệ

th ng thi t b Vì v y, nghiên c u c ch hình thành khuy t t t ngay trong quá trình cán cóố ế ị ậ ứ ơ ế ế ậ

ý nghĩa to l n trong vi c nâng cao hi u qu kinh t , đ m b o an toàn cho chi ti t, k t c uớ ệ ệ ả ế ả ả ế ế ấtrong quá trình ch u t i ị ả

Trong quá trình cán nêm ngang, s bi n d ng c a phôi r t ph c t p, quan h ngự ế ạ ủ ấ ứ ạ ệ ứ

su t-bi n d ng trong quá trình t o hình còn nhi u v n đ ch a đấ ế ạ ạ ề ấ ề ư ược nghiên c u đ y đ ứ ầ ủPhôi ch u tác đ ng c a ng su t nén theo phị ộ ủ ứ ấ ương z, ng su t kéo theo phứ ấ ương x và y

ng su t tác đ ng theo các ph nglên phôi gây nên bi n d ng phôi ph c t p Vì v y,

nghiên c u m i quan h gi a ng su t-bi n d ng trong quá trình cán nêm ngang đòi h iứ ố ệ ữ ứ ấ ế ạ ỏ

m t phộ ương pháp t ng quát, có th mô t đổ ể ả ược m i quan h này khi các bi n s tác đ ngố ệ ế ố ộ

đ ng th i vào quá trình t o hình thay đ i theo th i gian Phồ ờ ạ ổ ờ ương pháp có th gi i quy tể ả ế

đượ ấc v n đ trên là mô hình hóa, mô ph ng s k t h p v i th c nghi m.ề ỏ ố ế ợ ớ ự ệ

Mô hình hóa cho phép nghiên c u các hi n tứ ệ ượng v t lý dậ ưới m t phộ ương trìnhtoán h c t ng quát các bi n s tác đ ng vào quá trình Khi giá tr c a các bi n s tác đ ngọ ổ ế ố ộ ị ủ ế ố ộthay đ i, mô hình mô t đổ ả ượ ức ng x c a v t li u m t cách chính xác Nh v y, phân tíchử ủ ậ ệ ộ ờ ậquan h ng su t-bi n d ng trong quá trình t o cán nêm ngang đệ ứ ấ ế ạ ạ ược đ n gi n hóa r tơ ả ấnhi u Các mô hình đã đề ược thi t l p trong các ph n m m mô ph ng - m t công c m nhế ậ ầ ề ỏ ộ ụ ạcho phép nghiên c u m i quá trình s n xu t th c t ứ ọ ả ấ ự ế Phương pháp nghiên c u k t h p môứ ế ợhình hóa mô ph ng s ti t ki m th i gian, kinh phí, nguyên v t li u, tránh đỏ ố ế ệ ờ ậ ệ ược nhi uề

trường h p r i ro, nguy hi m trong đi u ki n th c, đ ng th i gi m tác đ ng x u t i môiợ ủ ể ề ệ ự ồ ờ ả ộ ấ ớ

trường

"Nghiên c u c ch phá h y c a phôi cán trong quá trình cán nêm ngang ứ ơ ế ủ ủ " có ý

nghĩa thi t th c trong vi c h n ch khuy t t t hình thành trong quá trình cán, nâng caoế ự ệ ạ ế ế ậ

kh năng ng d ng c a công ngh này vào s n xu t công nghi p V i s h tr c aả ứ ụ ủ ệ ả ấ ệ ớ ự ỗ ợ ủ

phương pháp nghiên c u lý thuy t-mô hình hóa, mô ph ng s và th c nghi m K t quứ ế ỏ ố ự ệ ế ảnghiên c u tri n v ng ng d ng cao trong s n xu t công nghi p t i Vi t Nam.ứ ể ọ ứ ụ ả ấ ệ ạ ệ

1 Mục đích nghiên cứu

Nghiên c u c ch phá h y c a phôi trong quá trình cán nêm nh m h n ch khuy tứ ơ ế ủ ủ ằ ạ ế ế

t t, nâng cao ch t lậ ấ ượng s n ph m và đ a công ngh cán nêm ngang vào ng d ng r ngả ẩ ư ệ ứ ụ ộtrong s n xu t công nghi p.ả ấ ệ

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mô hình ng x c nhi t c a v t li u, c ch phá h y phôi trong quá trình cán nêmứ ử ơ ệ ủ ậ ệ ơ ế ủngang

3 Phương pháp nghiên cứu:

T ng h p, phân tích tài li u, các k t qu nghiên c u trong và ngoài nổ ợ ệ ế ả ứ ước, t đó đ nhừ ị

hướng nghiên c u cho lu n án;ứ ậ

Nghiên c u lý thuy t công ngh cán nêm ngang, lý thuy t mô hình hóa ng x c -ứ ế ệ ế ứ ử ơnhi t c a v t li u, phệ ủ ậ ệ ương pháp ph n t h u và l a ch n phầ ử ữ ự ọ ương pháp nghiên c u k tứ ế

h p lý thuy t- mô ph ng s - th c nghi m; ợ ế ỏ ố ự ệ

Các n i dung nghiên c u c a lu n án độ ứ ủ ậ ược th c hi n t i B môn C h c v t li u vàự ệ ạ ộ ơ ọ ậ ệCán kim lo i - Vi n Khoa h c và Kỹ thu t v t li u - Trạ ệ ọ ậ ậ ệ ường Đ i h c Bách Khoa Hà N i,ạ ọ ộ

Vi n V t lý kỹ thu t thu c Vi n Hàn lâm khoa h c qu c gia Belarus ệ ậ ậ ộ ệ ọ ố

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của lu n án ậ

H th ng hóa c s lý thuy t v phá h y c h c v t li u trong quá trình cán nêmệ ố ơ ở ế ề ủ ơ ọ ậ ệngang, tìm ra nguyên nhân phá h y phôi và bi n pháp kh c ph c nh m nâng cao ch tủ ệ ắ ụ ằ ấ

lượng s n ph m và kh năng ng d ng công ngh này t i Vi t Nam.ả ẩ ả ứ ụ ệ ạ ệ

5 Những kết quả đạt được và những đóng góp mới của luận án

Nghiên c u t ng quan tài li u, tìm hi u các công trình đã công b trong và ngoàiứ ổ ệ ể ố

nước, t đó xác đ nh đ i từ ị ố ượng nghiên c u.ứ

L a ch n mô hình ng x c nhi t v t li u phù h p v i nghiên c u phá h y c h cự ọ ứ ử ơ ệ ậ ệ ợ ớ ứ ủ ơ ọtrong bài toán bi n d ng l n, nhi t đ cao.ế ạ ớ ệ ộ

Nh n d ng mô thu c tính và mô hình phá h y v t li u Johnson – Cook Các h s đãậ ạ ộ ủ ậ ệ ệ ố

nh n d ng đậ ạ ược ki m tra b ng mô ph ng s ể ằ ỏ ố

Mô ph ng s quá trình cán nêm ngang b ng ph n m m ABAQUS Trên c s k tỏ ố ằ ầ ề ơ ở ế

qu mô ph ng, t i u mi n thông s công ngh đ quá trình phá h y phôi không x y ra.ả ỏ ố ư ề ố ệ ể ủ ả

C ch phá h y tâm phôi đã đơ ế ủ ược phân tích, h ng minh và k t qu y làm c s đ ti nứ ế ả ấ ơ ở ể ếhành th c nghi m cán chi ti t ren c đ nh đự ệ ế ố ị ường ray tàu đi n b ng công ngh cán nêmệ ằ ệngang

K t qu mô ph ng cho th y, phôi b phá h y do ng su t kéo l n tác đ ng trongế ả ỏ ấ ị ủ ứ ấ ớ ộtâm, tr ng thái ng su t thay đ i theo chu kỳ t o nên phá h y m i, phá h y phôi do hi uạ ứ ấ ổ ạ ủ ỏ ủ ệ

1 Nh n d ng mô hình Johnson-Cook b ng phậ ạ ằ ương pháp m i: l p t s đ xác đ nh đớ ậ ỉ ố ể ị ược

h ng s tính đ n nh hằ ố ế ả ưởng c a t c đ bi n d ng C trong mô hình thu c tính Đ i v iủ ố ộ ế ạ ộ ố ớ

mô hình phá h y Johnson-Cook đã áp d ng nghiên c u c a Brigdman v nh hủ ụ ứ ủ ề ả ưởng c aủhình d ng m u th đ n ch s r ng thái ng su t đ xác đ nh các h s Dạ ẫ ử ế ỉ ố ạ ứ ấ ể ị ệ ố 1, D2, D3 và l p tậ ỉ

s đ xác đ nh h s Dố ể ị ệ ố 4 Phương pháp nh n d ng đ n gi n đem l i k t qu chính xác.ậ ạ ơ ả ạ ế ả

2 Bên c nh nh ng nguyên nhân gây phá h y phôi trong quá trình cán nêm ngang đã côngạ ữ ủ

b , lu n án đã b sung m t s k t lu n sau: nguyên nhân phá h y phôi trong quá trìnhố ậ ổ ộ ố ế ậ ủcán nêm ngang là s bi n d ng không đ u gi a các l p kim lo i trong quá trình t oự ế ạ ề ữ ớ ạ ạhình, ch s tr ng thái ng su t l n t p trung trong tâm phôi, s phân b nhi t đỉ ố ạ ứ ấ ớ ậ ự ố ệ ộkhông đ u gi a các vùng kim lo i trên phôi gây nên tính ch t c h c khác nhau gi a cácề ữ ạ ấ ơ ọ ữvùng v t li u S chênh l ch nhi t đ t o nên s bi n d ng không đ u gi a các ph n tậ ệ ự ệ ệ ộ ạ ự ế ạ ề ữ ầ ửkim lo i là nguyên nhân t o thành ng su t d trong v t li u ng su t này t o nên cácạ ạ ứ ấ ư ậ ệ Ứ ấ ạ

v t n t t vi-m m m ng gây nên phá h y v t li u ế ứ ế ầ ố ủ ậ ệ

6 Các n i dung trong lu n án ộ ậ

Lu n án đậ ược k t c u thành năm chế ấ ương:

Ch ươ ng 1: Gi i thi u công ngh cán nêm ngang, các d ng khuy t t t c h c c aớ ệ ệ ạ ế ậ ơ ọ ủcông ngh này Nh ng công trình nghiên c u v phá h y phôi trong quá trình cán đã đệ ữ ứ ề ủ ược

được công b trong nố ước, trên th gi i Nh ng v n đ t n t i trong các nghiên c u v v nế ớ ữ ấ ề ồ ạ ứ ề ấ

đ này Trên c s đó, lu n án t p trung nghiên c u v khuy t t t trong tâm s n ph m doề ơ ở ậ ậ ứ ề ế ậ ả ẩ

nh h ng c a tính ch t c h c v t li u

Ch ươ ng 2: Trình bày c s lý thuy t v c h c phá h y v t li u, lý thuy t bi nơ ở ế ề ơ ọ ủ ậ ệ ế ế

d ng d o v t li u kim lo i Các mô hình thu c tính và mô hình phá h y v t li u trên c sạ ẻ ậ ệ ạ ộ ủ ậ ệ ơ ở

c h c môi trơ ọ ường liên t c và mô hình hóa các hi n tụ ệ ượng Qua phân tích, mô hình thu cộtính và mô hình phá h y Johnson – Cook đã đủ ượ ực l a ch n nghiên c u d báo phá h yọ ứ ự ủphôi trong quá trình cán nêm ngang

Ch ươ ng 3: Nh n d ng mô hình thu c tính và mô hình phá h y v t li u Johnson –ậ ạ ộ ủ ậ ệCook K t qu nh n d ng đã đế ả ậ ạ ược ki m ch ng b ng mô ph ng s ể ứ ằ ỏ ố

Ch ươ ng 4: S d ng k t qu nh n d ng mô hình chử ụ ế ả ậ ạ ở ương 3 đ mô ph ng bài toánể ỏcán nêm ngang chi ti t tr c tròn xoay, chi ti t vít ren tàu đi n b ng ph n m m ABAQUS.ế ụ ế ệ ằ ầ ềTrên c s k t qu mô ph ng s , quan h gi a các thông s tác đ ng đ n quá trình pháơ ở ế ả ỏ ố ệ ữ ố ộ ế

h y tâm phôi đã đủ ược phân tích, đánh giá Nguyên nhân và c ch phá h y phôi trong quáơ ế ủtrình cán đã được phân tích, ch ng minh trong chứ ương này

Ch ươ ng 5: Trên s k t qu mô ph ng, giá tr c a các thông s công ngh đã sở ế ả ỏ ị ủ ố ệ ử

d ng trong mô ph ng đụ ỏ ược dùng đ ch t o chi ti t vít ren tàu đi n b ng công ngh cánể ế ạ ế ệ ằ ệnêm ngang S n ph m cán đã đả ẩ ược ki m tra ch t lể ấ ượng v hình d ng bên ngoài và khuy tề ạ ế

t t bên trong v t li u K t qu , m t s chi ti t vít ren đã b phá h y trong tâm.ậ ậ ệ ế ả ộ ố ế ị ủ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thi u ệ quá trình cán nêm ngang

Cán nêm ngang là m t lo i hình công ngh gia công kim lo i b ng áp l c độ ạ ệ ạ ằ ự ược sử

d ng đ s n xu t các phôi đ nh hình, các phôi trung gian cho các ụ ể ả ấ ị quá trình gia công ti pếtheo nh rèn, d p kh i Trong nhi u trư ậ ố ề ường h p, công ngh này có th s n xu t tr c ti pợ ệ ể ả ấ ự ế

ra các chi ti t d ngế ạ chi ti t tròn xoay ế v i ch t lớ ấ ượng t t, h s s d ng kim lo i cao, đápố ệ ố ử ụ ạ

ng đ c yêu c u v m t c , lý tính trong đi u ki n làm vi c c a chi ti t

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý

V c b n, công ngh cán nêm ngang đề ơ ả ệ ược xây d ng nh m t trự ư ộ ường h p đ c bi tợ ặ ệ

c a công ngh cán ngang, khi coi bán kính tr c cán r t l n (ủ ệ ụ ấ ớ ) Tr c cán đụ ược thay thế

b ng hai bàn khuôn ph ng, trên b m t khuôn có ph n hình nêm nh m gia công đ nh hìnhằ ẳ ề ặ ầ ằ ịchi ti t.ế

Hình 1.1 S đ ơ ồ nguyên ly ́công ngh ệ cán nêm ngang:

1-khuôn trên; 2-phôi; 3-khuôn dưới.

