Nghiên cứu xác định miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ liên tục khi gia công trên máy công cụ điều khiển số CNC

Giới thiệu chung về phương pháp gia công biến dạng tạo hình cục bộ liên tục và máy công cụ CNC. Lý thuyết về gia công biến dạng dẻo kim loại. Thiết kế và xây dựng phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục. Phương pháp phần tử hữu hạn dùng trong mô phỏng. Xác định miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ liên tục khi gia công trên máy CNC và ứng dụng vào sản phẩm phức tạp.

-

TẠ DUY THUẦN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH CHO

QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CỤC BỘ LIÊN TỤC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

Chuyên ngành : Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHẾ TẠO MÁY

TS NGUY ỄN ĐỨC TOÀN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những gì mà tôi viết trong luận văn là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các Tác giả khác nếu

có đều trích dẫn nguồn gốc cụ thể

Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây

Hà nội, tháng 04 năm 2013

Học viên

Tạ Duy Thuần

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS: Nguyễn Đức Toàn, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học, Viện

Cơ khí của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt Bộ môn gia công vật liệu đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận Văn này

Do năng lực bản thân còn hạn chế nên Luận Văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy giáo, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Tạ Duy Thuần

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

PHẦN MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Mục đích nghiên cứu 8

3 Đối tượng nghiên cứu 9

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 9

5 Giới hạn của đề tài 9

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 9

7 Phương pháp nghiên cứu 9

8 Bố cục của luận văn 10

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BIẾN DẠNG TẠO HÌNH CỤC BỘ LIÊN TỤC VÀ MÁY CÔNG CỤ CNC 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.2 Máy công cụ điều khiển số 13

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số 13

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ 14

1.3 Khái quát về hệ thống điều khiển CNC 18

1.3.1 Khái niệm hệ điều khiển số 18

1.3.2 Các dạng điều khiển số 18

1.3.3 Hệ điều khiển CNC ( Computer Numerical Control) 18

1.3.4 Một số hệ điều hành 19

1.4 Các chỉ tiêu gia công của máy CNC 20

1.4.1 Thông số hình học 20

1.4.2 Thông số gia công 20

1.4.3 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam 21

1.5 Kết luận chương 1 22

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 23

2.1 Khái niệm 23

2.2 Giải thích sự trượt 23

2.3 Giải thích hiện tượng song tinh 24

2.4 Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo 24

2.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại 26

2.5.2 Tốc độ biến dạng và nhiệt độ 26

2.5.3 Thành phần và tổ chức kim loại 26

2.6 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức của kim loại 27

2.6.1 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại 27

2.6.2 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại 27

2.6.3 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới hoá tính 27

2.7 Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công bằng áp lực 27

2.7.1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo 27

2.7.2 Định luật ứng suất dư 28

2.7.3 Định luật thể tích không đổi 28

2.7.4 Định luật trở lực bé nhất 29

2.8 Lý thuyết ứng suất 29

2.8.1 Trạng thái ứng suất 29

2.8.2 Trạng thái biến dạng 31

2.9 Điều kiện dẻo và định luật chảy dẻo 33

2.9.1 Khái niệm tổng quát 33

2.9.2 Điều kiện dẻo cường độ ứng suất tiếp 34

2.9.3 Điều kiện dẻo ứng suất tiếp lớn nhất 36

2.10 Kết luận chương 2 38

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG TẠO HÌNH CỤC BỘ LIÊN TỤC 39

3.1 Giới thiệu chung 39

3.2 Đường dụng cụ trong biến dạng tạo hình cục bộ liên tục 43

3.3 Mô hình cơ khí biến dạng cục bộ 47

3.3.1 Tìm ra hình dáng cuối cùng trên nguyên tắc năng lượng tối thiểu 49

3.3.2 Tìm sự phân phối biến dạng sử dụng nghịch đảo FEM 52

3.4 Kết luận chương 3 59

CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN DÙNG TRONG MÔ PHỎNG 60

4.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 60

4.2 Các mô hình toán học của phương pháp phần tử hữu hạn 62

4.2.1 Phương trình mô tả chuyển vị 62

4.2.2 Phương trình mô tả lực hút 62

4.2.3 Phương trình vi phân đường đàn hồi 63

4.3 Giới thiệu một số phần mềm FEM 63

4.3.1 Ansys 63

4.3.2 Catia 66

4.3.3 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng ABAQUS sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 68

4.4 Các bước thực hiện bài toán phần tử hữu hạn 68

4.5 Kết luận 69

CHƯƠNG V: XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH CHO QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH CỤC

BỘ LIÊN TỤC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC VÀ ỨNG DỤNG VÀO SẢN