Hình 1.1 mô ta ̉s đơ ồ cán nêm ngang sử d ngụ bàn khuôn ph ngẳ c đố ịnh phía dưới vàbàn khuôn động phía trên Phôi ban đ u đầ ư cợ đ t ặ t iạ ph nầ đ uầ vào c aủ bàn khuôn cố

đ nhị phía dưới Bàn khuôn phía trên chuy nể đ ngộ t nhị ti nế song song v iớ bàn cố đ nh ị phía

dư iớ , bàn khuôn trên nh nấ mũi nêm vào phôi gây ra sự quay phôi Khi khuôn trên chuyểnđộng, nh ờ co ́ma sát nên phôi chuyển động theo Trong qua ́trình cùng chuyển động, phôichịu tác động của lực cán Px do tiếp xúc với bàn khuôn, lực này gây nên s ự biến dạng củaphôi, lực Pz phản lực của phôi tác động lên khuôn, Py la ̀lực tác động lên phôi theo phươngdọc trục Cả hai khuôn cán có m tặ c nhạ nghiêng M, mặt nghiêng này đẩy kim lo iạ chuy nể

d chị m tộ ph nầ theo chi uề d cọ c aủ phôi t oạ nên kích thướ chi uc ề dài cu iố cùng s nả ph mẩ

Ph nầ kim lo iạ còn l iạ đư cợ đ nh ị hình b ngằ bề m tặ K c aủ d ngụ cụ Trong quá trình cán,kim lo iạ liên t cụ d chị chuy nể theo bàn khuôn từ gi aữ phôi ra hai phía, hình thành các biên

d ngạ theo yêu c uầ thiết k ế Tại vùng định kích thước của sản phẩm, các dao c tắ H đ tặ ở

1

3

2

hai bên c aủ khuôn cán, các dao này co ́nhiệm vu ̣c tắ bỏ ph nầ th aừ khi chi ti tế đã hoànchỉnh Kết thúc qua ́trình, chi ti tế cán đư cợ đ y ẩ ra khỏi bàn khuôn, khuôn trên trở l iạ vị tríban đ uầ

1.1.2 Các thông số cơ bản của qua ́trình

Chi uề dài c aủ khuôn cán nêm ngang đư cợ chia làm 4 vùng:

Vùng cắt được b ố tri ́ ở phía đầu khuôn cán, vùng này có nhi mệ vụ đảm bảo điều kiện

ăn phôi t ừ thời điểm phôi bắt đầu tiếp xúc với khuôn cho t iớ khi phôi đ tạ đư cợ lư ngợ ép r.Phôi chuy nể đ ngộ theo m tộ chi uề , đảm bảo điều kiện quay phôi ổn định khi chuyển độngvào các vùng tiếp theo.Vùng này co ́chiều dài L1, L1 phu ̣thuộc vào đường kính của phôi(hình1.2);

Vùng d n ẫ co ́chiều dài L2, chiều dài nho ̉nhất của vùng này bằng chu vi của phôi, trongvùng này phôi đư cợ tạo lượng ép nho ̉ban đầu;

Vùng t o ạ hình co ́chiều dài L3, phôi bị bi nế d ngạ chủ y uế trong vùng này tạo nên hìnhdạng của sản phẩm, kích thước của vùng này phụ thu cộ vào hình dạng c aủ nêm định hình;

Vùng đ nh ị kích thư c ớ , trong vùng này phôi cán ổn định trạng thái biến dạng, chiều dài

vùng đư cợ ki ́hiệu L4, tại vùng này được b ố tri ́dao cắt đ ể bo đ̉ i phần thừa của chi tiết

Hình chiếu bằng của bàn khuôn dùng đ ể ch ế tạo chi tiết trục bậc, một chi tiết tiêubiểu của công ngh ệ cán nêm ngang được th ể hiện trong hình 1.2, trong đo ́các ki ́hiệu:

L - t ngổ chi uề dài c aủ khuôn;

d1 - đư ngờ kính phôi sau t oạ hình; d0 -đư ngờ kính phôi trư cớ khi t oạ hình;



A - h s bi n d ng, ệ ố ế ạ ;

r – chi u sâu bi n d ng ề ế ạ r = d0- d1

Các thông s chính c a khuôn cán nêm ngang đố ủ ược đ nh nghĩa nh sau:ị ư

o Góc nêm - góc t o hình β ạ , xác đ nh t c đ d ch chuy n c a vùng bi n d ng d c theoị ố ộ ị ể ủ ế ạ ọ

tr c c a phôi;ụ ủ

o Góc nghiêng thành bên - góc ép, α xác đ nh kích thị ước b m t ti p xúc gi a phôi vàề ặ ế ữkhuôn cán cũng nh kích thư ướ ủc c a vùng bi n d ng;ế ạ

o Góc nâng  được thi t k đ duy trì đi u ki n ăn phôi t i vùng đ u vào c a khuôn.ế ế ể ề ệ ạ ầ ủTrong ph m vi toàn khuôn, góc nâng ạ  có th để ược thi t k đ tăng d n lế ế ể ầ ượng ép theohành trình c a khuôn Tủ ương quan gi a góc nâng ữ  v i các góc ớ ,  được xác đ nh theoị

bi u th c:ể ứ

Hình 1.2 Các hình chiếu khuôn va ̀hình dạng phôi

o M c ứ độ bi n ế d ng ạ thường được s ử dụng:

Máy cán nêm ngang có bàn khuôn ph ng có nhi u u đi m so v i máy cán ngangẳ ề ư ể ớ

tr c tròn nh : d ch t o, đ chính xác cao và giá thành th p Khi ch t o khuôn cán chụ ư ễ ế ạ ộ ấ ế ạ ỉ

s d ng thi t b phay và thi t b mài đ n gi n Phôi cán chuy n đ ng n đ nh trên bànử ụ ế ị ế ị ơ ả ể ộ ổ ịkhuôn ph ng S n ph m nh n đẳ ả ẩ ậ ượ ừ ệ ử ục t vi c s d ng lo i khuôn cán có đ chính xác cao (ạ ộ

± 0,01… ± 0,5 mm) D ng c nêm ph ng có đ c ng và tu i th cao (n a tri u s nụ ụ ẳ ộ ứ ổ ọ ử ệ ả

ph m), có th ch t o t các t m ghép v i các lo i thép khác nhau V n đ u t th p, giáẩ ể ế ạ ừ ấ ớ ạ ố ầ ư ấthành h , đi u khi n và đi u ch nh đ n gi n, d ng c thay th và chuy n đ i nhanh đ iạ ề ể ề ỉ ơ ả ụ ụ ế ể ổ ố

v i các chi ti t m i, quá trình t đ ng hoá hoàn toàn Trong khi đó quá trình cán gi a haiớ ế ớ ự ộ ữ

tr c tròn ph i có các d n hụ ả ẫ ướng l p ghép ph c t p Trong trắ ứ ạ ường h p cán gi a hai tr cợ ữ ụtròn, th t vùng tr và vùng vứ ự ễ ượt ngượ ạc l i so v i quá trình cán d c Chính vì v y ngớ ọ ậ ứ

su t b m t là ng su t kéo nên trên th c t các khuy t t t b m t phát tri n trong quáấ ề ặ ứ ấ ự ế ế ậ ề ặ ểtrình cán Cán trên bàn khuôn ph ng kh c ph c đẳ ắ ụ ược nhược đi m trên nên có th nói cánể ểtrên bàn khuôn ph ng là trẳ ường h p t i u nh t c a công ngh cán ngang.ợ ố ư ấ ủ ệ

1.1.3 Điều kiện quay phôi

Điều kiện quay phôi trong qua ́trình cán đồng thời la đ̀ iều kiện ăn phôi vào khuôncán Đ ể phôi co ́th ể quay va ̀biến dạng trong qua ́trình cán, điều kiện ma sát phải được xácđịnh Xét mô hình hai chiều đơn giản của qua ́trình cán ngang nh ư hình 1.3 Khuôn trên và

khuôn dưới chuyển động theo hướng vuông góc với trục của phôi, khuôn cán bắt đầu tiếpxúc với phôi tại điểm tiếp tuyến Nếu phôi không quay tại điểm tiếp xúc này, dụng cu ̣sẽ

gi ữ phôi cho tới khi tiếp xúc với vùng tiếp theo va ̀tr ở thành một đường tiếp xúc Đây làđiều kiện giới hạn v ề s ự quay phôi Căn c ứ s đ ơ ồ tác dụng của lực trên b ề mặt tiếp xúcgiữa kim loại va ̀khuôn tại thời điểm ban đầu (hình 1.3), lực tổng hợp được phân tíchthành hai thành phần lực pháp tuyến N va ̀lực ma sát F Áp suất dọc theo chiều dài vùngtiếp xúc co ́th ể thay đổi, gia ̉thiết rằng lực pháp tuyến đi qua tâm phôi Điều kiện quay củaphôi trong qua ́trình cán nêm ngang được chứng minh nh ư sau:

L2

L1

Lực ma sát F vuông góc va ̀ti ̉l ệ với lực N theo công thức

F = N,μ (1.3)Trong đó h s ma sát gi a phôi và khuôn Đ phôi quay, đi u ki n mô men ma sát Mμ ệ ố ữ ể ề ệ F

ph i l n h n ho c cân b ng v i mô men Mả ớ ơ ặ ằ ớ N c a l c pháp tuy n, nghĩa là:ủ ự ế

MF ≥ MN ho c F.a ≥ N.b,ặ (1.4)

Hình 1.3 S đ l c tác d ng gi a kim lo i và khuôn khi phôi ăn vào tr c cán ơ ồ ự ụ ữ ạ ụ

trong đó a -kho ng cách gi a hai l c ma sát F; b -kho ng cách gi a hai l c pháp tuy n N ả ữ ự ả ữ ự ế

T đó ta có b t đ ng th c ≥ b/a, khi b = ừ ấ ẳ ứ μ r/2 sin và a = 2b/ tan, hay ≥ tanμ /2 v i ớ r là s gi m kính c a phôi, ự ả ủ  là góc nâng c a phôi.ủ

T từ ương quan hình h c trên hình 1.3 và gi thi t chi u dài AD = rọ ả ế ề 0, ta có

(1.6)

B t đ ng th c trên gi i h n đi u ki n quay phôi N u ấ ẳ ứ ớ ạ ề ệ ế (∆ r r0 )maxđược đ nh nghĩa nh làị ư

s gi m bán kính gi i h n:ự ả ớ ạ

Phương trình (1.9) là đi u ki n ăn phôi vào khuôn cán, cho th y lề ệ ấ ượng ép c a phôi bủ ị

gi i h n b i h s ma sát Trong trớ ạ ở ệ ố ường h p ngợ ượ ạc l i sẽ x y ra hi n tả ệ ượng phôi không ănvào tr c ho c quá trình trụ ặ ượt c c b hay trụ ộ ượt toàn ph n trong su t hành trình c aầ ố ủkhuôn

1.1.4 Trạng thái ứng suất và biến dạng

Nhi u nghiên c u cho th y, b n ch t c a quá trình cán ngang, cán nêm ngang cũngề ứ ấ ả ấ ủ

nh quá trình ép các thanh hình tròn gi a hai t m ph ng có b n ch t nh nhau Chính vìư ữ ấ ẳ ả ấ ư

v y, đ xem xét bi n d ng ngậ ể ế ạ ười ta đã thay th quá trình cán b ng quá trình ép tr Trongế ằ ụquá trình cán nói chung và quá trình cán nêm ngang nói riêng, đ i v i các chi ti t đ i x ng,ố ớ ế ố ứ

tr ng thái bi n d ng ph ng sẽ xu t hi n t i ti t di n gi a c a phôi Căn c vào s liên hạ ế ạ ẳ ấ ệ ạ ế ệ ữ ủ ứ ự ệ

gi a ng su t và bi n d ng, v i gi thi t tr c th ng đ ng và tr c n m ngang là các tr cữ ứ ấ ế ạ ớ ả ế ụ ẳ ứ ụ ằ ụchính thì ng su t d c tr c t i ti t di n gi a b ng trung bình c ng c a hai ng su t cònứ ấ ọ ụ ạ ế ệ ở ữ ằ ộ ủ ứ ấ

l i Tr ng thái ng su t và bi n d ng trong phôi ph thu c vào các đi u ki n cán và b nạ ạ ứ ấ ế ạ ụ ộ ề ệ ả

ch t v t li u Tr ng thái ng su t có vai trò quy t đ nh đ n ch t lấ ậ ệ ạ ứ ấ ế ị ế ấ ượng s n ph m cánả ẩnêm ngang cũng nh tu i th c a khuôn cán Tr ng thái ng su t bi n d ng còn cho phépư ổ ọ ủ ạ ứ ấ ế ạtính l c cán và mô men cán ự

Thông s hình h c nh hố ọ ả ưởng đ n tr ng thái ng su t-bi n d ng c a kim lo iế ạ ứ ấ ế ạ ủ ạtrong quá trình cán nêm ngang là t s m gi a chi u r ng vùng bi n d ng b và chi u dàyỷ ố ữ ề ộ ế ạ ềphôi h (hình 1.4)

m = b/h (1.10)Quá trình cán ngang và cán nêm ngang v i lớ ượng ép nh so v i kích thỏ ớ ước ti t di nế ệ

c a phôi nên nh hủ ả ưởng c a vùng c ng bên ngoài là r t l n Đ i v i nh ng trủ ứ ấ ớ ố ớ ữ ường h pợ

nh v y, bài toán tìm tr ng thái ng su t và bi n d ng ph i đư ậ ạ ứ ấ ế ạ ả ược gi i b ng phả ằ ương pháp

đường trượt Đi u ki n bi n d ng ph ng làm cho bài toán tr nên đ n gi n h n khi gi iề ệ ế ạ ẳ ở ơ ả ơ ả

b ng phằ ương pháp đường trượt H s tr ng thái ng su t, trong trệ ố ạ ứ ấ ường h p này tínhợ

đ n nh hế ả ưởng vùng ngoài t i ng su t pháp b m t đớ ứ ấ ề ặ ược bi u th b ng t s :ể ị ằ ỷ ố

trong đó n - h s tr ng thái ng su t;ệ ố ạ ứ ấ

p - ng su t trung bình trên b m t ti p xúc;ứ ấ ề ặ ế

k - h ng s d o c a kim lo i ho c tr l c trằ ố ẻ ủ ạ ặ ở ự ượt

Khi ép ngang phôi tròn đ c tr ng thái d o b ng các m t t m song song, c n phânặ ở ạ ẻ ằ ặ ấ ầ

bi t hai trệ ường h p Trợ ường h p th nh t, khi giá tr m không l n, vùng bi n d ng d oợ ứ ấ ị ớ ế ạ ẻ(vùng d o) không th m th u đ n tâm phôi Trẻ ẩ ấ ế ường h p th hai, khi giá tr m l n, vùngợ ứ ị ớ

d o th m th u t i tâm phôi và lan kh p chi u dày h ẻ ẩ ấ ớ ắ ề

1.1.5 Các thông số đ ng lực học ộ

L c t ng h p trong quá trình cán đự ổ ợ ược phân thành ba thành ph n theo ba tr c t aầ ụ ọ

đ c a máy, trong đó Pộ ủ X -l c cán; Pự Y -l c d c tr c; Pự ọ ụ Z -l c tỳ Áp l c bi n d ng toàn ph nự ự ế ạ ầ

tương đương v i l c t ng h p c a các l c Pớ ự ổ ợ ủ ự X, PY, PZ

o L c d n phôi chuy n đ ng trong quá trình cán xác đ nhự ẫ ể ộ ị

(1.12) trong đó, h s ma sát gi a phôi v i t m d n hμ ệ ố ữ ớ ấ ẫ ướng.