PHẨM PHỨC TẠP 70

5.1 Miền ổn định trong quá trình tạo hình cục bộ liên tục 70

5.2 Vật liệu gia công tấm SPCC 72

5.3 Quá trình tạo hình cục bộ liên tục bằng phương pháp mô phỏng 73

5.3.1 Mô phỏng thực nghiệm 75

5.3.2 Tiêu chuẩn phá hủy dẻo 77

5.4 Miền ổn định cho quá trình gia công tấm với vật liệu SPCC 81

5.4.1 Áp dụng tạo mẫu nhanh cho các chi tiết có bề mặt phức tạp 82

5.4.2 So sánh qua mô phỏng vào thực nghiệm các sản phẩm 83

5.5 Kết luận chương 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

LỜI CẢM ƠN 87

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống gá đặt trên CNC 12

Hình 1.2: Máy robot CNC 12

Hình 1.3: Sơ đồ gá lắp 13

Hình 1.4 Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC 15

Hình 1.5 Các trục toạ độ trên máy CNC 17

Hình 2.1 Sơ đồ lệch 24

Hình 2.2 Sơ đồ song tinh 25

Hình 2.3: Trạng thái ứng suất khối của phân tố 30

Hình 2.4: Tiêu chuẩn chảy dẻo Von Mises 35

Hình 2.5: Bề mặt chảy dẻo Von Mises trong không gian ứng suất chính 36

Hình 2.6: Tiêu chuẩn chảy dẻo Tresca trong mặt phẳng 37

Hình 2.7: Các tiêu chuẩn chảy trên mặt phẳng lệch 37

Hình 2.8: Các bề mặt chảy dẻo không gian ứng suất chính 38

Hình 3.1 Các sản phẩm tạo mẫu nhanh từ biến dạng dẻo cục bộ liên tục a) nha khoa, b) y tế, c) lòng đèn pha, d) điêu khắc, e) bỏ ô tô 40

Hình 3.2: Máy CNC xây dựng ISMF 41

Hình 3.3: Bản vẽ chi tiết 42

Hình 3.4: Dụng cụ đầu chỏm cầu 42

Hình 3.5: Sinh đường dụng cụ trong mô phỏng và tạo hình cục bộ liên tục 44

Hình 3.6: Mô phỏng đường gia công 44

Hình 3.7: Mối quan hệ hình học dụng cụ và chi tiết theo phương ngang 45

Hình 3.8: Mối quan hệ hình học dụng cụ và chi tiết theo phương thẳng đứng 47

Hình 3.9: Hai vị trí liên tiếp của dụng cụ tạo hình 50

Hình 4.1: Quá trình các miền và nội suy các hàm quan hệ 61

Hình 5.1 Giới hạn tạo hình trong biến dạng tạo hình cục bộ liên tục so với các phương pháp truyền thống 72

Hình 5.2 tạo hình bề mặt lõm a) tạo hình bề mặt lồi b) 74 Hình 5.3 kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho hình tháp vuông với các góc độ khác

Hình 5.4 Quá trình gia công trên máy CNC 79

Hình 5.5 Sản phẩm bị hỏng với góc thành tương thay đổi 79

Hình 5.6: Chiều cao đạt được sau khi tạo hình cục bộ liên tục với góc thành tường khác nhau 80

Hình 5.7: Miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ 81

Hình 5.8: Mô phỏng và taọ mẫu nhanh bề mặt phức tạp 83

Hình 5.9: Sản phẩm của quá trình tạo hình cục bộ bằng tạo mẫu nhanh 84

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Trong một vài năm gần đây hàng loạt các phương pháp cắt phôi tấm kim loại được phát triển Vì nó không sử dụng phương pháp khuôn, mà là phương pháp cắt khuôn kim loại tấm, còn được gọi là phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục có hiệu quả trong việc sử dụng tạo mẫu nhanh và chế tạo mẫu thử nhỏ Ngày nay, nó trở thành một trong những chủ đề nghiên cứu và phát triển hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp

Biến dạng tạo hình cục bộ liên tục là một quá trình sáng tạo trong sản xuất các sản phẩm kim loại tấm bằng máy tính điều khiển số (CNC) với chuyển động tạo hình của một dụng cụ đơn giản hình thành biên dạng kim loại tấm như mong muốn Quá trình này liên quan đến việc sử dụng của một dụng cụ hình chỏm cầu để thực hiện biến dạng cục bộ liên tục kim loại tấm trên một máy phay CNC Có thể phối hợp điều khiển chuyển động theo 3 chiều X,Y,Z Quá trình cung cấp một phương pháp tạo mẫu nhanh cho các sản phẩm của kim loại tấm trực tiếp từ mô hình 3D có trợ giúp của máy tính thiết kế mô hình trên (CAD,CAM) để hoàn thiện sản phẩm Để có được đường dẫn dụng cụ cho một hình dạng phức tạp, một tập tin CAD của phần được thiết kế hình thành, sau đó nhập vào để hỗ trợ sản xuất bằng phần mền máy tính (CAM) và mô phỏng

Chính vì lý do trên tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xác định miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ liên tục khi gia công trên máy công cụ điều khiển số CNC” để nghiên cứu

2 M ục đích nghiên cứu

Mục đích chính của đề tài là tìm miền ổn định của phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục qua đó ứng dụng vào gia công kim loại tấm có biên dạng phức tạp trên máy điều khiển số CNC để đạt được các kết quả như trong nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

Máy CNC kết hợp với phần mềm (CAD, CAM) trong gia công biến dạng tạo hình cục bộ liên tục kim loại tấm xác định được miền ổn định cho một vật liệu cụ thể và ứng dụng để tạo hình cục bộ liên tục các bề mặt phức tạp

4 Nhi ệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ gia công của máy CNC

Nghiên cứu lý thuyết biến dạng dẻo kim loại

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hình gia công cục bộ liên tục

Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn trong mô phỏng

Nghiên cứu xác định miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ liên tục khi gia công trên máy công cụ điều khiển số

Ứng dụng vào để gia công biên dạng phức tạp trong gia công tạo hình cục bộ liên tục

5 Gi ới hạn của đề tài

Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu xác định miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ liên tục kim loại tấm khi gia công trên máy công cụ điều khiển số CNC bằng việc tìm miền ổn định và ứng dụng gia công tạo hình các bề mặt phức tạp