o L c cán P ự X là thành ph n d n đ ng c a khuôn theo phầ ẫ ộ ủ ương n m ngangằ

o Р Y là thành ph n l c d c tr c tác d ng gi a khuôn và phôi, thông thầ ự ọ ụ ụ ữ ường đượctri t tiêu b i các ph n khác nhau c a khuôn và c a phôi Tùy thu c vào k t c u c aệ ở ầ ủ ủ ộ ế ấ ủkhuôn, l c này có th kéo ho c nén Trong trự ể ặ ường h p l c này quá l n gây nên ngợ ự ớ ứ

su t kéo trong tâm phôi cán.ấ

o L c tỳ ự Р Z là thành ph n th ng đ ng c a l c t ng h p có giá tr b ng l c ép phôiầ ẳ ứ ủ ự ổ ợ ị ằ ựtheo hướng qua tâm đ m b o phôi bi n d ng t kích thả ả ế ạ ừ ước D xu ng d ố

1.2 Sản phẩm cán, phế phẩm và đ c điểm khuyết t t ặ ậ

Ngày nay, công ngh cán nêm ngang đệ ượ ử ục s d ng r ng rãi đ s n xu t các s n ph mộ ể ả ấ ả ẩtròn xoay, các chi ti t có hình d ng ph c t p nh m t tròn, m t côn c u v i các rãnh vàế ạ ứ ạ ư ặ ặ ầ ớprofile khác nhau (hình 1.4) M t s s n ph m đ c tr ng c a công ngh này nh ộ ố ả ẩ ặ ư ủ ệ ư tr c răngụcho các lo i h p s , ạ ộ ố mũi khoan, bulông, ch t, vít ren tàu đi n, đ u đ n, tr c xe đ p ố ệ ầ ạ ụ ạ V tậ

li u s d ng đ ch t o các chi ti t b ng công ngh này rát đa d ng nh : thép các bon, h pệ ử ụ ể ế ạ ế ằ ệ ạ ư ợkim trên c s đ ng, titan, niken và các h p kim n n zircon ơ ở ồ ợ ề

Hình 1.4 Các s n ph m nh n đ ả ẩ ậ ượ c b ng công ngh cán nêm ngang ằ ệ

1.2.1 Yêu cầu về chất lượng sản phẩm

Các đi u ki n công ngh nh đã nêu trên có nh hề ệ ệ ư ở ả ưởng r t l n đ n yêu c u ch tấ ớ ế ầ ấ

lượng s n ph m cán v c , lý tính, hình d ng hình h c theo yêu c u kỹ thu t c a chi ti t ả ẩ ề ơ ạ ọ ầ ậ ủ ế

S bi n d ng ph c t p c a phôi cùng v i s t n t i ma sát gi a phôi và khuôn cánự ế ạ ứ ạ ủ ớ ự ồ ạ ữnêm ngang đã t o ra m t thách th c l n khi nghiên c u v ch t lạ ộ ứ ớ ứ ề ấ ượng s n ph m Nh ngả ẩ ữ

v n đ này t n t i do b n ch t t nhiên c a quá trình bi n d ng l n Đó là s bi n d ngấ ề ồ ạ ả ấ ự ủ ế ạ ớ ự ế ạkhông n đ nh theo ba chi u c a dòng ch y kim lo i trong quá trình cán Trên th c tổ ị ề ủ ả ạ ự ế

ch a có m t mô hình v t lý nào có th mô t t ng h p đư ộ ậ ể ả ổ ợ ược ba v n đ quan tr ng thấ ề ọ ường

g p ph i khi nghiên c u v khuy t t t s n ph m c a quá trình cán nêm ngang Dong Yặ ả ứ ề ế ậ ả ẩ ủ[17]: 1-S trự ượt ban đ u gi a phôi và khuôn cán, s trầ ữ ự ượt này ngăn c n s quay c a phôiả ự ủ

và gây nên nh ng khuy t t t hình d ng s n ph m 2- phá h y trong tâm phôi cán theoữ ế ậ ạ ả ẩ ủ

hi u ng Mannesmann - hi u ng này đệ ứ ệ ứ ược cho là do s hình thành và phát tri n c a lự ể ủ ỗ

tr ng và v t n t trong tâm phôi cán.3- Khuy t t t b m t s n ph m cán ố ế ứ ế ậ ề ặ ả ẩ

1.2.2 Khuyết t t hình học ậ

M t trong nh ng d ng sai h ng c b n thộ ữ ạ ỏ ơ ả ường g p c a công ngh cán nêm ngang làặ ủ ệsai h ng hình h c Khuy t t t này hình thành do phôi b nén mà không có bi n d ng đ l nỏ ọ ế ậ ị ế ạ ủ ớquanh tr c, do s trụ ự ượt gi a phôi và khuôn cán trên b m t ti p xúc gi a phôi và khuôn khiữ ề ặ ế ữ

l c ma sát gi a phôi và khuôn không đ l n đ phôi có th quay n đ nh N u c p l c gâyự ữ ủ ớ ể ể ổ ị ế ặ ựnên bi n d ng phôi l n h n c p l c tác đ ng t phía khuôn do ma sát thì s quay c a phôiế ạ ớ ơ ặ ự ộ ừ ự ủsẽ không x y ra và phôi sẽ b trả ị ượt gi a hai b m t ti p xúc v i khuôn S trữ ề ặ ế ớ ự ượ ủt c a phôimà không có bi n d ng sẽ hình thành nên khuy t t t hình d ng (hình 1.5) Sai h ng này r tế ạ ế ậ ạ ỏ ấkhó kh c ph c, vì s liên quan đ n vi c thi t k khuôn cán v i các thông s hình h c ph cắ ụ ự ế ệ ế ế ớ ố ọ ứ

t p H n n a, r t khó xác đ nh chính xác giá tr nh nh t c a l c ma sát gi a khuôn cán vàạ ơ ữ ấ ị ị ỏ ấ ủ ự ữphôi L c ma sát là m t hàm s c a các thông s hình h c c a khuôn, v t li u ch t o khuônự ộ ố ủ ố ọ ủ ậ ệ ế ạvà phôi cũng nh đi u ki n t o hình S trư ề ệ ạ ự ượt trong vùng c t và vùng d n là nguyên nhânắ ẫgây ra khuy t t t hình d ng c a phôi Qiang Li [34] ế ậ ạ ủ

Hình 1.5 Khuy t t t hình d ng s n ph m cán nêm ngang ế ậ ạ ả ẩ a) Khuy t t t hình d ng b) S n ph m không khuy t t t ế ậ ạ ả ẩ ế ậ

Khuy t c h c thế ơ ọ ường g p trong quá trình cán nêm ngang là nh ng khuy t t t bặ ữ ế ậ ề

m t Khuy t t t b m t bao g m nh ng rãnh xo n, n t, bavia hình thành trên b m t s nặ ế ậ ề ặ ồ ữ ắ ứ ề ặ ả

ph m ẩ

1-Khuy t t t ba via; 2-Khuy t t t b m t; 3- Rãnh xo n; 4- Th t; 5- Khuy t t t r ng ế ậ ế ậ ề ặ ắ ắ ế ậ ỗ

tâm.

Hình 1.6 Khuy t t t b m t s n ph m cán nêm ngang ế ậ ề ặ ả ẩ

Các y u t nh hế ố ả ưởng đ n s hình thành khuy t t t b m t s n ph m ch y u làế ự ế ậ ề ặ ả ẩ ủ ếcác thông s hình h c c a khuôn nêm Xét t ng th các y u t hình h c c a khuôn và c aố ọ ủ ổ ể ế ố ọ ủ ủphôi nh hả ưởng đ n quá trình bi n d ng và khuy t t t s n ph m, h s bi n d ng t ngế ế ạ ế ậ ả ẩ ệ ố ế ạ ổ

2 1

h p đợ ược bi u di n theo công th c (1.13), phân s th nh t bi u th nh hể ễ ứ ố ứ ấ ể ị ả ưởng c a gócủáp l c ự , phân s th hai k đ n nh hố ứ ể ế ả ưởng c a góc t o hình ủ ạ , phân s th ba đ c tr ngố ứ ặ ưcho h s bi n d ng c a phôi cán Bên c nh đó phân s th ba còn liên h v i bi n d ngệ ố ế ạ ủ ạ ố ứ ệ ớ ế ạ

th tích c a phôi cán (hình 1.7).ể ủ

l n Bên c nh vi c xác đ nh bi n d ng t ng trong quá trình cán nêm ngang, h s bi nớ ạ ệ ị ế ạ ổ ệ ố ế

d ng đạ ược s d ng đ d báo phá h y phôi Trên c s th c hi n thí nghi m v i cácử ụ ể ự ủ ơ ở ự ệ ệ ớthông s công ngh khác nhau, Quang Li et al [34] tìm ra h s bi n d ng l n h n 0,6ố ệ ệ ố ế ạ ớ ơtrong tâm phôi hình thành khuy t t t, n u cán v i h s bi n d ng nh h n 0,6 s n ph mế ậ ế ớ ệ ố ế ạ ỏ ơ ả ẩ

an toàn

Hình 1.7 S n ph m tr c b c ả ẩ ụ ậ

Rãnh xo n: ắ khuy t t t này hình thành là do s phát tri n c a các v t n t t n t i g nế ậ ự ể ủ ế ứ ồ ạ ầ

b m t phôi Khuy t t t này hình thành do s thay đ i di n tích ti p xúc c a các vùng trênề ặ ế ậ ự ổ ệ ế ủkhuôn cán Fu và Dean [20] cho r ng lo i khuy t t t này xu t hi n khá ph bi n khi h sằ ạ ế ậ ấ ệ ổ ế ệ ố

ma sát gi a khuôn và phôi l n Khuy t t t này xu t hi n là do s phát tri n c a các v t n tữ ớ ế ậ ấ ệ ự ể ủ ế ứvà l t ng t n t i trong phôi Thompson và Hawkyard [22] k t lu n trong nghiên c u c aỗ ố ồ ạ ế ậ ứ ủmình r ng ma sát ti p xúc gi a phôi và khuôn l n t o nên các khuy t t t răng c a trên bằ ế ữ ớ ạ ế ậ ư ề

m t phôi Tác gi cho r ng c n s d ng h s ma sát cao trong quá trình t o hình nh m h nặ ả ằ ầ ử ụ ệ ố ạ ằ ạ

ch lo i khuy t t t này Phế ạ ế ậ ương pháp tăng ma sát ti p xúc gi a phôi và khuôn b ng cáchế ữ ằ

t o răng c a lên b m t khuôn đ h n ch phá h y phôi trong quá trình t o hình, phạ ư ề ặ ể ạ ế ủ ạ ươngpháp này đã được h u h t các công trình nghiên c u sau này s d ng ầ ế ứ ử ụ

Nghiên c u v v n đ này Hu et al [23] đã ch ra r ng ng su t khác nhau t i các m tứ ề ấ ề ỉ ằ ứ ấ ạ ặ

c t c a phôi và s giãn n nhi t không đ ng đ u trong các vùng v t li u c a phôi và ngắ ủ ự ở ệ ồ ề ậ ệ ủ ứ

su t kéo có th xu t hi n trong phôi là nh ng nguyên nhân gây ra lo i khuy t t t này Tácấ ể ấ ệ ữ ạ ế ậ

gi cho r ng khuy t t t rãnh xo n thả ằ ế ậ ắ ường đi kèm v i khuy t t t th t trong quá trình cán.ớ ế ậ ắ

S xu t hi n c a các rãnh xo n song song làm m r ng các v t n t t n t i trên b m t c aự ấ ệ ủ ắ ở ộ ế ứ ồ ạ ề ặ ủphôi, khuy t t t này tăng lên khi h s ma sát l n ế ậ ệ ố ớ

Khuy t t t th t: ế ậ ắ khuy t t t này hình thành khi cán v i lế ậ ớ ượng ép l n và khi có s t nớ ự ồ

t i c a l c đ i x ng tr c N u l c này vạ ủ ự ố ứ ụ ế ự ượt quá gi i h n b n c a v t li u phôi, khuy t t tớ ạ ề ủ ậ ệ ế ậ

th t b t đ u xu t hi n v trí phôi có đắ ắ ầ ấ ệ ở ị ường kính nh nh t Đây là nguyên nhân làm phôiỏ ấthay đ i hình d ng Khuy t t t này thổ ạ ế ậ ường x y ra khi lả ượng ép l n (ớ A > 70%) Lo i pháạ

h y này ph thu c vào vi c thi t k khuôn, các giá tr c a góc t o hình, góc áp l c và gócủ ụ ộ ệ ế ế ị ủ ạ ựnâng không h p lý Khuy t t t th t sẽ t n t i n u ng su t kéo l n (nguyên nhân gây raợ ế ậ ắ ồ ạ ế ứ ấ ớ

b i l c cán) h n gi i h n b n c a v t li u Schukin V.Y [36] cũng kh ng đ nh l c d c tr cở ự ơ ớ ạ ề ủ ậ ệ ẳ ị ự ọ ụlà nguyên nhân gây ra ng su t kéo và n u ng su t này vứ ấ ế ứ ấ ượt quá gi i h n b n c a v tớ ạ ề ủ ậ

li u thì khuy t t t d ng th t xu t hi n Ông cho r ng khi l c d c tr c l n h n gi i h n b nệ ế ậ ạ ắ ấ ệ ằ ự ọ ụ ớ ơ ớ ạ ề

c a v t li u trong su t quá trình cán, v t th t đ u tiên sẽ xu t hi n v trí có đủ ậ ệ ố ế ắ ầ ấ ệ ở ị ường kính

nh nh t ỏ ấ

Khuy t t t này thế ậ ường xuyên t n t i trên b m t c a các s n ph m cán nêm ngang ồ ạ ề ặ ủ ả ẩ

Hình 1.8 Khuy t t t th t c a phôi cán nêm ngang ế ậ ắ ủ

a) Khuy t t t th t b) S n ph m không khuy t t t ế ậ ắ ả ẩ ế ậ

Bavia: khi s d ng khuôn cán v i các c nh s c và các góc t o hình l n, bavia thử ụ ớ ạ ắ ạ ớ ường

xu t hi n trong quá trình gi m di n tích m t c t ngang Khuy t t t này thấ ệ ả ệ ặ ắ ế ậ ường xuyên t nồ

t i trên b m t c a các s n ph m cán nêm ngang ạ ề ặ ủ ả ẩ

Khuy t t t chùn: ế ậ khá h y này t n t i trong quá trình cán nêm ngang v i góc t o hìnhủ ồ ạ ớ ạ

nh , giá tr c a góc t o hình có vai trò quan tr ng đ i v i vi c hình thành lo i khuy t t t này,ỏ ị ủ ạ ọ ố ớ ệ ạ ế ậ