6 Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Đề tài mở ra hướng nghiên cứu gia công các sản phẩm không cần gia công khuôn mà vẫn tạo ra được các chi tiết có biên dạng phức tạp, ứng dụng phát triển mạnh trong tương lai khi gia các biên dạng tấm có độ chính xác cao và hình dạng phức tạo như vỏ ôtô xe máy…

Hiệu quả về kinh tế- xã hội: Việc nghiên cứu phương pháp giúp tiết kiệm thời gian gia công, giảm chi phí trong việc làm khuôn Nó cũng có ứng dụng trong sản suất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc

7 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên đến lĩnh vực

về đề tài

Tiến hành các thí nghiệm

Phân tích và đánh giá kết quả

8 B ố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, công việc trong tương lai, các danh mục, các tài liệu tham khảo và phụ lục của luận văn Nội dung của luận văn bao gồm 5 chương

Chương I: Giới thiệu chung về phương pháp công tạo hình cục bộ liên tục (ISMF) Chương II: Lý thuyết về gia công biến dạng dẻo kim loại

Chương III: Thiết kế và xây dựng phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục Chương IV: Phương Pháp phần tử hữu hạn

Chương V: Ứng dụng xác định miền ổn định cho quá trình tạo hình cục bộ liên tục khi gia công trên máy CNC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BIẾN

D ẠNG TẠO HÌNH CỤC BỘ LIÊN TỤC VÀ MÁY CÔNG CỤ CNC

1.1 Gi ới thiệu chung

Một số phương pháp ISMF đã và đang được phát triển trên thế giới, Nakajima là người đầu tiên đề xuất khái niệm máy tính linh hoạt kiểm soát quá trình hình thành và

dự đoán sự phát triển của hình thành gia công cục bộ liên tục (Nakjima 1979) Trong những năm tiếp theo, một số lượng đáng kể các phát triển cũng ra đời Mori và Yamamôt đề xuất một phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục, trong đó sự hình thành được thực hiện bởi một loạt các chuyển động sử dụng chày hình chỏm cầu vào tấm kim loại theo hướng 3D (Mori 1996) Saotome và Okamoto đã thiết kế hệ thống định vị hình thàntạo hình gia công cục bộ tới cấu trúc vỏ 3D (Saotome và Okamoto, 2001) Schafer và Shaft đã sử dụng rôbốt công nghiệp trong tạo hình cục bộ liên tục( Schafer và Schaft 2005) Callegari (2008) đã sử dụng một máy động học song song để thử nghiệm phương pháp này Amino và Ro (2001) đã thiết kế và xây dựng một hệ thống biến dạng cục bộ liên tục điều khiển bởi máy công cụ CNC Chi tiết được tạo ra sau hàng loạt các chuyển động tạo hình cục bộ liên tục với dụng cụ tròn xoay đầu chỏm cầu

Phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục cũng được nghiên cứu bởi Kopac Cam pus (2005), Kim và Park (2003)… Callegari (2007) đã so sánh ưu điểm của phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục bằng cách sử dụng rôbốt di động và máy CNC Hình 1, 2 như sau:

Hình 1.1: Hệ thống gá đặt trên CNC

Hình 1.2: Máy robot CNC

Mặc dù đã có 30 năm nghiên cứu và phát triển, công nghệ ISMF vẫn là sớm cho

vật liệu và công cụ tạo hình, do đó cần được làm mát bằng dung dịch trơn nguội; (c)

Độ nhám bề mặt thấp; (d) Năng suất thấp

Chương này chúng tôi giới thiệu về phương pháp biến dạng tạo hình cục bộ liên tục Nó sử dụng dụng cụ tạo hình đầu chỏm cầu di chuyển và điều khiển bởi một máy CNC (Luo 2010a,2010b) Phương pháp gia công cục bộ liên tục có thể chia ra thành 2 loại: 1 là có khuôn hỗ trợ, không cần khuôn hỗ trợ, như minh họa ở hình 3a và 3b tương ứng Trước đây chi tiết được tạo hình khá đơn giản, nhưng sau đó chi tiết được tạo hình với độ chính xác cao hơn và các chi tiết có hình dáng phức tạp hơn

Hình 3a Hình 3b

Hình 1.3: Sơ đồ gá lắp

1.2 Máy công cụ điều khiển số

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số

Một máy công cụ điều khiển số muốn hoạt động được thì nó yêu cầu phải được cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó được coi như một thứ ngôn ngữ chung để giao tiếp giữa người với máy

Khi ta soạn thảo chương trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là ta đưa toàn bộ các thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công cụ

trở thành dạng có thể hiểu được cho hệ điều khiển của máy và thông báo cho nó theo một hình thức thích hợp

Thực chất của việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu thông tin yêu cầu Các dữ liệu đó bao gồm:

a- Các thông tin hình học ( đó là các dữ liệu tạo hình hay các số liệu về đường dịch chuyển của dụng cụ cắt trong quá trình gia công )

b- Các thông tin công nghệ ( như số vòng quay trục chính, chiều quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, gọi dao, hiệu chỉnh máy và dao và bơm dung dịch tưới nguội…)

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ

1.2.2.1 Chuyển động các trục

Trên thực tế bạn không cần xác định xem phải quay mô tơ bao nhiêu vòng Chuyển động của các trục được điều khiển đơn giản hơn và logic hơn qua các tọa độ

Có hai hệ trục tọa độ hay được dùng nhất là hệ tọa độ vuông góc (hệ tọa độ Đề các) và

hệ tọa độ cực (polar) Trong các máy gia công hệ tọa độ Đề các phổ biến hơn Chúng

ta đã được học về hệ tọa độ trong trường phổ thông và những kiến thức đó đủ cho chúng ta tiếp tục hành trình tìm hiểu công nghệ CNC Điểm khác so với đồ thị của điểm và đường trong tọa độ toán học là với máy CNC, các giá trị tọa độ thực tế không liên tục mà thay đổi theo bước (increment), hay còn gọi là độ phân giải Ví dụ với hệ

đo mét, bước dịch chuyển tối thiểu thường là 1/1000mm, tức 0.001mm, còn trong hệ

đo inch, bước dịch chuyển tối thiểu là 0.0001inch Với chuyển động quay, bước dịch chuyển của góc quay cho cả hai hệ đo thường được lấy là 0.001°

Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có điểm gốc Ứng với các bài toán kỹ thuật, chúng được gọi là điểm gốc (hay chuẩn, hay điểm 0) của chương trình, của phôi hay của chi tiết Thuật ngữ tiếng Anh tương ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero

1.2.2.2 Hệ toạ độ

Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi

Để thống nhất hoá mối tương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau, người ta tiêu chuẩn hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của chúng

Ví dụ theo tiêu chuẩn ISO 841 hay tiêu chuẩn DIN 66127thì hệ thống trục toạ độ cho các máy điều khiển số được xác định như sau:

Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được xác định bởi hệ toạ

độ vuông góc của bàn tay phải (hình 1.1) Hệ toạ độ này luôn luôn được gán lên chi tiết gia công

Hình 1.4 Ký hiệu các trục tọa độ trên máy CNC

Khi lập trình, chi tiết luôn được coi là đứng yên Các chuyển động luôn thuộc về dao cụ Trong thực tế trên từng loại máy cụ thể thì việc qui định này không hoàn toàn đúng bởi vì có những chiếc máy trong quá trình gia công thì chi tiết có thể tham gia thực hiện một vài chuyển động, điều này dễ làm cho người vận hành nhìn nhận không chính xác về hướng chuyển động của các trục

Các trục quay tương ứng với trục X,Y, Z được kí hiệu là A, B, C Chiều quay dương (positiv) tương ứng với chiều quay thuận chiều kim đồng hồ (CW=Counter clockwise) khi ta nhìn theo chiều dương của trục tịnh tiến

Để bố trí thứ tự của các trục toạ độ phù hợp với các chiều chuyển động của máy, tiêu chuẩn ISO 841 hay DIN 66127 qui định:

Trục toạ độ Z

Nếu các máy có trục chính không xoay nghiêng được thì trục Z nằm song song với trục chính công tác hoặc chính là đường tâm trục đó

Nếu trục chính của máy xoay nghiêng được và chỉ có một vị trí xoay nghiêng song song với một trục toạ độ nào đó thì chính trục toạ độ là trục Z

Nếu trục chính xoay nghiêng được song song với nhiều trục toạ độ khác nhau thì trục Z chính là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết chính của máy

Nếu trục chính xoay nghiêng được theo một hướng nghiêng với chính nó thì trục này ký hiệu là W

Nếu máy có nhiều trục chính công tác thì ta sẽ chọn một trong số trục đó làm trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết

Còn nếu máy không có trục chính công tác thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết

Trục toạ độ X

Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thường được ưu tiên theo phương nằm ngang Chiều của trục X được xác định như sau:

Thứ nhất: Trên các máy có dao quay tròn

+ Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

+ Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

Nếu máy có hai thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên phải

Thứ hai: Trên các máy có chi tiết quay tròn

+ Trên các máy có chi tiết gia công quay tròn thì trục X nằm theo phương hướng kính của chi tiết và chiều dương của trục đi từ trục tâm chi tiết đến bàn kẹp dao chính

Hình 1.5 Các trục toạ độ trên máy CNC

Thứ ba: Trên các máy không có trục chính công tác thì trục X được qui định là trục song song theo hướng gia công chính

1.3 Khái quát v ề hệ thống điều khiển CNC

1.3.1 Khái niệm hệ điều khiển số

Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu

số nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống.Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ,các đại lượng đầu vào là những thông tin,dữ liệu hay số liệu nạp vào

1.3.2 Các d ạng điều khiển số

Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết Qũy đạo của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau Các dạng điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến

1.3.3 H ệ điều khiển CNC ( Computer Numerical Control)

1.3.3.1 Phân bi ệt hệ điều khiển NC và CNC

- Điều khiển NC (Numberical Control)

Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển

Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng

Điều khiển CNC(Computerized Numerical Control)

Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi

Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa

là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước

Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều khiển CNC

1.3.3.2 Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC

Nâng cao tính tự động

Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn

Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ Khi so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần

Nâng cao tính linh hoạt

Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật

Nâng cao tính tập trung nguyên công

Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bứơc nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi

Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công

Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định Ngoài ra máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót

Nâng cao hiệu quả kinh tế

Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có quy

mô trung bình và nhỏ Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường

1.3.4 Một số hệ điều hành

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau cho các máy CNC Đó là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đó một số nước đứng đầu phải kể đến Đức, Đài Loan và Trung Quốc…