đ ng th i giá tr c a nó còn quy t đ nh hình d ng và chi u dài c a nêm Khi nêm s c nh n,ồ ờ ị ủ ế ị ạ ề ủ ắ ọtrong quá trình t o hình phôi ti p xúc v i khuôn nêm, v t li u có xu hạ ế ớ ậ ệ ướng b g p l i Nh ngị ấ ạ ữkhuy t t t chùn đ u thế ậ ầ ường xu t hi n khi phôi bi n d ng đấ ệ ế ạ ược 70% Ngoài ra, lo i sai h ngạ ỏnày sinh ra do s bi n d ng mãnh li t d c theo tr c c a phôi.ự ế ạ ệ ọ ụ ủ

Hình 1.9 Khuy t t t hình d ng phôi cán nêm ngang ế ậ ạ

b)

a)

Đ kh c ph c các lo i khuy t t t hình d ng, nhi m v thi t k khuôn h s ma sátể ắ ụ ạ ế ậ ạ ệ ụ ế ế ệ ốvà góc t o hình c n đạ ầ ược thi t l p M t s nghiên c u [34-37] k t h p phế ậ ộ ố ứ ế ợ ương pháp mô

ph ng và th c nghi m đ đánh giá s trỏ ự ệ ể ự ượ ủt c a phôi trên b m t khuôn cán Các k t lu nề ặ ế ậ

đ a ra s trư ự ượ ủt c a phôi trên b m t khuôn là m t hàm s c a r t nhi u bi n s tác đ ngề ặ ộ ố ủ ấ ề ế ố ộ

nh : hình d ng hình h c c a s n ph m và khuôn cán, t c đ t o hình, lư ạ ọ ủ ả ẩ ố ộ ạ ượng ép, h s maệ ốsát,…

Qiang-Li et al [34] đã nghiên c u v nh hứ ề ả ưởng c a các thông s hình h c c a khuônủ ố ọ ủ

đ n s trế ự ượ ủt c a phôi trên khuôn cán Tác gi cho r ng khuy t t t hình d ng t n t i v iả ằ ế ậ ạ ồ ạ ớnguyên nhân ch y u là do s trủ ế ự ượt c a phôi trên b m t khuôn, đ ng th i gi i thíchủ ề ặ ồ ờ ảnguyên nhân hình thành khuy t t t d ng này L c ti p tuy n và pháp tuy n trên b m tế ậ ạ ự ế ế ế ề ặ

ti p xúc gi a khuôn cán và phôi t o thành các c p l c tr c đ i N u mô men c a l c ti pế ữ ạ ặ ự ự ố ế ủ ự ếtuy n trên phôi l n h n mô men c a l c pháp tuy n, s lăn phôi sẽ không x y ra, phôi sẽế ớ ơ ủ ự ế ự ả

trượt trên b m t c a khuôn cán Nh v y, s trề ặ ủ ư ậ ự ượ ảt x y ra, áp l c lên phôi cán mà khôngự

t o ra bi n d ng S trạ ế ạ ự ượt tr n không mong mu n trong giai đo n đ u c a quá trình cán vìơ ố ạ ầ ủ

hi n tệ ượng này có th d n đ n sai l ch hình d ng c a s n ph m.ể ẫ ế ệ ạ ủ ả ẩ

1.2.3 Khuyết t t rỗng tâm ậ

Khuy t t t r ng tâm hình thành trong quá trình cán nêm ngang có nguyên nhân chế ậ ỗ ủ

y u t s bi n d ng ph c t p c a phôi S bi n d ng y bao g m s kéo theo hế ừ ự ế ạ ứ ạ ủ ự ế ạ ấ ồ ự ướng tr c,ụnén theo hướng kính và m r ng theo chu vi phôi (xét theo t ng m t c t ngang c a phôi).ở ộ ừ ặ ắ ủBên c nh đó, m c đ bi n d ng thay đ i theo t ng vùng hình h c c a khuôn nêm vùngạ ứ ộ ế ạ ổ ừ ọ ủ Ở

c t, bi n d ng ch y u theo hắ ế ạ ủ ế ướng kính c a phôi, sang đ n vùng d n bi n d ng d c tr củ ế ẫ ế ạ ọ ụ

b t đ u x y ra nh ng v i m t lắ ầ ả ư ớ ộ ượng nh , ti p đ n vùng t o hình, bi n d ng theo cácỏ ế ế ạ ế ạ

hướng đ ng th i x y ra t o nên hình d ng s n ph m theo yêu c u thi t k Quá trìnhồ ờ ả ạ ạ ả ẩ ầ ế ế

bi n d ng x y ra đ ng th i v i quá trình hình thành và phát tri n khuy t t t c u trúc bênế ạ ả ồ ờ ớ ể ế ậ ấtrong v t li u.ậ ệ

Mannesmann phát hi n ra s hình thành các l tr ng và v t n t trong khi rèn cácệ ự ỗ ố ế ứchi ti t hình tr T hi n tế ụ ừ ệ ượng đ c đáo này, tác gi ti n hành nghiên c u b ng th cộ ả ế ứ ằ ựnghi m cán các chi ti t hình tr đ thi t l p đi u ki n hình thành l tr ng và v t n tệ ế ụ ể ế ậ ề ệ ỗ ố ế ứtrong phôi cán Nghiên c u c a Mannesmann k t lu n r ng quá trình bi n d ng d o c aứ ủ ế ậ ằ ế ạ ẻ ủphôi r t ph c t p do s k t h p c a vi c nén theo hấ ứ ạ ự ế ợ ủ ệ ướng kính, m r ng theo hở ộ ướng tr cụvà nén hướng ngang di n ra đ ng th i đ đ t đễ ồ ờ ể ạ ược hình d ng c a chi ti t cu i cùng Giáạ ủ ế ố

tr đ l n c a các thành ph n bi n d ng d o theo các hị ộ ớ ủ ầ ế ạ ẻ ướng ph thu c vào hình d ng c aụ ộ ạ ủkhuôn t o hình và s gi m ti t di n c a các chi ti t gia công Sau thí nghi m, Mannesmannạ ự ả ế ệ ủ ế ệquan sát b ng kính hi n vi đi n t , tác gi phát hi n ra nh ng l tr ng không liên t c xu tằ ể ệ ử ả ệ ữ ỗ ố ụ ấ

hi n trong t ch c c a v t li u V i nh ng m u thí nghi m có l tr ng t n t i, th y đệ ổ ứ ủ ậ ệ ớ ữ ẫ ệ ỗ ố ồ ạ ấ ộ

b n c a m u làm đi r t nhi u Ông tiêp t c nghiên c u nh ng m u thí nghi m có nhi u lề ủ ẫ ấ ề ụ ứ ữ ẫ ệ ề ỗ

tr ng và v t n t h n, khi m t đ l tr ng và v t n t l n đ n m t giá tr nào đó, v t li u bố ế ứ ơ ậ ộ ỗ ố ế ứ ớ ế ộ ị ậ ệ ị

phá h y hoàn toàn Tác gi cho r ng, n u các thông s công ngh không đủ ả ằ ế ố ệ ược thi t k tínhế ếtoán t i u thì nh ng l tr ng, v t n t sẽ phát tri n trong su t quá trình cán D ng khuy tố ư ữ ỗ ố ế ứ ể ố ạ ế

t t này r t khó phát hi n b ng m t thậ ấ ệ ằ ắ ường mà ph i s d ng m t phả ử ụ ộ ương pháp đ c bi tặ ệ

nh siêu âm khuy t t t, ho c chia chi ti t ra nhi u ph n v i các v trí c t khác nhau đư ế ậ ặ ế ề ầ ớ ị ắ ểquan sát và phân tích

Cùng nghiên c u v v n đ này Hu ZH [8] cho r ng v t n t và l tr ng đ nh hứ ề ấ ề ằ ế ứ ỗ ố ị ướng

d c theo tâm phôi Tselikov AI [43] đ a ra k t lu n sau khi nghiên c u quá trình cán phôiọ ư ế ậ ứhình tr r ng khuy t t t r ng tâm hình vành khuyên đ nh hụ ằ ế ậ ỗ ị ướng theo hướng kính c aủphôi Siminov [39] nghiên c u s hình thành khuy t t t khi cán nh ng thanh thép hình trứ ự ế ậ ữ ụ

k t lu n r ng: s hình thành khuy t t t c u trúc bên trong s n ph m cán là do s k t h pế ậ ằ ự ế ậ ấ ả ẩ ự ế ợ

gi a ng su t ti p (ch y u) và ng su t kéo (th y u) trên phôi Ông cho r ng khuy tữ ứ ấ ế ủ ế ứ ấ ứ ế ằ ế

t t trong tâm phôi phát tri n nhanh do ng su t nén và ng su t kéo, ng su t này đậ ể ứ ấ ứ ấ ứ ấ ượcsinh ra do t i tr ng chu kỳ c a phôi sau khi phôi quay.ả ọ ủ

Teterin PK, Liuzin JF [42] cho r ng bi n d ng d o mãnh li t x y ra trong tâm phôiằ ế ạ ẻ ệ ả

d n đ n phá h y tâm phôi Ngẫ ế ủ ượ ạc l i, Tselikov [44] cho r ng phá h y tâm phôi là do s tíchằ ủ ựlũy ng su t kéo trong quá trình bi n d ng c a phôi, tác gi tìm ra ng su t kéo trong tâmứ ấ ế ạ ủ ả ứ ấ ởphôi tăng lên cùng v i s tăng s vòng quay c a phôi Danno và Awano [16] ti p t c nghiênớ ự ố ủ ế ụ

c u sâu h n v v n đ này Ông nghiên c u s tăng kích thứ ơ ề ấ ề ứ ự ướ ỗ ốc l tr ng trong tâm phôi dophôi quay, tác gi cho r ng l tr ng l n lên là do ng su t kéo và bi n d ng trả ằ ỗ ố ớ ứ ấ ế ạ ượ ật t p trung

t i tâm phôi.ạ

M t s công b phân tích s hình thành l tr ng và v t n t trong tâm phôi cán sộ ố ố ự ỗ ố ế ứ ử

d ng lý thuy t trụ ế ường đường trượt Tselikov [45] đ xu t m t phề ấ ộ ương pháp g n đúng đầ ểtính toán giá tr ng su t kéo l n nh t t i tâm c a phôi b ng m t ph ng bi n d ng v i cácị ứ ấ ớ ấ ạ ủ ằ ặ ẳ ế ạ ớ

m t c t ngang c a phôi Các thí nghi m đặ ắ ủ ệ ược th c hi n trên máy cán ngang hai tr c, cácự ệ ụthông s thu đố ược đã được quy đ i tổ ương đương sang hai chi u v i tính toán trên m tề ớ ặ

ph ng ng su t bi n d ng s d ng lý thuy t trẳ ứ ấ ế ạ ử ụ ế ường đường trượt V i phớ ương pháp ti pế

c n tậ ương t , Hayama H [22] cũng s d ng phự ử ụ ương pháp trường đường trượt đ xâyể

d ng quan h gi a ng su t kéo và s gi m đự ệ ữ ứ ấ ự ả ường kính c a phôi cán trong quá trình bi nủ ế

d ng.ạ

Jain và Kobayashi [24] phân tích m t ph ng bi n d ng c a phôi b ng phặ ẳ ế ạ ủ ằ ương pháp

trường đường trượ ớt v i thí nghi m ki m ch ng là cán nh ng phôi tròn và k t lu n r ngệ ể ứ ữ ế ậ ằ

đ l n c a ng su t trong tâm phôi ph thu c vào t s gi a di n tích ti p xúc c a phôi vàộ ớ ủ ứ ấ ụ ộ ỉ ố ữ ệ ế ủkhuôn cán Saito Y và Hu Z.H et al [16] cho r ng t c đ và phân b ng su t trên m t c tằ ố ộ ố ứ ấ ặ ắngang c a phôi khi phôi ch u nén d n đ n đ b n c a phôi phân b khác nhau t b m tủ ị ẫ ế ộ ề ủ ố ừ ề ặvào tâm phôi nh ng vùng đ b n l n h n thì bi n d ng nh PhỞ ữ ộ ề ớ ơ ế ạ ỏ ương pháp trường

đường trượ ởt trên phân tích trên c s m t ph ng bi n d ng hai chi u v i gi thi t bơ ở ặ ẳ ế ạ ề ớ ả ế ỏqua bi n d ng d c tr c Vì th s ph c t p c a ng su t và bi n d ng ba chi u trongế ạ ọ ụ ế ự ứ ạ ủ ứ ấ ế ạ ề

phương pháp nghiên c u này không đứ ược đ c p t i Vì v y, các k t lu n đ a ra ch mangề ậ ớ ậ ế ậ ư ỉtính đ nh tính, đ nh hị ị ướng quá trình.

Guzavichus et al [21] gi i thích trong quá trình quay, phôi b xo n, khi t c đ quayả ị ắ ố ộ

c a phôi tăng, s xo n phôi tăng, trong tâm phôi hình thành ng su t ti p Khuy t t t trongủ ự ắ ứ ấ ế ế ậtâm phôi sẽ xu t hi n n u ng su t ti p này vấ ệ ế ứ ấ ế ượt quá giá tr gi i h n b n c a v t li u chị ớ ạ ề ủ ậ ệ ế

t o phôi Trên c s thí nghi m, Guzavichus et al gi i thích r ng ng su t c t t n t i khiạ ơ ở ệ ả ằ ứ ấ ắ ồ ạphôi quay ng su t này khác nhau gi a các ph n t trên biên phôi và các ph n t trong tâmỨ ấ ữ ầ ử ầ ửphôi T c đ quay c a phôi thay đ i, ng su t gi a các ph n t cũng thay đ i theo, khi ngố ộ ủ ổ ứ ấ ữ ầ ử ổ ứ

su t này vấ ượt quá gi i h n cho phép c a v t li u, tâm phôi sẽ b r ng hay tâm phôi xu tớ ạ ủ ậ ệ ị ỗ ấ

hi n các l tr ng T ch c t vi v i nh ng khuy t t t t n t i s n trong v t li u cũng là m tệ ỗ ố ổ ứ ế ớ ữ ế ậ ồ ạ ẵ ậ ệ ộnguyên nhân thúc đ y quá trình phá h y tâm phôi Johnson W [26] là k t lu n đẩ ủ ế ậ ược công bốtrong nghiên c u c a tác gi này ứ ủ ả

Pater Z [33] cho r ng v t li u t i v trí tâm c a phôi cán b gi m đ b n nhanh chóng khiằ ậ ệ ạ ị ủ ị ả ộ ềphôi b quay và nén theo hị ướng kính S gi m đ b n này d n đ n hình thành l tr ngự ả ộ ề ẫ ế ỗ ốtrong tâm phôi Trong cán nêm ngang tr c ph ng, l tr ng d c tr c ph bi n vì v trí tâmụ ẳ ỗ ố ọ ụ ổ ế ịphôi là đ i tố ượng b nén theo hị ướng kính và b kéo theo hị ướng ngang Khi phôi quay, s kéoự