1.4 Các chỉ tiêu gia công của máy CNC

1.4.1 Thông số hình học

Thông số hình học của máy CNC hay của vùng gia công là thông số của không gian mà trong đó dụng cụ cắt và chi tiết gia công có thể tác động qua lại ở bất cứ vị trí nào Như vậy, trên các máy gia công chi tiết tròn xoay vùng gia công là một khối lăng trụ được xác định bằng bán kính và chiều dài dịch chuyển của các tọa độ.Trên các máy gia công chi tiết hình hộp chữ nhật vùng gia công là một khối hình hộp (đôi khi

là hình lăng trụ) được xác định bằng các chiều dài dịch chuyển của các tọa độ Các điểm giới hạn của vùng làm việc được đánh số ựg tự như ký hiệu số của ma trận Để thuận tiện và dễ nhớ người ta đánh thứ tự các số theo quy tắc sau: Số thứ nhất của các chữ số ký hiệu các ddieermtheo trục thẳng đứng (trục Z), số thứ hai của các chữ số ký hiệu các điểm theo trục dọc (trục X), còn số thứ ba của các số ký hiệu các điểm theo trục nằm ngang (trục Y)

1.4.2 Thông số gia công

Thông số gia công của máy CNC là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp hành và công suất động cơ Người ta dựa vào các thông số hình học ( vùng gia công) như kích thước bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất động

cơ, tốc độ quay của trục chính và lượng chạy dao Năng suất gia công được xác định

là số lượng chi tiết được gia công trong một đơn vị thời gian Năng suất gia công đã được nghiên cứu tổng hợp trong: “giáo trình công nghệ CNC” của tác giả Trần Văn Địch viêt dưới dạng công thức (1.1):

1 1

t t

n

m T

Trong đó:

Ttc: Thời gian từng chiếc trung bình (phút);

m: Số loạt chi tiết được sản xuất trong một năm;

n: Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm;

k: Số lượng các nguyên công kiểm tra;

tct: Thời gian thay đổi chi tiết gia công;

ttd: Thời gian thay dao;

t0: Thời gian cơ bản;

tkt: Thời gian kiểm tra;

tcbkt: Thời gian chuẩn bị- kết thúc

Để tăng năng suất phải giảm thời gian tcbkt Muốn giảm thời gian tcbkt phải dùng đồ gá vệ tinh và giảm số lượng các loạt chi tiết gia công trên máy (trên một máy CNC không nên gia công quá 30÷50 loạt chi tiết trong một năm)

Để tăng năng suất phải giảm ttd Phương pháp làm giảm ttd là dùng hệ thống thay dao tự động Trên các máy thay dao bằng tay nên dụng các hệ thống kẹp nhanh

Để tăng năng suất còn phải giảm thời gian thay đổi các chi tiết gia công Việc này

có thể đạt được nhờ các cơ cấu nhiều vị trí (để thay chi tiết tự động) và đồ gá vệ tinh Đồng thời để tăng năng suất còn phải giảmthời gian t0: tăng tốc độ cắt, sử dụng dao có khả năng cắt với tốc độ cao, đồng thời gia công bằng nhiều dao

Một phương pháp nữa để tăng năng suất là phải giảm thời gian phụ Thời gian phụ được giảm bằng cách tăng tốc độ chạy nhanh của các cơ cấu chấp hành hoặc của dao

1.4.3 Hướng phát triển của máy CNC trên thế giới và Việt Nam

So với các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn, trục già bi, công tắc hành trình ) Máy CNC có tính linh hoạt cao trong công

việc lập trình, đặc biệt có trợ giúp của máy tính, tiết kiệm được thời gian điều chỉnh máy, tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ

Ưu điểm chỉ có trong máy CNC là phương thức làm việc với hệ thống sử lý thông tin “điện tử-số hóa” cho phép nối hệ thống sử lý số trong phạm vi quản lý toàn doanh nghiệp, tạo điều kiện tự đông hóa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông toàn cầu WAN (World Area Network) Cùng với sự phát triển của điện tử, công nghệ thông tin, các chức năng tính toán trong hệ thống CNC là phương thức làm việc và đạt tốc độ sử láy cao nhờ ứng dụng

những thành tựu phát triển của vi sử lý µP Các hệ thống CNC được chế tạo hàng loạt theo phương thức sử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau

Sự đa dạng của sản phẩm dẫn đến giảm số lượng chi tiết gia công trong một lạot và làm tăng giá thành Một số ngành công nghiệp chế tạo do số lượng kiểu sản phẩm và các phương án mẫu mã ngày càng tăng Dây chuyền sản xuất truyền thống không mang lại hiệu quả kinh tế đối với khối lượng lớn chủng loại chi tiết

Các hệ thống gia công linh hoạt có khả năng gia công các chi tiết khác nhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tùy ý Giá thành chế tạo chi tiết kể cả trong điều kiện gia công lạot nhỏ vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao

Tùy theo tính linh hoạt và năng suất, người ta phân loại các hệ thống gia công linh hoạt thành:

- Các tế bào gia công linh hoạt

- Các cụm gia công linh hoạt

- Các dây truyền gia công linh hoạt

- Một hay nhiều cụm gia công

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ

- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chủ đạo

Hạt nhân của tế bào gia công là máy CNC Một trung tâm gia công có trang bị ổ chứa dụng cụ cắt, các trang bị thay đổi gá lắp, hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một tế bào gia công linh hoạt Một hệ thống gia công linh hoạt làm việc tự động đòi hỏi các thiết bị giám sát và đo lường tự động như: Đo kích thước dụng cụ ở trên máy, theo dõi tự động tuổi bền của dao, đo chi tiết

1.5 K ết luận chương 1

Chương này chúng tôi tập trung vào việc giới thiệu chung về lịch sử và sự ra đời công nghệ gia công biến dạng cục bộ liên tục bằng phương pháp ISMF và máy gia công CNC

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ GIA CÔNG BIẾN DẠNG DẺO KIM LOẠI 2.1 Khái niệm

Kim loại khi chịu tác dụng của ngoại lực đều xảy ra ba giai đoạn là biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, phá hủy

Xét biến dạng dẻo là biến dạng mà sau khi đã bỏ lực tác dụng vẫn còn một phần biến dạng dư được giữ lại và trên các phần tử của vật thể không nhận thấy có sự phá huỷ

Biến dạng dẻo ở kim loại bao gồm biến dạng dẻo của đơn tinh và đa tinh

- Biến dạng dẻo của đơn tinh thể:

Là biến dạng dẻo theo cơ chế trượt và song tinh Kim loại khác nhau thì có tính dẻo khác nhau

- Biến dạng dẻo của đa tinh thể:

Đa tinh thể là tập hợp của các đơn tinh Biến dạng của đa tinh gồm 2 dạng:

Biến dạng trong nội bộ hạt :

Gồm sự trượt và song tinh Sự trượt xảy ra đối với các hạt có phương kết hợp với phương của lực tác dụng 450 sẽ trượt trước rồi đến các mặt khác Sự song tinh sảy ra khi có lực tác dụng lớn đột ngột gây ra biến dạng dẻo của kim loại

Biến dạng ở vùng tinh giới :

Tại đây chứa nhiều tạp chất dễ chảy và mạng tinh thể bị rối loạn cho nên sự trượt

và biến dạng thường ở nhiệt độ 0

t > 9500C

2.2 Giải thích sự trượt

Theo thuyết lệch, kim loại kết tinh không sắp xếp theo qui luật một cách lý tưởng

mà thực tế có những chỗ lệch, các nguyên tử ở vị trí lệch luôn có xu hướng trở

về vị trí cân bằng Khi có lực tác dụng thì đầu tiên sự di động xảy ra ở các điểm lệch, các vùng lân cận cũng dịch chuyển theo Cuối cùng lại tạo nên chỗ lệch mới Quá trình cứ tiếp tục đến khi không còn lực tác dụng nữa

Hình 2.1 Sơ đồ lệch

Hiện tượng trượt còn được giải thích bằng một hiện tượng khác đó là sự khuyếch tán khi nhiệt độ tăng cao, các nguyên tử di động mạnh dần và dịch chuyển sang một vị trí cân bằng khác, làm mạng tinh thể bị biến dạng dưới hình thức trượt Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà khi thôi tác dụng lực, kim loại sẽ trở về vị trí ban đầu

2.3 Giải thích hiện tượng song tinh

Dưới tác dụng của ứng suất tiếp, trong tinh thể có sự dịch chuyển tương đối của hàng loạt các mặt nguyên tử này so với các mặt khác Qua một mặt phẳng cố định nào

đó gọi là mặt song tinh Hiện tượng song tinh xảy ra rất nhanh và mạnh khi biến dạng đột ngột, tốc độ biến dạng lớn

2.4 Các hiện tượng xảy ra khi biến dạng dẻo

Sự thay đổi hình dạng hạt: sự thay đổi hình dạng hạt chủ yếu là nhờ quá trình trượt Hạt không những thay đổi về kích thước mà còn có thể vỡ ra thành nhiều khối nhỏ làm tăng cơ tính

Hình 2.2 Sơ đồ song tinh

Sự đổi hướng của hạt: Trước khi biến dạng các hạt sắp sếp không theo một hướng nhất định nào Sự hình thành tổ chức sợi dẫn đến sự sai khác về cơ, lí tính của kim loại theo những hướng khác nhau, làm cho kim loại mất tính đẳng hướng

Sự tạo thành ứng suất dư: Khi gia công áp lực do biến dạng không đều và không cùng một lực nên trong nội bộ vật thể sau khi biến dạng còn để lại ứng suất gọi là ứng suất dư

Có 3 lo ại ứng suất dư:

Ứng suất dư loại 1 (σ1): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều giữa các bộ phận của vật thể

Ứng suất dư loại 2 (σ2): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều giữa các hạt

Ứng suất dư loại 3 (σ3): Là ứng suất dư sinh ra do sự biến dạng không đồng đều trong nội bộ hạt

S ự thay đổi thể tích và thể trọng

Khi biến dạng dẻo trong nội bộ hạt luôn xảy ra hai quá trình:

Tạo ra những vết nứt, khe xốp, lỗ rỗ tế vi do sự vỡ nát của mạng tinh thể khi trượt

và song tinh

Quá trình hàn gắn những lỗ rỗ, vết nứt khi kết tinh lại Do đó khi gia công áp lực, tỉ trọng và thể tích của kim loại bị thay đổi đáng kể

2.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại

2.5.1 Tr ạng thái ứng suất

Trạng thái ứng suất kéo càng ít, nén càng nhiều thì tính dẻo kim loại càng cao

λ Trạng thái ứng suất nén khối làm kim loại có tính dẻo cao hơn nén mặt phẳng và đường thẳng còn trạng thái ứng suất kéo khối thì lại làm tính dẻo kim loại kém đi

Thành phần và tổ chức kim loại liên quan với nhau Kim loại ở trạng thái

nguyên chất hoặc một pha dung dịch rắn bao giờ cũng có tính dẻo cao hơn và dễ biến dạng hơn so với kim loại có cấu tạo hỗn hợp cơ học hoặc hợp chất hoá học

Ví dụ: Thép % C thấp dẻo hơn thép %C cao

2.6 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất và tổ chức của kim loại

2.6.1 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tổ chức và cơ tính kim loại