- nén đan xen nhau Chu kỳ kéo - nén l p đi l p l i theo s vòng quay c a phôi là nguyênặ ặ ạ ố ủnhân gây ra v t n t m i trong v t li u Sau m t s vòng quay nh t đ nh c a phôi, tâm phôiế ứ ỏ ậ ệ ộ ố ấ ị ủ

b r ng.ị ỗ

Fu XP, Dean TA [20] t ng k t, khuy t t t c u trúc hình thành trong tâm phôi cán doổ ế ế ậ ấ

nh ng nguyên nhân sau đây: chu kỳ t nhiên c a ng su t và bi n d ng phát tri n trongữ ự ủ ứ ấ ế ạ ểtâm phôi được gi i thích tả ương t hi u ng Mannesmann, s tích lũy khuy t t t vi mô doự ệ ứ ự ế ậchu kỳ m i th p, s khác nhau v t c đ chuy n đ ng gi a các vùng, và s khác nhau vỏ ấ ự ề ố ộ ể ộ ữ ự ề

đường kính c a phôi, m t đ các nguyên t phi kim cao t n t i s n trong v t li u trong quáủ ậ ộ ố ồ ạ ẵ ậ ệtrình đúc

Sau khi th c hi n m t lo t các thí nghi m, Danno A, Awano T [16] đã đ a ra k t lu nự ệ ộ ạ ệ ư ế ậ

tu ng t r ng v t n t trong tâm hình thành do s k t h p ng su t kéo hơ ự ằ ế ứ ự ế ợ ứ ấ ướng tâm và ngứ

su t ti p, hai ng su t này t n t i và phát tri n bên trong tâm phôi sau m i vòng quay c aấ ế ứ ấ ồ ạ ể ỗ ủphôi

Hình 1.10 Khuy t t t đ nh h ế ậ ị ướ ng d c theo tâm phôi cán ọ [34]

Quan sát b ng kính hi n vi đi n t quét cho th y, bi n d ng c a phôi cán t o ra các lằ ể ệ ử ấ ế ạ ủ ạ ỗ

tr ng ngay khi phôi b t đ u vào vùng d n Các v t n t cũng đố ắ ầ ẫ ế ứ ượ ạc t o ra quanh vùng này.Tùy theo đi u ki n bi n d ng, các v t n t h p nh t v i nhau t o thành v t n t l n h n, quáề ệ ế ạ ế ứ ợ ấ ớ ạ ế ứ ớ ơtrình l p l i d n đ n phá h y vi mô trong v t li u Theo nh ng công b trặ ạ ẫ ế ủ ậ ệ ữ ố ước đó, ng su tứ ấkéo là y u t đ u tiên gây ra phá h y bên trong v t li u N u ng su t kéo l n sẽ làm tăngế ố ầ ủ ậ ệ ế ứ ấ ớnhanh s phát tri n c a các l tr ng theo hự ể ủ ỗ ố ướng có ng su t chính l n nh t (hình 1.11a) ứ ấ ớ ấ

Hình 1.11 S h p nh t các l tr ng trong quá trình phá h y ự ợ ấ ỗ ố ủ [2]

a) S h p nh t c a các l tr ng do ng su t ti p ự ợ ấ ủ ỗ ố ứ ấ ế

b) S h p nh t c a các l tr ng do ng su t kéo ự ợ ấ ủ ỗ ố ứ ấ

Khi ki m tra c p đ vi mô, c ng su t pháp và ng su t ti p đ u thúc đ y quá trìnhể ở ấ ộ ả ứ ấ ứ ấ ế ề ẩhình thành và phát tri n v t n t Trong công ngh cán nêm ngang, ng su t pháp là nguyênể ế ứ ệ ứ ấnhân t o thành l tr ng và v t n t t vi trong v t li u Khi giá tr c a ng su t này l n cácạ ỗ ố ế ứ ế ậ ệ ị ủ ứ ấ ớ

v t n t và l tr ng trong v t li u h p nh t v i nhau t o thành v t n t l n h n (hình 1.11b).ế ứ ỗ ố ậ ệ ợ ấ ớ ạ ế ứ ớ ơ

Dưới tác đ ng c a ng su t pháp, bi n d ng trộ ủ ứ ấ ế ạ ượ ảt x y ra gi a các h t tinh th S trữ ạ ể ự ượt sẽ

u tiên theo h ng nghiêng 45

ư ướ 0 so v i phớ ương c a ng su t kéo Dủ ứ ấ ưới tác đ ng c a ngộ ủ ứ

su t ti p, l tr ng và khuy t t t b kéo dài ra S trấ ế ỗ ố ế ậ ị ự ượt ti p tr c x y ra h p nh t các lế ụ ả ợ ấ ỗ

tr ng t o thành phá h y vĩ mô d c theo tâm phôi (hình 1.11a).ố ạ ủ ọ

Hình 1.12 Khuy t t t trong tâm phôi cán. ế ậ

S ph thu c bi n d ng c a tr ng vào ng su t ti p đự ụ ộ ế ạ ủ ỗ ố ứ ấ ế ược Mine et al [31] nghiên c uứ

ch ra r ng có m t vùng bi n d ng cỉ ằ ộ ế ạ ường đ l n t n t i trong tâm phôi, đi u này d n đ nộ ớ ồ ạ ề ẫ ế

tâm phôi b r ng Tselikov et al [44] kh ng đ nh, khuy t t t bên trong phôi t n t i là do sị ỗ ẳ ị ế ậ ồ ạ ựtích lũy l n c a ng su t kéo sau m t s vòng quay c a phôi Tác gi cho r ng ng su t kéoớ ủ ứ ấ ộ ố ủ ả ằ ứ ấ trong tâm phôi tăng lên theo s vòng quay c a phôi Đây là nguyên nhân xu t hi n và phát

tri n các l tr ng trong tâm phôi và có xu hể ỗ ố ướng phát tri n theo hể ướng d c tr c (hìnhọ ụ1.12)

Hình 1.13 Phá h y phôi trong quá trình cán nêm ngang ủ

Trong m t báo cáo v s bi n d ng c a các v t n t trong cán ngang, Thompson vàộ ề ự ế ạ ủ ế ứHawkyard [46] t ng k t r ng ng su t và bi n d ng n a chu kỳ là nguyên nhân gây raổ ế ằ ứ ấ ế ạ ử

nh ng phá h y trong tâm phôi Tác gi đã minh ch ng đi u này b ng vi c xây d ng phữ ủ ả ứ ề ằ ệ ự ươngpháp g n đúng đ tính toán giá tr l n nh t c a ng su t kéo trong tâm phôi Các thí nghi mầ ể ị ớ ấ ủ ứ ấ ệcán m t thanh tr tròn trên máy nêm hai tr c độ ụ ụ ược th c hi n M t phự ệ ộ ương pháp nghiên c uứkhác đượ ử ục s d ng đ gi i thích s xu t hi n c a các l tr ng và v t n t trong tâm phôi làể ả ự ấ ệ ủ ỗ ố ế ứ

phương pháp trường đường trượt Hill, phương pháp này đã được Schukin V.Y [37] s d ngử ụtrong nghiên c u c a ông.ứ ủ

Khái ni m chu kỳ m i th p trong vùng bi n d ng đã đệ ỏ ấ ế ạ ược công b b i Menson [30].ố ở

Phương pháp tính chu kỳ t i tr ng trong vùng bi n d ng đả ọ ế ạ ược đ xu t và xây d ng mô đunề ấ ựtoán h c đ tính toán th i đi m xu t hi n v t n t Công trình này đã đọ ể ờ ề ấ ệ ế ứ ược công b b iố ởSchukin V.Y [37] Phá h y vi mô trong tâm phôi dủ ướ ải t i tr ng không đ i khi bi n d ngọ ổ ế ạ

được duy trì b i gi i h n b n v t li u Trong c h c phá h y, gi i h n này đở ớ ạ ề ậ ệ ơ ọ ủ ớ ạ ượ ọc g i là h sệ ố

cường đ su t Nh ng phá h y vi mô x y ra liên ti p dộ ấ ữ ủ ả ế ướ ải t i tr ng chu kỳ, phát tri n đ nọ ể ế

vĩ mô, d n đ n hình thành l h ng trong tâm Khuy t t t bên trong phôi phát tri n phẫ ế ỗ ổ ế ậ ể ụthu c vào đ c tính c a quá trình bi n d ng d o là k t lu n độ ặ ủ ế ạ ẻ ế ậ ược đ a ra b iư ở Schukin [37].Các l h ng, các v t n t nh b t đ u đỗ ổ ế ứ ỏ ắ ầ ượ ạc t o ra t vùng ch y, sau đó các v t n t này đừ ả ế ứ ược

m r ng thành khe n t Khe n t l n d n lên theo hở ộ ứ ứ ớ ầ ướng tr c c a phôi t o hình Các khe n tụ ủ ạ ứnày có th sát nh p t o thành l r ng trong tâm phôi (v t n t trên b m t phân cách gi aể ậ ạ ỗ ỗ ế ứ ề ặ ữ

h t phân tán và pha n n, khuy t t t đi m, các v t n t t vi trong tâm).ạ ề ế ậ ể ế ứ ế

Trong các c ch trên, ng su t kéo là y u t c b n trong quá trình hình thành vàơ ế ứ ấ ế ố ơ ảphát tri n các khuy t t t ể ế ậ N u ng su t kéo đ l n có th làm tăng s phát tri n c a các lế ứ ấ ủ ớ ể ự ể ủ ỗ

r ng, m r ng đ l n c a các l r ng này theo hỗ ở ộ ộ ớ ủ ỗ ỗ ướng ng su t chính l n nh t Bên c nh đóứ ấ ớ ấ ạ

ng su t kéo cũng có th h p nh t các l r ng nh thành l r ng l n h n b ng s tr t

gi a các m t tinh th Theo hữ ặ ể ướng ng su t kéo thì s trứ ấ ự ượ ảt x y ra thu n l i nh t đ i v iậ ợ ấ ố ớ

nh ng m t tinh th đ nh hữ ặ ể ị ướng m t góc 45ộ 0

Do s tác đ ng c a khuôn nêm theo hự ộ ủ ướng pháp tuy n, phôi ch u ng su t nén ngế ị ứ ấ Ứ

su t nén này gây ra ng su t kéo th c p theo hấ ứ ấ ứ ấ ướng ngang, ng su t kéo - nén liên t cứ ấ ụthay đ i khi phôi lăn trên khuôn nêm, do đó trong tâm phôi sẽ xu t hi n ng su t d , ngổ ấ ệ ứ ấ ư ứ

su t d này tích t theo th i gian gia công và có th tác đ ng đ n vi c hình thành và phátấ ư ụ ờ ể ộ ế ệtri n các l r ng C u trúc vi mô và nh ng ph n t phi kim cũng phân b trong v t li u phôiể ỗ ỗ ấ ữ ầ ử ố ậ ệ

t trừ ước khi phôi xu t hi n v t n t cũng nh hấ ệ ế ứ ả ưởng l n đ n quá trình hình thành cácớ ếkhuy t t t trong v t li u (hình 1.13) ế ậ ậ ệ

Hình thái h c c a phá h y bên trong phôi cánọ ủ ủ : s hình thành l tr ng trên m t c t chự ỗ ố ặ ắ ỉ

ra r ng khuy t t t r ng tâm trong quá trình cán nêm ngang có nguyên nhân t s xu t hi nằ ế ậ ỗ ừ ự ấ ệ

l tr ng ban đ u do ng su t kéo th y tĩnh t n t i bên trong tâm phôi Các l tr ng nh bỗ ố ầ ứ ấ ủ ồ ạ ỗ ố ỏ ị

bi n d ng theo nhi u hế ạ ề ướng làm tăng kích thước c a chúng, kích thủ ướ ỗ ốc l tr ng tăng đ nế

m t m c đ nào đó, các l tr ng này h p nh t v i nhau t o thành nh ng l tr ng l n h n.ộ ứ ộ ỗ ố ợ ấ ớ ạ ữ ỗ ố ớ ơ

S h p nh t c a các l tr ng này ph thu c ch y u vào ch s tr ng thái ng su t Các lự ợ ấ ủ ỗ ố ụ ộ ủ ế ỉ ố ạ ứ ấ ỗ

tr ng hình thành t khi phôi vào vùng c t cho đ n khi phôi ra kh i vùng t o hình Th c t ,ố ừ ắ ế ỏ ạ ự ếtrong tâm phôi đã hình thành các khuy t t t t r t s m và phát tri n thành các l tr ng l nế ậ ừ ấ ớ ể ỗ ố ớ

h n sau khi phôi đi vào vùng d n ơ ẫ

Trong phôi xu t hi n khuy t t t d ng ch th p, khuy t t t d ng này phát tri n và l nấ ệ ế ậ ạ ữ ậ ế ậ ạ ể ớ

d n lên trong su t quá trình cán nêm ngang b i hầ ố ở ướng ch y d o c a kim lo i thay đ i khiả ẻ ủ ạ ổphôi quay gi a hai khuôn cán Khuy t t t ch th p có th gi i thích do nh hữ ế ậ ữ ậ ể ả ả ưởng c a ngủ ứ

su t kéo và ng su t trấ ứ ấ ượt trong quá trình cán, hình thái h c c a lo i khuy t t t này đọ ủ ạ ế ậ ược

ch ra theo hình 1.14.ỉ

Hình 1.14 S h p nh t các l tr ng do ng su t chính ự ợ ấ ỗ ố ứ ấ [34]

V t n t hình thành do ng su t chính l n nh t ế ứ ứ ấ ớ ấ 1 và b kéo dài ra theo hị ướng c aủ

ng su t này Ki m tra v t n t, xét m t m t c t t i v trí đi m B d c theo b m t t do c a

v t n t, tr ng thái ng su t ế ứ ạ ứ ấ 2 sinh ra v t n t trong phôi (hình 1.14) Đây là các v t n tế ứ ế ứhình thành theo hướng chính, các khuy t t t này sẽ b kéo dài khi phôi quay.ế ậ ị

Phương pháp ph n t h u h n ra đ i nh m t công c h u hi u h tr các nghiênầ ử ữ ạ ờ ư ộ ụ ữ ệ ỗ ợ

c u v phá h y c h c c a phôi trong quá trình cán nêm ngang Phứ ề ủ ơ ọ ủ ương pháp này đượ ửc s

d ng đ nghiên c u d báo v các d ng khuy t t t bên trong tâm phôi và nh hụ ể ứ ự ề ạ ế ậ ả ưởng cácthông s hình h c c a khuôn đ n s xu t hi n các lo i khuy t t t c h c Dong Y, Lovellố ọ ủ ế ự ấ ệ ạ ế ậ ơ ọ