Tốc độ biến dạng càng tăng thì sự vỡ nát của các hạt càng lớn, độ hạt càng giảm do

2.6.2 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới lý tính kim loại

Biến dạng dẻo làm tăng điện trở, giảm tính dẫn điện và làm thay đổi từ trường trong kim loại

Tính dẫn điện: biến dạng dẻo tạo ra sự sai lệch trong mạng tinh thể làm tính liên tục của điện trường trong tinh thể bị phá vỡ, ngoài ra nó còn tạo những màng chắn cản trở

sự chuyển động tự do của điện tử Đây là nguyên nhân làm tăng điện trở của kim loại Tính dẫn nhiệt: biến dạng dẻo làm giảm tính dẫn nhiệt Do biến dạng dẻo làm xô lệch mạng, làm xô lệch vùng tinh giới, làm giảm biên độ dao động nhiệt của các điện

tử

Từ tính: các sai lệch tạo ra khi biến dạng dẻo làm thay đổi cách bố trí từ

trường cơ bản trong kim loại do đó làm thay đổi từ tính, độ thấm từ,…

2.6 3 Ảnh hưởng của biến dạng dẻo tới hoá tính

Sau khi biến dạng dẻo năng lượng tự do của các kim loại tăng do đó hoạt tính hoá học của kim loại cũng tăng lên

2.7 Các định luật cơ bản áp dụng khi gia công bằng áp lực

2.7 1 Định luật biến dạng đàn hồi tồn tại song song với biến dạng dẻo

Khi gia công áp lực nếu trong kim loại xảy ra biến dạng dẻo bao giờ cũng có một lượng biến dạng đàn hồi kèm theo (được xác định bằng góc đàn hồi, phụ thuộc vào modun đàn hồi E của vật liệu và chiều dày tấm kim loại)

Gia công nguội: kim loại dạng tấm sẽ chịu ảnh hưởng lớn

Gia công nóng: kim loại dạng khối, ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi có thể bỏ qua Thường để áp dụng khi thiết kế khuôn dập, vật dập phải kể đến lượng biến dạng dư

do biến dạng đàn hồi gây ra

2.7 2 Định luật ứng suất dư

Khi gia công áp lực do nung nóng và làm nguội không đều, lực biến dạng, lực

ma sát… phân bố không đều làm phát sinh ra ứng suất dư tồn tại cân bằng bên trong vật thể kim loại Nếu không cân bằng thì sẽ có quá trình tích, thoát ứng suất làm cho vật thể biến dạng ngoài ý muốn để ứng suất dư tồn tại cân bằng

2.7.3 Định luật thể tích không đổi

Thể tích của vật thể trước khi biến dạng bằng thể tích vật thể sau khi biến dạng

Gọi thể tích vật trước khi gia công là Vo

Gọi thể tích vật sau khi gia công là V

Vật thể có chiều cao, rộng, dài trước khi gia công là: h0,b0,l0

Vật thể có chiều cao, rộng, dài sau khi gia công là: h ; b ; l

Theo điều kiện thể tích không đổi ta có : h.b l = h0.b0.l0

Nh ận xét : khi gia công biến dạng nếu tồn tại cả ba ứng biến chính nghĩa là có sự

thay đổi kích thước cả ba chiều thì đầu của một ứng biến phải trái dấu với hai ứng biến kia và có giá trị tuyệt đối bằng tổng của hai ứng biến kia

Hình 2.3: Trạng thái ứng suất khối của phân tố

Trong đó ký hiệu σ để chỉ ứng suất pháp và τ để chỉ ứng suất tiếp

Phương trình bậc 3 đối với σ:

Được gọi là ứng suất pháp trung bình Kết quả nhiều thí nghiệm chứng tỏ rằng trị

số ứng suất pháp trung bình này không gây ra trạng thái biến dạng dẻo của vật liệu Trạng thái ứng suất ứng suất tại 1 điểm được phân thành hai phần, một phần chịu kéo hoặc chịu nén đều về mọi phương với trị số ứng suất bằng ứng suất ứng suất pháp trung bình và một phần khác là bằng trị số ứng suất thực trừ đi ứng suất pháp trung bình

(2.6)

(2.7)

Tensor biểu diễn cho trạng thái ứng suất thứ hai gọi là tensor lệch và có các thành phần như sau:

Tensor biến dạng cũng như các tensor đối xứng khác, ta có thể đưa về trục chính:

Trong đó ε1, ε2, ε3 là các biến dạng dài chính

Nói một cách khác, trạng thái biến dạng tại 1 điểm có thể thưc hiện bằng cách đơn giản là tạo nên sự kéo theo ba phương chính vuông góc với nhau

Trong trường hợp biến dạng bé, các thành phần là nhỏ so với đơn vị, góc xoay cũng nhỏ nên các thành phần biến dạng có dạng:

Ý nghĩa hình học của các thành phần đó như sau:

y y

z

z

y x

2.9 Điều kiện dẻo và định luật chảy dẻo

2.9.1 Khái niệm tổng quát

Với trạng thái ứng suất đơn, ta có thể làm thí nghiệm để tìm thấy giới hạn mà vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo Giới hạn đó chính là giới hạn chảy σs

Với trạng thái ứng suất phẳng hoặc phẳng ta không thể xác định giới hạn đó

một cách tổng quát bằng thí nghiệm được vì giới hạn không những phụ thuộc vào

độ lớn của các ứng suất mà còn phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các ứng suất

Đã có nhiều giả thuyết suy đoán một cách tổng quát giới hạn mà khi vật liệu chịu tới giới hạn đó thì bắt đầu có chảy dẻo