MR, Tagavi KA [18] mô t s trả ự ượt trong vùng c t và dùng d n c a phôi trên khuôn cánắ ẫ ủtrong quá trình cán nêm ngang Trong đó ch có vùng c t và vùng d n đỉ ắ ẫ ược mô ph ng v iỏ ớcác h s gi m tích khác nhau Các thí nghi m v s trệ ố ả ệ ề ự ượt gi a phôi và khuôn cũng đữ ược

th c hi n đ so sánh v i mô ph ng trong công trình này Các tác gi k t lu n: s trự ệ ể ớ ỏ ả ế ậ ự ượt gi aữkhuôn và phôi tăng lên trong quá trình t o hình, v i h s gi m tích càng nh thì s trạ ớ ệ ố ả ỏ ự ượt

x y ra càng l n.ả ớ

Quá trình cán nêm ngang c a thép h p kim 20MnCr5 đã đủ ợ ược Pater Z [33] nghiên

c u, tác gi s d ng ph n m m MARC/Autofore FEM đ mô ph ng bài toán c a mình Quáứ ả ử ụ ầ ề ể ỏ ủtrình được th c hi n dự ệ ưới đi u ki n đ ng nhi t, h s ma sát b ng h ng s , khuôn cán đề ệ ẳ ệ ệ ố ằ ằ ố ược

gi thi t tuy t đ i c ng, t c đ d ch chuy n c a khuôn trên là 0,1m/s Nhi t đ t o hìnhả ế ệ ố ứ ố ộ ị ể ủ ệ ộ ạ

10500C, nhi t đ khuôn 120ệ ộ 0C, nhi t đ môi trệ ộ ường 300C Tác gi đã đ a ra k t lu n r ng l cả ư ế ậ ằ ự

hướng kính trong quá trình mô ph ng và th c nghi m tỏ ự ệ ương tương nhau

Mô ph ng s hình thành và phát tri n l tr ng trong quá trình cán nêm ngang sỏ ự ể ỗ ố ử

d ng ph n m m ANSYS/LS-DYNA đụ ầ ề ược th c hi n b i Zhao J [50] Hình thái h c c a s thi tự ệ ở ọ ủ ự ế

l p l tr ng đậ ỗ ố ược tác g i xác đ nh là m t hàm s c a v t li u phôi, góc t o hình, góc áp l c vàả ị ộ ố ủ ậ ệ ạ ự

h s gi m tích Ông k t lu n, bi n d ng h u hi u hi u là thông s t t nh t đ d báo pháệ ố ả ế ậ ế ạ ữ ệ ệ ố ố ấ ể ự

h y trong tâm phôi cán, công trình đã phân tích nh hủ ả ưởng c a thông s này đ n s hìnhủ ố ế ựthành khuy t t t c a phôi trong quá trình cán.ế ậ ủ

Pater Z [33] đã mô ph ng quá trình cán nêm ngang s d ng ph n m m SuperFormỏ ử ụ ầ ề

2004, khuôn cán s d ng là m t tr c ph ng k t h p v i hai tr c tròn Tác gi k t lu n r ngử ụ ộ ụ ẳ ế ợ ớ ụ ả ế ậ ằgiá tr bi n d ng l n nh t t i tâm phôi cán là nguyên nhân gây nên phá h y t i v trí này Ôngị ế ạ ớ ấ ạ ủ ạ ịcho r ng s thay đ i l c ti p tuy n trên b m t c a phôi là do s nén c a khuôn l n t i bằ ự ổ ự ế ế ề ặ ủ ự ủ ớ ớ ề

m t phôi khi hai chi ti t này ti p xúc v i nhau L c tác d ng lên phôi theo phặ ế ế ớ ự ụ ương ti p tuy nế ế

l n g p b n l n l c tác d ng lên phôi theo hớ ấ ố ầ ự ụ ướng kính Giá tr l n nh t c a c hai l c này đ tị ớ ấ ủ ả ự ạ

đượ ởc cu i vùng d n ố ẫ

Quang Li [34] s d ng ph n m m ANSYS/LS-DYNA nghiên c u s nh hử ụ ầ ề ứ ự ả ưởng c aủcác thông s khuôn đ n quá trình phá h y phôi trong quá trình cán Trong công trình này, cácố ế ủ

k t lu n đã đế ậ ược đ a ra: s trư ự ượ ủt c a phôi trên b m t khuôn ph thu c r t l n vào h sề ặ ụ ộ ấ ớ ệ ố

ma sát, phá h y hình d ng phôi và phá h y trong tâm phôi là m t hàm s ph thu c r t l nủ ạ ủ ộ ố ụ ộ ấ ớvào các thông s hình h c c a phôi Trên c s k t qu mô ph ng s k t h p v i th cố ọ ủ ơ ở ế ả ỏ ố ế ợ ớ ựnghi m, tác gi đã đ a ra công th c tính toán t i u t ng thông s hình h c trong thi t kệ ả ư ứ ố ư ừ ố ọ ế ếkhuôn cán Mi n giá tr t i u c a các thông s khuôn đ xác su t phá h y phôi cán khôngề ị ố ư ủ ố ể ấ ủ

x y ra là:ả A = 55  65%, = 20 α  350, = 7 β  220

Nghiên c u s thay đ i ng su t và bi n d ng tứ ự ổ ứ ấ ế ạ ương đương trong quá trình cán nêmngang do Xiong Y [49] s d ng ph n m m Deform Tác gi k t lu n r ng bi n d ng tử ụ ầ ề ả ế ậ ằ ế ạ ương

đương và t c đ bi n d ng tố ộ ế ạ ương đương thay đ i trên t ng đi m theo m t c t ngang c aổ ừ ể ặ ắ ủphôi Theo chi u tăng c a bán kính R tính t tâm phôi, bi n d ng tề ủ ừ ế ạ ương đương gi m d n.ả ầ

Nghiên c u bi n d ng và phá h y phôi trong quá trình cán nêm ngang đã đứ ế ạ ủ ược MetinCakircali [15] s d ng phử ụ ương pháp th c nghi m k t h p v i mô ph ng s Tác gi nghiênự ệ ế ợ ớ ỏ ố ả

c u nh hứ ả ưởng các thông s c a quá trình tác đông đ n bi n d ng, ng su t th y tĩnh, t cố ủ ế ế ạ ứ ấ ủ ố

đ bi n d ng và nhi t đ Ph n m m độ ế ạ ệ ộ ầ ề ược tác giat s d ng trong nghiên c u là LS-DYNA,ử ụ ứ

th c nghi m quá trình cán nêm ngang v i chi ti t tr c b c Các k t lu n đ a ra tự ệ ớ ế ụ ậ ế ậ ư ương t nhự ưnghiên c u c a Qiang Li, song nghiên c u này đã phân tích tác đ ng c –nhi t đ n quá trìnhứ ủ ứ ộ ơ ệ ế

bi n d ng và phá h y v t li u.ế ạ ủ ậ ệ

Nguyên nhân và c ch phá h y tâm phôi trong quá trình cán nêm ngang đơ ế ủ ược gi iảthích b ng hai gi thuy t khác nhau Gi thuy t th nh t cho r ng, nguyên nhân chính là doằ ả ế ả ế ứ ấ ằ

s đ ch t t i t phía khuôn cán nêm, gi thuy t th hai cho r ng phá h y tâm là do su tơ ồ ấ ả ừ ả ế ứ ằ ủ ấ

hi n ng su t b sung trong quá trình cán vì quá trình bi n d ng trong tâm phôi không đ u.ệ ứ ấ ổ ế ạ ề

V n đ đ t ra là c ch t o n t trong tâm phôi ph thu c nh th nào vào ng su t b sung,ấ ề ặ ơ ế ạ ứ ụ ộ ư ế ứ ấ ổvà ng su t y đứ ấ ấ ược xác đ nh theo đ c tính ch y d o c a v t li u theo hị ặ ả ẻ ủ ậ ệ ướng ngang Hai giảthuy t này ch mang tính ch t đ nh tính, đ có nh ng k t lu n chính xác h n v m t đ nhế ỉ ấ ị ể ữ ế ậ ơ ề ặ ị

lượng c n có nh ng nghiên c u chính minh c th ầ ữ ứ ụ ể

1.3 Kết lu n ậ

Nghiên c u t ng quan tài li u v công ngh t o hình v t li u nói chung và công nghứ ổ ệ ề ệ ạ ậ ệ ệcán nêm ngang nói riêng cho th y s n ph m sau cán nêm ngang có nhi u sai h ng: hìnhấ ả ẩ ề ỏ

d ng không đúng v i yêu c u thi t k , b m t s n ph m không đ m b o yêu c u v ch tạ ớ ầ ế ế ề ặ ả ẩ ả ả ầ ề ấ

lượng và hình d ng, khuy t t t r ng tâm là nguyên nhân gây phá h y chi ti t trong quáạ ế ậ ỗ ủ ếtrình ch u t i Các sai h ng v m t hình d ng và khuy t t t đã có nhi u công trình nghiênị ả ỏ ề ặ ạ ế ậ ề

c u Các công b v d ng khuy t t t hình h c và khuy t t t b m t s n ph m tứ ố ề ạ ế ậ ọ ế ậ ề ặ ả ẩ ương đ iố

đ y đ , rõ ràng v nh hầ ủ ề ả ưởng c a các thông s khuôn, các thông s v l c cán, mô nen cán,ủ ố ố ề ự

h s ma sát…ệ ố

Khuy t t t trong tâm phôi hình thành trong quá trình gia công là nh ng khuy t t tế ậ ữ ế ậ

ti m tàng là nh ng v n đ ph c t p gây nhi u tranh cãi trong các nghiên c u Các nghiênề ữ ấ ề ứ ạ ề ứ

c u công b đ a ra các k t lu n khác nhau, ch a có s th ng nh t v nguyên nhân cũngứ ố ư ế ậ ư ự ố ấ ề

nh c ch hình thành lo i khuy t t t này Phư ơ ế ạ ế ậ ương pháp nghiên c u đa d ng t nghiên c uứ ạ ừ ứ

lý thuy t, lý thuy t k t h p v i th c nghi m, nghiên c u b ng quan sát tr c quan các hi nế ế ế ợ ớ ự ệ ứ ằ ự ệ

tượng Nh ng công trình đã công b trong nh ng năm g n đây s d ng phữ ố ữ ầ ử ụ ương phápnghiên c u k t h p mô ph ng s và th c nghi m Các công b tuy ch a đ y đ , rõ ràngứ ế ợ ỏ ố ự ệ ố ư ầ ủnguyên nhân gây nên phá h y phôi trong quá trình cán nh ng cho th y đây là m t v n đủ ư ấ ộ ấ ềkhoa h c mang tính th i s , đọ ờ ự ược nhi u nhà nghiên c u quan tâm.ề ứ

Qua ngu n tài li u đồ ệ ược ti p c n, nh ng nghiên c u trế ậ ữ ứ ước đây v khuy t t t r ngề ế ậ ỗtâm phôi trong quá trình cán t p trung ch y u vào t i u các thông s khuôn, phân tíchậ ủ ế ố ư ố

nh h ng c a ng su t kéo, ng su t tr t và bi n d ng chính tác đ ng trong tâm gây nên

phá h y NCS nh n th y khuy t t t trong tâm không ch ph thu c vào c h c các quá trìnhủ ậ ấ ế ậ ỉ ụ ộ ơ ọgia công mà còn ph thu c r t l n vào c h c v t li u = ( , ụ ộ ấ ớ ơ ọ ậ ệ σ σ ε ˙ε ,τ, t), D = D (t, T, , ε ε ,˙¿ ¿.Đây là v n đ còn thi u nh ng nghiên c u c th , vì v y vi c l a ch n nghiên c u phá h yấ ề ế ữ ứ ụ ể ậ ệ ự ọ ứ ủtâm phôi trong quá trình cán v i các y u t tác đ ng c a c h c v t li u có ý nghĩa thi tớ ế ố ộ ủ ơ ọ ậ ệ ế

th c Trên c s các k t lu n đự ơ ở ế ậ ược phân tích trên, lu n án t p trung gi i quy t các v n đở ậ ậ ả ế ấ ềsau:

Phân tích và l a ch n mô hình có kh năng mô t các đ c tr ng ng x đàn d o vàự ọ ả ả ặ ư ứ ử ẻphá h y v t li u trong quá trình bi n d ng t o hình v t li u; ủ ậ ệ ế ạ ạ ậ ệ

Nghiên c u phứ ương pháp nh n d ng mô hình l a ch n; ậ ạ ự ọ

Nghiên c u th c nghi m nh n d ng mô hình và nh n d ng mô hình cho v t li u cứ ự ệ ậ ạ ậ ạ ậ ệ ụ

th ;ể

Mô ph ng quá trình cán nêm ngang;ỏ

Th c nghi m quá trình cán nêm ngang.ự ệ

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HÀNH VI CƠ HỌC VẬT LIỆU

Trong quá trình t o hình chi ti t b ng công ngh cán nêm ngang, bi n d ng và pháạ ế ằ ệ ế ạ

h y v t li u r t ph c t p, v t li u ch u tác đ ng đ ng th i c a t c đ bi n d ng, m c đủ ậ ệ ấ ứ ạ ậ ệ ị ộ ồ ờ ủ ố ộ ế ạ ứ ộ

bi n d ng l n và nhi t đ cao và ma sát l n S tác đ ng đ ng th i gi a các thông s y đãế ạ ớ ệ ộ ớ ự ộ ồ ờ ữ ố ấ

được nghiên c u t ng quát trên c s các mô hình v t li u Đó là các phứ ổ ơ ở ậ ệ ương trình toán

h c mà bi n s c a phọ ế ố ủ ương trình là các y u t tác đ ng vào quá trình Mô hình đế ố ộ ượ ực l a

ch n đ d báo phá h y đòi h i ph i bao quát đọ ể ự ủ ỏ ả ượ ấ ảc t t c các hi n tệ ượng v t lý x y raậ ảtrong toàn b quá trình Vì v y, nghiên c u c s lý thuy t v phá h y d o v t li u kimộ ậ ứ ơ ở ế ề ủ ẻ ậ ệ

lo i, cũng nh các mô hình v t li u đã đạ ư ậ ệ ược xây d ng đ nghiên c u v v n đ này nh mự ể ứ ề ấ ề ắphân tích u như ược đi m c a các mô hình đ t l a ch n mô hình phù h p nh t đ i v iể ủ ể ừ ự ọ ợ ấ ố ớ

m c nhi m v nghiên c u.ụ ệ ụ ứ

2.1 Phá hủy dẻo vật liệu kim loại

ng d ng v t li u trong các ngành kỹ thu t tiên ti n nh kỹ thu t hàng không, vũ

tr đã d n đ n m t th c t r t quan tr ng v các v n đ phá h y v t li u Đ c bi t làụ ẫ ế ộ ự ế ấ ọ ề ấ ề ủ ậ ệ ặ ệ

nh ng phá h y có nguyên nhân ti m tàng, xu t hi n t trong quá trình gia công ch t o.ữ ủ ề ấ ệ ừ ế ạ

Đ phân tích để ược phá h y ph i tính toán đ b n c a v t li u dủ ả ộ ề ủ ậ ệ ưới tác đ ng c a t i tr ng.ộ ủ ả ọTrong gia công kim lo i b ng áp l c, phá h y v t li u liên quan đ n trạ ằ ự ủ ậ ệ ế ường phân b ngố ứ

su t, bi n d ng, nhi t đ và th i gian Cho đ n nay, các k t qu tính toán v v n đ nàyấ ế ạ ệ ộ ờ ế ế ả ề ấ ềcòn thi u chính xác vì đ ph c t p c a c a c u trúc v t li u th c, vì t n t i vô s nh ngế ộ ứ ạ ủ ủ ấ ậ ệ ự ồ ạ ố ữsai h ng t khuy t t t vi mô, siêu h t, các l x p và các v t r n vi mô cũng nh s khôngỏ ừ ế ậ ạ ỗ ố ế ạ ư ự

đ ng nh t c a v t li u Ngoài ra, v t li u còn ch u s tác đ ng c a đi u ki n bên ngoàiồ ấ ủ ậ ệ ậ ệ ị ự ộ ủ ề ệ

nh đ c tr ng ch t t i, đi u ki n môi trư ặ ư ấ ả ề ệ ường…Vì v y phá h y v t li u là v n đ liênậ ủ ậ ệ ấ ềngành: v t lý ch t r n, c h c phá h y, c h c môi trậ ấ ắ ơ ọ ủ ơ ọ ường liên t c, v t li u ụ ậ ệ

M c dù nh ng đóng góp c a các nhà v t lý là đáng k nh ng ch a mô t đặ ữ ủ ậ ể ư ư ả ược b nả

ch t c a quá trình Trong lĩnh v c c h c môi trấ ủ ự ơ ọ ường liên t c, b ng các thí nghi m xu tụ ằ ệ ấphát t quan sát th c t đã cho phép đánh giá nh ng v n đ phá h y m t cách đ nh lừ ự ế ữ ấ ề ủ ộ ị ượng

M c đích c a các nghiên c u trong lĩnh v c này là làm rõ đi u ki n phá h y đó là s đ tácụ ủ ứ ự ề ệ ủ ơ ồ

d ng c a h ngo i l c trong đi u ki n nhi t đ , t c đ và m c đ bi n d ng c th Cácụ ủ ệ ạ ự ề ệ ệ ộ ố ộ ứ ộ ế ạ ụ ể

hướng nghiên c u phá h y đứ ủ ược chia ra nh sau:ư

1 Thi t l p lý thuy t v tr ng thái ng su t t i h n c a v t li u (lý thuy t đ b n).ế ậ ế ề ạ ứ ấ ớ ạ ủ ậ ệ ế ộ ề

2 Xây d ng phự ương pháp tính toán kh năng ch u t i t i h n c a các s n ph m k tả ị ả ớ ạ ủ ả ẩ ế

c u.ấ

3 Nghiên c u các đi u ki n mà v t li u làm vi c trong đó có đi u ki n tr ng t i thayứ ề ệ ậ ệ ệ ề ệ ọ ả

đ i.ổ

4 Phân tích đi u ki n bi n d ng, hóa b n n đ nh c a v t li u.ề ệ ế ạ ề ổ ị ủ ậ ệ

5 Xây d ng c h c v t n t.ự ơ ọ ế ứ

6 Thi t l p lý thuy t hi n tế ậ ế ệ ượng tích t sai h ng.ụ ỏ

7 Phát tri n phể ương pháp tính toán xác su t phá h y.ấ ủ

Ba hướng đ u không ng d ng trong gia công kim lo i b ng áp l c, hầ ứ ụ ạ ằ ự ướng th 6 làứ

lý thuy t hi n tế ệ ượng tích t sai h ng đụ ỏ ược nghiên c u, áp d ng đã mang l i hi u qu nh tứ ụ ạ ệ ả ấ

đ nh Đ nghiên c u hi n tị ể ứ ệ ượng này ta xét m t phân t th tích đ nh dw, sao cho các đ iộ ố ể ủ ỏ ạ

lượng ng su t, bi n d ng và nhi t đ trong phân t đó là đ ng nh t Ngứ ấ ế ạ ệ ộ ố ồ ấ ười ta đã đ a vàoưcác khái ni m”liên t c” và “sai h ng” Khái ni m “liên t c” là th hi n tính nguyên kh i c aệ ụ ỏ ệ ụ ể ệ ố ủphân t v t li u dw, còn khái nhi m “sai h ng” là th hi n tr ng thái khuy t t t t n t i.ố ậ ệ ệ ỏ ể ệ ạ ế ậ ồ ạ

Đ đánh giá quá trình phá h y, ngể ủ ười ta đ a vào đ i lư ạ ượng vô hướng - ch s pháỉ ố

h y D N u D = 0 thì tr ng thái v t li u là liên t c hay v t li u không ch a khuy t t t, n uủ ế ạ ậ ệ ụ ậ ệ ứ ế ậ ế

0 < D < 1 trong v t li u ch a khuy t t t và khi D =1 tr ng thái v t li u b phá h y ậ ệ ứ ế ậ ạ ậ ệ ị ủ

Trong gia công kim lo i b ng áp l c, bi n d ng c a phân t th tích dv là m t hàmạ ằ ự ế ạ ủ ố ể ộ

c a th i gian đ ng th i là bi n c a hàm mô t phá h y D Hàm này ph thu c vào cácủ ờ ồ ờ ế ủ ả ủ ụ ộthông s aố 1 ( ), aε 2 ( ), aε 3 ( )…aε n ( ), trong đó là m c đ bi n d ng Trong trε ε ứ ộ ế ạ ường h p bi nợ ế

d ng d o, các thông s này có th là nhi t đ , các b t bi n I, II, III c a ten x ng su t,ạ ẻ ố ể ệ ộ ấ ế ủ ơ ứ ấ

cường đ ng su t ti p, thông s Lode…ộ ứ ấ ế ố

Theo nguyên lý tích lũy sai h ng, lý thuy t phá h y đỏ ế ủ ược xây d ng trên c s cácự ơ ở

gi thuy t xu t hi n và h p nh t các l x p theo nhi u giai đo n v i kích thả ế ấ ệ ợ ấ ỗ ố ề ạ ớ ước khácnhau Trong m t phân t th tích nh t đ nh, đi u ki n phá h y hay đi u ki n xu t hi nộ ố ể ấ ị ề ệ ủ ề ệ ấ ệ

v t n t vĩ mô đế ứ ược xác đ nh khi t ng đ x p đ t đị ổ ộ ố ạ ược là 1% Kích thước các l x p xu tỗ ố ấ

hi n trong quá trình gia công kim lo i b ng áp l c có th là s h p nh t c a các v tríệ ạ ằ ự ể ự ợ ấ ủ ịkhuy t ho c các v t r n vi mô do chuy n đ ng c a l ch trong ph m vi kho ng 100 nano.ế ặ ế ạ ể ộ ủ ệ ạ ảQuá trình phá h y v t li u x y ra theo nhi u giai đo n: ủ ậ ệ ả ề ạ 1) hình thành và xu t hi n l x pấ ệ ỗ ố

t vi, 2) s phát tri n l x p thành v t n t t vi, v t n t t vi phát tri n đ t đ n kíchế ự ể ỗ ố ế ứ ế ế ứ ế ể ạ ế

thướ ớ ạc t i h n, 3) v t n t h p nh t v i nhau tr o thành v t n t l n h n gây phá h y v tế ứ ợ ấ ớ ạ ế ứ ớ ơ ủ ậ

li u ệ (hình 2.1)

Hình 2.1 Quá trình phá h y v t li u ủ ậ ệ

Đ i v i bài toán bi n d ng l n, nhi t đ cao, phá h y v t li u kim lo i x y ra dố ớ ế ạ ớ ệ ộ ủ ậ ệ ạ ả ưới

d ng phá h y d o Vì v y trong ph m vi nghiên c u, c ch c a quá trình phá h y đạ ủ ẻ ậ ạ ứ ơ ế ủ ủ ượcphân tích theo các giai đo n c a quá trình phá h y d o: v t n t hình thành, phát tri n vàạ ủ ủ ẻ ế ứ ể

h p nh t gây nên phá h y v t li u.ợ ấ ủ ậ ệ

2.1.1 Sự hình thành và xuất hiện lỗ xốp, vết nứt tế vi

Phá h y d o x y ra sau khi kim lo i b bi n d ng d o m t lủ ẻ ả ạ ị ế ạ ẻ ộ ượng đáng k , l tr ngể ỗ ố

xu t hi n do t p ch t và trong v t li u luôn t n t i khuy t t t đã có s n nh r , co, b tấ ệ ạ ấ ậ ệ ồ ạ ế ậ ẵ ư ỗ ọkhí, n t khi k t tinh, các pha có đ b n th p, chúng đóng vai trò m m gây nên phá h y v tứ ế ộ ề ấ ầ ủ ậ

li u Bên c nh đó, quá trình bi n d ng d o, m t đ l ch tăng lên đáng k b i nhi uệ ạ ế ạ ẻ ậ ộ ệ ể ở ềnguyên nhân khác nhau trong đó có ngu n Frank – Read Các l ch chuy n đ ng trên m tồ ệ ể ộ ặ

trượt sau đó b d n t c biên h t, pha th hai, pha phân tán Các l ch biên cùng d u sátị ồ ắ ở ạ ứ ệ ấnhau t o nên m t kho ng tr ng ngay dạ ộ ả ố ưới các bán m t sẽ là đi m xu t phát cho n t xu tặ ể ấ ứ ấ

hi n Các nguyên nhân xu t hi n l tr ng và v t n t t vi trong v t li u trên đệ ấ ệ ỗ ố ế ứ ế ậ ệ ượ ổc t ng

h p thành các trợ ường h p sau đây:ợ

Hình 2.2 S đ s hình thành v t n t do l ch t ơ ồ ự ế ứ ệ ươ ng tác v i nhau ớ

a) Trong quá trình trượ ệt, l ch b nén l i g n nhau bên c nh chị ạ ầ ạ ướng ng i (biên h t,ạ ạbiên gi i t p ch t, n n) sau đó chúng h p l i thành v t n t.ớ ạ ấ ề ợ ạ ế ứ

b) Trong các m t trặ ượ ạt c nh nhau, l ch trái d u h p nh t thành v t n t.ệ ấ ợ ấ ế ứ

c) L ch v i véc t Burgers khác nhau, cùng chuy n đ ng trên các m t trệ ớ ơ ể ộ ặ ượt khácnhau, khi g p nhau t o thành v t n t.ặ ạ ế ứ

d) Trượ ảt x y ra g n biên gi i góc nghiêng theo m t trầ ớ ặ ượt xác đ nh, t o ra v t n tị ạ ế ứ

n m trên m t đó.ằ ặ

S xu t hi n n t là h u qu c a quá trình bi n d ng d o, t p h p l ch trên m tự ấ ệ ứ ậ ả ủ ế ạ ẻ ậ ợ ệ ặ

trượt hình thành bên b t kỳ chấ ướng ng i nào đ u sinh ra ng su t c c b t p trung r tạ ề ứ ấ ụ ộ ậ ấ

l n t o ra v t n t Chớ ạ ế ứ ướng ng i có th là l ch trạ ể ệ ượt trên các m t giao nhau, tặ ường l ch,ệ(biên gi i song tinh, siêu h t), biên h t, biên gi i pha, t p ch t… Khi v t n t xu t hi n,ớ ạ ạ ớ ạ ấ ế ứ ấ ệ

ng su t t p trung đ nh v t n t r t l n, khi ng su t l n h n gi i h n b n c a v t li u,

phá h y x y ra.ủ ả

2.1.2 Sự phát triển của lỗ xốp tế vi

S ra đ i c a các v t n t ch là th i kỳ đ u c a quá trình phá h y, đ phá h y x yự ờ ủ ế ứ ỉ ờ ầ ủ ủ ể ủ ả

ra n t ph i phát tri n và lan r ng cho t i khi hai ph n c a tinh th tách r i nhau hoànứ ả ể ộ ớ ầ ủ ể ờ

d)a)

)

c)b)

toàn N t ch có th lan r ng nh quá trình bi n d ng d o (chuy n đ ng c a l ch) Khiứ ỉ ể ộ ờ ế ạ ẻ ể ộ ủ ệ

n t t o ra, ng su t t p trung đ u v t n t có giá tr l n, khi ng su t này l n h n gi iứ ạ ứ ấ ậ ở ầ ế ứ ị ớ ứ ấ ớ ơ ớ

h n ch y c a v t li u, v t li u b phá h y S phá h y hoàn toàn ph thu c vào kh năngạ ả ủ ậ ệ ậ ệ ị ủ ự ủ ụ ộ ảphát tri n c a v t n t t vi, v t li u sẽ không phá h y khi n t t vi gi nguyên kích thể ủ ế ứ ế ậ ệ ủ ứ ế ữ ước(không phát tri n) H n n a trong quá trình phát tri n, v t n t t vi không nguy hi m n uể ơ ữ ể ế ứ ế ể ếkích thước c a nó nh h n kích thủ ỏ ơ ướ ớ ạc t i h n S phát tri n n t x y ra do ng su t t pự ể ứ ả ứ ấ ậtrung theo hi u ng góc nh n đ nh n t (đ nh n t càng nh n s t p trung càng m nh).ệ ứ ọ ở ỉ ứ ỉ ứ ọ ự ậ ạQuá trình phá h y chính là quá trình gi i phóng năng lủ ả ượng t p trung đ nh v t n t.ậ ở ỉ ế ứ

2.1.3 Sự hợp nhất của lỗ xốp tế vi

Khi các v t n t và l tr ng t vi phát tri n v i kích thế ứ ỗ ố ế ể ớ ước đ l n, chúng h p nh tủ ớ ợ ấ

v i nhau t o thành nh ng v t n t l n h n Các v t n t có kích thớ ạ ữ ế ứ ớ ơ ế ứ ướ ớc l n ti p t c phátế ụtri n và nhân r ng trên toàn b th tích v t li u cho t i khi các ph n c a v t li u tách r iể ộ ộ ể ậ ệ ớ ầ ủ ậ ệ ờnhau, quá trình phá h y v t li u x y ra hoàn toàn.ủ ậ ệ ả

2.2 Mô hình phá hủy vật liệu

Quan sát hi n tệ ượng v t lý và đ nh lậ ị ượng các thông s tác đ ng vào quá trình giúpố ộcác nhà nghiên c u mô hình hóa các quá trình phá h y b ng vi c thi t l p các phứ ủ ằ ệ ế ậ ươngtrình đ i s mô t ng x c a v t li u v i các bi n trình bày trên b ng 2.1 ạ ố ả ứ ử ủ ậ ệ ớ ế ả

B ng 2 ả 1 Các bi n trong mô hình phá h y v t li u ế ủ ậ ệ

Tính ch t c h cấ ơ ọ Ki uể Bi n tr ng tháiế ạ Bi nế

liên k tế

Bi n quan sát ế Bi n n i ế ộ

Bi n c ng đ ngế ứ ẳ

hướng

Bi n phá h y vô h ế ủ ướ ng: xét m t phân t th tích v t li u v i kích thộ ố ể ậ ệ ớ ước đ nh đủ ỏ ểtrong nó ch a khuy t t t và tính ch t c h c trong th tích này liên t c G i Aứ ế ậ ấ ơ ọ ể ụ ọ 0 là t ngổ

di n tích c a các b m t c a phân t này, A là di n tích b m t ch a khuy t t t c a phânệ ủ ề ặ ủ ố ệ ề ặ ứ ế ậ ủ

t , ố n⃗ là véc t pháp tuy n trên b m t A Bi n phá h y Dơ ế ề ặ ế ủ n được đ nh nghĩa nh sau:ị ư