Các giả thuyết đều cố tìm ra sự tương quan nhất định giữa các bất biến của ứng suất Mối tương quan đó được biểu diễn như sau:

Ta gọi đó là điều kiện dẻo

Biến dạng dẻo của vật liệu không phải do áp suất theo mọi phương gây nên nghĩa là tenxơ ứng suất cầu không ảnh hưởng đến điều kiện biến dạng dẻo

Điều kiện biến dạng dẻo chỉ phụ thuộc vào tenxơ ứng suất lệch do đó:

(2.11)

(2.12)

2.9 2 Điều kiện dẻo cường độ ứng suất tiếp

Giả thuyết này do Huber đề ra vào năm 1904 và sau đó là Mises năm 1913 Hai ông đưa ra giả thuyết này hoàn toàn độc lập với nhau vì vậy giả thuyết này được mang tên

Trong đó k là hằng số phụ thuộc vào tính chất vật liệu

Vì cường độ ứng suất tiếp:

Để xác định trị số k ta có thể suy từ trạng thái ứng suất đơn

Biểu thức (2.30) là chung cho trạng thái ứng suất bất kỳ, vậy đối với trạng thái ứng suất đơn biểu thức có dạng:

Ở trạng thái ứng suất đơn vật liệu bước vào giai đoạn chảy khi σ1 đạt tới giới hạn chảy σs

Suy ra

( σ σ − ) + ( σ − σ ) + ( σ − σ ) = 6k

Hình 2.4: Tiêu chuẩn chảy dẻo Von Mises

Trong không gian ứng suất biểu thức (2-28) được biểu diễn bằng một hình trụ với trục có độ nghiêng đều so với các trục tọa độ

Giao điểm của hình trụ với các trục toạ độ là những đoạn thẳng OA, OB, OC có trị

số bằng giới hạn chảy Từ đó ta suy ra bán kính của hình trụ là:

Hình 2.5: Bề mặt chảy dẻo Von Mises trong không gian ứng suất chính

2.9 3 Điều kiện dẻo ứng suất tiếp lớn nhất

Tiêu chuẩn chảy đầu tiên cho trạng thái ứng suất phức hợp của kim loại đã

được đề nghị vào năm 1964 bởi Tresca, ông đã đề xuất rằng chảy dẻo sẽ xảy ra khi ứng suất trượt cực đại của điểm đạt đến giá trị giới hạn k

Phát biểu tiêu chuẩn này theo các ứng suất chính, một nửa giá trị tuyêt đối lớn nhất của các hiệu giữa các cặp ứng suất chính phải bằng k lúc chảy dẻo, nghĩa là

σpl

1200

23

Suy ra

2

s

k =σ

Hình 2.6: Tiêu chuẩn chảy dẻo Tresca trong mặt phẳng

Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính thể hiện điều kiện dẻo của Tresca là một hình lăng trụ sáu mặt đều

Nếu hai tiêu chuẩn được làm được làm cho phù với ứng suất chảy kéo đơn trục σs,

hệ số ứng suất chảy trong trượt k giữa hai tiêu chuẩn Von Mises và Tresca là

Hình 2.7: Các tiêu chuẩn chảy trên mặt phẳng lệch

(2.17)

Hình 2.8: Các bề mặt chảy dẻo không gian ứng suất chính

2.10 Kết luận chương 2

Chúng tôi trình bày mô hình lý thuyết chảy dẻo của vật liệu, các trạng thái ứng suất, biến dạng của vật liệu các điều kiện chảy dẻo theo các tính chất khác nhau Trên

cơ sở đó đưa ra các giới hạn chảy dẻo, lý thuyết về đường cong giới hạn tạo hình cục

bộ liên tục khi gia công với vật liệu SPCC là vật liệu cần khảo sát

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG

T ẠO HÌNH CỤC BỘ LIÊN TỤC 3.1 Gi ới thiệu chung

Những năm gần đây, rất nhiều phương pháp khác nhau cho biến dạng kim loại tấm được phát triển trong đó biến dạng tạo hình cục bộ liên tục kim loại tấm (Incremental Sheet Metal Forming (ISMF)) đã và đang mang lại nhiều hiệu quả cho sản xuất loạt nhỏ và trong quá trình tạo mẫu nhanh các sản phẩm; hiện nay trở thành những chủ đề nghiên cứu và phát triển (R&D) hàng đầu trong công nghiệp sản xuất [1, 2, 3, 4] Đây

là một phương pháp biến dạng tấm sử dụng các thiết lập đơn giản: dụng cụ biến dạng

là một trụ tròn đầu cầu không có lưỡi cắt và tấm kim loại được kẹp chặt trên một đồ

gá đỡ cho phép tấm có thể biến dạng theo hình dáng của lòng khuôn Lòng khuôn có thể được tạo nên từ các vật liệu đơn giản như gỗ, nhựa… do đó không cần khuôn chuyên dụng đắt tiền Để nhận được các đường dẫn dụng cụ cho một hình dạng phức tạp Mô hình CAD 3-D của chi tiết hoàn thiện phải được thiết kế, mô hình đó sẽ được chuyển sang môi trường CAM để mô phỏng đường chạy dao hợp lý Tùy thuộc vào hình dáng và độ phức tạp của chi tiết tạo thành mà quá trình gia công có thể cần có khuôn hỗ trợ hoặc không có bất kỳ lòng khuôn nào Hình 3.1 minh họa các sản phẩm tạo mẫu nhanh của công nghệ này