D n=A0−A

A0

(2.1)

V i Dớ n = 0 - v t li u không t n t i khuy t t t; Dậ ệ ồ ạ ế ậ n = Dc - v t li u ch a khuy t t t, v iậ ệ ứ ế ậ ớkim lo i 0,2 < D < 0,8 Giá tr c a ạ ị ủ D⃗n ph thu c vào hụ ộ ướng n⃗, n u khuy t t t c u trúcế ế ậ ấphân b đ u theo t t c các hố ề ấ ả ướng thì D⃗n không ph thu c vào hụ ộ ướng n⃗, khi đó D⃗n

chính là m t đ i lộ ạ ượng vô hướng đượ ọc g i là D

Hình 2.3 Phân t th tích ch a khuy t t t ố ể ứ ế ậ

Trong nhi u trề ường h p, bi n phá h y vô hợ ế ủ ướng được tính d a trên mô đun đànự

h i c a v t li u theo công th c sau:ồ ủ ậ ệ ứ

D= E0−E eff

(2.2)

trong đó E0, Eeff - mô đun đàn h i khi v t li u không ch a khuy t t t và khi v t li uồ ậ ệ ứ ế ậ ậ ệ

ch a khuy t t t.ứ ế ậ

Trong v t li u th c, khuy t t t c u trúc phân b khác nhau theo các hậ ệ ự ế ậ ấ ố ướng Vì v y,ậ

gi thi t v t li u đ ng hả ế ậ ệ ẳ ướng ch mang tính tỉ ương đ i Bên c nh đó, trong quá trình bi nố ạ ế

d ng, m i vùng v t li u l i có m c đ bi n d ng khác nhau S hình thành và phát tri nạ ỗ ậ ệ ạ ứ ộ ế ạ ự ể

v t n t, l tr ng cũng khác nhau theo s tác đ ng c a ng su t h u hi u trong t ng vùngế ứ ỗ ố ự ộ ủ ứ ấ ữ ệ ừ

v t li u.ậ ệ

ng su t t ng đ ng liên h v i bi n phá h y vô h ng theo công th c:

σ eq= σ

1−D

(2.3)

Khi trong v t li u t n t i khuy t t t, tính ch t v t li u thay đ i, bi n phá h y vôậ ệ ồ ạ ế ậ ấ ậ ệ ổ ế ủ

hướng được xác đ nh b i s thay đ i y M t đ v t li u thay đ i có th xem nh m tị ở ự ổ ấ ậ ộ ậ ệ ổ ể ư ộ

bi n đ xác đ nh m c đ khuy t t t t n t i trong v t li u, đi n tr thay đ i cũng là m tế ể ị ứ ộ ế ậ ồ ạ ậ ệ ệ ở ổ ộthông s xác đ nh đố ị ược m c đ khuy t t t vi mô, gi i h n m i thay đ i xác đ nh đứ ộ ế ậ ớ ạ ỏ ổ ị ược th iờgian ch u t i còn l i c a v t li u S thay đ i hành vi c h c c a v t li u thông qua giá trị ả ạ ủ ậ ệ ự ổ ơ ọ ủ ậ ệ ị

ng su t có th d báo đ c phá h y v t li u

Trên đường cong ng su t –bi n d ng (hình 2.4), hành vi c a v t li u trong mi nứ ấ ế ạ ủ ậ ệ ề

MF được mô t b ng mô hình phá h y v t li u Trong mi n này, v t li u b t đ u xu tả ằ ủ ậ ệ ề ậ ệ ắ ầ ấ

hi n khuy t t t, khuy t t t có th t n t i trong quá trình đúc, hình thành trong quá trìnhệ ế ậ ế ậ ể ồ ạ

t o hình v t li u Khuy t t t tích t càng nhi u thì mô đun đàn h i c a v t li u càng gi mạ ậ ệ ế ậ ụ ề ồ ủ ậ ệ ảvà kh năng ch u t i c a v t li u gi m theo Khi ng su t gi m t i giá tr nh nh t thì v tả ị ả ủ ậ ệ ả ứ ấ ả ớ ị ỏ ấ ậ

li u m t hoàn toàn kh năng ch u t i ệ ấ ả ị ả

n A

0 200 400 600 800 1000

Hình 2.4 Đ ườ ng cong ng su t bi n d ng c a thép C45 ứ ấ ế ạ ủ

Vai trò chính c a mô hình phá h y v t li u là d đoán v trí đ u tiên xu t hi nủ ủ ậ ệ ự ị ầ ấ ệkhuy t t t và m c đ bi n d ng c a v t li u t i v trí đó T khái ni m chung, mô hìnhế ậ ứ ộ ế ạ ủ ậ ệ ạ ị ừ ệphá h y v t li u đ i di n cho s suy gi m kh năng ch u t i c a v t li u do s hình thànhủ ậ ệ ạ ệ ự ả ả ị ả ủ ậ ệ ựkhuy t t t bên trong v t li u Mô hình này đế ậ ậ ệ ược thi t l p m t s lế ậ ộ ố ượng các thông s môố

t t ng khuy t t t t n t i bên trong v t li u trong su t quá trình bi n d ng Khi các thôngả ổ ế ậ ồ ạ ậ ệ ố ế ạ

s này đ t t i giá tr t i h n, phá h y v t li u x y ra ố ạ ớ ị ớ ạ ủ ậ ệ ả

Mô hình phá h y đủ ược s d ng nh m t công c trong các ph n m m mô ph ng dử ụ ư ộ ụ ầ ề ỏ ựbáo phá h y v t li u nh m m c đích t i u quá trình s n xu t th c t Mô hình phá h yủ ậ ệ ằ ụ ố ư ả ấ ự ế ủchia làm hai lo i chính: mô hình liên k t và mô hình không liên k t Mô hình không liênạ ế ế

k t, đó bi n phá h y không tác đ ng đ n tính ch t v t li u, nó ch đế ở ế ủ ộ ế ấ ậ ệ ỉ ược tính toán trongquá trình h u x lý khi phân tích k t qu b ng phậ ử ế ả ằ ương pháp ph n t h u h n Ngầ ử ữ ạ ượ ạc l i,

mô hình phá h y liên k t đó bi n phá h y g n li n v i đ b n c a v t li u trong quáủ ế ở ế ủ ắ ề ớ ộ ề ủ ậ ệtrình bi n d ng và kh năng ch ng l i s bi n d ng v t li u.ế ạ ả ố ạ ự ế ạ ậ ệ

Trong mô hình phá h y, bi n phá h y D thay vì giá tr b ng 1, có th quy ủ ế ủ ị ằ ể ước khi D

đ t t i giá tr t i h n Dạ ớ ị ớ ạ c, v t li u b phá h y Ngậ ệ ị ủ ưỡng phá h y ph thu c vào b n ch t v tủ ụ ộ ả ấ ậ

li u cũng nh hàm t i tr ng tác d ng lên v t li u, phá h y x y ra khi:ệ ư ả ọ ụ ậ ệ ủ ả

Ch tiêu phá h y phá h y là m t hàm ph thu c vào nhi u bi n s , nó đỉ ủ ủ ộ ụ ộ ề ế ố ược bi uể

di n dễ ướ ại d ng t ng quát:ổ

0

ε c

f(X i)d ε p=1,(i=1,2 , … n) (2.5)trong đó εc là giá tr c a bi n d ng d o tị ủ ế ạ ẻ ương đương t i th i đi m phá hu , ạ ờ ể ỷ εp bi n d ngế ạ

d o, các bi n Xẻ ế i có th là ng su t, bi n d ng, t c đ bi n d ng Hàm tích lũy h h i cóể ứ ấ ế ạ ố ộ ế ạ ư ạ

th bi u di n: ể ể ễ

cho m t d ng bài toán Vì v y khi nghiên c u ng x c a v t li u xác đ nh rõ đ c đi m,ộ ạ ậ ứ ứ ử ủ ậ ệ ị ặ ểcác đi u ki n biên c a bài toán đ l a ch n mô hình phù h p Các mô hình này đề ệ ủ ể ự ọ ợ ược chialàm hai nhóm d a trên c s c h c phá h y v t li u.ự ơ ở ơ ọ ủ ậ ệ

2.2.1 Mô hình phá hủy trên cơ sở cơ học môi trường liên tục

Người đi tiên phong trong nghiên c u xây d ng mô hình phá h y v t li u làứ ự ủ ậ ệMcClintock [29], ông quan sát và phân tích s l n lên c a các l tr ng hình tr sinh ra doự ớ ủ ỗ ố ụ

ng su t kéo Tác gi k t lu n r ng các l tr ng này phát tri n nhanh và là nguyên nhân

gây nên phá h y v t li u S phát tri n c a khuy t t t v t li u ph thu c vào ng su tủ ậ ệ ự ể ủ ế ậ ậ ệ ụ ộ ứ ấ

th c p mà không ph thu c nhi u vào ng su t th y tĩnh Ti p theo, Rice và Tracey [35]ứ ấ ụ ộ ề ứ ấ ủ ế

ti p t c phát tri n mô hình c a McClintock, các tác gi k t lu n r ng nh ng l tr ng hìnhế ụ ể ủ ả ế ậ ằ ữ ỗ ố

tr và hình c u đ u phát tri n theo hụ ầ ề ể ướng kính, chúng thay đ i c v kích thổ ả ề ước và hình

d ng khi v t li u ch u t i S thay đ i y ph thu c r t l n vào ch s tr ng thái ng su t.ạ ậ ệ ị ả ự ổ ấ ụ ộ ấ ớ ỉ ố ạ ứ ấSau đó, Hancock và MacKenzie [22] ti n hành các thí nghi m và công b s phát tri n c aế ệ ố ự ể ủ

l tr ng không ch theo m t hỗ ố ỉ ộ ướng mà nhi u hề ướng khác nhau, t c đ phát tri n phố ộ ể ụthu c ch y u vào ch s tr ng thái ng su t ộ ủ ế ỉ ố ạ ứ ấ

Người đ a mô hình c a Hancock và MacKenzie vào ng d ng rông rãi trong cácư ủ ứ ụ

ph n m m mô ph ng s hi n nay là Johnson – Cook(JC), tác gi đã tính t i nh hầ ề ỏ ố ệ ả ớ ả ưởng c aủcác y u t quan tr ng trong công ngh t o hình nhi t đ cao v i t c đ bi n d ng vàế ố ọ ệ ạ ở ệ ộ ớ ố ộ ế ạ

m c đ bi n d ng l n JC cho r ng phá h y x y ra khi khuy t t t trong v t li u đ t đ nứ ộ ế ạ ớ ằ ủ ả ế ậ ậ ệ ạ ế

m t giá tr t i h n và ph thu c không ch s tr ng thái ng su t mà còn ph thu c vàoộ ị ớ ạ ụ ộ ỉ ố ạ ứ ấ ụ ộ

t c đ bi n d ng và nhi t đ t o hình K t lu n này đã bao quát đố ộ ế ạ ệ ộ ạ ế ậ ược nh ng y u t c nữ ế ố ầthi t nh hế ả ưởng tr c ti p đ n quá trình t o hình và đ a mô hình này vào ng d ng đ dự ế ế ạ ư ứ ụ ể ựbáo h h i và phá h y cho nhi u bài toán ư ạ ủ ề

2.2.2 Mô hình phá hủy trên cơ sở quan sát hiện tượng

Phá h y v t li u là k t qu c a quá hình hình thành phát tri n và h p nh t c a cácủ ậ ệ ế ả ủ ể ợ ấ ủ

l tr ng, v t n t bên trong v t li u Kích thỗ ố ế ứ ậ ệ ướ ủc c a các khuy t t t thay đ i t vi mô đ nế ậ ổ ừ ếkích thước vĩ mô Khuy t t t vĩ mô có th quan sát đế ậ ể ược b ng th c nghi m, tính ch t v tằ ự ệ ấ ậ

li u ch a khuy t t t d ng này xác đ nh đệ ứ ế ậ ạ ị ược nh tính toán đ b n c a v t li u Các môờ ộ ề ủ ậ ệhình phá h y đủ ược xây d ng trên c s quan sát hi n tự ơ ở ệ ượng nh Lemaitre, tác gi s d ngư ả ử ụ

ng su t h u hi u nh m t thông s quan tr ng nh t quy t đ nh đ n s hình thành

khuy t t t vĩ mô trong v t li u Cùng xây d ng mô hình đ mô t phá h y vĩ mô là,ế ậ ậ ệ ự ể ả ủChaboche và Benallal et al

Trong nh ng năm g n đây, mô hình mô t ng x phá h y d o c a v t li u kimữ ầ ả ứ ử ủ ẻ ủ ậ ệ

lo i đạ ược nhi u nhà khoa h c quan tâm nghiên c u, xây d ng Các mô hình không ch môề ọ ứ ự ỉ

t s hình thành, phát tri n h p nh t c a các l tr ng mà còn mô t tác đ ng c a bi nả ự ể ợ ấ ủ ỗ ố ả ộ ủ ế

d ng, ng su t, ch s tr ng thái ng su t, thông s Loge đ n phá h y v t li u Đi n hìnhạ ứ ấ ỉ ố ạ ứ ấ ố ế ủ ậ ệ ểlà mô hình T Wierzbicki and L Xue [48] và Wierzbicki [48]

B ng 2.2 ả Mô hình phá h y v t li u kim lo i ủ ậ ệ ạ

Mô hình phá h y v t li u trên c s c h c môi tr ủ ậ ệ ơ ở ơ ọ ườ ng liên t c ụ

t c đ bi n d ng và m c đ bi n d ng l n ố ộ ế ạ ứ ộ ế ạ ớ

Bi n phá h y D trong mô hình đế ủ ược bi u di n theo công th c (2.7):ể ễ ứ

ε f bi n d ng tế ạ ương đương d n đ n phá h y Bi n d ng này ph thu c vào m c đẫ ế ủ ế ạ ụ ộ ứ ộ

bi n d ng, t c đ bi n d ng và nhi t đ , t s gi a ng su t ba chi u ế ạ ố ộ ế ạ ệ ộ ỉ ố ữ ứ ấ ề σ¿

σ eq

H - ng su t th y tĩnh, ứ ấ ủ σeq - ng su t tứ ấ ương đương Von Mises, ε.∗¿

¿ - t c đ bi nố ộ ế

d ng không th nguyên, Tạ ứ * - t s nhi t đ , Dỉ ố ệ ộ 1, D2, D3, D4, D5 các h s v t li u, phá h y v tệ ố ậ ệ ủ ậ

li u x y ra khi D ệ ả  1